JPH1017357A

JPH1017357A - 炭素含有耐火物の製造方法

Info

Publication number: JPH1017357A
Application number: JP8188295A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Hokii; 利之保木井; Kenji Akamatsu; 謙次赤松
Original assignee: Harima Ceramic Co Ltd
Current assignee: Harima Ceramic Co Ltd
Priority date: 1996-06-28
Filing date: 1996-06-28
Publication date: 1998-01-20

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】耐熱衝撃性、耐食性および低熱伝導性を兼ね
備えた炭素含有耐火物を提供する。【解決手段】主として粗粒よりなる耐火性酸化物原料
にピッチとフェノール樹脂を重量比で１：５〜５：１の
割合で組み合わせた炭素質結合剤を添加して予め混練し
たものに、炭素、酸化防止剤および主として微粒よりな
る耐火性酸化物原料を加えて混練し、成形後、乾燥する
炭素含有耐火物の製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐熱衝撃性、耐食
性および低熱伝導性を兼ね備えた炭素含有耐火物の製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より溶銑・溶鋼の溶融金属容器の内
張り材として、アルミナ−炭素質、マグネシア−炭素質
等の炭素含有耐火物が使用されている。これらの炭素含
有耐火物は、炭素の含有でスラグに濡れ難くしかも耐熱
衝撃性に優れることから、剥離損傷も無く安定した耐用
性を得ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、炭素含
有耐火物は炭素の含有で熱伝導率が高く、溶銑・溶鋼の
温度低下による熱損失を招く。また、溶鋼容器の内張り
としての使用では、炭素の溶出で鋼品質を低下させる欠
点をもつ。

【０００４】熱伝導率を低下させる技術として、例えば
特開昭６２−１３２７６７号公報において、非晶質炭素
の使用が提案されている。この方法は、熱伝導率低下の
効果は得られるものの、溶鋼中への炭素溶解の問題は依
然解決されていない。

【０００５】特開平５−４３３１０号公報では、フェノ
ール樹脂と４００℃以上で熱処理したピッチとを添加す
ることが提案されている。熱処理したピッチは炭化組織
がフレキシビリティに富み、弾性率が小さくなり耐熱衝
撃性が向上する。しかし、強度の向上が認められず、亀
裂発生の防止には効果がない。

【０００６】また、熱処理しないピッチを使用し耐熱衝
撃性の向上させる例として、特開平６−３４５５２５公
報において、軟化点１００〜１５０℃、固定炭素５０〜
７０％のピッチの添加が提案されている。この場合、加
熱後の弾性率の低下で耐熱衝撃性の向上は見られるが、
耐食性の確保のために炭素の割合を低減させることがで
きず、高熱伝導率と溶鋼中への炭素溶解の問題が残る。

【０００７】本発明の目的は、弾性率を上昇させること
なく炭素含有量を極力減らすことで、耐熱衝撃性、耐食
性および低熱伝導性を兼ね備えた炭素含有耐火物を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、主として粗粒
よりなる耐火性酸化物原料にピッチとフェノール樹脂を
重量比で１：５〜５：１の割合で組み合わせた炭素質結
合剤を添加して予め混練したものに、炭素、酸化防止剤
および主として微粒よりなる耐火性酸化物原料を加えて
混練し、成形後、乾燥する炭素含有耐火物の製造方法で
ある。

【０００９】従来の炭素含有耐火物の製造は、結合剤に
フェノール樹脂などの炭素質樹脂が使用されている。こ
のフェノール樹脂の炭化による炭素結合組織は、強度は
大きい反面、硬くて脆いため、炭素含有量を低減すると
耐熱衝撃性の低下が著しい。また、ピッチの添加はマト
リックスの強度向上、弾性率の低下には効果があるが、
境界付近の強度が不十分である。

【００１０】これに対し本発明は、主として粗粒の耐火
性酸化物原料にピッチとフェノール樹脂を特定の割合で
組み合わせて予め混練したものに、他の配合物を組合せ
て混練することで、マトリックスと粗粒骨材粒子の境界
にピッチとフェノール樹脂からなる炭素結合組織が形成
される。そして、使用による加熱を受けると予備混練で
粗粒の外周に位置するピッチが移動し、粗粒と粗粒以外
の配合粒子とが高残炭率のピッチによる炭素結合で一体
化する。

【００１１】その結果、耐火物組織はこの炭素結合よっ
て炭素原料の配合量が少ない場合でもフレキシビリティ
に富み、耐食性にも優れたものとなる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明をさらに詳細に説明
する。本発明で使用する耐火性酸化物原料の種類は特に
限定されず、例えばアルミナ、マグネシア、マグネシア
−ライム、Ａｌ₂Ｏ₃・ＭｇＯ系スピネル（以下、スピネ
ル）、ジルコニアから選ばれる１種以上の使用する。

【００１３】アルミナの具体例としては、電融アルミ
ナ、焼結アルミナ、仮焼アルミナ、ボーキサイト、ばん
土けつ岩、アンダルサイト、カイヤナイト等である。マ
グネシアとしては、電融マグネシア、焼結マグネシア、
天然マグネシア等である。スピネルとしては、電融スピ
ネル、焼結スピネル等である。また、ジルコニアは、電
融ジルコニア、天然ジルコニア等である。

【００１４】中でもアルミナは、スラグ、溶銑、溶鋼に
対する抵抗性が大であり、しかも熱間膨張性が小さく構
造安定性に優れてることから、特に好ましい。耐火性金
属酸化物原料は主骨材としての役割をもつ。緻密質の耐
火物組織が得られるように粗粒と微粒を組み合わせて使
用する。

【００１５】耐火物は材質、用途、成形法等によって最
適な粒度構成が異なるため、骨材の粒径について、粗粒
と微粒に明確な区別はない。本発明でいう主として粗粒
は、少なくとも粒径が下限域の粒子は対象外であり、一
方の主として微粒は少なくとも粒径が上限域の粒子は対
象外である。本発明では、耐火性酸化物原料のうち、主
として粗粒にピッチおよびフェノール樹脂を添加し、混
練する。

【００１６】ピッチは、軟化点などによって固定炭素の
割合が異なる。例えば軟化点が２００℃以上、固定炭素
が８０〜９０重量％の高炭素で、組織中に液晶(メソフ
ェース)を有するもの、あるいは軟化点が２００℃未満
で固定炭素が４０重量％以上８０重量％未満のものなど
がある。

【００１７】本発明で使用するピッチの種類は特に限定
されないが、固定炭素の割合が異なるものを組合せて使
用してもよい。その場合は、軟化点が２００℃以上のピ
ッチは主として耐火物の弾性率を低下させ、軟化点が２
００℃未満のピッチは主として耐火物の強度を向上させ
る役割をもつ。

【００１８】フェノール樹脂はノボラック型とレゾール
型に大分される。本発明ではいずれを使用してもよい。
また、フェノール樹脂は液状と粉体とがあるが、液状も
しくは液状と粉体の組み合せ使用が好ましい。

【００１９】ピッチとフェノール樹脂は、重量比で１：
５〜５：１の割合で組み合わせて使用する。この比の割
合よりピッチが少なく、かつフェノール樹脂が多い場合
は残炭率が少なくなる。また、逆にこの比の割合よりピ
ッチが多く、かつフェノール樹脂が少ない場合は耐火物
組織内でのピッチの移動が不十分となる。そして、前記
の比の範囲から外れると、いずれの場合も本発明の効果
である弾性率の低下が見られない。、

【００２０】主として粗粒よりなる耐火性酸化物にこの
ピッチとフェノール樹脂を添加して混練するが、その際
の耐火性酸化物の割合は、２０〜７０重量％が好まし
い。２０重量％未満では耐火物の耐食性が低下し、７０
重量％を超えると強度向上に乏しい。

【００２１】次に以上の予め混練した主として粗粒の耐
火性酸化物と、他の配合物とを組合せて混練する。各配
合物の好ましい配合割合は、予め混練した主として粗粒
の耐火性酸化物２０〜７０重量％（予め混練する際に使
用したピッチおよびフェノール樹脂を含む）、主として
微粒の耐火性酸化物１０〜５０重量％、炭素１〜２０重
量％、酸化防止剤０．１〜３０重量％である。

【００２２】炭素は、スラグ、溶銑、溶鋼の浸透防止お
よび耐熱衝撃性を付与する効果をもつ。具体例としては
鱗状黒鉛、土状黒鉛、人造黒鉛、無煙炭、ピッチコーク
ス、カーボンブラック等が使用できる。１重量％未満で
は前記効果に乏しい。２０重量％を超えると耐摩耗性お
よび耐酸化性に劣り、また熱伝導率が高くなって好まし
くない。

【００２３】酸化防止剤としては、例えば炭化珪素、金
属粉、ガラス等がある。この酸化防止剤はその材質に応
じて適量の割合が異なる。例えば炭化珪素では１〜２０
重量％。金属粉は０．１〜１０重量％、ガラス粉は０．
１〜３重量％である。炭化珪素質の添加量は、２０重量
％を超えると耐食性が低下する。

【００２４】金属粉の具体例としては、アルミニウム、
シリコン、マグネシウム、ジルコニウムあるいはそれら
を含む合金である。１０重量％を超えると耐火物使用時
の高温下で酸化物となった際の膨張で耐火物に亀裂を生
じさせ、この亀裂を通して炭素原料の酸化が促進され
る。ガラスの具体例としては、ホウ珪酸ガラス、ホウ燐
酸ガラス等である。炭化珪素質あるいは金属粉では効果
が得られない低温域での酸化防止効果を発揮する。ガラ
スの割合は３重量％を超えると耐食性が低下する。

【００２５】本発明は、以上のように予め混練した主と
して粗粒の耐火性酸化物と他の配合物とを混練した後、
成形し、さらに乾燥して不焼成の炭素含有耐火物を得
る。予め混練した主として粗粒の耐火性酸化物と他の配
合物との混練にはフェノール樹脂、フラン樹脂などの結
合剤を外掛け１〜５重量％程度添加して行なう。成形は
フリクションプレス、オイルプレスなどの任意の手段で
行なう。

【００２６】乾燥は１１０〜５００℃程度、好ましくは
１５０〜３００℃の加熱下で行ない、フェノール樹脂、
ピッチなどに含まれる揮発分を免散させ、耐火物の強度
を付与する。

【００２７】こうして得られる耐火物の用途は、例えば
転炉、溶銑取鍋、溶鋼鍋、混銑車、混銑炉、真空脱ガス
炉などの内張りである。

【００２８】

【実施例】以下、本発明実施例とその比較例について説
明する。なお、便宜上、ここでは粗粒の耐火性金属酸化
物に炭素質樹脂を添加して予め混練する段階を予備混
練、その他の配合物を加えての配合物全体の混練を本混
練と表示する。

【００２９】表１は各例で使用したピッチの性状であ
る。ピッチＡは、軟化点が２００℃以下で固定炭素量が
６０重量％である。ピッチＢは、軟化点が２００℃以上
で固定炭素量が８５重量％と高く、液晶（メソフェー
ス）を有しているピッチである。表２は各例で使用した
配合物組成と、得られた耐火物の物性および実機試験結
果を示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】本発明実施例および比較例３，４は、予備
混練を行なった後に他の微粉原料とフェノール樹脂で本
混練した。比較例１，２は予備混練を行なわず、本混練
のみとした。なお、本混練に結合剤として使用したフェ
ノール樹脂の割合は、ここでは、配合物全体から予備混
練で添加のフェノール樹脂あるいはピッチを除いたもの
に対する外掛けの割合で示した。混練後は、いずれもフ
リクションプレスにて並形形状に成形し、２５０℃で２
４時間乾燥した。

【００３３】試験方法は次のとおり。嵩比重と見掛気孔
率は、ＪＩＳ−Ｒ２２０５に準じて測定した。曲げ強度
の測定は、ＪＩＳ−Ｒ２２１３に準じた。弾性率は超音
波法で測定した。耐食性は回転侵食法により、スラグを
用いて１５００℃で５時間侵食させた後、溶損寸法を測
定し、その溶損指数で比較した。耐スポーリング性は、
１５００℃の溶銑中に３分間浸漬し、その後空冷を１５
分行ない、この操作を１０回繰返した後の亀裂の程度を
判定した。

【００３４】なお、曲げ強度および弾性率の測定は、測
定条件に見合う形状に切りだした後、コークスブリーズ
中で１４００℃×３時間焼成したものを測定した。表２
からも明らかなように、本発明実施例により得られる耐
火物は、いずれについても炭素含有量に大きく影響させ
ることなく、耐熱衝撃性に優れ、耐食性の低下もなく、
かつ高強度を示す。

【００３５】これに対し従来品に相当する比較例１は、
強度が低く、弾性率が大きいために耐熱衝撃性は劣る。
比較例２は、ピッチを添加して炭素質材料が２０重量％
を超えており、弾性率には差がないが、強度が小さいた
めに耐熱衝撃性は劣る。比較例３，４いずれも予備混練
を行っているが、弾性率が大きいため耐熱衝撃性は低下
し、耐食性も劣っている。

【００３６】実機試験は３００ｔ混銑車の内張り材とし
て使用し、その損耗速度（ｍｍ／チャージ）を求めた。
この実機試験の結果からも、本発明の効果が実証され
る。

【００３７】

【発明の効果】本発明により得られる炭素含有耐火物
は、以上のように組織強度に優れると共に、弾性率が低
下で耐熱衝撃性が向上する。また、炭素の配合量が少な
くてもこの耐熱衝撃性および耐食性の効果を維持できる
ことから、炭素の配合量を低減することで熱損失の原因
となる熱伝導率を低下させることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主として粗粒よりなる耐火性酸化物原料
にピッチとフェノール樹脂を重量比で１：５〜５：１の
割合で組み合わせた炭素質結合剤を添加して予め混練し
たものに、炭素、酸化防止剤および主として微粒よりな
る耐火性酸化物原料を加えて混練し、成形後、乾燥する
炭素含有耐火物の製造方法。
【請求項２】耐火性酸化物原料がアルミナ、マグネシ
ア、マグネシア−ライム、Ａｌ₂Ｏ₃・ＭｇＯ系スピネ
ル、ジルコニアから選ばれる１種以上である請求項１記
載の炭素含有耐火物の製造方法。