JPH11278940A

JPH11278940A - アルミナ−炭化珪素質耐火物

Info

Publication number: JPH11278940A
Application number: JP10082246A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiko Kaji; 信彦加治
Original assignee: Kurosaki Refractories Co Ltd
Current assignee: Kurosaki Refractories Co Ltd
Priority date: 1998-03-27
Filing date: 1998-03-27
Publication date: 1999-10-12

Abstract

(57)【要約】【課題】塵及び産業廃棄物溶融炉内張り耐火物とし
て、クロムフリーで、かつ耐食性と耐スポーリング性に
優れた耐火物を提供する。【解決手段】炭化珪素粉末の使用量が１０〜６０重量％
と、ＳｉとＡｌの単味混合物及び／又はＳｉとＡｌとの
合金粉末がＳｉとして１〜１０重量％かつＡｌとして２
〜１０重量％と、残部が主にアルミナ粉末とでなる配合
を樹脂を使用して混練、成形、乾燥後、もしくは混練、
成形後に１３００℃以上の温度で焼成したアルミナ−炭
化珪素質耐火物である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炉内溶融物に対し
て優れた耐食性を示し、塵及び産業廃棄物用溶融炉の内
張りに好適に用いられるアルミナ−炭化珪素質耐火物に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従前から、塵及び産業廃棄物用の焼却炉
では、耐食性の面からは高アルミナ耐火物が使用され、
また、焼却物との難付着性の面からは炭化珪素耐火物が
使用されている。ところが、近年、焼却処理された後の
焼却灰の埋め立て地不足の問題から、塵及び廃棄物を直
接、あるいは、一旦焼却したのち焼却灰を溶融処理する
処理法が増加しつつある。

【０００３】しかしながら、この処理に使用する溶融炉
は、焼却炉と比較して炉内温度が高くなり、かつ高温の
溶融物との接触による耐食性が大幅に不足することにな
り、その改善策として耐食性を高めたクロム成分含有ア
ルミナ耐火物が採用されてきている。ところが、このク
ロム含有アルミナ耐火物は、炉内装入物中のアルカリ成
分の影響を受けて六価クロムの発生を避けることができ
ず、時に環境衛生上の問題を生じている。そのため、溶
融炉用の内張り耐火物のクロムフリー化が求められてい
る。

【０００４】また、炭化珪素質耐火物としては、その結
合形態面から、粘土を使用したクレイボンド等の酸化物
系や、Ｓｉを使用して還元雰囲気で焼成したβ−ＳｉＣ
ボンド、窒素雰囲気で焼成して得られる窒化珪素ボンド
等が知られている。しかしながらこれらの炭化珪素質耐
火物は、一般的な耐食性には優れているものの、溶融炉
の場合、溶融物にアルカリ成分、酸化鉄成分や溶融鉄が
多く含まれているために耐食性が損なわれる問題があ
る。

【０００５】一方、この塵及び産業廃棄物用の溶融炉と
形態が似ており、溶融物として成分的にも似たスラグが
ある製銑用高炉のライニング材として、炭化珪素質耐火
物にＡｌを添加して、ＡｌＮやＳＩＡＬＯＮ等のボンド
を形成したアルミナ−炭化珪素質耐火物が使用されてお
り、十分な耐食性を示している。しかしながら、産業廃
棄物等の溶融炉においては、炉内雰囲気がより高温であ
ること、溶融物にアルカリ成分や酸化鉄成分が含まれて
いること、間欠操業により適度の耐スポーリング性が必
要とされること等の条件により、高炉で用いられている
耐火物をそのまま適用することはできない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の解決課題は、
一般的な使用条件下においては勿論のこと、高温条件か
つ炉内溶融物との接触条件下においても高耐食性を維持
し、炉内補修時などの間欠操業下でも十分な耐スポーリ
ング性を示し、塵及び産業廃棄物溶融炉用の内張りに適
したクロム成分を含有しない、いわゆるクロムフリーの
耐火物を得ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のアルミナ−炭化
珪素質耐火物は、製銑用高炉で用いられている溶銑との
接触条件下においても高耐食性を示すアルミナ−炭化珪
素質耐火物において、所定量のＳｉＣ粉末を配合して耐
食性と耐スポーリング性を確保し、さらに、所定量のＡ
ｌを配合することによって耐スポーリング性を確保しな
がら耐食性を大幅に向上させ、さらに、所定量のＳｉの
添加によってＡｌ添加に伴う消化の問題を、耐食性、耐
スポーリング性の低下を防止しつつ解消した塵及び産業
廃棄物用溶融炉の内張り用に適したアルミナ−炭化珪素
質耐火物である。

【０００８】非酸化性雰囲気下で、適正温度以上で焼成
し、Ａｌ₄Ｃ₃のボンドを避け、ＡｌＮ、ＳＩＡＬＯＮ、
β−ＳｉＣ等のボンドを形成させることで、消化の問題
を防止しながら耐食性、耐スポーリング性を確保するこ
とで、塵及び産業廃棄物溶融炉用内張り耐火物として最
適なものとなる。

【０００９】すなわち、本発明は、塵及び産業廃棄物溶
融炉用の内張り耐火物に適したもので、炭化珪素粉末の
使用量が１０〜６０重量％と、ＳｉとＡｌとの単味混合
物及び／又はＳｉとＡｌとの合金粉末が、Ｓｉとして１
〜１０重量％で、Ａｌとして２〜１０重量％であって、
残部が主にアルミナ粉末とでなる配合を樹脂を使用して
混練、成形後、あるいは、混練、成形、乾燥後に非酸化
性雰囲気において１３００℃以上の温度で焼成したアル
ミナ−炭化珪素質耐火物である。

【００１０】炭化珪素粉末の使用量が１０重量％未満で
あると炉内溶融物に多く含まれるアルカリ成分の影響を
受け、耐食性、耐スポーリング性共に不足する。炭化珪
素粉末の使用量が６０重量％を越えると、溶融物に多く
含まれる酸化鉄成分や溶融鉄の影響を受け、耐食性が低
下する。

【００１１】Ａｌの使用量がＡｌとして２重量％未満で
あると、ＡｌＮやＳＩＡＬＯＮ等のボンド形成量が不足
して耐食性が劣る。１０重量％を越えるとボンドが過剰
に形成されて耐スポーリング性が劣る。

【００１２】Ｓｉの使用量が１重量％未満であると、Ａ
ｌから形成されるボンドがＡｌＮ主体となり、炉の補修
時など炉の操業の停止時間中の温度が低下している間の
耐火物に消化の問題を生じさせる。Ｓｉの使用量が１０
重量％を越えると、Ｓｉ系のボンド生成量が多くなり耐
食性が低下するし、同時に耐スポーリング性も低下す
る。

【００１３】ＡｌとＳｉは、混合物としてそれぞれの所
定量を添加するが、また混合物としてでなく、それぞれ
の所定量を含有する合金として添加しても、またこれら
を併用して添加してもＳｉ成分とＡｌ成分が所定量含ま
れておりさえすればその効果に差異はない。

【００１４】焼成温度が、１３００℃より低いとＡｌか
ら形成されるＡｌ₄Ｃ₃が残存するため焼成後の耐火物に
消化の問題が生じる。

【００１５】焼成雰囲気が酸化雰囲気であるとＡｌはコ
ランダムに、ＳｉはシリカになるためにＡｌＮ、ＳＩＡ
ＬＯＮ等は形成されず、折角、添加したＡｌやＳｉは有
効活用されず、十分なる耐食性を得ることができない。
カーボン粉末中に埋め込んで焼成する還元雰囲気下の焼
成では、埋め込み粉末間の空間に存在する空気からの窒
素により、Ａｌ及びＳｉからＡｌＮやＳＩＡＬＯＮ等が
形成される。窒素気流中で焼成する窒素雰囲気下の焼成
ではコストが高くなる欠点はあるが、添加したＡｌやＳ
ｉからはもちろんＡｌＮやＳＩＡＬＯＮ等が形成され
る。

【００１６】バインダーとして樹脂を使用するのは、Ａ
ｌやＳｉを使用しているため、焼成時の問題発生を防止
するためである。例えば、燐酸系や水ガラス系バインダ
ーを使用すると、金属との反応により混練時に水素ガス
を発生する。バインダー樹脂としては、コスト、作業性
などの条件からフェノール樹脂、フラン樹脂、ピッチ変
性フェノール樹脂等が望ましいが、もちろんこれらに限
定するものではなく、性状、作用においてこれらと同等
の樹脂が使用可能である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、実施例によって本発明の実
施の形態を説明する。

【００１８】表１から表３に示す割合の配合を混練し、
成形圧＝２Ｔｏｎ／ｃｍ²で形状＝２３０×１００×６
５ｍｍにオイルプレスで成形し、特に指定する場合を除
いては、乾燥後カーボン粉末中で１４５０℃で焼成して
得たれんがを各種の試験に供した。

【００１９】侵食試験は、特に指定する場合を除いてＬ
ＰＧと空気によるバーナー加熱の横型回転侵食試験装置
を使用して、ＣａＯ／ＳｉＯ₂比（以下Ｃ／Ｓ比と略す
る）が０．４、Ｆｅ₂Ｏ₃が８．５重量％、アルカリ分が
８．５％の塵焼却灰溶融物を想定したスラグを投入し、
１６００℃×３０分のサイクルでスラグを２０回取り換
えて実施した。侵食試験は連続ではなく、実験室の都合
と実操業における連続運転でない場合も考慮して１０回
の繰り返し試験後、一旦完全に冷却し、解体することな
くそのまま翌日再度１０回のサイクルでの侵食試験を継
続した後に溶損の程度を評価した。

【００２０】溶損指数は、Ａｌ₂Ｏ₃量が９５重量％の焼
成アルミナれんがの溶損量（厚み減少寸法）を１００と
して個々の耐火物の溶損量を指数化して求めた。溶損指
数が小さくなるほど耐食性が良好であることを示す。

【００２１】スポーリングテストは、５０×５０×２３
０ｍｍの試料を切り出して１５００℃の溶融銑鉄中に９
０秒間浸漬した後、直ちに５秒間水冷し、その後空冷す
る処理方法を１５回繰り返し、剥落発生時の回数で評価
した。発生時の回数が大きいほど耐スポーリング性が良
好であることを示す。

【００２２】標準用に作成したＡｌ₂Ｏ₃量が９５重量％
の焼成アルミナれんがの品質は、気孔率は１４．６％、
圧縮強さは１５０ＭＰａ、溶損指数は１００、剥落時の
繰り返し回数は５であった。

【００２３】

【表１】表１は、炭化珪素粉末が耐火物の特性に与える影響を調
べたものである。同表に示す実施例１と比較例１との対
比によって、炭化珪素粉末の添加量が１０重量％未満で
あるとスラグ中のアルカリ成分の影響のため耐食性が低
下することが分かる。また、実施例５と比較例２との対
比によって、炭化珪素粉末の添加量が６０重量％を越え
ると、スラグ中の酸化鉄の影響のため耐食性が低下する
ことが分かる。実施例１と実施例２、実施例３と実施例
４との対比により、炭化珪素粉末の粒度構成は、最大粒
子径を３ｍｍとして比較的自由に選ぶことができること
が判る。

【００２４】

【表２】表２は、ＳｉとＡｌとの添加が耐火物の特性に与える影
響を調べたものである。同表の実施例６、７，８は、Ｓ
ｉの添加量が１重量％以上の場合の例を示し、これらの
場合は満足すべき結果が得られた。これに対して、比較
例３はＳｉの添加量が１重量％未満の例を示すものであ
るが、この場合は、焼成中に生じるＡｌＮに対するＳｉ
による消化防止効果が不足して、焼成した試料に消化に
伴う亀裂が発生し、品質測定のサンプルが採取できなか
った。また、同表の実施例７と比較例４は、Ｓｉの添加
量の上限である１０重量％の特性に与える影響を示すも
ので、Ｓｉの添加量が１０重量％以下の実施例７の場合
は満足すべき結果が得られている。これに対して、比較
例４はＳｉの添加量が１０重量％を越えた例を示してお
り、１０重量％を越えるとβ−ＳｉＣ等のＳｉ系ボンド
が過剰に生成し、耐食性が低下し、耐スポーリング性も
低下することが分かる。さらに、比較例５と実施例８と
の対比により、Ａｌの添加量が２重量％未満であるとＡ
ｌＮ等のＡｌ系ボンドの生成が不足し耐食性が低下する
ことが分かる。実施例９と比較例６との対比により、Ａ
ｌの添加量が１０重量％を越えるとＡｌ系ボンドの生成
が過剰となり耐スポーリング性が低下することが分か
る。

【００２５】

【表３】表３は、ＡｌとＳｉの添加の態様の変化が、その特性に
及ぼす影響を調べたものである。とくに、同表の実施例
１０と実施例１１との対比により、Ａｌ、Ｓｉの添加
は、Ａｌ、Ｓｉを混合したものに限らず、Ａｌ、Ｓｉの
合金品単味でもまた、それぞれの粉末と合金との併用混
合でも良く、ボンドの形成にはいささかの支障もなく機
能を発することが分かる。

【００２６】

【表４】表４は、表１に示す実施例３の素地を耐火物の硬化状態
を比較する目的で焼成した。焼成時の雰囲気条件は、コ
スト的に有利なカーボン粉末中に埋め込む方式と、コス
ト的にはかなり不利であるがボンドの発達の良い窒素気
流中で焼成する方式の二通りの条件で実施した。同表の
比較例７と比較例８に示す焼成温度が１３００℃より低
い場合には、Ａｌ₄Ｃ₃が残存し、そのため消化亀裂が発
生し、焼成後の品質を測定するための試料が採取できな
かった。これに対して、本発明の実施例１４〜１６に見
られるように、焼成温度を１６５０℃迄上げても特に品
質の向上は認められない。カーボン粉末中埋め込み用の
サヤは、熱伝導率及び強度を考慮してＳｉＣ質が採用さ
れているが、耐用性の観点からは、焼成温度は１６００
℃以下が望ましいが、特に限定するものではない。ま
た、実施例１５と実施例１７とを対比すると、焼成雰囲
気として、窒素気流中の方がボンドの発達が良く物性は
若干良好であるが、コスト面から言えば、カーボン粉末
中に埋め込んで焼成する方が大幅に安い。埋め込み用カ
ーボン粉末としては、コスト、取り扱いの容易さから比
較的灰分の少ないピッチコークス粉末を使用したが、電
極屑、及び灰分の少ない石炭コークスや鱗状黒鉛も取り
扱いに注意を必要とするが使用可能である。添加するＡ
ｌの作用効率を低下するために低灰分のものが好まし
い。窒素気流中での焼成では、雰囲気の酸素レベルを下
げる目的でアンモニア等を併用可能である。

【００２７】成形方法については、実施例で挙げたオイ
ルプレスに限定するものではなく、フリクションプレ
ス、ランマープレス、Ｃ．Ｉ．Ｐ等のなかから、れんが
成形個数、形状、能率を考慮して適宜選択すればよい。

【００２８】成形圧についても、実施例であげた２Ｔｏ
ｎ／ｃｍ²に限定するものではなく、成形能率、成形体
の品質を考慮して適宜選択すればよい。

【００２９】

【発明の効果】本発明のアルミナ−炭化珪素質耐火物
は、環境問題を生じさせないクロムフリーの耐火物であ
り、かつ耐食性、耐スポーリング性にすぐれた塵及び産
業廃棄物溶融炉内張り用として好適な耐火物である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭化珪素粉末が１０〜６０重量％と、Ｓ
ｉとＡｌとの混合粉末及び／又はＳｉとＡｌとの合金粉
末がＳｉとして１〜１０重量％とＡｌとして２〜１０重
量％と、残部が主にアルミナ粉末とからなる配合物を樹
脂を使用して混練、成形後、非酸化雰囲気において１３
００℃以上の温度で焼成したことを特徴とするアルミナ
−炭化珪素質耐火物。
【請求項２】その用途が塵及び産業廃棄物用溶融炉の
内張りであることを特徴とする請求項１に記載のアルミ
ナ−炭化珪素質耐火物。