JP2012192430A

JP2012192430A - アルミナ−カーボン質スライドゲートプレート

Info

Publication number: JP2012192430A
Application number: JP2011057400A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Inukai; 恵輔犬飼; Naohide Hamamoto; 直秀濱本; Shinji Adachi; 真司足立
Original assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Current assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2012-10-11

Abstract

【課題】本発明の目的は、高強度を有し、耐用性と耐消化性に優れたアルミナ−カーボン質スライドゲートプレートを提供することにある。
【解決手段】本発明のアルミナ−カーボン質スライドゲートプレートは、アルミナ質耐火骨材及びカーボン含有原料を炭素含量として１〜１０質量％よりなる耐火性原料に対して外掛けで１〜１５質量％のＡｌ−Ｓｉ合金を含有してなり、１０００℃を超え、１５００℃までの温度範囲で焼成処理されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、製鋼工程で用いられる取鍋やタンディッシュなどの容器から排出される溶鋼の流量制御に使用されるアルミナ−カーボン質スライドゲートプレートに関する。

製鋼工程では、取鍋やタンディッシュなどの容器から排出される溶鋼の流量制御にスライドゲートプレートが利用されている。スライドゲートプレートは、複数枚を組み合わせて互いに摺動させて用いられる。現在、スライドゲートプレートには、耐熱衝撃性、耐食性などに優れたアルミナ−カーボン質耐火物が使用されている。しかしながら、アルミナ−カーボン質耐火物よりなるスライドゲートプレートは大気中あるいは鋼中の酸素により酸化されるという問題点がある。この問題点を解決し、更に、耐用性を向上するために、シリコン、アルミニウムなどの金属や合金を添加することがなされている。

例えば、特許文献１には、黒鉛５〜２０重量部、及びアルミナ、ムライト、スピネル、シリカ、ジルコン、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素及び窒化硼素からなる群から選択された１種または２種以上から構成される耐火原料８０〜９７重量部からなる耐火骨材１００重量部に対し１〜６重量部のＦｅを１５〜４５重量％含有するＦｅ−Ｓｉ合金を含有してなる炭素含有耐火物（請求項１）；黒鉛５〜２０重量部、アルミナ６０〜８５重量部及びＳｉＣ５〜２０重量部からなる耐火骨材１００重量部に対し１〜６重量部のＦｅを１５〜４５重量％含有するＦｅ−Ｓｉ合金を含有してなる溶銑予備処理炉用炭素含有耐火物（請求項２）；黒鉛５〜２０重量部、アルミナ７５〜９０重量部及びムライト５〜１５重量部からなる耐火骨材１００重量部に対し１〜６重量部のＦｅを１５〜４５重量％含有するＦｅ−Ｓｉ合金を含有してなるスライディングノズルプレート用炭素含有耐火物（請求項３）が開示されている。

また、特許文献２には、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇの金属粉末若しくはこれらの金属の合金粉末の１種または２種以上の２〜６重量％、自己焼結性を有するピッチ粉１．０〜６．２重量％、土状黒鉛０．３〜３．２重量％、残部がＭｇＯを主成分とする骨材からなる原料に、熱硬化性樹脂を外割で３．０〜１０重量％添加し、これを混練成形して非酸化性雰囲気で８００〜１４００℃で焼成してなるマグネシア−カーボン質スライドゲートプレート（請求項１）が開示されている。

更に、特許文献３には、アルミニウム及び／またはアルミニウム合金を０．５〜２０質量％含有する耐火原料配合物に有機バインダーを添加し、混練後、成形し、４００℃以上１０００℃以下で熱処理し、その後、タール、ピッチ等の炭素質含有液状物を含浸させないプレートれんがであって、圧縮強度が１８０ＭＰａ以上、かつオートクレーブによる消化試験での重量増加率が１％以下のプレートれんが（請求項１）；アルミナ系原料を７５〜９７質量％、アルミニウム及び／またはアルミニウム合金を０．５〜２０質量％、シリコン、粘土、炭化珪素、及び炭化硼素のうち１種以上を０．１〜１５質量％含有する耐火原料配合物に有機バインダーを添加し、混練後、成形し、熱処理するプレートれんがの製造方法において、耐火原料配合物中のアルミニウム含有率に対する熱処理後のプレートれんが中のアルミニウム含有率の割合が２０％以上６０％以下となる条件で熱処理を行い、その後、タール、ピッチ等の炭素質含有液状物を含浸させないプレートれんがの製造方法（請求項６）が開示されている。また、特許文献３の［００２３］段落には、アルミニウム合金としてＡｌ−Ｍｇ合金、Ａｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金が例示されている。

また、特許文献４には、焼成後の見掛気孔率１０％以下のアルミナ−ジルコニア−カーボン系のスライドゲート用プレートを製造するに際し、少なくともアルミナ系とジルコニア系の原料を含む耐火性無機骨材９０〜９８ｗｔ％、カーボン系原料２〜１０ｗｔ％に、外率で、熱硬化性樹脂３〜８ｗｔ％及び鱗片状のフレーク粉と球状のアトマイズ粉からなるアルミニウム粉末０．５〜２ｗｔ％を添加すると共に、アルミニウム粉末の０．３３〜２倍の重量のシリコン粉末を添加して１０００〜１４００℃の温度で焼成することを特徴とするスライドゲート用プレートの製造方法が開示されている。

特許第２６３３０１８号公報特許第３６６１９７７号公報ＷＯ２００９／１１９６８３Ａ１特開２０００−１０７８３９号公報

アルミナ−カーボン質耐火物のようなカーボン含有耐火物に、金属アルミニウムを添加すると、強度付与、組織の緻密化、耐食性の向上といった効果が認められており、焼成アルミナ−カーボン質スライドゲートプレートにおいても金属アルミニウムを添加することにより同様の効果が認められている。しかし、焼成中にアルミニウムとカーボンが反応して水和し易い炭化アルミニウムが生成し、製造中や保管中に水和によるスライドゲートプレートの崩壊が生ずることが認められている。

上述の特許文献１に開示されている炭素含有耐火物は、Ｆｅ−Ｓｉ合金に由来するＦｅ成分が多く含まれているために、割れ易いという問題点がある。また、この炭素含有耐火物は不焼成耐火物であり、製造時に高温での熱処理を施していないため、強度が不足するという問題点もある。
また、特許文献２に開示されているマグネシア−カーボン質スライドゲートプレートは、金属粉末、合金粉末を添加することによりある程度酸化を防止することができるが、マグネシアを主体するものであるために、耐消化性に劣るという問題点がある。
更に、特許文献３に開示されているプレートれんがにおいて、アルミニウム、アルミニウム合金は酸化防止と強度向上を目的として添加されているが、熱処理温度が高くなると、炭化アルミニウムが過剰に生成し、プレートれんがの耐消化性が低下するとして、熱処理温度が４００〜１０００℃の範囲に制限されており、強度が不足するという問題点がある。
また、特許文献４に開示されているスライドゲート用プレートの製造方法によれば、アルミニウム粉末とシリコン粉末を併用することにより、シリコン粉末はアルミニウム粉末粒子の回りに薄いＳｉＯ_２層を形成し、アルミニウムの消化を防止しようとするものであるが、アルミニウムの消化を充分に抑制することができないという問題点がある。

従って、本発明の目的は、高強度を有し、耐用性と耐消化性に優れたアルミナ−カーボン質スライドゲートプレートを提供することにある。

即ち、本発明は、アルミナ質耐火骨材及びカーボン含有原料を炭素含量として１〜１０質量％よりなる耐火性原料に対して外掛けで１〜１５質量％のＡｌ−Ｓｉ合金を含有してなり、１０００℃を超え、１５００℃までの温度範囲で焼成処理されていることを特徴とするアルミナ−カーボン質スライドゲートプレートに係る。

また、本発明のアルミナ−カーボン質スライドゲートプレートは、Ａｌ−Ｓｉ合金のＳｉ含有量が５〜５０質量％であることを特徴とする。

更に、本発明のアルミナ−カーボン質スライドゲートプレートは、金属Ａｌを５質量％以下の量で、且つＡｌ−Ｓｉ合金の添加量を超えない範囲内で添加することを特徴とする。

本発明によれば、高強度を有し、耐酸化性及び耐消化性に優れたアルミナ−カーボン質スライドゲートプレートを提供することができる。

本発明品１のスライドゲートプレートの実機での使用後の断面を示す顕微鏡観察写真比較品１のスライドゲートプレートの実機での使用後の断面を示す顕微鏡観察写真

本発明者らは、Ａｌ及びＡｌ合金を添加したアルミナ−カーボン質スライドゲートプレート用材料について、焼成時に生成する鉱物相、耐消化性及び溶鋼との反応性を研究した結果、以下の知見を得た：
ａ）アルミナ−カーボン質スライドゲートプレート用材料において、金属Ａｌを添加して１０００℃を超え、１５００℃までの温度域で焼成すると、Ａｌ_４Ｃ_３、Ａｌ_４ＳｉＣ_４、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３を生成する。これらのうち、最も水和し易いのは、Ａｌ_４Ｃ_３であり、Ａｌ_４ＳｉＣ_４とＡｌＮは水和性が低い；
ｂ）金属Ａｌと金属Ｓｉを併用すると、金属Ｓｉの添加量の増加に伴ってＡｌ_４Ｃ_３よりもＡｌ_４ＳｉＣ_４の生成量が増加し、アルミナ−カーボン質スライドゲートプレートの耐消化性は改善される。しかし、金属Ｓｉを多量に添加しても一定量のＡｌ_４Ｃ_３は生成する。これは金属Ａｌが金属Ｓｉ、カーボンと反応してＡｌ_４ＳｉＣ_４を生成する以前に、融点の低い金属Ａｌはその一部が溶融拡散し、マトリックス中のカーボンと反応してしまうためである；
ｃ）金属Ａｌと金属Ｓｉとを併用するのではなく、Ａｌ−Ｓｉ合金として両成分を添加すると、Ａｌの溶融温度に達しても溶融拡散しないためＡｌ_４Ｃ_３生成量は微量となり、Ａｌ_４ＳｉＣ_４が多量に生成する。その結果、金属Ａｌと金属Ｓｉの併用時よりもＡｌ−Ｓｉ合金を使用したアルミナ−カーボン質スライドゲートプレートの方が耐消化性は格段に優れている；
ｄ）アルミナ−カーボン質スライドゲートプレートの焼成時に生成したＡｌ_４Ｃ_３、Ａｌ_４ＳｉＣ_４、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３のうち、炭化物（Ａｌ_４Ｃ_３、Ａｌ_４ＳｉＣ_４）や窒化物（ＡｌＮ）のＡｌ成分は、いずれも溶鋼との接触時に酸化物（Ａｌ_２Ｏ_３）に変化して組織を緻密化し、アルミナ−カーボン質スライドゲートプレートの耐用性を向上させる；
ｅ）Ａｌ−Ｓｉ合金に代えてＡｌ−Ｍｇ合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ合金など種々のＡｌ系合金についても検討したが、Ｍｇ成分が共存するとＡｌ成分よりも活性なため酸化物のスピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）が生成し易くなり、溶鋼との接触時に緻密化効果を充分に得られない；
ｆ）従って、同じようにＡｌ成分を添加したアルミナ−カーボン質スライドゲートプレートであっても、Ａｌ−Ｓｉ合金を添加したものは、Ａｌ_４Ｃ_３生成量が少なく、Ａｌ_４ＳｉＣ_４、ＡｌＮの生成量が多く、スライドゲートプレートとしての耐消化性と耐用性の両面で優れている。

以上の知見から、本発明は、１０００℃を超え、１５００℃までの高温域で焼成するアルミナ−カーボン質スライドゲートプレートであって、適量のＡｌ−Ｓｉ合金を添加することで、高強度を有すると共に、耐消化性及び耐用性を両面から向上させるものである。具体的には、アルミナ質耐火骨材とカーボン含有原料からなる耐火性原料に、Ａｌ−Ｓｉ合金を外掛けで１〜１５質量％添加するものである。

Ａｌ−Ｓｉ合金の添加量は、アルミナ質耐火骨材とカーボン含有原料からなる耐火性原料に対して外掛けで１〜１５質量％、好ましくは２〜１０質量％である。Ａｌ−Ｓｉ合金の添加量が１質量％未満の場合には、緻密化効果を充分に発揮できないために好ましくない。また、Ａｌ−Ｓｉ合金の添加量が１５質量％を超えると、焼成過程で亀裂の発生率が著しく増加するために好ましくない。なお、Ａｌ−Ｓｉ合金のＳｉ含有量が５〜５０質量％、好ましくは１０〜３０質量％の範囲内にあるものが好ましい。Ｓｉ含有量が５質量％未満の場合には、Ａｌ_４ＳｉＣ_４の生成が不充分で、耐消化性の向上効果が少なく、また、５０質量％を超えると、得られるアルミナ−カーボン質スライドゲートプレートが強度不足となることがあるために好ましくない。また、Ａｌ−Ｓｉ合金の粒子径が大きくなると、Ａｌ_４ＳｉＣ_４が生成し難くなるために、Ａｌ−Ｓｉ合金の粒子径は１００μｍ以下であることが好ましい。

本発明のアルミナ−カーボン質スライドゲートプレートの耐火性原料を構成するアルミナ質耐火骨材としては、例えば焼結アルミナ、電融アルミナ、焼結ムライト、電融ムライト、アルミナジルコニア、ジルコニアムライト、アルミナ−マグネシアスピネルなどを単独もしくは組み合わせて使用することができる。

また、本発明のアルミナ−カーボン質スライドゲートプレートの耐火性原料を構成するカーボン含有原料としては、例えば天然黒鉛、ピッチ、コークス、カーボンブラックや人造黒鉛などを単独もしくは組み合わせて使用することができる。なお、カーボン含有原料の添加量は、炭素含量として１〜１０質量％、好ましくは２〜８質量％の範囲内である。カーボン含有原料の添加量が炭素含量として１質量％未満の場合には、得られるアルミナ−カーボン質スライドゲートプレートの耐スポーリング性が低下するために好ましくなく、また、１０質量％を超えると、脱炭脆化が発生するために好ましくない。

また、本発明のアルミナ−カーボン質スライドゲートプレートには、カーボンの酸化防止や、スライドゲートプレートの機械的強度を向上させるために、炭化珪素、炭化硼素、金属Ｓｉ、金属Ａｌなどを適宜添加することができる。ここで、金属Ａｌを添加する場合、その添加量は、アルミナ質耐火骨材とカーボン含有原料からなる耐火性原料に対して外掛けで５質量％以下、好ましくは２質量％以下、さらに好ましくは１質量％以下であり、且つＡｌ−Ｓｉ合金の添加量を超えない範囲内とすることが好ましい。なお、炭化珪素、炭化硼素、金属Ｓｉなどは慣用の範囲で使用することができる。

更に、本発明のアルミナ−カーボン質スライドゲートプレートには、結合材として、タール、フェノール樹脂などを使用することもできる。これら結合材の添加量は、特に限定されるものではなく、慣用の添加量で使用することができ、例えば、アルミナ質耐火骨材とカーボン含有原料からなる耐火性原料に対して外掛けで１０質量％以下、好ましくは５質量％以下である。

本発明のアルミナ−カーボン質スライドゲートプレートは、上記各原料を所定の配合割合で調整し、混練、成形し、その後、乾燥、焼成することにより製造することができる。ここで、乾燥温度は１００〜３００℃の範囲内が好ましい。また、焼成温度は１０００℃を超え、１５００℃までの範囲内であり、１１００〜１３００℃が好ましい。ここで、焼成温度が１０００℃以下であると、充分な強度が得られないことがあるために好ましくなく、また、１５００℃を超えてもそれに見合う効果は得られない。

以下の表１に示す配合割合で各原料を混練し、真空油圧プレスで１５００ｋｇｆ／ｃｍ^２の成形圧で１５０×７５×４０ｍｍに成形した後、２００℃で５時間にわたり乾燥した。次に、非酸化性雰囲気で所定の温度で３時間焼成することにより供試体を作製し、下記の方法により、各評価を実施した。

曲げ強度：
ＪＩＳＲ２２１３に従って室温にて曲げ強度（ＭＰａ）を測定した。
耐酸化性：
上記供試体を１２００℃で３時間にわたり大気雰囲気中で加熱後の酸化層の厚さ（ｍｍ）を測定した。
水和による重量増加率：
上記供試体を１５４℃、０．５１ＭＰａで３時間にわたり水蒸気雰囲気に保持し、試験前後の重量を測定し、重量変化率（％）を算出した。
耐スポーリング性：
高周波誘導炉で溶銑を１６００℃に加熱し、その中に供試体を１分間浸漬し、切断面の亀裂の長さを指数化したものである。
脱炭脆化：
供試体を９００℃の電気炉中に１０時間保持してカーボンを脱炭させた後、強度を測定し、脱炭前後の強度の変化率を指数で表示したものである。数値が高い程、脱炭後の強度が高いことを示す。
実機使用結果：
表１に記載する本発明品並びに比較品の組成でスライドゲートプレートを作製し、実機の取鍋用プレートとして使用した結果を評価したものである。◎は比較品１より２回以上耐用が向上していることを示し、○は比較品１より１回耐用が向上していることを示し、△は比較品１より０．５〜１回耐用が向上していることを示し、×は比較品１と同等であることを示す。
得られた結果を表１に併記する。

表１において、
電融アルミナは、アルミナ含有量９５質量％、粒子径３ｍｍ以下のものである；
アルミナジルコニアは、アルミナ含有量７５質量％、粒子径３ｍｍ以下のものである；
カーボンブラックは、炭素含量１００質量％、粒子径０．１μｍ以下のものである；
Ａｌ−Ｓｉ合金１は、粒子径７５μｍ、Ｓｉ含有量１０質量％のものである；
Ａｌ−Ｓｉ合金２は、粒子径７５μｍ、Ｓｉ含有量３質量％のものである；
Ａｌ−Ｓｉ合金３は、粒子径７５μｍ、Ｓｉ含有量５５質量％のものである；
Ａｌ−Ｓｉ合金４は、粒子径２００μｍ、Ｓｉ含有量１０質量％のものである；
なお、上記粒子径は、ＪＩＳＺ８８０１に規定する篩を用いて乾式篩法で測定した値である。

また、本発明品１並びに比較品１と同一の組成でスライドゲートプレートを作製し、実機の溶鋼鍋で使用したところ、比較品１のスライドゲートプレートの平均耐用が６．７ｃｈであったのに対して、本発明品１のスライドゲートプレートの平均耐用は８．８ｃｈであった。本発明品１のスライドゲートプレートは溶鋼との接触により充分に緻密化されており、使用後のスライドゲートプレートの稼動面は比較品１のスライドゲートプレートの稼動面と比べて地金の湿潤が抑制されていた。本発明品１のスライドゲートプレートと比較品１のスライドゲートプレートの使用後の顕微鏡観察写真を図１（本発明品１）及び図２（比較品１）に示す。

本発明のアルミナ−カーボン質スライドゲートプレートは、製鋼工程で用いられる各種容器のスライドゲートプレートとして好適に使用できる。

Claims

アルミナ質耐火骨材及びカーボン含有原料を炭素含量として１〜１０質量％よりなる耐火性原料に対して外掛けで１〜１５質量％のＡｌ−Ｓｉ合金を含有してなり、１０００℃を超え、１５００℃までの温度範囲で焼成処理されていることを特徴とするアルミナ−カーボン質スライドゲートプレート。
Ａｌ−Ｓｉ合金のＳｉ含有量が５〜５０質量％である、請求項１記載のアルミナ−カーボン質スライドゲートプレート。
更に、金属Ａｌを５質量％以下の量で、且つＡｌ−Ｓｉ合金の添加量を超えない範囲内で添加する、請求項１または２記載のアルミナ−カーボン質スライドゲートプレート。