JP2701901B2 - 炭素含有耐火物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は耐火物、特に耐酸化性に優れる炭素含有耐
火物に関する。

〔従来の技術〕

黒鉛をはじめとする炭素材料は、耐火骨材として一般
に用いられているマグネシア、アルミナ等より熱伝導率
が高く、線膨張が低いため、上記の一般耐火骨材より耐
スポーリング性は優れている。

また、炭素材料は用銑、スラグに対してぬれ難い、耐
火物組成物の過度の焼結を防ぐ物質、および熱間での強
度に優れる等の優れた性質を有しており、この性質はマ
グネシア等の他の耐火骨材との共存下でも維持され、該
他の耐火材料の短所を補完することになるため、マグネ
シア骨材等に加えて炭素質材料を添加することは従来か
ら行われている。

しかしながら、黒鉛等の炭素質材料は空気等の酸化性
雰囲気下では極めて容易に酸化消失してしまうために、
急速に前記の長所が損なわれる。従って、酸化をいかに
抑えるかが炭素含有耐火物の重要な課題である。

この課題を解決するために、例えば、特開昭54−3942
2号公報、特開昭54−163913号公報、特開昭55−65348号
公報、特開昭55−107749号公報等において、Al、Si、Mg
等の金属粉末を混入することが開示されている。この方
法に於いて、特にAl粉末を添加することが最適と考えら
れており、Alを添加した不焼成MgO−Ｃ質れんがは1000
℃以上の熱間における強度特性を著しく改良でき、かつ
気相或いは液相の酸化雰囲気において、優れた抵抗性を
賦与せしめることが可能である。

また、特開昭60−176970号公報においては六硼化珪素
を添加し、使用時に生成するB₂O₃−SiO₂系のガラス相に
よる炭素材の被覆による酸素との接触を物理的に遮断し
て酸化を防止する方法が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記金属粉末、特にアルミ粉末を添加した場合、結合
材として添加した合成樹脂の分解温度である400℃付近
からAlによる熱間強度の増大の効果が現れる温度（強度
発現強度）である1000℃付近までの中間温度域で、とく
に、600〜800℃の温度域で熱間強度は低下し、そして、
この中間温度域における脆弱層の形成は脆弱層へのキレ
ツ発生、剥離損耗を誘発する。またAl添加のMgO−Ｃ質
れんがは使用時に大部分のAlが酸化され、スピネルを生
成するので、侵食性の強いスラグに対しては耐食性が低
下するという欠点を有している。また、B₂O₂を添加した
場合には安定した被膜が生成する以前に損傷することが
多く、十分な効果が得られない。

本発明は上記従来の事情に鑑みて提案されたものであ
って、耐酸化性に極めて優れた炭素含有耐火物を提供す
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、この発明は以下の手段を採
用している。すなわち、炭素質原料５〜30重量％、耐火
骨材70〜95重量％からなる耐火材料に外掛で金属ジルコ
ニウム粉末を0.5〜５重量％、およびZrl重量％を含有す
るMg−Zr合金を0.5〜１重量％配合したものである。

〔作 用〕

金属ジルコニウム粉末は1000℃以上で炭素より大きな
酸素親和力を示し、耐火物内部で炭素と反応して炭化ジ
ルコニウムを形成し、組織を強固にする。

また、Mg−Zr合金粉末は金属ジルコニウムより低い温
度域（500〜600℃）で酸化され、MgOないし、MgO・ZrO₂
となり、緻密化をもたらす役目をする。

更に、金属ジルコニウム粉末やZr−Mg合金粉末は表面
が酸化されZrO₂あるいは、ZrO₂・MgOを生成し、生成時
の体積膨張により、成形時の粒子間間隔をほぼ完全に塞
ぐことにより緻密化を図り、低通気性を得ることができ
るとともに強度を増すこともできる。

この結果、MgOを含む塩基性耐火材粉末同士、炭素粉
末同士、又は塩基性耐火材粉末と炭素粉末の界面はこれ
ら金属酸化物であるMgOとZrO₂更には、ZrO₂・MgOやZrC
等で緻密に結合され、外部との通気性を完全に遮断され
たものとなり、従来不充分であった耐酸化性を満足でき
る程度にまで向上することができる。

この発明に使用する耐火骨材としては、アルミナ、マ
グネシア、ドロマイトの中の１種以上を使用することが
可能であるが、特にスラグ等に対する耐食性という面か
ら、SiO₂等低融点生成物７あFe₂O₃等の不純物は可及的
に少量、具体的には５重量％に満たない程度のマグネシ
ア骨材、例えば、海水マグネシア、電融マグネシア、天
然マグネシア等を用いるのが好ましい。

また、黒鉛等の炭素質原料としては、土状黒鉛、鱗状
黒鉛等の天然黒鉛なしい、人造黒鉛、カーボンブラッ
ク、石油コークス等、非晶質炭素物質が使用され、特に
制限はないが、鱗状黒鉛の使用が好ましい。

上記黒鉛等の炭素質原料の構成割合は、本願炭素含有
耐火物の使用目的によって異なるが、耐火材料全量に対
し、５〜30重量％が好ましい。炭素質原料が５重量％未
満になると耐スポーリング性等、炭素含有耐火物の特徴
が充分に発揮できず、また、30重量％を越えると耐食性
が低下して好ましくない。

本発明に使用される金属ジルコニウム粉末の粒径は、
反応性、均一性、分散性等、反応活性化の面から250μ
ｍ以下、更に好ましくは、44μｍ以下のものを使用する
のが好ましい。この発明において、金属ジルコニウムの
含有量は黒鉛等炭素質原料を含む耐火材料に対し、0.5
〜５重量％である。その含有量が0.5重量％未満では所
期の効果が得られず、一方、５重量％を越えると耐酸化
性はあるが、耐食性が劣化して好ましくない。

また、Mg−Zr合金粉末中のZr含有量はMg中にZrを飽和
させた状態のZr1重量％含有したものが、Mg粉末の活性
安全性等の面、発火性を緩和させる意味で好ましい。そ
の添加量は耐火材料に対し0.5〜１重量％である。0.5重
量％未満では耐酸化性に効果がなく、一方、１重量％を
越えると膨張が大きくなりすぎ、逆に組織を緩め耐酸化
性は向上しない。

上記のように、粒度調節された耐火材料と金属ジルコ
ニウム、Mg−Zr合金を上記の範囲内の配合割合で調合
し、タールピッチ、フェノールレジン等の残留炭素量の
多い有機樹脂の結合剤のいずれか１種または、２種以上
を加え、混練成形した後、25〜500℃程度で乾燥、ある
いは熱処理することによって、不焼成耐火物が得られ、
また、700〜1500℃程度の還元雰囲気下で焼成すること
によって焼成耐火物を得ることができる。

〔実施例〕

第１表は本発明品と比較品の配合割合
と、諸特性を示すものであり、本発明品及び、比較品と
も第１表に示す配合物にレゾール型フェノールレジン３
重量％を添加し、常温にて１時間混練後、1000kg/cm²の
圧力で20×20×100mmの形状に加圧成形を行い、180℃に
て８時間熱処理した。

この表からも明らかなように、本発明品は比較品に比
し、酸化焼成後の重量減少率、脱炭層の深さとも小さ
く、耐酸化性が極めて優れていることが判る。

〔発明の効果〕 以上説明したように、この発明は炭素含有原料に金属
ジルコニウム及び、Mg−Zr合金を混入しているので、炭
素含有原料の酸化を極めて少なくでき、耐用性の高い耐
火物を得ることができる。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】MgOを主成分とする塩基性耐火原料70〜95
   重量％、炭素質原料５〜30重量％からなる耐火材料に外
   掛けで金属ジルコニウム粉末を0.5〜５重量％、Zr1重量
   ％を含有するMg−Zr合金を0.5〜１重量％配合したこと
   を特徴とする炭素含有耐火物。