JP2017165631A - Zirconium composition and manufacturing method therefor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a zirconium composition excellent in heat resistance when made as a refractory compared to a conventionally used aggregate derived from zircon sand and capable of being used as an aggregate having desired particle diameter and a manufacturing method therefor.SOLUTION: There is provided a zirconium composition containing 50 wt.% or more of zirconium oxide, 25 to 40 wt.% of silicon oxide and 0.1 to 1 wt.% of magnesium oxide based on the zirconium oxide and the silicon oxide, and having variation width of thermal expansion coefficient during a heat cycle with cooling to 30°C after increasing temperature from 30°C to 1500°C within 1.0%, variation width of thermal shrinkage within 1.2% and variation of the thermal expansion coefficient and thermal shrinkage with phase transition or zirconia of 0.2% or less in thermal behavior of a sintered body by molding at a pressure of 1.0 t/cmand burning at 1600°C.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、耐熱衝撃性に優れた酸化ジルコニウム及び酸化ケイ素を主成分としたジルコニウム質組成物及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a zirconium-based composition mainly composed of zirconium oxide and silicon oxide having excellent thermal shock resistance and a method for producing the same.

耐火物は、製鉄産業に不可欠なものであり、製鋼工程及びコストに影響を及ぼす重要な構成要素となっている。製鋼工程において消費される耐火物は、消費量全体の大きな部分を占めているため、耐火物の品質・技術向上は、工程効率向上及びコスト削減に直結することとなる。
また、近年では、製鋼工程において、溶鋼温度のさらなる上昇や溶鋼滞留時間の延長等が生じており、耐火物の使用環境はますます過酷なものになってきている。
Refractories are indispensable for the steel industry and are important components that affect the steelmaking process and cost. Since the refractory consumed in the steelmaking process occupies a large part of the total consumption, the improvement in quality and technology of the refractory directly leads to improvement in process efficiency and cost reduction.
In recent years, in the steelmaking process, the temperature of the molten steel is further increased and the residence time of the molten steel is increased, and the environment for using the refractory is becoming increasingly severe.

一方、耐火物原料としては、低熱膨張という特性を有し、且つ安価であることから、ケイ酸ジルコニウム鉱石であるジルコンが使用されている。ジルコンは、一般的に、粒径分布が30〜300μm程度で、平均粒径が100μm程度の砂状のジルコンサンドとして存在しており、そのほとんどは粉砕処理により微粒化されたものが使用されている。このため、耐火物原料となるジルコン骨材を作る場合には、例えばジルコンフラワー等の粉砕されたジルコンを焼結造粒し、粉砕する方法が一般的となっている。しかし、このような方法ではコストが高くなる上に、耐火煉瓦の心材となる骨材としての様々な粒径需要にも対応できず、さらには耐火物として所望の耐熱衝撃性を得ることも難しくなっている。   On the other hand, zircon, which is a zirconium silicate ore, is used as a refractory raw material because it has low thermal expansion and is inexpensive. Zircon is generally present as sandy zircon sand having a particle size distribution of about 30 to 300 μm and an average particle size of about 100 μm, most of which is finely divided by pulverization. Yes. For this reason, when making the zircon aggregate used as a refractory raw material, the method of carrying out the sintering granulation of the pulverized zircon, such as a zircon flower, and grind | pulverizing is common. However, such a method increases the cost, and cannot meet various particle size demands as an aggregate as a core material of a refractory brick, and further, it is difficult to obtain a desired thermal shock resistance as a refractory. It has become.

特許文献1には、微粉砕したプラズマ解離ジルコンに少量のアルカリ土類金属の酸化物または遷移金属の酸化物を添加した組成物について記載されている。また、特許文献1には、焼結助剤であるアルカリ土類金属の酸化物としての酸化マグネシウムが、プラズマ解離ジルコンに対して1〜3重量%で混合された組成物についても記載されている。しかしながら、特許文献1に記載されたジルコン含有組成物は混合粉末であり、微粒であるため、粗粒が求められる骨材としての機能は不足している。   Patent Document 1 describes a composition obtained by adding a small amount of an oxide of an alkaline earth metal or an oxide of a transition metal to finely pulverized plasma dissociated zircon. Patent Document 1 also describes a composition in which magnesium oxide as an alkaline earth metal oxide as a sintering aid is mixed in an amount of 1 to 3% by weight with respect to plasma dissociated zircon. . However, since the zircon-containing composition described in Patent Document 1 is a mixed powder and fine particles, the function as an aggregate for which coarse particles are required is insufficient.

特許文献2には、ジルコン35〜85重量部、シリカ11〜65重量部、粘土その他3〜10重量部より成る母材100重量部に対し、母材と同質もしくは類似組成の径10mm以上50mm未満の骨材粗大粒5〜60重量部と、シリカゾル、アミンケート、エチルシリケート等のNaOを含まない珪酸質化学結合材を固形SiOに換算して0.05〜5.0重量部とを配した溶融金属容器用不定形耐火物について記載されている。しかしながら、特許文献2に記載された溶融金属容器用不定形耐火物は、特許文献1に記載されたジルコン含有組成物と同様に、粗粒が求められる骨材としての機能は不足している。 In Patent Document 2, a diameter of 10 mm or more and less than 50 mm of the same or similar composition as that of the base material with respect to 100 parts by weight of the base material consisting of 35 to 85 parts by weight of zircon, 11 to 65 parts by weight of silica, 3 to 10 parts by weight of clay and others. And 5 to 60 parts by weight of coarse aggregate particles, and 0.05 to 5.0 parts by weight of a siliceous chemical binder not containing Na 2 O such as silica sol, amine silicate, and ethyl silicate in terms of solid SiO 2 It describes an irregular refractory for molten metal containers. However, the amorphous refractory for a molten metal container described in Patent Document 2 lacks the function as an aggregate for which coarse particles are required, like the zircon-containing composition described in Patent Document 1.

特許文献3には、ジルコン原料を主骨材とした耐火性配合物100重量%に対し、シリカゾルをSiO分に換算して0.02〜2.0重量%と軽焼マグネシア0.005〜1.0重量%を添加してなる流し込み施工用ジルコン質不定形耐火物について記載されている。また、特許文献3の記載によれば、このような流し込み施工用ジルコン質不定形耐火物は、その結合部において、ジルコン成分と反応しやすいAl、CaO、MgO、NaO等の成分を極力減らすことによって熱間強度が向上し、さらに適切な流動性と硬化性を与えることで熱間強度の低下による耐食性の低下の問題をなくすことができる。しかしながら、上記のジルコン質不定形耐火物は、まだ十分な耐久性が得られておらず、またシリカゾル等を添加する必要があるため製造コストもかかる。 Patent Document 3 discloses that 0.02 to 2.0% by weight of silica sol in terms of SiO 2 and 0.08 to 2.0% of light-fired magnesia 0.005% with respect to 100% by weight of a refractory compound mainly composed of a zircon raw material. It describes a zircon-shaped amorphous refractory for casting construction to which 1.0% by weight is added. In addition, according to the description of Patent Document 3, such a zircon amorphous refractory for casting construction is made of Al 2 O 3 , CaO, MgO, Na 2 O, etc. By reducing the components as much as possible, the hot strength is improved, and by giving appropriate fluidity and curability, the problem of a decrease in corrosion resistance due to a decrease in the hot strength can be eliminated. However, the above-mentioned zircon amorphous refractory does not yet have sufficient durability, and requires a production cost because it is necessary to add silica sol or the like.

特開昭52−117912号JP 52-117912 A 特公平4−020870号Japanese Patent Publication No. 4-020870 特開平6−157150号JP-A-6-157150

前述のように、ジルコンは、一般的には、粒度分布が30〜300μm程度の砂状のジルコンサンドとして存在しており、ジルコン耐火物としては、通常、ジルコンサンドの粉砕品が使用されている。   As described above, zircon generally exists as sandy zircon sand having a particle size distribution of about 30 to 300 μm, and as a zircon refractory, a crushed product of zircon sand is usually used. .

耐火物原料となるジルコン骨材を作る方法としては、前述のようなジルコン粉砕品を造粒焼結して再度粉砕する方法の他に、特に、粒度の大きいジルコン骨材を製造する方法として、電融法でジルコンサンドを溶融し、インゴットを作製して整粒する方法がある。ジルコンは電融すると結晶相が主に単斜晶相ジルコニアとアモルファスシリカとの混相となり、シリカについては石英ではなくアモルファスであるため、急速に昇温することで570℃付近の急激な熱膨張(α石英→β石英の相転移)を抑制できることが知られている。しかし、ジルコニアについては、単斜晶相および正方晶相への相転移に由来する体積変化は急速昇温であっても抑制することはできず、その体積変化は大きくなる。このため、電融したジルコン骨材中にジルコニアが存在する場合には、耐火物としての熱的挙動がジルコンとは異なる熱的挙動を示し、耐熱サイクル性や耐熱衝撃性が劣ることとなり、そのままでは骨材としての使用が難しいという課題がある。また、ジルコンの合成温度が高いため、合成にコストがかかるという課題もある。   As a method of producing a zircon aggregate as a refractory raw material, in addition to the method of granulating and sintering the zircon pulverized product as described above and re-pulverizing it, in particular, as a method of producing a zircon aggregate having a large particle size, There is a method in which zircon sand is melted by an electromelting method, an ingot is produced, and the particle size is adjusted. When zircon is electrofused, the crystal phase is mainly a mixed phase of monoclinic zirconia and amorphous silica. Since silica is amorphous rather than quartz, rapid thermal expansion around 570 ° C. ( It is known that the phase transition of α quartz to β quartz can be suppressed. However, for zirconia, the volume change resulting from the phase transition to the monoclinic phase and the tetragonal phase cannot be suppressed even by rapid temperature rise, and the volume change becomes large. For this reason, when zirconia is present in the electrofused zircon aggregate, the thermal behavior as a refractory shows a thermal behavior different from that of zircon, resulting in inferior thermal cycle resistance and thermal shock resistance. Then, there is a problem that it is difficult to use as an aggregate. Moreover, since the synthesis | combination temperature of zircon is high, there also exists a subject that synthesis | combination costs.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、従来使用されているジルコンサンド由来の骨材に比べて、耐火物としたときの耐熱性に優れ、且つ所望の粒径を有する骨材として用いることができるジルコニウム質組成物及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and has superior heat resistance when used as a refractory and has a desired particle size as compared with a conventionally used zircon sand-derived aggregate. It is an object of the present invention to provide a zirconium-based composition that can be used as a method and a method for producing the same.

本発明者らは,上記課題を解決し、目的を達成するため鋭意研究を行った結果、ジルコニウム化合物及びケイ素化合物を含む原料粉末に対して、マグネシウム化合物を添加・混合して、溶融処理し、整粒することにより、ジルコンと同程度の熱的挙動を示す耐火物の原料となるジルコニウム質組成物が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the present inventors have added and mixed a magnesium compound to a raw material powder containing a zirconium compound and a silicon compound, melt-treated, By sizing, it was found that a zirconium-based composition serving as a raw material for a refractory exhibiting the same thermal behavior as zircon was obtained, and the present invention was completed.

すなわち、本発明は、下記の通りのものである。
〔1〕50wt%以上の酸化ジルコニウムと、25〜40wt%の酸化ケイ素と、酸化ジルコニウム及び酸化ケイ素に対して0.1〜1wt%の酸化マグネシウムとを含むジルコニウム質組成物であって、1.0t/cmの圧力で成形し、1600℃で焼成したときの当該焼結体の熱的挙動において、30℃から1500℃まで昇温した後に30℃まで冷却する熱サイクル時の熱膨張率の変化幅が1.0%以内であり、且つ熱収縮率の変化幅が1.2%以内であり、ジルコニアの相転移に伴う熱膨張率及び熱収縮率の変化が0.2%以下であることを特徴とするジルコニウム質組成物。
〔2〕粒度分布における体積基準で70%以上が、0.1mm以上であることを特徴とする上記の〔1〕に記載のジルコニウム質組成物。
〔3〕上記の〔1〕または〔2〕に記載のジルコニウム質組成物の製造方法であって、マグネシウム化合物と、ケイ素化合物及びジルコニウム化合物もしくはケイ酸ジルコニウムとを混合する混合工程と、前記混合工程で得られた混合粉末を融点以上で溶融する溶融工程と、前記溶融工程で得られた溶融物を冷却し、整粒する整粒工程とを含むことを特徴とするジルコニウム質組成物の製造方法。
〔4〕上記の〔1〕または〔2〕に記載のジルコニウム質組成物を原料として含むことを特徴とする耐火物。
〔5〕上記の〔1〕または〔2〕に記載のジルコニウム質組成物を含んだ粉体を成形し、当該成形体を焼成することを特徴とする耐火物の製造方法。
That is, the present invention is as follows.
[1] A zirconium-based composition comprising 50 wt% or more of zirconium oxide, 25 to 40 wt% of silicon oxide, and 0.1 to 1 wt% of magnesium oxide based on zirconium oxide and silicon oxide. In the thermal behavior of the sintered body when molded at a pressure of 0 t / cm 2 and fired at 1600 ° C., the coefficient of thermal expansion during the thermal cycle is raised from 30 ° C. to 1500 ° C. and then cooled to 30 ° C. The change width is within 1.0%, the change width of the thermal shrinkage rate is within 1.2%, and the change of the thermal expansion coefficient and the thermal shrinkage rate due to the phase transition of zirconia is 0.2% or less. A zirconium-based composition characterized by the above.
[2] The zirconium-based composition as described in [1] above, wherein 70% or more on a volume basis in the particle size distribution is 0.1 mm or more.
[3] A method for producing a zirconium-based composition as described in [1] or [2] above, wherein a mixing step of mixing a magnesium compound with a silicon compound and a zirconium compound or zirconium silicate, and the mixing step A method for producing a zirconium-based composition, comprising: a melting step for melting the mixed powder obtained in step 1 above a melting point; and a granulation step for cooling and sizing the melt obtained in the melting step .
[4] A refractory comprising the zirconium-based composition according to [1] or [2] as a raw material.
[5] A method for producing a refractory, comprising molding a powder containing the zirconium-based composition according to [1] or [2], and firing the molded body.

本発明のジルコニウム質組成物によれば、比較的低温でジルコンが合成できることに加え、従来のジルコンサンド由来の骨材に比べてジルコンに近い熱的挙動を示し、耐熱衝撃性に優れ、所望の粒径の骨材を提供することができる。また、本発明のジルコニウム質組成物を耐火物原料とすることで、耐火物の強度を向上させることができ、量産も容易なことからコスト競争力にも優れ、斯界において好適に用いることができる。   According to the zirconium-based composition of the present invention, in addition to being able to synthesize zircon at a relatively low temperature, it exhibits thermal behavior close to that of zircon as compared with conventional aggregates derived from zircon sand, excellent thermal shock resistance, and desired Aggregates of particle size can be provided. Further, by using the zirconium-based composition of the present invention as a refractory material, the strength of the refractory can be improved, and mass production is easy, so that it is excellent in cost competitiveness and can be suitably used in this field. .

実施例1で得られた粉末のTMA測定結果を示すグラフである。3 is a graph showing TMA measurement results of the powder obtained in Example 1. FIG. 実施例2で得られた粉末のTMA測定結果を示すグラフである。6 is a graph showing the TMA measurement result of the powder obtained in Example 2. 実施例3で得られた粉末のTMA測定結果を示すグラフである。6 is a graph showing TMA measurement results of the powder obtained in Example 3. 比較例1で得られた粉末のTMA測定結果を示すグラフである。6 is a graph showing TMA measurement results of the powder obtained in Comparative Example 1. 比較例2で得られた粉末のTMA測定結果を示すグラフである。6 is a graph showing a TMA measurement result of the powder obtained in Comparative Example 2. 比較例3で得られた粉末のTMA測定結果を示すグラフである。10 is a graph showing TMA measurement results of the powder obtained in Comparative Example 3. 比較例4で得られた粉末のTMA測定結果を示すグラフである。10 is a graph showing TMA measurement results of the powder obtained in Comparative Example 4. 比較例5で得られた粉末のTMA測定結果を示すグラフである。10 is a graph showing TMA measurement results of the powder obtained in Comparative Example 5. 比較例6で得られた粉末のTMA測定結果を示すグラフである。10 is a graph showing a TMA measurement result of the powder obtained in Comparative Example 6. 比較例7で得られた粉末のTMA測定結果を示すグラフである。10 is a graph showing a TMA measurement result of the powder obtained in Comparative Example 7. 比較例8で得られた粉末のTMA測定結果を示すグラフである。10 is a graph showing a TMA measurement result of the powder obtained in Comparative Example 8. 比較例9で得られた粉末のTMA測定結果を示すグラフである。10 is a graph showing a TMA measurement result of the powder obtained in Comparative Example 9. 参考例として示すジルコンのTMA測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the TMA measurement result of the zircon shown as a reference example.

本発明のジルコニウム質組成物は、50wt%以上の酸化ジルコニウムと、25〜40wt%の酸化ケイ素と、酸化ジルコニウム及び酸化ケイ素に対して0.1〜1wt%の酸化マグネシウムとを含み、1.0t/cmの圧力で成形し、1600℃で焼成したときの当該焼結体の熱的挙動において、30℃から1500℃まで昇温した後に30℃まで冷却する熱サイクル時の熱膨張率の変化幅が1.0%以内であり、且つ熱収縮率の変化幅が1.2%以内であり、700〜1100℃付近で起こるジルコニアの相転移に伴う熱膨張率及び熱収縮率の変化が0.2%以下であることを特徴とする。すなわち、熱サイクル時における熱膨張による熱膨張率の変化幅が1.0%以内、熱収縮による熱収縮率の変化幅が1.2%以内、及び700〜1100℃付近で起こるジルコニアの相転移に伴う熱膨張率及び熱収縮率の変化が0.2%以下であれば、耐火物として十分に実用に供することができる。
以下、本発明のジルコニウム質組成物及びその製造方法について詳細に説明する。
The zirconium-based composition of the present invention contains 50 wt% or more of zirconium oxide, 25 to 40 wt% of silicon oxide, and 0.1 to 1 wt% of magnesium oxide based on zirconium oxide and silicon oxide, and contains 1.0 t. In the thermal behavior of the sintered body when it is molded at a pressure of / cm 2 and fired at 1600 ° C., and the coefficient of thermal expansion during a heat cycle is increased from 30 ° C. to 1500 ° C. and then cooled to 30 ° C. The width is within 1.0%, the variation range of the thermal shrinkage rate is within 1.2%, and the thermal expansion coefficient and the thermal shrinkage ratio change due to the phase transition of zirconia occurring around 700-1100 ° C. are 0. .2% or less. That is, the change width of the thermal expansion coefficient due to the thermal expansion during the thermal cycle is within 1.0%, the change width of the thermal contraction ratio due to the heat shrinkage is within 1.2%, and the phase transition of zirconia occurring around 700 to 1100 ° C. If the change of the thermal expansion coefficient and thermal contraction rate accompanying this is 0.2% or less, it can be sufficiently put into practical use as a refractory.
Hereinafter, the zirconium-based composition of the present invention and the production method thereof will be described in detail.

本発明のジルコニウム質組成物
(1)組成
本発明のジルコニウム質組成物の主な組成は、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素(シリカ)、酸化マグネシウムである。
酸化ジルコニウムの含有量は、50wt%以上、好ましくは60wt%以上、より好ましくは63〜72wt%、特に好ましくは65〜70wt%である。
酸化ケイ素の含有量は、25〜40wt%、好ましくは28〜37wt%、さらに好ましくは30〜35wt%である。尚、酸化ケイ素は、電融処理時に、一部、ヒュームドシリカ(SiO)として蒸発することがあるため、含有量が少なくなる場合がある。
Zirconium Composition (1) Composition of the Present Invention The main composition of the zirconium composition of the present invention is zirconium oxide, silicon oxide (silica), and magnesium oxide.
The content of zirconium oxide is 50 wt% or more, preferably 60 wt% or more, more preferably 63 to 72 wt%, and particularly preferably 65 to 70 wt%.
The content of silicon oxide is 25 to 40 wt%, preferably 28 to 37 wt%, more preferably 30 to 35 wt%. In addition, since silicon oxide may partially evaporate as fumed silica (SiO) during the electrofusion treatment, the content may be reduced.

酸化マグネシウムの含有量は、酸化ジルコニウム及び酸化ケイ素に対して0.1〜1wt%、好ましくは0.3〜0.9wt%、さらに好ましくは0.5〜0.8wt%である。酸化マグネシウムの含有量は、0.1wt%未満では添加の効果が見られず、1wt%以上になると過剰添加となり、ジルコニウム質組成物を原料とした焼結体がジルコンに近い熱的挙動を示さなくなるため、耐熱衝撃性や耐熱サイクル性に劣ることとなる。また、マグネシウム以外のカルシウム、バリウム、ストロンチウム等の他のアルカリ土類金属では、これらを添加しても、後述の比較例において示す通り本発明の効果と同様の効果は得られない。   The content of magnesium oxide is 0.1 to 1 wt%, preferably 0.3 to 0.9 wt%, more preferably 0.5 to 0.8 wt% with respect to zirconium oxide and silicon oxide. When the content of magnesium oxide is less than 0.1 wt%, the effect of addition is not seen, and when it exceeds 1 wt%, excessive addition occurs, and the sintered body made of a zirconium-based composition exhibits thermal behavior close to that of zircon. Therefore, the thermal shock resistance and thermal cycle resistance are inferior. In addition, other alkaline earth metals such as calcium, barium, and strontium other than magnesium cannot obtain the same effect as the effect of the present invention as shown in a comparative example described later.

(2)熱的挙動
本発明のジルコニウム質組成物は、その焼結体の熱的挙動(熱膨張率および熱収縮率)が、ジルコンの熱的挙動に近いものとなることを特徴とする。このため、本発明のジルコニウム質組成物を骨材として使用した場合には、ジルコンの代替となることはもちろんのこと、粒径の調整が可能であるため、耐火物としての耐久性を向上させることができる。
熱膨張・熱収縮の挙動は、例えば、100〜1500℃の範囲で、一般的に市販されている装置を用いて測定することができる。1500℃以上の測定を行ってもよいが、通常、耐火物として使用する温度は1500℃以下が多く、耐火物の特性を評価するには1500℃以下で十分である。
(2) Thermal behavior The zirconium-based composition of the present invention is characterized in that the thermal behavior (thermal expansion coefficient and thermal contraction rate) of the sintered body is close to that of zircon. For this reason, when the zirconium-based composition of the present invention is used as an aggregate, it can be used as an alternative to zircon, as well as the particle size can be adjusted, thereby improving the durability as a refractory. be able to.
The behavior of thermal expansion / shrinkage can be measured, for example, in the range of 100 to 1500 ° C. using a commercially available apparatus. Although the measurement may be performed at 1500 ° C. or higher, the temperature used as the refractory is usually 1500 ° C. or lower, and 1500 ° C. or lower is sufficient for evaluating the characteristics of the refractory.

本発明のジルコニウム質組成物は、焼成して焼結体とすることにより、ほぼ一定の熱膨張挙動を示すものであり、熱膨張挙動をグラフ化したものでは、ジルコンと同様の直線状の熱膨張挙動となる。すなわち、本発明のジルコニウム質組成物を焼成した焼結体の1400℃までの熱膨張係数は、3.7〜6.2×10−6/K、より適する範囲としては4.2〜5.7×10−6/K、さらに適する範囲としては4.7〜5.2×10−6/Kであり、熱膨張係数が5.5×10−6/K程度であるジルコンとほぼ同様になる。 The zirconium-based composition of the present invention exhibits a substantially constant thermal expansion behavior when fired to form a sintered body. In a graph showing the thermal expansion behavior, a linear heat similar to that of zircon is obtained. It becomes an expansion behavior. That is, the thermal expansion coefficient up to 1400 ° C. of the sintered body obtained by firing the zirconium-based composition of the present invention is 3.7 to 6.2 × 10 −6 / K, and a more suitable range is 4.2 to 5. 7 × 10 -6 / K, a 4.7~5.2 × 10 -6 / K as further suitable range, much like the zircon thermal expansion coefficient of about 5.5 × 10 -6 / K Become.

本発明のジルコニウム質組成物は、後述する実施例で示す通り、1.0t/cmの圧力で成形し、1600℃で焼成した場合、その焼結体における30℃(室温)から1500℃まで昇温した後に30℃(室温)まで冷却する熱サイクル時の熱的挙動として、熱膨張率の変化幅が1.0%以内、好ましくは0.9%以内、より好ましくは0.8%以内、さらに好ましくは0.7%以内となり、熱収縮率の変化幅が1.2%以内、好ましくは1.0%以内、より好ましくは0.8%以内、さらに好ましくは0.6%以内となり、昇温時及び降温時に700〜1100℃付近で起こるジルコニアの相転移に伴う熱膨張率及び熱収縮率の変化が0.2%以下、好ましくは0.15%以下、より好ましくは0.1%以下となる。すなわち、このような熱的挙動を有する本発明のジルコニウム質組成物の焼結体は、ジルコンに匹敵する低熱膨張材料であると言うことができる。 The zirconium-based composition of the present invention is formed at a pressure of 1.0 t / cm 2 and fired at 1600 ° C., as shown in Examples described later, from 30 ° C. (room temperature) to 1500 ° C. in the sintered body. As the thermal behavior during the thermal cycle of cooling to 30 ° C. (room temperature) after raising the temperature, the change width of the thermal expansion coefficient is within 1.0%, preferably within 0.9%, more preferably within 0.8%. More preferably, it is within 0.7%, and the change width of the heat shrinkage rate is within 1.2%, preferably within 1.0%, more preferably within 0.8%, and further preferably within 0.6%. The change in the coefficient of thermal expansion and contraction due to the phase transition of zirconia occurring at around 700 to 1100 ° C. at the time of temperature rise and temperature fall is 0.2% or less, preferably 0.15% or less, more preferably 0.1 % Or less. That is, it can be said that the sintered body of the zirconium-based composition of the present invention having such a thermal behavior is a low thermal expansion material comparable to zircon.

本発明において、酸化マグネシウムの添加による効果の詳細は必ずしも定かではないが、後述する実施例で示す通り、酸化ジルコニウム及び酸化ケイ素に対して0.1〜1wt%という少量の酸化マグネシウムを組成物に添加することで、従来のもの、すなわち、酸化マグネシウムを添加しないもの、酸化マグネシウムを過剰に添加したもの、酸化マグネシウム以外のアルカリ土類金属酸化物を添加したもの等に比べ、その焼結体の熱膨張変化及び熱収縮変化を抑えることができると共に、ジルコニアの昇温時の単斜晶相から正方晶相への相転移及び降温時の正方晶相から単斜晶相への相転移による体積変化を小さくすることができることは明らかである。   In the present invention, details of the effect of adding magnesium oxide are not necessarily clear, but as shown in the examples described later, a small amount of magnesium oxide of 0.1 to 1 wt% with respect to zirconium oxide and silicon oxide is included in the composition. By adding, compared to the conventional one, ie, the one not added with magnesium oxide, the one added excessively with magnesium oxide, the one added with alkaline earth metal oxide other than magnesium oxide, etc. The volume due to the phase transition from monoclinic phase to tetragonal phase during the temperature rise and phase transition from the tetragonal phase to the monoclinic phase during the temperature fall can be suppressed while the thermal expansion change and thermal shrinkage change can be suppressed. Obviously, the change can be reduced.

(3)粒度
本発明のジルコニウム質組成物の粒径は、μmオーダーから数mmオーダーの範囲で、所望の粒度を得ることができ、例えば、1μm〜10mmの範囲である。溶融後に得られるインゴットの大きさは炉体の大きさに由来するが、徐冷することにより数cm〜数十cm以上に及ぶインゴットを得ることができる。通常、ジルコンサンドは、粒径分布が30〜300μm程度で、平均粒径が100μm程度以下であり、これ以上の粒径を得ることはできない。このため、300μm程度以下、特に100μm以下の骨材であれば、整粒したジルコンサンドをそのまま使用することもできるが、それ以上の粒径の骨材については、ジルコンサンド由来の骨材では得られない。これに対し、本発明のジルコニウム質組成物であれば、ジルコンから得ることが難しい粒度範囲である100μm以上の粒度を有する粉末を得ることが容易となる。本発明のジルコニウム組成物の粒度は、粒度分布の70%以上、好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上が100μm以上となるものが好ましい。骨材として使用しやすい具体的な粒径範囲としては、100μm以上、範囲では100μm〜1000μm、好ましくは200μm〜900μm、より好ましくは300μm〜700μm、特に好ましくは400μm〜600μmである。もちろん、用途によっては、1000μm以上、2000μm以上、3000μm以上でも何ら構わない。
(3) Particle size The particle size of the zirconium-based composition of the present invention can obtain a desired particle size in the range of μm order to several mm order, for example, in the range of 1 μm to 10 mm. Although the size of the ingot obtained after melting is derived from the size of the furnace body, ingots ranging from several centimeters to several tens of centimeters or more can be obtained by slow cooling. Usually, zircon sand has a particle size distribution of about 30 to 300 μm and an average particle size of about 100 μm or less, and a particle size larger than this cannot be obtained. For this reason, if the aggregate is about 300 μm or less, particularly 100 μm or less, the sized zircon sand can be used as it is. However, the aggregate having a particle size larger than that can be obtained from the zircon sand-derived aggregate. I can't. On the other hand, with the zirconium-based composition of the present invention, it becomes easy to obtain a powder having a particle size of 100 μm or more, which is a particle size range difficult to obtain from zircon. The particle size of the zirconium composition of the present invention is preferably such that 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 90% or more of the particle size distribution is 100 μm or more. A specific particle size range that is easy to use as an aggregate is 100 μm or more, in the range 100 μm to 1000 μm, preferably 200 μm to 900 μm, more preferably 300 μm to 700 μm, and particularly preferably 400 μm to 600 μm. Of course, depending on the application, it may be 1000 μm or more, 2000 μm or more, 3000 μm or more.

また、本発明のジルコニウム質組成物は、用途に応じて、平均粒子径で制御したものを用いることもできる。例えば、微粒と粗粒とを組み合わせることで焼結性や耐久性が向上する場合もあり得る。平均粒子径(D50)としても、上記の粒度と同様の範囲が挙げられる。すなわち、具体的な平均粒子径の範囲としては、100μm〜1000μm、好ましくは200μm〜900μm、より好ましくは300μm〜700μm、特に好ましくは400μm〜600μmである。この場合においても、用途によって、1000μm以上、2000μm以上、3000μm以上とすることもできる。   Moreover, what was controlled by the average particle diameter can also be used for the zirconium-based composition of this invention according to a use. For example, the sinterability and durability may be improved by combining fine particles and coarse particles. As the average particle size (D50), the same range as the above-mentioned particle size can be mentioned. That is, the specific average particle diameter is 100 μm to 1000 μm, preferably 200 μm to 900 μm, more preferably 300 μm to 700 μm, and particularly preferably 400 μm to 600 μm. Even in this case, the thickness may be 1000 μm or more, 2000 μm or more, 3000 μm or more depending on the application.

したがって、本発明のジルコニウム質組成物によれば、粒度を任意に調整できるため、様々な粒径需要に対応可能な骨材とすることができる。   Therefore, according to the zirconium-based composition of the present invention, the particle size can be arbitrarily adjusted, so that the aggregate can meet various particle size demands.

本発明のジルコニウム質組成物の製造方法
本発明のジルコニウム質組成物の製造方法は、マグネシウム化合物と、ケイ素化合物及びジルコニウム化合物もしくはケイ酸ジルコニウムとを混合する混合工程と、前記混合工程で得られた混合粉末を融点以上で溶融する溶融工程と、前記溶融工程で得られた溶融物を冷却し、整粒する整粒工程と、を含むことを特徴とする。
(1)原料
本発明のジルコニウム質組成物に用いるジルコニウム化合物は特に限定されないが、バデライト、脱珪ジルコニア及び酸化ジルコニウム等の酸化ジルコニウムを含む原料であることが好ましい。また、酸化ジルコニウムとしては、水酸化物、塩化物、硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩、酢酸塩、臭化物等から得られた酸化物を用いることもできる。
ケイ素化合物としては、酸化ケイ素を含む原料であることが好ましい。酸化ケイ素としては、水酸化物、窒化物、炭化物、塩化物等から得られた酸化物であってもよく、不純物やコストを考慮し、原料を適宜選定することができる。
ケイ酸ジルコニウムとしては、ジルコンサンドやジルコンサンドの粉砕品を用いることができる。ジルコンサンドやその粉砕品は、市場から安価に入手できるため、それらを利用することは骨材市場において好ましい。
これらの粒度は、溶融するため、特に制限はないが、最大粒子径が500μm以下のものが溶融時のムラを抑制するためには望ましい。尚、特に制限されるものではないが、1μm以下の粒子の場合には、電融アーク衝撃により飛散しやすくなるため、避けるほうがよい。
マグネシウム化合物としては、酸化マグネシウムを含む原料であることが好ましい。酸化マグネシウムとしては、例えば、水酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物、水素化物、硼化物、窒化物等から得られた酸化物を用いることができる。マグネシウム化合物についても、原料として用いる場合の粒径は、溶融するため、特に限定はないが、原料による偏析を抑制するため、500μm以下が望ましい。
また、ジルコニウム化合物、ケイ素化合物、ケイ酸ジルコニウム、マグネシウム化合物の純度は,特に限定されるものではないが、99%以上が好ましく、99.5%以上がさらに好ましい。
Method for producing zirconium-based composition of the present invention The method for producing a zirconium-based composition of the present invention was obtained by mixing a magnesium compound with a silicon compound and a zirconium compound or zirconium silicate, and the mixing step. It includes a melting step of melting the mixed powder at a melting point or higher, and a sizing step of cooling and sizing the melt obtained in the melting step.
(1) Raw Material The zirconium compound used in the zirconium-based composition of the present invention is not particularly limited, but is preferably a raw material containing zirconium oxide such as badelite, desiliconized zirconia and zirconium oxide. Further, as the zirconium oxide, oxides obtained from hydroxide, chloride, nitrate, carbonate, sulfate, acetate, bromide and the like can also be used.
The silicon compound is preferably a raw material containing silicon oxide. The silicon oxide may be an oxide obtained from hydroxide, nitride, carbide, chloride or the like, and raw materials can be appropriately selected in consideration of impurities and cost.
As zirconium silicate, zircon sand or a pulverized product of zircon sand can be used. Since zircon sand and pulverized products thereof can be obtained from the market at low cost, it is preferable to use them in the aggregate market.
These particle sizes are not particularly limited because they are melted, but those having a maximum particle size of 500 μm or less are desirable for suppressing unevenness during melting. Although not particularly limited, in the case of particles having a size of 1 μm or less, the particles are likely to be scattered due to a fusion arc impact, and should be avoided.
The magnesium compound is preferably a raw material containing magnesium oxide. Examples of magnesium oxide include oxides obtained from hydroxides, fluorides, chlorides, bromides, hydrides, borides, nitrides, and the like. Regarding the magnesium compound, the particle size when used as a raw material is not particularly limited because it melts, but is preferably 500 μm or less in order to suppress segregation due to the raw material.
The purity of the zirconium compound, silicon compound, zirconium silicate, and magnesium compound is not particularly limited, but is preferably 99% or more, and more preferably 99.5% or more.

混合工程において、ジルコニウム化合物、ケイ素化合物、マグネシウム化合物を混合する場合、ジルコニウム化合物の配合割合は、例えば、酸化ジルコニウムとして、50wt%以上、好ましくは60wt%以上、より好ましくは63〜72wt%、特に好ましくは65〜70wt%である。また、ケイ素化合物の配合割合は、酸化ケイ素として、25〜40wt%、好ましくは28〜37wt%、さらに好ましくは30〜35wt%であり、マグネシウム化合物の配合割合は、酸化マグネシウムとして、酸化ジルコニウム及び酸化ケイ素に対して0.1〜1wt%、好ましくは0.3〜0.9wt%、さらに好ましくは0.5〜0.8wt%である。
ジルコンサンドに由来するものを原料として使用する場合は、ジルコンサンドは酸化ジルコニウムおよび酸化ケイ素の組成が概ね決まっており、その組成比は産地にもよるが酸化ジルコニウムが60〜70wt%、酸化ケイ素が30〜40wt%程度であるため、そのまま使用することができる。つまり、ジルコンサンドと酸化マグネシウムを混合することにより、本発明のジルコニウム質化合物の原料混合粉末とすることもできる。
尚、酸化ケイ素及び酸化マグネシウムは次の溶融工程における溶融時に、一部蒸発する場合があるため、配合比率がそのままジルコニウム質組成物の組成比率とはならないこともあり得る。
When mixing a zirconium compound, a silicon compound, and a magnesium compound in the mixing step, the compounding ratio of the zirconium compound is, for example, 50% by weight or more, preferably 60% by weight or more, more preferably 63 to 72% by weight, particularly preferably as zirconium oxide. Is 65 to 70 wt%. The compounding ratio of the silicon compound is 25 to 40 wt%, preferably 28 to 37 wt%, more preferably 30 to 35 wt% as silicon oxide, and the compounding ratio of the magnesium compound is zirconium oxide and oxide as magnesium oxide. It is 0.1-1 wt% with respect to silicon, preferably 0.3-0.9 wt%, more preferably 0.5-0.8 wt%.
When using a material derived from zircon sand as a raw material, the composition of zirconium oxide and silicon oxide is generally determined, and the composition ratio depends on the production area, but zirconium oxide is 60 to 70 wt%, silicon oxide is Since it is about 30-40 wt%, it can be used as it is. That is, the raw material mixed powder of the zirconium compound of the present invention can be obtained by mixing zircon sand and magnesium oxide.
Since silicon oxide and magnesium oxide may partially evaporate during melting in the next melting step, the blending ratio may not be the composition ratio of the zirconium-based composition as it is.

(2)造粒
原料混合粉末は、必要に応じて造粒処理することができる。造粒体の作製は、乾式と湿式との一般的な造粒方法を用いることができるが、例えば、乾式では圧縮とせん断力をかけるメカニカルアロイング法や、気流中で粉体同士を高速で衝突させるハイブリダイゼーション法がある。また、湿式ではスプレードライヤー法や無電解めっき法を単独あるいは組み合わせて用いることができる。造粒物を作製する際は、必要に応じてバインダーを添加することもできる。バインダーは特に限定されないが、不純物の観点から無機系バインダーよりも有機系バインダーが好ましい。
(2) Granulation The raw material mixed powder can be granulated as necessary. For the production of the granulated material, general granulation methods of dry type and wet type can be used. For example, in the dry type, the mechanical alloying method in which compression and shearing force are applied, or the powders are fastened with each other in an air stream. There is a hybridization method for collision. In addition, in a wet process, a spray dryer method or an electroless plating method can be used alone or in combination. When producing a granulated material, a binder can also be added as needed. The binder is not particularly limited, but an organic binder is preferable to an inorganic binder from the viewpoint of impurities.

造粒物の大きさは、特に限定されないが、3〜30mm程度が好ましく、10〜20mm程度がより好ましい。造粒物の形状は球状だけでなく円柱状等、任意の形状とすることができる。   Although the magnitude | size of a granulated material is not specifically limited, About 3-30 mm is preferable and about 10-20 mm is more preferable. The shape of the granulated product can be an arbitrary shape such as a cylindrical shape as well as a spherical shape.

(3)溶融
原料混合粉末もしくは造粒体は、溶融工程において、溶融装置に装入される。その後、原料混合粉末もしくは造粒体を装置内で溶融するが、溶融方法としては、アーク式、高周波熱プラズマ式等が例示される。中でも一般的な電融法、すなわちアーク式電気炉を用いた溶融方法を好ましく利用することができる。
(3) Melting The raw material mixed powder or granulated material is charged into a melting device in the melting step. Thereafter, the raw material mixed powder or granulated material is melted in the apparatus, and examples of the melting method include an arc method and a high-frequency thermal plasma method. Among them, a general electromelting method, that is, a melting method using an arc electric furnace can be preferably used.

アーク式電気炉を用いた溶融方法の場合では、原料の混合割合により変化するが、原料混合粉末または造粒体に、初期の通電を促すために必要に応じて導電材としてのコークスを所定量添加することができる。また、溶融時の雰囲気については、特に限定されず、大気の他、窒素、アルゴン、あるいはヘリウム等の不活性ガスでもよい。例えば、アルゴンガスを用いて、アルゴンプラズマを発生させ、より高温で溶融することもできる。アルゴンプラズマは、誘導結合プラズマ発光分析にも用いられる安定性の高いプラズマであって、且つ温度が8000℃以上にも達するとの報告もあるように極めて高温である。このため、アルゴンガスを用いて、アルゴンプラズマを発生させると、炉内全体をアーク式電気炉のみで得られる温度より高温に保持することが可能であり、安定的且つ効率的にジルコニウム質組成物のインゴットを得ることができる。
また、溶融する際の圧力は特に限定されず、常圧、加圧、減圧のいずれでもよいが、通常、大気圧下で行うことができる。
尚、上記の造粒の際に、有機系バインダーを使用した場合には、必須の要件ではないが、溶融工程の前に造粒物を300〜500℃程度で仮焼することが望ましい。仮焼せずに電融した場合には、アークプラズマの印加によって有機系バインダーが瞬間的に燃焼する際の衝撃で原料粉末の飛散が生じ、得られる組成物の組成ズレ及び収率の低下が生じるおそれがある。
In the case of a melting method using an arc electric furnace, the amount varies depending on the mixing ratio of the raw materials, but a predetermined amount of coke as a conductive material is required as necessary to promote initial energization of the raw material mixed powder or granulated material. Can be added. The atmosphere at the time of melting is not particularly limited, and may be an inert gas such as nitrogen, argon, or helium in addition to the air. For example, argon gas can be used to generate argon plasma and melt at a higher temperature. The argon plasma is a highly stable plasma that is also used for inductively coupled plasma emission analysis, and is extremely high in temperature, as reported to reach a temperature of 8000 ° C. or higher. For this reason, when argon plasma is generated using argon gas, the entire interior of the furnace can be maintained at a temperature higher than that obtained by an arc electric furnace alone, and the zirconium-based composition can be stably and efficiently produced. You can get an ingot.
Moreover, the pressure at the time of melting is not particularly limited, and any of normal pressure, pressurization, and depressurization may be used, but it can usually be performed under atmospheric pressure.
In the above granulation, when an organic binder is used, it is not an essential requirement, but the granulated product is preferably calcined at about 300 to 500 ° C. before the melting step. In the case of electromelting without calcination, scattering of the raw material powder occurs due to the impact when the organic binder burns instantaneously by application of arc plasma, and the composition deviation and yield of the resulting composition are reduced. May occur.

(4)整粒
整粒工程では、溶融後に冷却して得られたインゴットを粉砕及び分級して、所望の粒度の粉体を得ることができる。インゴットの粉砕については、特に限定されないが、ジョークラッシャーまたはロールクラッシャー等の粉砕機で粉砕することができ、20mm以下、必要に応じて1〜10mm以下の粉体になるまで粉砕し、分級することもできる。
整粒工程においては、上記方法で得られた粉末を用途に合わせて、さらに微粉砕してもよい。微粉砕については、特に限定されないが、遊星ミル、ボールミルまたはジェットミル等の粉砕機で5〜30分間処理することにより微粉砕することができる。尚、平均粒径の測定は25μm以上の粗粒の場合は、フルイ粒度測定で測定でき、それ以下の微粒の場合には、レーザー回折散乱装置等で分析することができる。
(4) Granulation In the granulation step, an ingot obtained by cooling after melting can be pulverized and classified to obtain a powder having a desired particle size. The ingot is not particularly limited, but it can be pulverized by a crusher such as a jaw crusher or a roll crusher, and is pulverized and classified to a powder of 20 mm or less, and if necessary, 1 to 10 mm or less. You can also.
In the sizing step, the powder obtained by the above method may be further finely pulverized according to the intended use. Although it does not specifically limit about fine pulverization, It can pulverize by processing for 5 to 30 minutes with grinders, such as a planetary mill, a ball mill, or a jet mill. The average particle size can be measured by a sieve particle size measurement for coarse particles of 25 μm or more, and can be analyzed by a laser diffraction scattering apparatus or the like for fine particles smaller than that.

本発明のジルコニウム質組成物の用途
本発明のジルコニウム質組成物は、耐火物原料として用いることができる。特に、本発明のジルコニウム質組成物は、所望の粒径とすることができるため、様々な粒径需要に対応した骨材とすることができる。
また、本発明のジルコニウム質組成物を原料とする耐火物は、従来のジルコンサンド由来の骨材を用いた耐火物に比べてジルコンに近い熱的挙動を示し、強度、耐熱性、耐熱衝撃等の耐火物に求められる特性を向上させることができる。このような耐火物は、例えば、特殊金属溶解用坩堝等の用途に好適に用いることができる。
本発明のジルコニウム質組成物を原料とする耐火物は、本発明のジルコニウム質組成物を成形し、得られた成形体を焼成することにより製造することができる。
Use of the Zirconium Composition of the Present Invention The zirconium composition of the present invention can be used as a refractory raw material. In particular, since the zirconium-based composition of the present invention can have a desired particle size, the aggregate can meet various particle size demands.
In addition, the refractory using the zirconium-based composition of the present invention as a raw material exhibits thermal behavior close to that of zircon compared to conventional refractories using aggregates derived from zircon sand, such as strength, heat resistance, thermal shock, etc. The characteristics required for the refractory can be improved. Such a refractory can be suitably used for applications such as a special metal melting crucible, for example.
The refractory using the zirconium-based composition of the present invention as a raw material can be produced by molding the zirconium-based composition of the present invention and firing the resulting molded body.

以下に実施例を示し,本発明をより具体的に説明する。但し、本発明はこの実施例によって何ら限定されるものではない。また、各実施例及び比較例において得られた材料中には、酸化ジルコニウムに不可避不純物として酸化ハフニウムを1〜2重量%含有している。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to the examples. Moreover, in the material obtained in each Example and the comparative example, 1 to 2 weight% of hafnium oxide is contained as an inevitable impurity in zirconium oxide.

TMA測定条件は、以下の通りである。
・装置名:TD5000SA、BRUKER製
・昇温条件:室温〜1500℃(5℃/分)
・降温条件:1500℃〜50℃(5℃/分)
・1500℃における保持時間:なし(0分間)
・標準試料:Al
・雰囲気:Air
・加重:10gf
・ペレット成形圧力:1.0t/cm
The TMA measurement conditions are as follows.
・ Device name: TD5000SA, manufactured by BRUKER ・ Temperature raising conditions: Room temperature to 1500 ° C. (5 ° C./min)
・ Cooling conditions: 1500 ° C to 50 ° C (5 ° C / min)
-Holding time at 1500 ° C: None (0 minutes)
Standard sample: Al 2 O 3
・ Atmosphere: Air
・ Weight: 10gf
-Pellet molding pressure: 1.0 t / cm 2

(実施例1)
原料は、ジルコニウム化合物及びケイ素化合物として、ジルコンサンド(ILUKA社製プレミアムジルコン)を9.943kg用い、マグネシウム化合物として、酸化マグネシウム(神島化学社製スターマグU)を0.073kg用いた。それらをV型混合器で30分間混合した(MgO/ZrSiO混合比率:0.7wt%)。
得られた混合物を電融炉に敷き詰め、大気中で、電圧125V、電流400Aで1時間印加し、ジルコンの融点以上での溶融を行った。溶融終了後、そのまま30時間静置及び徐冷し、本発明のジルコニウム質組成物のインゴットを得た。
このインゴットを、ジョークラッシャー、ロールクラッシャー、遊星ミルを用いて整粒し、熱的挙動評価用に平均粒子径が1μmの粉末を作製した。この粉末を用いて耐火度試験に供したところSK38であった。
また、上記の粉末0.8gを用い、1.0t/cmの圧力でペレットを成形して、1600℃で3時間焼成して焼結体を作製した。この焼結体をTMA測定し、結果を図1に示した。この結果によれば、熱膨張率の変化幅は1.0%以内、熱収縮率の変化幅は1.2%以内であり、700℃〜1100℃付近の熱膨張率及び熱収縮率の変化はいずれも0.2%以下であった。
尚、図1で示した点線は、比較のため、後述の参考例(図13)で示したジルコンの最大膨張点の位置に対応させて引いたものである。以下、図2〜12についても同様である。
Example 1
As raw materials, 9.943 kg of zircon sand (Premium Zircon manufactured by ILUKA) was used as the zirconium compound and silicon compound, and 0.073 kg of magnesium oxide (Starmag U manufactured by Kamishima Chemical Co., Ltd.) was used as the magnesium compound. They were mixed for 30 minutes in a V-type mixer (MgO / ZrSiO 4 mixing ratio: 0.7 wt%).
The obtained mixture was spread in an electromelting furnace and applied in the atmosphere at a voltage of 125 V and a current of 400 A for 1 hour to melt at or above the melting point of zircon. After the completion of melting, the mixture was allowed to stand for 30 hours and gradually cooled to obtain an ingot of the zirconium-based composition of the present invention.
The ingot was sized using a jaw crusher, a roll crusher, and a planetary mill, and a powder having an average particle diameter of 1 μm was prepared for evaluation of thermal behavior. When this powder was used for a fire resistance test, it was SK38.
Further, using 0.8 g of the above powder, a pellet was formed at a pressure of 1.0 t / cm 2 and fired at 1600 ° C. for 3 hours to prepare a sintered body. This sintered body was measured by TMA, and the result is shown in FIG. According to this result, the change width of the thermal expansion coefficient is within 1.0%, the change width of the thermal shrinkage ratio is within 1.2%, and the change in the thermal expansion coefficient and the thermal shrinkage ratio in the vicinity of 700 ° C. to 1100 ° C. All were 0.2% or less.
For comparison, the dotted line shown in FIG. 1 is drawn corresponding to the position of the maximum expansion point of zircon shown in a reference example (FIG. 13) described later. The same applies to FIGS.

(実施例2)
酸化マグネシウムを、MgO/ZrSiO混合比率が1.0wt%となるように添加した以外は、実施例1と同様に行った。
これにより得られた粉末を用い、実施例1と同様に焼結体を作製した。この焼結体のTMA測定結果を図2に示した。この結果によれば、熱膨張率の変化幅は1.0%以内、熱収縮率の変化幅は1.2%以内であり、700℃〜1100℃付近の熱膨張率及び熱収縮率の変化はいずれも0.2%以下であった。
(Example 2)
The same operation as in Example 1 was conducted except that magnesium oxide was added so that the MgO / ZrSiO 4 mixing ratio was 1.0 wt%.
Using the powder thus obtained, a sintered body was produced in the same manner as in Example 1. The TMA measurement result of this sintered body is shown in FIG. According to this result, the change width of the thermal expansion coefficient is within 1.0%, the change width of the thermal shrinkage ratio is within 1.2%, and the change in the thermal expansion coefficient and the thermal shrinkage ratio in the vicinity of 700 ° C. to 1100 ° C. All were 0.2% or less.

(実施例3)
酸化マグネシウムを、MgO/ZrSiO混合比率が0.1wt%となるように添加した以外は、実施例1と同様に行った。
これにより得られた粉末を用い、実施例1と同様に焼結体を作製した。この焼結体のTMA測定結果を図3に示した。この結果によれば、熱膨張率の変化幅は1.0%以内、熱収縮率の変化幅は1.2%以内であり、700℃〜1100℃付近の熱膨張率及び熱収縮率の変化はいずれも0.2%以下であった。
(Example 3)
The same operation as in Example 1 was carried out except that magnesium oxide was added so that the MgO / ZrSiO 4 mixing ratio was 0.1 wt%.
Using the powder thus obtained, a sintered body was produced in the same manner as in Example 1. The TMA measurement result of this sintered body is shown in FIG. According to this result, the change width of the thermal expansion coefficient is within 1.0%, the change width of the thermal shrinkage ratio is within 1.2%, and the change in the thermal expansion coefficient and the thermal shrinkage ratio in the vicinity of 700 ° C. to 1100 ° C. All were 0.2% or less.

(比較例1)
酸化マグネシウムを添加しない以外は、実施例1と同様に行った。
これにより得られた粉末を用い、実施例1と同様に焼結体を作製した。この焼結体のTMA測定結果を図4に示した。この結果によれば、熱膨張率の変化幅は1.0%以内であったものの、熱収縮率の変化幅は1.2%を超えており、700℃〜1100℃付近の熱膨張率及び熱収縮率の変化はいずれも0.2%を超えるものであった。
(Comparative Example 1)
The same procedure as in Example 1 was performed except that magnesium oxide was not added.
Using the powder thus obtained, a sintered body was produced in the same manner as in Example 1. The TMA measurement result of this sintered body is shown in FIG. According to this result, although the change width of the thermal expansion coefficient was within 1.0%, the change width of the thermal shrinkage ratio exceeded 1.2%, and the thermal expansion coefficient around 700 ° C. to 1100 ° C. and The change in heat shrinkage rate exceeded 0.2% in all cases.

(比較例2)
酸化マグネシウムを、MgO/ZrSiO混合比率が1.3wt%となるように添加した以外は、実施例1と同様に行った。
これにより得られた粉末を用い、実施例1と同様に焼結体を作製した。この焼結体のTMA測定結果を図5に示した。この結果によれば、熱膨張率の変化幅は1.0%以内、熱収縮率の変化幅は1.2%以内であり、700℃〜1100℃付近の熱収縮率の変化は0.2%以下であったものの、熱膨張率の変化は0.2%を超えるものであった。
(Comparative Example 2)
The same operation as in Example 1 was carried out except that magnesium oxide was added so that the MgO / ZrSiO 4 mixing ratio was 1.3 wt%.
Using the powder thus obtained, a sintered body was produced in the same manner as in Example 1. The TMA measurement result of this sintered body is shown in FIG. According to this result, the change width of the thermal expansion coefficient is within 1.0%, the change width of the heat shrinkage ratio is within 1.2%, and the change in the heat shrinkage ratio between 700 ° C. and 1100 ° C. is 0.2%. %, The change in the coefficient of thermal expansion exceeded 0.2%.

(比較例3)
酸化マグネシウムを、MgO/ZrSiO混合比率が1.5wt%となるように添加した以外は、実施例1と同様に行った。
これにより得られた粉末を用い、実施例1と同様に焼結体を作製した。この焼結体のTMA測定結果を図6に示した。この結果によれば、熱膨張率の変化幅は1.0%以内であったものの、熱収縮率の変化幅は1.2%を超えており、また、700℃〜1100℃付近の熱収縮率の変化は0.2%以下であったものの、熱膨張率の変化は0.2%を超えるものであった。
(Comparative Example 3)
The same operation as in Example 1 was carried out except that magnesium oxide was added so that the MgO / ZrSiO 4 mixing ratio was 1.5 wt%.
Using the powder thus obtained, a sintered body was produced in the same manner as in Example 1. The TMA measurement result of this sintered body is shown in FIG. According to this result, although the change width of the thermal expansion coefficient was within 1.0%, the change width of the thermal shrinkage ratio exceeded 1.2%, and the heat shrinkage near 700 ° C. to 1100 ° C. Although the change in the rate was 0.2% or less, the change in the coefficient of thermal expansion exceeded 0.2%.

(比較例4)
酸化マグネシウムを、MgO/ZrSiO混合比率が1.74wt%となるように添加した以外は、実施例1と同様に行った。
これにより得られた粉末を用い、実施例1と同様に焼結体を作製した。この焼結体のTMA測定結果を図7に示した。この結果によれば、熱膨張率の変化幅は1.0%以内であり、700℃〜1100℃付近の熱膨張率及び熱収縮率の変化はいずれも0.2%以下あったものの、熱収縮率の変化幅は1.2%を超えるものであった。
(Comparative Example 4)
The same operation as in Example 1 was carried out except that magnesium oxide was added so that the mixing ratio of MgO / ZrSiO 4 was 1.74 wt%.
Using the powder thus obtained, a sintered body was produced in the same manner as in Example 1. The TMA measurement result of this sintered body is shown in FIG. According to this result, the change width of the thermal expansion coefficient is within 1.0%, and the change of the thermal expansion coefficient and the thermal shrinkage ratio in the vicinity of 700 ° C. to 1100 ° C. were both 0.2% or less. The range of change in the shrinkage rate exceeded 1.2%.

(比較例5)
酸化マグネシウムに代えて、酸化カルシウムを、CaO/ZrSiO混合比率が0.94wt%となるように添加した以外は、実施例1と同様に行った。
これにより得られた粉末を用い、実施例1と同様に焼結体を作製した。この焼結体のTMA測定結果を図8に示した。この結果によれば、熱膨張率の変化幅は1.0%以内であったものの、熱収縮率の変化幅は1.2%を超えており、また、700℃〜1100℃付近の熱膨張率の変化は0.2%以下であったものの、熱収縮率の変化は0.2%を超えるものであった。
(Comparative Example 5)
Instead of magnesium oxide, calcium oxide, CaO / ZrSiO 4 mixing ratio, except that was added to a 0.94Wt%, was performed in the same manner as in Example 1.
Using the powder thus obtained, a sintered body was produced in the same manner as in Example 1. The TMA measurement result of this sintered body is shown in FIG. According to this result, although the change width of the thermal expansion coefficient was within 1.0%, the change width of the thermal shrinkage ratio exceeded 1.2%, and the thermal expansion around 700 ° C. to 1100 ° C. Although the change in rate was 0.2% or less, the change in heat shrinkage rate was more than 0.2%.

(比較例6)
酸化マグネシウムに代えて、酸化バリウムを、BaO/ZrSiO混合比率が1.5wt%となるように添加した以外は、実施例1と同様に行った。
これにより得られた粉末を用い、実施例1と同様に焼結体を作製した。この焼結体のTMA測定結果を図9に示した。この結果によれば、熱膨張率の変化幅は1.0%以内、熱収縮率の変化幅は1.2%以内であり、700℃〜1100℃付近の熱収縮率の変化は0.2%以下であったものの、熱膨張率の変化は0.2%を超えるものであった。
(Comparative Example 6)
Instead of magnesium oxide, barium oxide, BaO / ZrSiO 4 mixing ratio, except that was added to a 1.5 wt%, was performed in the same manner as in Example 1.
Using the powder thus obtained, a sintered body was produced in the same manner as in Example 1. The TMA measurement result of this sintered body is shown in FIG. According to this result, the change width of the thermal expansion coefficient is within 1.0%, the change width of the heat shrinkage ratio is within 1.2%, and the change in the heat shrinkage ratio between 700 ° C. and 1100 ° C. is 0.2 %, The change in the coefficient of thermal expansion exceeded 0.2%.

(比較例7)
酸化マグネシウムに代えて、酸化ストロンチウムを、SrO/ZrSiO混合比率が0.7wt%となるように添加した以外は、実施例1と同様に行った。
これにより得られた粉末を用い、実施例1と同様に焼結体を作製した。この焼結体のTMA測定結果を図10に示した。この結果によれば、熱膨張率の変化幅は1.0%以内であったものの、熱収縮率の変化幅は1.2%を超えており、また、700℃〜1100℃付近の熱収縮率の変化は0.2%以下であったものの、熱膨張率の変化は0.2%を超えるものであった。
(Comparative Example 7)
Instead of magnesium oxide, strontium oxide, SrO / ZrSiO 4 mixing ratio, except that was added to a 0.7 wt%, was performed in the same manner as in Example 1.
Using the powder thus obtained, a sintered body was produced in the same manner as in Example 1. The TMA measurement result of this sintered body is shown in FIG. According to this result, although the change width of the thermal expansion coefficient was within 1.0%, the change width of the thermal shrinkage ratio exceeded 1.2%, and the heat shrinkage near 700 ° C. to 1100 ° C. Although the change in the rate was 0.2% or less, the change in the coefficient of thermal expansion exceeded 0.2%.

(比較例8)
酸化マグネシウムに代えて、酸化アルミニウムを、Al/ZrSiO混合比率が0.7wt%となるように添加した以外は、実施例1と同様に行った。
これにより得られた粉末を用い、実施例1と同様に焼結体を作製した。この焼結体のTMA測定結果を図11に示した。この結果によれば、熱膨張率の変化幅は1.0%以内、熱収縮率の変化幅は1.2%以内であったものの、熱膨張率及び熱収縮率の変化はいずれも0.2%を超えるものであった。
(Comparative Example 8)
Instead of magnesium oxide, aluminum oxide, Al 2 O 3 / ZrSiO 4 mixing ratio, except that was added to a 0.7 wt%, was performed in the same manner as in Example 1.
Using the powder thus obtained, a sintered body was produced in the same manner as in Example 1. The TMA measurement result of this sintered body is shown in FIG. According to this result, although the change width of the thermal expansion coefficient was within 1.0% and the change width of the thermal shrinkage ratio was within 1.2%, the change in the thermal expansion coefficient and the thermal shrinkage ratio was both 0. It was over 2%.

(比較例9)
酸化マグネシウムに代えて、酸化チタンを、TiO/ZrSiO混合比率が0.7wt%となるように添加した以外は、実施例1と同様に行った。
これにより得られた粉末を用い、実施例1と同様に焼結体を作製した。この焼結体のTMA測定結果を図12に示した。この結果によれば、熱膨張率の変化幅は1.0%以内、熱収縮率の変化幅は1.2%以内であったものの、熱膨張率及び熱収縮率の変化はいずれも0.2%を超えるものであった。
(Comparative Example 9)
Instead of magnesium oxide, titanium oxide, except that TiO 2 / ZrSiO 4 mixing ratio was added to a 0.7 wt% was performed in the same manner as in Example 1.
Using the powder thus obtained, a sintered body was produced in the same manner as in Example 1. The TMA measurement result of this sintered body is shown in FIG. According to this result, although the change width of the thermal expansion coefficient was within 1.0% and the change width of the thermal shrinkage ratio was within 1.2%, the change in the thermal expansion coefficient and the thermal shrinkage ratio was both 0. It was over 2%.

(参考例)
実施例1の原料として用いたジルコンサンドを用い、実施例1と同様に焼結体を作製した。この焼結体のTMA測定結果を図13に示した。
(Reference example)
Using the zircon sand used as the raw material of Example 1, a sintered body was produced in the same manner as in Example 1. The TMA measurement result of this sintered body is shown in FIG.

実施例と比較例とのTMA測定結果を比較すると、実施例の熱的挙動は、比較例の熱的挙動とは大きく異なっており、参考例で示したジルコンの熱的挙動に近いことが分かった。
以上により、本発明において、0.1〜1.0wt%酸化マグネシウムを添加することによる効果が確認できた。
Comparing the TMA measurement results of the example and the comparative example, the thermal behavior of the example is significantly different from the thermal behavior of the comparative example, and it is found that the thermal behavior of the zircon shown in the reference example is close. It was.
From the above, in the present invention, the effect of adding 0.1 to 1.0 wt% magnesium oxide was confirmed.

Claims (5)

50wt%以上の酸化ジルコニウムと、
25〜40wt%の酸化ケイ素と、
酸化ジルコニウム及び酸化ケイ素に対して0.1〜1wt%の酸化マグネシウムとを含むジルコニウム質組成物であって、
1.0t/cmの圧力で成形し、1600℃で焼成したときの当該焼結体の熱的挙動において、30℃から1500℃まで昇温した後に30℃まで冷却する熱サイクル時の熱膨張率の変化幅が1.0%以内であり、且つ熱収縮率の変化幅が1.2%以内であり、ジルコニアの相転移に伴う熱膨張率及び熱収縮率の変化が0.2%以下であることを特徴とするジルコニウム質組成物。
50 wt% or more of zirconium oxide,
25-40 wt% silicon oxide;
A zirconium-based composition comprising 0.1 to 1 wt% magnesium oxide based on zirconium oxide and silicon oxide,
In the thermal behavior of the sintered body when molded at a pressure of 1.0 t / cm 2 and fired at 1600 ° C., the thermal expansion during the thermal cycle of raising the temperature from 30 ° C. to 1500 ° C. and then cooling to 30 ° C. The rate of change in rate is within 1.0%, the rate of change in thermal shrinkage is within 1.2%, and the change in thermal expansion rate and thermal shrinkage due to the phase transition of zirconia is 0.2% or less. A zirconium-based composition characterized in that
粒度分布における体積基準で70%以上が、0.1mm以上であることを特徴とする請求項1に記載のジルコニウム質組成物。   2. The zirconium-based composition according to claim 1, wherein 70% or more on a volume basis in the particle size distribution is 0.1 mm or more. 請求項1または2に記載のジルコニウム質組成物の製造方法であって、
マグネシウム化合物と、ケイ素化合物及びジルコニウム化合物もしくはケイ酸ジルコニウムとを混合する混合工程と、
前記混合工程で得られた混合粉末を融点以上で溶融する溶融工程と、
前記溶融工程で得られた溶融物を冷却し、整粒する整粒工程と、
を含むことを特徴とするジルコニウム質組成物の製造方法。
A method for producing a zirconium-based composition according to claim 1 or 2,
A mixing step of mixing a magnesium compound with a silicon compound and a zirconium compound or zirconium silicate;
A melting step of melting the mixed powder obtained in the mixing step above the melting point;
A sizing step for cooling and sizing the melt obtained in the melting step;
A process for producing a zirconium-based composition comprising:
請求項1または2に記載のジルコニウム質組成物を原料として含む耐火物。   A refractory containing the zirconium-based composition according to claim 1 as a raw material. 請求項1または2に記載のジルコニウム質組成物を含んだ粉体を成形し、当該成形体を焼成することを特徴とする耐火物の製造方法。   A method for producing a refractory, comprising: molding a powder containing the zirconium-based composition according to claim 1 or 2; and firing the molded article.
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