(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化珪素鉄粉末に炭素数１０〜２４の飽和脂肪酸又はその塩を０．１〜５質量％含有させてなることを特徴とする窒化珪素鉄粉末。
【請求項２】
珪素鉄（ＦｅＳｉ）及び／又はＳｉ分とＦｅ分を含む原料を窒化して窒化珪素鉄のインゴットを製造し粗砕した後、炭素数１０〜２４の飽和脂肪酸又はその塩を添加し、温度３０〜１５０℃に保持しながら更に微粉砕することを特徴とする請求項１記載の窒化珪素鉄粉末の製造方法。
【請求項３】
請求項１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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レンガ等の炭素含有定形耐火物や、高炉出銑口閉塞用マッド材、出銑樋材等の炭素含有不定形耐火物においては、高温スラグ等に対する耐食性を向上させるため、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、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が使用されている。この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、耐食性と強度を更に高めることであり、そのために耐火物の組織がより緻密となるように、▲１▼粒度設計をするとともに、▲２▼加熱時に部分的に揮発するタール、フェノール樹脂等の有機バインダーが加熱時に徐々に分解・揮発させて残炭率を上げることである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そのような観点にたった検討が従来より多く行われているが、今日の更なる耐食性と強度増加の要求は満たしておらず、その改良が切望されている。本発明の目的は、この要求を満たすことであり、特定の飽和脂肪酸又はその塩を窒化珪素鉄粉末中に存在させることによってその目的を達成することができる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、窒化珪素鉄粉末に炭素数１０〜２４の飽和脂肪酸又はその塩を０．１〜５質量％含有させ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、珪素鉄（ＦｅＳｉ）及び／又はＳｉ分とＦｅ分を含む原料を窒化して窒化珪素鉄のインゴットを製造し粗砕した後、炭素数１０〜２４の飽和脂肪酸又はその塩を添加し、温度３０〜１５０℃に保持しながら更に微粉砕することを特徴とする上記窒化珪素鉄粉末の製造方法である。更に本発明は、上記窒化珪素鉄粉末と、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。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、更に詳しく本発明について説明する。
【０００６】
炭素含有耐火物の耐食性と強度とをバランスさせるためには、窒化珪素鉄粉末を用いればよいことが経験的に知られている。炭素含有耐火物のこれらの性能を更に向上させるには、炭素含有耐火物の組織を緻密にしなければならぬことは上記したとおりである。従来はそれを窒化珪素鉄粉末の粒度構成、残炭率の大きくなる有機バインダーの厳選等によって行っていた。有機バインダーが備えなければならない残炭率以外の条件は、高炉出銑口の閉塞材として出銑口に挿入するためにある一定の硬さに調整することである。これを満たすには、有機バインダーの種類を厳選し、その混入率を２０〜２５％としなければならなかったので、閉塞材組織が粗密となり、今日の更なる耐食性と強度増加の要求を十分に満たすことができなかった。
【０００７】
これに対し、本発明は、有機バインダーの必要量を減らして所期の目的を達成すべく、窒化珪素鉄粉末に炭素数１０〜２４の飽和脂肪酸又はその塩を０．１〜５質量％存在させる、好ましくは加温下で添加混合して窒化珪素鉄粉末表面を改質したことに大きな特徴がある。
【０００８】
本発明が対象とする窒化珪素鉄粉末は特別なものである必要がなく、普通に入手できるもので十分である。たとえば、鉄成分を２〜３０％含み、残部が主として窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）からなるものであり、シリカ、シリコン、カーボン等の不可避成分を合計で１０％以下（０を含む）の含有は許容できる。窒化珪素鉄粉末の粒度はできるだけ微粉化されていることが望ましく、平均粒子径が１ｍｍ以下、特に１００μｍ以下であることが好ましい。このような窒化珪素鉄粉末には市販品（例えば電気化学工業社製商品名「ファイアレン」）があるのでそれを利用することができる。
【０００９】
本発明は、炭素含有耐火物に使用される有機バインダーと窒化珪素鉄粉末とのなじみを良くするため、炭素数１０〜２４の飽和脂肪酸又はその塩が有する親油基を利用したものである。これによって、閉塞材等の耐火物に一定粘性を付与させるのに必要な有機バインダー量を低減させることができ、組織が緻密化され、強度、侵食性ともに一段と向上させた耐火物の製造が可能となる。しかも、窒化珪素鉄粉末自体の取扱い性も向上し、耐火物製造工程における原料のハングの発生や、ラットホールの形成等を著しく軽減することができる。
【００１０】
本発明で使用される飽和脂肪酸又はその塩は、炭素数１０〜２４の飽和脂肪酸又はその塩であり、それを例示すると、リグノセリン酸、ベヘン酸、アラキジン酸、ステアリン酸、パルチミン酸、ミリスチン酸、ラウリン酸及びそれらのナトリウム塩、カリウム塩、カルシウム塩等である。特に好ましくは、飽和脂肪酸のカルボキシル基がアミド結合しているものであり、具体的にはステアリルアミンである。
【００１１】
本発明においては、上記飽和脂肪酸又はその塩の一種又は二種以上を窒化珪素鉄粉末に０．１〜５質量％含有させる。０．１質量％未満では十分な上記効果が発現しなく、また５質量％超としても効果は向上せず、かえって添加混合時に窒化珪素鉄粉末が凝集して塊状となるので望ましくはない。一方、炭素数１０未満の飽和脂肪酸又はその塩では、上記効果の発現が不十分となることに加え、融点が低く常温での性能維持が困難となる。また、炭素数２４超の飽和脂肪酸又はその塩であると、上記効果が低下する。
【００１２】
本発明の窒化珪素鉄粉末は、窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）粉末、鉄（Ｆｅ）粉末、珪素鉄（ＦｅＳｉ）粉末、飽和脂肪酸又はその塩の所定量をボールミル、ミキサー等の混合機を用いて混合することによって製造することができる。好ましくは、３０〜１５０℃で加熱しながら混合することであり、これによって窒化珪素鉄粉末の表面は飽和脂肪酸又はその塩で改質されるので本発明の上記効果が増大する。特に好ましくは、以下に説明する本発明の製造方法によることであり、これによって一段と本発明の効果が助長されしかも生産性にも優れたものとなる。
【００１３】
すなわち、本発明の製造方法は、珪素鉄（ＦｅＳｉ）及び／又はＳｉ分とＦｅ分を含む原料を、窒素、アンモニア等の窒素含有非酸化性雰囲気下で窒化して窒化珪素鉄のインゴットを製造し、ジョークラッシャー・ロールミル等で好ましくは平均粒径２５ｍｍ以下に粗砕した後、炭素数１０〜２４の飽和脂肪酸又はその塩を添加し、温度３０〜１５０℃に保持しながら、更にボールミル、アトライターミル、振動ミル、縦型ボールミル等の粉砕機で微粉砕する方法である。
【００１４】
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させたものである。耐熱性骨材としては、炭化珪素、シリカ、黒鉛、カーボン、コークス等の炭素粉末、アルミナ、ボーキサイト、ロー石等が使用され、有機バインダーとしては、タール、ピッチ、フェノール樹脂等が使用される。これらの材料の配合割合の好ましい一例を示すと、質量基準で、本発明の窒化珪素鉄粉末５〜５０％、シリカ及び／又はアルミナ２〜６０％、炭化珪素１〜３０％、炭素粉末１〜３０％、有機バインダー３〜３０％である。この配合割合からなる耐火物は、特に高炉出銑口閉塞材、出銑樋材として好適なものである。
【００１５】
【実施例】
以下、実施例、比較例をあげて更に具体的に本発明を説明する。
【００１６】
実施例１〜１０  比較例１〜５
珪素鉄粉末（ＦｅＳｉ純度９７質量％）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冷却した。得られたインゴットをロールミルで粗砕（平均粒径２２ｍｍ）してから、飽和脂肪酸又はその塩を添加し、温度１００℃に保持しながら更にボールミルで粒度０．２ｍｍ下まで微粉砕し、表１に示される窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）、鉄（Ｆｅ）、飽和脂肪酸又はその塩の割合が種々異なる窒化珪素鉄粉末を製造した。
【００１７】
実施例１１
上記で得られたインゴットをロールミルで粗砕（平均粒径２２ｍｍ）した後、ボールミルで０．２ｍｍ下まで微粉砕し、それを温度１００℃に加熱しながら飽和脂肪酸を混合して窒化珪素鉄粉末を製造した。
【００１８】
得られた窒化珪素鉄粉末の耐火物としての性能を評価するため、以下に従って炭素含有耐火物を製造し、高温スラグに対する耐食性と高温強度を測定した。それらの結果を表２に示す。
【００１９】
（１）炭素含有耐火物の製造
窒化珪素鉄粉末（０．２ｍｍ下）２０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、コークス粉末（１ｍｍ下）２０質量部からなる混合物を６０℃に加熱しながら混練した際、圧縮破壊強度が０．０５ＭＰａとなる有機バインダー（無水メタノール）量を測定した。ついで、この混練物を用いて、耐食性評価用サンプル（５０ｍｍ×５０ｍｍ×１６０ｍｍ）と高温強度評価用サンプル（２５ｍｍ×２５ｍｍ×１６０ｍｍ）をプレス成形し、乾燥機で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時間焼成して評価に供した。
【００２０】
（２）高温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。数値の小さい方が耐食性は良好である。
【００２１】
（３）高温強度
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。
【００２２】
【表１】
0003853198.tif 000002
【００２３】
【表２】
0003853198.tif 000003
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、今日の更なる耐食性と強度増加の要求を満たすことができる耐火物と、その耐火物を製造するのに用いられる窒化珪素鉄粉末が提供される。