JP5184858B2 - 窒化珪素鉄粉末及び耐火物 - Google Patents

Description

本発明は、窒化珪素鉄粉末及びこの窒化珪素鉄粉末を含む耐火物に関する。

従来、煉瓦等の定形耐火物や、高炉出銑口閉塞用マッド材、出銑樋材等の不定形耐火物では、スラグ等に対する耐食性を向上させるため、例えばシリカ、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、炭素粉末及び／又はタールやフェノール樹脂等の加熱によって炭素が生成する有機バインダーとを含む混合物を用いることが提案されている(特許文献１)。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に、耐食性と強度を更に高めることである。
特開２００３−２７４７号公報

本発明の目的は、耐火物の耐食性と強度を更に高めることのできる窒化珪素鉄粉末と、それを用いた耐火物、特に出銑樋材や高炉出銑口閉塞用マッド材などとして適した耐火物を提供することである。

本発明は、ＢＥＴ比表面積が0.5〜250ｍ^２/gの炭素粉を5〜20質量％配合した後、平均粒子径が100μｍ以下になるまで粉砕してなることを特徴とする窒化珪素鉄粉末である。更に、該窒化珪素鉄粉末と、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バインダーとを含有してなることを特徴とする耐火物である。

本発明によれば、耐火物の耐食性と強度を更に高めることのできる窒化珪素鉄粉末と、それを用いた耐火物、特に出銑樋材や高炉出銑口閉塞用マッド材などとして適した耐火物を提供される。

本発明の窒化珪素鉄粉末は、耐火物を製造する際に用いる炭素粉及び／又は加熱によって炭素となる有機バインダーとは別に、ＢＥＴ比表面積が0.5〜250ｍ^２/gの炭素粉を5〜20質量％を配合することが特徴である。これによって、耐火物中の窒化珪素鉄と炭素との反応性が一段と活発になるので、より容易かつより多量に炭化珪素が生成するので、スラグに対する耐食性と強度が著しく向上する。さらに説明をすれば、炭化珪素の生成に伴って窒化珪素鉄から窒素が放出されるが、この窒素によって耐火物マトリックスの内圧が高められ、その結果、スラグの浸潤を防止する作用が顕著になり、強度も高まる。しかも、耐火物マトリックスがポーラスとなるので、出銑口の開口性も良好となる。

窒化珪素鉄インゴットを粉砕して、窒化珪素鉄粉末に配合される炭素粉のＢＥＴ比表面積が、0.5ｍ^２/g未満では反応で生成する炭化珪素の量が少なく、また250ｍ^２/gを超えると耐火物自体がバサバサとなって充填性が悪くなり、どちらも結果としてスラグに対する耐食性と強度が十分に向上しない。特に本発明では、窒化珪素鉄粉末に配合される炭素粉のＢＥＴ比表面積が1〜100ｍ^２/gがより好ましい。

窒化珪素鉄粉末中の炭素粉が5質量％未満では、反応で生成する炭化珪素の量が少なく、また20質量％を超えると窒化珪素鉄粉末中の窒化珪素量が少なくなり、結果としてスラグに対する耐食性と強度が十分に向上しない。
更に、窒化珪素鉄粉末の平均粒子径は、100μm以下が好ましい。

本発明の窒化珪素鉄粉末は、通常の炭素粉を含まない、又はほとんど含まれていない窒化珪素鉄粉末に、所定量の炭素粉を混合することによって製造することができる。
このような窒化珪素鉄粉末としては、例えば、窒化珪素粉末、鉄粉末、珪素鉄粉末の所定量を、例えばボールミル、ミキサー等の混合機を用いて混合して得られたものを使用することができる。このような窒化珪素鉄粉末の組成の一例を示せば、鉄分を2〜30質量％、珪素鉄分を2〜30質量％を含み、残部が主として窒化珪素からなるものである。
その市販品の一例をあげれば、例えば電気化学工業社製商品名「ファイアレン」である。

しかし、本発明においては、窒化珪素鉄インゴットを製造した後粉砕する窒化珪素鉄粉末の製造において、窒化珪素鉄インゴットを粗砕した段階で、好ましくは平均粒子径5〜30mmとした段階で炭素粉を添加し、その後、微粉砕をして製品粒度を平均粒子径が100μm以下になるまで粉砕して製造することが好ましい。このような方法によって、窒化珪素鉄粒子表面の空隙ないしは開気孔の内部に、炭素粉をより多く存在させることができるので、本発明の効果が助長される。

窒化珪素鉄インゴットは、珪素鉄及び／又は金属シリコンや鉄を含む原料を、例えば窒素、アンモニア等の窒素含有の非酸化雰囲気下で窒化することによって製造することができる。窒化珪素鉄インゴットの粗砕は、例えばジョークラッシャー、ロールミル等の粉砕機を用いて、またその後の微粉砕は、例えばボールミル、アトライターミル、振動ミル等の粉砕機を用いて行うことができる。

本発明の窒化珪素鉄粉末ないしは窒化珪素鉄インゴットの粗砕物に添加される炭素粉としては、黒鉛粉、コークス粉、例えばファーネスブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラック粉など、ＢＥＴ比表面積が0.5〜250ｍ²/gであれば特に制約はないが、微粉であるカーボンブラック粉を用いた方が本発明の効果が大きくなる。

本発明の耐火物は、本発明の窒化珪素鉄粉末と、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バインダーとを必須成分として含有してなるものである。これらの割合の一例を示せば、窒化珪素鉄粉末が5〜50質量％、耐熱性骨材が2〜90質量％、炭素粉末が1〜30質量％及び／又は有機バインダーが3〜30質量％である。これらの材料の混合には、例えばボールミル、ミキサー等の混合機が用いられる。

耐熱性骨材としては、耐火物の使用温度で溶融し難い無機物質が用いられ、それを例示すれば、炭化珪素、シリカ、アルミナ、ボーキサイト、ロー石などである。炭素粉としては、黒鉛粉、コークス粉、例えばファーネスブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラック粉など、特に制約はない。

有機バインダーとしては、例えばタール、ピッチ、フェノール樹脂等の様に、加熱によって炭素となるものであればよい。炭素粉末及び／又は有機バインダーの中でも、残炭分の多い有機バインダーを用いることが好ましい。

参考例１、実施例２〜７、比較例１〜３
珪素鉄粉末(JIS2号品)100質量部に、ポリビニルアルコール8質量％水溶液を10〜20質量部の範囲内で変量して混合し、プレス成形(圧力20MPa)して20〜30cm3程度の円柱状成形体を成形し、120℃で10時間乾燥した。これを密閉炉に充填し、窒素雰囲気下、温度1500℃で3時間保持して窒化した後冷却して窒化珪素鉄インゴットを製造した。
窒化珪素鉄インゴットをロールミルで粗砕(平均粒子径15mm、最大粒径25mm)した段階でＢＥＴ比表面積の異なる炭素粉(市販のファーネスブラック、純度99質量％以上)を15%配合し、ボールミルで微粉砕して平均粒子径20μmの窒化珪素鉄粉末を製造した。
更に、所定量の炭素分を含有させた上記窒化珪素鉄粉末20質量部、アルミナ質骨材(ボーキサイト粉末1mm下)25重量部、炭化珪素粉末(1mm下)25質量部、ロー石微粉末(0.1mm下)10質量部、コークス粉末(0.2mm下)10質量部、コールタール10質量部からなる耐火物を製造した。

参考例８、実施例９〜11、比較例４〜５
窒化珪素鉄粉末に含有させる炭素粉(ＢＥＴ５０ｍ^２/gで一定)の配合率を変えた以外は参考例１と同様にして耐火物を製造した。

参考例12
コークス粉末10質量部の替わりに、黒鉛粉(0.1mm下)10質量部を用いたこと以外は、参考例１と同様にして耐火物を製造した。

参考例13、14
コールタール10質量部の替わりにフェノール樹脂10質量部(参考例13)又は流動パラフィン10質量部(参考例14)を用いたこと以外は、参考例１と同様にして耐火物を製造した。

上記で得られた耐火物を評価するため、耐火物を60℃で加熱混練して、耐食性評価用サンプル(50mm×50mm×160mm)と強度評価用サンプル(25mm×25mm×160mm)をプラス成形した後、400℃まで加熱して脱ガスした後、焼成炉に移し、アルゴンガス雰囲気下、1400℃×3時間焼成してから、以下に従って、（１）スラグに対する耐食性、及び（２）曲げ強度を測定した。それらの結果を表１に示す。
（１）スラグに対する耐食性
回転ドラム法によりドラムの内側にサンプルを厚み50mmに内張りし、高温のスラグを入れ、中通しされた発熱体で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、サンプルの厚み減少量を侵食量(mm)として測定した。
（２）曲げ強度
アルゴンガス雰囲気中、1500℃に加熱して3点曲げ強度を測定した。

本発明の窒化珪素鉄粉末は、各種の不定形耐火物や定形耐火物の製造用原料として用いられる。また、本発明の耐火物は、出銑樋材や高炉出銑口閉塞用マッドなどとして用いられる。

Claims (2)

1. 窒化珪素鉄インゴットを粉砕して、ＢＥＴ比表面積が１〜100ｍ^２/gの炭素粉を10〜20質量％配合した後、平均粒子径が100μｍ以下になるまで粉砕してなることを特徴とする窒化珪素鉄粉末。
2. 請求項１記載の窒化珪素鉄粉末と、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バインダーとを含有してなることを特徴とする耐火物。