JPH0578180A - Carbon fiber-containing refractory - Google Patents

Carbon fiber-containing refractory

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JPH0578180A
JPH0578180A JP3243732A JP24373291A JPH0578180A JP H0578180 A JPH0578180 A JP H0578180A JP 3243732 A JP3243732 A JP 3243732A JP 24373291 A JP24373291 A JP 24373291A JP H0578180 A JPH0578180 A JP H0578180A
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JP
Japan
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carbon fiber
refractory
carbon
weight
active metal
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JP3243732A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuhiko Kaji
信彦 加治
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Kurosaki Refractories Co Ltd
Original Assignee
Kurosaki Refractories Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To relax restrictions on the amount of blended carbon fiber in a conventional refractory in which the carbon fiber is dispersed and obtain a refractory remarkably improved in spalling resistance. CONSTITUTION:A refractory is obtained from a blend of 2-10wt.% carbon fiber having 10-50mum diameter and 0.20-2mm length with 1-10wt.% low-melting active metal such as Si or Al added to refractory powder. Nonoxide-based reaction products such as beta-SiC, Si2ON2, SiC-Al-O-N, Al4O3, AlN or SIALON, e.g. whiskers, flakes or protruding substances such as protruding coverings of the active metal are produced on the surface of the carbon fiber to increase adhesion of the carbon fiber to the surrounding matrix and exhibit withdrawing resistance of the fiber. Thereby, spalling resistance can be improved.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、溶融金属と接触する部
位に使用される耐火物、とくに、製銑,製鋼,非鉄,例
を挙げれば、高炉,混銑車の製銑炉から転炉,電気炉,
DH炉,RH炉,取鍋,鋳造用浸漬ノズル,スライディ
ングノズル,坩堝等に適用できる耐スポーリング性に優
れたカーボンファイバー含有耐火物に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a refractory material used in a portion which comes into contact with molten metal, particularly pig iron, steelmaking, non-ferrous metal, for example, a blast furnace, a pig iron making furnace for a mixed pig car, a converter, Electric furnace,
The present invention relates to a carbon fiber-containing refractory having excellent spalling resistance applicable to DH furnace, RH furnace, ladle, casting dipping nozzle, sliding nozzle, crucible and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、金属容器の内張りに使用される耐
火物における熱的,機械的なスポーリングに対する抵抗
性を改善するために、耐食性,耐熱性を犠牲にして、黒
鉛等のカーボン粉末、溶融石英やムライト,コージェラ
イト等の低膨張性粉末を過剰に添加することが行われて
いたが、近年、例えば、特公昭62−9553号公報に
も開示されているように、マグネシアカーボン質耐火物
のように、カーボン含有耐火物においては、カーボンフ
ァイバーを分散させることによって、その耐食性を低下
させることなく、機械的あるいは熱的耐衝撃性と耐摩耗
性を改善する試みが行われるようになった。
2. Description of the Related Art Conventionally, in order to improve resistance to thermal and mechanical spalling in refractory used for lining metal containers, carbon powder such as graphite is sacrificed at the expense of corrosion resistance and heat resistance. Although low-expansion powders such as fused quartz, mullite, and cordierite have been added in excess, in recent years, for example, as disclosed in Japanese Patent Publication No. 62-9553, magnesia carbonaceous refractory. In the case of carbon-containing refractory materials, like carbon materials, attempts have been made to improve mechanical or thermal shock resistance and wear resistance by dispersing carbon fibers without lowering their corrosion resistance. It was

【0003】しかしながら、カーボンファイバーの分散
による耐火物の強化は、耐火物素材とカーボンファイバ
ーとの馴染みが悪く、添加配合量に自ずから限界があっ
て、カーボンファイバー自体が有する基地強化の効果に
限界があり、その上、耐火物基材そのものの特性が失わ
れるという欠点があった。
However, the strengthening of the refractory material by dispersing the carbon fiber is not compatible with the refractory material and the carbon fiber, and there is a limit in the amount of the compounded additive, and the effect of carbon fiber itself for strengthening the base is limited. In addition, there is a drawback that the characteristics of the refractory base material itself are lost.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、この
ようなカーボンファイバーを分散した耐火物において、
耐火物基材そのものの特性を何ら失うことなく、カーボ
ンファイバーの配合量の制限を緩和して、カーボンファ
イバーによる強化機能を増大し、耐スポーリング性を一
段と改善した耐火物を提供することにある。
DISCLOSURE OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a refractory material containing such carbon fibers dispersed therein.
The purpose of the present invention is to provide a refractory material in which the limitation of the compounding amount of carbon fiber is relaxed, the reinforcing function by carbon fiber is increased, and the spalling resistance is further improved without losing the characteristics of the refractory material itself. ..

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、耐火物粉末
に、径が10〜50μm、長さが0.20〜2mmであ
るカーボンファイバーを2〜10重量%と、Si,Al
等の低融点の活性金属を1〜10重量%添加した配合と
した耐火物であって、β−SiC,Si2 ON2 ,Si
C−Al−O−N、Al4 3 ,AlN,SIALON
等の活性金属の非酸化物系反応生成物、例えばウイスカ
ー,フレーク,凸状被覆物等の凸状物をカーボンファイ
バー表面に生成せしめたことを特徴とする。
According to the present invention, a refractory powder contains 2 to 10% by weight of carbon fibers having a diameter of 10 to 50 μm and a length of 0.20 to 2 mm, and Si and Al.
A refractory having a composition obtained by adding 1 to 10% by weight of an active metal having a low melting point such as β-SiC, Si 2 ON 2 , Si
C-Al-O-N, Al 4 C 3, AlN, SIALON
It is characterized in that non-oxide reaction products of active metals such as, for example, convex substances such as whiskers, flakes and convex coatings are formed on the carbon fiber surface.

【0006】上記耐火物粉末には、カーボン源をカーボ
ン量として1重量%以上、40重量%以下含有させるこ
ともできる。
The refractory powder may contain a carbon source in an amount of 1% by weight or more and 40% by weight or less.

【0007】カーボン源としては、耐酸化性,耐スポー
リング性,耐食性,導電性に優れた黒鉛粉末が主に使用
されるが、これに限定するものではなく、無煙炭,コー
クス,メソフェースピッチ,高軟化点ピッチ,液状ある
いは固体状高炭化収率樹脂,カーボンブラック,後述の
有機珪素等の使用が可能である。
As the carbon source, graphite powder excellent in oxidation resistance, spalling resistance, corrosion resistance, and conductivity is mainly used, but the carbon source is not limited to this. Anthracite, coke, mesophase pitch, High softening point pitch, liquid or solid high carbonization yield resin, carbon black, organic silicon described later, etc. can be used.

【0008】また、カーボンは結合剤の形として添加す
ることもできる。
Carbon can also be added in the form of a binder.

【0009】なお、カーボン粉末の添加によって継ぎ効
果がより優れたものとなるが、カーボン粉末を添加しな
くても、引抜き抵抗により継ぎ効果が発揮されるので、
カーボンファイバー以外のカーボン源を添加しないもの
がある。また、継ぎ効果を向上させるために、好ましく
は樹脂からくるカーボン源として期待できるカーボンの
効果を発揮する樹脂結合剤を使用することもできる。ま
た、後述のような有機珪素等を使用することもできる。
Although the splicing effect is further improved by adding the carbon powder, the splicing effect is exhibited by the pulling resistance without adding the carbon powder.
Some do not add carbon sources other than carbon fiber. Further, in order to improve the splicing effect, it is also possible to use a resin binder which preferably exhibits the effect of carbon that can be expected as a carbon source from a resin. Further, it is also possible to use organic silicon or the like as described below.

【0010】配合する低融点の活性金属としては、カー
ボンと反応性の良いCa,Mg,Zr,Fe等の金属も
適用できるが、とくに、金属粉までの常温での安定性、
生成物の熱間強度,耐食性の点から有機珪素を含むSi
あるいはAlが好適である。
As the low melting point active metal to be blended, metals such as Ca, Mg, Zr and Fe which have a good reactivity with carbon can be applied, but in particular, stability at room temperature up to metal powder,
Si containing organic silicon from the viewpoint of hot strength and corrosion resistance of the product
Alternatively, Al is suitable.

【0011】活性金属の非酸化物系反応生成物のカーボ
ンファイバー表面への形成は、配合物の焼成中、使用前
の予熱中、あるいは使用中の加熱によって、添加金属と
雰囲気中のC,N等と反応して生成する非酸化物系の化
合物がカーボンファイバーの表面に生成するもので、こ
れによって、即ち凸状物によってファイバーの引抜き抵
抗が高められ継ぎ効果が向上する。また、これによっ
て、カーボンファイバーと耐火物との密着性も改善さ
れ、添加配合量を増大して、カーボンファイバーによる
耐スポーリング性の改善効果は飛躍的に向上する。
The formation of the non-oxide reaction product of the active metal on the surface of the carbon fiber is carried out by firing the compound, preheating before use, or heating during use, and the added metal and C, N in the atmosphere. A non-oxide-based compound that is formed by reacting with etc. is formed on the surface of the carbon fiber, and by this, that is, by the convex, the fiber pullout resistance is increased and the splicing effect is improved. Further, by this, the adhesion between the carbon fiber and the refractory is also improved, the amount of the compounded and added is increased, and the effect of improving the spalling resistance by the carbon fiber is dramatically improved.

【0012】耐火性粉末としては、種々の酸化物,炭化
物,窒化物,酸窒化物,硼化物の単独もしくは2種以上
の混合粉末が使用可能であり、使用条件、接触する溶融
金属の種類に応じて適宜選択できる。
As the refractory powder, various oxides, carbides, nitrides, oxynitrides, borides, or a mixture of two or more kinds of powders can be used. It can be selected as appropriate.

【0013】カーボンファイバーとしてはPAN系,ピ
ッチ系,フェノールレジン系等、また、炭素系,黒鉛系
等の任意の市販品が使用でき、コスト,強度等を考慮し
て適宜選択できる。
As the carbon fiber, any commercially available products such as PAN type, pitch type, phenol resin type, carbon type, graphite type and the like can be used and can be appropriately selected in consideration of cost, strength and the like.

【0014】[0014]

【作用】耐火材に、カーボンファイバーと共に低融点で
カーボンと反応するメタルを添加して、ファイバーの周
囲に反応生成物、即ちウイスカー等の凸状物を生成させ
ることによって、ファイバーの引抜き抵抗が高められ
る。
[Function] By adding a metal that reacts with carbon at a low melting point together with the carbon fiber to the refractory material to form a reaction product, that is, a convex object such as a whisker, around the fiber, the pullout resistance of the fiber is increased. Be done.

【0015】添加金属がSi添加の場合、カーボンファ
イバーの周囲にβ−SiCが生成し、また、Al添加の
場合は、Al4 3 、AlNが生成する。この生成は最
終的に耐火物が使用中の段階で生成されれば良い。Si
とカーボンによるβ−SiCは1200℃以上、Alと
カーボンによるAl4 3 の生成は700℃以上で生成
し、さらに、1000℃以上でのAlと空気中の窒素と
の反応によるAl4 3 のAlNへの転換によるAlN
が生成する。この反応は比較的短時間で起こるため、非
焼成耐火物における使用中の加熱反応によるこれらの反
応生成物の耐スポーリング性の向上への貢献を充分期待
できる。
When the added metal is Si added, β-SiC is formed around the carbon fiber, and when Al is added, Al 4 C 3 and AlN are formed. This generation may be finally generated when the refractory material is in use. Si
Β-SiC due to carbon and carbon is 1200 ° C. or higher, Al 4 C 3 due to Al and carbon is generated at 700 ° C. or higher, and Al 4 C 3 due to the reaction between Al and nitrogen in the air at 1000 ° C. or higher. AlN by conversion of AlN to AlN
Is generated. Since this reaction occurs in a relatively short time, it can be expected that the heating reaction of the non-fired refractory during use contributes to the improvement of the spalling resistance of these reaction products.

【0016】SiもしくはSi合金の添加量がSiとし
て1重量%より少ないと、ファイバーの周囲に生成され
るβ−SiCの量が充分でなく、耐スポーリング性の向
上効果が充分でない。Siとして添加量が10重量%よ
り多いと、β−SiCの生成に伴う弾性率の上昇が大き
くなり、耐スポーリング性が低下する。また耐食性も低
下する。
When the amount of Si or Si alloy added is less than 1% by weight as Si, the amount of β-SiC formed around the fiber is not sufficient and the effect of improving spalling resistance is not sufficient. When the amount of Si added is more than 10% by weight, the elastic modulus increases with the formation of β-SiC, and the spalling resistance decreases. Moreover, the corrosion resistance is also reduced.

【0017】Al,Al合金の添加量がAlとして1重
量%より少ないとファイバーの周囲に生成されるAl4
3 ,AlNの量が充分でなく、耐スポーリング性の向
上効果が充分でない。Alとして添加量が10重量%よ
り多いと、Al4 3 ,AlNの生成に伴い弾性率の上
昇が大きくなり、耐スポーリング性が低下する。
When the amount of Al or Al alloy added is less than 1% by weight as Al, Al 4 formed around the fiber
The amounts of C 3 and AlN are not sufficient, and the effect of improving spalling resistance is not sufficient. If the added amount of Al is more than 10% by weight, the elastic modulus increases greatly with the formation of Al 4 C 3 and AlN, and the spalling resistance decreases.

【0018】Al及びAl合金については、アトマイ
ズ,フレーク,ファイバーの形で一般的に工業生産され
ている。ファイバーの形で添加した時はファイバー自体
の量が増加するので混合に問題が生じ易くなるが、ファ
イバーの添加絶対量が極端に大きくならなければ問題な
い。アトマイズとフレークについては、成形体もしくは
焼成体に含まれる気孔中の空気からの酸素によりAlが
酸化されコランダムが生じ、その後Al4 3 ,AlN
が生じる。したがって、経常的に厚みの厚いアトマイズ
の方がAl4 3 ,AlNの生成割合が高いため、アト
マイズの添加の方が好ましいが、添加する形態はアトマ
イズに限定するものではない。
Al and Al alloys are generally industrially produced in the form of atomization, flakes and fibers. When added in the form of fiber, the amount of the fiber itself increases, so that a problem tends to occur in mixing, but there is no problem unless the absolute amount of the fiber added becomes extremely large. As for atomize and flakes, Al is oxidized by oxygen from the air in the pores contained in the molded body or the fired body to generate corundum, and then Al 4 C 3 , AlN
Occurs. Therefore, since atomized particles which are usually thicker have a higher generation rate of Al 4 C 3 and AlN, it is preferable to add atomized particles, but the mode of addition is not limited to atomized particles.

【0019】マトリックスの方にもβ−SiC、Al4
3 ,AlNを生じさせるため、カーボン粉末を1重量
%以上添加する必要がある。また、カーボン粉末1重量
%以上の添加で溶融金属に付随するスラグの浸潤を防止
できる。カーボン粉末の添加量が40重量%より多いと
耐食性,耐摩耗性,耐酸化性が低下し、その結果耐用性
が低下する。
The matrix also has β-SiC and Al 4
In order to generate C 3 and AlN, it is necessary to add carbon powder in an amount of 1% by weight or more. Further, addition of 1% by weight or more of carbon powder can prevent infiltration of slag accompanying the molten metal. If the amount of carbon powder added is more than 40% by weight, corrosion resistance, wear resistance, and oxidation resistance are reduced, and as a result, durability is reduced.

【0020】添加されるカーボンファイバーの径は10
μmより小さいと、ファイバー自体の剪断強度が低下
し、ファイバーに引抜き抵抗力がかかる前に剪断してし
まって、耐スポーリング性の向上効果がでない。また、
50μmより大きいと耐火物の成形に当たっての減圧時
に戻り現象が生じて成形体の組織が破壊され、その結果
強度が低下し、耐スポーリング性も向上しない。
The diameter of carbon fiber added is 10
If it is less than μm, the shear strength of the fiber itself is lowered, and the fiber is sheared before the pulling resistance force is exerted, and the effect of improving the spalling resistance is not obtained. Also,
If it is larger than 50 μm, a phenomenon of returning occurs when the pressure is reduced during the molding of the refractory, the structure of the molded body is destroyed, and as a result, the strength is lowered and the spalling resistance is not improved.

【0021】カーボンファイバーの長さが2mmより長
いと、ファイバー自体の絡み合いによりファイバーによ
る毛ダマ、いわゆるバルクが生じ、ファイバーの均一分
散が起こらず、せっかく添加したファイバーが意味をな
さなくなる。一方、0.2mmより短いと、ファイバー
の引抜き抵抗が低くなり、耐スポーリング性の改善効果
が期待できない。
When the length of the carbon fiber is longer than 2 mm, the fibers themselves become entangled to generate hair lumps, so-called bulk, and uniform dispersion of the fiber does not occur, so that the fiber added carefully becomes meaningless. On the other hand, if it is shorter than 0.2 mm, the fiber pullout resistance becomes low, and the effect of improving spalling resistance cannot be expected.

【0022】カーボンファイバーの添加量が2重量%よ
り少ないとファイバーの引抜き抵抗に寄与するファイバ
ー自体の数が不足し、耐スポーリング性向上効果がでな
い。添加量が10重量%より多いと成形性が低下して強
度が低下し、耐スポーリング性も向上しない。
If the amount of carbon fibers added is less than 2% by weight, the number of fibers themselves contributing to the pulling resistance of the fibers will be insufficient and the effect of improving spalling resistance will not be obtained. If the addition amount is more than 10% by weight, the moldability is lowered, the strength is lowered, and the spalling resistance is not improved.

【0023】[0023]

【実施例】表1はアルミナ−カーボン系の耐火材粉末に
カーボンファイバーと共に金属シリコン粉末を配合し焼
成耐火物とした例を示す。同表において、実施例1〜4
は組成が本発明の範囲内のものを示し、比較例1は、カ
ーボン粉末の添加量が1重量%より少ない例を、比較例
2はカーボン粉末の添加量が40重量%より多い例を、
比較例3はカーボンファイバーを含まない場合を、比較
例4はカーボンファイバーを配合してはいるが金属を含
まない例を示す。
EXAMPLES Table 1 shows an example of a fired refractory made by mixing metallic silicon powder together with carbon fiber into refractory powder of alumina-carbon type. In the table, Examples 1 to 4
Indicates that the composition is within the range of the present invention. Comparative Example 1 is an example in which the amount of carbon powder added is less than 1% by weight, and Comparative Example 2 is an example in which the amount of carbon powder added is greater than 40% by weight.
Comparative Example 3 shows a case where no carbon fiber is contained, and Comparative Example 4 shows an example in which carbon fiber is blended but no metal is contained.

【0024】同表実施例1,2、比較例1の場合は、同
配合物にフェノールレジンを結合材として混練し、フリ
クションプレスにて230×114×65mmの形状に
成形し、コークス粉末中で1350℃で焼成した。さら
に、同表の実施例3および実施例4、それに比較例3と
4の配合物をフェノールレジンを結合材として混合,造
粒し、静水圧プレスにて径200×長さ500mmの形
状に成形し、コークス粉末中で1000℃で焼成した。
In the case of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 in the same table, the same composition was kneaded with a phenol resin as a binder and molded into a shape of 230 × 114 × 65 mm by a friction press, and then in coke powder. It was baked at 1350 ° C. Further, the compounds of Examples 3 and 4 and Comparative Examples 3 and 4 in the same table were mixed and granulated using a phenol resin as a binder, and molded into a shape of diameter 200 × length 500 mm by a hydrostatic press. And was fired in coke powder at 1000 ° C.

【0025】[0025]

【表1】 [Table 1]

【0026】同表の下欄に各焼成耐火物の特性を示す。
同表の各実施例に示すように、カーボンファイバーとS
iを併用することで熱間強度も耐スポーリング性も向上
することが判る。これに対して、比較例3に示すよう
に、Siのみの添加によっても、ある程度の熱間強度は
発現するが、耐スポーリング性のレベルは低い。
The characteristics of each fired refractory are shown in the lower column of the table.
As shown in each example of the table, carbon fiber and S
It is understood that the hot strength and the spalling resistance are improved by using i together. On the other hand, as shown in Comparative Example 3, although the hot strength is exhibited to some extent even by adding only Si, the level of spalling resistance is low.

【0027】表1の実施例1と比較例1との比較におい
て、カーボン粉末の添加量が1重量%より少ない比較例
1の場合は、実施例1の場合のように、マトリックスの
方にも充分なβ−SiCの生成が起こらず、耐スポーリ
ング性,熱間強度の発現が充分ではない。また、実施例
4と比較例2との比較において、カーボン粉末の添加量
が40重量%より多い比較例2の場合、耐摩耗性,熱間
強度、さらには、耐スポーリング性が実施例4の場合よ
りも低いことが判る。
In the comparison between Example 1 and Comparative Example 1 in Table 1, in the case of Comparative Example 1 in which the amount of carbon powder added is less than 1% by weight, the matrix is also used as in Example 1. The formation of sufficient β-SiC does not occur, and the spalling resistance and hot strength are not sufficiently expressed. Further, in comparison between Example 4 and Comparative Example 2, in the case of Comparative Example 2 in which the amount of carbon powder added was more than 40% by weight, abrasion resistance, hot strength, and further spalling resistance were found in Example 4. It turns out that it is lower than the case.

【0028】表2の場合は、アルミナ−カーボン系の耐
火材粉末にカーボンファイバーと共に金属シリコン粉
末、金属シリコン粉末とSi−Al合金とを配合し焼成
耐火物とした例を示し、各配合物をフェノールレジンを
結合材として混合,造粒し、静水圧プレスにて径200
×長さ500mmの形状に成形し、コークス粉末中で1
000℃で焼成した。
Table 2 shows an example in which alumina-carbon type refractory powder is mixed with carbon fiber together with metal silicon powder, and metal silicon powder and Si-Al alloy are used as firing refractories. Phenol resin is used as a binder, mixed and granulated, and the diameter is 200 with a hydrostatic press.
× Molded into a shape with a length of 500 mm, 1 in coke powder
It was baked at 000 ° C.

【0029】[0029]

【表2】 [Table 2]

【0030】同表に示す実施例5とカーボンファイバー
の添加量が2重量%より少ない比較例5とを比較するこ
とによって、カーボンファイバーの添加量が2重量%よ
り少ないと、カーボンファイバーの引抜き抵抗が充分に
出ず、耐スポーリング性,熱間強度が充分に出ないこと
が判る。実施例6とカーボンファイバーの添加量が10
重量%より多い比較例6とを比較することによって、カ
ーボンファイバーの添加量が10重量%より多い場合に
は、成形性が低下して若干見掛け気孔率が低下し、熱間
強度も低下し、耐スポーリング性も低下することが判
る。また、同表の実施例7をSi粉末の添加量が1重量
%より少ない比較例7と比較すると、Si粉末の添加量
が1重量%より少ない場合例β−SiCの生成量が充分
でなく、カーボンファイバーの引抜き抵抗が充分に発揮
されず、耐スポーリング性,熱間強度が出ないことが判
る。さらに、実施例5と実施例8とを比較することによ
って、Si−Al合金の場合もSi配合量が1重量%以
上の条件を満たせば同様な効果を得ることができる。
By comparing Example 5 shown in the table with Comparative Example 5 in which the amount of carbon fiber added is less than 2% by weight, when the amount of carbon fiber added is less than 2% by weight, the pull-out resistance of the carbon fiber is reduced. It can be seen that the spatter resistance and hot strength are not sufficiently obtained. The amount of carbon fiber added in Example 6 was 10
By comparing with Comparative Example 6 in which the amount of carbon fiber is more than 10% by weight, when the amount of carbon fiber added is more than 10% by weight, the moldability is lowered, the apparent porosity is slightly lowered, and the hot strength is also lowered. It can be seen that the spalling resistance is also reduced. In addition, comparing Example 7 in the table with Comparative Example 7 in which the amount of Si powder added is less than 1% by weight, when the amount of Si powder added is less than 1% by weight, the amount of produced β-SiC is not sufficient. It can be seen that the pulling resistance of the carbon fiber is not sufficiently exerted, and the spalling resistance and hot strength are not obtained. Further, by comparing Example 5 and Example 8, even in the case of Si-Al alloy, similar effects can be obtained if the Si content is 1 wt% or more.

【0031】また、実施例9を、Siの添加量が10重
量%より多い比較例8と比較すると、Siの添加量が1
0重量%より多い場合には熱間強度には問題ないにも拘
らず、耐スポーリング性が低下することが判る。原因は
β−SiCの過剰生成による弾性率の上昇にあると考え
られる。
When Example 9 is compared with Comparative Example 8 in which the amount of Si added is more than 10% by weight, the amount of Si added is 1
It can be seen that when the content is more than 0% by weight, the spalling resistance is deteriorated although the hot strength is satisfactory. It is considered that the cause is an increase in elastic modulus due to excessive production of β-SiC.

【0032】表3はカーボンファイバーの大きさを変え
た場合の特性を示すもので、同じく配合物をフェノール
レジンを結合材として混合,造粒し、静水圧プレスにて
径200×長さ500mmの形状に成形し、コークス粉
末中で1000℃で焼成したものである。
Table 3 shows the characteristics when the size of the carbon fiber was changed. Similarly, the mixture was mixed and granulated using phenol resin as a binder, and the mixture was granulated with a hydrostatic press to a diameter of 200 mm and a length of 500 mm. It is formed into a shape and baked in coke powder at 1000 ° C.

【0033】[0033]

【表3】 [Table 3]

【0034】表3の比較例9と実施例10とを比較する
ことにより、カーボンファイバーの径が10μmより小
さいと、カーボンファイバーの引抜き抵抗が出る前にフ
ァイバー自体が剪断してしまうためか、耐スポーリング
性,熱間強度が出ず、実施例11と比較例10より、カ
ーボンファイバーの径が50μmより大きいと成形時の
減圧時に戻り現象が生じて成形体の組織が破壊され、見
掛け気孔率が上昇し、熱間強度が低下し、耐スポーリン
グ性も低下することが判る。さらに、実施例12と比較
例11とを比較することにより、カーボンファイバーの
長さが2mmより長いと、ファイバーの絡み合いにより
ファイバーの毛ダマが発生し、せっかく添加したカーボ
ンファイバーが意味をなさない。したがって、耐スポー
リング性,熱間強度は出ない。比較例12と実施例13
より、添加カーボンファイバーの長さが0.2mmより
短いとカーボンファイバーの引抜き抵抗が充分に発生せ
ず、耐スポーリング性,熱間強度が出ないことが判る。
By comparing Comparative Example 9 and Example 10 in Table 3, the carbon fiber having a diameter of less than 10 μm may be sheared before the pulling resistance of the carbon fiber occurs. From Examples 11 and Comparative Example 10, no spalling property and hot strength were obtained, and when the diameter of the carbon fiber was larger than 50 μm, the phenomenon of returning occurred at the time of pressure reduction during molding, the structure of the molded body was destroyed, and the apparent porosity was increased. Is increased, the hot strength is lowered, and the spalling resistance is also lowered. Further, by comparing Example 12 and Comparative Example 11, when the length of the carbon fiber is longer than 2 mm, the fiber entanglement occurs due to the entanglement of the fiber, and the carbon fiber added carefully does not make sense. Therefore, spalling resistance and hot strength are not obtained. Comparative Example 12 and Example 13
From this, it is understood that when the length of the added carbon fiber is shorter than 0.2 mm, the pulling-out resistance of the carbon fiber is not sufficiently generated, and the spalling resistance and the hot strength are not obtained.

【0035】表4は、マグネシア−カーボン配合物にカ
ーボンファイバーとAl、Al−Mg合金、さらには、
Al−Mg−Ca合金を配合した配合物をフェノールレ
ジンを結合材として混練し、フリクションプレスにて2
30×114×65mmの形状に成形し、250℃で硬
化処理した例を示す。
Table 4 shows magnesia-carbon blends with carbon fibers and Al, Al-Mg alloys, and
The mixture containing the Al-Mg-Ca alloy was kneaded using phenol resin as a binder, and the mixture was mixed with a friction press.
An example of molding into a shape of 30 × 114 × 65 mm and curing treatment at 250 ° C. is shown.

【0036】[0036]

【表4】 [Table 4]

【0037】同表に示す実施例14と比較例13とよ
り、Alの添加量が1重量%より少ないと、Al
4 3 ,AlNの生成量が不足し、耐スポーリング性,
熱間強度が出ないことが判る。実施例18と比較例14
とを比較することにより、Alの添加量が10重量%よ
り多いと、Al4 3 ,AlNの生成量が過剰となって
熱間強度が問題ないにも関わらず、耐スポーリング性が
低下する。原因は弾性率の上昇にあると考えられる。同
じく、実施例15,16,17より、Al粉末,Al−
Mg合金粉末,Al−Mg−Ca合金粉末の添加量が、
Alとして2重量%以上10重量%以下であれば同様に
使用可能であることが判る。
According to Example 14 and Comparative Example 13 shown in the table, when the amount of addition of Al is less than 1% by weight, Al
The amount of 4 C 3 and AlN produced is insufficient, and the spalling resistance,
It can be seen that the hot strength does not appear. Example 18 and Comparative Example 14
By comparing with, when the added amount of Al is more than 10% by weight, the amount of Al 4 C 3 and AlN produced is excessive and the hot strength is not a problem, but the spalling resistance is deteriorated. To do. The cause is considered to be an increase in elastic modulus. Similarly, from Examples 15, 16 and 17, Al powder, Al-
The addition amount of Mg alloy powder and Al-Mg-Ca alloy powder is
It can be understood that the same can be used if Al is 2% by weight or more and 10% by weight or less.

【0038】以下に上記各表に示す耐火組成を実炉に使
用した例を示す。
An example of using the refractory compositions shown in the above tables in an actual furnace is shown below.

【0039】表1の実施例2とカーボンファイバーを抜
き、同一カーボン粉末添加量で低膨張性の合成ムライト
を20重量%添加した配合をスライドノズル(650×
350×45mm、口径65mm)として300T取鍋
の使用に供した。
The slide nozzle (650 ×) was prepared by removing carbon fiber from Example 2 in Table 1 and adding 20% by weight of low-expansion synthetic mullite with the same amount of carbon powder.
A 350T ladle having a size of 350 × 45 mm and a diameter of 65 mm was used.

【0040】カーボンファイバー無添加品は低膨張性粉
末を併用しているにも拘わらず、3回の使用でノズル孔
のエッジがスポーリングし、エッジの欠けが大きく生じ
ており、使用をストップした。それに対して、実施例2
は5回使用後でも健全であり、更に使用可能な状態であ
った。
Although the carbon fiber-free product was used together with the low-expansion powder, the edge of the nozzle hole spalled and was severely chipped after three uses, and the use was stopped. .. On the other hand, Example 2
Was healthy after 5 times of use, and was in a usable state.

【0041】実施例3と比較例3,4をロングノズル
(ノズル内径100mm、外径170mm、長さ950
mm)として250T取鍋とタンディッシュの間で使用
した。
A long nozzle (nozzle inner diameter 100 mm, outer diameter 170 mm, length 950) was used for Example 3 and Comparative Examples 3 and 4.
(mm) used between a 250T ladle and a tundish.

【0042】比較例3は1回、比較例2は2回の使用で
スポーリングによる亀裂発生で使用中止となった。耐ス
ポーリング性向上のため、比較例4のカーボンファイバ
ーを抜いて極低膨張性の溶融石英を20重量%添加した
ものを2本使用したが、1本は5回の使用でスポーリン
グによる亀裂発生で使用ストップとなり、もう1本は6
回の使用で浸漬部の溶損大となり、使用ストップとなっ
た。それに対して実施例3は10回の使用後でも亀裂の
発生、大きな溶損は見られず、良好な使用後の状態であ
った。
The comparative example 3 was used once, and the comparative example 2 was used twice, so that the cracking occurred due to spalling and the use was stopped. In order to improve the spalling resistance, two carbon fibers obtained by removing the carbon fiber of Comparative Example 4 and adding 20 wt% of extremely low-expansion fused silica were used. One of them was used five times and cracked by spalling. When it occurs, it will be stopped and another one will be 6
After repeated use, the melted part in the immersion area became large and the use was stopped. On the other hand, in Example 3, cracking and large melt loss were not observed even after 10 times of use, and it was in a good state after use.

【0043】実施例15とカーボンファイバーを抜いて
マグネシア粉末量を増加させたもの、それを更に耐スポ
ーリング性向上のためカーボン粉末添加量を増加させて
30,35重量%としたもの合計4種類の張り合わせで
転炉出鋼口(口径200mm、外径400mm、長さ1
30mm)でテストした。
Example 15 and the one in which the amount of magnesia powder was increased by removing the carbon fiber, and the amount of carbon powder added was further increased to 30, 35% by weight to further improve the spalling resistance. Adhesion of the converter to the steel outlet (diameter 200 mm, outer diameter 400 mm, length 1
30 mm).

【0044】20回の連続使用後カーボンファイバーを
抜いたものでは、スポーリングによる亀裂が多数発生
し、それによる欠け発生が認められた。その程度はカー
ボン粉末の添加量が少ないものほど激しかった。逆にカ
ーボン粉末30,35重量%のものには溶損もしくは摩
耗損耗傾向が認められた。実施例15は全く健全であっ
た。実施例15以外の材質は耐用性不足であった。実施
例15を全張りしたところ、50回の使用後若干の溶損
による損耗は認められたが、カーボンファイバー無添加
品に比較して大幅な耐用性向上が認められた。
When the carbon fiber was removed after 20 times of continuous use, many cracks were generated by spalling, and the occurrence of chipping was recognized. The degree was more severe as the amount of carbon powder added was smaller. On the contrary, the tendency of melting or abrasion was observed in the carbon powder of 30, 35% by weight. Example 15 was quite sound. The materials other than Example 15 had insufficient durability. When Example 15 was fully covered, wear due to a slight melting loss was recognized after 50 times of use, but a significant improvement in durability was recognized as compared with the carbon fiber-free product.

【0045】以上3例より、カーボンファイバーとSi
もしくはAlを併用することで、耐スポーリング性を他
の物性を犠牲にすることなく発揮させることが、実験室
と同様に確認された。
From the above three examples, carbon fiber and Si
Alternatively, it was confirmed that the spalling resistance can be exhibited without sacrificing other physical properties by using Al together, as in the laboratory.

【0046】[0046]

【発明の効果】本発明によって以下の効果を奏する。The present invention has the following effects.

【0047】(1)カーボンファイバーと活性金属とを
併用することで、カーボンファイバーと周囲のマトリッ
クスとの接着性を増し、ファイバーの引抜き抵抗を発揮
させて耐スポーリング性を向上させることができる。
(1) By using the carbon fiber and the active metal in combination, the adhesiveness between the carbon fiber and the surrounding matrix can be increased and the pulling resistance of the fiber can be exhibited to improve the spalling resistance.

【0048】(2)カーボン粉末添加量は、カーボンフ
ァイバー添加量,ファイバー径,ファイバー長さ、合金
添加量を適正範囲内にすることで、他の物性を犠牲にす
ることなく、耐スポーリング性を向上させることが可能
となる。
(2) The amount of carbon powder added is such that the amount of carbon fiber added, the fiber diameter, the fiber length, and the amount of alloy added are within appropriate ranges, and spalling resistance is maintained without sacrificing other physical properties. It is possible to improve.

【0049】(3)とくに、AlとSi及びそれら合金
の併用は、消化防止に効果あるため、間欠使用に対して
有効である。
(3) In particular, the combined use of Al, Si and their alloys is effective for preventing digestion and is therefore effective for intermittent use.

【0050】(4)耐火性粉末として高耐食性のアルミ
ナ及びマグネシア,カルシア,スピネルに限らず、他の
高耐食性のジルコニア,ジルコン,ZrB2等も使用可
能である。また、溶融石英,合成ムライト,ジルコニア
ムライト等の低膨張性粉末も耐食性,耐熱性に注意すれ
ば充分併用可能である。
(4) The refractory powder is not limited to high-corrosion-resistant alumina, magnesia, calcia, and spinel, but other high-corrosion-resistant zirconia, zircon, ZrB 2, etc. can be used. Further, low-expansion powders such as fused quartz, synthetic mullite, and zirconia mullite can be sufficiently used if attention is paid to corrosion resistance and heat resistance.

【0051】(5)溶融金属が鉄系、特に鋼であれば耐
食性に問題あるため、その点に充分注意すれば、耐酸化
性,耐スポーリング性増加のためのSiC,Si3 4
等も使用可能である。溶融金属がAl,Cu等の非鉄の
金属であれば主体にも使用可能である。
(5) If the molten metal is iron-based, especially steel, there is a problem in corrosion resistance, so if you pay close attention to this point, SiC, Si 3 N 4 for increasing oxidation resistance and spalling resistance.
Etc. can also be used. If the molten metal is a non-ferrous metal such as Al or Cu, it can be used as a main body.

【0052】(6)他の物性を犠牲にすることなく、耐
スポーリング性を飛躍的に向上させることができ、接触
する溶融金属及びそれに付随するスラグの種類,性質そ
して他の使用条件と併せて耐火性の粉末の種類,使用は
適宜選択すればよく、制限するものではない。
(6) The spalling resistance can be remarkably improved without sacrificing other physical properties, and the type, properties, and other conditions of use of the molten metal and the slag accompanying it can be improved. The type and use of the refractory powder may be appropriately selected and are not limited.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 耐火物粉末に、径が10〜50μm、長
さが0.20〜2mmであるカーボンファイバーを2〜
10重量%、低融点の活性金属を1〜10重量%添加し
た配合とした耐火物であって、前記活性金属の非酸化物
系反応生成物を前記カーボンファイバー表面に生成せし
めてなるカーボンファイバー含有耐火物。
1. A refractory powder containing 2 to 2 carbon fibers each having a diameter of 10 to 50 μm and a length of 0.20 to 2 mm.
A refractory containing 10% by weight and 1 to 10% by weight of an active metal having a low melting point, and containing carbon fiber formed by producing a non-oxide reaction product of the active metal on the surface of the carbon fiber. Refractory.
【請求項2】 カーボン源が、カーボン量として40重
量%以下含有し、残部が耐火物粉末からなる配合物に、
径が10〜50μm、長さが0.20〜2mmであるカ
ーボンファイバーを2〜10重量%、低融点の活性金属
を1〜10重量%添加した配合とした耐火物であって、
前記活性金属の非酸化物系反応生成物を前記カーボンフ
ァイバー表面に生成せしめてなるカーボンファイバー含
有耐火物。
2. A composition containing a carbon source in an amount of 40% by weight or less as a carbon amount, and the remainder being refractory powder,
A refractory having a composition obtained by adding 2 to 10% by weight of carbon fiber having a diameter of 10 to 50 μm and a length of 0.20 to 2 mm and 1 to 10% by weight of an active metal having a low melting point,
A carbon fiber-containing refractory material obtained by forming the non-oxide reaction product of the active metal on the surface of the carbon fiber.
【請求項3】 請求項2の記載において、カーボン源
が、黒鉛粉末,無煙炭,コークス,メソフェースピッ
チ,高軟化点ピッチ,液状あるいは固体状高炭化収率樹
脂,カーボンブラック,有機珪素等から選択された1種
以上の組み合わせであるカーボンファイバー含有耐火
物。
3. The carbon source according to claim 2, wherein the carbon source is selected from graphite powder, anthracite, coke, mesophase pitch, high softening point pitch, liquid or solid high carbonization yield resin, carbon black, organic silicon and the like. A refractory material containing carbon fibers, which is a combination of one or more of the above.
【請求項4】 請求項1または2の記載において、低融
点の活性金属が、Siであって、カーボンファイバー表
面に生成された非酸化物系反応生成物がβ−SiC,S
2 ON2 ,SIALON等のSiの化合物であるカー
ボンファイバー含有耐火物。
4. The low melting point active metal according to claim 1 or 2, wherein the active metal having a low melting point is Si, and the non-oxide reaction product formed on the surface of the carbon fiber is β-SiC, S.
Carbon fiber-containing refractory which is a compound of Si such as i 2 ON 2 and SIALON.
【請求項5】 請求項1または2の記載において、低融
点の活性金属がAlであってカーボンファイバー表面に
生成された非酸化物系反応生成物がAl4 3 ,Al
N,SIALON等のAlの化合物であるカーボンファ
イバー含有耐火物。
5. The method according to claim 1 or 2, wherein the active metal having a low melting point is Al, and the non-oxide reaction product formed on the carbon fiber surface is Al 4 C 3 , Al.
Carbon fiber-containing refractory that is an Al compound such as N and SIALON.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6737781B2 (en) 2000-04-19 2004-05-18 Kokusan Denki Co., Ltd. Rotor yoke having a ring-like inductor forming member for an electric machine rotor
WO2012117626A1 (en) 2011-03-02 2012-09-07 黒崎播磨株式会社 Refractory
US8450228B2 (en) 2005-04-19 2013-05-28 Krosaki Harima Corporation Refractory, method for manufacturing refractory, and refractory raw material
JP2016047939A (en) * 2014-08-27 2016-04-07 Jfeスチール株式会社 Refractory for converter tuyere

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