JPH0331662B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の利用分野〕 この発明は、アルミニウム又はアルミニウム合
金の溶湯と接触する部分を有する溶解炉、保持
炉、取鍋、樋等のライニングに用いる耐火物の製
造方法に関する。 〔従来の技術〕 従来のアルミニウム用耐火物は、耐火物中の成
分、例えばシリコン（Si）等がアルミ溶湯中に溶
出して溶湯を汚染し、アルミニウム又はアルミニ
ウム合金の品質の低下をもたらす問題があつた。
また、溶湯中の成分、例えばアルミニウムやマグ
ネシウム等が耐火物中に浸透し反応して耐火物の
変質と機能低下をもたらし、寿命に悪影響を与え
るいわゆる耐用性を低下させる問題があつた。こ
のような問題点を解決するために、特開昭59−
169971号公報に開示されているように、耐火物組
成中に9Al₂O₃・2B₂O₃（以下9A2Bと略記する。）
を添加する方法が提案された。この方法によつて
前記問題点は著しく改善された。すなわち、アル
ミの品質が向上し、耐火物の寿命が延長された。 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来の耐火物組成中に9A2Bを添加する方法に
は次のような問題が残つている。すなわち、
9A2Bは新しい原材料であり、国内で生産されて
いないので入手が困難な問題がある。9A2Bは合
成品であるため高価であり、これを添加する耐火
物もコスト高となる。さらに、従来の添加法で
は、アルミニウム用耐火物の強度の増大と組織の
緻密化を計るために多量の化学結合剤を併用する
必要があり、いつそうコスト高となる。 〔問題点を解決するための手段〕 第１の発明の手段は、アルミニウム用耐火組成
物に、焼成により耐火物中に１乃至12％の9A2B
を生成する量のアルミニウム化合物及び硼素化合
物を夫々一又は二種以上添加し、加水して混練
し、成形した後、1000℃以上で焼成することを特
徴とする。 第２の発明の手段は、アルミニウム用耐火組成
物に、焼成により耐火物中に１乃至12％の9A2B
を生成する量のアルミニウム化合物及び硼素化合
物を夫々一又は二種以上添加し、加水して混練し
たものを溶湯に接触する表面層とし、前記アルミ
ニウム用耐火組成物又は他の耐火組成物に加水し
て混練したものを背面層として一体に成形した
後、1000℃以上で焼成することを特徴とする。 前記手段において、アルミニウム用耐火組成物
は、電融アルミナ、焼結アルミナ、焼成ボーキサ
イト、シヤモツト、炭化珪素等の耐火性骨材に、
結合粘土としてカオリン粘土等、必要に応じて化
学結合剤であるリン酸アルミ等を組合わせたもの
である。このアルミニウム用耐火組成物に9A2B
を生成させるためのアルミニウム化合物及び硼素
化合物を夫々１種類以上加えたものが原料であ
る。そのアルミニウム化合物としては、α、β、
γ、ρアルミナ、水酸化アルミニウム、窒化アル
ミニウム、フツ化アルミニウム等が挙げられ、硼
素化合物としては、無水又は含水硼酸、窒化硼
酸、炭化硼酸等が挙げられる。 アルミニウム用耐火組成物に添加される前記ア
ルミニウム化合物及び硼素化合物の粒度は、低温
で反応を促進するためできるだけ小さく、0.1mm
以下が好ましい。ただし、硼素化合物として無水
硼酸又は含水硼酸を使用する場合は、これらは添
加水に溶けて溶液化するので、多少粗くしてもよ
い。また、硼酸は焼成中にアルミニウム用耐火物
組成中の珪酸と反応して硼硅酸ガラスを生成し易
く、これが耐火物の特性、特にスポーリング性を
低下せしめるので、アルミニウム用耐火物組成中
の骨材にムライトやシヤモツト等の比較的硅酸分
を多く含むものを使用する場合は、アルミニウム
化合物の粒度は1μｍ以下の粒度として硼酸との
反応が進行し易くなるようにするのがよい。もち
ろん、このような場合、粒度のみならずアルミニ
ウム化合物の使用比率を高めたり、硼素化合物と
して難水溶性の炭化硼素とか窒化硼素等の使用を
考慮することが望ましい。 アルミニウム化合物及び硼素化合物の添加量と
しては、焼成中に分解生成する酸化アルミニウム
と酸化硼素が反応して9A2Bを生成する反応機構
から容易に求めることができ、最終的に耐火物中
に１〜12％の9A2Bを含有せしめるように設定す
ることが基本となる。従つて、耐火物中の9A2B
を生成するための量比は、 9Al₂O₃＋2B₂O₃→9Al₂O₃・2B₂O₃ の反応式が示すモル比に従つて添加比率を定
め、耐火物中の9A2Bの所望含有量に従つて添加
量を求めればよい。 生成する9A2Bの耐火物中の割合を１〜12％と
したことは、１％より少ないと耐火物中へのアル
ミニウム溶湯の滲透を抑制できず、12％を越える
と耐用性が低下するからである。従つて、より好
ましい割合は４〜10％である。 焼成温度を1000℃以上としたことは、通常の酸
化性雰囲気では、アルミニウム化合物及び硼素化
合物が加熱により分解して夫々アルミナ及び酸化
硼素となり、1000℃を越えると9A2Bが生成を開
始し、1200℃を越えると反応が著しく進み、1400
℃において反応が殆ど完了する。しかし、熱経済
性を考慮すると、焼成温度は1300℃以下として反
応時間をゆつくりとつて完結せしめることが望ま
しい。 〔作用〕 この発明によれば、従来の9A2Bの添加法に比
較して、得られる耐火物の焼結性が著しく向上し
ている。これはアルミニウム化合物及び硼素化合
物から出発した活性度の強い酸化アルミニウムと
酸化硼素が、焼成中に9A2Bを生成するに際し、
一部か耐火性骨材の表面に附着して結合を高め
る、いわゆる反応焼結として知られる焼結機構に
従うものと考えられる。なお、骨材にムライトや
シヤモツトを用いた場合、骨材に含まれる珪酸と
添加された硼酸が反応して硼珪酸ガラスを生成
し、いわゆる液相焼結機構による焼結が生じたの
ではないかという疑念に対しては、焼結アルミナ
の如き高純度アルミナを骨材として使用した場合
でも強度の向上と緻密組織が得られることから、
液相焼結の考え方は否定できる。 アルミニウム用耐火物は、アルミニウム溶湯の
浸透を制御するために組織を緻密化することや、
地金の投入に際しての衝撃や溶湯による液体摩耗
に耐えるために大きな強度とすることを必要とす
るが、この発明の手段によるアルミニウム用耐火
物は、焼結性の向上によつて組織が緻密で、強度
が大である。これによつて、従来の耐火物組成中
に含まれる化学結合剤の使用量を半減することが
可能である。例えば化学結合剤にリン酸アルミニ
ウムを５％使用していた高アルミナ質れんがにお
いて、この発明を適用したところ、リン酸アルミ
ニウムの使用量を1.5％に源少させて同等のもの
が得られた。 この発明の第２の手段は、従来の安価なアルミ
ニウム用耐火物のアルミニウム溶湯に接触する表
面層にこの発明の第１の手段を適用して、その残
りの背面層は従来のままとする構成のアルミニウ
ム用耐火物を製造する方法であり、表面層が摩耗
して背面層が露出するまでは溶湯の浸透抑制作用
は良好であるから、用途を摩耗があまり進行しな
い所に限定すれば、より安価な耐用性の高いアル
ミニウム用耐火物が得られ、実用性が高い。 〔実施例〕 実施例１、２、３、比較例１、２、従来例につ
いて、耐火物組成、添加物組成、水分及び焼成温
度を表１に示す。同表において、焼結アルミナは
Al₂O₃の含有量が99.5％で、コランダム結晶から
なり、４〜１mm、１mm以下、0.3mm以下、44μｍ以
下の各粒度に粉砕された市販品である。仮焼アル
ミナはAl₂O₃含有量が99.8％で、コランダム結晶
からなるが、比較的低温度（1100℃程度）で製造
された0.1mm以下の粒子形態をもつ市販のアルミ
ナである。水ひ木節粘土はAl₂O₃含有量が38.8％、
SiO₂含有量が41.7％で、カオリン鉱物からなる耐
火物の結合粘土であり、0.3mm以下の粒子に粉砕
された市販品である。微粉アルミナはAl₂O₃含有
量が99.9％で、純度の高いコランダム結晶からな
り、最大粒子が2μｍで、1μｍ以下の超微粒子を
含む市販品である。フツ化アルミニウムは
AlF₃・H₂Oの化学組成で示され、純度が99.99％
の市販特級試薬である。ただし粒度は0.3mm以下
である。硼酸はH₃BO₃の化学式で示される99％
の純度をもつ市販一級試薬である、粒度は0.3mm
以下である。 表１に示す各配合物を夫々５Kgずつ調整し、実
験用10容量のＶ型ミキサーで混合したのち、実
験用ミツクマラー混練機で表１に示した水分を加
えて混練し、夫々の混練物を油圧式加圧機で350
Kg／cm²の成形圧によりJISに定められている並型
れんが形状（65×114×230mm）に成形したのち、
電気加熱温風乾操機で24時間×110℃の条件で乾
操し、引続き炭化珪素抵抗発熱式電気炉で表１に
示す温度で夫々焼成した。各焼成体を冷却後炉か
ら取出してダイヤモンドカツターで半截し、１個
は油圧式強度試験機で強度を測定し、他の１個は
ダイヤモンドコアーを用いて30mm径の穴を穿設
し、底部の厚みが25mm程度となるようにたがねで
凹状に仕上げ、再び110℃で乾操して侵食試験用
の供試体とした。

【表】

【表】 侵食試験は、侵食の大きいヒドロナリウム合金
（マグネシウムを5.5％含むアルミニウム合金）を
用いて行い、前もつてこの合金を黒鉛るつぼで溶
解したものを各供試体の穴部に注入し、電気炉に
挿入して900℃で100時間保持した後の状況を観察
した。浸透深さは冷却後各供試体をダイヤモンド
カツターで切断して断面を観察した。 9A2Bの生成状況は、圧縮強度を測定して圧壊
された各供試体から一部を採取してめのう乳鉢で
微粉砕し、CuKa線を用いたＸ線回折分析装置で
調べた。 これらの試験結果及び評価を表２に示す。この
結果について説明を加えると、従来例は高温で焼
成しているため、焼結して大きな強度が発現して
いるけれども、アルミニウム合金溶湯により侵食
されている。すなわち、溶湯が耐火物中に浸透
し、耐火物表面に溶湯が附着している。比較例１
は低温（800℃）で焼成しているので穿孔時に焼
結アルミナ粒子が剥落して平滑な面を得ることが
できず、侵食試験に供し得なかつた。また、Ｘ線
回折

〔発明の効果〕

この発明によれば、耐火物原料に9A2Bを添加
するのではなく、焼成の際に生成せしめるのであ
り、その生成のための原料がアルミニウム化合物
及び硼素化合物であつて入手し易に比較的安価な
ものであるから、低コストで良好なアルミニウム
及びアルミニウム合金用耐火物を容易に提供でき
る。また、従来の9A2Bの添加法に比較して焼結
性が向上するので、強度的により秀れた耐火物が
得られる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アルミニウム用耐火組成物に、焼成により耐
   火物中に１乃至12％の9Al₂O₃・2B₂O₃を生成する
   量のアルミニウム化合物及び硼素化合物を夫々一
   又は二種以上添加し、加水して混練し、成形した
   後、1000℃以上で焼成することを特徴とするアル
   ミニウム及びアルミニウム合金用耐火物の製造方
   法。 ２ アルミニウム用耐火物組成物に、焼成により
   耐火物中に１乃至12％の9Al₂O₃・2B₂O₃を生成す
   る量のアルミニウム化合物及び硼素化合物を夫々
   一又は二種以上添加し、加水して混練したものを
   溶湯に接触する表面層とし、前記アルミニウム用
   耐火組成物又は耐火組成物に加水して混練したも
   のを背面層として一体に成形した後、1000℃以上
   で焼成することを特徴とするアルミニウム及びア
   ルミニウム合金用耐火物の製造方法。