JPH08169771A - アルミニウムシリコンカ−バイドを含む不定形耐火物 - Google Patents

アルミニウムシリコンカ−バイドを含む不定形耐火物

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JPH08169771A
JPH08169771A JP6333324A JP33332494A JPH08169771A JP H08169771 A JPH08169771 A JP H08169771A JP 6333324 A JP6333324 A JP 6333324A JP 33332494 A JP33332494 A JP 33332494A JP H08169771 A JPH08169771 A JP H08169771A
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JP
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silicon carbide
aluminum
aluminum silicon
refractory
carbon
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JP6333324A
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Akira Yamaguchi
明良 山口
Akira Watanabe
明 渡辺
Hirokuni Takahashi
宏邦 高橋
Shigeyuki Takanaga
茂幸 高長
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Kyushu Refractories Co Ltd
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Kyushu Refractories Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は定形耐火物において行われている、
アルミニウムなどの金属や合金の粉末を添加して炭素含
有耐火物の酸化を防止したりマトリックス部を強固にす
る手法が、特に水を使用する不定形耐火物では水和の問
題で困難であることを解決することを目的とする。 【構成】 不定形耐火物中にアルミニウムシリコンカ−
バイドを0.5〜17重量%を含有するアルミニウムシ
リコンカ−バイドを含む不定形耐火物である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は混銑車、溶銑鍋、転炉、
電気炉、溶鋼鍋、樋などの各種溶融金属容器の内張り施
工や補修に使用される高耐用の不定形耐火物に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】各種溶融金属容器の補修には流込材、吹
付材などの不定形耐火物が使用されているが、近年、容
器の一体施工をめざして流込材などによる不定形耐火物
施工が、最近の人手不足とも相まって、次第に試みられ
るようになってきた。
【0003】材質の面からは定形耐火物において、アル
ミニウムなどの金属や合金の粉末を添加して炭素含有耐
火物の酸化を防止したり、マトリックス部を強固にする
ことが行われている。しかし、アルミニウムのような金
属粉を微粉で使用した場合に、金属粉が水と接触すると
急激に水和されるので、この金属粉の粒径を大きくする
必要があるが分散の点で問題があり、定形耐火物と同等
の効果は期待できない。従って、定形耐火物における金
属アルミニウム微粉末を添加する方法を、水を使用する
ことの多い不定形耐火物にはそのままでは適用できない
のである。
【0004】そのためにアルミニウムなどの金属や合金
を不定形耐火物に使用するために種々の方法が開発され
ている。特開平1-294582号公報では水を使わないで有機
バインダ−で混練する非水系不定形耐火物が、また、特
開平1-230483号公報には乾式の不定形耐火物が開示され
ている。さらに、金属の表面を有機樹脂などでコ−ティ
ングして水との接触を防ぐ方法が特開平5- 43336号公報
や特開平5-163056号公報に示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記の方法において非
水系不定形耐火物は液体の有機バインダ−を使用するた
め取り扱いや価格の面で問題があり、乾式不定形耐火物
はその適用が限られるので、どうしても水を用いた不定
形耐火物が求められている。しかしながら、金属の表面
を有機樹脂などでコ−ティングする方法によって水系の
不定形耐火物に用いることは、不定形耐火物の製造工程
が複雑になるばかりでなく、混練時にコ−ティング層の
剥離が発生して水との反応を完全に防止することは不可
能である。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは金属粉末を
不定形耐火物に適用する方法について種々検討した結
果、上述の課題の解決策として金属粉末ではなく特定の
炭化物の形態で添加する方法を見出し本発明に到達した
ものである。即ち、本発明は不定形耐火物中にアルミニ
ウムシリコンカ−バイドを0.5〜17重量%を含有す
るアルミニウムシリコンカ−バイドを含む不定形耐火物
である。
【0007】本発明において使用する耐火材料としては
従来から知られている各種耐火材であり、例えばMg
O、CaO、Al23、Cr23、SiO2、ZrO2
どの成分を含有する塩基性、中性、酸性の酸化物の他
に、炭化珪素などの炭化物、窒化珪素、窒化アルミニウ
ムなどの窒化物、ホウ化ジルコニウム、ホウ化カルシウ
ムなどのホウ化物のうちから選ばれた1種または2種以
上を使用することができる。また、特に黒鉛などの炭素
質物質も上記耐火材料と併用することにより施工体や補
修後の耐用性が向上する。
【0008】本発明の不定形耐火物は、その用途によっ
て流込み、振動成形、ラミング、スタンプ、吹付け、焼
付け、投込みなど適宜選択して使用する。流込材や吹付
材として使用する場合は、施工時に適量の水を添加混合
して使用する。具体的な材料と施工例をあげると、流込
材としてはアルミナ系耐火材料を使用して溶銑予備処理
用炉材、高炉樋材などに、吹付材としてマグネシア系耐
火材料により転炉に、焼付材として塩基性材料を用いて
転炉、溶鋼鍋、電気炉に、アルミナ系材料を用いて溶銑
鍋などに、さらに、ラミング材、スタンプ材としてはア
ルミナ系材料を使用した溶銑予備処理用容器に用いられ
る。
【0009】本発明の特徴は上記不定形耐火物にアルミ
ニウムなどの金属粉末ではなく特定の炭化物、それもア
ルミニウムシリコンカ−バイドの形態で添加することに
ある。本発明において使用するアルミニウムシリコンカ
−バイドは、Al4SiC4を主成分とする炭化アルミニ
ウムと炭化シリコンとの複合炭化物であり、その製造方
法については特に限定されない。一例として、金属アル
ミニウム粉末と金属シリコン粉末および黒鉛粉末あるい
は無定形炭素粉末の混合物または成形物をアルゴンある
いは一酸化炭素気流中で1500℃以上に加熱することによ
って製造することができる。
【0010】本発明におけるアルミニウムシリコンカ−
バイドの使用量は不定形耐火物中の0.5〜17重量%
とする。この添加量が17重量%を越えると耐食性が低
下するようになり、0.5重量部未満では添加効果が発
揮されずいずれも好ましくない。また、使用するアルミ
ニウムシリコンカ−バイドは後に述べるように粒度が大
きくても空隙を生ずることはないので、粒の荒いものか
ら細かいものまで幅広く使用できるが、分散性などの点
を考慮すると粒度は細かいほどよい。通常では125μ
m以下を用いるが、好ましくは75μm以下とするのが
よい。
【0011】本発明に係わる不定耐火物を製造するに
は、粒度調整した耐火材料と上記アルミニウムシリコン
カ−バイドに対して、使用目的に応じて、各種リン酸
塩、アルミナセメントなどの無機系結合剤やタ−ル、ピ
ッチやフェノ−ル樹脂などの有機系結合剤を加える。さ
らに、必要に応じ分散剤、可塑剤、硬化調整剤、減水
剤、溶媒など常用の添加剤を添加して調製する。
【0012】
【作用】最近は不定形耐火物においても定形耐火物と同
様に、スラグとの濡れ性を考慮して黒鉛やピツチのよう
な炭素質の材料が使用されるが、不定形耐火物は定形耐
火物より気孔率が高いためより酸化されやすい。この酸
化を防止するために定形耐火物においてはアルミニウム
のような金属粉を使用するのである。しかし、アルミニ
ウム金属が水と接触すると反応して水酸化アルミニウム
となり、もはや酸化防止の作用はなくなるだけでなく、
不定形耐火物の乾燥時に爆裂などの危険もある。しか
し、本発明で使用するアルミニウムシリコンカ−バイド
はアルミニウム金属やその炭化物である炭化アルミニウ
ムと異なり、水とは全く反応しないので、水を使用する
不定形耐火物にも安心して使用でき、定形耐火物におけ
る金属粉と同等以上の効果を発揮するのである。
【0013】炭素質材料を含む耐火物中は、そこに含ま
れる酸素と炭素質材料とが反応して生成した一酸化炭素
ガスの雰囲気下にある。そこでアルミニウムシリコンカ
−バイドは一酸化炭素ガスと接触すると次の式のように
反応する。 Al4SiC4(s) → 4Al(g)+ SiC(s)+ 3C(s) (1) SiC(s)+ CO(g) → SiO(g)+ 2C(s) (2) まず(1)の反応にによりAlがガスとなり揮散し炭化
珪素と炭素を残す。次いで(2)の反応ににより炭化珪
素が一酸化炭素ガスと反応してSiOガスとなりここで
も炭素が生成される。(1)の反応は優先的に起こり、
アルミニウムシリコンカ−バイドが存在している間は生
成した炭化珪素の酸化はない。結局、反応の結果アルミ
ニウムシリコンカ−バイドの存在していた部位はすべて
炭素に置き換わることになる。つまり、アルミニウムシ
リコンカ−バイドはアルミニウム金属と同様にカ−ボン
の酸化防止をすると同時に2次的にカ−ボンを生成し、
耐食性やスラグ浸透防止に役立つのである。
【0014】ガスとして揮散したAlとSiOは拡散し
て主に耐火物表面で一酸化炭素ガスと反応して、 2Al(g)+ 3CO(g) → Al23(s)+ 3C(s) (3) SiO(g)+ CO(g) → SiO2(s)+ C(s) (4) と、Alガスは(3)の反応によりアルミナに、SiO
ガスは(4)の反応の結果シリカとなり、いずれも一酸
化炭素ガスを還元して酸化物となり、酸化防止に寄与す
る。加えて、生成したアルミナは耐火材料がマグネシア
の場合には、それと反応しスピネル化する際の体積膨脹
により、施工体の気孔閉塞と組織の緻密化に寄与する。
さらに、同時に生成するシリカ成分はガラス化し、炭素
質材料を被覆することにより酸化防止に役立つ。このよ
うに、アルミニウムシリコンカ−バイドを使用した場合
には、金属アルミニウムを使った場合と異なり、水と反
応することもなく、また、使用途中で炭化アルミニウム
を生成しないので、消化による施工体組織の劣化を引き
起こすこともない。
【0015】上記のように水和性のないアルミニウムシ
リコンカ−バイドの添加は金属粉末の添加の場合と同様
に炭素質材料の酸化を防止する効果を持つと同時に、組
織の緻密化により耐火物の強度が増し、さらに、耐火物
へのスラグ浸透を阻止するので耐食性も向上する。ま
た、一般には組織の緻密化はれんがの耐スポ−リング性
には悪影響を及ぼすものであるが、金属粉末の添加の場
合には炭化物生成の際の体積膨脹によりれんが内部に応
力が蓄積されるが、すでに炭化物となっているアルミニ
ウムシリコンカ−バイドでは、熱膨張も小さく応力が蓄
積が少ないので、緻密化しても耐スポ−リング性はかえ
って向上する。このように本発明のアルミニウムシリコ
ンカ−バイドの添加は耐酸化性、耐食性、耐スポ−リン
グ性のいずれにも好結果を及ぼすものである。
【0016】また、炭素質材料を含有しない不定形耐火
物にアルミニウムシリコンカ−バイドを添加した場合に
おいても、その一部が酸化され耐火物中が一酸化炭素ガ
スの雰囲気となると上記と同様の作用により2次的にカ
−ボンを生成し組織が緻密化し、スラグの浸透を防止し
耐食性の向上となる。この炭素質材料を含有しない不定
形耐火物にアルミニウムシリコンカ−バイドを添加する
場合は比較的多量に使用すると効果が大きい。
【0017】さらに、金属アルミニウムの細かい粒度の
ものは製造の際の安全の点から使用が非常に困難である
が、アルミニウムシリコンカ−バイドの形で添加すれ
ば、粒度を細かくして使用しても安全である。
【0018】
【実施例】
流込材(実施例 1〜3、比較例 1、2) 表1に示すような組成のアルミナ・炭化珪素系流込材に
用いた例を示す。耐酸化性は1400℃で3時間空気中で加
熱した後の脱炭面積率で、耐食性はC/S=1のスラグ
を用いて1500℃、30分間を6サイクル浸食試験後の溶損
量を、耐スポ−リング性は1500℃の溶銑に浸漬する操作
を3回繰り返した後の弾性率を試験前を100とする比で
表した。
【0019】
【表1】
【0020】表1の結果から明らかなようにアルミニウ
ムシリコンカ−バイドを添加することにより耐酸化性は
格段の向上を示している。この耐酸化性の向上により炭
素質材料の酸化が抑えられるため耐食性もよくなってい
る。また、耐スポ−リング性の向上はアルミニウムシリ
コンカ−バイドにより2次的に生成したカ−ボンの寄与
によるものと考えられる。水を使用する流込材には金属
粉末は水和するため使用出来なかったが、アルミニウム
シリコンカ−バイドであればその心配なく使用すること
が可能である。また、炭素質材料を含まない材料におい
ても(実施例四と比較例2)、アルミニウムシリコンカ
−バイドにより2次的に生成したカ−ボンによる効果が
認められる。
【0021】吹付材(実施例 5〜7、比較例 3〜
5)、焼付材(実施例 8〜10、比較例6)、ラミング
材(実施例 11、12、比較例 7、8) 表2および表3に転炉用マグネシア系吹付材、同じく転
炉用のマグネシア系焼付材、混銑車用アルミナ・炭化珪
素・カ−ボン系ラミング材の例を示す。表2および表3
の施工法の「吹」は吹付材、「焼」は焼付材、「ラ」は
ラミング材を示す。なお、表2および表3の造粒粒子は
アルミナ75重量%、炭化珪素15重量%、黒鉛10重量%の
組成のものを造粒したものである。
【0022】表2および表3において、耐食性は吹付材
と焼付材にではC/S=3.4の転炉スラグを用いて1650
℃、5時間、ラミング材においてはC/S=1のスラグ
で1500℃、4時間の浸食試験後の溶損量を示した。吹付
材における付着率は約1000℃の補修面に水を用いる通常
の吹付けを行った際の付着率和を、ラミング材における
剥落までの回数は室温と1400℃の間の熱履歴を加えて施
工体が母材から剥落するまでの回数で示した。
【0023】
【表2】
【0024】
【表3】
【0025】これらの不定形耐火物においてもアルミニ
ウムシリコンカ−バイドの添加により耐食性はかなりの
向上を示している。これも組織の緻密化と2次的に生成
したカ−ボンの寄与が大きいものと思われる。吹付材に
おいてはアルミニウムシリコンカ−バイドの添加による
付着への悪影響は見られない。かえって金属アルミニウ
ムの添加の悪影響が見られる(比較例5)。その結果、
炭素質材料の有無や結合剤の種類によらず高耐用を示し
ている。焼付材やラミング材に添加しても組織の緻密化
と2次的に生成したカ−ボンの寄与が耐食性に現れてい
る。
【0026】
【発明の効果】本発明の不定形耐火物におけるアルミニ
ウムシリコンカ−バイドの添加により施工体は緻密化
し、さらに酸化されやすい材料の酸化を防止することに
よりスラグ浸透を阻止による耐食性の向上に寄与する。
さらに、組織が緻密化しても耐スポ−リング性にもよい
影響を及ぼすものである。
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】
【表3】

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 不定形耐火物中にアルミニウムシリコン
    カ−バイドを0.5〜17重量%を含有することを特徴
    とするアルミニウムシリコンカ−バイドを含む不定形耐
    火物。
JP6333324A 1994-12-15 1994-12-15 アルミニウムシリコンカ−バイドを含む不定形耐火物 Pending JPH08169771A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113526960A (zh) * 2021-07-20 2021-10-22 宁波东联密封件有限公司 一种碳化硅陶瓷及其热等静压烧结工艺
CN113646110A (zh) * 2019-03-29 2021-11-12 东京窑业株式会社 滑动喷嘴用板的制造方法

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