JPH09295857A - アルミニウムオキシカ−バイドを含むカ−ボン含有れんが - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はカ−ボン含有れんがを緻密化して耐
酸化性、耐食性、耐スポ−リング性のいずれも向上させ
ることを目的とする。 【構成】 炭素質材料を３〜40重量％とアルミニウムオ
キシカ−バイドを0.5〜15重量％を含有することを特徴
とするアルミニウムオキシカ−バイドを含むカ−ボン含
有れんがである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は混銑車、溶銑鍋、転
炉、電気炉、溶鋼鍋などの各種溶融金属容器に使用され
る高耐用の緻密質カ−ボン含有れんがに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、高耐用の各種溶融金属容器の内張
りれんがとしてカ−ボン含有れんがが広く使用されるよ
うになってきた。このカ−ボン含有れんがはその構成要
素として炭素質材料を使用するため、空気中の酸素やス
ラグ中の鉄酸化物によりれんがが酸化されることによる
脆弱化と損耗が問題となっている。この問題を解決する
ため種々の方法が広範囲に検討されてきたが、金属アル
ミニウム粉末あるいはアルミニウム・マグネシウム合金
粉末を添加する方法が一般的で広く使用されている（例
えば金属アルミニウム粉末については特公昭60-2269号
公報、アルミニウム・マグネシウム合金粉末については
特開昭57-166362号公報など）。

【０００３】

【本発明が解決しようとする課題】最近になってこれら
溶融金属容器で溶融金属の保持だけではなく、各種処理
を行うようになり、溶融金属温度も高くなり、従来より
一層の耐酸化性、耐食性が望まれるようになっている。
このためれんがをより緻密化して空気やスラグのれんが
内への侵入を防ぐことが考えられる。

【０００４】カ−ボン含有れんがの酸化防止のために添
加される金属アルミニウム粉末などが炭化物、酸化物に
変化する際に空隙を生ずる。従って、この金属粉末の粒
度を細かくすることはれんが組織の緻密化に効果があ
る。しかしながら、金属アルミニウム粉末あるいはアル
ミニウム・マグネシウム合金粉末の粒度を細かくするこ
とは製造時に爆発の危険性が増し、ある一定の粒度以下
の金属粉末は使用出来ないのが現状である。

【０００５】金属アルミニウムの代わりに炭化アルミニ
ウムを使用すれば、後述するように、空隙ができないと
同時にカ−ボンが再生され、カ−ボン含有れんがの添加
物として炭化アルミニウムは非常に好ましい添加物であ
るが、この炭化アルミニウムは非常に吸湿性が強く、れ
んがの添加物としては使用できないのである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは金属粉末に
よるカ−ボン含有れんがの耐酸化性について種々検討し
た結果、上述の課題の解決策として金属粉末や炭化物で
はなくアルミニウムのオキシカ−バイドの形態で添加す
れば、高温下では炭化アルミニウムと同等の効果を生ず
ることを見出し本発明に到達したものである。即ち、本
発明は炭素質材料を３〜40重量％とアルミニウムオキシ
カ−バイドを0.5〜15重量％を含有するアルミニウムオ
キシカ−バイドを含むカ−ボン含有れんがである。

【０００７】金属アルミニウム粒がカ−ボン含有れんが
に添加された場合は、カ−ボンやそれが酸化された一酸
化炭素と接触すると、粒表面から炭化アルミニウムを生
成する。この層は時間の経過と温度の上昇とともに徐々
に厚くなるが、その厚さが約20μmになると成長は極め
て遅くなり、実質的にはこれ以上の厚さにはならない。
従って、粒径40μm以上の金属アルミニウムを使用する
と、表面付近で生成した炭化アルミニウムが保護層とな
って内部にアルミニウムが取り残される。高温になると
内部に取り残されたアルミニウムが溶融、膨脹し炭化ア
ルミニウム層を破壊して、アルミニウムは順次蒸発し
て、その跡は空洞となる。従って、空隙を生成させずに
金属アルミニウムを使用する場合にはその粒度は40μm
以下とする必要がある。しかし、このような細かい粒度
のものは製造の際の安全の点から使用が非常に困難であ
る。

【０００８】金属アルミニウムの代わりに炭化アルミニ
ウムを使用すれば、炭化アルミニウムはカ−ボン含有れ
んが中でカ−ボンの酸化により生じた一酸化炭素と、 ２Ａｌ₃Ｃ₄(s) ＋ ９ＣＯ(g) → ３Ａｌ₂Ｏ₃(s) ＋ 17Ｃ(s) （１） のように反応し、カ−ボンを生成するので、空隙ができ
ないと同時にカ−ボンが再生され、カ−ボン含有れんが
の添加物として炭化アルミニウムは非常に好ましい添加
物である。

【０００９】しかしながら、炭化アルミニウムの合成は
できても、炭化アルミニウムは消化性が大で実炉で安定
に使用することは困難である。一方、アルミニウムオキ
シカ−バイドは炭化アルミニウムと異なり消化性は皆無
であるので、炭化アルミニウムに代えて消化性のないア
ルミニウムオキシカ−バイドの粒度の細かいものを使用
すれば、消化性のない緻密なれんがが安全に製造できる
ことになる。

【００１０】アルミニウムオキシカ−バイドには、Ａｌ
₂ＯＣおよびＡｌ₄Ｏ₄Ｃが知られており、いずれもアル
ミニウムの酸炭化物であり、どちらの化合物も例えば、
金属アルミニウム粉末と黒鉛粉末あるいは無定形炭素粉
末およびアルミナの混合物または成形物をアルゴンある
いは一酸化炭素気流中で1400℃以上に加熱することによ
って製造することができる。

【００１１】アルミニウムオキシカ−バイドはカ−ボン
含有れんが中でカ−ボンの酸化により生じた一酸化炭素
ガスと接触すると次の式のように反応する。 ３Ａｌ₂ＯＣ(s) → ４Ａｌ(g) ＋ Ａｌ₂Ｏ₃(s) ＋ ３Ｃ(s) （２） ３Ａｌ₄Ｏ₄Ｃ(s) → ４Ａｌ(g) ＋ ４Ａｌ₂Ｏ₃(s) ＋ ３Ｃ(s)（３） ２Ａｌ(g)＋ ３ＣＯ(g) → Ａｌ₂Ｏ₃(s) ＋ ３Ｃ(s) （４） まず（２）あるいは（３）の反応にによりＡｌがガスと
なり揮散しアルミナと炭素を残す。次いで（４）の反応
ににより揮散したアルミニウム蒸気が一酸化炭素ガスと
反応してアルミナとなりここでも炭素が生成される。結
局、反応の結果アルミニウムオキシカ−バイドの存在し
ていた部位はすべてアルミナと再生された炭素に置き換
わることになる。つまり、アルミニウムオキシカ−バイ
ドの粒径が大きくとも、金属アルミニウムの場合のよう
に、空洞となることはないのである。

【００１２】加えて、生成したアルミナは耐火材料がマ
グネシアの場合には、それと反応しスピネル化する際の
体積膨脹により、れんがの気孔閉塞と組織の緻密化に寄
与する。このように、アルミニウムオキシカ−バイドを
使用した場合には、金属アルミニウムを使った場合と異
なり、空洞化することもなく、また、途中で炭化アルミ
ニウムを生成しないので、消化によるれんが組織の劣化
を引き起こすこともない。

【００１３】上記のようにアルミニウムオキシカ−バイ
ドの添加は金属粉末の添加の場合と同様に炭素質材料の
酸化を防止する効果を持つと同時に、組織の緻密化によ
りれんがの強度が増し、さらに、れんが内部へのスラグ
浸透を阻止するので耐食性も向上する。また、一般には
組織の緻密化はれんがの耐スポ−リング性には悪影響を
及ぼすものであるが、金属粉末の添加の場合には溶融し
た金属の熱膨脹や炭化物生成の際の体積膨脹によりれん
が内部に応力が蓄積されるが、アルミニウムオキシカ−
バイドでは、熱膨張も小さく応力の蓄積が少ない上に再
生されたカ−ボンの効果で、緻密化しても耐スポ−リン
グ性はかえって向上する。このように本発明のアルミニ
ウムオキシカ−バイドの添加は耐酸化性、耐食性、耐ス
ポ−リング性のいずれにも好結果を及ぼすものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明に使用する炭素質材料は天
然黒鉛、人造黒鉛、電極屑、石油コ−クス、カ−ボンブ
ラックなどが使用できるが、高温における耐食性の点か
ら黒鉛の高純度のものが適する。この炭素質材料の使用
量は３〜40重量部とする。炭素質材料が40重量部を越え
るとれんがの強度が低下し、逆に炭素質材料が３重量部
未満となると耐スポ−リング性、耐食性に劣るようにな
り、いずれも好ましくない。

【００１５】本発明において使用する炭素質材料以外の
耐火材料としては従来から知られている各種耐火材であ
り、例えばＭｇＯ、ＣａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｃｒ₂Ｏ₃、Ｓｉ
Ｏ₂、ＺｒＯ₂などの成分を含有する塩基性、中性、酸性
の酸化物の他に、炭化珪素などの炭化物、窒化珪素、窒
化アルミニウムなどの窒化物、ホウ化ジルコニウム、ホ
ウ化カルシウムなどのホウ化物のうちから選ばれた１種
または２種以上を使用することができる。

【００１６】本発明におけるアルミニウムオキシカ−バ
イドの使用量は0.5〜15重量部とする。この添加量が15
重量部を越えると耐食性が低下するようになり、0.5重
量部未満では添加効果が発揮されずいずれも好ましくな
い。また、使用するアルミニウムオキシカ−バイドは前
述のように粒度が大きくても空隙を生ずることはないの
で粒の荒いものから細かいものまで幅広く使用できる
が、耐食性などの点を考慮すると粒度は細かいほどよ
く、75μm以下、好ましくは40μm以下とするのがよい。

【００１７】本発明のカ−ボン含有れんがの製造方法は
従来のものと同様でよく、適当な結合剤、特にフェノ−
ル樹脂を加え混練、プレス成形する。その後熱処理して
不焼成れんがとするか、還元焼成した焼成れんがとした
ものである。

【００１８】

【実施例】表１に示すような組成マグネシア・カ−ボン
れんが（実施例１〜３、比較例１）およびアルミナ・炭
化珪素・カ−ボンれんが（実施例４、比較例２）の材料
を混練、プレス成形した後300℃で10時間熱処理した。
その物性および各種試験結果も同じく表１に示す。耐酸
化性指数は1400℃10時間空気中で加熱した後の脱炭面積
の逆数を従来の金属を添加した標準品（マグネシア・カ
−ボンれんがにおいては比較例１、アルミナ・炭化珪素
・カ−ボンれんがにおいては比較例２）を100とする指
数で表したものである。耐食性指数はマグネシア・カ−
ボンれんがでは転炉スラグ（C/S=3.4）を用いて1750℃
で、アルミナ・炭化珪素・カ−ボンれんがでは脱珪スラ
グを用いて1450℃で、各々５時間浸食試験後の溶損量の
逆数をマグネシア・カ−ボンれんがにおいては比較例
１、アルミナ・炭化珪素・カ−ボンれんがにおいては比
較例２を100とする指数で表した。耐スポ−リング性指
数は1650℃の溶銑に浸漬する操作を３回繰り返して、前
後の弾性率の比を同様に比較例１および２を100とする
指数で表した。

【００１９】

【表１】

【００２０】表１の結果から明らかなようにマグネシア
・カ−ボン系においては、アルミニウムオキシカ−バイ
ドの添加によって、従来の金属粉末の添加の場合より、
耐酸化性、耐食性、耐スポ−リング性のいずれも向上し
ている（実施例１と比較例１）。アルミニウムオキシカ
−バイドの添加量が多くなる（実施例２）と、耐酸化性
は向上するが逆に耐食性は低下してくる。しかし、金属
粉末添加の場合よりは改善されている。アルミナ・炭化
珪素・カ−ボン系においても同様に耐酸化性、耐食性、
耐スポ−リング性の向上がみられる（実施例４と比較例
２）。

【００２１】

【発明の効果】本発明の炭素質れんがにおいてはアルミ
ニウムオキシカ−バイドの添加によりれんが組織が緻密
化され、炭素質材料の酸化が防止されると同時に、れん
がの熱間強度の増加とれんが内部へのスラグ浸透が防止
され耐食性の向上に寄与している。さらに、組織が緻密
化しているにもかかわらず、耐スポ−リング性にもよい
効果を及ぼしている。

【００２２】

【表１】 注）特性の指数は実施例４は比較例２を対照とし、他は比較例１を対照とする

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高長 茂幸 岡山県備前市香登西433番地の27 (72)発明者 野々部 和男 岡山県備前市浦伊部1099番地の７

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素質材料を３〜40重量％とアルミニウ
   ムオキシカ−バイドを0.5〜15重量％を含有することを
   特徴とするアルミニウムオキシカ−バイドを含むカ−ボ
   ン含有れんが。