JP2003148871A

JP2003148871A - 乾式施工用不定形耐火物

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Publication number: JP2003148871A
Application number: JP2001349368A
Authority: JP
Inventors: Ryosuke Nakamura; 良介中村; Makoto Nanba; 誠難波; Shinichi Yamaoka; 慎一山岡
Original assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Current assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Priority date: 2001-11-14
Filing date: 2001-11-14
Publication date: 2003-05-21
Anticipated expiration: 2021-11-14
Also published as: JP3949433B2

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の乾式施工用不定形耐火物の欠点を解消
するために行われたものであり、酸化・非酸化雰囲気を
問わず、数百℃の低温度域から強固な接着力を有し、且
つ、作業環境的には悪臭や有害ガスの発生しない乾式施
工用不定形耐火物を提供する。【解決手段】低融点ガラス粉と、炭酸リチウムおよび
／またはフッ化ナトリウムからなる無機結合剤、およ
び、粒度調整した耐火骨材とからなる乾式施工用不定形
耐火物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水分を全く含まな
い乾式施工用不定形耐火物に関し、特に、各種高温窯炉
の補修用として使用される乾式施工用不定形耐火物に関
する。

【０００２】

【従来の技術】乾燥した粉末状態の不定形耐火物をその
まま乾燥状態で施工するものを、本明細書で“乾式施工
用不定形耐火物”と称するが、これは、水等の液体で混
練して使用する“流し込み材”や“ライニング材”に較
べて、施工が簡便で、水分の脱水乾燥工程が不必要で昇
温に長時間かける必要がない、などの利点を有する。

【０００３】この種の不定形耐火物としては、特開昭54
−70313号公報，特開昭58−26080号公報，特開昭61−44
771号公報，特公昭57−8066号公報に記載されている。
そして、これら公報には、結合材としてピッチやフェノ
ール樹脂を使用し、加熱によりカーボンボンドを生成さ
せるものが開示されている。

【０００４】また、特開昭55−77692号公報には、「ム
ライト粉、Ａｌ粉及び炭素粉を添加した高アルミナ質ラ
ミング材」が開示されており、このライニング材を施工
した後、1450℃以上に焼成してライニング表面にAl₂O₃
およびSiCを生成させることが記載されている。

【０００５】また、特開昭56-32381号公報には、「塩基
性骨材に結晶水を有する酸性リン酸塩，硫酸マグネシウ
ム，塩化マグネシウム，硼酸，硼砂，フリットを添加
し、300℃〜600℃に加熱して強度発現させる」ことが開
示されている。さらに、特開平1−230483号公報には、
「結合材としてフリットなどの無機焼結材と、アルミニ
ウムなどの低融点金属粉末とを併用する乾式施工用不定
形耐火物」が開示されており、金属が酸化することによ
り熱間強度が向上させることが記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記したように、従来
の乾式施工される不定形耐火物には、様々な種類のもの
があるが、いずれにも欠点があった。すなわち、前記特
開昭54-70313号公報，特開昭58-26080号公報，特開昭61
-44771号公報や特公昭57-8066号公報に記載のもので
は、結合材としてピッチやフェノール樹脂を使用してい
るので、加熱時に激しく黒煙が発生し、且つ、ピッチの
場合にはベンツピレンを大量に含むガスが発生するた
め、作業環境面で大きな問題を抱えている。

【０００７】また、前記特開昭55-77692号公報に記載の
ものは、ライニング材を予め1450℃以上という高温に熱
処理する必要があり、そのための時間を要するので不経
済である。さらに、前記特開昭56-32381号公報に記載の
ものは、含有している結晶水が発泡して接着力が弱く剥
離しやすく、また、強度も低いという欠点があった。ま
た、前記特開平1-230483号公報に記載のものは、ある程
度の高温下での金属粉末の酸化によって熱間強度を向上
させ得るが、実際の炉では必ずしも酸化雰囲気とは限ら
ず、金属の酸化度合いは使用の度ごとに一定ではなく、
接着力も不安定なものであった。

【０００８】このように、従来技術では、特に窯炉の温
度が低下した数百℃の比較的低温で補修が行われると
き、補修材と炉面との“十分で且つ安定した接着力”が
得られる補修用不定形耐火物がなかった。

【０００９】本発明者等は、従来の乾式施工用不定形耐
火物における上記欠点を解消するために種々研究を重ね
た結果、結合材として、低融点ガラス粉と、炭酸リチウ
ム及び／又はフッ化ナトリウムとを同時に添加使用する
ことにより、酸化雰囲気，非酸化雰囲気を問わず、低温
度域から強い接着力が得られ、発煙などの環境上の問題
が全くない、乾式施工用不定形耐火物を完成するに至っ
た。

【００１０】すなわち、本発明の課題(目的)は、上記の
ような従来の乾式施工用不定形耐火物の欠点を解消する
ために行われたものであり、酸化・非酸化雰囲気を問わ
ず、数百℃の低温度域から強固な接着力を有し、且つ、
作業環境的には悪臭や有害ガスの発生しない乾式施工用
不定形耐火物を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そして、本発明は、前記
課題を解決する技術的構成として「低融点ガラス粉と、
炭酸リチウム及び／又はフッ化ナトリウムからなる無機
結合剤、および、粒度調整した耐火骨材からなる」こと
を特徴とし(請求項１)、これにより、前記課題(目的)と
する乾式施工用不定形耐火物を提供することができる。

【００１２】また、本発明に係る乾式施工用不定形耐火
物は、・前記低融点ガラス粉が、軟化温度３００〜６００℃の
鉛含有ガラスであること(請求項２)、・前記炭酸リチウムが、前記低融点ガラス粉１００重量
部に対して３〜３０重量部の比率である無機結合剤、及
び／又は、前記フッ化ナトリウムが、前記低融点ガラス
粉１００重量部に対して５〜５０重量部の比率である無
機結合剤を用いること(請求項３)、・前記低融点ガラス粉の含有量が、前記耐火骨材１００
重量部に対して６〜２５重量部であること(請求項４)、・金属粉末(Ａｌ粉末及び／又はＳｉ粉末)をさらに含有
すること(請求項５，請求項６)、を特徴とする。

【００１３】

【本発明の実施の形態】本発明に係る乾式施工用不定形
耐火物は、前記したとおり、「低融点ガラス粉と、炭酸
リチウム及び／又はフッ化ナトリウムからなる無機結合
剤、および、粒度調整した耐火骨材」からなり、その特
徴とするところは、無機結合剤として、「低融点ガラス
粉」と「炭酸リチウム及び／又はフッ化ナトリウム」と
を同時に添加使用すること(併用すること)にある。以
下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。

【００１４】本発明において、耐火骨材としては、酸
性，中性，塩基性を問わず、天然または人工品として供
給される公知の耐火材料を、使用目的により、単独また
は二種以上を組み合わせて使用することができる。耐火
骨材の粒度構成については、通常の乾式施工用耐火物に
使用可能な公知の粒度範囲であれば、いずれも使用可能
である。

【００１５】無機結合剤としては、低融点ガラス粉と、
炭酸リチウムおよび／またはフッ化ナトリウムとを使用
する。

【００１６】低融点ガラス粉は、ホウ珪酸系やアルカリ
珪酸系，含鉛系を使用することが可能である。中でも含
鉛系低融点ガラスが最適である。なぜならば、“含鉛系
低融点ガラスは、軟化後の粘性が比較的低く、炉の内表
面や耐火骨材と濡れやすい特徴があり、接着力を確保す
ることが容易である”からである。アルカリ珪酸系低融
点ガラスを使用する場合には、珪酸成分のできるだけ少
ない低粘性のものが良く、また、結晶水を含有するもの
は、発泡を生じ、接着力や強度を低下させるので好まし
くない。

【００１７】低融点ガラス粉の軟化温度は、300〜600℃
が好ましい。600℃を超えると、低融点ガラス粉が十分
に軟化流動するためにおよそ750℃程度以上の温度が必
要となり、本発明の目的である“数百℃の低温域での接
着”が不十分である。一方、300℃未満であると、施工
後に窯炉が使用される段階で耐火骨材と反応して高融点
化しても、使用に耐える十分な高融点反応物が得られが
たく、好ましくない。

【００１８】低融点ガラス粉の粒度は、厳密には限定さ
れないが、およそ0.5ｍｍ以下であれば、軟化温度以上
の環境下で短時間に軟化することができるので、早期に
接着力を発現することができる。

【００１９】低融点ガラス粉の配合量(含有量)は、耐火
骨材１００重量部に対して、６〜２５重量部であること
が好ましい。６重量部未満では、十分な結合力が得られ
ず、接着力も不十分である。一方、２５重量部を超える
と、高温下で耐火骨材との反応のために耐火骨材が多く
消費され、耐火骨材本来の耐火性を十分生かせなくなる
場合があるので、好ましくない。より好ましくは、１０
〜２０重量部である。

【００２０】本発明では、無機結合剤として、上記の低
融点ガラス粉と共に、炭酸リチウム及び／又はフッ化ナ
トリウムを使用する。炭酸リチウム及びフッ化ナトリウ
ムは、低融点ガラス粉と併用することにより、熔融軟化
した低融点ガラス粉の粘性をさらに低下させる効果があ
り、本発明の不定形耐火物が施工されるとき、窯炉内表
面の凹凸にスムーズに浸透して接着性を向上させること
ができ、より一層高い接着力が得られる。

【００２１】炭酸リチウム，フッ化ナトリウムは、単独
使用，併用いずれも可能である。使用量は、それぞれ異
なり、以下に示す範囲が良い。炭酸リチウム：低融点ガラス粉１００部に対し、３〜３
０部フッ化ナトリウム：低融点ガラス粉１００部に対し、５
〜５０部

【００２２】炭酸リチウム，フッ化ナトリウムの添加量
が、上記の範囲未満の場合、熔融軟化した低融点ガラス
粉の粘性低下が十分ではなく、窯炉内表面への接着が不
十分となる。また、炭酸リチウム，フッ化ナトリウムの
過剰な添加(上記範囲を超える添加)は、熔融軟化した低
融点ガラス粉の粘性を更に低下する反面、低融点ガラス
粉の過剰使用と同様に、施工体の耐火性に悪影響を与え
るため好ましくない。炭酸リチウム，フッ化ナトリウム
のいずれも、平均粒度５００μｍ以下のものが使用でき
る。

【００２３】本発明の乾式施工用不定形耐火物に金属粉
末を添加することも可能である。金属粉末としてはＡｌ
もしくはＳｉが好ましい。Ａｌは、融点が低いが酸化さ
れやすいので、１０００℃以上の温度域で使用されると
きには、非酸化性雰囲気下で使用される場合でも、例え
ば耐火骨材あるいは低融点ガラス粉末の成分であるＳｉ
Ｏ₂と酸化還元反応を生じ、Ａｌ₂Ｏ₃とＳｉとを生成す
る。Ａｌ₂Ｏ₃は、融点が高く耐火性を高めるので、窯炉
の使用中の高温状態での安定性を向上させることができ
る。一方、Ｓｉは、酸化雰囲気下では酸化されてＳｉＯ
₂を生成し、施工体の組織を強化し、強度を高める働き
がある。しかし、還元性雰囲気下では酸化されないの
で、添加しても効果はない。

【００２４】金属粉末の添加量は、耐火骨材１００重量
部に対して１〜５重量部程度が良い。

【００２５】

【実施例】粒度を調整した蝋石原料を、耐火骨材として
試験に供した。また、低融点ガラス粉末として、軟化温
度385℃及び542℃の硼珪酸鉛ガラス粉(粒径100μｍ以
下)を使用し、表１(実施例)，表２(比較例)に示す組成
の乾式施工用不定形耐火物を試作した。

【００２６】試験方法は、粉末材料100ｇをシャモット
質煉瓦上に載せたφ70の円筒状煉瓦中に充填した後、電
気炉にて５℃/min.の速度で550℃及び800℃に昇温し、
３時間保持後放冷してサンプルとした。冷却後、台座の
シャモット質煉瓦を固定し、円筒状煉瓦の横から荷重を
かけて、材料が台座から剥離するときの荷重から“剪断
接着強度”を測定した。その後、円筒状煉瓦中の「加熱
後サンプル」を取り出して外観を観察し、“亀裂，気
泡，溶融状態”を評価した。更に「加熱後サンプル」の
“圧縮強度”を測定した。

【００２７】表１に、本発明の、低融点ガラス粉末と炭
酸リチウム及び／又はフッ化ナトリウムとを併用した実
施例(１〜１５)を示し、また、前記試験結果を示した。
一方、表２に、比較例として、低融点ガラス粉末のみを
使用した配合(比較例１，２)、及び、従来の技術で用い
られる各種結合剤を使用した配合(比較例３〜７)を示
し、また、前記試験結果を示した。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】表１から明らかなように、接着強度を見る
と、実施例に示した各種配合は、加熱温度が550℃-3h，
800℃-3hのいずれの場合も概ね１MPaより高い接着強度
を発現し、熱間接着性に優れている（硼珪酸ガラス粉末
添加量が6重量部の実施例１２のみ550℃-3h加熱後の接
着強度が0.8MPa）ことがわかる。

【００３１】比較例１(軟化温度385℃の硼珪酸鉛ガラス
粉10重量部を添加した比較例)が、550℃-3h，800℃-3h
のいずれでも接着しなかったのに対し、さらに、炭酸リ
チウム２重量部を添加した実施例1では、高い接着強度
を発現している。また、比較例２(軟化温度385℃の硼珪
酸鉛ガラス粉15重量部を添加した比較例)が、550℃-3h
及び800℃-3hで低い接着強度しかなかったのに対し、さ
らに、炭酸リチウム1.5重量部又はフッ化ナトリウム3重
量部を添加した実施例３又は実施例４では、高い接着強
度を発現している。更に、低融点ガラス粉末として軟化
温度542℃の硼珪酸鉛ガラス粉を使用し、これに、炭酸
リチウム又はフッ化ナトリウムを添加した実施例(２，
５，１０)も、軟化温度385℃の硼珪酸鉛ガラス粉を使用
したものと同様、高い接着強度を有している。

【００３２】比較例３は、加熱後に1MPa以上の接着強度
を示したが、加熱後サンプルに亀裂，気泡がみられ、組
織が悪化する結果となった。比較例４は、コールタール
ピッチを使用したものであるが、550℃-3h加熱では接着
強度が低く、加熱後試料には気泡が多く発生していた。
更に800℃-3h加熱ではカーボンが酸化してしまい、殆ど
粉状であった。また、加熱中にコールタールピッチから
の発煙も激しい。

【００３３】比較例５または比較例６は、特開昭56-323
81号公報で開示されている「低融点ガラス粉末または硫
酸マグネシウム，硼砂」を使用したものであるが、全く
接着せず、加熱後試料の強度も、蝋石質骨材のため低い
結果となった。比較例７は、低融点ガラス粉末及び金属
粉末としてＡｌを併用したものであるが、加熱温度が55
0℃-3hでは、接着強度，材料強度が殆ど発現しなかっ
た。また、800℃-3h加熱では、ある程度の材料強度が得
られたものの、接着強度は満足できるものではなかっ
た。

【００３４】上記実施例１〜１５では、耐火骨材として
“蝋石質骨材”を用いたが、本発明は、勿論これに限定
されるものではなく、例えば、・コークス炉他各種窯炉：珪石，熔融シリカ，コージラ
イト，シャモット，ムライト，アルミナ等・取鍋：ムライト，アルミナ，ジルコン，マグネシア等・転炉：ＭｇＯ，ＣａＯ，ＭｇＯ-Ｃ-ＳｉＣ等・ＲＨ：ＭｇＯ，ＺｒＯ₂，ＳｉＣ等のように、用途や目的により耐火骨材を任意に選定使用
することができる。また、発塵防止の目的で、極少量(1
％以下；不定形耐火物の充填性が悪化しない程度)の鉱
物油，動植物油を添加しても良い。

【００３５】

【発明の効果】以上詳記したように、本発明に係る乾式
施工用不定形耐火物によれば、酸化・非酸化雰囲気を問
わず、数百℃の低温度域から強固な接着力を有し、且つ
作業環境的には悪臭や有害ガスの発生しない乾式施工用
不定形耐火物を提供することができる。

【００３６】以下、各請求項に係る発明の効果について
説明する。請求項１に係る発明では、低融点ガラス粉
と、炭酸リチウム及び／又はフッ化ナトリウムからなる
無機結合剤、および、粒度調整した耐火骨材とからなる
構成により、有機物の結合剤を含まないので、発煙や有
害ガスの発生が全く無く、作業環境上好ましい。また、
低温度域での施工でも強固な接着が得られ、且つ高温下
では炉内の雰囲気には左右されず、耐火骨材と結合剤と
の反応で安定した耐火性を獲得し、補修効果が高い。

【００３７】請求項２に係る発明では、前記低融点ガラ
ス粉が鉛含有ガラスからなり、軟化温度が３００℃〜６
００℃とすることにより、良好な接着強度が得られる。
軟化温度が６００℃を超えると、低融点ガラス粉が十分
に軟化流動するためにおよそ７５０℃程度以上の温度が
必要となり、本発明の目的である、数百℃の低温域での
接着が不十分である。一方、３００℃未満であると、施
工後に窯炉が使用される段階で耐火骨材と反応して高融
点化しても、使用に耐える十分な高融点反応物が得られ
ない。

【００３８】請求項３に係る発明では、前記炭酸リチウ
ムが前記低融点ガラス粉１００重量部に対して３〜３０
重量部、前記フッ化ナトリウムが前記低融点ガラス粉１
００重量部に対して５〜５０重量部の比率である無機結
合剤を用いることにより、良好な接着強度が得られる。
炭酸リチウム又はフッ化ナトリウムの添加量が上記の範
囲未満では、熔融軟化した低融点ガラス粉の粘性低下が
十分ではなく、窯炉内表面への接着が不十分となり、逆
に上記範囲を超えると、熔融軟化した低融点ガラス粉の
粘性を更に低下する反面、低融点ガラス粉の過剰使用と
同様に施工体の耐火性に悪影響を与えるため好ましくな
い。

【００３９】請求項４に係る発明では、前記耐火骨材１
００重量部に対して、低融点ガラス粉を６〜２５重量部
含有する構成とすることにより、十分な結合力が得ら
れ、接着力も十分である。低融点ガラス粉が６重量部未
満では、十分な結合力が得られず接着力も不十分であ
り、逆に２５重量部を超えると、高温下で耐火骨材との
反応のために、耐火骨材が多く消費され、耐火骨材本来
の耐火性を十分生かせなくなる。

【００４０】請求項５，請求項６に係る発明では、更に
金属粉末(Ａｌ粉末及び／又はＳｉ粉末)を添加・配合す
る構成とする。Ａｌ粉末の場合は、窯炉の使用中の高温
状態での安定性を向上させることができ、Ｓｉ粉末の場
合には、施工体の組織を強化し、強度を高める働きがあ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山岡慎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Ｆターム(参考） 4G033 AA00 AB01 AB08 AB10 4K051 AA09 AB00 AB01 AB03 BE00 BE01 BE03 LJ01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】低融点ガラス粉と、炭酸リチウム及び／
又はフッ化ナトリウムからなる無機結合剤、および、粒
度調整した耐火骨材からなることを特徴とする乾式施工
用不定形耐火物。
【請求項２】前記低融点ガラス粉が、軟化温度３００
〜６００℃の鉛含有ガラスである、請求項１に記載の乾
式施工用不定形耐火物。
【請求項３】前記炭酸リチウムが、前記低融点ガラス
粉１００重量部に対して３〜３０重量部の比率である無
機結合剤、及び／又は、前記フッ化ナトリウムが、前記
低融点ガラス粉１００重量部に対して５〜５０重量部の
比率である無機結合剤を用いる、請求項１または請求項
２に記載の乾式施工用不定形耐火物。
【請求項４】前記低融点ガラス粉の含有量が、前記耐
火骨材１００重量部に対して６〜２５重量部である、請
求項１〜３のいずれか１項に記載の乾式施工用不定形耐
火物。
【請求項５】金属粉末をさらに含有する、請求項１〜
４のいずれか１項に記載の乾式施工用不定形耐火物。
【請求項６】前記金属粉末が、Ａｌ粉末及び／又はＳ
ｉ粉末である、請求項５に記載の乾式施工用不定形耐火
物。