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技術 軽量断熱キャスタブル

出願人 品川リフラクトリーズ株式会社
発明者 西村雅史小山孝昭佐々木久晴瀧川勝
出願日 2010年9月28日 (9年9ヶ月経過) 出願番号 2010-217821
公開日 2012年4月12日 (8年2ヶ月経過) 公開番号 2012-072014
状態 特許登録済
技術分野 炉の外套、ライニング、壁、天井(炉一般1) セラミック製品3
主要キーワード 容積配合比 微粒域 六方晶系結晶 有機ファイバー 微細多孔質 アルミナ微粉 アルコア 内張材
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2012年4月12日)のものです。
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課題

本発明の目的は、1000℃〜1200℃の中間温度域で高強度を発揮することができる軽量断熱キャスタブルを提供することにある。

解決手段

本発明の軽量断熱キャスタブルは、粒径3mm未満のCaO・6Al2O3を30〜50質量%、アルミナセメントを40〜60質量%及び粒径45μm未満のアルミナ微粉を10〜20質量%含有してなる耐火原料に対して外掛けで0.01〜1.0質量%の増粘剤を配合してなることを特徴とする。

概要

背景

近年、世界規模でのエネルギー消費量の増加に伴う地球環境問題がクローズアップされ、世界各国がCO2排出削減に取り組まなければならない状況になってきている。高熱を扱う各種窯炉例外ではなく、高い断熱性が求められている。また、各種窯炉に安定した施工体施工するために、各種耐火物に高い強度も求められている。

例えば、特許文献1には、主組成がCaO・6Al2O3であるアルミナ石灰クリンカーと、5〜15質量%の高アルミナセメントからなる溶融金属容器内張材が開示されている。特許文献1によれば、内張り材にAl2O3とCaOが共存しているために、内張り材とスラグが接触すると、CaOが溶け出してスラグの融点は低い方向に向かい、内張り材の耐食性を低下することなく、スラグのビルドアップを防止できるとしている。

また、特許文献2には、CA6(CaO・6Al2O3)組成六方晶系結晶ポーラス断熱骨材を骨材とし、結合剤として水硬性アルミナを添加した断熱耐火組成物において、酸化物換算化学組成でSiO2が全体組成の0.5質量%未満であることを特徴とする断熱耐火組成物が開示されている。ここで、水硬性アルミナは、施工雰囲気温度が高い場合の乾燥後の強度物性値低下を抑制するために用いられている。

更に、特許文献3には、少なくとも軽量耐火性原料フッ化カルシウム及び結合材からなるアルミニウム及びアルミニウム合金溶湯用軽量キャスタブル耐火物において、前記軽量耐火性原料がCaO・6Al2O3質軽量骨材であり、前記軽量キャスタブル固形分を100質量%として前記フッ化カルシウムを3〜30質量%含有することを特徴とするアルミニウム及びアルミニウム合金溶湯用軽量キャスタブル耐火物が開示されている。特許文献3によれば、フッ化カルシウムを添加することにより地金離れが良好になり、付着物成長溶湯汚染を防止できるとしている。

また、特許文献4には、かさ比重1.0以下の軽量耐火性骨材平均粒径75μm以下のアルミナ微粉及びアルミナセメントからなる耐火組成物と、分離防止剤とを水で混練してなるポンプ圧用断熱キャスタブル耐火物であって、前記軽量耐火性骨材のうち90質量%以上がAl2O3であり、前記分離防止剤がウエランガム及び/又はキサンタンガムであるとともにその添加量が前記耐火組成物100質量%に対して0.01〜0.1質量%(外割)であり、前記軽量耐火性骨材と、前記アルミナ微粉と、前記アルミナセメントの合計に対する前記軽量耐火性骨材の容積配合比が0.65〜0.85であることを特徴とするポンプ圧送用断熱キャスタブル耐火物が開示されている。なお、特許文献4の[0024]段落には、アルミナセメントの含有量は耐火組成物100質量%に対してCaO換算量で5〜10質量%が好ましい旨の記載がある。

更に、特許文献5には、粒径1mm以上の粗粒域に、CaO・6Al2O3を主成分とした多孔質な断熱性骨材が該粗粒域100質量%に占める割合で65質量%以上配合され、粒径75μm未満の微粒域には、アルミナ質原料及びアルミナセメントが該微粒域100質量%に占める割合で合計65質量%以上配合され、かつ該微粒域の化学成分構成がCaO/Al2O3の質量比=0.03〜0.13なる条件を満たす耐火性粉体組成物と、この耐火性粉体組成物100質量%に対する外掛けで30〜50質量%の量の施工水とを含んでなる断熱キャスタブル耐火物が開示されている。また、特許文献5の[0025]段落には、アルミナセメントの割合が耐火性粉体組成物100質量%に占める割合で、35質量%以下であることが好ましい旨の記載がある。

また、非特許文献1には、SLA−92[アルコア(Alcoa)社製:CaO・6Al2O3よりなる高純度微細多孔質軽量断熱骨材]70〜93%、セメント5〜30%の配合を有する高温断熱キャスタブルが開示されている。

概要

本発明の目的は、1000℃〜1200℃の中間温度域で高強度を発揮することができる軽量断熱キャスタブルを提供することにある。本発明の軽量断熱キャスタブルは、粒径3mm未満のCaO・6Al2O3を30〜50質量%、アルミナセメントを40〜60質量%及び粒径45μm未満のアルミナ微粉を10〜20質量%含有してなる耐火原料に対して外掛けで0.01〜1.0質量%の増粘剤を配合してなることを特徴とする。なし

目的

本発明の目的は、1000℃〜1200℃の中間温度域で高強度を発揮することができる軽量断熱キャスタブルを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

粒径3mm未満のCaO・6Al2O3を30〜50質量%、アルミナセメントを40〜60質量%及び粒径45μm未満のアルミナ微粉を10〜20質量%含有してなる耐火原料に対して外掛けで0.01〜1.0質量%の増粘剤を配合してなることを特徴とする軽量断熱キャスタブル

請求項2

更に、アルミニウム粉末アルミニウム合金粉末発泡剤金属ファイバー有機ファイバーセラミックファイバー縮合燐酸塩ポリアクリル酸又はポリカルボン酸アルカリ金属またはアルカリ土類金属塩又はそれらの重合体又は共重合体から選択されるその他の成分を含有する、請求項1記載の軽量断熱キャスタブル。

請求項3

水の配合量が外掛けで40〜60質量%である、請求項1または2記載の軽量断熱キャスタブル。

技術分野

0001

本発明は、各種炉蓋加熱炉焼却炉などに使用される軽量断熱キャスタブルに関し、更に詳細には、1000℃〜1200℃の中間温度域で高強度を発揮する軽量断熱キャスタブルに関するものである。

背景技術

0002

近年、世界規模でのエネルギー消費量の増加に伴う地球環境問題がクローズアップされ、世界各国がCO2排出削減に取り組まなければならない状況になってきている。高熱を扱う各種窯炉例外ではなく、高い断熱性が求められている。また、各種窯炉に安定した施工体施工するために、各種耐火物に高い強度も求められている。

0003

例えば、特許文献1には、主組成がCaO・6Al2O3であるアルミナ石灰クリンカーと、5〜15質量%の高アルミナセメントからなる溶融金属容器内張材が開示されている。特許文献1によれば、内張り材にAl2O3とCaOが共存しているために、内張り材とスラグが接触すると、CaOが溶け出してスラグの融点は低い方向に向かい、内張り材の耐食性を低下することなく、スラグのビルドアップを防止できるとしている。

0004

また、特許文献2には、CA6(CaO・6Al2O3)組成六方晶系結晶ポーラス断熱骨材を骨材とし、結合剤として水硬性アルミナを添加した断熱耐火組成物において、酸化物換算化学組成でSiO2が全体組成の0.5質量%未満であることを特徴とする断熱耐火組成物が開示されている。ここで、水硬性アルミナは、施工雰囲気温度が高い場合の乾燥後の強度物性値低下を抑制するために用いられている。

0005

更に、特許文献3には、少なくとも軽量耐火性原料フッ化カルシウム及び結合材からなるアルミニウム及びアルミニウム合金溶湯用軽量キャスタブル耐火物において、前記軽量耐火性原料がCaO・6Al2O3質軽量骨材であり、前記軽量キャスタブル固形分を100質量%として前記フッ化カルシウムを3〜30質量%含有することを特徴とするアルミニウム及びアルミニウム合金溶湯用軽量キャスタブル耐火物が開示されている。特許文献3によれば、フッ化カルシウムを添加することにより地金離れが良好になり、付着物成長溶湯汚染を防止できるとしている。

0006

また、特許文献4には、かさ比重1.0以下の軽量耐火性骨材平均粒径75μm以下のアルミナ微粉及びアルミナセメントからなる耐火組成物と、分離防止剤とを水で混練してなるポンプ圧用断熱キャスタブル耐火物であって、前記軽量耐火性骨材のうち90質量%以上がAl2O3であり、前記分離防止剤がウエランガム及び/又はキサンタンガムであるとともにその添加量が前記耐火組成物100質量%に対して0.01〜0.1質量%(外割)であり、前記軽量耐火性骨材と、前記アルミナ微粉と、前記アルミナセメントの合計に対する前記軽量耐火性骨材の容積配合比が0.65〜0.85であることを特徴とするポンプ圧送用断熱キャスタブル耐火物が開示されている。なお、特許文献4の[0024]段落には、アルミナセメントの含有量は耐火組成物100質量%に対してCaO換算量で5〜10質量%が好ましい旨の記載がある。

0007

更に、特許文献5には、粒径1mm以上の粗粒域に、CaO・6Al2O3を主成分とした多孔質な断熱性骨材が該粗粒域100質量%に占める割合で65質量%以上配合され、粒径75μm未満の微粒域には、アルミナ質原料及びアルミナセメントが該微粒域100質量%に占める割合で合計65質量%以上配合され、かつ該微粒域の化学成分構成がCaO/Al2O3の質量比=0.03〜0.13なる条件を満たす耐火性粉体組成物と、この耐火性粉体組成物100質量%に対する外掛けで30〜50質量%の量の施工水とを含んでなる断熱キャスタブル耐火物が開示されている。また、特許文献5の[0025]段落には、アルミナセメントの割合が耐火性粉体組成物100質量%に占める割合で、35質量%以下であることが好ましい旨の記載がある。

0008

また、非特許文献1には、SLA−92[アルコア(Alcoa)社製:CaO・6Al2O3よりなる高純度微細多孔質軽量断熱骨材]70〜93%、セメント5〜30%の配合を有する高温断熱キャスタブルが開示されている。

0009

特開平3−159967号公報
特開2002−179471号公報
特許第4361048号公報
特許第4464303号公報
特開2009−203090号公報

先行技術

0010

UNITECR '99 181〜186頁 "Long Term High Temperature Stability of Microporous Calcium Hexaluminate Based Insulating Materials"

発明が解決しようとする課題

0011

しかしながら、特許文献1に記載の内張り材に使用されている溶融金属容器の内張材は、アルミナセメントの配合割合が5〜15質量%と少ないため、1000℃〜1200℃の温度域での強度が不十分である。また、特許文献2に記載の断熱耐火組成物は、結合剤として水硬性アルミナが使用されており、1000℃〜1200℃の温度域での強度が不充分である。更に、特許文献3に記載されたアルミニウム及びアルミニウム合金溶湯用軽量キャスタブル耐火物には、フッ化カルシウムが配合されており、フッ素が検出される恐れがあり、フッ素を嫌う用途には使用することができない。また、特許文献4に記載されたポンプ圧送用断熱キャスタブル耐火物は、ポンプ圧送施工時の沈降防止のために、分離防止剤(ウエガム、キサンタンガム)が配合されており、このキャスタブル耐火物流し込み施工に使用すると、保形性が高過ぎてキャスタブル耐火物の平滑性が不充分となり、施工に不具合を生じる恐れがある。更に、特許文献5に記載された断熱キャスタブル耐火物では、セメント量が35%以下で設定されているため、強度が不足する。また、比較例としてアルミナセメントを45%配合した例が挙げられているが、アルミナ微粉の配合量が少ないために、1000〜1200℃の中間温度域での強度を改善することができない。また、非特許文献1に記載された断熱キャスタブル耐火材では、その配合例におけるセメントの配合量が5〜30%程度と少なく、1000℃〜1200℃の中間温度域で十分な強度を発揮することができない。

0012

従って、本発明の目的は、1000℃〜1200℃の中間温度域で高強度を発揮することができる軽量断熱キャスタブルを提供することにある。

課題を解決するための手段

0013

即ち、本発明の軽量断熱キャスタブルは、粒径3mm未満のCaO・6Al2O3を30〜50質量%、アルミナセメントを40〜60質量%及び粒径45μm未満のアルミナ微粉を10〜20質量%含有してなる耐火原料に対して外掛けで0.01〜1.0質量%の増粘剤を配合してなることを特徴とする。

発明の効果

0014

本発明によれば、1000℃〜1200℃の中間温度域で高強度を発揮する軽量断熱キャスタブルを得ることができる。

0015

本発明の軽量断熱キャスタブルには、粒径3mm未満のCaO・6Al2O3を30〜50質量%使用する。ここで、CaO・6Al2O3の粒径が3mm以上となると、施工体の強度が不足するため好ましくない。なお、CaO・6Al2O3は、好ましくは3〜1mmの範囲の粒子を20〜40質量%配合することが好ましい。なお、CaO・6Al2O3の配合量が50質量%を超えると、施工体の強度が不足するため好ましくなく、また、30質量%未満であると、断熱効果発現しないため好ましくない。なお、CaO・6Al2O3の配合量は、好ましくは35〜45質量%の範囲内である。

0016

また、本発明の軽量断熱キャスタブルには、アルミナセメントを40〜60質量%使用する。ここで、アルミナセメントの配合量が60質量%を超えると、施工体が収縮することがあるため好ましくなく、また、40質量%未満であると、1000℃〜1200℃の中間温度域で施工体に十分な強度を付与することができないために好ましくない。なお、アルミナセメントの配合量は、好ましくは40〜55質量%の範囲内である。なお、アルミナセメントの配合量は、CaO換算量で6〜17質量%の範囲内に相当する。

0017

更に、本発明の軽量断熱キャスタブルには、粒径45μm未満のアルミナ微粉を10〜20質量%使用する。ここで、アルミナ微粉の粒径が45μm以上となると、微粉としての効果が小さく、施工体に強度を付与できないために好ましくない。

0018

なお、本発明の軽量断熱キャスタブルには、上記粒径3mm未満のCaO・6Al2O3、アルミナセメント及び粒径45μm未満のアルミナ微粉に加えて、アルミニウム粉末アルミニウム合金粉末発泡剤金属ファイバー有機ファイバーセラミックファイバー縮合燐酸塩や、ポリアクリル酸ナトリウムポリカルボン酸カルシウム等のアルカリ金属またはアルカリ土類金属塩やそれらの重合体又は共重合体などの分散剤のようなその他の成分を配合することもできる。これらの成分の配合量は0.01〜1.0質量%の範囲内が好ましい。

0019

また、本発明の軽量断熱キャスタブルには、増粘剤を配合する。増粘剤としては、例えばグアーガム誘導体メチルセルロース系のような天然系増粘多糖類アクリル樹脂アクリルエマルションデキストリン含水珪酸マグネシウムベントナイト等を挙げることができ、メチルセルロース系増粘剤を使用することが好ましい。増粘剤の配合量は、上記成分の合計量に対して外掛けで0.01〜1.0質量%、好ましくは0.1〜0.5質量%の範囲内である。増粘剤の配合量が外掛けで0.01質量%未満であると、施工時に充分な流動性を与えることができないために好ましくなく、また、1.0質量%を超えると、粘性が高くなりすぎるために好ましくない。

0020

本発明の軽量断熱キャスタブルを施工する際には、所定量の水を軽量断熱キャスタブルに添加、配合して混練する。水の配合量は、上記粒径3mm未満のCaO・6Al2O3、アルミナセメント及び粒径45μm未満のアルミナ微粉並びに増粘剤、その他の成分の合計量に対して外掛けで40〜60質量%、好ましくは50〜60質量%の範囲内である。水の配合量が40質量%未満であると、施工性が悪化するため好ましくなく、また、60質量%を超えると、施工体の密度が低くなり、強度が低下するために好ましくない。

0021

本発明の軽量断熱キャスタブルを更に説明する。
以下の表1に記載する配合割合にて本発明品及び比較品配合物を作製し、得られた配合物に所定量の水を添加し、万能ミキサーにて混練した後、40mm×40mm×160mmの型枠に流し込み、硬化、脱枠後、110℃で24時間乾燥して供試体を得た。
得られた供試体について、線変化率曲げ強さ、かさ比重並びに熱伝導率を次に示す方法により測定した:
線変化率:JIS R2554に準じ、1000℃焼成後の供試体について測定した;
曲げ強さ:JIS R2553に準じ、1000℃焼成後の供試体について測定した;
かさ比重:JIS R2205に準じ、焼成後の供試体について測定した;
熱伝導率:115×114×65mmの供試体を1000℃で3時間焼成した後、熱線法により測定した。
得られた結果を表1に併記する。

実施例

0022

0023

本発明の軽量断熱キャスタブルは、各種炉蓋、加熱炉、焼却炉などに使用することができる。

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