(57)【要約】【課題】耐火物の耐食性と強度を更に高めることのできる窒化珪素鉄粉末と、それを用いた耐火物、特に高炉出銑口閉塞用マッド材などとして好適な耐火物を提供する。【解決手段】炭素（Ｃ）分として０.１〜５質量％の炭素粉を含有してなることを特徴とする窒化珪素鉄粉末である。また、窒化珪素鉄インゴットを平均粒径５〜３０ｍｍに粗砕した後、炭素（Ｃ）分の含有率が０.１〜５質量％となるように炭素粉を添加し、これを更に、平均粒径が１ｍｍ以下に微粉砕することを特徴とする窒化珪素鉄粉末の製造方法。また、本発明の窒化珪素鉄粉末と、耐熱性骨材と、炭素粉末／又は加熱によって炭素となる有機バインダーとを含有してなることを特徴とする耐火物である。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素（Ｃ）分として０.１〜５質量％の炭素粉を含有してなることを特徴とする窒化珪素鉄粉末。
【請求項２】
窒化珪素鉄インゴットを平均粒径５〜３０ｍｍに粗砕した後、炭素（Ｃ）分の含有率が０.１〜５質量％となるように炭素粉を添加し、これを更に、平均粒径が１ｍｍ以下に微粉砕することを特徴とする窒化珪素鉄粉末の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の窒化珪素鉄粉末と、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バインダーとを含有してなることを特徴とする耐火物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化珪素鉄粉末、その製造方法及びこの窒化珪素鉄粉末を含む耐火物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レンガ等の定形耐火物や、高炉出銑口閉塞用マッド材、出銑樋材等の不定形耐火物においては、スラグ等に対する耐食性を向上させるため、例えばシリカ、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、炭素粉末及び／又は例えばタール、フェノール樹脂等の加熱によって炭素が生成する有機バインダーとを含む混合物を用いることが提案されている（特許文献１）。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に、耐食性と強度を更に高めることである。
【特許文献１】特開２００３−２７４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、耐火物の耐食性と強度を更に高めることのできる窒化珪素鉄粉末と、それを用いた耐火物、特に出銑樋材や高炉出銑口閉塞用マッド材などとして好適な耐火物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、炭素（Ｃ）分として０.１〜５質量％の炭素粉を含有してなることを特徴とする窒化珪素鉄粉末である。また、本発明は、窒化珪素鉄インゴットを平均粒径５〜３０ｍｍに粗砕した後、炭素（Ｃ）分の含有率が０.１〜５質量％となるように炭素粉を添加し、これを更に、平均粒径が１ｍｍ以下に微粉砕することを特徴とする窒化珪素鉄粉末の製造方法である。また、本発明は、本発明の窒化珪素鉄粉末と、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バインダーとを含有してなることを特徴とする耐火物である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、耐火物の耐食性と強度を更に高めることのできる窒化珪素鉄粉末と、それを用いた耐火物、特に出銑樋材や高炉出銑口閉塞用マッド材として好適な耐火物が提供される。また、本発明の製造方法によれば、本発明の窒化珪素鉄粉末を容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の窒化珪素鉄粉末は、耐火物を製造する際に用いる炭素粉末及び／又は加熱によって炭素となる有機バインダーとは別に、炭素粉末を、炭素（Ｃ）分として０．１〜５質量％含んでいることが特徴である。これによって、耐火物中の窒化珪素鉄と炭素との反応性が一段と活発となるので、より容易かつより多量に炭化珪素（ＳｉＣ）が生成するので、スラグに対する耐食性と強度が著しく向上する。さらに説明をすれば、炭化珪素の生成にともなって窒化珪素鉄から窒素が放出されるが、この窒素によって耐火物マトリックスの内圧が高められ、その結果、スラグの浸潤を防止する作用が顕著となり、強度も高まる。しかも、耐火物マトリックスがポーラスとなるので出銑口の開口性も良好となる。
【０００７】
窒化珪素鉄粉末中の炭素粉が、炭素（Ｃ）分として０．１質量％未満ではこのような効果はあまりなく、また５質量％をこえると、理由は不明であるが、スラグに対する耐食性と強度は十分に向上しない。特に好ましい窒化珪素鉄粉末中の炭素粉の含有量は、炭素（Ｃ）分として０．２〜４質量％である。窒化珪素鉄粉末の平均粒径は、１ｍｍ以下であることが好ましく、特に１００μｍ以下であることが好ましい。
【０００８】
本発明の窒化珪素鉄粉末は、通常の炭素粉の含まない、又は殆ど含まれていない窒化珪素鉄粉末に、所定量の炭素粉を混合することによって製造することができる。このような窒化珪素鉄粉末としては、たとえば、窒化珪素（Ｓｉ３  Ｎ４  ）粉末、鉄（Ｆｅ）粉末、珪素鉄（ＦｅＳｉ）粉末の所定量を、例えばボールミル、ミキサー等の混合機を用いて混合して得られたものを使用することができる。このような窒化珪素鉄粉末の組成の一例を示せば、鉄（Ｆｅ）分を２〜３０質量％、珪素鉄（ＦｅＳｉ）分を２〜３０質量％を含み、残部が主として窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）からなるものである。その市販品の一例をあげれば、例えば電気化学工業社製商品名「ファイアレン」等である。
【０００９】
しかし、本発明においては、窒化珪素鉄インゴットを製造した後粉砕する窒化珪素鉄粉末の製造において、窒化珪素鉄インゴットを粗砕した段階で、好ましくは平均粒径５〜３０ｍｍとした段階で炭素粉を添加し、その後、微粉砕をして、製品粒度を平均粒径が１ｍｍ以下、特に１００μｍ以下になるまで粉砕して製造することが好ましい。このような方法によって、窒化珪素鉄粒子表面の空隙ないしは開気孔の内部に、炭素粉をより多く存在させることができるので、本発明の効果が助長される。
【００１０】
窒化珪素鉄インゴットは、珪素鉄（ＦｅＳｉ）及び／又はＳｉ分と、Ｆｅ分とを含む原料を、例えば窒素、アンモニア等の窒素含有の非酸化性雰囲気下で窒化することによって製造することができる。窒化珪素鉄インゴットの粗砕は、例えばジョークラッシャー、ロールミル等の粉砕機を用いて、またその後の微粉砕は、例えばボールミル、アトライターミル、振動ミル等の粉砕機を用いて行うことができる。
【００１１】
本発明の窒化珪素鉄粉末ないしは窒化珪素鉄インゴットの粗砕物に添加される炭素粉としては、黒鉛粉、コークス粉、例えばファーネスブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラック粉など、特に制約はないが、微粉であるカーボンブラック粉を用いた方が本発明の効果が大きくなる。
【００１２】
本発明の耐火物は、本発明の窒化珪素鉄粉末と、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バインダーとを必須成分として含有してなるものである。これらの割合の一例を示せば、窒化珪素鉄粉末が５〜５０質量％、耐熱性骨材が２〜９０質量％、炭素粉末が１〜３０質量％及び／又は有機バインダーが３〜３０質量％である。これらの材料の混合には、例えばボールミル、ミキサー等の混合機が用いられる。
【００１３】
耐熱性骨材としては、耐火物の使用温度で溶融し難い無機物質が用いられ、それを例示すれば、炭化珪素、シリカ、アルミナ、ボーキサイト、ロー石などである。炭素粉としては、黒鉛粉、コークス粉、例えばファーネスブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラック粉など、特に制約はない。有機バインダーとしては、例えばタール、ピッチ、フェノール樹脂等のように、加熱によって炭素となるものであればよい。炭素粉末及び／又は有機バインダーの中でも、残炭分の多い有機バインダーを用いることが好ましい。
【実施例】
【００１４】
実施例１〜８  比較例１〜３
珪素鉄粉末（ＪＩＳ２号品）１００質量部に、ポリビニルアルコール６質量％水溶液を１０〜２０質量部の範囲内で変量して混合し、プレス成形（圧力２０ＭＰａ）して２０〜３０ｃｍ３  程度の円柱状成形体を成形し、１２０℃で１０時間乾燥した。これを密閉炉に充填し、窒素雰囲気下、温度１５００℃で３時間保持して窒化した後冷却して窒化珪素鉄インゴットを製造した。
【００１５】
窒化珪素鉄インゴットをロールミルで粗砕（平均粒径１５ｍｍ、最大粒径２５ｍｍ）した段階で、炭素粉（市販のファーネスブラック：純度９９質量％以上）を所定量配合し、ボールミルで微粉砕して平均粒径０．０３ｍｍ、最大粒径０．２ｍｍの窒化珪素鉄粉末を製造した。
【００１６】
ついで、所定量の炭素分を含有させた上記窒化珪素鉄粉末３０質量部、アルミナ質骨材（ボーキサイト粉末１ｍｍ下）２０質量部、炭化珪素粉末（１ｍｍ下）２０質量部、ロー石微粉末（０．１ｍｍ下）１０質量部、コークス粉末（０．２ｍｍ下）１０質量部、コールタール１０質量部からなる耐火物を製造した。
【００１７】
実施例９
コークス粉末１０質量部の変わりに、黒鉛粉（０．１ｍｍ下）１０質量部を用いたこと以外は、実施例２と同様にして耐火物を製造した。
【００１８】
実施例１０、１１
コールタール１０質量部の変わりに、フェノール樹脂１０質量部（実施例１０）又は流動パラフィン１０質量部（実施例１１）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして耐火物を製造した。
【００１９】
実施例１２
窒化珪素鉄粉末として、電気化学工業社製商品名「ファイアレン」（Ｓｉ３Ｎ４８２質量％、Ｆｅ５質量％、ＦｅＳｉ１２質量％、平均粒径０．０３ｍｍ）１００質量部とファーネスブラック０．２質量部のボールミルによる混合物を用いたこと以外は、実施例１と同様にして耐火物を製造した。
【００２０】
上記で得られた耐火物を評価するため、耐火物を６０℃で加熱混練して、耐食性評価用サンプル（５０ｍｍ×５０ｍｍ×１６０ｍｍ）と強度評価用サンプル（２５ｍｍ×２５ｍｍ×１６０ｍｍ）をプレス成形した後、４００℃まで加熱して脱ガスした後、焼成炉に移し、アルゴンガス雰囲気下、１４００℃×３時間焼成してから、以下に従って、（１）スラグに対する耐食性、及び（２）強度を測定した。それらの結果を表１に示す。
【００２１】
（１）スラグに対する耐食性
回転ドラム法によりドラムの内側にサンプルを厚み５０ｍｍに内張りし、高温のスラグを入れ、中通しされた発熱体で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、サンプルの厚みの減少量を侵食量（ｍｍ）として測定した。
【００２２】
（２）強度
アルゴンガス雰囲気中、１５００℃に加熱して３点曲げ強度を測定した。
【００２３】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の窒化珪素鉄粉末は、各種の不定形耐火物や定形耐火物の製造用原料として用いられる。また、本発明の耐火物は、出銑樋材や高炉出銑口閉塞用マッド材などとして用いられる。