JPS6311312B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はスライデイング・ノズル用プレートれ
んがの製造方法に関し、詳しくは炭化硼素とアル
ミニウムを添加し、それらと他の耐火材料の粉末
及び炭素粉末との反応により機械的強度を向上し
たスライデイング・ノズル用プレートれんが製造
方法に関する。 スライデイング・ノズル方式（以下SN方式と
記す）は溶融金属流量の有効なコントロール手段
として広く採用され、特に使用条件の苛酷な鉄鋼
業においては溶銑及び溶鋼の流量コントロールに
広く使用されている。SN方式は大きくわけて上
部ノズル、プレート、及び下部ノズルの三つの部
分より構成され各々の機能を有していなければな
らないが、特にSN用プレートれんがは溶融金属
流のコントロールを司どる部分であり非常に高度
な機能が要求される。SN方式では、円形開孔部
を有する二枚もしくは三枚のプレート状れんがを
摺動させて溶融金属の流量制御を行なうため、プ
レートれんが間からの洩鋼を防止する目的でプレ
ートれんがを相当な圧力で圧着させて使用され
る。しかもSN用プレートれんがは溶融金属流に
よる急激な熱衝撃と摩耗の物理的作用に加え、溶
融金属、及び溶融スラグによる化学的な侵食作用
を受ける。したがつてSN用プレートれんがの具
備すべき特性としては大別して機械的強度、耐ス
ポーリング性及び耐食性が挙げられる。 SN用プレートれんがでは種々の特性をバラン
スよく具備するように従来より様々な努力が払わ
れ一般にはアルミナをベースにして1300〜1800℃
で焼成されたオキサイド・セラミツク・ボンド材
質が多く製造されてきた。 これらのオキサイド・セラミツク・ボンド質の
耐火物は耐用性を向上させることを目的にコール
タールピツチ等の含浸処理が通常行なわれていた
が、使用時においてコールタールピツチ等の揮発
成分によつて発煙及び悪臭の発生が起こり作業環
境を著しく悪化させる欠点があつたが、オキサイ
ド・セラミツク・ボンド材質だけで含浸処理を行
なわないと、通常の耐用度が確保できないという
欠点があつた。 最近ではこれらの欠点を改良した、コールター
ルピツチ等を含浸しなくても耐用性が低下しない
無発煙性のアルミナーカーボン材質が開発され、
従来のオキサイド・セラミツク・ボンド材質以上
の耐用度をもつて広く使用されている。本発明は
この無発煙性カーボン・ボンド材質に関するもの
である。無発煙性のカーボン・ボンド材質のSN
用プレートれんがは所定の組成をもつた耐火物配
合にコールタールピツチ、或いはフエノール樹脂
等の合成樹脂等を粘結剤として用いて混練し、常
法により成形した後、還元雰囲気中にて焼成され
る製造方法が通常採用されている。 カーボン・ボンド材質は無発煙性であり、且つ
耐食性に優れるという大きな特徴を有している
が、れんが組織中にカーボンを含有するためにマ
トリツクスにおける焼結現象がカーボンにより阻
害されるので、従来のオキサイド・セラミツク・
ボンド材質に比較して機械的な強度が劣る欠点が
あつた。したがつてカーボン・ボンド材質は耐食
性及び耐スポーリング性には非常に優れている
が、溶融金属流による摩耗損傷が助長されるとい
う傾向にあり、機械的な強度を改善する必要があ
つた。本発明者等は、カーボン・ボンド材質SN
用プレートれんがの機械的な強度を向上させるべ
く種々検討した結果、炭化硼素とアルミニウムと
を添加することにより強度が大巾に向上すること
を見い出し、機械的な強度に優れたカーボン・ボ
ンド材質SN用プレートれんがの製造方法を確立
した。この手法は一般に知られているようなシリ
コン粉末とカーボン粉末との直接反応による強度
補強法とは異なるもので、炭化硼素或いはアルミ
ニウムが他の耐火物粉末及び炭素粉末とそれぞれ
反応することで強度を発現し、かつそれらの反応
生成物が複雑に絡み合つて特異な組織形態を示
す。また本発明によるSN用プレートれんがが優
れた耐酸化性を示すのも大きな特徴である。また
本発明は無発煙性であることを特徴としている
が、より以上の耐用性の向上を目的として焼成後
にコールタールピツチ、或いは合成樹脂等を含浸
処理する方法も本発明の特許請求範囲に入る。 以下に本発明の製造方法について詳細に説明す
る。 本発明に使用されるシリカ含有原料以外の耐火
性原料としては、アルミナ、ムライト、シリマナ
イト族鉱物、粘土鉱物、溶融シリカ、珪砂、無定
形シリカ、ジルコン、ジルコニア、酸化クロム、
マグネシア、スピネル、ドロマイト、カルシア、
炭化珪素、窒化珪素等の中から一種もしくは二種
以上が選ばれ、65〜98重量％の使用量に限定され
る。65重量％未満では耐火度が低下して耐食性に
劣り、98重量％を越えると耐スポーリング性が劣
るばかりではなく本発明の特徴が失われる。200
メツシユ以下の炭化硼素粉末の使用量は0.5〜10
重量％であり、0.5重量％未満では本発明の特徴
が発揮できず、10重量％を越えると溶融金属に対
する耐食性が低下するばかりではなくコスト的に
もひきあわなくなる。 炭化硼素粉末の純度は70重量％以上が望まし
く、高純度の炭化硼素粉末を使用する理由は少量
添加でも最大限に効果が発揮できるようにするた
めと、不純物による耐食性の低下が懸念されるた
めである。また炭化硼素粉末の粒度を200メツシ
ユ以下としたのは、れんが組織中への分散性と他
の耐火物粉末との反応を効率良く行なうことを考
慮したためである。 次に200メツシユ以下のアルミニウム粉末の使
用量は0.5〜10重量％であり、0.5重量％未満では
本発明の特徴が発揮されず、10重量％を越えると
溶融金属に対する耐食性が低下する。アルミニウ
ム粉末の純度は60重量％以上は必要で、高純度の
アルミニウム粉末を使用する理由は少量添加でも
最大限に効果が発揮できるようにするためと、不
純物による耐食性の低下が懸念されるためであ
る。またアルミニウム粉末の粒度を200メツシユ
以下としたのは、れんが組織中への分散性と他の
耐火物粉末との反応を効率良く行なうことを考慮
したためである。アルミニウム粉末は一般に、鱗
片状のフレーク粉（スタンプ粉）と、球状のアト
マイズ粉とが市販されているが、フレーク粉また
はアトマイズ粉の使用、或いはそれらの併用は任
意に選定すれば良い。経験的にはフレーク粉の方
が反応性は良いが、混練性及び成形性の点ではア
トマイズ粉の方が有利と言える。 固定炭素として80重量％以上含有する200メツ
シユ以下の炭素粉末の使用量は１〜15重量％であ
り、１重量％未満では耐食性が不十分となるばか
りか、アルミニウムとの反応焼結による強度発現
の効果が損なわれ、15重量％を越えると強度が低
下する傾向にあり耐酸化性も大巾に劣化する。本
発明に使用する炭素粉末としては、鱗状黒鉛、土
状黒鉛、人造骨鉛、キツシユ黒鉛、熱分解黒鉛、
石油系ピツチ・コークス、製司コークス、無煙
炭、木炭、カーボン・ブラツク、炭水化物の熱分
解炭素、炭化水素類の熱分解炭素、合成樹脂の熱
分解炭素、グラツシー・カーボン等が挙げられこ
れらの中から一種もしくは二種以上が選ばれる。
このとき炭素粉末の固定炭素量を80重量％以上と
したのは炭化硼素及びアルミニウムとの反応性、
及び不純物による耐食性の低下を考慮したためで
ある。炭素粉末の粒度を200メツシユ以下とした
のは分散性と反応性を考慮したもので、反応焼結
による強度の発現を円滑に行なうためである。 以上に示したような組成よりなる粒度調整され
た原料配合物をタール、ピツチもしくは合成樹
脂、例えばフエノール樹脂、フラン樹脂、エポキ
シ樹脂、シリコン樹脂等の中から一種もしくは二
種以上を結合剤として常温もしくは加熱下にて混
練する。 このとき200メツシユ以下の粉末原料は配合中
に均一に分散していることが望ましい。結合剤と
して合成樹脂を用いる場合は固定炭素量とコスト
の点からフエノール系樹脂が望ましく、ピツチを
用いる場合は固定炭素量の多い高軟化点ピツチが
望ましい。 次に上記の方法で得た配合物を耐火れんがの成
形に用いる通常の成形機、例えばフリクシヨン・
プレス、オイル・プレス、特殊な場合にはラバ
ー・プレス等により所定の形状を成形する。続い
てこの成形体を非酸化性雰囲気中にて焼成する。
非酸化性の雰囲気としては、炭素中に被焼成物を
埋め込んでの還元雰囲気中、アルゴン等の不活性
ガス気流中、塩化珪素等の珪素ガス気流中、及び
窒素ガス気流中が挙げられる。しかしながら、不
活性ガス気流中、珪素ガス気流中、及び窒素ガス
気流中では焼成コストが非常に高くなり、しかも
珪素ガス気流中では被焼成物が炭素を含有するこ
とにより焼成されたれんがの表面に反応生成物と
しての炭化珪素が偏在するため耐食性に関しては
悪影響を及ぼす結果となる。したがつて本発明の
焼成方法としては被焼成物の品質特性及び経済性
の両面から、炭素中での還元雰囲気焼成が最適と
考えられる。 以上のような製造方法によつて得られたSN用
プレートれんがは常法によつて品質の向上及び組
織の緻密化を目的として、コールタールピツチ及
び合成樹脂の中から一種もしくは二種以上が含浸
される方法が用いられるのが普通である。無発煙
性SN用プレートれんがの場合には上記工程に含
浸剤の揮発成分を除去する加熱処理工程が加わる
が、使用時の発煙の問題よりも耐用性をより重視
する場合は、含浸されたままの状態で使用され
る。含浸剤の揮発成分の除法については通常300
〜800℃の非酸化性雰囲気中にて加熱処理される
が、含浸剤の種類によつて加熱処理温度を任意に
選定すれば良い。含浸処理と加熱処理とを二回以
上繰り返すことによつて更に品質は向上し、より
苛酷な条件下で使用される場合に適している。 以上のような方法によつて得られた本発明品は
従来のカーボン・ボンド材質SN用プレートれん
がに比較して機械的な強度が大巾に向上し、しか
も耐食性も向上するためのSN用プレートれんが
の耐用性が向上する結果となる。以下に実施例を
挙げて説明するが本発明はこれらの実施例に限定
されるものではない。 実施例 １ 材質の異なるSN用プレートれんがに炭化硼素
とアルミニウムを添加した場合の品質を表１に示
す。なお試料の作製にあたつては結合剤としてフ
エノール樹脂を用いて混練し、プレート形状にて
成形した後、コークス中に埋め込んで還元焼成し
た。焼成後はピツチ含浸処理した後、加熱処理に
よつて含浸ピツチの揮発成分を除去した。

【表】 以上のように骨材の材質によらず炭化硼素とア
ルミニウムの使用によつて機械的な強度が発現さ
れる。また本発明品は、従来の強度補強法（試
１）であつた珪素から生成される炭化珪素結合に
比較して大巾に耐食性が改善される。 実施例 ２ 炭化硼素、アルミニウムの使用量及び使用比率
と品質との関係をアルミナ−カーボン材質の場合
について表２に示す。試作条件は実施例１の方法
に準じた。

【表】

【表】 以上のように炭化硼素とアルミニウムの使用量
が増えると強度及び耐食性は向上する傾向にある
が適正量を越えると逆に若干低下する傾向にあ
る。炭化硼素とアルミニウムの使用比率の差異に
よつて特性値に若干の差が生じる。 試２の本発明品を150＄取鍋のSN装置にて実用
試験したところ、試１のような従来品に比較して
摺動面の安定性が優れており耐用性が約20％向上
した。 実施例 ３ 焼成方法の異なる本発明によるアルミナ−カー
ボン材質の品質を表３に示す。なお、焼成条件以
外の試作条件は実施例１の方法に準じた。

【表】

【表】 上記のような焼成方法ではあまり品質的には差
がなくいずれの方法でも良いが、窒化焼成或いは
不活性ガス気流中での焼成は、焼成コストが非常
に高くなり必らずしも好適とは言えない。コーク
ス中における還元雰囲気下での焼成でも十分に所
期の効果が得られ、焼成コストを考慮すればこの
焼成方法が本発明には最も適していると言える。 実施例 ４ 結合剤として合成樹脂を使用した場合と、ピツ
チを使用した場合の品質を表４に示す。ピツチを
使用した場合に加熱下で混練した以外は実施例１
の試作条件に準じた。

【表】

【表】 フエノール樹脂或いはコールタールピツチのい
ずれの結合剤を使用しても良好な品質が得られ
る。 実施例 ５ 焼成後の処理方法が異なるSN用プレートれん
がの品質を試２の材質をベースとして表５に示
す。

【表】 ピツチによる含浸処理回数が増えるに従つて品
質は向上する。使用条件によつて含浸剤及び含浸
回数は任意に選定すればよい。 試13及び試14の酸化減量が増加するのは含浸ピ
ツチの揮発成分或いは固定炭素が含まれるからで
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ (1)一種もしくは二種以上の耐火性原料65〜98
   重量％、(2)200メツシユ以下の炭化硼素粉末0.5〜
   10重量％、(3)アルミニウムとして60重量％以上含
   有する200メツシユ以下のアルミニウム粉末0.5〜
   10重量％、及び(4)固定炭素として80重量％以上含
   有する200メツシユ以下の炭素粉末１〜15重量％
   以上、(1)、(2)、(3)、(4)の合計100重量％の原料配
   合物をタール、ピツチまたは合成樹脂の有機質結
   合剤の中から一種もしくは二種以上を用いて混練
   し、常法により成形した後、非酸化性雰囲気中に
   て焼成することを特徴とする機械的強度に優れ、
   且つ高耐食性のスライデイング・ノズル用プレー
   トれんがの製造方法。