JP2007530409A

JP2007530409A - 耐火材及びその用途、及び耐火材を処理する方法。

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Publication number: JP2007530409A
Application number: JP2007505474A
Authority: JP
Inventors: ウイッツマン、アンドレ; トリンクス、ウラ; アルトマン、ライナー
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2005-03-26
Publication date: 2007-11-01
Also published as: DE502005010131D1; US20070141348A1; DE102004015357B4; ATE478834T1; DE102004015357A1; EP1730091B1; EP1730091A1; WO2005095304A1; CN1938242A

Abstract

【課題】耐火材の腐食を防止し、ガラス溶融物あるいはガラス生成物の特性に悪い影響を与えない、Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２及び／又はＭｇＯ又はＣｒＯの組成物を有する耐火粘土、軽量耐火煉瓦、シリマナイト煉瓦、ジルコニウム及びジルコニウム含有煉瓦、溶融キャスト煉瓦から構成される耐火材を処理する方法を提供する。
【解決手段】Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２及び／又はＭｇＯ又はＣｒＯの組成物を有する耐火粘土、軽量耐火煉瓦、シリマナイト煉瓦、ジルコニウム及びジルコニウム含有煉瓦、溶融キャスト煉瓦から構成され、表面がガラス溶融物に好適に接触しうる耐火材を処理する方法において、前記耐火材の表面をレーザー放射で処理する耐火材を処理する方法。
【選択図】図１

Description

この発明は、表面が好適にガラス溶融物に接触しうる耐火材を処理する方法に関する。この発明はまた耐火材それ自体、特に耐火材の用途、ガラス溶融物を製造及び／又は処理する装置、及びガラス溶融物を製造する及び／又は処理する方法にも関する。

ガラス製造では、ガラスタンク、供給路、ブローパイプなどが使用されており、これらは耐火材から構成されるか、耐火材で被覆され、ガラス溶融物の高温に耐えなければならない。
耐火材は、Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２及び／又はＭｇＯ又はＣｒＯの組成物を有する耐火粘土、軽量耐火煉瓦、シリマナイト煉瓦、ジルコニウム及びジルコニウム含有煉瓦、溶融キャスト煉瓦を意味すると理解される。

ある程度まで、これらの耐火材は大きな孔と、白華現象及び高い通気性を有し、これらが、結果としてガラス溶融物内に、気泡、結晶、結節、石などを発生するかあるいはガラス溶融物に取り込まれるために、ガラス溶融物に悪い影響を及ぼす。耐火材の機械的処理により、また孔が形成されることもあり、この孔がガラス溶融物による化学的攻撃により耐火材の腐食を引き起こす場合がある。このガラス溶融物、燃焼ガスあるいは燃焼炎が耐火材を腐食する可能性があるため、耐火材の持続時間が十分でなく、それにより短い使用期間後に耐火材を除去しなければならず、費用がかさむ。

公報ＤＥ１０２４４０４０Ｃ１はガラス溶融物結合体用のガラス状シリカ材を開示する。このシリカ材は上記耐火材の定義には入らぬが、２層構造を有し、溶融物に接触する細粒層と、粗粒層から構成されている。熱やアルカリを有する特定の汚染物によりガラス状になることができるこの細粒層は、溶融物により耐性のあるクリストバライト層に容易に変えられ、そして、この粗粒層は良好な機械的強度を示す。しかし、このタイプの成分の製造は複雑であり、完全にＳｉＯ_２からなるこのシリカ材は、例えば特定のガラスの製造で生じる高温で強力な摩耗を受ける。

従って、本発明の目的は、耐火材の腐食を防止し、ガラス溶融物あるいはガラス生成物の特性に悪い影響を与えない、Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２及び／又はＭｇＯ又はＣｒＯの組成物を有する耐火粘土、軽量耐火煉瓦、シリマナイト煉瓦、ジルコニウム及びジルコニウム含有煉瓦、溶融キャスト煉瓦から構成される耐火材を処理する方法を提供することである。
本発明の他の目的は耐食性耐火材を提供することである。
本発明の更に他の目的は、処理された耐火材の特定の用途及びガラスを製造及び／又は処理するための装置及び方法を提供することである。

Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２及び／又はＭｇＯ又はＣｒＯの組成物を有する耐火粘土、軽量耐火煉瓦、シリマナイト煉瓦、ジルコニウム及びジルコニウム含有煉瓦、溶融キャスト煉瓦から構成される耐火材を処理する方法は、耐火材の表面をレーザー放射で処理することで行われる。
このレーザー処理により、気孔率が小さくなり、耐火材のシリカ成分を一部あるいは完全にガラス化することで表面が凝固し、硬化することが確認された。また表面層の変成により生じた機械的応力が表面層の機械的強度に悪影響を及ぼさないことが確認された。

耐火材の表面がレーザー放射により少なくとも２０００℃に好適に加熱される。この方法は、加熱が必要な関連表面だけで全体材料でない利点がある。強力な熱放射源（例えばＨ^２又はプラズマトーチ又はレーザー）が表面をガラス化するのに必要である。レーザー放射は、高エネルギー密度、ホットスポットの設定及び熱出力の非常に良好な調整性や再現性をもたらすという利点がある。レーザーエネルギー入力は、例えば、生成している溶融物層の変形を起こし、結果として汚染物になることがある高速流燃焼ガスを用いた場合とは異なり、媒体と関係しない。
表面に投入されるエネルギー密度は約２〜４ワット／ｍｍ^２、特に約３ワット／ｍｍ^２である。有効な暴露時間は０．１〜５秒、好適には０．５〜３秒である。

９〜１１μｍの範囲の波長のレーザービームが有利に使用される。
ＣＯ_２レーザーが好適に使用される。ＣＯ_２レーザーは放射波長が１０．６μｍの範囲にある利点を有する。ＣＯ_２レーザーは、耐火材の吸収特性に最もよく合った高出力レーザーである。このレーザー処理法は、例えばＨ_２トーチを使用する場合に表面に悪影響を及ぼす可能性のあるＣＯ_Ｘあるいは水蒸気を生成物により生じない利点もある。

表面が１〜１０ｍｍ／秒の供給速度でレーザービームを使用して好適に処理され、一方、表面のレーザービームが２〜５ｍｍの直径がある。その結果、２〜４ワット／ｍｍ^２の範囲のエネルギー密度が生成され、その結果、どの物質も除去されることなく、耐火材の表面は密閉ガラス層になる。

ガラスのタイプにより、表面を、ジルコニウム含有及び／又はアルミニウム含有化合物を含有する、水、アルコール、ケトン又はその他の中の粉末あるいは溶液でレーザー処理前あるいは処理時にスプレーすれば有利である。この表面層は結果として望ましくない接触ガラス溶融物の結晶化が防止されるように変えられる。更に、ジルコニウム含有化合物を含有する溶液を全体のセラミック体に浸透させることができる。
耐火材をレーザー処理後通常通りテンパーを行うことができる。

Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２及び／又はＭｇＯ又はＣｒＯの組成物を有する耐火粘土、軽量耐火煉瓦、シリマナイト煉瓦、ジルコニウム及びジルコニウム含有煉瓦、溶融キャスト煉瓦から構成される耐火材この発明の耐火材は、表面がガラス溶融物に好適に接触しえる、レーザー放射で処理された表面を有する。
その表面層は好適には密閉ガラス質層であり、その主な成分は耐火材の成分である。

その耐火材の表面層の厚さは好適には１００〜１０００μｍである。このタイプの厚さは、この層を介して耐火材からガラス溶融物への、そしてその逆の移動プロセスを有効に防止するのに適している。
この表面層はジルコニウム及び／又はアルミニウム化合物を好適に含有している。これらの化合物は、関連した粉末あるいは溶液がレーザー処理前あるいは処理時に加えられたときに表面層に配置されている。

Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２及び／又はＭｇＯ又はＣｒＯの組成物を有する耐火粘土、軽量耐火煉瓦、シリマナイト煉瓦、ジルコニウム及びジルコニウム含有煉瓦、溶融キャスト煉瓦から構成される耐火材の具体的用途は、耐火材を使用してガラスタンク、ダンナ（Danner）ブローパイプ、供給路及び／引き抜きダイスを形成することである。
更なる用途が炉の構築、特にガラス溶融炉及びこの場合ガラスタンクは除いて耐火材が攻撃的ガスや高温などに対する耐性を大きくするために使用されるポット炉の構築に関連している。

ガラス溶融物と接触する、Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２及び／又はＭｇＯ又はＣｒＯの組成物を有する耐火粘土、軽量耐火煉瓦、シリマナイト煉瓦、ジルコニウム及びジルコニウム含有煉瓦、溶融キャスト煉瓦から構成される耐火材を含む、ガラス溶融物を製造及び／又は処理する発明の装置は、レーザー放射で処理された表面を形成する。このタイプの装置は極めて長い持続時間を有し、それによりこれらの装置に耐火材を交換するための費用を著しく下げることが可能となる。

ガラス溶融物を製造及び／又は処理する方法は、ガラス溶融物がレーザー放射で処理されたＡｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２及び／又はＭｇＯ又はＣｒＯの組成物を有する耐火粘土、軽量耐火煉瓦、シリマナイト煉瓦、ジルコニウム及びジルコニウム含有煉瓦、溶融キャスト煉瓦から構成される耐火材の表面と接触するようにされる。
具体的な実施形態を、図面を参照して以下説明する。

設定されたテストにおいて、ダンナ（Danner）ブローパイプに使用されるタイプの耐火材をレーザービーム処理にかけた。約４ｍｍのビーム径を有する１００ワットＣＯ_２レーザーをこの目的のために使用した。耐火材上でＺ−Φ移行装置で移動し（２ｍｍ増分）、それにより耐火物体に僅かに重複するレーザー跡を形成した。約４０ワットのレーザー出力で供給速度が１．６５〜５ｍｍ／秒で変化した。１９０ｍｍの直径のダンナ（Danner）ブローパイプをこのように処理した。約８時間が２０ｃｍ幅の円周ストリップを製造するのに要した。

続いて、ガラス溶融物をこの耐火材に接触させた。約１２８０℃のガラス溶融物を装填した場合、表面に形成されたガラス質層は安定したままであった。レーザー処理表面を有する工具を使用したときは、必要な全体的切り替え時間が短縮され、工具腐食が低減され、製品の品質が向上した。
耐火材１ａの断面図が図１ａに概略的に示されている。レーザー処理により表面に変化が生じ、それにより結果的にガラス質の表面層１ｂが形成される。
レーザー処理されたこのタイプの耐火材のＲＥＭ写真を図１ｂに示す。「レーザー層」と記載された表面層１ｂは、その下の層１ａより、かなり大きな密度組織を有していることが明瞭である。隣接ガラス層には気泡は含まれていない。

耐火材の概略断面図を示す。隣接ガラス層を備えた耐火材のＲＥＭ写真を示す。図１（ｂ）の概略断面図である。

符号の説明

１ａ耐火材
１ｂガラス質表面層

Claims

Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２及び／又はＭｇＯ又はＣｒＯの組成物を有する耐火粘土、軽量耐火煉瓦、シリマナイト煉瓦、ジルコニウム及びジルコニウム含有煉瓦、溶融キャスト煉瓦から構成され、表面がガラス溶融物に好適に接触しうる耐火材を処理する方法において、
前記耐火材の表面をレーザー放射で処理することを特徴とする耐火材を処理する方法。
前記耐火材の表面をレーザー放射で少なくとも２０００℃まで加熱する、請求項１に記載の方法。
２〜４ワット／ｍｍ^２のエネルギー密度を前記表面に投入する、請求項１あるいは請求項２に記載の方法。
前記レーザー処理を０．１〜５秒の有効な暴露時間で行う、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の方法。
前記表面を１〜１０ｍｍ／秒の供給速度でレーザービームを使用して処理し、一方、該表面の前記レーザービームが２〜５ｍｍの直径を有する、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の方法。
９〜１１μｍの範囲の波長を有するレーザービームを使用する、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の方法。
ＣＯ_２レーザーを使用する、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の方法。
前記表面をレーザー処理前あるいは処理時にジルコニウム含有及び／又はアルミニウム含有化合物を含有する粉末あるいは溶液でスプレーするか、あるいは前記セラミック物体に、ジルコニウム含有及び／又はアルミニウム含有化合物を含有する溶液を浸透させる、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の方法。
前記耐火材を前記レーザー処理後にテンパーする、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の方法。
Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２及び／又はＭｇＯ又はＣｒＯの組成物を有する耐火粘土、軽量耐火煉瓦、シリマナイト煉瓦、ジルコニウム及びジルコニウム含有煉瓦、溶融キャスト煉瓦から構成され、表面がガラス溶融物に好適に接触しうる耐火材において、
レーザー放射で処理された表面を特徴とする耐火材。
前記耐火材（１ａ）がガラス質表面層（１ｂ）を有する、請求項１０に記載の耐火材。
前記表面層（１ｂ）が１００〜１０００μｍの厚さを有する、請求項１０あるいは請求項１１に記載の耐火材。
ジルコニウム含有及び／又はアルミニウム含有化合物を前記表面層（１ｂ）内に配置する、請求項１０ないし請求項１２のいずれか１項に記載の耐火材。
炉、ダンナ（Danner）ブローパイプ、供給路及び／又は引き抜きダイスを製造するための、請求項１０ないし請求項１３のいずれか１項に記載の耐火材の用途。
Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２及び／又はＭｇＯ又はＣｒＯの組成物を有する耐火粘土、軽量耐火煉瓦、シリマナイト煉瓦、ジルコニウム及びジルコニウム含有煉瓦、溶融キャスト煉瓦から構成された耐火材からなり、ガラス溶融物に接触する成分を含有する、ガラス溶融物を製造及び／又は処理する装置において、
前記耐火材がレーザー放射で処理された表面を有するガラス溶融物を製造及び／又は処理する装置。
ガラス溶融物が、レーザー放射で処理された、Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２及び／又はＭｇＯ又はＣｒＯの組成物を有する耐火粘土、軽量耐火煉瓦、シリマナイト煉瓦、ジルコニウム及びジルコニウム含有煉瓦、溶融キャスト煉瓦から構成された耐火材の表面に接触する、ガラス溶融物を製造及び／又は処理する方法。