JPH08259309A - 炭素含有耐火物の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、炭素含有耐火物のピッチ及び黒
鉛の配合比及び製造時の焼成温度を特定することによっ
て、耐蝕性などの特性を改善してスライドゲート、ロン
グノズル、浸漬ノズルなどとしても繰り返して長寿命で
使用できような炭素含有耐火物を得ようとするものであ
る。 【構成】 アルミナ系耐火材、ジルコニア系耐火材及び
シリカ系耐火材の少なくとも一種からなる主要耐火材の
８５〜９８重量％と、ピッチ粉末が１０〜８０重量％で
黒鉛粉末が９０〜２０重量％のピッチ粉末及び黒鉛粉末
の合量の１５〜２重量％からなる原料にバインダーを加
え混練成形し、これを５００〜１４００℃で焼成するこ
とを特徴とする

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は各種製鋼炉などに使用
される炭素含有耐火物の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】炭素含有耐火物としては、従来からマグ
ネシア−カーボン系、アルミナ−カーボン系など種々な
耐火物が知られている。マグネシア−カーボン系炭素含
有耐火物は、製鋼工程の転炉内張材などに用いられてい
る。また、アルミナ−カーボン系耐火物は取鍋、タンデ
ィシュなどの溶融金属容器の底部に取付けられるスライ
ドゲート、ロングノズル、浸漬ノズルなどに用いられて
いる。

【０００３】これらの炭素含有耐火物は、従来から原料
の耐火性無機材料の１種又は２種以上の骨材粉末に、結
合剤として熱硬化性樹脂を加えこれを混練成形し、その
後これを１０００℃前後の還元性雰囲気で焼成し製造さ
れていた。そして、ここで用いられる熱硬化性樹脂とし
ては、通常フェノールレジンが用いられている。

【０００４】しかしこの方法で製造された炭素含有耐火
物は、原料の成形体を焼成、炭化したときに生成される
粒子同士の結合部が非常に薄く、溶鋼に対して十分な機
械的強度、耐蝕性が得られないといった問題があった。
そのため、この対策として原料又は熱硬化性樹脂に予め
ピッチを加えておく方法がが採られていた。なお、耐火
物の用途のよってはピッチの添加又はタール含浸を成形
体の焼成後に行うこともあった。しかしながら、こうし
た方法によっても必ずしも満足すべき機械的強度、耐蝕
性を有する炭素含有耐火物が得られず、炭素含有耐火物
の耐用性に問題を残していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、炭素含有
耐火物のピッチ及び黒鉛の配合を特定し、併せて製造時
の焼成温度を特定することによって、機械的強度、耐蝕
性などの特性を改善してスライドゲート、ロングノズ
ル、浸漬ノズルなどとして繰り返し長期間使用できるよ
うな炭素含有耐火物を得ようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、アルミナ系
耐火材、ジルコニア系耐火材及びシリカ系耐火材の少な
くとも一種からなる主要耐火材の８５〜９８重量％と、
ピッチ粉末と黒鉛粉末を全体としたときピッチ粉末が１
０〜８０重量％で黒鉛粉末が９０〜２０重量％の配合比
となるピッチ粉末及び黒鉛粉末の合量の１５〜２重量％
からなる原料にバインダーを加え混練成形し、これを５
００〜１４００℃で焼成することを特徴とする炭素含有
耐火物の製造方法（請求項１）、ピッチ粉末が、Ｘ線回
折による炭素の（００２）面のＬｃ値で１００Ａ以下で
あることを特徴とする請求項１記載の炭素含有耐火物の
製造方法（請求項２）、ピッチ粉末の配合比が、バイン
ダーに対して３倍以下であることを特徴とする請求項１
記載の炭素含有耐火物の製造方法（請求項３）及び焼成
温度が８００〜１３００℃であることを特徴とする請求
項１記載の炭素含有耐火物の製造方法である。

【０００７】この発明で用いる原料は、アルミナ系耐火
材、ジルコニア系耐火材及びシリカ系耐火材の少なくと
も一種からなる主要耐火材と、ピッチ粉末及び黒鉛粉末
を所定の割合に配合したものである。

【０００８】主要耐火材としては任意のものが用いら
れ、例えば電融ＺｒＯ₂ 系材料、焼結Ａｌ₂ Ｏ₃ 材料、
合成ムライト、各種粘土鉱物、溶融シリカ、ジルコニア
サンド、安定ジルコニア、ジルコニアムライト、アルミ
ナジルコニア、珪石、炭化珪素などである。これらの耐
火材は１種を単独で使用してもよいが、２種以上を混合
して使用してもよい。これらの主要耐火材の原料中の配
合比は８５〜９８重量％とする。これが８５重量％未満
では耐蝕性が低くなり、またこれが９８重量％を超える
と耐熱衝撃性が低下するため好ましくない。

【０００９】他の原料であるピッチ粉末及び黒鉛粉末
は、ピッチ粉末と黒鉛粉末の全体を１００重量％とし
て、ピッチ粉末が１０〜８０重量％、黒鉛粉末が９０〜
２０重量％としたもので、これらを全原料中に２〜１５
重量％配合する。ピッチ粉末と黒鉛粉末の合量の中でピ
ッチ粉末の割合が１０重量％未満ではピッチによる原料
粉末粒子の強固な結合が期待できず、またこれが８０重
量％を超えるとそれに応じて黒鉛粉末の配合比が減少
し、黒鉛粉末配合による耐蝕性の向上が期待できない。
黒鉛添加による耐火物の耐蝕性向上のためにはピッチ粉
末の配合比の上限を８０重量％とすることが必要であ
る。黒鉛粉末の添加は上記と逆の関係にあり、耐蝕性の
向上のためには下限を２０重量％とすることが必要であ
る。黒鉛添加の上限は９０重量％としてピッチ粉末の所
定量の配合比を確保する。

【００１０】ピッチ粉末と黒鉛粉末の合量の配合比を２
〜１５重量％としたのは、これが２重量％未満では上記
したピッチ及び黒鉛の効果が期待できず、またこれが１
５重量％を超えるとアルミナ、ジルコニアなどの耐火材
の配合比がそれにつれて減少し耐摩耗性、耐蝕性などが
低下するからである。

【００１１】請求項２の発明は、ここに用いるピッチ粉
末がＸ線回折による炭素の（００２）面のＬｃ値で、１
００Ａ以下であることを特徴とするものである。一般
に、炭素含有耐火物の使用温度がその耐火物の焼成温度
より上昇した場合は、ハイドロカーボンのガスが発生し
て鋼と耐火レンガとの間にガス膜を形成して耐蝕性が向
上する。この場合、Ｘ線回折による炭素の（００２）面
のＬｃ値で１００Ａ以下のピッチ粉末が、ピッチと黒鉛
の合量の中で１０重量％以上であると、カーボンガスの
発生が十分に行われてこの効果を十分に期待することが
可能である。Ｘ線回折による炭素の（００２）面のＬｃ
値で１００Ａ以下のピッチ粉末は粘性があって加熱によ
ってガス化が容易に行われる。しかし、上記のＬｃ値で
１００Ａ以下のピッチ粉末の含量が８０重量％を超える
と、成形体が爆裂するなどして焼成歩留りが低下した
り、また焼成物の気孔率が大きくなって実使用時に地金
が耐火物に差し込むなどの好ましくない現象が現れる。

【００１２】Ｘ線回折による炭素の（００２）面のＬｃ
値で１００Ａ以下の条件を満たすピッチ粉末であるなら
ば、特に種類は限定することなく任意なものが使用され
る。例えば、石油ピッチ、石炭ピッチなどで具体的には
生コークス、バルクメソフェーズ、晶質化ピッチ、メソ
マイクロビーズの他に、石炭、タール、ナフサなどでも
よい。

【００１３】上記原料にバインダを加えてこれらを混練
して成形する。乾燥および焼成中にピッチ粉末より揮発
性のガスが発生するが、バインダーからも同様にガスが
発生する。このため乾燥および焼成中の爆裂防止を考慮
すると、バインダはピッチ粉末の３倍以下とすることが
好ましい。バインダは通常は熱硬化性樹脂で好ましくは
フェノールレジンである。この他に使用される熱硬化性
樹脂としてはフラン系樹脂、キシレン系樹脂、尿素系樹
脂、メラミン系樹脂、アニリン系樹脂、エポキシ系樹
脂、不飽和ポリエステル系樹脂などである。次いでこれ
を還元性雰囲気で焼成する。ここでの還元性雰囲気は特
に限定されるものではなく、例えばコークス粉末中に上
記の成形体を充填したようなものでもよい。

【００１４】焼成温度は５００〜１４００℃とする。焼
成温度が５００℃未満では焼成工程でピッチが確実に炭
化しないため該炭素含有耐火物を使用したときに発煙す
るなどの問題が生じる恐れがある。また１４００℃を超
えると焼成炉として使用できる炉が限定されたり或いは
炉の耐久性の問題が発生する。更に好ましい焼成温度は
８００〜１３００℃である。この範囲であるとピッチの
炭素化も十分に行われ、また耐火物製造時の焼成でも問
題がなく、また耐火物の耐蝕性及び耐酸化性の向上の上
でも満足すべきものとなる。

【００１５】

【作用】この発明は原料中でピッチ粉末及び黒鉛粉末の
合量の割合を１５〜２重量％とし、かつピッチ粉末と黒
鉛の割合をピッチ粉末が１０〜８０重量％、黒鉛粉末が
９０〜２０重量％としたので原料の焼成に際しピッチが
炭化して原料粒子の結合を強固にするとともに黒鉛によ
って耐蝕性が向上する。特に、Ｘ線回折による炭素の
（００２）面のＬｃ値で１００Ａ以下のピッチ粉末を用
いると粒子の結合はさらに強固になる。さらに焼成温度
を５００〜１４００℃としたのでピッチの十分な炭化が
可能となって、耐火物の溶損性を向上させることが出来
る。

【００１６】

【実施例】

（実施例１〜８）耐火材料に電融ＺｒＯ₂ 系材料と焼結
Ａｌ₂ Ｏ₃ 材料を、またバインダはフェノール樹脂を用
いた。ピッチはいずれも（００２）面のＬｃ値が１００
Ａ以下の範囲で表１に示すものを用いた。

【００１７】まず、電融ＺｒＯ₂ 粉末の６８重量％、焼
結Ａｌ₂ Ｏ₃ 粉末２７重量％、ピッチ２重量％の混合物
に、フェノールレジンを外割りで５重量％加えて混練し
た。この混練物をプレスでプレート状に成形した。その
後、この成形体を大気中で２００℃に仮焼し成形体中の
揮発成分を揮発させてから、大気中にコークス粉末を配
置した還元性雰囲気下で焼成した。焼成温度は表１に示
す通りとした。この各プレート状の炭素含有耐火物を常
温及び１５００℃の高温における曲げ強度を測定し結果
を表１に示した。

【００１８】次に、同じ各プレート耐火物の溶鋼に対す
る耐蝕性を調べるため、誘導加熱した１６００℃の溶鋼
中に１時間浸漬し、耐火物を溶鋼中で６r.p.m.の一定速
度で回転した。結果を表１に被食指数で示した。被食指
数は実施例２のものを基準の１００として耐火物の減少
重量率で示した。

【００１９】更に、溶鋼に対する耐酸化性を調べるた
め、各実施例の耐火物を２５×２５×１２０mmの棒状に
した。この試料を電気炉で１５００℃で３時間保持して
室温まで冷却した。その後これらの試料の中央部を切断
して試料の酸化部分の厚さを測定してその結果を被酸化
量として表１に示した。表１に示す被酸化量は実施例２
の被酸化量を１００とした指数で表した。この被酸化量
指数はその値が大きくなるほど被酸化量が大きく耐酸化
性が低いことを示している。

【００２０】また、実用寿命についても調べた。各実施
例のプレート状炭素含有耐火物と同じ耐火物でスライド
ゲートプレートを成形した。これを用いて２５０トンの
取鍋に取付けたスライドゲート装置に取付け実用試験を
行った。この結果得られたスライドゲートプレートの実
用可能回数を示した。

【００２１】

【表１】

【００２２】（比較例１〜５）耐火無機材料に実施例１
と同じ電融ＺｒＯ₂ 系材料と焼結Ａｌ₂ Ｏ₃ 材料の混合
物を用い、これに表１に示すものと同じピッチ及びフェ
ノールレジンを加えて混練して成形物とした。これを４
００℃、１１００℃、１４００℃で焼成してた。この炭
素含有耐火物について実施例と同様にしてその耐酸化
性、実用寿命を調べ結果を表２に示した。比較例のもの
は耐蝕性が劣り実用寿命（回数）も少ない。

【００２３】

【表２】

【００２４】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば原料中
のピッチ及び黒鉛の配合比と耐火物の焼成温度を特定し
たので、耐火物粒子の結合が強固になった耐蝕性及び機
械的強度の優れた炭素含有耐火物を得ることが出来るよ
うになった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 幸治 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 脇田 保 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 大塚 博 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

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミナ系耐火材、ジルコニア系耐火材
   及びシリカ系耐火材の少なくとも一種からなる主要耐火
   材の８５〜９８重量％と、ピッチ粉末と黒鉛粉末を全体
   としたときピッチ粉末が１０〜８０重量％で黒鉛粉末が
   ９０〜２０重量％の配合比となるピッチ粉末及び黒鉛粉
   末の合量の１５〜２重量％からなる原料にバインダーを
   加え混練成形し、これを５００〜１４００℃で焼成する
   ことを特徴とする炭素含有耐火物の製造方法。
2. 【請求項２】 ピッチ粉末が、Ｘ線回折による炭素の
   （００２）面のＬｃ値で１００Ａ以下であることを特徴
   とする請求項１記載の炭素含有耐火物の製造方法。
3. 【請求項３】 ピッチ粉末の配合比が、バインダーに対
   して３倍以下であることを特徴とする請求項１記載の炭
   素含有耐火物の製造方法。
4. 【請求項４】 焼成温度が８００〜１３００℃であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の炭素含有耐火物の製造方
   法。