CN106927664B - 耐火材料、耐火材料的制造方法以及熔窑 - Google Patents

耐火材料、耐火材料的制造方法以及熔窑 Download PDF

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Abstract

本发明提供耐火材料、耐火材料的制造方法以及熔窑，作为玻璃熔窑用的耐火材料，优选提高了隔热性的耐火材料(挂钩砖)。该耐火材料在玻璃熔窑中配置于上部构造(12)的下端，所述玻璃熔窑具有：收容熔融玻璃的下部构造(11)、形成于下部构造(11)的上部的上部构造(12)、以及支承上部构造(12)的支承部件(13)，该耐火材料(123)由主体部分和炉内侧部分构成，并且在主体部分的底面的至少一部分具有凹部，所述主体部分支承上部构造(11)的侧壁，所述炉内侧部分形成为比主体部分向玻璃熔窑的内部侧突出并且配置在下部构造(11)的上方。

Description

耐火材料、耐火材料的制造方法以及熔窑
技术领域
本发明涉及耐火材料、耐火材料的制造方法以及使用该耐火材料的熔窑。
背景技术
玻璃熔窑具有：下部构造，其收容熔融玻璃并且被称为溶解槽；上部构造，其形成于所述下部构造的上部并且具备将天然气等燃烧火焰导入至窑内的排出口。由于该上部构造的重量大，因此通常以不使其荷载保持原样地施加于下部构造的方式，在玻璃熔窑设置有从外部支承上部构造的支承构造。
具体而言，作为该支承构造构成为包括：与设置于上部构造的下端的耐火材料的下表面直接或者间接地接触支承的支承部件、和从外部支承该支承部件的构造体。与该支承部件接触的耐火材料还以在下部构造的上方也配置其一部分的方式向玻璃熔窑的内部侧突出地设置。而且，使向该内部侧突出的部分与下部构造紧密接触，将内部封闭，从而抑制玻璃熔窑内的温度降低，并且能够从玻璃熔窑内部的高温环境保护支承部件(例如，参照专利文献1、专利文献2)。该耐火材料有时也被称为挂钩砖(tuckstone)。在本说明书中，将该耐火材料称为挂钩砖。挂钩砖设置于支承部件上，主要使用压缩强度高的电铸耐火材料，以便能够充分地支承上部构造的荷载。
此外，对于玻璃熔窑，为了抑制向外部散出热，抑制玻璃熔窑内部的温度降低，而在该上部构造以及下部构造中在与外部环境接触的部分设置隔热砖。
专利文献1：日本特开平08-277119号公报
专利文献2：美国专利第5727939号说明书
然而，在形成挂钩砖以及支承部件的部分中，存在因这些部件的形状等而难以在炉外形成隔热件的情况。在该情况下，导致设置有挂钩砖以及支承部件的位置的散热性提高，为了维持炉内温度而需要额外的能量。
因此，也考虑通过在挂钩砖与支承部件之间夹持隔热件来改善散热性。然而，在该情况下，由于上部构造的较大的荷载保持原样地加载于隔热件，因此隔热件崩溃的可能性提较高。因此，仅凭简单地夹持隔热件有意改善散热性是极其困难的。
发明内容
因此，本发明提供能够优选利用于挂钩砖，并且不变更玻璃熔窑的构成要素的配置等而提高隔热性的耐火材料及其制造方法。另外，其目的在于提供容易维持玻璃熔窑的炉内温度，并且提高了能量效率的玻璃熔窑。
本发明的耐火材料，在具有下部构造、上部构造以及支承部件的玻璃熔窑中配置于所述上部构造的下端，所述下部构造收容熔融玻璃，所述上部构造形成于所述下部构造的上部，所述支承部件支承所述上部构造，所述耐火材料的特征在于，由主体部分和炉内侧部分构成，所述主体部分支承所述上部构造的侧壁，所述炉内侧部分形成为比所述主体部分向所述玻璃熔窑的内部侧突出并且配置于所述下部构造的上方，在所述主体部分的底面的至少一部分具有凹部。
本发明的耐火材料的制造方法的特征在于，将耐火材料原料熔融，使熔融的所述耐火材料原料流入铸型，通过冷却、固化而得到本发明的耐火材料。
本发明的玻璃熔窑的特征在于，具有：下部构造，其收容熔融玻璃；上部构造，其形成于所述下部构造的上部；以及支承部件，其支承所述上部构造，在所述上部构造的下端设置有本发明的耐火材料。
本发明的耐火材料以及耐火材料的制造方法，实现了提供能够优选利用于挂钩砖并且不变更玻璃熔窑的构成要素的配置等，而提高了隔热性的耐火材料。
本发明的玻璃熔窑实现了容易维持炉内温度并且提高了能量效率的玻璃熔窑。
附图说明
图1是本实施方式的玻璃熔窑的简要结构的剖视图。
图2是图1的玻璃熔窑的挂钩砖的放大图。
图3是图2的挂钩砖的部位的说明图。
图4A是图2的挂钩砖的左侧视图。
图4B是图2的挂钩砖的后视图。
图5是表示在图2的挂钩砖的凹部设置有隔热件的耐火材料的简要结构的图。
图6是表示在图2的挂钩砖的凹部层叠双层隔热件所设置的耐火材料的简要结构的图。
图7A是表示作为本实施方式的变形例的挂钩砖的简要结构的左侧视图。
图7B是图7A的挂钩砖的后视图。
图7C是图7A的挂钩砖的右侧视图。
图8是整齐排列有多个图7A的挂钩砖的图。
图9A是用于说明图2的挂钩砖的大小的图。
图9B是用于说明图2的挂钩砖的大小的图。
附图标记说明：10…玻璃熔窑；11…下部构造；12…上部构造；13…支承部件；111…底部；112、121…侧壁；121a…耐火砖；121a、121b…隔热砖；122…顶棚；112a、123…挂钩砖(耐火材料)；124…隔热件。
具体实施方式
以下参照附图，对本发明的耐火材料、耐火材料的制造方法以及玻璃熔窑的一个方式进行详细地说明。
〔玻璃熔窑〕
首先，对本实施方式的玻璃熔窑进行说明。图1是表示本实施方式的玻璃熔窑的简要结构的剖视图。
如图1所示，本实施方式的玻璃熔窑10的构造与以往相同。即，玻璃熔窑10构成为具有：收容熔融玻璃50的下部构造11、设置于下部构造11的上部的上部构造12、以及支承上部构造12的支承部件13。
在此，下部构造11以能够收容熔融玻璃50的方式由底部111和相对于该底部111垂直设置的侧壁112构成。该下部构造11是玻璃的溶解槽，均与熔融玻璃50直接接触，因此由耐热性以及耐腐蚀性优异的耐火材料形成。作为在此使用的耐火材料，一般使用耐热性、耐腐蚀性等的良好的电铸耐火材料，具体而言可列举出氧化铝·氧化锆·二氧化硅质电铸耐火材料、氧化锆质电铸耐火材料。
另外，上部构造12是在下部构造11的上部形成的构造，由从下部构造11的侧壁112连续的侧壁121、和在上部构造12的该侧壁121的上部由谷形构造(拱形构造)形成的顶棚122构成。该上部构造12均不与熔融玻璃50直接接触，但由于与熔融玻璃50的蒸气、高温的燃烧气体等接触，因此依然由耐热性以及耐腐蚀性优异的耐火材料形成。作为在此使用的耐火材料，一般使用耐热性、耐腐蚀性、压缩强度优异的电铸耐火材料、烧制耐火材料。具体而言，作为侧壁121用，一般可列举出氧化铝·氧化锆·二氧化硅质、氧化铝质、氧化锆质等的电铸耐火材料以及锆石、氧化铝·氧化锆·二氧化硅质等的烧制耐火材料。另外，作为顶棚122用，可列举出二氧化硅质烧制耐火材料、氧化铝·氧化锆·二氧化硅质、氧化铝质等的电铸耐火材料。烧制耐火材料是指通过使原料粉末固化并在窑中进行烧制而制成的耐火材料。有时也被称作烧结耐火材料、结合耐火材料。
另外，该上部构造12的下端具有以下特征构造，即：能够稳定地支承其上部构造12，并且能够抑制玻璃熔窑10的内部温度降低。另外，该构造本身在现有的玻璃熔窑中也被采用，并不是本实施方式的特征。以下对该构造进行说明。图2是图1的玻璃熔窑10的一部分放大图，是用于说明下部构造11与上部构造12的连接部分的图。
在图2中，示出下部构造11的侧壁112由炉内侧的耐火砖112a和炉外侧的隔热砖112b构成的例子。另外，示出上部构造12的侧壁121由炉内侧的耐火砖121a和炉外侧的隔热砖121b构成的例子。这些耐火砖以及隔热砖均构成为：通过将形成为长方体形状的砖进行堆积并且排列形成厚度，从而发挥规定的特性。作为在此使用的耐火砖以及隔热砖，能够使用能够应用于玻璃熔窑的公知的耐火砖以及隔热砖。
而且，在上部构造12的下端设置有挂钩砖123。该挂钩砖123配置于后述的支承部件13之上，并且配置于下部构造11之上。即，该挂钩砖123以抑制玻璃熔窑10内的温度降低的方式配置于下部构造11之上，并且配置于支承上部构造12的支承部件13之上，上部构造12的荷载不会保持原样地加载于下部构造11，因此与其他耐火材料不同，成为具有特征的形状。
挂钩砖123与下部构造11之间优选用烧制耐火材料等定形耐火材料、砂浆等不定形耐火材料、陶瓷纤维那样的隔热件填充。通过用耐火材料填充，由此在挂钩砖123与下部构造11之间不能形成间隙，从而能够抑制散热。
挂钩砖123优选设置为与支承部件13接触。通过设置为与支承部材13接触，由此提高玻璃熔窑10内的温度降低的抑制效果。
支承部件13是用于支承上部构造12的荷载的部件。该支承部件13是上部构造12的支承构造的一部分(对支承部件13以外的支承构造省略图示)。该支承部件13优选设置为如上述那样与上部构造12(具体而言为设置于上部构造12的下端的挂钩砖123)接触。
该支承部件13一般是形成为平板状的金属制的支承部件。另外，支持部件13只要能够稳定地支承上部构造12即可，能够使用具有规定的强度以及耐热性的公知的支承部件。
作为支承部件13通常使用一般构造用轧制钢材(JIS G3101)，拉伸强度优选为330MPa以上。若拉伸强度为330MPa以上，则能够减少支承部件的使用量。拉伸强度更优选为400MPa以上。
支承部件13的耐热温度优选为350℃以上。在此，耐热温度是指满足由“压力容器的构造—一般事项”(JIS B8265)指定的允许拉伸应力的温度，支承部件13的350℃的允许拉伸应力优选为82MPa以上。
作为这样的支承部件，能够例示出由SS330、SS400等形成。
〔挂钩砖〕
接下来，对本实施方式中具有特征的挂钩砖进行说明。挂钩砖123如上述那样，配置于上部构造12的下端来使用，并且设置为也配置在下部构造11之上。另外，挂钩砖123优选设置为与支承上部构造12的支承部件13直接接触。
另外，如图3所示，该挂钩砖123具有：主体部分，其支承上部构造12的侧壁并且供其荷载直接作用；炉内侧部分，其形成为比上述主体部分更向玻璃熔窑的内部侧突出。即，主体部分是指存在于形成上部构造12的侧壁121(121a、121b)的铅直方向下方的区域，是由侧壁121与支承部件13夹持的上部构造12的荷载直接加载的区域。其中，炉内侧部分形成为比主体部分向玻璃熔窑的内部侧突出。此外还可以形成为炉内侧部分也向下方突出。该构造能够作为支承部件13与下部构造11相互不影响而独立的部件来配置。即，主体部分具有以能够通过面来稳定地进行与支承部件13的接触的方式平坦地形成的下端面，炉内侧部分以从炉内环境保护支承部件13的方式与下部构造11接触。
而且，本实施方式所使用的挂钩砖123的最具有特征的形状在于：在其主体部分中且在与支承部件13的接触面的至少一部分具有凹部这点。这例如如图4A以及图4B所示，与现有形状的挂钩砖的不同点在于：在与支承部件13的接触面且在其一部分形成有凹部123a。即，在图4A中示出挂钩砖123的左侧视图，在图4B中示出其后视图。另外，在此将从图1所示的剖视图的玻璃熔窑10的内部侧观察挂钩砖的图作为主视图。另外在图7A～7C中也进行同样的表示。
在图4A中，凹部123a无法从外部识别，因此用虚线透视地示出。另外在图4B中，作为凹部123a，将配置于支承部件13之上的面(主体部分的底面)连接的与支承部件13的边界部分也用虚线示出。即，相对于表示边界部分的虚线凹陷的部分(由表示边界部分的虚线和用比该虚线靠上方示出的虚线包围的部分)是形成于主体部分的凹部123a。另外在图4B中，从主体部分连接地在炉内侧部分也形成有凹部123a。由于该炉内侧部分的凹部123a形成为比上述边界部分朝向下方，因此该凹部123a表示为由比表示边界部分的虚线靠下方示出的虚线部分(与表示挂钩砖的轮廓的实线重叠)包围的部分。
例如使用电铸耐火材料作为该挂钩砖123。电铸耐火材料是在将原料完全熔融之后在铸型内凝固获得的，获得的耐火材料呈析出的结晶纠缠并且矩阵玻璃相埋入其粒间、粒界那样的微细构造，并且以低气孔率具有致密的组织，因此在高耐热性、高耐腐蚀性、耐磨损性等方面优异。
作为该挂钩砖123，由于玻璃熔窑10的内部一般为1300℃以上的高温，因此具有其内部温度以上的耐热性，并且位于上部构造12的几乎全部荷载作用的场所，也要求较高的压缩强度。挂钩砖123的耐热温度优选为1500℃以上，更优选为1600℃以上，特别优选为1700℃以上。在此，耐火材料的耐热温度是由JIS R2209规定的荷载软化温度T2(℃)。另外，常温的压缩强度优选为100MPa以上，更优选为200MPa以上，特别优选为300MPa以上。
挂钩砖123优选由耐腐蚀性、强度优异的内部气孔少的致密的组织构成，其体积比重优选为2.5～6.5。在此，体积比重是测定的重量除以测量外形尺寸求出的体积所得到的值。体积比重更优选为3.0～6.5。
挂钩砖123由耐热性、耐腐蚀性、强度优异的组成构成，因此真比重优选为3.0～6.5。其中真比重是根据各组成的比重与其组成比计算出的值。真比重更优选为3.0～5.5。
作为该电铸耐火材料，若为公知的电铸耐火材料则能够使用，可例举出氧化铝·二氧化硅质、氧化铝质、氧化铝·氧化锆·二氧化硅质、氧化锆质、氧化镁·铬质、铬·氧化铝质、氧化铝·氧化锆·二氧化硅·铬质等，其中，对于氧化铝·氧化锆·二氧化硅质而言耐腐蚀性良好因此是优选的。更具体而言，作为该电铸耐火材料，可举出ZB-1681(AGC陶瓷株式会社制、商品名)等。
另外，如图5所示，优选在该挂钩砖123的凹部123a设置隔热件124而成为提高隔热性能的挂钩砖。作为在此使用的隔热件，只要是为用于挂钩砖而具有充分的耐热性的隔热件，则能够不限定地使用公知的隔热件。灵外，作为耐热性，只要具有使用时的挂钩砖的温度以上的耐热性即可，优选为玻璃熔窑10的内部温度以上，例如能够耐1300℃以上的热。另外，为了发挥良好的隔热性能，隔热件的1000℃的热传导率优选为2.0[W/m·K]以下，更优选为1.0[W/m·K]以下，特别优选为0.6[W/m·K]以下。
另外，作为在此使用的隔热件，优选隔热浇注料。通过使用隔热浇注料，能够与挂钩砖123的凹部123a的形状一致，使隔热件与挂钩砖123一体化地设置而不会产生无用的间隙。通过一体化，能够提高玻璃熔窑施工时的操作性，并且能够有效地抑制玻璃熔窑内部的散热，能够获得隔热性良好的挂钩砖。
另外，作为隔热件，能够使用隔热性能不同的两种以上隔热件。在使用两种隔热件的情况下，如图6所示，将第一隔热件124a和第二隔热件124b层叠来形成即可。由于能够通过第一隔热件124a抑制来自炉内的散热，因此第二隔热件124b即使是比第一隔热件124a的耐热性差的耐热温度低的隔热件，也能够使用。一般情况下，隔热件若想要提高耐热温度，则隔热性降低、即热传导率提高，但对于第二隔热件124b而言，能够使用隔热性高的材料、即热传导率低的材料。
第一隔热件124a的1000℃的热传导率优选为0.2～2.0[W/m·K]。第二隔热件124b的1000℃的热传导率优选为0.02～0.5[W/m·K]。
第一隔热件124a的1000℃的热传导率A与第二隔热件124b的1000℃的热传导率B之比A/B优选为4～100。若A/B为20～100，则容易抑制来自炉内的散热。
第一隔热件124a的耐热温度优选为1300℃以上，更优选为1400℃以上。第二隔热件124b的耐热温度优选为800℃以上，更优选为900℃以上。
通过成为这样的双层结构，能够将利用第一隔热件124a降低的热，通过第二隔热件124b有效地隔热，从而能够抑制玻璃熔窑10向外部散热。另外由于成为这样的双层结构，通过该组合能够提高作为总体的隔热件的隔热性能。
在此作为能够使用的隔热件，也能够使用隔热浇注料等不定形耐火材料、陶瓷纤维、隔热板、隔热砖等任一个。另外，作为该隔热件，优选隔热浇注料。隔热浇注料通过浇注进行施工，因此能够无间隙地填充挂钩砖123的凹部123a，这是为了比较良好地保持耐热性，并且具有较高的隔热性。
在此，隔热浇注料是将耐火性骨料与水硬性水泥或者化学结合剂混合而成的耐火材料，是通过混合水并浇注而能够成形的不定形耐火材料。在此为了提高隔热性，能够通过使用中空的骨料作为耐火性骨料来实现。另外，作为耐火性骨料，可列举出氧化铝质、氧化锆质、氧化铝·氧化锆质、氧化铝·氧化锆·二氧化硅质等，其中在耐热性方面，优选氧化铝·氧化锆质。
在此作为能够使用的隔热浇注料，更具体地可列举出TMT-1600(AGC陶瓷株式会社制、商品名)等。
陶瓷纤维通过将二氧化硅、氧化铝等作为原料，并且将原料熔融或使原料与高分子溶解，使得到的液体纤维化来制造。陶瓷纤维也被产品化为毡、块、后述的板等各种成形品。作为陶瓷纤维可列举出1600bulk(バルク)(ISOLITE工业株式会社制、商品名)等。
隔热板是指由使用无机粘合剂或者用耐热纤维被膜而成形为板状的陶瓷纤维、无机粒子等形成的耐火隔热件。
作为隔热板可列举出TMT-MP(AGC陶瓷株式会社制、商品名)等。
隔热砖是在耐火材料中添加有很多小汽泡的耐火砖，一般是与烧制耐火材料同样，对原料粉末进行烧制来制造。
作为隔热砖，可列举出A-7(ISOLITE工业株式会社制、商品名)等。
另外，隔热板、隔热砖等的定形耐火材料，为了无间隙地填充凹部123a，需要进行形状加工、使用耐热粘合材料等，由于与不定形耐火材料相比增加麻烦，因此存在成本增大的倾向。
另外，在成为双层结构的情况下，能够适当地组合上述隔热件来使用，但优选将耐炉内温度的耐热温度高的隔热浇注料作为第一隔热件124a使用，作为第二隔热件124b，使用比第一隔热件124a的隔热性优异的热传导率低的隔热板等。以第二隔热件124b的温度不超过第二隔热件124b的耐热温度的方式设计第一隔热件124a的厚度。为了保护第二隔热件124b，提高隔热效果，第一隔热件124a的厚度优选为30mm以上，更优选为40mm以上，进一步优选为50mm以上。另一方面，若考虑挂钩砖123的强度以及第一隔热件124a的温度的上升，则第一的隔热件124a的厚度优选为100mm以下，更优选为90mm以下，进一步优选为80mm以下。
为了提高隔热效果，第二隔热件124b的厚度优选为10mm以上，更优选为20mm以上，进一步优选为30mm以上。另一方面，为了防止超过第二隔热件124b的耐热温度，第二隔热件124b的厚度优选为60mm以下，更优选为50mm以下，进一步优选为40mm以下。
另外，图4A～4B是表示本实施方式的挂钩砖的一个例子的图，也能够成为图7A～7C所示的形状的挂钩砖。另外，图7A是作为本实施方式的变形例的挂钩砖的左侧视图，图7B是后视图，图7C是右侧视图。
图7A～7C表示的挂钩砖223，在与支承部件接触的接触面(主体部分的底面)具有凹部223a，该凹部223a设置为比挂钩砖123的凹部123a宽。即，相对于挂钩砖123为在左右两端(参照图4B)进行与支承部件13接触的两腿型，挂钩砖223是仅左端(参照图7B)一端进行与支承部件13接触的单腿型。与上述同样，能够在该凹部223a设置隔热件。
由于使与支承部件13的接触面仅为单侧，因此该挂钩砖223能够扩大凹部223a的空间，能够使隔热性更高。另外由于该单腿型无法自立，因此在形成有延伸至底面的腿的侧部的上部，具有相邻的挂钩砖能够契合的高低差。即，具有：支承于相邻的挂钩砖的突出部223b、和成为能够与该突出部223b契合的高低差的切口部223c，以便在排列有多个挂钩砖223时能够稳定。
如图8所示，该挂钩砖223在排列有多个时，其突出部223b和切口部223c能够与分别相邻的挂钩砖223的切口部223c、突出部223b契合，从而稳定地排列。另外，在图8中示出在凹部223a设置有隔热件124的例子。
在此，一边参照图9A以及图9B、一边对挂钩砖的大小进行说明。图9A表示挂钩砖123的左侧视图，图9B表示后视图，分别对各部分的大小标注附图标记来表示。在此对于挂钩砖123，将厚度设为ta，将高度设为ha，将宽度设为wa。
挂钩砖123的厚度ta不做特殊限定，而是能够根据其用途等适当地变更。作为玻璃熔窑的挂钩砖，其大小典型的是300～700mm，若考虑耐腐蚀性和隔热性、它们的成本-效果，则更优选为450～600mm。如图9A所示，该厚度ta是将t1、t2、t3与t4合计的厚度。
t1是挂钩砖123的与支承部件13接触的部分的厚度。即，上部构造12的作用大部分(构成堆积于挂钩砖之上的侧壁的耐火砖121a、隔热砖121b与顶棚122)荷载的部位，是能够充分稳定地支承的厚度。该t1部分与支承部件13的形状一致，平坦地形成。另外，t1也是形成隔热件124且对隔热性带来影响的重要部分。
因此，该t1能够充分地确保与支承部件13的接触区域，并且只要能够充分地确保隔热性的厚度即可，例如优选为100～600mm，更优选为225～420mm。
t2是从其平坦部分向成为与下部构造12接合的接合部的炉内侧部分连接的中间部分。t2与t1相加成为主体部分的厚度。该t2从平坦部分向炉内侧部分平滑地连接即可，例如优选为0～150mm，更优选为25～150mm。另外，由于在该t2部分与t1同样是形成隔热件124的区域，因此也是对隔热性能带来影响的部分。
t3是指挂钩砖123的炉内侧部分中的、上述凹部123a从主体部分连续形成的部分，是形成隔热件的厚度。t3部分与t1以及t2组合表示形成隔热件124的区域，并且是对隔热性能带来影响的重要部分。考虑炉内侧部分的隔热性能与耐腐蚀性的平衡，例如在重视隔热性的情况下，该t3优选为20～250mm，更优选为50～300mm。例如在重视耐腐蚀性的情况下，该t3优选为0～150mm，更优选为0～50mm。
t4是挂钩砖123的炉内侧部分的电铸耐火材料的厚度，与t3相加而成为炉内侧部分的厚度。由于炉内侧部分与玻璃熔窑10的炉内环境接触而始终被侵蚀，因此t4的厚度是对挂钩砖123的耐腐蚀性带来影响的重要部分。即，成为能够充分耐受在玻璃熔窑10的预定运转年数例如10年间的运转中受到的侵蚀的厚度。因此该t4的厚度也受挂钩砖123的其他形状、生产的玻璃、生产温度等影响，但例如在重视耐腐蚀性的情况下，优选为100～350mm，更优选为175～350mm。例如在重视隔热性的情况下，优选为50～200mm，更优选为50～100mm。
t3与t4之比t3/t4优选为0.0～2.5。为了与下部构造的尺寸配合，在增大t3的情况下，优选缩小t4。在重视隔热性的情况下，t3/t4优选为0.2以上，更优选t3/t4为0.1以上。另一方面，在重视耐腐蚀性的情况下，t3/t4优选为0.1以下，t3/t4更优选为0.05。
此外，在将t1与t2合计的厚度t1+t2设为主体部分的厚度tb，并且将t3与t4合计的厚度t3+t4设为炉内侧部分的厚度ti时，tb优选为150～600mm，ti优选为100～350mm。另外，这些主体部分的厚度tb与炉内侧部分的厚度ti之比tb/ti优选为1.0～6.0。若该tb/ti之比较小，则炉内侧部分厚，耐腐蚀性良好。若该tb/ti之比较大，则存在由支承部件支承的面积增大使稳定性变好的倾向。
挂钩砖123的高度ha不做特殊限定，能够根据其用途等适当地变更。作为玻璃熔窑的挂钩砖，其大小典型的是200～400mm左右，若考虑耐腐蚀性和隔热性以及强度、它们的成本-效果，则优选为300～350mm。
h1是从挂钩砖123的主体部的高度将凹部的高度t3除外的高度。即，是上部构造12的作用大部分的荷载的部位，成为能够充分稳定地支承的高度(厚度)。虽然该h1的高度也受所使用的材料的强度等影响，但例如优选为60～280mm，更优选为100～220mm。
h2是比挂钩砖123的主体部向下方突出的部分的高度。即，是从与支承部件13接触的接触面到为了与下部构造11接合而形成的炉内侧部分的下端面的高度。该h2也是用于确保支承部件13的插入空间的高度，并且不受支承部件13的存在的影响，具有炉内侧部分的下端面能够可靠地与下部构造11紧密接触的高度。该h2的高度根据所使用的支持部件13的厚度设定即可，例如优选为20～120mm，更优选为40～90mm。
h3是挂钩砖123的主体部分的凹部123a的高度。即，也成为所形成的隔热件的高度，是对挂钩砖123所附带的隔热性能带来较大影响的重要部分。该h3的厚度也受所使用的材料的热传导率等影响，但例如优选为30～130mm，更优选为50～100mm。
挂钩砖123的宽度wa不做特殊限定，能够根据其用途等适当地变更。作为玻璃熔窑的挂钩砖，其大小典型的是200～700mm，若考虑隔热件124的体积、施加于每一个挂钩砖123的荷载，则优选为300～550mm。
w1以及w2是挂钩砖123的成为与支承部件13接触的接触部分的腿的宽度。w1和w2分别表示腿的宽度，与支承部件13的接触部分的宽度成为w1+w2。这也是上部构造12的大部分的荷载作用的部位，成为能够充分地稳定地支承的宽度。该w1以及w2的宽度也受所使用的材料的强度等影响，但例如分别优选为15～100mm，更优选为40～100mm。此外为了使作用的荷载均衡，该w1以及w2的宽度优选为相同宽度。
w3是挂钩砖123的凹部123a的宽度。即，也成为所形成的隔热件的宽度，是对挂钩砖123所附带的隔热性能带来较大影响的重要部分。该w3的宽度也受所使用的材料的热传导率等影响，但例如优选为150～500mm，更优选为270～670mm。
wa与w3之比wa/w3优选为1.05～2.3。在重视耐荷载性的情况下，wa/w3优选为1.1以上，wa/w3更优选为1.13以上。另一方面，在重视隔热性的情况下，wa/w3优选为1.5以下，wa/w3更优选为1.3以下。
另外，挂钩砖123的凹部的容量优选为2.0～20.0L。若凹部的容量为2.0L以上，则能够设置足够量的隔热件，能够有效地抑制玻璃熔窑内部的散热。凹部的容量更优选为5.0L以上，进一步优选为7.0L以上。另一方面，若凹部的容量为20L以下，则增加挂钩砖123的图9A所示的t4的厚度，提高耐腐蚀性，并且增加图9B所示的h1的厚度，提高耐荷载性。凹部的容量更优选为16.0L以下，进一步优选为10.0L以下。
对于上述挂钩砖的大小而言，对两腿型的情况进行了说明，在单腿型的情况下，能够根据其形状的不同而适当地变更。例如，在挂钩砖的宽度中，成为与支承部件13接触的接触部分的腿的宽度为一个，因此优选为与上述说明的w1或w2相比使宽度为1.0～2.0倍左右，更优选为1.0～1.9倍左右。这样，能够切实地承受上部构造12的荷载并且将凹部形成为比两腿型大，其结果，由于能够扩宽隔热件的形成区域，因此能够提高挂钩砖的隔热性能。
另外，在单腿型中，如图7A～7C所示，其特征在于具有突出部223b和切口部223c，但该突出部223b的突出宽度以及切口部223c的切口宽度均优选为20～60mm左右。若为20mm以上，则如图8所示容易稳定地整齐排列。若为60mm以下，则能够抑制升温时膨胀所带来的突出部223b与切口部223c的干扰，并且能够较宽地获得隔热件的宽度w3。另外，该突出部223b的高度以及切口部223c的高度均优选为80～200mm左右。若为80mm以上，则如图8所示容易稳定地整齐排列。若为200mm以上，则切口部223c与凹部223a过度接近，从而挂钩砖223的厚度变薄，强度不足，因此不优选。
如上述那样，通过成为本实施方式的结构，能够获得良好地保持耐荷载并且能够提高隔热性的挂钩砖。在该挂钩砖具有隔热件的情况下，由于不会对该隔热件施加无用的荷载，因此能够不考虑强度等来选定具有所希望的隔热性能的材料。
〔耐火材料的制造方法〕
本实施方式的耐火材料的制造方法，将按照成为规定的耐火材料组成的比例调合的耐火材料原料熔融，使熔融的耐火材料原料流入铸型，进行冷却、固化，来制造上述说明的挂钩砖。在该制造方法中，通过公知的方法制造耐火材料即可。以下对各工序进行详细地说明。
首先，以成为目标的耐火材料组成的方式，将氧化铝、氧化锆、二氧化硅、碳酸钠等各原料按照规定的比例混合，对耐火材料原料进行调合。接着，将获得的耐火材料原料用电炉等进行加热熔融。在此，电炉中的耐火材料原料的加热温度优选为1700℃以上，更优选为1800～2100℃。电炉优选为电弧炉。电炉的电极能够使用石墨电极。
接下来，使熔融的耐火材料原料流入铸型，慢慢冷却使其固化。在此，铸型形成为能够获得目标的耐火材料形状。另外，在耐火材料制造过程中，有时通过对获得的耐火材料的铸块的表面切削、研磨等进行加工而成为产品形状，在该情况下，考虑该点铸型形成为比实际产品的大小大。
另外，慢慢冷却是指在使熔融耐火材料流入铸型之后，自然冷却至处理耐火材料的温度。作为处理的温度，优选为50℃以下。为了降低龟裂的产生率，慢慢冷却的时间优选为7天以上，更优选为15天以上。
在本实施方式中，成为目标的耐火材料形状在规定的位置具有凹部，因此作为铸型，预先形成凹部即可。另外，保持原样地利用用于制造不具有以往的凹部的挂钩砖的铸型，在成为凹部的部分配置之后能够去除的型芯，也能够通过熔融铸造来制造。在该情况下，通过暂时将铸块与型芯一体地形成，之后去除型芯，从而能够制造具有规定的形状的凹部的挂钩砖。
通过在具有这样获得的凹部的挂钩砖的凹部形成隔热件，从而能够获得提高隔热性的挂钩砖。在此作为隔热件，能够使用在对上述挂钩砖的说明中记载的那样的隔热件。
另外，对上述在形成有凹部之后，在之后形成隔热件的情况进行了说明，但若取代型芯而预先保持原样地配置作为产品能够使用的隔热件，则通过铸造获得的铸块与隔热件一体化地获得。在该情况下，能够保持原样地作为提高隔热性能的挂钩砖使用，能够省略去除型芯以及形成隔热件之类的工序。根据该制造方法，能够简化挂钩砖的制造工序，降低制造成本。
〔玻璃熔窑〕
本实施方式的玻璃熔窑具有：收容熔融玻璃的下部构造、与下部构造的上部紧密接触地形成的上部构造、以及支承上部构造的支承部件，在上部构造的下端设置有挂钩砖。在此作为挂钩砖，其特征在于使用上述本实施方式的挂钩砖。对于除此以外的结构，采用公知的玻璃熔窑的结构即可。作为该玻璃熔窑，可列举出图1例示的玻璃熔窑。
实施例
以下表示本发明的实施例以及比较例。
实施例1
将氧化铝、氧化锆、硅、碳酸钠等耐火材料原料，按照成为规定的比例的方式混合而成为耐火材料组成物。将该耐火材料组成物，装入具备三个石墨电极的3000kVA的单相交流电弧炉，通过通电加热而在1800～2000℃的温度下完全热熔融。接下来，作为用于形成凹部的型芯，将预先成为规定形状的隔热浇注料配置于规定的位置，使熔液流入埋入到作为慢冷剂的硅砂中的铸型，在铸造后，使铸型脱模并自然冷却至室温附近的温度。
将与铸块一体形成的隔热浇注料粉碎去除，进行切削、研磨，获得具有图1所示的凹部的两腿型的挂钩砖。对于获得的挂钩砖的大小而言，ta为491mm(t1为316mm，t2为50mm，t3为25mm，t4为100mm)，ha为300mm(h1为162mm，h2为66mm，h3为72mm)，wa为450mm(w1为55mm，w2为55mm，w3为340mm)。另外，此时凹部的容量为10.0L。
另外，对于获得的挂钩砖，将其组成、真比重、压缩强度在表1中示出。在此真比重是根据各组成的比重与其组成比计算出的值。压缩强度是以JIS R2206为基准测定的值。另外，该挂钩砖是相当于ZB-1681(AGC陶瓷株式会社、商品名)的电铸耐火材料。
【表1】
Figure BDA0001122526060000161
接下来，使用隔热浇注料(AGC陶瓷株式会社制、商品名：TMT-1600)作为隔热件，在凹部的侧面设置木材以及泡沫聚苯乙烯的板，使与水混匀的隔热浇注料流入凹部，放置大约1天使其固化，从而形成了高度57mm(h3的一部分)的隔热件1。
进而，在固化的隔热浇注料的表面涂覆气硬性砂浆(AGC陶瓷株式会社制、商品名：TMA)，粘贴形成为与支承部件接触的接触面的厚度为15mm的板状的隔热件2(AGC陶瓷株式会社制、商品名：TMT-MP10RHY；热传导率(400℃)0.026W/m·K)，从而获得在凹部具有双层隔热件的挂钩砖。另外，此时炉内侧部分的隔热件仅由隔热浇注料形成。
在此使用的隔热件1是使用具有在表2中示出的化学组成的隔热浇注料形成的隔热件。在表2中一并示出所得到的隔热件的特性。在此，比重是体积比重，通过测定隔热件的重量，并用测量外部尺寸计算出的体积除从而获得。最高使用温度用以下方法求得。首先，准备多个隔热件。并以50℃刻度的不同的温度加热该隔热件的方式，分别以恒定温度加热处理3个小时，对隔热件熔融且是否隔热件的边缘变形进行了观察。此时，将隔热件的边缘未变形的最高温度设为最高使用温度。
在此，热传导率是以JIS R2251-1为基准并用热线法测定出的值。
【表2】
Figure BDA0001122526060000171
在此使用的隔热件2主要由二氧化硅粒子构成，是用玻璃纤维布覆盖、成形的隔热板。在表3中示出隔热板的特性。在此，比重是体积比重，通过测定隔热件的重量并且用测量外部尺寸计算出的体积除而求得。热传导率是用ISO 8320、ASTM Cl77 GHP法测定出的值。
【表3】
Figure BDA0001122526060000181
实施例2
通过与实施例1同样的操作，制造出图7A～7C所示的单腿型的挂钩砖。获得的挂钩砖的大小，若在图9A～9B中进行说明，则ta为491mm(t1为291mm，t2为50mm，t3为25mm，t4为125mm)，ha为300mm(h1为162mm，h2为66mm，h3为72mm)，wa为450mm(w1为60mm，w2为0mm，w3为390mm)。另外，该单腿型的挂钩砖以突出部与切口部分别为宽度30mm、高度100mm的大小设置。即，挂钩砖的包含至突出部的宽度为480mm。另外，此时的凹部的容量为9.8L。
此外，在获得的挂钩砖上与实施例1同样地层叠隔热件1和隔热件2，获得在凹部具有双层隔热件的挂钩砖。
(模拟隔热)
另外，为了对本发明的耐火材料的一个方式预估隔热效果，使用基于有限体积法的三维传热计算程序，实施计算机模拟。
在此，作为用于玻璃熔窑的挂钩砖，计算使用不具有以往例的凹部的挂钩砖的情况、与使用具有凹部的挂钩砖的情况下各自的玻璃熔窑向外部散热的散热量，并求出其差。此时，挂钩砖以外的条件为相同条件，玻璃熔窑内部(炉内表面)的温度为加热到1600℃的条件。
另外，作为该挂钩砖的材料，假定氧化铝·氧化锆·二氧化硅质的电铸耐火材料，其热传导率(30℃)为5.813[W/m·K]。另外，挂钩砖的尺寸在图9A以及9B中分别如下所示。
作为以往例的耐火材料(挂钩砖)，ta为500mm，t1+t2为375mm，t3为0mm，t4为150mm，ha为305mm，h1为239mm，h2为66mm，wa为450mm，未设置隔热件。
作为在凹部具有隔热件的耐火材料(挂钩砖)，ta为515mm，t1+t2为375mm，t3为25mm，t4为125mm，ha为305mm，h1为165mm，h2为66mm，h3为74mm，wa为450mm，w1(w2)为30mm，w3为390mm，在凹部从耐火材料(挂钩砖)侧形成有：高度59mm、热传导率(30℃)0.480[W/m·K]的隔热浇注料、和高度15mm、热传导率(30℃)0.050[W/m·K]的隔热板。
其结果，在将本发明的一个方式的耐火材料作为挂钩砖使用的情况下，成为与以往相比较，窑的外周lm长度附近减少2.8kW/m散热量的结果。根据该结果，例如在大小15m×10m的熔窑的整周50m使用了挂钩砖的情况下，预计140kW的节能效果。
如上所述，本实施方式的挂钩砖保持具有耐热性、耐腐蚀性等耐火材料的特性，并且通过设置凹部，从而能够提高隔热性。实际上通过在凹部内设置隔热件，能够获得提高隔热性的、适于在玻璃熔窑中使用的挂钩砖。
工业上的可利用性
本发明的耐火材料能够作为要求耐热性、耐腐蚀性、隔热性等耐火材料广泛地使用，特别是能够适合作为玻璃熔窑的挂钩砖来使用。

Claims (8)

1.一种电铸耐火材料制挂钩砖，在具有下部构造、上部构造以及支承部件的玻璃熔窑中配置于所述上部构造的下端，所述下部构造收容熔融玻璃，所述上部构造形成于所述下部构造的上部，所述支承部件支承所述上部构造，所述电铸耐火材料制挂钩砖为氧化铝·氧化锆·二氧化硅质、或氧化锆质，其特征在于，
由主体部分和炉内侧部分构成，所述主体部分支承所述上部构造的侧壁，所述炉内侧部分形成为比所述主体部分向所述玻璃熔窑的内部侧突出并且配置于所述下部构造的上方，
在所述主体部分的与所述支承部件接触的接触面的至少一部分具有凹部，
所述电铸耐火材料制挂钩砖的宽度wa为200～700mm，所述电铸耐火材料制挂钩砖的凹部的宽度w3为150～500mm，它们之比wa/w3为1.05～1.5，
在所述电铸耐火材料制挂钩砖的凹部设置有隔热件。
2.根据权利要求1所述的电铸耐火材料制挂钩砖，其特征在于，
所述凹部的容量为2.0～20.0L。
3.根据权利要求1或2所述的电铸耐火材料制挂钩砖，其特征在于，
所述电铸耐火材料制挂钩砖的炉内侧部分的厚度ti为100～350mm，所述电铸耐火材料制挂钩砖的主体部分的厚度tb为150～600mm，它们之比tb/ti为1.0～6.0。
4.根据权利要求1或2所述的电铸耐火材料制挂钩砖，其特征在于，
所述凹部从所述主体部分连续地形成于所述电铸耐火材料制挂钩砖的炉内侧部分的一部分，所述炉内侧部分的凹部的厚度t3为0～300mm，所述炉内侧部分的所述凹部以外的厚度t4为100～350mm，它们之比t3/t4为0.0～2.5。
5.根据权利要求1或2所述的电铸耐火材料制挂钩砖，其特征在于，
在从炉外侧观察所述主体部分时，延伸至所述主体部分的底面的腿仅形成于一方的侧部。
6.根据权利要求5所述的电铸耐火材料制挂钩砖，其特征在于，
在所述主体部分且在形成有延伸至所述底面的腿的侧部的上部，具有能够供相邻的电铸耐火材料制挂钩砖契合的高低差。
7.根据权利要求1所述的电铸耐火材料制挂钩砖，其特征在于，
所述隔热件由隔热性能不同的两种以上隔热件层叠而成。
8.一种玻璃熔窑，其特征在于，具有：
下部构造，其收容熔融玻璃；
上部构造，其形成于所述下部构造的上部；以及
支承部件，其支承所述上部构造，
在所述上部构造的下端设置有权利要求1～7中的任一项所述的电铸耐火材料制挂钩砖。
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