JPS59213667A - アルミニウム溶解炉用耐火物の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

この発明はゲイカストや鋳造品等のアルシミニウム軽製
品製晶を製造するだめのアルミニウム溶解炉およＯ・ア
ルミニウム保持炉等の内張用耐火物の改良に関するもの
である。アルミニウム溶解炉等の内りＪ（用耐火物とし
て、従来、シリカ含有量の少ない１−ｂアルミ→−’ｆ
！（１才瓦が使用をれているが、これはン１１力を７７
、イ１すると、使用時煉瓦の気孔に浸透しブコー］′ル
ミニウムが煉瓦成分のシリカと接触した際、アルミニウ
ムの還元力によって容易にシリカか還元される結果、煉
瓦が著しく侵食されるからである。したがって最近では
シリカ分が一層少ない高アルミナ質煉瓦に移行しつつあ
る。また、シリカ分はアルミニウム溶湯との接耐（界面
で５ｉ−ＡＪ〜Ａ！２０３系の複合体を生成して内張用
耐火物に何着し、ある１ハはアルミニウム溶湯内に混入
する等の支障が生しることからも高アルミナ質煉瓦指向
となっている。 しかしながら、高アルミナｇ煉瓦はアルミナ含イＪ：１
（の多いものほと耐スポーリング性が低下する恒（向に
あるので、加熱昇温令溶解温度の保持−冷Ｊｄｌ＋加熱
昇温の一す″イクルで繰返し使用きれるアルミニウム溶
解炉等の使用条件のもとでは、スポーリングによって煉
瓦に亀裂が発生し、引き続いてその亀裂内に溶湯が浸透
し、燻瓦破壊が進行するという問題点がある。 また、高アルミナ質煉瓦のアルミナ分が高くなるほど原
料費が高くなるとともに、煉瓦のかＬ結のために、高温
度での焼成か必要となる等、経済的に不利益となる。 この発明は以上述べた従来のアルミニウム溶解炉等の内
張用耐火煉瓦を改善するためになされたもので、適性な
骨相に、比較的多量のカオリン粘土とリン１′１クアル
ミニウムを混合したもの全、比較的低７ｆｉ’を度で力
旧；丙処理した、気孔率の小さい緻密な煉瓦であって、
溶湯浸透性が少なく、かつ耐スポーリング性に優れた耐
火物の提供にある。 以１″：、本発明の耐火物について詳細に説明する。 骨相はコラン４ム、ムライト、ジルコン、シリカカラス
、スピネル（ＭｙＯ，ＡＪ２０３）の１種または２種以
Ｉ−をａむものを使用する。焼結アルミナの如くコラン
４ムを主成分とするもの、あるいは焼成ボー・〜・サイ
トの如くコラン４ムとムライトを主成分とするもの等、
１原料中に多種の鉱物が含寸れるものも本発明に適する
骨材であり、また通常のれγ状絨密質の骨材のみならず
、バブルアルミナ、バブルムライト、バブルンリカ等の
如き中空粒骨相も本発明に「渕する骨材である。 １−記の骨相は、加熱過程で、例えば石英やジルコニア
のように結晶転移による異常膨張収縮が起らず、容積安
定性の高いものである。また、混線過程で、例えばマグ
ネシアやカルシアのように、本発明の構成材料であるリ
ン酸アルミニウムと常温で反応しないものであって、本
発明の骨相として特に適するものである。カオリン粘土
は市販の木肌木節粘土が適する。ＪＩＳによる耐火度か
５Ｋ３２以」二で、カオリナイトやハロイサイトの如き
粘」二鉱物を主体とする結合剤用の耐火粘土であれは適
するが、長石や石英、雲母等を多量含有するもの、およ
びｎ］塑性の乏しいものは適式ない。カオリン粘土は前
記骨材に対し重量で５〜１５部使用する。 ５部以下ではできるたけ高い圧力で成形する必要があり
、また１、３００’Ｏ以上の高温で焼成しなければ焼結
しない欠点がある。前記高アルミナ質煉瓦は高い操業温
度に耐えるように、上記のようＱＣカオリン粘土量をで
きるだけ少なくしく２〜４重尾″部が通常である。）、
少量の水を加えて混練した後、高圧成形し、高温焼成（
通常１　、３０　（１’（’！以Ｊ二）　して製造され
ている。しかしながら、このようにして７１トだ高アル
ミナ質煉瓦はアルミニウム溶解炉用等に充分滴したもの
ということができないのである。ｔたカオリン粘土が１
５部以」二では、加熱処理の段階でひび割れなどの組織
欠陥が伴うこＬ々、溶湯に弥ｊする耐食性が低下する等
の欠点がある。 リンｒＷ÷アルミニウムは固体換算で１．５〜６．５重
：」１部使用する。リン酸アルミニウムはカオリン粘Ｉ
；と併用することにより比較的低湿度の加熱処理で成形
体の・；ｉ′１０９を高め、成形体の気孔率を小さく、
かつ）１１気率をＩＯ’ｃｍ２オーゲーの組織とするこ
とができる。従って、溶湯の浸透を少なくすることがで
きるから、耐食性全粁しく向上させることができる０す
／酸アルミニウム（は１．５部以下では１−記の効ＩＪ
ｇが少なく、６．５部具−Ｊ−では成彩時ラミネーショ
ンの発生、焼成時の亀裂イト生等、製造上好ま［７〈　
〆辷　く　ブト　る。 以１−　ｉ／ｌｓべに４：Ａ料を混合、加水混練し、加
圧成形し、たのち、３０　（１〜１，２００’Ｏで加熱
処理する。３００°Ｃ以トでは１１１１熱処理体は吸湿
、吸水により変形、変質することがあり、耐スポーリン
グ性の観点から１６分ではない。ｉ、２０００以上で焼
成すると、カオリン粘土の加熱分解により中にムライト
と液相が′１コ成することとなり、煉瓦の弾性率が高く
なる。 従って耐スポーリング性が低下するので好１しくない。 次に、この発明の実施例について説明する。 実施例 骨相として使用した原料と結合材として゛使用し／こ原
料について表−１に示す。これらはずべて市１υＶ品で
ある。 このうち骨材の大部分（α〜りは、各々が４−１ｍｍ。 １−０．：３ｍｍ　、　０．３ｍｍ以Ｆ１および（１，
（Ｍ／１ｍｍ以下の粒度ｉｎに粉砕篩別式れた。整粒品
で構成感れ、合成スピネル（’！、）とジルコ／サンド
（ｂ）は酢にＱ、３ｍｍ以下に篩別された整粒品である
。 結合材としてのカオリン粘土（７−）ｈ本節粘土の木肌
乾燥品で、見掛けの粒度がＱ、３ｍｍ以下に粉砕したも
のを、リン酸アルミニウム（りはモノリン所アルミつウ
ムとして５０％濃度の水溶液を、珪酸ソ−ゲ（ｊりはＪ
、［Ｓ　、’３　”’ｒ品（Ｎθ２０７’Ｓ　ｉ　Ｏ２
のモル比３）相当品の粉末品（０，：３ｍｍ以下）を使
用した。 こねらの原イ３：１を用いて各種配合物を調製しなが、
骨組の組合せについては表−２に示すものを調製Ｖ／こ
。これらの骨組に結合相であるカオリン粘土とリン酸ア
ルミニウムを組合せた配合調製物の配合−、試１シ１ミ
休のＮｏ、（供試Ｎ０１）と関連づけて表−：３〜・５
に示す。 各種配合物（供試ＮＯ，１〜１０　、　］ト２４　）は
５０に、、＠まで混練てきる通称ミックマン−型の市１
リシ実験用の混練機で各配合物４０ｋｇ毎に少ｉけの水
（モ均外掛添加鼠；う、５重）−１］部）を加えて２０
分間混練し、混練後、耐火ｐｌｙ　瓦製造用（市販品）
の７リクシヨンプレスを用いてＪＩＳ　＋ｉｆ２型煉瓦
＋＋を状に予１ｎ１１全含めて各５枚ずつ　１戊月杉　
［２プｃ　０ 各成１１９体は、耐火煉瓦乾燥用の１５００まで昇ｌ晶
するトンイ・ノシキル／式乾燥炉で、台車にのせて４］
−１間で炉を通過させて乾燥した。 １：Ｑ７煙後、炉俸卜下式て炉内容積０．２ｍ３の炭化
珪素発熱式の大型電気炉Ｑこ仲人して５　’Ｏ／ｍ　ｉ
　ｎの速１９で１／／、濡し１、所定音１庶に４時間作
詩して放冷することに上り加熱処理を行なった。 但し、供試品Ｎ０．２２は乾燥のみで加熱処理せず、供
試品Ｎ　Ｏ，２３は：３　（１０’Ｃで、供試品Ｎｏ、
１〜１０は８００Ｃで、供試品ＮＯ，１３〜２］　Ｕ：
　Ｉ　、＋　００’Ｃで、可な（５！（試晶Ｎ０．２４
は１，２００Ｃでそれぞれ加熱処理を行なった。 各加熱処理体、乾・媒体およ（）・比較用煉瓦（従来の
アルミ溶解炉内張用高アルミナ質および粘土質ＩＮ！、
ＩＣ）Ｋツいて、水冷式ゲイ−゛、・モンドコアリンダ
機で高式を６５　ｍｍ　　として的径が３０ｍｍ（１個
）、５０ｍｍ（２１１７１１）、８Ｑｍｍ　（１個）の
円柱状試片を採取（−ｋ。３０ｍｍ直径のものはさらに
ゲイヤモンＦカックーで３０　ｍｍｍ高知なるように分
断加工し７て１個を；Ｉｉ気率＋ｌｌｌ定川用片とし、
他の１個を見掛気ｆＬ率ｊ’１（ｉｌｌ田川試片した。 」、＆、　％　５０　ｍｍ　直径の試片の１個はスボー
ＩＪンゲテ人ト用とＬ７、ｆｌｊＬの１１１１Ｉ！ｌは
圧縮強ざ測定用としに０８０　ｎｕｒ＋　（＋７４径の
試片は、壁と底部の肉厚が２０　ｍｍとなるように、１
Ｈ）ｎ１ｍのグイヤモンドのコアと々ｉ、不やハンマー
を使用して内部全くりぬきルツボに（Ｉ七げて侵食試１
鋳川試片を作成した。これらの試１４は′１（を気力１
１熱熱風式乾燥炉に入〕１て再度＋５０ｃて一ノＩ−１
′−夜ｊ：■゛ＩＸ′容して各試験に供した。 耐用１■に関）［）Ｌする耐性を評価するための一つと
してスポ゛−リングテス）・け１，０００’０に保温し
である炭ｆヒｆ−１’、　本４１　ｌｐ体の’ｐｃ気炉
気固炉内　０　ｍｍ直径Ｘ　６５ｎｍ高さの円柱状試片
を挿入し、２０分間保持後、取出して水中に投入し急冷
した。水中から取出し１０分間室温に放置して再び１，
０００’Ｏに加熱するという急熱急冷の繰返しを５回行
って試片に発生−イる亀裂の発生状況から耐スボーリン
ゲ性をａ′Ｆ価しに０ 耐性のもう一つの重要な評価テストである侵食゛ｊ−ス
トは、Ｌ記外形８Ｑｍｍ直径のルツボ型試片を用い、ル
ツボ内に純アルミニウム（９９，９％純つ）の塊１５ｇ
全挿入して９００Ｃに保温しである炭山（１−Ｉ発熱体
の電気炉に挿入し、２００時間保持して溶解を行ない、
冷力１した後ガＪ内から取出してル／ボをゲイヤモン）
パカソ々−で７二つに切断してルツボＪｌｉｑ試片の内
壁の損耗（溶１ｉ−１）の最大深さ、耐人物への溶湯の
浸透の有無および浸透の最大深さを、ｉｌ、１べで耐食
性全評価した。 寸な物性としては圧縮強σ、賭掛気孔率おｊ　Ｏ：１口
１気率全測定したが、測定方法は次の通りである。 ｊ］：縮強σは５Ｑｍｍ直径の円柱状試片を油圧式最大
＋　００　ｔｏｎ加圧できるアムスラー試験機でＩＬ・
、壊し−て強度卆求めた１、通気率は：３Ｑｍｍ直径の
円柱状試片卆Ｉ’ｌｌい、了スピし々−で空気をＩＥ！
引する、いわゆるン店圧方式の市載の１１１１易型の通
気率測定装置により＋Ｉ！Ｉｔ宇Ｌ／こ。 し、＞　４１１気化率は：（Ｏｎｏｎ直径の円柱状試片
を用い１、ｌ’、ＩＳ　Ｒ２２０５耐火煉瓦の兄１１Ｆ
気孔率の測定方法にｆ店して４（煮１弗法で１ｌｌｌｌ
　’ζｉシした。 ｐ−３１ｔ７Ｃカオリン粘土とリン酸アルミニウムを結
合１１すとして８０１’ｙｒｓで加部タノ￥ｊ」１１を
行なった供試体で、イぐ発明に係る骨４１の１゛ｊ１

【
類について耐・１１１．およＯ・物性）−ストを行々つ
／こ桔宋全、アルミニウム溶解のｉ　１．１１としてＪ
ｌ’Ｑ常使川さ使用いる粘土質および高アルＳ　＋　’
、ｔ！ｊ　Ｎ４瓦と対比して示す。 この拮限附、炉拐の１１）■、１川性全支配する耐スボ
ーリンク・１／ｌ′、Ｌ耐食・１ｆ１．の両性能を充分
に満足せＩ−ぬる骨利−、ハ’ｆ：　Ａｌ占−１′ルミ
ナ（：Ｉランダム）０、ＮＯ，Ｉ、丈殖ｌ＋Ｑ、ボー　
ニＡ−゛リーイ　１・　（フランゲム」−ムライト）、
’、、　Ｎ　Ｏ，２、合成ムライト（ムライト）、、、
＋ｉｏ、３、石英カラス（シリカカラス）、、、ＮＯ，
７、’Ｊ’Ａ％　ｉ占アルミナとスビイ、ル（コランゲ
ム＋スヒ゛ネル）、、、ＮＯ，８、石英カラスとジルコ
ンザント（シリカカラス−トシル：Ｊ／）−、、ＮＯ，
９、焼成ボーキサイ　トと焼ま、１ｊ１アルミナ（７ラ
ンゲム」−ムライト）、　、、、　Ｎ　Ｏ，］　（＋で
あり、化学組成ては５ｉ０２で構成びれてＮｏ、７と共
通Ｊ゛る珪石糸のＮＯ，６、それにロー行系のＮＯ，５
や焼成シャモア１・系のＮＯ６４１兵試体は粘土質煉瓦
並みてはあるかｆ　Ｊ：、！であることを示している。 石英ツノラスとＦ［、イーｉの、（、Ｗは出学成分では
なくて鉱物組成で、前音かり・リカカラスであり、後者
かα型石英である点にあり、焼成、シャモフトやロー石
にはα型石英か／ｙすれるメニめに耐性が低下するもの
とみられる。こねらの結果は本発明に使用ぴれる骨利か
］ランゲム、ノ・ライト、シリカカラス、ジルコンおよ
０・スピネルの−・種もしくは二４：ｌＲ以トから憎成
さ１＋る骨４Ａであることか必′Ｍであることを示して
いる。 ７トな、本錯明に係るＮＯ，］〜３および１寸Ｏ１７〜
１０供試体は、従来使用されているアルミニウム溶＋１
４炉ＩＡである粘土質や高アルミナ質煉瓦に比１咬して
、８００’０という比較的低い温度での加熱処理体にも
拘らず耐性テストにおいては耐食性と耐スポール性が著
しく改善されており、物性テストにおいても強度は粘１
−質煉瓦の最低でも約２倍以上という発現率で強度の改
善効果のあることを示している。 なお、炉利の溶湯に対する耐食性については、炉利の組
織かｍ　、１＞’ｌ、で、従来は見掛気孔率を小さくす
ることにより向にさせることができると考えられてきた
が、本結果からは、見掛気孔率の小さいことも必定であ
るか、通気率の方がより耐食性との関連があり、通気率
を小さく、】ＯＣｍのオーダｊａｉｌすれば溶湯の浸透
がなく、溶損の極めて低い炉利とすることかできること
を裏側けている。 表−４にか゛Ｌ成ボーギザイと焼結アルミナ（コランゲ
ム」−ムライト）の組合せの骨材ヲ用いテ１．１０　（
ｌ　ＣでＩＪｌｌ・Ｉ！１処理を行なった供試体で、本
発明に係るカオリン粘ヒとリン酸アルミニウム量等につ
いて耐性扮りひ物性デソ、トを行なった結果を示す。 この結果（・１、カオリン粘にの：１１゛が多くなるに
つ、ｌ］て（ＮＯ，＋３〜Ｎ０ｉ６）耐スポーリング性
は向上する（ぼＩ向にあるが、余り多い（Ｎｏ、　１．
６　）と耐食性が若干低下すること全示しており、耐ス
ポーリング性と耐食性の両性能について充分満足せしめ
るものは、５重量１１部以上の量で１５重計部を越えな
い範囲か最も良好であることを示している。 また、リン酸アルミニウムについては、これを欠＜（Ｎ
ｏ、１）と耐食性が犬１−１］に低卜゛し、少尾の添加
（Ｎｏ、　１．８　）によって急激に向−１ニすること
を示し、耐スポーリング性は量が多い（Ｎｏ、２０）と
低下することを示している。さらに珪酸ソー々゛を用い
たもの（Ｎｏ、　２１　）は、耐食性と耐スポーリング
性の両性ｆ＋ｊ′４ともに劣り、即ちリン酸アルミニウ
ムの採用の必要なることを示している。 一方物性テストと耐食性テストの関係ｕ、８０（１０加
熱処理体の場合と同様に見掛気孔率よＩ）　１１１ｉ気
率４２ の方が依存性があり、通気率が小さく１０ｃｍのオーダ
ーの組織を形成させることにより耐食性を人ｒｌに向」
ニさせ得ることを示唆している。 表−４結合拐の影響 表−５に焼成ボーキサイトと焼結アルミナ（コランダム
」−ムライト）の組合せの骨材を用い、カオリン粘−に
とリン酸アルミニウムを結合材とした配合物で、本発明
に係る加熱処理温度について試験した結果を示す。 吸湿性は、炉側が保管中に空気中の湿気を吸収して変質
し、あるいは軟化して変形し製品価値をりぐなわしめる
性質である。このテスト結果は１５０Ｃで加熱処理した
もの（ＮＯ，２２）は吸湿性があり、；３０００以上の
温度で処理したもの（’ＮＯ，２３、２４）は吸？！１
＋ｉ　Ｌないことを示している。但し吸湿性は、見掛気
孔率を測定中、供試片を水で煮沸して脱気飽水し、冷却
後水中で飽水重量を秤量するか、秤量時に悄叶、となっ
ているものは吸湿性なしと判断し、秤（号時徐々に増量
するものを吸湿性ありと判定した。 この現象は、リン酸アルミニウムが加熱処理によって一
部脱水が行なわれて活性（不安定）な状７、ｊｊ芸にあ
るが、水中では徐々に水和反応が進行するためである。 １ｋ、加熱処理が高い場合（Ｎｏ、２４）耐食性は余り
低ドしないが、耐スポーリング性が低下する。 これらの結果は：３００°Ｃ以」−でＩ、２００Ｃを越
えない湿度域で加熱処理する必要のあることを示してい
る。 表−５熱処理温度の影響

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コランダム、ムライト、シリカガラス、ジルコンおよび
   スピネル（ＭｙＯ，Ａ夕２０３）の１ｆ４（または２種
   以」をａむ骨組１００重１１部に５〜１５屯鼠部のツノ
   ：Ａリン粘−１−と固体換算で１．５〜６．５重ｉ社部
   のリン酸アルミニウムを添加し、加水混練し、成形した
   のち、３００〜１，２００’Ｏで加熱したことを特徴と
   するアルミニウム溶解炉用耐人物。