DE102016225655A1

DE102016225655A1 - Teilchen für monolithisches feuerfestes Material

Info

Publication number: DE102016225655A1
Application number: DE102016225655.6A
Authority: DE
Inventors: Mitsuhiro Fujita; Shuko AKAMINE
Original assignee: Coorstek KK
Current assignee: Coorstek Gk Jp
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2017-08-03
Anticipated expiration: 2036-12-21
Also published as: US10040693B2; CN107021776B; DE102016225655B4; CN107021776A; JP6456857B2; JP2017132664A; US20170217781A1

Abstract

Teilchen für monolithisches feuerfestes Material dieser Erfindung sind aus einem porösen Spinell-Sinterkörper erzeugt, der durch die chemische Formel MgAl2O4 dargestellt ist, worin Poren mit einer Porengröße von 0,01 µm oder mehr und weniger als 0,8 µm 10 Vol.% oder mehr und 50 Vol.% oder weniger in Bezug auf ein Gesamtvolumen von Poren mit einer Porengröße von 10 µm oder weniger in den Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material besetzen, und die Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material eine Korngrößenverteilung haben, worin Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 45 µm 60 Vol.% oder weniger besetzen, Teilchen mit einer Teilchengröße von 45 µm oder mehr und weniger als 100 µm 20 Vol.% oder mehr und 60 Vol.% oder weniger besetzen und Teilchen mit einer Teilchengröße von 100 µm oder mehr und 1.000 µm oder weniger 10 Vol.% oder mehr und 50 Vol.% oder weniger besetzen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material, die aus einem porösen Spinell-Sinterkörper erzeugt sind.
Beschreibung des Standes der Technik
Als Pulvermaterial, das ein Ausgangsmaterial für ein monolithisches feuerfestes Material ist, werden häufig verschiedene Arten von Keramikmaterialien verwendet und insbesondere können im Hinblick auf die Wärmeresistenz und Korrosionsresistenz Aluminiumoxid-Spinell-Keramiken als vorteilhafte Form veranschaulicht werden.
Z.B. offenbart JP 2002-187782 A ein monolithisches Aluminiumoxid-Spinell-feuerfestes Material, das ein Aluminiumoxidmaterial mit einer Reinheit von 99,5 % oder mehr oder bevorzugt mit einer Reinheit von 99,7 % oder mehr verwendet, zur Reduzierung der Erzeugung von Rissen und Abblätterungen, unter Erhalt einer hohen Dauerhaftigkeit. Weiterhin wird ein Spinell-Material mit einem Gesamtgehalt von Aluminiumoxid und Magnesiumoxid von 99,5 % oder mehr verwendet, um die Erzeugung von Rissen und Abblätterung zu vermindern, unter Erhalt einer hohen Dauerhaftigkeit.
Als Material für ein Wärmeisolationsmaterial, das das Erhöhen der thermischen Leitfähigkeit in einem Hochtemperaturbereich von 1.000°C oder mehr unterdrücken kann und ebenfalls eine ausgezeichnete Wärmeresistenz hat, hat einen poröser Magnesiumoxid-Spinell-Keramikkörper, der eine der Formen von Aluminiumoxid-Spinell-Keramiken ist, Aufmerksamkeit erregt.
JP 2012-229139 A , JP 2013-209278 A und JP 2015-000838 A offenbaren jeweils, dass ein poröser Spinell-Keramikkörper mit einer bestimmten Porengrößenverteilung den leitenden Wärmetransfer und strahlenden Wärmetransfer unterdrücken kann und somit als Wärmeisolationsmaterial verwendet werden kann, das eine ausgezeichnete Wärmeresistenz selbst bei einer hohen Temperatur von 1.000°C oder mehr hat.
Der Anmelder von JP 2012-229139 A , JP 2013-209278 A und JP 2015-000838 A und dieser Erfindung hat eine Anmeldung einer Erfindung, die ein neues monolithisches feuerfestes Material betrifft, am 29. Juli 2014 eingereicht ( japanische Patentanmeldung 2014-153565 ). Diese Anmeldung soll ein unkonventionelles monolithisches feuerfestes Material angeben, das die ausgezeichneten thermischen Leitfähigkeitseigenschaften der porösen Spinell-Körper verwendet, die in JP 2012-229139 A , JP 2013-209278 A und JP 2015-000838 A beschrieben sind.
Der Anmelder dieser Erfindung hat sich auf die Möglichkeit des Erhalts einer Struktur fokussiert, die unkonventionell ausgezeichnete thermische Eigenschaften aufweist, indem das oben beschriebene monolithische feuerfeste Material mit verschiedenen Arten von existierenden feuerfesten Materialien kombiniert wird. Der Anmelder hält es für erforderlich, nicht nur die Kombination mit verschiedenen Arten von feuerfesten Materialien für die Entfaltung der oben beschriebenen ausgezeichneten Wirkung, sondern ebenfalls eine vorteilhafte Form des porösen Spinell-Körpers zu berücksichtigen, der ermöglicht, dass das monolithische feuerfeste Material selbst eine ausgezeichnete thermische Eigenschaft entfaltet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Erfindung wurde im Hinblick auf das oben beschriebene Problem durchgeführt und soll Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material aus Spinell-Keramik als Ausgangsmaterialpulver, das für das monolithische feuerfeste Material geeignet ist, angeben.
Die Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material dieser Erfindung sind aus einem porösen Spinell-Sinterkörper erzeugt, dargestellt durch die chemische Formel MgAl₂O₄, worin Poren mit einer Porengröße von 0,01 µm oder mehr und weniger als 0,8 µm 10 Vol.% oder mehr und 50 Vol.% oder weniger in Bezug auf ein Gesamtvolumen von Poren mit einer Porengröße von 10 µm oder weniger in den Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material besetzen, und worin die Teilchen für monolithisches feuerfestes Material eine Korngrößenverteilung haben, worin Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 45 µm 60 Vol.% oder weniger besetzen, Teilchen mit einer Teilchengröße von 45 µm oder mehr und weniger als 100 µm 20 Vol.% oder mehr und 60 Vol.% oder weniger besetzen und Teilchen mit einer Teilchengröße von 100 µm oder mehr und 1.000 µm oder weniger 10 Vol.% oder mehr und 50 Vol.% oder weniger besetzen.
Gemäß der Struktur können die Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material eine ausgezeichnete thermische Eigenschaft bei dem monolithischen feuerfesten Material, das diese verwendet, ergeben.
Erfindungsgemäß kann durch Einstellen einer Porengröße und Korngrößenverteilung eines Materials, das eine niedrige thermische Leitfähigkeit selbst in einem Hochtemperaturbereich aufrechterhalten kann, d.h., die oben beschriebenen Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material, so dass sie für die Anwendung für verschiedene Arten von monolithischen feuerfesten Materialien am meisten geeignet sind, das erhaltene monolithische feuerfeste Material eine ausgezeichnete Wirkung für die Unterdrückung der thermischen Leitfähigkeit haben, die selbst bei Verwendung bei hoher Temperatur niedrig ist.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachfolgend wird diese Erfindung detailliert beschrieben.
Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material dieser Erfindung sind aus einem porösen Spinell-Sinterkörper erzeugt, der durch eine chemische Formel MgAl₂O₄ dargestellt ist, worin Poren mit einer Porengröße von 0,01 µm oder mehr und weniger als 0,8 µm 10 Vol.% oder mehr und 50 Vol.% oder weniger in Bezug auf ein Gesamtvolumen von Poren mit einer Porengröße von 10 µm oder weniger in den Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material besetzen und die Teilchen für monolithisches feuerfestes Material eine Korngrößenverteilung haben, worin Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 45 µm 60 Vol.% oder weniger besetzen, Teilchen mit einer Teilchengröße von 45 µm oder mehr und weniger als 100 µm 20 Vol.% oder mehr und 60 Vol.% oder weniger besetzen und Teilchen mit einer Teilchengröße von 100 µm oder mehr und 1.000 µm oder weniger 10 Vol.% oder mehr und 50 Vol.% oder weniger besetzen.
Die Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material dieser Erfindung sind aus einem Zusammenbau aus porösen Spinell-Sinterkörpern gebildet, dargestellt durch die chemische Formel MgAl₂O₄. Weil MgAl₂O₄ (Magnesiumoxid-Spinell) eine kleine Änderung bezüglich der Form und Größe der Poren entfaltet, die durch Kornwachstum erzeugt werden oder durch Kombination von Korngrenzen bei einer hohen Temperatur, und die Wirkung zur Unterdrückung der Änderung der thermischen Leitfähigkeit für eine lange Zeitperiode aufrechterhalten kann, ist es geeignet für die Verwendung bei hoher Temperatur. Eine chemische Zusammensetzung und eine Struktur von MgAl₂O₄ (Magnesiumoxid-Spinell) kann beispielsweise durch Pulverröntgenbeugungsspektrometrie gemessen und identifiziert werden.
Bei diesen Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material besetzen Poren mit einer Porengröße von 0,01 µm oder mehr und weniger als 0,8 µm 10 Vol.% oder mehr und 50 Vol.% oder weniger in Bezug auf das Gesamtvolumen der Poren mit einer Porengröße von 10 µm oder weniger.
Die Porosität und ein Porenvolumenverhältnis kann aus der Porengrößenverteilung von Teilchen eines porösen Sinterkörpers erhalten werden, und die Porengrößenverteilung kann entsprechend JIS R 1655: 2003, "Test Methods for Pore Size Distribution of Fine Ceramic Green Body by Mercury Porosimetry", gemessen werden.
Erfindungsgemäß kann, weil die sogenannten Mikroporen, die eine Porengröße von 0,01 µm oder mehr und weniger als 0,8 µm haben, 10 Vol.% oder mehr und 50 Vol.% oder weniger in Bezug auf das Gesamtvolumen der Poren mit einer Porengröße von 10 µm oder weniger besetzen, die Zahl der Poren pro Einheitsvolumen erhöht werden, so dass eine Phononenstreumenge an Korngrenzen der Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material erhöht werden kann, wodurch eine Wirkung zur Unterdrückung des leitenden Wärmetransfers erhalten werden kann.
Wenn die Mikroporen weniger als 10 Vol.% besetzen, ist die Zahl der Poren pro Einheitsvolumen klein, so dass die Zahl der Korngrenzen pro Einheitsvolumen ebenfalls klein ist, wodurch die Wirkung zur Unterdrückung des leitenden Wärmetransfers manchmal nicht ausreichend erhalten werden kann. Wenn auf der anderen Seite die Mikroporen mehr als 50 Vol.% besetzen, ist die Zahl der Poren mit einer Porengröße von 0,8 µm oder mehr und 10 µm oder weniger, die geeignet sind für die Unterdrückung des strahlenden Wärmetransfers, verhältnismäßig klein, wodurch die Unterdrückung des strahlenden Wärmetransfers manchmal schwierig sein kann.
Das Verhältnis der Poren mit einer Porengröße von 0,8 µm oder mehr und 10 µm oder weniger in Bezug auf die Poren mit einer Porengröße von 10 µm oder weniger ist nicht besonders beschränkt. Der Grund hierfür liegt darin, dass, weil es schwierig ist, ein Verhältnis von Poren mit einer Porengröße von weniger als 0,01 µm durch die Porengrößenverteilungsmessung entsprechend JIS R 1655: 2003, "Test Methods for Pore Size Distribution of Fine Ceramic Green Body by Mercury Porosimetry", zu erhalten, das Verhältnis der Poren mit einer Porengröße von 0,8 µm oder mehr und 10 µm oder weniger einzig von dem Verhältnis der Mikroporen mit einer Porengröße von 0,01 µm oder mehr und weniger als 0,8 µm bestimmt wird.
Die Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material dieser Erfindung enthalten bevorzugt 40 Vol. oder mehr und 80 Vol.% oder weniger der Poren mit einer Porengröße von 10 µm oder weniger. Wenn der Gehalt der Poren mit einer Porengröße von 10 µm oder weniger weniger als 40 Vol.% ist, wird eine Absolutmenge der Mikroporen verhältnismäßig klein, so dass die Wirkung der Unterdrückung des leitenden Wärmetransfers manchmal nicht ausreichend erhalten werden kann. Wenn auf der anderen Seite der Gehalt der Poren mit einer Porengröße von 10 µm oder weniger mehr als 80 Vol.% ist, wird die Porosität zu groß, unter signifikanter Verminderung der Festigkeit der Teilchen, wodurch ein Risiko des Bruchs der Teilchen zum Zeitpunkt der Formgebung erreicht wird.
Das Verhältnis der groben Poren mit einer Porengröße von mehr als 10 µm in Bezug auf das Gesamtvolumen von allen Poren ist nicht besonders beschränkt. Der Grund hierfür liegt darin, dass im Gegensatz zu einem integral geformten Gegenstand die verschiedenen Arten von monolithischen feuerfesten Materialien unter Verwendung der Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material dieser Erfindung, die sich aus dem Zusammenbau mit den Teilchengrößen in der Größenordnung von Mikrometern zusammensetzen, Zwischenräume zwischen den jeweiligen Teilchen aufweisen und es somit nicht notwendig ist, eine solche strikte Begrenzung der groben Poren zu haben. Im Hinblick auf die Festigkeit des monolithischen feuerfesten Materials, das aus den Teilchen erzeugt wird, ist das Verhältnis von solchen groben Poren mit einer Porengröße von mehr als 10 µm in Bezug auf das Gesamtvolumen von allen Poren 0 % oder mehr und 30 % oder weniger.
Es ist weiter bevorzugt, dass die geklopfte Schüttdichte (Stampfdichte) in dem Zusammenbau der Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material dieser Erfindung 0,6 g/cm³ oder mehr und 1,0 g/cm³ oder weniger ist. Die Stampfdichte wird entsprechend JIS R 1628: 1997, "Test Methods for Bulk Density of Fine Ceramic Powder", gemessen.
Wenn mit einer großen Anzahl von Teilchen gefüllt wird, existieren üblicherweise viele Zwischenräume zwischen den Teilchen. Wenn ein Verhältnis von großen Poren hoch ist, wird es allgemein schwierig, den strahlenden Wärmetransfer zu unterdrücken, so dass es bevorzugt ist, solche Zwischenräume zu reduzieren, die den großen Poren entsprechen, um diese Erfindung durchzuführen.
Die Stampfdichte wird gemessen, während Zwischenräume zwischen den Teilchen möglichst stark ausgeschlossen werden. Durch Auswerten der Dichte des Aufbaus der Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material dieser Erfindung auf der Basis der Stampfdichte und Steuern der Dichte innerhalb eines angemessenen Bereiches kann die ausgezeichnete Wärmeisolationseigenschaft dieser Erfindung durch Optimierung der Dichte sichergestellt werden.
Wenn die Stampfdichte des Zusammenbaus der Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material dieser Erfindung mit dem oben beschriebenen Porenvolumenverhältnis im Bereich von 0,6 g/cm³ oder mehr und 1,0 g/cm³ oder weniger ist, kann das monolithische feuerfeste Material mit einem niedrigen Besetzungsverhältnis der groben Poren erhalten werden.
Wenn die Stampfdichte weniger als 0,6 g/cm³ ist, wird ein Existenzverhältnis der groben Zwischenräume hoch, wodurch es etwas schwierig wird, die ausgezeichnete Wärmeisolationseigenschaft dieser Erfindung zu entfalten. Wenn die Stampfdichte mehr als 1,0 g/cm³ ist, werden die Zwischenräume zwischen den Teilchen zu klein, so dass es schwierig wird, das monolithische feuerfeste Material zum Zeitpunkt der Anwendung aufgrund der Beschränkung beim Füllen und Formgeben der Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material dieser Erfindung zu handhaben. Daher kann es schwierig werden, ein monolithisches feuerfestes Material zu erhalten, das das unten beschriebene gießbare feuerfeste Material, plastische feuerfeste Material oder Stampfmaterial verwendet werden kann, während die Wirkung aufrechterhalten wird, dass die Wärmeisolationseigenschaft dieser Erfindung entfaltet wird.
Die Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material dieser Erfindung haben eine Korngrößenverteilung, worin die Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 45 µm 60 Vol.% oder besetzen, die Teilchen mit einer Teilchengröße von 45 µm oder mehr und weniger als 100 µm 20 Vol.% oder mehr und 60 Vol.% oder weniger besetzen und die Teilchen mit einer Teilchengröße von 100 µm oder mehr und 1.000 µm oder weniger 10 Vol.% der mehr und 50 Vol.% oder weniger besetzen. Eine Summe der Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 45 µm, der Teilchen mit einer Teilchengröße von 45 µm oder mehr und weniger als 100 µm und der Teilchen mit einer Teilchengröße von 100 µm oder mehr und 1.000 µm oder weniger wird als 100 Vol.% angesetzt.
Eine Teilchengröße von x oder mehr und weniger als y (x und y sind willkürliche positive Werte, die eine Beziehung von x < y erfüllen) bedeutet, dass die Teilchen nicht durch ein Standardsieb mit einer Siebgröße von x hindurchgehen und durch ein Standardsieb mit einer Siebgröße von y hindurchgehen, wobei die Standardsiebe in JIS Z 8801-1: 2006, "Test sieves – Part 1: Test Sieves of Metal Wire Cloth" definiert sind.
Durch das Porenvolumenverhältnis und die Bereiche der Korngrößenverteilung wie oben angegeben kann ein monolithisches feuerfestes Material niedriger Dichte und mit leichtem Gewicht mit einer niedrigen thermischen Leitfähigkeit effektiv erhalten werden. Mit anderen Worten kann eine solche Wirkung nicht erhalten werden, wenn nicht das Porenvolumenverhältnis und die Korngrößenverteilung innerhalb der angemessenen Bereiche eingestellt werden.
Z.B. kann die Porengrößenverteilung, wie sie erfindungsgemäß angegeben wird, nur von den Teilchen von MgAl₂O₄ erhalten werden, die nahezu eine einzelne Teilchengröße haben. D.h., es ist schwierig, die Porengrößen und das Porenvolumenverhältnis auf die bevorzugten Bereiche dieser Erfindung nur durch die Zwischenräume zwischen den Teilchen einzustellen.
Ein Verfahren zur Herstellung der Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material dieser Erfindung ist nicht besonders beschränkt, und ein bekanntes Verfahren zur Herstellung eines porösen Sinterkörpers kann angewandt werden. Eine Porenstruktur kann gebildet und durch Zugabe eines Porenbildungsmittels oder eine Schäummittels oder dergleichen eingestellt werden. Eine Teilchengröße wird gemäß einer Zerstoßungsbedingung und einer Siebbedingung des porösen Sinterkörpers eingestellt. Das Porenbildungsmittel kann beispielsweise Teilchen aus einem Acrylharz sein und das Schäummittel kann beispielsweise ein Tensid sein. Ein Existenzverhältnis zwischen den Teilchen mit großen Teilchengrößen und Teilchen mit kleinen Teilchengrößen kann die Porosität des monolithischen feuerfesten Materials einstellen. Durch Modifizieren der Herstellungsbedingungen auf der Basis einer solchen Information auf angemessene Weise können die gewünschten Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material erhalten werden.
Mehrere Beispiele des monolithischen feuerfesten Materials unter Verwendung der Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material dieser Erfindung sind wie folgt. Eine der bevorzugten Formen ist ein gießfähiges feuerfestes Material, das zumindest 30 Gew.% und mehr bevorzugt 50 bis 70 Gew.% der Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material dieser Erfindung pro Einheitsgewicht enthält.
Ein Zweck für die Verwendung des gießbaren feuerfesten Materials ist nicht besonders beschränkt, aber zur Verwendung der oben beschriebenen ausgezeichneten thermischen Eigenschaften der Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material dieser Erfindung wird das gießbare feuerfeste Material besonders vorteilhaft für den Zweck der Unterdrückung des Wärmeverlustes bei hoher Temperatur von 1.000°C oder mehr verwendet. Ein Beispiel eines solchen Zwecks ist der Schutz der internen und externen Oberflächen eines Spitzenbereiches einer Eintauchdüse für Stahl.
Für das signifikante Entfalten der ausgezeichneten thermischen Eigenschaften enthält das gießbare feuerfeste Material bevorzugt zumindest 30 Gew.% der Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material dieser Erfindung pro Einheitsgewicht. Eine obere Grenze des Gehaltes der Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material dieser Erfindung kann angemessen entsprechend einem Zweck und einem Zustand der Verwendung eingestellt werden, aber der Gehalt ist bevorzugt 80 Gew.% oder weniger, weil dann, wenn er mehr als 80 Gew.% ist, eine größere Menge an Wasser für den Erhalt der Fließfähigkeit erforderlich wird als es für das gießfähige feuerfeste Material als monolithisches Material während der Bildung erforderlich wird, so dass das gießfähige feuerfeste Material schwierig als monolithisches feuerfestes Material gehandhabt werden kann; beispielsweise ist eine längere Zeitperiode zum Trocknen erforderlich, und die Schrumpfung wird während des Trocknungsvorgangs groß, wodurch Risse wahrscheinlicher erzeugt werden können.
Eine andere Form des monolithischen feuerfesten Materials ist ein plastisches feuerfestes Material oder ein Stampfmaterial, das zumindest 30 Gew.% und mehr bevorzugt 40 bis 60 Gew.% der Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material dieser Erfindung pro Einheitsgewicht enthält.
Der Gehalt der Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material dieser Erfindung in dem plastischen feuerfesten Material oder dem Stampfmaterial wird auf 30 % aus dem gleichen Grund wie bei dem gießbaren feuerfesten Material eingestellt, und eine obere Grenze des Gehaltes kann ebenfalls entsprechend einem Zweck und einem Zustand der Verwendung angemessen eingestellt werden, aber der Gehalt ist bevorzugt 70 % oder weniger, weil das plastische feuerfeste Material oder das Stampfmaterial schwieriger als monolithisches Material behandelt werden kann, wenn der Gehalt mehr als 70 % ist.
Durch Einstellen des Gehaltes der Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material auf angemessene Weise gemäß dem Zweck, wie oben beschrieben, können die geeignetsten Eigenschaften und Verwendbarkeit für den Zweck erhalten werden. Erfindungsgemäß können als andere Materialien als die Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material bekannte Materialien gleichermaßen gemäß dem Zweck zu einem angemessenen Zeitpunkt zugegeben werden.
Der oben beschriebene Gehalt der Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material ist lediglich ein bevorzugtes Beispiel, und ein Bereich davon kann entsprechend dem Zweck variiert werden. Wenn eine lange Periode der Trocknungszeit und die Erzeugung von Rissen für das gießfähige feuerfeste Material erlaubt sind oder wenn Trocknungsrisse nicht wahrscheinlich erzeugt werden, weil eine Wärmeisolationsschicht dünn ist, ist es möglich, mehr als 80 Gew.% der Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material dieser Erfindung mit einem angemessen ausgewählten Bindemittel zur verwenden oder es kann eine Schicht gebildet werden, die nur aus den Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material dieser Erfindung erzeugt ist.
Die Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material dieser Erfindung können gleichmäßig über dem monolithischen feuerfesten Material gemischt werden oder können teilweise entlang einer planaren oder Dickenrichtung lokalisiert sein. Alternativ kann eine Schicht neu auf einem anderen feuerfesten Material vorgesehen werden, die nur aus den Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material dieser Erfindung erzeugt ist.
Beim Messen eines gießbaren feuerfesten Materials wird beispielsweise ein Lehmmineral allgemein zugegeben, um eine Fließfähigkeit zu erhalten, die für die Bildung geeignet ist. Weil ein solches Lehmmaterial Si als Hauptkomponente enthält, verursachen, wenn das monolithische feuerfeste Material dieser Erfindung 15 Gew.% oder mehr Si enthält, die Teilchen für das monolithische feuerfeste Material dieser Erfindung eine chemische Reaktion mit Si bei Verwendung bei hoher Temperatur, so dass Risse aufgrund der Schrumpfung des monolithischen feuerfesten Materials erzeugt werden können oder die oben beschriebenen Mikroporen vermindert werden können, um die Wärmeisolationswirkung abzubauen. Somit sollte die Verwendung eines solchen Materials, das Si enthält, vermieden werden oder nur eine minimale Menge davon kann verwendet werden.
Das monolithische feuerfeste Material unter Verwendung der Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material dieser Erfindung kann verschieden modifiziert werden, solange keine nachteilige Wirkung, wie signifikante Verschlechterung der Wärmeisolationswirkung verursacht wird. Beispielsweise kann auf einer Oberfläche oder im Inneren eines gießfähigen feuerfesten Materials, eines plastischen feuerfesten Materials oder eines Stampfmaterials eine Schicht aus Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material dieser Erfindung gebildet werden. In diesem Fall kann für den Erhalt einer hohen Wärmisolationseigenschaft die Schicht eine Dicke von wenigstens 3 mm oder mehr und bevorzugt 5 mm oder mehr haben.
Das oben beschriebene monolithische feuerfeste Material dieser Erfindung hat bevorzugt eine thermische Leitfähigkeit bei Raumtemperatur, die im Bereich von 0,3 bis 1,0 W/mK ist, und eine thermische Leitfähigkeit in einem Hochtemperaturbereich von 1.000°C oder mehr und 1.500°C oder weniger, die 1,0 W/mK oder weniger ist. Ein solches monolithisches feuerfestes Material mit der unterdrückten Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit in einem Hochtemperaturbereich von 1.000°C oder mehr entfaltet eine kleine Änderung der Wärmeisolationswirkung selbst bei Verwendung im Hochtemperaturbereich. Die thermische Leitfähigkeit bei 1.000°C oder mehr und 1.500°C oder weniger ist mehr bevorzugt 0,7 W/mK oder weniger. Für den Erhalt einer solchen niedrigen thermischen Leitfähigkeit bei hoher Temperatur wird der Gehalt der Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material dieser Erfindung so eingestellt, dass das monolithische feuerfeste Material 25 Vol.% oder mehr der Poren mit einer Porengröße von 0,8 µm oder mehr und 10 µm oder weniger aufweisen kann.
Das monolithische feuerfeste Material kann andere Materialien enthalten, beispielsweise ein Aggregat aus Aluminiumoxidteilchen oder dergleichen oder ein Additiv wie hohle Aluminiumoxidteilchen und anorganische Faser, solange die Wirkung dieser Erfindung nicht verloren geht. Die thermischen Eigenschaften des monolithischen feuerfesten Materials, das solche Materialien enthält, sind tatsächlich schlechter als die ausgezeichneten thermischen Eigenschaften der Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material dieser Erfindung. Im Vergleich zu verschiedenen Arten der konventionellen monolithischen feuerfesten Materialien, die in ähnlichen Formen verwendet wurden, entfaltet das monolithische feuerfeste Material dieser Erfindung solche geringen thermischen Leitfähigkeitseigenschaften bei einer hohen Temperatur wie oben beschrieben, die konventionell kaum erzielt werden konnten.
Daher entfaltet das monolithische feuerfeste Material dieser Erfindung die vorteilhafte Wirkung in dem Fall, wenn eine ausgezeichnete Wärmeisolationseigenschaft bei konventionellen monolithischen feuerfesten Materialien erforderlich ist, und nur ein kleiner Raum wird für das monolithische feuerfeste Material vorgesehen, wodurch eine Gewichtsersparnis des monolithischen feuerfesten Materials und dergleichen möglich ist.
[Beispiele]
Nachfolgend wird dieser Erfindung unter Bezugnahme auf Beispiele beschrieben, aber dieser Erfindung ist nicht auf die unten beschriebenen Beispiele beschränkt.
[Herstellung der Teilchen für monolithisches feuerfestes Material]
(Beispiele 1 bis 6 und Vergleichsbeispiele 1 bis 3)
11 mol hydraulisches Aluminiumoxidpulver (BK-112; erzeugt von Sumitomo Chemical Co., Ltd.) und 9 mol Magnesiumoxidpulver (MGO11PB; erzeugt von Kojundo Chemical Loboratory Co., Ltd.) wurden in diesem Verhältnis vermischt und reines Wasser wurde zugegeben, so dass das gemischte Pulver gleichmäßig dispergiert wurde, unter Herstellung einer Aufschlämmung. Dann wurde ein Porenbildungsmittel mit der Aufschlämmung vermischt, so dass die Konzentration davon innerhalb des Bereiches von 0 bis 50 Vol.% fiel, und die Mischung wurde geformt und getrocknet und dann 3 Stunden in der Atmosphäre bei 1.600°C gebacken, unter Erhalt der jeweiligen porösen Sinterkörper.
Wie in den Beispielen 1 bis 6 und Vergleichsbeispielen 1 bis 3 in der Tabelle 1 unten gezeigt ist, wurde jede Porenstruktur eingestellt durch angemessenes Ändern von: einer Zugabemenge des reines Wassers während der Herstellung der Aufschlämmung; und einem Durchmesser, Zugabemenge und dergleichen von Acrylharzteilchen, die als Porenbildungsmittel verwendet wurden.
Jeder der porösen Sinterkörper wurde durch eine kommerziell erhältliche Mühle gemahlen, und ein Teilchenexistenzverhältnis (Vol.%) gemäß der Teilchengröße wurde eingestellt durch Ändern der Mahlbedingung bei einer angemessenen Zeit, unter Erzeugung von Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Materialmit einer Korngrößenverteilung gemäß Tabelle 1.
Die Kristallphasen der oben erhaltenen jeweiligen porösen Sinterkörper wurden durch Röntgenbeugung (Röntgenstrahlenquelle: CuKα, Spannung: 40 kV, Strom: 0,3 A, Abtastrate. 0,06 °/s) identifiziert, und Magnesiumoxid-Spinell-Phasen wurden bei allen Kristallphasen beobachtet.
Die erhaltenen Produkte der Beispiele 1 bis 6 und Vergleichsbeispiele 1 bis 3 wurden jeweils einer Messung des Porenvolumens durch Verwendung eines Quecksilberporosimeters (JIS R 1655: 2003) und einer Messung der Stampfdichte (JIS R 1628: 1997) unterworfen, und die jeweiligen Auswertungsergebnisse sind kollektiv in Tabelle 1 gezeigt.
Weil es schwierig war, die thermische Leitfähigkeit der Teilchen zu bewerten, wurde die thermische Leitfähigkeit des Einzelmaterials der Teilchen, erzeugt in den Beispielen 1 bis 6 und Vergleichsbeispielen 1 bis 3, nicht bewertet, und die unten beschriebenen gießfähigen feuerfesten Materialien wurden für die Auswertung hergestellt.
[Herstellung des gießfähigen feuerfesten Materials]
(Beispiele 1_a bis 6_a)
60 Gew.% der Teilchen von jedem der Beispiele 1 bis 6, 25 Gew.% hohle Aluminiumoxidteilchen mit Teilchengrößen von 1 bis 5 mm, 15 Gew.% Aluminiumoxidzement, eine sehr kleine Menge an Natriumhexametaphosphat als Dispergiermittel wurden mit Wasser vermischt, und die Mischung durch Gießformen zu einer Form von 200 mm × 100 mm × 50 mm geformt. Der erhaltene Formkörper wurde 20 Stunden bei 110°C getrocknet, unter Erhalt eines getrockneten Körpers. Der getrocknete Körper wurde in der Atmosphäre 3 Stunden bei 1.550°C gebacken, unter Erhalt eines gießfähigen feuerfesten Materials eines jeden Beispiels 1_a bis 6_a.
(Vergleichsbeispiele 1_a bis 3_a)
Dann wurden 60 Gew.% der Teilchen eines jeden Vergleichsbeispiels 1 bis 3, 25 Gew.% hohle Aluminiumoxidteilchen mit Teilchengrößen von 1 bis 5 mm, 15 Gew.% Aluminiumoxidzement, eines sehr kleine Menge an Natriumhexametaphosphat als Dispergiermittel mit Wasser vermischt und die Mischung durch Gießformen zu einer Form von 200 mm × 100 mm × 50 mm geformt. Der erhaltene Formkörper wurde 20 Stunden bei 110°C getrocknet, unter Erhalt eines getrockneten Körpers. Der getrocknete Körper wurde in der Atmosphäre bei 1.550°C 3 Stunden gebacken, unter Erhalt eines gießfähigen feuerfesten Materials eines jeden Vergleichsbeispiels 1_a bis 3_a.
(Beispiel 7 und Vergleichsbeispiel 4)
Weiter wurden 30 Gew.% kommerziell erhältliches gießfähiges Wärmeisolationspulver, das 85 Gew.% Aluminiumoxid und 5 Gew.% Silika enthielt, und 70 Gew.% der Teilchen von Beispiel 1 einem Trockenmischen unterworfen und dann wurde Wasser zugegeben. Das gemischte Produkt wurde mit einem Mischer gerührt, bis es gleichmäßig wurde, und die Mischung wurde durch Gießformen zu einer Form von 200 mm × 100 mm × 50 mm geformt. Der erhaltene Formkörper wurde bei 110°C 20 Stunden getrocknet, unter Erhalt eines getrockneten Körpers. Der getrocknete Körper wurde in der Atmosphäre bei 1.550°C für 3 Stunden gebacken, unter Erhalt eines gießfähigen feuerfesten Materials von Beispiel 7.
Dann wurde Wasser zu einem kommerziell erhältlichen gießfähigen Wärmeisolationspulver gegeben, das 85 Gew.% Aluminiumoxid und 5 Gew.% Silika enthielt, und wurde durch einen Mischer bis zur Gleichmäßigkeit gerührt. Die Mischung wurde durch Gießformen zu einer Form von 200 mm × 100 mm × 50 mm geformt. Der erhaltene Formkörper wurde 20 Stunden bei 110°C getrocknet, unter Erhalt eines getrockneten Körpers. Der getrocknete Körper wurde in der Atmosphäre 3 Stunden bei 1.550°C gebacken, unter Erhalt eines gießfähigen feuerfesten Materials von Vergleichsbeispiel 4.
Die thermische Leitfähigkeit der jeweiligen monolithischen feuerfesten Materialien der Beispiele 1_a bis 6_a, der Vergleichsbeispiele 1_a bis 3_a, des Beispiels 7 und des Vergleichsbeispiels 4 wurden unter Bezugnahme auf JIS R 2616: 2001, "Testing Method For Thermal Conductivity Of Isulating Fire Bricks", gemessen. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 gezeigt. [TABELLE 1]
Von Tabelle 1 ist ersichtlich, dass die monolithischen feuerfesten Materialien der Beispiele 1_a bis 6_a und des Beispiels 7 die niedrigere thermische Leitfähigkeit bei einer Erwärmungstemperatur von 1.000°C oder mehr und eine geringere Temperaturabhängigkeit der thermischen Leitfähigkeit als die Vergleichsbeispiele 1_a bis 3_a und Vergleichsbeispiel 4 entfalteten. Während die thermische Leitfähigkeit bei 1.500°C der Beispiele 1_a bis 6_a und 7 1 W/mK oder weniger war, waren insbesondere die von den Vergleichsbeispielen 1_a bis 3_a und 4 mehr als 1 W/mK. Aufgrund dieser Ergebnisse kann das Produkt unter Verwendung der Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material innerhalb des Umfangs dieser Erfindung eine niedrigere thermische Leitfähigkeit bei 1.000°C oder mehr haben als die konventionellen feuerfesten Materialien.
Insbesondere gab es einen großen Unterschied der thermischen Leitfähigkeit zwischen dem monolithischen feuerfesten Material von Beispiel 7, das die Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material dieser Erfindung enthält, und dem monolithischen feuerfesten Material von Vergleichsbeispiel 4, das die Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material dieser Erfindung nicht enthält, wodurch die Wirkung der Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material dieser Erfindung deutlich gezeigt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2002-187782 A [0003]
JP 2012-229139 A [0005, 0006, 0006]
JP 2013-209278 A [0005, 0006, 0006]
JP 2015-000838 A [0005, 0006, 0006]
JP 2014-153565 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

JIS R 1655: 2003, "Test Methods for Pore Size Distribution of Fine Ceramic Green Body by Mercury Porosimetry" [0016]
JIS R 1655: 2003, "Test Methods for Pore Size Distribution of Fine Ceramic Green Body by Mercury Porosimetry" [0019]
JIS R 1628: 1997, "Test Methods for Bulk Density of Fine Ceramic Powder" [0022]
JIS Z 8801-1: 2006, "Test sieves – Part 1: Test Sieves of Metal Wire Cloth" [0028]
JIS R 1655: 2003 [0050]
JIS R 1628: 1997 [0050]
JIS R 2616: 2001, "Testing Method For Thermal Conductivity Of Isulating Fire Bricks" [0056]

Claims

Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material aus einem porösen Spinell-Sinterkörper, dargestellt durch die chemische Formel MgAl₂O₄, worin Poren mit einer Porengröße von 0,01 µm oder mehr und weniger als 0,8 µm 10 Vol.% oder mehr und 50 Vol.% oder weniger in Bezug auf ein Gesamtvolumen von Poren mit einer Porengröße von 10 µm oder weniger in den Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material besetzen, und die Teilchen für ein monolithisches feuerfestes Material eine Korngrößenverteilung haben, worin Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 45 µm 60 Vol.% oder weniger besetzen, Teilchen mit einer Teilchengröße von 45 µm oder mehr und weniger als 100 µm 20 Vol.% oder mehr und 60 Vol.% oder weniger besetzen und Teilchen mit einer Teilchengröße von 100 µm oder mehr und 1.000 µm oder weniger 10 Vol.% oder mehr und 50 Vol.% oder weniger besetzen.