JP2000290080A - スライディングノズル用プレート耐火物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １０００°Ｃ以下での強度及び耐食性に優れ
た、不焼成れんがの生成。 【解決手段】 不焼成れんがの主成分であるアルミナや
炭素粉末と金属シリコン粉末などを含む耐火材料に、窒
化アルミニウムあるいは酸窒化アルミニウムのいずれか
一方、もしくは両方を添加した後、熱硬化性樹脂および
硼素化合物を添加する。この方法により、１０００°Ｃ
以下の中間温度域での強度、耐食性に優れ、且つ安価な
不焼成れんがを生成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、製鋼工場での取鍋やタ
ンディッシュなどに装着されるスライディングノズルプ
レートのプレートれんが（以下、ＳＮプレートとい
う）、特に耐食性に優れた不焼成れんがに関するもので
ある。

【０００２】

【従来技術】ＳＮプレートれんがは孔を備えた２枚のプ
レート耐火物の一方を固定し、他方を摺動させ、プレー
トれんがの開閉操作によって溶鋼流の流出と停止を行う
ものであり、このＳＮプレートれんが材質として主にア
ルミナ−カーボン質が使用されている。

【０００３】ＳＮプレートれんがの損傷形態としては、
溶鋼流による磨耗、急激な熱衝激による割れ、摺動面で
の磨耗損耗あるいはカーボンの酸化によるれんが組織劣
化に起因する面荒れ、溶鋼またはスラグによる化学的浸
食などがある。従って、ＳＮプレートれんがの具備すべ
き特性として耐磨耗性、耐熱スポール性耐食性等に優れ
ることが挙げられるが、従来のＳＮプレートれんがは使
用条件に応じて各具備特性の配分を調整することで、寿
命延長などの高耐用化を図ってきた。

【０００４】また、諸特性のうち特に耐熱スポール性の
より一層の向上とれんがの製造工程の合理化、製造コス
トの低減を目的として従来から使用されてきた焼成ＳＮ
プレートに加えていわゆる焼成を行わない不焼成ＳＮプ
レートも使用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】不焼成ＳＮプレートは
高温で焼成していないために１０００℃以下での強度が
低く、これに起因する組織剥離や、高温での使用環境と
溶鋼中の酸素および面間から流入する空気によりれんが
中のカーボンが酸化され、組織が脆弱化することによる
面荒れが著しく、焼成ＳＮプレートに比べて耐用性に劣
るといった問題点があった。よって不焼成ＳＮプレート
の高耐用化を図るには、１０００℃以下の中間温度域で
の強度劣化防止と耐酸化性の向上が有効な手段と考えら
れる。

【０００６】この問題点に対しては、例えば、特公昭６
３−５７３８０に開示された改善技術も提案されてい
る。この技術は、融点１０００℃以下の金属粉末を添加
することで、強度を向上させると共に酸化防止効果を図
ったものである。

【０００７】しかしながら、上記従来技術は低融点金属
を使用しているため、その金属添加量を増やしていく
と、材料自体の線膨張率が大きくなる。その結果、ＳＮ
プレートのような厚さ３〜４mmのフープ（使用時の割れ
防止を目的とする鉄製の鉢巻き）で拘束される形態で使
用される場合、反りが生じやすく、特に２層、３層でＳ
Ｎプレートを使用する際には、プレート間に隙間がで
き、漏鋼の原因となる。またこの技術の場合、低融点金
属として金属アルミニウムを使用しているが、これで
は、ＳＮプレートの使用時にれんが組織内では、 4Al＋
3C→Al₄C₃ などの反応が生じるため、膨張率の大きいAl
₄C₃ が加熱、冷却の繰り返しの中で組織内の亀裂を助長
させる問題点もあった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために以下の手段を採用している。

【０００９】ＳＮプレートの主成分であるアルミナや炭
素粉末と金属シリコン粉末などを含む耐火材料に窒化ア
ルミニウムあるいは酸窒化アルミニウムのいずれか一
方、もしくは両方を添加した後、さらに珪素樹脂などの
熱硬化性樹脂および炭化硼素などの硼素化合物を添加す
ることで、耐食性に優れ、かつ１０００℃以下の強度が
向上すると共に耐酸化・磨耗性に優れた不焼成ＳＮプレ
ートれんがを得る。

【００１０】先ずアルミナを主成分とする耐火性骨材と
炭素粉末および金属シリコン粉末を含む耐火材料８５〜
９９．５重量部に対し、窒化アルミニウム粉末あるいは
酸窒化アルミニウム粉末のいずれか一方、もしくは両方
を０．５〜１５重量部添加する。窒化アルミニウム粉末
あるいは酸窒化アルミニウム粉末を用いる理由はこれら
の材料が溶融金属に対して非常に優れた耐食性を有し、
れんがの耐食性を向上させるからであるが、添加量が
０．５重量部未満では添加の効果が十分でなく、これに
対して１５重量部を越えると耐食性がより一層向上する
半面、耐酸化性の劣化および原料費の高騰につながり好
ましくない。また添加する該粉末の粒度は５００μｍ以
下がれんが組織内での均一分散の面で好適である。

【００１１】なお、以上の成分からなるアルミナ−カー
ボン質れんがは、８００℃以上の高温で焼成すると、カ
ーボンとシリコンの反応による炭化珪素が生成され、こ
れによりカーボンの酸化が抑制できるようになる。また
同時にカーボンボンドが形成され、１０００℃以下の強
度発現が可能になる。

【００１２】しかし不焼成れんがでは、使用時の昇温過
程において上記の反応が十分に進行しないため、耐酸化
性に劣り、１０００℃以下での強度が上がらず、しかも
耐熱スポール性に対する抵抗性も脆弱なものになること
が知られている。

【００１３】次に本発明では、上記耐火材料１００重量
部に対して、液状のフェノール樹脂、珪素樹脂、フラン
樹脂、エポキシ樹脂など熱硬化性樹脂をバインダーとし
て外掛けで１〜１０重量部添加することで、１０００℃
以下での強度および高温酸化を抑制する。ここでバイン
ダーとして添加する上記熱硬化性樹脂が１重量部未満だ
と十分な強度が発現せず、一方、１０重量部を越えると
れんがの乾燥工程で揮発する樹脂用材成分が増加するた
めに、成形体にひびや割れが生じる原因となるばかりで
なく、使用時の熱により樹脂が分解揮発して気孔が増加
し、強度低下や耐食性低下の原因になる。

【００１４】しかし、上述の熱硬化性樹脂の添加のみで
は、耐酸化・磨耗性の向上までは観られない。そこで本
発明では、さらに上記耐火材料１００重量部に対して、
炭化硼素(B₄C) 、硼化ジルコニウム(ZrB₂)、硼化チタニ
ウム(TiB₂)、硼化アルミニウム(AlB₂,AlB₁₂)などの硼素
化合物０．３〜５重量部を外掛けで添加することで、耐
酸化・磨耗性や耐食性について優れた特性を示すれんが
を生成する。

【００１５】ここで硼素化合物の作用は、４００℃以上
で酸素と反応するとガラス質皮膜を形成し、この皮膜に
よりカーボンの酸化を抑制する効果が得られ、それによ
って従来の問題点として挙げた１０００℃以下の中間温
度域での強度劣化が解消できる。ここで硼素化合物が耐
火材料１００重量部に対して０．３重量部未満では十分
な耐酸化効果が得られない。一方、５重量部を越えると
ガラス質皮膜の生成が多くなり、熱間強度や耐食性が悪
化する。

【００１６】なお、本発明で使用する硼素化合物の粉末
の粒度は２００μｍ以下のものが好ましい。これは、２
００μｍを越えると混練性が悪くなり、れんが中での均
一性に欠け耐酸化性が低下するためである。

【００１７】本発明によるれんがは、所定の割合で配合
した原料を、混練、形成、乾燥することで、用途に応じ
た形状のＳＮプレートれんがとする。乾燥はバインダー
として添加する熱硬化性樹脂中の溶剤成分を揮発、硬化
させる目的で行われる。その乾燥温度は２００〜８００
℃の範囲であるが、３００〜６００℃の範囲内がより好
ましい。

【００１８】以上のような工程で、従来から不焼成ＳＮ
プレートの弱点とされてきた１０００℃以下での強度劣
化について、低融点金属を添加することなく回避でき
る。さらに該工程で新たに生成するZrO₂、TiO₂、Al₂O₃
は高融点化合物であり、組織内に存在する空隙を埋め、
組織の緻密化に寄与する。

【００１９】

【実施例】 耐火性骨材としてアルミナ、アルミナ−
ジルコニア、カーボンブラック粉末、金属シリコン粉
末、窒化アルミニウム粉末、酸窒化アルミニウム粉末を
表１に示す割合で配合し、これに所定のバインダーおよ
び硼素化合物を添加後、混練、成形、乾燥することで、
ＳＮプレートを製造した。さらに品質特性値を測定した
ので結果を表１に示す。これにより窒化アルミニウム粉
末、酸窒化アルミニウム粉末を添加した本発明の実施例
は比較例に比べて耐食性の向上が認められる。

【００２０】なお、以下において強度の測定は３点曲げ
法による。

【００２１】

【表１】

【００２２】 耐火性骨材として、アルミナ７４重量
部およびアルミナ−ジルコニア１５重量部、カーボンブ
ラック３重量部、金属シリコン粉末５重量部、窒化アル
ミニウム３重量部を合わせた配合物にバインダーと添加
物を添加したものを混練、成形、乾燥することで、ＳＮ
プレートを製造し、品質特性を調査した。バインダーと
添加物の添加量（上記配合物１００重量部に対する外掛
け量で示す）と品質の測定結果を表２に示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】 耐火性骨材として、アルミナ７３重量
部およびアルミナ−ジルコニア１５重量部、カーボンブ
ラック３重量部、金属シリコン粉末３重量部、酸窒化ア
ルミニウム６重量部合わせた配合物にバインダーと添加
物を添加したものを、実施例と同様の方法でＳＮプレ
ートを製造した。品質の測定結果を表３に示す。

【００２５】

【表３】

【００２６】ＳＮプレートを製造するに当たっては、所
定の耐火性骨材とカーボン粉末、金属シリコン粉末、窒
化アルミニウムおよび／または酸窒化アルミニウムを事
前に配合したものを混合し、これにバインダーと添加物
を混合した後、混練した。これをフリクションプレスで
成形し、３００℃で乾燥した。品質特性としては、強
度、酸化・磨耗性、溶鋼浸食性を調査した。

【００２７】これらの結果から明らかなように、本発明
による実施例のものは、同時に製造した従来方法による
比較例のものに比べて強度、耐酸化・磨耗性、耐食性の
いずれにおいても優れることが判る。

【００２８】

【発明の効果】以上、説明したように本発明は、１００
０℃以下での強度、耐酸化・磨耗性ならびに耐食性に優
れた不焼成アルミナ−カ−ボン質ＳＮプレートれんがを
生成することができる。従ってスライディングノズル用
プレートについて、従来品に比べて製造コストの低減、
寿命向上及び操業の安定化が期待できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２２Ｄ 41/32 Ｂ２２Ｄ 41/32 (72)発明者 田中 征二郎 赤穂市中広字東沖1576番地の２ 川崎炉材 株式会社内 Ｆターム(参考） 4E014 MA12 4G033 AA02 AA14 AA18 AB08 AB10 AB23

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミナを主成分とする耐火性骨材と炭
   素粉末および金属シリコン粉末を含む耐火材料８５〜９
   ９．５重量部に対し、窒化アルミニウム粉末あるいは酸
   窒化アルミニウム粉末のいずれか一方、もしくは両方を
   ０．５〜１５重量部添加し、さらに少なくとも１種類以
   上の熱硬化性樹脂を１〜１０重量部、硼素化合物を０．
   ３〜５重量部を外掛けで添加してなるスライディングノ
   ズル用不焼成れんが。