JPS5857391B2 - 炭化珪素質耐火混合物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は化学成分が主として５ｉＣ８０〜９５ｗｔ％と
Ｓｉ３〜１７ｗｔ％かつＳｉＣとＳｉの合量が９２ｗｔ
％以上からなり、気孔率が８％以下の緻密質の炭化珪素
（以下特殊炭化珪素原料と称す）を配合してなり、不定
形耐火物として又は焼成耐火物として用い低気孔率で熱
間強度、耐食性および耐アルカリ性に優れた炭化珪素質
耐火混合物に関する。

従来の炭化珪素質耐火物に用いられる炭化珪素原料は珪
砂、コークス等の配合物をアーチンソン抵抗電気炉で２
２００〜２５００℃に加熱し、ＳｉＯ２＋３Ｃ→ＳｉＣ
＋２ＣＯ↑の反応式で表わされる気相反応にて生成され
るもので、化学成分が主としてＳｉＣ８０〜９９ｗｔ％
、Ｓｉ３〜１７ｗｔ％、その他の不純物８ｗｔ％以下で
あり、８〜２５％の気孔率を有する緻細結晶集合塊であ
る。

このような多孔質の従来炭化珪素原料では、３間以上の
ＳｉＣ単結晶の粗大粒子が殆んど得られず、したがって
これを骨材として用いる炭化珪素質耐火物は粗粒子配合
の粒度構成が出来ずまた原料自体の気孔率も高いことか
ら、耐火物全体の気孔率を１４％以下にすることは至難
である。

このため、従来の炭化珪素質耐火物の配合には一般に金
属珪素を添加し、炭化珪素原料中の遊離の炭素や、同時
に添加した炭素粉およびバインダーとしてのタール、ピ
ッチ類、フェノール樹脂などの炭素物質と還元雰囲気中
の焼成でマトリックス部をＳｉ＋Ｃ→βＳｉＣ化させて
強化を図っているが、骨材自体の特性は変らないことか
ら、本質的な改善には至っていない。

本発明は上記従来の問題を解決すべく種々研究を重ねた
結果、化学成分が主として５ｉＣ８０〜９５ｗｔ％とＳ
ｉ ３〜１７ｗｔ％とからなり、気孔率が８％以下の
低気孔率で、かつ粗大粒子が得られる特殊炭化珪素原料
を見出し本発明を完成するに至った。

本発明に用いるこの特殊炭化珪素原料は珪石をコークス
と混合して５ｉ０２＋２ｃｍ＋ｓｉ＋２ｃｏ↑の還元反
応によって金属珪素を製造する電気炉の炉底に堆積する
副生品から得ることができる。

この副生品は炭素や金属珪素を含む雑多品であるため、
従来ではＳｉの多い部分は金属珪素の２級品に、その他
は溶銑、溶鋼の脱酸剤や加炭剤として使用されているに
すぎず、耐火物原料として使用された例はなかった。

本発明ではこの副生品のうちから、化学成分が主として
ＳｉＣ８０〜９５ｗｔ％と、Ｓｉ３〜１７ｗｔ％とから
なり、１ｍ１ｒＬ以上の粗大粒子の気孔率が８％以下の
ものを選択して用いる。

その選択方法は、電気炉中でこの化学成分割合の副生品
が生成する部位を一度確認すれば、次からは同じ部位か
ら採取することで容易に行える。

また、色、結晶の発達度合を視覚的に判断することでも
行える。

本発明で用いる特殊炭化珪素は上記の副生品に限らず、
従来の炭化珪素に高温下で溶融した金属珪素を含浸する
ことによっても得られる。

この含浸は、例えば２０００℃以下で溶融させた金属珪
素中に、炭化珪素の塊を浸漬して行う。

浸漬時間は塊の大きさにもよるが、例えば１０Ｃｒ７１
で約１時間とする。

含浸後、冷却し塊を所望の粒度に粉砕して使用する。

従来の炭化珪素原料は、前記したとおり、その製造方法
により、気孔率が８％以上の集合塊であり、しかもその
ために１ｍｍ以上の状態では、ＳｉＣ単結晶の粗大粒子
が得られず、粗大粒子を１１ｎ１１Ｌ以下に粉砕しても
気孔率は８％以上になる。

本発明で用いる特殊炭化珪素原料はＳｉを３〜１７ｗｔ
％と多量に含有し、このＳｉがＳｉＣ結晶粒間の空隙部
を充填していることによって気孔率を下げ、１ｍｍ以上
の粗大粒子を得ることを可能にし、しいてはこれを配合
する炭化珪素質耐火物の耐食性、耐アルカリ性および熱
間強度等の特性を向上させるものである。

なお、従来の炭化珪素原料もＳｉを含有しているが、こ
のＳｉはＳｉＣ化が出来ずに残留したもので、炭化珪素
原料の品質制御を意図したものではない。

したがって、その割合も２．０ｗｔ％以下と微量であり
、この程度では本発明の耐火物の特性は当然得られない
。

本発明で特殊炭化珪素の化学成分の割合と気孔率を限定
した理由はつぎのとおりである。

ＳｉＣが８０ｗｔ％以下ではＳｉＣのもつ耐食性、耐ア
ルカリ性および熱間強度を十分に発揮できず、９５ｗｔ
％以上ではＳｉが所望の割合に達しない。

Ｓｉが３ｗｔ％以下ではＳｉＣ結晶粒間の空隙を充填す
るのに不十分な量であり、また１７ｗｔ％以上ではＳｉ
がＳｉＣ結晶粒間から流出して溶損を促進することにな
り好ましくなく、最も適当なのは１０〜１４ｗｔ％であ
る。

１間以上の粗大粒子の気孔率を８％以下としたのは、そ
れ以上では効果が従来のものと変らなくなる。

１間以上の粗大粒子を２０〜６０ｗｔ％配合するのは炭
化珪素質耐火物の充填性を高め気孔率を低下させて強度
を高めるためである。

２０ｗｔ％以下および６０ｗｔ％以上では密充填が得ら
れず耐食性が低下するためである。

本発明の炭化珪素質耐火物は定形、不定形を問わず用い
られ、例えば高炉内張用レンガ、高炉用樋材、高炉出銑
口閉塞用マッド、高炉内張用不定形耐火物、熱風炉用内
張レンガ、均熱炉・加熱炉用耐火物および各種炉の補修
材等に適応できる。

したがって、特殊炭化珪素原料に組合せる他の原料およ
び結合剤も、公知のものから耐火物に合せて調整する。

特殊炭化珪素と組合せて用いることができる他の耐火原
料の割合は、８０％以下で、それ以上だと、特殊炭化珪
素原料配合による顕著な効果が得られない。

他の耐火原料としては通常の炭化珪素、アルミナ、アル
ミナ−シリカ、マグネシア、ジルコン、ジルコニアの１
種以上が用いられる。

また、タール、ピッチ、フェノール樹脂、水、パルプ廃
液等の有機結合剤の添加量は１０〜２ｗｔ％、カーボン
、メタルシリコン、フェロシリコン等その他の添加物は
２０〜５ｗｔ％とする。

本発明における耐火混合物は、カーボン、メタルシリコ
ン、フェロシリコン等の添加物のうち炭素粉を単独ある
いは他の耐火原料と組合せて配合することにより、この
炭素粉が特殊炭化珪素原料中のＳｉ十Ｃ→βＳｉＣ反応
によってマｌ−ＩＪラックス骨材との結合を強固にし、
耐火物の強度を高めると共にスラグ及びアルカリ蒸気に
対する抵抗性を向上させるものである。

好ましい例としては炭素粉に加えてメタルシリコン、フ
ェロシリコン等を添加することにより、上記の反応をさ
らに高めて耐火物の物性値を一層向上させたものである
。

次に、本発明の実施例を比較のための従来例とともに示
し、それぞれについて物性値を測定した結果を示す。

本実施例および従来例で使用した炭化珪素の品質は次表
のとおりである。

第２表に示す実施例１，２．３および従来例１は配合を
混練後５００ ｋｇ／ｃＩ！の圧力にて１１４×２３０
Ｘ６５間にプレス成形し、自然乾燥２４ｈｒｓ、加熱乾
燥１４０℃Ｘ２４ｈｒｓして得た素地レンガをサヤに入
れてコークスで充填密閉し、１４５０℃の還元焼成を行
った。

その結果、本発明の実施例１，２．３は共に従来例１に
比較して低気孔率となり、圧縮強さおよび熱間曲げ強さ
の組織強度が大で、耐食性、耐アルカリ性にも優れた結
果を示した。

実施例３は特殊炭化珪素を２０ｗｔ％配合し７たもので
あり、若干の効果は認められる。

第３表に示す実施例４，５および従来例２，３は、振動
成形用不定形耐火物であり、物性値を測定するためにこ
の配合を混練ｉ１１４Ｘ２３０Ｘ６５ｍｍの成形体が得
られる金型で振動成形し、自然乾燥１２０ ｈｒｓ、加
熱乾燥１１５℃Ｘ ４８ ｈｒｓを行なった後、サヤに
詰めてコークス充填して密閉し、１４５０℃の還元焼成
を行なって試験片を得た。

物性値は同表に示すとおり、本発明実施例４は従来例２
に比べて低気孔率でしかも圧縮強さ、曲げ強さが大であ
り、耐食性、耐アルカリ性においても好結果が得られた
。

以上のように、本発明の炭化珪素質耐火物は従来の炭化
珪素原料を使用して製造したものに比較して各種の物性
値が優れていることは明らかである。

すなわち、従来のものはその原料である炭化珪素がＳｉ
Ｃ結晶粒間に空隙部を有し、外来侵入成分によって侵食
を受は易い組織となっている。

またこのように気孔率が高いことから３１ｎＮ以上の粗
大粒子が得られず、粗粒子配合の粒度構成を組めないこ
とからも緻密質の耐火物が得られない。

これに対して本発明の耐火物は配合した特殊炭化珪素が
ＳｉＣ結晶粒間の空隙部を金属珪素が充填し緻密質であ
り外来成分の侵食を防止し、さらに特殊炭化珪素が気孔
率８％以下の緻密質であることから３間以上の粗大粒子
が得られ、粗粒子配合の緻密な粒度構成が可能となり、
そのため熱間強度、耐食性、耐アルカリ性気孔率の低下
等は従来質のものに比べて著しく向上した。

以上の実施例では骨材として特殊炭化珪素原料のみを使
用しているが、従来の炭化珪素原料および他の公知の耐
火原料と組合せてもよい。

さらに金属珪素、炭素粉などの添加剤、あるいは結合剤
も実施例のものに伺んら限定されるものではない。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １１皿以上の緻密質炭化珪素２０〜６０ｗｔ％と、残部
   が耐火物原料からなる炭化珪素質耐火混合物において、
   前記１ｍｌ！以上の緻密質炭化珪素の粒子の気孔率が８
   ％以下でかつ化学成分が５ｉＣ８０〜９５ｗｔ％、Ｓｉ
   ３〜１７ｗｔ％でＳｉＣとＳｉの合量が９２ｗｔ％以上
   であることを特徴とする炭化珪素質耐火混合物。