JPS5855107B2 - 耐火物材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ボラタライズドシリカ結合剤を含有するアル
ミナ含有耐火物材料に係わる。

ボラタライズドシリカ結合剤をアルミナ耐火物材料中に
使用する場合には、優れた特性が得られることは公知で
ある。

ボラタライズドシリカを適当な比率で添加することによ
り改善される特性としては、破壊係数、みかけの気孔率
、線形変化、容量変化およびスポーリングがある。

ボラタライズドシリカ（ヒユームドシリカとも称される
）は、蒸気相から析出された無定形のシリカである。

この種の代表的なシリカは、シリカの還元から得られる
フェロシリコンの如きシリコン合金である。

同様のヒユームドシリカは、石英を炭素あるいは他の適
当な還元剤で還元し、還元による蒸気生成物を酸素生成
ガスで処理し、ついでシリカを微粉末状で凝縮すること
によっても生成される。

分析によれば、このようなシリカは、Ｓ ｉ０２少なく
とも９０％、一般には約９５％を含有し、ＦｅＯ，Ｍｇ
ＯおよびＡｌ２Ｏ３を２ないし３％含有する。

この種の耐火物は、所望のアルミナ材料を粉砕し、篩選
別し、かつブレンドすることにより調製され、得られた
耐火物は所望のアルミナ含量を有するとともに、残余成
分は、使用したアルミナ鉱石に含まれる他の天然成分を
必須成分とする。

粒子サイズを正確に選別するか否かは、使用する原材料
および耐火物が使用される目的により左右されるが、こ
の点は耐火物の分野での常識的な問題である。

さらに、バッチに対して少なくとも約１重量％ないし約
１０重量％のボラタライズドシリ力をブレンドすること
は従来行なわれていた。

このボラタライズドシリカは乾燥状態で添加される。

ついで一時結合剤（耐火物材料の製造では、この結合剤
について広く変更できることは公知であり、実施されて
いる）がバッチに添加され、バッチは水によって所望の
コンシスチンシーを与えるように調質される。

アルミナ耐火物中にボラタライズドシリ力を使用するこ
とについては、さらに米国特許第３，０６７．０５０号
および同第３，６５２，３０７号に開示されている。

この種の耐火物はレンガ製造に使用され、あるいは突固
め材料またはガンニング材料としても使用される。

本発明は、ボラタライズドシリカ結合剤を含むアルミナ
耐火物材料およびその製法に係わるもので、ボラタライ
ズドシリカの分散化した酸性の水性スラリを生成し、こ
れを耐火物バッチと混合することにより特性を改良する
ことを目的としている。

本発明による耐火物材料では、前記した如くボラタライ
ズドシリカを使用することによる破壊係数、みかけの気
孔率、線形変化、容量変化およびスポーリングなどの特
性の改善が達成されるだけでなく、後述するように、酸
性の水性スラリとして使用することおよび分散剤を使用
して酸性の水性スラリを調製することによる利点が得ら
れる。

前記耐火物バッチはグラファイト、炭化ケイ素および未
焼成結合剤を含有していてもよい。

本発明はアルミナ耐火物材料に係わり、さらに詳述すれ
ば高アルミナ含量材料として分類されるアルミナ耐火物
材料に係わる。

したがって、本発明は一般的にＡｌ２Ｏ３約５０ないし
９９％を含有する耐火物に係わる。

本発明をこのような高アルミナ耐火物を参照して説明す
るが、本発明はこれに限定されるものではなく、結合剤
としてボラタライズドシリ力を使用できるすべての耐火
物材料を包含するものである。

上記したように、ボラタライズドシリカは蒸気相から析
晶した無定形シリカである。

その粒子は実質的にすべてが０．３ミクロンよりも細か
く、粒子サイズの範囲は０．３ないし０．０３ミクロン
である。

ボラタライズドシリカ結合剤は、耐火物粒子および他の
成分と混合する前に酸性スラリ状で調製される。

スラリはボラタライズドシリカを水、酸および分散剤と
混合することによって調製される。

次表は、このスラリについての良好な組成と可能な組成
範囲を示している。

このスラリは、シリカ粒子がほぼ１０倍の大きさを有す
るという点でコロイドシリカ懸濁液と異なる。

コロイド懸濁液はケイ酸ナトリウムを原料とし、イオン
交換法によって調製されるため、高価である。

ボラタライズドシリカはシリカという安価な原料から得
られる。

シリカを耐火物に乾燥状態で混合する代りに、酸性の水
性スラリとして使用することは、少なくともシリカの一
部が水中に溶解することを促進し、これにより結合性が
高まる。

さらに水性スラリでは、乾燥状態での混合による場合に
比べて、耐火物中へのシリカのより均一な分散が達成で
きる。

さらにスラリ状では、乾燥混合による場合の煙霧による
ダスト損失を減少できる。

スラリか酸性であるという事実は、酸性化していないス
ラリの場合よりも優れた品質の耐火材料が得られること
を保証する。

酸はボラタライズドシリカと反応して接着性のケイ酸を
生威し、これは結合剤として良好に作用する。

塩酸は好適な酸であるが、リン酸もシリカと反応して塩
酸によって生成されたケイ酸結合剤と同等の結合剤を生
成するので同様に使用できる。

上記の表中に示した濃塩酸は２０°Ｂ’ｅ （３２％Ｈ
Ｃｌ）であるが、他の濃度のものを当量で使用してもよ
い。

本発明によるボラタライズドシリカスラリは、スラリ中
に多量の固形物を懸濁させうる分散剤を含む。

分散剤はスラリ調製の際ボラタライズドシリカを水中に
効果的に分散させる作用を示し、かつシリカの大きな塊
状物を相互に独立した粒子に分ける作用を発揮する。

すなわち、このような分散剤によりすべての粒子に同じ
電荷を与えることによってボラタライズドシリカを効果
的にスラリ中に分散できる。

したがって、後の固相反応のために要求されるシリカの
量が有効に低減される。

これに対して、分散が良好に行なわれない場合には、生
じたボラタライズドシリカ塊状物は、この塊状物の外表
面上の粒子のみがこの固相反応に関与するだけであって
、はとんど反応に関与しないことになる。

このような場合、ムライト反応のために要求される量を
越えて過剰量のシリカを使用することが必要になるが、
ムライトあるいはアルミナよりも耐火性が劣るため、シ
リカを過剰量で使用することは好ましいことではない。

したがって、本発明のボラタライズドシリカ結合剤は分
散剤による良好な分散性のため必要なボラタライズドシ
リカの量を低減でき、非常に有利である。

さらに、分散剤により、水中におけるシリカの存在度を
高みること、すなわち一定量の水に対してより多量のボ
ラタライズドシリ力を分散させることが可能となり、よ
り少い量のスラリで所望のボラタライズドシリ力量を達
成できる利点が得られる。

使用可能な分散剤としては、商標名「ＴｏｒａｎｉｌＢ
」で販売されているリグノスルホン酸カルシウム９６％
およびグルコース１．２％でなる針葉樹の脱糖抽出物で
ある水溶性粉末がある。

使用できる他の分散剤としては、高度に重合したナフタ
レンスルホネートおよびポリアクリレートのアルカリ塩
がある。

他の分散剤としては、系と反応しないものであるかぎり
使用できるが、ケイ酸ナトリウムの如き強アルカリ性の
分散剤は酸性液中では沈殿を生じ、使用できない。

本発明のボラタライズドシリカスラリを、比較的大きい
粒子サイズを有する骨材耐火物質、比較的小さい粒子サ
イズの蕨焼アルミナ、グラファイトおよび未焼成結合剤
と混合する。

また後述するように他の任意の成分を添加してもよい。

この場合、大きい粒子サイズの骨材耐火物質は耐火物の
マトリックスを形成する役割を果し、小さい粒子サイズ
の耐火物質は大きい粒子サイズの耐火物質問に形成され
る隙間をうめる役割を果たす。

骨材物質は、融解アルミナ、車状アルミナおよび■焼カ
オリンの如きアルミナまたはアルミナ含有物の中から選
ばれる。

骨材物質は、３ないし１００メツシユの範囲の粒子サイ
ズを有すもの、または従来より一３メツシュ、−４メツ
シユ、６メツシユまたは一８メツシュ骨材と称されてい
るものでもよい。

いくつかの例をあげれば次のとおりである。

細かい■焼アルミナ粒子は、好ましくは約３２５メツシ
ユまたはそれ以下の粒子サイズを有しかつその約５％以
下が３２５メツシユの篩上に残るものである。

■焼アルミナ粒子は、ヒユームドシリカとともに強ムラ
イト（ケイ酸アルミニウム）結合を形成する。

混合物中のグラファイトは、得られた耐火物材料の腐食
を防止する。

グラファイトとしては、少なくとも７５ないし８０％の
炭素を含む天然産のものが好適である。

より低級なグラファイトでは、あまりにも多量の有害な
アッシュが生成される。

グラファイトは一般に一４０メツシュの粒子サイズのも
のが好ましい。

代表的なＭｅｘｉｃａｎグラファイト（４０メツシユ）
は以下の粒度分布を有する。

未焼成結合剤は、ウェスタンベントナイトおよび各種の
ボンド粘土およびボール粘土の如き、この目的のために
使用される公知の物質の中から選ばれる。

これらの物質はすべて比較的細かい粒子サイズのもので
あり、代表的には２７０メツシユの篩をとおして洗浄す
る際、約７％以下のものが残るような粒子分布のもので
ある。

他の結合剤としては、前記の「Ｔｏｒａｎｉｌ ＢＪお
よびアスファルタイト結合剤としては「Ｃｏｒｅｚ Ｒ
ｅ５ｉｎＪとして市販されているものがあり、錯分子構
造の天然産アスファルタイトと有機結合剤および不活性
充填剤の添加剤とでなる組成物である。

本発明の混合物中の任意成分は、カヤナイトおよび炭化
ケイ素である。

カヤナイトは、「ｍｕｌｌｉ−ｔｉｚａｔｉｏｎ Ｊと
称される方法によって加熱される際膨張して、粘土耐火
物の通常の縮みを補償し、かつ縮みによる割れを密封す
る。

炭化ケイ素は、高い熱伝導性および良好な耐火性を有す
る。

これは、より冷い域への熱の流れを改良することにより
、耐火物の熱面からかなり離れた部位でのセラミック結
合の発生を促進する。

好ましい粒度分布は、以下の如＜−３０＋５０メツシユ
である。

本発明によるアルミナ耐火物材料のいくつかの例は以下
のとおりである。

なお、以下の実施例で使用するボラタライズドシリカス
ラリは前述の組成を有するものであり、スラリ中に使用
した分散剤は、前述の如く、「Ｔｏｒａｎｉｌ Ｂ Ｊ
、高度に重合化したナフタレンスルホネート、ポリア
クリル酸のアルカリ塩などである。

また、使用する結合剤としては、前述の如く、ウェスタ
ンベントナイト、ボンド粘土およびボール粘土、「Ｔｏ
ｒａｎｉ ｌ Ｂ Ｊ、「Ｃｏｒｅｚ Ｒｅ５ｉｎＪな
どである。

実施例 １ 本発明による特定の組成について例示したが、これらは
本発明を説明するためのものであって、これらに限定さ
れない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ａ）粒子サイズ３メツシユないし１００メツシユの骨
   材アルミナ含有耐火物質、ｂ）粒子サイズ３２５メツシ
   ユ以下の■焼アルミナ、Ｃ）グラファイトおよびｄ）結
   合剤でなる耐火物バッチとボラタライズドシリカ結合剤
   との混合物でなる単一体耐火物製造用の未焼成の耐火物
   材料において、前記ボラタライズドシリカ結合剤をボラ
   タライズドシリカを分散剤により分散させてなる酸性の
   水性スラリで構成したことを特徴とする、耐火物材料。 ２ ボラタライズドシリカ結合剤がａ）水６０．０ない
   し９０．０重量％、ｂ）ボラタライズドシリ力１０．０
   ないし４０．０重量％、Ｃ）濃い酸０．１ないし２．０
   重量％およびｄ）分散剤０．０５ないし１．５重量％で
   なる酸性の水性スラリであり、混合物がａ）粒子サイズ
   ３メツシユないし１００メツシユの骨材アルミナ含有耐
   火物質１５ないし６０重量％、ｂ）粒子サイズ３２５メ
   ツシユ以下の■焼アルミナ６ないし４５重量％、Ｃ）グ
   ラファイト５ないし２０重量％、ｄ）未焼成結合剤１な
   いし３５重量％、ｅ）前記ボラタライズドシリ力結合剤
   ２ないし２０重量％および ｆ）水Ｏないし５重量％で
   なることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の耐火
   物材料。 ３ 前記混合物がさらに炭化ケイ素５ないし３０重量％
   を含有するものである特許請求の範囲第２項記載の耐火
   物材料。 ４ 骨材アルミナ含有耐火物質が粉砕した融解アルミナ
   である特許請求の範囲第２項記載の耐火物材料。 ５ 骨材アルミナ含有耐火物質が車状アルミナである特
   許請求の範囲第２項記載の耐火物材料。 ６ 骨材アルミナ含有耐火物質が■焼カオリンである特
   許請求の範囲第２項記載の耐火物材料。 ７ 濃い酸が塩酸またはリン酸の中から選ばれる酸であ
   る特許請求の範囲第２項記載の耐火物材料。 ８ 濃い酸が塩酸である特許請求の範囲第２項記載の耐
   火物材料。 ９ 濃い酸が２０°Ｂ／ ｅ塩酸である特許請求の範囲
   第２項記載の耐火物材料。 １０未焼結合剤が粘土結合剤である特許請求の範囲第２
   項記載の耐火物材料。 １１ 前記未焼成結合剤がさらにアスファルトタイト
   結合剤３ないし１５重量％を含有するものである特許請
   求の範囲第１０項記載の耐火物材料。