JPS5864267A - サイアロンの連続製造法 - Google Patents

サイアロンの連続製造法

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JPS5864267A
JPS5864267A JP56160330A JP16033081A JPS5864267A JP S5864267 A JPS5864267 A JP S5864267A JP 56160330 A JP56160330 A JP 56160330A JP 16033081 A JP16033081 A JP 16033081A JP S5864267 A JPS5864267 A JP S5864267A
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JP
Japan
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sialon
pellets
gas
clay
reactor
Prior art date
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Pending
Application number
JP56160330A
Other languages
English (en)
Inventor
沢村 建太郎
吉田 保夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
JFE Refractories Corp
Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
Kawasaki Refractories Co Ltd
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
Application filed by Showa Denko KK, Kawasaki Refractories Co Ltd, Kawasaki Steel Corp filed Critical Showa Denko KK
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はサイアロンの連続製造法に関する。
サイアロンとはS i3 N4 K A120□ 及び
少量のA/N  が固溶したもので、その粉末は焼結性
がよく、しかも焼結体は機械的強度及び耐熱性に優れて
いることから、耐火材のみならず、近年はエンジニアリ
ング材料としても注目されている。
サイアロンの製造法は各種のものが提案さねているが、
A/20.とS i O,を同時に含む粘土を原料とす
る方法が最も経済的に有利である。本発明もまに粘土を
原料とする。
従来′、粘土からサイアロンを得る最も一般的な方法は
粘土粉末と炭素粉末を混合、造粒し、との造粒物(ペレ
ット)に窒素ガスを吹込みながら、サイアロン生成温度
に加熱するものである。この場合、反応炉を竪型にし、
その上部を予熱帯、中央部を加熱帯、下部を冷却帯とし
、原料を反応炉の上部に供給し加熱帯で反応させ、生成
物は下部より取沙出すようにし、これらの操作を連続的
に行なえば生産効率が上る。この際窒素ガスは原料と向
流又は並流となるように炉内に吹込まれる。
また加熱は反応炉の外側に設けられた発熱体によって行
なわれる。
この連続方式が支障なく運転されるためには装入原料、
反応生成物が自重により自然落下すること、炉内のN2
ガス、COガス等がなるべく均一に流通することが必要
である。
サイアロンの生成反応におけるSj、N4の生成機構は
明らかでないが先ず5in2のCによる還元があり、こ
の際気相のSi酸化物(Sin)が生成し、これがさら
にCによりSi  となり、このSlがN2ガスと、反
応するもの々推測される。
原料をペレットにして用いた場合、上記した大部分の反
応はペレット内で生成するが、1部のSiOガスはペレ
ット外に逸出する。本発明者の研究によれば、サイアロ
ンを連続的に製造する場合に、このペレット外に逸出し
たSiOガスが冷却帯で5i02.SiC等になって析
出し、ペレット同志を固着したり、ペレット間に目詰り
を起したりして、装入物の自然落下及びガスの均一な流
れを妨げ、これが連続操作の大きな障害となることがわ
かった。
本発明はこれらの欠点を除去したサイアロンの連続製造
法であり、その特徴は原料ペレットから逸出したSiO
ガスをペレット間に充填した粒状炭材に吸収させること
により、SiOガスからの前記のような析出を防止した
ことにある。
即ち、本発明はアルミナ及びシリカを主成分とする粘土
粉末と炭素粉末を混合し、造粒してペレットとなし、こ
れに粒状炭材をできるだけ均一に配合し、それを竪型反
応炉にその上部より供給し、該反応炉に窒素ガスを吹込
み、ながら装入原料を反応炉の加熱帯に徐々に落下させ
、ここで加熱反応を打なわせると同時にペレットの外に
逸出したSiOガスは粒状炭材に吸収捕捉し、生成物は
冷却帯を通過した後反応炉の下部より取り出す方法であ
る。
以下、本発明の詳細な説明する。
粘土はアルミナ(A/2 o3)及びシリカ(S40.
、)を主成分とするものであれば特に制限なく使用でき
る。ただし、サイアロンの組成は粘土中のアルミナ及び
シリカの含有量によって定まるので、目的とするサイア
ロンの組成に応じて粘土を選ぶ必要がある。例えばSi
3N4 の含有量の高いサイアロンを得るにはS 、i
 o2の臓い粘土を用いればよい。
サイアロン中の513N4が高くなると耐熱性は増すが
焼結性は下る。通常のアイアロンは5i3N440〜9
5%、AI!2032〜45%、A/N20チ以下から
なっており、それには粘土中の5i02は44〜96%
、Al2O2は4〜56チのものを用いればよい。そ、
してアルカリ成分等の不純物はできるだけ少ないものが
望ましい。本発明においてもこれらの組成の粘土が適す
る。
粘土は造粒す。る前に加熱して結晶水を除去しておくこ
とが望ま、しい。それには粘土を500〜800℃に加
熱すればよい。粘土を原料としたペレット中に結晶水が
あるΣ加熱中にペレットから揮発し、ペレットの強度を
弱め、崩壊のおそれがあるばかりでなく、水蒸気がガス
状不純物と共に反応炉の低温部で凝縮し、泥状を形成し
て種々のトラブルを起す。
更には水蒸気と原料炭とが高温領域で水性ガス反応を起
し、原料炭を消費するのみならず、q成COガスが平衡
移動の法則によりサイアロン化反応を阻害する。
粘土は反応性をよくシ、かつペレットの強度を上げるた
め、74μ以下程度に粉砕する。
炭素粉末は石炭コークス、石油コークス、カーボンブラ
ンク等の粉末で粘土と同様の粒度のものが適する。
これら両者の粉末をよく混合し、ペレットに造粒する。
勿論、両者を混合した後粉砕してもよい。
粘土と炭素(l定炭素分として)の混合割合は粘土中の
シリカ、アルミナの組成をAI!203・NS i O
2とすると次の式を基準にして定められる。
A/203−@nSiO2+(2n+1)C+−(2n
+l)N。
β′−サイアロンはサイヤロンの代表的なものであるが
、実際の生成物はこの組成から外れるものであり、また
反応は理論式通り進まないので、炭素(C)は゛上式の
値を中心にして一定の範囲、即ち、A1203 ・nS
iO21モルに対し、1/2(2n+1 )〜2(2n
+1)モルの範囲で用いられる。
この配合原料の造粒は澱粉、CMC,PVA等の水溶液
をバインダーにして皿型造粒機等で行なうことができる
。ペレットの大きさは2〜10aが適当である。この場
合、次に述べる粒状炭材の大きさとの関係で定めるのが
望ましい。生成物からペレットと粒状炭材が粒度差で分
離できるようにするためである。
ペレットと混合する粒状炭材はペレットから放出される
SiOガスを吸収するものであるので、たカーボンブラ
ック等の炭素粉末を造粒したものでもよめ。これらは表
面積で表わせば1o o m’/g以上である。
粒状炭材は小さ過ぎるとペレット間隙を埋めてガスの透
過性を悪くし、また大き過ぎるとその分散性が悪くなる
ので、5〜101程度が適当てする。
これらの粒度を定める場合、前記のペレットの粒度を考
慮し、両者が異なった大きさになるようにすることが好
ましい。そして最も好ましくけ相対的に粒状炭材の方を
太きぐすることである。
ペレットに配合される粒状炭材の量は原料中のSiO□
の総駄を基準とし、さらにペレット中の炭素配合量も併
せ考慮して定める。5IO2から513N4  の生成
には中間に840ガスの発生があり、これがペレット外
に逸出する。この逸出SjOガスはべ“レット中の炭素
配合量が少ないと特に多いが、いずれの場合も多少の逸
出は避けられない。
このSiOガスを吸収するための粒状炭材(固定炭素)
の量は84021モルに対し、03〜2モルの範囲が好
ましい。多過ぎることは、特に弊害はないが、製品の生
産性が悪くなる。
原料を加熱反応させる竪型炉はサイアロン、β−8iC
等の連続製造装置として公知のものを使 川することが
できる。その概略は黒鉛円筒を縦長に設置し、その外側
に黒鉛等の発熱体を備え、装入原料は円筒の上部より供
給し、円筒の中央部で反応させ、生成物は円筒の下端よ
り取り出す構造である。従って円筒は上部が予熱帯、中
央部が加熱反応帯、下部が冷却帯となる。この反応にお
いてはCOガスの発生があるので、炉は原料装入[]及
び生成物排出口はシール構造になっている。窒素ガスの
吹込みは炉の上部あるいは下部より行なわれる。前者は
原料と細流方式、後者は向流方式である。装入原料は生
成物の取り出しに従って自重により自然落下する。装入
原料の滞留時間はこの生成物の取り出し速度によって定
まる。
加熱温度は加熱反応帯で1380〜1470℃。
が適し、またこの温度帯に装入原料が滞留する時間は6
0〜300分間あれば充分である。
窒素ガスの吹込み量は前記反応式の理論値の;3〜10
倍の範囲が望ましい。窒素ガスが炉内を均一に流れるよ
うにするため、反応炉の断面積が大きい場合は反応炉を
縦方向にいくつかの室に区切り、夫々に窒素ガスを流す
ことは好ましい方法である。また窒素ガスは予熱して用
いることができることは云うまでもない。窒素ガスの流
れ方向は原料と向流、あるいは並流のどちらの方式をと
ることもできる。
反応によりペレットから放出されたSiOガスは粒状炭
材に吸収され、そこで主として炭素と反応し、β−8i
Cとなるが、その他若干の5t3N4、Si、ON2等
も生成する。 その際粒状炭材の表面からヌ応が進み、
粒状炭材は表面がSiCで覆われたような形になる。そ
して粒状炭材の大きさは殆んど変りはない。またペレッ
トは反応匈もわずかに小さくなる程度で元の形態を維持
しているので、生成物を取り出した硬、両者を粒度差に
より容易に分離することができる。
実施例 粘土(Sin、、  65.1%、 kl、、 0. 
23.1%、  Fe2031.9%、  MgO0,
2%、  Na、、OO,1%、  H2O7,4%、
  各重量%、以下同じ)と石炭コークス粉末(固定炭
素89チ)とを夫々44μ下に粉砕し、前者74重量部
に対し、後者24重量部を混合(炭素は前記理論反応式
の105倍)し、澱粉水溶液を加え、皿型造粒機により
直径5胴のペレットに造粒した。
このペレットを110℃で乾燥した後、さらに約600
℃で結晶水の脱水を行ない、これに太きさ約6〜101
101+の木炭(固定炭素87チ)を混合した。両者の
割合は粘土中のSiO,1モルに対し、木炭を固定炭素
分として1モルとした。
これらの混合原料を竪型炉に装入し、炉の下部より窒素
ガスを吹込み、サイアロンを製造した。
竪型炉は黒鉛円筒で内径12crn1反応帯部分の長さ
30crnで、上部にはシール付原料供給口を設け、下
部には先端に向かって細くなるテーパー状の円筒を取付
け、このテーパーの途中、円筒周囲に窒素ガス吹込み孔
を設けた。円筒の先端はロータリーフィーダーを取付け
、ガスシールしながら生成物が抜き出せるようにした。
炉の加熱は黒鉛円筒の外側に縦に設けた8本の棒状黒鉛
発熱体に゛通電することにより行なった。そして反応帯
の温度(内部温度)を1420〜1450℃とした。
窒素ガスの吹込み量は161/分とした。混合原料1d
 1.3 kfl / Hr  の速度で供給し、反応
帯での滞留時間を約120分間とした。これから窒素ガ
スの吹込み量は理論量の約5倍となる。
生成物は連続的に取り出したが、ベレットと粒状炭材は
殆んど元の大きさと変りなかったので、両者は簡単に分
離できた。粒状炭は表面に主としてSiC及び若干の5
iBN4から成る層が形成したが、その量はわずかなの
で繰返し使用可能である。
そして繰返し使用し、SiC層が多くなれば、これから
SICを回収することもできる。
分離したペレットはX線回折の結果、大部分法の組成か
らなるβ′−サイアロンであった。
3 これらの操炉において、原料層低温部に気相からの凝縮
物が全く生ぜず、原料層の目詰りがなく極めて良好に連
続運転を行なうことができた。
特許出願人 昭和電工株式会社 川崎製鉄株式会社 川崎炉材株式会社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. アルミナ及びシリカを主成分とする粘土粉末に炭素粉末
    を混合し、造粒してペレットとなし、これに粒状炭材を
    配合して竪型反応炉にその上部より供給し、該反応炉に
    窒素ガスを吹込みながら加熱してサイアロンを生成させ
    、該生成物を反応炉の下部より取り出すことを特徴とす
    るサイアロンの連続製造法。
JP56160330A 1981-10-09 1981-10-09 サイアロンの連続製造法 Pending JPS5864267A (ja)

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JP56160330A JPS5864267A (ja) 1981-10-09 1981-10-09 サイアロンの連続製造法

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JP56160330A JPS5864267A (ja) 1981-10-09 1981-10-09 サイアロンの連続製造法

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ID=15712625

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60239362A (ja) * 1982-12-16 1985-11-28 アルミニウム カンパニ− オブ アメリカ ベ−タシリコンアルミニウムオキシナイトライド耐火材料を製造する方法
JPS60239361A (ja) * 1982-12-16 1985-11-28 アルミニウム カンパニ− オブ アメリカ ベ−タシリコンアルミニウムオキシナイトライド耐火材料を製造する方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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