JPH11240747A

JPH11240747A - プレートれんが

Info

Publication number: JPH11240747A
Application number: JP10047548A
Authority: JP
Inventors: Keiichirou Akamine; 経一郎赤峰
Original assignee: Kurosaki Refractories Co Ltd
Current assignee: Kurosaki Refractories Co Ltd
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 1999-09-07
Anticipated expiration: 2018-02-27
Also published as: JP4234804B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ジルコニアムライトやアルミナジルコニア
を使用することなく耐熱衝撃性と耐食性の優れたプレー
トれんがを提供すること。【解決手段】粒径１〜５ｍｍの電融アルミナ２０〜５０
重量％と、平均粒径５μｍ以下の仮焼アルミナ１０〜３
０重量％と、残部が粒径１ｍｍ未満の耐火原料粉末から
なる配合物に有機バインダーを添加して混練し、成形
後、還元雰囲気下で焼成したプレートれんが。前記残部
が粒径１ｍｍ未満の耐火原料粉末としては、ジルコニア
１〜１０重量％と、金属粉１〜７重量％と、炭素粉０．
５〜１０重量％と、電融アルミナまたは焼結を１０〜４
０重量％とを使用することができる。さらに、電融アル
ミナと、焼結アルミナと、仮焼アルミナのＡｌ₂Ｏ₃含有
率が９５重量％以上であると耐食性に優れたものにな
る。また、使用する配合物中のＳｉＯ2含有量が１重量
％以下とすることで優れた耐食性を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は溶融金属の流量制御
のためのスライディングノズル装置に使用されるプレー
トれんがに関する。

【０００２】

【従来の技術】このスライディングノズル装置は、複数
のプレートれんがを重ねた状態で摺動することでノズル
孔を開閉することによって溶融金属の流量を制御するも
のである。

【０００３】このようなスライディングノズル装置の使
用時には、プレートれんがは予熱されることなく１６０
０℃前後の高温の溶鋼が繰り返し通過する。したがっ
て、プレートれんがには耐熱性、耐熱衝撃性、耐食性、
耐摩耗性等が要求される。

【０００４】この要求特性をみたすプレートれんがの耐
火原料として、アルミナ質原料をベースに、カーボン、
ジルコニア、金属粉等を使用したアルミナカーボン系材
質が一般的に使用されている。

【０００５】そして、このプレートれんがは、その熱処
理条件によって結合状態が異なる焼成タイプと不焼成タ
イプに分けられる。焼成タイプのものは１０００℃以上
の温度で焼成したもので、カーボンボンドを主な結合形
態とするもので、不焼成タイプのものは、有機バインダ
ーによる高分子結合がボンドの中心である。そのため、
焼成タイプは高強度であるために一般に強度が要求され
る大型プレートで使用され、不焼成タイプは低強度では
あるが低コストというメリットがあり、主として小型の
プレートとして使用されている。

【０００６】上記、焼成タイプのプレートれんがとして
は、例えば、特開平６−２０６７５９号公報に、焼結ア
ルミナ、電融アルミナ、仮焼アルミナ、金属粉及びカー
ボン粉末を使用したものが開示されている。

【０００７】ところが、このようにアルミナ質原料を主
体としたものは、アルミナの熱膨張が比較的大きいため
耐熱衝撃性に劣るという問題がある。これを改善するた
めに、アルミナ質原料の一部をジルコニアムライト原料
あるいはアルミナジルコニア原料に置換することが特開
昭６２−４６９５１号公報に開示されている。

【０００８】しかしながら、アルミナ質原料の置換材と
してのジルコニアムライトはシリカ成分が含まれるため
に耐食性が低下し、また、アルミナジルコニアを使用す
ると、耐食性を低下することなく耐熱衝撃性も向上する
ことができるが、原料が高価であること、焼成時にジル
コニアの熱膨張に起因して亀裂が入りやすくなることな
どの問題がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、アルミナ系材質からなるプレートれんがの
耐食性と耐熱衝撃性を、ジルコニアムライトやアルミナ
ジルコニアを使用することなく改善することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、プレートれん
がの原料構成において、粗粒領域に電融アルミナを使用
し、マトリックス部に平均粒径５μｍ以下の仮焼アルミ
ナを多めに使用し、焼成した場合には、従来のアルミナ
質原料を使用したプレートれんがよりもさらに耐スポー
リング性に優れたプレートれんがが得られるという知見
にもとづいて完成した。粗粒領域に電融アルミナを使用
し、マトリックス部を仮焼アルミナを多く含む緻密な組
織とすることで、焼成時に粗粒とマトリックスとの反応
による過焼結を抑制し、粗粒表面とマトリックスとの界
面に強固な結合層を作らずに小さな空隙が形成されるも
のと推定される。従って、この空隙により弾性率が下が
り、しかも組織中に応力が発生してもこの空隙でその応
力を吸収することができるので、耐熱衝撃性に優れたも
のが得られると考えられる。

【００１１】すなわち、本発明は、粒径１〜５ｍｍの電
融アルミナ２０〜５０重量％と、平均粒径５μｍ以下の
仮焼アルミナ１０〜３０重量％と、残部が粒径１ｍｍ未
満の耐火原料粉末からなる配合物に有機バインダーを添
加して混練し、成形後、還元雰囲気下で焼成したことを
特徴とするプレートれんがである。

【００１２】本発明に使用する粒径１〜５ｍｍの電融ア
ルミナは、通常一般に市販されている電融アルミナが使
用できる。この粒度の上限は、製造するプレートれんが
の形状によって決まり、通常は３ｍｍまでで、比較的大
きなプレートれんがでは５ｍｍまでが好ましい。粒径が
１ｍｍ未満の場合には、空隙の形成が不十分で弾性率が
高くなり、耐熱衝撃性が高くなる。粒径１〜５ｍｍの電
融アルミナは、２０〜５０重量％使用する。２０重量％
未満では、耐熱衝撃性向上効果が不十分であり、５０重
量％を越えると粗粒が多くなりすぎるため、緻密な組織
が得られず低強度になってしまう。

【００１３】この電融原料の代わりに一般に使用されて
いる焼結アルミナを使用すると、耐熱衝撃性が低下する
ために好ましくない。これは、焼結アルミナの表面が電
融アルミナの表面より活性が高く、マトリックスと反応
し結合しやすくなるためと推定される。

【００１４】また、仮焼アルミナを多く使用すると、組
織が緻密となり高弾性率化するため耐熱衝撃性は低下傾
向となる。この対策として、マトリックス部にジルコニ
アを少量添加するとよい。すなわち、マトリックス全体
の熱膨張率を低下させるとともに、ジルコニア特有の熱
間での熱膨張挙動により、粗粒部に使用された電融アル
ミナ原料との間に膨張差が生じ、粒界にマイクロクラッ
クが発生するため組織中の応力抑制がより一層効果的と
なる。

【００１５】平均粒径５μｍ以下の仮焼アルミナとは、
比表面積が大きく、反応性の高いアルミナであり、易焼
結性アルミナとも呼ばれることもあるが、一般に市販さ
れているものが使用できる。この仮焼アルミナは平均粒
径５μｍ以下で効果が顕著で、５μｍを越えると、反応
性が低いために組織が緻密化しにくく低強度になる。粒
径１ｍｍ未満の耐火原料粉末として、プレートれんがに
一般的に使用されている原料が使用できるが、さらに耐
食性を向上するにはジルコニア１〜１０重量％と、金属
粉１〜７重量％と、炭素粉０．５〜１０重量％と、電融
アルミナ及び／または焼結アルミナを１０〜４０重量％
とを使用することができる。

【００１６】ジルコニアは、マトリックスの熱膨張率を
低下させると同時に、その膨張特性により、粗粒として
使用している電融アルミナの粒界にマイクロクラックを
発生させて、応力を吸収するために使用する。ジルコニ
アは、少量の使用で良く１〜１０重量％で十分である。
１重量％未満では、マイクロクラックの発生が不十分で
あり、１０重量％を越えるとマイクロクラックが発生し
すぎて亀裂が発生することがある。このジルコニア原料
は、未安定ジルコニア、部分安定化ジルコニア、安定化
ジルコニアのいずれも使用することができる。また、天
然原料、電融原料、焼結原料等特に制限することなく使
用することができるが、価格の面からは天然原料が使用
しやすく十分な効果が得られる。

【００１７】金属粉としては、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ等の単
独使用あるいは併用、または、合金として使用すること
ができる。この金属粉は、組織の強度向上や酸化防止等
の良く知られている目的で使用する。添加量は１〜７重
量％が好ましい。１重量％未満では酸化防止効果が、不
十分であり、７重量％を越えると亀裂が発生しやすくな
る。

【００１８】炭素粉は、スラグに対する耐食性向上や耐
スポーリング性を向上するために使用し、カーボンブラ
ック、コークス粉、電極屑、黒鉛、ピッチ粉等の１種ま
たは２種以上が使用できる。炭素粉の使用量は０．５〜
１０重量％である。０．５重量％未満では効果が不十分
であり、１０重量％を越えると、使用時の炭素粉の酸化
により組織が劣化する。

【００１９】また、粒径１ｍｍ以下の部分には、耐食性
に優れる電融アルミナや焼結アルミナを主体に使用する
ことが好ましい。添加量は１０〜４０重量％が好まし
く、１０重量％以下では十分な耐食性が得られず、４０
重量％を越えると１ｍｍ以下の微粉が多すぎて耐スポー
リング性が低下してしまう。

【００２０】さらに、使用するアルミナ原料のＡｌ₂Ｏ₃
原料の純度を高めることで、マトリックス部と粗粒電融
アルミナ表面との反応を抑制できる。すなわち、使用す
る電融アルミナと、焼結アルミナと、仮焼アルミナのそ
れぞれのＡｌ₂Ｏ₃含有率が９５重量％以上であると耐食
性に優れたものになる。

【００２１】また、マトリックスを構成する１ｍｍ未満
の微粉部からＳｉＯ₂成分を含む原料を排除すると、マ
トリックスの先行溶損を抑制すると同時に、電融アルミ
ナとマトリックス部との反応を抑制するため、耐熱衝撃
性が向上する。従って、使用する配合物中のＳｉＯ₂含
有量は１重量％以下であることが好ましい。

【００２２】また、これらの原料にさらに、酸化防止の
ために炭化硼素等を０．５〜２重量％添加するか、ある
いは低膨張率化を目的として炭化珪素等を１〜１０重量
％添加しても特に差し支えない。

【００２３】上記の耐火材の原料粉末配合物にフェノー
ル樹脂等の有機バインダーを添加し、混練し、成形後還
元焼成するという通常のプレートれんがの製法により、
本発明のプレートれんがを製造することができる。その
温度はカーボンボンドが生成される８００℃以上が望ま
しい。また、焼成後、ピッチを含浸しても良い。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、実施例に基づいて本発明の
実施の形態を説明する。

【００２５】表１及び表２に本発明の実施例をその配合
組成（重量％）と得られたれんがの特性とともに示す。
表３及び表４に比較例を示す。

【００２６】

【表１】

【表２】

【表３】

【表４】上記各表において、電融アルミナとしてはＡｌ₂Ｏ₃含有
率９９重量％、仮焼アルミナはＡｌ₂Ｏ₃含有率９９重量
％で平均粒径２μｍのものを使用した。

【００２７】また、金属シリコンは粒度０．１ｍｍ以
下、未安定ジルコニアはジルコニア含有率９０重量％以
上の天然産バデライトで粒度０．２ｍｍ以下、炭化珪素
は０．５ｍｍ以下のものを使用した。

【００２８】また、ジルコニアムライト（以下ＺＭと称
す）としては、ジルコニア３７重量％、アルミナ４６重
量％、シリカ１７重量％の電融原料を、アルミナジルコ
ニア（以下ＡＺと称す）としては、ジルコニア４０重量
％、アルミナ６０重量％の電融原料を使用した。

【００２９】表１〜４に示す配合割合で混練後、プレー
トれんがを成形し、乾燥後、１４００℃で焼成し、焼成
後、物理的性質を測定した。

【００３０】スポーリングテストは、プレートれんがか
ら４０×４０×１８０ｍｍのサンプルを切り出して、１
６００℃の溶銑中に３分間浸漬後取り出して水冷する操
作を５回繰り返し、サンプルの亀裂及び剥落より耐熱衝
撃性を評価した。耐食性試験は、プレートれんがから９
０×８０×３０ｍｍのサンプルを切り出して、高周波誘
導加熱炉を使用して内張り浸食試験を行った。この試験
条件は、酸化鉄粉とＳＳ４１を用い、１６００℃の条件
で３時間試験を行い溶損によるサンプルの減寸量を測定
し、耐食性を評価した。この結果を、比較例５の減寸量
を１００として指数で表示した。表中の耐食性指数がそ
れに当たり、数値が小さいほど耐食性が高いことを示
す。

【００３１】実施例１〜６および実施例１４〜２０は、
電融アルミナ３−１ｍｍの使用量が異なるものである
が、比較例５の焼結アルミナを使用したものや、比較例
８の焼結アルミナと電融アルミナを併用使用したものと
比べて、弾性率が低く、またスポーリングテストも良好
であり、耐熱衝撃性にすぐれていることがわかる。

【００３２】また、比較例６は粗粒にＺＭを使用し、比
較例９は粗粒にＺＭと電融アルミナを併用したものであ
るが、耐食性指数がそれぞれ１３５と１１８であり、本
発明の実施例３より耐食性が低い。

【００３３】さらに、粗粒部にＡＺ原料を使用した比較
例７と併用使用した比較例１０は、耐食性、耐熱衝撃性
とも実施例３とほぼ同等である。しかしながら、比較例
７においては、焼成後５個のプレートれんがのうち１個
に実使用に問題のある亀裂が発生している。

【００３４】実施例３は、従来のＡＺ原料を使用したプ
レートれんがと、耐食性と耐熱衝撃性においては同等の
性能を有しており、しかも製造時の亀裂の審判がなく歩
留まりが優れていることがわかる。

【００３５】実施例７は、電融アルミナの５−１ｍｍを
使用したものであるが、耐熱衝撃性、耐食性ともに良好
である。

【００３６】比較例１および１１、１３は、電融アルミ
ナ３−１ｍｍが１５重量％と少ないため、耐熱衝撃性に
劣り、比較例２および１２、１４は電融アルミナ３−１
ｍｍが５５重量％と多いため、強度が不十分である。

【００３７】実施例８〜１２は仮焼アルミナの使用量が
異なるものであるが、いずれも良好な強度、耐熱衝撃
性、耐食性を示す。これに対して、比較例３は仮焼アル
ミナが５％と少なすぎるために低強度となり、比較例４
は仮焼アルミナが３５％と多すぎるために耐熱衝撃性に
劣っている。

【００３８】実施例２及び比較例５の配合を使用してプ
レートれんがを製造し、各１０セットを実際の取鍋で使
用した。実施例２の配合を使用したものは、平均４．７
回使用できたが、比較例５は使用中に亀裂が発生し、平
均３．９回の使用であるに過ぎなかった。

【００３９】

【発明の効果】プレートれんがの原料構成において、粗
粒領域に電融アルミナを使用し、マトリックス部に平均
粒径５μｍ以下の仮焼アルミナを多量に使用し、焼成す
ることで従来のアルミナ質原料を使用したものよりもさ
らに耐スポーリング性に優れたプレートれんがが得られ
る。

【００４０】また、電融アルミナとマトリックス部との
反応を抑制するために、マトリックスを構成する１ｍｍ
未満の微粉部にはＳｉＯ₂成分を含む原料を排除した
り、使用するアルミナ原料のＡｌ₂Ｏ₃の純度を高めるこ
とで、マトリックス部と粗粒電融アルミナ表面との反応
を抑制し、さらに耐スポーリング性と耐食性を向上する
ことができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粒径１〜５ｍｍの電融アルミナ２０〜５
０重量％と、平均粒径５μｍ以下の仮焼アルミナ１０〜
３０重量％と、残部が粒径１ｍｍ未満の耐火原料粉末か
らなる配合物に、有機バインダーを添加して混練し、成
形後、還元雰囲気下で焼成したことを特徴とするプレー
トれんが。
【請求項２】前記残部の粒径１ｍｍ未満の耐火原料粉
末として、ジルコニア１〜１０重量％と、金属粉１〜７
重量％と、炭素粉０．５〜１０重量％と、電融アルミナ
及び／または焼結アルミナ１０〜４０重量％とを使用し
たことを特徴とする請求項１に記載のプレートれんが。
【請求項３】仮焼アルミナと、電融アルミナと、焼結
アルミナのそれぞれのＡｌ₂Ｏ₃量が９５重量％以上であ
ることを特徴とする請求項２に記載のプレートれんが。
【請求項４】配合物中の全ＳｉＯ₂含有量が１重量％
以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のい
ずれかに記載のプレートれんが。