JPH02141452A - 炭素含有耐火物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １産業上の利用分野］ 本発明は溶銑、溶鋼の精錬、運搬容器用及び連続鋳造用
の炭素含有耐火物に関する。

［従来の技術１ 溶融金属の精錬、運搬容器用耐火物及び連続鋳造用耐火
物として炭素含有耐火物は広く用いられている。これは
炭素含有耐火物が従来のセラミックボンド焼成耐火物に
比較して耐食性、耐スポール性に優れているためである
。

また、耐火物の靭性、耐スポール性を改善する目的で、
金属繊維やセラミックス繊維の添加が従来より検討され
ている。特に、金属繊維の添加は不定形耐火物において
は一般的となっている。

一方、カーボンファイバーは金属繊維よりも優れた熱間
強度特性をもちながら、母材との結合性が悪いこと、耐
火物の一般的混練方法では均一な分散が困難なこと−や
高価であることなどがら広く実用化されるには至ってい
ない。

スライディングノズルプレート用の炭素含有耐火物にお
いて、カーボンファイバーを添加することは既に開示さ
れているが（特開昭５６−１４００８０号公報）、この
場合のカーボンファイバーと母材のマトリックスとの結
合は単に有機バインダーが炭化してできるカーボンボン
ドによるものが大部分であり、その結合強度は比較的弱
く、カーボンファイバーによる強度発現の効果を得るに
は不充分であ−）な。

［発明が解決しようとする課題］ 耐火物へカーボンファイバーを添加することにより、耐
火物の脆さが改善され、靭性、耐スポール性に優れた耐
火物が得られることは一般に知られていたが、その実用
化を困難にしていた理由としては以下のことが挙けられ
る： ■長繊維（５ｉｍ以上）のカーボンファイバーは現状の
一般的混練方法では均一に分散させることができない； ■短繊維（５ｍｍ以下）のカーボンファイバーでは母材
マトリックスとの結合力が弱く、繊維の引き抜けが起き
てしまい、カーホンファイバーの本来の強度発現効果が
得られない。

従って、本発明の目的は上記問題を解決し、般的な耐火
物製造法により得られる少量のカーボンファイバー短繊
維を添加した靭性及び耐スポール性に優れた耐火物を提
供するものである。

１課題を解決するための手段］ 本発明者らは」１記目的を達成するためにカーボンファ
イバーの表面を予め有機樹脂または硼素化合物含有有機
樹脂によりコーティングすることにより母材マトリック
スとカーボンファイバーの結合力を大幅に向上できるこ
とを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は耐火性骨材及び炭素含有原料を含有して
なる炭素含有耐火物において、固定炭素を２５重量％以
上含有する有機樹脂により予めコーティングされた直径
５〜・１００μ■、長さ０．５〜５Ｉのカーボンファイ
バーを０．３〜２０重量％添加したことを特徴とする炭
素含有耐火物に係る。

［作　用］ カーボンファイバーの表面にコーティングされた有機樹
脂は加熱処理または使用中の加熱によりカーボンファイ
バーと母材マトリックスの間に強固なカーボンボンドを
形成し、また、硼素含有有機樹脂の場合には、カーボン
ファイバーと７１へリツクスの間に強固なボロンカーバ
イドボンドを形成してカーボンファイバーと母材マＩ・
リツクスの結合力を向上させるために作用する。このよ
うな表面コーティングカーホンファイバーを用いること
により従来のカーホンファイバー短繊維で起きていた繊
維の引き抜けの問題を解消され、少量のカーボンファイ
バー短繊維の添加でも、従来にない高靭性、高耐スポー
ル性の炭素含有耐火物を得ることができる。

本発明の炭素含有耐火物は耐火性骨材及び炭素含有原料
からなる混合物に、有機樹脂または硼素化合物含有有機
樹脂をコーティングした直径５〜１００μ■、長さ０，
５〜５１のカーボンファイバーを添加し、有機バインダ
ーを用いて常法により混練、成形し、大気中にて３５０
℃以下の温度で乾燥するか、または還元雰囲気中にて１
５００℃以下の温度で焼成することにより得ることがで
きる。

本発明に使用されるカーボンファイバーとしてはピッチ
系あるいはポリアクリロニトリル系のものを挙げること
ができ、カーボンファイバーの寸法は直径５〜１００μ
ｍｏ、長さ０．５〜５ｍｍのものが好ましい。ここで、
カーボンファイバーの直径が１００μ伯を超えると、混
練、成形中に折れ易く、また、分散性の面からも好まし
くない。また、カーボンファイバーの長さが５ｍｌ１１
を超えると、混線時に均一に分散しないために好ましく
ない。なお、カーボンファイバーの直径及び寸法が上記
下限より小さくなると、繊維としての形状を維持するこ
とができず、添加効果がなくなるために好ましくない。

カーボンファイバーの表面をコーティングする有機樹脂
としてはフェノール樹脂、フラン樹脂、ピッチ等を使用
することができるが、加熱後の強度を考慮すると、固定
炭素の多いものが好ましく、少なくとも２５重量％以上
の固定炭素を有するものが望ましい。固定炭素が２５重
足％未満の場合には、充分な加熱後の強度が得られない
ために好ましくないに れらの有機樹脂には予め硼素含有化合物を添加すること
ができ、その添加量はＢ２Ｏ３として１．０〜１５重量
％である。該添加量が１．０重量％未満の場合にはその
添加効果が認められないなめに好ましくなく、また、１
５重量％を超えると、有機樹脂の流動性が損なわれるた
めに好ましくない 有機樹脂に添加することができる硼素含有化合物として
は、硼素の酸化物、炭化物、硼酸メチルなどのアルコキ
シド類を挙げることができる。

なお、カーボンファイバーへの上記有機樹脂のコーティ
ングは、所定の寸法に切断されたカーボンファイバーと
有機樹脂とをハイスピードミキサーまたはアイリッヒミ
キサーにより混合し、その後自然乾燥または２００℃以
下の温度で流動乾燥器を用いて乾燥することにより行な
うことができる。また、上述の有機樹脂のコーテイング
量はカーボンファイバーの３〜２０重量％が好適である
。

このようにして得られた有機樹脂コーティングを存する
カーボンファイバーを炭素含有耐火物の重量当たり０．
３〜２０％の量で添加する。該カーホンファイバーの添
加量か０．３重量％未満であると、添加効果が現れない
ために好ましくなく、また、２０重量％を超えると、耐
火物としての耐食性が著しく低下するために好ましくな
い。

本発明に使用される耐火性骨材としては例えばアルミナ
、ムライト、マグネシア、スピネル、ジルコニア、シリ
カ等が挙げられる。また、炭素含有原料としては鱗状黒
鉛、玉状黒鉛、コークス、カーボンブラック等が使用で
き、更に必要に応じてＳ　ｒｃ　、　Ｓ　ＩＩＮ　＜、
Ｂ、Ｃ等の炭化物、窒化物及びＡＩ、Ｓｉ等の金属粉を
添加することができ、カーボンの酸化防止、耐火物の強
度向上を図ることができる。なお、炭素含有原料は耐火
物全体としてのカーボン量が４０重量％以下となること
が望ましく、カーボンの合計含量が４０重量％を超える
と、耐食性の低下が顕著となるために好ましくない。

上述の成分は常法により混練することもできるが、０．
３ｍｍ以下の微粉部とカーボンファイバーを予め■型ミ
キサまたはハイスビートコキサ−でプレミックスするこ
とによりカーボン量７・イハーをより一層均−に分散さ
せることができる。混練時に使用するバインダーとして
はフェノール樹脂、フラン樹脂等の有機バインターが使
用できる。

上述の配合を有する混合物をフリクションプレス、オイ
ルプレスまたは静水圧プレス等の成形法により所定の形
状に成形し、次に、例えば２００〜３５０℃の低温で硬
化処理を施して不焼成品とするか、または還元雰囲気中
３５０〜１５００’Ｃの温度で還元焼成して焼成品とし
ても良い。

［実　施　例］ 実ＪＬニー 直径５０μｍｎ、長さ１ｍｍのポリアクリロニトリル系
カーボンファイバーと１０重量％のフェノール樹脂（固
定炭素４０重量％）をハイスピードミキサーに装填し、
１５分間混合し、その後自然乾燥することにより樹脂コ
ーティング済カーホンファイバー（１）を得た。

上述のフェノール樹脂にＢ１０をＢ２Ｏ２として５重量
％添加・混練してなるフェノール樹脂を使用する以外は
上述と同様の方法により樹脂コーティング済カーボンフ
ァイバー（２）を得た。

一 次に、第１表に示す配合で各成分を混練したが、この時
に各成分の０．３１以下の微粉と樹脂コーティングカー
ボンファイバーをまずＶ型ミキサーでプレミックスし、
各成分の全量とバインダーとしてフェノール樹脂を加え
て加圧ニーダで混練した。

得られた混練物を真空フリクションプレスを用いて２　
Ｘ　１０３ｋｇ／　ｃｍ２の成形圧で成形して２３０ｍ
ｍＸ　１１４ｍｍＸ　６　Ｓｉｍの寸法の成形体を得た
。

次に、得られた成形体を還元雰囲気中１４００℃で２４
時間焼成し、焼成後の品質を測定した。

結果を第１表に併記する。

１〇− する。

また、第１表に記載する本発明品１をＡ製鉄所取鍋のス
ライドバルブプレートに適用したところ、従来品のＡβ
２Ｏ３−Ｃ質連続鋳造用スライドバルブプレートに比較
し、プレートの亀裂が著しく減少し、耐用回数が約５０
％向上した。

川Ｖ 直径５０μＩＩＩ・長さ４　ｍｍ（３）、直径２０μｍ
ｎ・長さ２ｎＩ１１（４）及び直径１０μｍ’長さ１　
ｍｍ（５）のポリアクリロニトリル系カーボンファイバ
ーと１５重量％のフェノール樹脂（固定炭素４５重置火
）をハイスピードミキサーに装填し、１５分間混合し、
その後流動乾燥器中で１２０分間乾燥することにより樹
脂コーティング済カーボンファイバー（３）〜（５）を
得た。

次に、バインダーとしてフェノール樹脂を使用して第２
表に示す配合で各成分を混練し、得られな混練物を真空
フリクションプレスを用いて］、　、　５　Ｘ　１０　
’ｋｙ／　０ｍ２の成形圧で成形して２３０＋ａｍＸ　
ｉ　１−４　＋ｎｍ×６５１０ｍの寸法の成形体を得た
。。

次に、得られた成形体の緒特性を第２表に併記また、第
２表に示す本発明品２及び比較品をＢ製鉄所混銑車のの
湯当たり部に使用した結果、比較品は１００ｃｂ目でス
ポーリングによる剥離が発生したのに対して本発明品２
は３００ｃｈ使用後でも剥離が発生せず、湯当たり部の
補修回数を半分にすることができた。

実Ｊｌｉｉ−例−３− Ｂ２０３として５重量％の硼酸メチルを添加したフェノ
ール樹脂（固体炭素４０重量％）１８重量％を直径５０
　μｍ−長さ４＋ｎｍ（６）、直径２０μｍ・長さ２ｍ
ｍ（７）及び直径１０μｍ・長さ１ｍｍ（８）のピッチ
系カーボンファイバーと共にハイスピードミキサーに装
填し、１５分間混合し、その後流動乾燥器中て１２０分
間乾燥することにより樹脂コーティング済カーホンファ
イバー（６）−・（８）を得た。

次に、バインターとしてフェノール樹脂を使用して第３
表に示す配合で各成分をハイスピードミキサーにより混
練・造粒し、得られた造粒物をゴム型に充填しアイソス
タティックプレス成形を行なってノズル（寸法１．５０
ｍｍφ×８００１１ＩＩ１１）を作製した。

得られたノズルの還元雰囲気中１２００℃２４時間焼成
後の特性を第３表に併記する。

［発明の効果］ 本発明は従来の炭素含有耐火物の耐スポール性を改善し
、強度を向上させるものであり、耐スポール性と強度を
同時に要求されるような用途でその効果が特に発揮され
る。

例えは、混銑車、転炉等の湯当たり部や羽目、連続鋳造
用の各種ノズル、スライドバルブプレート等において本
発明品は有効に利用することができる。

特許出願人　品川白煉瓦株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、耐火性骨材及び炭素含有原料を含有してなる炭素含
   有耐火物において、固定炭素を２５重量％以上含有する
   有機樹脂により予めコーティングされた直径５〜１００
   μｍ、長さ０．５〜５ｍｍのカーボンファイバーを０．
   ３〜２０重量％添加したことを特徴とする炭素含有耐火
   物。 ２、コーティングに供される有機樹脂がＢ＿２Ｏ＿３と
   して１〜１５重量％の硼素化合物を含有する請求項１記
   載の炭素含有耐火物。