(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結ボーキサイトで構成され、１０を超える長さ／相当直径の比を有する、不定形耐火物の補強のためのセラミック繊維。
【請求項２】
焼結ボーキサイトで構成され、１０を超える長さ／相当直径の比を有し、長軸に対して直交する垂直平面による断面形状が、円状、角状、星型状のいずれか一つである、不定形耐火物の補強のためのセラミック繊維。
【請求項３】
断面形状が星型状である、請求項２に記載のセラミック繊維。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の不定形耐火物の補強のためのセラミック繊維を、０．１〜５０重量％含有することを特徴とする、金属性酸化物をベースとする耐熱性コンクリート。
【請求項５】
ケイ素またはケイ素の合金の鋳造用の部品を製造するための、請求項４に記載の耐熱性コンクリートの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
【０００２】
本発明は耐熱性材料の補強のためのセラミック繊維に関し、詳細には、繊維の付加によって、力学的に補強された耐熱性材料の分野に関するものである。
【０００３】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
【０００４】
金属性および／または炭素性酸化物から構成される従来の耐熱物は、非常に限られた特徴を有する。いくつかの用途については、耐熱性ライニングの寿命は、耐熱物の本質的な質よりも力学的特徴により多く依存することが明らかである。例えば、鋳造鍋のライニング、そして、とりわけ、“注口”という語で示される鋳造鍋の先端に関する場合であるが、該先端は、鋳造された製品の段階的凝固の効果における恒久的な垢づまりの源であり、そのために、規則的に間隔をあけて除去作業を受ける。この除去は、取り除く垢が多少耐熱物に接着する際に、必然的にはがれを伴い、それはほとんど常に起こるケースである。
【０００５】
黒鉛の鋳造注口においては、垢が接着することはあまりないが、黒鉛を空気にさらすことによって、酸化のためにその寿命が限られ、また、比較的、熱伝導性である材料であることが垢づまりを助長することは知られている。
【０００６】
技術の現状によると、寿命の面に関する最良の結果は、金属繊維で満たされた耐熱性コンクリートを使用することによって獲得される。
【０００７】
本発明は、先行技術の金属繊維よりも適切な繊維の使用によってより抵抗性があるようにされた、繊維によって補強された耐熱性材料を獲得することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の課題を解決するための手段は、次のとおりである。
【００１０】
第１に、焼結ボーキサイトで構成され、１０を超える長さ／相当直径の比を有することを特徴とする、耐熱性材料の補強のためのセラミック繊維。
第２に、平面であり、円筒または角柱の軸に垂直な表面である、２つの表面で切り取られた円筒状形または角柱状形の断面を有することを特徴とする、上記第１に記載の繊維。また、焼結ボーキサイトで構成され、１０を超える長さ／相当直径の比を有し、長軸に対して直交する垂直平面による断面形状が、円状、角状、星型状のいずれか一つである、耐熱性材料の補強のためのセラミック繊維。
第３に、星型の断面を有することを特徴とする、上記第２に記載の繊維。また、断面形状が星型状である、上記第２に記載のセラミック繊維。
第４に、上記第１から３のいずれか１つに記載のセラミック繊維の重量での０．１％から５０％の付加によって補強されることを特徴とする、金属性酸化物をベースとする耐熱性コンクリート。また、上記第１から３のいずれか一つに記載の耐熱性材料の補強のためのセラミック繊維を、０．１〜５０重量％含有することを特徴とする、金属性酸化物をベースとする耐熱性コンクリート。
第５に、ケイ素またはケイ素の合金の鋳造用の部品のための、上記第４に記載の耐熱性コンクリートの使用。
【００１１】
また、ケイ素またはケイ素の合金の鋳造用の部品を製造するに際し、上記第１から３のいずれか一つに記載の耐熱性材料の補強のためのセラミック繊維を、０．１〜５０重量％含有したものを金属性酸化物をベースとする耐熱性コンクリートに使用することを特徴とする、セラミック繊維の使用方法。
【００１２】
本発明は、焼結ボーキサイトから構成される、耐熱性材料の補強のための、１０を超える長さ／相当直径の比を有する繊維を対象とする。
【００１３】
これらの繊維は、例えば、ほぼ平面であり、円筒または角柱の軸に垂直な表面である、２つの表面で切り取られた円筒状または角柱状の形を有する。
【００１４】
角柱状の形は、凹状部を含む断面、例えば、星型の形を有することが可能である。
【００１５】
長さ／相当直径の比において“相当直径”というときは、断面形状が円の場合は円の直径を示し、断面形状が他の形である場合は、断面積を円の断面積に換算した場合における同じ面積を示す円の直径のことである。
【００１６】
本発明は、上述されたような焼結ボーキサイトのセラミック繊維を、０．１〜５０重量％含有し、補強された金属性酸化物をベースとする耐熱性コンクリートもまた対象とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
【００１８】
ある実験研究によって、そのまま用いられた、あるいは金属繊維で補強された、または、本発明の対象であるセラミック繊維で補強された、耐熱性コンクリートから実現された耐熱性部品の特徴を比較することができた。
【００１９】
この研究の結果によって、耐熱性コンクリートへのセラミック繊維の添加が力学的特徴を確かに改良することが確認される。しかし、この研究は、金属繊維が磨耗に対する抵抗を増加させるのに最良の手段であることに変わりないが、本発明の対象である焼結ボーキサイトのセラミック繊維は圧縮および屈曲に対する抵抗を改良することについてははるかに性能が高いことも示している。さらに、この改良は、金属繊維の場合よりもはるかに低い繊維添加率で獲得されるものである。
【００２０】
測定された力学的特徴に応じて選択される調合物は、鋳造鍋の注口の作成において試され、そこでは、それらは、テストされた部品の寿命に関しては、より性能が高いことがわかった。
【００２１】
実験によって、コンクリートの調製の際、コンクリートを構成する混合物におけるセラミック繊維の分散が金属繊維のそれよりもはるかに容易であることも示された。
【００２２】
本発明によるセラミック繊維は、Carborundumの米国特許３２３９９７０に記載されているような研磨剤用焼結ボーキサイトの従来の製錬技術によって、つまり、天然ボーキサイトの粉砕、焙焼、ペーストを形成するための結合剤への混合、ペーストの押し出し、繊維の切断および１４００℃程度の温度での焼結によって、製造される。その特許には、押し出し加工された製品の断面は、円形、正方形、三角形または多角形であることが示されている。本発明の実施にとりわけ良く適している断面の形は、くぼみ、例えば星型を有する断面であり、該星型断面は、耐熱性材料のおけるセラミック繊維の固定を特に改良することができる。繊維の相当直径は、好ましくは、０．２〜１ｍｍの間に含まれる。
【００２３】
金属性酸化物、とくに、アルミナおよび無水ケイ酸をベースとする耐熱性コンクリートでの補強の場合、コンクリートの構成物は、攪拌装置において乾燥状態で混合され、該混合物に繊維が入れられ、次に水が入れられ、全体は１５００℃程度の温度で焼かれる。
【００２４】
本発明による耐熱性コンクリートは、とくに、融点の高い液体金属、例えば、ケイ素またはケイ素合金の鋳造の設備部品に用いられる。
【００２５】
【実施例１】
（無添加の参考品）
【００２６】
２〜５ｍｍの粒状の褐色コランダムを２３％、０．２〜２ｍｍの粒状の褐色コランダムを３７％、０〜０．２ｍｍの粒状の褐色コランダムを２４％、０〜０．２ｍｍのアモルファス無水ケイ酸の微粒子を５％、０〜０．２ｍｍの粒状のアルミナを６％、Ａｌ2Ｏ3が８０％のアルミン酸塩石灰を５％として、合計１００％とする配合に対し、更に、メタリン酸ナトリウム（Ｎａ2Ｏ、Ｐ2Ｏ5）を０．２％、ポリメタクリル酸アンモニウムを０．２６％、水を５．２％加えて耐熱性コンクリート調製することで、以下の規格に合致するように異なる形および寸法の試片を製造した。
【００２７】
これらの試片は、乾燥炉において１１０℃で２４時間乾燥され、次に、毎分２℃で１５００℃までの温度上昇から成る熱処理にかけられ、続いて１５００℃で１時間保持された。
【００２８】
試片において、以下のものが測定された。
【００２９】
規格ＩＳＯ／ＤＩＳ  １００５９による、直径＝２８ｍｍ、高さ＝９０ｍｍの円筒形試片における冷間圧縮に対する抵抗。
【００３０】
規格ＭＯ  ＣＩ  ３０６による、直径＝２３ｍｍ、高さ＝２３ｍｍの円筒形試片における熱間圧縮に対する抵抗。
【００３１】
規格ＩＳＯ  ５０１４による、直径＝２８ｍｍ、高さ＝５０ｍｍの円筒形試片における冷間屈曲に対する抵抗。
【００３２】
規格ＩＳＯ  ５０１３による、１５０×２５×２５（ｍｍ）の棒状試片における冷間圧縮熱間屈曲に対する抵抗。
【００３３】
直径＝２８ｍｍ、高さ＝５０ｍｍの円筒形試片における磨耗に対する抵抗は、試片の環状の面のうちの１つに、１２０μｍの粒の厚みのダイヤが散りばめられた円盤を接触させて１５０Ｎの力で押しつけ、はがれた材料をｃｍ3で表すことで求めた。ここで、円盤の接線速度は１ｍ／ｓであり、テストの長さは１０分である。
【００３４】
示されたコンクリートの配合で得られた結果は、以下のようであった。
【００３５】
冷間圧縮に対する抵抗は、９７．１ＭＰａであった。
６００℃での圧縮に対する抵抗は、測定されなかった。
１２００℃での圧縮に対する抵抗は、測定されなかった。
冷間屈曲に対する抵抗は、２９．７ＭＰａであった。
６００℃での屈曲に対する抵抗は、測定されなかった。
１２００℃での屈曲に対する抵抗は、測定されなかった。
磨耗に対する抵抗は、０．６５ｃｍ3であった。
【００３６】
【実施例２】
（イノックス４重量％含有の対照品）
【００３７】
実施例１の配合により、耐熱性コンクリートの試片を調製するに際し、直径１．５ｍｍ、長さが２５〜３０ｍｍの半円筒形のステンレス鋼糸からなる金属繊維（イノックス：商品名）を４重量％含有した。
【００３８】
本実施例２の試片についても、実施例１と同じ条件において、同じ測定がなされ、その結果は以下の通りであった。
【００３９】
冷間圧縮に対する抵抗は、８１．４ＭＰａであった。
６００℃での圧縮に対する抵抗は、１７３ＭＰａであった。
１２００℃での圧縮に対する抵抗は、６１．１ＭＰａであった。
冷間屈曲に対する抵抗は、２７．９ＭＰａであった。
６００℃での屈曲に対する抵抗は、２２．３ＭＰａであった。
１２００℃での屈曲に対する抵抗は、１８．９ＭＰａであった。
磨耗に対する抵抗は、０．４８ｃｍ3であった。
【００４０】
【実施例３】
（焼結ボーキサイト２重量％含有の本発明品）
【００４１】
天然ボーキサイトの粉砕および焙焼、結合剤への混合、押し出しおよび１４００℃での焼結によって、密度３．８５、直径０．５０ｍｍの円筒形の長さが５〜１２ｍｍでああり、０．７６ｍｇ／ｍｍの単位長さの質量を有する、焼結ボーキサイトの繊維から成る参考ロットとしてセラミック繊維を製造した。
【００４２】
ついで、実施例１の配合により、耐熱性コンクリートの試片を調製するに際し、上記で製造したセラミック繊維を２重量％含有した。
【００４３】
本実施例３の試片についても、実施例１と同じ条件において、同じ測定がなされ、その結果は以下の通りであった。
【００４４】
冷間圧縮に対する抵抗は、６４．８ＭＰａであった。
６００℃での圧縮に対する抵抗は、１８１ＭＰａであった。
１２００℃での圧縮に対する抵抗は、８６．２ＭＰａであった。
冷間屈曲に対する抵抗は、２７．１ＭＰａであった。
６００℃での屈曲に対する抵抗は、２７．０ＭＰａであった。
１２００℃での屈曲に対する抵抗は、２４．５ＭＰａであった。
磨耗に対する抵抗は、１．５２ｃｍ3であった。
【００４５】
２分の１の繊維の質量での率で、焼結ボーキサイトの繊維の使用が熱間圧縮および屈曲に対する抵抗を導き、そのことは温度が高いほどそうであることが確認される。
【００４６】
【実施例４】
（焼結ボーキサイト１５重量％含有の本発明品）
【００４７】
実施例１の配合により、耐熱性コンクリートの試片を調製するに際し、実施例３で製造したセラミック繊維を１５重量％含有した。
【００４８】
本実施例４の試片についても、実施例１と同じ条件において、同じ測定がなされ、その結果は以下の通りであった。
【００４９】
冷間圧縮に対する抵抗は、１５４ＭＰａであった。
６００℃での圧縮に対する抵抗は、１８５ＭＰａであった。
１２００℃での圧縮に対する抵抗は、６９．３ＭＰａであった。
冷間屈曲に対する抵抗は、４３．２ＭＰａであった。
６００℃での屈曲に対する抵抗は、３０．９ＭＰａであった。
１２００℃での屈曲に対する抵抗は、２３．３ＭＰａであった。
磨耗に対する抵抗は、０．６３ｃｍ3であった。
【００５０】
セラミック繊維の含有率を高めることによって、冷間屈曲および圧縮での力学的抵抗は大幅に改良されるが、高温ではそうではない。
【００５１】
【実施例５】
（鋳造鍋）
【００５２】
４つの鋳造鍋が、同一の寸法で作成された。
注口は、前出の実施例１〜実施例４に示されているコンクリートの組成にしたがって、製造された。これらの鋳造鍋は、冶金のケイ素を鋳造するために用いられた。鋳造の後、注口は、面取りされた、垢がはがれるまで垢と耐熱性ライニングとの間にこじ入れられる鋼鉄の棒によって、同じ条件において、垢の除去をされた。注口の磨耗が、鋳造鍋の金属の蛇腹型の磨耗を引き起こし始めた時に、鋳造鍋は、修復のために修理アトリエへ送られた。各鋳造鍋の３回の回転の後、注口の平均持続の結果は、以下のようであったが、鋳造されたケイ素のトンで表されている。
【００５３】
実施例１の参考ライニングに係る参考品は１０００ｔ、実施例２のイノックス４％含有繊維の補強されたライニングに係る対照品は７００ｔ、実施例３の２％の焼結ボーキサイトで補強されたライニングに係る本発明品は１５００ｔ、実施例４の１５％の焼結ボーキサイトで補強されたライニングに係る本発明品は２０００ｔであった。
【００５４】
この使用において、金属繊維での補強は効果がなく、その一方で、本発明による繊維では、たとえ含有率が低くても、寿命が改良されることが確認される。
【００５５】
【発明の効果】
【００５６】
本発明によれば、たとえ含有率が低くても、寿命が改良され、熱間圧縮および屈曲に対する抵抗に優れている。