JPH1129363A - 炭素含有耐火物の製造方法、連続鋳造用耐火物およびスライドゲートプレート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐酸化性、耐熱衝撃性、耐摩耗性および機械
的強度が向上された炭素含有耐火物の製造方法を提供す
る。 【解決手段】 耐火性無機材料から選ばれる少なくとも
１種以上の骨材およびカーボン系原料に結合剤を所望量
添加し混練し、成形して成形体を作製する工程と、希釈
剤である炭化珪素粉末１００重量部にシリカ粉末とカー
ボン粉末（シリカ粉末／カーボン粉末）の重量比率が１
以上の条件で、シリカ粉末の２０〜８０重量部、カーボ
ン粉末５〜３０重量部の配合して詰め粉を調製する工程
と、前記詰め粉中に前記成形体を充填した後、１１００
℃以上の温度で焼成することにより前記成形体中に存在
するカーボン部分の少なくとも一部を炭化珪素化させる
工程とを具備したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭素含有耐火物の
製造方法、連続鋳造用耐火物およびスライドゲートプレ
ートに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の炭素含有耐火物としては、マグネ
シア−カーボン系、アルミナ−カーボン系のような無機
材質カーボン系などが知られている。このうち、マグネ
シア−カーボン系炭素含有耐火物は、製鋼工程における
転炉用内張材などに用いられている。アルミナ−カーボ
ン系炭素含有耐火物は、取鍋、タンディシュなどの溶融
金属容器の底部に取り付けられるスライドゲートプレー
トや、ロングノズル、浸漬ノズルに用いられている。

【０００３】スライドゲートプレートは、プレートを摺
動させて溶鋼制御を行う。このため、機械的強度の上昇
および酸化特徴を向上させる等の観点から、耐摩耗性が
要求されている。また、浸漬ノズルは溶鋼が流れる筒状
体形状をなすため、使用時に割れを生じない性質である
耐熱衝撃性（材料の低熱膨張化）が要求されている。

【０００４】一般的な耐火物製品を製造するには、無機
材質に結合剤であるフェノール樹脂のような熱硬化性樹
脂を添加混練し、成形後にカーボンブリーズ中で焼成す
る工程が採用されている。使用用途によっては特性向上
のため、焼成後ピッチあるいは、タール含浸を施す場合
がある。

【０００５】ところで、耐火物強度を向上させるために
従来より配合段階で低融点金属（アルミニウム、シリコ
ン、アルミニウム−シリコン、アルミニウム−マグネシ
ウム合金など）を添加させ、焼成段階で炭化または窒化
処理して金属炭化物または金属窒化物を生成し、これら
の金属炭化物または金属窒化物により、強度を向上させ
る方法が採用されている。

【０００６】しかしながら、前記従来の方法では前記金
属を金属炭化物または金属窒化物の形態として完全に反
応させないと、焼成後の耐火物の強度を向上させること
ができないという問題があった。

【０００７】また、添加した低融点金属の粒度により焼
成後も耐火物内に一部金属単体のまま存在する場合があ
る。このため、溶鋼が流れる使用温度域に達した時に前
記耐火物に残存した金属が溶鋼と反応して、残存膨脹を
起こし、耐火物製品の耐熱衝撃性が低下する問題があっ
た。

【０００８】さらに、焼成後の強度を向上させるため過
剰の低融点金属を添加すると、焼成段階でのある温度域
において前記金属が瞬時に反応して、製品の爆裂あるい
は内部ラミネーションが生じることがあった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、焼成時にお
いて生じる一酸化珪素ガスを成形体中のカーボンと気相
反応させることにより炭化珪素の結合を形成した炭素含
有耐火物の製造方法を提供しようとするものである。

【００１０】本発明は、長期間の使用に耐え得る耐用度
の高い連続鋳造用耐火物を提供しようとするものであ
る。本発明は、長期間の使用に耐え得る耐用度の高いス
ライドゲートプレートを提供しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる炭素含有
耐火物は、耐火性無機材料から選ばれる少なくとも１種
以上の骨材およびカーボン系原料に結合剤を所望量添加
し混練し、成形して成形体を作製する工程と、希釈剤で
ある炭化珪素粉末１００重量部にシリカ粉末とカーボン
粉末（シリカ粉末／カーボン粉末）の重量比率が１以上
の条件で、シリカ粉末の２０〜８０重量部、カーボン粉
末５〜３０重量部の配合して詰め粉を調製する工程と、
前記詰め粉中に前記成形体を充填した後、１１００℃以
上の温度で焼成することにより前記成形体中に存在する
カーボン部分の少なくとも一部を炭化珪素化させる工程
とを具備したことを特徴とするものである。

【００１２】本発明に係わる連続鋳造用耐火物は、前記
方法により製造された炭素含有耐火物を連続鋳造装置に
組み込んだことを特徴とするものである。本発明に係わ
るスライドゲートプレートは、前記方法で製造された炭
素含有耐火物からなるプレート本体と、この本体の周囲
に配置された鉄皮とを具備したことを特徴とするもので
ある。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。 （第１工程）耐火性無機材料から選ばれる少なくとも１
種以上の骨材およびカーボン系原料に結合剤を所望量添
加し混練し、成形して成形体を作製する。

【００１４】前記耐火性無機材料としては、例えばアル
ミナ系原料、ムライト、ジルコニア系原料、シリカ系原
料等を挙げることができ、これらは単独または２種以上
の混合物の形態で用いられる。

【００１５】前記カーボン系原料は、前記骨材に対して
カーボン換算で２〜１５重量％配合することが好まし
い。前記カーボン系原料の量をカーボン換算で２重量％
未満にすると、焼成後の耐火物中に十分な量の炭化珪素
化物を生成することが困難になる。一方、前記カーボン
系原料の量をカーボン換算で１５重量％を越えると、溶
鋼との反応が急激に起こりやすくなって摩耗損傷が進行
し、耐用度が低下する恐れがある。

【００１６】前記結合剤としては、例えばフェノール樹
脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができ
る。 （第２工程）希釈剤である炭化珪素粉末１００重量部に
シリカ粉末とカーボン粉末（シリカ粉末／カーボン粉
末）の重量比率が１以上の条件で、シリカ粉末の２０〜
８０重量部、カーボン粉末５〜３０重量部の配合して詰
め粉を調製する。

【００１７】前記シリカ粉末およびカーボン粉末の詰め
粉中への配合割合と、シリカ粉末／カーボン粉末の重量
比率とを規定したのは、次のような理由によるものであ
る。前記シリカ粉末の配合量を炭化珪素粉末に対して２
０重量部未満にすると、焼成時において詰め粉中のカー
ボン粉末との反応により生じる一酸化珪素の揮散量が少
なくなり、前記成形体中に存在するカーボンを十分に珪
素化することが困難になる。一方、前記シリカ粉末の配
合量が炭化珪素粉末に対して８０重量部を越えると、焼
成時において詰め粉中のカーボン粉末との反応により生
じる一酸化珪素の揮散量が過剰になるため、焼成後にお
いて耐火物表面に一酸化珪素とカーボンとの反応生成物
である炭化珪素が過剰に生成される恐れがある。より好
ましい前記シリカ粉末の炭化珪素粉末に対する配合割合
は、３０〜７０重量部である。

【００１８】前記カーボン粉末の配合量を炭化珪素粉末
に対して５重量部未満にすると、焼成時において詰め粉
中のシリカ粉末との反応に必要な炭素源が少なくなって
一酸化珪素の揮散量が少なくなるため、前記成形体中に
存在するカーボンを十分に珪素化することが困難にな
る。一方、前記カーボン粉末の配合量が炭化珪素粉末に
対して３０重量部を越えると、焼成時において詰め粉中
のシリカ粉末との反応に寄与する炭素源が多くなり過ぎ
て、発生した一酸化珪素が前記成形体と反応する前に前
記詰め粉内で消費される恐れがある。より好ましい前記
カーボン粉末の炭化珪素粉末に対する配合割合は、１０
〜２０重量部である。

【００１９】前記シリカ粉末／カーボン粉末の重量比率
を１未満にすると、焼成時にシリカとカーボンとにより
生成した一酸化珪素ガスの揮散量が少なくなり、前記成
形体中に存在するカーボンを十分に珪素化することが困
難になる。前記シリカ粉末／カーボン粉末の重量比率の
上限値は、２０にすることが好ましい。

【００２０】（第３工程）前記詰め粉中に前記成形体を
充填した後、１１００℃以上の温度で焼成することによ
り前記成形体中に存在するカーボン部分の少なくとも一
部を炭化珪素化することにより炭素含有耐火物を製造す
る。

【００２１】前記焼成温度を規定した理由は、その温度
を１１００℃未満にすると、前記詰め粉中でのシリカ粉
末とカーボン粉末の反応、および揮散により生成した一
酸化珪素と成形体中に存在するカーボンの反応が十分に
進行しなくなる。より好ましい焼成温度は、１２００℃
以上、さらに好ましくは１４００℃以上である。

【００２２】以上説明した本発明によれば、焼成時にお
いて爆裂および内部ラミネーションを生じることなく、
耐酸化性、耐熱衝撃性、耐摩耗性および機械的強度が向
上された炭素含有耐火物を製造することができる。

【００２３】すなわち、従来法のように配合段階で低融
点金属を添加させると、焼成後の耐火物中に金属が残存
する場合があり、この残存金属に起因して使用温度域で
の残存膨脹率が大きくなるため、耐熱衝撃性が低下する
問題がある。

【００２４】このようなことから、本発明は低融点金属
を原料中に配合せず、焼成時に一酸化珪素を生成する組
成、つまり希釈剤である炭化珪素粉末に所定量および所
定重量比のシリカ粉末とカーボン粉末を配合した詰め粉
を用い、前記組成の詰め粉に所定の骨材およびカーボン
を含む成形体を充填し、１１００℃以上で焼成する。こ
の焼成時において、詰め粉から生じる一酸化珪素ガスが
前記成形体のカーボンと気相反応して炭化珪素を生成で
きるため、この炭化珪素により耐火物の結合を著しく強
化できる。つまり外部からの一酸化珪素の成形体への導
入により特性を向上できる。その結果、従来法により配
合段階での改善に伴う焼成時の爆裂および内部ラミネー
ションを生じることなく、耐酸化性、耐熱衝撃性、耐摩
耗性および機械的強度が向上された炭素含有耐火物を製
造することができる。

【００２５】また、前記方法により製造された炭素含有
耐火物を連続鋳造装置に組み込むことによって、長期間
の使用に耐え得る耐用度の高い連続鋳造用耐火物を提供
できる。

【００２６】さらに、前記方法により製造された炭素含
有耐火物からなるプレート本体と、この本体の周囲に配
置された鉄皮とを具備することによって、長期間の使用
に耐え得る耐用度の高いスライドゲートプレートを提供
できる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 （実施例１〜７）まず、一次粒子としての電融ジルコニ
ア系原料、焼結アルミナ、シリカ系原料、カーボン系原
料およびフェノール樹脂を下記表１、表２に示す比率で
配合し、このれら原料をウェットパンを用いて混練して
７種の混練粉を調製した。つづいて、これらの混練粉を
フリクションプレス装置によりスライドプレート形状に
成形して成形体を作製した。ひきつづき、これらの成形
体を２００℃で乾燥して揮発成分を揮散させた後、下記
表１、表２に示す組成の詰め粉に充填し、同表１、表２
に示す温度下で焼成することにより７種のアルミナ−カ
ーボン質のスライドゲートプレート（耐火物製品）を製
造した。

【００２８】（比較例１）まず、一次粒子としての電融
ジルコニア系原料、焼結アルミナ、シリカ系原料、カー
ボン系原料およびフェノール樹脂を下記表３に示す比率
で配合し、この原料をウェットパンを用いて混練して混
練粉を調製した。つづいて、この混練粉をフリクション
プレス装置によりスライドプレート形状に成形して成形
体を作製した。ひきつづき、これらの成形体を２００℃
で乾燥して揮発成分を揮散させた後、カーボンブリーズ
中に充填し、同表３に示す温度下で焼成することにより
アルミナ−カーボン質のスライドゲートプレート（耐火
物製品）を製造した。

【００２９】（比較例２〜６）まず、一次粒子としての
電融ジルコニア系原料、焼結アルミナ、シリカ系原料、
カーボン系原料、フェノール樹脂および金属シリコン粉
末、金属アルミニウム粉末のいずれか一方または両者を
下記表３、表４に示す比率で配合し、これらの原料をウ
ェットパンを用いて混練して６種の混練粉を調製した。
つづいて、これらの混練粉をフリクションプレス装置に
よりスライドプレート形状に成形して成形体を作製し
た。ひきつづき、これらの成形体を２００℃で乾燥して
揮発成分を揮散させた後、カーボンプリーズ中に充填
し、同表３、表４に示す温度下で焼成することにより５
種のアルミナ−カーボン質のスライドゲートプレート
（耐火物製品）を製造した。

【００３０】（比較例７）まず、一次粒子としての電融
ジルコニア系原料、焼結アルミナ、シリカ系原料、カー
ボン系原料、フェノール樹脂および金属シリコン粉末、
金属アルミニウム粉末のいずれか一方または両者を下記
表４に示す比率で配合し、この原料をウェットパンを用
いて混練して混練粉を調製した。つづいて、この混練粉
をフリクションプレス装置によりスライドプレート形状
に成形して成形体を作製した。ひきつづき、この成形体
を２００℃で乾燥して揮発成分を揮散させた後、下記表
４に示す組成の詰め粉に充填し、同表４に示す温度下で
焼成することによりアルミナ−カーボン質のスライドゲ
ートプレート（耐火物製品）を製造した。

【００３１】得られた実施例１〜７および比較例１〜７
の耐火物製品について、常温および１４００℃での曲げ
強さ、耐酸化性、アルミナ砥粒による吹き付け摩耗損傷
量、溶鋼中への浸漬による耐熱衝撃性を測定または評価
した。その結果を下記表１〜表４に併記する。なお、前
記耐酸化性、アルミナ砥粒による吹き付け摩耗損傷量、
溶鋼中への浸漬による耐熱衝撃性は次のような方法によ
り評価した。

【００３２】［耐酸化性］この試験は、２５ｍｍ×２５
ｍｍ×１２０ｍｍの寸法に加工した試料を８００℃およ
び１４００℃に加熱された電気炉にて大気中、３時間保
持し、室温まで自然冷却したした後、試料の中央部を切
断し、被酸化状態を調べた。なお、被酸化量は、比較例
２の被酸化量を１００として指数表示した。

【００３３】［耐摩耗性］この試験は、１２０ｍｍ×１
２０ｍｍ×３０ｍｍの寸法に加工した試料を予め１４０
０℃に加熱された電気炉に設置し、前記試料表面に＃２
４のアルミナ砥粒１ｋｇを先端が前記表面から１０ｃｍ
離れて配置した直径１０ｍｍのパイプを通して４ｋｇ／
ｃｍ² の圧力で吹き付けた。室温まで冷却した後、試料
表面に生じた吹き付け摩耗量による損傷部分に３２５メ
ッシュ以下のアルミナを充填させ、充填量を摩耗量とし
て判定した。なお、摩耗量は、比較例２の摩耗量を１０
０として指数表示した。指数が小さいほど、耐摩耗性に
優れていることを示す。

【００３４】［耐熱衝撃性］この試験は、３０ｍｍ×３
０ｍｍ×１３０ｍｍの寸法に加工した試料を予熱せずに
誘導加熱された溶鋼中に浸漬させ、１分間保持した後に
取り出し、３０秒間空冷させた時に生じる亀裂の発生数
を測定することにより耐熱衝撃性を評価した。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】

【００３７】

【表３】

【００３８】

【表４】

【００３９】前記表１〜４より明らかなように実施例１
〜７の耐火物製品は、耐熱衝撃性が比較例１〜６の耐火
物製品と同等であるものの、高温曲げ強さ、耐酸化性、
耐摩耗性は比較例１〜６の耐火物製品に比べて優れてい
ることがわかる。

【００４０】また、本発明と同様な成分組成で、それら
成分の比率は本発明の範囲から外れる詰め粉を用いた比
較例７の耐火物製品は、高温曲げ強さ、耐酸化性、耐摩
耗性が比較例１〜６の耐火物製品と大差がなく、これら
の特性の改善が認められないことがわかる。

【００４１】前述した実施例１〜７の耐火物製品を連続
鋳造に適用することによって、それら耐火物製品の優れ
た高温曲げ強さ、耐酸化性、耐摩耗性により溶鋼チャー
ジ数の増大化を図ることができた。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、焼
成時において爆裂および内部ラミネーションを生じるこ
となく、耐酸化性、耐熱衝撃性、耐摩耗性および機械的
強度が向上された、炭素含有耐火物の製造方法を提供で
きる。また、本発明によれば長期間の使用に耐え得る耐
用度の高いロングノズル、浸漬ノズル等の連続鋳造用耐
火物やスライドゲートプレートを提供できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 勲 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 木村 憲 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 (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 耐火性無機材料から選ばれる少なくとも
   １種以上の骨材およびカーボン系原料に結合剤を所望量
   添加し混練し、成形して成形体を作製する工程と、 希釈剤である炭化珪素粉末１００重量部にシリカ粉末と
   カーボン粉末（シリカ粉末／カーボン粉末）の重量比率
   が１以上の条件で、シリカ粉末の２０〜８０重量部、カ
   ーボン粉末５〜３０重量部の配合して詰め粉を調製する
   工程と、 前記詰め粉中に前記成形体を充填した後、１１００℃以
   上の温度で焼成することにより前記成形体中に存在する
   カーボン部分の少なくとも一部を炭化珪素化させる工程
   とを具備した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】 請求項１で製造された炭素含有耐火物
   は、連続鋳造装置に組み込まれることを特徴とする連続
   鋳造用耐火物。
3. 【請求項３】 請求項１で製造された炭素含有耐火物か
   らなるプレート本体と、この本体の周囲に配置された鉄
   皮とを具備したことを特徴とするスライドゲートプレー
   ト。