JP3825162B2

JP3825162B2 - 炭素含有スライドゲートプレー卜

Info

Publication number: JP3825162B2
Application number: JP01768798A
Authority: JP
Inventors: 勲渡辺; 哲郎伏見; 和男伊藤; 保脇田; 修森田
Original assignee: 東芝セラミックス株式会社
Priority date: 1998-01-14
Filing date: 1998-01-14
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2018-01-14
Also published as: JPH11199328A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融金属の流量を制御するスライドゲートプレートに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スライドゲートプレートは溶融金属の流量の有効な制御手段として広く採用されている。スライドゲートプレートは非常に高度な特性が要求される。たとえば、通常、スライドゲートプレートは、円形の開孔部を有した２枚あるいは３枚のプレートを互いに摺動させて溶融金属の流量制御を行うため、機械的強度はもちろん耐スポール性および耐食性が要求される。
【０００３】
現在、スライドゲートプレートの材質として主流となっているのは、結合剤として添加している有機質の液状バインダーの炭化によるカーボンボンドを有する炭素含有のものである。このような炭素含有スライドゲートプレートは、さらなる耐用回数の向上を目的として、タールあるいはピッチなどを単独で使用するか両者を併用して、１回あるいは２回以上含浸処理をしているのが普通である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述のようにスライドゲートプレートは一般に耐用向上を目的としてタールあるいはピッチの含浸処理を行っている。
【０００５】
しかしながら、このような含浸処理は発煙などの問題が生じる。
【０００６】
また、タールは発ガン性物質を含んでいることが知られている。近年、世界的に地球環境あるいは人の健康への影響を与える物質の低減が求められている中で、耐火物の技術分野においても、この種物質の含浸処理を無くすことは、今後非常に重要となってくるであろう。
【０００７】
一方、従来から焼成後に含浸を行わない無含浸スライドゲートプレートは各耐火物メーカーで開発され、各社で使用されていた。
【０００８】
しかしながら、従来の無含浸スライドゲートプレートは、プレートを構成する原料の化学成分に着目して製造されてきただけで、その粒度構成は着目されてこなかった。そのためもあって、従来の無含浸スライドゲートプレートは、見掛気孔率が１５％以上と高く、耐食性に劣る。
【０００９】
現在のように鋼種が多様化し、ますます使用条件あるいは操業条件が厳しくなることを勘案すると、従来の無含浸スライドゲートプレートは、所望の耐用回数が得られていない。
【００１０】
そのため、現在では、含浸を行わないものとしては、低温熱処理により低気孔率としたスライドゲートプレートや、孔径の小さなスライドゲートプレートなどが一部で使用されているだけである。
【００１１】
本発明の目的は、低気孔率で、耐食性に優れる炭素含有スライドゲートプレートを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決手段は、溶融金属の流量を制御するスライドゲートプレートにおいて、スライドゲートプレートを構成する原料が少なくとも耐火性無機原料、炭素質原料および金属質原料からなり、前記耐火性無機原料、炭素質原料および金属質原料は、粒子径が０．１μｍ以上４０００μｍ以下である連続粒度分布系を構成し、前記連続粒度分布系が、最大粒子径より最小粒子径まで順に２の平方根で除して粒度分布に区分けしていき、互いに隣り合う粒度分布の粒径範囲に含まれる粒子の体積比ｒ（すなわち大きい方の粒径範囲に含まれる粒子の体積％をそのすぐ下の粒径範囲に含まれる粒子の体積％で除した値）が、０．８〜１．４になるように調整した連続粒度分布系であって、最小粒子径は５μｍ以下とし、最大粒子径は１０００μｍ以上とし、バインダーとしてフェノール樹脂を外掛けで１〜１０ｗｔ％加えて、混練、成形および加熱処理をした後、非酸化性雰囲気で８００〜１５００℃で焼成し、かつ、含浸処理を行わないことを特徴とする炭素含有スライドゲートプレートである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明においては、スライドゲートプレートを構成する原料の粒度分布を調整し、たとえば最密充填曲線に近似させることにより低気孔率化を図っている。そうすることにより、従来の無含浸スライドゲートプレートの問題点である高気孔率による耐食性の低下を引き起こすことが回避される。しかも、含浸処理をしないにもかかわらず、含浸を行ったスライドゲートプレートと同等の耐用が得られるのである。
【００１４】
本発明によるスライドゲートプレートは、最適の形態では、少なくとも耐火性無機原料、炭素質原料および金属質原料で構成する。これらの原料の粒子径は０．１μｍ以上４０００μｍ以下である。しかも、耐火性無機原料、炭素質原料および金属質原料は、連続粒度分布系を構成している。
【００１５】
その連続粒度分布系について説明すると、最大粒子径から最小粒子径まで順に２の平方根で除して多数の粒度分布に区分けしていき、それらの多数の粒度分布において互いに隣り合う粒度分布の粒径範囲に含まれる粒子の体積比ｒ（すなわち大きい方の粒径範囲に含まれる粒子の体積％をそのすぐ下の粒径範囲に含まれる粒子の体積％で除した値）が、０．８〜１．４になるように調整した連続粒度分布系である。
【００１６】
さらに好ましい連続粒度分布系の態様について説明すると、最大粒子径より最小粒子径まで順に２の平方根で除して多数の粒度分布に区分けしていったときに互いに隣り合う粒度分布の粒径範囲に含まれる粒子の体積比ｒがｒ±１５％の範囲内になるように調整した連続粒度分布系である。
【００１７】
本発明のより好ましい炭素含有スライドゲートプレートは、上記のように調整した連続粒度分布系である配合において、バインダーとしてフェノール樹脂を外掛けで１〜１０ｗｔ％加えて混練、成形および加熱処理をした後、非酸化性雰囲気で８００〜１５００℃で焼成し、含浸処理を行わないものである。
【００１８】
【実施例】
まず、本発明による炭素含有の無含浸スライドゲートプレートの製造方法の好適例を詳細に説明する。
【００１９】
スライドゲートプレートを構成する原料の均一粒子径の一定体積当たりの空間率ε（０．３〜０．６）と使用原料の粒度範囲を特定することで、得られる最密充填曲線に限りなく近づける。そうすることによって、低気孔率化をはかり、無含浸での使用を可能にするものである。
【００２０】
本発明による炭素含有の無含浸スライドゲートプレートの製造に使用する原料の連続粒度分布系の好適例を示すと、次のとおりである。
【００２１】
図１〜図３は、連続粒度分布系の複数の例をグラフの形にして示している。図１は分布曲線Ａ〜Ｄの例を示し、図２は適例１〜４を示し、図３は不適例１〜４を示す。
【００２２】
図１は、各種条件（空間率、最大粒子径および最小粒子径）での理論的な最密充填曲線を示す。
【００２３】
ここで、曲線Ａは、使用原料の粒度範囲を４０００μｍ〜５μｍとし、空間率を０．３とした場合、多数の粒度分布において互いに隣り合う粒度分布の粒径範囲に含まれる粒子の体積比ｒ（すなわち大きい方の粒径範囲に含まれる粒子の体積％をそのすぐ下の粒径範囲に含まれる粒子の体積％で除した値）が、１．１１になるように調整した連続粒度分布系が採用されている。たとえば、４０００μｍ〜２８３０μｍの粒度の原料は２８３０〜２０００μｍの粒度の原料の体積比で１．１１倍であり、順次、２８３０〜２０００μｍと２０００〜１４１０μｍ、２０００〜１４１０μｍと１４１０〜１０００μｍ、１４１０〜１０００μｍと１０００〜７００μｍ…というように、隣り合う粒度分布の粒径範囲に含まれる粒子の体積比が同じ比率（１．１１倍）となる粒度分布であることを示す。
【００２４】
曲線Ｂは、使用原料の粒度範囲を３０００μｍ〜１μｍとし、空間率を０．４とした場合、多数の粒度分布において互いに隣り合う粒度分布の粒径範囲に含まれる粒子の体積比ｒ（すなわち大きい方の粒径範囲に含まれる粒子の体積％をそのすぐ下の粒径範囲に含まれる粒子の体積％で除した値）が、１．０９になるように調整した連続粒度分布系が採用されている。たとえば、３１００μｍ〜２１２０μｍの粒度の原料は２１２０〜１５００μｍの粒度の原料の体積比で１．０９倍であり、順次、２１２０〜１５００μｍと１５００〜１０６０μｍ、１５００〜１０６０μｍと１０６０〜７５０μｍ、１０６０〜７５０μｍと７５０〜５３０μｍ…というように、隣り合う粒度分布の粒径範囲に含まれる粒子の体積比が同じ比率（１．０９倍）となる粒度分布であることを示す。
【００２５】
曲線Ｃは、使用原料の粒度範囲を４０００μｍ〜０．１μｍとし、空間率を０．６とした場合、多数の粒度分布において互いに隣り合う粒度分布の粒径範囲に含まれる粒子の体積比ｒ（すなわち大きい方の粒径範囲に含まれる粒子の体積％をそのすぐ下の粒径範囲に含まれる粒子の体積％で除した値）が、１．０５になるように調整した連続粒度分布系が採用されている。たとえば、４０００〜２８３０μｍの粒度の原料は２８３０〜２０００μｍの粒度の原料の体積比で１．０５倍であり、順次２８３０〜２０００μｍと２０００〜１４１０μｍ、２０００〜１４１０μｍと１４１０〜１０００μｍ、１４１０〜１０００μｍと１０００〜７００μｍ…というように、隣り合う粒度分布の粒度範囲に含まれる粒子の体積比が同じ比率（１．０５倍）となる粒度分布であることを示す。
【００２６】
曲線Ｄは、使用原料の粒度範囲を１０００μｍ〜０．１μｍとし、空間率を０．４とした場合、多数の粒度分布において互いに隣り合う粒度分布の粒径範囲に含まれる粒子の体積比ｒ（すなわち大きい方の粒径範囲に含まれる粒子の体積％をそのすぐ下の粒径範囲に含まれる粒子の体積％で除した値）が、１．０８になるように調整した連続粒度分布系が採用されている。たとえば、１０００〜７００μｍの粒度の原料は７００〜５００μｍの粒度の原料の体積比で１．０８倍であり、順次７００〜５００μｍと５００〜３５０μｍ、５００〜３５０μｍと３５０〜２５０μｍ、３５０〜２５０μｍと２５０〜１７０μｍ…というように、隣り合う粒度分布の粒度範囲に含まれる粒子の体積比が同じ比率（１．０８倍）となる粒度分布であることを示す。
【００２７】
本発明で用いる原料の粒度範囲を０．１μｍ以上４０００μｍ以下とした理由は、次のとおりである。すなわち、最小粒子の粒子径が０．１μｍ以下の原料を任意の量使用するのは非常に困雛であり、かつコスト高になる。また、最大粒子の粒子径が４０００μｍを超えると、機械的強度が低下する。原料の粒度範囲が０．１μｍ以上４０００μｍ以下であれば、最小粒子および最大粒子の粒子径は、通常の、スライドゲートプレートを構成する原料の粒子径であれば、特に制限するものではないが、最小粒子径は５μｍ以下とし、最大粒子径は１０００μｍ以上とするのが好ましい。本発明の最小粒子径および最大粒子径は、そのような好ましい最小粒子径および最大粒子径である。
【００２８】
均一粒子径の一定体積当たりの空間率は粒子形状・粒子径・充填状態などに依存するが、均一粒子径において空間率が０．６以上となることは事実上なく、０．３以下となるのは、均一粒子径の粒子が完全に球形でありかつ理論的に最密な充填（菱面体充填）の場合のみである。このようなものは、スライドゲートプレート用の原料においては事実上あり得ない。
【００２９】
粒度分布を最大粒子径より最小粒子径まで順に２の平方根で除して区分けしていって、互いに隣り合う粒度分布の粒径範囲に含まれる粒子の体積比ｒを０．８〜１．４としたのは、０．８以下あるいは１．４以上では最密充填曲線に近似させて低気孔率化を図るという本発明の目的が達成できないからである。
【００３０】
好ましい体積比ｒは、０．９〜１．３である。
【００３１】
また、理論的に最密充填となるのは、体積比ｒがいずれの粒径範囲においても一定となるときである（図１参照）が、そのようなことはスライドゲートプレート用原料においては事実上難しく、ｒ±１５％の範囲であればよい。より好ましくはｒ±１０％である。
【００３２】
本発明で用いる耐火性無機原料は一般にスライドゲートプレートに使用されるものであれば特に限定されることはなく、アルミナ、マグネシア、ジルコニアなどの酸化物や、炭化珪素、窒化珪素、炭化硼素などの非酸化物があげられる。
【００３３】
炭素質原料としては、土状黒鉛、鱗状黒鉛などの天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラックなどがあげられる。
【００３４】
また、金属質原料としては、Ａｌ、Ｓｉなどの低融点の金属の粉末があげられる。
【００３５】
また、これらの原料の配合割合は、必要とする特性に合わせて任意に調整するものであり、特に限定するものではない。ただし、炭素質原料を１〜３０ｗｔ％とし、残部が耐火性無機原料および金属質原料などから成ることが好ましい。炭素質原料が１ｗｔ％未満では、溶融スラグに対して濡れ難い性質を十分に利用できないことがあり、３０ｗｔ％を超えると、逆に耐火物の特性が低下してしまうことがある。
【００３６】
本発明の無含浸スライドゲートプレートは、上述のような粒度分布を最密充填となるように調整した耐火性無機原料と炭素質原料および金属質原料などからなる配合物に、バインダーとしてフェノール樹脂を外掛けで１〜１０ｗｔ％加えて混練して成形した後、加熱処理をし、８００℃〜１５００℃の非酸化性囲気中で焼成して製造される。
【００３７】
なお、フェノール樹脂が１ｗｔ％未満であると、十分な強度の発現が得られず、１５ｗｔ％を超えると、ガス発生量が多くなり、結果としてスライドゲートプレートの特性を低下させてしまう恐れがある。また、焼成温度を８００℃以上としたのは、添加させた低融点金属が反応により気孔を充填し、低気孔率化を促進する効果を得るためである。焼成温度を１５００℃以下とするのは、それ以上ではコスト増になるとともに、揮発する成分が増加して気孔率が増加する恐れがあるからである。
【００３８】
以下に本発明の実施例と比較例を示すが、これらの実施例と比較例は本発明の実施を容易化あるいは促進化するためのものであり、本発明を限定するものではない。
【００３９】
本発明品と比較品の各種特性値を表１および２に示す。
【００４０】
【表１】

【００４１】
【表２】

なお、本発明品の特徴である粒度分布を最密充填曲線に近似させたることによる効果を明確にするために、記載してある本発明の実施例および比較例は、すべて化学成分は等しいものである。
【００４２】
本発明の実施例１〜６は、比較例１〜３（従来の無含浸品）と比較して、見掛気孔率が低下し、耐食性が向上した。また、比較例７〜９（従來の含浸品）と比較して、ほぼ同等の特性を示した。
【００４３】
粒度分布を調整した比較例４〜６においては、焼成温度が低いと、耐スポール性が低下し、亀裂が増加した。焼成温度が高いと、見掛気孔率が増加し、耐食性の向上が余り認められなかった。また、最大粒子径４．２ｍｍの原料を使用すると、機械的強度が低下した。
【００４４】
本発明の実施例２を２００トン取鍋で使用したところ、従来の含浸品と同等の耐用回数（６回）を示した。また、本発明の実施例２は、亀裂および摺動面の面状態も、従来の含浸品とほぼ同等となった。
【００４５】
【発明の効果】
本発明は、スライドゲートプレートを構成する原料の粒度構成を最密充填曲線に近似させることにより、加圧焼成あるいは高温焼成などの特殊工程を必要とせず、従来と同じ製法で製造してもスライドゲートプレートの低気孔率化を図ることができ、従来の含浸を行ったスライドゲートプレートと同等の耐用を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】累積体積と粒子径との関係を示すグラフである。
【図２】図１とは別の、累積体積と粒子径との関係を示すグラフである。
【図３】図１とは別の、累積体積と粒子径との関係を示すグラフである。

Claims

溶融金属の流量を制御するスライドゲートプレートにおいて、スライドゲートプレートを構成する原料が少なくとも耐火性無機原料、炭素質原料および金属質原料からなり、前記耐火性無機原料、炭素質原料および金属質原料は、粒子径が０．１μｍ以上４０００μｍ以下である連続粒度分布系を構成し、前記連続粒度分布系が、最大粒子径より最小粒子径まで順に２の平方根で除して粒度分布に区分けしていき、互いに隣り合う粒度分布の粒径範囲に含まれる粒子の体積比ｒ（すなわち大きい方の粒径範囲に含まれる粒子の体積％をそのすぐ下の粒径範囲に含まれる粒子の体積％で除した値）が、０．８〜１．４になるように調整した連続粒度分布系であって、最小粒子径は５μｍ以下とし、最大粒子径は１０００μｍ以上とし、バインダーとしてフェノール樹脂を外掛けで１〜１０ｗｔ％加えて、混練、成形および加熱処理をした後、非酸化性雰囲気で８００〜１５００℃で焼成し、かつ、含浸処理を行わないことを特徴とする炭素含有スライドゲートプレート。