JPS6127350B2 - - Google Patents

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JPS6127350B2
JPS6127350B2 JP53163265A JP16326578A JPS6127350B2 JP S6127350 B2 JPS6127350 B2 JP S6127350B2 JP 53163265 A JP53163265 A JP 53163265A JP 16326578 A JP16326578 A JP 16326578A JP S6127350 B2 JPS6127350 B2 JP S6127350B2
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JP
Japan
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zircon
strength
silicon
weight
refractory
Prior art date
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Expired
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JP53163265A
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Japanese (ja)
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JPS5590472A (en
Inventor
Hiroshi Kano
Yoichi Kaminaga
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Krosaki Harima Corp
Original Assignee
Kurosaki Refractories Co Ltd
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Publication date
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔産業上の利用分野〕 本発明は、気孔率が低く強度の高いジルコン質
耐火物の製造方法に関する。 〔従来技術〕 ジルコンは、耐火性に優れ、約2000℃までの高
温における使用に耐える材料として注目されてい
るものである。しかも、熱膨張係数が小さく、熱
衝撃抵抗が大きいため、精密鋳造、取鍋用湯口れ
んが、金属用坩堝、耐火れんが、スタンプ材、高
周波用絶縁碍子等の耐火物原料として賞用されて
いる。たとえば、製鉄工業では溶鋼取鍋の内張り
耐火物、連続鋳造用ノズル等に、ガラス溶解炉で
は上部構造用れんがとして使用されている。ま
た、鋳物砂としての需要も多い。 これらの用途の中の一つである連続鋳造用ノズ
ルの場合には、溶鋼成分による侵食、溶鋼流の摩
耗作用に起因したノズル孔径の拡大等によつて、
ノズルとしての使用寿命が決定される。該溶鋼成
分による侵食は、ノズル孔内周の溶鋼と接触する
面における反応の結果として界面に生成した低融
点化合物の溶失に起因する。この場合の溶失速度
は、ノズルの化学組成に影響される。また、溶鋼
流の摩耗作用は、ノズルの組織及び熱間強度に大
きく影響される。すなわち、耐摩耗性を改善する
ためには、組織の緻密化及び熱間強度の向上を図
ることが必要となる。 また、ガラス溶解炉用ジルコン質れんがにおい
ては、該ジルコン質れんがは溶解炉のガラス浴に
直接接触せず、側壁上部で使用されている。とこ
ろが、この側壁上部には天井からの荷重が大きく
かかるので、高温下における容積安定性に優れて
いる必要がある。また、該側壁上部は、ガラスの
キヤリアによるアタツクを受けるため、耐蝕性に
優れていることも必要とされる。 このような高温雰囲気下でジルコン質れんがを
耐久性よく使用するためには、耐侵食性、耐摩耗
性、耐食性、高温強度等の性質改善を行う必要が
ある。 〔発明が解決しようとする問題点〕 これまで、これら種々の特性を満足するジルコ
ン質れんがを得るため、粒度構成、添加材、成形
圧、焼成温度等の色々な面からの検討が行われて
いる。たとえば粒度構成についてみると、ジルコ
ンは周知のように1.0mm以下の砂粒の形でしか産
出されないので、ジルコン質で通常のれんがと同
様な粒度構成を得るためには、一旦粗角を作り、
それを粉砕し、配合する必要がある。しかし、こ
の方法によるとき、デンスな粗角を作ることが困
難であり、また製造コストが高くなるという欠点
もあつた。別法として、ジルコンの微粉を多量に
配合し、焼成時の収縮によつて組織の緻密化を行
う方法も提案されている。しかし、この場合には
成形が困難であり、また成形歩留りも低いもので
あつた。これら欠点を解消するため、添加材を使
用することが提案されている。該添加材は主とし
て酸化物系のものであり、ジルコンの解離を促進
し、低融点化合物を形成させ、液相の介在によつ
て焼結を促すタイプのものが多い。これにより常
温強度は向上するものの、熱間強度は低くなりが
ちである。 焼成条件の調整によりジルコ焼結体の緻密化を
行おうとしても、そこには限度がある。すなわ
ち、温度上昇に伴つてジルコンの分解が活発とな
り、1600℃以上での高温焼成は困難である。この
点から、焼成温度上昇による強度向上も限りがあ
る。 本発明は、このようなジルコンの性状に鑑み、
焼成原料の組成及び焼成条件に改良と加えること
によりジルコン焼結体の気孔率及び高温強度を改
善することを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、その目的を達成するため、ジルコン
(ZrO2・SiO2)を主成分とする耐火物原料に対し
て微粉状の金属けい素を0.1〜4重量%添加して
炭素及び炭素形成物質を含有しない配合物を用意
し、該配合物を成形後、酸化性雰囲気中で1200〜
1600℃の温度に加熱することにより、前記金属け
い素の全量をSiO2に酸化しながら焼成すること
を特徴とする。 〔作用〕 本発明者等は、ジルコン質れんがの熱間性状の
改良を目的として種々検討を行つた結果、少量の
微粉状金属けい素をジルコンに配合し、酸化雰囲
気で焼成することにより、低気孔で高強度のれん
がが製造されることを見出した。本発明は、この
発見に基づいて完成されたものである。この強度
発現の機構は、ジルコン粒子間に分散された金属
けい素が加熱により溶融し、液相焼結を促すと共
に、添加した金属けい素がそのまま残留すること
なくSiからSiO2に酸化され、強固な結合を形成す
ることによるものと推測される。また、こ場合
に、通常のジルコン質れんがに添加されているジ
ルコニア、酸化クロム等の成分が少量存在してい
ても、添加された金属けい素の作用が損なわれる
ことはない。ただし、炭素或いは炭素に変性する
物質が含まれていると金属けい素の作用が阻害
し、金属けい素の残留を促すことにもなるので、
配合成分にそのような物質を含まないように調整
することが必要である。 ここで使用される金属けい素は、その純度がで
きるだけ高い方が好ましい。しかし、70重量%以
上であれば、本発明の耐火物の製造方法に使用す
ることができる。また、金属けい素の粒度は格別
限定されるものではないが、その使用目的からし
て小さい方が好ましい。特に、次に述べる実施例
1に示しているように44μmパスが80重量%以上
のときに、ジルコン質に対する分散性が優れ、良
好な結果が得られる。 使用されるジルコンは、ジルコン砂と微粉との
配合割合が約2:1の場合に、組織が緻密で侵食
抵抗の大きなものが得られると言われている。そ
こで、その配合割合の前後、すなわち3:1〜
3:2の範囲が良好である。このジルコン質を主
成分として、すなわち約70重量%以上、好ましく
は80重%以上配合させることが好ましい。また、
その他の成分としてのジルコニア、酸化クロム等
の添加量は、高々20重量%程度に抑える。なお、
金属けい素の添加量及び結合材に関しては、以下
の実施例で説明する。 〔実施例〕 次いで、実施例により本発明の特徴を具体的に
説明する。 実施例 1 ジルコン原料は、サンド、フラワー共にオース
トラリア産のものを使用した。金属けい素として
は、Si95重量%、SiC2.5重量%の組成で、44μm
以下が90重量%以上の粒度のものを使用した。バ
インダーとしては、常用のパルプ廃液を水で希釈
したものを用いた。これらの成分を通常のタイヤ
付きミキサーにより混練し、オイルプレスにより
1300Kg/cm2の圧力で成形し、単独窯内に1550℃に
6時間保持することにより焼成した。表にその
結果を示す。 表において、実施例Aは、比較のための配合
を示し、金属けい素が添加されていない。金属け
い素の添加量が0.3重量%の実施例B及び0.9重量
%の実験例Cの場合に、強度の向上があり、金属
けい素の効果が認められる。この強度の向上は、
金属けい素の添加量につれて大きくなる。他方、
金属けい素含有量の増加に伴い残留Siの影響が顕
著になり、部分的な強度劣化を生起することにな
る。特に、金属けい素の添加量が4重量%を越え
る実験例Hになると、低気孔化及び強度向上に対
する効果がほとんどなくなり、逆に品質の低下を
もたらしている。したがつて、金属けい素の添加
量は、0.3〜4重量%が有効範囲といえる。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a method for producing a zircon refractory having low porosity and high strength. [Prior Art] Zircon is attracting attention as a material that has excellent fire resistance and can withstand use at high temperatures up to about 2000°C. In addition, because of its low coefficient of thermal expansion and high thermal shock resistance, it is used as a raw material for refractories such as precision casting, sprue bricks for ladle, metal crucibles, refractory bricks, stamping materials, and high-frequency insulators. For example, in the steel industry, they are used as refractories for lining molten steel ladles, continuous casting nozzles, etc., and as bricks for upper structures in glass melting furnaces. It is also in high demand as foundry sand. In the case of continuous casting nozzles, which is one of these applications, corrosion due to erosion by molten steel components and enlargement of the nozzle hole diameter due to the abrasion effect of the molten steel flow, etc.
The service life of the nozzle is determined. The erosion caused by the molten steel components is caused by the melting away of low melting point compounds generated at the interface as a result of a reaction on the surface of the inner periphery of the nozzle hole that comes into contact with the molten steel. The dissolution rate in this case is influenced by the chemical composition of the nozzle. Furthermore, the abrasion effect of the molten steel flow is greatly influenced by the structure and hot strength of the nozzle. That is, in order to improve wear resistance, it is necessary to densify the structure and improve hot strength. Furthermore, in the case of zircon bricks for glass melting furnaces, the zircon bricks do not come into direct contact with the glass bath of the melting furnace, but are used in the upper part of the side wall. However, since a large load from the ceiling is applied to the upper part of the side wall, it is necessary to have excellent volumetric stability under high temperatures. Furthermore, since the upper part of the side wall is attacked by the glass carrier, it is also required to have excellent corrosion resistance. In order to use zircon bricks with good durability under such high-temperature atmospheres, it is necessary to improve properties such as erosion resistance, abrasion resistance, corrosion resistance, and high-temperature strength. [Problems to be solved by the invention] Until now, in order to obtain zircon bricks that satisfy these various properties, studies have been conducted from various aspects such as particle size composition, additives, molding pressure, and firing temperature. There is. For example, looking at the particle size structure, zircon is only produced in the form of sand grains of 1.0 mm or less, so in order to obtain a particle size structure similar to that of ordinary bricks with zircon, it is necessary to first make rough corners.
It needs to be crushed and blended. However, when using this method, it is difficult to make dense rough corners, and the manufacturing cost is also high. As an alternative method, a method has been proposed in which a large amount of fine zircon powder is blended and the structure is densified by contraction during firing. However, in this case, molding was difficult and the molding yield was low. In order to overcome these drawbacks, it has been proposed to use additives. The additives are mainly oxide-based, and many of them are of the type that promote the dissociation of zircon, form a low melting point compound, and promote sintering through the presence of a liquid phase. Although this improves room temperature strength, hot strength tends to decrease. Even if an attempt is made to make the Zirco sintered body dense by adjusting the firing conditions, there is a limit. That is, as the temperature rises, zircon decomposes more actively, making it difficult to perform high-temperature firing at 1600°C or higher. From this point of view, there is a limit to the strength improvement that can be achieved by increasing the firing temperature. In view of the properties of zircon, the present invention
The purpose is to improve the porosity and high-temperature strength of zircon sintered bodies by improving the composition of firing raw materials and firing conditions. [Means for Solving the Problems] In order to achieve the object, the present invention adds 0.1 to 4% of finely powdered metallic silicon to a refractory raw material whose main component is zircon (ZrO 2 .SiO 2 ). A formulation free of carbon and carbon-forming substances is prepared by adding % by weight, and after molding, the formulation is heated to
The method is characterized in that the entire amount of the metal silicon is oxidized to SiO 2 during firing by heating to a temperature of 1600°C. [Function] As a result of various studies aimed at improving the hot properties of zircon bricks, the present inventors have found that by blending a small amount of finely powdered metallic silicon with zircon and firing it in an oxidizing atmosphere, a low It was discovered that high-strength bricks can be produced with pores. The present invention was completed based on this discovery. The mechanism of this strength development is that metallic silicon dispersed between zircon particles is melted by heating, promoting liquid phase sintering, and the added metallic silicon is oxidized from Si to SiO 2 without remaining as it is. It is presumed that this is due to the formation of strong bonds. Further, in this case, even if a small amount of components such as zirconia and chromium oxide, which are added to ordinary zircon bricks, are present, the effect of the added metal silicon will not be impaired. However, if carbon or substances that modify carbon are included, the action of metallic silicon will be inhibited and the remaining of metallic silicon will be promoted.
It is necessary to adjust the ingredients so that they do not contain such substances. It is preferable that the metal silicon used here has as high a purity as possible. However, if it is 70% by weight or more, it can be used in the method for producing a refractory of the present invention. Furthermore, although the particle size of metallic silicon is not particularly limited, it is preferable to have a smaller particle size in view of its intended use. In particular, as shown in Example 1 below, when the 44 μm pass is 80% by weight or more, the dispersibility in zircon substances is excellent and good results can be obtained. It is said that the zircon used has a dense structure and high erosion resistance when the ratio of zircon sand to fine powder is approximately 2:1. Therefore, before and after the mixing ratio, that is, 3:1 ~
A range of 3:2 is good. It is preferable that this zircon material be used as a main component, that is, approximately 70% by weight or more, preferably 80% by weight or more. Also,
The amount of other components such as zirconia and chromium oxide added is limited to about 20% by weight at most. In addition,
The amount of metal silicon added and the binder will be explained in the following examples. [Example] Next, the features of the present invention will be specifically explained with reference to Examples. Example 1 As zircon raw materials, both sand and flour were produced in Australia. The silicon metal has a composition of 95% Si and 2.5% SiC, and has a diameter of 44μm.
Particles with a particle size of 90% by weight or more were used. As the binder, a commonly used pulp waste liquid diluted with water was used. These ingredients are kneaded using a regular mixer with tires, and then mixed using an oil press.
It was molded at a pressure of 1300 kg/cm 2 and fired by holding it at 1550° C. for 6 hours in a separate kiln. The results are shown in the table. In the table, Example A shows a comparative formulation in which no silicon metal is added. In the case of Example B where the amount of metal silicon added was 0.3% by weight and Experimental Example C where the amount was 0.9% by weight, the strength was improved and the effect of metal silicon was recognized. This increase in strength is due to
It increases as the amount of metal silicon added increases. On the other hand,
As the metal silicon content increases, the influence of residual Si becomes more pronounced, resulting in partial strength deterioration. In particular, in Experimental Example H in which the amount of metal silicon added exceeds 4% by weight, the effect of reducing porosity and improving strength is almost lost, and on the contrary, the quality deteriorates. Therefore, it can be said that the effective range for the amount of metal silicon added is 0.3 to 4% by weight.

【表】 実施例Cの配合で得られた耐火物を、10トンの
タンデイツシユにおいて実験例Aの配合で得られ
た従来品と比較した。その結果、従来品Aの耐用
限度が3連鋳に過ぎなかつたのに対して、前者は
4連鋳の使用にも耐えた。また、4連鋳後におい
ても、孔径の拡大が小さく安定しており、少なく
とも4連鋳以上の使用に耐えることが判つた。 実施例 2 表は、その他の成分としてジルコニア又は酸
化クロムを一部配合した場合の例を示す。この例
におけるジルコンとしては、実施例の場合と異
なり、南阿産のものを使用した。ジルコニアとし
ては、ZrO2含有率が98重量%であり、200メツシ
ユを通過する粒度の微粉を使用した。酸化クロム
としては、Cr2O3含有率が98重量%で、325メツ
シユを通過する粒度の微粉を使用した。製造条件
は、実験例、J及びKでは実施例1と同一と
し、実験例L、M及びNでは焼成温度のみ1600℃
と高い。この場合においても、過剰の金属けい素
の添加は、残留けい素に起因する部分的な強度劣
化をもたらす原因となる。
[Table] The refractory obtained with the formulation of Example C was compared with the conventional product obtained with the formulation of Experimental Example A in a 10 ton tundish. As a result, the service life of conventional product A was only three continuous castings, while the former could withstand four continuous castings. Furthermore, even after four continuous castings, the expansion of the pore diameter was small and stable, and it was found that it could withstand at least four continuous castings or more. Example 2 The table shows an example in which zirconia or chromium oxide was partially blended as other components. As the zircon in this example, unlike the case of the example, zircon produced in South Africa was used. As the zirconia, a fine powder with a ZrO 2 content of 98% by weight and a particle size passing through 200 meshes was used. As the chromium oxide, a fine powder with a Cr 2 O 3 content of 98% by weight and a particle size passing through a 325 mesh was used. The manufacturing conditions were the same as in Example 1 for Experimental Examples J and K, and only the firing temperature was 1600°C for Experimental Examples L, M, and N.
That's high. In this case as well, addition of excessive metallic silicon causes partial strength deterioration due to residual silicon.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上に説明したように、本発明においては、ジ
ルコンを主成分とする耐火物原料に特定された量
の微粉状金属けい素を添加して焼成しているの
で、添加された金属けい素が全量SiO2に酸化さ
れ、耐火物内に強固な結合を形成し、焼結体の気
孔率が大幅に低下される。その結果、圧縮強度、
曲げ強さ、高温強度等に優れた製品が得られる。
また、その特定量の微粉状金属けい素の添加は、
焼結体に遊離のけい素を残留させることがないの
で、焼結体の強度が部分的に劣化することもな
い。このよにして得られた焼結体は、耐久性に優
れた製品として、製鉄、セラミツクス、ガラス等
の種々の工業分野で使用することができる。
As explained above, in the present invention, since a specified amount of fine powder metal silicon is added to the refractory material containing zircon as the main component and fired, the total amount of added metal silicon is It is oxidized to SiO 2 and forms a strong bond within the refractory, greatly reducing the porosity of the sintered body. As a result, compressive strength,
A product with excellent bending strength, high-temperature strength, etc. can be obtained.
In addition, the addition of a specific amount of fine powdered silicon metal
Since no free silicon remains in the sintered body, the strength of the sintered body does not deteriorate partially. The sintered body thus obtained can be used as a product with excellent durability in various industrial fields such as iron manufacturing, ceramics, and glass.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ジルコン(ZrO2・SiO2)を主成分とする耐火
物原料に対して微粉状の金属けい素を0.1〜4重
量%添加して炭素及び炭素形成物質を含有しない
配合物を用意し、 該配合物を成形後、酸化性雰囲気中で1200〜
1600℃の温度に加熱することにより、前記金属け
い素の全量をSiO2に酸化しながら焼成すること
を特徴とするジルコン質耐火物の製造方法。
[Claims] 1. A blend containing no carbon or carbon-forming substances by adding 0.1 to 4% by weight of finely powdered metallic silicon to a refractory raw material whose main component is zircon (ZrO 2 /SiO 2 ). After preparing the compound and molding the compound, it is heated to 1200 ~
A method for producing a zircon refractory, characterized in that the entire amount of the metal silicon is oxidized to SiO 2 during firing by heating to a temperature of 1600°C.
JP16326578A 1978-12-25 1978-12-25 Zircon refractories Granted JPS5590472A (en)

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