JPS5827232B2 - 耐食性に優れた不定形耐火物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐食性に優れた不定形耐火物に関し、特に通常
の不定形耐火物に、窒化珪素鉄−アルミナ系または窒化
珪素−アルミナ系との焼結体を添加して耐食性を向上さ
せることを目的とするものである。

ここに、窒化珪素鉄とはフェロシリコンを窒化性雰囲気
中で窒化させたものである。

不定形耐火物は一般にアルミナ、マグネシア、ムライト
、炭化珪素、ジルコン、シャモット、ろう石、珪石、コ
ークス、黒鉛などの骨材粒子とアルミナ、マグネシア、
ムライト、シリカ、粘土、コークス、炭化珪素などの微
粉のマｔ−ＩＪラック部とから構成され、さらに必要に
応じてピッチ、タール、樹脂あるいは珪酸ソーダ、リグ
ニンスルホン酸、リン酸塩アルミナセメントなどのバイ
ンダーが配合されて底形されるが、溶銑、溶鋼あるいは
溶融スラグによる侵食は、主としてマトリックス部が優
先的に侵食されることによって進行するものと考えられ
る○即ち骨材のアルミナや炭化珪素などを焼結させるた
めに、粘土その他のマトリックス材が添加されており、
このマトリックス材の耐食性が骨材に比べ劣るためであ
るとされているＯ 前記不定形耐火物は製銑・製鋼関係で一般に使用されて
いて、（１）キャスタブル、（２）プラスチック、（３
）モルタル、（４）ラミング材などに分類され、各材質
に適応した成形法が採られている。

例えば高炉出銑樋では、一般にアルミナ・ムライト・炭
化珪素・黒鉛などの骨材粒子とコークス・粘土・炭化珪
素などの微粉のマトリックス材、さらに要すればピッチ
などを配合したものであり、ラミング材あるいは鋳込形
式の流し込み材として使用されている。

樋の成形は、通常鉄皮内面に永久張りれんがを張り、こ
れに内枠をセットし、その間に前記の混合物を入れラン
マーによる手打ちあるいは機械打ちによって行なわれる
。

また、最近では流動性を持たせた材料を流し込む鋳込成
形、あるいは振動成形などによっても行なわれ、成形、
乾燥ののち使用される。

樋は多量の溶銑およびスラグによる物理的・化学的侵食
を受け、その侵食の程度によって部分補修あるいは全面
補修が行なわれる。

特に出銑口下の孔前橋からスキンマー樋に至る間の樋は
溶銑とスラグが同時に流れるため、侵食形態も複雑であ
り、しかも樋材の材質によって溶銑およびスラグに対す
る耐食性が異るため、スラグ−メタル界面、スラグライ
ン部の局部的な侵食が著しい。

そしてその侵食は一般に、前記骨材を焼結させるために
添加される粘土その他のマ） ＩＪツクス部が優先的に
侵食されることによって進行するものと考えられる。

なお、樋材の材質によっては、使用骨材そのものの耐食
性が小さいため、骨材から侵食される場合もある。

更に例を高炉などの出銑口のマッドにとれば、一般にア
ルミナ、シャモット、珪石、ろう石、炭化珪素、コーク
ス、粘土などの原料をクール、樹脂などのバインダーで
混練した材料が使用され、これを炉前の電動機または油
圧により作動するマッドガンによって出銑口内に充填閉
塞し、流出する溶銑および溶融スラグを止める○出銑口
は通常閉塞後２時間ないし６時間を経て開口される。

開口された出銑口の内面は流出する多量の溶銑およびス
ラグにより物理的、化学的に侵食され孔径は次第に拡大
する。

孔径の拡大および部分的な侵食により溶銑およびスラグ
の流れが不規則になったところで、再度マッドを充填し
、出銑口を閉塞する。

マッドの侵食の過程は複雑で多くの要因が関与している
が、中でも開口部を形成するマッドの充填性および焼結
固化した材料の物理的、化学的性質が大きな影響を与え
る。

マッドの特性は、粒度構成、バインダーなどによる充填
性によって左右される場合も多いが、それらの条件が満
足された場合、主として使用原料の物理的、化学的性質
たとえば粒度、配合量、粒子自身の耐食性、原料の種類
などの影響を受ける。

マッドの原料としては、骨材にアルミナ、ムライト、シ
ャモット、ろう石、珪石、コークス、炭化珪素などが使
用され、また微粉部にはアルミナ、ムライト、シリカ、
粘土、コークス、炭化珪素などの微粉が使用されてきた
。

アルミナ、ムライト、シャモットなどの酸化物系の原料
は炭化珪素との焼結性が悪く、高温においても充分な強
度が得られない。

従って溶銑流に対する耐摩耗性の点で問題があり、炭化
珪素のような優れた骨材の特性を充分に生かしきれない
。

また、前記の骨材の中には、それ自身スラグに対する耐
食性の小さいものもある。

本発明は前記のような従来の不定形耐火物の問題点に鑑
みて、機械的強度・耐食性および焼結性に優れた窒化珪
素鉄とアルミナまたは窒化珪素とアルミナの化合物の適
当な粒度の焼結体の適量を、通常の不定形耐火物に添加
した機械的強度が大きく耐食性に優れた不定形耐火物を
提供するものである。

本発明の不定形耐火物はアルミナ・マグネシア・ムライ
ト・シャモット・ろう石・珪石・粘土・コークス・黒鉛
・炭化珪素・ジルコンの１種または２種以上からなる通
常の不定形耐火物に、アルミナ含有量１０〜６０重量パ
ーセントと残余が窒化珪素鉄または窒化珪素からなる窒
化珪素鉄−アルミナ系または窒化珪素−アルミナ系の焼
結体の粒径５朋以下の粒子を粒径別に分級・配合し合計
５〜７０重量パーセントを添加した機械的強度が大きく
且つ耐食性に優れた不定形耐火物である。

以下本発明の詳細について説明する○ ここで使用している窒化珪素鉄−アルミナ系、または窒
化珪素−アルミナ系の焼結体は、窒化珪素とアルミナと
の固溶体すなわちサイアロンを主成分とする、Ｓｉ、Ａ
ｌ、Ｆｅ、０．Ｎなどの元素で構成される複雑な物質で
あり、大きな機械的強度と優れた耐食性を示し、しかも
窒化珪素鉄、窒化珪素およびアルミナの固有の特性を兼
ね備えたものである。

すなわち、本焼結体の構成成分のうち、窒化珪素成分は
通常の不定形耐火物の骨材の構成分として用いられる炭
化珪素のボンドとしての効果をなし、またアルミナ成分
は骨材としての他の酸化物のボンドの効果をなす。

このように、炭化珪素と酸化物の両者にポンドとしての
効果が犬であるので、通常の方法では焼結し難いこの両
者をよく結合する。

したがって、この焼結体微粉を添加した場合、溶銑や溶
融スラグによる熱処理を受け、骨材として用いられる炭
化珪素やアルミナ、ムライト等を強固に結合するととも
に、それ自身は溶銑や溶融スラグに対する耐食性に優れ
たものであるので、粘土をマトリックスとして用いた従
来の不定形耐火物より格段にすぐれた耐食性を示すもの
となる。

また、前述のように、窒化珪素鉄アルミナ系または窒化
珪素−アルミナ系の焼結体は、溶銑やスラグに対する耐
食性が犬であるので、当該不定形耐火物の骨材として用
いることにより、さらに耐食性を向上することができる
。

ここで使用している窒化珪素鉄−アルミナ系、または窒
化珪素−アルミナ系の焼結体は、それぞれの原料を所定
比に混合し、成形後、非酸化性雰囲気中で焼成して得ら
れるが、さらに経済的には、シリコンまたはフェロシリ
コンとアルミナとの混合物を造粒あるいは成形後、窒化
性雰囲気の中で窒化、焼結することによって得られる。

本発明において、前記通常の不定形耐火物に添加する窒
化珪素鉄−アルミナ系または窒化珪素アルミナ系の焼結
体の粒径５間以下の粒子の内、粒径０．１朋以下の微粉
を添加して主としてマｔ−ＩＪラックス形成させるか、
あるいは粒径０．１〜５ｍｍの中間粒および粗粒を添加
して主として骨材を形成させるか、または粒径５朋以下
の微粉・中間粒・粗粒の混合物を添加して骨材およびマ
トリックスを形成させるかは、不定形耐火物の使用場所
・目的その他の条件を勘案して適当に選択すればよい〇 本発明において、窒化珪素鉄−アルミナ系または窒化珪
素−アルミナ系の焼結体は粗粒から微粉までのいずれの
粒度範囲でも使用できるが、粗粒および中間粒として使
用する場合は、粒径０．１朋以上５朋以下で、添加量は
１０〜６０％の範囲が好ましい。

１０％以下では耐食性向上の効果がなく、６０％以上で
は粒度構成上密充填が得られない。

また焼結体を微粉部に使用する場合は、粒径０．１間以
下で、添加量は５〜３０係の範囲が好ましい。

５％以下では耐食性に効果がなく、３０饅以上では充填
性が悪化する。

粗粒、中間粒、微粉併用（５朋以下）の場合は合計量で
１０〜７０％の範囲が好ましい。

いずれの場合も他の耐火原料はなにを使用してもよいが
、粘土量は少ないほど、耐食性、熱間掲度の点で効果が
ある。

次に本発明を、その実施例にしたがって具体的に説明す
る。

実施例 １ ５〜１醋の粗粒４０重量饅、１〜０．１ ｍｍの中間粒
２５重量饅、Ｑ、 ｌ ｙｎｍ以下の微粉３５重量φか
らなる樋材で微粉の一部を窒化珪素鉄−アルミナ系焼結
体（アルミナ４５饅）または窒化珪素−アルミナ系焼結
体（アルミナ５０φ）の微粉で置換した配合物に対し、
バインダーを適量加え、混練して得た混合物をラミング
による成形とはゾ同−条件になるよう、加圧成形により
４ ＱＸ４０Ｘ１６０ｍ７Ｍの大きさに１００ｋｇ／ｃ
Ｉ？Ｌで成形し、これをコークスプリーズ中で８００’
Ｃ，１４００’Ｃで各２時間で焼成した材料の物理的性
質を求めた。

また、高炉スラグおよび銑鉄の両者を使用し、回転式侵
食試験機によって１５３０°Ｃで１時間侵食試験を行な
った。

これらの結果を第１表に示すＣ表から明らかなように窒
化珪素鉄−アルミナ系焼結体あるいは窒化珪素−アルミ
ナ系焼結体を添加したものは常温および１４００’Ｃの
いずれの場合においても従来の樋材より大きな強度を示
し、中でも熱間強度の増加が顕著となっており、焼結性
が良好であることがわかる。

また、耐食性においては従来品に比べその侵食量は７０
〜８０％に低下し、良好な結果が得られた。

実施例 ２ 実施例１と同様の方法で作成した試験片（約９０Ｘ９０
Ｘ２００ｍｍ）について高炉の樋において埋込みによる
張り分は試験を実施したところ、配合ＡＩ 、 ２ 、
３のいずれも従来の樋材に比べ、侵食量が６０〜７０φ
の範囲に人っており、スラグに対する耐食性のすぐれて
いることが明らかとなったＯ 実施例 ３ ３〜１間の粗粒２０重量饅、１〜０．１皿の中間粒４０
重重量、Ｑ、 ｌ ｍｒ／Ｌ以下の微粉４０重量φから
なる出銑口マッドで微粉の一部を窒化珪素鉄−アルミナ
系焼結体（アルミナ４５％）または窒化珪素−アルミナ
系焼結体（アルミナ５０％）の微粉で置換した配合物に
対し、クールを２５重量饅加え、混練して得た混合物を
手打ち底形し、これをコークスプリーズ中で８００°Ｃ
，１３００°Ｃで各２時間焼成した。

その物理的性質、および実施例１と同じ方法で行なった
高炉スラグと銑鉄の両者による侵食試験の結果を第２表
に示す。

表から明らかなように、窒化珪素鉄−アルミナ系焼結体
あるいは窒化珪素−アルミナ系焼結体の微粉を添加した
ものは常温および１４００°Ｃのいずれの場合も従来品
より大きな強度を示し、中でも熱間強度の増加が顕著と
なっており焼結性が良好であることがわかる。

また、本発明品の侵食量は従来品に比ベロ０〜７０優に
低下し、スラグラインおよびスラグ−メタル界面での局
部的な溶損は起こらず良好な耐食性を示した。

実施例 ４ 粒度配合は実施例３と同一としてなる出銑口マッドで粗
粒の一部に窒化珪素鉄−アルミナ系焼結体および窒化珪
素−アルミナ系焼結体の粗粒を使用した配合物に対し、
クールを２５重量φ加え、混練して得た混合物を手打ち
成形し、これをコークスプリーズ中で８００℃、１３０
０’Ｃで各２時間焼成した材料の物理的性質および実施
例１と同じ方法で行なった高炉スラグと銑鉄の両者によ
る侵食試験の結果を第３表に示す。

表から明らかなように、窒化珪素鉄−アルミナ系焼結体
あるいは窒化珪素−アルミナ系焼結体の粗粒を骨材に使
用したものは常温および１４００’Ｃのいずれの場合も
従来品より大きな強度を示し、中でも熱間強度の増加が
顕著である。

また、本発明品の侵食量は従来品に比べ著しく低下し、
スラグラインおよびスラグ−メタル界面での局部的な溶
損は起こらず良好な耐食性を示した。

本発明の窒化珪素鉄−アルミナ系または窒化珪素−アル
ミナ系の焼結体を添加した不定形耐火物は、上記の実施
例からも明らかなように従来品に比して機械的強度が大
きく、溶銑および溶融スラグに対する耐食性に優れてい
るために、従来使用されていた不定形耐火物の分野に使
用して、耐用時間の著しい改善あるいは新しい使用分野
の開拓も可能で、材料・労力の節減などに貢献するとこ
ろ大なるものがある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アルミナ、ムライト、シャモット、ろう石、珪石、
   粘土、コークス、黒鉛、炭化珪素、ジルコンの１種また
   は２種以上からなる不定形耐火物に、アルミナ含有量１
   ０〜６０重量パーセントと残余が窒化珪素鉄または窒化
   珪素からなる窒化珪素鉄アルミナ系または窒化珪素−ア
   ルミナ系の焼結体の粒径５朋以下の粒子を粒径側に分級
   ・配合し合計５〜７０重量パーセント添加してなる耐食
   性に優れた不定形耐火物。 ２ 窒化珪素鉄−アルミナ系または窒化珪素−アルミナ
   系の焼結体の粒径０．１ ｍｍ以下の微粉を５〜３０重
   量パーセント添加した特許請求の範囲第１項記載の耐食
   性に優れた不定形耐火物。 ３ 窒化珪素鉄−アルミナ系または窒化珪素−アルミナ
   系の焼結体の粒径０．１〜５朋の中間粒および粗粒を１
   ０〜６０重量パーセント添加した特許請求の範囲第１項
   記載の耐食性に優れた不定形耐火物。 ４ 窒化珪素鉄−アルミナ系または窒化珪素−アルミナ
   系の焼結体の粒径５朋以下の粒子を１０〜７０重量パー
   セント添加した特許請求の範囲第１項記載の耐食性に優
   れた不定形耐火物。