JP2006232604A - 窒化珪素鉄粉末、その製造方法及び耐火物 - Google Patents

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【課題】耐火物の耐食性と強度を更に高めることのできる窒化珪素鉄粉末と、それを用いた耐火物、特に高炉出銑口閉塞用マッド材などとして好適な耐火物を提供する。
【解決手段】炭素(C)分として0.1〜5質量%の炭素粉を含有してなることを特徴とする窒化珪素鉄粉末である。また、窒化珪素鉄インゴットを平均粒径5〜30mmに粗砕した後、炭素(C)分の含有率が0.1〜5質量%となるように炭素粉を添加し、これを更に、平均粒径が1mm以下に微粉砕することを特徴とする窒化珪素鉄粉末の製造方法。また、本発明の窒化珪素鉄粉末と、耐熱性骨材と、炭素粉末/又は加熱によって炭素となる有機バインダーとを含有してなることを特徴とする耐火物である。
【選択図】 なし

Description

本発明は、窒化珪素鉄粉末、その製造方法及びこの窒化珪素鉄粉末を含む耐火物に関する。
従来、レンガ等の定形耐火物や、高炉出銑口閉塞用マッド材、出銑樋材等の不定形耐火物においては、スラグ等に対する耐食性を向上させるため、例えばシリカ、アルミナ、炭化珪素、カーボン等の耐熱性骨材と、窒化珪素鉄粉末と、炭素粉末及び/又は例えばタール、フェノール樹脂等の加熱によって炭素が生成する有機バインダーとを含む混合物を用いることが提案されている(特許文献1)。耐火物における今日の課題は、近年の更なる溶鋼の操業条件の過酷化と、要求特性の高度化に対応するために、耐食性と強度を更に高めることである。
特開2003−2747号公報
本発明の目的は、耐火物の耐食性と強度を更に高めることのできる窒化珪素鉄粉末と、それを用いた耐火物、特に出銑樋材や高炉出銑口閉塞用マッド材などとして好適な耐火物を提供することである。
本発明は、炭素(C)分として0.1〜5質量%の炭素粉を含有してなることを特徴とする窒化珪素鉄粉末である。また、本発明は、窒化珪素鉄インゴットを平均粒径5〜30mmに粗砕した後、炭素(C)分の含有率が0.1〜5質量%となるように炭素粉を添加し、これを更に、平均粒径が1mm以下に微粉砕することを特徴とする窒化珪素鉄粉末の製造方法である。また、本発明は、本発明の窒化珪素鉄粉末と、耐熱性骨材と、炭素粉末及び/又は加熱によって炭素となる有機バインダーとを含有してなることを特徴とする耐火物である。
本発明によれば、耐火物の耐食性と強度を更に高めることのできる窒化珪素鉄粉末と、それを用いた耐火物、特に出銑樋材や高炉出銑口閉塞用マッド材として好適な耐火物が提供される。また、本発明の製造方法によれば、本発明の窒化珪素鉄粉末を容易に製造することができる。
本発明の窒化珪素鉄粉末は、耐火物を製造する際に用いる炭素粉末及び/又は加熱によって炭素となる有機バインダーとは別に、炭素粉末を、炭素(C)分として0.1〜5質量%含んでいることが特徴である。これによって、耐火物中の窒化珪素鉄と炭素との反応性が一段と活発となるので、より容易かつより多量に炭化珪素(SiC)が生成するので、スラグに対する耐食性と強度が著しく向上する。さらに説明をすれば、炭化珪素の生成にともなって窒化珪素鉄から窒素が放出されるが、この窒素によって耐火物マトリックスの内圧が高められ、その結果、スラグの浸潤を防止する作用が顕著となり、強度も高まる。しかも、耐火物マトリックスがポーラスとなるので出銑口の開口性も良好となる。
窒化珪素鉄粉末中の炭素粉が、炭素(C)分として0.1質量%未満ではこのような効果はあまりなく、また5質量%をこえると、理由は不明であるが、スラグに対する耐食性と強度は十分に向上しない。特に好ましい窒化珪素鉄粉末中の炭素粉の含有量は、炭素(C)分として0.2〜4質量%である。窒化珪素鉄粉末の平均粒径は、1mm以下であることが好ましく、特に100μm以下であることが好ましい。
本発明の窒化珪素鉄粉末は、通常の炭素粉の含まない、又は殆ど含まれていない窒化珪素鉄粉末に、所定量の炭素粉を混合することによって製造することができる。このような窒化珪素鉄粉末としては、たとえば、窒化珪素(Si)粉末、鉄(Fe)粉末、珪素鉄(FeSi)粉末の所定量を、例えばボールミル、ミキサー等の混合機を用いて混合して得られたものを使用することができる。このような窒化珪素鉄粉末の組成の一例を示せば、鉄(Fe)分を2〜30質量%、珪素鉄(FeSi)分を2〜30質量%を含み、残部が主として窒化珪素(Si)からなるものである。その市販品の一例をあげれば、例えば電気化学工業社製商品名「ファイアレン」等である。
しかし、本発明においては、窒化珪素鉄インゴットを製造した後粉砕する窒化珪素鉄粉末の製造において、窒化珪素鉄インゴットを粗砕した段階で、好ましくは平均粒径5〜30mmとした段階で炭素粉を添加し、その後、微粉砕をして、製品粒度を平均粒径が1mm以下、特に100μm以下になるまで粉砕して製造することが好ましい。このような方法によって、窒化珪素鉄粒子表面の空隙ないしは開気孔の内部に、炭素粉をより多く存在させることができるので、本発明の効果が助長される。
窒化珪素鉄インゴットは、珪素鉄(FeSi)及び/又はSi分と、Fe分とを含む原料を、例えば窒素、アンモニア等の窒素含有の非酸化性雰囲気下で窒化することによって製造することができる。窒化珪素鉄インゴットの粗砕は、例えばジョークラッシャー、ロールミル等の粉砕機を用いて、またその後の微粉砕は、例えばボールミル、アトライターミル、振動ミル等の粉砕機を用いて行うことができる。
本発明の窒化珪素鉄粉末ないしは窒化珪素鉄インゴットの粗砕物に添加される炭素粉としては、黒鉛粉、コークス粉、例えばファーネスブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラック粉など、特に制約はないが、微粉であるカーボンブラック粉を用いた方が本発明の効果が大きくなる。
本発明の耐火物は、本発明の窒化珪素鉄粉末と、耐熱性骨材と、炭素粉末及び/又は加熱によって炭素となる有機バインダーとを必須成分として含有してなるものである。これらの割合の一例を示せば、窒化珪素鉄粉末が5〜50質量%、耐熱性骨材が2〜90質量%、炭素粉末が1〜30質量%及び/又は有機バインダーが3〜30質量%である。これらの材料の混合には、例えばボールミル、ミキサー等の混合機が用いられる。
耐熱性骨材としては、耐火物の使用温度で溶融し難い無機物質が用いられ、それを例示すれば、炭化珪素、シリカ、アルミナ、ボーキサイト、ロー石などである。炭素粉としては、黒鉛粉、コークス粉、例えばファーネスブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラック粉など、特に制約はない。有機バインダーとしては、例えばタール、ピッチ、フェノール樹脂等のように、加熱によって炭素となるものであればよい。炭素粉末及び/又は有機バインダーの中でも、残炭分の多い有機バインダーを用いることが好ましい。
実施例1〜8 比較例1〜3
珪素鉄粉末(JIS2号品)100質量部に、ポリビニルアルコール6質量%水溶液を10〜20質量部の範囲内で変量して混合し、プレス成形(圧力20MPa)して20〜30cm程度の円柱状成形体を成形し、120℃で10時間乾燥した。これを密閉炉に充填し、窒素雰囲気下、温度1500℃で3時間保持して窒化した後冷却して窒化珪素鉄インゴットを製造した。
窒化珪素鉄インゴットをロールミルで粗砕(平均粒径15mm、最大粒径25mm)した段階で、炭素粉(市販のファーネスブラック:純度99質量%以上)を所定量配合し、ボールミルで微粉砕して平均粒径0.03mm、最大粒径0.2mmの窒化珪素鉄粉末を製造した。
ついで、所定量の炭素分を含有させた上記窒化珪素鉄粉末30質量部、アルミナ質骨材(ボーキサイト粉末1mm下)20質量部、炭化珪素粉末(1mm下)20質量部、ロー石微粉末(0.1mm下)10質量部、コークス粉末(0.2mm下)10質量部、コールタール10質量部からなる耐火物を製造した。
実施例9
コークス粉末10質量部の変わりに、黒鉛粉(0.1mm下)10質量部を用いたこと以外は、実施例2と同様にして耐火物を製造した。
実施例10、11
コールタール10質量部の変わりに、フェノール樹脂10質量部(実施例10)又は流動パラフィン10質量部(実施例11)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして耐火物を製造した。
実施例12
窒化珪素鉄粉末として、電気化学工業社製商品名「ファイアレン」(Si82質量%、Fe5質量%、FeSi12質量%、平均粒径0.03mm)100質量部とファーネスブラック0.2質量部のボールミルによる混合物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして耐火物を製造した。
上記で得られた耐火物を評価するため、耐火物を60℃で加熱混練して、耐食性評価用サンプル(50mm×50mm×160mm)と強度評価用サンプル(25mm×25mm×160mm)をプレス成形した後、400℃まで加熱して脱ガスした後、焼成炉に移し、アルゴンガス雰囲気下、1400℃×3時間焼成してから、以下に従って、(1)スラグに対する耐食性、及び(2)強度を測定した。それらの結果を表1に示す。
(1)スラグに対する耐食性
回転ドラム法によりドラムの内側にサンプルを厚み50mmに内張りし、高温のスラグを入れ、中通しされた発熱体で1500℃に加熱し、ドラムを低速で回転させながら10時間侵食試験を行い、サンプルの厚みの減少量を侵食量(mm)として測定した。
(2)強度
アルゴンガス雰囲気中、1500℃に加熱して3点曲げ強度を測定した。
Figure 2006232604
本発明の窒化珪素鉄粉末は、各種の不定形耐火物や定形耐火物の製造用原料として用いられる。また、本発明の耐火物は、出銑樋材や高炉出銑口閉塞用マッド材などとして用いられる。

Claims (3)

  1. 炭素(C)分として0.1〜5質量%の炭素粉を含有してなることを特徴とする窒化珪素鉄粉末。
  2. 窒化珪素鉄インゴットを平均粒径5〜30mmに粗砕した後、炭素(C)分の含有率が0.1〜5質量%となるように炭素粉を添加し、これを更に、平均粒径が1mm以下に微粉砕することを特徴とする窒化珪素鉄粉末の製造方法。
  3. 請求項1に記載の窒化珪素鉄粉末と、耐熱性骨材と、炭素粉末及び/又は加熱によって炭素となる有機バインダーとを含有してなることを特徴とする耐火物。
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