JPH0648820A

JPH0648820A - 耐火材

Info

Publication number: JPH0648820A
Application number: JP4205677A
Authority: JP
Inventors: Yoshiharu Iizuka; 祥治飯塚
Original assignee: Kurosaki Refractories Co Ltd
Current assignee: Kurosaki Refractories Co Ltd
Priority date: 1992-07-31
Filing date: 1992-07-31
Publication date: 1994-02-22

Abstract

(57)【要約】【目的】従来品と比較し、より長時間の使用が可能な
耐火材を提供する。【構成】元素およびまたは化合物としてのＴａおよび
またはＮｂを元素換算で０．ｌ〜５０重量％し、炭素を
２〜４０重量％、及びその他の耐火性原料を含有する。
これによって、耐食性、耐酸化性が大幅に改善される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼の製造工程において
溶鋼を搬送、処理する各種窯炉、取鍋、タンディシュ、
真空脱ガス装置、ノズル類、浸漬管、ストッパーなどに
使用される耐火材に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、鋼の連続鋳造用ノズルとして
は、取鍋−タンディッシュ間を結ぶロングノズル、タン
ディッシュ−モールド間を結ぶタンディッシュノズル、
および浸漬ノズルが挙げられる。これらは鋼の連続鋳造
工程において溶鋼の注入、流量制御に使用され、熱衝
撃、高温下での酸化、溶鋼やスラグによる化学的侵食ま
たは摩耗に曝される。この中で特に長尺のロングノズ
ル、浸漬ノズルにおいては、耐スポーリング性、耐酸化
性、耐摩耗性、耐食性に対する要求が厳しい。この要求
を満足させるものとして、現在ではアルミナ−シリカ−
黒鉛質や、アルミナ−黒鉛質、ジルコニア−黒鉛質のノ
ズルが使用されている。

【０００３】これらのノズルは高強度、高耐食性を有す
るアルミナやジルコニアの骨材粒と耐スポーリング性に
優れるシリカ粒や黒鉛を組み合わせることより、耐スポ
ーリング性、耐酸化性、耐摩耗性、耐食性などの性質を
満足するものである。これらの材質には使用目的に応じ
て、ＭｇＯなどの酸化物の添加、耐酸化性や耐食性の向
上を目的にＳｉＣ、ＢＮ、Ｂ₄Ｃ、ＺｒＢ₂、ＡｌＮ，
ＣａＦ₂、ＮａＦ、ＡｌＦ₃などの非酸化物の添加、強
度、耐酸化性の向上を目的にＳｉ、Ａｌ、Ｍｇなどの金
属類の添加が行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術は鋼の
製造工程において一応の成果を挙げているが、最近の鋼
製造工程では品質や生産性の向上に対する要求がますま
す大きくなり、かかる耐火材にもさらなる改善が望まれ
ている。

【０００５】本発明はこのような要求に応え、更に長時
間の使用が可能な耐火材を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の耐火材は、元素およびまたは化合物として
のＴａおよびまたはＮｂを元素換算で０．ｌ〜５０重量
％、炭素を２〜４０重量％、及びその他の耐火性原料を
含有することを特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明者は稀有元素の持つ特異な性質に着目
し、種々の稀有元素を検討した結果、Ｔａ（タンタル）
および、Ｎｂ（ニオブ）を耐火材に適用することによ
り、優れた改善効果が得られることを発見した。

【０００８】ＴａおよびＮｂは周期律表第Ｖ族に属する
稀有元素であり、耐熱性、耐食性に優れている。元素単
体での性質としては融点が高いこと、酸およびアルカリ
に対して安定なこと、熱伝導度が良いこと、線膨張係数
が小さいこと、高温下での強度に優れることが挙げられ
る。従ってこれらを耐火材に添加することによって、強
度の向上や耐食性の向上に効果がある。ＴａやＮｂは高
温下で酸素との親和力が大きく安定な酸化物を形成す
る。またＮａ₂ＯやＫ₂Ｏなどの侵食成分とも反応しに
くいため、Ｔａ₂Ｏ₅やＮｂ₂Ｏ₅として耐火材に添加
することにより、耐食性の向上が図れる。このＴａ₂Ｏ
₅やＮｂ₂Ｏ₅は、ガラスの添加剤に使用され、高温下
では粘稠な融液を生成して炭素材料を被覆するため、炭
素の酸化を防止する効果に優れている。

【０００９】ＴａおよびＮｂの炭化物はそれぞれＴａ
Ｃ、ＮｂＣとして知られている。これらは機械的強度、
硬度に優れており、特に炭素含有耐火材に使用した場合
に強度、耐摩耗性の向上に効果がある。耐火材への添加
方法としてはＴａＣ、ＮｂＣとして添加することはもち
ろん、Ｔａ、Ｎｂ元素として添加し、還元焼成により炭
化物を形成させる方法も可能である。

【００１０】上記の元素としての利用、酸化物としての
利用、および炭化物としての利用において、Ｔａまたは
Ｎｂはそれぞれ単独で使用することに加え、併用するこ
とも可能である。これはＴａとＮｂが周期律表上で同じ
族に属し、非常に似通った特性を有することによる。

【００１１】このようにＴａおよびＮｂは耐火材の性能
改善に効果があるが、稀有元素であるために市販価格が
高いという経済的な問題点がある。用途によってはその
ような高価な材料を使用し得るが、使用範囲を拡大する
ためには経済性を併せ持っていた方が望ましい。そこで
本発明者はＴａ、Ｎｂを工業的に精製する過程での中問
製品に着目した。

【００１２】まず、原料鉱石としてはタンタライト（ま
たはコロンバイト）およびパイロクロアがあり、それぞ
れ（Ｆｅ，Ｍｎ）（Ｎｂ，Ｔａ）₂０₆および（Ｎａ，
Ｃａ）₂（Ｎｂ，Ｔａ）₂（Ｏ，Ｆ）₇の化学式で表さ
れる。また弗化タンタル酸カリウムやフェロニオブとし
ても利用することが可能である。これらの材料は、Ｔａ
やＮｂの含有量が低くなるため、精製した元素や酸化物
として添加することに比べるとその効果は低下するもの
の、含有量に相当する効果は得ることができる。また、
ＴａとＮｂはそれぞれ単独でもまた併用することもでき
る。特に精製前の中間製品を利用する場合は、ＴａとＮ
ｂを別々に調整する必要はなく、混合物として利用すれ
ば良い。これら精製前の製品は酸化物、炭化物以外にも
弗化物や鉄合金の形態になっているが、このようにＴａ
及びＮｂは、元素としてのみならず化合物としての形態
でもその効果が確認された。

【００１３】本発明による耐火材の具体的な構成として
は、連続鋳造用のノズルを例にとると、以下のようなも
のがある。主な骨材としてはＡｌ₂Ｏ₃を使用し、焼成
したＡｌ₂Ｏ₃または溶融法により得られたＡｌ₂Ｏ₃
が一般的である。また耐スポーリング性を付与するため
に非晶質シリカを添加したり、耐食性を付与するために
ＺｒＯ₂、ＭｇＯ、ムライト、スピネルなどを添加して
もよい。

【００１４】本発明によるＴａやＮｂは元素としてや酸
化物、炭化物として精製した形態の原料としての添加が
最も効果的であるが、精製する以前の中間製品として添
加しても効果が得られる。形態、用途により添加量は調
整する必要があるが、微量の添加でもその効果は見られ
る。種々検討した結果、元素換算で０．１重量％以上の
添加で耐酸化性向上、耐食性向上および耐摩耗性向上の
効果が認められる。添加量の上限は必ずしも明確ではな
く、５０重量％を超える量を使用しても効果はあり大き
な弊害は生じないと推察されるが、経済性を考慮すると
上限として５０重量％が適量である。

【００１５】配合として使用する炭素材は、酸化物スラ
グに濡れにくい性質を利用して耐食性を付与すると共
に、低膨張、高い熱伝導率による耐スポーリング性の付
与を目的としている。炭素材としては鱗状黒鉛、土状黒
鉛、カーボンブラック、ピッチ類、非晶質炭素、有機高
分子類が使用できる。

【００１６】炭素材は２重量％以上の添加で効果がある
が、４０重量％を超えると溶鋼への溶解の問題や、炭
素、特に黒鉛の柔らかい性質が支配的になるための耐摩
耗性の問題があり、使用量としては２〜４０重量％が望
ましい。これら以外にＳｉＣ、ＢＮ、Ｂ₄Ｃ、Ｚｒ
Ｂ₂、ＡｌＮ、ＣａＦ₂、ＮａＦ、ＡｌＦ₃などの非酸
化物やＳｉ、Ａｌ、Ｍｇなどの金属類および合金類を必
要に応じて添加できる。混練成形用のバインダーとして
はピッチ類、フェノール樹脂、フラン樹脂、ＰＶＡなど
の有機質バインダーや、粘土、水ガラスなどの無機質バ
インダーを使用する。このような材料構成で混練、成形
した後、適当な温度で熱処理すれば連続鋳造用のノズル
が製造できる。また、バインダーとして使用する樹脂が
硬化するような低温で熱処理すれば、いわゆる不焼成の
ノズルが得られる。用途によっては樹脂が炭素化するよ
りも高い温度で焼成することも考えられ、また焼成後に
ピッチなどを含浸してもよい。

【００１７】

【実施例】本発明を実施例により具体的に説明する。

【００１８】表ｌはスライドゲート用のプレート耐火材
の例である。表中の原料構成による耐火材をフェノール
樹脂をバインダーとして混練後成形し、５００℃以下の
温度で熱処理した。比較例ｌは従来技術で製造した製品
である。

【００１９】

【表１】ここで耐食性は、１６００℃にて溶解した鋼と転炉スラ
グに試料を６０分間浸漬し、溶損した寸法を指数化し、
従来材質である比較例ｌと比べたものである。この数字
が小さいものほど耐食性に優れる。また耐酸化性は、試
料を１０００℃の酸化雰囲気で６０分間焼成したときの
酸化による重量減少を指数化し、比較例ｌと比べたもの
である。この数字が小さいものほど耐酸化性に優れる。

【００２０】表１より、ＴａまたはＮｂを元素として添
加した実施例ｌ〜３は、耐酸化性、耐食性に優れ、タン
タライト〔（Ｆｅ，Ｍｎ）（Ｎｂ，Ｔａ）₂Ｏ₆〕を添
加した実施例４〜７は耐酸化性に優れることが判る。

【００２１】表２は連続鋳造用の浸漬ノズルの例であ
る。表中の原料構成による耐火材をフェノール樹脂をバ
インダーとして混練後成形し、１３００℃で還元焼成し
た。比較例２は従来技術で製造した製品である。耐食性
および耐酸化性は表１と同じ条件にて評価した。

【００２２】

【表２】ＴａＣおよびＮｂＣを添加した実施例８〜１０は耐食
性、耐酸化性に優れ、タンタライト〔（Ｆｅ，Ｍｎ）
（Ｎｂ，Ｔａ）₂Ｏ₆〕を添加した実施例１１〜１４も
耐食性、耐酸化性に優れている。

【００２３】表３は同じく浸漬ノズルの例であり、ジル
コニアを多く含む耐火材の例である。表中の原料構成に
よる耐火材をフエノール樹脂をバインダーとして混練後
成形し、１３００℃で還元焼成した。比較例３は従来技
術で製造した製品である。耐食性は表ｌと同じ条件にて
評価した。またアルミナ付着テストも行った。アルミナ
付着指数は、１５５０℃の溶鋼中にＡｌを０．１重量％
溶解した中に試料を３０分間浸漬した後の、試料表面の
付着物の厚みを指数化したもので、この数字が小さいも
のほどアルミナ付着が少ない。

【００２４】

【表３】結果は、Ｎｂ、ＴａＣ、タンタライトを添加した実施例
１５〜２０は、比較例に比べ耐食性が優れて、またアル
ミナ付着も少なかった。

【００２５】

【発明の効果】本発明によるＴａおよびまたはＮｂを含
有する炭素含有耐火材は、従来の耐火物と比較して耐食
性、耐酸化性が大幅に改善されており、鋼の製造工程に
おける品質や生産性の向上に有効である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】元素およびまたは化合物としてのＴａお
よびまたはＮｂを元素換算で０．ｌ〜５０重量％、炭素
を２〜４０重量％、及びその他の耐火性原料を含有する
ことを特徴とする耐火材。