JPH07232958A - 炭素含有不焼成耐火物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 炭素含有不焼成耐火物に関し、易酸化性物質
の添加に伴う弊害を排除しつつ、より耐酸化性を向上さ
せた炭素含有不焼成耐火物を提供することを目的とす
る。 【構成】 黒鉛９５〜７０重量部と、Ａｌ，Ｍｇ，Ｃ
ａ，Ｓｉ，Ｂ，Ｚｒ，Ｃｒ，及びＴｉのうちの１種以上
の金属粉末、合金粉末、化合物５〜３０重量部とを混合
し、コークスブリーズ中又は窒素雰囲気中で７００℃〜
１７００℃の温度で仮焼する前処理が施された炭素質材
料３〜３０重量部を、耐火物原料１００重量部に対して
配合した構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は耐火物に関し、特に炭素
含有不焼成耐火物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】炭素質材料は、例えばアルミナ、マグネ
シア等のような一般の耐火骨材よりも融点及び熱伝導率
が高く、かつ線膨張率が低く、さらにスラグ等にも濡れ
難い特性を有するところから、特に製鋼用、製銑用等の
冶金用耐火物の原料として上記耐火骨材とともに配合さ
れ、該耐火物に優れた耐熱スポーリング性、耐スラグ性
を付与するとともに、該耐火物の過焼結を防止する作用
をも奏する。

【０００３】ところがその一方で、上記炭素質材料は、
空気等の酸化性雰囲気の下で加熱されると極めて容易に
酸化され、一酸化炭素となって消失し、該耐火物中のマ
トリクスの脆弱化が進行する欠点をも併せもつ。

【０００４】従って、上記炭素質材料を含有する耐火物
の耐酸化性を向上させるために種々の発明がなされてお
り、例えば、アルミニウム、珪素、マグネシウム等の金
属粉末やＭｇ−Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ等の合金粉末、さらに
は炭化硼素、炭化珪素等の炭化物等のような、炭素より
も酸素親和力の大きい物質（易酸化性物質）を添加する
ようにした発明が開示されている〔特開昭54-163913
号、特開昭59-107962 号、特公昭60-59184号、特公昭60
-59191号、特公昭61-303号、特公昭61-882号参照〕。

【０００５】すなわち、上記発明においては、耐火物の
稼働中に、下記の一般式(1) 又は(2) で記述されるよう
な上記易酸化性物質の酸化反応をマトリクス内で進行さ
せ、耐火物内部の活性な酸素分圧を低下させるととも
に、該金属又は金属炭化物の酸化物生成時の体積膨張に
より該耐火物を緻密化することによって、上記炭素質材
料のガス拡散を抑制しようとするものである。

【０００６】 xＭ＋1/2yＯ₂ ＝Ｍ_xＯ_y (1) Ｍ_xＣ_y＋1/2(y+z)Ｏ₂ ＝Ｍ_xＯ_z＋ yＣＯ (2)

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
構成はマトリクス中で該炭素質材料の受ける酸化作用を
低減させるに止まり、炭素質材料自体に耐酸化性を付与
するものではない。そのため、耐酸化性の改善効果は上
記易酸化性物質の添加量に依存し、所要の耐酸化性を付
与するためには、上記易酸化性物質の添加量をできるだ
け大きくすることが望ましいとされている。

【０００８】しかしながら、上記易酸化性物質は耐火物
原料中に過量に添加された場合や混練によってもなお均
一に分散されない場合、上記体積膨張が過度に発生する
ことによって耐火物に亀裂破壊をもたらすことが確認さ
れており、機械的強度の低下はもとより、マトリクス内
に溶鋼やスラグが容易に侵入することになり、却って耐
用性が低下する弊害がある。

【０００９】本発明は上記従来の事情に鑑みてなされた
ものであって、上記易酸化性物質の添加に伴う弊害を排
除しつつ、より耐酸化性を向上させた炭素含有不焼成耐
火物を提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は以下の手段を採用する。すなわち、黒鉛９
５〜７０重量部と、Ａｌ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｉ，Ｂ，Ｚ
ｒ，Ｃｒ，及びＴｉのうちの１種以上の金属粉末５〜３
０重量部とを混合し、コークスブリーズ中又は窒素雰囲
気中で７００℃〜１７００℃の温度で仮焼する前処理が
施された炭素質材料３〜３０重量部を、耐火物原料１０
０重量部に対して配合したことを特徴とする炭素含有不
焼成耐火物である。

【００１１】また上記金属粉末は、Ａｌ，Ｍｇ，Ｃａ，
Ｓｉ，Ｂ，Ｚｒ，Ｃｒ，及びＴｉのうちの１種以上の金
属を含む合金又は／及び化合物であってもよい。

【００１２】

【作用】図１は炭素質材料を空気中で加熱した場合の示
差熱分析曲線（以下、ＤＴＡ曲線と記載する）及び熱天
秤分析曲線（以下、ＴＧＡ曲線と記載する）の一般的な
パターンを示すグラフであり、横軸を温度、縦軸をそれ
ぞれ発熱または試料重量として示す。

【００１３】図１に示すＴＧＡ曲線の立ち下がり点に対
応する酸化減量開始温度Ｔs は一般的な炭素質材料では
５００〜６００℃であり、またＤＴＡ曲線の最大点に対
応する酸化減量最大温度Ｔm は８００〜９００℃となる
ことが知られている。

【００１４】本発明者らは黒鉛と金属又は金属炭化物の
共存下における酸化挙動に関して種々の調査を行い、そ
の結果、これらの混合物を高温、非酸化性雰囲気下で一
旦仮焼する前処理を施した炭素質材料は、単に両者を混
合しただけの材料に比べて、酸化減量開始温度及び酸化
減量最大温度が１００〜２００℃高くなる事実を見出し
た。

【００１５】すなわち、図２は混合割合８０／２０の黒
鉛／アルミニウム混合系の仮焼温度を変化させたときの
酸化減量開始温度Ｔs 及び酸化減量最大温度Ｔm を示す
グラフであり、図２より明らかなように、７００℃以上
の仮焼温度で酸化減量が抑制され、１５００℃以上の仮
焼温度でその効果が飽和する。

【００１６】また図３は仮焼温度を１３００℃とし、黒
鉛／アルミニウム混合系の混合割合を変化させたときの
酸化減量開始温度Ｔs 及び酸化減量最大温度Ｔm を示す
グラフであり、図３より上記混合割合は８０／２０とし
た場合に最も酸化抑制効果が優れていることがわかる。

【００１７】そこで、上記前処理を施した炭素質材料を
炭素含有不焼成耐火物に適用することを検討した結果、
大幅な耐酸化性の向上を確認し、本発明の完成に至った
ものである。

【００１８】これは従来の技術では、添加した金属粉末
や炭化物の酸化に伴う体積膨張を吸収し難く、組織の脆
弱化を同時に惹起しているのに対し、本発明では予め上
記前処理を施すことによって上記金属粉末や炭化物で黒
鉛粒子の表面が被覆され、該黒鉛の耐酸化性を向上させ
るとともに、金属粉末や炭化物のより均一な分散を達成
し、組織脆化を伴うことなく緻密化を促進し得たものと
考察される。

【００１９】本発明で使用される黒鉛は、例えば鱗状黒
鉛、土状黒鉛等の天然黒鉛、又は人造黒鉛等の汎用品を
使用することができる。また、その純度、粒度も特に制
限されるものではなく、適用対象とする耐火物の用途に
応じて適宜選択すれば良い。

【００２０】また、上記金属粉末、合金粉末、炭化物粉
末の粒度についても特に制限されるものではなく、通常
に使用されている０．５mm以下程度のものを任意に使用
可能である。

【００２１】上記黒鉛と金属又は炭化物粉末との混合割
合は９５／５〜７０／３０重量部とするのが好ましい。
９５／５よりも黒鉛が多量の場合には耐酸化性が充分に
向上せず、７０／３０よりも黒鉛が少量の場合には上記
仮焼後の炭素質材料が固着し、新たな解砕処理が必要と
なるとともに、酸化減量最大温度もやや低下する等によ
り不適切である。

【００２２】また、該混合物の熱処理温度は７００〜１
７００℃とするのが好ましい。７００℃より低い場合に
は所期の耐酸化性改善効果が得られず、１７００℃より
高い場合には仮焼後の固着傾向が顕著となるばかりでな
く、耐酸化性もむしろ若干低下する傾向となり不適当と
なる。

【００２３】更に、本発明に使用される耐火物原料は通
常の耐火骨材が使用可能であり、例えばマグネシア、ド
ロマイト、スピネル、ジルコン、ジルコニア、アルミ
ナ、シリカ、ムライト等の酸化物原料を使用目的に応じ
て任意に選択使用すれば良い。耐火物原料に対する上記
前処理の施された炭素質材料の配合割合は３〜３０重量
部とするのが好ましく、該配合割合が３重量部より小さ
い場合、炭素質材料の配合に伴う効果（耐熱スポーリン
グ性・耐スラグ性の向上）が発揮されず、３０重量部よ
り大きい場合、耐食性の劣化傾向が顕著となるため好ま
しくない。

【００２４】

【実施例】以下、本発明に関し、実施例に基づいて説明
する。表１（後掲）に記載の実施例１，２，３は、それ
ぞれ、混銑車用アルミナカーボン質れんが、製鋼取鍋用
マグネシアカーボン質れんが、製鋼転炉用マグネシアカ
ーボンれんがに、本発明を適用した本発明品と、従来の
炭素質材料を配合した従来品との各品質特性値を対比し
たものである。

【００２５】表１に示すように、上記実施例１，２，３
の本発明品と従来品とは耐火物原料は全く同じ配合であ
り、しかも炭素質材料（黒鉛）及び易酸化性金属粉末の
実質的な配合量もほぼ共通しているが、それにも関わら
ず、いずれの実施例においても本発明品が全ての品質特
性値において従来品よりも優れた成績をあげている。

【００２６】これらのことから、本発明品は従来品に比
べて緻密な構造をもち、耐酸化性、耐食性ともに大幅に
向上することが明白である。尚、表１における品質特性
値のうち、「酸化摩耗指数」及び「スラグ溶損指数」の
試験は下記の要領で実施した。

【００２７】「酸化摩耗指数」：４０×４０×４０mm形
状に切出した試料を３００φ×３００ｌの耐火物製円筒
状容器に入れ、１５r.p.m で回転させながら１３００℃
で３０分間加熱処理した後の重量減少率から算出。

【００２８】「スラグ溶損指数」：台柱状に切出した試
料を六角筒形状となるように組み合わせた供試体内面を
１５r.p.m で回転しながら加熱し、１７５０℃で溶融さ
せた転炉スラグにより２時間侵食させ、この際の侵食深
さから算出。

【００２９】さらに、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、他の用途の耐火物に適用しても同様の効
果を奏することはいうまでもない。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る炭素含有不
焼成耐火物によれば、同量の易酸化性物質を配合してな
る従来品に比べて、充分に緻密なマトリクスを形成する
とともに、熱間強度及び耐酸化性の向上を果たすことが
できる。

【００３２】これによって、従来では耐用期間が短く、
炭素質材料の添加が困難とされていた高温、高酸化雰囲
気に曝される炉壁用材においても炭素質材料の添加によ
る効果を享受することができる等、新たな用途を開くも
のとして有用な発明といえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】炭素質材料の酸化発熱および酸化減量特性を示
すグラフである。

【図２】本発明で使用される炭素質材料の仮焼温度に対
する酸化減量特性を示すグラフである。

【図３】本発明で使用される炭素質材料の配合割合に対
する酸化減量特性を示すグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記の前処理が施された炭素質材料３〜
   ３０重量部を、耐火物原料１００重量部に対して配合し
   たことを特徴とする炭素含有不焼成耐火物。すなわち、
   黒鉛９５〜７０重量部と、Ａｌ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｉ，
   Ｂ，Ｚｒ，Ｃｒ，及びＴｉのうちの１種以上の金属粉末
   ５〜３０重量部とを混合し、コークスブリーズ中又は窒
   素雰囲気中で７００℃〜１７００℃の温度で仮焼する前
   処理。
2. 【請求項２】 上記金属粉末が、Ａｌ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓ
   ｉ，Ｂ，Ｚｒ，Ｃｒ，及びＴｉのうちの１種以上の金属
   を含む合金又は／及び化合物である請求項１に記載の炭
   素含有不焼成耐火物。