JPH06279116A - 炭化珪素質耐火物及びその製造方法 - Google Patents

炭化珪素質耐火物及びその製造方法

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JPH06279116A
JPH06279116A JP5093937A JP9393793A JPH06279116A JP H06279116 A JPH06279116 A JP H06279116A JP 5093937 A JP5093937 A JP 5093937A JP 9393793 A JP9393793 A JP 9393793A JP H06279116 A JPH06279116 A JP H06279116A
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利純 仁科
Teiichi Fujiwara
禎一 藤原
Takeshi Nishihara
健 西原
Shigeo Taniguchi
重生 谷口
Kazuhiro Inoue
一浩 井上
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 特に高炉用内張り耐火物として極めて好適な
炭化珪素質耐火物及びその製造方法を提供すること。 【構成】 60〜80重量%のSiC骨材、10〜30重量%のβ-
Si3N4、2〜10重量%の耐火粘土、1〜10重量%の金属ア
ルミニウム及び3〜6重量%の金属珪素からなり、これを
トンネルキルンでブリ−ズ詰めにて非酸化雰囲気中1500
〜1650℃で焼成すること。 【効果】 従来の炭化珪素質耐火物に比し、耐アルカリ
性に極めて優れた炭化珪素質耐火物を提供することがで
きる。また、トンネルキルンにて低温(1500〜1650℃)で
焼成するものであるから、従来の窒化反応による製品に
比し、約1/2という低コストで製造することができ、更
に、トンネルキルンを使用することにより、連続焼成が
可能であり、大量生産に優れている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、炭化珪素質耐火物及び
その製造方法に関し、特に高炉用内張り耐火物として極
めて好適な炭化珪素質耐火物及びその製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来の炭化珪素質耐火物としては、(1)
使用原料として、SiC(骨材成分)、金属Si及びAl2O3を用
いた耐火物であり、窒素雰囲気中で焼成して得られる炭
化珪素質耐火物(窯業協会誌、82,(7),P351-357,(1974)
他 参照)、(2) 使用原料として、SiC(骨材成分)、Si3N4
及びAl2O3を用いた耐火物であり、酸化雰囲気中で焼成
して得られる炭化珪素質耐火物(特開平3−45560号公報
参照)、(3) 骨材成分としてAl2O3及びSiCを、また、結
合材成分としてSi3N4及びAl2O3を用いた耐火物であり、
中性又は還元雰囲気中コ−クスブリ−ズ詰めにて焼成し
て得られるAl2O3及びSiC骨材とSi-Al-O-N系固溶体から
なる耐火物(特公昭57−267号公報参照)、が知られて
いる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の上記
炭化珪素質耐火物では、いずれも1700℃以上という高温
焼成により得られるものであり、そのため、かなりコス
ト高になる欠点を有している。
【0004】その他、従来の上記(1)の耐火物では、窒
素雰囲気中で焼成する方法であり、窒化反応によりサイ
アロンボンドを形成するものであるが、窒化反応炉の建
設、窒素の使用等で高コストになり、またバッチ炉であ
るがゆえに、大量生産には不向きである等の問題点を有
している。また上記(2)の耐火物では、酸化焼成である
がゆえに、酸化物(SiO2)の生成が促進され、最も使用
上重要視される対アルカリ性が劣る。さらに上記(3)の
耐火物では、微粉部がSi3N4-Al2O3系であり、高炉内張
り耐火物のような大型形状では、成形性が悪く、製造が
困難である等の問題点を有している。
【0005】本発明者等は、炭化珪素質耐火物について
鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成したものであっ
て、本発明の目的は、上記欠点、問題点を解消する炭化
珪素質耐火物を提供することにあり、また、大量生産を
することができ、低コストで製造することができる炭化
珪素質耐火物の製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】そして、本発明の炭化珪
素質耐火物は、(1)“SiC(骨材)間の結合、即ちマトリッ
クス部に微粉のSi3N4を配し、該Si3N4に固溶させるAl2O
3源として耐火粘土を用い、この耐火粘土を化学反応に
より分解させ、それをSi3N4に固溶さる点”、さらに、
(2)“成形性を高めるべく耐火粘土を使用する点”を特
徴とし、これにより耐アルカリ性に優れた耐火物を提供
するものである。
【0007】また、本発明の製造方法は、焼成条件とし
て、(3)“低温(1500〜1650℃)のトンネルキルンでブリ
−ズ詰めにて焼成する点”を特徴とし、これにより大量
生産が可能になり、特に1500〜1650℃という低温の焼成
では、サヤの耐用性についても問題なく、低コストで製
造することができるものである。
【0008】即ち、本発明の炭化珪素質耐火物は、「60
〜80重量%のSiC骨材、10〜30重量%のβ-Si3N4、2〜10
重量%の耐火粘土、1〜10重量%の金属アルミニウム及
び3〜6重量%の金属珪素からなることを特徴とする炭化
珪素質耐火物。」を要旨とする。
【0009】また、本発明の炭化珪素質耐火物の製造法
は、「60〜80重量%のSiC骨材、10〜30重量%のβ-Si3N
4、2〜10重量%の耐火粘土、1〜10重量%の金属アルミ
ニウム及び3〜6重量%の金属珪素を配合し、さらにバイ
ンダ−を添加した後、混練し、所定形状に成形し、該成
形物をトンネルキルンでブリ−ズ詰めにて焼成すること
を特徴とする炭化珪素質耐火物の製造方法。」を要旨と
するものである。
【0010】以下、本発明を詳細に説明する。 (1) SiC骨材について 本発明におけるSiC骨材は、高炉スラグに対する耐食性
をもたせるためのものであり、その配合量は60〜80重量
%必要である。60重量%未満の場合高炉操業下での耐ス
ラグ性が劣り、また、80重量%を越える場合マトリック
ス部の結合ボンドが不足するので好ましくない。なお、
本発明において、SiC骨材の純度は90%以上が望まし
く、また、SiC骨材の粒度は6mesh以下を適度に配合する
ことが望ましい。
【0011】(2) β-Si3N4について 本発明におけるβ-Si3N4は、β-Si3N4含量が15重量%以
上で任意割合のものが使用でき、Si3N4源としてα-Si3N
4のような高価な原料のみを用いる必要がないものであ
る。その添加量は10〜30重量%必要であり、10%未満の
場合、不足分のマトリックス部をSiCで補うことにな
り、本発明で意図する“結合ボンドの効果”が低減され
るので好ましくない。一方、30重量%を越える場合、耐
火物自体の粒度構成が細粒構成になり、上記添加範囲内
に比して組織的に緻密化し、耐スポーリング性が劣るの
で好ましくない。また、本発明において、β-Si3N4はマ
トリックス部を形成すべく、その粒度としては65mesh以
下が好ましい。
【0012】(3) 耐火粘土について 本発明で使用する耐火粘土は、一般的にAl2O3、SiO2
化合物であり、コークス中で金属Alによって還元され、
SiO2の脱酸反応が起こる作用が生じる(特開昭52-9011
号公報、特公昭56-31313号公報参照)。この反応により
活性度の高い非晶質のAl2O3が生成され、β-Si3N4に固
溶される。耐火粘土の添加量は2〜10重量%必要であ
り、2%未満の場合、前述の反応による非晶質なAl2O3
量が少なく、Al2O3を固溶していないβ-Si3N4が存在
し、一方、10重量%を越える場合、未反応の耐火粘土が
残り、耐アルカリ性が劣るので好ましくない。
【0013】(4) 金属Alについて 本発明で添加する金属Alは、耐火粘土の脱酸反応を促進
する作用が生じ、非晶質のAl2O3がβ-Si3N4に固溶する
ことになる。その添加量は1〜10重量%必要であり、1%
未満の場合、耐火粘土の脱酸反応が不充分になる。ま
た、10重量%を越える場合、金属Alが単独で存在するこ
ととなり、これがその他の酸化物と結合して3Al2O3・2S
iO2を生成し、融点を低下させるので好ましくない。
【0014】(5) 金属Siについて 本発明で添加する金属Siは、耐火物の強度発現のために
添加される。添加量は3〜6重量%必要であり、3%未満
の場合、強度発現効果がみられず、一方、6重量%を越
える場合、れんがの焼結が進み過ぎ、耐スポーリング性
が劣るので好ましくない。
【0015】(6) バインダ−について バインダ−については、本発明において特に限定するも
のではないが、素地強度の保持のため乾燥強度を得る目
的で添加するのが好ましく、例えばレジン系、燐酸系、
水ガラス、糖密及びパルプ廃液等を使用することができ
る。
【0016】(7) 焼成条件について 焼成温度については、1500℃以上であればSi3N4中へのA
l2O3の固溶反応が進行するが、1500℃未満ではこの固溶
反応が遅く、好ましくない。また、1700℃を越える温度
になると、サヤの耐久性に問題があるため、本発明で
は、1500〜1650℃という低温焼成が望ましい。本発明に
おける焼成手段としては、トンネルキルンでブリ−ズ詰
めにて焼成するのが好ましい。即ち原料配合成形物をコ
ークスと共にサヤに挿入すること(ブリ−ズ詰め)によ
り、原料であるSiC、金属Al、金属Siなどの直接酸化を
防ぎ、容易に反応させることができるので、好ましい。
【0017】更に、本発明において、焼成雰囲気として
は“非酸化雰囲気”とする必要がある。酸化雰囲気で
は、原料であるSiC、金属Al、金属Siなどが直接酸化さ
れることになり、その結果、耐食性、耐アルカリ性の劣
る焼成品が得られるので好ましくない(後記比較例2参
照)。本発明では、非酸化雰囲気中、特に還元雰囲気中
で焼成するのが好ましい。なお、本発明の方法により得
られた焼成品は、X線回折法による同定の結果、骨材の
SiC間が“サイアロン相の構成相”よりなることを確認
した。
【0018】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と共に挙げ、
本発明をより詳細に説明する。 (実施例1) ・SiC(骨材):70wt% ・β-Si3N4 :17wt% ・金属Al :4wt% ・金属Si :5wt% ・耐火粘土 :4wt% 上記各原料を配合し、さらに外掛けで3重量%のフェノ
ール樹脂を添加、混練した後、常法に従って高炉シャフ
ト形状にプレス成形した。
【0019】次に、上記成形物をブリーズ詰めしてトン
ネルキルンにて還元雰囲気中1600℃で焼成し、炭化珪素
質れんがを得た。このれんがについて、その曲げ強さ(M
Pa)、弾性率(GPa)、耐食性、耐酸化性、耐スポ−リング
性、耐アルカリ性を夫々測定した。その結果を表1に示
す。
【0020】(実施例2〜5)表1に示す各原料を同じ
く表1に示す配合割合で混練し、実施例1と同様に成
形、焼成して炭化珪素質れんがを得た。得られたれんが
について、実施例1と同様の試験を行い、その結果を表
1に示した。
【0021】(比較例1)比較のため、94重量%のSiC
に6重量%の金属Siを配合したものを酸化雰囲気中1600
℃で焼成した。得られた焼成品について、実施例1と同
様の試験を行い、その結果を表1に併記した。
【0022】(比較例2、3)さらに比較のため、 ・本発明の範囲内の各原料を配合し、これを酸化雰囲気
中で1600℃で焼成した例(比較例2)、 ・金属Siについて本発明の範囲外である2重量%を配合
する点を除きその他は本発明の範囲内の各原料を配合
し、これを還元雰囲気中で1550℃で焼成した例(比較例
3)、 について、実施例1と同様の試験を行い、その結果を同
じく表1に併記した。
【0023】
【表1】
【0024】表1から明らかなように、本発明の実施例
1〜5はいずれも耐食性、耐酸化性、耐アルカリ性に優
れ、しかも高強度、高弾性率のものが得られた。これに
対して、比較例1〜3では、耐スポ−リング性を除きい
ずれも上記諸特性値の劣るものが得られた。
【0025】即ち、比較例1(β-Si3N4、耐火粘土及び
金属Alを配合しないもの)では、マトリックス部に本発
明が目的とする結合ボンドが存在しないため、実施例1
〜5に比し耐アルカリ性が劣るものであった。
【0026】また、比較例2でみられるように、本発明
の範囲内の各原料を配合し、これを“酸化雰囲気中”で
焼成した場合、融点を低下させるAl2O3・SiO2系の化合
物がが生成することになる。このため比較例2では、実
施例1〜5に比して耐食性、耐アルカリ性が劣るもので
あった。
【0027】さらに、比較例3では、金属Siが本発明の
範囲外であるため(金属Si:2wt%)、マトリックス
部において本発明が目的とする結合ボンドが不足し、ま
た、Al2O3を固溶しないβ-Si3N4が存在する。従って、
比較例3では、実施例1〜5に比して耐アルカリ性、耐
酸化性が劣るものであった。
【0028】
【発明の効果】本発明の炭化珪素質耐火物は、以上詳記
したとおり、骨材としてSiCを用い、マトリックス材と
して微粉のSi3N4を配し、このSi3N4に固溶させるAl2O3
源として耐火粘土を使用することを特徴とするものであ
り、これにより従来のこの種の炭化珪素質耐火物に比
し、耐アルカリ性に極めて優れた炭化珪素質耐火物が得
られる効果が生じる。また、その他の耐酸化性、高炉ス
ラグによる耐食性、耐スポ−リング性については、従来
の炭化珪素質耐火物とほぼ同等であり、これらの諸特性
について従来製品と遜色ないものが得られる効果が生じ
る。
【0029】本発明の炭化珪素質耐火物の製造方法は、
サヤにブリーズ詰めしてトンネルキルンにて低温(1500
〜1650℃)で焼成することを特徴とするものであり、従
来の窒化反応による製品に比し、約1/2という低コスト
で製造することができ、また、焼成手段として、トンネ
ルキルンを使用することにより、連続焼成が可能であ
り、大量生産に優れている効果が生じる。そして、本発
明により特に高炉用内張り耐火物として極めて好適な炭
化珪素質耐火物を提供することができる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 60〜80重量%のSiC骨材、10〜30重量%
    のβ-Si3N4、2〜10重量%の耐火粘土、1〜10重量%の金
    属アルミニウム及び3〜6重量%の金属珪素からなること
    を特徴とする炭化珪素質耐火物。
  2. 【請求項2】 60〜80重量%のSiC骨材、10〜30重量%
    のβ-Si3N4、2〜10重量%の耐火粘土、1〜10重量%の金
    属アルミニウム及び3〜6重量%の金属珪素を配合し、さ
    らにバインダ−を添加した後、混練し、所定形状に成形
    し、該成形物をトンネルキルンでブリ−ズ詰めにて焼成
    することを特徴とする炭化珪素質耐火物の製造方法。
  3. 【請求項3】 非酸化雰囲気中1500〜1650℃で焼成する
    ことを特徴とする請求項2に記載の炭化珪素質耐火物の
    製造方法。
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JPS57267A (en) * 1980-05-31 1982-01-05 Nitto Electric Ind Co Steel plate covered roof
JPS59121166A (ja) * 1982-12-28 1984-07-13 品川白煉瓦株式会社 炭素−炭化珪素質耐火物の製法

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