JPS61101454A - 酸窒化アルミニウム含有耐火物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は銑鉄、鋼およびスラグに対して耐用性の高い酸
窒化アルミニウム含有耐火物に関する。

最近の製銑、製鋼技術の進歩に伴い、耐火物はますます
過酷な条件下で使用されるようになってきている。耐火
物の耐用性を向上するためには、溶銑、溶鋼および溶融
スラグなどに接触しても耐火物がこれら溶融物と反応し
ないことが必要であり、そのため、例えば高圧成形、均
質成形など製造技術面の開発によって成果をあげている
一方、既存の耐火原料であっても耐火原料の品位、加工
および各種原料の適性な組合せによって成果をあげる場
合がある。溶銑、溶鋼および溶融スラグなどの中にＦｅ
Ｏ濃度が高くなると耐火物の溶損が著しく進行すること
が知られている。したがってＦｅＯに対する耐食性を向
上させることが耐火物の耐用性の向上につながることと
なる。このためＭｇ０−Ｃ系、Ａ　ｌ　ｔ　Ｏ！　−Ｃ
系、Ａ　ｌ　ｚ　Ｏ３−Ｓ　ｉ　ＣＣ系等の耐火物が製
造されるようになった。

しかしながら、Ｍｇ０−Ｃ系耐火物では操炉中、加熱冷
却の繰り返しの際、亀裂が発生して損傷するため用途が
限定されてくる。また、Ａｈ０３−Ｃ系およびＡｈＯｚ
　　５ｉＣ−Ｃ系耐火物では耐食性に難がある。Ａ１□
Ｏ，−３ｉＣ−Ｃ系耐火物のごとき酸化物系原料主体の
耐火物のなかに炭化珪素、窒化珪素又は酸窒化珪素など
の非酸化物系原料を含有させた耐火物は耐食性及び耐熱
衝撃性にすぐれるのであるが、しかしこれらの非酸化物
系原料は、酸化したときはＳ　ｉ　Ｏｚとなり溶融金属
と反応し易く、とくに溶融金属やスラグ中のＦｅＯと反
応し易く、改善の余地がある。既存の耐火原料を使用す
る場合では、原料の種類、量、品位、加工条件および製
造技術面との組合せ等、検討しなければならない項目が
多いため成果を挙げるためには開発に膨大な日数と費用
を伴うものである。

そして、このような努力をもってしても、なお溶銑、溶
鋼および溶融スラグに対する耐用性が十分に得られ゛な
い場合が多い。

本発明は溶銑、溶鋼および溶融スラグ等に対して耐用性
の高い耐火物を提供するものである。すなわち、本発明
は酸窒化アルミニウム３重量部以上と炭素および／また
は炭素化合物０．５〜６０重量部に残部が他の耐火性物
質からなることを特徴とする酸窒化アルミニウム含有耐
火物である。

酸窒化アルミニウムは窒化アルミニウムと酸化アルミニ
ウムの固溶体であって耐熱性が高い、（２０００℃以下
では溶融や分解はしない）。高温での化学反応性に乏し
い（とくにＦｅＯに対する耐食性にすぐれる）、熱膨張
率がアルミナ、マグネシア、ジルコニアなどの耐火原料
に比べて小さい、各種の溶融金属と反応し難い、などの
特性を有するので、本発明者等は耐食性や耐熱衝撃性を
具備することが必要条件である溶銑、溶鋼および溶融ス
ラグ等に接触する部分に使用する耐火物の原料として適
するとの結論に達した。

酸窒化アルミニウムは窒化アルミニウムＡＩＮとアルミ
ナＡ　ｌ　ｚ　Ｏｘとの固溶体（ｘＡＩＮ−ｙＡｈｏｅ
）であるが、合成条件によって酸窒化アルミニウム中に
金属アルミニウム、アルミナ、窒化アルミニウムなどが
随伴することがある。

本発明の原料として使用するときは、酸窒化アルミニウ
ムの純度が高いものが望ましいが、これらの随伴物が残
存していても構わない。原料としては、金属アルミニウ
ムの残量は少ない方がよく、また、アルミナおよび窒化
アルミニウムを随伴しているときは、原料の緻密性、硬
さ、および化学安定性の面から窒化アルミニウムを随伴
したものよりアルミナを随伴したものの方が好ましい。

酸窒化アルミニウムは３重量部以上を含存せしめる。

３重量部以下であると前記した効果が少ない、含有量が
多くなるに従って耐火物の熱膨張係数が少なくなり、熱
的容積安定性がすぐれ、また耐食性が向上する。炭素お
よび炭素化合物は０．５〜６０重量部を含有せしめる。

炭素原料としてはコークス、玉状黒鉛および鱗状黒鉛な
どを使用する。また炭素化合物はタール、ピンチ、樹脂
など耐火物の結合材であり、熱分解や重縮合によって炭
素となるものである。炭素原料は、溶銑、溶鋼および溶
融スラグなどに対して耐食性を有し、耐熱衝撃性にすぐ
れるほか、酸窒化アルミニウムの酸化抑制の効果がある
。この炭素質、炭素化合物等の含有量が０．５重量部以
下であると前記の効果が発揮されず、６０重量部以上で
あると酸窒化アルミニウムの素材の性能が希釈され、炭
素質の品質に近くなってしまう。

次に残部の耐火性物質として炭化珪素、窒化珪素などの
非酸化物系原料、ジルコン、ジルコニア、アルミナ、ム
ライト、マグネシアなどの酸化物系原料、金属珪素、フ
ェロシリコン、アルミニウム粉末等の添加剤、リン酸ア
ルミニウム、珪酸ソーダ、粘土、水などの結合剤および
結合助剤等を必要に応じて使用する。炭化珪素粉末を併
用すると耐火物中の炭素の酸化防止となるうえ、使用中
酸化珪素が酸化したとき、耐火物の組織の中の還元性を
維持するので酸窒化アルミニウムの酸化を抑制する効果
がある。

次に実施例につき説明する。

実施例１ 第１表中、陽１〜阻６は本発明の不定形耐火物について
の実施例である。第１表に示す原料を使用した配合物を
それぞれ良く混合した後、加水混練した。酸窒化アルミ
ニウムは実験室で合成したものを使用した。第１図はそ
のＸ線回折図である。

図中Ｓは酸窒化アルミニウムである。これらの混練物を
、内法で、底辺５３ｍ、上辺３６ｍ、高さ２０１ｍの台
形断面積をもち、長さが１２０ｕの金型の中、および内
法で２３０Ｘ　１１５Ｘ６５ｍ　（Ｊ　Ｉ　Ｓ並型レン
ガ形状）の金型の中にそれぞれ流し込んだ。而して温度
２０±５℃、湿度８０〜８５％の条件下で２４時間養生
した後、型から外した。これを１０５〜１１０℃に保持
した乾燥器中で１２時間乾燥し、次にコークス粉の中に
埋めて電気炉中で３５０℃まで昇温し、そこで４時間保
持して焼成した。３５０℃は結晶水や揮発物が消失する
温度である。溶湯に対する耐食性試験には前記台形柱状
の焼成体を使用した。

焼成体を出力１５ｋＷの高周波誘導炉内のルツボの内側
に張り合わせて筒をつくった。筒の内部に鋳鉄（Ｆｅ１
２）を投入してから誘導加熱を開始し、筒内温度が１２
００℃以上になったとき酸化第一鉄（Ｆｅｄ）を投入し
、１５５０℃まで昇温しで内容物を溶融させた。１５５
０℃で５時間保持して供試体を溶湯と反応させた。溶湯
を排出して冷却後、共試体を取り出し、最も侵食された
部位の厚さの減少率を産出して耐食性の比較を行った。

また耐熱衝撃性については、前記ＪＩＳ並型レンガ形状
の焼成体を用いてアコースチックエミッション法（ＡＥ
法）で試験を行った。アコースチックエミッション法は
定量的な比較が容易であることなどから、最近耐火物の
耐熱衝撃性の評価方法として採用されてきている方法で
あり、耐火物に大きな熱応力を急激に加えたとき耐火物
のｍ織が破壊する際に発生する弾性波をセンサーでＡ２
発生量として読みとり、その量の大小で耐熱衝撃性を評
価するものである。ＡＥ発生ｉｔ（カウント数）の総量
が小さいほど耐熱衝撃性が良好と評価している。ＪＩＳ
並形レンガ形状の焼成体の２３０Ｘ　１１５ｍ面の中心
に約１６５０℃の酸素プロパンガスの火焔を約２０秒間
あてて局部的に加熱する。そこで発生するＡＥ量の総量
（カウント数）を市販装置（ＤＵＮＧＡＮ／ＥＮＤＥＶ
ＣＯ社、ＭＯＤＥＬ　３０２Ａ）で読みとる。

第１表に示す如く、本発明品は、従来品と比較して、耐
火物を甚だしく侵食溶損させる酸化第一鉄に対する抵抗
性をあられす耐食性が大巾に向上しており、かつ熱応力
による耐火物の組織破壊に対する抵抗性をあられす耐熱
衝撃性が大巾に向上していることがわかった。阻１配合
品のように炭素あるいは炭素化合物を組成に含まない場
合は、耐食性の点で余り大きな向上がなく、隘５配合品
のように炭素あるいは炭素化合物の割合が多過ぎると耐
熱衝撃性は良いものの、耐食性の点で余り大きな向上が
ない。

実施例２ 第２表中、隘１〜嵐３は本発明の定形耐火物についての
実施例である。第２表に示す原料を使用した配合物をそ
れぞれ良く混合した後、結合剤を加えて混練した。酸窒
化アルミニウムは実施例１のときと同じ純度のものを使
用した。これらの混練物を実施例１のときと同じ寸法の
台形柱状に６００ｋｇ／ｃｄの圧力で成形した０次いで
成形体をコークス粉の中に埋めて、電気炉中で１２００
℃まで昇温し、そこで４時間保持してい焼成した。耐食
性および耐熱衝撃性は実施例１と同一の試験方法により
試験した。第２表の下欄に示すように本発明品は従来品
と比較して耐食性および耐熱衝撃性にすぐれていること
がわかる。なお、第２表に示す本発明品は製鋼用浸漬ノ
ズルに適するものである。

第２表 以上述べたように本発明の耐火物は溶銑、溶鋼および溶
融スラグに対する耐食性および耐熱衝撃性にすぐれてい
るので、これらの溶湯に接する耐火内張材に使用するこ
とができ、高炉内張材、出銑樋材、溶銑取鍋、混銑車、
タンディツシュ、浸漬ノズル、出鋼樋材など広い用途に
使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は酸窒化アルミニウムのＸ線回折図である。 第１図 田（ｊｅｇ） 手続主甫正書（自　発） １．　事件の表示 昭和５９年　特　許　願　第２２２４８６号２、　発明
の名称　　酸窒化アルミニウム含有耐火物３、補正をす
る者 事件との関係　　特　許　出　願　大 佐　所　　　東京都渋谷区恵比寿１丁目２１番３号二　
　　ホン　　ル　　　ツボ 名称　　日本坩堝株式会社 （１）　　第６真下から８行目中、口金形断面積」を「
台形断面」と訂正する。 （２）　　第７頁９行口中、「共試体」を「供試体」と
訂正する。また同頁１１１行目中「産出」を「算出」と
訂正する。 （３）第１１頁中第２表の後に下文を加入する。 「実施例３ 第３表中、Ｎｌｌ〜隘３は本発明耐火物の高炉出銑孔閉
塞用充填材についての実施例である。第３表に示す原料
を使用した配合物をそれぞれ良く混合した後、結合剤を
加えて混練した。酸窒化アルミニウムは実施例１および
実施例２のときと同じ粒度のものを使用した。これらの
混練物を実施例１のときと同じ寸法の台形柱状に１００
ｋｇ／ｃ＋ａの圧力で成形した。これを１０５〜１１０
℃に保持した乾燥器中で１２時間乾燥し、次に電気炉中
で１５０℃／ｈｒの昇温速度にて３５０°Ｃまで昇温し
、そこで６時間保持してベーキング処理をした。これら
熱処理済みの供試体を通常の回転侵食試験炉の内側に張
り合わせて筒をつくった。酸素・プロパンガスバーナを
用いて、供試体の筒内面を１５００℃まで急速予熱した
のち、製鋼用高炉銑鉄と塩基度（Ｃａｂ／Ｓｉｎｇ）１
．２２の高炉スラグをｌＯ：３の重量比で筒内に投入し
た。筒内温度を１５５０±２０℃に維持するようにバー
ナ加熱しながら炉に３Ｏｒｐｍの回転を与え、供試体と
溶湯及び溶融スラグを反応させた。 反応時間２時間経過後、筒内溶融物を排出した。 引続いて新たに前記と同一の材料を同一の条件で供試体
と反応させたのち排出した。これを４回繰り返した後、
供試体の被侵食量を測定した。供試体において最も侵食
された部分の厚さの減少率を算出して耐食性の比較を行
った。第３表の下欄に示すように、本発明品は従来品と
比較して”耐食性にすぐれていることがわかる。本発明
品は、従来から高耐食性骨材として優位に扱われていた
電融アルミナに代えて酸窒化アルミニウムを導入したこ
とにより高炉出銑孔閉塞用充填材の耐食性をすぐれたも
のとすることができ、したがって耐用性を著しく向上す
ることができたもので、第３表はその例をあげたもので
ある。本発明品は高炉出銑孔に限らず、その他電気炉な
どの一般冶金用炉の出湯口まで含めた閉塞用充填材全般
に適用できるものである。また、本実施例は結合材に無
水コールタールを用いているが、他に熱硬化性樹脂など
他の結合材を用いることもできる。 第３表 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 酸窒化アルミニウム３重量部以上と炭素および／または
   炭素化合物０．５〜６０重量部に残部が他の耐火性物質
   からなることを特徴とする酸窒化アルミニウム含有耐火
   物。