JPH08507282A - 耐火材組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 実質的に乾いた、加熱によって活性化されて自ら硬化する耐火材組成物であって、炉又は取鍋、タンディッシュ又は樋のような冶金用容器を内張りするに適したものであり、粒子状耐火材と、メタ珪酸ナトリウム５水塩又は三塩基性燐酸ナトリウム１２水塩のような化学的又は物理的に結合された水を一体的に含んだ無機結合剤と、この無機結合剤と反応して発熱するアルミニウムのような元素又は化合物とから成る組成物である。この組成物は早期の発熱反応を抑制するために鉱油又は植物油のような抑制剤をさらに含んでいてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】 耐火材組成物 この発明は、耐火材製品、例えば炉又は取鍋、タンディッシュ又は樋のような 冶金用容器を内張りするために、乾いた状態で使用する耐火材組成物に関するも のである。 耐火材製品は、それが特定の用途に向くように予め成形された製品であろうと 、また炉又は冶金用容器の内張材であろうと、何れであっても、例えば水性スラ リの形態又は成形可能又は流し込みのできる塊の形態の湿った耐火材組成物を使 用して搗き固め、こて塗り、吹き付け又は流し込みのような方法によって作るの が普通である。そのような方法は、最初の塗布又は成形工程を別にしても、乾燥 工程及び多くの場合さらにか焼工程又は焼結工程が必要となるので、時間がかか るという欠点を持っている。また、塗布するのに適した状態に組成物を維持する ことが必要となり、このことは固体材料が固化し易いので問題となる。これらの うちの或る方法、例えば吹き付けは、使用中に詰まるおそれのある比較的複雑な 装置を必要とし、また湿った形態で使用する方法は、すべて組成物を塗布するの に適した状態にするために、現場で水の供給を必要とする。 従って、成形又は塗布後に加熱によって固化又は硬化するような実質的に乾い た耐火材組成物を使用するという代替方法が提案された。 ヨーロッパ特許公開第００６４８６３号公報は、少なくとも７０重量％の耐火 性骨材と、少なくとも０.５重量％の熱硬化性樹脂と、 約０.５から１０重量％の無機結合剤と、必要に応じて約０.５から１０重量％の 無機水和物とからなる、実質的に乾いた粒子状混合物を使用して、冶金用容器内 に一体の耐火材層を形成する方法を記載している。 国際特許出願ＷＯ９２／０９５４２号公報は、加熱により活性化される乾いた 耐火性組成物で、炉又は他の高温容器に新たに耐火材の内張りを設けるか、又は 既に付設されている耐火材の内張りを修繕するのに用いられる組成物を記載して いる。その組成物は、約３５から約８５重量％の耐火性骨材と、化学的に結合さ れて結晶の形になっている約５から約９モルの水を含んだ約１５から約５０重量 ％の水和物とで構成されており、その水は全組成物の約７から約３５重量％を構 成している。 その水和物は、その中に含まれている化学的に結合された水の量について、組 成物に水分を与えるのに充分な量が存在し、内張り又は修繕しようとする加熱さ れた表面に組成物が付設されると、組成物に自然流動を起こさせる。 その組成物が無機結合剤と反応して発熱するような元素又は化合物を含んでい ると、化学的又は物理的に水を結合されている無機化合物を含んだ乾いた耐火材 組成物の性能が改善されるに至ることがここに発見された。 この発明によると、粒子状耐火材と、化学的又は物理的に結合された水を一体 的に含んだ無機結合剤と、その無機結合剤と反応して発熱する元素又は化合物と から成る、実質的に乾いた、加熱によって活性化されてそれ自身で硬化する耐火 材組成物が提供される。 粒子状耐火材は、耐火材組成物の約７０から９０重量％を構成し ていることが好ましく、例えば、シリカ、ジルコン、炭化珪素、アルミナ（コラ ンダム）、マグネシア（か焼マグネサイト）、か焼ドロマイト、クロムマグネサ イト、かんらん石、苦土かんらん石（forsterite）、ムライト、カイアナイト（ kyanite）、アンダルサイト、シャモット、炭素又はクロム鉄鉱（chromite）、 又はこれら材料の２種以上の混合物である。 耐火材組成物は，必要に応じて硬化後の組成物の密度を低下させるために、膨 張パーライト、膨張バーミキュレート、珪藻土又はフライアッシュ浮遊物のよう な低密度の粒子状材料を含んでいてもよい。 化学的に結合された水を一体的に含んでいる無機結合剤の適当な例は、珪酸塩 、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、硼酸塩又は燐酸塩のような結晶性の水和塩である。 これらの塩は、メタ珪酸ナトリウム５水塩、メタ珪酸ナトリウム９水塩、硫酸ア ルミニウム１８水塩、硫酸マグネシウム７水塩、四硼酸ナトリウム１０水塩、炭 酸マグネシウム３水塩、硝酸マグネシウム６水塩、硫酸アルミニウムカリウム１ ２水塩、硫酸アルミニウムナトリウム１２水塩及び三塩基性燐酸ナトリウム１２ 水塩を含んでいる。珪酸ナトリウム５水塩と、三塩基性燐酸ナトリウム１２水塩 とが好ましいものである。物理的に結合された水を一体に含んだ無機結合剤の適 当な例は、珪酸ナトリウム溶液（水ガラス）をカプセルで包んだ微細な粒子と、 正燐酸アルミニウム水溶液をカプセルで包んだ微細な粒子である。（化学的又は 物理的に結合された水を含んだ）無機結合剤は、耐火材組成物の約１から約１５ 重量％を構成しているのが普通である。 無機結合剤と反応して発熱する元素又は化合物は、例えばフェロ シリコン、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、アルミニウム又はセメントであ り、耐火材組成物の約１から約１５重量％を構成しているのが普通である。アル ミニウムが好ましいものであり、粉末として又は箔の小さな粒子として用いられ る。 結合剤と、その結合剤と反応して発熱する元素又は化合物とが早期に反応する ことを防ぐために、組成物中には抑制剤、例えば鉱油又は植物油を含ませること が望ましい。抑制剤を用いる場合には、抑制剤が耐火材組成物の約０.１から約 ５重量％を構成するようにするのが普通である。 この発明に係る実質的に乾いた耐火材組成物は、個々の成分を一緒にしてよく 混合することによって作られる。 この組成物は、これを色々な方法で、例えば適当な型に詰め、又は冶金用容器 内を内張りする場合には、内張りすべき表面と適当な成形具との間の空間にこの 組成物を詰め、その後にこの組成物を局部的に加熱し、結合剤と反応して発熱す る元素又は化合物と無機結合剤との間で硬化反応を開始させることにより、耐火 材製品を作るのに使用することができる。この組成物の局部的加熱は、少なくと も部分的に加熱することのできる型、成形具又は容器を使用したり、又は例えば ガストーチにより組成物の一部を加熱したりして行うことができる。 この発明に係る耐火材組成物は、実質的に乾いた流れ易い粉末であって、色々 な用途に容易に用いることができ、とくに炉又は取鍋、タンディッシュ、樋、ア ルミニウムの精錬に用いるポットセルのような冶金用容器の表面又は裏面に内張 りを作ったり、耐火材の成形体を作ったりするのに用いることができる。この組 成物は、比較的 硬化時間が短いので、成形体、内張材などは比較的早くすぐに使用することがで き、またこの組成物は軽量で熱絶縁性の良い製品を作るように処方を定めること ができる。 次の実施例は、この発明を詳しく説明するのに役立つものである。 実施例１ 下記の成分を以下に示す割合で全体を混合し、実質的に乾いた加熱により活性 化されて自然に硬化する耐火材組成物を作った。 この組成物を使用し、この組成物をボール紙製チューブ内で搗き固め、こうし て搗き固めた組成物の上端にブンゼンバーナーの焔をあてて組成物を固化させ、 直径が５０mm、高さが５０mmの円柱を作った。１０分後に固化した円柱をボール 紙から取り出した。 この円柱の一部の圧縮強度を室温で測定し、他の円柱を１時間あたり４００℃ の割合で１５００℃まで加熱し、その後同じ割合で室温まで冷却して、その圧縮 強度を測定した。測定はｋｐのバルブつ き計器を備えた水圧プレス上で行った。 円柱の透過性は、鋳物砂で作られたテストコアの通気度を決定するのに用いら れるタイプの、ＧＦ通気度テスターを用いて測定した。 円柱の密度は１５００℃に加熱する以前と以後とに測定して、１５００℃への 加熱によって起こる体積膨張率をも測定した。 得られた平均結果を以下に表にして示す。 実施例２ 下記の成分を以下に示す割合で混合することによって、実施例１の組成物と同 様な組成物を作った。 この組成物を使用し実施例１に記載したように試験したが、ただ円柱を５００ ℃、７００℃、１０００℃、及び１２００℃、にそれぞれ加熱し、その後冷却し たものについて圧縮強度を測定した点で異なるようにした。 得られた平均結果を以下に表にして示す。 実施例３ 下記の組成物Ａと組成物Ｂとを重量比で１対１の割合で、コンクリートミキサ ー中で１５分間混合することによって、金属鋳造用の取鍋を内張りするのに用い ることのできる、実質的に乾いた、加熱により活性化されてそれ自体で硬化する 組成物を作った。 混合後に組成物をポット取鍋の底上で搗き固めた。その後成形具を取鍋の内側 に置き、成形具と取鍋内面との間の空間に組成物を詰めて内張りを作った。この 組成物を火焔によって一点で局部的に加熱し、２０分間にそれ自体で硬化させた 。その後、成形具を取り除き、成形された内張材の表面をジルコンが主材となっ ている被覆材CERAMOL 258で被覆した。 実施例１に記載した方法によって取り外し直後と、１０００℃に 加熱後と、１５００℃加熱後の内張材の圧縮強度を測定した。 実施例１に記載した方法によって透過度、密度及び体積膨張率を測定した。 英国特許第１０１８７０３号に記載されたタイプのAMITEC装置を使用して、内 張材の硬化スラブについて、内張材からの熱損失割合と、１時間後の全熱損失と を測定した。 下記の結果が得られた。 取鍋を内張りするのに用いられる代表的な耐火コンクリートは、同じ装置を使 用して測定したところ、０.８ｃａｌ／cm²の程度の熱損失割合を示し、１時間後 の熱損失４０００ｃａｌ／cm²を示した。 実施例４ コンクリートミキサー中で１５分間個々の成分を混合して、２５kgの下記組成 物を製造した。 その後に、上記組成物の重量を基準として５.８重量％の噴霧アルミニウム粉 末を加え、１０分間混合を続けた。 実施例１に記載したように組成物の一部をテストして、硬化後の室温圧縮強度 と密度とを測定した。硬化組成物は、６１Ｎ／cm²の圧縮強度と０.９ｇ／cm³の 密度を持っていた。 約２５mmの厚みの底を形成するに充分な組成物をスチール取鍋の底上に置いた が、その取鍋は底に１００mmの間隔をおき、また側壁に１５０mmの間隔をおいて 、直径が２−３mmの通気孔を持っていた。そのスチール取鍋の直径よりも４cmだ け小さい直径の商品名INSURAL（フォセコ社から販売されている）の予め成形さ れた取鍋用内張材を取鍋の底上の組成物上に置いて、INSURAL内張材と取鍋の側 壁との間に隙間を作った。組成物は流動自在で詰め込みを殆ど必要としない状態 にあったので、残りの組成物をその後その隙間内へ流し込み、取鍋の上端まで隙 間を充填した。その後、ガストーチを取鍋の底の外側へ当てて、裏側の組成物に 発熱反応を開始させた。約45分後に、裏側の全体にわたって反応が進行し、組成 物は完全に硬化したので、その後こうして内張りした取鍋を溶融アルミニウムを 入 れるのに使用した。 実施例５ 実施例４で用いたメタ珪酸ナトリウム５水塩の代わりに三塩基性燐酸ナトリウ ム１２水塩を用いることとした以外は、実施例４に記載したと同じ組成物を作り 、これをテストした。 硬化した組成物は、１８６Ｎ／cm²の圧縮強度と、０.８６ｇ／cm³の密度とを 持っていた。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年１２月８日 【補正内容】 国際特許出願ＷＯ９２／０９５４２号公報は、加熱により活性化される乾いた 耐火性組成物で、炉又は他の高温容器に新たに耐火材の内張りを設けるか、又は 既に付設されている耐火材の内張りを修繕するのに用いられる組成物を記載して いる。その組成物は、約35から約８５重量％の耐火性骨材と、化学的に結合され て結晶の形になっている約５から約９モルの水を含んだ約１５から約５０重量％ の水和物とで構成されており、その水は全組成物の約７から約３５重量％を構成 している。 その水和物は、その中に含まれている化学的に結合された水の量について、組 成物に水分を与えるのに充分な量が存在し、内張り又は修繕しようとする加熱さ れた表面に組成物が付設されると、組成物に自然流動を起こさせる。 その組成物が無機結合剤と反応して発熱するような元素又は化合物を含んでい ると、化学的又は物理的に水を結合されている無機化合物を含んだ乾いた耐火材 組成物の性能が改善されるに至ることがここに発見された。 この発明によると、粒子状耐火材と、化学的又は物理的に結合された水を一体 に含んだ無機結合剤と、その無機結合剤と反応して発熱する元素又は化合物とか らなる実質的に乾いた、加熱によって活性化されてそれ自体で硬化する耐火材組 成物であって、７０から90重量％の粒子状耐火材と、（化学的又は物理的に結合 された水を含んでいる）１から１５重量％の無機結合剤と、この無機結合剤と反 応して発熱する１から１５重量％の元素又は化合物とを含むことを特徴とする耐 火材組成物が提供される。 粒子状耐火材は、例えばシリカ、ジルコン、炭化珪素、アルミナ（コランダム ）、マグネシア（か燒マグネサイト）、か撓ドロマイ ト、クロムマグネサイト、かんらん石、苦土かんらん石（forsterite）、ムライ ト、カイアナイト（Kyanite）アンダルサイト、シャモット、炭素又はクロム鉄 鉱（chromite）、又はこれら材料の２種以上の混合物である。 耐火材組成物は、必要に応じて硬化後の組成物の密度を低下させるために、膨 張パーライト、膨張バーミキュレート、珪藻土又はフライアッシュ浮遊物のよう な低密度の粒子状材料を含んでいてもよい。 化学的に結合された水を一体的に含んでいる無機結合剤の適当な例は、珪酸塩 、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、硼酸塩又は燐酸塩のような結晶性の水和塩である。 これらの塩は、メタ珪酸ナトリウム５水塩、メタ珪酸ナトリウム９水塩、硫酸ア ルミニウム１８水塩、硫酸マグネシウム７水塩、四硼酸ナトリウム１０水塩、炭 酸マグネシウム３水塩、硝酸マグネシウム６水塩、硫酸アルミニウムカリウム12 水塩、硫酸アルミニウムナトリウム１２水塩及び三塩基性燐酸ナトリウム１２水 塩を含んでいる。珪酸ナトリウム５水塩と、三塩基性燐酸ナトリウム１２水塩と が好ましいものである。物理的に結合された水を一体に含んだ無機結合剤の適当 な例は、珪酸ナトリウム溶液（水ガラス）をカプセルで包んだ微細な粒子と、正 燐酸アルミニウム水溶液をカプセルで包んだ微細な粒子である。 無機結合剤と反応して発熱する元素又は化合物は、例えばフェロシリコン、酸 化カルシウム、酸化マグネシウム、アルミニウム又はセメントである。アルミニ ウムが好ましいものであり、粉末として又は箔の小さな粒子として用いられる。 結合剤と、その結合剤と反応して発熱する元素又は化合物とが早期に反応する ことを防ぐために、 実施例３ 下記の組成物Ａと組成物Ｂとを重量比で１対１の割合で、コンクリートミキサ ー中で１５分間混合することによって、金属鋳造用の取鍋を内張りするのに用い ることのできる、実質的に乾いた、加熱により活性化されてそれ自体で硬化する 組成物を作った。 特許請求の範囲 （翻訳文） １．粒子状耐火材と、化学的又は物理的に結合された水を一体的に含んだ無機結 合剤と、その無機結合剤と反応して発熱する元素又は化合物とからなる、実質的 に乾いた、加熱により活性化されてそれ自体で硬化する耐火材組成物であって、 その組成物は７０ないし９５重量％の粒子状耐火材と、（化学的又は物理的に結 合された水を含んでいる）１ないし１５重量％の無機結合剤と、この無機結合剤 と反応して発熱する１ないし１５重量％の元素又は化合物とを含んでいることを 特徴とする耐火材組成物。 ２．粒子状耐火材が、シリカ、ジルコン、炭化珪素、アルミナ、マグネシア、か 撓ドロマイト、クロムマグネサイト、かんらん石、苦土かんらん石、ムライト、 カイアナイト、アンダルサイト、シャモット、炭素又はクロマイト、又はこれら のものの２種以上の混合物であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載 の耐火材組成物。 ３．組成物が膨張パーライト、膨張バーミキュライト、珪藻土及びフライアッシ ュ浮遊物からなる群から選ばれた低密度の粒子状耐火材を含んでいることを特徴 とする、特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の耐火材組成物。 ４．化学的に結合された水を一体的に含んでいる無機化合物が、珪酸塩、炭酸塩 、硫酸塩、硝酸塩、硼酸塩及び燐酸塩からなる群から選ばれた結晶性の水和塩で あることを特徴とする、特許請求の範囲第１−３項の何れか１つの項に記載の耐 火材組成物。 ５．結晶性の水和塩がメタ珪酸ナトリウム５水塩、メタ珪酸ナトリウム９水塩、 硫酸アルミニウム１８水塩、硫酸マグネシウム７水塩、四硼酸ナトリウム１０水 塩、炭酸マグネシウム３水塩、硝酸マグネ シウム６水塩、硫酸アルミニウムカリウム１２水塩、硫酸アルミニウムナトリウ ム１２水塩、又は三塩基性燐酸ナトリウム１２水塩であることを特徴とする、特 許請求の範囲第４項に記載の耐火材組成物。 ６．物理的に結合された水を一体に含んでいる無機結合剤が珪酸ナトリウム溶液 をカプセルで包んだ微細粒子、又は正燐酸アルミニウムの水溶液をカプセルで包 んだ微細粒子であることを特徴とする、特許請求の範囲第１−３項の何れか１つ の項に記載の耐火材組成物。 ７．無機結合剤と反応して発熱する元素又は化合物が、フェロシリコン、酸化カ ルシウム、酸化マグネシウム、アルミニウム又はセメントであることを特徴とす る、特許請求の範囲第１−６項の何れか１つの項に記載の耐火材組成物。 ８．耐火材組成物がさらに鉱油又は植物油を含んでいることを特徴とする、特許 請求の範囲第１−７項の何れか１つの項に記載の耐火材組成物。 ９．鉱油又は植物油が０.１から５重量％の量存在していることを特徴とする、 特許請求の範囲第８項に記載の耐火材組成物。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 メロウズ、ビンセント、エドワード ドイツ国、ディー46325、ボルケン、ロー ゼンストラーセ、５エー (72)発明者 シュテッツェル、ラインハルト ドイツ国、ディー46325、ボルケン、ノン ネンフェットワイデ、20

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．粒子状耐火材と無機結合剤とから成る実質的に乾いた、加熱によって活性 化されてそれ自身で硬化する組成物であって、上記無機結合剤が化学的又は物理 的に結合された水を一体的に含んでおり、上記無機結合剤と反応して発熱する成 分又は化合物を上記組成物が含んでいることを特徴とする、耐火材組成物。 ２．粒子状耐火材がシリカ、ジルコン、炭化珪素、アルミナ、マグネシア、か 焼ドロマイト、クロムマグネサイト、かんらん石、苦土かんらん石、ムライト、 カイアナイト、アンダルサイト、シャモット、炭素又はクロマイト又はこれらの ものの２種以上の混合物であることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載 の耐火材組成物。 ３．組成物が、膨張パーライト、膨張バーミキュライト、珪藻土及びフライア ッシュ浮遊物からなる群から選ばれた低密度の粒子状耐火材を含んでいることを 特徴とする、特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の耐火材組成物。 ４．化学的に結合された水を一体的に含んでいる無機化合物が、珪酸塩、炭酸 塩、硫酸塩、硝酸塩、硼酸塩及び燐酸塩からなる群から選ばれた結晶性の水和塩 であることを特徴とする、特許請求の範囲第１−３項の何れか１つの項に記載の 耐火材組成物。 ５．結晶性の水和塩がメタ珪酸ナトリウム５水塩、メタ珪酸ナトリウム９水塩 、硫酸アルミニウム１８水塩、硫酸マグネシウム７水塩、四硼酸ナトリウム１０ 水塩、炭酸マグネシウム３水塩、硝酸マグネシウム６水塩、硫酸アルミニウムカ リウム１２水塩、硫酸アルミニウムナトリウム１２水塩、又は三塩基性燐酸ナト リウム１２水塩であることを特徴とする、特許請求の範囲第４項に記載の耐火材 組成 物。 ６．物理的に結合された水を一体に含んでいる無機結合剤が珪酸ナトリウム溶 液をカプセルで包んだ微細粒子、又は正燐酸アルミニウムの水溶液をカプセルで 包んだ微細粒子であることを特徴とする、特許請求の範囲第１−３項の何れか１ つの項に記載の耐火材組成物。 ７．無機結合剤と反応して発熱する元素又は化合物が、フェロシリコン、酸化 カルシウム、酸化マグネシウム、アルミニウム又はセメントであることを特徴と する、特許請求の範囲第１−６項の何れか１つの項に記載の耐火材組成物。 ８．耐火材組成物が約７０から約９５重量％の粒子状耐火材と、約１から約１ ５重量％の無機結合剤（化学的又は物理的に結合された水を含む）と、無機結合 剤と反応して発熱する成分又は化合物を約１から約１５重量％含んでいることを 特徴とする、特許請求の範囲第１−７項の何れか１つの項に記載の耐火材組成物 。 ９．耐火材組成物がさらに鉱油又は植物油を含んでいることを特徴とする、特 許請求の範囲第１−８項の何れか１つの項に記載の耐火材組成物。 １０．鉱油又は植物油が約０．１から約５重量％の量存在していることを特徴と する、特許請求の範囲第９項に記載の耐火材組成物。