JP6758147B2 - コージェライト含有アルミナ−シリカれんがの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、熱風炉の内張り耐火物やセラミックバーナーを構成する耐火物として好適に使用されるコージェライト含有アルミナ−シリカれんがの製造方法に関する。
熱風炉の内張り耐火物には耐熱衝撃性と耐クリープ性が要求されるため、一般的にアルミナ−シリカれんがが使用されている。また、熱風炉のセラミックバーナーにおいては温度変動が苛酷なため耐熱衝撃性を最重要特性と考え、コージェライト含有アルミナ−シリカれんがが使用される場合もある。例えば、熱風炉のセラミックバーナーに使用されるコージェライト含有アルミナ−シリカれんがとしては、特許文献１に、シリマナイト、アンダリュサイト又はその双方に１０重量％以上のコージェライトを添加混合し焼成した耐火物が開示されている。
しかしながら近年は、熱風炉で高温熱風を発生する操業へ移りつつあり、熱風炉に使用される耐火物としてはより高い耐クリープ性と耐熱衝撃性が要求されるようになってきているところ、特許文献１のような従来のコージェライト含有アルミナ−シリカれんがでは、特に耐クリープ性に問題があり、前述のような高温での熱風炉の操業等では寿命のネックとなると考えられる。
本発明が解決しようとする課題は、耐クリープ性を向上ししかも十分な耐熱衝撃性を有するコージェライト含有アルミナ−シリカれんがの製造方法を提供することにある。
本発明者らは、コージェライト含有アルミナ−シリカれんがにおいて耐クリープ性を向上するために耐火原料配合物中のコージェライトの粒度及び使用量について種々検討した結果、コージェライトの粒度が０．０７４ｍｍ未満の微粉を使用しないかあるいは５質量％以下とすることで大幅に耐クリープ性が向上することを知見した。さらに、粘土を結合組織とする場合には粒度が０．０７４ｍｍ以上のコージェライトは、３０質量％を超えると耐熱衝撃性が低下傾向となりしかも歩留りが低下することが分かった。
すなわち、本発明のコージェライト含有アルミナ−シリカれんがの製造方法は、粒度が３ｍｍ未満のアンダリュサイト及び／又はシリマナイトを６０質量％以上８８質量％以下、粒度が０．０７４ｍｍ以上３ｍｍ未満のコージェライトを１０質量％以上３０質量％以下、及び粘土を２質量％以上１２質量％以下含有し、粒度が０．０７４ｍｍ未満のコージェライトの含有量が５質量％以下（０を含む。）である耐火原料配合物に、バインダーを添加して混練し、成形後、１１００℃以上１４００℃以下で焼成することを特徴とするものである。
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明において、粒度が３ｍｍ未満のアンダリュサイト及び／又はシリマナイトは十分な耐クリープ性を確保するために使用し、６０質量％未満では耐クリープ性が不足し、８８質量％を超えると耐熱衝撃性が低下する。
粒度が０．０７４ｍｍ以上３ｍｍ未満のコージェライトは耐熱衝撃性を向上するために使用し、１０質量％未満では耐熱衝撃性が不十分となり、３０質量％を超えると耐熱衝撃性が逆に低下ししかも焼成後の歩留りの低下も問題となる。すなわち、コージェライトは熱膨張率が小さいため耐火原料配合物に使用することでれんがの熱膨張率が小さくなるため耐熱衝撃性は向上するが、使用量が多すぎると１１００℃程度の焼成でも粘土などと反応して組織が緻密化しガラスが生成するために耐熱衝撃性が低下する。焼成温度を下げると耐熱衝撃性の低下を抑制できるが、今度は粘土などの結合組織の発達が不十分となり耐クリープ性の低下が問題となる。
粒度が０．０７４ｍｍ未満のコージェライトは耐クリープ性を低下させるために使用しないことが好ましいが、５質量％以下であれば大きな影響はないため使用することもできる。
粘土は、焼成によって結合組織を形成するために２質量％以上１２質量％以下で使用し、２質量％未満では十分な結合組織が得られないため強度及び耐クリープ性が不十分となり、１２質量％を超えると組織が緻密になりすぎ耐熱衝撃性が低下する。
コージェライトとしては、電融コージェライトでも焼結コージェライトでも使用することができるが、焼結コージェライトを使用した方がより耐クリープ性が高くなる点で好ましい。
本発明のコージェライト含有アルミナ−シリカれんがは、前述の耐火原料配合物にバインダーを添加して混練し、成形後、焼成する通常の方法によって得られる。このとき焼成温度は１１００℃以上１４００℃以下の範囲とする。焼成温度が１１００℃未満では強度が不足し、１４００℃を超えると組織が緻密になりすぎ耐熱衝撃性が低下する。
なお、本発明でいう粒度とは、ＪＩＳ標準篩におけるフルイ目開き（ｍｍ）で示している。例えば、粒度が０．０７４ｍｍ未満の原料粒子とは、フルイ目開きが０．０７４ｍｍの篩で篩ったときに篩い目を通過した原料粒子のことであり、粒度が０．０７４ｍｍ以上の原料粒子とは、同篩上に残った原料粒子のことである。
本発明によれば、耐クリープ性及び耐熱衝撃性に優れるコージェライト含有アルミナ−シリカれんが得られるため、これを使用した熱風炉の寿命が向上する。また、熱風炉において高温熱風を発生する操業が可能となる。
本発明で使用するアンダリュサイト及びシリマナイトは、耐火物の原料として一般的に使用されているものを使用することができる。これらの原料は、天然から採掘される鉱物であり、それらを精製して使用することができる。より耐クリープ性を確保したい場合には、不純物としての酸化鉄含有量が約２質量％以下、好ましくは１質量％以下のものを使用することもできる。
前述のとおり、アンダリュサイト及び／又はシリマナイトは耐火原料配合物中に６０質量％以上含有することで十分な耐クリープ性を確保することができる。このときアンダリュサイト及び／又はシリマナイトは、粒度が３ｍｍ未満のものを適切な粒度構成に調整して使用する。例えば粒度が０．０７４ｍｍ以上３ｍｍ未満のアンダリュサイト及び／又はシリマナイトを３０質量％以上７０質量％以下、粒度が０．０７４ｍｍ未満のアンダリュサイト及び／又はシリマナイトを１０質量％以上４０質量％以下とすることができる。このように粒度を適切に調整することで成形時の充填性に優れより組織が緻密で強度の高いれんがとすることができる。
本発明で使用するコージェライトは、耐火物の原料として一般的に使用されているものを使用することができ、例えば電融コージェライトや焼結コージェライトなどを使用することができるが、前述のとおり耐クリープ性をより向上する点からは焼結コージェライトを使用することが好ましい。
本発明で使用する粘土は、通常の耐火物の原料として市販されているものを使用することができ、例えばＳｉＯ２含有量が４０〜７０質量％、Ａｌ２Ｏ３含有量が２０〜３０質量％のものなどを使用することができる。
本発明では前述の原料以外に、アルミナ系原料やアルミナ−シリカ系原料を１０質量％以下であれば耐火原料配合物中に含有することができる。例えば、ボーキサイト、バンケツ、シャモット、ろう石、アルミナ、あるいはムライトなどである。
表１に示す耐火原料配合物に水系のバインダーを添加して混練し、プレス機で並形れんがを成形し、乾燥後、１２００℃で焼成した。
原料として使用したコージェライトはコージェライト含有量が９０質量％の焼結コージェライトを使用し、粘土はＡｌ２Ｏ３含有量が２５質量％、ＳｉＯ２含有量が５５質量％のものを、アンダリュサイトはＡｌ２Ｏ３含有量が６０質量％、ＳｉＯ２含有量が３７質量％のものを、シリマナイトはＡｌ２Ｏ３含有量が７５質量％、ＳｉＯ２含有量が２０質量％のものを使用した。
そして焼成後のれんがから、サンプルを切り出し、圧縮強さ、耐熱衝撃性試験及び耐クリープ性の評価として荷重軟化試験を行った。圧縮強さはＪＩＳ−Ｒ２２０６に従い測定した。耐熱衝撃性試験はＪＩＳ−Ｒ２６５７に従い８００℃加熱後の水冷法により、２０回行い剥落の状態を観察した。荷重軟化試験はＪＩＳ−Ｒ２２０９に従い０．２ＭＰａの荷重を加えて２％軟化点であるＴ２（℃）を測定した。
実施例１から実施例３は０．０７４ｍｍ以上３ｍｍ未満のコージェライトの使用量が異なる場合であるがいずれも良好であった。これに対して比較例１は０．０７４ｍｍ以上３ｍｍ未満のコージェライトの使用量が５質量％と本発明の下限値を下回っており、耐熱衝撃性試験では１７回で剥落が発生し耐熱衝撃性に問題があることがわかった。また、比較例２は０．０７４ｍｍ以上３ｍｍ未満のコージェライトの使用量が４０質量％と本発明の上限値を超えており、耐熱衝撃性試験では１５回で剥落が発生し耐熱衝撃性に問題があることがわかった。この比較例２では、２％軟化点Ｔ２も１３８５℃と低下し、さらに焼成後のれんがには、表面にガラスによる発泡とれんがの変形が生じたものがあった。
実施例４と実施例５は０．０７４ｍｍ未満のコージェライトの使用量が異なる場合であるがいずれも良好であった。これに対して、比較例３は０．０７４ｍｍ未満コージェライトの使用量が８質量％と本発明の上限値を上回っており、２％軟化点Ｔ２が１３８０℃と低くなり耐クリープ性に問題があることがわかった。
実施例６と実施例７は０．０７４ｍｍ未満のアンダリュサイトと粘土の使用量が異なる場合であるがいずれも良好な結果となった。
実施例８と実施例９はアンダリュサイトの代わりにシリマナイトを使用した場合、実施例１０はアンダリュサイトとシリマナイトを併用した場合であるがいずれも良好な結果となった。
Claims (2)
- 粒度が３ｍｍ未満のアンダリュサイト及び／又はシリマナイトを６０質量％以上８８質量％以下、粒度が０．０７４ｍｍ以上３ｍｍ未満のコージェライトを１０質量％以上３０質量％以下、及び粘土を２質量％以上１２質量％以下含有し、粒度が０．０７４ｍｍ未満のコージェライトの含有量が５質量％以下（０を含む。）である耐火原料配合物に、バインダーを添加して混練し、成形後、１１００℃以上１４００℃以下で焼成するコージェライト含有アルミナ−シリカれんがの製造方法。
- コージェライトが焼結コージェライトである請求項１に記載のコージェライト含有アルミナ−シリカれんがの製造方法。
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