JPH1053457A - アルミナ・ジルコン・バデライト系耐火物およびアルミナ・ジルコン・ジルコニア系耐火物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のアルミナ・ジルコン質焼成れんがに比
べて高耐食性で高耐クリープ特性を有し、かつ電鋳れん
がに比べて安価なアルミナ・ジルコン・バデライト系耐
火物を提供しようとするものである。 【解決手段】 焼結または溶融アルミナ、ジルコンおよ
びバデライトを原料とし、アルミナ５０〜８０重量％、
シリカ５〜１５重量％、ジルコニア１５〜４０重量％
で、かつかさ比重３．３０以上、１６００℃、０．５Ｍ
Ｐａの条件下での２４時間経過後のクリープ変形率２．
０％以下であることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス溶解窯の構
築に好適な耐火物に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガラス溶解窯は、ガラス原料の加熱、反
応、均一化、清澄等の機能を有する容器である。ところ
で、従来、ガラス溶解窯の上部側壁には焼結または溶融
アルミナおよびジルコンを原料とするアルミナ・ジルコ
ン質焼成れんが、アルミナ・ジルコン質電鋳れんが、ま
たはβ−アルミナ質電鋳れんがが使用されている。これ
らのれんがは、耐食性および耐クリープ性を有する。

【０００３】近年、ガラス溶解窯はガラスの高品質化や
熱効率の向上の観点から高温で操業することが行われて
いる。また、廃ガス中のＮＯ_x の低減や熱効率の向上等
の観点から酸素燃焼方式が採用されることになり、さら
に高温化する傾向にある。このため、ガラス溶解窯の上
部側壁を構築する耐火物にはより一層の高い耐食性、耐
クリープ性が要望されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のアル
ミナ・ジルコン質焼成れんがに比べて高耐食性で高耐ク
リープ特性を有し、かつ電鋳れんがに比べて安価なアル
ミナ・ジルコン・バデライト系またはアルミナ・ジルコ
ン・ジルコニア系の耐火物を提供しようとするものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係わるアルミナ
・ジルコン・バデライト系耐火物は、焼結または溶融ア
ルミナ、ジルコンおよびバデライトを原料とし、アルミ
ナ５０〜８０重量％、シリカ５〜１５重量％、ジルコニ
ア１５〜４０重量％で、かつかさ比重３．３０以上、１
６００℃、０．５ＭＰａの条件下での２４時間経過後の
クリープ変形率２．０％以下であることを特徴とするも
のである。

【０００６】本発明に係わるアルミナ・ジルコン・ジル
コニア系耐火物は、焼結または溶融アルミナ、ジルコン
および溶融アルミナ・ジルコニアを原料とし、アルミナ
５０〜８０重量％、シリカ５〜１５重量％、ジルコニア
１５〜３５重量％で、かつかさ比重３．３０以上、１６
００℃、０．５ＭＰａの条件下での２４時間経過後のク
リープ変形率２．０％以下であることを特徴とするもの
である。

【０００７】

【発明に実施の形態】以下、本発明の耐火物を詳細に説
明する。本発明のアルミナ・ジルコン・バデライト系耐
火物は、焼結または溶融アルミナ、ジルコンおよびバデ
ライトの原料から構成され、成分組成がアルミナ（Ａｌ
₂ Ｏ₃ ）５０〜８０重量％、シリカ（ＳｉＯ₂ ）５〜１
５重量％、ジルコニア（ＺｒＯ₂ ）１５〜４０重量％か
らなる。また、前記耐火物はかさ比重が３．３０以上
で、かつ１６００℃、０．５ＭＰａの条件下での２４時
間経過後のクリープ変形率が２．０％以下である性質を
有する。

【０００８】このような耐火物は、適度に粒度調整され
た焼結または溶融アルミナ、ジルコンおよびバデライト
とバインダ、水のような成形助剤を所定の割合で混合し
た後、耐火物の製造において公知の手法である混練、成
形、乾燥、焼成を行うことにより製造され、かさ比重が
３．３０以上で、かつ１６００℃、０．５ＭＰａの条件
下での２４時間経過後のクリープ変形率が２．０％以下
の耐火物を得る。前記焼結または溶融アルミナ、ジルコ
ンおよびバデライトとバインダ、水のような成形助剤
は、その成分組成がアルミナ５０〜８０重量％、シリカ
５〜１５重量％、ジルコニア１５〜４０重量％になるよ
うに配合される。

【０００９】次に、（１）各原料の機能、（２）成分組
成を規定した理由等を説明する。 １−１）焼結または溶融アルミナ この焼結または溶融アルミナは、それ自体、優れた耐熱
性、耐食性を有する。また、前記原料であるジルコンか
ら解離した生成物であるシリカと反応して二次ムライト
を形成することにより耐火物に高強度、高耐食性を付与
する。

【００１０】１−２）ジルコン このジルコンは、焼成中にシリコンとジルコニアに解離
し、シリカは前述したようにアルミナと反応して二次ム
ライトを形成することにより耐火物に高強度、高耐食性
を付与する。また、ジルコニアは高融点（２７１５℃）
であり、耐火物の融点を上昇させて耐クリープ性を向上
する。

【００１１】１−３）バデライト このバデライトは、主成分がジルコニアであり、耐火物
の融点を上昇させて高耐クリープ化に寄与する。また、
バデライトはアルカリの存在下でガラス化し易いシリカ
を含むジルコンに比べて耐火物の耐食性、耐クリープ性
を向上させる効果が大きい。

【００１２】２−１）アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ） 耐火物中のアルミナ量を５０重量％未満にすると、耐火
物の耐食性や強度が低下する。一方、耐火物中のアルミ
ナ量が８０重量％を越えるとシリカ、ジルコニアのよう
な他の成分が相対的に減少するため耐火物の強度、耐食
性および耐クリープ性が低下する。より好ましいアルミ
ナ量は、６０〜７５重量％である。

【００１３】２−２）シリカ（ＳｉＯ₂ ） 耐火物中のシリカ量を５重量％未満にすると、二次ムラ
イトの生成量が減少して耐火物の耐食性や強度が低下す
る。一方、耐火物中のシリカ量が１５重量％を越えると
ガラス溶解窯の上部側壁を構築する耐火物として利用し
た場合、シリカ成分とガラス原料中のアルカリ成分が反
応してガラス化し易くなって耐クリープ性が低下する。
より好ましいシリカ量は、７〜１３重量％である。

【００１４】２−３）ジルコニア（ＺｒＯ₂ ） 耐火物中のジルコニア量を１５重量％未満にすると、耐
火物の耐クリープ性が低下する。一方、耐火物中のジル
コニア量が４０重量％を越えるとガラスに対する耐火物
の耐食性が低下する。より好ましいジルコニア量は、１
５〜３０重量％である。

【００１５】本発明に係わる耐火物のかさ比重を３．３
０未満にすると、耐食性、耐クリープ性が低下する恐れ
がある。より好ましい耐火物のかさ比重は、３．３０〜
３．４５である。また、１６００℃−０．５ＭＰａの条
件下での２４時間経過後のクリープ変形率が２．０％を
越える耐火物は、今後、ますます高温化するガラス溶解
窯の上部側壁に適用した場合、構築した耐火物のへたり
や垂下が大きくなって好ましくない。より好ましい耐火
物の前記クリープ変形率は、０〜１．５％である。

【００１６】以上説明した本発明によれば、原料として
焼結または溶融アルミナおよびジルコンにさらにバデラ
イトを加え、かつその成分組成であるアルミナ、シリカ
およびジルコニアの量を規定し、その上かさ比重、クリ
ープ変形率を規定することによって高い耐食性、耐クリ
ープ性を有するアルミナ・ジルコン・バデライト系耐火
物を得ることができる。

【００１７】次に、本発明に係わるアルミナ・ジルコン
・ジルコニア系耐火物について説明する。この耐火物
は、焼結または溶融アルミナ、ジルコンおよび溶融アル
ミナ・ジルコニアの原料から構成され、成分組成がアル
ミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）５０〜８０重量％、シリカ（ＳｉＯ
₂ ）５〜１５重量％、ジルコニア（ＺｒＯ₂ ）１５〜３
５重量％からなる。また、前記耐火物はかさ比重が３．
３０以上で、かつ１６００℃、０．５ＭＰａの条件下で
の２４時間経過後のクリープ変形率が２．０％以下であ
る性質を有する。

【００１８】このような耐火物は、適度に粒度調整され
た焼結または溶融アルミナ、ジルコンおよび溶融アルミ
ナ・ジルコニアとバインダ、水のような成形助剤を所定
の割合で混合した後、耐火物の製造において公知の手法
である混練、成形、乾燥、焼成を行うことにより製造さ
れ、かさ比重が３．３０以上で、かつ１６００℃、０．
５ＭＰａの条件下での２４時間経過後のクリープ変形率
が２．０％以下の耐火物を得る。前記焼結または溶融ア
ルミナ、ジルコンおよび溶融アルミナ・ジルコニアとバ
インダ、水のような成形助剤は、その成分組成がアルミ
ナ５０〜８０重量％、シリカ５〜１５重量％、ジルコニ
ア１５〜３５重量％になるように配合される。

【００１９】次に、（ａ）各原料の機能、（ｂ）成分組
成を規定した理由等を説明する。 ａ−１）焼結または溶融アルミナ この焼結または溶融アルミナは、それ自体、優れた耐熱
性、耐食性を有する。また、前記原料であるジルコンか
ら解離した生成物であるシリカと反応して二次ムライト
を形成することにより耐火物に高強度、高耐食性を付与
する。

【００２０】ａ−２）ジルコン このジルコンは、焼成中にシリコンとジルコニアに解離
し、シリカは前述したようにアルミナと反応して二次ム
ライトを形成することにより耐火物に高強度、高耐食性
を付与する。また、ジルコニアは高融点（２７１５℃）
であり、耐火物の融点を上昇させて耐クリープ性を向上
する。

【００２１】ａ−３）溶融アルミナ・ジルコニア この溶融アルミナ・ジルコニアは、粒子内にマイクロク
ラックを融資、このクラックなかに前述したジルコンか
ら解離したシリカが侵入して二次ムライトを精製するた
め、緻密で複雑な粒界が形成され、結果として耐火物に
高耐食性と浸潤抑制による高耐構造的スポーリング性を
付与すると共に、耐クリープ性を向上させる。

【００２２】ｂ−１）アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ） 耐火物中のアルミナ量を５０重量％未満にすると、耐火
物の耐食性や強度が低下する。一方、耐火物中のアルミ
ナ量が８０重量％を越えるとシリカ、ジルコニアのよう
な他の成分が相対的に減少するため耐火物の耐スポーリ
ング性、耐クリープ性が低下する。より好ましいアルミ
ナ量は、６０〜７５重量％である。

【００２３】ｂ−２）シリカ（ＳｉＯ₂ ） 耐火物中のシリカ量を５重量％未満にすると、二次ムラ
イトの生成量が減少して耐火物の耐食性、耐浸潤性およ
び強度が低下する。一方、耐火物中のシリカ量が１５重
量％を越えるとガラス溶解窯の上部側壁を構築する耐火
物として利用した場合、シリカ成分とガラス原料中のア
ルカリ成分が反応して低融点化し易くなって耐食性、耐
クリープ性が低下する。より好ましいシリカ量は、７〜
１３重量％である。

【００２４】ｂ−３）ジルコニア（ＺｒＯ₂ ） 耐火物中のジルコニア量を１５重量％未満にすると、耐
火物の耐クリープ性が低下する。一方、耐火物中のジル
コニア量が３５重量％を越えると相対的にアルミナ量が
減少して耐火物の耐食性が低下する。より好ましいジル
コニア量は、１５〜３０重量％である。

【００２５】本発明に係わる耐火物のかさ比重を３．３
０未満にすると、耐食性、耐クリープ性が低下する恐れ
がある。より好ましい耐火物のかさ比重は、３．３０〜
３．４５である。また、１６００℃−０．５ＭＰａの条
件下での２４時間経過後のクリープ変形率が２．０％を
越える耐火物は、今後、ますます高温化するガラス溶解
窯の上部側壁に適用した場合、構築した耐火物のへたり
や垂下が大きくなって好ましくない。より好ましい耐火
物の前記クリープ変形率は、０〜１．５％である。

【００２６】以上説明した本発明によれば、原料として
焼結または溶融アルミナおよびジルコンにさらにバデラ
イトを加え、かつその成分組成であるアルミナ、シリカ
およびジルコニアの量を規定し、その上かさ比重、クリ
ープ変形率を規定することによって高い耐食性、耐浸潤
性および耐クリープ性を有するアルミナ・ジルコン・ジ
ルコニア系耐火物を得ることができる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 （実施例１〜６）下記表１に示す成分組成の溶融アルミ
ナ、焼結アルミナ、ジルコンおよびバデライトを粒度調
整し、これらの原料を下記表２に示す割合で配合し、有
機バインダおよび水を加えたて後、常法に従って混練
し、成形し、さらに成形体（１１．４ｃｍ×２３ｃｍ×
６．５ｃｍ）を１１０℃で乾燥し、さらに空気雰囲気
中、１７００℃で４時間焼成することにより６種の耐火
物を製造した。

【００２８】得られた各耐火物の見掛け気孔率、かさ比
重、圧縮強さ、熱間曲げ強さ（ＲＴ，１４００℃）を測
定した。その結果を下記表２に併記した。また、得られ
た各耐火物について以下の方法でアルカリ耐食性、クリ
ープ変形率を調べた。その結果を下記表２に併記した。

【００２９】（アルカリ耐食性）侵食剤としてＮａ₂ Ｃ
Ｏ₃ を用い、１５００℃で５０時間加熱する条件におい
て、るつぼ法にしたがって耐食性を評価した。

【００３０】（クリープ変形率）耐火物に０．５ＭＰａ
の荷重をかけ、１６００℃で２４時間保持した後、耐火
物の荷重方向における寸法変化率を測定した。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】（比較例１〜６）前記表１に示す成分組成
の溶融アルミナ、焼結アルミナ、ジルコンおよびバデラ
イトを粒度調整し、これらの原料を下記表３に示す割合
で配合し、有機バインダおよび水を加えたて後、常法に
従って混練し、成形し、さらに成形体（１１．４ｃｍ×
２３ｃｍ×６．５ｃｍ）を１１０℃で乾燥し、さらに空
気雰囲気中、１７７℃で４時間焼成することにより６種
の耐火物を製造した。

【００３４】得られた各耐火物の見掛け気孔率、かさ比
重、圧縮強さ、熱間曲げ強さ（ＲＴ，１４００℃）を測
定した。その結果を下記表３に併記した。また、得られ
た各耐火物について実施例１と同様な方法でアルカリ耐
食性、クリープ変形率を調べた。その結果を下記表３に
併記した。

【００３５】

【表３】

【００３６】前記表２、表３から明らかなように実施例
１〜６の耐火物は、比較例１〜６の耐火物に比べて圧縮
強さ、曲げ強さ、アルカリ耐食性および耐クリープ性が
いずれも優れていることがわかる。

【００３７】（実施例７〜１１）下記表４に示す成分組
成の溶融アルミナ、焼結アルミナ、ジルコンおよび溶融
アルミナ・ジルコニアを粒度調整し、これらの原料を下
記表５に示す割合で配合し、有機バインダおよび水を加
えたて後、常法に従って混練し、成形し、さらに成形体
（１１．４ｃｍ×２３ｃｍ×６．５ｃｍ）を１１０℃で
乾燥し、さらに空気雰囲気中、１７００℃で４時間焼成
することにより５種の耐火物を製造した。

【００３８】得られた各耐火物の見掛け気孔率、かさ比
重、圧縮強さ、熱間曲げ強さ（ＲＴ，１４００℃）を測
定した。その結果を下記表５に併記した。また、得られ
た各耐火物について以下に説明する方法でアルカリ浸潤
性と耐食性を試験し、かつ前述した実施例１と同様な方
法でクリープ変形率を調べた。その結果を下記表５に併
記した。

【００３９】（アルカリ浸潤性、耐食性）侵食剤として
Ｎａ₂ ＣＯ₃ を用い、１５００℃で５０時間加熱する条
件において、るつぼ法にしたがって浸潤性と耐食性を評
価した。

【００４０】

【表４】

【００４１】

【表５】

【００４２】（比較例７〜１２）前記表４に示す成分組
成の溶融アルミナ、焼結アルミナ、ジルコンおよび溶融
アルミナ・ジルコニアを粒度調整し、これらの原料を下
記表６に示す割合で配合し、有機バインダおよび水を加
えたて後、常法に従って混練し、成形し、さらに成形体
（１１．４ｃｍ×２３ｃｍ×６．５ｃｍ）を１１０℃で
乾燥し、さらに空気雰囲気中、１７００℃で４時間焼成
することにより６種の耐火物を製造した。

【００４３】得られた各耐火物の見掛け気孔率、かさ比
重、圧縮強さ、熱間曲げ強さ（ＲＴ，１４００℃）を測
定した。その結果を下記表６に併記した。また、得られ
た各耐火物について前述したのと同様な方法でアルカリ
浸潤性と耐食性、クリープ変形率を調べた。その結果を
下記表６に併記した。

【００４４】

【表６】

【００４５】前記表５、表６から明らかなように実施例
７〜１１の耐火物は、比較例７〜１２の耐火物に比べて
圧縮強さ、曲げ強さ、アルカリ浸潤性、耐食性および耐
クリープ性がいずれも優れていることがわかる。

【００４６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば従
来のアルミナ・ジルコン質焼成れんがに比べて高耐食性
で高耐クリープ特性を有し、かつ電鋳れんがに比べて安
価で、ガラス溶解窯の上部側壁を構築するのに好適なア
ルミナ・ジルコン・バデライト系またはアルミナ・ジル
コン・ジルコニア系の耐火物を提供できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松尾 昌也 長崎県東彼杵郡川棚町百津郷296 川棚東 芝セラミックス株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焼結または溶融アルミナ、ジルコンおよ
   びバデライトを原料とし、アルミナ５０〜８０重量％、
   シリカ５〜１５重量％、ジルコニア１５〜４０重量％
   で、かつかさ比重３．３０以上、１６００℃、０．５Ｍ
   Ｐａの条件下での２４時間経過後のクリープ変形率２．
   ０％以下であることを特徴とするアルミナ・ジルコン・
   バデライト系耐火物。
2. 【請求項２】 焼結または溶融アルミナ、ジルコンおよ
   び溶融アルミナ・ジルコニアを原料とし、アルミナ５０
   〜８０重量％、シリカ５〜１５重量％、ジルコニア１５
   〜３５重量％で、かつかさ比重３．３０以上、１６００
   ℃、０．５ＭＰａの条件下での２４時間経過後のクリー
   プ変形率２．０％以下であることを特徴とするアルミナ
   ・ジルコン・ジルコニア系耐火物。