JPH04501406A - 低セメント耐火物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、低セメントキャスタブル耐火物、およびその製造方法に関する。

背景技術 多くの低セメントキャスタブル耐火物が、アルミニウム工業における用途のため に開発されている。これらキャスタブル耐火物は、焼成された凝集体、セメント 、およびフィラーが特定の最終用途に適合するように様々な比率で混合された混 合物より成っている。前記焼成凝集体は、平板状アルミナ、ボーキサイト、カオ リン、および他のクレーを含む物質範囲より選ばれ、通常、最終耐火性混合物の ９５重量％までを占める。

低セメントキャスタブルは、従来のキャスタブル耐火材料と比較して、以下の特 徴および特性を包含している：（ｉ）　混合中に要求される水分が少ない。これ によって、より高密度およびより低多孔度の焼成された耐火物となる。

（ｉｉ）　４Ｇに、６００〜１１００℃の温度範囲において、より高い養生強度 および焼成強度を示す。

（ｉｉｉ）溶融金属およびスラグに対して、より大きい化学的耐性およびエロー ジョン耐性を有する。

（ｉ　ｖ）　より高い耐火性、およびより大きな熱衝撃耐性を有する。

現在入手可能な低セメントキャスタブルは、たとえ従来のキャスタブルに比べ優 れているとしても、化学的侵食および二ローションに対する感受性があり、大き な欠点となっている。これは、比較的頻繁に炉またはるつぼの操作停止／交換を 必要とするため、生産性が低下する。また、この耐火物は、還元セル（ｒｅｄａ ｃＨｖｅ　ｃｅｌｌ）のバリア層として使用される場合、経時によって徐々に崩 壊するため、下地の絶縁層が侵食性のセル環境にさらされる。こうして、最終的 にはセルが欠損および停止するが、これに先立ってセル電圧が徐々に上昇し、従 ってエネルギー効率のロスが生じる。

現在入手可能な低セメントキャスタブルの更なる欠点は、従来のキャスタブル耐 火物に比べて高コストであることである。これは、主に凝集体加工品についてい えることである；即ち、これら低セメントキャスタブルの適用に、特級焼成鉱物 が専ら使用されている。

低コストで、化学的耐性のあるアルミニウム工業用低セメントキャスタブル耐火 物が、明らかに必要となっている。それゆえ、本発明の目的は、このようなキャ スタブル耐火物およびその製造方法を提供することである。

本発明は、粒径が６μｍ未満であることを特徴とする微粒ボーキサイトによって 形成された焼成微粒ボーキサイト凝集体８０〜９６重量％と、適切なセメントま たは化学的結合剤２〜２０重量％とを含有する低セメント耐火物を提供する。

また、本発明は、粒径が６μｍ未満であることを特徴とする微粒ボーキサイトに よって形成された焼成微粒ボーキサイト凝集体８０〜９６重量％と、適切なセメ ント物質または化学的結合剤０〜１０重量％と、適切なチキソトロープ剤０〜８ 重量％と、適切な解こう剤および可塑剤０〜２重量％とを含有する低セメントキ ャスタブル耐火物を提供する。

前記焼成微粒ボーキサイト凝集体は、好ましくは、所謂“超微粒”ボーキサイト のように、粒径１μｍ未満であることを特徴とする。この“超微粒”ボーキサイ トは、特定のボーキサイト鉱床、例えば、オーストラリア北部のウエイパ（Ｗ！ １ｐａ）鉱床において天然に産出される。このような超微粒ボーキサイトは、通 常、沈殿池および乾燥池から採鉱されるので、それ故、微細化して扱い易いサイ ズ分布にしなくてはならない。例えば、以下のサイズ分布において適切な結果を 提供することが見出されている： ３〜６０１１　１０〜４０％ １〜３Ｉｌｌｌ１１５〜３０％ ０、１　＝１０１ａ１５〜３０％ （０，Ｉｎｍ　１０〜４０％ もちろん、より大きなボーキサイト粒子を粉砕することによって、満足な結果を 達成することができる。この手法は、プロセス上で選択されて行われもので、コ スト高になるにもかかわらず、最終的に得られるキャスタブル耐火物は、現在知 られている低セメントキャスタブル以上に経済的および機能的に有利になる。

前記セメント物質は、アルミン酸カルシウムセメントを含有し、該セメントは、 好ましくはアルミナ含量４０〜８５％であつてもよい。

前記化学的結合剤およびチキソトロープ剤は、好ましくは、微細シリカ、還元性 アルミナ、およびリン酸アルミニウムを含有する。前記無機解こう剤および可塑 剤は、好ましくは、アルカリリン酸塩、リグノスルホン酸塩、およびナフタレン スルホン酸塩を含有する。

前記新型の耐火物は多くの用途を有しているが、溶融アルミナおよび／または氷 晶石（Ｎ　ａ　Ａ　Ｉ　Ｆ　６）に対する耐性が必要な場合に特に適切である。

例えば、アルミニウムが収容される炉をライニングするための耐火物として、ま たはホール−ニルー還元セルを構成する耐火物として適切である。

後者の場合、この新規な耐火物は炭素質カソードと下地の絶縁層との間のバリア 層、または保護層として提供されることが考えられている。

本発明の耐火物は、上記適用に現在使用されている従来の物質以上に顕著な長所 を有する；特に、侵食性の溶融アルミナおよび氷晶石環境に対して、極端に化学 的耐性がある。この化学的耐性の一部は、前記耐火物凝集体の選択および特徴に 起因するものである；即ち、我々の発明は、焼成超微粒ボーキサイトを基礎にし た物質に因る。

本発明は、更に、粒径が６μｍ未満である微粒ボーキサイトによって形成された 焼成微粒ボーキサイト凝集体約８０〜９６重量％と、適切なセメントまたは化学 的結合剤約０〜１０重量％と、チキソトロープ剤約０〜８重量％と、適切な解こ う剤および可塑剤０〜２重量％とを混合することを具備した低セメントキャスタ ブル耐火物の製造方法を提供する。

また、本発明は、粒径が６μｍ未満である微粒ボーキサイトによって形成された 焼成微粒ボーキサイト凝集体約８０〜９６重量％と、適切なセメントまたは化学 的結合剤約０〜１０重量％と、チキソトロープ剤約０〜８重量％と、適切な解二 う剤および可塑剤０〜２重量％と、水約２〜１８重量％とを混合することと、該 混合物を耐火物の供給温度まで加熱することとを具備した低セメント耐火物の製 造方法を提供する。

本発明の好ましい形態において、前記微粒ボーキサイト凝集体は、好ましくは、 所謂“超微粒″ボーキサイト凝集体であり、ボーキサイト鉱石の選鉱より誘導さ れるものである。

前記超微粒ボーキサイト物質は、好ましくは、含水量２〜１０％の状態まで天日 乾燥され、採掘され、粉砕されて望ま１７い粒状の酸性化されたチップにスクリ ーニングされ、１３５０’ｃを超える温度で焼成される。超微粒ボーキサイト鉱 石体は、好ましくは、下記範囲のサイズ分布となる：３〜６■　１０〜４０％ １−−３　ｎｏ　５〜３０％ ０、１〜１　ｍａｌ　５−３０％ ＜０，１ｍｍ　１０〜４０％ 製造する技術の一つは、以下の工程を具備する：（ｉ）　ボーキサイト鉱石を選 鉱し、超微粒片を回収する。

（ｉｉ）　前記超微粒ボーキサイト物質を天日乾燥し、望ましい含水量にする（ 約θ〜ｌＯ％）。

（ｉｆｉ）前記天日乾燥された超微粒物質を採掘（Ｉｌｉｎｉｎｇ）する。超微 粒物は凝集したケーキの塊となる。

（ｉ　Ｖ）　前記凝集した超微粒物質を粉砕およびスクリーニングし、望ましい 粒状の酸性化されたチップにする（通常、ｌ。

１未満）。

（Ｖ）　前記超微粒チップを１３５０℃を超える温度で焼成する。

最適な焼成温度は、前記超微粒ボーキサイトの化学組成に因るであろう。

（ｖｉ）　前記凝集体および耐火物の他の構成成分を乾燥混合し、望ましい組成 にする。

次に、得られたキャスタブル混合物を水と混合し、養生（ｃｕｔυさせ、そして 燃焼させて最終耐火材料を生成する。

上述したようなキャスタブルの製造における最初の工程には、焼成される超微粒 凝集体物質の製造が包含される。前記超微粒物質を、天然に産出する場所で、選 鉱によって鉱床の残余分より選別しなければならない。これは、水洗およびスク リーニングプロセスによって最良に達成される。次に、前記超微粒物質を、尾鉱 ダム（ｆａｉｌｉｎｇｓ　ｄａｍ）に汲み上げ、沈降および天日乾燥させる。こ こで、任意の工程として、最初に超微粒スラリーを類別し、直径が１０μｍを超 える全粒子を除去してもよい。

前記天コ乾燥プロセス中、超微粒物は約０〜ｌＯ％の水分を含有するケーキを形 成する。次に、このケーキを採掘および粉砕し、最適なサイズ分布の凝集物にす る。次いで、この凝集物を１３５０℃を超える温度で焼成する。適切な焼成装置 には、特に限定されるものではないが、ロータリーキルン、流動床、およびガス 浮遊焼成機が含まれる。

前記耐火性キャスタブルは、以下の方法によって製造される。耐火性超微粒ボー キサイト凝集体は、以下のサイズ分布になるように微細化される： ３〜６■　１０〜４０％ １〜３　ｍｍ　５〜３０％ ０．１〜１ｍｍ　５〜３０％ ＜Ｑ、１ｍｍ　１０〜４０％ この凝集体約８０〜９６重量％を、アルミン酸カルシウムセメント０〜ｌＯ重量 ％、化学結合およびチキソトロープ剤０〜８重量％、および適切な解こう剤およ び可塑剤０〜２重量％と、乾式混合する。前記アルミン酸カルシウムセメントは 、アルミナ含量範囲が４θ〜８５％の商業的に入手可能な製品であればよい。前 記化学的結合剤およびチキソトロープ剤は、商業的に入手可能な製品、または微 細シリカ、還元性アルミナ、およびリン酸アルミニウムであればよい。前記解こ う剤および可塑剤は、商業的に入手可能なアルカリリン酸塩、アルカリポリリン 酸塩、リグノスルホン酸塩、またはナフタレンスルホン酸塩であればよい。

前記アルミン酸カルシウムセメントと、化学的結合剤およびチキソトロープ剤と は、適切な粉末混合ユニット、例えば、Ｖ型ミキサーで予め混合される。混合は 、均一な粉末が得られるまで行われる。次に、タンブル型またはリボン型ミキサ ーにおいて、上記予め混合された成分は、前記凝集片と混合される。この乾燥混 合物は、キャスティングできる状態になったことが示されるまで、気密容器に貯 蔵される。

精製されたまたは未精製の希土類（例えば、モナズ石、バストネス石）および他 の非潤滑剤（ａｏｏ−ｙｎｌ！ｉＢ　ａｇｅｎ＋）を前記キャスタブルに加え、 更にその化学耐性を高める。この他、使用可能な添加剤には、焼成されたカオリ ン、クレー、または他の高価値凝集物質が含まれる。上記に加えて、もしくは上 記の代りに、有機もしくは金属繊維が前記凝集体に添加され、前記の場合より急 速な焼成が助長され、および後者の場合機械的強度が高められる。

前記キャスタブルは、乾燥キャスタブルを清浄な本釣２〜１０重量％と混合する ことにより安定され、高剪断耐火物コンクリートミキサーが使用されて混合が完 了する。混合は全粒子が均一に濡れるまで行われる。前記キャスタブルは、適所 に置かれ、内部撹拌棒の振動または外部表面の振動によって振動される。振動数 は分当り３０００〜１８０００振動であることが好ましい。

前記キャスタブル組成物は、加熱前に２４時間養生される。

加熱速度は機械的な損傷を起こさず水分を除くことができるように、遅くしなけ ればならない。加熱または焼成は、供給温度、即ち１０００℃に達するまで連続 して行われる。

耐火性超微粒ボーキサイト凝集体を、ウエイバ選鉱プラント尾鉱ダムより選択的 に選鉱超微粒ボーキサイトを用いて製造した。乾燥した塊をショークラッシャー で粉砕し、油燃焼ロータリーキルンにおいて１４００〜１４５０℃で焼成した。

より粗粒状の凝集体（３〜５ｍｍ）を、セラミック摩滅ボールを備えたセラミッ ク張りボールミルにおいて湿式摩滅させることにより、微片（〜２５０μｍ）を 製造した。

得られた耐火性超微粒ボーキサイト凝集体の化学組成は以下に示す通りである： 種類　分析値（重量％） Ｎ　ａ　２０　０．０６ に２０　０゜０３ この耐火性超微粒ボーキサイト凝集体を、キャスタブル耐火物として以下のサイ ズ分布を示すようにした：３、２〜５．６＋ｍ　３２％ １．０〜３．２ｍｍ　２３％　・ ０、１〜１．０ｍａ＋　２１％ （０，１ｍｍ　２４％ 次に、前記サイズを有する超微粒凝集体を、実験室用Ｖ−ミ・キサ−において、 以下の配合率で他の成分と混合した：種類　分析値（重量％） 焼成超微粒ボーキサイト凝集体　９０．４アルミン酸カルシウムセメント　４． ６（７０％Ａ１２０３） 微細シリカ　３．７５ 還元性アルミナ　１．０ ポリリン酸ナトリウム　０．２５ アルミナ、およびポリリン酸ナトリウム成分は、耐火性凝集体の添加前に、予め 混合された。

次に、得られた乾燥キャスタブル混合物をホバルト（Ｈｏｂａｒυミキサー中に 置き、水５重量％を加えた。混合はハンドテストのボールが、物質がキャスティ ングできる状態になったことを示すまで行われた。湿った混合物を、分当り１１ ０００回振動操作を行う振動板を使用した一辺７５ｍｍの立方体ブロックにキャ ストした。このブロックを、室温において２４時間成形させた。これらを１００ ℃において２４時間乾燥し、次いで５０℃／時間の割合で４００℃まで加熱した 。４００℃において３時間おき、焼成して１００℃／時間の割合で１０００℃に した。

１０００℃において２時間おき、炉の中で冷却した。

この後、前記ブロックについて、密度、多孔度、および冷間圧縮強さを、ＡＳＴ Ｍおよび英国規格に従いテストした。

結果を以下に示す： 実験結果 密度（ｇｅｍ−３）　２．８ 多孔度（％）　５ 冷間圧縮強さくＭＰａ）　８５ これらキャスト試料の化学的耐性を測定するために、前記焼成されたブロックに 、直径２８ｍｍの穴を深さ３５ｍｍまで開けた。

溶融アルミニウムカップ試験および氷晶石カップ試験を、下記組成の７０７５ア ルミニウム合金および氷晶石塔を用いて行った： Ｎ　ａ　Ｆ　５３．９％ ＡＩ粉末　２，０ 前記氷晶石カップ試験は１０００℃において２４時間行われ、アルミニウムカッ プ試験は１０００℃において７２時間行われた。冷却後試料を分割し、耐火物上 の浸食の程度を観察した。

商業的に入手可能な低セメントキャスタブル耐火物上で、同様のアルミナ含有物 を用いて比較試験を行ったところ、氷晶石の浸食の程度は、本発明のキャスタブ ル組成物を用いた場合においてひどくないことが示された。３つの市販されてい る低セメント耐火物の場合、観察された浸食された領域は、３．１ｃｍ　、３． ６ＣＩ　、および２．５ｃｍ２テあり、一方、本発明の耐火物における浸食され た領域は、０．９Ｃ！１２°であり、著しく改善されていることが示される。

アルミニウムカップ試験の場合、商業的に入手可能な低セメント耐火物は、耐火 性物体の溶融アルミニウムによる浸食および焼着きを示すコロランダムの大きな 黒色／灰色領域によって特徴づけられた。本発明の実施態様である耐火物は、ア ルミニウムによる濡れた状態、および反応が生じた状態を示さず、再度充分な改 善がなされていることが示された。

豪州特許出願ｈｈＰＩ０７８０に伴う暫定明細書の内容が、前後参照としてここ で組入れられる。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．粒径が６μｍ未満であることを特徴とする微粒ボーキサイトによって形成さ れた焼成微粒ボーキサイト凝集体８０〜９６重量％と、適切なセメントまたは化 学的結合剤２〜２０重量％とを含有する低セメント耐火物。 ２．粒径が６μｍ未満であることを特徴とする微粒ボーキサイトによって形成さ れた焼成微粒ボーキサイト凝集体８０〜９６重量％と、適切なセメント物質また は化学的結合剤０〜１０重量％と、適切なチキソトロープ剤０〜８重量％と、適 切な解こう剤および可塑剤０〜２重量％とを含有する低セメントキャスタブル耐 火物。 ３．前記微粒ボーキサイトが、実質的に下記のサイズ分布を有する超微粒ボーキ サイトとして製造される請求の範囲１または２記載の凝集体。 ３〜６ｍｍ１０〜４０％ １〜３ｍｍ５〜３０％ ０．１〜１ｍｍ５〜３０％ ＜０．１ｍｍ１０〜４０％ ４．前記セメント物質が、アルミン酸塩含量約４０〜８５％のアルミン酸カルシ ウムセメントである請求の範囲１ないし３の何れかに記載の耐火物。 ５．前記結合剤およびチキソトロープ剤が、微細シリカ、還元性アルミナ、およ びリン酸アルミニウムより選ばれた物質を含有し、且つ前記解こう剤および可塑 剤が、アルカリリン酸塩、リグノスルホン酸塩、およびナフタレンスルホン酸塩 より選ばれている請求の範囲２記載の凝集体。 ６．粒径が６μｍ未済である微粒ボーキサイトによって形成された焼成微粒ボー キサイト凝集体約８０〜９６重量％と、適切なセメント約０〜１０重量％と、チ キソトロープ剤約０〜８重量％と、適切な解こう剤および可塑剤０〜２重量％と を混合することを具備した低セメントキャスタブル耐火物の製造方法。 ７．粒径が６μｍ未満である微粒ボーキサイトによって形成された焼成微粒ボー キサイト凝集体約８０〜９６重量％と、適切なセメント約０〜１０重量％と、チ キソトロープ剤約０〜８重量％と、適切な解こう剤および可塑剤０〜２重量％と 、水約１〜１０重量％とを混合することと、該混合物を耐火物の供給温度まで加 熱することとを具備した方法。 ８．前記ボーキサイトを、含水量２〜１０％の状態まで天日乾燥し、採掘し、粉 砕して望ましい粒状の酸性化されたチップにスクリーニングし、１３５０℃を超 える温度で焼成する請求の範囲６または７記載の方法。 ９．前記微粒ボーキサイトが、実質的に下記のサイズ分布を有する超微粒ボーキ サイトとして得られる請求の範囲１記載の方法。 ３〜６ｍｍ１０〜４０％ １〜３ｍｍ５〜３０％ ０．１〜１ｍｍ５〜３０％ ＜０．１ｍｍ１０〜４０％