JPH08333183A - アルミナ質耐火物の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱間強度が高く、しかも耐スポ−リング性に
優れたアルミナ質耐火物を製造する方法を提供するこ
と。 【構成】 アルミナ系原料を用いて混練・成形した後焼
成し、ガラス含有量が３％以下で、開口気孔のうち気孔
径が70μｍ以上を15％以上有する母材を作製し、この母
材にアルミニウムを反応浸透させてアルミナ質耐火物を
製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミナ質耐火物の製
造方法に関し、特に耐火物母材にアルミニウムを反応浸
透させることにより、優れた耐スポ−リング性及び熱間
強度を兼ね備えたアルミナ質耐火物の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】熱間強度の大きな耐火物を製造する方法
として、耐火物の緻密化や結合強度の向上を意図した方
法が従来より行われている。その具体的な方法として
は、 (1) 超微粉原料を使用したり、高温で液相を生成する物
質を含まない高純度な原料を使用する方法 (2) 成形圧や焼成温度を高くしたり、成形にラバ−プレ
ス(CIP)を用いる方法 (3) HIPを用いて加圧焼成する方法 (4) 焼結促進剤を添加する方法 (5) セラミックスプレフォ−ム又は充填材の気孔に金属
を酸化させながら充填する方法(特公平3-75508号公報、
特開昭63-30376号公報、特開昭63-170256号公報参照) (6) ムライト含有セラミックス中に、アルミニウムを酸
化させながら反応浸透させる方法(特開平6-135766号公
報) が知られている。

【０００３】上記従来法のうち、(1)〜(4)の方法は、本
発明とは異なる方法であるが、(5),(6)の方法は、本発
明の先行技術に相当する。そこで、この(5),(6)の方法
について更に説明すると、これらの技術は、耐火物母
材、セラミックスプレフォ−ム及び充填材等に金属を反
応浸透させ、高強度化する方法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記(5),(6)の方法に
おいて、原料にウィスカ−や繊維を混合して製造した耐
火物母材、セラミックスプレフォ−ム及び充填材等に金
属を反応浸透させると、反応浸透物の耐スポ−リング性
の向上も期待できる。

【０００５】しかしながら、耐スポ−リング性の向上を
意図して、ウィスカ−や繊維を用いた場合、原料が高価
であるばかりでなく、ウィスカ−や繊維の分散が困難で
あるため、不均質なものと成り易い欠点を有している。

【０００６】ところで、耐火物母材、セラミックスプレ
フォ−ム及び充填材等の特性は、反応浸透性や反応浸透
物の特性に対して大きな影響を与えるものであるが、過
去の文献において、それらの関係について詳細に説明し
たものは皆無である。そして、従来の技術では、この反
応浸透性や反応浸透物の特性を制御することは非常に困
難であった。

【０００７】そこで、本発明者等は、耐火物母材の特性
とアルミニウムを反応浸透させた反応浸透物の特性との
関係について鋭意研究を重ねた結果、高い熱間強度で、
しかも耐スポ−リング性に優れた耐火物(反応浸透物)を
製造するための反応浸透用母材の特性を解明し、本発明
を完成したものである。

【０００８】即ち、本発明は、前記従来の欠点、問題点
を解消し、そして、高い熱間強度及び優れた耐スポ−リ
ング性を有するアルミナ質耐火物の製造方法を提供する
ことを目的とするものであり、また、特に熱間強度、耐
スポ−リング性、耐摩耗性などが要求される部材等の用
途に好適なアルミナ質耐火物を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成する手段として、特に反応浸透用耐火物母材として ・ガラス含有量が３％以下の母材、 ・開口気孔のうち気孔径が70μｍ以上を15％以上有する
母材、を用いることを特徴とするものである。

【００１０】即ち、本発明は、「アルミナ系原料を用い
て混練・成形した後焼成し、ガラス含有量が３％以下
で、開口気孔のうち気孔径が70μｍ以上を15％以上有す
る母材を作製し、該母材にアルミニウムを反応浸透させ
ることを特徴とするアルミナ質耐火物の製造方法。」
(請求項1)、を要旨とする。

【００１１】以下、本発明について詳細に説明すると、
本発明で用いる原料としては、その種類について特に限
定するものではなく、例えば、ばん土けつ岩，シリマナ
イト，ボ−キサイト，合成ムライト，電融アルミナ，焼
結アルミナ，仮焼アルミナ等の各種のアルミナ系原料を
使用することができる。また、その他気孔形成剤や混合
成分として各種の酸化物，炭化物，窒化物等を使用する
ことができ、これも本発明に包含されるものである。

【００１２】本発明は、上記したようなアルミナ系原料
(又は該原料に上記したような混合成分を配合したもの)
を焼成して耐火物母材を作製するが、この母材中のガラ
ス含有量を３％以下にすることを特徴とする。このた
め、本発明で使用する原料(上記混合成分を含む)として
は、シリカ量が５％以下のものを用いるのが好ましい。

【００１３】本発明では、上記したように、耐火物母材
中のガラス量の割合を３％以下にすることを特徴とする
が、その理由について、図１に基づいて説明する。な
お、図１は、反応浸透物の熱間曲げ強度に及ぼす母材中
のガラス量の影響を示したグラフである。即ち、電融ア
ルミナ原料にカオリンをそれぞれ2％,4％,6％,8％,10％
混合し(この場合の母材中のガラス量は、図１に示すよ
うに、それぞれ0.8％,1.7％,2.6％,3.5％,4.3％とな
る)、後述する実施例１と同様な条件で母材を作製し
た。そして、該母材に実施例１と同条件でアルミニウム
を反応浸透させて製造した反応浸透物の“1400℃,N₂雰
囲気における熱間曲げ強度”を測定した。この場合の反
応浸透物の熱間曲げ強度に及ぼす母材中のガラス量の影
響を示したグラフである。

【００１４】図１から明らかなように、母材中のガラス
量が３％を超えると、反応浸透物の熱間曲げ強度が低下
する。このため、本発明では、母材中のガラス量を３％
以下にする必要がある。母材中のガラス量が増加すると
(特に３％を超えると)、反応浸透物の熱間曲げ強度が低
下する理由は、熱間でガラス相が軟化・溶融し“粒界す
べり効果”が起こり、亀裂や空孔を生成したり進展させ
たりすることによると考えられるが、詳細は明らかでは
ない。

【００１５】本発明において、母材製造のための成形方
法については、特に限定されるものではなく、例えば、
金型プレス成形，ラバ−プレス(等方静水圧プレス)，押
出し成形，鋳込み成形，スリップキャスト，射出成形な
どの成形法を任意に用いることができる。母材の焼成条
件については、焼成温度や焼成時間についても特に限定
されるものではないが、本発明では、通常「800〜1800
℃で１時間〜数時間」焼成し、そして、母材中のガラス
量が３％以下で、しかも、後記するように、開口気孔の
うち気孔径が70μｍ以上を15％以上有したものになるよ
うに調整することが必要である。

【００１６】上記したように、本発明では、母材中のガ
ラス量は“原料の面から”及び“焼成条件の面から”の
両面の組合わせにより調製し、３％以下にする必要があ
るが、本発明では、さらに、母材の開口気孔のうち「気
孔径が70μｍ以上を15％以上有する」ものでなければな
らず、この点も本発明の特徴とするものである。以下、
この点について詳記する。

【００１７】本発明者等は、「母材の開口気孔の気孔
径」と「該母材にアルミニウムを反応浸透させた反応浸
透物の耐スポ−リング性」との関係について研究を重ね
た結果、反応浸透物の耐スポ−リング性は“気孔径70μ
ｍ以上の含有割合”と最も良く相関関係を示すことを見
い出した。「母材の開口気孔のうち気孔径70μｍ以上の
割合」と「反応浸透物の耐スポ−リング性」との関係に
ついて、図２に基づいて説明する。

【００１８】図２は、母材の開口気孔のうち気孔径70μ
ｍ以上の割合と反応浸透物のサイクル数(割れに至るま
での回数であって、これは“耐スポ−リング性の指標”
を表わす)との関係を示す図である。即ち、焼結アルミ
ナ原料にボ−ルクレ−を３％配合し、粒度の異なる６種
類の配合物とし、これらの配合物を60MPaの圧力で幅100
mm、厚み45mm、長さ160mmの形状に成形した後、1760℃
で3時間焼成して母材を得た。該母材に後述する実施例
１と同様な方法でアルミニウムを反応浸透させ、その
後、浸透部分を一辺36mmの立方体形状に加工し、『1000
℃／15分−水冷／3分−空冷／12分』の繰り返しによる
スポ−リング試験を実施し、割れに至るまでの回数(サ
イクル数)を測定した。図２は、この場合の耐スポ−リ
ング性の指標となる「サイクル数」と「母材の開口気孔
のうち気孔径が70μｍ以上の割合」との関係を示した図
である。

【００１９】図２から明らかなように、母材の開口気孔
のうち気孔径が70μｍ以上を15％以上含有したものを母
材に用いた反応浸透物は、耐スポ−リング性に優れるこ
とが認められた。なお、本発明において、「母材の開口
気孔のうち気孔径が70μｍ以上の割合」を“15％以上”
とし、その上限について特に限定するものではないが、
通常“70％以下”が好ましい。その理由は、母材の開口
気孔のうち気孔径が70μｍ以上の割合を70％以上にする
ことは、容易ではなく、また、効果の向上も格別認めら
れないからである。

【００２０】

【実施例】次に、本発明の実施例を比較例と共に挙げ、
本発明をより詳細に説明するが、本発明は、以下の実施
例にのみ限定されるものではない。

【００２１】ここで、以下の実施例１〜６及び比較例１
〜３で使用した母材製造用配合物の粒度について、まと
めて表１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】（実施例１）焼結アルミナにボ−ルクレ−
を１％混合し、上記表１の粒度配合に示す粒度に調製
し、60MPaの圧力で幅85mm，厚み45mm，長さ110mmの形状
に成形し、この成形体を1760℃で3時間焼成して母材と
した。この母材中のガラス量は0.4％であり、開口気孔
のうち気孔径が70μｍ以上の割合は、22.5％であった。

【００２４】この母材上面に100MPaの圧力で幅85mm，厚
み20mm，長さ110mmの形状に成形したアルミニウム成形
体を載せ、酸素雰囲気中、1150℃、3時間保持の条件で
反応浸透させた。冷却後、反応浸透部分を切り出し、窒
素雰囲気中1400℃で熱間曲げ強度を測定した。また、浸
透部分を一辺36mmの立方体形状に加工し、『1000℃／15
分−水冷／3分−空冷／12分』の繰り返しによるスポ−
リング試験を実施した。

【００２５】その結果、反応浸透物の熱間曲げ強度は4
5.7MPaであった。なお、この値は、耐火物の中では非常
に大きな値である。一方、耐スポ−リング性の指標とな
るスポ−リングに至るまでのサイクル数は17回であり、
耐スポ−リング性にも優れていることが判明した。

【００２６】（実施例２）焼結アルミナ80％、仮焼アル
ミナ20％を混合し、表１の粒度配合に示す粒度とした
配合物を作製し、100MPaの圧力で幅85mm，厚み45mm，長
さ110mmの形状に成形した後、1650℃で3時間焼成して母
材とした。この母材のガラス量は0.01％と極微量であ
り、開口気孔のうち気孔径が70μｍ以上の割合は18.5％
であった。

【００２７】該母材上面に母材重量に対し0.5％のパイ
レックスガラス粉末を塗布し、さらにその上部に100MPa
の圧力で幅85mm，厚み20mm，長さ110mmの形状に成形し
たアルミニウム成形体を載せ、実施例１と同条件で反応
浸透させた。その後、反応浸透部分について、実施例１
と同様な方法で熱間曲げ強度及び耐スポ−リング性の指
標となるサイクル数を測定した。その結果、反応浸透物
の熱間曲げ強度は46.5MPa、サイクル数は15回であっ
た。

【００２８】（実施例３）電融アルミナ96％、クロミア
3％、カオリン1％を混合し、表１の粒度配合に示す粒
度に調製した。これを100MPaの圧力で幅100mm，厚み45m
m，長さ160mmの形状に成形した後、1760℃で3時間焼成
して耐火物母材とした。この母材のガラス量は0.4％で
あり、開口気孔のうち気孔径が70μｍ以上の割合は42.3
％であった。

【００２９】該母材上面に、100MPaの圧力で幅100mm，
厚み20mm，長さ160mmの形状に成形したアルミニウム成
形体を載せ、実施例１と同条件でアルミニウムを反応浸
透させ、そして、実施例１と同様な方法で熱間曲げ強度
及び耐スポ−リング性の指標となるサイクル数を測定し
た。その結果、反応浸透物の熱間曲げ強度は41.2MPa、
サイクル数は23回であった。

【００３０】（実施例４）焼結アルミナ60％、白ボ−キ
サイド36％、ボ−ルクレ−4％を混合し、表１の粒度配
合に示す粒度に調製し、100MPaの圧力で幅85mm、厚み
45mm、長さ110mmの形状に成形した後、1500℃で3時間焼
成して耐火物母材とした。この母材中のガラス量は2.6
％であり、開口気孔のうち気孔径が70μｍ以上の割合は
27.2％であった。

【００３１】該母材上面に、100MPaの圧力で幅85mm，厚
み20mm，長さ110mmの形状に成形したアルミニウム成形
体を載せ、実施例１と同条件でアルミニウムを反応浸透
させ、そして、実施例１と同様な方法で熱間曲げ強度及
び耐スポ−リング性の指標となるサイクル数を測定し
た。その結果、反応浸透物の熱間曲げ強度は40.5MPa、
サイクル数は18回であった。

【００３２】（実施例５）電融アルミナ87％、炭化珪素
10％、パイレックス3％を混合し、表１の粒度配合に
示す粒度に調製し、60MPaの圧力で幅85mm，厚み45mm，
長さ110mmの形状に成形した後、1600℃で3時間焼成して
耐火物母材とした。この母材中のガラス量は1.3％であ
り、開口気孔のうち気孔径が70μｍ以上の割合は24.4％
であった。

【００３３】該母材上面に、100MPaの圧力で幅85mm，厚
み20mm，長さ110mmの形状に成形したアルミニウム成形
体を載せ、実施例１と同条件でアルミニウムを反応浸透
させ、そして、実施例１と同様な方法で熱間曲げ強度及
び耐スポ−リング性の指標となるサイクル数を測定し
た。その結果、反応浸透物の熱間曲げ強度は42.6MPa、
サイクル数は16回であった。また、反応浸透品の生成相
は、アルミナ，炭化珪素，アルミニウム，シリコンから
成っていた。

【００３４】（実施例６）焼結アルミナ90％、窒化珪素
7％、ボ−ルクレ−1％、気孔形成剤2％を混合し、表１
の粒度配合に示す粒度配合に調製し、60MPaの圧力で
幅85mm，厚み45mm，長さ110mmの形状に成形した後、176
0℃で3時間焼成して耐火物母材とした。この母材中のガ
ラス量は0.5％であり、開口気孔のうち気孔径が70μｍ
以上の割合は65.4％であった。

【００３５】該母材上面に、100MPaの圧力で幅85mm，厚
み20mm，長さ110mmの形状に成形したアルミニウム成形
体を載せ、実施例１と同条件でアルミニウムを反応浸透
させ、そして、実施例１と同様な方法で熱間曲げ強度及
び耐スポ−リング性の指標となるサイクル数を測定し
た。その結果、反応浸透物の熱間曲げ強度は39.2MPa、
サイクル数は22回であった。

【００３６】（比較例１）焼結アルミナ92％、カオリン
8％を混合し、表１の粒度配合に示す粒度に調製し、6
0MPaの圧力で幅100mm，厚み45mm，長さ160mmの形状に成
形した後、1500℃で3時間焼成したものを母材とした。
この母材中のガラス量は3.5％であり、開口気孔のうち
気孔径が70μｍ以上の割合は23.8％であった。

【００３７】該母材上面に、幅100mm，厚み20mm，長さ1
60mmの形状に成形したアルミニウム成形体を載せ、実施
例１と同条件でアルミニウムを反応浸透させた。その
後、反応浸透部分について、実施例１と同様な方法で熱
間曲げ強度及び耐スポ−リング性の指標となるサイクル
数を測定した。その結果、反応浸透物の熱間曲げ強度は
25.3MPa、サイクル数は16回であった。

【００３８】この比較例１では、前記実施例１〜６と比
較して、熱間曲げ強度が小さいものであった。これは、
該比較例１では、本発明で規定する母材中のガラス含有
量の範囲(3％以下)を超えた“3.5％”のものであり、こ
のように母材中のガラス含有量が多いことが原因である
と考えられる。

【００３９】（比較例２）焼結アルミナ59％、電融アル
ミナ40％、ボ−ルクレ−1％を混合し、表１の粒度配合
に示す粒度に調製し、60MPaの圧力で幅85mm，厚み45m
m，長さ110mmの形状に成形した後、1760℃で3時間焼成
して耐火物母材とした。該母材中のガラス量は0.4％で
あり、開口気孔のうち気孔径が70μｍ以上の割合は12.1
％であった。

【００４０】該母材上面に、100MPaの圧力で幅85mm，厚
み20mm，長さ110mmの形状に成形したアルミニウムを載
せ、実施例１と同条件でアルミニウムを反応浸透させ
た。その後、反応浸透部分について、実施例１と同様な
方法で熱間曲げ強度及び耐スポ−リング性の指標となる
サイクル数を測定した。その結果、反応浸透物の熱間曲
げ強度は44.6MPa、サイクル数は8回であった。

【００４１】この比較例２では、前記実施例１〜６と比
較してサイクル数が少なく、つまり耐スポ−リング性に
劣る結果となった。これは、該比較例２では、本発明で
規定する母材中の「開口気孔のうち気孔径が70μｍ以上
の割合＝15％以上」の範囲外の“12.1％”であり、この
ように母材の開口気孔のうち70μｍ以上の割合が少なか
ったことが原因と考えられる。

【００４２】（比較例３）焼結アルミナ原料65％、仮焼
アルミナ25％、ボ−ルクレ−10％を混合し、表１の粒度
配合に示す粒度に調製し、60MPaの圧力で幅85mm，厚
み45mm，長さ110mmの形状に成形し、1600℃で3時間焼成
したものを母材とした。該母材のガラス量は3.9％であ
り、開口気孔のうち気孔径が70μｍ以上の割合は8.0％
であった。

【００４３】該母材上面に、100MPaの圧力で幅85mm，厚
み20mm，長さ110mmの形状に成形したアルミニウムを載
せ、実施例１と同条件でアルミニウムを反応浸透させ
た。その後、反応浸透部分について、実施例１と同様な
方法で熱間曲げ強度及び耐スポ−リング性の指標となる
サイクル数を測定した。その結果、反応浸透物の熱間曲
げ強度は21.7MPaであり、サイクル数は6回であった。

【００４４】この比較例３では、前記実施例１〜６と比
較して、熱間曲げ強度が小さく、しかも耐スポ−リング
性の指標となるサイクル数も少なかった。これは、該比
較例３では、本発明で規定する「母材中のガラス量の範
囲(3％以下)」を超えた“3.9％”で、かつ、本発明で規
定する母材中の「開口気孔のうち気孔径が70μｍ以上の
割合＝15％以上」の範囲外の“8.0％”であり、このよ
うに『母材中のガラス含有量が多かったこと』及び『母
材の開口気孔のうち70μｍ以上の割合が少なかったこ
と』が原因と考えられる。

【００４５】ここで、前記実施例１〜６及び比較例１〜
３で使用した母材、反応浸透品の熱間曲げ強度(MPa)、
耐スポ−リング性の指標となるサイクル数(回)をまとめ
て表２、表３に示す。

【００４６】

【表２】

【００４７】

【表３】

【００４８】

【発明の効果】本発明は、以上詳細したとおり、アルミ
ナ系原料を用いて混練・成形した後焼成し、「ガラス含
有量が３％以下」「開口気孔のうち気孔径が70μｍ以上
を15％以上」有する母材を作製し、該母材にアルミニウ
ムを反応浸透させることを特徴とするものであり、これ
により、熱間強度が大きく、しかも耐スポ−リング性に
優れたアルミナ質耐火物が得られる効果が生じる。

【００４９】そして、本発明の方法により得られたアル
ミナ質耐火物は、優れた組織、強度、耐スポ−リング
性、耐摩耗性等が要求される部位、例えば、スライドプ
レ−ト、出銑口スリ−ブ等に好適な耐火物である。

【図面の簡単な説明】

【図１】母材中のガラス量と反応浸透物の熱間曲げ強度
(窒素雰囲気で1400℃)との関係を示す図。

【図２】母材の開口気孔のうち気孔径70μｍ以上の割合
と反応浸透物のサイクル数(割れに至るまでの回数、耐
スポ−リング性の指標)との関係を示す図。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミナ系原料を用いて混練・成形した
   後焼成し、ガラス含有量が３％以下で、開口気孔のうち
   気孔径が70μｍ以上を15％以上有する母材を作製し、該
   母材にアルミニウムを反応浸透させることを特徴とする
   アルミナ質耐火物の製造方法。
2. 【請求項２】 前記アルミナ系原料が、ばん土けつ岩，
   シリマナイト，ボ−キサイト，合成ムライト，電融アル
   ミナ，焼結アルミナ，仮焼アルミナ等の各種のアルミナ
   系原料、又は、該アルミナ系原料に他の成分(各種の酸
   化物，炭化物，窒化物等)及び気孔形成剤を配合したも
   のであることを特徴とする請求項１に記載のアルミナ質
   耐火物の製造方法。
3. 【請求項３】 前記母材中のガラス含有量を３％以下に
   する手段として、アルミナ系原料のシリカ量及び焼成条
   件の組合わせにより調製することを特徴とする請求項１
   に記載のアルミナ質耐火物の製造方法。