JPH10218658A - 耐酸化性付与炭素含有耐火物 - Google Patents

耐酸化性付与炭素含有耐火物

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JPH10218658A
JPH10218658A JP9020845A JP2084597A JPH10218658A JP H10218658 A JPH10218658 A JP H10218658A JP 9020845 A JP9020845 A JP 9020845A JP 2084597 A JP2084597 A JP 2084597A JP H10218658 A JPH10218658 A JP H10218658A
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JP
Japan
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carbon
oxidation resistance
refractory
containing refractory
alloy
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JP9020845A
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English (en)
Inventor
Toshihiro Suruga
俊博 駿河
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Kurosaki Refractories Co Ltd
Original Assignee
Kurosaki Refractories Co Ltd
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶融金属精錬設備に付属した溶融金属容器の
内張りに使用される炭素含有耐火物の使用条件の過酷化
に対応し、耐スポーリング性に優れ、かつ耐酸化性を他
の特性とのバランスをとりながら向上させる。 【解決手段】 炭素粉末3〜30重量%と、耐酸化性付
与剤として1〜10重量%の遷移金属を含有するAl−
遷移金属系合金または5〜30重量%のSiを含有する
Al−遷移元素金属系合金を0.3〜7重量%とを含有
する耐酸化性付与炭素含有耐火物。さらにはAl,M
g,Ca,Siから選ばれる単一金属あるいはそれらの
合金をAl−遷移元素金属系合金とは別途に含有する耐
酸化性付与炭素含有耐火物。さらには炭素含有耐火物を
構成する耐火性骨材がマグネシアやアルミナを主成分と
する耐酸化性付与炭素含有耐火物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、二次燃焼比率の高
い転炉、混銑車、溶融還元炉などの溶融金属容器の内張
り材として好適に使用でき耐酸化性を付与した炭素含有
耐火物に関する。
【0002】
【従来の技術】溶融金属精錬設備に付属して使用される
耐火物が具備すべき条件は、一般的にいって耐スポーリ
ング性、耐スラグ侵入性、耐摩耗性に優れていることで
ある。この条件を満たすために最近では炭素を含有した
耐火性骨材を主原料とする耐火物が使用されるようにな
り、例えば溶融金属容器の内張り材として、転炉ではマ
グネシア・カーボン質耐火物があり、混銑車、溶融還元
炉ではアルミナ・SiC・カーボン質またはアルミナ・
カーボン質耐火物などがある。
【0003】さらに、最近では、精錬する鋼の高級化に
伴い、転炉、混銑車での精錬温度の上昇、二次燃焼比率
の上昇、溶融還元やスクラップ溶解など、その使用条件
は著しく過酷なものになっており、とくに、炭素含有耐
火物の場合、このような条件下における炭素の酸化によ
る耐火物組織の劣化による特性の低下は避けられない。
【0004】この炭素の酸化防止のために、耐酸化性付
与剤を耐火物に配合することが過去に提案されている。
例えば、特公昭60−2269号公報、特公平1−52
349号公報、特公平5−45546号公報、特開昭6
3−55159号公報などには、Al,Mg,Ca,S
iなどの各種単体金属やそれらの合金が、特公昭61−
19584号公報にはSiC,B4Cなどの炭化物が、
また、特開平5−170514号公報、特開平5−17
0519号公報、特開平3−45553号公報などには
金属硼化物が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの従来
の耐酸化性付与剤は、Al,Mg,Ca,Siなどの金
属の場合には多量に使用しなければならず、炭素含有耐
火物が有する耐スポーリング性、耐食性などの特性を損
なう。また、B4C,SiCなどの炭化物や硼化金属化
合物系耐酸化性付与剤の添加は、その使用中に分解して
耐火物(基地)の耐食性の低下や組織劣化を招く、その
分解生成物が溶融金属に混入して成分に悪影響を及ぼす
場合もある。
【0006】本発明が解決しようとする課題は、炭素含
有耐火物の含有炭素の酸化防止のための耐酸化性付与剤
による耐火物特性の劣化を防ぐ手段を見いだすことにあ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明においては、各種
耐酸化性付与剤として添加されるAlの炭化及び酸化に
よる炭素含有耐火物への耐酸化性付与機能は、適量の遷
移元素金属と合金化したものの添加によって促進される
ことを見出した。
【0008】すなわち、本発明は、炭素粉末3〜30重
量%と、耐酸化性付与剤としてのAl−遷移元素金属系
合金を0.3〜7重量%と残部が耐火性骨材から成るこ
とを特徴とする耐酸化性付与炭素含有耐火物である。
【0009】炭素含有耐火物中でのAlは、約800°
C以上の温度領域において、耐火物中のバインダーの炭
素分や炭素粉末と反応してAl43→スピネル(MgO
・Al23)→AlNと変化しながら、炭素含有耐火物
の耐酸化特性や強度特性を向上させる。そのメカニズム
としてはAl43やスピネル(MgO−Al23)の生
成は体積膨張であり、かつ炭素含有耐火物のボンド機能
を有するため、熱間強度、耐食性、耐酸化性の向上に機
能するものと考えられる。
【0010】遷移元素金属との合金化によって、このA
lの機能は、より効果的に発揮させ得る。詳細メカニズ
ムは不明ではあるが、遷移元素金属がAlの反応の触媒
的に機能し促進剤として作用するためと思われ、結果的
に合金として添加することによりAl43,スピネル
(MgO−Al23)の生成が促進され、耐酸化特性や
強度特性を向上させる。但し、この作用は合金化によっ
て達成されるものであって、Alと遷移元素金属の併用
系では、この添加効果は期待できない。
【0011】
【発明の実施の形態】また、Al−遷移元素金属系合金
として、これにSiを含む多成分系の合金を単独または
Al−遷移元素金属系合金と併用できる。この場合に
は、この作用に加えて、Al43の水和(消化)反応が
抑制されると同時にSiの高温での炭化により生成され
るβ−SiCが炭素含有耐火物中で強固なボンドを形成
し、熱間強度特性と耐消化特性の一層の改善がもたらさ
れる。
【0012】Al−遷移元素金属系合金の単独添加と、
Al−Si−遷移元素金属系合金の単独添加もしくは併
用添加とで異なる点として、1400°C還元熱処理後
のサンプルを大気中(相対湿度60〜70%)に放置す
ると、前者は1週間後に消化による亀裂を発生したが、
後者には異常が認められず、耐消化性に優れることが判
明した。つまり、実炉での使用が連続使用であれば問題
ないが、一度使用(受熱)後冷却され、再度使用される
場合には、添加合金中のSiの存在により発揮されるこ
の耐消化性が必要の具備条件となる。
【0013】遷移元素は、元素周期律表の3A〜7A族
と8族の金属をいう。この遷移元素金属は一般に入手可
能なもので、特にCr,Mn,Fe,Co,Niなどが
望ましく、その中の一種または二種以上が使用される。
【0014】このAl−遷移元素金属系合金あるいはA
l−Si−遷移元素金属系合金は、遷移元素金属含有量
が1〜10重量%の範囲でその効果を十分に発揮し、1
重量%より少ない場合、その機能が十分に発揮されず、
10重量%より多い場合は、炭素含有耐火物の特性を低
下させる。
【0015】また、Al−Si−遷移元素金属系合金に
おいて、Siの含有量が5重量%より少ない場合、その
機能が十分に発揮されず、30重量%より多い場合は、
炭素含有耐火物の特性を低下させる。
【0016】このAl−遷移元素金属系合金あるいはA
l−Si−遷移元素金属系合金は、0.3から7重量%
の範囲で添加する。その添加量が0.3重量%より少な
い場合、その機能が十分に発揮されず、7重量%より多
い場合、耐スポーリング性が顕著に低下する。またAl
−遷移元素金属系合金とAl−Si−遷移元素金属系合
金とを併用する場合は、それぞれ単独添加する場合と同
様の理由により、その添加量の合量は0.3〜7重量%
の範囲であることが望ましい。これら添加合金の粒度
は、反応性、均一分散性の点からその粒度は200μm
以下であることが望ましい。
【0017】本発明にある炭素含有耐火物へのAl−遷
移元素金属系合金あるいはAl−Si−遷移元素金属系
合金の適正量の添加により耐酸化特性や強度特性の向上
に非常に有効であるが、必要に応じて、従来から添加さ
れているAl,Mg,Ca,Siから選ばれる単一金属
あるいはそれらの合金との併用で使用しても良く、本発
明の添加合金の機能を阻害しない。
【0018】本発明に使用される炭素粉末は、天然また
は人造の黒鉛、コークス、カーボンブラック、メソフェ
イズカーボンなどをいい、できるだけ高純度のものが好
ましい。炭素粉末の含有量は、3重量%より少ない場
合、耐スポーリング性と耐スラグ浸食性の低下が顕著と
なり、30重量%より多い場合、配合の充填性が極めて
低下する。
【0019】使用する耐火性骨材は、主成分としてマグ
ネシアやアルミナで構成され、できるだけ高純度、高か
さ比重であることが好ましく、電融品、焼成品いずれも
使用可能である。
【0020】本発明の炭素含有耐火物は、前述の炭素粉
末、耐火性骨材、Al−遷移元素金属系合金あるいはA
l−Si−遷移元素金属系合金、あるいは必要に応じて
添加される単一金属またはその合金とで所定量を調整し
た配合に、ピッチ、タール、フェノールレジン、変性フ
ェノールレジン、シリコーンレジンなどのバインダーを
適量添加し、混練、成形、熱処理を施すことにより得ら
れる。熱処理に関しては、150〜300°Cで熱処理
することにより不焼成炭素含有耐火物が得られ、500
〜1400°Cで還元熱処理することにより焼成炭素含
有耐火物が得られる。
【0021】
【実施例】
【0022】
【実施例1】マグネシア・カーボン質耐火物の組織中に
おける耐酸化性付与剤としての本発明のAl−遷移元素
金属系合金と従来の添加金属との熱的挙動について比較
調査した。
【0023】表1に示す原料組成A(実施例)とB(比
較例)に、それぞれ液状のフェノール系バインダーを適
量添加して、混練、アムスラー成形、硬化処理(250
°C×10hr)を施してマグネシア・カーボンれんが
を得た。これらのサンプルにCO雰囲気下で各設定温度
で熱処理を施した後、粉末X線回折法による鉱物相の同
定を行い、X線強度比を求め、相対比較した。強度比の
比較にはSiを内部標準サンプルとして採用した。
【0024】
【表1】 図1は実施例Aの熱的挙動を鉱物相の変化によって示
し、図2は従来例を示す。その結果、図1に示すAl−
遷移元素金属系合金を使用したサンプルの方が、図2に
示す従来サンプルよりれんがの耐酸化特性や強度特性を
向上させるスピネルの生成温度が低温側ヘシフトし、A
43やスピネル(MgO−Al23)の生成量が増加
していることが確認された。Al−Si−遷移元素金属
系合金でもこれと同様な作用が確認された。なお、両図
の場合、MgOとグラファイトの鉱物相は、耐酸化性付
与剤と比較してその存在の影響が大きいために省略して
いる。
【0025】
【実施例2】転炉用内張り材としてのマグネシア・カー
ボン質耐火物に関する実施例を示す。表2に示す原料組
成にそれぞれ液状のフェノール系バインダーを適量添加
して、混練、真空フリクション成形、乾燥(100°C
×12hr)、硬化処理(250°C×10hr)を施
してマグネシア・カーボンれんがを得た。
【0026】
【表2】 ここでは、耐火性骨材の原料として電融マグネシアクリ
ンカーと焼結マグネシアクリンカーを併用し、炭素粉末
は純度98%の天然黒鉛を使用した。
【0027】表2の比較例に示すように、Al−遷移元
素金属系合金あるいはAl−Si−遷移元素金属系合金
の添加量が規定量の範囲外であると、実施例に比較して
耐酸化性、耐食性、熱間強度、耐スポーリング性のいず
れかに関して劣る。
【0028】
【実施例3】本発明を混銑車用内張り材としてのアルミ
ナ・SiC・カーボン質耐火物に適用した実施例を示
す。
【0029】表3に示す原料組成にそれぞれ液状のフェ
ノール系バインダーを適量添加して、混練、真空フリク
ション成形、乾燥(100°C×12hr)、硬化処理
(250°C×1Ohr)を施してアルミナ・SiC・
カーボン質耐火物を得た。ここでは、耐火性骨材原料と
して電融アルミナクリンカーを使用し、炭素粉末は純度
98%の天然黒鉛を使用した。
【0030】
【表3】 表3の比較例に示すように、Al−遷移元素金属系合金
及び/またはAl−Si−遷移元素金属系合金の添加量
が規定量の範囲外であると、実施例に比較して耐酸化
性、耐食性、熱間強度、耐スポーリング性のいずれかに
関して劣ることがわかる。
【0031】
【発明の効果】
(1)従来の炭素含有耐火物の耐酸化性を向上させる一
手段として、耐酸化性付与剤として使用されるAl系金
属の酸化防止機能を促進させ、技術的にかなり困難であ
った耐酸化性の向上と組織強化を、その他の特性を損な
うことなく同時に達成できたことは実用上非常に有効で
ある。
【0032】(2)本発明の炭素含有耐火物は総合的に
耐スポーリング性に優れ、耐酸化性、耐食性、熱間強度
がバランスよく発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の耐酸化性付与剤の熱的挙動を示す。
【図2】 従来の耐酸化性付与剤の熱的挙動を示す。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素粉末3〜30重量%と、耐酸化性付
    与剤として1〜10重量%の遷移金属を含有するAl−
    遷移金属合金を0.3〜7重量%とを含有する耐酸化性
    付与炭素含有耐火物。
  2. 【請求項2】 耐酸化性付与剤としてのAl−遷移金属
    合金が5〜30重量%のSiを含有する請求項1に記載
    の耐酸化性付与炭素含有耐火物。
  3. 【請求項3】 Al,Mg,Ca,Siから選ばれる単
    一金属あるいはそれらの合金をAl−遷移金属合金とは
    別途に含有する請求項1または請求項2に記載の耐酸化
    性付与炭素含有耐火物。
  4. 【請求項4】 炭素含有耐火物を構成する耐火骨材がマ
    グネシアやアルミナを主成分とする請求項1から請求項
    3の何れかに記載の耐酸化性付与炭素含有耐火物。
JP9020845A 1997-02-03 1997-02-03 耐酸化性付与炭素含有耐火物 Pending JPH10218658A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5068887B1 (ja) * 2011-04-27 2012-11-07 新日本製鐵株式会社 真空脱ガス槽及びこれを用いた脱ガス処理方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP5068887B1 (ja) * 2011-04-27 2012-11-07 新日本製鐵株式会社 真空脱ガス槽及びこれを用いた脱ガス処理方法

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