JPH01301554A

JPH01301554A - 炭素含有耐火物

Info

Publication number: JPH01301554A
Application number: JP63131179A
Authority: JP
Inventors: Hiromasa Ishii; 石井　宏昌; Nobuyuki Unosaki; 鵜崎　暢之; Mari Nagafune; 長舟　万里; Ichiro Tsuchiya; 一郎土屋; Masao Oguchi; 征男小口; Tatsuo Kawakami; 川上　辰男
Original assignee: Kawasaki Refractories Co Ltd
Current assignee: JFE Refractories Corp
Priority date: 1988-05-27
Filing date: 1988-05-27
Publication date: 1989-12-05
Anticipated expiration: 2012-04-23
Also published as: JP2604002B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、炭素含有耐火物に関し、特に、耐酸化性、耐
スポーリング性、耐スラグ性及び熱間強度を高めるよう
にした炭素含有耐火物に関するものである。

〔従来技術とその問題点〕

炭素含有耐火物は、比較的優れた耐スポーリング性及び
耐スラグ性を有することから、近年その使用範囲が急速
に拡大されている。特に、ＭｇＯタリン力−と鱗状黒鉛
を組合わせた不焼成れんがは転炉、二次精錬炉等の製鋼
炉に使用され、飛躍的な炉寿命の延長をもたらしている
。

しかしながら、炭素含有耐火物の結合は、主に炭素結合
に依存しており、酸化性雰囲気下では炭素の酸化消耗に
伴って結合力を喪失するので、耐火物の…比速度が著し
く大きくなるという欠点が指摘されている。

この欠点を改善するために、易酸化性金属粉を添加する
ことが提案されており、易酸化性金属粉としてはアルミ
ニウム、珪素、マグネシウム及びこれらの合金がその例
として挙げられている。

しかし、珪素粉末あるいは珪素合金粉末を添加した場合
には耐酸化性及び熱間強度は高められるが、耐スラグ性
が低下するという問題がある。また、マグネシウム粉末
あるいはマグネシウム合金粉末を添加した場合には耐ス
ラグ性の低下は生じないが、高温下でマグネシウムが揮
発して組織に空隙が生じ、熱間強度が不十分になるとい
う問題がある。従って、これらの易酸化性金属粉の中で
は、１０００℃以上での熱間強度が高められるとともに
、耐蝕性が大幅に高められる等の効果が得られるアルミ
ニウム粉末あるいはアルミニウム合金粉末を使用するこ
とが最適であると考えられている。

しかしながら、アルミニウムあるいはアルミニウム合金
を添加したＭｇ０−Ｃれんがでは、例えば焼成あるいは
実炉使用等によって１０００℃以上に加熱されて膨張し
たれんがが冷却後に空気中の水分によって分解し崩壊す
るという問題や、耐酸化性を高める上で不満が残される
という問題がある。また、アルミニウムあるいはアルミ
ニウム合金を添加した耐火れんがは、１０００°Ｃ以上
の高温での熱膨張率が大きく、精錬炉等の内張りに使用
した場合に熱膨張により互いに圧迫しあって剥落損耗を
生じ易く、炉寿命が著しく短くなるおそれがある。

更に、アルミニウム粉末あるいはアルミニウム合金粉末
は粉塵爆発を起こし易く取扱上の危険が大きいという欠
点も指摘さている。

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであって、
アルミニウム粉末あるいはアルミニウム合金粉末の添加
によって生じる問題点をアルミニウムあるいはアルミニ
ウム合金を粗粒子状にして添加すること及び窒化硼素（
以下、ＢＮという）を添加することによって解消できる
という知見に基づき完成されたものであり、耐酸化性、
耐スポーリング性、耐スラグ性及び熱間強度を高めるよ
うにした炭素含有耐火物を提供することを目的とするも
のである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る炭素含有耐火物は、上記の目的を達成する
ために、炭素質原料１〜９７重量％と、耐火物原料３〜
９９重量％とからなる耐火物配合物１００重量部に、ア
ルミニウムあるいはアルミニウムを２０重量％以上含む
合金のうちから選ばれる１種あるいは２種以上の金属で
、粒径が０゜５〜２０ｓｕｓの粗粒子を１〜３０重量部
と、ＢＮ粉末を０．１〜１０重量部とを添加したことを
特徴としている。

〔作用〕

本発明に使用される耐火物配合物は、炭素質原料と耐火
物原料とで構成され、その中の炭素質原料の配合割合は
１〜９７重量％とすることが好ましい。炭素質原料の配
合割合が１重量％未満では十分な耐スポーリング性が得
られないので好ましくなく、９７重量％を超えると酸化
による組織劣化が著しくなるので好ましくない。

本発明に使用される炭素質原料は特に限定されないが、
鱗状黒鉛、玉状黒鉛、コークス、カーボンブラック、人
造黒鉛、キッシュグラファイト、炭素繊維、仮焼無煙炭
等を使用することができる。

また、本発明に使用される耐火物原料の種類は特に限定
されないが、マグネシア、カルシア、ドロマイト、マグ
ドロ、スピネル、アルミナ、ムライト、シリカ等の酸化
物、炭化珪素、窒化珪素等の非酸化物等を使用すること
が好適である。

耐火物配合物に添加されるアルミニウムあるいはアルミ
ニウムを含む合金のうちから選ばれる１種あるいは２種
以、トの金属の粗粒子（以下、アルミ粗粒子という）は
、基本的には、従来添加されているアルミニウム粉末あ
るいはアルミニウム合金粉末と同様に、炭化アルミニウ
ム（＾１４Ｃ３）及び酸化アルミニウム（＾１２０３）
あるいはＭｇ０−ＣれんかにおけるスピネルＭｇＯ・Ａ
ｌ２Ｏ３の形成による熱間強度の増大、耐蝕性の向上等
の作用を示す。

本発明では、粗粒子状のアルミニウムあるいはアルミニ
ウム合金が添加されるために、アルミニウムがれんが組
織内に偏在し、熱膨張率の異なる部分が組織中に散在す
ることになる。そして、この部分的な熱膨張率差によっ
て微小クランクが生じ、れんが全体としての熱膨張率が
低下され、隣接れんがと互いに圧迫しあう力が減少され
る。従って、例えば内張りれんがとして使用した場合で
も剥落損耗を減少させて、炉寿命が低下することを防止
できる。

本発明において使用されるアルミニウムは必ずしも高純
度のものでなくてもよく、アルミニウムを主成分とする
ものであればよい。しかし、本発明においてアルミニウ
ム合金を使用する場合にはアルミニウム含有量が２０重
量％以上であることが必要であり、残部がマグネシウム
、珪素、カルシウム、硼素、鉄、クローム、ジルコニウ
ム等の各種金属の１種あるいは２種以上を含む合金が使
用できる。アルミニウム含有量が２０重量％未満の合金
ではアルミニウム成分による熱間強度及び耐蝕性を向上
させる効果が不十分になるので好ましくない。

本発明におけるアルミ粗粒子の粒径は０．５〜２０鳳１
であることが好ましく、０．５厘−未満ではアルミニウ
ムを粗粒子として十分に偏在させることができないので
好ましくなく、２０ｍ−を超えると過大粒子による組織
の崩壊が生じ易くなるので好ましくない。粒径の最適範
囲は耐火物成形体の大きさによって異なり、れんがの最
小寸法（例えば、２００■ｍＸ３００龍×８００龍の直
方体れんがでは２００鳳鵬）の１１５０〜１／２０．０
（この例では、１〜４鰭）の粒径のアルミ粗粒子を使用
することが最も好ましい。また、このようなアルミ粗粒
子を使用する限り、このアルミ粗粒子に加えてアルミニ
ウム粉末あるいはアルミニウム合金粉末を使用すること
も可能である。この場合には、アルミニウム粉末あるい
はアルミニウム合金粉末がこれとアルミ粗粒子との総計
の５０重量％以内であることが必要であり、アルミニウ
ム粉末あるいはアルミニウム合金粉末の添加量が５０重
量％を上回ると、アルミ粗粒子を使用する効果が著しく
薄くなるので好ましくな（、また、粉塵爆発が発生する
可能性が高くなるので好ましくない。

上記のような粒径のアルミ粗粒子は空中に浮遊するよう
な微粉を含まず、粉塵爆発を発生し難いので、取扱上の
危険は小さい。

本発明においてアルミ粗粒子の添加量は、耐火物配合物
１００重量部に対して１〜３０重量部とすることが好ま
しい。アルミ粗粒子の添加量が１重量部未満であると十
分に熱間強度を高めることができないので好ましくなく
、また、３０重量部を超えると熱膨張率が過度に大きく
なりれんが組織の崩壊を招くので好ましくない。

耐火物配合物に添加されるＢＮは、耐火物の使用温度で
ある１８００℃程度以下では炭素と共存下で安定であり
、耐火物中では大部分がＢＮとして存在する。ＢＮの一
部分は耐火物中の気孔内に含まれる酸素によって酸化さ
れてＢ２０．となり、耐火物原料の焼結を促進し、緻密
で強固な結合組織を形成する作用を有すると考えられる
。また、ＢＮを添加した炭素含有耐火物を酸化性の強い
雰囲気に曝すと、稼動面近傍のＢＮは酸化されてＢ２Ｏ
３となり、耐火物原料と高粘性の融液を形成して耐火物
表面を被覆し、炭素の酸化を防止することになる。更に
、ＢＮの酸化に伴い生成する窒素がアルミ粗粒子と炭素
との間で生成された炭化アルミニウム（Ａ１４Ｃｉ）と
反応し、窒化アルミニウム（＾ＩＮ）と炭素とを生じる
。窒化アルミニウムは炭化アルミニウムと同様に主に一
酸化炭素により酸イヒされ、酸化アルミニウム（Ａｌ２
Ｏ２）　、あるいは、Ｍｇ０−Ｃれんかにおけるスピネ
ル（ＭｇＯ・Ａ１２０３）となり、熱間強度の増大、耐
蝕性の向上に寄与することになる。ここで、炭化アルミ
ニウムが常温付近で水あるいは空気中の水分によって分
解し、組織の崩壊をもたらすのに対して、窒化アルミニ
ウムは水あるいは空気中の水分との反応性がきわめて小
さいために、このような組織の崩壊をもたらすことはな
い。

また、ＢＮは微粉であっても極めて安定な物質であるた
めに常温において酸化されることがないので、これらを
使用しても粉塵爆発が起こることはない。

更に、本発明において、ＢＮ粉末の添加量は耐火物配合
物１００重量部に対して０．１−１０重量部とすること
が好ましい。ＢＮ粉末の添加量が１重量部未満になると
酸化防止効果が不十分になるので好ましくなく、また、
１０重量部を超えると酸化硼素の生成により耐蝕性が著
しく低下するので好ましくない。

本発明において適量の結合剤を使用することは何等支障
はないが、炭素結合及びアルミニウムとの反応性を考慮
して、ＪＩＳＫ−２４２５の固定炭素測定法に従って測
定した固定炭素が２０重量％以上である結合剤を使用す
ることが好ましい。

このような結合剤としては、例えば、コールタールピン
チ、石油ピッチ、フェノール樹脂、フラン樹脂等が代表
的である。

本発明に係る炭素含有耐火物は、上記の炭素質原料、耐
火物原料、アルミ粗粒子及びＢＮ粉末を前記の結合剤を
用いて、常法に従って混練し、成形した後、成形体を６
００℃以下の温度で乾燥することによって不焼成耐火物
としての炭素含有耐火物が得られ、また、成形体を８０
０〜１５００℃程度の還元雰囲気下で焼成すれば焼成耐
火物としての炭素含有耐火物が得られる。

〔実施例〕

第１表の実ｈ’を例１〜７に示すように、炭素質原料（
鱗状黒鉛）、耐火物原料（マグネシア、スピネル、アル
ミナ）及び結合剤を使用し、アルミ粗粒子及びＢＮ粉末
を添加し、ロールパンによって１時間にわたって混練し
て坏土を得、この坏土を油圧プレスによって１０００　
ｋｇｆ７ｃａｌの圧力で加圧して２３０■■ｘｌ１４ｍ
ｍＸ６５ｍｍの直方体の成形体を成形し、２００℃で２
４時間加熱して乾燥することにより各々成分配合量の異
なる不焼成耐火物を得た。

〔比較例〕実施例と同様にして第１表の比較例１〜６に示すように
、炭素質原料（鱗状黒鉛）、耐火物原料（マグネシア、
スピネル、アルミナ）及び結合剤を使用し、アルミニウ
ム粉末、アルミニウム・マグネシウム合金粉末を添加し
、更に、比較例２と比較例４においてはＢＮ粉末を添加
し、ロールパンによって１時間にわたって混練して坏土
を得、この坏土を油圧プレスによって１０００　ｋｇｆ
／ｃＪの圧力で加圧して２３０５ｍＸ１１４關×６５１
■の直方体の成形体を成形し、２００℃で２４時間加熱
して乾燥することにより各々成分配合量の異なる不焼成
耐火物を得た。

〔物性値の測定〕

上記のようにして得た実施例１〜７及び比較例１〜比較
例６のれんかについて、見掛気孔率、かさ比重、熱間曲
げ強さ、酸化テスト、スラグ侵食指数、及び荷重下線膨
脂率を測定した。これらの物性値の測定結果は第１表に
示す通りである。

なお、第１表において酸化テストは５０Ｘ５０×５０龍
の立方体試料を電気炉中で１時間にわたって１５００℃
に保持した後の脱炭層の厚さを測定したものであり、ス
ラグ侵食指数は１７５０℃の合成スラブ（ＣａＯ／Ｓ　
ｉｏｇ　＝２、Ｔ、Ｆｅ−２０％のもの）に２時間にわ
たって接触させた時に、実施例１あるいは比較例１．２
の侵食量を１００としてそれぞれの侵食量を示したもの
であり、荷重下線膨脂率はＯ，１ｋｇｆ／ｃｄおよび２
０ｋｇｆ　／　ｃｄの荷重下における常温から１４００
℃までの熱膨張率を示すものである。

第１表から明らかなように、アルミニウム粗粒子あるい
はアルミニウム・マグネシウム合金粗粒子とＢＮ粉末を
使用した実施例１〜７は、比較例１．２．５．６に比べ
て熱間強度及び耐蝕性は同程度であるが、荷重上熱膨張
率が減少していることから、内部に微小クランクが形成
され、応ツノ吸収能力が向上していることが分かる。

また、ＢＮを使用していない比較例１．３．５．６の耐
酸化性が著しく劣ることから、各実施例のものは耐酸化
性が著しく高められていることが分かる。

更に、比較例４の熱間強度が著しく低いことから、各実
施例の熱間強度が著しく高められているといえる。

〔実用試験〕

前記の実施例１．２．５のれんがと比較例１〜３のれん
がを９０トン取鍋のスラグライン部に張り分けて使用し
、停炉後の残寸から損耗速度を算出した。その結果を第
２表に示す。

第　　　２　　　表また、実施例１．２．５は脱炭層がなく、かつ、その損
耗は滑らかである。これに対して、比較例１は酸化損耗
と稼動面層２０〜５０龍の剥離が生じ、損耗速度が非常
に大きくなっている。また、比較例２は、酸化損耗は少
ないが、稼動面ｊｉＪ２０〜５０ｍの剥離が生じ、損耗
速度が大きくなっている。更に、比較例３は稼動面層の
剥離はないが、酸化損耗により損耗速度が大きくなった
。加えて、比較例１．３のものでは、実炉使用後の回収
れんがが空気中の水分によって約１週間後に崩壊したの
に対して、ＢＮを添加した１、２．５及び比較例２のも
のでは、回収れんがを１ケ月放置した後でも崩壊しなか
った。

〔発明の効果〕

本発明の炭素含有耐火物によれば、以上に説明したよう
に、アルミニウム成分が添加されているので、熱間強度
が増大されるとともに耐蝕性を高めることができる。ま
た、アルミニウム成分が粗粒子状にして添加されるので
、耐火物全体としての熱膨張率を小さ（することができ
るとともに、応力吸収能力が高められ、例えば、製鋼炉
の内張として使用した時の隣接れんが間の迫り合い応力
が小さくなり、剥離損耗が低減される。更に、ＢＮを添
加することにより、耐酸化性が高められるとともに、高
温下で炭化アルミニウムを窒化アルミニウムに変換して
加熱後あるいは実炉使用後のれんがの崩壊を抑制するこ
とができ、酸化損耗及び中間修理時のれんが崩壊による
炉寿命の低下を防止できる。

・、ｊ、Ｊ、ＩＪ−たｙ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）炭素質原料１〜９７重量％と、耐火物原料３〜９
９重量％とからなる耐火物配合物１００重量部に、アル
ミニウムあるいはアルミニウムを２０重量％以上含む合
金のうちから選ばれる１種あるいは２種以上の金属で、
粒径が０．５〜２０ｍｍの粗粒子を１〜３０重量部と、
窒化硼素粉末を０．１〜１０重量部とを添加したことを
特徴とする炭素含有耐火物。