JP2008505839A - 高耐性耐火組成物 - Google Patents
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Abstract
スルファミン酸が独立のカルシア源と組み合わされて、マグネシアに基づいた耐火物質に添加されているところの、高められた温度で高耐久性を有する、マグネシアに基づいた高温強度の耐火組成物。冶金炉ライニングの製造または修理に使用するための耐火吹き付け組成物も、本発明は提供する。
【選択図】なし
【選択図】なし
Description
本発明は、耐火組成物に関する。もっと具体的には、本発明は、冶金容器の保守整備吹き付け（ガンニング）、押し固め（ラミング）混合物、キャスタブル耐火物、および塩基性耐火レンガに有用な、マグネシアに基づいた耐火組成物に関する。最も具体的には本発明は、耐火組成物、とりわけ吹き付け混合物に関し、該吹き付け混合物は、高温強度を有するバインダー系によって化学的に接着される。
鋼鉄の製造においては、慣用のプロセス容器の耐火レンガライニングは一般に、ホットスポット、スラグの攻撃、または他の運転パラメータの故に、不均等に磨耗する。製造コストを最小化しようとする今も継続する試みにおいては、鉄鋼メーカーの主要な関心事は、該容器の耐火レンガライニングの磨耗、およびその結果もたらされる、ライニングを取替えるための耐火組成物の消耗である。このようなライニングの耐用年数を伸ばすために、製鋼工程の合間にレンガ表面上に顆粒状耐火組成物を吹き付けることによって、過度に磨耗した領域を修理することが、受け入れられる実務となった。例として、乾燥混合物、たとえば顆粒状耐火物粒が、スプレーガンのノズルまで空送で送達され、そこで水と混合されて、結合された組成物になり、不規則に磨耗した表面に向かってそれが発射され、それによって、不均等に磨耗したライニングを該耐火組成物で充填しまたはパッチングする。普通の状況下では、溶鋼が熱い容器から抜き出されて数分以内に、吹き付けは開始される。適切に組成されそして定置されたときに、吹き付け混合物は、熱い容器のライニングに接着する比較的剛性の成形しやすい密集体であり、そして比較的固い曲がりにくい密集体に迅速に転化する。炉の温度は次の製鋼工程の間に上がるので、該混合物の成分は、耐火物粒をそれら自身へとおよび不均等に磨耗したライニングへと、より永久的に結合させる。
吹き付け混合物に使用される顆粒状耐火物質は、典型的にはペリクレース結晶相を有するマグネシアから構成される。硬焼天然マグネサイトおよび海水または塩水由来の合成ペリクレース製品を、当該物質は包含する。市場でのその比較的低いコストの故に、種々の組み合わせの硬焼ドロマイトおよび／またはクロム鉱焼き粉（グロッグ）並びに硬焼マグネサイトも、吹き付け混合物中の耐火物質として慣用的に用いられてきた。しかし、水で湿らされたときに何らの結合性もない故に、該組成物にその全使用温度範囲（１１０℃〜１７６０℃）にわたって少なくとも一時的な強度を与えるバインダーを、耐火物は追加して含まなければならない。任意的に、粘土鉱物がゲル化剤または可塑剤として該混合物中に含まれることもできる。
吹き付け混合物に使用するために、有機および無機バインダーの両者が用いられてきた。代表的な有機バインダーは、デンプン、デキストリン、各種の有機スルホン酸および塩、並びにタール、ピッチおよび樹脂を包含しているが、これらのバインダーの全ては多様な欠点を有し、該欠点はこれらが吹き付け混合物に使用されることを不利にしている。たとえば、低温バインダーとして有機スルホン酸を含有する耐火混合物は、製鋼工程の合間に熱い（１２００℃）冶金容器の耐火レンガライニングに施与されると、発火し燃焼することが見出されており、そのことによってその最終的な実用が困難になっている。たいていの場合、有機添加剤は耐火組成物に過度の多孔性を与え、それによって、修理されたライニングの耐久性および強度を減少する。
無機バインダーも吹き付け混合物に用いられたときに問題を生じる。水に溶解または分散する能力のある固形無機バインダーが、吹き付け混合物に普通に使用されており、これらの典型は、クロム酸、ケイ酸ナトリウム、リン酸塩ガラス、エプソム塩、および塩化マグネシウムである。有機添加剤と同じように、これらの結合剤の殆どは、数例を挙げれば、反応または気硬の遅さ、中間温度域における強度の不足、不十分な耐スラグ性のような１以上の不利な点を有する。
ケイ酸塩、リン酸塩および硫酸塩は一般に、主としてこれらの一般に受け入れられる機械的強度、耐スラグ性、および得られた製品の耐久性の故に、マグネシアに基づいた耐火組成物を結合するための好まれるバインダーである。現行の技術と比較して耐久性を増加するであろう組成物を、鉄鋼製造業者は絶えず探している。該組成物は、停止時間を減少し、冶金容器が修理のために要求する保守整備の頻度を低減するだろう。
したがって、新規であることが発見されたものは、耐火ライニングを製造または修理するために使用されている現行の組成物と比較して、性能特性、たとえば高温強度、耐スラグ性、および全般的耐久性に改良を加える耐火組成物である。
改良された高温強度を有するマグネシア−スルファミン酸−カルシア生成物を提供することが、本発明の目的である。本発明の他の目的は、傑出した耐火性を示すマグネシア−スルファミン酸−カルシア耐火生成物を提供することである。すなわち、伝統的な方法で結合された組成物が使用されたときに生成される有害な低融点化合物を、この組成物は生成しないだろう。本発明のさらなる目的は、全般的耐久性に優れたマグネシア−スルファミン酸−カルシア耐火生成物を提供することである。
本発明の実施態様の以下の詳細な記載から、さらなる目的および特徴は明らかになるだろう。
本発明は、全組成物当たりマグネシアに基づいた耐火物質約８７．０重量パーセント〜約９８．０重量パーセント、全組成物当たりスルファミン酸約１．０重量パーセント〜約５．０重量パーセントおよび全組成物当たり水酸化カルシウム約１．０重量パーセント〜約８．０重量パーセントを含んでいるマグネシア−スルファミン酸−カルシア耐火組成物を提供する。
本発明の他の面は、全組成物当たりマグネシアに基づいた耐火物質約９１．０重量パーセント〜約９５．０重量パーセント、全組成物当たりスルファミン酸約２．０重量パーセント〜約４．０重量パーセントおよび全組成物当たり水酸化カルシウム約３．０重量パーセント〜約５．０重量パーセントを含んでいるマグネシア−スルファミン酸−カルシア耐火組成物を提供する。
本発明のさらなる面は、全組成物当たりマグネシアに基づいた耐火物質約９２．０重量パーセント〜約９４．０重量パーセント、全組成物当たりスルファミン酸約２．５重量パーセント〜約３．５重量パーセントおよび全組成物当たり水酸化カルシウム約３．５重量パーセント〜約４．５重量パーセントを含んでいるマグネシア−スルファミン酸−カルシア耐火組成物を提供する。
本発明のなおさらなる面は、全組成物当たりマグネシアに基づいた耐火物質約９２．０重量パーセント〜約９４．０重量パーセント、全組成物当たりスルファミン酸約２．５重量パーセント〜約３．５重量パーセントおよび全組成物当たり水酸化カルシウム約３．５重量パーセント〜約４．５重量パーセントを含んでいるマグネシア−スルファミン酸−カルシア耐火組成物を提供し、かつ、任意的に全組成物当たり湿潤剤約０．０５重量パーセント〜約０．５重量パーセントが添加されてもよい。
既存の耐火修理組成物を改良するために、高温強度および全般的耐久性を改良するであろう耐火組成物を発見しようとする広範な研究が行われた。スルファミン酸と水酸化カルシウムとの組み合わせをマグネシアに基づいた耐火物質に添加すると、現在使用されている組成物よりも高い耐久性および高温強度を有する耐火ライニングが製造されることが発見された。本発明の耐火組成物が吹き付け用途に使用されるときに、該組成物に湿潤剤がさらに添加されてもよい。
マグネシアに基づいた耐火物質が、スルファミン酸並びに独立のカルシア源、たとえば水酸化カルシウムおよび／または酸化カルシウムと混合される。水酸化カルシウムおよび／または酸化カルシウムと組み合わせてスルファミン酸を使用すると、耐火炉ライニングの製造または修理に現在使用されている組成物よりも、約１１０℃〜約１７６０℃の温度において改良された物理特性を有する、マグネシアに基づいた耐火組成物をもたらすことが発見された。
１の実施態様では、本発明の耐火組成物は、スルファミン酸およびカルシアと組み合わされた、マグネシアに基づいた耐火物質である。
他の実施態様では、本発明の耐火組成物は、スルファミン酸、カルシアおよび湿潤剤と組み合わされた、マグネシアに基づいた耐火物質の吹き付け組成物である。湿潤剤は任意の適当な分散剤、高性能流動化剤、アニオン性、カチオン性または非イオン性の界面活性剤であることができ、任意の特定の組成物についてのその選択は、耐火物の技術の分野における通常の知識を有する者によって理解されるだろう。
他の実施態様では、カルシアは酸化カルシウムである。
他の実施態様では、カルシアは水酸化カルシウムである。
他の実施態様では、湿潤剤は、スルホン化ナフタレン縮合物、ポリカルボン酸エーテルおよびマレイン酸コポリマーの高性能流動化剤からなる群から選択される。
他の実施態様では、湿潤剤は、スルホン化ナフタレン縮合物の高性能流動化剤である。
他の実施態様では、水酸化カルシウムおよび／または酸化カルシウムの濃度は、全耐火組成物の約１．０重量パーセント〜約８．０重量パーセントである。
他の実施態様では、水酸化カルシウムおよび／または酸化カルシウムの濃度は、全耐火組成物の約２．０重量パーセント〜約４．０重量パーセントである。
他の実施態様では、水酸化カルシウムおよび／または酸化カルシウムの濃度は、全耐火組成物の約３．５重量パーセント〜約４．５重量パーセントである。
他の実施態様では、スルファミン酸は、全耐火組成物の約１．０重量パーセント〜約８．０重量パーセントである。
他の実施態様では、スルファミン酸は、全耐火組成物の約３．０重量パーセント〜約５．０重量パーセントである。
他の実施態様では、スルファミン酸は、全耐火組成物の約２．５重量パーセント〜約３．５重量パーセントである。
他の実施態様では、該組成物は、冶金炉ライニングの製造または修理に使用するための、マグネシアに基づいた耐火組成物であり、該耐火組成物の約１．０重量パーセント〜約５．０重量パーセントがスルファミン酸であり、かつ、該耐火組成物の約１．０重量パーセント〜約８．０重量パーセントが水酸化カルシウムである。
他の実施態様では、該組成物は、冶金炉ライニングの製造または修理に使用するための、マグネシアに基づいた耐火組成物であり、該耐火組成物の約２重量パーセント〜約４重量パーセントがスルファミン酸であり、かつ、該耐火組成物の約３重量パーセント〜約５重量パーセントが水酸化カルシウムである。
他の実施態様では、該組成物は、冶金炉ライニングの製造または修理に使用するための、マグネシアに基づいた耐火組成物であり、該耐火組成物の約２．５重量パーセント〜約３．５重量パーセントがスルファミン酸であり、かつ、該耐火組成物の約３．５重量パーセント〜約４．５重量パーセントが水酸化カルシウムである。
他の実施態様では、該組成物は、冶金炉ライニングの製造または修理に使用するための、マグネシアに基づいた耐火組成物であり、該耐火組成物の約１．０重量パーセント〜約５．０重量パーセントがスルファミン酸であり、かつ、該耐火組成物の約１．０重量パーセント〜約８．０重量パーセントが酸化カルシウムである。
他の実施態様では、該組成物は、冶金炉ライニングの製造または修理に使用するための、マグネシアに基づいた耐火組成物であり、該耐火組成物の約２重量パーセント〜約４重量パーセントがスルファミン酸であり、かつ、該耐火組成物の約３重量パーセント〜約５重量パーセントが酸化カルシウムである。
他の実施態様では、該組成物は、冶金炉ライニングの製造または修理に使用するための、マグネシアに基づいた耐火組成物であり、該耐火組成物の約２．５重量パーセント〜約３．５重量パーセントがスルファミン酸であり、かつ、該耐火組成物の約３．５重量パーセント〜約４．５重量パーセントが酸化カルシウムである。
他の実施態様では、該組成物は、冶金炉ライニングの製造または修理に使用するための、マグネシアに基づいた耐火吹き付け組成物であり、該吹き付け組成物の約１．０重量パーセント〜約５．０重量パーセントがスルファミン酸であり、該吹き付け組成物の約１．０重量パーセント〜約８．０重量パーセントが水酸化カルシウムであり、かつ、該吹き付け組成物の約０．０５重量パーセント〜約０．５重量パーセントが湿潤剤である。
他の実施態様では、該組成物は、冶金炉ライニングの製造または修理に使用するための、マグネシアに基づいた耐火吹き付け組成物であり、該吹き付け組成物の約２．０重量パーセント〜約４．０重量パーセントがスルファミン酸であり、該吹き付け組成物の約３．０重量パーセント〜約５．０重量パーセントが水酸化カルシウムであり、かつ、該吹き付け組成物の約０．０５重量パーセント〜約０．５重量パーセントが湿潤剤である。
他の実施態様では、該組成物は、冶金炉ライニングの製造または修理に使用するための、マグネシアに基づいた耐火吹き付け組成物であり、該吹き付け組成物の約２．５重量パーセント〜約３．５重量パーセントがスルファミン酸であり、該吹き付け組成物の約３．５重量パーセント〜約４．５重量パーセントが水酸化カルシウムであり、かつ、該吹き付け組成物の約０．０５重量パーセント〜約０．５重量パーセントが湿潤剤である。
他の実施態様では、該組成物は、冶金炉ライニングの製造または修理に使用するための、マグネシアに基づいた耐火吹き付け組成物であり、該吹き付け組成物の約１．０重量パーセント〜約５．０重量パーセントがスルファミン酸であり、該吹き付け組成物の約１．０重量パーセント〜約８．０重量パーセントが酸化カルシウムであり、かつ、該吹き付け組成物の約０．０５重量パーセント〜約０．５重量パーセントが湿潤剤である。
他の実施態様では、該組成物は、冶金炉ライニングの製造または修理に使用するための、マグネシアに基づいた耐火吹き付け組成物であり、該吹き付け組成物の約２．０重量パーセント〜約４．０重量パーセントがスルファミン酸であり、該吹き付け組成物の約３．０重量パーセント〜約５．０重量パーセントが酸化カルシウムであり、かつ、該吹き付け組成物の約０．０５重量パーセント〜約０．５重量パーセントが湿潤剤である。
他の実施態様では、該組成物は、冶金炉ライニングの製造または修理に使用するための、マグネシアに基づいた耐火吹き付け組成物であり、該吹き付け組成物の約２．５重量パーセント〜約３．５重量パーセントがスルファミン酸であり、該吹き付け組成物の約３．５重量パーセント〜約４．５重量パーセントが酸化カルシウムであり、かつ、該吹き付け組成物の約０．０５重量パーセント〜約０．５重量パーセントが湿潤剤である。
他の実施態様では、スルファミン酸、カルシアおよび湿潤剤を含有する、マグネシアに基づいた耐火組成物を、冶金容器の内表面の少なくとも一部上に吹き付けることによって、不定形耐火ライニングが該容器上に形成される。
以下の非限定的な実施例は、本発明のいくつかの実施態様を単に例示するだけであり、かつ本発明を限定するものと解釈されてはならず、本発明の範囲は、添付された特許請求の範囲によって定められる。
３時間の浸漬時間が採用され、かつ２インチ×２インチ×９インチの試験サンプルが使用されたこと以外は、ＡＳＴＭ表示Ｃ５８３−８０（１９９５年再承認）に規定された「高められた温度における耐火物質の破断係数の標準試験方法」を使用して、酸化雰囲気中および一定速度で増加される力または応力の作用下における高温破断係数を測定するために、４の高純度マグネシア耐火組成物が試験された。
１３７０℃および１５１０℃における高温強度すなわち破断係数を測定して、４の耐火組成物が比較された。その両方ともスルファミン酸と水酸化カルシウムとの組み合わせで結合されている高純度マグネシア物質であるところの本発明に従って製造された２の組成物、すなわち湿潤剤を有するサンプル１および湿潤剤を有さないサンプル２が、高純度マグネシアの、ケイ酸塩で結合された高品質耐火吹き付け製品であるサンプル３、および高純度マグネシアの、スルファミン酸で結合された耐火吹き付け製品であるサンプル４と比較された。その結果が図１および図２に示される。
ケイ酸塩およびスルファミン酸で結合された伝統的な耐火組成物と比較して、本発明に従って作られた組成物がより高い高温破断係数強度を有することを、１３７０℃の高温破断係数の結果は示す。
ケイ酸塩およびスルファミン酸で結合された伝統的な耐火組成物と比較して、本発明に従って作られた組成物がより高い高温破断係数強度を有することを、１５１０℃の高温破断係数の結果は示す。
本明細書の検討または本明細書に開示された発明の実施から、本発明の他の実施態様は当業者には明らかであろう。本明細書およびその実施例は例示としてのみ解釈されるべきこと、および本発明の真の範囲は特許請求の範囲によって定められるべきことが意図されている。
Claims (34)
- （ａ） マグネシアに基づいた耐火物質、
（ｂ） スルファミン酸、および
（ｃ） カルシア
から本質的になる耐火組成物。 - カルシアが、水酸化カルシウムまたは酸化カルシウムから選択される、請求項１に従う耐火組成物。
- カルシアが、水酸化カルシウムから選択される、請求項２に従う耐火組成物。
- カルシア源が、酸化カルシウムである、請求項２に従う耐火組成物。
- 水酸化カルシウム濃度が、全耐火組成物の約１．０重量パーセント〜約８．０重量パーセントである、請求項３に従う耐火組成物。
- 水酸化カルシウム濃度が、全耐火組成物の約３．０重量パーセント〜約５．０重量パーセントである、請求項３に従う耐火組成物。
- 水酸化カルシウム濃度が、全耐火組成物の約３．５重量パーセント〜約４．５重量パーセントである、請求項３に従う耐火組成物。
- 酸化カルシウム濃度が、全耐火組成物の約１．０重量パーセント〜約８．０重量パーセントである、請求項４に従う耐火組成物。
- 酸化カルシウム濃度が、全耐火組成物の約３．０重量パーセント〜約５．０重量パーセントである、請求項４に従う耐火組成物。
- 水酸化カルシウム濃度が、全耐火組成物の約３．５重量パーセント〜約４．５重量パーセントである、請求項４に従う耐火組成物。
- スルファミン酸が、全耐火組成物の約１．０重量パーセント〜約５．０重量パーセントである、請求項１に従う耐火組成物。
- スルファミン酸が、全耐火組成物の約２．０重量パーセント〜約４．０重量パーセントである、請求項１に従う耐火組成物。
- スルファミン酸が、全耐火組成物の約２．５重量パーセント〜約３．５重量パーセントである、請求項１に従う耐火組成物。
- スルファミン酸が耐火組成物の約１．０重量パーセント〜約５．０重量パーセントであり、かつ、水酸化カルシウムが全耐火組成物の約１．０重量パーセント〜約８．０重量パーセントである、請求項１に従う耐火組成物。
- スルファミン酸が耐火組成物の約２．０重量パーセント〜約４．０重量パーセントであり、かつ、水酸化カルシウムが耐火組成物の約３．０重量パーセント〜約５．０重量パーセントである、請求項１に従う耐火組成物。
- スルファミン酸が耐火組成物の約２．５重量パーセント〜約３．５重量パーセントであり、かつ、水酸化カルシウムが耐火組成物の約３．５重量パーセント〜約４．５重量パーセントである、請求項１に従う耐火組成物。
- スルファミン酸が耐火組成物の約１．０重量パーセント〜約５．０重量パーセントであり、かつ、酸化カルシウムが耐火組成物の約１．０重量パーセント〜約８．０重量パーセントである、請求項１に従う耐火組成物。
- スルファミン酸が耐火組成物の約２．０重量パーセント〜約４．０重量パーセントであり、かつ、酸化カルシウムが耐火組成物の約３．０重量パーセント〜約５．０重量パーセントである、請求項１に従う耐火組成物。
- スルファミン酸が耐火組成物の約２．５重量パーセント〜約３．５重量パーセントであり、かつ、酸化カルシウムが耐火組成物の約３．５重量パーセント〜約４．５重量パーセントである、請求項１に従う耐火組成物。
- （ａ） マグネシアに基づいた耐火物、
（ｂ） スルファミン酸、
（ｃ） カルシア、および
（ｄ） 湿潤剤
から本質的になる耐火吹き付け組成物。 - カルシアが、水酸化カルシウムまたは酸化カルシウムである、請求項２０に従う耐火吹き付け組成物。
- カルシアが、水酸化カルシウムである、請求項２１に従う耐火吹き付け組成物。
- カルシアが、酸化カルシウムである、請求項２１に従う耐火吹き付け組成物。
- スルファミン酸が吹き付け組成物の約１．０重量パーセント〜約５．０重量パーセントであり、カルシアが吹き付け組成物の約１．０重量パーセント〜約８．０重量パーセントであり、かつ、湿潤剤が吹き付け組成物の約０．０５重量パーセント〜約０．５重量パーセントである、請求項２０に従う吹き付け組成物。
- スルファミン酸が吹き付け組成物の約１．０重量パーセント〜約５．０重量パーセントであり、吹き付け組成物の約１．０重量パーセント〜約８．０重量パーセントが水酸化カルシウムであり、かつ、吹き付け組成物の約０．０５重量パーセント〜約０．５重量パーセントが湿潤剤である、請求項２０に従う吹き付け組成物。
- スルファミン酸が吹き付け組成物の約２．０重量パーセント〜約４．０重量パーセントであり、水酸化カルシウムが吹き付け組成物の約３．０重量パーセント〜約５．０重量パーセントであり、かつ、湿潤剤が吹き付け組成物の約０．０５重量パーセント〜約０．５重量パーセントである、請求項２０に従う吹き付け組成物。
- スルファミン酸が吹き付け組成物の約２．５重量パーセント〜約３．５重量パーセントであり、水酸化カルシウムが吹き付け組成物の約３．５重量パーセント〜約４．５重量パーセントであり、かつ、湿潤剤が吹き付け組成物の約０．０５重量パーセント〜約０．５重量パーセントである、請求項２０に従う吹き付け組成物。
- スルファミン酸が吹き付け組成物の約１．０重量パーセント〜約５．０重量パーセントであり、酸化カルシウムが吹き付け組成物の約１．０重量パーセント〜約８．０重量パーセントであり、かつ、湿潤剤が吹き付け組成物の約０．０５重量パーセント〜約０．５重量パーセントである、請求項２０に従う吹き付け組成物。
- スルファミン酸が吹き付け組成物の約２．０重量パーセント〜約４．０重量パーセントであり、酸化カルシウムが吹き付け組成物の約３．０重量パーセント〜約５．０重量パーセントであり、かつ、湿潤剤が吹き付け組成物の約０．０５重量パーセント〜約０．５重量パーセントである、請求項２０に従う吹き付け組成物。
- スルファミン酸が吹き付け組成物の約２．５重量パーセント〜約３．５重量パーセントであり、酸化カルシウムが吹き付け組成物の約３．５重量パーセント〜約４．５重量パーセントであり、かつ、湿潤剤が吹き付け組成物の約０．０５重量パーセント〜約０．５重量パーセントである、請求項２０に従う吹き付け組成物。
- 湿潤剤が、高性能流動化剤、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤および分散剤からなる群から選択される、請求項２０に従う吹き付け組成物。
- 高性能流動化剤が、スルホン化ナフタレン縮合物、ポリカルボン酸エーテルおよびマレイン酸コポリマーからなる群から選択される、請求項３１に従う吹き付け組成物。
- 高性能流動化剤がスルホン化ナフタレン縮合物である、請求項３２に従う吹き付け組成物。
- 請求項２０に従う組成物を、冶金容器の内表面の少なくとも一部上に吹き付けることを含む、該容器上に一体的耐火ライニングを形成する方法。
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