JPS585871B2 - 流動鋳込用耐火材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は流動鋳込用の耐火材に関するものである。

近年炉の建設、修理などに、流動鋳込み、吹付け、突き
固めなどの方法で施工される不定形耐火材の用途が増加
し，中でも流動鋳込みの方法は、流し込みともいわれ、
施工の方法が極めて簡単であるうえに複雑な形状、ある
いは吹付け、突き固め等の方法では施工できない所にも
使用できることもあって益々重要性を増大している。

流動鋳込用耐火材には、施工に必要な時間は充分な流動
性を有しており、しかも施工後はできるだけ速やかに型
枠を外し得る強度を発生する硬化性、すなわち室温にお
ける保形性を有することと、炉の使用温度において十分
な耐火性を有することが必要であり、さらに使用目的に
応じた特性を具備することが求められる。

従来この種の耐火材にはキャスタブル耐火材と称されア
ルミナセメントを結合剤に使用するものが広く用いられ
ているが、アルミナセメントを使用するために次の欠点
がある。

すなわちアルミナセメントの室温における強度の発生は
水和反応によるもので、生成した水和化合物には１０分
子程度の結晶水（結合水）が含まれる。

アルミナセメントを結合剤に使用したキャスタブル耐火
材に、施工のための流動性を与えるために添加された水
は、その一部がアルミナセメントの水和反応に消費され
て水和化合物の結晶水となり室温における強度を発生し
、余剰の水は施工後の乾燥の段階で蒸発する。

しかしながら、水和化合物の結晶水として残留した水分
は、１００℃以上の温度に加熱しても極めて徐々にしか
脱水しないので、乾燥後、炉の使用温度にまで温度を上
昇する時、温度上昇の調整を誤ると爆裂現象を生じて破
壊することがある。

また水和化合物は脱水するに従い強度を減ずるので、ア
ルミナセメントの熱反応による焼結が始まる約１，００
０℃に達するまでの間に甚しく強度の低下する温度域が
ある。

さらにアルミナセメントは、Ｃ ａ Ｏ ，Ａｔ２０ｓ
を主成分としており、アルミナセメントの種類により異
るが、ＣａＯの含有量は１８〜３８％に達する。

従ってアルミナセメントを結合剤として使用した耐火材
は、骨材部がいかに高耐火性材料であっても、結合部分
に多量のＣａＯが含有されるので、特に溶融した金属あ
るいはスラグと接触する時、甚しく化学的侵食を受ける
欠点がある。

また、アルミナセメントの代りに燐酸を結合剤に井い、
施工後、３５０℃で養生しアルミナ骨材と反応させる方
法もあるが、燐酸を使用するために増扱いあるいけ施工
上に危険を伴う欠点がある。

本発明は前記の欠点を解決するためになされたもので、
アルミナセメントを使用しない流動鋳込用耐火材である
。

すなわち、本発明は耐火性材料に結合剤としてアルカリ
金属珪酸塩および水に難溶性のトリポリ燐酸アルミニウ
ムと有機糊剤または粘土のいずれか、または両方を添加
し、施工時に水を加えて混練することを特徴とする流動
鋳込用耐火物である。

さらに詳しくは結合剤としてアルカリ金属珪酸塩と水に
難溶性のトリポリ燐酸アルミニウムを使用することによ
り、水に難溶性のトリポリ燐酸アルミニウムの緩慢な作
用によって、加水混練後、施工に必要な時間（以下可使
時間という）流動性を保持し、この時間を経過した後に
アルカリ金属珪酸塩の水性ゾルを硬化させて型枠を外し
得る程度、すなわち保形性を与える硬化性があり、つい
で乾燥過程にあっては、水性ゾルの微粒子の凝集力によ
り室温における強度を発現し、さらに温度が上昇するに
従いアルカリ金属珪酸塩とトリポリ燐酸アルミニウムが
焼結して耐火材の使用条件に耐える強度を発現するもの
である。

有機糊剤または粘土のいずれか、または両方を添加する
のは、水を加えて流動性のある状態で混練し、施工する
間に耐火性材料の粗粒子が分離するのを防止し、成形体
が均一な組織を保持することを目的とするものである。

次に本発明を構成する各材料について説明する耐火性材
料としては耐火性があれば、本発明の結合剤の１種とし
て使用するアルカリ金属珪酸塩の水性ゾルと反応して水
性ゾルの特性を失わしめるもの、例えばＭｇＯ ，Ｃ
ａ Ｏ等を主成分とする塩基性耐火材等以外であればい
ずれも使用できる。

耐火性材料は施工する容器、樋，炉壁などの形状、大き
さ、厚さ並びに目的とする使用条件、すなわち温度、接
触するガス、溶融金属、溶融スラグなどにより適宜選択
し、粒度を調整して使用する。

結合剤として使用するアルカリ金属珪酸塩は市販固形の
粉末珪酸ソーダ．粉末珪酸カリ等を使用するが、液状の
珪酸ソーダ、珪酸カリ、珪酸リチウムなども使用できる
。

液状のアルカリ金属珪酸塩を使用するときは固形分に換
算して添加量を決定する。

これら粉末珪酸ソーダや粉末珪酸カリは、他の結合剤と
ともに耐火性材料に混合され、施工前に水を加えて混練
すると水に溶解してアルカリ金属珪酸塩の水性ゾルを形
成する。

添加する水の量は流動性を与えるためにはアルカリ金属
珪酸塩の固形分重量の少くとも５倍以上が必要である。

施工に必要な可使時間は施工条件によって異るものであ
り、さらに長い可使時間を必要とする場合には、粉末の
アルカリ金属珪酸塩の水に対する溶解速度を調節する方
法として、粉末のアルカリ金属珪酸塩の表面処理を高級
脂肪酸、パラフィン類、または油脂類の１種または２種
以上の混合物で行うことも可能である。

この表面処理により一時的に撥水効果を生じ、溶解速度
を調節することができる。

以下に述べるアルカリ金属珪酸塩はこのような処理をし
たものも含むものである。

アルカリ金属珪酸塩の添加量は固形分の重量で、耐火材
料１００重量部に対し、０．４重量部未満でに硬化後の
強度、すなわち型枠を外したときの保形性（硬化性）が
不足する。

また、２．２重量部を越えると高温度城における耐火性
が低下するので好ましくない。

水に難溶性のトリポリ燐酸アルミニウムは、特開昭５１
−１２８６９８号に記載の製造方法によるものを使用す
ることができる。

前述のように流動鋳込用耐火材は施工に必要な時間は充
分な流動性を有していることが必要であり、鋳込み作業
を行うための十分な可使時間と、作業終了後はできるだ
け速やかに硬化して型枠を外し得る強度が発生すること
（硬化性）が必要である。

このように十分な可使時間を有し、しかもその後は速や
かに所定強度以上に硬化させるということは、トリポリ
燐酸アルミニウムの水に難溶性であり、極めて酸性度が
高く，しかも酸強度が弱い性質を利用して始めて実現さ
れたものである。

固形分に対し重量で５倍以上の水で稀釈された水ガラス
を硬化させるだけならば無機酸のみを用いてもよいが、
この場合、反応が極めて瞬間的で可使時間は全く得られ
ない。

可使時間のある状態で水ガラスを硬化させる例としては
珪フツ化カルシウム，無定形燐酸アルミニウム、縮合燐
酸アルミニウムのＢ型およびＡ型、燐酸けい素、燐酸チ
タン、燐酸ホウ素などが提案されているが、本発明のよ
うに稀釈された水ガラス等のアルカリ金属珪酸塩系でこ
れらのものの適用を試みたところ、いずれも可使時間が
短かすぎるとか、硬化が十分でないとかの欠点が見られ
、可使時間と硬化性を満足するものが得られなかった。

本発明に使用するトリポリ燐酸アルミニウムはＨ，Ａｔ
Ｐ３０ｌＯ・２Ｈ２０の化学式で示され、水に難溶性で
、極めて高い酸性度を示すが酸強度は弱酸といえるもの
で、この性質が本発明を完成させるうえで極めて重要で
ある。

すなわち、水ガラスをはじめアルカリ金属珪酸塩をトリ
ポリ燐酸アルミニウムで硬化させる研究を多年にわたり
行って来た結果、本発明のようにアルカリ金属珪酸塩の
固形分の重量に対し５倍以上の重量の水で稀釈された系
において、トリポリ燐酸アルミニウムが優れた可使時間
と硬化性を示すことを見いだしたものである。

これはトリポリ燐酸アルミニウムが他の燐酸チタン、縮
合燐酸アルミニウムのＢ型などに比べ、数十倍の酸性度
を示すことと、その酸性度が弱酸タイプであるという、
他のものにない性質が可使時間を延ばすのに大き〈寄与
していると考える。

さらにトリポリ燐酸アルミニウムは４５０℃以上の加熱
によって次の縮合反応を生ずる。

Ｈ ２ Ａ Ｚ ＰｓＯ １０ ， ２Ｈ２０→Ａ／！
．（ＰＯ３）３−ｆ−３Ｈ２０加熱によって生成する縮
合燐酸アルミニウムにはＡ型、Ｂ型、Ｄ型、Ｄ型の３種
がある。

トリポリ燐酸アルミニウムが上記のように４５０℃以上
でさらに縮合するという性質は、トリポリ燐酸アルミニ
ウムが４５０℃以上で活性になり、耐火物の結合を強め
るものと考えられ、実施例でも示すように８００℃にお
ける強度の発現に著しく寄与しているものと考えられる
。

トリポリ燐酸アルミニウムの添加量に、耐火性材料１０
０重量部に対し、０．２５重量部未満ではアルカリ金属
珪酸塩の水性ゾルを硬化させるのに甚だしく長時間を要
するか、保形に必要な強度が発現できず，また２．２重
量部を越えると硬化による強度の発現は必ずしも増大し
ない。

粘土は耐火物の結合剤として広く用いられているが、本
発明では粉体混合物に水を加えて混練し施工するとき、
耐火性材料の粗粒子の分離を防止するために添加する。

本発明に使用する粘土はカオリン質が好ましく、添加量
は耐火性材料１００重量部に対し、０．５重量部未満で
は効果がなく、また５重量部を越えると流動性を与える
に必要な水量が多くなり、施工後の乾燥に時間を要する
うえに、施工後の乾燥線収縮、さらには加熱時の焼成収
縮が大になり亀裂を生ずるので好ましくない。

有機糊剤には市販のＣＭＣなどが使用でき、その添加量
は前記粘土の概ねｈ量でよい。

本発明の流動鋳込用耐火材は耐火性材料に粉末のアルカ
リ金属珪酸塩、水に難溶性のトリポリ燐酸アルミニウム
、および有機糊剤、粘土等を混合しておき、施工直前に
水を加えて混練する。

添加する水の量は施工の状態によって適宜必要な流動性
が得られるよう調整するが、少なくともアルカリ金属珪
酸塩の固形分重量の５倍以上が必要であり、また、あま
りに流動性を大にし軟調にすると強度の低下や粒子の分
離を生ずるおそれがある。

液状のアルカリ金属珪酸塩を使用する場合は施工直前に
水と同時に添加してもよい。

この場合、前述のようにアルカリ金属珪酸塩の添加量は
その固形分について換算し決定する。

次に本発明の実施例を示す。

実施例 １ アルミナ系 表１に示す配合で本発明品と従来のアルミナセメントを
使用するキャスタブル耐火材（比較例Ａ）とを比較した
。

前記の粉末状原料を良く混合した後、水を加えて混練し
、内法４０×４０×１６０ｍｎの金型に流し込み試験体
を成形し、温度２０±３℃、湿度８０〜８５％の条件下
で２４時間養生した後、型を外し、１０５〜１１０℃の
乾燥器で乾燥した後、８００℃および１４５０℃で焼成
した。

１１０℃乾燥物、８００℃焼成物および１４５０℃焼成
，物について線収縮率並びに曲げ強さを測定した。

また１１０゜Ｃ乾燥物の一部について１４５０°ＣＫお
ける熱間曲げ強さを測定した。

耐食性の比較は、断面台形の試験体を前記と同様の方法
で成形し、３５０℃で焼成したものを回転軸が傾斜した
円筒形炉の内面に張り合せ、炉体を回転しつつ炉内に酸
素プロパン炎を吹き込み、高炉銑および高炉スラグを１
，５５０℃で溶融させて一定時間保持した後、試験体の
侵食された状態を従来品と対比する方法によった。

耐スポール性の比較は、前記４０×４０×ｌ６０關の１
２００℃に焼成した試験体を１２００℃の炉に入れ１時
間加熱した後、炉外で空冷する方法を３回繰返し、亀裂
の状態を比較した。

結果を表２に示す。

表２から見られるとおり、従来品と比較して本発明は水
との混練状況、鋳型への鋳込性、２４時間後の硬化性等
、流動鋳込み性には全く差異がなく、離型後の保形性も
充分であった。

従来品に比ヘ線変化率にあっては、１４５０℃焼成物に
ついて従来品が０．５％の収縮があるに対し本発明品は
０．２％と少なく、曲げ強さは１１０℃において従来品
よりやや小であるが、従来品は８００℃焼成物が甚だし
く低下するに対し本発明品はかかることがなく、焼成温
度が上昇するに従い大になる。

特に１４５０℃における熱間曲げ強さは従来品より大で
ある。

特に侵食量は従来品の５５〜６０％と小であり耐食性に
優れており、耐スポール性も、従来品が３回で破砕した
のに対し、本発明品の亀裂の発生は極めて微細であり、
実際使用に全く影響のない範囲のものであった。

実施例 ２ ムライトー炭化珪素系 表３に示す配合で本発明品と従来のアルミナセメントを
使用するキャスタブル耐火材（比較例Ｂ）とを比較した
。

実施例１と同様の方法で試験体を作成し、測定した結果
を表４に示す。

実施例１と同様に、比較例Ｂど比較して本発明品Ｎｏ．
５は流動鋳込性すなわち施工性については全く差異がな
く、８００℃、１４５０℃焼成物の曲げ強さは犬であり
、特に実際使用される１４５０℃における熱間曲げ強さ
は大であり、また耐食性は従来品に比べ半分以下しか侵
食されず極めて高く、耐スポール性も亀裂の発生は極め
て微細であった。

以上の通り本発明は従来のアルミナセメントを使用する
キャスタブル耐火材と同様の施工性、硬化性があり、し
かも８００℃以上の温度域において従来のキャスタブル
耐火材に比べ優れた特性を有し、溶融金属あるいはスラ
グに接触する個所、あるいは使用時の温度変化のある部
分等に極めて有効な耐火材である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 耐火性材料に結合剤として水に難溶性のトリポリ燐
   酸アルミニウムおよびアルカリ金属珪酸塩と、有機糊剤
   または粘土のいずれかまたは両方を上記アルカリ金属珪
   酸塩を固形分に換算して結合剤の合計、上記耐火性材料
   １００重量部に対し、ほぼ９．４重量部以下添加し、施
   工時加水混練することを特徴とする流動鋳込用耐火材。