JP3074317B2 - 軽金属溶湯処理用炭素質耐火物及びその製造法 - Google Patents
軽金属溶湯処理用炭素質耐火物及びその製造法Info
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Description
ネシウム等の軽金属の溶解、保持、精製処理に必要な各
種炉、取り鍋、樋等の内張りに使用する炭素質耐火物に
関する。
ニウム合金の溶解炉、保持炉、脱ガス槽、濾過槽、取り
鍋、湯溜り、樋等の内張り材としては、主にAl2O3・
SiO2系の定形、不定形耐火物が使われている。鉄鋼
用耐火物に比べて、軽金属用耐火物は使用温度が低いの
で耐火度が低くてもよい筈であるが、浸透したアルミニ
ウムやマグネシウムが耐火物中のSiO2を還元してS
iとAl2O3やMgOを生成するために、耐火物の結合
組織が損傷を受けて寿命が短くなるばかりでなくメタル
がSiやAl2O3系またはMgO系非金属介在物で汚染
される。Al2O3・SiO2系の定形、不定形耐火物の
施工使用上の問題点としては、モルタルやキャスタブ
ルの養生及び乾燥に長期間を要し、工期が長い。耐熱
衝撃性に乏しく、予熱が不充分であると剥離や爆裂を起
こし易い。溶融メタルが気孔中に浸透し、結合組織が
損傷を受けると同時に、メタルがSiや介在物で汚染さ
れる。冷却時に表層にメタルが固着し、これを剥す時
の耐火物の損傷とメタル損失が大きい。等があげられ
る。これに対し、黒鉛,無煙炭を主成分とする炭素質耐
火物は、Al2O3・Si02系れんがと異なり、著しく
大きなブロック(例えば600×700×3000mm)
の製造が可能であり、また、機械加工が容易な為、大型
一体形成物やカーボンセメントによる接着形成物の製作
を可能とする。従って、板状断熱材等を併用すれば、水
を全く使わない乾式施工が可能となり、従来の養生・乾
燥期間は不要となる。これは、新設及び張り替え工期を
著しく短縮する副次効果をもたらす。
・SiO2系耐火物の問題点及び炭素質耐火物の利点に
鑑み、軽金属溶湯処理用に炭素質耐火物を用いることと
し、軽金属溶湯用としては特に耐熱衝撃性、及び気孔内
への軽金属溶湯の侵入を防止することが重要であり、耐
熱衝撃性を大とするめには全気孔率を充分に確保し、適
切な熱伝導率を保有し、かつアルミニウム溶湯の気孔内
への浸透を防止するためには通気率を小さくすることが
必要であることを見いだし、かかる条件を具備した炭素
質耐火物の製造方法の研究を進め、本発明を完成した。
率が15%以上、通気率が2ミリダルシイ未満で、熱伝
導率が10〜40kcal/mh℃であることを特徴と
する軽金属溶湯処理用炭素質耐火物及びその製造方法が
提供される。
質耐火物の気孔中に浸透すると、化学的損傷を与えない
までも、両者の熱膨張係数の違いによって、加熱冷却時
に大きな熱応力が発生し、物理的損傷を起こして亀裂や
剥離を生成する原因となる。また、メタルが浸透する
と、凝固メタルを剥すときに耐火物の表層が大きく損傷
する。特にアルミニウム溶湯は銑鉄溶湯よりも気孔に浸
透し易く、常圧で3μm以上の気孔に侵入する。メタル
の浸透を防止する為には粗大気孔を皆無にする必要があ
るが、粗大気孔が少量の場合は、細孔径分布よりも通気
率の測定の方が有害な粗大気孔の存在を鋭敏に検知でき
る。発明者らは、軽金属、特にアルミニウム溶湯処理用
炭素質耐火物の場合、通気率が2ミリタ゛ルシイ未満、好まし
くは0.1ミリタ゛ルシイ以下であれば、メタルの浸透と固着
を防止できることを発見した。従って、通気率を2ミリタ゛
ルシイ未満とすることが必要である。
度以上の気孔量を確保する必要がある。全気孔率が小さ
くなると弾性率が大きくなって靱性が失われる。全気孔
率は15%以上であることが必要で、この値以下では、
耐熱衝撃性が劣る。また、熱伝導率が小さくなると、過
渡的に大きな温度差を生じて、熱応力により亀裂や剥離
を発生する。高温メタルを注入する時の炭素質耐火物の
熱衝撃損傷を防ぐためには、15%以上の気孔率ととも
に熱伝導率が10〜40kcal/mh℃であることが必要で
ある。10kcal/mh℃未満では熱衝撃損傷を起こす虞が
あり、40kcal/mh℃を超えると、放熱が大きくなって
メタルが冷え易くなる弊害を起こす虞がある。
数100ミリタ゛ルシイである。通気率を小さくするために
は、超微粉を含む最密充填配合の採用、熱硬化性レジン
バインダーの使用、強圧成形、加圧焼成、充填処理等の
手段が考えられるが、これらはいずれも大型ブロックの
製造に適さないか、または、全気孔率を著しく低下させ
る。
2ミリダルシイ未満という、極めて特異な気孔組織を持
つ炭素質耐火物を製造する為には、原料の炭素骨材に金
属珪素粉と有機バインダーを加えて混練成形し、コーク
スブリーズに埋没する等の手段で還元性窒素雰囲気とし
て1150〜1500℃に焼成することによって、気孔
内にひげ状珪素化合物を生成させて細孔径化する。すな
わち分散された金属珪素粉は、高温でバインダー,コー
クスや気相中のCO及びN2と反応し、SiC,Si2
NO2,Si3N4等のひげ状珪素化合物を生成する。
これらのひげ状結晶は、金属珪素粒子の表面からVLS
(気体、液体、固体)機構によって栗の「いが」状に多
数発生し、成長し、もつれた糸の様に気孔内に広がって
細孔径化を達成する。このとき全気孔率は余り変わらな
いが、通気率は1/50〜1/100に低下する。ま
た、平均細孔径も数μmのものが、0.2μm以下に減
少する。焼成温度が1150℃以下では焼成が不十分と
なり、また1500℃以上では珪素化合物の一部が分解
し始める。金属珪素粉の添加量は、混合原料100重量
部中、5〜10重量部の範囲が好ましく、5重量部未満
では、細孔径化効果が不十分で、10重量部を越えると
未反応の金属珪素が残留し、溶湯を汚染する虞がある。
鱗状黒鉛、無煙炭等が使われる。熱伝導度は、黒鉛の配
合量及び無煙炭の焙焼温度を変えることによって調節さ
れる。黒鉛を用いることにより熱伝導率を大きくするこ
とができ、熱伝導率を10kcal/mh℃とするためには、
黒鉛配合量は10重量部以上とする必要がある。炭素質
耐火物は不活性雰囲気下や酸素が到達しない炉底部、及
び間欠的に高温にさらされる樋など、酸化の少ない部所
に使われる。細孔径化されると酸素が気孔内に拡散し難
くなり、耐酸化性は通常の炭素質耐火物の数倍に向上す
る。
原料にアルミナ粉、ジルコン粉や炭化珪素粉を添加し、
通気率を小さくする。アルミナの配合量は、混合原料中
で5〜10重量部の範囲とすることが好ましく、5重量
部未満では、耐酸化性はあまり向上せず、10重量部を
超えるとアルミナ等により溶湯を汚染する虞があるから
である。バインダーには、コールタールピッチ、石油ピ
ッチ、液状フェノールレジン、フェノールレジン粉末等
が使われる。
に説明する。 実施例 1 人造黒鉛15重量部、無煙炭80重量部、金属珪素粉5
重量部にコールタールピッチ26重量部を加えて混練
し、500×600×2000mmに押出成形し、これを
コークスブリーズに埋没して1250℃に焼成した。得
られた炭素ブロックの特性を表1の供試品1に示す。全
気孔率、通気率及び熱伝導率は本発明に係るアルミニウ
ム溶湯処理用炭素質耐火物の要件を満たしており、電子
顕微鏡観察によれば、気孔中にはひげ状結晶が成長し充
満していることが観察された。なお、全気孔率はJIS
R 7212により、熱伝導率はJIS R 2616と
同一原理の高熱伝導度専用装置により、また、通気率は
ASTM C577に準じて測定した。このブロックを
機械加工して300×350×1500mmの樋4本を製
作し、板状断熱材を介して金属ケースに収納連結して長
さ6mの移湯樋を製作した。これをアルミニウム溶解炉
と取り鍋間に設置し、溶融メタルを1回に2tずつ、1
日に30回流した。樋の表面摩擦が小さいので、メタル
の流れは極めて順調であり、またメタルに濡れないので
凝固メタルの固着は皆無であった。通過メタルを分析し
たが、金属不純分やアルミニウムカーバイド等による汚
染は全く認められなかった。連日使用し、6ヶ月後に、
局部的に酸化消耗が進行したので新しい樋と交換した。
同条件で従来の高アルミナ質キャスタブル樋を使用した
場合は、固着メタルを剥すときの損傷が甚だしく、局部
補修を繰り返しながらも、寿命は僅か2ヶ月であった。
6重量部にフェノールレジンとピッチの合量18重量部
を加えて混練し、640×720×3100mmに形込成
型し、実施例1と同じ方法で焼成した。得られた炭素ブ
ロックの特性を表1の供試品2に示す。この供試品も本
発明に係る軽金属溶湯処理用炭素質耐火物の要件を満た
しており、熱伝導率が大で、通気率、平均細孔径が供試
品1より、さらに小さい値を示し、孔径1μm以上の粗
大気孔は皆無であった。アルミナ粉添加による細孔径化
の顕著な効果が認められた。このブロックを実施例1と
同様に、加工して長さ6mの移湯樋を作成し、同じ場所
で同じように使用した。メタルの流れやメタル離れは実
施例1と同様に良好であり、局部酸化が少なく、樋の寿
命は12ヶ月に延長された。
重量部、アルミナ粉8重量部にフェノールレジンとピッ
チの合量16部を加えて混練し、実施例2と同じ方法で
炭素ブロックを製造した。このブロックの特性を表1の
供試品3に示す。供試品2と同様に通気率、平均細孔径
が小で、孔径1μm以上の粗大気孔は皆無であった。実
施例2と同様、アルミナ添加の優れた効果を示してい
る。供試品3のるつぼ形試験筒(外径80mm,高さ65
mm、内径50mm,深さ50mm)に高純度アルミニウム1
60gを入れ、900℃に48時間保持して不純分の増
加量を調べたが、るつぼからのSi,Fe,Ti,C
a,Pの溶出は認められなかった。炭素ブロックから厚
さ250mmのブロックを切り出し、これらをアルミニウ
ム合金用の急速溶解炉(据置式、容量2t)の炉底部に
使用した。側壁は高アルミナ質キャスタブルで内張りし
た。炉底も高アルミナ質キャスタブルで内張りする従来
法では炉底上の残留メタル量が多く、メタルの刺し込み
も有るため、合金品種切替え時の炉内清掃に7時間も要
するが、炭素ブロック炉底の場合は僅か30分で終了し
た。使用1年後、炭素ブロックの炉底を調査したが、損
傷が少ないので、側壁だけ補修して再使用した。炭素ブ
ロック炉底の寿命は、高アルミナ質キャスタブルの2倍
以上と推定される。
や介在物によるメタルの汚染が少なくなり、軽金属製品
の品質向上が期待される。また、メタルの浸透による内
張り材の損傷が少なくなり、内張り材の交換頻度が減少
し廃棄物の発生量が減少する。さらに、1回の張り替え
に要する工期、人工、メタル損失も減少するので、本発
明の経済的効果は極めて大きい。又、本発明による炭素
質耐火物は、軽金属の他、亜鉛等の低融点金属の溶湯処
理用にも使用することができる。
Claims (3)
- 【請求項1】 全気孔率が15%以上、通気率が2ミリタ゛
ルシイ未満で、熱伝導率が10〜40kcal/mh℃であること
を特徴とする軽金属溶湯処理用炭素質耐火物。 - 【請求項2】 黒鉛10重量部以上,金属珪素粉5〜1
0重量部を含有する混合物に有機バインダーを加えて混
練成形し、還元性窒素雰囲気中で焼成することを特徴と
する請求項1記載の軽金属溶湯処理用炭素質耐火物の製
造法。 - 【請求項3】 黒鉛10重量部以上,金属珪素粉5〜1
0重量部、アルミナ5〜10重量部を含有する混合物に
有機バインダーを加えて混練成形し、還元性窒素雰囲気
中で焼成することを特徴とする請求項1記載の軽金属溶
湯処理用炭素質耐火物の製造法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03108118A JP3074317B2 (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | 軽金属溶湯処理用炭素質耐火物及びその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03108118A JP3074317B2 (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | 軽金属溶湯処理用炭素質耐火物及びその製造法 |
Publications (2)
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JPH04317478A JPH04317478A (ja) | 1992-11-09 |
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Family
ID=14476377
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP03108118A Expired - Lifetime JP3074317B2 (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | 軽金属溶湯処理用炭素質耐火物及びその製造法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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Families Citing this family (3)
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WO2005070595A2 (en) * | 2004-01-09 | 2005-08-04 | Vesuvius Crucible Company | Tundish nozzle plate assembly |
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-
1991
- 1991-04-15 JP JP03108118A patent/JP3074317B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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