JPH05221737A - 不定形耐火物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 成形耐火物の高温での十分な熱間強度が得ら
れるものであって、溶融金属や溶融スラグによる化学的
侵食に対する耐蝕性を高め得ると共に、施工時の十分な
流動性を得ることができる不定形耐火物を提供する。 【構成】 全体を、アルミナが６４〜７８重量％、シリ
カが１重量％以下、炭化珪素が２０〜３０重量％、カー
ボンが２〜５重量％の成分組成とすると共に、分散剤を
０．０１〜０．２重量％添加し、さらに、微粉中の粒径
１０μ以下の超微粉部を全体の２〜２０重量％とし、そ
の超微粉部を、シリカが１重量％以下、炭化珪素が１〜
２重量％、カーボンが１〜５重量％、水硬性アルミナが
２〜７重量％の成分組成の他、アルミナ，クロミア，チ
タニア及びジルコニアのうちの１種以上の成分から構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄鋼，鋳物分野におけ
るキュポラ，誘導炉等への使用に好適するセメントを含
まない不定形耐火物に関する。

【０００２】

【従来の技術】不定形耐火物例えばキャスタブル耐火物
としては、従来では一般に、アルミナ−シリカ系の骨材
に結合材としてアルミナセメントを配合したものが供さ
れていた。ところが、アルミナセメント分の配合が高い
（５重量％以上）ものでは、成形耐火物の使用にあたっ
て、セメントの主成分であるカルシア（ＣａＯ）によ
り、アノールサイト（ＣａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2
）等の低融点化合物が相当量生成されてしまうため、
高温での熱間強度が著しく低下してしまう問題点があっ
た。また、施工時の添加水分が多量となるため、成形耐
火物の組織の緻密性が十分でなく、物理的，化学的な浸
蝕に対する強度に劣るものであった。

【０００３】これに対し、アルミナセメントの量を少な
くした、いわゆるセメントレスキャスタブル耐火物が近
年供されてきている。このものは、アルミナセメントを
４重量％以下とし、また、施工時の流動性を向上させる
と共に組織の緻密性を得るため、超微粉のシリカ（Ｓｉ
Ｏ2 ）を添加するようにしている。

【０００４】ところが、このようなセメントレスキャス
タブル耐火物でも、アルミナセメントによるアノールサ
イトの生成により、やはり高温での熱間強度に劣り、ま
た、特に鉄鋼，鋳物分野におけるキュポラや誘導炉等に
使用される場合にあっては、溶融スラグや溶融金属との
接触に伴い、シリカ分が主に鉄（Ｆｅ）との反応により
低融点化合物を生成し浸蝕を受けやすくなり、耐蝕性が
極めて悪いものなっていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、近年では、セ
メント成分を全く含まず、また、超微粉のシリカ成分を
極力少なくしたいわゆるノンセメントキャスタブル耐火
物が考えられている。このものでは、アルミナセメント
に換えて、硬化剤，凝集剤として水硬性アルミナを使用
することにより、高温での十分な熱間強度を得るように
すると共に、カーボン（Ｃ）等の超微粉を少量添加する
ことにより、耐蝕性を向上させようとするものである。

【０００６】しかしながら、かかるノンセメントキャス
タブル耐火物では、シリカ成分が少なくなるに加え、カ
ーボンが添加されることにより、流動性が極めて悪化し
てしまい、施工に難がでてくる。この流動性の問題を解
決するには、超微粉の炭化珪素（ＳｉＣ）を添加するこ
とも考えられるが、この場合には、炭化珪素の超微粉が
酸化してシリカが生成されてしまう新たな問題の発生が
予想されるため、採用されるには至っていなかった。

【０００７】このように、従来では、熱間強度及び耐蝕
性並びに流動性の全てを十分に向上させ得るようなノン
セメントキャスタブル耐火物は得られていなかった。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、成形耐火物の高温での十分な熱間強度
が得られるものであって、溶融金属や溶融スラグによる
化学的侵食に対する耐蝕性を高め得ると共に、施工時の
十分な流動性を得ることができる不定形耐火物を提供す
るにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の不定形耐火物
は、全体を、アルミナが６４〜７８重量％、シリカが１
重量％以下、炭化珪素が２０〜３０重量％、カーボンが
２〜５重量％の成分組成とすると共に、分散剤を０．０
１〜０．２重量％添加し、さらに、微粉中の粒径１０μ
以下の超微粉部を全体の２〜２０重量％とし、その超微
粉部を、シリカが１重量％以下、炭化珪素が１〜２重量
％、カーボンが１〜５重量％、水硬性アルミナが２〜７
重量％の成分組成の他、アルミナ，クロミア，チタニア
及びジルコニアのうちの１種以上の成分から構成したと
ころに特徴を有する。

【００１０】

【作用】本発明者等は、種々の実験・研究を重ねた結
果、骨材，中間粒及び微粉から構成されるいわゆるセメ
ントレスの不定形耐火物にあって、全体の成分組成、分
散剤の添加量、超微粉部の全体に対する割合、及び結合
剤としての水硬性アルミナを含む超微粉部の成分組成を
上記のように構成することにより、熱間強度及び耐蝕性
並びに流動性の全てを十分に向上させ得ることを知見
し、本発明を完成させるに至ったのである。

【００１１】特に、超微粉部中の炭化珪素及びカーボン
については、従来では適切な量が明らかとなっていなか
ったが、本発明においては、成形耐火物の耐蝕性と施工
時の流動性との間での適切なバランスを得ることができ
る組成に構成することができ、この結果、シリカの含有
量を１重量％以下としても何等不都合の起こらない成分
組成とすることができたのである。

【００１２】即ち、まず、超微粉部中の水硬性アルミナ
は結合剤として機能し、これにより、セメントレス化を
図っている。この水硬性アルミナは、施工時の硬化性を
高めるために２重量％以上が必要となり、また、７重量
％以下とすることにより施工時の良好な流動性を確保し
ている。

【００１３】骨材，中間粒及び微粉からなる全体の成分
組成を、主にアルミナ，炭化珪素及びカーボンから構成
することにより、耐蝕性を十分に向上させることができ
る。特に、鉄等と反応して低融点化合物を形成するシリ
カ成分を１重量％以下としたことにより、上述のセメン
トレス化と併せて熱間強度及び耐蝕性が極めて良好なも
のとなる。この場合、骨材及び中間粒の材質について
は、ボーキサイト，シャモット，高純度アルミナ，ジル
コン，クロミア，炭化珪素などを使用することが望まし
い。

【００１４】そして、微粉中の粒径１０μ以下の超微粉
部が全体の２〜２０重量％含まれることにより、骨材や
中間粒間の間隙が略完全に埋められるようになり、組織
の緻密な成形耐火物を得ることができるのである。ここ
で、超微粉部を２重量％以上とするのは、それ未満では
十分な組織緻密化の効果が発揮されず、２０重量％以下
とするのは、それを越えると施工時の流動性が悪化する
からである。

【００１５】また、超微粉部は、炭化珪素及びカーボン
を含んでいるので、全体としてさらに耐蝕性に優れたも
のとなる。この場合、炭化珪素の超微粉は、酸化しやす
いものであるため、酸化を極力防止するために２重量％
以下とすることが必要である。そして、同様に酸化を極
力防止し且つ良好な耐蝕性とする観点から、その粒径を
１μ以上とすることが望ましい。一方、カーボンは、高
温酸化雰囲気でも揮発，灰分化しない固定炭素を８０重
量％以上含むものであることが望ましい。

【００１６】ここで、超微粉部に、シリカ成分が１重量
％以下と少なく且つカーボンが含まれることにより、施
工時の流動性が悪化してしまうことが考えられるが、こ
れを、本発明では、炭化珪素の超微粉を１重量％以上含
むことでカバーしていると共に、分散剤によっても全体
の流動性を向上させている。

【００１７】この分散剤としては、金属キレート化合物
やアルカリ金属炭酸塩などを用いることが望ましい。分
散剤が０．０１重量％以上添加されることにより、各組
成成分の分散を促進し、施工時の流動性，硬化性等の施
工性が向上し、また、０．２重量％以下とするのは、そ
れを越える量添加されると、過剰な分散性が発揮されて
硬化性が悪化することになるからである。

【００１８】なお、施工時の添加水分量は、全体の４．
０〜７．０重量％とすることが望ましい。施工時の流動
性及び硬化性のバランスをとり、施工性を良好とするた
めである。

【００１９】

【実施例】以下本発明の実施例について述べる。まず、
実施例２は特許請求の範囲に記載された通りの成分組成
を備える不定形耐火物である。この実施例２は、骨材及
び中間粒、並びに超微粉を含む微粉からなり、セメント
を含まない構成とされている。全体の成分組成は、アル
ミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）が６５重量％、シリカ（ＳｉＯ2 ）
が１重量％、炭化珪素（ＳｉＣ）が２７重量％、カーボ
ン（Ｃ）が３重量％に調製され、さらに、カルボキシレ
ートソーダ塩からなる分散材が所定量（０．０５重量
％）添加されている。

【００２０】そして、そのうち微粉中の粒径１０μ以下
の超微粉部は、全体に対して１５重量％とされ、その成
分組成は、後述の表２に示すように、炭化珪素が２重量
％、カーボンが３重量％、シリカが１重量％、結合剤と
しての水硬性アルミナが４重量％に調製されている。

【００２１】かかる成分組成に水を６．２重量％添加し
て施工し、成形耐火物についての特性を、従来品並びに
参考例と比較して次の表１に示した。ここで、従来例
は、従来の技術の項で述べたセメントレス製品で、アル
ミナセメント成分を３重量％含むと共に超微粉のシリカ
（ＳｉＯ2 ）を２重量％添加してなるものであり、ま
た、１５重量％含まれている炭化珪素（ＳｉＣ）成分は
骨材，中間粒であって超微粉ではなく、カーボン（Ｃ）
を全く含んでいないものである。そして、参考例は、い
わゆるノンセメント製品で、アルミナセメントに代えて
水硬性アルミナを採用すると共に、カーボン（Ｃ）の超
微粉を１重量％添加したもので、やはり１５重量％含ま
れている炭化珪素成分は超微粉ではない。

【００２２】

【表１】 この表１から明らかなように、実施例２の不定形耐火物
によれば、熱間強度が従来例に比べ著しく向上してお
り、また、参考例と比べても良好な熱間強度が得られ
る。これは、セメント成分をなくすと共にシリカ成分を
減少させたことにより、低融点化合物の生成が抑えられ
たためであると考えられる。

【００２３】また、実施例２においては、超微粉部にシ
リカ成分が１重量％以下と少なく且つカーボンが３重量
％含まれるにもかかわらず、施工時の良好な流動性が得
られて施工性に優れていた。これは、後にも述べるよう
に、超微粉部に炭化珪素を２重量％添加したことによる
ものである。

【００２４】さらに、耐蝕性についての試験（ルツボテ
スト）を行った結果の、上述の３種の成形耐火物の切断
面の写真を図に示す。図１は実施例品（実施例２）につ
いての写真、図２は従来品（従来例）についての写真、
図３は他の従来品（参考例）についての写真である。な
お、試験条件は、１５５０℃−２４時間で、スラグ量を
３５ｇとしている。

【００２５】この結果、残った溶融スラグの高さは、本
実施例品で１６mm、他の従来品（参考例）で１mmであ
り、従来品では溶融スラグが全く残らなかった。図から
も明らかなように、実施例２によれば、スラグによる浸
蝕を受けにくく極めて良好な耐蝕性が得られるものであ
る。

【００２６】次に、超微粉部の成分組成の適正につい
て、上述の実施例２を含むいくつかの実施例により例証
する。実施例１乃至実施例８は、特許請求の範囲に記載
された通りの成分組成を備える不定形耐火物であり、骨
材及び中間粒、並びに超微粉を含む微粉からなり、セメ
ントを含まない構成とされている。これらの全体の成分
組成は、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）が６４〜７８重量％、
シリカ（ＳｉＯ2 ）が１重量％以下、炭化珪素（Ｓｉ
Ｃ）が２０〜３０重量％、カーボン（Ｃ）が２〜５重量
％に調製され、さらに、カルボキシレートソーダ塩から
なる分散材が夫々所定量添加されている。

【００２７】そして、前記微粉中の粒径１０μ以下の超
微粉部は、全体に対して１５重量％とされ、その成分組
成は、表２に示す通りとされている。この場合、炭化珪
素が１あるいは２重量％、カーボンが２〜５重量％、シ
リカが０〜１重量％、結合剤としての水硬性アルミナが
４あるいは７重量％に調製され、その他の成分として、
アルミナ，クロミア，チタニア及びジルコニアのうち１
種以上の成分が２〜６重量％含まれている。

【００２８】これに対し、比較例１乃至比較例１４は、
超微粉部の成分組成あるいは分散剤の量が、特許請求の
範囲から逸脱した不定形耐火物である。即ち、比較例１
及び比較例２は分散剤の添加量を、比較例３乃至比較例
５は水硬性アルミナ成分の量を、比較例６及び比較例７
はカーボン成分の量を、比較例８乃至比較例１１は炭化
珪素成分の量を、比較例１２及び比較例１３はシリカ成
分の量を、比較例１４は超微粉部の全体に対する組成
を、夫々特許請求の範囲から逸脱したものに調製してい
る。

【００２９】さて、これら実施例１乃至実施例８、及
び、比較例１乃至比較例１４について、適量（４〜７重
量％）の水を添加して施工し、施工性（流動性及び硬化
性）及び耐蝕性についての試験を行った。この試験結果
を、次の表１に示す。尚、表中の評価の欄では、特に良
好であったものを◎、良好であったものを○、普通のも
のを△、不良のものを×、評価不能のものを−で表して
いる。

【００３０】

【表２】 この表２から明らかなように、実施例１乃至実施例８の
粉体耐火物は、全て施工性及び耐蝕性について優れた試
験結果が得られた。

【００３１】これに対し、分散剤を不添加あるいは過多
とした比較例１，２では、各組成成分の分散が不足して
流動性が悪化し、あるいは、過剰な分散性が発揮されて
硬化に長時間かかるものとなり、施工性の悪化を招いて
しまうものである。また、結合剤として機能する水硬性
アルミナを過多あるいは過少とした比較例３〜５では、
流動性あるいは硬化性が低下しやはり施工性の悪化を招
いてしまう。

【００３２】そして、カーボン成分を過多とした比較例
６では、これも流動性が極めて悪化し、またカーボンが
不添加の比較例７では、耐蝕性に劣るものとなった。ま
た、炭化珪素成分を過多とした比較例８，９では、流動
性は良好なものの、耐蝕性に劣るものとなる。これは、
炭化珪素の超微粉が酸化してシリカが生成されるためで
あると考えられる。超微粉炭化珪素を０とした比較例１
０，１１では、流動性が普通あるいは悪化し、また耐蝕
性も劣るものとなった。さらに、シリカ成分を過多とし
た比較例１２，１３では施工性（流動性）は良好なもの
の、耐蝕性の点で劣るものとなっている。そして、超微
粉部を全体の２０重量％を越えるものとした比較例１４
では、施工時の流動性が悪化した。

【００３３】このように本実施例によれば、成形耐火物
の高温での十分な熱間強度が得られるものであって、溶
融金属や溶融スラグによる化学的侵食に対する耐蝕性を
高め得ると共に、十分な施工性を得ることができるとい
う、従来では得られなかった極めて有用な粉体耐火物を
得ることができたのである。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明にて明らかなように、本発明
の不定形耐火物によれば、セメント成分をなくすると共
にシリカ成分を低減することにより、成形耐火物の高温
での十分な熱間強度が得られるものであって、しかもカ
ーボンや炭化珪素等の超微粉の成分組成を適正なものと
して、溶融金属や溶融スラグによる化学的侵食に対する
耐蝕性を高め得ると共に、施工時の十分な流動性を得る
ことができるという優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る不定形耐火物の成形品
の耐蝕試験後の切断面を示す写真

【図２】従来品の図１相当写真

【図３】他の従来品の図１相当写真

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【手続補正書】

【提出日】平成５年３月１９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る不定形耐火物の成形品
の耐蝕試験後のるつぼの切断面を示す縦断正面図

【図２】従来品の図１相当図

【図３】他の従来品の図１相当図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 骨材，中間粒及び微粉から構成されるセ
   メントを含まない不定形耐火物であって、全体は、アル
   ミナが６４〜７８重量％、シリカが１重量％以下、炭化
   珪素が２０〜３０重量％、カーボンが２〜５重量％の成
   分組成とされているとともに、分散剤が０．０１〜０．
   ２重量％添加され、さらに、前記微粉中の粒径１０μ以
   下の超微粉部が全体の２〜２０重量％であって、その超
   微粉部は、シリカが１重量％以下、炭化珪素が１〜２重
   量％、カーボンが１〜５重量％、水硬性アルミナが２〜
   ７重量％の成分組成の他、アルミナ，クロミア，チタニ
   ア及びジルコニアのうちの１種以上の成分からなること
   を特徴とする不定形耐火物。