JPH0524949A

JPH0524949A - 高融点活性金属融体用耐火容器

Info

Publication number: JPH0524949A
Application number: JP17929791A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Suzuki; 木健一郎鈴; Koji Nishikawa; 川浩二西
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1991-07-19
Filing date: 1991-07-19
Publication date: 1993-02-02

Abstract

(57)【要約】【構成】１００メッシュ以下のグラファイト１５〜２
５重量％と、１５０メッシュ以下の希土類金属の酸化物
を主成分とし、０．５重量％以下の易還元性酸化物を含
むまたは含まない酸化物７５〜８５重量％とからなる焼
成体であって、気孔率が９．５〜１８．５体積％である
ことを特徴とする高融点活性金属融体用耐火容器。【効果】本発明によれば、高温濃度、耐熱衝撃性、耐
浸食性、熱伝導性などの諸特性に優れ、さらに金属融体
との反応性が極めて小さい高融点活性金属融体用耐火容
器が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はチタン、ジルコニウム、
ニオブなどの高融点活性金属融体の保持容器や搬送に用
いる耐火容器に関する。

【０００２】

【従来の技術】高融点活性金属融体用耐火材料として、
一般に、酸化物系、窒化物系、炭化物系やグラファイト
等が使用されている。酸化物としては融点が高く、安定
なものとしてＣａＯ、ＴｈＯ₂、ＺｒＯ₂やＹ₂Ｏ₃な
どの希土類酸化物がある。窒化物としてはＢＮやＡｌ₃
Ｎ₄、炭化物としてはＳｉＣがある。目下、該耐火材料
とて、活発な開発研究が進められている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】該耐火材料としては、
その融点が十分に高く、該耐火材料と金属融体との化学
反応が極力少ないものが要求される。しかし、酸化物系
耐火材料単体では耐火材料と金属融体との反応がはげし
く、酸化物系耐火材料から酸素を吸収し、凝固後も金属
に固溶する。一方、融体の凝固表面には「α−ｃａｓ
ｅ」と呼ばれる硬度が大きい高酸素の表面の層を成形す
るために、内部と表面層との間に歪が発生し、該表面層
はしばしば割れる問題がある。また、該表面層を酸洗や
機械的処理によって除去しなければならず問題が大き
い。融体の処理を真空や不活性ガス雰囲気下で行う場合
でも上記の反応が進み、問題解消にはならない。ＺｒＯ
₂を使用する場合にはしばしば、酸素のほか耐火材料中
の金属元素のＺｒの活性金属中への混入も認められてい
る。

【０００４】以上、酸化物系耐火材料について記述した
が、炭化物系や窒化物系耐火材料についても酸素に代わ
り炭素や窒素が悪影響を及ぼすため工業的に用い得る金
属融体用耐火材料は存在しなかった。

【０００５】すなわち、酸化物系、炭化物系または窒化
物系の耐火材料をそれぞれ単独で用いる限り耐火材料と
金属融体との反応を低く保つことが困難であり、問題で
あった。一方、グラファイトの単独使用では炭素が金属
融体に溶解し、該金属を汚染し、凝固した該金属を硬化
させるので問題がある。

【０００６】上述した反応を起こさないことのほかに
も、耐火材料として持つべき特性としては、高温強度、
耐熱衝撃性、耐侵食性、熱伝導性があり、特に高温強度
と耐熱衝撃性が要求される。すなわち、該金属融体用容
器や供給管への金属融体の流入時に急速な昇温があり、
過酷な温度匂配が耐火材料中に発生するので、熱衝撃に
よるスポーリング現象をおこし、破損に至る。また、融
体の高速流入あるいは攪拌された融体に接する耐火材料
表面の構成粒子が剥離するため、金属融体中に耐火材料
の一部が非金属介在物として混入し、凝固物中に残留し
重欠陥となる問題がある。

【０００７】また、融体の静圧、動圧に対して耐火材料
を原形状に維持させるために高温強度も不可決である。
しかし、現状ではこの強度も不十分であり大きな問題が
あった。

【０００８】したがって、本発明は、高温強度、耐熱衝
撃性、耐侵食性、熱電導性など金属融体用耐火容器に要
求される諸特性は当然有し、さらに従来非常に問題であ
った金属融体との反応性が極めて低い高融点活性金属融
体用耐火容器を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは金
属融体に対して安定なＹ₂Ｏ₃および／またはＬａ₂Ｏ
₃に注目し、これら酸化物とグラファイトとからなる複
合の耐火容器を製造することにより前記問題点を一挙に
解決した。

【００１０】すなわち、本発明は、１００メッシュ以下
のグラファイト１５〜２５重量％と、１５０メッシュ以
下の希土類金属の酸化物を主成分とする酸化物７５〜８
５重量％とからなる焼成体であって、気孔率が９．５〜
１８．５体積％であることを特徴とする高融点活性金属
融体用耐火容器を提供するものである。

【００１１】また、本発明は、１００メッシュ以下のグ
ラファイト１５〜２５重量％と、１５０メッシュ以下の
希土類金属の酸化物を主成分とし、０．５重量％以下の
易還元性酸化物を含む酸化物７５〜８５重量％とからな
る焼成体であって、気孔率が９．５〜１８．５体積％で
あることを特徴とする高融点活性金属融体用耐火容器を
提供するものである。

【００１２】ここで、希土類金属の酸化物はＹ₂Ｏ₃お
よび／またはＬａ₂Ｏ₃であるのが好適である。

【００１３】

【作用】以下に本発明をさらに詳細に説明する。本発明
は、チタン、ジルコニウム、ニオブ等の高融点活性金属
融体を処理するための耐火容器に関するもので、処理す
る容器とは具体的に代表的に挙げると、るつぼ、供給
管、鋳型などがある。本発明の耐火容器は、１００メッ
シュ以下のグラファイト１５〜２５重量％、１５０メッ
シュ以下の希土類金属の酸化物を主成分とする酸化物７
５〜８５重量％とからなる焼成体であって、気孔率が
９．５〜１８．５体積％である。希土類金属の酸化物を
主成分とする酸化物は希土類金属の酸化物単味で不純物
を含まない方が好ましいが、易還元性酸化物を０．５重
量％以下含有していてもよい。また、希土類金属の酸化
物としては、Ｙ₂Ｏ₃および／またはＬａ₂Ｏ₃が好適
である。

【００１４】本発明の上述した耐火容器を製造するには
一般に知られている粉体焼成焼結法によればよく、以下
にそれについて説明する。まず、１００メッシュ以下の
グラファイト粉１５〜２５重量％と、１５０メッシュ以
下の希土類金属の酸化物７５〜８５重量％を主成分と
し、０．５重量％以下の易還元性酸化物を含むあるいは
含まない酸化物粉と、これら粉体のバインダとを含む配
合物を得る。

【００１５】この配合物を静水圧法など任意の方法で所
望の形状に成形してグリーンボディを得、これを一般に
行われている方法で焼成する。

【００１６】グラファイト粉の粒度を１００メッシュ以
下とするのは、この値を超えて粗くなると、グラファイ
ト粉と希土類金属酸化物粉の焼結性が悪くなるため、望
ましくないためである。

【００１７】使用できる希土類元素の酸化物としては
Ｙ、Ｌａ，Ｃｅ等の酸化物である。酸化物としては希土
類元素（金属）の酸化物のみである方が好ましいが、不
純物としては、容易に還元される酸化物、例えばＳｉＯ
₂、ＮａＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃等を含有してもよい。しかし、
許されるこれらの易還元性酸化物量は最大０．５重量％
である。この値を超えると、金属融体とこれら不純物と
が反応し、鋳造体表面にあばた状の硬化部分が生じ表面
粗度が悪くなり使用できない。これらの複合の酸化物粉
の使用できる粗度は前記と同じ理由により１５０メッシ
ュ以下の細かい粉とする必要がある。

【００１８】次に、該グラファイト粉と該酸化物粉との
混合量について種々試験し、検討した結果、グラファイ
ト粉１５〜２５重量％、残部は酸化物粉とすることが好
ましいことが判明した。グラファイト粉が２５重量％を
超えると、該融体が異常に汚染し、冷却した金属の硬度
を増すためのである。一方、グラファイト粉量が１５重
量％未満となると、酸化物量が多くなるため、熱伝導性
が低下し、融体との接触表面近傍に亀裂が発生したり、
剥離が生ずる結果となり、好ましいとは言えない。ま
た、気孔率９．５〜１８．５体積％とするためにもグラ
ファイト量を１５〜２５体積％とする必要がある。

【００１９】焼成体の気孔率を９．５〜１８．５体積％
とする理由は、気孔率が９．５％未満では金属の融体が
注入された際の耐熱衝撃性が低く、クラックが発生して
使用に耐えないためであり、気孔率が１８．５％を超え
ると高温強度が著しく低下するためである。すなわちこ
の範囲外では高温強度、耐熱衝撃性、熱伝動性などに劣
り好ましい状態ではない。

【００２０】また、バインダとしては、一般に用いられ
ているものを用いればよく、ＰＶＡなどを代表例として
挙げることができる。

【００２１】

【実施例】以下に本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。

【００２２】（実施例）−３５０メッシュの細かいグラ
ファイト粉と−３５０メッシュの細かいＹ₂Ｏ ₃および
／またはＬａ₂Ｏ₃の粉とを混合し、これに適宜Ａｌ₂
Ｏ₃、ＺｒＯ₂やＳｉＯ₂粉、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｎｄなどの
酸化物粉を添加し、グリーン強度を維持するための有機
バインダーとしてＰＶＡを２〜５ｗｔ％加えて混練し、
ゴム型を用いて冷間で静水圧下で外径１００ｍｍφ、内
径７０ｍｍφ、高さ７０ｍｍのるつぼ型に成形後、この
るつぼを炭素粉中に埋没させＮ₂気流中で１１００℃で
２時間焼成した。焼成後徐冷し周囲の炭素粉末を除去し
て得たるつぼを実験に使用した。

【００２３】これらのるつぼにＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金
を８００ｇｒ装入し、真空容器中に保持し、高周波誘導
加熱により加熱溶解し、表面温度を１８００℃に保持し
溶解を１０分継続した。溶解完了後冷却して、Ｔｉ合金
の試験片をるつぼから分離し、以下の測定と観察を行っ
た。その結果を表１に示す。１）試験片中央部の成分分析２）試験片表層部の硬度分布測定３）該るつぼの溶解後のふくらみ、剥離および割れの観
察

【００２４】

【表１】

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、高温濃度、耐熱衝撃
性、耐浸食性、熱伝導性などの諸特性に優れ、さらに金
属融体との反応性が極めて小さい高融点活性金属融体用
耐火容器が得られる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１００メッシュ以下のグラファイト１５
〜２５重量％と、１５０メッシュ以下の希土類金属の酸
化物を主成分とする酸化物７５〜８５重量％とからなる
焼成体であって、気孔率が９．５〜１８．５体積％であ
ることを特徴とする高融点活性金属融体用耐火容器。
【請求項２】１００メッシュ以下のグラファイト１５
〜２５重量％と、１５０メッシュ以下の希土類金属の酸
化物を主成分とし、０．５重量％以下の易還元性酸化物
を含む酸化物７５〜８５重量％とからなる焼成体であっ
て、気孔率が９．５〜１８．５体積％であることを特徴
とする高融点活性金属融体用耐火容器。
【請求項３】希土類金属の酸化物がＹ₂Ｏ₃および／
またはＬａ₂Ｏ₃である請求項１または２に記載の高融
点活性金属融体用耐火容器。