JP2013139368A

JP2013139368A - 軽量アルミナ質耐火断熱れんがの製造方法

Info

Publication number: JP2013139368A
Application number: JP2012001232A
Authority: JP
Inventors: Hidenao Suzuki; 秀尚鈴木; Takamichi Suzuki; 誉道鈴木
Original assignee: Isolite Insulating Products Co Ltd
Current assignee: Isolite Insulating Products Co Ltd
Priority date: 2012-01-06
Filing date: 2012-01-06
Publication date: 2013-07-18

Abstract

【課題】鋳込み成形又は押出成形により、アルミナ含有量が９８質量％以上且つかさ比重が１.０以下で、高い耐食性と低熱伝導性とを兼ね備えた軽量アルミナ質耐火断熱れんがを製造する方法を提供する。
【解決手段】アルミナ粉末にポリスチレンビーズなどの気孔付与材と水を添加すると共に、成形用の可塑材として焼成時にアルミナに変化する水硬性アルミナなどのアルミニウム含有無機化合物を全原料に対し１〜８０質量％の割合で添加し、混練して得られたスラリーを鋳込み成形又は押出成形した後、１１００〜１７００℃で焼成して軽量アルミナ質耐火断熱れんがを得る。
【選択図】なし

Description

本発明は、本質的にアルミナからなり且つかさ比重が小さい軽量アルミナ質耐火断熱れんがの製造方法に関する。

一般に、耐火物中に微細な気孔を形成した低熱伝導率のれんがを耐火断熱れんがと称し、珪藻土若しくはシャモットや珪砂などを主原料として、鋳込み成形又は押出成形により製造されている。また、耐火断熱れんがの中でも、特にアルミナ含有量が約９９％のものはアルミナ質耐火断熱れんがと呼ばれている。

通常の耐火断熱れんがは、骨材となるシャモットや珪砂などのセラミック粉末に固化材と気孔付与材と水を添加してスラリーとし、鋳込み成形又は押出成形した後、乾燥及び焼成することにより製造される。このような鋳込み成形又は押出成形による方法は、成形用の固化材として粘土鉱物やセメントなどを添加する必要があるため、十分な保形性を得ようとするとＳｉＯ_２やＣａＯなどの不純物を多く含むことになり、アルミナ含有量が約９９％のアルミナ質耐火断熱れんがの製造にそのまま適用することはできなかった。

一方、アルミナ含有量が約９９％のアルミナ質耐火れんがは、原料粒子の結合性が低いため加圧成形による製造が一般的であり、主にかさ比重が２以上と高く、高強度を特徴とするものである。しかしながら、低い圧力での充填性には限界があることから、軽量化を目的としてかさ比重を１.４以下とすることは困難であった。また、主としてα−アルミナからなる粒子で構成されるアルミナ原料は乾燥及び焼成での結合性が低いため加圧の度合いを高める必要があること、ポリスチレンビーズなど加圧により変形する気孔付与材を使用し難いこと等の問題もあった。

ところで、従来からアルカリ金属を含む被焼成物を焼成する焼成炉の材料としては、かさ比重が約１.５でアルミナ含有量が約９９％のアルミナ質耐火断熱れんがが主に使用されていた。しかし最近では、耐食性の維持と省エネルギー化を両立させるために、アルミナ含有量が約９９％であり且つ、かさ比重が１.０程度以下の更に軽量のアルミナ質耐火断熱れんがに置き換えることが要望されている。

耐火断熱れんがの軽量化については、例えば特許文献１には、耐火性中空粒と耐火性粉末からなる耐火性原料にガス硬化性樹脂を添加し、その杯土を型枠に充填して成形した後、ガス硬化性樹脂の硬化可能ガスを導入してガス硬化性樹脂を硬化させる方法が記載されている。この方法によれば、かさ比重が１程度のアルミナ質の耐火断熱れんがを製造することが可能であるが、ガス硬化性樹脂及びその樹脂の硬化可能ガスを使用する必要があるため、操業が複雑であるうえ特別な装置の設置が必要となる等の問題があった。

また、特許文献２には、アルミナ微粒子を凝集させたアルミナ粗粒子とアルミナ微粒子とを含むアルミナ粉末原料を用い、これにバインダーなどを混練し、撹拌して泡立てるか又は発泡剤により発泡させ、成形した後、高温で焼成し、更にアルミナの融点以下で且つ絶対温度で表示した融点の２／３以上の温度で結晶粒を成長させる方法が記載されている。しかし、この方法では１９００℃を超える高温での焼成を実施していることから、非常に製造の難易度が高く特別な高温用焼成装置の設置が必要となり、またコストも非常に高くなるという問題があった。

特開平０９−２３５１６７号公報特開平０２−３２３７３０号公報

本発明は、上記した従来の事情に鑑み、アルミナ含有量が９８質量％以上且つかさ比重が１.０以下であって、アルミナ含有量に依存する高い耐食性と低かさ比重による低熱伝導性とを兼ね備えた軽量アルミナ質耐火断熱れんがを、鋳込み成形又は押出成形などの量産性が高く経済的な製造を可能とする方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明者らは、鋳込み成形又は押出成形による軽量アルミナ質耐火断熱れんがの製造方法について鋭意検討した結果、焼成時にアルミナとなる無機化合物を成形時の可塑材として利用することにより、アルミナ含有量を低下させることなく鋳込み成形又は押出成形が可能な可塑性（成形性）を保持することができ、アルミナ含有量が９８質量％以上で且つかさ比重が１.０以下の軽量アルミナ質耐火断熱れんがの製造が可能であることを見出し、本発明をなすに至ったものである。

即ち、本発明が提供する軽量アルミナ質耐火断熱れんがの製造方法は、アルミナ含有量が９８質量％以上で且つかさ比重が１.０以下の軽量アルミナ質耐火断熱れんがの製造方法であって、アルミナ粉末に気孔付与材と水を添加すると共に、成形用の可塑材として焼成時にアルミナに変化するアルミニウム含有無機化合物を添加し、混練して得られたスラリーを鋳込み成形又は押出成形した後、焼成することを特徴とする。

本発明によれば、鋳込み成形又は押出成形を用いる簡単な方法によって、アルミナ含有量が９８質量％以上で且つかさ比重が１.０以下である軽量アルミナ質耐火断熱れんがを安定して製造することができる。この軽量アルミナ質耐火断熱れんがは、高い耐食性と低い熱伝導性とを兼ね備え、アルカリ金属を含む被焼成物を焼成する焼成炉の材料などとして好適である。

本発明による軽量アルミナ質耐火断熱れんがは、主原料であるアルミナ粉末に、気孔付与材と水を添加すると共に、成形用の可塑材として焼成時にアルミナに変化するアルミニウム含有無機化合物を添加し、これらの原料を混練して得られたスラリーを鋳込み成形又は押出成形した後、焼成することによって製造することができる。

上記アルミニウム含有無機化合物は、成形時に可塑材として形状保持に寄与すると共に、焼成時にはアルミナに変化するものであれば良い。具体的には、水硬性アルミナ、硫酸アルミニウム、アルミナゾルなどがあるが、その中でも良好な可塑性（成形性）を付与できるなどの理由から水硬性アルミナが最も好ましい。水硬性アルミナなど上記アルミニウム含有無機化合物からなる可塑材の添加量は、全原料に対して１〜８０質量％の範囲が好ましく、１〜５０質量％の範囲が更に好ましい。上記アルミニウム含有無機化合物からなる可塑材の添加量が１質量％未満では可塑性（成形性）不足及び乾燥強度不足となり、逆に８０質量％を超えると焼成亀裂が発生しやすいため好ましくない。

尚、鋳込み成形又は押出成形での可塑性（成形性）を更に改善するため、上記した焼成時にアルミナに変化するアルミニウム含有無機化合物の可塑材と共に、焼成時の熱により焼失する通常の可塑材、例えばカルボキシメチルセルロースなどを添加することも可能である。但し、焼成時に焼失する通常の可塑材の添加量が多くなると、乾燥及び焼成後に表面亀裂を発生しやすいため、その添加量の上限は５質量％までとする。

主原料であるアルミナ粉末は、特に限定されるものではなく、従来からアルミナ質耐火断熱れんがの原料として使用されていたもので良く、例えば、焼結アルミナや仮焼アルミナの粉末を用いることができる。尚、使用するアルミナ粉末の粒径は、１〜１００μｍ程度が好ましい。また、気孔付与材としては、従来から一般的に使用されているものでよく、例えば、ポリスチレンビーズ、アルミナバブル、おがくず、泡（界面活性剤）などを使用することができる。

上記したアルミナ粉末、気孔付与材、水硬性アルミナなどアルミニウム含有無機化合物からなる成形用の可塑材を水と混練して得られたスラリーは、鋳込み成形又は押出成形により所定の形状に成形する。得られた成形体は、脱型した後、乾燥し、１１００〜１７００℃の温度で焼成することによって、本発明の軽量アルミナ質耐火断熱れんがを製造することができる。上記焼成温度が１１００℃未満では可塑材として添加した水硬性アルミナなどのアルミニウム含有無機化合物が焼成時にアルミナに変化せず、１７００℃を超えると焼成炉として耐火性の高い高級炉が必要となるほか、エネルギー使用量も多くなって高コストとなるため好ましくない。

このようにして得られる本発明の軽量アルミナ質耐火断熱れんがは、鋳込み成形又は押出成形による簡単な方法によって、かさ比重が１.０以下と軽量であると同時に、添加した水硬性アルミナなどのアルミニウム含有無機化合物からなる可塑材が焼成によりアルミナとなるためアルミナ含有量を９８質量％以上とすることができる。

［実施例１］
アルミナ粉末１４００ｇと水硬性アルミナ６００ｇに対し、ポリスチレンビーズ２８００ｃｃと水９００ｇを添加し、万能撹拌機を用いて１０分程度混練した。得られた均質のスラリーを金型へ流し込んで鋳込み成形し、１日養生した後、金型を取り外して、れんが形状の成形体を得た。

この成形体を乾燥機に入れ、４０℃で０.５日、次に５０℃で０.５日乾燥した後、更に８０℃で１日乾燥した。乾燥した成形体を焼成炉に移し、最高温度１５００℃にて３時間保持して焼成した。冷却した成形体を砥石により研削加工して、縦２３０ｍｍ×横１１４ｍｍ×厚さ６５ｍｍのれんが形状に仕上げた。

得られた軽量アルミナ質耐火断熱れんがは、アルミナ含有量（蛍光Ｘ線分析法で分析）が９９.４質量％であり、かさ比重（ＪＩＳＲ２６１４：１９８５により測定）が０.８０であり、３５０℃での熱伝導率（ＪＩＳＲ２６１６：２００１により測定）は０.５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

Claims

アルミナ含有量が９８質量％以上で且つかさ比重が１.０以下の軽量アルミナ質耐火断熱れんがの製造方法であって、アルミナ粉末に気孔付与材と水を添加すると共に、成形用の可塑材として焼成時にアルミナに変化するアルミニウム含有無機化合物を添加し、混練して得られたスラリーを鋳込み成形又は押出成形した後、焼成することを特徴とする軽量アルミナ質耐火断熱れんがの製造方法。
前記成形用の可塑材として添加するアルミニウム含有無機化合物が、水硬性アルミナ、硫酸アルミニウム、アルミナゾルから選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１に記載の軽量アルミナ質耐火断熱れんがの製造方法。
前記成形用の可塑材として添加するアルミニウム含有無機化合物の添加量が、全原料に対し１〜８０質量％の範囲であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の軽量アルミナ質耐火断熱れんがの製造方法。
前記成形用の可塑材として添加するアルミニウム含有無機化合物が水硬性アルミナであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の軽量アルミナ質耐火断熱れんがの製造方法。
前記焼成温度が１１００〜１７００℃であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の軽量アルミナ質耐火断熱れんがの製造方法。