JPH11199313A - スライドゲート用プレートとその製造方法 - Google Patents
スライドゲート用プレートとその製造方法Info
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Abstract
く、従来品に比較して、強度、耐熱衝撃性、耐食性がバ
ランス良く向上したスライドゲート用プレート及びその
製造方法を提供する。 【解決手段】 (A)一種もしくは二種以上の耐火性無
機材料から成る耐火物骨材が73重量%以上96重量%
以下、(B)ファイバー状金属アルミニウムが0.1重
量%以上0.5重量%以下、(C)フレーク状の金属ア
ルミニウム粉末が1重量%以下5重量%以上、(D)炭
素質粉末が2重量%以上10重量%以下、(E)金属シ
リコン粉末が、前記ファイバー状金属アルミニウムとフ
レーク状金属アルミニウム粉末の合計重量%に対し0.
2倍乃至2倍の割合、の原料から成る混合物100重量
%に対して、バインダーとして、熱硬化性樹脂を外配で
3重量%以上10重量%以下添加し、混練、成型、焼成
して得られた焼成耐火物より成る。
Description
銑及び溶鋼の流量制御用に使用されるスライドゲート用
プレート及びその製造方法に関し、より詳細には、出発
原料として、耐火物骨材等に、繊維状及び鱗片粉末状の
金属アルミニウムと金属珪素粉を各々特定量比で組合せ
配合した特定組成の配合原料を用い、これを成形、焼成
して得られた、見掛け気孔率が小さく、且つ気孔径分布
が狭く、従来品に比較して、強度、耐熱衝撃性、耐食性
が顕著に向上したスライドゲート用プレート及びその製
造方法に関する。
の流量制御用部材として、取鍋での2次処理及び連続鋳
造が一般化した現在、鉄鋼業では必要不可欠な耐火部材
として広く採用されている。このスライドゲート用プレ
ートは、溶鋼等溶融金属流の制御を司る部分であるため
に、非常に高度な性能を要求され、材質面に於いても種
々の過酷な条件に対応できる優れた諸特性をバランス良
く具備することが必要とされる。即ち、スライドゲート
用プレートは、溶融金属流による急激な熱衝撃と摩擦等
の物理的作用に加えて、溶融金属及び溶融スラグ等によ
る化学的浸食作用(コロ−ジョン)、更には、化学的作
用と物理的作用が複合した電食作用(エロージョン)等
を受けるので、具備すべき特性として、耐熱衝撃性、耐
摩耗性、耐食性、強度特性等に優れていることが挙げら
れ、見掛け気孔率が小さく、気孔径分布の狭い材質から
成る製品であることが要求される。
バランス良く具備させるために、従来より鉄鋼業に於い
ては、材質として耐用性が最も安定しているアルミナ・
(ジルコニア)・カーボン系の耐火物が広く使用されて
いる。アルミナ・(ジルコニア)・カーボン系材から成
るスライドゲート用プレートの製造技術としては、例え
ば、アルミナ質、ジルコニア質、シリカ質、カーボン
質、炭化珪素質などの耐火性無機骨材とピッチ、黒鉛な
どのカーボン原料に、バインダーである熱硬化性樹脂
(一般にフェノール樹脂が多く用いられている)を添加
配合して混練し、これを所定形状に成形して後、非酸化
性雰囲気下に焼成し、焼成後ピッチ或いはタール含浸を
施す方法等が実施されている。
発明も既にいくつか提案されており、例えば、特公昭6
3−11312号公報には、前記耐火性無機骨材、炭素
質粉末等に金属アルミニウム粉と炭化硼素とを添加配合
した処方の原料を用い、これ等を焼成時に耐火物粉末及
び炭素粉末と反応させることにより耐食性、機械的強度
を向上させたスライドゲート用プレートの製造方法が提
案されている。また特公昭63−57380号公報に
は、アルミニウム粉等の低融点金属粉を添加して、その
耐食性等を向上させたスライディングノズル部材が提案
されている。更に、特公平3−3631号公報には、耐
熱衝撃性を向上させるために金属Alファイバーを添加
して焼成し、焼成後ピッチ含浸するスライドゲート用プ
レートの製造法が記載されている。
属Al粉を添加する特公昭63−11312号公報等の
方法では、その成形から焼成の段階で、Alの反応(例
えば、Al+N→AlN等)により体積膨張が起こり、
このため焼成時に亀裂が発生したり、製品の弾性率が上
昇するため耐熱衝撃性が低下するなどの問題があった。
また特公平3−3631号公報の金属Alファイバーを
添加して焼成する方法では、金属Alファイバーを1重
量%以上添加した場合に耐熱衝撃性が向上すると該公報
明細書に記載されているが、実際に1重量%以上配合す
ると、混練時に金属ファイバー同志の絡み合いを生じ、
ファイバーを充分均質に分散できず、また成形時、成形
体の密度が向上せず、製品を充分緻密に保つことが困難
であるという問題点を有していた。更に、焼成後ピッチ
含浸加工を行っても、なお加工後の乾燥工程で製品が消
化して、膨張や表面粉化、極端な場合には崩壊を生ずる
という問題点があった。
ルコニア)・カーボン系スライドゲート用プレートの上
記技術的課題を解決するためになされたものであって、
見掛け気孔率が小さく、且つ気孔径分布が狭く、従来品
に比較して、強度、耐熱衝撃性、耐食性が顕著に向上し
たスライドゲート用プレートを提供すること、及びその
スライドゲート用プレートの製造方法を提供することを
目的とするものである。
一種もしくは二種以上の耐火性無機材料から成る耐火物
骨材が73重量%以上96重量%以下、(B)ファイバ
ー状金属アルミニウムが、0.1重量%以上0.5重量
%以下、(C)フレーク状の金属アルミニウム粉末が、
1重量%以上5重量%以下、(D)炭素質粉末が、2重
量%以上乃至10重量%以下、(E)金属シリコン粉末
が、0.1重量%以上、5重量%以下の原料からからな
る混合物100重量%に対して、バインダーとして、外
配で、熱硬化性樹脂を3重量%以上、10重量%以下添
加し、混練、成型、焼成して得られた焼成耐火物より成
ることを特徴とするスライドゲート用プレートが提供さ
れる。
成る混合物100重量部に対して、熱硬化性樹脂バイン
ダーを外配で3重量%以上、10重量%以下添加した配
合組成物を混練し、成形した後、非酸化性雰囲気下で、
800℃以上1400℃未満の温度で焼成することを特
徴とするスライドゲート用プレートの製造方法が提供さ
れる。
料処方中に、ファイバー状金属アルミニウム(Al)と
フレーク状金属Al粉末のそれぞれ特定量と、これらA
lの合計量に対して特定量比の金属シリコンを組合せで
配合した原料配合物から得られた焼成物より成る点が構
成上の顕著な特徴である。
料に代表される、いわゆる、無発煙性カーボン・ボンド
材質に、鱗片状のフレーク粉乃至球状のアトマイズ粉等
の金属Al粉末を、0.5乃至10重量%の範囲で配合
し、これにバインダーを添加し、混練、成形、焼成等の
所定の処理を施して得られたスライドゲート用プレート
は、既に述べたように公知であり(特公昭63−113
12号)、また上記カーボン・ボンド材質に、ファイバ
ー状金属Alを、1乃至15重量%の範囲で配合し、こ
れに所定の処理を施して得られたスライドゲート用プレ
ートも既に知られている(特公平3−3631号)。
イバー状金属Al(0.1重量%以上0.5重量%以
下)にフレーク状金属Alの特定量(1重量%以上5重
量%以下)を組合せて配合し、これに、両Alの合計量
に対し特定割合の金属Si粉末を添加配合した本発明の
原料配合物は、混練、成形、焼結過程に於いて以下に述
べる特有の協奏的作用効果を奏し、その結果として、見
掛け気孔率が小さく、且つ気孔径分布が狭く、従来品に
比較して、強度、耐熱衝撃性、耐食性がバランス良く且
つ顕著に向上したスライドゲート用プレートを与える。
即ち、ファイバー状金属Alの配合量が少ないため混練
時に於ける絡み合いが少なく、充分に均質分散させるこ
とができ、このため焼成時に於いて、反応性が高いフレ
ーク状の金属Al粉末の反応により生ずる体積膨張を吸
収できる適度の空隙を成形体組織内に均等に形成する。
の配合量(0.1重量%以上0.5重量%以下)に対し
て、フレーク状の金属Al粉末の配合量(1重量%以上
5重量%以下)を少なくとも2倍以上、通常10倍程度
と多くしている。このため、焼成に際しては、フレーク
状Al粉が、下記に述べる理由により優先的に反応して
消費され、該配合されたファイバー状金属Alは焼成後
も少なくともその一部が金属ファイバー状態のまま残存
し、スライドゲート用プレートとして使用される際、そ
の構成材である耐火物を損傷させる有害酸化物、例えば
FeO等の酸化物を、例えば下記に例示した反応により
還元し無害化する作用を有効に奏する。 3FeO+2Al=3Fe+Al2 O3
対して特定量比で配合しているため、この金属シリコン
が、焼成時に、粉末フレーク状金属Al及び特にファイ
バー状金属Alの周囲をSiO2 層で覆い、金属Alを
消化から保護する作用を奏する。なお、上記焼成に際し
て、フレーク状Al粉が、優先的に反応して消費され、
ファイバー状Alが金属のまま成形体中に残存する理由
は、下記の通りと考えられる。即ち、成形体中に存在す
るAlは、その焼成時等、融点(660℃)以上の熱を
受けた際、ブリーズ(コークス微粉末、ピッチ微粉末等
の微粉炭素質物質)中の空隙に存在するCO、CO2 、
O2 、N2 ガス、或いは添加したバインダーなどのカー
ボン源から発生するCO、CO2 、O2 、N2 ガスなど
と主として反応する。この場合に於いて、フレーク状金
属Al粉末は、もともと微粒子であるため粒子表面積/
体積の比が大きい上に、表面から内部中心部までが薄
く、従って、前記CO、CO2 、O2 、N2 ガス等と容
易に反応し、消費されて、焼成後に金属Alを残さな
い。
面から中心部分まで距離があり、また表面積/体積比も
フレーク状Al粉粒子に比べると著しく小さいため、熱
を受けた際、ファイバーの表層部分が先ずCO、CO
2 、O2 、N2 等と反応して酸化膜、炭化膜、窒化膜等
の薄膜層を形成し、その後の中心部分への反応進行をこ
の部分で拡散律速する。従って、ファイバー状金属Al
は、その融点以上の温度で焼成しても、なお焼成後も、
少なくともその中心部は金属状態のまま残るものが多く
存在することとなる。
トは、(A)耐火物骨材、(B)ファイバー状金属アル
ミニウム、(C)フレーク状の金属アルミニウム粉末、
(D)炭素質粉末、(E)金属シリコン粉末から成る原
料配合物にバインダーとして熱硬化性樹脂を配合し、混
練、成型、焼成して得られたものである。本発明に於い
て、耐火物骨材(A)として使用される耐火性無機材料
としては、通常のスライドゲート用プレート用に使用さ
れる材料を使用することができ、特に限定されるもので
はないが、例えば、焼結アルミナ、合成ムライト、アル
ミノシリケート、スピネル等のアルミナ質材料、安定化
ジルコニア、電融ジルコニア等のジルコニア質材料、珪
砂、溶融シリカ、無定型シリカ、シリカアルミナ等のシ
リカ質材料、その他の材料、例えば炭化珪素、シリマナ
イト、マグネシア等、の耐火性無機材料の一種もしくは
二種以上の混合物を使用することができる。これらの内
でも、アルミナ質材料、ジルコニア質材料、シリカ質材
料、特に、アルミナ・ジルコニア系、アルミナ・ジルコ
ニア・シリカ・炭化珪素系混合骨材が好ましく使用でき
る。
ては、通常、Al純度が90%以上、特に95%以上
で、ファイバーの平均径が10μm乃至500μm程
度、アスペクト比10乃至100程度、特に、平均径5
0μm乃至150μm、アスペクト比20乃至50の範
囲にあるものを使用することが混練時の分散性、焼成時
の反応律速性の点から好ましい。なお、ファイバー状金
属アルミニウムとしては、上記90%以上のAl純度が
維持される限り、Alと他の低融点金属との合金例えば
AlとZu、Sn、Mg等との合金を使用して差し支え
ない。
(C)としては、通常、Al純度が95以上、特に98
%以上で、粒度0.1μm以上100μm以下の範囲に
ある鱗片粉末状ものを使用することが好ましい。フレー
ク状の金属アルミニウム粉末(C)として、Alと他の
低融点金属との合金、例えばAlとZu、Sn、Mg等
との合金を使用して差し支えない。
の種の耐火材組成物に配合される炭素質材料を用いて良
く、特に限定されるものではないが、例えば、粒度10
0μm以下の、隣状、土状、キッシュ、熱分解黒鉛等の
黒鉛類、石炭乃至石油系ピッチ粉等のピッチ類、石油乃
至石炭コークス等のコークス類、無煙炭、木炭、カーボ
ン・ブラック等を使用できる。
純度80%以上、特に90%以上で、粒度1μm以上1
00μm以下、特に200μm以下の金属シリコン粉末
を使用する。
本発明に於いては、耐火物骨材(A)が73重量%以上
96重量%以下、ファイバー状金属アルミニウム(B)
が、0.1重量%以上0.5重量%以下、好ましくは、
0.1重量%以上0.2重量%以下、フレーク状の金属
アルミニウム粉末(C)が、1重量%以上5重量%以
下、好ましくは1重量%以上2重量%以下、炭素質粉末
(D)が、2重量%以上10重量%以下、好ましくは2
重量%以上5重量%以下、金属シリコン粉末(E)が、
0.1重量%以上5重量%以下、好ましくは、1重量%
以上3重量%以下で配合する。
アルミニウム(B)の配合量を、0.1乃至0.5重量
%と限定したのは、ファイバー状金属アルミニウムの配
合量が0.1重量%以下の場合、これと組合せで添加さ
れるフレーク状の金属アルミニウム粉末(C)が焼成工
程で反応した際の膨張に対し、これを許容するに充分な
空隙を形成し難いため、焼成段階で成形体に亀裂或いは
爆裂が生じる不都合を招来し好ましくないためである。
合量が0.5重量%を越える場合は、混練時、該ファイ
バーの過度の絡み合いにより、混練後の組成物マトリッ
クスが充分に均質に、且つ緻密に仕上がらず、これを用
いて成形した成形体の嵩密度が向上せず、気孔率が大き
く、気孔径分布の広い多孔質と成ってしまうからであ
り、また水に濡れた場合に消化し易いという不都合を招
来するからである。
(C)の配合を1重量%以上5重量%以下に限定したの
は、該配合量が1重量%以下の場合、焼成後の製品強度
が低いためであり、5重量%を越える場合は、焼成工程
で雰囲気中に存在するCO、CO2 、O2 、N2 ガス等
と反応した際の体積膨張が大きくなり過ぎるため、焼成
段階で成形体に亀裂或いは爆裂が生じ、また硬度が高く
なり過ぎ、これに伴い耐熱衝撃性が著しく低下する不都
合を招来するためである。また、炭素質粉末(D)を、
2重量%以上10重量%以下としたのは、2重量%以下
の場合、耐熱衝撃性が低下し、10重量%以上では耐食
性が低下するためである。更に、金属シリコン粉末
(E)の配合量を、前記ファイバー状金属アルミニウム
とフレーク状金属アルミニウム粉末の合計重量%
((B)+(C))に対し0.2倍乃至2倍の割合(重
量%)と限定したのは、金属シリコンの配合割合がAl
合計量(重量%)に対して2倍を越えると、金属シリコ
ンが多すぎて、製品の耐食性が低下するためであり、又
配合割合が0.2倍未満の場合は、金属シリコンが少な
過ぎるため金属Alの周囲にシリコンO2 被膜層が形成
され難く、耐消化性に問題を生じるためである。
るバインダーとして、熱硬化性樹脂が用いられ、使用さ
れる熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、フラン樹
脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等を例示することが出
来るが、固定炭素量とコストの点からフェノール樹脂の
使用が好ましい。本発明のスライドゲート用プレート
は、見掛け気孔率が小さく、且つ気孔径分布が狭い材質
から構成されている点が特徴で、通常、その気孔率は1
0%乃至15%、平均細孔径は0.5μm以下、3μm
以上の範囲にある。
を製造する方法について述べる。先ず、上記(A)耐火
物骨材、(B)ファイバー状金属アルミニウム、(C)
フレーク状の金属アルミニウム粉末、(D)炭素質粉
末、及び(E)金属シリコン粉末の各所定量を混合し、
この混合物にバインダーとして熱硬化性樹脂を該混合物
100重量部に対し3重量部以上10重量部以下添加
し、常温もしくは加温下に混練する。この混練物を、耐
火煉瓦等の成型用に用いる通常の成形機、例えば、フリ
クションプレス、オイルプレス、ラバープレス等を用い
てプレート形状に成型し、次いで、還元雰囲気下、例え
ば、ブリーズ等炭素中に被焼成物を埋め込んでの還元雰
囲気下、N2ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気
下、で800以上1400℃の未満で焼成する。このよ
うにして得られた焼成成形体を、所望に応じてその表面
にコールタールピッチ、合成樹脂等を含浸させ、その外
周に鉄製の帯状枠をはめ、摺動面に加工を施してスライ
ドゲート用プレートとする。
解ジルコニア系原料、シリカ系原料、炭化珪素、炭素質
原料(ピッチ)、ファイバー状金属アルミニウム、フレ
ーク状金属アルミニウム粉末及び金属シリコン粉末を夫
々表1に示した配合割合で混合し、この100重量部に
対し、熱硬化性樹脂(フェノール樹脂)を夫々表1に示
した量添加して混練した。得られた各混練物を、プレー
ト形状に成形し、実施例1乃至6の成形体試料を、その
各々について複数個作製した。次いで、これ等の成形体
試料を200℃迄昇温し、揮発成分を揮散蒸発させた
後、各成形体をブリーズを充填した還元雰囲気中で12
00℃で焼成した。
形体)の内の各1個に外周に帯状の鉄皮をはめ、摺動さ
せる面に加工を施し、スライドゲート用プレートを得
た。これら、実施例1乃至6の各試料焼成耐火物の見掛
け気孔率(%)、圧縮強さ(MPa)を測定すると共
に、その一部を切り取り、これら各切り取り試料片につ
いて消化加速試験を実施し、試験終了後、その状態を観
察した。なお、上記消化加速試験は、φ40×35mm
の切り取り試料片を20℃の水中で7日間保持後、11
0℃で12時間乾燥し、各試料片の表面組織状態、特に
亀裂の有無を観察した。表1乃至3中において「有」
「無」は亀裂の有無を表し、また「大」は亀裂幅が5m
m以上であることを表し、「小」は亀裂幅が5mm未満
であることを表している。また、前記試料スライドゲー
ト用プレートを、容量200トンの取鍋に装着して実地
試験を行い、耐用回数及び孔径部近傍の損傷(耐食性)
を比較観察した。
圧縮強さ(MPa)の各測定値、消化試験における亀裂
の有無及び上記試料スライドゲート用プレート実地試験
の耐用回数及び孔径部近傍の損傷(目視耐食性)評価結
果を表1に示す。また、実施例1、5の試料についての
気孔径分布(細孔分布)を線図として図2に示した。な
お、実施例5に示した成形体を1400℃で焼成した耐
火物の組織状態を図1に示す。
電解ジルコニア系原料、シリカ系原料、炭化珪素、炭素
質原料(ピッチ)、ファイバー状金属アルミニウム、フ
レーク状金属アルミニウム粉末及び金属シリコン粉末を
夫々表2、3に示した配合割合で混合し、この100重
量部に対し、熱硬化性樹脂(フェノール樹脂)を夫々表
2、3に示した量添加して混練した後、上記実施例と同
様に処理して焼成耐火物及びスライドゲートプレート
(比較例品1乃至6)を得、これらを実施例と同様に評
価した。結果を表2、3に示す。また、比較例3、4の
試料についての気孔径分布(細孔分布)を図2に示し
た。
明のスライドゲート用プレートを形成する焼成耐火物は
圧縮強さ、耐食性、耐熱衝撃性の何れにもバランス良く
優れ、スライドゲート用プレートとして充分な耐用寿命
を有することが判る。これに対し、本発明で規定した構
成以外の比較例1乃至8の焼成耐火物は上記した諸特性
の何れかが劣り、結果として実用上の耐用寿命に劣るこ
とが判る。
上述した通り、その出発原料として、耐火物骨材、炭素
質材料等に、繊維状及び鱗片粉末状の金属アルミニウム
と金属珪素粉を各々特定量比で組合せ配合した特定組成
の配合原料を用い、これに特定量の熱可塑性樹脂バイン
ダーを配合して、混練、成形、焼成して得られたもので
あるため、見掛け気孔率が小さく、且つ気孔径分布が狭
く、従来品に比較して、強度、耐熱衝撃性、耐食性にバ
ランス良く且つ顕著に優れている。
例5に示した成形体を1400℃で焼成した耐火物)の
組織を示す図である。
分布の関係を示した線図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 (A)一種もしくは二種以上の耐火性無
機材料から成る耐火物骨材が73重量%以上、96重量
%以下、(B)ファイバー状金属アルミニウムが0.1
重量%以上、0.5重量%以下、(C)フレーク状の金
属アルミニウム粉末が、1重量%以上、5重量%以下、
(D)炭素質粉末が2重量%以上、10重量%以下、
(E)金属シリコン粉末が0.1重量%以上、5重量%
以下の原料から成る混合物100重量%に対して、 バインダーとして、外配で、熱硬化性樹脂を3重量%以
上、10重量%以下添加し、混練、成型、焼成して得ら
れた焼成耐火物より成ることを特徴とするスライドゲー
ト用プレート。 - 【請求項2】 前記金属シリコン粉末が、前記ファイバ
ー状金属アルミニウムとフレーク状金属アルミニウム粉
末の合計重量%に対し0.2倍以上、2倍以下の割合で
あることを特徴とする請求項1に記載されたスライドゲ
ート用プレート。 - 【請求項3】 前記耐火物骨材が、アルミナ・ジルコニ
ア系耐火物骨材であることを特徴とする請求項1または
請求項2に記載されたスライドゲート用プレート。 - 【請求項4】 前記耐火物骨材が、焼結アルミナ系耐火
物材料60重量%以上75重量%以下、電融ジルコニア
系耐火物材料15重量%以上25重量%以下、シリカ系
耐火物材料0.5重量%以上5重量%以下、及び炭化珪
素0.5重量%以上5重量%以下から成ることを特徴と
する請求項1乃至請求項4のいずれかに記載されたスラ
イドゲート用プレート。 - 【請求項5】 前記ファイバー状金属アルミニウムのフ
ァイバー径が、10μm以上500μm以下、アスペク
ト比が10以上100以下であることを特徴とする請求
項1乃至請求項4のいずれかに記載されたスライドゲー
ト用プレート。 - 【請求項6】 前記フレーク状の金属アルミニウム粉末
の粒度が、0.1μm以上100μm以下であることを
特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載され
たスライドゲート用プレート。 - 【請求項7】 前記熱硬化性樹脂バインダーがフェノー
ル樹脂であることを特徴とする請求項1乃至請求項6の
いずれかに記載されたスライドゲート用プレート。 - 【請求項8】 一種もしくは二種以上の耐火性無機材料
から成る耐火骨材73重量%以上96重量%以下、ファ
イバー状金属アルミニウム0.1重量%以上0.5重量
%以下、フレーク状の金属アルミニウム粉末1重量%以
上5重量%以下、炭素質粉末2重量%以上10重量%以
下、及び金属シリコン粉末を、前記ファイバー状金属ア
ルミニウムとフレーク状金属アルミニウム粉末の合計重
量%に対し0.2倍以上、2倍以下の割合で配合した原
料処方から成る混合物100重量%に、熱硬化性樹脂を
外配で、3重量%以上10重量%以下添加して、混練
し、成形した後、非酸化性雰囲気下で、800℃以上1
400℃未満の温度で焼成することを特徴とするスライ
ドゲート用プレートの製造方法。
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