JPH0777980B2

JPH0777980B2 - 鋳造用耐火物の製造方法

Info

Publication number: JPH0777980B2
Application number: JP1304720A
Authority: JP
Inventors: 茂樹丹羽; 昭司柴田; 英明加藤; 憲生近藤; 力岩澤
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1989-11-27
Filing date: 1989-11-27
Publication date: 1995-08-23
Anticipated expiration: 2010-08-23
Also published as: JPH03170366A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は耐食性及び熱衝撃抵抗性を有するスライドゲ
ートや浸漬ノズル等に用いられる鋳造用耐火物を製造す
る方法に関するものである。

従来の技術耐火物の熱衝撃抵抗性を向上させる手段として、Al₂O₃8
0〜98重量％とZrO₂２〜20重量％の化学組成を有する耐
火性原料を５〜90重量％配合したり（特許第1373568
号）、Al₂O₃58〜79.8重量％、ZrO₂20〜40重量％のアル
ミナ・ジルコニア原料の粗〜中粒を２〜50重量％使用し
たり（特開昭60−180950号）、耐火物の熱膨張率を小さ
くするためにムライト・ジルコニア系の原料を使用する
方法（特許第1373568号、特開昭56−165549号）が提案
されている。

発明が解決しようとする課題従来のアルミナ・ジルコニア原料は熱膨張率が高く、耐
火物の熱衝撃抵抗性が不十分であり、また、ムライト・
ジルコニア系原料の場合は、原料中にSiO₂が含まれるた
め、耐食性が低下する。

そこで、本発明は従来技術をさらに改良して、特に熱衝
撃抵抗性を向上させることができるスライドゲート等に
用いられる鋳造用耐火物の製造方法を提供することを目
的としている。

課題を解決するための手段本発明は、鋳造用耐火物を製造する方法において、Al₂O
₃を97〜30重量％含み、残部の３〜70重量％がZrO₂の化
学組織を有し、かつ、その粒子内に0.01〜20μｍ幅のマ
イクロクラックを有し、さらにコランダム結晶粒界に単
斜晶型ジルコニアが分散したような組織を呈する電融原
料を３〜60重量％配合し、混練、成形、必要に応じて焼
成することを特徴とする鋳造用耐火物の製造方法を要旨
としている。

実施例本発明による耐火物製造方法は、カーボン、アルミア、
スピネル、マグネシア、ジルコニア、これらの組合せ等
を主成分とする鋳造用耐火物の製造方法であって、Al₂O
₃97〜30重量％、好ましくは95〜40重量％、ZrO₂３〜70
重量％、好ましくは５〜60重量％の化学組成を有し、か
つ原料粒子内に0.01〜20μｍ幅のマイクロクラックを有
する電融原料を３〜60重量％、好ましくは５〜50重量％
配合し、混練、成形、必要に応じて焼成することを特徴
とする。

アルミナ・ジルコニア電融原料はコランダム結晶粒界に
単斜晶型ジルコニアが分散したような組織を呈してい
る。この単斜晶型ジルコニアは約1000℃付近で異常膨張
収縮する特性がある。この異常膨張収縮の特性を利用し
て、電融原料の製造時に、原料粒子内に0.01〜20μｍ幅
のマイクロクラックを発生させる。

本発明の方法では、このようなマイクロクラックを有す
る電融原料を利用することによって、スライドゲート等
に用いられる鋳造用耐火物として重要な特性である熱衝
撃抵抗性を大幅に向上させている。

さらに、ZrO₂の比率を増加させることによって耐火物の
耐食性を向上させている。

Al₂O₃−ZrO₂の共融点は、ZrO₂42.6重量％である。この
組成付近でコランダム結晶中への分散性が非常に良い。
このため微細巾のマイクロクラックが多数発生して効果
が大きくなる。

このことを考慮して、ZrO₂の量は３〜70重量％、好まし
くは５〜60重量％にする。ZrO₂の量が少ないと、ZrO₂の
分散が不均一となり、マイクロクラックの発生量が少な
くなる。ZrO₂の量が多いと、ZrO₂の結晶が粗大化し、マ
イクロクラックの巾が大きくなり、粒子強度が低下す
る。そのため、耐火物の強度を低下させ、良好な結果は
得られない。

ZrO₂の量として特に好ましいのは、35〜50重量％であ
る。

耐火物における電融原料の配合量を３〜60重量％、好ま
しくは５〜50重量％とする理由について述べれば、電融
原料が少なすぎると、熱衝撃抵抗性の向上に効果がな
く、逆に多すぎると、製品内部のマイクロクラックが過
多となり、製品強度が低下する。

添加材（Si、Al、SiC、B₄C等）の併用も有効である。

特殊な製法により製造されたアルミナ・ジルコニア電融
原料を用いることで、耐火物の熱衝撃抵抗性を向上させ
ることができる。さらにスライドゲート・プレート等に
用いられる高耐食性の鋳造用耐火物の製造が可能になっ
た。

アルミナ・ジルコニア原料はコランダム結晶中に単斜晶
型ジルコニアが分散した様な組織を呈しており、その状
態で粒子内のジルコニア周辺には巾0.01〜20μｍのマイ
クロクラックが存在する。すなわち、マイクロクラック
を発生させた後の電融原料が、コランダム結晶粒界に単
斜晶型ジルコニアを分散させた形になっているのであ
る。マイクロクラックにより耐火物に加わる熱応力を吸
収・緩和し、熱衝撃抵抗性を向上させることができる。

ちなみに、前述の特許第1373568号及び特開昭60−18095
0号の発明の例では、アルミナ・ジルコニア原料粒子内
にマイクロクラックが存在しない緻密なものを使用して
いるため、本発明の方法で製造された耐火物のように吸
収・緩和作用が得られない。

実施例１〜12 まず、Al₂O₃95重量％とZrO₂５重量％の化学組成を有す
る電融原料（実施例１）と、Al₂O₃80重量％とZrO₂20重
量％の化学組成を有する電融原料（実施例２）と、Al₂O
₃60重量％とZrO₂40重量％の化学組成を有する電融原料
（実施例３および５〜10）と、Al₂O₃40重量％とZrO₂60
重量％の化学組成を有する電融原料（実施例４）と、Al
₂O₃97重量％とZrO₂３重量％の化学組成を有する電融原
料（実施例11）と、Al₂O₃30重量％とZrO₂70重量％の化
学組成を有する電融原料（実施例12）を電気炉で製造し
た。

これらの実施例１〜12と対比するために、ZrO₂が５重量
％、20重量％、40重量％である化学組成を有する電融原
料（比較例１〜４）を同じ電気炉で製造した。

なお、前述の実施例及び比較例のいずれもZrO₂の結晶型
は電融の前後とも単斜晶であった。

スライドゲート・プレートを作るために前述のような電
融原料を表１に示すような各種の使用比率（３、５、2
5、50、60、70重量％）で使用した。さらに焼結アルミ
ナと炭素粉末を表１に示すような原料比率になるように
配合し、結合材としてフェノール樹脂を用い、ミキサー
で混練した。そのあと、プレスによってプレート形状に
成形した。その後、成形体の揮発成分を揮発させた。続
いて、その成形体を焼成した。焼成条件はコークス中で
の還元雰囲気下で1350℃とした。しかし、実施例９では
焼成を酸化雰囲気下1600℃で行ない、比較例４と実施例
10では焼成工程を省略した。

そのようにして得られた耐火物について、常温および14
00℃での曲げ強さ、耐食性および熱衝撃抵抗性を測定し
た。耐食性のテストは、回転浸漬法を採用し、1600℃の
電解鉄の中へサンプルを浸漬し、10rpmの回転を与え、
１時間保持したのちの実施例３の被食量を100として指
数表示した。熱衝撃抵抗性のテストは、1500℃で10分間
加熱したあと水冷することをくり返して行った。測定結
果は表１と表２に示すとおりであった。

さらに、同様の原料比率で形成したスライドゲート・プ
レートについて実用試験をしたところ、表１と表２に示
すような実用寿命となった。

なお、表１と表２において、原料比率はすべて重量％で
表されている。また、フェノール樹脂の原料比率は外率
で表わされている。

第１〜４図は本発明の方法によって製造されたスライド
ゲート・プレートにおけるアルミナ・ジルコニア電融原
料粒子の組織を示す写真である。

第１図は、Al₂O₃60重量％、ZrO₂40重量％の電融原料を
用いた例を示しており写真中の白線は10μの寸法を示
す。第１図では、ZrO₂の量がAl₂O₃−ZrO₂の共融点のZrO
₂量42.6重量％に近いので、白色のZrO₂粒子がコランダ
ムマトリックス中に均一に分散し、微細幅のマイクロク
ラックが多数発生している。

第２図は、Al₂O₃40重量％、ZrO₂60重量％の電融原料を
用いた例を示しており、写真中の白線は10μの寸法を示
す。第２図では、ZrO₂の量が60重量％と多いので、ZrO₂
粒子が粗大化し粒子の周囲に比較的幅の大きいマイクロ
クラックが見られる。第３図〜第４図は、Al₂O₃70重量
％、ZrO₂30重量％の電融原料を用いた例を示している。
第３図は使用後のスライドゲート・プレート稼動面から
約10mm下の組織を示しており、白線は１μの寸法を示
す。第４図は使用後のスライドゲート・プレート稼動面
付近の組織を示しており、白線は10μの寸法を示す。第
４図では、外部から受ける熱量が大きいために、第３図
に比べてマイクロクラックの拡大や進展が認められ、熱
応力を吸収し、歪みの緩和に寄与していることが分か
る。

なお、本実施例ではスライドゲート・プレートについて
説明したが、本発明はスライドゲート・プレートのみで
なく、他の鋳造用耐火物、例えばスライドゲート用の上
下ノズル、浸漬ノズル、ロング（ダンディッシュ）ノズ
ル、取鍋用内張りれんが等の製造にも適用でき、権利範
囲に含むものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法によって製造された耐火物におけ
るアルミナ・ジルコニア電融原料の粒子構造を示す写
真、第２図は本発明の方法によって製造された別の耐火
物におけるアルミナ・ジルコニア電融原料の粒子構造を
示す写真、第３図は本発明の方法によって製造されたさ
らに別の耐火物におけるアルミナ・ジルコニア電融原料
の粒子構造を示す写真、第４図は本発明の方法によって
製造されたさらに別の耐火物におけるアルミナ・ジルコ
ニア電融原料の粒子構造を示す写真である。

───────────────────────────────────────────────────── 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Ｂ２２Ｄ 41/54 (72)発明者近藤憲生愛知県刈谷市小垣江町南藤１番地東芝セラミックス株式会社刈谷製造所内 (72)発明者岩澤力愛知県刈谷市小垣江町南藤１番地東芝セラミックス株式会社刈谷製造所内 (56)参考文献特開昭63−112456（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−146975（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋳造用耐火物を製造する方法において、Al
₂O₃を97〜30重量％含み、残部の３〜70重量％がZrO₂の
化学組織を有し、かつ、その粒子内に0.01〜20μｍ幅の
マイクロクラックを有し、さらにコランダム結晶粒界に
単斜晶型ジルコニアが分散したような組織を呈する電融
原料を３〜60重量％配合し、混練、成形、必要に応じて
焼成することを特徴とする鋳造用耐火物の製造方法。