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課題

急速昇温が可能で、易解体性を有し、耐衝撃性に優れた不定形耐火物の形成に有用な不定形耐火組成物を提供する。

解決手段

骨材と、結合剤と、アルミナ微粉と、有機繊維と、ホウ素系酸化防止剤と、を含む不定形耐火組成物、および、骨材と、結合剤と、アルミナ微粉と、コロイダルシリカと、ホウ素系酸化防止剤と、を含む不定形耐火組成物。上記のように、有機繊維とホウ素系酸化防止剤又はコロイダルシリカとホウ素系酸化防止剤のように所定の組合せの併用成分を含有させることで、所望の特性を有する不定形耐火組成物が得られる。

概要

背景

不定形耐火物は、現地での施工によってその形をなす耐火物であるが、硬化発現のためにアルミナセントが配合されているのが一般的である。しかしながら、アルミナセントはセメントの中では耐熱性が高いものの、その他の耐火骨材に比べると耐熱性は低いものであった。また、アルミナセメントは、スラグやその他、炉内の処理物との反応性が高く、耐火物の耐食性下げる原因ともなっていた。

このような問題による影響を低減するために、アルミナセメントの含有量を減らし、少量のアルミナセメントを介して超微粉凝集を促す低セメントタイプの不定形耐火物が知られている(例えば、特許文献1参照)。

また、アルミナセメントを全く用いない不定形耐火物も検討され、例えば、不定形耐火組成物中に硬化剤としてアルミナセメントを使用せずに、活性マグネシア(MgO)を配合した不定形耐火組成物が知られている(特許文献2〜4参照)。

さらに、熱間での安定性や耐食性が比較的高い骨材を用いつつ、かつ、アルミナセメントを用いることなく、安定性に優れた耐火物を形成することができる不定形耐火物用粉体組成物も知られている(例えば、特許文献5参照)。

概要

急速昇温が可能で、易解体性を有し、耐衝撃性に優れた不定形耐火物の形成に有用な不定形耐火組成物を提供する。骨材と、結合剤と、アルミナ微粉と、有機繊維と、ホウ素系酸化防止剤と、を含む不定形耐火組成物、および、骨材と、結合剤と、アルミナ微粉と、コロイダルシリカと、ホウ素系酸化防止剤と、を含む不定形耐火組成物。上記のように、有機繊維とホウ素系酸化防止剤又はコロイダルシリカとホウ素系酸化防止剤のように所定の組合せの併用成分を含有させることで、所望の特性を有する不定形耐火組成物が得られる。なし

目的

本発明は、上記課題を解決して、急速昇温が可能で、易解体性を有し、耐衝撃性に優れた不定形耐火物を形成できる不定形耐火組成物の提供を目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

骨材と、結合剤と、アルミナ微粉と、有機繊維と、ホウ素系酸化防止剤と、を含むことを特徴とする不定形耐火組成物

請求項2

前記有機繊維が、その繊維長が10μm〜20mm、繊維径が0.1〜20dtexである請求項1記載の不定形耐火組成物。

請求項3

骨材と、結合剤と、アルミナ微粉と、コロイダルシリカと、ホウ素系酸化防止剤と、を含むことを特徴とする不定形耐火組成物。

請求項4

前記コロイダルシリカは、シリカ固形分の濃度が10質量%以上50質量%以下である請求項3記載の不定形耐火組成物。

請求項5

前記ホウ素系酸化防止剤が、平均粒子径0.1〜100μmの粒子である請求項1〜4のいずれか1項記載の不定形耐火組成物。

技術分野

0001

本発明は、不定形耐火組成物係り、特に、急速昇温耐性を有し、易解体性および耐衝撃性の良好な耐火物の形成に好適な不定形耐火組成物に関する。

背景技術

0002

不定形耐火物は、現地での施工によってその形をなす耐火物であるが、硬化発現のためにアルミナセントが配合されているのが一般的である。しかしながら、アルミナセントはセメントの中では耐熱性が高いものの、その他の耐火骨材に比べると耐熱性は低いものであった。また、アルミナセメントは、スラグやその他、炉内の処理物との反応性が高く、耐火物の耐食性下げる原因ともなっていた。

0003

このような問題による影響を低減するために、アルミナセメントの含有量を減らし、少量のアルミナセメントを介して超微粉凝集を促す低セメントタイプの不定形耐火物が知られている(例えば、特許文献1参照)。

0004

また、アルミナセメントを全く用いない不定形耐火物も検討され、例えば、不定形耐火組成物中に硬化剤としてアルミナセメントを使用せずに、活性マグネシア(MgO)を配合した不定形耐火組成物が知られている(特許文献2〜4参照)。

0005

さらに、熱間での安定性や耐食性が比較的高い骨材を用いつつ、かつ、アルミナセメントを用いることなく、安定性に優れた耐火物を形成することができる不定形耐火物用粉体組成物も知られている(例えば、特許文献5参照)。

先行技術

0006

特開平11−199334号公報
特公平6−33179号公報
特開平7−223874号公報
特開平9−263457号公報
特開2011−47563号公報

発明が解決しようとする課題

0007

ところで、溶融炉(特にアルミニウムアルミニウム合金溶融に用いられる溶融炉)の内張り材として用いられる場合、さらに、急速昇温が可能で、易解体性を有し、耐衝撃性の良好な耐火物が求められているが、従来は、これら特性を全て満足する不定形耐火物は知られていない。

0008

そこで、本発明は、上記課題を解決して、急速昇温が可能で、易解体性を有し、耐衝撃性に優れた不定形耐火物を形成できる不定形耐火組成物の提供を目的とする。

課題を解決するための手段

0009

本発明の不定形耐火組成物は、骨材と、結合剤と、アルミナ微粉と、有機繊維と、ホウ素系酸化防止剤と、を含むことを特徴とする。

0010

また、本発明の他の不定形耐火組成物は、骨材と、結合剤と、アルミナ微粉と、コロイダルシリカと、ホウ素系酸化防止剤と、を含むことを特徴とする。

発明の効果

0011

本発明の不定形耐火組成物によれば、急速昇温が可能で、易解体性を有し、耐衝撃性に優れた不定形耐火物を形成できる。これにより、乾燥時間短縮により溶融炉の立ち上げ時間を速くでき、アルミニウムやアルミニウム合金を溶融した場合における耐火物の黒色化を抑制でき、圧縮強度の良好な耐火物が得られる。

実施例

0012

以下、本発明について、一実施形態を参照しながら詳細に説明する。
[第1の実施形態]
本実施形態の不定形耐火組成物は、上記のように、骨材と、結合剤と、アルミナ微粉と、有機繊維と、ホウ素系酸化防止剤と、を含むものである。
(骨材)
本実施形態で用いる骨材は、従来不定形耐火物の製造に用いられていた骨材であれば特に制限されずに用いることができ、例えば、アルミナ(Al2O3)、ジルコニア(ZrO2)、ジルコン(ZrO2・SiO2)等が挙げられる。耐火物の熱間安定性、耐食性を優れたものとすることから、アルミナを用いることが好ましい。

0013

ここで用いるアルミナとしては、シャモット(Al2O3:40〜50質量%)、ムライト(Al2O3:60質量%前後)、ボーキサイト(Al2O3:80〜89質量%)、高純度アルミナ(Al2O3:90質量%以上)等が挙げられる。骨材中にアルミナの含有量が高い方が、耐食性に関して良好となることから高純度アルミナを用いることが好ましい。

0014

また、もっとも好ましい骨材は、アルミナの含有量が90質量%以上の高純度アルミナであり、この高純度アルミナは、アルミナを電融又は焼結することにより製造することができる。その中でもアルミナの含有量が99質量%以上の高純度アルミナが耐火物としては最も好ましいものである。

0015

この骨材は、その粒径が、45μm〜5mmであることが好ましく、5mmよりも大きいと坏土まとまりが悪くなって塊が作れない場合があり、45μmよりも小さいと坏土の粘りが大きくなって、流れが悪くなり施工性が低下してしまう。

0016

また、上記範囲においても、大きさの異なる骨材を組み合わせて用いることが好ましい。例えば、3mm以上5mm未満、1mm以上3mm未満、45μm以上1mm未満、45μm未満のように大きさの異なるカテゴリーに分け、これらをそれぞれ適宜組み合わせて用いることができる。好ましい組み合わせとしては、全ての骨材を100質量%としたとき、3mm以上5mm未満の骨材を15〜30質量%、1mm以上3mm未満の骨材を15〜30質量%、45μm以上1mm未満の骨材を15〜30質量%、45μm未満の骨材を15〜30質量%の範囲とすることが坏土の充填の点で好ましい。なお、本明細書において、粒度は、JIS R 2552に準じて測定された値をいう。

0017

この骨材の配合割合は、不定形耐火組成物中に72〜97質量%、好ましくは75〜95質量%となるようにする。骨材の配合割合が72質量%未満であると、得られる耐火物の強度や耐食性が十分に得られず、逆に97質量%超であると、施工に必要な流動性が十分に得られない。

0018

(結合剤)
本実施形態で用いる結合剤は、低セメントとなる結合剤であれば公知の結合剤を用いることができ、これら成分の作用により骨材同士を結合させて緻密な構造を形成させるものである。ここで結合剤としては、例えば、ハイアルミナセメント、活性マグネシア、低反応性アルカリ土類金属酸化物及び水溶性有機酸塩又は無機酸塩との組み合せ、等が挙げられる。

0019

この結合剤は、その平均粒径が40μm未満の微粉であることが好ましく、5μm未満であることがより好ましい。結合剤の平均粒径が1μm以下であると養生時の圧縮強度の点で特に好ましい。また、本明細書において、平均粒径はレーザー回折式粒度分布測定法により算出されたものをいう。

0020

この結合剤の配合割合は、不定形耐火組成物中に1〜11質量%、好ましくは2〜10質量%となるようにする。結合剤の配合割合が1質量%未満であると、骨材同士の結合が不十分となり耐火物の強度や耐食性が十分に得られず、逆に11質量%超であると、組織が緻密になり過ぎて急速昇温時に爆裂等の破損が生じやすくなる。

0021

(アルミナ微粉)
本実施形態で用いるアルミナ微粉は、従来、不定形耐火組成物に用いられているアルミナ微粉であればよく、それ自体の凝集力が強く、不定形耐火組成物を耐火物とする際に硬化を促進する作用を有するものである。このとき、アルミナ微粉は、その凝集により耐火物の硬化を促進する観点から、平均粒径が、10μm未満のものを用いることができ、5μm未満であることが好ましい。

0022

これら成分に、さらにシリカ微粉を添加することもできる。このとき、シリカ微粉は、従来、不定形耐火組成物に用いられているシリカ微粉であればよく、アルミナ微粉とシリカ微粉を併用することにより、より粉体組成物の硬化を促進することができる。このシリカ微粉としては、その平均粒径が10μm未満であることが好ましく、1μm未満であることがより好ましい。

0023

このアルミナ微粉の配合割合は、不定形耐火組成物中に1〜11質量%、好ましくは2〜10質量%となるようにする。アルミナ微粉の配合割合が1質量%未満であると、骨材同士の結合が不十分となり耐火物の強度や耐食性が十分に得られず、逆に11質量%超であると、組織が緻密になり過ぎて急速昇温時に爆裂等の破損が生じやすくなる。

0024

さらに、シリカ微粉を配合する場合に、その配合量は、アルミナ微粉とシリカ微粉の配合量の和が上記アルミナ微粉の配合量の範囲であることが好ましい。

0025

(有機繊維)
ここで用いられる有機繊維としては、ポリプロピレン繊維ポリエチレン繊維ポリエステル繊維ポリビニルアルコール繊維セルロース繊維等を使用することができる。この有機繊維を含有させることで、不定形耐火組成物から得られる耐火物を急速昇温させたときに、耐火物内部の水分等を逃がし、爆裂等の破損を生じないようにできる。

0026

有機繊維としては、その繊維長が10μm〜20mm、繊維径が0.1〜20dtexのものが使用できる。ここで、繊維長は100μm〜10mmが好ましく、繊維径は、0.5〜15dtexが好ましい。

0027

また、有機繊維として、繊維長の異なる2種類以上の有機繊維を併用することが好ましい。このように2種類以上の有機繊維を用いることで、爆裂を防止するとともに、耐火物の施工時において、不定形耐火組成物を水と混合し坏土としたとき、その流動性を良好なものとできる。このような作用を良好に発揮するために、有機繊維としては、繊維長3mm〜20mm、繊維径0.1〜20dtexの長繊維と、繊維長10μm〜3mm、繊維径0.1〜20dtexの短繊維と、を併用することが好ましい。

0028

なお、有機繊維として、上記説明した長繊維と短繊維とを併用する場合には、有機繊維中における長繊維と短繊維との質量基準での配合比(長繊維/短繊維)を1/1〜1/5とするのが好ましい。

0029

この有機繊維の配合割合は、不定形耐火組成物中に0.005〜0.5質量%、好ましくは0.01〜0.4質量%となるようにする。有機繊維の配合割合が0.005質量%未満であると、急速昇温に対する耐性が十分に得られず、逆に0.5質量%超であると、施工に必要な流動性が十分に得られない。

0030

(ホウ素系酸化防止剤)
本実施形態に用いられるホウ素系酸化防止剤はホウ化ジルコニウム炭化ホウ素ホウカルシウム等が挙げられ、焼結助材としても作用する成分である。
これらのホウ素系酸化防止剤を含有させることで、不定形耐火物の焼結を促進させ、溶融炉の内張り材として用いた場合、例えば、その操業温度700〜1300℃において、強度を向上させることができる。また、良好な耐酸化性を発揮できる耐火物表面に液相酸化膜が形成され、良好な耐酸化性を発揮することもできる。そのため、黒色化を改善する作用を付与でき、アルミニウムやアルミニウム合金の溶融にも良好に用いることができる。

0031

このホウ素系酸化防止剤の配合割合は、不定形耐火組成物中に0.01〜10質量%、好ましくは0.05〜8質量%となるようにする。炭化ホウ素の配合割合が0.01質量%未満であると、酸化されて生成するホウ酸融液の量が少なくなり、耐火物表面や耐火物の開気孔の内表面に十分な厚みの酸化皮膜を形成することができずに、耐酸化性と耐食性に劣ってしまう。逆に10質量%超であると、酸化されて生成するホウ酸融液の量が多くなり過ぎるために、耐食性が劣ってしまう。

0032

さらに、上記の成分に加えて、本発明の効果を阻害しない範囲で、適宜、分散剤消化抑制剤等の添加剤を使用することができる。

0033

ここで用いることができる分散剤としては、界面活性剤AE剤等、消化抑制剤としては、乳酸アルミニウムグリコール酸アルミ二ウム等を挙げることができる。

0034

また、上記分散剤、消化抑制剤を配合する場合に、それらの配合量はそれぞれ、上記骨材、結合剤、アルミナ微粉、有機繊維及びホウ素系酸化防止剤の配合量の合計を100質量%とし、それに対して外掛けで0.001〜10質量%、0.01〜8質量%含有するものが好ましい。

0035

上記の成分を、十分に均一に混合することで本実施形態の不定形耐火組成物を製造することができる。このようにして得られた粉体組成物は、耐火物を形成する現場で、水と混練して坏土とし、それを流し込み施工や吹付け施工することで、耐火物を所望の箇所、形状に製造することができる。

0036

[第2の実施形態]
本実施形態の不定形耐火組成物は、上記のように、骨材と、結合剤と、アルミナ微粉と、コロイダルシリカと、ホウ素系酸化防止剤と、を含むものである。
この第2の実施形態においては、有機繊維が必須成分として配合されておらず、コロイダルシリカを必須としている点が第1の実施形態とは異なる。それ以外の成分は、第1の実施形態と同一であるため、以下、相違点のみについて説明する。

0037

(コロイダルシリカ)
本実施形態において用いられるコロイダルシリカは、ゾル上のシリカであり、シリカ固形分の濃度が10質量%以上50質量%以下のものが好ましく、シリカ固形分の濃度が20質量%以上50質量%以下のものがより好ましい。

0038

このコロイダルシリカ由来のシリカ固形分の量は、不定形耐火組成物中に1〜11質量%が好ましく、2〜10質量%がより好ましい。

0039

また、コロイダルシリカは、硬化剤の添加によりゲル化することで硬化体を作り、不定形耐火物に十分な保形性及び強度を付与する。本実施形態において、コロイダルシリカの硬化剤は、塩基性炭酸マグネシウム(xMgCO3・yMg(OH)2・zH2O)に挙げられるように、MgCO3を含む炭酸マグネシウム質原料とする。

0040

硬化剤として炭酸マグネシウム質原料を用いる理由は以下の通りである。炭酸マグネシウム質原料を用いる場合、マグネシア微粉を用いる場合よりもマグネシウムイオンが不定形耐火物のマトリクス中にゆるやかに溶出するため、硬化はゆるやかに進むと考えられる。急激に硬化反応が進むと、硬化する部分と硬化しない部分との強度ギャップが生じ、強度ギャップにより収縮が生じると考えられる。このため、マグネシウムイオンが緩やかにマトリクス中に溶出することにより、硬化しない部分との強度ギャップが生じにくく、強度ギャップによる収縮も生じにくいと考えられる。よって、炭酸マグネシウム質原料を用いると、マグネシア微粉よりも養生収縮の低減効果があると考えられる。

0041

硬化剤としての炭酸マグネシウム質原料の添加量は、結合剤としてのコロイダルシリカのシリカ固形分の量との関係で規定するのが適当である。本実施形態では、コロイダルシリカ由来のシリカ固形分の質量に対する炭酸マグネシウム質原料の質量比(炭酸マグネシウム質原料/シリカ固形分)を、0.001以上4以下とした。この質量比が0.001未満の場合、硬化遅延が生じ、かつ養生強度を確保することができない。一方、この質量比が4より大きい場合、瞬結及び膨れの問題がある。好ましくは、0.005以上0.5未満とする。

0042

本実施形態においては、このような構成とすることで急速昇温が可能で、易解体性を有し、耐衝撃性に優れた不定形耐火物の形成可能な耐火組成物が得られる。

0043

以上のように、第1及び第2の実施形態で説明した不定形耐火組成物は、いずれも急速昇温が可能で、易解体性を有し、耐衝撃性に優れた不定形耐火物の形成に有用であり、溶融炉の内張り材として施工される不定形耐火物として好適である。

0044

なお、以上の実施形態で得られる不定形耐火組成物を用いて得られる不定形耐火物の特性としては、以下のような条件を満たすことが好ましい。

0045

急速昇温に耐えうる耐火物としては、昇温速度が60℃/時間以上、好ましくは150℃/時間以上、より好ましくは200℃/時間以上としたとき、爆裂の生じないものが好ましい。爆裂の発生の有無は、例えば、不定形耐火物サンプルに対して加熱したときの内部水蒸気圧力を測定することで評価でき、このとき内部水蒸気圧力が10kg/cm2以下であればよい。

0046

耐火物の易解体性(≒黒色化しにくさ)は、例えば、溶融アルミニウムを用いた侵食試験を行い、黒色化の広がりを評価して行うことができる。ここで侵食試験は、不定形耐火物のるつぼサンプルにアルミニウム合金を入れ、850℃で所定の時間空気焼成し、溶融アルミニウムを浸漬させて行うことができる。

0047

耐火物の耐衝撃性は、例えば、1200℃での圧縮強度により評価できる。ここで圧縮強度は、不定形耐火物サンプルを、1200℃の加熱条件で、JIS R 2553に準じて測定することができ、150MPa以上であることが好ましく、170MPa以上であることが好ましい。

0048

以上の特性を全て満たすことで、アルミニウムやアルミニウム合金の溶融炉の内張り材として用いられる不定形耐火物として好適である。

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