JPH0665626B2 - 炭素含有耐火物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は炭素含有耐火物に関し、更に詳細には黒鉛原料
として新規な黒鉛／カーボン繊維複合材料の練り土を使
用した炭素含有耐火物に関する。

［従来の技術］ 炭素含有耐火物は耐火性無機酸化物よりなる骨材、黒
鉛、適宜金属粉末等からなるものであり、耐火物として
種々の用途に使用されている。例えば金属精錬炉等の内
張り材としては塩基性耐火骨材を主体としたものが、ま
た、混銑車等の内張り材としては非塩基性耐火骨材を主
体としたものが使用されている。

これらの炭素含有耐火物の黒鉛原料としては従来鱗状黒
鉛等の天然黒鉛が広く一般に使用されていた。

また、カーボン繊維を含む炭素含有耐火物として例えば
特開昭59−207871号公報には、マグネシアクリンカー５
０〜９０重量％と鱗状黒鉛５０〜１０重量％の混合物１
００重量部に対して金属マグネシウム粉末０．５〜１０
重量部及び長さ１〜７０mm、直径３〜１００μｍのカー
ボン繊維を０．１〜１０重量部添加してなるマグネシア
・カーボンれんがが開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、特開昭59−207871号公報に記載されているマグ
ネシア・カーボンれんがにおいてはカーボン繊維の分散
方法としてマグネシアクリンカーの微粉・鱗状黒鉛、金
属マグネシウム、カーボン繊維を一緒にしてヘンシェル
ミキサーで混合し、しかる後ニーダーで粗中粒を入れて
混合しているために、ヘンシェルミキサー中で繊維の破
砕及びファイバーボール化が起こり、また、ニーダーで
完全な破砕に至り、カーボン繊維はずたずたに寸断さ
れ、繊維の用をなさなくなる。これは主としてマグネシ
ウム粒が繊維を切断するからである。

従って、本発明は予めカーボン繊維を黒鉛に複合した黒
鉛／カーボン繊維複合材料の練り土（以下、Ｃ／Ｃコン
ポジットと記載する）を炭素含有耐火物の黒鉛原料とし
て使用する新規な炭素含有耐火物を提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段］ 即ち、本発明は、黒鉛配合の炭素含有耐火物において、
黒鉛原料として、黒鉛マトリックス１００重量部に対し
て１〜８０重量部の平均径３〜３０μｍ、長さ０．１〜
１００ｍｍのカーボン繊維と、粘度０．１パスカル・秒
以下の液体とを前記カーボン繊維／液体体積比１／（１
００以上）で剪断力付与下で混合して液体中にカーボン
繊維を均一に分散させ、得られた分散体に前記黒鉛マト
リックスを添加して更に混合することにより得られた、
前記カーボン繊維が前記黒鉛マトリックス中にランダム
に分散してなる黒鉛／カーボン繊維複合材料の練り土を
使用することを特徴とする炭素含有耐火物に係る。

［作用］ 本発明の炭素含有耐火物は黒鉛原料としてＣ／Ｃコンポ
ジットの練り土を使用するところに特徴がある。

本発明に使用するＣ／Ｃコンポジットの練り土に用いる
カーボン繊維は平均径３〜３０μｍ、長さ０．１〜１０
０mmの寸法を有するものである。

また、前記Ｃ／Ｃコンポジットの練り土に使用できる黒
鉛は天然黒鉛または人造黒鉛のいずれでもよく、例えば
鱗状黒鉛、土状黒鉛、カーボンブラッツ、熱分解炭素等
を挙げることができる。使用する黒鉛の粒径は任意のも
のでよい。

前記Ｃ／Ｃコンポジットの練り土は上記黒鉛をマトリッ
クスとし、この黒鉛１００重量部当たり１〜８０重量部
のカーボン繊維がマトリックス中にランダムに分散され
た状態のものである。カーボン繊維の添加配合量が１重
量部未満であると繊維添加の効果が現れないために好ま
しくなく、また、８０重量部を超えると繊維どうしの重
なりが増え、剥離を起こし易くなるために好ましくな
い。

なお、Ｃ／Ｃコンポジットの練り土は界面結合を強化す
る目的で金属シリコンを含有することもできる。金属シ
リコンの添加配合量は黒鉛１００重量部当たり１〜１０
重量部の範囲内である。金属シリコンの添加配合量が１
重量部未満では添加効果がないために好ましくなく、１
０重量部を超えると金属シリコンと繊維との化合物が大
きくなり、繊維を切断するために好ましくない。

次に、Ｃ／Ｃコンポジットの練り土の製造方法を説明す
る。

まず、黒鉛１００重量部当たり１〜８０重量部の上述の
ようなカーボン繊維と、粘度０．１パスカル・秒以下の
液体とを前記繊維／液体体積比１／（１００以上）で剪
断力付与下で混合して液体中にカーボン繊維を均一に分
散させる。

なお、使用するカーボン繊維が短繊維としてそのまま使
用できる場合には必要ないが、チョップドストランド状
やファイバーボール状になっている場合にはカーボン繊
維は解繊処理を施した後に使用する必要がある。解繊処
理は慣用の解繊機、ハイスピードミキサー等を使用して
行うことができる。

この分散操作に使用する０．１パスカル・秒以下の粘度
をもつ液体としては例えば水、アルコール、エーテル、
アセトンあるいはこれらで希釈して粘度を下げたフェノ
ール樹脂、エポキシ樹脂等を挙げることができる。これ
らの液体の使用量はカーボン繊維／液体体積比１／（１
００以上）である。該液体の量がカーボン繊維／液体体
積比が１／（１００未満）であると液体の剪断力が効果
的に働かないために好ましくない。

分散操作はカーボン繊維と液体よりなる混合物に剪断力
を付与することにより行うことができる。この剪断力を
付与する操作には例えばオムニミキサー等を使用するこ
とができる。オムニミキサーの中に上記混合物を装填し
て剪断力付与下で処理することにより、カーボン繊維を
液体中に均一に分散させることができる。

次に、上述のようにして得られた分散体に上記黒鉛１０
０重量部を添加して更に混合して混合物を得る。この操
作は分散操作に引き続きオムニミキサー中で行うことが
できる。なお、黒鉛を添加する前に分散体に少量の界面
活性剤を添加することが好ましい。界面活性剤としては
例えば発泡性の少ない石鹸類や分散剤等を使用すること
が好ましい。この操作により黒鉛中にカーボン繊維をラ
ンダムに分散させることができる。

次に、得られた混合物から液体分を過等の操作及び／
または１５０〜２００℃程度の温度で乾燥することによ
り除去し、本発明のＣ／Ｃコンポジットの練り土を得る
ことができる。

本発明の炭素含有耐火物は上述のようなＣ／Ｃコンポジ
ットの練り土を黒鉛原料として使用するものであるが、
その添加配合量は通常の黒鉛の添加配合量でよく、例え
ば耐火原料９５〜６０重量％とＣ／Ｃコンポジットの練
り土５〜４０重量％程度を配合すればよい。

なお、Ｃ／Ｃコンポジットの練り土を耐火原料と混合す
る前にＣ／Ｃコンポジットの練り土にバインダーをコー
ティングすることが好ましい。

Ｃ／Ｃコンポジットの練り土へのバインダーのコーティ
ングは下記の方法で行うことができる。

まず、上記のようにして得られたＣ／Ｃコンポジットの
練り土を混合型ミキサーに入れ、次に、アルコール等の
希釈剤で希釈したバインダー例えばフェノール樹脂等を
添加して混合した後、自然乾燥により希釈剤を除去する
ことにより行うことができる。

また、Ｃ／Ｃコンポジットに金属シリコン等を添加する
場合には希釈したバインダーと同時に添加することがで
きる。

また、耐火原料とＣ／Ｃコンポジットの練り土の混合に
はＶ型ミキサー等のソフトな混合が可能なミキサーを使
用することが好ましい。例えばニーダーミキサーを使用
すると、繊維が主に耐火原料によってバラバラに切断さ
れて跡形もなくなってしまうために好ましくなく、ま
た、ハイスピードミキサーを使用すると黒鉛中に分散し
ているカーボン繊維がファイバーボールを形成するため
に好ましくない。

また、本発明の炭素含有耐火物に使用する耐火原料は特
に限定されるものではなく、塩基性耐火原料から非塩基
性耐火原料までの慣用の耐火原料を全て使用することが
できる。

更に、本発明の炭素含有耐火物には、炭素の酸化防止剤
として慣用の金属粉末、金属窒化物、金属硼化物等を適
宜添加することもできる。

［実施例］ 以下に実施例を挙げて本発明を更に説明する。

実施例 以下の第１表に記載する配合割合にて、本発明の炭素含
有耐火物に使用するＣ／Ｃコンポジットの練り土を作製
した。

まず、解繊処理を施した所定量のカーボン繊維と水６
（カーボン繊維の体積の約１０００倍）のをオムニミキ
サーに装填し、回転数６Ｈｚの条件下で処理して水中に
カーボン繊維を均一に分散させた。

次に、得られた分散体に界面活性剤としてMiranolＨＭ
を１mlとシリコン油数滴とを添加した後、所定量の黒鉛
原料を添加し、更に、回転数６Ｈｚの条件下で処理する
ことにより黒鉛中にカーボン繊維をランダムに分散させ
た分散体を得た。

次に、過により分散体から水を除去し、１５０℃の温
度で５時間乾燥することにより本発明のＣ／Ｃコンポジ
ットの練り土を得た。

なお、第１表に示す黒鉛１は鱗片状の天然黒鉛であり、
黒鉛２は人造黒鉛である。また、カーボン繊維１は平均
径７μｍ、長さ約１２mmのものであり、カーボン繊維２
は平均径１８μｍ、長さ約１０mmのものである。

次に、得られたＣ／Ｃコンポジットの練り土にアルコー
ル：フェノール樹脂重量比＝２：１のバインダーを黒鉛
原料１００重量部に対してフェノール樹脂換算量で６重
量部添加し、無加圧のニーダーミキサーにて混合し、次
に、２０℃で２４時間自然乾燥させることによりアルコ
ールを除去した。なお、この工程中に希釈フェノール樹
脂と共に金属シリコンを適宜添加できる。

次に、上記のようにして得られたＣ／Ｃコンポジット２
０重量部と、予めバインダーで処理した耐火原料（マグ
ネシア）８０重量部とをＶ型ミキサーでソフトに混合
し、その際に酸化防止剤として金属アルミニウムを２重
量部添加して本発明の炭素含有耐火物を得た。

得られた炭素含有耐火物の特性値を第１表に併記する。

［発明の効果］ 本発明の炭素含有耐火物は黒鉛原料としてＣ／Ｃコンポ
ジットの練り土を使用しているために、炭素含有耐火物
中にカーボン繊維を良好な状態で分散させることができ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】黒鉛配合の炭素含有耐火物において、黒鉛
   原料として、黒鉛マトリックス１００重量部に対して１
   〜８０重量部の平均径３〜３０μｍ、長さ０．１〜１０
   ０ｍｍのカーボン繊維と、粘度０．１パスカル・秒以下
   の液体とを前記カーボン繊維／液体体積比１／（１００
   以上）で剪断力付与下で混合して液体中にカーボン繊維
   を均一に分散させ、得られた分散体に前記黒鉛マトリッ
   クスを添加して更に混合することにより得られた、前記
   カーボン繊維が前記黒鉛マトリックス中にランダムに分
   散してなる黒鉛／カーボン繊維複合材料の練り土を使用
   することを特徴とする炭素含有耐火物。