JPH0788254B2

JPH0788254B2 - 炭化珪素質耐火物の製造方法

Info

Publication number: JPH0788254B2
Application number: JP61272657A
Authority: JP
Inventors: 信彦加治
Original assignee: 黒崎窯業株式会社
Priority date: 1986-11-14
Filing date: 1986-11-14
Publication date: 1995-09-27
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: JPS63129072A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、例えば高炉々壁用耐火物のように、耐アルカ
リ，耐酸化，耐スラグ，耐摩耗性を要求される場所に使
用する炭化珪素質耐火物の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

炭化珪素耐火物は、粘土もしくはシリケートで結合した
ものが昔から使用されてきたが、使用条件が苛酷になる
につれ、耐アルカリ性，耐熱性等が不足するようになっ
た。

この対策として、例えば特公昭60−6305号公報に記載さ
れているように、SiあるいはAlを骨材中に配合して、窒
化雰囲気中で焼成して炭化珪素をサイアロンで結合させ
る方法が開発された。

しかしながら、このような方法では添加したSiもしくは
Alが成型体芯部で金属のまま残存し、耐アルカリ，耐水
蒸気酸化性が不足した耐火物が生じ易く、このため製造
可能な肉厚に制限が生じることになる。

また特公昭60−47224号公報に記載されていように、配
合物中にAl,Si及び粘土を添加してコークス・ブリーズ
中で1300〜1600で焼成し、結合部にSi−Al−Ｏ−N,アル
ミナ，窒化珪素並びに炭化珪素を生成させる方法も提案
されている。

しかしながら、この方法によっても、焼成中に生成する
Si₃N₄の気孔密閉効果によりSiもしくはAlが芯部に、未
反応のまま残存し易く製造可能な肉厚に制限が生じる。

さらに、このような製造する耐火物の肉厚に制限を受け
ない方法として、配合物中に樹脂バインダと共にSiを添
加して、樹脂バインダからのカーボンとSiとを反応させ
芯部にもβ−SiCの結合を形成させる方法も試みられて
いるが、この方法で作られたものでは、β−SiCのみの
結合のために、耐アルカリ性，耐スポーリング性が不充
分である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明が解決しようとする課題は、かかる従来の炭化珪
素質耐火物の製造に際しての問題点を解消するもので、
肉厚の制限なく、他の物性を低下させることなく耐アル
カリ、耐酸化、耐スラグ、耐摩耗性を充分に発揮するこ
とができる炭化珪素質耐火物の製造方法を提供すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、炭化珪素耐火物において、耐アルカリ性，耐
酸化性，耐スラグ性，耐摩耗性を付与するサイアロン,A
lN,SiC,Si₃N₄による肉厚制限の機構解明によって完成し
たものである。

例えば前述の特公昭60−6305号公報に記載されているよ
うに、N₂もしくはNH₃気流中のような窒化雰囲気中で焼
成する場合には、添加されたSiがSi₃N₄を形成し、これ
が窒化ガスの耐火物内部への進入を妨けて、これが耐火
物深部における窒化反応を制限して耐火物の肉厚を規制
する。

また、同じく特公昭60−47224号公報に記載のN₂もしく
はNH₃ガスを特に流すことのない製造方法においても、
配合物中に粘土を使用しているため、添加Alによって粘
土の中のシリカが還元され、この還元によって生じたSi
がコークスブリーズ中で焼成中、コークスブリーズ中に
存在する窒素ガスと反応してSi₃N₄が形成され、これが
窒素ガスの耐火物内部への進入を抑制する形となって、
同様に耐火物の肉厚を規制する。また、せっかく添加し
たAlが粘土中のシリカによって酸化されてコランダムな
り、AlNの生成量が減少して製造された耐火物の耐アル
カリ性，耐スポーリング性，耐スラグ性を低下する。

本発明は、かかる金属アルミニウムや金属珪素を添加し
た配合物による炭化珪素質耐火物の製造方法において、
その肉厚を規制する未反応の金属アルミニウムや金属珪
素残留は、Si₃N₄の形成によって窒化ガスの進入が制限
されることによるものであるという機構の解明によって
完成したもので、窒化ガスの進入を制限するSi₃N₄を形
成を防止する条件を見いだしものである。

具体的には、Al/Siの重量比が10/1〜1/4の範囲内にある
金属アルミニウムと金属珪素の混合或いは合金粉末５〜
30重量％と、アルミナ粉末を３〜20重量％と、残部が炭
化珪素からなる配合物を高炭化収率を有する樹脂で混
練，成形し、カーボン粉末中で1300〜1650℃で焼成する
ことによって、結合部にサイアロン,AlN,β−SiCを形成
せしめるもので、これによって、Si₃N₄が生成すること
がなく、深部まで反応を進行せしめ、厚肉の耐火物の製
造を可能にするものである。

結合部の耐アルカリ性，耐スラグ性及び強度を上げるサ
イアロン,AlN,β−SiCを形成させるためには、上記金属
アルミニウムと金属珪素との添加量の総量は５重量％以
上必要である。しかしながら、その添加総量が30重量％
より多い結合部の量が多くなりすぎて、耐アルカリ性，
耐スポーリング性が低下する。

この結合部における適量のサイアロン,AlN,β−SiC等を
形成させるのに、最も重要なことは金属アルミニウムと
金属珪素との配合比であって、Al/Siの重量比が10/1〜1
/4の範囲内にあるとき、上記特定の処理条件の下で、焼
成することによってSi₃N₄を形成することなく、結合部
にサイアロン,AlN,β−SiCを形成し、耐アルカリ性、耐
スポーリング性，耐酸化性，耐スラグ性を強化して、か
つ肉厚可能なSiC耐火物となる。

しかしながら、Al/Siの重量比が10/1よい多いと生成す
るAlNの量がβ−SiCの量より相対的に多くなりすぎ、耐
消化性，耐アルカリ性が低下する。他方、Al/Si比が重
量比で1/4より少ないと、生成するAlNの量がβ−SiOの
量より相対的に少なくなりすぎ、耐スラグ性，耐アルカ
リ性，耐スポーリング性が低下する。

本発明においては、配合物中に結合に寄与するサイアロ
ンを形成するためのアルミナ粉末を３〜20重量％配合す
る。その配合量が３重量％より少ないと、サイアロンが
生成されず、耐摩耗性，耐スラグ性の向上が期待できな
いし、20重量％より多いと、コランダムの残存量が多く
なり、耐アルカリ性，耐スポーリング性が低下する。

また、アルミナの代替物としてコストアップになるが、
AlN,サイアロンが使用可能である。アルミナ代替品の酸
素量がアルミナ換算で３重量％あれば、サイアロンが生
成され、耐摩耗性，耐スラグ性が改善される。

さらに残部には炭化珪素が配合されるが、炭化珪素に代
って、窒化珪素の使用が可能である。窒化珪素の使用は
原料自体の気孔率が炭化珪素より高いため耐火物の気孔
率が上がり、耐アルカリ性，耐酸化性の低下をもたら
し、コストアップにもなるが、耐スポーリング性の点で
有利であり、配合物炭化珪素の20重量％以下まで代替可
能である。

本発明では上記配合物の成型に先立っての混練に際して
は、40〜70％程度の高い炭化収率を有する樹脂としては
コスト作業性の点からフェノール樹脂が望ましい。

このようにして得られた混練成型体は、炭化珪素製のサ
ヤの中に装入し、その空間にカーボン粉末を詰めて1300
〜1650℃で焼成する。

詰粉として使用するカーボン粉末としては、コークス粉
末，黒鉛，電極粉末，副生鱗状黒鉛粉末等が使用可能あ
る。カーボン粉末は雰囲気を還元雰囲気に保ち、詰粉中
に保持される空気からのN₂焼成中成型体内に供給する。

かかる雰囲気中で上記混練配合物成型体を1300〜1650℃
で焼成することによって、サイアロン,AlN,β−SiCによ
って結合された組織が得られ、これによって耐アルカ
リ、耐酸性、耐摩耗性に優れた炭化珪素耐火物が得られ
る。

焼成温度が1300℃より低いと、焼成中に添加したAlから
できるAl₄C₃が残存し、耐消化性，耐アルカリ性が低下
する。また、焼成温度が1650℃より高いと、できる耐火
物の物性は大きく変化なく品質的にメリットない。ま
た、カーボン詰粉を保持するSiCサヤの耐用性が大幅に
低下し、コストアップになるだけである。

〔実施例〕

第１表及び第２表に示すような配合物を600×400×120m
mで成形し、同表に示す条件で焼成した。

本発明の要件内に入る条件で製造された各実施例の場合
は、優れた機械的性質と共に耐蝕性を有する。

これに対し、比較例１及び２に示すように、窒化焼成品
は中心部が窒化されず、金属アルミニウムや金属珪素が
残存し、中心部は外周部に比較して耐アルカリ性，耐酸
化性が著しく劣る。また、シリコンのみを添加した比較
例１は、耐スラグ性，耐スポーリング性，耐摩耗性の低
下が大である。AlとSiを添加した比較例２の窒化雰囲気
焼成品は、カーボン粉末中焼成品に比較して、耐スポー
リング性の低下が大である。

比較例３と実施例４より、AlとSiの混合粉末の添加量が
５重量％を超えると、強度，耐アルカリ性，耐スラグ
性，耐摩耗性が著しく向上していることが判る。しかし
ながら、AlとSiの混合粉末の添加量が30重量％より多い
と、耐アルカリ性，耐スポーリング性の低下が大になる
ことが比較例４と実施例３から判る。

比較例５と実施例４からアルミナの添加量が３重量％を
超えると、耐スラグ性，耐摩耗性が著しく向上する。し
かしながら、比較例６と実施例５から、アルミナの添加
量が20重量％より多いと、耐アルカリ性，耐スラグ性，
耐スポーリング性の低下が大になることが判る。しかし
ながら、比較例７と実施例６より、SiCからSi₃N₄の代替
量が20重量％より多くなると、耐アルカリ性，耐酸化性
の低下が大になることが判る。

実施例７〜10より、アルミナの代替えとして、AlN,サイ
アロン，酸窒化珪素の１種もしくは２種以上の使用が可
能であることが判る。

また、比較例８を実施例７と比較することによって、ア
ルミナ代替品に酸素量がアルミナ換算で３重量％を超え
て含有されているとき製品の耐摩耗性，耐スラグ性，耐
消化性の向上が大である。

第３表に示す配合物を第１表，第２表と同一条件で成形
し、1500℃カーボン粉末中で焼成した。

比較例Ａと実施例ＡよりAl/Siの比が重量比で10/1より
小さい場合には耐消化性，耐アルカリ性が著しく向上す
ることが判る。

比較例Ｂと実施例Ｃより、AlとSiは混合粉の形でも合金
の形で添加してもよいと言える。

比較例Ｃと実施例Ｂより、粘土粉を添加すると中心部の
耐アルカリ性，耐スラグ性，耐スポーリング性が劣化す
ることが判る。

第１表の実施例２で示した素地を第４表に示す条件で焼
成した。

比較例2Aと実施例2Aより、焼成温度が1300℃より高いと
焼成中にAl₄C₃が残存することなく、耐消化性，耐アル
カリ性が改善されることが判る。しかしながら、焼成温
度が1650℃より高い温度で焼成しても、品質上の効果は
特になく、若干対アルカリ性，耐消化性が低下すること
が比較例2Bと実施例2Bから判る。そして、カーボン詰粉
を保持するSiCサヤの耐用性が大幅に低下して実用性が
なくなる。

第５表に示す配合を高炉炉壁用（650×450×120mm）、
スラグ溶解炉炉壁用（900×350×85mm）として成形し、
第１表、，第２表，第３表と同じ条件下で焼成した。

高炉炉壁にテスト張りされたれんがは、１年間使用後ボ
ーリングし残存厚みを測定し損耗速度を求めた。本発明
品が比較品に比較して、損耗速度が大幅に少ないことが
わかった。

スラグ溶解炉にテスト張りされたれんがは６ケ月使用後
解体し、検寸後損耗速度を求めた。

比較例２は肉厚が85mmと薄くしたため、れんが中央部の
劣化がなく、また連続操業のため、耐スポーリング性低
下の影響が少なかったためか本発明品より若干劣る程度
であったが、他の比較品は損耗速度の増加が著しかっ
た。

本発明品は、窒化焼成品，粘土添加品に比較して肉厚を
厚くすることができ、目地の数を減らすことができ、ガ
スシール性の向上，築炉能率の向上をもたらすことが可
能になった。

本発明品の用途は第５表に示した用途に限定されるもの
ではなく、炭化珪素耐火物の耐アルカリ性，耐スラグ
性，耐スポーリング性，耐酸化性を活用できる全ての用
途に使用可能である。

例えば、非鉄精錬炉，非鉄焼成炉，鉄粉焼成炉，セラミ
ック等焼成治具（棚板，サヤ等）、ゴミ焼却炉等が挙げ
られる。

〔発明の効果〕本発明により、混練成型した配合物の肉厚を120mm程度
に厚くしても、炭化珪素れんがとして充分なる特性を有
するものを得ることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Al/Si比が重量比で10/1〜1/4の範囲内で混
合もしくは合金化したAl及びSiの粉末を５〜30重量％、
アルミナ粉末を３〜20重量％、残部が炭化珪素よりなる
配合を高炭化収率を有する樹脂で混練，成形し、カーボ
ン粉末中で1300〜1650℃で焼成したことを特徴とする高
肉厚可能な炭化珪素質耐火物の製造方法。
【請求項２】炭化珪素の内20重量％以下が窒化珪素で代
替されたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
高肉厚可能な炭化珪素質耐火物の製造方法。
【請求項３】アルミナ粉末の一部がAlN,サイアロン，の１種もしくは２種以上で代替されたことを特徴とする
特許請求の範囲第１項及び第２項記載の高肉厚可能な炭
化珪素質耐火物の製造方法。