JPH0421625B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は銑鉄、鋼およびスラグに対して耐用性
の高い酸窒化アルミニウム含有耐火物に関する。
最近の製銑、製鋼技術の進歩に伴い、耐火物はま
すます過酷な条件下で使用されるようになつてき
ている。耐火物の耐用性を向上するためには、溶
銑、溶鋼および溶融スラグなどに接触しても耐火
物がこれら溶融物と反応しないことが必要であ
り、そのため、例えば高圧成形、均質成形など製
造技術面の開発によつて成果をあげている一方、
既存の耐火原料であつても耐火原料の品位、加工
および各種原料の適性な組合せによつて成果をあ
げる場合がある。溶銑、溶鋼および溶融スラグな
どの中にFeO濃度が高くなると耐火物が溶損が著
しく進行することが知られている。したがつて
FeOに対する耐食性を向上させることが耐火物の
耐用性の向上につながることとなる。このため
MgO−Ｃ系、Al₂O₃−Ｃ系、Al₂O₃−SiC−Ｃ系
等の耐火物が製造されるようになつた。 しかしながら、MgO−Ｃ系耐火物では操炉中、
加熱冷却の繰り返しの際、亀裂が発生して損傷す
るため用途が限定されてくる。また、Al₂O₃−Ｃ
系およびAl₂O₃−SiC−Ｃ系耐火物では耐食性に
難がある。Al₂O₃−SiC−Ｃ系耐火物のごとき酸
化物系原料主体の耐火物のなかに炭化珪素、窒化
珪素又は酸窒化珪素などの非酸化物系原料を含有
させた耐火物は耐食性及び耐熱衝撃性にすぐれる
のであるが、しかしこれらの非酸化物系原料は、
酸化したときはSiO₂となり溶融金属と反応し易
く、とくに溶融金属やスラグ中のFeOと反応し易
く、改善の余地がある。既存の耐火原料を使用す
る場合では、原料の種類、量、品位、加工条件お
よび製造技術面との組合せ等、検討しなければな
らない項目が多いため成果を挙げるためには開発
に膨大な日数と費用を伴うものである。 そして、このような努力をもつてしても、なお
溶銑、溶鋼および溶融スラグに対する耐用性が十
分に得られない場合が多い。 本発明は溶銑、溶鋼および溶融スラグ等に対し
て耐用性の高い耐火物を提供するものである。す
なわち、本発明は酸窒化アルミニウム３重量部以
上と炭素および／または炭素化合物0.5〜60重量
部に残部が他の耐火性物質からなることを特徴と
する酸窒化アルミニウム含有耐火物である。 酸窒化アルミニウムは窒化アルミニウムと酸化
アルミニウムの固溶体であつて耐熱性が高い。
（2000℃以下では溶融や分解はしない）。高温での
化学反応性に乏しい（とくにFeOに対する耐食性
にすぐれる）。熱膨張率がアルミナ、マグネシア、
ジルコニアなどの耐火原料に比べて小さい、各種
の溶融金属と反応し難い、などの特性を有するの
で、本発明者等は耐食性や耐熱衝撃性を具備する
ことが必要条件である溶銑、溶鋼および溶融スラ
グ等に接触する部分に使用する耐火物の原料とし
て適するとの結論に達した。 酸窒化アルミニウムは窒化アルミニウムAlN
とアルミナAl₂O₃との固溶体（xAlN・yAl₂O₃）
であるが、合成条件によつて酸窒化アルミニウム
中に金属アルミニウム、アルミナ、窒化アルミニ
ウムなどが随伴することがある。 本発明の原料として使用するときは、酸窒化ア
ルミニウムの純度が高いものが望ましいが、これ
らの随伴物が残存していても構わない。原料とし
ては、金属アルミニウムの残量は少ない方がよ
く、また、アルミナおよび窒化アルミニウムを随
伴しているときは、原料の緻密性、硬さ、および
化学安定性の面から窒化アルミニウムを随伴した
ものよりアルミナを随伴したものの方が好まし
い。酸窒化アルミニウムは３重量部以上を含有せ
しめる。３重量部以下であると前記した効果が少
ない。含有量が多くなるに従つて耐火物の熱膨張
係数が少なくなり、熱的容積安定性がすぐれ、ま
た耐食性が向上する。炭素および炭素化合物は
0.5〜60重量部を含有せしめる。炭素原料として
はコークス、土状黒鉛および鱗状黒鉛などを使用
する。また炭素化合物はタール、ピツチ、樹脂な
ど耐火物の結合材であり、熱分解や重縮合によつ
て炭素となるものである。炭素原料は、溶銑、溶
鋼および溶融スラグなどに対して耐食性を有し、
耐熱衝撃性にすぐれるほか、酸窒化アルミニウム
の酸化抑制の効果がある。この炭素質、炭素化合
物等の含有量が0.5重量部以下であると前記の効
果が発揮されず、60重量部以上であると酸窒化ア
ルミニウムの素材の性能が希釈され、炭素質の品
質に近くなつてしまう。 次に残部の耐火性物質として炭化珪素、窒化珪
素などの非酸化物系原料、ジルコン、ジルコニ
ア、アルミナ、ムライト、マグネシアなどの酸化
物系原料、金属珪素、フエロシリコン、アルミニ
ウム粉末等の添加剤、リン酸アルミニウム、珪酸
ソーダ、粘土、水などの結合剤および結合助剤等
を必要に応じて使用する。炭化珪素粉末を併用す
ると耐火物中の炭素の酸化防止となるうえ、使用
中酸化珪素が酸化したとき、耐火物の組織の中で
還元性を維持するので酸窒化アルミニウムの酸化
を抑制する効果がある。 次に実施例につき説明する。 実施例 １ 第１表中、No.１〜No.６は本発明の不定形耐火物
についての実施例である。第１表に示す原料を使
用した配合物をそれぞれ良く混合した後、加水混
練した。酸窒化アルミニウムは実験室で合成した
ものを使用した。第１図はそのＸ線回析図であ
る。図中Ｓは酸窒化アルミニウムである。これら
の混練物を、内法で、底辺53mm、上辺36mm、高さ
20mmの台形断面積をもち、長さが120mmの金型の
中、および内法で230×115×65mm（JIS並型レン
ガ形状）の金型の中にそれぞれ流し込んだ。而し
て温度20±５℃、湿度80〜85％の条件下で24時間
養生した後、型から外した。これを105〜110℃に
保持した乾燥器中で12時間乾燥し、次にコークス
粉の中に埋めて電気炉中で350℃まで昇温し、そ
こで４時間保持して焼成した。350℃は結晶水や
揮発物が消失する温度である。溶湯に対する耐食
性試験には前記台形柱状の焼成体を使用した。焼
成体を出力15kWの高周波誘導炉内のルツボの内
側に張り合わせて筒をつくつた。筒の内部に鋳鉄
（FC25）を投入してから誘導加熱を開始し、筒内
温度が1200℃以上になつたとき酸化第一鉄
（FeO）を投入し、1550℃まで昇温して内容物を
溶融させた。1550℃で５時間保持して供試体を溶
湯と反応させた。溶湯を排出して冷却後、供試体
を取り出し、最も侵食された部位の厚さの減少率
を算出して耐食性の比較を行つた。 また耐熱衝撃性については、前記JIS並型レン
ガ形状の焼成体を用いてアコースチツクエミツシ
ヨン法（AE法）で試験を行つた。アコースチツ
クエミツシヨン法は定量的な比較が容易であるこ
となどから、最近耐火物の耐熱衝撃性の評価方法
として採用されてきている方法であり、耐火物に
大きな熱応力を急激に加えたとき耐火物の組織が
破壊する際に発生する弾性波をセンサーでAE発
生量として読みとり、その量の大小で耐熱衝撃性
を評価するものである。AE発生量（カウント数）
の総量が小さいほど耐熱衝撃性が良好と評価して
いる。JIS並形レンガ形状の焼成体の230×115mm
面の中心に約1650℃の酸素プロパンガスの火焔を
約20秒間あてて局部的に加熱する。そこで発生す
るAE量の総量（カウント数）を市販装置
（DUNGAN／ENDEVCO社、MODEL 302A）
で読みとる。 第１表に示す如く、本発明品は、従来品と比較
して、耐火物を甚だしく侵食溶損させる酸化第一
鉄に対する抵抗性をあらわす耐食性が大巾に向上
しており、かつ熱応力による耐火物の組織破壊に
対する抵抗性をあらわす耐熱衝撃性が大巾に向上
していることがわかつた。No.１配合品のように炭
素あるいは炭素化合物を組成に含まない場合は、
耐食性の点で余り大きな向上がなく、No.５配合品
のように炭素あるいは炭素化合物の割合が多過ぎ
ると耐熱衝撃性は良いものの、耐食性の点で余り
大きな向上がない。

【表】 ＊ 酸化のため組織脆弱化一部発生
実施例 ２ 第２表中、No.１〜No.３は本発明の定形耐火物に
ついての実施例である。第２表に示す原料を使用
した配合物をそれぞれ良く混合した後、結合剤を
加えて混練した。酸窒化アルミニウムは実施例１
のときと同じ純度のものを使用した。これらの混
練物を実施例１のきと同じ寸法の台形柱状に600
Kg／cm²の圧力で成形した。次いで成形体をコーク
ス粉の中に埋めて、電気炉中で1200℃まで昇温
し、そこで４時間保持してい焼成した。耐食性お
よび耐熱衝撃性は実施例１と同一の試験方法によ
り試験した。第２表の下欄に示すように本発明品
は従来品と比較して耐食性および耐熱衝撃性にす
ぐれていることがわかる。なお、第２表に示す本
発明品は製鋼用浸漬ノズルに適するものである。

【表】 実施例 ３ 第３表中、No.１〜No.３は本発明耐火物の高炉出
銑孔閉塞用充填材についての実施例である。第３
表に示す原料を使用した配合物をそれぞれ良く混
合した後、結合剤を加えて混練した。酸窒化アル
ミニウムは実施例１および実施例２のときと同じ
粒度のものを使用した。これらの混練物を実施例
１のときと同じ寸法の台形柱状に100Kg／cm²の圧
力で成形した。これを105〜110℃に保持した乾燥
器中で12時間乾燥し、次に電気炉中で150℃／hr
の昇温速度にて350℃まで昇温し、そこで６時間
保持してベーキング処理をした。これら熱処理済
みの供試体を通常の回転侵食試験炉の内側に張り
合わせて筒をつくつた。酸素・プロパンガスバー
ナーを用いて、供試体の筒内面を1500℃まで急速
予熱したのち、製鋼用高炉銑鉄と塩基度（CaO／
SiO₂）1.22の高炉スラグを10：３の重量比で筒内
に投入した。筒内温度を1550±20℃に維持するよ
うにバーナ加熱しながら炉に30rpmの回転を与
え、供試体と溶湯及び溶融スラグを反応させた。
反応時間２時間経過後、筒内溶融物を排出した。
引続いて新たに前記と同一の材料を同一の条件で
供試体と反応させたのち排出した。これを４回繰
り返した後、供試体の被侵食量を測定した。供試
体において最も侵食された部分の厚さの減少率を
算出して耐食性の比較を行つた。第３表の下欄に
示すように、本発明品は従来品と比較して耐食性
にすぐれていることがわかる。本発明品は、従来
から高耐食性骨材として優位に扱われていた電融
アルミナに代えて酸窒化アルミニウムを導入した
ことにより高炉出銑孔閉塞用充填材の耐食性をす
ぐれたものとすることができ、したがつて耐用性
を著しく向上することができたもので、第３表は
その例をあげたものである。本発明品は高炉出銑
孔に限らず、その他電気炉などの一般治金用炉の
出湯口まで含めた閉塞用充填材全般に適用できる
ものである。また、本実施例は結合材に無水コー
ルタールを用いているが、他に熱硬化性樹脂など
他の結合材を用いることもできる。

【表】 以上述べたように本発明の耐火物は溶銑、溶鋼
および溶融スラグに対する耐食性および耐熱衝撃
性にすぐれているので、これらの溶湯に接する耐
火内張材に使用することができ、高炉内張材、出
銑樋材、溶銑取鍋、混銑車、タンデイツシユ、浸
漬ノズル、出鍋樋材など広い用途に使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は酸窒化アルミニウムのＸ線回析図であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 酸窒化アルミニウム３重量部以上と炭素およ
   び／または炭素化合物0.5〜60重量部に残部が他
   の耐火性物質からなることを特徴とする酸窒化ア
   ルミニウム含有耐火物。