JPS5825072B2 - 耐火れんが目地用炭化珪素質モルタル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は各種高温炉、特に高炉々壁耐火れんが用目地モ
ルタルに関するものである。

近年高炉は大型化すると共に高温、高圧操業などの操業
技術の進歩によって出銑量は著しく増大しているが、内
張耐火物は特にシャフト下部から朝顔部にかけては苛酷
な条件下で使用されるためその損傷が大きくなり高炉の
寿命は低下している。

この内張耐火物の損傷原因は炉内容物による摩耗、熱応
力による割れ破壊、アルカリ或はスラグによる侵食など
の損傷が挙げられ、これらがさらに複合して損傷を進め
ていると考えられている。

これらの原因の中でも特にアルカリによる侵食は高炉内
張耐火物の主原因の一つとされている。

アルカリは気相で耐火物内に侵入しある一定の温度領域
において耐火物と反応し耐火物の組織の脆化酸は崩壊を
起すと考えられている。

例えばシリカ−アルミナ系のシャモツト質耐火物の場合
は、その主成分であるムライト（３Ａ１２０３２Ｓｉ０
２）がアルカリ（主としてに２０）と反応してリューサ
イト（Ｋ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・４Ｓｉ０２）やカリオフイ
ライト（Ｋ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・２Ｓｉ０２）などのアル
カリ化合物を生成する。

このアルカリ化合物を生成するときに容積が増大し、即
ちリューサイトの場合約２２．６％カリオフイライトの
場合約１０．２％増大し、耐火物の組織を脆化酸は崩壊
させると考えられている。

しかるに高炉々壁内張耐火物は、永年アルミナ４０％前
後のシャモツト質耐火物が使用されてきたが、高炉用と
して使用条件に合う様に特性の改善を計ったアルミナ９
５係前後の高アルミナ質耐火物から、最近では自己結合
或は窒化結合などの炭化珪素質耐火物が開発され高炉の
寿命を延長すべく多くの高炉で使用されてきている。

これらの炭化珪素質耐火物はその主成分である炭化珪素
がアルカリとの反応性がほとんどなく、アルカリに強く
、さらに熱伝導率が高い。

アルカリ侵食などの化学的反応は温度に依る影響が大き
いので、高熱伝導性耐火物を使用し冷却効果を上げるこ
とは侵食を一抑制することになる。

この他にも炭化珪素質耐火物は熱間強度が高く摩耗に対
しても強く、耐スラグ性などにも優れ多くの特徴を有し
ているが、価格が非常に高く高炉の建設、改修コストが
高くなる欠点がある。

一方、高炉々壁内張耐火物はれんがとれんがを結合させ
る目地モルタルから大部分が構成されている。

この目地モルタルは高炉の築造現場に於て約２０〜３０
％の多量の水分を添加し、混線後通常１〜３１１ｍの厚
みの目地として施工される。

施工後は乾燥、昇温を経て実用に供されている。

この経過を経て目地モルタルは焼結し、れんがを結合せ
しめ、れんがと一体壁を形成するものである。

モルタルの材質は通常れんがと同材質のものが使用され
ている。

例えば、シャモツト質れんかにはシャモツト質モルタル
、高アルミナ質れんかには高アルミナ質モルタル、炭化
珪素質れんかには炭化珪素質モルタルが使用されている
。

このモルタルは、前述したように使用過程に於て耐火物
となり、その機能を果しているが、乾燥により水分が蒸
発した分だけが組織が粗となり特性が劣ることになる。

これを補うべき使用する原料或はモルタルの組織を密に
する焼結材料など種々の工夫がなされているが、それで
も尚モルタルの気孔率は約３５係前後であり、れんがの
１５％前後よりも大きく、モルタルの特性はれんがより
劣るのが通常でありモルタルが耐火物の寿命を支配する
場合が多い。

従って目地モルタルに高性能なモルタルを使用すれば、
れんがが今まで以上に有効に利用でき炉寿命の延長が計
れる。

この場合モルタルの価格が多少高くても、モルタルとれ
んがの使用重量比率は約６：９４であるので耐火物の総
合コストにはほとんど影響なく、モルタルの価格アップ
は大きな問題とはならない。

そこでシャモツト質れんかに炭化珪素質モルタルの使用
を検討した。

この炭化珪素質モルタルの主成分である炭化珪素は前述
したようにアルカリとの反応性が少なく、強いとされて
いる。

従ってモルタルに侵入したアルカリはアルカリ化合物の
生成がほとんどなく、そのままアルカリとして堆積して
いると考えられている。

この場合使用するれんがが炭化珪素質であれば目地を介
してれんかにアルカリが侵入したとしてもそのまま堆積
しているだけである。

しかしれんががシャモツト質の場合は目地を介してれん
かに侵入したアルカリはアルカリ化合物を生成しれんが
組織を脆化或は崩壊に至らせしめる。

即ちシャモツト質れんがは使用面からとモルタル面から
アルカリ侵食を受けることになりその損傷はかえって大
きくなる。

従って従来の炭化珪素質れんが用炭化珪素モルタルはア
ルカリとの反応性は少ないが、浸潤性（侵入し堆積する
こと）があるために、そのままではシャモツト質れんか
には適用できないものである。

本発明は高温炉特に高炉のシャモツト質れんが用目地モ
ルタル材に係り、前述したような欠点を解消するために
研究して創案したものであって、耐アルカリ浸潤性を附
与せしめた炭化珪素質モルタルを提供するものである。

本発明は炭化珪素質原料を少くとも４５重量部以上とし
、これにアルミナ系原料５〜３０重量部、シリカ−アル
ミナ系原料５〜２０重量部および適量の結合材を含有し
てなることを特徴とする耐火れんが目地用炭化珪素質モ
ルタルである。

即ち本発明は本来耐アルカリ性にすぐれた炭化珪素をベ
ースにしてアルカリ浸潤性を抑制するためにアルミナ系
原料を添加しモルタルの使用面の極く表面部にアルカリ
化合物を生成せしめ、この化合物生成時の容積増大を利
用しモルタルの気孔を充填させ組織を緻密にしそれ以降
のアルカリ侵入防止を計るものである。

逆に言えば、モルタルの気孔を充填せしめるだけのアル
カリ化合物を生成させることである。

さらにシリカ−アルミナ系原料を添加し、アルカリと反
応してガラス質物質を生成せしめ、モルタルとれんがの
結合強度（接着強度）を高めることによってれんがと目
地との間からのアルカリ侵入防止を計るものである。

モルタルの接着強度を高めることは炉内容物による摩耗
に対しても強く、モルタルの重要な具備特性の一つでも
ある。

次に本発明の耐火れんが目地用炭化珪素質モルタルにつ
いて更に詳しく説明する。

（１）アルミナ系原料は水酸化アルミニウム、仮焼アル
ミナ、焼結アルミナ、電融アルミナなどが使用可能であ
り粒度も極力小さい方が良い。

これらの中でも水酸化アルミニウムの使用が好ましい。

これは水酸化アルミニウムがアルミナの水和物であり約
２３０℃から４５０℃の温度域に於て分解し、分解生成
したアルミナは活性であるため、アルカリとの反応性に
優れているからである。

またその使用割合は５〜３０重量部が良い。

即ち、５重量部以下であれば、アルカリ化合物の生成量
か少なくモルタルの気孔を充分に充填できずアルカリの
侵入防止が計れない。

また３０重量部以上ではアルカリ化合物の生成量が多す
ぎてモルタルの組織を崩壊させる。

従ってアルミナ系原料の使用は５〜３０重量部とする。

（２）シリカ−アルミナ系原料はアルカリと反応してア
ルカリ化合物よりむしろガラス質物質を生成しモルタル
とれんがの接着強度を高めるために使用するものであり
、原料としてはロー石、陶石などが使用可能である。

特にロー石はりューサイトのようなアルカリ化合物も若
干生成するが、ガラス質物質を適量に生成するので好ま
しく、その使用割合は５〜２０重量部が良い。

その理由としては５重量部以下では、ガラス質物質の生
成が少なく従ってモルタルの接着強度も小さい。

２０重量部以上ではガラス質物質の生成量が多すぎ、モ
ルタルが収縮する傾向にある。

従ってシリカ−アルミナ系原料の使用割合は５〜２０重
量部とする。

次に本発明の具体的な実施例を説明する。

実施例 第１表は本発明の炭化珪素質モルタルに適した耐火原料
の一例とそれらの化学組成を示したものである。

第２表は従来のシャモツト質モルタル、炭化珪素質モル
タルと本発明の実施例による炭化珪素質モルタルの配合
を比較したものである。

第３表は従来のシャモツト質モルタル、炭化珪素質モル
タルと本発明の実施例による炭化珪素モルタルの耐アル
カリ性、接着強度などの特性を比較したものである。

第１図および第２図はそれぞれ耐アルカリ性試験用試料
（るつぼ）の平面図および側面図で、１はシャモツト質
れんがを示し２は目地モルタルを示す。

シャモツト質れんが１の幅、奥行および高さは何れも６
０履とし、るつぼの口径は３０履および深さは２５１１
ｇ１ｌとし、目地モルタルの厚さは２履とする。

第３図および第４図はそれぞれ接着強度試験試料の平面
図および側面図で、１′および１“はシャモツト質れん
がを示り、 ２’は目地モルタルを示す。

シャモツト質れんが１／および１“は幅６０履、奥行４
０履および高さ４０１１ｍとし、目地モルタルの厚さは
２ｗｌ１とする。

第３表中の耐アルカリ性の試験用試料は第１図に示す如
く２履目地のモルタルでシャモツト質れんがを接着せし
め目地を含んだれんがのルツボを作成した。

試験は高炉の操業雰囲気に少しでも近づけるべく還元雰
囲気下に於いて実施した。

即ち、アルカリ源となる炭酸カリウムにコークスを１：
２の重量割合で混合し、この混合物を前記したルツボに
装入し１０００℃で５時間還元焼成した。

この試験焼成温度を１０００℃に設定した理由はアルカ
リと耐火物との反応温度が１０００℃前後で活発におこ
ることからである。

この耐アルカリ性の評価方法は試験後モルタルのアルカ
リ侵食浸潤面積の測定を行ない、従来のシャモツト質モ
ルタルを１００とした場合の指標で示した。

また、接着強度の試験用試料は第２図に示す如＜２７ａ
の目地モルタルでシャモツト質れんがを接着せしめる。

この目地モルタル部の曲げ強さを測定したものである。

以上、詳述したように本発明の炭化珪素質モルタルは、
高炉用耐火物として求められる耐アルカリ性および接着
強度を具備しており、従来の高炉用れんが、特にシャモ
ツト質れんかに適用でき高炉用耐火物の総合コストがほ
とんど変わることなく、高炉の寿命を延長することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ耐アルカリ性試験用試料
（るつぼ）の平面図および側面図、第３図および第４図
はそれぞれ接着強度試験試料の平面図および側面図であ
る。 １．１／および１“・・・・・・シャモツト質れんが、
２および２′・・・・・・目地モルタル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 炭化珪素質原料を少くとも４５重量部以上とし、こ
   れにアルミナ系原料５〜３０重量部、シリカ−アルミナ
   系原料５〜２０重量部および適量の結合材を含有してな
   ることを特徴とする耐火れんが目地用炭化珪素質モルタ
   ル。