JPH08119719A

JPH08119719A - アルミニウムシリコンカ−バイドを含むカ−ボン含有れんが

Info

Publication number: JPH08119719A
Application number: JP6287599A
Authority: JP
Inventors: Akira Yamaguchi; 明良山口; Shiyoui Chiyou; 少偉張; Akira Watanabe; 明渡辺; Hirokuni Takahashi; 宏邦高橋; Kazuo Nonobe; 和男野々部
Original assignee: Kyushu Refractories Co Ltd
Current assignee: Krosaki Harima Corp
Priority date: 1994-10-27
Filing date: 1994-10-27
Publication date: 1996-05-14

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％とアルミニウムシ
リコンカ−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シリコンカ−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】

【産業上の利用分野】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】

【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】

【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ではなく炭
化物の形態で添加する方法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
アルミニウムシリコンカ−バイドを0.5〜15重量％を含
有するアルミニウムシリコンカ−バイドを含むカ−ボン
含有れんがである。

【０００６】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。

【０００７】本発明の特徴は上記炭素質材料にアルミニ
ウムなどの金属粉末ではなく炭化物、それもアルミニウ
ムシリコンカ−バイドを添加することにある。本発明に
おけるアルミニウムシリコンカ−バイドは、Ａｌ₄Ｓｉ
Ｃ₄を主成分とするアルミニウムとシリコンとの複合炭
化物であり、例えば、金属アルミニウム粉末と金属シリ
コン粉末および黒鉛粉末あるいは無定形炭素粉末の混合
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
1500℃程度に加熱することによって製造することができ
る。

【０００８】本発明におけるアルミニウムシリコンカ−
バイドの使用量は0.5〜15重量部とする。この添加量が1
5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シリコンカ−バイドは
後に述べる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。

【０００９】本発明のれんがには炭素質材料とアルミニ
ウムシリコンカ−バイド以外に耐火材料が用いられる
が、使用する耐火材料としては、マグネシア、カルシ
ア、ドロマイト、マグカルシア、アルミナ、スピネル、
ムライト、アルミナ・シリカ質材料などの酸化物材料、
炭化珪素、窒化珪素などの非酸化物材料の単独または混
合物である。

【００１０】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。

【００１１】

【作用】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、それがカ−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40μ
m以下とする必要があるが、

【００１２】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。そこでアルミニ
ウムを金属の形態で使用するのではなく、炭化物の形で
添加すれば、粒度を細かくして使用しても安全で、より
緻密な組織ができるものと考えられる。

【００１３】しかし、アルミニウムの場合、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
ルミニウムシリコンカ−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シリコンカ−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。

【００１４】アルミニウムシリコンカ−バイドは一酸化
炭素ガスと接触すると次の式のように反応する。Ａｌ₄ＳｉＣ₄(s) → ４Ａｌ(g)＋ＳｉＣ(s)＋３Ｃ(s) （１）ＳｉＣ(s)＋ＣＯ(g) → ＳｉＯ(g)＋２Ｃ(s) （２）まず（１）の反応にによりＡｌがガスとなり揮散し炭化
珪素と炭素を残す。次いで（２）の反応ににより炭化珪
素が一酸化炭素ガスと反応してＳｉＯガスとなりここで
も炭素が生成される。（１）の反応は優先的に起こり、
アルミニウムシリコンカ−バイドが存在している間は生
成した炭化珪素の酸化はない。結局、反応の結果アルミ
ニウムシリコンカ−バイドの存在していた部位はすべて
炭素に置き換わることになる。つまり、アルミニウムシ
リコンカ−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。

【００１５】ガスとして揮散したＡｌとＳｉＯは拡散し
て主にれんが表面で一酸化炭素ガスと反応して、２Ａｌ(g)＋３ＣＯ(g) → Ａｌ₂Ｏ₃(s)＋３Ｃ(s) （３）ＳｉＯ(g)＋ＣＯ(g) → ＳｉＯ₂(s)＋Ｃ(s) （４）と、Ａｌガスは（３）の反応によりアルミナに、ＳｉＯ
ガスは（４）の反応の結果シリカとなり、いずれも一酸
化炭素ガスを還元して酸化物となり、酸化防止に寄与す
る。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。
さらに、同時に生成するシリカ成分はガラス化し、炭素
質材料を被覆することにより酸化防止に役立つ。このよ
うに、アルミニウムシリコンカ−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。

【００１６】上記のようにアルミニウムシリコンカ−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、すでに炭化物となって
いるアルミニウムシリコンカ−バイドでは、熱膨張も小
さく応力が蓄積が少ないので、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
ニウムシリコンカ−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。

【００１７】

【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。

【００１８】

【表１】

【００１９】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、アルミニウムシリコンカ−バ
イドの添加によって従来の金属粉末の添加により耐酸化
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）。アルミニウムシリコンカ−バ
イドを多くすると（実施例２）、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）。

【００２０】

【発明の効果】本発明の炭素質れんがにおけるアルミニ
ウムシリコンカ−バイドの添加はれんが組織の緻密化と
なり、炭素質材料の酸化を防止すると同時に、れんがの
熱間強度の増加とれんが内部へのスラグ浸透を阻止によ
る耐食性の向上に寄与する。さらに、組織が緻密化して
も耐スポ−リング性にもよい影響を及ぼすものである。

【００２１】

【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)発明者高橋宏邦岡山県備前市伊部1799番地の１ (72)発明者野々部和男岡山県備前市浦伊部1099番地の７

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素質材料を３〜40重量％とアルミニウ
ムシリコンカ−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シリコンカ−バイドを含むカ
−ボン含有れんが。