JPS5818347B2 - 炭化珪素質焼成耐火物の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は低気孔率、高強度で高温下において、容積変化
が少く、熱衝撃に対して安定した抵抗性を有し、スラグ
に対する耐食性が犬であり、耐アルカリ性の良好な炭化
珪素質焼成耐火物の製造法に関する。

従来耐火れんがは成形用プレスの総圧力、金型の大きさ
および強度等成形機からくる制約と、成形した耐火れん
がの焼成中あるいは使用温度域での膨張、収縮による製
品の亀裂や変形といった材料特性に起因する制約のため
に例えば１辺が１ｍ以上もある大型形状のブロックを成
形することはカーボンブロック等１部の例外を除いて困
難であった。

一方、大きな一体構造物を得る目的で、キャスタブル耐
火物による流し込み施工あるいはプラスチック耐火物に
よるラミング施工等不定形耐火物による窯炉炉体等の構
築は、すでに多年の研究と実績を重ねてきているが、い
ずれも１５％以上と気孔率が高い。

従って使用時の強度は小さく、密度の低い組織のものし
か得られなかった。

その要因は流し込み施工性を付与するために過水分状態
にするかもしくは可塑性を付与するために生粘土等の可
塑材料を添加したことが原因して粒子間の空隙を増加し
、結合強度をも低下させている。

さらに不定形耐火物は強度を得る目的で有機質、無機質
の結合材料を比較的多量に添加するので、前記耐火物に
溶融点の低下、耐食性、耐アルカリ性の劣化等の主な原
因になっている。

換言すれば、緻密な組織をもち高温で繰り返し使用して
も応力偏在に伴う亀裂等が発生せず大型形状の一体構造
物を得ることは、耐火物構造体の究極の目標であるが上
述のように気孔率１５％以下で亀裂や変形が少く、容積
安定性に優れた炭化珪素質焼成耐火物の製造法あるいは
前記耐火物中に冷却用パイプを挿入した炭化珪素質焼成
耐火物の製造法は未だに確立されていない。

本発明者等は前記に鑑み膨張収縮が小さく溶銑、溶鋼に
対し、濡れ難い炭化珪素材料を用いその材料を粒度調製
して最適充填粒度を求める耐火物製造技術固有の粒度調
製を行いさらに微粒内での充填を高めるために炭化珪素
の超微粉と、シリカ超微粉を添加し、これに炭素微粉お
よび金属珪素微粉を加えて微小空隙への充填と可塑性の
ない超微粉により振動成形時の配合物に揺変性を付与し
て水分の添加量を抑えて流動させ、しかもシリカ超微粉
の凝集力の利用と、真空加圧による配合物中の空気の脱
泡逸散を良好にし、かつ焼成することによって低気孔率
で容積安定性および高強度で耐アルカリ性に優れた大型
形状の炭化珪素質焼成耐火物の製造を可能にした。

その特徴とするところは、最大粒径８７１ｇｌ１以下に
調整された炭化珪素原料６０〜９７．５％と、１μ以下
を３０係以上含有する炭化珪素超微粉原料１〜１５係と
、二次凝集下において、少くとも１μ以下を５０係含有
するシリカ超微粉原料０．５〜５係と、０．３門以下の
炭素０．５〜５％と、０．１１１ｇ１以下の金属シリコ
ン０．５〜１５％とを混合して得られた配合物を振動、
真空加圧成形したる後焼成する方法であり、さらに前記
配合物の振動、真空加圧成形時に金属製パイプの両端が
前記耐火物の表面に露出するように挿入したる後焼成す
る方法である。

炭化珪素を主原料に用爆るのは膨張収縮が小さく溶銑、
溶鋼に対し、濡れ難いうえに耐アルカリ性、耐食性に優
れるからであり、その特性を得るためには少くとも６０
係以上の使用が必要である。

炭化珪素の最大粒径を８８以下としたのは、８８以上で
は曲げ強度が低下するだけでなく粗粒自身の気孔率によ
り低気孔率のものが得難いからである。

上記炭化珪素原料の純度は７５係以上が使用される。

前述の炭化珪素に加えて１μ以下３０係以上含有する炭
化珪素超微粉１〜１５係の範囲に用いるのは気孔率の減
少および強度の向上により耐アルカリ性を高めるからで
あり、１係以下あるいは１５係以上の添加では、気孔率
が逆に上昇して強度が低下し、耐アルカリ性は向上しな
い。

上記の炭化珪素に添加される二次凝集下で１μ以下の粒
子が５０％含有するシリカ微粉を０．５〜５係用いるの
は炭化珪素原料の微粉内の充填を高めることによって気
孔率を低下させかつ強度を向上させるためである。

そのシリカ微粉の添加量が０．５係以下では充分に効果
が得られず、５％以上になると前記シリカとアルカリガ
スとの反応が顕著となり、耐アルカリ性の低下をきたす
。

・ ０．３原以下の微粉の炭素を０．５〜５％添加する
のは、焼成時に金属珪素と反応させてβ−８ｉＣを生成
させ、高強度、高耐アルカリ性を付与させるためであり
、０．３ ｗ１以上では反応速度が極度に低下する。

また０、 ５ ％以下の添加では、β−８ｉＣの反応生
成量が少く高強度が得られず、５％以上の添加では強度
的に差がなく気孔率が高くなり好結果が得られない。

０．１ ｆｉ以下の微粉の金属珪素を添加するのは炭素
と反応させてβ−８ｉＣを生成させるのであるが、ｏ、
１ｗｔｔＨ上の粒子では炭素・占反応しにくくまたｏ、
５％以下の添加ではβ−８ｉＣの生成量が少く耐アルカ
リ性の向上が望めない。

金属珪素の添加が１５係以上になると逆にアルカリガス
との反応により耐アルカリ性が低下し、添加の意味がな
くなるからである。

このように粒度および添加量を最適範囲に限定した上記
の配合物は振動、真空加圧成形される。

一般に不定形耐火材料を振動成形する方法は近年大巾に
採用され始めており、金型成形にも一部導入され始めた
。

また金型成形において加圧する・ことは通常の成形方法
であり、さらに配合物の脱気を目的とする真空脱気も周
知の成形方法である。

しかして本発明の成形方法は、前記の個々の成形方法を
複合させた成形方法である。

即ち、従来方法では全型内配合物中の脱気により密度を
高める作用と、加圧方向に対し発生するラミネーション
の防止が主目的であるのに対し、本発明成形法の作用の
特徴としてまず真空による効果の第１は、同時に与える
振動により揺変性を付与し流動化して成形する大型形状
の炭化珪素質耐火物の表層部の脱水による固化を利用し
た即時の脱型性を与えるためである。

この真空処理が施されないと該耐火物の稜線部の肩だれ
を生じ即時脱型が出来ない。

また配合物中の脱気と加圧成形により該耐火物の表面の
平滑さを良好にし、かつ脱泡による緻密化をも得るもの
である。

しかも本発明では炭化珪素原料およびシリカ原料の超微
粉を一定範囲内に添加しているので振動の付与により著
しく良好な揺変性が得られ、従って配合物中の空気の脱
泡逸散が効果的に行われ、かつ短時間に緻密な成形体が
得られる。

更には、複雑形状の金属製パイプを前記配合物中に容易
に挿入することができる。

また本発明においては粒度と添加量を限定範囲内で調製
した配合物の成形時に該配合物中に金属製パイプの両端
が該耐火物の表面に露出するように挿入するため還元焼
成される。

この炭化珪素質焼成耐火物の強度の発現は添加した金属
珪素と炭素の反応によるβ−８ｉＣ化によっている。

その場合還元雰囲気下において１．０００℃以上の熱効
果を必要とし、最高温度は１．５００°Ｃ迄である。

しかし成形時に挿入される金属製パイプは１，３００℃
以上にさらされると、雰囲気中のＣＯや接触する炭素の
浸炭およびＳｉとの反応により溶融しやすくなる。

したがって、金属パイプを挿入した前記耐火物の焼成温
度は還元雰囲気下においてｉ、ｏｏｏ〜１．３００℃好
ましくは１，１００〜１，２５０℃である。

上述の方法によって得られた炭化珪素質焼成耐火物の用
途は、高炉内張れんが、熱風炉の内張れんが、均熱炉、
加熱炉用炉壁れんが等大型れんがとして用いられる場所
に適応できる。

次に本発明の実施例について記述する。

実施例 １ 表１に示す配合割合で本発明品、比較品および従来品を
混練して得られた配合物を縦２ｍ、横１ｍ１高さ０．４
ｍの金型内に投入したる後型枠を密閉し、該型枠内を１
２０ＭＨｇまで脱気しながら金型に３，６００Ｖ、Ｐ、
Ｍの振動を与え同時に油圧プレスにより５ Ｋ９／ｃｒ
ｌｌで加圧成形し、即時脱型後１４０°Ｃで４８時間熱
風乾燥したものを還元雰囲気下で１，３００℃で焼成し
た炭化珪素質焼成耐火物を縦、横および高さ方向に均等
に各３分割した２７個所から得た各供試体の物性値をＪ
ＩＳ規格に基づいて測定したところ、本発明の供試体Ａ
１゜煮２および煮３は、比較品の供試体Ａ４ 、Ａ５な
らびに従来品の供試体Ａ６に比して気孔率が格段・に低
下し、圧縮強度および曲げ強度においても数段向上した
。

また回転侵食による容積寸法は１１５〜１／７に減少し
た。

さらにアルカリ侵食試験では１，２００℃５時間保定後
の条件下の曲げ強度は１．５倍以上であることも確認す
ることができた。

実施例 ２ 表１に示す本発明品五１ 、嵐２ 、Ａ３と同一割合で
混練して得た配合物を実施例１と同じ寸法の金型内に投
入し、同一条件の真空脱気、振動および加圧の手段を加
えて成形した。

この加圧成形の□際、上部プレートに固着セットした内
径５０Ｍφ、高さ１．５０７１ｆｆｌ、横巾１，５００
ｗＩｌの金属製パイプは振動作用により揺変性をおびた
耐火物中に５に７Δ兼の加圧によって容易に挿入するこ
とができた。

このような方法によって得られた本発明品は、前記パイ
プの挿入により耐火物に与える影響を調べるため実施例
１と同じ方法で２７個所から切出した供試体五７ 、Ａ
８および五９の気孔率、曲げ強度とその分布状態を測定
した。

比較のため実施・例１の比較品扁４と従来品Ａ６とにつ
いても測定したところ、表２に示すようにパイプを挿入
した本発明品は倒れも気孔率および曲げ強度とも比較品
や従来品に比して良好であり、かつ均一な分布状態であ
ることが確認できた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 最大粒径８Ｍ以下に調整された炭化珪素原料６０〜
   ９７．５％と、１μ以下を３部係以上含有する炭化珪素
   超微粉原料１〜１５係と、二次凝集において少くとも１
   μ以下を５０係含有するシリカ超微粉原料０．５〜５％
   と、０．３履以下の炭素０．５〜５チと、０．１ Ｍ以
   下の金属シリコン０．５〜１５係とを混合して得られた
   配合物を振動、真空加圧成形したる後焼成することを特
   徴とする炭化珪素質焼成耐火物の製造法。 ２ 最大粒径８Ｈ以下に調整された炭化珪素原料６０〜
   ９７．’ ５ ％と、１μ以下を３部チ以上含有する炭
   化珪素超微粉原料１〜１５％と、二次凝集下において少
   くとも１μ以下を５０係含有するシリカ超微粉原料０．
   ５〜５係と、０．３履以下の炭素０．５〜５％と、０．
   １原以下の金属シリコン０．５〜１５係とを混合して得
   られた配合物を振動、真空加圧成形時に金属製パイプの
   両端が前記耐火物の表面に露出するように挿入したる後
   焼成することを特徴とする炭化珪素質焼成耐火物の製造
   法。