JP3853271B2 - 窒化珪素鉄含有粉末及び耐火物 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化珪素鉄含有粉末及びこれを含有してなる耐火物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レンガ等の炭素含有定形耐火物や、高炉出銑口閉塞用マッド材、出銑樋材等の炭素含有不定形耐火物においては、高温スラグ等に対する耐食性を向上させるため、シリカ、アルミナ、炭化珪素、カーボン等の耐熱性骨材と、窒化珪素鉄粉末と、タール、フェノール樹脂等の加熱によって炭素が生成する有機物とを含む混合物が使用されている。この耐火物における今日の課題は、近年の更なる溶鋼の操業条件の過酷化と、要求特性の高度化に対応するため、耐食性と強度を更に高めることである。
【０００３】
この課題を解決するには、炭素系耐火物製造時にアルミニウム粉、シリコン粉等の金属粉を添加すればよく、これによって性能が向上することは知られている。たとえば、アルミニウム粉を添加した場合、６００℃付近からＡｌ４Ｃ３が生成し強度を発現する。しかし、この耐火物を高炉出銑口閉塞材として使用した場合には、出銑口へ閉塞材を注入後、必要強度を発現するまでの時間を保型する必要があり、この保型時間が一連の作業を律速するので、その短縮が要求されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記に鑑み、閉塞材注入後の保型時間を短縮することのできる耐火物を提供することである。本発明の課題は、特定量のアルミニウム粉末と塩素化合物を含む窒化珪素鉄含有粉末を、耐火物の構成成分とすることによって達成することができる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、窒化珪素（Ｓｉ３ Ｎ４ ）５０％（質量％、以下同じ）以上、鉄（Ｆｅ）２〜２０％、アルミニウム２〜３０％、塩素化合物を塩素分として０．１〜５％を含有してなることを特徴とする窒化珪素鉄含有粉末である。この場合において、アルミニウム及び／又は塩素化合物の一部又は全部をアルミニウムドロスによって供給されていることが好ましい。また、本発明は、この窒化珪素鉄含有粉末と、耐熱性骨材と、炭素粉末及び／又は加熱によって炭素となる有機物とを含有してなることを特徴とする耐火物である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、更に詳しく本発明について説明する。
【０００７】
炭素含有耐火物を低温で強度を発現させるには、アルミニウムを添加すればよく、それによって針状晶のＡｌ４Ｃ３が生成しマトリックスが強化されることは上記した。本発明の耐火物においては、Ａｌ４Ｃ３が生成し始める前に、炭素粉末及び／又は加熱によって炭素となる有機物と塩素化合物の塩素とが反応しＡｌ４Ｃ３の生成反応を促進させる。
【０００８】
本発明の窒化珪素鉄含有粉末において、窒化珪素が５０％未満であると、高温でのスラグ侵食が進み好ましくない。また、鉄が２％未満であると、窒化珪素との反応が進行せず、２０％をこえると、窒化珪素との反応が極端に進みすぎてマトリックス内へのスラグ浸潤防止効果が短時間化し好ましくない。好ましい窒化珪素の含有量は６５〜８０％であり、鉄は５〜１５％である。
【０００９】
また、アルミニウムが２％未満では、６００℃付近での強度発現効果が十分でなく、３０％をこえると高温スラグに対する耐食性も悪化する。塩素化合物が、塩素分として０．１％未満ではＡｌ４Ｃ３の生成反応を促進させる効果が小さく、５％をこえると、本発明の耐火物の貯蔵中に硬化する恐れがある。好ましいアルミニウムの含有量は５〜１５％であり、塩素化合物は塩素分として０．１〜１％である。
【００１０】
窒化珪素、鉄、アルミニウム、塩素化合物の各成分は市販品で十分であり、塩素化合物としては、塩化アルミニウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム等が用いられる。粒度は、いずれの成分も微粉化されていることが望ましく、平均粒子径が１ｍｍ以下、特に１００μｍ以下であることが好ましい。これらの成分の所定量をボールミル、ミキサー等の混合機で混合することによって本発明の窒化珪素鉄含有粉末を製造することができる。
【００１１】
この場合において、アルミニウム及び／又は塩素化合物の成分の一部又は全部をアルミニウムドロスにより供給することによってその有効利用を図ることができる。ここで、アルミニウムドロスというのは、ボーキサイト等のアルミニウム含有鉱物の溶解作業中に溶湯表面に生成した浮遊物のことであり、その成分の一例を示せば、金属アルミニウム５〜７０％、塩素化合物の塩素分が０．１〜５％であり、残分が酸化アルミニウム、マグネシウム、酸化珪素、チタニウム等である。その塩素化合物は、例えば塩化アルミニウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム等である。また、ＪＩＳ Ｇ ２４０２にも説明されている。
【００１２】
また、窒化珪素と鉄の成分は、窒化珪素鉄で供給されることが好ましい。中でも、珪素鉄、珪素及び鉄分の混合物を窒素、アンモニア等の雰囲気下、温度１０００℃〜１６００℃で窒化して製造された鉄含有量２０％以下の窒化珪素鉄のインゴットを粉砕・分級し、（２〜４８μｍの粒子）／（２μｍ未満の微粉）の質量比が０．９〜５で、比表面積が１．２〜２．８ｍ２／ｇに粒度調整されたものが特に好ましい。
【００１３】
本発明の耐火物は、本発明の窒化珪素鉄含有粉末と、耐熱性骨材と、炭素粉末及び／又は加熱によって炭素となる有機物とを必須成分として含有させたものである。耐熱性骨材としては、炭化珪素、シリカ、黒鉛、カーボン、コークス等の炭素粉末、アルミナ、ボーキサイト、ロー石等が使用され、有機物としては、タール、ピッチ、フェノール樹脂等が使用される。これらの材料割合の好ましい一例を示すと、本発明の窒化珪素鉄含有粉末５〜５０％、シリカ及び／又はアルミナ２〜６０％、炭化珪素１〜３０％、炭素粉末１〜３０％、有機物３〜３０％である。この配合割合からなる耐火物は、特に高炉出銑口閉塞材、出銑樋材として好適である。
【００１４】
【実施例】
以下、実施例、比較例をあげて更に具体的に本発明を説明する。
【００１５】
実施例１〜１７ 比較例１〜１６
（２〜４８μｍの粒子）／（２μｍ未満の微粉）の質量比が３．１で、比表面積が１．８ｍ２／ｇであり、Ｓｉ３Ｎ４とＦｅの含有率が異なる窒化珪素鉄粉末と、アルミニウム粉末と、塩化アルミニウム粉末と、表１に示されるＡｌ、Ｃｌ含有率を有するアルミニウムドロスとを種々の割合で混合し、表２、表３に示される窒化珪素鉄含有粉末（平均粒子径７５μｍ）を製造した。なお、表２に示された窒化珪素鉄含有粉末組成のＳｉ３Ｎ４とＦｅの割合は、用いた窒化珪素鉄粉末のＳｉ３Ｎ４とＦｅの組成を変えることによって行い、また表３に示された窒化珪素鉄含有粉末組成は、用いた窒化珪素鉄粉末のＳｉ３Ｎ４、Ｆｅの組成と、Ａｌ、Ｃｌの組成の異なるアルミニウムドロスを用いて行った。
【００１６】
得られた窒化珪素鉄含有粉末の性能評価を行うため、以下に従って炭素含有耐火物を製造し、強度、高温スラグに対する耐食性、常温放置時の硬化性を測定した。それらの結果を表４、表５に示す。
【００１７】
（１）炭素含有耐火物の製造
窒化珪素鉄含有粉末を２０％、アルミナ質骨材としてボーキサイト粉末（１ｍｍ下）２０％、炭化珪素粉末（１ｍｍ下）２０％、コークス粉末（１ｍｍ下）２０％、有機物として無水タール２０％を配合し、６０℃に加熱しながら混練した後、強度評価用サンプル（２５ｍｍ×２５ｍｍ×１６０ｍｍ）、耐食性評価用サンプル（５０ｍｍ×５０ｍｍ×１６０ｍｍ）をプレス成形して製造した。低温強度の測定には、強度評価用サンプルをそのまま用い、高温強度の測定には、強度評価用サンプルを乾燥機に入れ、４００℃まで加熱して脱ガスし、焼成炉に移し、アルゴンガス雰囲気下、１４００℃×３時間焼成したものを用いた。また、高温スラグに対する耐食性評価には、耐食性評価用サンプルを高温強度用と同様な条件で熱処理したものを用いた。
【００１８】
（２）低温強度
サンプルをアルゴンガス雰囲気中で任意時間３００℃で加熱した際の３点曲げ強度を測定した。その結果を比較例７の強度（３．５ＭＰａ）を１００とした相対値で示した。
【００１９】
（３）高温強度
サンプルをアルゴンガス雰囲気中で１５００℃に加熱し、３点曲げ強度を測定した。比較例１の強度（５．８ＭＰａ）を１００とした相対値で示した。
【００２０】
（４）耐食性
回転ドラム法によりドラムの内側にサンプルを内張りし、高温スラグを入れ中通しした発熱体で１５００℃に加熱し、ドラムを低速で回転させながら１０時間侵食試験を行い侵食量を測定した。数値は比較例７（１０ｍｍ）を１００とした相対値で示した。数値が小さくなると優れている。
【００２１】
（５）硬化性
上記耐食性評価用サンプルを常温で１週間放置した際に、サンプルに粘りがあって硬化していないか（○）、又は硬化しているか（×）の観察を行った。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】
【表３】
【００２５】
【表４】
【００２６】
【表５】
【００２７】
表１〜５から、窒化珪素鉄粉末に所定量のアルミニウム成分を添加すると、高温強度が向上し（例えば実施例５と比較例８との対比）、また塩素成分を添加すると、低温強度が向上する（例えば実施例５と比較例１６との対比）ことがわかる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、低温の強度発現が促進され、高温強度の発現が増大する耐火物、特に出銑口の閉塞材としたときに、閉塞材注入後の保型時間を短縮することのできる耐火物が提供される。
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化珪素鉄含有粉末及びこれを含有してなる耐火物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レンガ等の炭素含有定形耐火物や、高炉出銑口閉塞用マッド材、出銑樋材等の炭素含有不定形耐火物においては、高温スラグ等に対する耐食性を向上させるため、シリカ、アルミナ、炭化珪素、カーボン等の耐熱性骨材と、窒化珪素鉄粉末と、タール、フェノール樹脂等の加熱によって炭素が生成する有機物とを含む混合物が使用されている。この耐火物における今日の課題は、近年の更なる溶鋼の操業条件の過酷化と、要求特性の高度化に対応するため、耐食性と強度を更に高めることである。
【０００３】
この課題を解決するには、炭素系耐火物製造時にアルミニウム粉、シリコン粉等の金属粉を添加すればよく、これによって性能が向上することは知られている。たとえば、アルミニウム粉を添加した場合、６００℃付近からＡｌ４Ｃ３が生成し強度を発現する。しかし、この耐火物を高炉出銑口閉塞材として使用した場合には、出銑口へ閉塞材を注入後、必要強度を発現するまでの時間を保型する必要があり、この保型時間が一連の作業を律速するので、その短縮が要求されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記に鑑み、閉塞材注入後の保型時間を短縮することのできる耐火物を提供することである。本発明の課題は、特定量のアルミニウム粉末と塩素化合物を含む窒化珪素鉄含有粉末を、耐火物の構成成分とすることによって達成することができる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、窒化珪素（Ｓｉ３ Ｎ４ ）５０％（質量％、以下同じ）以上、鉄（Ｆｅ）２〜２０％、アルミニウム２〜３０％、塩素化合物を塩素分として０．１〜５％を含有してなることを特徴とする窒化珪素鉄含有粉末である。この場合において、アルミニウム及び／又は塩素化合物の一部又は全部をアルミニウムドロスによって供給されていることが好ましい。また、本発明は、この窒化珪素鉄含有粉末と、耐熱性骨材と、炭素粉末及び／又は加熱によって炭素となる有機物とを含有してなることを特徴とする耐火物である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、更に詳しく本発明について説明する。
【０００７】
炭素含有耐火物を低温で強度を発現させるには、アルミニウムを添加すればよく、それによって針状晶のＡｌ４Ｃ３が生成しマトリックスが強化されることは上記した。本発明の耐火物においては、Ａｌ４Ｃ３が生成し始める前に、炭素粉末及び／又は加熱によって炭素となる有機物と塩素化合物の塩素とが反応しＡｌ４Ｃ３の生成反応を促進させる。
【０００８】
本発明の窒化珪素鉄含有粉末において、窒化珪素が５０％未満であると、高温でのスラグ侵食が進み好ましくない。また、鉄が２％未満であると、窒化珪素との反応が進行せず、２０％をこえると、窒化珪素との反応が極端に進みすぎてマトリックス内へのスラグ浸潤防止効果が短時間化し好ましくない。好ましい窒化珪素の含有量は６５〜８０％であり、鉄は５〜１５％である。
【０００９】
また、アルミニウムが２％未満では、６００℃付近での強度発現効果が十分でなく、３０％をこえると高温スラグに対する耐食性も悪化する。塩素化合物が、塩素分として０．１％未満ではＡｌ４Ｃ３の生成反応を促進させる効果が小さく、５％をこえると、本発明の耐火物の貯蔵中に硬化する恐れがある。好ましいアルミニウムの含有量は５〜１５％であり、塩素化合物は塩素分として０．１〜１％である。
【００１０】
窒化珪素、鉄、アルミニウム、塩素化合物の各成分は市販品で十分であり、塩素化合物としては、塩化アルミニウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム等が用いられる。粒度は、いずれの成分も微粉化されていることが望ましく、平均粒子径が１ｍｍ以下、特に１００μｍ以下であることが好ましい。これらの成分の所定量をボールミル、ミキサー等の混合機で混合することによって本発明の窒化珪素鉄含有粉末を製造することができる。
【００１１】
この場合において、アルミニウム及び／又は塩素化合物の成分の一部又は全部をアルミニウムドロスにより供給することによってその有効利用を図ることができる。ここで、アルミニウムドロスというのは、ボーキサイト等のアルミニウム含有鉱物の溶解作業中に溶湯表面に生成した浮遊物のことであり、その成分の一例を示せば、金属アルミニウム５〜７０％、塩素化合物の塩素分が０．１〜５％であり、残分が酸化アルミニウム、マグネシウム、酸化珪素、チタニウム等である。その塩素化合物は、例えば塩化アルミニウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム等である。また、ＪＩＳ Ｇ ２４０２にも説明されている。
【００１２】
また、窒化珪素と鉄の成分は、窒化珪素鉄で供給されることが好ましい。中でも、珪素鉄、珪素及び鉄分の混合物を窒素、アンモニア等の雰囲気下、温度１０００℃〜１６００℃で窒化して製造された鉄含有量２０％以下の窒化珪素鉄のインゴットを粉砕・分級し、（２〜４８μｍの粒子）／（２μｍ未満の微粉）の質量比が０．９〜５で、比表面積が１．２〜２．８ｍ２／ｇに粒度調整されたものが特に好ましい。
【００１３】
本発明の耐火物は、本発明の窒化珪素鉄含有粉末と、耐熱性骨材と、炭素粉末及び／又は加熱によって炭素となる有機物とを必須成分として含有させたものである。耐熱性骨材としては、炭化珪素、シリカ、黒鉛、カーボン、コークス等の炭素粉末、アルミナ、ボーキサイト、ロー石等が使用され、有機物としては、タール、ピッチ、フェノール樹脂等が使用される。これらの材料割合の好ましい一例を示すと、本発明の窒化珪素鉄含有粉末５〜５０％、シリカ及び／又はアルミナ２〜６０％、炭化珪素１〜３０％、炭素粉末１〜３０％、有機物３〜３０％である。この配合割合からなる耐火物は、特に高炉出銑口閉塞材、出銑樋材として好適である。
【００１４】
【実施例】
以下、実施例、比較例をあげて更に具体的に本発明を説明する。
【００１５】
実施例１〜１７ 比較例１〜１６
（２〜４８μｍの粒子）／（２μｍ未満の微粉）の質量比が３．１で、比表面積が１．８ｍ２／ｇであり、Ｓｉ３Ｎ４とＦｅの含有率が異なる窒化珪素鉄粉末と、アルミニウム粉末と、塩化アルミニウム粉末と、表１に示されるＡｌ、Ｃｌ含有率を有するアルミニウムドロスとを種々の割合で混合し、表２、表３に示される窒化珪素鉄含有粉末（平均粒子径７５μｍ）を製造した。なお、表２に示された窒化珪素鉄含有粉末組成のＳｉ３Ｎ４とＦｅの割合は、用いた窒化珪素鉄粉末のＳｉ３Ｎ４とＦｅの組成を変えることによって行い、また表３に示された窒化珪素鉄含有粉末組成は、用いた窒化珪素鉄粉末のＳｉ３Ｎ４、Ｆｅの組成と、Ａｌ、Ｃｌの組成の異なるアルミニウムドロスを用いて行った。
【００１６】
得られた窒化珪素鉄含有粉末の性能評価を行うため、以下に従って炭素含有耐火物を製造し、強度、高温スラグに対する耐食性、常温放置時の硬化性を測定した。それらの結果を表４、表５に示す。
【００１７】
（１）炭素含有耐火物の製造
窒化珪素鉄含有粉末を２０％、アルミナ質骨材としてボーキサイト粉末（１ｍｍ下）２０％、炭化珪素粉末（１ｍｍ下）２０％、コークス粉末（１ｍｍ下）２０％、有機物として無水タール２０％を配合し、６０℃に加熱しながら混練した後、強度評価用サンプル（２５ｍｍ×２５ｍｍ×１６０ｍｍ）、耐食性評価用サンプル（５０ｍｍ×５０ｍｍ×１６０ｍｍ）をプレス成形して製造した。低温強度の測定には、強度評価用サンプルをそのまま用い、高温強度の測定には、強度評価用サンプルを乾燥機に入れ、４００℃まで加熱して脱ガスし、焼成炉に移し、アルゴンガス雰囲気下、１４００℃×３時間焼成したものを用いた。また、高温スラグに対する耐食性評価には、耐食性評価用サンプルを高温強度用と同様な条件で熱処理したものを用いた。
【００１８】
（２）低温強度
サンプルをアルゴンガス雰囲気中で任意時間３００℃で加熱した際の３点曲げ強度を測定した。その結果を比較例７の強度（３．５ＭＰａ）を１００とした相対値で示した。
【００１９】
（３）高温強度
サンプルをアルゴンガス雰囲気中で１５００℃に加熱し、３点曲げ強度を測定した。比較例１の強度（５．８ＭＰａ）を１００とした相対値で示した。
【００２０】
（４）耐食性
回転ドラム法によりドラムの内側にサンプルを内張りし、高温スラグを入れ中通しした発熱体で１５００℃に加熱し、ドラムを低速で回転させながら１０時間侵食試験を行い侵食量を測定した。数値は比較例７（１０ｍｍ）を１００とした相対値で示した。数値が小さくなると優れている。
【００２１】
（５）硬化性
上記耐食性評価用サンプルを常温で１週間放置した際に、サンプルに粘りがあって硬化していないか（○）、又は硬化しているか（×）の観察を行った。
【００２２】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
表１〜５から、窒化珪素鉄粉末に所定量のアルミニウム成分を添加すると、高温強度が向上し（例えば実施例５と比較例８との対比）、また塩素成分を添加すると、低温強度が向上する（例えば実施例５と比較例１６との対比）ことがわかる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、低温の強度発現が促進され、高温強度の発現が増大する耐火物、特に出銑口の閉塞材としたときに、閉塞材注入後の保型時間を短縮することのできる耐火物が提供される。
Claims (3)
- 窒化珪素（Ｓｉ３ Ｎ４ ）５０質量％以上、鉄（Ｆｅ）２〜２０質量％、アルミニウム２〜３０質量％、塩素化合物を塩素分として０．１〜５質量％を含有してなることを特徴とする窒化珪素鉄含有粉末。
- アルミニウム及び／又は塩素化合物の一部又は全部をアルミニウムドロスによって供給されてなることを特徴とする請求項１記載の窒化珪素鉄含有粉末。
- 請求項１又は２記載の窒化珪素鉄含有粉末と、耐熱性骨材と、炭素粉末及び／又は加熱によって炭素となる有機物とを含有してなることを特徴とする耐火物。
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|---|---|---|---|
| JP2002232375A JP3853271B2 (ja) | 2002-08-09 | 2002-08-09 | 窒化珪素鉄含有粉末及び耐火物 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002232375A JP3853271B2 (ja) | 2002-08-09 | 2002-08-09 | 窒化珪素鉄含有粉末及び耐火物 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004067476A JP2004067476A (ja) | 2004-03-04 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002232375A Expired - Fee Related JP3853271B2 (ja) | 2002-08-09 | 2002-08-09 | 窒化珪素鉄含有粉末及び耐火物 |
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| KR100943930B1 (ko) | 2007-11-09 | 2010-02-24 | 경남대학교 산학협력단 | 알루미늄 드로스를 혼합하여 생성되는 TiC와 AlON 및 MgAl2O4로 구성된 내열 및 내화재료 복합분말의 제조 방법 |
| CN114031381B (zh) * | 2021-10-22 | 2022-09-23 | 北京科技大学 | 一种添加氮化硅铁硅砖及其制备方法 |
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2002
- 2002-08-09 JP JP2002232375A patent/JP3853271B2/ja not_active Expired - Fee Related
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