JP2003055035A - 熱間補修用珪石れんが及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】耐熱スポーリング性、特に500℃以上の高温度
における耐熱衝撃性を改善した新規な熱間補修用珪石れ
んが及びその製造方法を提供する。 【解決手段】粒径1mm未満の珪石を40〜70重量％と、粒
径0.5mm以上の溶融石英を60〜30重量％とからなる熱間
補修用珪石れんが。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱衝撃抵抗性に優
れた珪石れんが、特にコークス炉の炉壁の熱間補修用炉
材として好適な珪石れんが及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱衝撃抵抗性を有する珪石質の耐火れん
がとしては、特公平１−３８０７３号公報及び特公平１
−３８０７４号公報に記載のものがある。前者には、粒
径が0.7mm以上の溶融石英の粗粒を３０〜７０重量％と
珪石７０〜３０重量％とを含む珪石れんがであり、この
珪石れんがの1000℃の熱間線膨張率が0.8％以下であ
る。

【０００３】後者は、溶融石英の粗粒と珪石とを含む珪
石れんがであって、溶融石英粒は、その表面部分がクリ
ストパライト及び／又はトリジマイトに転移して殻を形
成しており、内部が非結晶質ある耐熱衝撃性珪石れんが
である。

【０００４】また、前記珪石れんがの欠点である機械的
な摺動摩耗に対する耐摩耗性を改善するために、特開平
５−１３２３５５号公報に記載の熱間補修用珪石れんが
が提案されている。この熱間補修用珪石れんがは、骨材
が溶融石英と焼成珪石よりなるれんがにおいて、溶融石
英の含有量が３５〜５０重量％であり、溶融石英の粒度
構成において、粒径1mm未満が１５〜３０重量％であ
り、粒径1mm以上が３０重量％未満であり、且つ、残部
の焼成珪石の粒度構成が０．５ｍｍ以下の微粉が１５〜
３５重量％の範囲にある熱間補修用珪石れんがであっ
て、耐熱スポーリング性と耐摩耗性の改善を目的とした
ものである。

【０００５】前記の熱間補修用珪石れんがは、粒径1mm
未満の溶融石英が１５〜３０重量％にすることにより耐
熱スポーリング性と耐摩耗性の改善を図るものである。
しかし、れんがは、通常1200℃〜1400℃で焼成されるの
で、焼成前に配合された溶融石英が焼成によって結晶化
してしまうので、残留量が十分ではなくなる。

【０００６】これは、配合した溶融石英の骨材は、その
粒度に関係なく、温度に依存した速度で結晶化する。例
えば、結晶化速度を0.1mm/hであるような温度で焼成す
るときには、その温度で５時間保持すると、その結晶粒
径は0.5mmに成長し、1mmよりも細かい溶融石英は完全に
結晶化する。また、1mmよりも大きい粒径の溶融石英
は、その表層に厚さ0.5mmの結晶化した層が形成され
る。

【０００７】このように、前記の熱間補修用珪石れんが
において、溶融石英の含有量３５〜５０重量％の内、粒
径1mm未満が１５〜３０重量％であり、粒径1mm以上のも
のが３０重量未満のものを配合しても、大部分の溶融石
英は結晶化してしまい、れんがの中には残留する溶融石
英の量が少なくなってしまい、耐熱スポーリング性の改
善が十分ではないことを意味する。

【０００８】このことは、前記特開平５−１３２３５５
号公報に記載の熱間補修用珪石れんがの特性として、表
１及び表２の実施例１〜６の全ての実施例で、耐熱スポ
ーリング性が400℃までは、全く亀裂が生じないが、500
℃では、全ての実施例に微小の亀裂が発生していること
で明らかである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題（目的）
は、耐熱スポーリング性、特に500℃以上の高温度にお
ける耐熱衝撃性を改善するとともに、圧縮強度、曲げ強
度及び耐摩耗性を改善した新規な熱間補修用珪石れんが
及びその製造方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、粒径1mm未満の珪石を40〜70重量％と、粒径0.5mm以
上の溶融石英を60〜30重量％とからなる原料を用いて熱
間補修用珪石れんがを製造する。（請求項１） また、前記粒径1mm未満の珪石の内、粒径0.5mm未満の珪
石の占める割合を80％以上として、より耐熱スポーリン
グ性の優れた熱間補修用珪石れんがが得られる。（請求
項２） また、前記粒径0.5mm以上の溶融石英は、粒径３mm以下
であって、その内粒径0.5mm〜1mm未満のものが、粒径0.
5mm以上の溶融石英全量に対し15〜30％として、より耐
熱スポーリング性の優れた熱間補修用れんがが得られ
る。（請求項３）

【００１１】また、粒径44μm以下が50％以上の超微粉
原料を外掛けで１〜10重量％添加したことによって、圧
縮強度及び曲げ強度の優れた熱間補修用珪石れんがが得
られる。（請求項４） 前記超微粉原料としては、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃又はＳｉ
Ｏ₂ 系又はＡｌ₂Ｏ₃系が使用される。（請求項５） また、熱膨張率を1.10％（at:1000℃）以下になるよう
に焼成することにより、熱膨張率の小さい熱間補修用珪
石れんがが得られる。（請求項６）

【００１２】また、熱間補修用珪石れんがを製造するに
際して、粒径1mm未満の珪石を40〜70重量％と、粒径0.5
mm以上の溶融石英を60〜30重量％とからなる配合物を混
練し、成形した後、乾燥させて、1100〜1300℃で焼成す
る方法により、耐熱スポーリング性、特に500℃以上の
高温度における耐熱衝撃性を改善した新規な熱間補修用
珪石れんがの製造が可能になる。（請求項７） また、前記粒径1mm未満の珪石の内、粒径0.5mm未満の珪
石が80％以上とする。（請求項８） また、前記粒径0.5mm以上の溶融石英は、粒径３mm以下
であって、その内粒径0.5mm〜1mm未満のものが、粒径0.
5mm以上の溶融石英全量に対し15〜30％とする。（請求
項９）

【００１３】また、前記珪石と溶融石英の配合原料に、
更に、粒径44μm以下が50％以上の超微粉原料を外数で
１〜10重量％添加することにより、圧縮強度、曲げ強度
及び耐摩耗性の向上した熱衝撃抵抗性熱間補修用れんが
を製造できる。（請求項１０） また、前記超微粉原料は、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃又はＳｉ
Ｏ₂ 系又はＡｌ₂Ｏ₃系の原料（例えば、シリカフラワ
ー、か焼アルミナ、水ひ粘土等）が用いられる。（請求
項１１） また、焼成に際しては、熱膨張率を1.10％（at:1000
℃）以下になるように焼成を行う。（請求項１２）

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明は、熱間補修用珪石れんが
において、原料に溶融石英を配合しても、大部分の溶融
石英はその焼成過程で結晶化してしまい、れんがの中に
は残留する溶融石英の量が少なくなってしまうのを防止
するために、溶融石英と珪石の粒径及び混合割合を調整
することにある。

【００１５】そのために、本発明では、珪石の粒径を実
質的に1mm未満とし、該1mm未満の粒径の内0.5mm未満の
ものの比率を80％以上とする。そして、珪石の原料に占
める重量％としては、40〜70％とする。また、溶融石英
の粒径を0.5mm以上とし、その内粒径0.5〜1mm未満のも
のを粒径0.5mm以上の溶融石英全量に対し30％以下とす
る。そして、溶融石英の原料に占める重量％としては、
60〜30％とする。

【００１６】また、前記原料に強度を付与するために、
粒径44μm以下が50％以上の超微粉原料を外数で１〜10
重量％添加する。その超微粉原料としては、ＳｉＯ₂−
Ａｌ₂Ｏ₃又はＳｉＯ₂ 系、又はＡｌ₂Ｏ₃系の原料を用い
る。

【００１７】また、本発明では、粒径1mm未満の珪石を
少なくとも40〜70重量％と、粒径0.5mm以上の溶融石英
を60〜30重量％とからなる配合物を混練、成形、乾燥
後、熱膨張率を1.10％（at:1000℃）以下になるように1
100〜1300℃で焼成する。

【００１８】（実施例）以下、表１を用いて本発明の実
施例１〜６及び比較例１，２の説明を行う。実施例１で
は、原料の配合として、粒径3〜1mmの溶融石英４４重量
％と、粒径1mm未満〜0.5mmの溶融石英１５重量％と、粒
径1mm未満〜0.5mmの珪石６重量％及び粒径0.5mm未満の
珪石３５重量％、消石灰（１％外掛け）に対して、強度
付与のための、シリカフラワー（３％）、か焼アルミナ
（1.5％）及び水ひ粘土（1.5％）を外掛けで加えて原料
を得る。その原料をフリクション成形機を使用して金型
成形により、230×100×100mmの成形体を作成し、その
成形体を100℃の温度で乾燥した後、1250℃で３時間焼
成して実施例１のれんがを得た。

【００１９】得られたれんがの特性は表１に示すとおり
である。スポールテストの評価は、得られたれんがを、
所定の500℃の雰囲気温度に保持した電気炉中に投入
し、３０分経過後に炉外取出し、１０秒間亀裂の有無を
観察する方法を採用した。実施例１の特性は、気孔率1
7.0％、見掛け比重2.24、圧縮強さ42.0MPa、曲げ強さ3.
0MPa、熱膨張率0.95、スポールテストでは亀裂無しであ
る。

【００２０】また、実施例２では、原料の配合として、
粒径3〜1mmの溶融石英35重量％と、粒径1mm未満〜0.5mm
の溶融石英15重量％と、粒径1mm未満〜0.5mmの珪石10重
量％及び粒径0.5mm未満の珪石40重量％、消石灰（１％
外掛け）に対して、強度付与のための、シリカフラワー
（５％）、か焼アルミナ（１％）及び水ひ粘土（３％）
を外掛けで加えて原料を得て、実施例１と同様に試験体
を得た。実施例２の特性は、気孔率16.0％、見掛け比重
2.26、圧縮強さ45.0MPa、曲げ強さ3.1MPa、熱膨張率1.0
0、スポールテストでは亀裂無しである。

【００２１】また、実施例３では、原料の配合として、
粒径3〜1mmの溶融石英37重量％と、粒径1mm未満〜0.5mm
の溶融石英12重量％と、粒径1mm未満〜0.5mmの珪石8重
量％及び粒径0.5mm未満の珪石45重量％、消石灰（１％
外掛け）に対して、強度付与のための、シリカフラワー
（５％）、か焼アルミナ（２％）及び水ひ粘土（２％）
を外掛けで加えて原料を得て、実施例１と同様に試験体
を得た。実施例３の特性は、気孔率16.5％、見掛け比重
2.26、圧縮強さ43.5MPa、曲げ強さ3.5MPa、熱膨張率1.0
2、スポールテストでは亀裂無しである。

【００２２】また、実施例４では、原料の配合として、
粒径3〜1mmの溶融石英37重量％と、粒径1mm未満〜0.5mm
の溶融石英8重量％と、粒径1mm未満〜0.5mmの珪石5重量
％及び粒径0.5mm未満の珪石50重量％、消石灰（１％外
掛け）に対して、強度付与のための、シリカフラワー
（３％）、か焼アルミナ（２％）及び水ひ粘土（３％）
を外掛けで加えて原料を得て、実施例１と同様に試験体
を得た。実施例４の特性は、気孔率15.5％、見掛け比重
2.26、圧縮強さ50.0MPa、曲げ強さ3.2MPa、熱膨張率1.0
0、スポールテストでは亀裂無しである。

【００２３】また、実施例５では、原料の配合として、
粒径3〜1mmの溶融石英36重量％と、粒径1mm未満〜0.5mm
の溶融石英14重量％と、粒径1mm未満〜0.5mmの珪石9重
量％及び粒径0.5mm未満の珪石41重量％、消石灰（１％
外掛け）に対して、強度付与のための、シリカフラワー
（４％）、か焼アルミナ（１％）及び水ひ粘土（２％）
を外掛けで加えて原料を得て、実施例１と同様に試験体
を得た。実施例５の特性は、気孔率16.5％、見掛け比重
2.25、圧縮強さ41.0MPa、曲げ強さ3.2MPa、熱膨張率0.9
9、スポールテストでは亀裂無しである。

【００２４】また、実施例６では、原料の配合として、
粒径3〜1mmの溶融石英25重量％と、粒径1mm未満〜0.5mm
の溶融石英8重量％と、粒径1mm未満〜0.5mmの珪石13重
量％及び粒径0.5mm未満の珪石54重量％、消石灰（１％
外掛け）に対して、強度付与のための、シリカフラワー
（３％）、か焼アルミナ（２％）及び水ひ粘土（２％）
を外掛けで加えて原料を得て、実施例１と同様に試験体
を得た。実施例６の特性は、気孔率17.5％、見掛け比重
2.25、圧縮強さ40.0MPa、曲げ強さ2.9MPa、熱膨張率1.0
5、スポールテストでは亀裂無しである。

【００２５】これに対して、比較例１では、原料の配合
として、粒径3〜1mmの溶融石英30重量％と、粒径1mm未
満〜0.5mmの溶融石英10重量％と、粒径0.5mm未満の溶融
石英10重量％と、粒径2〜1mmの珪石10重量％と、粒径1m
m未満〜0.5mmの珪石30重量％及び粒径0.5mm未満の珪石1
0重量％に対して、消石灰（１％外掛け）を加えた原料
を得て、実施例１と同様に試験体を得る。この比較例１
の特性は、気孔率18.8％、見掛け比重2.24、圧縮強さ20
MPa、曲げ強さ1.1MPa、熱膨張率1.12、スポールテスト
では亀裂が発生していた。

【００２６】これに対して、比較例２では、原料の配合
として、粒径3〜1mmの溶融石英25重量％と、粒径1mm未
満〜0.5mmの溶融石英5重量％と、粒径0.5mm未満の溶融
石英20重量％と、粒径2〜1mmの珪石20重量％と、粒径1m
m未満〜0.5mmの珪石25重量％及び粒径0.5mm未満の珪石5
重量％に対して、消石灰（１％外掛け）を加えた原料を
得て、実施例１と同様に試験体を得る。この比較例２の
特性は、気孔率18.5％、見掛け比重2.24、圧縮強さ21MP
a、曲げ強さ1.2MPa、熱膨張率1.13、スポールテストで
は亀裂が発生していた。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【発明の効果】請求項１に記載の発明では、粒径1mm未
満の珪石を40〜70重量％と、粒径0.5mm以上の溶融石英
を60〜30重量％とからなる原料を用いて、耐熱スポーリ
ング性、特に500℃以上の高温度における耐熱衝撃性を
改善した新規な熱間補修用珪石れんがが得られる。ま
た、請求項２に記載の発明では、前記粒径1mm未満の珪
石の内、粒径0.5mm未満の珪石の占める割合を80％以上
として、より耐熱スポーリング性の優れた熱間補修用珪
石れんがが得られる。また、請求項３に記載の発明で
は、前記粒径0.5mm以上の溶融石英は、粒径３mm以下で
あって、その内粒径0.5mm〜1mm未満のものが、粒径0.5m
m以上の溶融石英全量に対し15〜30％として、より耐熱
スポーリング性の優れた熱間補修用珪石れんがが得られ
る。

【００２９】また、請求項４に記載の発明では、粒径44
μm以下が50％以上の超微粉原料が外掛けで１〜10重量
％からなることによって、圧縮強度、曲げ強度及び耐摩
耗性の優れた熱間補修用珪石れんがが得られる。また、
請求項５に記載の発明では、前記超微粉原料としては、
ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃又はＳｉＯ₂ 系、又はＡｌ₂Ｏ₃系の
原料が使用される。その値は、実施例１〜３では、圧縮
強度は40〜50MPa（比較例では20程度）、曲げ強度3.1〜
3.5MPa（比較例では1.1程度）である。また、請求項６
に記載の発明では、熱膨張率を1.10％（at:1000℃）以
下になるように焼成することにより、熱膨張率の小さい
熱間補修用珪石れんがが得られる。

【００３０】また、請求項７に記載の発明では、熱間補
修用珪石れんがを製造するに際して、粒径1mm未満の珪
石を40〜70重量％と、粒径0.5mm以上の溶融石英を60〜3
0重量％とからなる配合物を混練し、成形した後、乾燥
させて、1100〜1300℃で焼成する方法により、耐熱スポ
ーリング性、特に500℃以上の高温度における耐熱衝撃
性を改善した新規な熱間補修用珪石れんがの製造が可能
になる。また、請求項８に記載の発明では、前記粒径1m
m未満の珪石の内、粒径0.5mm未満の珪石が80％以上とす
ることにより、特に500℃以上の高温度における耐熱衝
撃性を改善した新規な熱間補修用珪石れんがが得られ
る。また、前記粒径0.5mm以上の溶融石英は、粒径３mm
以下であって、その内粒径0.5mm〜1mm未満のものが、粒
径0.5mm以上の溶融石英全量に対し15〜30％とすること
により、特に500℃以上の高温度における耐熱衝撃性を
改善した新規な熱間補修用珪石れんがの製造ができる。
（請求項９）

【００３１】また、請求項１０に記載の発明では、前記
珪石と溶融石英の配合原料に、更に、粒径44μm以下が5
0％以上の超微粉原料を外掛けで１〜10重量％添加する
ことにより、圧縮強度、曲げ強度及び耐摩耗性の向上し
た熱間補修用珪石れんがを製造できる。また、請求項１
１に記載の発明では、前記超微粉原料は、ＳｉＯ₂−Ａ
ｌ₂Ｏ₃又はＳｉＯ₂ 系又はＡｌ₂Ｏ₃系の原料（例えば、
シリカフラワー、か焼アルミナ、水ひ粘土等）が用いら
れる。また、請求項１２に記載の発明では、焼成に際し
ては、熱膨張率を1.10％（at:1000℃）以下になるよう
に焼成を行う。

フロントページの続き (72)発明者 佐藤 央 茨城県鹿嶋市光３番地 住友金属工業株式 会社鹿島製鉄所内 (72)発明者 高瀬 省二 茨城県鹿嶋市光３番地 住友金属工業株式 会社鹿島製鉄所内 (72)発明者 小松 信也 東京都千代田区九段北四丁目１番７号 品 川白煉瓦株式会社内 (72)発明者 保坂 隆一 東京都千代田区九段北四丁目１番７号 品 川白煉瓦株式会社内 (72)発明者 飯田 栄司 東京都千代田区九段北四丁目１番７号 品 川白煉瓦株式会社内 (72)発明者 澤 敏朗 東京都千代田区九段北四丁目１番７号 品 川白煉瓦株式会社内 Ｆターム(参考） 4G030 AA36 AA37 BA23 BA24 BA25 GA11 GA27

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粒径1mm未満の珪石を40〜70重量％と、
   粒径0.5mm以上の溶融石英60〜30重量％とからなること
   を特徴とする熱間補修用珪石れんが。
2. 【請求項２】 前記粒径1mm未満の珪石の内、粒径0.5mm
   未満の珪石が80％以上であることを特徴とする請求項１
   に記載の熱間補修用珪石れんが。
3. 【請求項３】 前記粒径0.5mm以上の溶融石英は、粒径
   ３mm以下であって、その内粒径0.5mm〜1mm未満のもの
   が、粒径0.5mm以上の溶融石英全量に対し15〜30％であ
   ることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱間補修用
   珪石れんが。
4. 【請求項４】 粒径44μm以下が50％以上の超微粉原料
   が外掛けで１〜10重量％からなることを特徴とする請求
   項１〜３のいずれか１項に記載の熱間補修用珪石れん
   が。
5. 【請求項５】 前記超微粉原料は、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃
   又はＳｉＯ₂ 系又はＡｌ₂Ｏ₃系の原料であることを特徴
   とする請求項４に記載の熱間補修用珪石れんが。
6. 【請求項６】 熱膨張率が1.10％（at:1000℃）以下で
   あることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記
   載の熱間補修用珪石れんが。
7. 【請求項７】 粒径1mm未満の珪石を40〜70重量％と、
   粒径0.5mm以上の溶融石英を60〜30重量％とからなる配
   合物を混練、成形、乾燥後、1100〜1300℃で焼成するこ
   とを特徴とする熱間補修用珪石れんがの製造方法。
8. 【請求項８】 前記粒径1mm未満の珪石の内、粒径0.5mm
   未満の珪石が80％以上であることを特徴とする請求項７
   に記載の熱間補修用珪石れんがの製造方法。
9. 【請求項９】 前記粒径0.5mm以上の溶融石英は、粒径
   ３mm以下であって、その内粒径0.5mm〜1mm未満のもの
   が、粒径0.5mm以上の溶融石英全量に対し15〜30％であ
   ることを特徴とする請求項７又は８に記載の熱間補修用
   珪石れんがの製造方法。
10. 【請求項１０】 粒径44μm以下が50％以上の超微粉原
    料が外掛けで１〜10重量％添加されている請求項７〜９
    のいずれか1項に記載の熱衝撃抵抗性熱間補修用れんが
    の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記超微粉原料は、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ
    ₃又はＳｉＯ₂ 系又はＡｌ₂Ｏ₃系の原料であることを特
    徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載の熱間補
    修用珪石れんがの製造方法。
12. 【請求項１２】 熱膨張率を1.10％（at:1000℃）以下
    になるように焼成する特徴とする請求項７〜１１のいず
    れか１項に記載の熱間補修用珪石れんがの製造方法。