JP5509016B2

JP5509016B2 - 軽量断熱キャスタブル

Info

Publication number: JP5509016B2
Application number: JP2010217821A
Authority: JP
Inventors: 雅史西村; 孝昭小山; 久晴佐々木; 勝瀧川
Original assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Current assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2030-09-28
Also published as: JP2012072014A

Description

本発明は、各種炉蓋、加熱炉、焼却炉などに使用される軽量断熱キャスタブルに関し、更に詳細には、１０００℃〜１２００℃の中間温度域で高強度を発揮する軽量断熱キャスタブルに関するものである。

近年、世界規模でのエネルギー消費量の増加に伴う地球環境問題がクローズアップされ、世界各国がＣＯ_２排出削減に取り組まなければならない状況になってきている。高熱を扱う各種窯炉も例外ではなく、高い断熱性が求められている。また、各種窯炉に安定した施工体を施工するために、各種耐火物に高い強度も求められている。

例えば、特許文献１には、主組成がＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３であるアルミナ−石灰クリンカーと、５〜１５質量％の高アルミナセメントからなる溶融金属容器の内張材が開示されている。特許文献１によれば、内張り材にＡｌ_２Ｏ_３とＣａＯが共存しているために、内張り材とスラグが接触すると、ＣａＯが溶け出してスラグの融点は低い方向に向かい、内張り材の耐食性を低下することなく、スラグのビルドアップを防止できるとしている。

また、特許文献２には、ＣＡ６（ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３）組成の六方晶系結晶のポーラスな断熱骨材を骨材とし、結合剤として水硬性アルミナを添加した断熱耐火組成物において、酸化物換算の化学組成でＳｉＯ_２が全体組成の０．５質量％未満であることを特徴とする断熱耐火組成物が開示されている。ここで、水硬性アルミナは、施工雰囲気温度が高い場合の乾燥後の強度物性値低下を抑制するために用いられている。

更に、特許文献３には、少なくとも軽量耐火性原料、フッ化カルシウム及び結合材からなるアルミニウム及びアルミニウム合金溶湯用軽量キャスタブル耐火物において、前記軽量耐火性原料がＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３質軽量骨材であり、前記軽量キャスタブルの固形分を１００質量％として前記フッ化カルシウムを３〜３０質量％含有することを特徴とするアルミニウム及びアルミニウム合金溶湯用軽量キャスタブル耐火物が開示されている。特許文献３によれば、フッ化カルシウムを添加することにより地金離れが良好になり、付着物の成長や溶湯の汚染を防止できるとしている。

また、特許文献４には、かさ比重１．０以下の軽量耐火性骨材、平均粒径７５μｍ以下のアルミナ微粉及びアルミナセメントからなる耐火組成物と、分離防止剤とを水で混練してなるポンプ圧送用断熱キャスタブル耐火物であって、前記軽量耐火性骨材のうち９０質量％以上がＡｌ_２Ｏ_３であり、前記分離防止剤がウエランガム及び／又はキサンタンガムであるとともにその添加量が前記耐火組成物１００質量％に対して０．０１〜０．１質量％（外割）であり、前記軽量耐火性骨材と、前記アルミナ微粉と、前記アルミナセメントの合計に対する前記軽量耐火性骨材の容積配合比が０．６５〜０．８５であることを特徴とするポンプ圧送用断熱キャスタブル耐火物が開示されている。なお、特許文献４の［００２４］段落には、アルミナセメントの含有量は耐火組成物１００質量％に対してＣａＯ換算量で５〜１０質量％が好ましい旨の記載がある。

更に、特許文献５には、粒径１ｍｍ以上の粗粒域に、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とした多孔質な断熱性骨材が該粗粒域１００質量％に占める割合で６５質量％以上配合され、粒径７５μｍ未満の微粒域には、アルミナ質原料及びアルミナセメントが該微粒域１００質量％に占める割合で合計６５質量％以上配合され、かつ該微粒域の化学成分構成がＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３の質量比＝０．０３〜０．１３なる条件を満たす耐火性粉体組成物と、この耐火性粉体組成物１００質量％に対する外掛けで３０〜５０質量％の量の施工水とを含んでなる断熱キャスタブル耐火物が開示されている。また、特許文献５の［００２５］段落には、アルミナセメントの割合が耐火性粉体組成物１００質量％に占める割合で、３５質量％以下であることが好ましい旨の記載がある。

また、非特許文献１には、ＳＬＡ−９２［アルコア（Alcoa）社製：ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３よりなる高純度微細多孔質軽量断熱骨材］７０〜９３％、セメント５〜３０％の配合を有する高温断熱キャスタブルが開示されている。

特開平３−１５９９６７号公報特開２００２−１７９４７１号公報特許第４３６１０４８号公報特許第４４６４３０３号公報特開２００９−２０３０９０号公報

UNITECR '99 181〜186頁 "Long Term High Temperature Stability of Microporous Calcium Hexaluminate Based Insulating Materials"

しかしながら、特許文献１に記載の内張り材に使用されている溶融金属容器の内張材は、アルミナセメントの配合割合が５〜１５質量％と少ないため、１０００℃〜１２００℃の温度域での強度が不十分である。また、特許文献２に記載の断熱耐火組成物は、結合剤として水硬性アルミナが使用されており、１０００℃〜１２００℃の温度域での強度が不充分である。更に、特許文献３に記載されたアルミニウム及びアルミニウム合金溶湯用軽量キャスタブル耐火物には、フッ化カルシウムが配合されており、フッ素が検出される恐れがあり、フッ素を嫌う用途には使用することができない。また、特許文献４に記載されたポンプ圧送用断熱キャスタブル耐火物は、ポンプ圧送施工時の沈降防止のために、分離防止剤（ウエラガム、キサンタンガム）が配合されており、このキャスタブル耐火物を流し込み施工に使用すると、保形性が高過ぎてキャスタブル耐火物の平滑性が不充分となり、施工に不具合を生じる恐れがある。更に、特許文献５に記載された断熱キャスタブル耐火物では、セメント量が３５％以下で設定されているため、強度が不足する。また、比較例としてアルミナセメントを４５％配合した例が挙げられているが、アルミナ微粉の配合量が少ないために、１０００〜１２００℃の中間温度域での強度を改善することができない。また、非特許文献１に記載された断熱キャスタブル耐火材では、その配合例におけるセメントの配合量が５〜３０％程度と少なく、１０００℃〜１２００℃の中間温度域で十分な強度を発揮することができない。

従って、本発明の目的は、１０００℃〜１２００℃の中間温度域で高強度を発揮することができる軽量断熱キャスタブルを提供することにある。

即ち、本発明の軽量断熱流し込み用キャスタブルは、粒径３ｍｍ未満のＣａＯ・6Ａｌ_２Ｏ_３を３０〜５０質量％、アルミナセメントを４０〜６０質量％及び粒径４５μｍ未満のアルミナ微粉を１０〜２０質量％含有してなる耐火原料に対して外掛けで０．０１〜１．０質量％のグアーガム誘導体、メチルセルロース系増粘剤、アクリル樹脂、アクリルエマルション、デキストリン、含水珪酸マグネシウム及びベントナイトから選択される増粘剤を配合してなることを特徴とする。

本発明によれば、１０００℃〜１２００℃の中間温度域で高強度を発揮する軽量断熱キャスタブルを得ることができる。

本発明の軽量断熱キャスタブルには、粒径３ｍｍ未満のＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３を３０〜５０質量％使用する。ここで、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３の粒径が３ｍｍ以上となると、施工体の強度が不足するため好ましくない。なお、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３は、好ましくは３〜１ｍｍの範囲の粒子を２０〜４０質量％配合することが好ましい。なお、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３の配合量が５０質量％を超えると、施工体の強度が不足するため好ましくなく、また、３０質量％未満であると、断熱効果が発現しないため好ましくない。なお、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３の配合量は、好ましくは３５〜４５質量％の範囲内である。

また、本発明の軽量断熱キャスタブルには、アルミナセメントを４０〜６０質量％使用する。ここで、アルミナセメントの配合量が６０質量％を超えると、施工体が収縮することがあるため好ましくなく、また、４０質量％未満であると、１０００℃〜１２００℃の中間温度域で施工体に十分な強度を付与することができないために好ましくない。なお、アルミナセメントの配合量は、好ましくは４０〜５５質量％の範囲内である。なお、アルミナセメントの配合量は、ＣａＯ換算量で６〜１７質量％の範囲内に相当する。

更に、本発明の軽量断熱キャスタブルには、粒径４５μｍ未満のアルミナ微粉を１０〜２０質量％使用する。ここで、アルミナ微粉の粒径が４５μｍ以上となると、微粉としての効果が小さく、施工体に強度を付与できないために好ましくない。

なお、本発明の軽量断熱キャスタブルには、上記粒径３ｍｍ未満のＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３、アルミナセメント及び粒径４５μｍ未満のアルミナ微粉に加えて、アルミニウム粉末、アルミニウム合金粉末、発泡剤、金属ファイバー、有機ファイバー、セラミックファイバー、縮合燐酸塩や、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリカルボン酸カルシウム等のアルカリ金属またはアルカリ土類金属塩やそれらの重合体又は共重合体などの分散剤のようなその他の成分を配合することもできる。これらの成分の配合量は０．０１〜１．０質量％の範囲内が好ましい。

また、本発明の軽量断熱キャスタブルには、増粘剤を配合する。増粘剤としては、例えばグアーガム誘導体、メチルセルロース系のような天然系増粘多糖類、アクリル樹脂、アクリルエマルション、デキストリン、含水珪酸マグネシウム、ベントナイト等を挙げることができ、メチルセルロース系増粘剤を使用することが好ましい。増粘剤の配合量は、上記成分の合計量に対して外掛けで０．０１〜１．０質量％、好ましくは０．１〜０．５質量％の範囲内である。増粘剤の配合量が外掛けで０．０１質量％未満であると、施工時に充分な流動性を与えることができないために好ましくなく、また、１．０質量％を超えると、粘性が高くなりすぎるために好ましくない。

本発明の軽量断熱キャスタブルを施工する際には、所定量の水を軽量断熱キャスタブルに添加、配合して混練する。水の配合量は、上記粒径３ｍｍ未満のＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３、アルミナセメント及び粒径４５μｍ未満のアルミナ微粉並びに増粘剤、その他の成分の合計量に対して外掛けで４０〜６０質量％、好ましくは５０〜６０質量％の範囲内である。水の配合量が４０質量％未満であると、施工性が悪化するため好ましくなく、また、６０質量％を超えると、施工体の密度が低くなり、強度が低下するために好ましくない。

本発明の軽量断熱キャスタブルを更に説明する。
以下の表１に記載する配合割合にて本発明品及び比較品の配合物を作製し、得られた配合物に所定量の水を添加し、万能ミキサーにて混練した後、４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍの型枠に流し込み、硬化、脱枠後、１１０℃で２４時間乾燥して供試体を得た。
得られた供試体について、線変化率、曲げ強さ、かさ比重並びに熱伝導率を次に示す方法により測定した：
線変化率：ＪＩＳＲ２５５４に準じ、１０００℃焼成後の供試体について測定した；
曲げ強さ：ＪＩＳＲ２５５３に準じ、１０００℃焼成後の供試体について測定した；
かさ比重：ＪＩＳＲ２２０５に準じ、焼成後の供試体について測定した；
熱伝導率：１１５×１１４×６５ｍｍの供試体を１０００℃で３時間焼成した後、熱線法により測定した。
得られた結果を表１に併記する。

本発明の軽量断熱キャスタブルは、各種炉蓋、加熱炉、焼却炉などに使用することができる。

Claims

粒径３ｍｍ未満のＣａＯ・6Ａｌ_２Ｏ_３を３０〜５０質量％、アルミナセメントを４０〜６０質量％及び粒径４５μｍ未満のアルミナ微粉を１０〜２０質量％含有してなる耐火原料に対して外掛けで０．０１〜１．０質量％のグアーガム誘導体、メチルセルロース系増粘剤、アクリル樹脂、アクリルエマルション、デキストリン、含水珪酸マグネシウム及びベントナイトから選択される増粘剤を配合してなることを特徴とする軽量断熱流し込み用キャスタブル。
更に、アルミニウム粉末、アルミニウム合金粉末、発泡剤、金属ファイバー、有機ファイバー、セラミックファイバー、縮合燐酸塩、ポリアクリル酸又はポリカルボン酸のアルカリ金属またはアルカリ土類金属塩又はそれらの重合体又は共重合体から選択されるその他の成分を含有する、請求項１記載の軽量断熱流し込み用キャスタブル。
水の配合量が外掛けで４０〜６０質量％である、請求項１または２記載の軽量断熱流し込み用キャスタブル。