JPH0545546B2 - - Google Patents

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JPH0545546B2
JPH0545546B2 JP54014614A JP1461479A JPH0545546B2 JP H0545546 B2 JPH0545546 B2 JP H0545546B2 JP 54014614 A JP54014614 A JP 54014614A JP 1461479 A JP1461479 A JP 1461479A JP H0545546 B2 JPH0545546 B2 JP H0545546B2
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Toshuki Matsuki
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Kyushu Refractories Co Ltd
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明はカーボン含有不焼成耐火れんがに関す
るものである。 一般にカーボン含有耐火れんがは、れんが製造
時の熱処理温度やこのれんがを炉部材として使用
した炉の使用温度などの高熱条件下において酸化
され開放気孔が増加する。 このため耐火物層内に空気などの酸化性ガスが
侵入しやすくなり、稼働面背面層が脱炭して脆弱
となる。この結果、ガス流、溶鋼流、原料投入に
よる衝撃などにより、この脱炭脆弱層が剥離して
脱落する。また開放気孔が増大すると、スラグが
浸透しやすくなり、緻密層を形成してついには剥
離するなど種々の欠陥が指摘されている。 このようなカーボン含有耐火れんがの欠点であ
る耐酸化性を向上させるために、低融成分を添加
することが提案された。 しかし、この低融成分からなる酸化防止剤を含
有させると、れんが自体の耐火度が低下するた
め、高温度での溶流やスラグとの反応が増加し、
耐用性が著しく損われるという欠点があつた。 さらに不焼成のカーボン含有耐火れんがの品質
向上のため、耐酸化性の向上を目的として金属シ
リコンを使用すること（特開昭53−6312号）や成
形時のラミネーシヨン等の種々の問題を改善する
ことによつて熱間強度の向上をはかること（特開
昭54−11113号）などが提案されている。 しかし、これらのカーボン含有耐火れんがは、
耐酸化性と熱間強度の両特性を同時に満足するも
のではない。 そこで本発明者らは熱間強度と耐酸化性の両特
性を同時に発揮するカーボン含有耐火れんがを開
発すべく種々の添加物について鋭意検討した結
果、カーボン質結合剤が炭素として構造的に不安
定な状態で存在するような温度領域において活性
を呈するような金属粉末、すなわちアルミニウム
粉末、マグネシウム粉末、さらにシリコン粉末な
どを配合することによつて従来のカーボン含有耐
火れんがの欠陥を是正し、かつすぐれた特性を得
られることを見出し、本発明をなすに至つたもの
である。 すなわち本発明は、実質的に１重量％以上のカ
ーボンを含有する塩基性耐火れんが素材84.0〜
98.5重量％に、アルミニウム粉末、マグネシウム
粉末の夫々単独またはその混合粉末１〜10重量％
とシリコン粉末0.5〜６重量％を含有させたこと
を特徴とするものである。 本発明でいうカーボン含有耐火れんが素材とは
炭素材料と塩基性耐火材料とからなるものであ
り、実質的に１重量％以上、好ましくは５〜75重
量％のカーボンを含有するものである。 そして炭素材料としては天然黒鉛、人造黒鉛、
電極屑、石油コークス、鋳物コークス、カーボン
ブラツク等が使用され、また塩基性耐火材料とし
てはマグネシア、ドロマイト、カルシア等の塩基
性の酸化物を主成分とする耐火材料が使用され
る。 本発明ではこれら炭素材料や塩基性耐火材料を
粒度調整したものに、アルミニウム粉末、マグネ
シウム粉末の夫々単独またはその混合粉末、シリ
コン粉末のほか、タール、ピツチ、樹脂など加熱
によつてカーボンを生成するような結合材を添加
して混練する。この混練物を常法にしたがつて成
形後、熱処理してカーボン含有不焼成耐火れんが
として使用するのである。ここでいう熱処理とは
100〜800℃の温度をいい、800℃以上の高温の焼
成を必要としない。またこのカーボン含有不焼成
耐火れんがは成形時にメタルを装着させ、いわゆ
るメタルケースれんがとしても使用できる。 本発明のカーボン含有不焼成耐火レンガの用途
としては特に限定しないが、電気炉のホツトスポ
ツト部やスラグライン部、および精錬鍋のスラグ
ライン部、溶鋼部や湯当り部などに使用した場合
に良い結果が得られる。 次に本発明の特徴についてさらに詳しく説明す
ると、本発明は上記したようにカーボン含有耐火
れんが素材中にアルミニウムまたは／およびマグ
ネシウムとシリコンの金属粉末を添加混合するこ
とである。 即ち、この添加混合された金属粉末のうちアル
ミニウムまたは／およびマグネシウムはある温度
領域において、構造的に不安定な状態で存在して
いる結合材中の炭素の活性点においてこの炭素と
結合することによつて、炭素と酸素との結合が阻
止され、この結果、結合部の残炭率が大幅に向上
するものと思われる。また同時にこれら金属粉末
は炭素材料と反応して炭化物となる時の体積膨張
によつてれんがの気孔容積を減少し、その結果れ
んが組織が緻密となり、強度が増加して特に表層
部ではスラグや溶鋼が侵入しにくくなるのであ
る。 しかし、カーボン含有不焼成耐火れんがの素材
中に添加されているアルミニウムまたは／および
マグネシウムの金属粉末は成形れんがを炉の内張
材として使用する時の加熱条件下において、れん
が中の炭素と結合して炭化物を生じ、これが水分
と接触すると、 Al4C3＋12H2Ｏ→3CH4＋4Al（OH）3 MgC2＋2H2Ｏ→Mg（OH）2＋C2＋H2 の如き反応が進行し、亀裂が発生したり、崩壊す
るなどれんが組織が劣化するのである。そしてこ
の反応は前述したようにアルミニウムやマグネシ
ウムなどの金属粉末の添加量が10重量％に近い領
域では特に顕著に進行するのであるが、この水和
反応は同時に添加してあるシリコン粉末により防
止することができ、良い結果が得られるのであ
る。 要するにこのシリコン粉末添加の目的は、炭化
物の水和防止であつてアルミニウムやマグネシウ
ムなどの金属粉末と併用することにより得られる
効果であり、従来のシリコンを単独で添加使用す
る場合の目的および効果である酸化防止とは明ら
かに異なるものである。 即ち、これらの金属粉末の添加効果はカーボン
含有不焼成耐火れんがの熱間強度と耐酸化性との
両特性を同時に向上させることであり、アルミニ
ウム粉末または／およびマグネシウム粉末および
シリコン粉末とを併用することによつてその相乗
効果としてより一層両特性の向上がはかれるので
ある。 これら金属粉末のうちアルミニウム、マグネシ
ウムの粒径は反応性の点から特に0.125mm以下の
ものを使用するのが好ましく、その含有量は１〜
10重量％、好ましくは１〜６重量％が適当であ
る。 これはアルミニウムやマグネシウム粉末の含有
量が１重量％より少ない場合には添加の効果が得
られないばかりか、れんが中の炭素含有量を多く
することによつて生ずる炭素材のもつ優れた効果
を十分に活用できなくなり、また10重量％より多
くなると、活性金属の炭化物が多量に生成するこ
とに起因する弊害が生ずるためである。またシリ
コン粉末についてはその粒径は0.125mm以下のも
のが好ましく、その添加量は0.5〜６重量％、好
ましくは１〜４重量％である。 この量が0.5重量％より少ない場合は、添加の
効果を発揮できず、また６重量％より多い場合は
成分組成的に耐溶損性が損われるため好ましくな
い。 またシリコン粉末の添加量は、アルミニウムま
たはマグネシウム粉末の添加量に応じて増加させ
るのが好ましい。特に適正なシリコンの添加比率
は重量比でアルミニウムまたは／およびマグネシ
ウム粉末１に対してシリコン粉末0.2〜1.0であ
る。 ところで特開昭52−9011号には、アルミニウム
とシリコンの併用例が開示されている。しかし、
この場合のアルミニウムの添加目的は粘土中の
SiO2を脱酸してAl2O3となり、このときに生成し
たSiCとの直接結合組織を形成させ、不定形耐火
材（スタンプ材）施工体の熱間特性を発現させる
ものであり、結合粘土の特性を有効に利用しよう
とするものである。 これに対して本発明のアルミニウムまたは／お
よびマグネシウム粉末の添加目的は、熱間強度の
発現だけでなく、カーボン含有耐火れんがの耐酸
化性の向上をもはかつたものであり、またシリコ
ン粉末は、このアルミニウム炭化物の水和を防止
するために添加使用するものであり、粘土中の
SiO2の脱酸が不十分なときのために使用するも
のではない。 本発明のカーボン含有不焼成耐火れんがは以上
によつて構成されるものであり、炉材として使用
に供された場合すぐれた特性を発揮するものであ
る。 以上、本発明のカーボン含有不焼成耐火れんが
において得られる効果は 活性金属粉末の併用添加によつて炭素質結合
材の残炭率が向上し、強度が増加するとともに
見掛気孔率が低下する。 活性金属粉末は中間温度領域において炭化物
を生成して体積が膨張する結果、見掛気孔率が
さらに低下して耐酸化性が大幅に向上する。 高温下において稼働面付近の炭化物は空気と
反応して酸化物となり、さらに他の耐火材料と
反応して酸化防止膜を形成し、これによつて稼
働面背面層の脱炭による強度の劣化を防ぎ剥離
現象を防止する。 シリコン粉末を添加することによつて炭化物
の水和反応を防止して組織の劣化を防止するこ
とができる。 などであり、これにより本発明のカーボン含有不
焼成耐火れんがを実炉の内張りに使用した場合そ
の耐用期間を大幅に延長させることができるので
ある。 以下実施例により本発明を詳細に説明する。 実施例 １〜２ 第１表に示す配合割合の混合物を調製し、これ
を成形後、300℃で４時間加熱処理して試料を作
製した。また同じようにして比較例１〜２の試料
をも作製した。得られた試料について1000℃還元
処理後の物性値、1000℃と1400℃加熱後の重量減
少率、熱間曲げ強度の測定およびスラグテストを
行つた。 その結果は第１表の通りである。
【表】
【表】 上表から本発明は比較例に比べて (1) すべての物性が改良されること、 (2) 1000℃還元処理後の重量減少率の値が小さい
ことから残炭率が増加したこと、 (3) 1000℃と1400℃の加熱処理後の重量減少率の
値が小さいことから耐酸化性が向上したこと、 (4) 熱間曲げ強度や耐スラグ性が著しく改良され
ること などすべての性質においてすぐれていることが実
証された。 なお、上記(2)および(3)における加熱処理温度
1000℃、1400℃というのは実炉使用時を想定した
温度である。 実施例 ３〜５ シリコン粉末の添加量を変化させた場合の本発
明の効果を示すため、第２表に記載する配合割合
の混合物を調製し、前記実施例１〜２の場合と同
様の方法で試料を作製した。また同じ方法にてシ
リコン粉末を添加しない試料を比較例３として作
製した。 これらの試料を実炉使用時を想定した1650℃で
加熱後、水中に投入し、10日間放置して亀裂の発
生状態を観察した。 その結果は第２表に示す通りであり、シリコン
粉末の添加によつてAl4C3の分解を防止すること
ができ、比較例に比べて亀裂の発生を大きく低減
させることができた。
【表】

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 実質的に１重量％以上のカーボンを含有する
    塩基性耐火れんが素材84〜98.5重量％にアルミニ
    ウム粉末、マグネシウム粉末の夫々単独またはそ
    の混合粉末１〜10重量％とシリコン粉末0.5〜６
    重量％を含有させ、シリコン粉末の添加比率がア
    ルミニウム粉末または／およびマグネシウム粉末
    １に対して重量比で0.2〜1.0であることを特徴と
    するカーボン含有不焼成耐火れんが。
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