JPH05132355A - 熱間補修用珪石れんが - Google Patents

熱間補修用珪石れんが

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JPH05132355A
JPH05132355A JP29346991A JP29346991A JPH05132355A JP H05132355 A JPH05132355 A JP H05132355A JP 29346991 A JP29346991 A JP 29346991A JP 29346991 A JP29346991 A JP 29346991A JP H05132355 A JPH05132355 A JP H05132355A
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弘 鹿野
Mitsuo Kanda
美津夫 神田
Yuzo Otsuki
雄三 大槻
Keiji Nishimoto
慶二 西本
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Kurosaki Refractories Co Ltd
Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 コークス炉炉壁れんがの熱間積み替え補修に
使用する耐熱スポーリング性と共に耐摩耗性においても
優れた熱間補修用珪石れんがの提供。 【構成】 骨材が溶融石英と焼成珪石であって、溶融石
英含有量を35〜50重量%とし、そのうち粒径1mm
未満の溶融石英が15〜30重量%で、粒径1mm以上
の溶融石英量を30重量%未満とし、焼成珪石の0.5
mm以下の微粉を15〜35重量%の範囲とすること
で、コークス炉用珪石れんが規格である圧縮強度200
kg/cm2 以上を維持しながら、耐熱スポーリング性
と耐摩耗性とが改善されたれんがが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、コークス炉の炉壁れん
がの熱間積み替え補修に使用できる熱間補修用珪石れん
がに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の珪石れんがは、クリストバライト
およびトリジマイトを主鉱物としており、かつそのれん
が微構造のなかに構成鉱物の結晶転移に伴う膨張収縮に
よって生じる歪みの緩衝部分を有しないため、耐スポー
リング性が極めて悪く、熱間補修用として不適であっ
た。すなわち、トリジマイトは117℃と163℃で結
晶転移し、それぞれ0.15%と0.2%の線変化が生
じ、またクリストバライトは230〜270℃で転移
し、約0.4%の線変化が生じることが知られている。
従来の珪石れんがは受熱時にこれら鉱物の転移に伴って
大きな容積変化が生じるために、200〜300℃の比
較的低温で熱スポールによって容易に亀裂を生じる。
【0003】この問題点を解決するために、例えば、特
公平1−38074号公報において粒径が0.7mm以
上の溶融石英の粗粒を30〜70重量%含み、その溶融
石英粒の表面部分の50%未満がクリストバライト及び
/又はトリジマイトに転移して殻を形成しており、内部
が非晶質であり、かつ溶融石英以外の部分は珪石れんが
で構成されている耐熱衝撃性珪石れんがが開示されてお
り、溶融石英粒の内部に残存している石英ガラスの低熱
膨張性を利用して耐熱衝撃性を付与したものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この公報に記載のれん
がは、確かに耐スポーリング性は向上するものの、溶融
石英を0.7mm以上の粗粒で30〜70重量%と多量
に含有しているため、従来れんがに比べて耐摩耗性が著
しく劣るという欠点がある。
【0005】すなわち、溶融石英粒はその表面部分のク
リストバライトあるいはトリジマイトからなる殻を通じ
て周囲のれんが構造と結合しており、その結合力が弱い
ために比較的容易にれんが組織からはずれやすい。ま
た、粗粒の溶融石英を添加しているために、溶融石英粒
が抜け落ちた後のれんが組織の欠損空隙が大きく、この
ことが更にれんがの耐摩耗性を劣化させる原因となる。
このような組織を有するれんがを石炭と直接接触するコ
ークス炉炉壁に使用した場合、石炭との摩擦によりれん
がが摩耗し、長期使用に耐えない。
【0006】本発明の目的は、この従来の珪石れんがの
欠点を解消して、コークス炉炉壁れんがの熱間積み替え
補修に際して、常温から熱間雰囲気にれんがを挿入して
も、熱スポールにより割れたり、亀裂を生じたりしない
耐スポーリング性、補修後の実炉使用に際して優れた耐
摩耗性を有し、耐熱スポーリング性と共に長期使用に耐
える耐摩耗性においても優れた珪石れんがを提供するこ
とにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の熱間補修用珪石
れんがは、骨材が溶融石英と焼成珪石よりなり、溶融石
英の含有量が35〜50重量%であり、溶融石英の粒度
構成において、粒径1mm未満が15〜30重量%で、
粒径1mm以上が30重量%未満であり、且つ、残部の
焼成珪石の粒度構成において、0.5mm以下の微粉が
15〜35重量%の範囲にあることを特徴とする。
【0008】
【作用】溶融石英粒は、れんが焼成段階においてその表
面部分よりクリストバライトあるいはトリジマイトに結
晶化する。とくに、溶融石英の粗粒では、その表面部分
はクリストバライトあるいはトリジマイトからなる殻を
形成し、その中心部分は石英ガラスの状態で存在する。
【0009】溶融石英の配合による耐熱スポーリング性
の向上の理由の一つは、この石英ガラスの低熱膨張性が
寄与しているものと考えられる。すなわち、クリストバ
ライトとトリジマイトの1000℃における熱間膨張率
はそれぞれ1.5%と1.0%であるのに対し、石英ガ
ラスは約0.1%であり、この極めて小さな熱膨張率の
ために受熱時の容積変化も小さく耐熱スポーリング性を
向上させる。
【0010】従来技術において、耐熱スポーリング性の
向上のために溶融石英を配合するに当たって、0.7m
m以上の粗粒を用いる理由は、0.7mm未満の微粉で
溶融石英を添加したのでは、れんが焼成中に溶融石英粒
の内部まで結晶化してしまい、石英ガラスが残存しない
か、あるいは残存量が少ないために石英ガラスの低熱膨
張性が発揮できず耐熱スポーリング性の向上には寄与し
ないとされていた。
【0011】これに対して、本発明の場合は、添加する
溶融石英粒度と耐熱スポーリング性の向上効果について
種々検討を重ねた結果、従来不適当と考えられていた微
粉域の溶融石英を配合添加した場合でも、充分に耐熱ス
ポーリング性が向上するという新たな知見に基づくもの
である。
【0012】これは、れんが焼成後でも、微粉溶融石英
粒内部に石英ガラスがまだ残存しており、充分にその低
熱膨張性が期待できることと、仮に完全にクリストバラ
イトあるいはトリジマイトに転移した場合であっても、
その粒子は焼成珪石粒のように粒子表面が一部溶融して
マトリックスと一体となることなく、独立した粒子とし
て存在しており、れんが受熱時に結晶転移により生じる
歪みがこの部分で緩和されるものと考えられる。すなわ
ち、溶融石英はSiO2 純度が高いため、れんが焼成中
に融液を生じ難く、かつれんが焼成時に表面から結晶化
して収縮するために、そのれんが組織、特にマトリック
スガラスと一体とならずに存在しており、れんが受熱時
にその組織内部に生じる歪みの緩和効果、あるいはれん
が組織内部に仮に亀裂が発生しても亀裂の伝播防止効果
を発揮してマイクロクラック程度の極微小亀裂にとど
め、れんがの耐熱スポーリング性を向上させるものと考
えられる。従って、耐熱スポーリング性の向上のために
は、特に溶融石英の粒度を従来技術に見られるように粗
粒域に限定する必要はなく、れんがの耐摩耗性を改善す
るためには、溶融石英の粗粒域での添加は逆に極めて不
利であり、むしろ溶融石英は、積極的に粒径1mm未満
の微粉域のものを添加すべきである。
【0013】溶融石英の添加量は、35〜50重量%で
あることが望ましい。35重量%未満では、耐熱スポー
リング性の改善効果が小さく、50重量%を越えるとれ
んがの強度低下と耐摩耗性の劣化が大きいため望ましく
ない。特に添加する溶融石英粒度と耐摩耗性の関係につ
いてサンドブラスト試験で調査した結果、粒径1mm以
上の粗粒域での溶融石英の添加は、溶融石英粒とれんが
組織との間の結合が弱い上に、溶融石英粒がれんがから
抜け落ちたときの欠損部の空隙が大きいため、耐摩耗性
の劣化が大きい。特にその添加量が30重量%を超える
と急激に耐摩耗性が劣化するため、その添加量は30重
量%以下にすることが必要である。このため溶融石英
は、できるだけ粒径1mm未満の微粉で添加するのが望
ましく、その最適添加量は15〜30重量%の範囲であ
る。粒径1mm未満の溶融石英量が30重量%を超える
とれんがの強度が低下し、15重量%未満では充分な耐
熱スポーリング性の向上が見られない。
【0014】溶融石英以外の骨材は、焼成珪石を使用す
る。その鉱物組成は、クリストバライト及び/又はトリ
ジマイトへの転移が進行してクォーツの少ないものが良
い。これは、従来の珪石れんがが1430〜1500℃
の高温で焼成していたのに対し、本発明の熱間補修用珪
石れんがは、焼成温度が1200〜1400℃と低いた
め、れんが焼成時に焼成珪石中の残存クォーツの転移が
完全に進行せず、焼成後までクォーツが残存するためで
ある。すなわち、この残存クォーツはコークス炉炉壁れ
んがの熱間積み替え後の昇温後あるいは稼働中に徐々に
トリジマイトあるいはクリストバライトに転移し、その
とき膨張を伴うため、周囲の従来珪石れんがとの間に膨
張差を生じ、炉壁の反りや割れが懸念されるために好ま
しくない。この焼成珪石は、れんがの強度発現と耐熱ス
ポーリング性を制御するために重要な要素であり、特に
0.5mm以下の微粉量については厳密に調整する必要
がある。すなわち、溶融石英は焼成珪石に比べてSiO
2 純度が極めて高く不純物が少ないため、れんが焼成中
に融液を生成せず、また結晶化によって収縮するため、
れんがの強度発現に寄与しない。このため、従来のれん
が配合物における微粉部と溶融石英微粉を単純に置換し
たのでは、コークス炉用珪石れんが規格である圧縮強度
200kg/cm2 を達成することは困難となる。この
問題を解決するためには、焼成珪石の0.5mm以下の
微粉を一定量添加する必要があり、その添加量は15〜
35重量%である。15重量%より少ないとれんがの強
度が低く、コークス炉用珪石れんが規格である圧縮強度
200kg/cm2 を達成することは困難であり、35
重量%を超えると強度は高いものの、耐熱スポーリング
性は低下する。
【0015】鉱化剤としては、消石灰、フッ化カルシウ
ム、珪フッ化ナトリウム等のうちの1種または2種以上
を使用する。その添加量は、0.2〜3.0重量%の範
囲とするのが望ましい。一般に鉱化剤の添加量を増す
と、れんが強度が向上するのであるが、溶融石英の転移
が促進されることと、鉱化剤の増量によりマトリックス
部分が強化された分だけ耐熱スポーリング性は劣化する
傾向にある。従って、過剰の鉱化剤の添加は注意しなけ
ればならず、消石灰であれば1〜3重量%、フッ化カル
シウム、珪フッ化ナトリウム等の比較的融点あるいは分
解温度が低く珪石との反応性の高いものは、0.2〜1
重量%程度の少量に抑えるべきである。
【0016】
【実施例】表1および表2に示す配合物を250トンフ
リクションプレスで300×100×100mmの形状
に成形し、単独窯で1350℃で5時間焼成して供試材
を得て、特性を調べた。各表に示す従来れんがは別途製
造したものを供試した。
【0017】各表中の耐熱スポーリング性は、300×
100×100mmのれんがをそのまま常温から所定の
温度に保定した炉に挿入した後の状態を観察したもので
ある。同表中の○はれんがに全く以上が認められなかっ
たことを、△は微少亀裂の発生を、また、×は割れまた
は亀裂の発生を意味する。
【0018】耐摩耗性の評価については、補修後の定常
的な実炉稼働時には熱間補修用珪石れんがの溶融石英は
全て結晶化していることが予想されるため、れんがを1
400℃で長時間再焼成して、溶融石英をクリストバラ
イト及び/又はトリジマイトに完全に結晶化させた後に
行った。耐摩耗性はジルコンサンドの所定量をサンドブ
ラスト試験器でれんがに吹き付けたときのれんがの重量
減少を表示したものである。
【0019】
【表1】
【表2】 比較例1は、本発明において特定する範囲外のもので、
粒径1mm未満の溶融石英を35重量%添加したもので
あり、強度が低くコークス炉用珪石れんが規格である圧
縮強度200kg/cm2 に達していない。実施例1〜
3はいずれも特許請求の範囲内であり、耐熱スポーリン
グ性は、従来れんがが常温から200℃雰囲気挿入で割
れるのに対し、400℃雰囲気挿入でも亀裂を生じてお
らず、充分に改善されている。強度もコークス炉用珪石
れんが規格である圧縮強度200kg/cm2 以上を有
している。耐摩耗性は溶融石英の1mm以上の量が増す
に従い劣化する傾向が見られるが、溶融石英を1mm以
上の粗粒のみで添加した従来技術の耐熱衝撃性珪石れん
がである比較例3に比べると約1/2の摩耗量であり、
耐摩耗性が約2倍に改善されている。溶融石英粗粒を特
許請求の範囲外である30重量%以上添加した比較例2
と3は、耐摩耗性の劣化が大きい。また、粒径1mm未
満の溶融石英微粉を特許請求の範囲外である15重量%
未満に減じた比較例2は、実施例3に比べて若干耐熱ス
ポーリング性が低下する傾向が見られる。
【0020】同表に示すように本発明に係る実施例1〜
3は、従来れんがに比べて耐熱スポーリング性が格段に
改善されるとともに、従来技術である耐熱衝撃性れんが
に比べて耐摩耗性が約2倍向上した。
【0021】次に表2に焼成珪石の粒度構成がれんがの
品質に与える影響を示す。粒径0.5mm以下の焼成珪
石の添加量でれんが強度は変化し、特許請求の範囲より
も添加量が少ない比較例5は、コークス炉用珪石れんが
規格である圧縮強度200kg/cm2 に達しておら
ず、特許請求の範囲よりも過剰に添加した比較例6は、
強度は高いものの耐熱スポーリング性の劣化が認められ
る。これに対し特許請求の範囲内で焼成珪石微粉を添加
した実施例4〜6は、耐熱スポーリング性、強度ともに
改善されている。
【0022】
【発明の効果】本発明の熱間補修用珪石れんがは耐熱ス
ポーリング性に極めて優れたものであるため、コークス
炉炉壁れんがの熱間積み替え補修に使用できるととも
に、耐摩耗性も従来の耐熱衝撃性れんがに比べて改善さ
れたため、補修後も長期の耐用が可能となる。
フロントページの続き (72)発明者 大槻 雄三 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 西本 慶二 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 骨材が溶融石英と焼成珪石よりなる珪石
    れんがにおいて、溶融石英の含有量が35〜50重量%
    であり、溶融石英の粒度構成において粒径1mm未満が
    15〜30重量%であり、粒径1mm以上が30重量%
    未満であり、且つ、残部の焼成珪石の粒度構成が0.5
    mm以下の微粉が15〜35重量%の範囲にある熱間補
    修用珪石れんが。
JP29346991A 1991-11-08 1991-11-08 熱間補修用珪石れんが Expired - Fee Related JPH0777982B2 (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6128822A (en) * 1997-02-07 2000-10-10 Nkk Corporation Method for repair and/or reinforcement of partition-type heat exchanger
JP2006124561A (ja) * 2004-10-29 2006-05-18 Jfe Steel Kk コークス炉用珪石質煉瓦
JP2007302540A (ja) * 2006-05-15 2007-11-22 Kurosaki Harima Corp 熱間補修用珪石れんがの製造方法と熱間補修用珪石れんが

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JP4700560B2 (ja) * 2006-05-15 2011-06-15 黒崎播磨株式会社 熱間補修用珪石れんがの製造方法

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