(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇの金属粉末若しくはこれらの金属の合金粉末の１種または２種以上の２〜６重量％、自己焼結性を有するピッチ粉１．０〜６．２重量％、土状黒鉛０．３〜３．２重量％、残部がＭｇＯを主成分とする骨材からなる原料に、熱硬化性樹脂を外割で３．０〜１０重量％添加し、これを混練成形して非酸化性雰囲気で８００〜１４００℃で焼成してなるマグネシア−カーボン質スライドゲートプレート。
【請求項２】
Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇの金属粉末若しくはこれらの金属の合金粉末の１種または２種以上が、Ａｌの金属粉末にＳｉの金属粉末またはＳｉの合金粉末を加えた混合粉末であることを特徴とする請求項１記載のマグネシア−カーボン質スライドゲートプレート。
【請求項３】
ピッチ粉の添加量が、２．０〜６．０重量％であることを特徴とする請求項１記載のマグネシア−カーボン質スライドゲートプレート。
【請求項４】
ピッチ粉の添加量が、３．０〜５．０重量％であることを特徴とする請求項３記載のマグネシア−カーボン質スライドゲートプレート。
【請求項５】
ピッチ粉の軟化点が３００〜４５０℃であることを特徴とする請求項１記載のマグネシア−カーボン質スライドゲートプレート。
【請求項６】
土状黒鉛の添加量が０．５〜３．０重量％であることを特徴とする請求項１記載のマグネシア−カーボン質スライドゲートプレート。
【請求項７】
土状黒鉛の添加量が１．０〜２．０重量％であることを特徴とする請求項１記載のマグネシア−カーボン質スライドゲートプレート。
【請求項８】
化学成分が、ＭｇＯ  ８４〜９１重量％、Ｃ  ３．０〜９．５重量％、残部がＡｌ２  Ｏ３  およびＳｉＣからなり、圧縮強さが９０ＭＰａ以上、１４００℃の曲げ強さが２０ＭＰａ以上のマグネシア−カーボン質スライドゲートプレート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、溶融金属の流量制御に使用されるマグネシア−カーボン質スライドゲートプレートに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、溶融金属容器に装着されて溶融金属の流量制御に使用されるスライドゲートプレートは、アルミナ−カーボン質耐火物に代表される炭素含有耐火物が、耐蝕性と耐スポーリング性に優れているところから広く使用されている。この耐火物が耐蝕性に優れているのは、炭素が溶融スラグなどにぬれ難く、また化学的にも安定でスラグと反応しにくいためである。また、耐スポーリング性に優れているのは、炭素は熱伝導性が高く、しかも熱膨張率が小さいことなどによるものである。
【０００３】
しかしながら、一方で炭素は酸化され易いといった欠点があり、スライドゲートプレートではこの酸化が起こると、スライドゲートプレートの強度低下や溶融スラグの浸潤を招き、これが生ずるとスライドゲートプレートの寿命を低下させる恐れがあった。また、炭素を多量に添加したものではれんがの強度低下を招き、スライドゲートプレートでは溶鋼流やプレート摺動時の耐摩耗性を低下させることになった。こうしたことで、カーボン原料は、適切な原料と適宜な添加量の選択が必要であった。
【０００４】
一方、溶融金属精錬用耐火物としては、マグネシアに代表される塩基性骨材を使用した炭素含有耐火物が使用されてきた（特開昭５５−１１６６５９、特開平５−４８６１、特公平７−１０８８０５）。マグネシアは高融点（２８００℃）で、塩基性スラグや溶融金属に対して耐蝕性が優れているが、耐スポーリング性に劣る欠点を有している。このために、マグネシアに鱗状黒鉛などのカーボンを組み合せることで、高熱伝導性と低熱膨張性を付与して、耐スポーリング性と耐蝕性に優れたマグネシア−カーボンれんがとしていた。溶融金属精錬用耐火物として開発されたマグネシア−カーボンれんがは、耐スポーリング性を向上させるために鱗状黒鉛などのカーボン原料を１０〜２５重量％添加している。しかしながら、この材質のものをスライドゲートプレートに使用すると、強度が十分でないために摺動面の損傷が大きく耐摩耗性に劣るといった問題があった。
【０００５】
スライドゲートプレートは、浸漬ノズルやロングノズルに要求されるような耐スポーリング性は必要でないが、金属製枠にボルトやコッターで拘束して使用されて、溶融金属の流量制御を安全かつスムーズに行うことが出来るように、耐摩耗性と高い耐蝕性を具えることが非常に重要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、原料に土状黒鉛を使用することによって成形体のかさ比重を向上させ、高強度で耐摩耗性に優れたマグネシア−カーボン質スライドゲートプレートを得ようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇの金属粉末若しくはこれらの金属の合金粉末の１種または２種以上の２〜６重量％、自己焼結性を有するピッチ粉１．０〜６．２重量％、土状黒鉛０．３〜３．２重量％、残部がＭｇＯを主成分とする骨材からなる原料に、熱硬化性樹脂を外割で３．０〜１０重量％添加し、これを混練成形して非酸化性雰囲気で８００〜１４００℃で焼成してなるマグネシア−カーボン質スライドゲートプレート（請求項１）、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇの金属粉末若しくはこれらの金属の合金粉末の１種または２種以上が、Ａｌの金属粉末にＳｉの金属粉末またはＳｉの合金粉末を加えた混合粉末であることを特徴とする請求項１記載のマグネシア−カーボン質スライドゲートプレート（請求項２）、ピッチ粉の添加量が、２．０〜６．０重量％であることを特徴とする請求項１記載のマグネシア−カーボン質スライドゲートプレート（請求項４）、ピッチ粉の添加量が、３．０〜５．０重量％であることを特徴とする請求項３記載のマグネシア−カーボン質スライドゲートプレート（請求項５）、ピッチ粉の軟化点が３００〜４５０℃であることを特徴とする請求項１記載のマグネシア−カーボン質スライドゲートプレート（請求項５）、土状黒鉛の添加量が０．５〜３．０重量％であることを特徴とする請求項１記載のマグネシア−カーボン質スライドゲートプレート（請求項６）、土状黒鉛の添加量が１．０〜２．０重量％であることを特徴とする請求項１記載のマグネシア−カーボン質スライドゲートプレート（請求項７）及び化学成分が、ＭｇＯ  ８４〜９１重量％、Ｃ  ３．０〜９．５重量％、残部がＡｌ２  Ｏ３  およびＳｉＣからなり、圧縮強さが９０ＭＰａ以上、１４００℃の曲げ強さが２０ＭＰａ以上のマグネシア−カーボン質スライドゲートプレート（請求項８）である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この発明のマグネシア−カーボン質スライドゲートプレートは、主原料にＡｌ、Ｓｉ、Ｍｇの金属粉末若しくはこれらの合金粉末、ピッチ粉、土状黒鉛、残部をＭｇＯを主成分とする骨材とするものである。この発明では、黒鉛に土状黒鉛を用いた点が大きな特徴となっているものである。
【０００９】
従来のマグネシア−カーボンれんがでは鱗状黒鉛がもっぱら使用されてきた。鱗状黒鉛は耐スポーリング性向上には効果が大きいが、強度の低下が大きくスライドゲートプレートに用いた場合は耐摩耗性に劣るといった問題があった。そこで、この発明では土状黒鉛を使用してスライドゲートプレートとするものである。土状黒鉛を使用すると、成形体とした場合にかさ比重を向上させ、組織が緻密となって強度を向上させる効果がある。また、土状黒鉛は平均粒径が２μｍ程度の微粉が入手可能であるので、酸化後の強度劣化も抑制することができる。土状黒鉛は少量の添加でも効果があるので、その添加量の下限は０．５重量％とする。逆に、これを多量に添加すると酸化後の強度低下を大きくするので、添加量の上限は３．０重量％とする。土状黒鉛のさらに好ましい添加量は１．０〜２．０重量％である。カーボンは酸化され易いので、カーボンの酸化を抑制し強度低下を防ぐために、さらに、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇの金属粉末若しくはこれらの合金粉末の１種または２種以上を添加する。これらの金属粉末の添加量は２〜６重量％とする。これが２重量％未満ではカーボンの酸化防止の効果がなく、またこれが６重量％を超えると耐スポーリング性が低下する。
【００１０】
ピッチ粉は動弾性率を低くし耐スポーリング性を向上させる効果がある。ピッチ粉は、自己焼結性から黒鉛と比較しても製品の強度低下が少ない。ピッチ粉は、粒度が１mm下で細かいものほどレジンと馴染みやすく、耐酸化性に優れ強度向上に有効である。ピッチ粉の軟化点は低いほど強度向上に有効であるが、軟化点があまり低いと逆にれんが組織がポーラスとなり好ましくない。ピッチ粉の軟化点の好ましい範囲は３００〜４５０℃である。ピッチ粉の添加量が多量であると、れんががポーラスとなって強度が低下する。ピッチ粉の添加量は１．０〜６．２重量％、好ましくは２〜６重量％とする。さらに好ましいピッチ粉の添加量は３．５〜５．０重量％である。その他は、ＭｇＯを主成分とする骨材とする。
【００１１】
以上の原料にバインダーとして、フェノールレジンなどの熱硬化性樹脂を外割で３．０〜１０重量％加えて混練して成形する。熱硬化性樹脂が３．０重量％未満では成形体の強度が不足してハンドリングに支障を来す。焼成温度は８００〜１４００℃とする。焼成温度が８００℃未満では強度発現剤の働きをするＡｌの反応が少なく、製品強度を上げることができない。また、焼成温度が１４００℃を超えると、金属Ａｌや金属Ｓｉが酸化物となって耐蝕性の向上が期待できなくなる。金属Ａｌは、炭素存在下で加熱するとＡｌ４  Ｃ３  が生成するが、これは常温で吸湿性があり消化現象を発生させる原因となる。しかし、ここに金属Ｓｉ或いはＳｉ合金粉末が存在すると、Ａｌ４  Ｃ３  とＳｉの化合物或いは固溶体を形成して消化を防ぐことができる。このため、金属Ａｌは金属Ｓｉ或いはＳｉ合金との併用が好ましい。
【００１２】
【実施例】
（実施例１〜３、比較例１〜４）
表１に示す各種原料組成に、ノボラックタイプのフェノールレジンを外割で同表に示す量で添加し混練した。なお、マグネシアクリンカーは焼結マグネシアを用いた。この混練物を油圧プレスで成形し、その後に２００℃まで昇温させて乾燥した。この乾燥した成形体を、カーボンブリーズを充填した還元性雰囲気で１２００℃で焼成しマグネシア−カーボンれんがとした。表１には、比較例としてこの発明の範囲外のものも示した。
【００１３】
即ち、比較例１は土状黒鉛を使用しないもの、比較例２は土状黒鉛とともに鱗状黒鉛を用いたもの、比較例３は土状黒鉛を本発明で規定した範囲を超えて使用したうえに鱗状黒鉛を使用したもの、比較例４は土状黒鉛を本発明で規定した範囲を超えて使用したものである。表１に示す原料を用いたれんがの見掛け気孔率（％）、かさ比重、圧縮強さ（ＭＰａ）、曲げ強さ（ＭＰａ）、１２００℃・３時間加熱処理後の圧縮強さ（ＭＰａ）、耐摩耗性、耐スポーリング性を調べた。その結果を表２に示した。さらに、表２には、比較例１〜４のれんがについて同様の試験をした結果について示した。また、実施例１〜３、比較例１〜４の各れんがの圧縮強さは図１に示して対比した。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
【表２】
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【００１６】
表２に示すように、実施例１ないし３は、いずれも圧縮強さ、耐摩耗性が優れているのに対し、比較例１ないし４は、いずれも圧縮強さ、耐摩耗性の点で劣っていることが分かる。
（実施例４〜７、比較例５および６）
実施例４〜７は、ピッチ粉の添加量を一定にして、土状黒鉛の添加量を変えたもので表３の原料を用い、実施例１〜３と同様にしてマグネシア−カーボンれんがとしたものである。なお、焼成温度は１２００℃とした。表３には比較例５および６を示した。比較例５は黒鉛を使用しないもの、比較例６は土状黒鉛を本発明で規定した範囲を超えて用いたものである。
【００１７】
表３に示す原料を用いたれんがについても、見掛け気孔率（％）、かさ比重、圧縮強さ（ＭＰａ）、曲げ強さ（ＭＰａ）、１２００℃・３時間加熱処理後の圧縮強さ（ＭＰａ）を調べその結果を表４に示した。さらに、表４には、比較例５および６のれんがについて同様の試験結果を示した。また、実施例４〜６、比較例５および６の各れんがの土状黒鉛添加量に対する圧縮強度およびかさ比重の関係を図２に示して対比した。
【００１８】
【表３】
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【００１９】
【表４】
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【００２０】
表４に示すように、実施例４〜７は、いずれも圧縮強さが優れているのに対し、比較例５及び６は圧縮強さの点で劣る。図２は、実施例および比較例に相当する土状黒鉛の添加率に対する、圧縮強さおよびかさ比重を示したものである。これによると、土状黒鉛の添加量は０．３〜３．２重量％で圧縮強度およびかさ比重が大きくなることが分かる。
（実施例８〜１０、比較例７〜９）
実施例８〜１０は、主に土状黒鉛を一定にしてピッチ粉の添加量を変えて表５の原料を用い、実施例１〜３と同様にしてマグネシア−カーボンれんがとしたものである。なお、焼成温度は１２００℃とした。表５には比較例７〜９を示した。比較例７はピッチ粉を使用しないもの、比較例８および９はピッチ粉を本発明で規定した範囲を超えて使用したものである。
表５に示す原料を用いたれんがについても、見掛け気孔率（％）、かさ比重、圧縮強さ（ＭＰａ）、曲げ強さ（ＭＰａ）、１２００℃・３時間加熱処理後の圧縮強さ（ＭＰａ）を調べその結果を表６に示した。さらに、表６には、比較例７〜９のれんがについて行った同様の試験結果について示した。また、実施例８〜１０、比較例７〜９の各れんがのピッチ粉添加量に対する圧縮強度および見掛け気孔率の関係を図３に示した。
【００２１】
【表５】
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【００２２】
【表６】
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【００２３】
表６に示すように、実施例８〜１０は、いずれも圧縮強さが優れている。これに対し、比較例７〜９は圧縮強さおよび曲げ強さが小さい。図３は、実施例および比較例に相当するピッチ粉の添加量に対する、圧縮強さおよび見掛け気孔率を示したものである。これによると、ピッチ粉の好ましい添加量は２〜６％であることが分かる。
（実施例１１および比較例１０）
表１の実施例２と比較例１の原料を用いて実施例２と同じ方法でスライドゲートプレートを製造して実機で使用した。その結果を表７に示した。表７に示すように、実施例１１は摺動面の損傷が低減されて使用回数が向上した。また、亀裂もなく問題はなかった。これに対して、比較例１０は使用回数が２回であった。
【００２４】
【表７】
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【００２５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば鱗状黒鉛を使用したマグネシア−カーボンれんがと比較して高強度で耐摩耗性に優れた材質とすることができるので、これを用いてスライドゲートプレートとしたものは、高い耐蝕性と耐摩耗性をもって溶融金属の流量制御を安全かつスムースに行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１ないし３および比較例１ないし４のマグネシア−カーボンの圧縮強度（ＭＰａ）を示した説明図。
【図２】土状黒鉛の添加量（％）と圧縮強さ（ＭＰａ）およびかさ比重の関係を示す線図。
【図３】ピッチ粉の添加量（％）と圧縮強さ（ＭＰａ）および見掛気孔率の関係を示す線図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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