JPH07172938A - 窒化物ボンド耐火物およびその製造方法 - Google Patents
窒化物ボンド耐火物およびその製造方法Info
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- JPH07172938A JPH07172938A JP5342251A JP34225193A JPH07172938A JP H07172938 A JPH07172938 A JP H07172938A JP 5342251 A JP5342251 A JP 5342251A JP 34225193 A JP34225193 A JP 34225193A JP H07172938 A JPH07172938 A JP H07172938A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、高い耐食性、高い耐熱衝撃特性を
有し、同時に高強度を有する耐火物を提供することを目
的とする。 【構成】 本発明の窒化物ボンド耐火物は、耐火原料１
００に対し、窒化アルミニウムを２０重量％以上８０重
量％以下を含有する耐火物であることを特徴とする。ま
た、本発明の窒化物ボンド耐火物の製造方法は、耐火原
料、および、金属アルミニウムからなる混合物を１０ｋ
ｇ／ｃｍ2 以上の窒素雰囲気中で金属アルミニウムの自
己燃焼反応により生じた熱により焼結したことを特徴と
する。
有し、同時に高強度を有する耐火物を提供することを目
的とする。 【構成】 本発明の窒化物ボンド耐火物は、耐火原料１
００に対し、窒化アルミニウムを２０重量％以上８０重
量％以下を含有する耐火物であることを特徴とする。ま
た、本発明の窒化物ボンド耐火物の製造方法は、耐火原
料、および、金属アルミニウムからなる混合物を１０ｋ
ｇ／ｃｍ2 以上の窒素雰囲気中で金属アルミニウムの自
己燃焼反応により生じた熱により焼結したことを特徴と
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、工業用炉、例えば、鉄
鋼製造用炉の内張り材として使用される耐火物に関する
ものである。
鋼製造用炉の内張り材として使用される耐火物に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】溶融金属精錬用炉の内張り材として炭素
含有系耐火物が多用され、かなりの高成績をあげてい
る。この耐火物は、ＭｇＯ等の酸化物からなる骨材を黒
鉛、および、ピッチからなるバインダーで結合させたも
のである。これらの耐火物は、黒鉛のもつスラグに対す
る濡れ性が低い性質を利用し耐食性を高め、また、黒鉛
の熱伝導率が高い性質を利用し、耐熱衝撃特性を高めた
ものである（例えば、セラミックデータブック １９８
２ 工業製品技術協会刊行）。一方、これらの耐火物
は、高温での強度、耐酸化性に弱点を有しており、これ
を改善するために各種金属の添加、あるいは、金属、炭
化物等の併用添加が行われている（例えば、特開昭５４
−１６３９１号公報、特開平０１−３２０２６２号公
報）。
含有系耐火物が多用され、かなりの高成績をあげてい
る。この耐火物は、ＭｇＯ等の酸化物からなる骨材を黒
鉛、および、ピッチからなるバインダーで結合させたも
のである。これらの耐火物は、黒鉛のもつスラグに対す
る濡れ性が低い性質を利用し耐食性を高め、また、黒鉛
の熱伝導率が高い性質を利用し、耐熱衝撃特性を高めた
ものである（例えば、セラミックデータブック １９８
２ 工業製品技術協会刊行）。一方、これらの耐火物
は、高温での強度、耐酸化性に弱点を有しており、これ
を改善するために各種金属の添加、あるいは、金属、炭
化物等の併用添加が行われている（例えば、特開昭５４
−１６３９１号公報、特開平０１−３２０２６２号公
報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の炭素含有耐火物は、一般に不焼成であり強度、特に高
温強度の向上には限界がある。本発明は、炭素含有耐火
物に代わり、例えば溶融金属精錬用炉の内張り材とし
て、高い耐食性、高い耐熱衝撃特性を有し、同時に高強
度を有する耐火物を提供することを目的とするものであ
る。
の炭素含有耐火物は、一般に不焼成であり強度、特に高
温強度の向上には限界がある。本発明は、炭素含有耐火
物に代わり、例えば溶融金属精錬用炉の内張り材とし
て、高い耐食性、高い耐熱衝撃特性を有し、同時に高強
度を有する耐火物を提供することを目的とするものであ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、以下の特徴を有する。 １）耐火原料１００に対し、窒化アルミニウムをその２
０重量％以上８０重量％以下を含有する耐火物であるこ
とを特徴とする窒化物ボンド耐火物。 ２）耐火原料、および、金属アルミニウムからなる混合
物を１０ｋｇ／ｃｍ2以上の窒素雰囲気中で金属アルミ
ニウムの自己燃焼反応により生じた熱を用いて焼結する
ことを特徴とする窒化物ボンド耐火物の製造方法。
成するために、以下の特徴を有する。 １）耐火原料１００に対し、窒化アルミニウムをその２
０重量％以上８０重量％以下を含有する耐火物であるこ
とを特徴とする窒化物ボンド耐火物。 ２）耐火原料、および、金属アルミニウムからなる混合
物を１０ｋｇ／ｃｍ2以上の窒素雰囲気中で金属アルミ
ニウムの自己燃焼反応により生じた熱を用いて焼結する
ことを特徴とする窒化物ボンド耐火物の製造方法。
【０００５】
【作用】耐火原料、および、金属アルミニウムからなる
混合物を１０ｋｇ／ｃｍ2 以上の窒素雰囲気中におい
て、金属アルミニウムと窒素ガスによる窒化アルミニウ
ム生成時の自己燃焼反応により発生した熱を利用するこ
とで極めて短時間で焼結した窒化アルミニウム系耐火物
が得られる。
混合物を１０ｋｇ／ｃｍ2 以上の窒素雰囲気中におい
て、金属アルミニウムと窒素ガスによる窒化アルミニウ
ム生成時の自己燃焼反応により発生した熱を利用するこ
とで極めて短時間で焼結した窒化アルミニウム系耐火物
が得られる。
【０００６】本発明における耐火原料とは、ゼーゲル錐
融点が２６番以上の酸化物を主体とする材料を指す。即
ち、例えばアルミナ、マグネシア、スピネル、ジルコニ
ア、および、チタニア等がこれに該当する。
融点が２６番以上の酸化物を主体とする材料を指す。即
ち、例えばアルミナ、マグネシア、スピネル、ジルコニ
ア、および、チタニア等がこれに該当する。
【０００７】耐火物中に窒化アルミニウムを含有させる
と、溶融金属に対する濡れ性が悪く、熱伝導率が極めて
大きいという窒化アルミニウムの特徴を耐火物も有する
ようになる。このため、溶融金属に対する耐食性が向上
する。また、熱伝導率が大きくなると耐火物内に生じる
温度勾配が小さく、熱応力が発生しにくくなることによ
り、耐熱衝撃特性が向上する。さらに、本発明の耐火物
は焼結しているため、不焼成耐火物に比べて強度が大き
いという特徴も有する。
と、溶融金属に対する濡れ性が悪く、熱伝導率が極めて
大きいという窒化アルミニウムの特徴を耐火物も有する
ようになる。このため、溶融金属に対する耐食性が向上
する。また、熱伝導率が大きくなると耐火物内に生じる
温度勾配が小さく、熱応力が発生しにくくなることによ
り、耐熱衝撃特性が向上する。さらに、本発明の耐火物
は焼結しているため、不焼成耐火物に比べて強度が大き
いという特徴も有する。
【０００８】従来は、前記窒化物ボンド耐火物を得るた
めに耐火原料と金属アルミニウムからなる混合物、もし
くは、耐火原料と窒化アルミニウムからなる混合物に対
して雰囲気焼成炉において、窒素雰囲気中で１４００〜
１６００℃の温度域で３〜４時間程度の熱処理を施して
いる。この場合の雰囲気窒素の圧力は大気圧、もしく
は、５ｋｇ／ｃｍ2 以下が主に用いられる。そのため、
耐火物の内部まで均一に窒化物ボンドを形成させること
は難しい。従って、均一な窒化物ボンドを形成させるた
めには、上述のように数時間、もしくは、数十時間の熱
処理が必要になる。しかし、長時間の熱処理を施すと、
窒化アルミニウムと耐火原料の間で反応生成物を形成
し、窒化アルミニウムの有する高耐食性、熱衝撃特性を
損ねる場合もある。
めに耐火原料と金属アルミニウムからなる混合物、もし
くは、耐火原料と窒化アルミニウムからなる混合物に対
して雰囲気焼成炉において、窒素雰囲気中で１４００〜
１６００℃の温度域で３〜４時間程度の熱処理を施して
いる。この場合の雰囲気窒素の圧力は大気圧、もしく
は、５ｋｇ／ｃｍ2 以下が主に用いられる。そのため、
耐火物の内部まで均一に窒化物ボンドを形成させること
は難しい。従って、均一な窒化物ボンドを形成させるた
めには、上述のように数時間、もしくは、数十時間の熱
処理が必要になる。しかし、長時間の熱処理を施すと、
窒化アルミニウムと耐火原料の間で反応生成物を形成
し、窒化アルミニウムの有する高耐食性、熱衝撃特性を
損ねる場合もある。
【０００９】本発明では、窒化物ボンドを形成させるた
めに金属アルミニウムを窒素雰囲気中で自己燃焼させ
る。ここで、自己燃焼法について詳説する。化合物の構
成元素圧粉体の一端をカーボンリボンヒータ等を用いて
１６００〜２０００℃程度に加熱し、着火させると燃焼
反応が生じる。以後、自身の反応する熱により燃焼反応
は連続的に進行し、圧粉体全体に反応が伝わる。自己燃
焼反応は、次のような特徴を有する。 １）燃焼反応の速度は１〜１５ｍｍ／秒であり、焼結時
間が極めて短い。 ２）燃焼時の温度は、１６００〜４０００℃に達する。 ３）長時間の外部加熱を必要とせず、エネルギー効率が
高い。
めに金属アルミニウムを窒素雰囲気中で自己燃焼させ
る。ここで、自己燃焼法について詳説する。化合物の構
成元素圧粉体の一端をカーボンリボンヒータ等を用いて
１６００〜２０００℃程度に加熱し、着火させると燃焼
反応が生じる。以後、自身の反応する熱により燃焼反応
は連続的に進行し、圧粉体全体に反応が伝わる。自己燃
焼反応は、次のような特徴を有する。 １）燃焼反応の速度は１〜１５ｍｍ／秒であり、焼結時
間が極めて短い。 ２）燃焼時の温度は、１６００〜４０００℃に達する。 ３）長時間の外部加熱を必要とせず、エネルギー効率が
高い。
【００１０】本発明の窒化物ボンド耐火物を得るために
自己燃焼法を用いる場合には、窒素雰囲気中で耐火原料
と金属の混合物の圧粉体の一部を加熱することにより着
火し、自己燃焼反応を生じさせる。この反応および反応
熱により窒化物を生成すると同時に耐火原料と窒化物が
結合する。均一な窒化物ボンドを得るためには、高圧窒
素雰囲気下で自己燃焼を生じさせることが好ましい。
自己燃焼法を用いる場合には、窒素雰囲気中で耐火原料
と金属の混合物の圧粉体の一部を加熱することにより着
火し、自己燃焼反応を生じさせる。この反応および反応
熱により窒化物を生成すると同時に耐火原料と窒化物が
結合する。均一な窒化物ボンドを得るためには、高圧窒
素雰囲気下で自己燃焼を生じさせることが好ましい。
【００１１】本発明では、自己燃焼法により窒化物ボン
ドを均一に形成させるために、高圧窒素雰囲気下で耐火
物、炭素、金属アルミニウムの混合物の圧粉体の一部を
カーボンヒータにより１７００℃まで加熱して着火し、
自己燃焼を生じさせている。窒素圧力を５ｋｇ／ｃｍ2
以上にすると自己燃焼は圧粉体全体に伝播する。しか
し、均一な窒化物ボンドを形成させるためには窒素圧力
を１０ｋｇ／ｃｍ2 以上にする必要がある。好ましく
は、３０ｋｇ／ｃｍ2 以上にすると、より短時間で均一
な窒化物ボンドが得られる。窒素圧力を高くするほど均
一な窒化物ボンドが得られやすいが、耐圧容器製造コス
ト、高圧窒素ガスを製造するコストを考慮すると窒素圧
力は１００ｋｇ／ｃｍ2 以下とすることが好ましい。
ドを均一に形成させるために、高圧窒素雰囲気下で耐火
物、炭素、金属アルミニウムの混合物の圧粉体の一部を
カーボンヒータにより１７００℃まで加熱して着火し、
自己燃焼を生じさせている。窒素圧力を５ｋｇ／ｃｍ2
以上にすると自己燃焼は圧粉体全体に伝播する。しか
し、均一な窒化物ボンドを形成させるためには窒素圧力
を１０ｋｇ／ｃｍ2 以上にする必要がある。好ましく
は、３０ｋｇ／ｃｍ2 以上にすると、より短時間で均一
な窒化物ボンドが得られる。窒素圧力を高くするほど均
一な窒化物ボンドが得られやすいが、耐圧容器製造コス
ト、高圧窒素ガスを製造するコストを考慮すると窒素圧
力は１００ｋｇ／ｃｍ2 以下とすることが好ましい。
【００１２】この方法では、従来用いられている雰囲気
焼成炉による熱処理に比べて極めて短時間で熱処理、あ
るいは、焼結が完了するという特徴を有する。このた
め、Ａｌ2Ｏ3、金属アルミニウムの混合物を自己燃焼さ
せた場合、得られた耐火物は、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮの鉱物
相のみを有し、Ａｌ2Ｏ3と金属アルミニウムもしくは窒
素との反応により生じた生成物は含まれていない。
焼成炉による熱処理に比べて極めて短時間で熱処理、あ
るいは、焼結が完了するという特徴を有する。このた
め、Ａｌ2Ｏ3、金属アルミニウムの混合物を自己燃焼さ
せた場合、得られた耐火物は、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮの鉱物
相のみを有し、Ａｌ2Ｏ3と金属アルミニウムもしくは窒
素との反応により生じた生成物は含まれていない。
【００１３】本発明において、窒化アルミニウムの量を
耐火原料の２０重量％以上８０重量％以下と規定したの
は、２０重量％未満では良好な熱衝撃特性が得られない
からであり、８０重量％超では耐火原料の持つ高温強
度、硬度等の特性が充分に得られないからである。前記
の窒化アルミニウム量を得るためには、耐火原料１００
に対して金属アルミニウムを１３．１重量％以上５２．
７％以下含有する混合物の圧粉体からなる原料を用い、
窒素雰囲気中で自己燃焼を行えばよい。
耐火原料の２０重量％以上８０重量％以下と規定したの
は、２０重量％未満では良好な熱衝撃特性が得られない
からであり、８０重量％超では耐火原料の持つ高温強
度、硬度等の特性が充分に得られないからである。前記
の窒化アルミニウム量を得るためには、耐火原料１００
に対して金属アルミニウムを１３．１重量％以上５２．
７％以下含有する混合物の圧粉体からなる原料を用い、
窒素雰囲気中で自己燃焼を行えばよい。
【００１４】
【実施例】実施例として、表１に示すような配合組成の
原料を２１４ｍｍ×１１４ｍｍ×６５ｍｍの大きさに成
形し、窒素雰囲気中で、この試料の上面中央部１５ｍｍ
φをカーボンリボンヒータにより加熱して着火し、試料
を自己燃焼させ、燃焼を試料全体に伝播させ窒化アルミ
ニウムボンド耐火物を製造した。なお、各試料の製造時
の条件である窒素圧力、カーボンリボンヒータによる試
料端部の着火温度、および、製造した試料の特性を測定
した結果を表１に併せて示す。また、比較例として表１
に示す配合組成の原料を用い、自己燃焼合成法により耐
火物を製造した。結果を表１に併せて示す。
原料を２１４ｍｍ×１１４ｍｍ×６５ｍｍの大きさに成
形し、窒素雰囲気中で、この試料の上面中央部１５ｍｍ
φをカーボンリボンヒータにより加熱して着火し、試料
を自己燃焼させ、燃焼を試料全体に伝播させ窒化アルミ
ニウムボンド耐火物を製造した。なお、各試料の製造時
の条件である窒素圧力、カーボンリボンヒータによる試
料端部の着火温度、および、製造した試料の特性を測定
した結果を表１に併せて示す。また、比較例として表１
に示す配合組成の原料を用い、自己燃焼合成法により耐
火物を製造した。結果を表１に併せて示す。
【００１５】
【表１】
【００１６】表１における強度は、３ｍｍ×４ｍｍ×４
０ｍｍの試験片を作製し、曲げ強度を測定した。窒化ア
ルミニウムを全く添加しない耐火物の強度を１００とし
た場合のレベルを表示し、１０５以上を◎、９５〜１０
５を○、９５以下を×とし、◎ないし○が合格である。
耐食性は、窒化アルミニウムを全く添加しない耐火物の
溶鋼との反応による溶損量を１００とした場合のレベル
を表示し、８０未満を◎、８０〜１００を○、１００以
上を×とし、◎ないし○が合格である。耐熱衝撃性は、
急熱急冷サイクルをかけた際に、試料が破壊した急熱急
冷サイクルの回数で評価した。窒化アルミニウムを全く
添加しない耐火物の破壊が発生した回数を１００とした
場合のレベルを表示し、１２０以上を◎、１００〜１２
０の場合を○、１００未満を×とし、◎ないし○が合格
である。さらに、総合評価として、上記３項目のすべて
が◎ないし○の合格のものを○、それ以外を×とした。
０ｍｍの試験片を作製し、曲げ強度を測定した。窒化ア
ルミニウムを全く添加しない耐火物の強度を１００とし
た場合のレベルを表示し、１０５以上を◎、９５〜１０
５を○、９５以下を×とし、◎ないし○が合格である。
耐食性は、窒化アルミニウムを全く添加しない耐火物の
溶鋼との反応による溶損量を１００とした場合のレベル
を表示し、８０未満を◎、８０〜１００を○、１００以
上を×とし、◎ないし○が合格である。耐熱衝撃性は、
急熱急冷サイクルをかけた際に、試料が破壊した急熱急
冷サイクルの回数で評価した。窒化アルミニウムを全く
添加しない耐火物の破壊が発生した回数を１００とした
場合のレベルを表示し、１２０以上を◎、１００〜１２
０の場合を○、１００未満を×とし、◎ないし○が合格
である。さらに、総合評価として、上記３項目のすべて
が◎ないし○の合格のものを○、それ以外を×とした。
【００１７】表１に示すように、本発明により得られた
窒化アルミニウムボンド耐火物は、強度、耐食性、およ
び、耐熱衝撃特性に優れていた。また、比較例にある耐
火物の強度、耐食性、および、耐熱衝撃特性は、本発明
により得られた窒化アルミニウムボンド耐火物より劣っ
ていた。
窒化アルミニウムボンド耐火物は、強度、耐食性、およ
び、耐熱衝撃特性に優れていた。また、比較例にある耐
火物の強度、耐食性、および、耐熱衝撃特性は、本発明
により得られた窒化アルミニウムボンド耐火物より劣っ
ていた。
【００１８】
【発明の効果】本発明の耐火物は、強度、耐食性、およ
び、耐熱衝撃特性に優れ、工業用炉、特に、鉄鋼製造用
炉の耐火物、例えば、取鍋内張り、タンディッシュ内張
り、スライディングノズル、浸漬ノズル等の耐火物、さ
らには加熱炉、あるいは、ゴミ焼却炉用耐火物としての
使用に適し、これらの耐火物の寿命延長を可能とする。
び、耐熱衝撃特性に優れ、工業用炉、特に、鉄鋼製造用
炉の耐火物、例えば、取鍋内張り、タンディッシュ内張
り、スライディングノズル、浸漬ノズル等の耐火物、さ
らには加熱炉、あるいは、ゴミ焼却炉用耐火物としての
使用に適し、これらの耐火物の寿命延長を可能とする。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０４Ｂ 35/581 35/64 Ｃ０４Ｂ 35/00 １０９ 35/58 １０４ Ｖ 35/64 Ａ
Claims (2)
- 【請求項１】 耐火原料１００に対し、窒化アルミニウ
ムをその２０重量％以上８０重量％以下含有する耐火物
であることを特徴とする窒化物ボンド耐火物。 - 【請求項２】 耐火原料、および、金属アルミニウムか
らなる混合物を１０ｋｇ／ｃｍ2 以上の窒素雰囲気中で
金属アルミニウムの自己燃焼反応により生じた熱を用い
て焼結することを特徴とする窒化物ボンド耐火物の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5342251A JPH07172938A (ja) | 1993-12-15 | 1993-12-15 | 窒化物ボンド耐火物およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5342251A JPH07172938A (ja) | 1993-12-15 | 1993-12-15 | 窒化物ボンド耐火物およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07172938A true JPH07172938A (ja) | 1995-07-11 |
Family
ID=18352279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5342251A Withdrawn JPH07172938A (ja) | 1993-12-15 | 1993-12-15 | 窒化物ボンド耐火物およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07172938A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016502486A (ja) * | 2012-11-13 | 2016-01-28 | リフラクトリー・インテレクチュアル・プロパティー・ゲー・エム・ベー・ハー・ウント・コ・カーゲー | マグネシアまたはマグネシアスピネル系耐火材料の製造方法、およびマグネシアまたはマグネシアスピネル系耐火材料 |
| JP2020083680A (ja) * | 2018-11-20 | 2020-06-04 | 株式会社トクヤマ | 窒化アルミニウムの製造方法 |
-
1993
- 1993-12-15 JP JP5342251A patent/JPH07172938A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016502486A (ja) * | 2012-11-13 | 2016-01-28 | リフラクトリー・インテレクチュアル・プロパティー・ゲー・エム・ベー・ハー・ウント・コ・カーゲー | マグネシアまたはマグネシアスピネル系耐火材料の製造方法、およびマグネシアまたはマグネシアスピネル系耐火材料 |
| JP2020083680A (ja) * | 2018-11-20 | 2020-06-04 | 株式会社トクヤマ | 窒化アルミニウムの製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010306 |