JP3357701B2 - 耐火物の溶融アルミニウム耐性向上方法および耐火物 - Google Patents
耐火物の溶融アルミニウム耐性向上方法および耐火物Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、酸化物セラミックス系
耐火物の表面を改質処理して溶融アルミニウム（アルミ
ニウム合金を含む）に対する耐性を向上させる方法およ
び溶融アルミニウムに対する耐性の優れた耐火物に関す
るものである。
耐火物の表面を改質処理して溶融アルミニウム（アルミ
ニウム合金を含む）に対する耐性を向上させる方法およ
び溶融アルミニウムに対する耐性の優れた耐火物に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】アルミニウムの鋳造装置において金属ア
ルミニウムの溶解炉や溶融アルミニウムの移送部材、保
持容器、鋳造用部材等、溶融アルミニウムに直接接触す
る部材を構成する耐火物としては、従来、アルミナ、シ
リカ、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、チタン
酸アルミニウムなどからなる様々な耐火物が用いられて
きた。
ルミニウムの溶解炉や溶融アルミニウムの移送部材、保
持容器、鋳造用部材等、溶融アルミニウムに直接接触す
る部材を構成する耐火物としては、従来、アルミナ、シ
リカ、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、チタン
酸アルミニウムなどからなる様々な耐火物が用いられて
きた。
【０００３】アルミニウムは鉄に比べるとかなり融点が
低いので、アルミニウム鋳造装置構成材料は耐熱性の点
ではそれほど高度のものを必要とするわけではない。し
かしながら、耐火物構成材料として一般的な酸化物セラ
ミックスの構成成分は、溶融アルミニウムと下記のよう
な反応を起こし、それにより耐火物は急速に侵食されて
欠けたり割れたりするようになり、使用に耐えないもの
となる。 ３ＳiＯ2＋４Ａl → ２Ａl2Ｏ4＋３Ｓi ＭgＯ＋Ａl2Ｏ3 → ＭgＡl2Ｏ4 ＭgＯ＋２Ａl＋３/２Ｏ2 → ＭgＡl2Ｏ4 リチウムやマグネシウムを含有するアルミニウム合金の
溶融物は特に強い侵食性を示す。
低いので、アルミニウム鋳造装置構成材料は耐熱性の点
ではそれほど高度のものを必要とするわけではない。し
かしながら、耐火物構成材料として一般的な酸化物セラ
ミックスの構成成分は、溶融アルミニウムと下記のよう
な反応を起こし、それにより耐火物は急速に侵食されて
欠けたり割れたりするようになり、使用に耐えないもの
となる。 ３ＳiＯ2＋４Ａl → ２Ａl2Ｏ4＋３Ｓi ＭgＯ＋Ａl2Ｏ3 → ＭgＡl2Ｏ4 ＭgＯ＋２Ａl＋３/２Ｏ2 → ＭgＡl2Ｏ4 リチウムやマグネシウムを含有するアルミニウム合金の
溶融物は特に強い侵食性を示す。
【０００４】侵食された耐火物の交換は簡単ではないか
ら、交換修理がしばしば必要なようでは鋳造中断による
損失が鋳造コストに大きな影響を及ぼす。したがって、
アルミニウム鋳造装置構成部材には溶融アルミニウム耐
性を十分考慮した材料を選ぶことが必要である。炭化ケ
イ素、窒化ケイ素、サイアロン等、非酸化物系セラミッ
クスは本質的に溶融アルミニウムに対する耐性にすぐれ
ており、アルミニウム鋳造装置構成材料として好適なも
のであるが、酸化物セラミックスに比べると著しく高価
であり成形加工も容易ではないから、一般的な酸化物セ
ラミックス系耐火物に表面改質処理を施すことによって
必要な耐食性を付与することができれば、そのほうが有
利である。
ら、交換修理がしばしば必要なようでは鋳造中断による
損失が鋳造コストに大きな影響を及ぼす。したがって、
アルミニウム鋳造装置構成部材には溶融アルミニウム耐
性を十分考慮した材料を選ぶことが必要である。炭化ケ
イ素、窒化ケイ素、サイアロン等、非酸化物系セラミッ
クスは本質的に溶融アルミニウムに対する耐性にすぐれ
ており、アルミニウム鋳造装置構成材料として好適なも
のであるが、酸化物セラミックスに比べると著しく高価
であり成形加工も容易ではないから、一般的な酸化物セ
ラミックス系耐火物に表面改質処理を施すことによって
必要な耐食性を付与することができれば、そのほうが有
利である。
【０００５】このような観点から、一般的な酸化物セラ
ミックス系耐火物の耐食性向上手段が検討され、フッ化
マグネシウム、フッ化ケイ素酸マグネシウム、フッ化カ
ルシウム、フッ化アルミニウム、フッ化ナトリウム等を
コーティングすることにより溶融アルミニウムに対する
耐性を向上させる方法が提案された（特公平２−７９１
４号，特開平３−１６１１６２号等）。これら表面コー
ティングによる耐火物の改質は、各種アルミニウム合金
溶融物に対する耐性向上にかなり有効なものではある
が、鋳造装置の稼働率向上と保守費用低減のために、よ
り高度の耐食性を備えた耐火物が強く求められている。
ミックス系耐火物の耐食性向上手段が検討され、フッ化
マグネシウム、フッ化ケイ素酸マグネシウム、フッ化カ
ルシウム、フッ化アルミニウム、フッ化ナトリウム等を
コーティングすることにより溶融アルミニウムに対する
耐性を向上させる方法が提案された（特公平２−７９１
４号，特開平３−１６１１６２号等）。これら表面コー
ティングによる耐火物の改質は、各種アルミニウム合金
溶融物に対する耐性向上にかなり有効なものではある
が、鋳造装置の稼働率向上と保守費用低減のために、よ
り高度の耐食性を備えた耐火物が強く求められている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、溶融
アルミニウムに対する耐性において従来の水準を超え、
しかも安価で断熱性能にも優れている耐火物を提供しよ
うとするものである。本発明はまた、一般的な酸化物セ
ラミックス系耐火物に十分満足できる溶融アルミニウム
耐性を付与し得る表面改質手段を提供しようとするもの
である。
アルミニウムに対する耐性において従来の水準を超え、
しかも安価で断熱性能にも優れている耐火物を提供しよ
うとするものである。本発明はまた、一般的な酸化物セ
ラミックス系耐火物に十分満足できる溶融アルミニウム
耐性を付与し得る表面改質手段を提供しようとするもの
である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明により提供された
耐火物は、任意の酸化物セラミックス系耐火物におい
て、好ましくは約１００〜１５０g/m2の割合でフッ化ジ
ルコニウムが固定された表面を有することを特徴とする
ものである。
耐火物は、任意の酸化物セラミックス系耐火物におい
て、好ましくは約１００〜１５０g/m2の割合でフッ化ジ
ルコニウムが固定された表面を有することを特徴とする
ものである。
【０００８】本発明はまた、上記本発明による耐火物を
製造するための表面処理方法、すなわち酸化物セラミッ
クス系耐火物の表面にヘキサフルオロジルコニウム酸ア
ンモニウムの水溶液を付着させ、乾燥後、焼成してヘキ
サフルオロジルコニウム酸アンモニウムよりフッ化ジル
コニウムを生成させることを特徴とする酸化物セラミッ
クス系耐火物の溶融アルミニウム耐性向上方法を提供す
る。
製造するための表面処理方法、すなわち酸化物セラミッ
クス系耐火物の表面にヘキサフルオロジルコニウム酸ア
ンモニウムの水溶液を付着させ、乾燥後、焼成してヘキ
サフルオロジルコニウム酸アンモニウムよりフッ化ジル
コニウムを生成させることを特徴とする酸化物セラミッ
クス系耐火物の溶融アルミニウム耐性向上方法を提供す
る。
【０００９】ヘキサフルオロジルコニウム酸アンモニウ
ム・(ＮＨ4)2ＺrＦ6は、ジルコンフッ化アンモニウムと
も呼ばれる水溶性化合物である。この化合物は、常温で
は安定であるが、約３５０℃以上に加熱されると下記の
分解反応を起こし、フッ化ジルコニウムを生じる。 (ＮＨ4)2ＺrＦ6 → ２ＮＨ4Ｆ＋ＺrＦ4
ム・(ＮＨ4)2ＺrＦ6は、ジルコンフッ化アンモニウムと
も呼ばれる水溶性化合物である。この化合物は、常温で
は安定であるが、約３５０℃以上に加熱されると下記の
分解反応を起こし、フッ化ジルコニウムを生じる。 (ＮＨ4)2ＺrＦ6 → ２ＮＨ4Ｆ＋ＺrＦ4
【００１０】本発明の方法に従い酸化物セラミックス系
耐火物の表面にヘキサフルオロジルコニウム酸アンモニ
ウムを付着させ、次いで焼成することにより該表面上で
上記反応を生じさせると、耐火物の表面にフッ化ジルコ
ニウムを固定することができる。耐火物表面に固定され
たフッ化ジルコニウムは溶融アルミニウムと反応しない
から侵食されず、且つ耐火物と溶融アルミニウムの接触
を実質的に遮断するので、溶融アルミニウムによる耐火
物の侵食はほとんど生じなくなる。フッ化ジルコニウム
による被覆層は、溶融アルミニウムで濡れることもない
ので、アルミニウム鋳造装置構成材料に使用しても何ら
不都合はない。
耐火物の表面にヘキサフルオロジルコニウム酸アンモニ
ウムを付着させ、次いで焼成することにより該表面上で
上記反応を生じさせると、耐火物の表面にフッ化ジルコ
ニウムを固定することができる。耐火物表面に固定され
たフッ化ジルコニウムは溶融アルミニウムと反応しない
から侵食されず、且つ耐火物と溶融アルミニウムの接触
を実質的に遮断するので、溶融アルミニウムによる耐火
物の侵食はほとんど生じなくなる。フッ化ジルコニウム
による被覆層は、溶融アルミニウムで濡れることもない
ので、アルミニウム鋳造装置構成材料に使用しても何ら
不都合はない。
【００１１】本発明の方法により溶融アルミニウム耐性
を向上させることができる耐火物の具体例としては、ア
ルミナ、シリカ、アルミナ・シリカ、マグネシア、マグ
ネシア・シリカ、マグネシア・アルミナ、ケイ酸カルシ
ウム、シリカ・アルミナ系セラミックファイバー、アル
ミナセメント質キャスタブル等からなるものがある。
を向上させることができる耐火物の具体例としては、ア
ルミナ、シリカ、アルミナ・シリカ、マグネシア、マグ
ネシア・シリカ、マグネシア・アルミナ、ケイ酸カルシ
ウム、シリカ・アルミナ系セラミックファイバー、アル
ミナセメント質キャスタブル等からなるものがある。
【００１２】これらの耐火物に本発明による溶融アルミ
ニウム耐性を付与するには、まずヘキサフルオロジルコ
ニウム酸アンモニウムの水溶液を用意する。その濃度
は、飽和濃度（２０℃で約２０重量％）またはそれに近
い濃度とするのが含浸効率が良く、望ましい。しかしな
がら、耐火物の気孔率が高い場合、ヘキサフルオロジル
コニウム酸アンモニウムの含浸量が多くなりすぎ、その
結果、不必要に多量のフッ化ジルコニウムが固定される
ことがあるので、そのような場合は溶液濃度を下げて最
終的付着量を調整するとよい。
ニウム耐性を付与するには、まずヘキサフルオロジルコ
ニウム酸アンモニウムの水溶液を用意する。その濃度
は、飽和濃度（２０℃で約２０重量％）またはそれに近
い濃度とするのが含浸効率が良く、望ましい。しかしな
がら、耐火物の気孔率が高い場合、ヘキサフルオロジル
コニウム酸アンモニウムの含浸量が多くなりすぎ、その
結果、不必要に多量のフッ化ジルコニウムが固定される
ことがあるので、そのような場合は溶液濃度を下げて最
終的付着量を調整するとよい。
【００１３】適当な濃度のヘキサフルオロジルコニウム
酸アンモニウム水溶液が用意できたならば、それを、浸
漬、塗布、噴霧などの方法により耐火物に付着させる。
耐火物が多孔質のものの場合、このとき処理液の一部は
耐火物内部まで浸透する。その後、加熱して水分を蒸発
させ、ヘキサフルオロジルコニウム酸アンモニウムだけ
を耐火物上に残す。ヘキサフルオロジルコニウム酸アン
モニウムを付着させる上記の処理は、必要に応じて２回
以上繰り返して行う。次いで、ヘキサフルオロジルコニ
ウム酸アンモニウムが付着した耐火物を焼成し、前述の
分解反応によりフッ化ジルコニウムを生成させる。焼成
温度は約３５０〜８００℃が適当である。フッ化ジルコ
ニウムと共に生成するフッ化アンモニウムガスは、換気
により焼成装置外に排出する。
酸アンモニウム水溶液が用意できたならば、それを、浸
漬、塗布、噴霧などの方法により耐火物に付着させる。
耐火物が多孔質のものの場合、このとき処理液の一部は
耐火物内部まで浸透する。その後、加熱して水分を蒸発
させ、ヘキサフルオロジルコニウム酸アンモニウムだけ
を耐火物上に残す。ヘキサフルオロジルコニウム酸アン
モニウムを付着させる上記の処理は、必要に応じて２回
以上繰り返して行う。次いで、ヘキサフルオロジルコニ
ウム酸アンモニウムが付着した耐火物を焼成し、前述の
分解反応によりフッ化ジルコニウムを生成させる。焼成
温度は約３５０〜８００℃が適当である。フッ化ジルコ
ニウムと共に生成するフッ化アンモニウムガスは、換気
により焼成装置外に排出する。
【００１４】フッ化ジルコニウムによる被覆は耐火物の
表面全体に形成させる必要はなく、アルミニウム溶湯と
接触しない部分は基材表面が露出するままにしておいて
もよい。しかしながら、被覆部分はできるだけ均一かつ
確実に、望ましくは約１００〜１５０g/m2の割合で、フ
ッ化ジルコニウムにより被覆されるようにする。
表面全体に形成させる必要はなく、アルミニウム溶湯と
接触しない部分は基材表面が露出するままにしておいて
もよい。しかしながら、被覆部分はできるだけ均一かつ
確実に、望ましくは約１００〜１５０g/m2の割合で、フ
ッ化ジルコニウムにより被覆されるようにする。
【００１５】
実施例１ けい酸カルシウム板からなる耐火物にヘキサフルオロジ
ルコニウム酸アンモニウムの２０％水溶液を含浸し、１
００℃の熱風で乾燥した。その後、４５０℃で８時間焼
成して、耐火物に付着したヘキサフルオロジルコニウム
酸アンモニウムからフッ化ジルコニウムを生成させた。
フッ化ジルコニウムの付着量は、１３０g/m2であった。
ルコニウム酸アンモニウムの２０％水溶液を含浸し、１
００℃の熱風で乾燥した。その後、４５０℃で８時間焼
成して、耐火物に付着したヘキサフルオロジルコニウム
酸アンモニウムからフッ化ジルコニウムを生成させた。
フッ化ジルコニウムの付着量は、１３０g/m2であった。
【００１６】上記処理後の耐火物を、８５０℃に保った
ＡＤＣ１２アルミニウム合金の湯に浸漬し、ときどき取
り出して表面を観察したところ、３０日経過後もアルミ
ニウムの付着、侵食、損傷は全く認められなかった。比
較のため、フッ化ジルコニウム被覆を施さない上記耐火
物について同様の溶湯浸漬試験を行なったところ、約１
週間経過後からアルミニウムが付着し易くなり、また、
付着したアルミニウムを剥離すると耐火物が欠けるよう
になった。
ＡＤＣ１２アルミニウム合金の湯に浸漬し、ときどき取
り出して表面を観察したところ、３０日経過後もアルミ
ニウムの付着、侵食、損傷は全く認められなかった。比
較のため、フッ化ジルコニウム被覆を施さない上記耐火
物について同様の溶湯浸漬試験を行なったところ、約１
週間経過後からアルミニウムが付着し易くなり、また、
付着したアルミニウムを剥離すると耐火物が欠けるよう
になった。
【００１７】実施例２ アルミナセメント質軽量キャスタブルで成型されたアル
ミ溶湯用の樋にヘキサフルオロジルコニウム酸アンモニ
ウムの２０％水溶液を含浸し、１００℃の熱風で乾燥し
たのち６５０℃で１０時間焼成することにより、フッ化
ジルコニウムで被覆された耐火物を得た。上記処理後の
樋を、８５０℃に保ったＡＣ４Ｃアルミニウム合金の湯
に浸漬し、ときどき取り出して表面を観察したところ、
２０日経過後もアルミニウムの付着、侵食、損傷は全く
認められなかった。
ミ溶湯用の樋にヘキサフルオロジルコニウム酸アンモニ
ウムの２０％水溶液を含浸し、１００℃の熱風で乾燥し
たのち６５０℃で１０時間焼成することにより、フッ化
ジルコニウムで被覆された耐火物を得た。上記処理後の
樋を、８５０℃に保ったＡＣ４Ｃアルミニウム合金の湯
に浸漬し、ときどき取り出して表面を観察したところ、
２０日経過後もアルミニウムの付着、侵食、損傷は全く
認められなかった。
【００１８】比較のため、フッ化ジルコニウム被覆を施
さない上記樋について同様の溶湯浸漬試験を行なったと
ころ、１週間経過後にアルミニウムが付着するようにな
り、それを剥離すると耐火物が欠けるようになった。
さない上記樋について同様の溶湯浸漬試験を行なったと
ころ、１週間経過後にアルミニウムが付着するようにな
り、それを剥離すると耐火物が欠けるようになった。
【００１９】実施例３ 比重１.８５のフューズドシリカ焼結多孔質成形体から
なる耐火物にヘキサフルオロジルコニウム酸アンモニウ
ムの２０％水溶液を含浸し、１００℃の熱風で乾燥した
のち３５０℃で１０時間焼成することにより、フッ化ジ
ルコニウムで被覆された耐火物を得た。上記処理後の耐
火物を、８５０℃に保ったＡＣ４Ｃアルミニウム合金の
湯に浸漬し、ときどき取り出して表面を観察したとこ
ろ、２週間経過後に湯面付近が若干黒色に変化しただけ
で、アルミニウムの付着、侵食、損傷は全く認められな
かった。
なる耐火物にヘキサフルオロジルコニウム酸アンモニウ
ムの２０％水溶液を含浸し、１００℃の熱風で乾燥した
のち３５０℃で１０時間焼成することにより、フッ化ジ
ルコニウムで被覆された耐火物を得た。上記処理後の耐
火物を、８５０℃に保ったＡＣ４Ｃアルミニウム合金の
湯に浸漬し、ときどき取り出して表面を観察したとこ
ろ、２週間経過後に湯面付近が若干黒色に変化しただけ
で、アルミニウムの付着、侵食、損傷は全く認められな
かった。
【００２０】比較のため、フッ化ジルコニウム被覆を施
さない上記耐火物について同様の溶湯浸漬試験を行なっ
たところ、２日目には表面が侵食されて部分的に黒色に
変質し、且つアルミニウムが付着するようになった。
さない上記耐火物について同様の溶湯浸漬試験を行なっ
たところ、２日目には表面が侵食されて部分的に黒色に
変質し、且つアルミニウムが付着するようになった。
【００２１】実施例４ シリカ・アルミナ系セラミックファイバー成形品からな
る耐火物にヘキサフルオロジルコニウム酸アンモニウム
の２０％水溶液を含浸し、１００℃で乾燥したのち５０
０℃で６時間焼成することにより、フッ化ジルコニウム
で被覆された耐火物を得た。上記処理後の耐火物を、８
５０℃に保ったＡＣ４Ｃアルミニウム合金の湯に浸漬
し、ときどき取り出して表面を観察したところ、２週間
経過後に湯面付近が若干黒色に変化しただけで、アルミ
ニウムの付着、侵食、損傷は全く認められなかった。
る耐火物にヘキサフルオロジルコニウム酸アンモニウム
の２０％水溶液を含浸し、１００℃で乾燥したのち５０
０℃で６時間焼成することにより、フッ化ジルコニウム
で被覆された耐火物を得た。上記処理後の耐火物を、８
５０℃に保ったＡＣ４Ｃアルミニウム合金の湯に浸漬
し、ときどき取り出して表面を観察したところ、２週間
経過後に湯面付近が若干黒色に変化しただけで、アルミ
ニウムの付着、侵食、損傷は全く認められなかった。
【００２２】比較のため、フッ化ジルコニウム被覆を施
さない上記耐火物について同様の溶湯浸漬試験を行なっ
たところ、１週間後には表面が侵食されて部分的に黒色
に変質し、且つアルミニウムが付着するようになった。
さない上記耐火物について同様の溶湯浸漬試験を行なっ
たところ、１週間後には表面が侵食されて部分的に黒色
に変質し、且つアルミニウムが付着するようになった。
【００２３】
【発明の効果】耐火物の表面をフッ化ジルコニウムで被
覆する本発明によれば、一般的な酸化物セラミックス系
耐火物を基材にして溶融アルミニウム耐性の優れた耐火
物を容易に得ることができる。また、フッ化ジルコニウ
ムで被覆された本発明の耐火物は、アルミニウムで侵食
されることなく長期間にわたってその初期性能を維持
し、アルミニウムが付着することもないから、アルミニ
ウム鋳造装置の稼働率向上と保守費用の低減に大きな貢
献をすることができるものである。
覆する本発明によれば、一般的な酸化物セラミックス系
耐火物を基材にして溶融アルミニウム耐性の優れた耐火
物を容易に得ることができる。また、フッ化ジルコニウ
ムで被覆された本発明の耐火物は、アルミニウムで侵食
されることなく長期間にわたってその初期性能を維持
し、アルミニウムが付着することもないから、アルミニ
ウム鋳造装置の稼働率向上と保守費用の低減に大きな貢
献をすることができるものである。
Claims (2)
- 【請求項１】 酸化物セラミックス系耐火物の表面にヘ
キサフルオロジルコニウム酸アンモニウムの水溶液を付
着させ、乾燥後、焼成してヘキサフルオロジルコニウム
酸アンモニウムよりフッ化ジルコニウムを生成させるこ
とを特徴とする酸化物セラミックス系耐火物の溶融アル
ミニウム耐性向上方法。 - 【請求項２】 酸化物セラミックス系耐火物において、
フッ化ジルコニウムが固定された表面を有することを特
徴とする耐火物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05775593A JP3357701B2 (ja) | 1993-02-23 | 1993-02-23 | 耐火物の溶融アルミニウム耐性向上方法および耐火物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05775593A JP3357701B2 (ja) | 1993-02-23 | 1993-02-23 | 耐火物の溶融アルミニウム耐性向上方法および耐火物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06247779A JPH06247779A (ja) | 1994-09-06 |
| JP3357701B2 true JP3357701B2 (ja) | 2002-12-16 |
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ID=13064704
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05775593A Expired - Fee Related JP3357701B2 (ja) | 1993-02-23 | 1993-02-23 | 耐火物の溶融アルミニウム耐性向上方法および耐火物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3357701B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005016849A1 (en) * | 2003-08-13 | 2005-02-24 | Honeywell Specialty Chemicals Seelze Gmbh | Oxidic aluminum compounds with metals and fluorine |
| CN1309875C (zh) * | 2004-07-30 | 2007-04-11 | 哈尔滨工业大学 | 钛合金表面氧化锆涂层制备方法 |
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1993
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