JPH085717B2 - 鉱石還元炉炉壁用炭化珪素−炭素質れんがの製造方法 - Google Patents

鉱石還元炉炉壁用炭化珪素−炭素質れんがの製造方法

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JPH085717B2
JPH085717B2 JP61241713A JP24171386A JPH085717B2 JP H085717 B2 JPH085717 B2 JP H085717B2 JP 61241713 A JP61241713 A JP 61241713A JP 24171386 A JP24171386 A JP 24171386A JP H085717 B2 JPH085717 B2 JP H085717B2
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信彦 加治
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黒崎窯業株式会社
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は鉱石還元炉、特に製鉄用高炉の炉壁に好適に
使用される炭化珪素−炭素質れんがの製造方法に関す
る。
〔従来の技術〕
これら鉱石還元炉炉壁用れんが、特に高炉の炉胸,炉
腹,朝顔部等の炉床部を除く炉壁におけるれんがのよう
に、具備すべき性質としては、装入される各種原料によ
る摩耗に対する抵抗性と、構造上とその作業条件に対し
ての耐スポーリング性,耐アルカリ性,耐COガス性,耐
酸化性,熱伝導性において優れていることである。
かかる炉壁用れんがには、従来、シャモットれんが,
高アルミナれんが,コランダム質れんがが使用されてき
たが、上記条件を充分に満足するものではない。
これら酸化物系耐火物の耐摩耗性と耐スポーリング性
を改善するために、かかる酸化物系耐火物に代わってSi
−Al−O−N系の各相を含むサイアロンからなるマトリ
ックスを有する耐火物の製造法が特公昭60−6305号公報
において開示されている。
他方、高炉の朝顔,湯溜,炉底,側壁用としてはカー
ボンれんがの主として溶湯への溶解,酸化等の侵食によ
る短寿命を改善するために、耐アルカリ性,耐COガス
性,耐酸化性,熱伝導性において優れている炭化珪素質
耐火物が例えば特公昭60−47224号公報に開示されてい
る。そして、この炭化珪素系れんがとして、β−SiCボ
ンドの炭化珪素れんが、窒化珪素ボンドの炭化珪素れん
が及びカーボンれんがに少量のSiCを添加したカーボン
−炭化珪素れんがが多く使用される傾向にあり、耐スポ
ーリング性の点からは、従来の側壁用として使用されて
きた酸化物系耐火物と同等ないしそれ以上の耐スポーリ
ング性を有するものである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は回路の側壁用れんがとして前記従来の酸化物
系耐火物れんがに代り、鉱石還元炉の炉壁用れんがとし
ての作業条件に好適に対応できる炭化珪素系れんがを適
用するに際しての問題点を解決するものである。
炭化珪素系れんがは、従来のアルミナあるいはアルミ
ナ−シリカ系れんがに比較して、同等もしくはそれ以上
の耐スポーリング性を有してはいるが、還元炉の側壁用
れんがとして使用するためには、側壁用れんがとしての
充分な機械的強度,耐酸化性等の要求特性を充足する程
の特性を有していない。
この点から、前記特公昭60−47224号公報に記載の組
織内にサイアロン系化合物,アルミナ,窒化珪素,炭化
珪素等を形成した炭素−炭化珪素質耐火物を側壁用れん
がに適用することも考えられる。
しかしながら、上記公報に記載の耐火物には耐火粘土
が添加されているため、Alが耐火物粘土中のSiO2と反応
してAl2O3となり、AlNの生成が阻害され、耐食性,耐酸
化性が低下し問題である。また、同公報に記載のものの
場合、窒化珪素の生成を見ているが、この窒化珪素の生
成は形成れんがの緻密化を阻害し、還元炉の炉壁用れん
がとしては適当でない。
本発明において解決すべき課題は、炭化珪素れんがと
くにカーボン−炭化珪素れんがにおける耐スポーリング
性と耐酸化性を改良して鉱石還元炉炉壁用耐火物として
の耐用性を向上させることにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、炭化珪素粉末にカーボン粉末、特に鱗片状
黒鉛の添加による耐スポーリング性の向上と、AlとSiを
混合粉もしくは合金粉の形で同時添加による組織中のサ
イアロンの形成による耐酸化性,耐摩耗性の向上のバラ
ンスを採ることによって冶金炉とくに高炉の炉壁用とし
て、前記の要求特性を満足するれんがを得、前記課題を
解決したものである。
本発明は炭素粉末を10重量%以上配合することで耐ス
ポーリング性を向上せしめている。炭素粉としては、鱗
片状黒煙がカーボン粉末より優位であるが、土状黒鉛,
人工黒鉛,電極粉,仮焼無煙炭,製司コークス,ピッチ
コークス,カーボンブラック等も耐酸化性,耐アルカリ
性を考慮して選択すれば使用可能である。鱗片状黒鉛と
しては鱗片が大きく、高純度である程望ましい。その配
合量についていえば、10重量%未満の場合には、耐スポ
ーリング性の改良効果が不充分であり、また、30重量%
を超えては耐酸化性の低下が大となり、後述のSiおよび
Alの添加によるサイアロンの形成が不充分となり、炉壁
形成用として必要な条件である耐摩耗性も低下する。
また、本発明においては出発原料中に、サイアロンも
しくはAlN形成のためにAl/Siの重量比が1/5〜3/1の範囲
内にあるAlとSiの混合粉もしくは合金粉を含有する。5
重量%未満の場合には焼成中に生成されるサイアロン,A
l−N−Si−O量もしくはAlNの量が少なくなるため、生
成されるれんがの耐酸化性,耐摩耗性が低下する。15重
量%を超える場合には、生成されるサイアロン,AlN,Si
の量が多くなりすぎ、耐スポーリング性,耐アルカリ性
が低下する。また、Al/Siの重量比が3/1を超えると、生
成するAlNに対するSiCの量が少なくなるために、耐消化
性,アルカリ性が低下し、1/5未満になると耐酸化性が
不足する。
更に、上記の配合物にアルミナ粉を含有せしめること
によって、前述のSiとAlが焼成中に反応してサイアロン
の組織中の形成を促進させる効果がある。また、このア
ルミナ粉はその反応性を促進させるために粒径が0.074m
m以下であることが必要である。その含有量が3重量%
未満であると焼成中にサイアロが充分に生成されず、耐
酸化性,耐アルカリ性が劣る。また、15重量%を超える
とフリーのコランダム量が多くなり耐アルカリ性が低下
することになる。
また、出発原料中の炭化珪素の一部に窒化珪素粉末が
含有することが許容されるが、焼成物の多孔化を促進す
る恐れがあるので、その許容量は炭化珪素に対して50重
量%までである。
本発明のれんがの製造に際しては、成形用の樹脂バイ
ンダとしては、れんがの気孔率増大を防止するために、
高炭化収率を有する樹脂バインダー、即ち、タール,ピ
ッチ,フェノールレジン,ピッチ変成フェノールレジ
ン,エポキシレジン,フランレジン等が使用できるが、
作業性及びコストの点から一般的にフェノールレジン,
ピッチ変成フェノールレジンが好適である。
本発明の製造法において上記耐火物配合の成形体の焼
成はカーボン粉末中で1300℃以上で焼成する。この焼成
過程で成形体自体の気孔中の空気からの窒素、詰粉中の
空気中の窒素によってAlからAlNが生成される。このAlN
は、耐酸化性,耐摩耗性を向上させるという機能を有す
る。しかしながら、焼成温度が1300℃以上でないとAlが
AlNになる中間体のAl4C3が残存し、耐消化性,耐アルカ
リ性が低下する。また、配合物中に、成形助材としての
粘土、カーボン中の灰分としてのシリカ分が存在する
と、 3SiO2+4Al→2Al2O3+3Si の反応を起こしてせっかく添加したAlのAlNへの転換を
妨げる結果となり耐酸化性,耐アルカリ性が低下する。
〔実施例〕
実施例 1 第1表に示す配合物を混練し、500×220×85mmの形状
でフリクションプレスにて成形し、1450℃にてカーボン
粉末中に埋め込んで焼成した。比較例1,2よりSi粉末単
味添加品より、AlとSiとを併用することによって、耐ス
ポーリング性,耐アルカリ性は向上するが、炭素粉を添
加していないので特性が不充分である。
比較例3と実施例1とを比較して鱗状黒鉛の添加量が
10%未満だと耐スポーリング性,耐アルカリ性の向上の
効果が不充分であることが判る。
実施例3と比較例4より見て鱗状黒鉛の添加量が30%
を超えると耐酸化性,強度及び耐摩耗性が低下大であ
る。
実施例2と比較例5よりみて鱗状黒鉛含有量が20重量
%の場合でもSiのみでは、Al−Siを併用した場合程の効
果は認められず、耐酸化性の低下が大である。
比較例6と実施例2よりみてAl−Si併用品でも粘土を
添加するとその効果が低下し耐アルカリ性,耐酸化性,
耐スポーリング性が低下する。
比較例7と実施例4より見てAl−Si粉の添加量が5%
未満の場合AlN及びSiCの生成量が少なくて耐酸化性,耐
アルカリ性,耐摩耗性が低下する。Al−Si粉の添加量が
15%を超えると耐スポーリング性,耐酸化性,耐アルカ
リ性が低下する。
実施例6より見て、窒化珪素粉の使用は炭化珪素粉よ
りコストアップとなり、好ましくないが使用可能であ
る。
実施例7よりAl−Si合金粉もAl−Si混合粉と同様に使
用可能である。
実施例8,9よりみて他のカーボン粉添加物は鱗状黒鉛
添加品より若干物性が低下するが、鱗状黒鉛以外の他の
カーボン粉も一応使用可能である。
第2表に示す配合を第1表の時と同じ形状で同様に成
形,焼成した。
実施例10と比較例9よりみてAl/Si比が3/1を超えると
SiCの生成量が少なく、耐消化性,耐スポーリング性の
低下大である。
実施例11と比較例10よりみてAl/Si比が1/5未満の場合
であるとAlNの生成量が少なく耐スポーリング性,耐酸
化性の低下が大である。
第1表及び第2表に示した実施例2の素地を第3表に
示す温度で焼成した。
1300℃未満の温度で焼成するとAl4C3が残存し、耐消
化性,耐アルカリ性が低下するが、1300℃以上になると
問題なくなる。
これにより、炭化珪素れんがに黒鉛を適正量添加する
と耐スポーリング性が向上する。この時、耐酸化性が問
題となるが、本発明の範囲内のAl−Si粉を添加すると、
耐消化性の問題の発生もなく耐酸化性を向上させること
ができた。粘土を併用したのではせっかく添加したAlの
効果が大幅に低下する。
実施例2 第4表に示す配合で、実施例1の場合と同様にれんが
を得た。
同表における実施例21と比較例21,22とより黒鉛の量
が10重量%未満の場合、耐アルカリ性,耐スポーリング
性の低下が著しいことが判る。
また、実施例23と比較例23より黒鉛の量が30重量%を
超えては耐酸化性,耐摩耗性の低下が大であることが判
る。
さらに、実施例24と比較例24とを比較することによっ
て、Al−Si併用粉の総量が5重量%未満の場合、耐酸化
性,耐アルカリ性,耐摩耗性の低下が大であることが判
る。
実施例5と比較例25よりAl−Si併用粉の量が15重量%
を超える場合は、耐スポーリング性,耐アルカリ性,耐
酸化性の低下が大であることが判る。
また、比較例26と実施例26より、アルミナ粉の添加量
が3重量%未満の場合、耐酸化性,耐スポーリング性の
低下が大である。
実施例27と比較例27より、アルミナ粉の添加量が15重
量%を超えると、耐アルカリ性,耐スポーリング性の低
下が大である。
実施例22と比較例28より、粘土粉の添加は耐アルカリ
性,耐酸化性,耐スポーリング性の低下をもたらすこと
が判る。
実施例28より、Si3N4粉も使用可能である。
実施例29よりAl−Si併用粉として、混合粉と同じく合
金粉も使用可能である。
実施例30,32より、鱗片状黒鉛以外のカーボン粉も若
干、物性の低下をもたらすが使用可能である。
第5表に示す配合を第4表の時と同じ形状で同様に成
形,焼成した。
比較例29と実施例33よりみて、Al/Si比が3/1を超える
とSiCの生成量が少なく、耐消化性,耐スポーリング
性,耐アルカリ性の低下が大である。
実施例34と比較例30よりみて、Al/Si比が1/5未満の場
合AlNの生成量が少なく、耐スポーリング性,耐酸化性
の低下が大である。
第4表及び第5表に示した実施例22の素地を第6表に
示す温度で焼成した。
1300℃未満の温度で焼成するとAl4C3が残存し、耐酸
化性,耐アルカリ性が低下するが、1300℃以上になると
問題がなくなることが判る。
これにより、炭化珪素れんがに黒鉛を適正量添加する
と、耐スポーリング性が向上する。この時耐酸化性が問
題となるが、本発明の範囲内のアルミナ粉,Al−Si粉を
添加すると、耐消化性の問題の発生もなく、耐酸化性を
向上させることができた。しかしながら、本発明の製造
法において粘土の添加は害があり、せっかく添加したAl
−Siの効果が大幅に低下する。
〔発明の効果〕 本発明によって、従来高炉の側壁用れんがに代わっ
て、耐スポーリング性,耐摩耗性,耐酸化性,耐アルカ
リ性において、満足すべき高い耐用性を有する炉壁用れ
んがを得ることができ、炉自体の寿命を格段に向上でき
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 35/591 C04B 35/58 102 L 102 W

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炭素粉末を10〜30重量%、Al/Siの重量比
    が1/5〜3/1の範囲内にあるAlとSiとの混合粉もしくは合
    金粉を5〜15重量%含有し、残部が炭化珪素粉末と高炭
    化収率を有する樹脂バインダーを含む配合物を混練成形
    し、炭素粉末中で、1300℃以上で焼成することを特徴と
    する鉱石還元炉炉壁用炭化珪素−炭素質れんがの製造方
    法。
  2. 【請求項2】炭素粉末を10〜30重量%、Al/Siの重量比
    が1/5〜3/1の範囲内にあるAlとSiとの混合粉もしくは合
    金粉を5〜15重量%含有し、残部が炭化珪素粉末と窒化
    珪素粉末と高炭化収率を有する樹脂バインダーを含む配
    合物を混練成形し、炭素粉末中で、1300℃以上で焼成す
    ることを特徴とする鉱石還元炉炉壁用炭化珪素−炭素質
    れんがの製造方法。
  3. 【請求項3】炭素粉末を10〜30重量%、Al/Siの重量比
    が1/5〜3/1の範囲内にあるAlとSiとの混合粉もしくは合
    金粉を5〜15重量%、粒径が0.074mm以下のアルミナ粉
    を3〜15重量%含有し、残部が炭化珪素粉末と高炭化収
    率を有する樹脂バインダーを含む配合物を混練成形し、
    炭素粉末中で1300℃以上で焼成することを特徴とする鉱
    石還元炉炉壁用炭化珪素−炭素質れんがの製造方法。
  4. 【請求項4】炭素粉末を10〜30重量%、Al/Siの重量比
    が1/5〜3/1の範囲内にあるAlとSiとの混合粉もしくは合
    金粉を5〜15重量%、粒径が0.074mm以下のアルミナ粉
    を3〜15重量%含有し、残部が炭化珪素粉末と窒化珪素
    粉末と高炭化収率を有する樹脂バインダーを含む配合物
    を混練成形し、炭素粉末中で1300℃以上で焼成すること
    を特徴とする鉱石還元炉炉壁用炭化珪素−炭素質れんが
    の製造方法。
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CN111777417B (zh) * 2020-07-29 2022-06-10 攀钢冶金材料有限责任公司 一种高炉渣高温碳化电炉用碳化硅-碳捣打料及其制备方法

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