JPH0229631B2 - - Google Patents
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- JPH0229631B2 JPH0229631B2 JP57215473A JP21547382A JPH0229631B2 JP H0229631 B2 JPH0229631 B2 JP H0229631B2 JP 57215473 A JP57215473 A JP 57215473A JP 21547382 A JP21547382 A JP 21547382A JP H0229631 B2 JPH0229631 B2 JP H0229631B2
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
本発明は、カーボンブラツク製造炉のような還
元性雰囲気を伴う超高温部位の内張材として有用
な高耐スポーリング性ジルコニア耐火物に関す
る。 ジルコニア耐火物は、高度の耐火ならびに耐蝕
性を備えるため超高温炉の内張材に好適とされて
おり、通常、石灰石、マグネシア等を添加した安
定度の高い組成の煉瓦として製造供給されてい
る。しかしながら、該ジルコニア耐火物は、酸化
雰囲気下の条件においては優れた耐久性能を発揮
するが、還元性雰囲気下では熱的なスポーリング
現象を起す難点がある。このため、例えば炉内を
1600℃程度の高熱還元性ガス流が高速流通する部
位をもつカーボンブラツク製造炉に適用する場合
には、長期間の安定使用を期待することが困難で
あつた。近時、カーボンブラツク製造分野におい
ては、需要の変化に伴つて原料油の熱分解温度が
1600℃を越える条件での操業頻度が増えてきてお
り、この条件に耐える内張材の開発が強く要望さ
れている。 本発明は、上記の問題点を解消する目的で研究
を重ねた結果、部分安定化したジルコニア成分中
に炭化けい素ウイスカーを分散複合すると、カー
ボンブラツク製造炉のような苛酷な高熱還元性雰
囲気を有する環境下においても十分な耐スポーリ
ング性が付与される事実を確認し、開発に至つた
ものである。 本発明の基材となるジルコニア成分は、ジルコ
ニアの電融粒子または焼結粒子に石灰石、マグネ
シア等のアルカリ土類金属酸化物を添加して部分
安定化した形態とする。該部分安定化ジルコニア
成分は、80〜90%の安定化率で立方晶系に固定す
ることが好適で、この範囲を外れる安定化率では
基材そのものの耐スポーリング性が劣化する。 炭化けい素ウイスカーは、二酸化けい素含有紛
末をカーボンブラツクのような炭材と共に不活性
雰囲気中で1400〜1700℃の温度により反応させて
得られる純度99%以上の短繊維状単結晶で、2000
Kg/mm2以上の引張り強さと50000Kg/mm2を越える
弾性率を有する熱的、化学的に極めて安定な超硬
物質である。 部分安定化ジルコニア成分中へ炭化けい素ウイ
スカーを分散複合するには、通常の電融あるいは
電鋳法による耐火物製造過程でジルコニア基材に
添加混合する方法がとられる。すなわち、電融法
による場合には、部分安定化した電融ジルコニア
を所定粒度に破砕し炭化けい素ウイスカーを有機
質バインダーと共に十分均質に混練したのち、成
形焼成する。また、電鋳法においては、部分安定
化したジルコニア成分を常法により電気炉を用い
て電融し、溶融物中にに炭化けい素ウイスカーを
添加分散したのち鋳型に注湯する方法が採られ
る。 分散複合する炭化けい素ウイスカーの性状は、
分散性および補強性の観点から、β型で、直径
0.1〜0.5μm、アスペクト比100〜500の範囲にあ
るものが好適である。また、その配合量はジルコ
ニア成分に対し、0.01重量%以上の割合で均質分
散することが望ましく、これを下廻る組成では有
効な耐スポーリング改善効果を得ることができな
くなる。配合量の上限は特に制約されるものでは
ないが、3重量%を越える領域では炭化けい素ウ
イスカーをジルコニア成分中に均質分散させるこ
とが著るしく困難となる。 このようにして得られるジルコニア耐火物は、
部分安定化したジルコニア成分中に炭化けい素ウ
イスカーが均質に分散複合した組成構造を呈す
る。 上記組成構造を有する本発明のジルコニア耐火
物は、炭化けい素ウイスカーの複合強化作用によ
り物体強度が向上するうえに、1600℃以上の超高
温を伴う還元性雰囲気下において著るしく優れた
耐スポーリング性が発揮される。したがつて、カ
ーボンブラツク製造炉をはじめ還元性雰囲気を有
する各種高熱炉の内張材として、長期間の安定使
用が保障される。 以下、本発明を実施例に基づいて説明する。 実施例 1 石灰石を用いて85%に部分安定化した電融ジル
コニア成分〔化学的成分組成(重量%):
ZrO294.13、CaO4.02、SiO20.97、TiO20.21〕を
微粉砕機で平均粒径10μの微粉末に粉砕し、β型
炭化けい素ウイスカーを種々の割合で懸濁させた
樹脂バインダー2.5重量%と共に混練機に投入し
てジルコニア成分中に炭化けい素ウイスカーが十
分均質に分散するまで混練した。混練物をついで
高圧プレスによりモールド成形し120℃の温度で
樹脂バインダーを硬化したのち、成形物を不活性
雰囲気中1700℃の温度で焼成した。 このようにして得られた各種の炭化けい素ウイ
スカー分散複合ジルコニア耐火物につき、圧縮強
度(常温)および還元性雰囲気における耐スポー
リング性を測定した。 耐スポーリング性の測定は、耐火物試片をカー
ボンブラツク充填電気炉中に埋込んだ状態で1350
℃に15分間加熱したのち取出して水中で3分間、
空気中で12分間冷吉却する操作を繰返し、試片に
亀裂、剥落などのスポーリング現象が生じた時点
の回数とした。 測定結果を、炭化けい素ウイスカーの配合量に
対応させて下表に示した。なお、比較のために炭
化けい素ウイスカーを添加しない例についての測
定結果(従来例)を併載した。
元性雰囲気を伴う超高温部位の内張材として有用
な高耐スポーリング性ジルコニア耐火物に関す
る。 ジルコニア耐火物は、高度の耐火ならびに耐蝕
性を備えるため超高温炉の内張材に好適とされて
おり、通常、石灰石、マグネシア等を添加した安
定度の高い組成の煉瓦として製造供給されてい
る。しかしながら、該ジルコニア耐火物は、酸化
雰囲気下の条件においては優れた耐久性能を発揮
するが、還元性雰囲気下では熱的なスポーリング
現象を起す難点がある。このため、例えば炉内を
1600℃程度の高熱還元性ガス流が高速流通する部
位をもつカーボンブラツク製造炉に適用する場合
には、長期間の安定使用を期待することが困難で
あつた。近時、カーボンブラツク製造分野におい
ては、需要の変化に伴つて原料油の熱分解温度が
1600℃を越える条件での操業頻度が増えてきてお
り、この条件に耐える内張材の開発が強く要望さ
れている。 本発明は、上記の問題点を解消する目的で研究
を重ねた結果、部分安定化したジルコニア成分中
に炭化けい素ウイスカーを分散複合すると、カー
ボンブラツク製造炉のような苛酷な高熱還元性雰
囲気を有する環境下においても十分な耐スポーリ
ング性が付与される事実を確認し、開発に至つた
ものである。 本発明の基材となるジルコニア成分は、ジルコ
ニアの電融粒子または焼結粒子に石灰石、マグネ
シア等のアルカリ土類金属酸化物を添加して部分
安定化した形態とする。該部分安定化ジルコニア
成分は、80〜90%の安定化率で立方晶系に固定す
ることが好適で、この範囲を外れる安定化率では
基材そのものの耐スポーリング性が劣化する。 炭化けい素ウイスカーは、二酸化けい素含有紛
末をカーボンブラツクのような炭材と共に不活性
雰囲気中で1400〜1700℃の温度により反応させて
得られる純度99%以上の短繊維状単結晶で、2000
Kg/mm2以上の引張り強さと50000Kg/mm2を越える
弾性率を有する熱的、化学的に極めて安定な超硬
物質である。 部分安定化ジルコニア成分中へ炭化けい素ウイ
スカーを分散複合するには、通常の電融あるいは
電鋳法による耐火物製造過程でジルコニア基材に
添加混合する方法がとられる。すなわち、電融法
による場合には、部分安定化した電融ジルコニア
を所定粒度に破砕し炭化けい素ウイスカーを有機
質バインダーと共に十分均質に混練したのち、成
形焼成する。また、電鋳法においては、部分安定
化したジルコニア成分を常法により電気炉を用い
て電融し、溶融物中にに炭化けい素ウイスカーを
添加分散したのち鋳型に注湯する方法が採られ
る。 分散複合する炭化けい素ウイスカーの性状は、
分散性および補強性の観点から、β型で、直径
0.1〜0.5μm、アスペクト比100〜500の範囲にあ
るものが好適である。また、その配合量はジルコ
ニア成分に対し、0.01重量%以上の割合で均質分
散することが望ましく、これを下廻る組成では有
効な耐スポーリング改善効果を得ることができな
くなる。配合量の上限は特に制約されるものでは
ないが、3重量%を越える領域では炭化けい素ウ
イスカーをジルコニア成分中に均質分散させるこ
とが著るしく困難となる。 このようにして得られるジルコニア耐火物は、
部分安定化したジルコニア成分中に炭化けい素ウ
イスカーが均質に分散複合した組成構造を呈す
る。 上記組成構造を有する本発明のジルコニア耐火
物は、炭化けい素ウイスカーの複合強化作用によ
り物体強度が向上するうえに、1600℃以上の超高
温を伴う還元性雰囲気下において著るしく優れた
耐スポーリング性が発揮される。したがつて、カ
ーボンブラツク製造炉をはじめ還元性雰囲気を有
する各種高熱炉の内張材として、長期間の安定使
用が保障される。 以下、本発明を実施例に基づいて説明する。 実施例 1 石灰石を用いて85%に部分安定化した電融ジル
コニア成分〔化学的成分組成(重量%):
ZrO294.13、CaO4.02、SiO20.97、TiO20.21〕を
微粉砕機で平均粒径10μの微粉末に粉砕し、β型
炭化けい素ウイスカーを種々の割合で懸濁させた
樹脂バインダー2.5重量%と共に混練機に投入し
てジルコニア成分中に炭化けい素ウイスカーが十
分均質に分散するまで混練した。混練物をついで
高圧プレスによりモールド成形し120℃の温度で
樹脂バインダーを硬化したのち、成形物を不活性
雰囲気中1700℃の温度で焼成した。 このようにして得られた各種の炭化けい素ウイ
スカー分散複合ジルコニア耐火物につき、圧縮強
度(常温)および還元性雰囲気における耐スポー
リング性を測定した。 耐スポーリング性の測定は、耐火物試片をカー
ボンブラツク充填電気炉中に埋込んだ状態で1350
℃に15分間加熱したのち取出して水中で3分間、
空気中で12分間冷吉却する操作を繰返し、試片に
亀裂、剥落などのスポーリング現象が生じた時点
の回数とした。 測定結果を、炭化けい素ウイスカーの配合量に
対応させて下表に示した。なお、比較のために炭
化けい素ウイスカーを添加しない例についての測
定結果(従来例)を併載した。
【表】
上表の結果から、本発明に係るジルコニア耐火
物は従来例に比べ圧縮強度ならびに還元性雰囲気
下における耐スポーリング性が格段に改善されて
いることが判明する。 実施例 2 高アルミナ煉瓦の内面全域に実施例1No.3の組
成を有する本発明ジルコニア耐火煉瓦を内張りし
た下記構造のカーボンブラツク製造炉を構築し
た。 燃焼室(内径700mm、長さ1000mm)と後部反応
室(内径400mm、長さ9000mm)がベンチユリ状の
狭径主反応域(長さ200mm、最狭径部の内径150
mm)を介して連続する円筒形状を有し、炉頭部に
接線方向空気供給口を備えたウインドボツクス
を、また後部反応室の下流域にクエンチノズルを
各設置してなる反応炉において、炉頭から炉中心
軸に沿つて原料油噴射ノズルを挿着し、その周辺
に4本の燃焼バーナを同軸的に配設した。原料油
噴射ノズルは、先端部(原料導入点)がベンチユ
リ状狭径主反応域の収斂部位に位置するように調
整した。 上記の反応炉を用い、燃料燃焼率110%、狭径
主反応域における燃焼ガス流速215m/sec.原料
油導入量450Kg/hr.の条件により40日間に亘り連
続してカーボンブラツクを製造した。 連続操業後に炉内損傷状態を調査したところ、
最も苛酷な状況(還元性雰囲気、推定温度1800
℃)に晒される狭径主反応域においてもスポーリ
ング損傷は全く認められなかつた。この結果は、
炭化けい素ウイスカーを分散複合しないジルコニ
ア煉瓦を使用した際に20日間で表面亀裂が発生し
たのに比べ、耐スポーリング性が大巾に改善され
ていることを示すものであつた。
物は従来例に比べ圧縮強度ならびに還元性雰囲気
下における耐スポーリング性が格段に改善されて
いることが判明する。 実施例 2 高アルミナ煉瓦の内面全域に実施例1No.3の組
成を有する本発明ジルコニア耐火煉瓦を内張りし
た下記構造のカーボンブラツク製造炉を構築し
た。 燃焼室(内径700mm、長さ1000mm)と後部反応
室(内径400mm、長さ9000mm)がベンチユリ状の
狭径主反応域(長さ200mm、最狭径部の内径150
mm)を介して連続する円筒形状を有し、炉頭部に
接線方向空気供給口を備えたウインドボツクス
を、また後部反応室の下流域にクエンチノズルを
各設置してなる反応炉において、炉頭から炉中心
軸に沿つて原料油噴射ノズルを挿着し、その周辺
に4本の燃焼バーナを同軸的に配設した。原料油
噴射ノズルは、先端部(原料導入点)がベンチユ
リ状狭径主反応域の収斂部位に位置するように調
整した。 上記の反応炉を用い、燃料燃焼率110%、狭径
主反応域における燃焼ガス流速215m/sec.原料
油導入量450Kg/hr.の条件により40日間に亘り連
続してカーボンブラツクを製造した。 連続操業後に炉内損傷状態を調査したところ、
最も苛酷な状況(還元性雰囲気、推定温度1800
℃)に晒される狭径主反応域においてもスポーリ
ング損傷は全く認められなかつた。この結果は、
炭化けい素ウイスカーを分散複合しないジルコニ
ア煉瓦を使用した際に20日間で表面亀裂が発生し
たのに比べ、耐スポーリング性が大巾に改善され
ていることを示すものであつた。
Claims (1)
- 1 安定化率が80〜90%のジルコニア成分に対
し、0.01〜3重量%のβ型炭化けい素ウイスカー
を分散複合してなる組織構造の高耐スポーリング
性ジルコニア耐火物。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57215473A JPS59107982A (ja) | 1982-12-10 | 1982-12-10 | 高耐スポ−リング性ジルコニア耐火物 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57215473A JPS59107982A (ja) | 1982-12-10 | 1982-12-10 | 高耐スポ−リング性ジルコニア耐火物 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59107982A JPS59107982A (ja) | 1984-06-22 |
JPH0229631B2 true JPH0229631B2 (ja) | 1990-07-02 |
Family
ID=16672949
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57215473A Granted JPS59107982A (ja) | 1982-12-10 | 1982-12-10 | 高耐スポ−リング性ジルコニア耐火物 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59107982A (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4804643A (en) * | 1986-06-19 | 1989-02-14 | Corning Glass Works | Zirconia ceramic article toughened with SiC whiskers |
JP2976209B2 (ja) * | 1990-08-23 | 1999-11-10 | 東海カーボン株式会社 | カーボンブラック製造炉 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5030035A (ja) * | 1973-04-02 | 1975-03-26 | ||
JPS5277112A (en) * | 1975-12-24 | 1977-06-29 | Tohoku Daigaku Kinzoku Zairyo | Manufacture of superhard complex materials reinforced by silicon carbide fiber |
JPS56129668A (en) * | 1980-03-12 | 1981-10-09 | Kurosaki Refractories Co | Sic-si3n4 composite specific heat-resistant ceramics and manufacture |
JPS59102861A (ja) * | 1982-12-03 | 1984-06-14 | 工業技術院長 | 炭化ケイ素複合酸化物焼結セラミクス |
-
1982
- 1982-12-10 JP JP57215473A patent/JPS59107982A/ja active Granted
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5030035A (ja) * | 1973-04-02 | 1975-03-26 | ||
JPS5277112A (en) * | 1975-12-24 | 1977-06-29 | Tohoku Daigaku Kinzoku Zairyo | Manufacture of superhard complex materials reinforced by silicon carbide fiber |
JPS56129668A (en) * | 1980-03-12 | 1981-10-09 | Kurosaki Refractories Co | Sic-si3n4 composite specific heat-resistant ceramics and manufacture |
JPS59102861A (ja) * | 1982-12-03 | 1984-06-14 | 工業技術院長 | 炭化ケイ素複合酸化物焼結セラミクス |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS59107982A (ja) | 1984-06-22 |
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JPH0229631B2 (ja) | ||
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