JP6037234B2

JP6037234B2 - 耐火性組成物及びそれから物品を形成する方法

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Publication number: JP6037234B2
Application number: JP2013501392A
Authority: JP
Inventors: ディヴィッドミンツ; ジェンズデッカー
Original assignee: ステラマテリアルズインコーポレイテッド
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2031-03-22
Also published as: ES2776131T3; US9586866B2; MX2012011020A; EP2550243A2; WO2011119598A2; US20160075604A1; EP2550243B1; CA2794146C; US20130210605A1; JP2013527827A; US20160236985A9; BR112012024123A2; EP2550243A4; BR112012024123B8; EP3636622A1; PL2550243T3; WO2011119598A3; BR112012024123B1; CA2794146A1

Description

関連出願の参照
本願は、２０１０年３月２３日に提出された米国特許仮出願第61/316,602号からの優先権を主張し、その内容は参照として本願に組み込まれる。

本発明は一般に耐火性組成物及びそれから物品を形成する方法、特に、優れた耐火性腐食抵抗性を有する物品を生産するために、組成物結合剤中に単独で又は他の結合剤成分と一緒に形成された結晶のＡｌＰＯ₄を有する組成物に関する。

セメント結合物質は、大部分は２０℃の周囲温度で機械的結合のみを形成する。これらの周囲温度硬化物質の接着が起こり、周囲温度での結合に便利であるが粗い表面のため接着は高温硬化物質と比較して弱く、また、加熱中又は熱ストレスに曝されたときに機械的不具合に悩まされる傾向がある。そのような物質の代表は、セメント成分及び存在する基質の両方との化学的結合によって特徴付けられるTERMBOND（登録商標）耐火物である。乾燥凝結体と液体活性剤との発熱反応の間、イオン結合が起こって金属酸化物リン酸塩を形成し、結合性及び接着性の両方を提供して化学的に侵略的（aggressive）な高温環境においてより大きな強度及び耐久性を与える。この物質はアルカリリン酸塩を含む結合剤系によって特徴付けられ、周囲温度設定及び結合を容易にする。残念ながら、アルカリリン酸塩は、結果として生じる物質の操作の高温限界を制限する低融点によって特徴付けられる。更に、アルカリリン酸塩の酸度は、そうでなければ予備硬化したセメント混合物の取扱適性を向上し得る、様々な分散剤又は解膠剤の導入を不可能にする。結果として、焼きしまりによるセメント強化は、付加的なリン酸を加えて予備硬化セメント混合物の流動性を向上させなければ、ポンピングやショットクリーティングのような多くの場合望ましい取扱方法を大部分は不可能にし、作業時間を延長する。しかしながら、より多くのリン酸の添加は予備硬化したセメント混合物のリン酸塩：アルカリ比を変え、その結果、追加のリン酸の無い注型予備硬化セメント混合物と比べて、付加的なリン酸を用いて形成されたセメントの強度特性を常に減少させる。これらの制限の結果として、耐火性セメントに基づくアルカリリン酸結合剤系は限定された受容を受けてきた。

従って、向上した耐火性アルカリ抵抗性及び優れた取扱適性を有する、リン酸塩結合剤を含む耐火性組成物への必要が存在する。従来の耐火性物品と比較して延長された稼動寿命を有するそのような組成物から形成された耐火性物品への必要もまた存在する。

従来技術の耐火性物質の欠点を克服し、取扱特性及び物品強度を改善する、耐火性組成物、キット及び発明の耐火性組成物を形成する方法を提供する。耐火性組成物は複数の凝結セラミック粒子及び前記複数の凝結セラミック粒子に焼結された結合剤を含み、前記結合剤は、メタリン酸アルミニウムとアルミナとの反応の結果として結合剤中に分散された結晶性オルトリン酸アルミニウムを含む。前記複数の凝結セラミック粒子は任意にボーキサイト粒子を含む。いくつかの態様において、前記複数の凝結セラミック粒子は炭化ケイ素、ヒュームドシリカ、又はムライトの少なくとも一つを含む。

結晶性オルトリン酸アルミニウムは任意にベルリナイトの結晶構造を有する。いくつかの態様において、前記結晶性オルトリン酸アルミニウムは非晶質ガラス相を欠いている。

本発明による組成物は任意にファーシル（facile）又は非ファーシル（nonfacile）添加剤を含み、非ファーシル添加剤は任意にアルミン酸カルシウムセメント、ケイ酸ナトリウム、ポリリン酸塩、又は有機塩である。任意に、組成物は鋼繊維充填剤を含む。

本発明の独自の組成物は従来技術の耐火性組成物と比較して増大した強度を提供し、本発明のいくつかの態様は理論上９０％以上の密度及び任意に１００Ｎ／ｍｍ²超の冷間圧縮強さ（cold crush strength）を有する。

耐火性物品を形成する方法もまた提供され、前記方法は１０スラリー質量パーセント未満の水又は有機溶媒の存在下で、メタリン酸アルミニウム微粒子をＡｌ_2-xＭＯ₃と混合して混合物を形成する工程、前記混合物を以下の反応、
Ａｌ（ＰＯ₃）₃ ＋Ａｌ_2-xＭＯ₃ → ＡｌＡｌ_2-xＭＰＯ₄ （ＩＩ）
（但し、式中、ＭはＳｂ，Ｂｉ，Ｂ，Ｃｒ（ＩＩＩ）、Ｅｒ、Ｇｄ（ＩＩＩ）、Ｉｎ（ＩＩＩ）、Ｎｉ（ＩＩＩ）、Ｒｈ（ＩＩＩ）、Ｓｍ（ＩＩＩ）、Ｓｃ（ＩＩＩ）、Ｔｂ（ＩＩＩ）、Ｔｉ（ＩＩＩ）、Ｗ（ＩＩＩ）、Ｖ（ＩＩＩ）、Ｙｂ（ＩＩＩ）、又はＹ（ＩＩＩ）；及びｘは０〜２の数である。）
を引き起こすのに十分な温度及び時間で加熱する工程、を含む方法である。いくつかの態様において、反応を引き起こすのに用いられる温度は８００℃超である。

前記方法は任意に複数の凝結体粒子を前記メタリン酸アルミニウム微粒子及びＡｌ_2-xＭＯ₃と混合する工程を更に含む。任意に、アルミン酸カルシウムセメント、ケイ酸ナトリウム、又はポリリン酸塩の少なくとも一つの添加剤を前記混合物に加えて加熱する。方法は任意に鋼繊維を前記混合物中に埋め込む工程を含む。

方法は任意に前記混合物を物品と相補的な形状を有する鋳型に注ぐ工程、混合物を乾燥させて未処理製品（greenware）を形成する工程、及び未処理製品を加熱して前記反応を引き起こす工程、を含む。鋳型は任意に石膏型である。

任意に発明の組成物の形成に使用するためのキットが提供され、前記キットはメタリン酸アルミニウム及び非ファーシル添加剤を含む。説明書が前記キットと共に任意に提供され、前記説明書は注型のためにメタリン酸アルミニウムをアルミナ及び１０スラリーパーセント未満の水又は有機溶媒と混合し、次に８００℃超の温度で焼成して、連続結合剤マトリックス相としてオルトリン酸アルミニウムを形成する、としている。

非ファーシル添加剤は任意にアルミン酸カルシウムセメント、ケイ酸ナトリウム、ポリリン酸ナトリウム、又はその組み合わせを含む。キットは任意にファーシル添加剤を更に含む。いくつかの態様において、キットは鋼繊維充填剤を含む。

本発明は、様々な凝結体粒子、繊維、及び結晶性オルトリン酸アルミニウム、ＡｌＰＯ₄を含むその場形成された結合剤によって加えられた充填剤を含む耐火性組成物として有用性を有する。オルトリン酸アルミニウムの一般的な結晶性形状はベルリナイトである。本発明によれば、耐火性結合剤を製造するためにキットが提供される。前記キットは説明書と共にメタリン酸アルミニウム、Ａｌ（ＰＯ₃）₃、アルミン酸カルシウムを含み、内容物をある量の水及び耐火性凝結体源と混合し、その後焼成して耐火性物質を形成する。メタリン酸アルミニウムはアルミナ、Ａｌ₂Ｏ₃を含む耐火性凝結体と反応して結晶性オルトリン酸アルミニウム、ＡｌＰＯ₄を形成する。オルトリン酸アルミニウムは、約５８０℃超の温度へ加熱した時に、約１６５０℃の分解温度を有する熱力学的製品である。結果として生じる耐火性組成物は鋼繊維のような補強材の練り込みの影響を受けやすく、炭化ケイ素、ムライト、アルミナ、チタニア、及びその組み合わせを含む凝結体微粒子と作用する。そのような耐火性組成物は９０％より大きい理論上の密度、及び８８Ｎ／ｍｍ²超の冷間圧縮強さを有して容易に形成される。含水量及び従来の添加物の制御を通して、発明の組成物からの物品の注型形態は、従来の物質と比較して、取り扱い並びに焼成して優れた強度及びアルカリ抵抗性を有する耐火性物品を提供するのに先立って任意に機械加工されるのに十分な未処理強度（green strength）を有する。

耐火性物質のための発明のバインダリ（bindery）は、凝結セラミック粒子を混ぜられ、結晶の結合剤としてオルトリン酸アルミニウムができる条件下において処理されるメタリン酸アルミニウムを含む。前記結合剤オルトリン酸アルミニウムは支配的な相としてベルリナイトを有する。メタリン酸アルミニウムはリン酸と比較してはるかに吸湿性に乏しく、より中性ｐＨであり（約ｐＨ５）、様々な粒子メッシュサイズで市販されているため、結合剤前駆物質としてのメタリン酸アルミニウムはキットへの包含を受け入れられる。オルトリン酸アルミニウム（本明細書においてベルリナイトと同義に言及される）の結晶の結合剤相を形成する、メタリン酸アルミニウムとアルミナ又はボーキサイトとの反応は、以下の式に関して詳述される。
Ａｌ（ＰＯ₃）₃ ＋Ａｌ₂Ｏ₃ → ３ＡｌＰＯ₄ （Ｉ）

オルトリン酸アルミニウムは、試薬を約５８０℃超の温度に加熱すると形成される、熱力学的に安定な相であることは明らかである。オルトリン酸アルミニウムは大気圧で約１６５０℃の分解温度を有することが認められる。大気圧以外の圧力で反応が進行するとき、オルトリン酸アルミニウムの形成温度は予測可能な熱力学的関係に従って変化することが理解される。本発明による耐火性組成物の形成は、熱間等静圧圧縮成形（ＨＩＰ）による物品の生形態の焼成によって容易に起こることが理解される。混合金属オルトリン酸塩は以下の反応、
Ａｌ（ＰＯ₃）₃ ＋Ａｌ_2-xＭＯ₃ → ＡｌＡｌ_2-xＭＰＯ₄ （ＩＩ）
（但し、式中、ＭはＳｂ，Ｂｉ，Ｂ，Ｃｒ（ＩＩＩ）、Ｅｒ、Ｇｄ（ＩＩＩ）、Ｉｎ（ＩＩＩ）、Ｎｉ（ＩＩＩ）、Ｒｈ（ＩＩＩ）、Ｓｍ（ＩＩＩ）、Ｓｃ（ＩＩＩ）、Ｔｂ（ＩＩＩ）、Ｔｉ（ＩＩＩ）、Ｗ（ＩＩＩ）、Ｖ（ＩＩＩ）、Ｙｂ（ＩＩＩ）、又はＹ（ＩＩＩ）；及びｘは０〜２の数である。）
に従って容易に形成されることが理解される。

式（ＩＩ）に従って生産される、結果として生じる混合金属オルトリン酸塩は、耐火性組成物の結合剤として作用するのに加えて、触媒及びリンの適用において作用することもまた理解される。

耐火性セラミック粒子の周りにマトリックスを形成するために存在するメタリン酸アルミニウムの量は、セラミック粒子の大きさ、望ましい粒子間の分離、形態学、第一の結晶の大きさ及び酸化物状態を含む要素に依存する。典型的に、メタリン酸アルミニウムは、完全に形成された耐火性組成物注型スラリーの２〜２０総質量パーセント存在する。好ましくは、アルミナはアルミナメタリン酸塩（alumina metaphosphate）のモル化学量論を超過して存在する。アルミナは凝結セラミック粒子として存在し、又はアルミナメタリン酸塩との反応のために少量のセラミック粒子として代わりに加えられることが理解される。

セラミック粒子凝結体と結合剤前駆物質としてのアルミナメタリン酸塩との混合を容易にするために、ある量の水又は有機溶媒が加えられ、所望の粘度のスラリーを生じる。そのような有機溶媒は、アルコール、ケトン、エステル、エーテル、アミド、アミン、グリコール、アルカン等を例として含む。好ましくは、そのような有機溶媒は２００℃未満の液体であり、好ましくは２０℃の液体である。水又は溶媒の典型的な添加量は、完全に形成された耐火性組成物スラリーの２〜２０総質量パーセントの範囲にわたる。任意に、ベルリナイト形成の間に消費される添加剤が含まれ、これらの添加剤は取扱易さを増進するために提供される。そのような添加剤は、界面活性剤、重合可能な有機モノマー又はオリゴマー、解膠剤、ポリマー、並びにクエン酸及びシュウ酸のような有機酸を例として含む。当業者はそのような添加剤の包含によってスラリー粘度及び未処理強度を容易に調整できるが、典型的にそのような添加剤のそれぞれは、完全に形成された耐火性組成物スラリーの０．０１〜５総質量パーセント存在する。硬化における有機モノマーの又はオリゴマーの重合可能物質の包含は、焼成又は式（Ｉ）若しくは（ＩＩ）による反応に先立って、組成物の未処理強度を向上し得る。結果として生じるポリマーは分解され、そのため、結果として生じる耐火性組成物中に存在しない。そのような有機ポリマーの例は、アクリル酸、アクリル酸塩、ポリエチレングリコール、及びポリカルボン酸塩エーテルであり、これらは重合体の前駆物質又はスラリー溶解性の前もって形成されたポリマーとして加えられる。

発明の耐火性組成物スラリーの取扱特性及び乾燥後の発明の組成物形態の未処理強度はまた、非ファーシル添加剤の包含によって変更され得る。そのような非ファーシル添加剤の量は所望の未処理強度、耐火性組成物、作業環境、温度及び腐食性、所望の冷間圧縮強さ、並びに設定時間、作業時間及び硬化時間を含む要素によって制御されるが、そのような非ファーシル添加剤の典型的な添加量は、完全に形成された耐火性組成物スラリーの０．１〜１０総質量パーセントの範囲にわたる。本発明において作用する代表的な非ファーシル添加剤はアルミン酸カルシウムセメント、ケイ酸ナトリウム、ヒュームドシリカ、アルカリ金属又はアルカリ土類ポリリン酸塩、並びにクエン酸、シュウ酸又は硝酸、ケイ酸カルシウムセメント、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウムを含む。好ましくは、非ファーシル添加剤はオルトリン酸アルミニウムが連続マトリックス相を形成するような量で存在する。

本発明によるオルトリン酸アルミニウム結合剤内に組み込まれるセラミック粒子凝結体は、結果として生じる耐火性組成物の特性及びオルトリン酸アルミニウム結合剤との互換性のみによって制限される。例となる本発明における作用するセラミック粒子の凝結体は、ボーキサイト、平板状のアルミナ、ムライト、炭化ケイ素、石英ガラス、ルチル、紅柱石、シリマナイト、マグネサイト、フォルステライト、カイヤナイト、Ｍｇスピネル（spinell）、及び酸化クロムを含む。凝結セラミック粒子の典型的な添加量は、完全に形成された耐火性組成物スラリーの５０〜９５質量パーセントの範囲にわたる。典型的な凝結体粒子サイズは０．１〜１０００ミクロンの範囲にわたる。凝結体粒子は、球形、多面体、不規則、又はその組み合わせを含む様々な形態であり得ることが理解される。

発明の形成は、米国特許第4,366,255号明細書に記載されているように、任意に鋼繊維のような強化繊維を含む。繊維の典型的な添加量は、耐火性組成物スラリーの０〜５０総質量パーセントである。本発明において作用する他の強化繊維充填剤は、炭素繊維を含み、還元性雰囲気において焼成が起こると認識される。

本発明は、以下の非制限的な例について更に詳述される。これらの例は、添付の特許請求の範囲を狭める又は別な方法で限定することを意図してはいない。

実施例１
５％のメタリン酸アルミニウムを４．５総質量パーセントの水及び０．１％の３００ｇ／ｍｏｌ超の分子量を有するポリエチレングリコールと共にボーキサイト凝結体に混合した。乾燥して８００℃で５時間焼成し、Ｘ線粉体回折によって決定される結晶性オルトリン酸アルミニウム連続結合剤マトリックス相を有するセラミックを得た。

実施例２
スラリー質量で５％のアルミン酸カルシウムセメントを含むように実施例１のスラリーを変更して、同等の結果を得た。

実施例３
実施例２のスラリーに乾燥ケイ酸ナトリウムを０．０１５総パーセントまで加えた。未処理強度の増加が認められ、脱型の容易性を高める速い設定時間により、結晶性オルトリン酸アルミニウムマトリックス相も形成する。

実施例４
実施例１のスラリーに０．０１５総質量パーセントの乾燥ケイ酸ナトリウムを加え、実施例３の通りにアルミン酸カルシウムセメントに頼ることなく未処理強度の増加を達成した。配合物は、８８総スラリー質量パーセントのボーキサイト、０．０１５％の乾燥ケイ酸ナトリウム、５％のメタリン酸アルミニウム、０．１％のポリエチレングリコール、及び残りの水を含む。８００℃での焼成の後、２００Ｎ／ｍｍ²の冷間圧縮強さを得た。残存線膨張収縮率及び結果として生じる耐火性物質を決定するため、スラリーを１１００℃、１３７０℃、及び１６００℃の温度で焼成した。１１００℃での残存線膨張収縮率は０．０％、１３７０℃で−０．２％の収縮、及び１６００℃で−０．２％の収縮であった。この結果は、オルトリン酸アルミニウム系は有意な溶融相を生み出さないことを支持する。

破壊試験の熱係数（hot modulus）を８００℃で焼成された物質において導いた。破壊の熱係数は記された試験温度の後にある。８１５℃（３８Ｎ／ｍｍ²）、１１００℃（３５Ｎ／ｍｍ²）、及び１２００℃（２２Ｎ／ｍｍ²）。４つの個々の試験における物質の密度は２９１１〜２９３３kg/m³（１８１．７〜１８３．１lbs/ft³）の範囲にわたった。

実施例５〜８
表１に従って０．１５％乾燥ケイ酸ナトリウムと共にスラリーを形成した。結果として生じるスラリーは自己流動性（self flowing）であり、８１５℃での焼成で表１に与えられる冷間圧縮強さを生じる。参照として実施例４の物質に関する結果を提供する。
表１実施例５〜８についてのスラリー及び冷間圧縮強さ（８００℃で測定されたC.C.S. N/mm²）。例外として、質量％アルミナはベース凝結体及び添加されたか焼アルミナの質量パーセントである。

耐火物は、使用される凝結体及び化学組成物に基づいて分類される。上記表は「ボーキサイト」又は「ムライト」のような凝結ベース鉱物を示す。どちらの鉱物も、例えば、これらの鉱物の耐火性の基準である一定量のアルミナを含む。ボーキサイト又はムライトからの鉱物成分としてのアルミナのほかに、流量特性及び強度、特に引っ張り強さを得るために配合物におけるか焼アルミナの形態中に付加的なアルミナがあり、それとは別にメタリン酸アルミニウム及びアルミン酸カルシウムセメント中にアルミナがある。実施例４において、総アルミナ含有量は８８％アルミナまで加える。ヒュームシリカ（fume silica）は、サブミクロンの間隙を埋め、流量特性を向上し、加えて水含有量を低くする添加剤である。ほぼ１００％純ＳｉＯ₂である。実施例８は６５％石英ガラスを含むが、ヒュームシリカ由来の５％ＳｉＯ₂のため、総ＳｉＯ₂含有量は７０％である。

実施例９
実施例４のスラリーを石膏型に注型し、８１５℃で焼成した。実施例４で使用されたような不透性のアクリル型と比較した、石膏型において実施された注型の破壊の熱係数、空隙率及び密度の結果が表２に与えられている。
表２石膏型耐火物特性及びアクリル型におけるスラリーの特性

これらの結果に基づき、実施例４の組成物を石膏型鋳込み成形に使用して、石炭燃焼バーナー又はボイラーチューブ、ラウンダー（launder）セグメント、タップアウトブロック、鋼鍛造用のレードルスライドゲート、レードル用耐磨耗性プレートにおいて、及びラウンダーにおいて、アルミニウム、銅、亜鉛、鉛、鋳鉄、又は他の物質のための金属含有容器における耐摩耗性セグメントにおいて使用される耐摩耗性プレートを形成した。未処理製品を石膏型から除去した後、未処理製品は焼成に先立って追加の機械加工を受け入れるのに十分な強度を有していた。更に、従来の石膏型鋳込み成形と比較して水含有量が少ないため、型形態と焼成物品との間の収縮が小さい。１０５℃で乾燥して水をスラリーから揮発させ、焼成する。鋳造物を速く焼成して３３Ｎ／ｍｍ²、１０４℃で乾燥した後に６３Ｎ／ｍｍ²、及び８１５℃で焼成した後に１６２Ｎ／ｍｍ²の未処理強度を有することが認められた。結果として生じる物質はアルコアカップ試験（Alcoa cup test）を受け、優秀／良好と評価された。

実施例１１
７０％ＳｉＣ、高温結合剤として５％ＡＭＰ、大気温度用の結合剤として３％アルミン酸カルシウムセメントを含むスラリー
４．５％の水含有量及び解膠剤添加物を有するこの混合物は自己流動性であった。以下の試験を実施した：密度、C.C.S.及び破壊係数試験。以下の表は結果及び市場で確立しているＳｉＣ製品に結合された競合するセメントとの比較を示す。

実施例１１の場合、スラリー組成物は質量でメタリン酸アルミニウム５％、ヒュームシリカ５％、アルミン酸カルシウムセメント３％、か焼アルミナ１２％であった。市販の炭化ケイ素ベースのセラミックの性質は比較例として与えられている。

実施例１２
型において、より大きな試験形（test shape）を６．８ｋｇ（１５ｌｂｓ）の鋼繊維で満たした。間隙を１３ｋｇ（２９ｌｂｓ）のスラリーで満たした。スラリーは、６１％か焼アルミナ、１３％ヒュームシリカ、１３％アルミン酸カルシウムセメント、１５％ＡＭＰを含み、１５％の水と混合して、焼成形（fired shape）において３７％鋼繊維含有量を生じた。４時間の設定時間及び８１５℃での焼成の後、１３２Ｎ／ｍｍ²の冷間圧縮強さ及び１３の破壊係数が認められた。スラリーは、焼成物品の強度に寄与する４５ミクロン超の凝集を含まないことが認められた。
本発明の好ましい態様は、下記の通りである。
〔１〕耐火性組成物であって、以下の成分、
複数の凝結セラミック粒子、及び
前記複数の凝結セラミック粒子に焼結された結合剤であって、メタリン酸アルミニウムとアルミナとの反応の結果として前記結合剤中に分散された結晶性オルトリン酸アルミニウムを含む結合剤、
を含むことを特徴とする耐火性組成物。
〔２〕前記複数の凝結セラミック粒子が、ボーキサイト粒子を含む、前記〔１〕に記載の組成物。
〔３〕前記複数の凝結セラミック粒子が、炭化ケイ素、ヒュームドシリカ、又はムライトの少なくとも一つを含む、前記〔１〕に記載の組成物。
〔４〕前記結晶性オルトリン酸アルミニウムが、ベルリナイトの結晶構造を有する、前記〔１〕〜〔３〕のいずれか１項に記載の組成物。
〔５〕前記結晶性オルトリン酸アルミニウムが、非晶質ガラス相を欠いている、前記〔１〕〜〔３〕のいずれか１項に記載の組成物。
〔６〕鋼繊維充填剤を更に含む、前記〔１〕〜〔３〕のいずれか１項に記載の組成物。
〔７〕アルミン酸カルシウムセメント、ケイ酸ナトリウム、ポリホスフェート又は有機塩の非ファーシル添加剤を更に含む、前記〔１〕〜〔３〕のいずれか１項に記載の組成物。
〔８〕理論上９０％以上の密度及び１００Ｎ／ｍｍ ² 超の冷間圧縮強さを有する、前記〔１〕〜〔３〕のいずれか１項に記載の組成物。
〔９〕耐火性物品を形成する方法であって、
１０スラリー質量パーセント未満の水又は有機溶媒の存在下で、メタリン酸アルミニウム粒子をＡｌ _2-x ＭＯ ₃ と混合して混合物を形成する工程、
前記混合物を以下の反応、
Ａｌ（ＰＯ ₃ ） ₃ ＋Ａｌ _2-x ＭＯ ₃ → ＡｌＡｌ _2-x ＭＰＯ ₄ （ＩＩ）
（但し、式中、ＭはＳｂ、Ｂｉ、Ｂ、Ｃｒ（ＩＩＩ）、Ｅｒ、Ｇｄ（ＩＩＩ）、Ｉｎ（ＩＩＩ）、Ｎｉ（ＩＩＩ）、Ｒｈ（ＩＩＩ）、Ｓｍ（ＩＩＩ）、Ｓｃ（ＩＩＩ）、Ｔｂ（ＩＩＩ）、Ｔｉ（ＩＩＩ）、Ｗ（ＩＩＩ）、Ｖ（ＩＩＩ）、Ｙｂ（ＩＩＩ）、又はＹ（ＩＩＩ）；及びｘは０〜２の数である。）
を引き起すのに十分な温度及び時間で加熱する工程、
を含むことを特徴とする方法。
〔１０〕前記温度が、８００℃超である、前記〔９〕に記載の方法。
〔１１〕複数の凝結粒子を前記メタリン酸アルミニウム粒子及びＡｌ _2-x ＭＯ ₃ と混合する工程を更に含む、前記〔９〕又は〔１０〕に記載の方法。
〔１２〕前記加熱の前に、アルミン酸カルシウムセメント、ケイ酸ナトリウム、又はポリホスフェートの少なくとも一つの添加剤を前記混合物に添加する工程を更に含む、前記〔９〕又は〔１０〕に記載の方法。
〔１３〕前記混合物を物品と相補的な形を有する型に注ぐ工程、
前記混合物を乾燥させて未処理製品を形成する工程、及び
前記未処理製品を加熱して前記反応を引き起こす工程、
を更に含む、前記〔９〕に記載の方法。
〔１４〕前記型が石膏型である、前記〔１３〕に記載の方法。
〔１５〕前記混合物中に鋼繊維を埋め込む工程を更に含む、前記〔９〕、〔１０〕又は〔１３〕に記載の方法。
〔１６〕メタリン酸アルミニウム及び非ファーシル添加剤を説明書と共に含み、注型のためにメタリン酸アルミニウムをアルミナ及び１０スラリーパーセント未満の水又は有機溶媒と混合し、次に８００℃超の温度で燃焼して、連続結合剤マトリックス相としてオルトリン酸アルミニウムを形成する、耐火性結合財を生産するためのキット。
〔１７〕ファーシル添加剤を更に含む、前記〔１６〕に記載のキット。
〔１８〕前記非ファーシル添加剤が、アルミン酸カルシウムセメントを含む、前記〔１６〕又は〔１７〕に記載のキット。
〔１９〕前記非ファーシル添加剤が、ケイ酸ナトリウムを含む、前記〔１６〕又は〔１７〕に記載のキット。
〔２０〕前記非ファーシル添加剤が、ポリリン酸ナトリウムを含む、前記〔１６〕又は〔１７〕に記載のキット。
〔２１〕鋼繊維充填剤を更に含む、前記〔１６〕又は〔１７〕に記載のキット。

Claims

耐火性組成物であって、以下の成分、
複数のセラミック粒子、
前記複数のセラミック粒子に焼結された結合剤であって、メタリン酸アルミニウムとアルミナとの反応の結果として前記結合剤中に分散された結晶性オルトリン酸アルミニウムを含む結合剤、及び
アルミン酸カルシウムセメント、ケイ酸ナトリウム、ポリリン酸ナトリウム、ケイ酸カルシウムセメント、ケイ酸カリウム又はケイ酸リチウムの添加剤、
を含むことを特徴とする耐火性組成物。
前記複数のセラミック粒子が、ボーキサイト粒子を含む、請求項１に記載の組成物。
前記複数のセラミック粒子が、炭化ケイ素、ヒュームドシリカ、又はムライトの少なくとも一つを含む、請求項１に記載の組成物。
前記結晶性オルトリン酸アルミニウムが、ベルリナイトの結晶構造を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の組成物。
前記結晶性オルトリン酸アルミニウムが、非晶質ガラス相を欠いている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の組成物。
鋼繊維充填剤を更に含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の組成物。
１００Ｎ／ｍｍ²超の冷間圧縮強さを有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の組成物から製造される耐火性物品。
耐火性物品を形成する方法であって、
１０スラリー質量パーセント未満の水又は有機溶媒の存在下で、メタリン酸アルミニウム粒子をＡｌ_2-xＭ_xＯ₃と混合して混合物を形成する工程、
前記混合物を以下の反応、
Ａｌ（ＰＯ₃）₃ ＋Ａｌ_2-xＭ_xＯ₃ → ＡｌＡｌ_2-xＭ_x（ＰＯ₄）₃ （ＩＩ）
（但し、式中、ＭはＳｂ、Ｂｉ、Ｂ、Ｃｒ（ＩＩＩ）、Ｅｒ、Ｇｄ（ＩＩＩ）、Ｉｎ（ＩＩＩ）、Ｎｉ（ＩＩＩ）、Ｒｈ（ＩＩＩ）、Ｓｍ（ＩＩＩ）、Ｓｃ（ＩＩＩ）、Ｔｂ（ＩＩＩ）、Ｔｉ（ＩＩＩ）、Ｗ（ＩＩＩ）、Ｖ（ＩＩＩ）、Ｙｂ（ＩＩＩ）、又はＹ（ＩＩＩ）；及びｘは０〜２の数である。）
を引き起すのに十分な温度及び時間で加熱する工程、
前記加熱した混合物を結合剤として用いて、請求項１に記載の耐火性組成物を形成する工程、及び
前記耐火性組成物から耐火性物品を製造する工程、
を含むことを特徴とする方法。
前記温度が、８００℃超である、請求項８に記載の方法。
複数の粒子を前記メタリン酸アルミニウム粒子及びＡｌ_2-xＭ_xＯ₃と混合する工程を更に含む、請求項８又は９に記載の方法。
前記加熱の前に、アルミン酸カルシウムセメント、ケイ酸ナトリウム、又はポリリン酸ナトリウムの少なくとも一つの添加剤を前記混合物に添加する工程を更に含む、請求項８又は９に記載の方法。
前記混合物を物品と相補的な形を有する型に注ぐ工程、
前記混合物を乾燥させて未処理製品を形成する工程、及び
前記未処理製品を加熱して前記反応を引き起こす工程、
を更に含む、請求項８に記載の方法。
前記型が石膏型である、請求項１２に記載の方法。
前記混合物中に鋼繊維を埋め込む工程を更に含む、請求項８、９又は１２に記載の方法。
注型のためにメタリン酸アルミニウムをアルミナ及び１０スラリー質量パーセント未満の水又は有機溶媒と混合し、次に８００℃超の温度で燃焼して、連続結合剤マトリックス相としてオルトリン酸アルミニウムを形成するための説明書と共に、メタリン酸アルミニウムを含む、請求項１に記載の耐火性組成物に使用される耐火性結合剤を生産するためのキット。
鋼繊維充填剤を更に含む、請求項１５に記載のキット。