JP5707632B2 - モルタル - Google Patents

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Description

本発明はモルタル、特に加熱および冷却によるヒートショックが繰り返し加わる部位に使用されるモルタルに関するものである。
従来から、モルタルは、金属溶湯用容器のライニング構造における耐火材の目地締め等の用途に広く用いられている(例えば、特許文献1)。
しかし、従来のモルタルは、金属溶湯用容器のライニング構造等、繰り返し加熱および冷却によるヒートショックが繰り返し加わる部位に使用された場合、モルタルが膨張収縮して目地が開き溶湯漏れが生じやすい問題があった。
なお、特許文献2には、溶湯濾過装置において、柔軟性のあるファイバー系モルタルを介して濾過用のセラミックチューブを溶湯濾過装置内で側板に取り付ける技術が開示されているが、従来のファイバー系モルタルは、ファイバーをモルタル中に10〜20質量%程度含有させて使用されるものであった。
しかし、ファイバーをモルタル中に混合させたものは、高温で溶湯濾過装置内に常時溶湯が満たされている条件下においては、装置内の温度変化幅が小さく特段の不都合を生じないものの、金属溶湯の出し入れが頻繁に行われる金属溶湯用容器では、金属溶湯用容器の温度変化幅が常温〜1000℃超と非常に大きくなり、このような大きな温度変化幅で、モルタルに繰り返し加熱および冷却によるヒートショックが繰り返し加わった場合、高温条件下におけるモルタルの膨張と、温度降下時におけるモルタルの収縮との繰り返しにより、モルタルで接着していた箇所で目地が開いてしまう問題があった。
特開2002−35927号公報 特許第4046345号公報
本発明の目的は前記の問題を解決し、温度の変化幅が大きい箇所の目地として使用された場合であっても、膨張収縮およびそれに伴う目地開きを抑制することができるモルタルを提供することである。
上記課題を解決するためになされた本発明のモルタルは、Alを80〜98質量%、SiOを1〜18質量%、Bを0.1〜6.0質量%、アルミナファイバーを0.05〜1.0質量%、各々含有することを特徴とするものである。
請求項記載の発明は、請求項1記載のモルタルにおいて、その他の成分として、粘土鉱物を含有することを特徴とするものである。
本発明では、モルタル中に、Alを80質量%以上含有させるとともに、SiOの含有量を18質量%までに抑制することにより、溶融アルミに対する優れた耐食性を実現している。また、モルタル中に、SiOを1質量%以上、Bを0.1質量%以上、各々含有させることによって十分な焼結性を確保して優れた接着強度を実現するとともに、Bの含有量を6.0質量%までに抑制することにより、ガラス化を抑制し耐熱性および耐久性を確保している。
更に、本発明では、Alを80〜98質量%、SiOを1〜18質量%、Bを0.1〜6.0質量%含有し、前記特性を備えるモルタル中に、アルミナファイバーを0.05質量%以上含有させることにより、該モルタルが温度の変化幅が大きい箇所の目地として使用された際に生じるモルタルの膨張収縮を抑制可能とするとしている。なお、アルミナファイバーの含有量が1.0質量%を超えると、施工性及び接着強度が不十分となるところ、本発明では、アルミナファイバーの含有量を1.0質量%までに抑制して、これらの問題を回避可能としている。
以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
本発明のモルタルの主成分は、アルミナ粉末である。アルミナ粉末は耐熱性と強度を発現させるために必要な主成分であり、モルタル中のAl含有量を80〜98質量%としている。Al含有量が80質量%以下の場合、例えば、溶融アルミウム用容器の目地材として使用される際の溶融アルミウムに対する耐食性が不足となるため好ましくない。一方、Al含有量が98質量%以上の場合、バインダー成分不足となり接着強度等が不十分となるため好ましくない。
本発明のモルタルは、前記のAlの他、必須構成成分として、1〜18質量%のSiOと0.1〜6.0質量%のBを含有する。
SiO含有量が1質量%以下の場合、焼結性が不足となり接着強度が不十分となるため好ましくない。一方、SiO含有量が18質量%を超えると、溶融アルミに対する耐食性が不十分となるため好ましくない。
含有量が0.1量%以下の場合、焼結性が不足となり接着強度が不十分となるため好ましくない。一方、B含有量が6.0質量%を超えると、ガラス化が促進され耐久性(耐熱)に問題が生じるため好ましくない。
更に、本発明では、前記成分を含有するモルタル中に、0.05〜1.0質量%のアルミナファイバーを含有する。
アルミナファイバー含有量が0.05質量%以下の場合、モルタルの収縮性の低減が不十分となるため好ましくない。一方、アルミナファイバー含有量が1.0質量%を超えると、施工性及び接着強度が低下するため好ましくない。
通常、アルミナファイバー中には、灼熱減量値として5超〜10質量%のバインダー等の揮発分を含んでいるが、アルミナファイバー中にバインダーが存在すると、加熱時にバインダーが揮発する分、ファイバーの熱収縮が大きくなり、モルタル全体の収縮に大きな影響を与える。このため、モルタルの膨張収縮を抑制する観点からは、アルミナファイバー中におけるバインダーの含有量はできる限り低減させ、少なくとも5質量%以下とすることが望ましく、バインダーを含有しないアルミナファイバーを用いることが最も好ましい。
本発明のモルタルは、上記成分の他、CaOやMgOを含む粘土鉱物を含有することができる。粘土鉱物を添加することによってセラミック粉末の沈降を防止し、長期保存後の塗工性を高めることができる。
700℃程度のアルミ溶湯の出し入れが頻繁に行われるアルミ溶湯用容器の目地締めに上記のモルタルを用いた場合、施工されたモルタル部分にも、アルミ溶湯の出し入れに伴う大きな温度変化(常温〜1000℃超)が繰り返し生じるが、前記アルミナファイバーがモルタルの膨張収縮を抑制するため、ヒートショックの繰り返し付加に伴う目地開きを、従来のモルタルに比べ顕著に抑制することができる。
モルタルの各成分につき、含有量を検討した結果を下記表1に示している。
Figure 0005707632
(表1の各評価項目について)
「耐アルミ性」は、750℃に保持したアルミニウム合金(例:ADC−12)溶湯中に□40mm×20mmのサンプルを100hrs浸漬した後の状態を外観評価したものである。
表1では、この外観評価でアルミ溶湯との反応付着量が多いものを「×」、中程度のものを「△」、少ないものを「○」と評価した。
「線収縮性」は、40mm×40mm×160mm 形状のサンプルの110℃乾燥後寸法をA、800℃焼成後寸法をBとした時、「(B−A)/A×100(%) 」で求められる残存線変化率で評価したものである。
表1では、この残存線変化率が、−0.5〜0.5%のものを「○」、−1〜−0.5%のものを「△」、それ以外のものを「×」と評価した。
「耐熱性」は、上記サンプル形状品を1000℃で焼成した時の残存線変化率で評価したものである。
表1では、この残存線変化率が、−0.5〜0.5%のものを「○」、それ以外のものを「×」と評価した。
「施工性」は、施工のやり易さ、やり難さを官能的に評価したものである。
「接着強度」は、基材となる炭化珪素炉材を40×50×10tに切り出したのち、断面積が40×10となる部分に不定形耐火物を塗布し、基材同士を不定形耐火物厚み2mmとなるように接着させ、基材を接着させたサンプルを所定の温度で乾燥(110℃×24hrs)・焼成後 (800℃×3hrs)、図2に従い3点曲げ強度(接着強度)をJIS R2553に準拠して測定したものである。
比較例1では、Al含有量が不足し、SiO含有量が過剰となっている結果、溶融アルミに対する耐食性(表1における「耐アルミ性」)が、700℃程度のアルミ溶湯の出し入れが頻繁に行われるアルミ溶湯用容器の目地締め用の用途として、不十分であった。また、B含有量が不足している結果、焼結性が不足となり接着強度が前記用途として不十分であった。更に、アルミナファイバー含有量が不足し、モルタルの収縮性の低減(表1における「線収縮性」)が前記用途(700℃程度のアルミ溶湯の出し入れが頻繁に行われ、アルミ溶湯の出し入れに伴う大きな温度変化(常温〜1000℃超)が繰り返し生じるアルミ溶湯用容器の目地締め用)として不十分であった。
比較例2では、B含有量が不足している結果、焼結性が不足となり接着強度が前記用途として不十分であった。更に、アルミナファイバー含有量が不足し、モルタルの収縮性の低減(表1における「線収縮性」)が前記用途として不十分であった。
比較例3では、B含有量が不足している結果、焼結性が不足となり接着強度が前記用途として不十分であった。
比較例4では、アルミナファイバー含有量が不足し、モルタルの収縮性の低減(表1における「線収縮性」)が前記用途として不十分であった。
比較例5では、SiOを含有していないため、焼結性が不足となり接着強度が前記用途として不十分であった。
比較例6では、アルミナファイバー含有量が過剰となっている結果、施工性及び接着強度が低下し、前記用途として不十分であった。
比較例7では、B含有量が過剰となっている結果、ガラス化が促進され耐久性の観点で、前記用途として不十分であった。
バインダーの有無によるモルタルの収縮性への影響を検討するため、実施例1〜4ではバインダーを含有しないアルミナファイバーを使用し、実施例5〜7では5質量%のバインダーを含有するアルミナファイバーを使用して検討をおこなったところ、双方、前記用途として十分なレベルでモルタルの収縮性の低減効果を得ることができたが、バインダーを含有しないアルミナファイバーを使用した場合、より顕著なモルタルの収縮性の低減効果を確認することができた。

Claims (2)

  1. Alを80〜98質量%、SiOを1〜18質量%、Bを0.1〜6.0質量%、アルミナファイバーを0.05〜1.0質量%、各々含有することを特徴とするモルタル。
  2. その他の成分として、粘土鉱物を含有することを特徴とする請求項1記載のモルタル。
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