JP2548878B2 - バーナーノズル用不定形耐火物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばセメント焼成用
のロータリーキルン等におけるバーナーノズルに使用さ
れるバーナーノズル用不定形耐火物に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばセメント焼成用のロータリーキル
ンは、図２に示すように、傾斜して設けられた円筒状の
回転炉１の下端に、バーナーノズル２を回転炉１内に突
出させたバーナーを設けて構成される。そして、上方か
ら供給されるセメント原料Ｓが、バーナーノズル２から
噴出される燃焼ガスによって焼成され、クリンカーとな
って下部の排出口３から排出されるようになっている。
ここで、前記バーナーノズル２は、図１に示すように、
外周部に多数個のアンカー４を有する金属管体５の外周
囲を、耐火物製筒体６により所定厚みで覆って構成され
る。

【０００３】この場合、前記耐火物製筒体６は、アンカ
ー４を溶接した金属管体５の周囲部に、耐火物製筒体６
の外形に相当する円筒状の成形型（図示せず）を配置
し、この成形型内に、水を添加して混練した不定形耐火
物を流し込み、乾燥，固化した後脱型することにより形
成されるようになっている。

【０００４】而して、このようなバーナーノズルの耐火
物製筒体６、特にその先端部分は、熱負荷が高い位置に
配置され、また、セメントクリンカーの粉塵が吹上げら
れる場所に配置される事情がある。従って、耐火物製筒
体６には、耐火度が高く、耐スポーリング性，耐摩耗性
に優れる材質のものを使用することが求められるのであ
る。従来では、このようなバーナーノズル用の不定形耐
火物として、塩基性（マグネシア質）耐火物、あるい
は、高アルミナ質耐火物が用いられていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バーナ
ーノズル用として従来用いられていた塩基性（マグネシ
ア質）耐火物及び高アルミナ質耐火物にあっては、夫々
次のような欠点があった。即ち、マグネシア質耐火物で
は、耐火度が高い特長があるものの、耐スポーリング性
や耐摩耗性に劣り、比較的短期間で損耗してしまう欠点
があった。一方、高アルミナ質耐火物にあっては、耐摩
耗性及び耐火度は十分に得られるものの、高温（１４０
０℃以上）における焼結性が高いため、耐スポーリング
性に劣り、割れやすい欠点があった。

【０００６】このように、従来では、耐火度が高く、ま
た耐スポーリング性，耐摩耗性に優れるというバーナー
ノズル用として求められる特質の全てに満足するような
不定形耐火物は得られていなかったのである。なお、特
にセメントキルンにおいては、セメントの主成分である
カルシアとの反応性が低いものが望まれるといった事情
もある。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、耐火度が高く、また耐スポーリング
性，耐摩耗性に優れるバーナーノズル用不定形耐火物を
提供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のバーナーノズル
用不定形耐火物は、骨材，中間粒及び微粉からなる耐火
材料を主成分とし、水を添加して使用されるものであっ
て、高純度アルミナ及びムライトから構成される耐火材
料に、アルミナセメントが１〜５重量％及び、シリカ，
クロミア，チタニア及びアルミナのうちの１種以上から
なる超微粉が１〜１５重量％添加された成分組成とされ
ていると共に、前記ムライトが全体の３５重量％以上含
まれ、且つ、遊離シリカの含有量が全体の７重量％以下
とされているところに特徴を有するものである。

【０００９】

【作用】本発明者等は、熱負荷が高く、摩耗を受けやす
いといった過酷な条件の下で使用されるバーナーノズル
用の不定形耐火物において、いかなる耐火材料を用い、
またその成分組成をどのようにすれば、耐火度，耐スポ
ーリング性，耐摩耗性等の全てに優れたものが得られる
かについて、様々な実験，研究を重ねた。その結果、耐
火材料として、容積安定性に優れたムライト（３Ａｌ2
Ｏ3 ・２ＳｉＯ2）を採用することを知見し、本発明を
完成させるに至ったのである。

【００１０】即ち、ムライトは、熱膨張，熱収縮が少な
く熱安定性に優れるため、優れた耐スポーリング性を得
ることができる。この場合、優れた耐スポーリング性を
得るためには、ムライトが全体の３５重量％以上含まれ
ることが必要である。そして、ムライトは、アルミナと
シリカとが遊離していない組成物の状態においては、実
使用に十分に耐え得る耐火度を得ることができるのであ
る。また、結合剤としてアルミナセメントを採用したい
わゆるセメントレスキャスタブルとしたことにより、高
温強度の低下を防止し、十分な耐摩耗性が得られるので
ある。

【００１１】この場合、アルミナセメントは、結合剤と
して機能するのであるが、この機能を果たすためには１
重量％以上の添加が必要となる。また、５重量％を越え
て添加すると、施工時の水分添加量が増加し、これに伴
い気孔が多くなって組織の緻密性に劣ることとなると共
に、乾燥時間が長くなってしまうことになる。

【００１２】そして、超微粉は、シリカ，クロミア，チ
タニア及びアルミナのうちの１種以上の主として粒径５
μｍ以下の粉末であって、望ましくは粒径１μｍ以下の
ものを用いる。この超微粉の添加により、骨材や中間粒
間の間隙がほぼ完全に埋められるようになり、組織の緻
密性が向上して高強度をもたらすのである。組織の緻密
性向上のためには１重量％以上の添加が必要であり、ま
た、１５重量％以下とするのは、それを越えると施工時
の流動性が悪化するからである。

【００１３】また、分散剤は、アルカリ金属ポリ燐酸
塩、アルカリ金属炭酸塩、オキシカルボン酸塩等の界面
活性剤を採用することが望ましく、この分散剤を０．０
１重量％以上添加することにより、各成分の分散が促進
されて、少ない水分添加量でも良好な施工性を得ること
ができる。分散剤が０．２５重量％を越えると、過剰な
分散性が発揮されて硬化性が悪化してしまうことにな
る。

【００１４】ここで、超微粉中及びムライト材料中に遊
離シリカ成分が多く含まれると、耐火度が低下し、高温
での溶損や割れを招いてしまうので、遊離シリカは、全
体の７重量％以下の含有量に制限されなければならな
い。

【００１５】尚、緻密性の向上や乾燥時間の短縮等の観
点から、施工時の水分添加量をできるだけ少なくする
（例えば５％以下とする）ことが望ましい。本発明で
は、アルミナセメントの量の制限や、超微粉及び分散剤
の適量の添加により、低水分量で十分な施工性を得るこ
とができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。実
施例の不定形耐火物は、例えばセメント焼成用のロータ
リーキルンにおけるバーナーノズルの耐火物製筒体に使
用される。従来の技術の項でも述べたように、セメント
焼成用のロータリーキルンは、図２に示すように、傾斜
して設けられた円筒状の回転炉１の下端部に、バーナー
ノズル２を回転炉１内に突出させたバーナーを設けて構
成される。そして、上方から供給されるセメント原料Ｓ
が、バーナーノズル２から噴出される燃焼ガスによって
焼成され、クリンカーとなって下部の排出口３から排出
されるようになっている。

【００１７】ここで、前記バーナーノズル２は、図１に
示すように、外周部に多数個のアンカー４を有する金属
管体５の外周囲を、耐火物製筒体６により所定厚みで覆
って構成される。前記耐火物製筒体６は、アンカー４を
溶接した金属管体５の周囲部に、耐火物製筒体６の外形
に相当する円筒状の成形型（図示せず）を配置し、この
成形型内に、水を添加して混練した実施例の不定形耐火
物を流し込み、養生放置，固化した後脱型することによ
り形成される。尚、この場合、実施例の不定形耐火物
を、耐火物製筒体６のうちの下部側のみに用い、上部側
は従来より供されている比較的安価な不定形耐火物を使
用しても良い。

【００１８】実施例１〜１０は、特許請求の範囲に記載
された通りの成分組成を備える不定形耐火物であり、高
純度アルミナ及びムライトの骨材，中間粒及び微粉から
なる耐火材料を主成分とし、これに、アルミナセメント
が１〜５重量％、シリカ，クロミア，チタニア及びアル
ミナのうちの１種以上からなる超微粉が１〜１５重量
％、及び分散剤（アルカリ金属ポリ燐酸塩、アルカリ金
属炭酸塩、オキシカルボン酸塩等の界面活性剤）が０．
０１〜０．２５重量％添加された成分組成とされている
と共に、前記ムライトが全体の３５重量％以上含まれ、
且つ、遊離シリカの含有量が全体の７重量％以下とされ
ている。

【００１９】また、実施例１〜１０の不定形耐火物にお
ける全体の粒度分布は、水分添加量を少なくして強度を
向上させる観点から、次のように設定されている。 ６７３０〜４７６０μ １０〜２０重量％ ４７６０〜１６８０μ １０〜２０重量％ １６８０〜 ５９０μ １５〜２５重量％ ５９０〜 ２１０μ １０〜２０重量％ 〜 ２１０μ ３５〜４５重量％

【００２０】さらに、そのうちムライトの粒度分布は、
次のようにされている。 ６７３０〜４７６０μ １５〜３０重量％ ４７６０〜１６８０μ ５〜２０重量％ １６８０〜 ５９０μ ０〜 ５重量％ ５９０〜 ２１０μ ５〜１５重量％ 〜 ２１０μ １０〜２０重量％

【００２１】さて、このうち実施例１の不定形耐火物
に、適量の水を添加して施工した成形品についての特性
を、従来例１〜３と比較して次の表１に示した。この実
施例１の不定形耐火物の具体的な成分組成は、後述する
表２にも示されているように、高純度アルミナが３９重
量％、ムライトが４５重量％、アルミナセメントが４重
量％、超微粉が１２重量％、分散剤が０．１重量％の配
合であり、前記超微粉の内訳は、シリカが４重量％（全
体で遊離シリカが４重量％）とされ、残り（８重量％）
がアルミナとされている。一方、従来例１〜３は、従来
よりバーナーノズルに使用されている市販の不定形耐火
物であり、従来例１は高アルミナシャモット質のもの、
従来例２は高アルミナ質のもの、従来例３は高マグネシ
ア質のものである。

【００２２】

【表１】

【００２３】この表１から明らかなように、実施例１の
不定形耐火物では、高アルミナ質のもの（従来例２）に
比肩する高温強度を得ることができ、また、表１には詳
しく示されていないが、高マグネシア質のもの（従来例
３）と同等に近い耐火度（１６００℃の実使用温度に十
分耐え得る）を得ることができた。さらには、実施例１
の不定形耐火物によれば、従来例１〜３に比べて耐スポ
ーリング性が著しく向上した。

【００２４】これは、耐火材料に、熱膨張，熱収縮が少
なく熱安定性に優れたムライトを４５重量％含むことに
より、優れた耐スポーリング性が得られたものであると
考えられる。また、高温での溶損や割れを招く遊離シリ
カの含有量を全体の４重量％と少なく制限したため、十
分に高い耐火度を得ることができたのである。さらに
は、超微粉の適量の添加により、骨材や中間粒間の間隙
がほぼ完全に埋められるようになり、組織の緻密性が向
上して高強度をもたらしたと共に、結合剤としてアルミ
ナセメントを採用したことにより、高温強度の低下を防
止し、ひいては十分な耐摩耗性が得られたのである。

【００２５】そして、実施例１では、水分添加量が少な
いにも拘らず、十分良好な施工性が得られた。これは、
アルミナセメントの量の制限や、超微粉及び分散剤を適
量添加したことにより達せられたと考えられる。水分添
加量を少なくしたことにより、気孔を減少できて組織の
緻密性を高め得、また、乾燥時間の短縮化をも図ること
ができるものである。

【００２６】次に、本発明の不定形耐火物の成分組成の
適正を、いくつかの実施例により例証する。上述のよう
に、実施例１〜実施例１０は、特許請求の範囲に記載さ
れた通りの成分組成を有する不定形耐火物であり、具体
的には、後に掲載する表２に示す通りの成分組成とされ
ている。また、前述の粒度分布に調製されている。そし
て、これら実施例１〜実施例１０における遊離シリカの
含有量は、超微粉部のシリカの量に等しくなっている。

【００２７】これに対し、比較例１〜比較例８は、後に
掲載する表３に示す通り、特許請求の範囲から逸脱した
成分組成を有する不定形耐火物である。即ち、比較例１
及び２は超微粉の添加量を、比較例３及び４は分散剤の
添加量を、比較例５及び６はアルミナセメントの添加量
を、比較例７はムライトの含有量を、比較例８は遊離シ
リカの含有量を、夫々特許請求の範囲から逸脱したもの
に調製している。

【００２８】さて、これら実施例１〜１０及び比較例１
〜８について、適量の水を添加して施工し、施工性を調
べると共に、成形品の強度、耐食性、耐スポーリング性
の試験を行った。この試験結果を、表２及び表３に示
す。尚、各試験方法及び評価基準は次の通りである。

【００２９】（ａ）施工性 各不定形耐火物に所定水分を添加した後、棒状バイブレ
ータにて流動性を確認した。評価については、バイブレ
ータによる穴があかないものを○、少し穴ができるよう
であるが型枠を叩くと穴が埋まる程度のものを△、穴が
あいたまま又は所定水分で流動性が得られないものを×
で表わしている。

【００３０】（ｂ）曲げ及び圧縮強度 曲げ強度については、各不定形耐火物から形成した試験
片（４０×４０×１６０mm）を、試験機にて、長手方向
の両端下面を支持した状態で上面中心部に荷重を加え、
最大荷重を求めた。圧縮強度については、各不定形耐火
物から形成した試験片（４０mmの立方体）を、試験機に
て加圧し、試験片がつぶれたときの最大荷重を求めた。
評価については、良好であったものを○、やや劣るもの
を△、不良のものを×で表わしている。

【００３１】（ｃ）耐食性 各不定形耐火物から形成したルツボ型の供試体（７０mm
の立方体の上部に３５Ｈ×３０φの穴をあけたもの）
に、２０ｇのカルシア粉末を充填し、１５５０℃−２４
時間の保持を行い、冷却後、供試体を中央部にてカッテ
ィングし、切断面の浸食状態を観察した。評価について
は、良好であったものを○、やや劣るものを△、不良の
ものを×で表わしている。

【００３２】（ｄ）耐スポーリング性 各不定形耐火物から形成した試験片（１１４×６５×２
３０mm）を、加熱面（１１４×６５mm）の長さ方向の一
端側１／３を電気炉内に、他端側１／３を炉外に配置す
るようにして、炉内を所定の試験温度（１２００℃）ま
で上げて３０分間保持し、その後試験片を取出して３０
分間放置空冷する。このサイクルを繰返し、加熱面の１
／２以上が剥離するまでの回数を調べた。評価について
は、３０回以上耐えたものを○、２０〜２９回耐えたも
のを△、１９回以下のものを×で表わしている。

【００３３】

【表２】

【００３４】

【表３】

【００３５】これら表２及び表３から明らかなように、
実施例１〜１０の不定形耐火物は、施工性、強度、耐食
性、耐スポーリング性の全てに関して良好な試験結果が
得られた。

【００３６】これに対し、超微粉を過多あるいは過少と
した比較例１，２、及び分散剤を過多あるいは無添加と
した比較例３，４では、施工時の流動性あるいは硬化性
が悪化して施工できなかった。そして、アルミナセメン
トを過少とした比較例５では、強度及び耐スポーリング
性が悪く、アルミナセメントを過多とした比較例６では
耐食性に劣った。さらに、ムライトを過少とした比較例
７では耐スポーリング性に劣り、遊離シリカの含有量を
過多とした比較例８では耐食性に劣るものとなった。

【００３７】このように本実施例の不定形耐火物によれ
ば、従来では得られていなかった耐火度が高く、また耐
スポーリング性，耐摩耗性に優れるというバーナーノズ
ル用として求められる特質の全てに満足するものとな
り、バーナーノズル２の耐火物性筒体６としての使用に
極めて好適するものである。しかも、セメントの主成分
であるカルシアとの反応性が低く、特にセメントキルン
における使用に好適するものである。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明にて明らかなように、本発明
のバーナーノズル用不定形耐火物によれば、耐火度が高
く、また耐スポーリング性，耐摩耗性に優れるというバ
ーナーノズル用として求められる特質の全てに満足する
という優れた実用的効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】バーナーノズルの縦断側面図

【図２】ロータリーキルンの要部を示す縦断側面図

【符号の説明】

図面中、１は回転炉、２はバーナーノズル、５は金属管
体、６は耐火物製筒体を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 骨材，中間粒及び微粉からなる耐火材料
   を主成分とし、水を添加して使用されるバーナーノズル
   用不定形耐火物であって、高純度アルミナ及びムライト
   から構成される耐火材料に、アルミナセメントが１〜５
   重量％及び、シリカ，クロミア，チタニア及びアルミナ
   のうちの１種以上からなる超微粉が１〜１５重量％添加
   された成分組成とされていると共に、前記ムライトが全
   体の３５重量％以上含まれ、且つ、遊離シリカの含有量
   が全体の７重量％以下とされていることを特徴とするバ
   ーナーノズル用不定形耐火物。