JP3853271B2 - 窒化珪素鉄含有粉末及び耐火物 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化珪素鉄含有粉末及びこれを含有してなる耐火物に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、レンガ等の炭素含有定形耐火物や、高炉出銑口閉塞用マッド材、出銑樋材等の炭素含有不定形耐火物においては、高温スラグ等に対する耐食性を向上させるため、シリカ、アルミナ、炭化珪素、カーボン等の耐熱性骨材と、窒化珪素鉄粉末と、タール、フェノール樹脂等の加熱によって炭素が生成する有機物とを含む混合物が使用されている。この耐火物における今日の課題は、近年の更なる溶鋼の操業条件の過酷化と、要求特性の高度化に対応するため、耐食性と強度を更に高めることである。
【0003】
この課題を解決するには、炭素系耐火物製造時にアルミニウム粉、シリコン粉等の金属粉を添加すればよく、これによって性能が向上することは知られている。たとえば、アルミニウム粉を添加した場合、600℃付近からAl4C3が生成し強度を発現する。しかし、この耐火物を高炉出銑口閉塞材として使用した場合には、出銑口へ閉塞材を注入後、必要強度を発現するまでの時間を保型する必要があり、この保型時間が一連の作業を律速するので、その短縮が要求されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記に鑑み、閉塞材注入後の保型時間を短縮することのできる耐火物を提供することである。本発明の課題は、特定量のアルミニウム粉末と塩素化合物を含む窒化珪素鉄含有粉末を、耐火物の構成成分とすることによって達成することができる。
【0005】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、窒化珪素(Si3 N4 )50%(質量%、以下同じ)以上、鉄(Fe)2〜20%、アルミニウム2〜30%、塩素化合物を塩素分として0.1〜5%を含有してなることを特徴とする窒化珪素鉄含有粉末である。この場合において、アルミニウム及び/又は塩素化合物の一部又は全部をアルミニウムドロスによって供給されていることが好ましい。また、本発明は、この窒化珪素鉄含有粉末と、耐熱性骨材と、炭素粉末及び/又は加熱によって炭素となる有機物とを含有してなることを特徴とする耐火物である。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、更に詳しく本発明について説明する。
【0007】
炭素含有耐火物を低温で強度を発現させるには、アルミニウムを添加すればよく、それによって針状晶のAl4C3が生成しマトリックスが強化されることは上記した。本発明の耐火物においては、Al4C3が生成し始める前に、炭素粉末及び/又は加熱によって炭素となる有機物と塩素化合物の塩素とが反応しAl4C3の生成反応を促進させる。
【0008】
本発明の窒化珪素鉄含有粉末において、窒化珪素が50%未満であると、高温でのスラグ侵食が進み好ましくない。また、鉄が2%未満であると、窒化珪素との反応が進行せず、20%をこえると、窒化珪素との反応が極端に進みすぎてマトリックス内へのスラグ浸潤防止効果が短時間化し好ましくない。好ましい窒化珪素の含有量は65〜80%であり、鉄は5〜15%である。
【0009】
また、アルミニウムが2%未満では、600℃付近での強度発現効果が十分でなく、30%をこえると高温スラグに対する耐食性も悪化する。塩素化合物が、塩素分として0.1%未満ではAl4C3の生成反応を促進させる効果が小さく、5%をこえると、本発明の耐火物の貯蔵中に硬化する恐れがある。好ましいアルミニウムの含有量は5〜15%であり、塩素化合物は塩素分として0.1〜1%である。
【0010】
窒化珪素、鉄、アルミニウム、塩素化合物の各成分は市販品で十分であり、塩素化合物としては、塩化アルミニウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム等が用いられる。粒度は、いずれの成分も微粉化されていることが望ましく、平均粒子径が1mm以下、特に100μm以下であることが好ましい。これらの成分の所定量をボールミル、ミキサー等の混合機で混合することによって本発明の窒化珪素鉄含有粉末を製造することができる。
【0011】
この場合において、アルミニウム及び/又は塩素化合物の成分の一部又は全部をアルミニウムドロスにより供給することによってその有効利用を図ることができる。ここで、アルミニウムドロスというのは、ボーキサイト等のアルミニウム含有鉱物の溶解作業中に溶湯表面に生成した浮遊物のことであり、その成分の一例を示せば、金属アルミニウム5〜70%、塩素化合物の塩素分が0.1〜5%であり、残分が酸化アルミニウム、マグネシウム、酸化珪素、チタニウム等である。その塩素化合物は、例えば塩化アルミニウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム等である。また、JIS G 2402にも説明されている。
【0012】
また、窒化珪素と鉄の成分は、窒化珪素鉄で供給されることが好ましい。中でも、珪素鉄、珪素及び鉄分の混合物を窒素、アンモニア等の雰囲気下、温度1000℃〜1600℃で窒化して製造された鉄含有量20%以下の窒化珪素鉄のインゴットを粉砕・分級し、(2〜48μmの粒子)/(2μm未満の微粉)の質量比が0.9〜5で、比表面積が1.2〜2.8m2/gに粒度調整されたものが特に好ましい。
【0013】
本発明の耐火物は、本発明の窒化珪素鉄含有粉末と、耐熱性骨材と、炭素粉末及び/又は加熱によって炭素となる有機物とを必須成分として含有させたものである。耐熱性骨材としては、炭化珪素、シリカ、黒鉛、カーボン、コークス等の炭素粉末、アルミナ、ボーキサイト、ロー石等が使用され、有機物としては、タール、ピッチ、フェノール樹脂等が使用される。これらの材料割合の好ましい一例を示すと、本発明の窒化珪素鉄含有粉末5〜50%、シリカ及び/又はアルミナ2〜60%、炭化珪素1〜30%、炭素粉末1〜30%、有機物3〜30%である。この配合割合からなる耐火物は、特に高炉出銑口閉塞材、出銑樋材として好適である。
【0014】
【実施例】
以下、実施例、比較例をあげて更に具体的に本発明を説明する。
【0015】
実施例1〜17 比較例1〜16
(2〜48μmの粒子)/(2μm未満の微粉)の質量比が3.1で、比表面積が1.8m2/gであり、Si3N4とFeの含有率が異なる窒化珪素鉄粉末と、アルミニウム粉末と、塩化アルミニウム粉末と、表1に示されるAl、Cl含有率を有するアルミニウムドロスとを種々の割合で混合し、表2、表3に示される窒化珪素鉄含有粉末(平均粒子径75μm)を製造した。なお、表2に示された窒化珪素鉄含有粉末組成のSi3N4とFeの割合は、用いた窒化珪素鉄粉末のSi3N4とFeの組成を変えることによって行い、また表3に示された窒化珪素鉄含有粉末組成は、用いた窒化珪素鉄粉末のSi3N4、Feの組成と、Al、Clの組成の異なるアルミニウムドロスを用いて行った。
【0016】
得られた窒化珪素鉄含有粉末の性能評価を行うため、以下に従って炭素含有耐火物を製造し、強度、高温スラグに対する耐食性、常温放置時の硬化性を測定した。それらの結果を表4、表5に示す。
【0017】
(1)炭素含有耐火物の製造
窒化珪素鉄含有粉末を20%、アルミナ質骨材としてボーキサイト粉末(1mm下)20%、炭化珪素粉末(1mm下)20%、コークス粉末(1mm下)20%、有機物として無水タール20%を配合し、60℃に加熱しながら混練した後、強度評価用サンプル(25mm×25mm×160mm)、耐食性評価用サンプル(50mm×50mm×160mm)をプレス成形して製造した。低温強度の測定には、強度評価用サンプルをそのまま用い、高温強度の測定には、強度評価用サンプルを乾燥機に入れ、400℃まで加熱して脱ガスし、焼成炉に移し、アルゴンガス雰囲気下、1400℃×3時間焼成したものを用いた。また、高温スラグに対する耐食性評価には、耐食性評価用サンプルを高温強度用と同様な条件で熱処理したものを用いた。
【0018】
(2)低温強度
サンプルをアルゴンガス雰囲気中で任意時間300℃で加熱した際の3点曲げ強度を測定した。その結果を比較例7の強度(3.5MPa)を100とした相対値で示した。
【0019】
(3)高温強度
サンプルをアルゴンガス雰囲気中で1500℃に加熱し、3点曲げ強度を測定した。比較例1の強度(5.8MPa)を100とした相対値で示した。
【0020】
(4)耐食性
回転ドラム法によりドラムの内側にサンプルを内張りし、高温スラグを入れ中通しした発熱体で1500℃に加熱し、ドラムを低速で回転させながら10時間侵食試験を行い侵食量を測定した。数値は比較例7(10mm)を100とした相対値で示した。数値が小さくなると優れている。
【0021】
(5)硬化性
上記耐食性評価用サンプルを常温で1週間放置した際に、サンプルに粘りがあって硬化していないか(○)、又は硬化しているか(×)の観察を行った。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】
【表3】
【0025】
【表4】
【0026】
【表5】
【0027】
表1〜5から、窒化珪素鉄粉末に所定量のアルミニウム成分を添加すると、高温強度が向上し(例えば実施例5と比較例8との対比)、また塩素成分を添加すると、低温強度が向上する(例えば実施例5と比較例16との対比)ことがわかる。
【0028】
【発明の効果】
本発明によれば、低温の強度発現が促進され、高温強度の発現が増大する耐火物、特に出銑口の閉塞材としたときに、閉塞材注入後の保型時間を短縮することのできる耐火物が提供される。
Claims (3)
- 窒化珪素(Si3 N4 )50質量%以上、鉄(Fe)2〜20質量%、アルミニウム2〜30質量%、塩素化合物を塩素分として0.1〜5質量%を含有してなることを特徴とする窒化珪素鉄含有粉末。
- アルミニウム及び/又は塩素化合物の一部又は全部をアルミニウムドロスによって供給されてなることを特徴とする請求項1記載の窒化珪素鉄含有粉末。
- 請求項1又は2記載の窒化珪素鉄含有粉末と、耐熱性骨材と、炭素粉末及び/又は加熱によって炭素となる有機物とを含有してなることを特徴とする耐火物。
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