JPS6046064B2 - 耐火性組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶融鉄金属の封入貯蔵容器（コンテインメント
リザーバー）の内張りに用いる耐火性組成物に関する。

本発明の１つの態様では溶融金属特には高融点の鉄金属
のカスチングに使用するライザースリーブに使用する。
溶融金属のカスチングでは、通常鋳型のキヤビチーと連
関したライザーまたはリザーバ−を用意する。鋳型のキ
ヤビチーの中の金属が冷えるとそれが収縮する。ライザ
ーが溶融金属をさらに供給することにより鋳型のキヤビ
チー中の金属量を充分に保つ。ライザーそれ自身も冷却
により凝固するので、ライザーが溶融金属のリザーバ−
および供給源としての機能を保つためにライザー内の金
属をてきるだけ長期間溶解させておける手段を用意する
必要がある。この目的を果すために、通常ライザーホー
ルの内部表面をインシユレーシヨン材料または発熱材料
で裏打ちする。前記の裏打ち”は一般にライザースリー
プ（押湯内張り）またはホット・トップ内張りと呼ばれ
る。インシユレーシヨン型のライザースリーブはライザ
ー内の溶融金属の熱を保持する働きをし、従つて金属の
冷却と凝固とを遅らせる。発熱型のライザースリーブ・
には溶融金属と接触すると燃える材料が含まれており、
従つて金属を溶融状態に維持することを助ける外部熱源
を提供する。発熱型ライザースリーブの１つの欠点は焼
燃の結果として有毒な煙を一般に発することである（例
えば酸化鉄）。本発明フの組成物から製造するライザー
はインシユレーシヨン型であり、従つて発煙による環境
問題は起らない。溶融鉄金属に使用するためのライザー
スリーブは非鉄金属のカスチングに使用するものよりも
高い温度と熱ショックに耐えることができなければなら
ない。

これは鉄金属の融点が一般に他の多くの非鉄金属例えば
アルミニウム、銅、鉛、亜鉛等さらにはいくつかの合金
例えばブロンズおよび真鍮の融点よりも非常に高いこと
による。本明細書において使用する『鉄金属」とは主に
鉄、ニッケル、クロムおよびその関連元素から成る金属
例えは種種の鋳鉄および鉄鋼てある。本発明は実際上鉄
鋼および鉄鋼合金のカスチングでの使用に極めて有利で
あることがわかつた。溶融金属のカスチングは古くから
高度に発達していた技術なので、ライザースリーブイン
シユレーシヨン組成物、配列および製法に関する多数の
特許がある。

それらの耐火性インシユレーシヨン組成物の多くは耐火
性繊維を含んでいる。前記の公知耐火性繊維組成物で作
つた製品は高融点材料例えは鉄金属に攻撃される傾向が
あり、溶融金属が製品（例えばライザースリーブ）の壁
をすぐに侵食してしまい、その結果熱効率が減少する。
ライザースリーブの熱効率が減少することはカスチング
型へ溶融材料を供給するのに適した高温溶融材料のリザ
−バーとしての効率が落ちることを意味する。従つて従
来技術による耐火性繊維インシユレーシヨン組成物は高
融点材料特に高融点鉄金属に利用するには一般に不適当
てあつた。従来技術の耐火性繊維インシユレーシヨン材
料のなかには耐火性繊維組成物の成分としてフェノール
樹脂結合剤を使用していることを含むその他の欠点をも
つものがある。

フェノール樹脂例えば．尿素ホルムアルデヒドは溶融材
料と接触すると燃えて有毒な煙を発生する。これらの煙
は中毒の原因となることがしばしばあるので環境上由ゆ
しき問題となる。本発明の目的はすぐれた熱効率特性を
もち、そ！のことにより高融点金属への用途およびその
他の強いインシユレーシヨン材料を必要とする用途に特
に適した耐火性繊維組成物を提供することにより、従来
技術による耐火性繊維インシユレーシヨン組成物の不利
な点を取り除くことにある。

従つて本発明は、耐火性繊維（耐火性繊維成分の半分以
上はアルミノ珪酸塩繊維であるものとする）３０〜（４
）重量％と無機結合剤５〜４５重量％と有機結合剤２〜
１踵量％と耐火性充てん剤５〜３５重量％とを含む耐火
性組成物において、炭化珪素顆粒体（ここで、このもの
は約８０％以上の炭化珪素を含み、残分は未反応の炭素
および珪素であり、そしてその粒子の大きさは直径０．
２５０〜０．０４４ｗｒ！ｎであるものとする）１〜３
５重量％を前記耐火性組成物にさらに配合して成ること
を特徴とする、溶融鉄金属の封入貯蔵容器の内張りに用
いる耐火性組成物を提供する。本発明の１つの実施態様
において、耐火性組成）物を熔融鉄金属を入れるための
ライザースリーブに成型するか、または組成物をライザ
ーホールの内側に、湿潤または半固体の状態で、形状保
持性のライナーとして施してもよい。

前記の配合から明らかなように、本発明による・組成物
の重要な成分の１つは、耐火性繊維てある。

これらの耐火性繊維は、天然の鉱物性繊維たとえばアス
ベストに対抗して合成的に作られた無機繊維材料である
。本発明による組成物において繊維性組成物の半分以上
がアルミノ珪酸塩繊維で”あることが必要である。これ
らは、アルミナとシリカとの融成物から作つた繊維てあ
るか、またはおもにシリカとアルミナとに付加的に加え
た酸化物たとえばチタニア、ジルコニアまたはクロミア
との融成物から作つたものてある。耐火性繊維成分が、
すべて前記合成アルミノ珪酸繊維であるものが好ましい
。しかし、経済的理由からは、すぐれたアルミノ珪酸塩
繊維以外の耐火性繊維を極く少量（１１２未満）混入す
ることが望ましいこともある。このような他の耐火性繊
維とは一般におもにカルシウム、アルミニウム等の２ま
たは３価の金属酸化物のケイ酸塩からなる組成物の融成
物から作つた繊維であり、そして岩綿、鉱物性またはス
ラグウールおよび種種のセラミック繊維を含んでいても
よい。本発明組成物の耐火性繊維成分は、組成物に対し
３０〜５唾量％好ましくは３５〜４５重量％含まれてい
る。本発明組成物における重要な成分は炭化珪素顆粒体
であり、これは組成物に対し溶融鉄金属の存在下で特に
すぐれた性能を付与する。

炭化珪素を含有する成品たとえばライザースリーブはこ
の種の公知ライザースリーブと比べ優れた性質をもつが
、その理由が完全に明確にわかつているわけではない。
しかしながら、炭化珪素が通常の充てん剤とは異なる２
種の機能をもたらすことはほぼ確実てある。ます第１に
炭化珪素は熱放射の不透過性を増加させる働きがあり、
従つてライザースリーブ自体の内部温度を減少させ、溶
融鉄金属（たとえは鋼）による化学的攻撃を低下させる
作用がある。第２に炭化珪素は溶融鉄金属（たとえば鋼
）が耐火性繊維マトリクスおよび結合剤を湿潤する傾向
を減少する働きがあり、従つて溶融鉄金属による耐火性
繊維および結合剤の攻撃を実質的に軽減する作用がある
。従来、たとえばチタニアのように前記の熱放射の不透
過性を増加させる材料として知られていたものもあるが
、耐火性繊維ライザースリーブにおいて前記の不透過性
と非湿潤性とを同時に増加させるものは知られていなか
つた。炭化珪素顆粒体は組成物中に若干でも配合すれば
それなりの改良の得られることがわかつた。

しかしながら炭化珪素顆粒体は、その量が３５重量％を
越えると、耐火性繊維ライザースリーブ中で不透過性お
よび非湿潤性の増加剤として作用しなくなるだけでなく
、それ自体が耐火性繊維ライザースリーブ全体にとつて
代わつてしまい満足な効果を得ることができなくなる。
すなわち、炭化珪素顆粒体は、組成物の１〜３５重量％
好ましくは３〜１５重量％の量で存在する。炭化珪素成
分は、珪素と炭素との反応により作つたＳｌＣ（炭化珪
素）の粉砕粒子からなる。

市販の炭化珪素顆粒体は、約８０％またはそれ以上のＳ
ｌＣと、残部は未反応の炭素と珪素とからなる。粒子の
大きさは０．２５０〜００４４ｗｒＩｎの間（−６０メ
ッシュと＋３２５メッシュの間）、好ましくは０．０７
４〜０．０４４ｗｔの間（−２００メッシュと＋３２５
メッシュの間）てある。また本発明組成物において、無
機結合剤成分は種種の耐火性無機結合剤であることがで
き、例えは粘土、アルカリ金属珪酸塩結合剤例えば珪酸
ナトリウムまたはカリウム、ホウ砂、リン酸、および組
合せてあるリン酸塩、例えばリン酸アルミニウム、コロ
イド状雲母、コロイド状シリカ、コロイド状アルミナ等
である。

多くの例の中で、結合剤成分として２種またはそれ以上
の前記無機物質を組み合せて使うのが望ましい。無機結
合剤は、組成物の５〜４５重量％好ましくは２０〜４唾
量％含まれる。『グリーン強度」および取扱い性の改善
は、有機結合剤の混入により達成される。有機結合剤は
例えば樹脂、でんぷん、にかわ、デキストリン等であり
、コロイド状でんぷんが好ましい。有機結合剤が燃えた
場合に毒性のある気体を発生して環境上の問題を引き起
こすというようなことをさけるために、毒性のある気体
を発生しないような有機結合剤を選ふのが好ましい。本
発明による組成物に使うのに特に適することがわかつた
結合剤はでんぷんであり、でんぷんはもえた時に有害な
ガスを発生しない。有機結合剤は、組成物の２〜１０重
量％の量て存在する。耐火性無機充てん剤はまた、一般
に顆粒状で組成物中に含まれている。適当な充てん剤と
しては、未使用または使用済成品例えば本発明組成物で
作つたライザースリーブの廃物もしくはスクラップ、組
合せた耐火性グログ、そしてアルミノ珪酸塩組成物、カ
ヤナイト、ムライト、焼成カオリン、アルミナおよびシ
リカの粒子である。前記物質の混合物もまた使うことが
できる。このような充てん剤は、組成物を密なものとし
そして耐火度にも役立つ。もちろん、充てん剤自身が十
分に耐火性を有することが必要とされる。それは、耐火
性物質として使つた場合に、充てん剤が組成物の特性に
逆らうような影響を与えないようにするためである。こ
のような理由から、十分な耐火性を有しない多くの通常
の充てん剤は、有機および無機のいずれにても、本発明
においては不適当である。当業者ならば、充てん剤が本
組成物において有利に使われるということに気づくだろ
う。特に好ましい充てん剤は、と）くにアルミノー珪酸
塩、例えば粉砕ボーキサイト、ムライトおよびカヤナイ
トである。組成物の充てん剤成分は、組成物の５〜３５
重量％好ましくは１５〜３５重量％である。熔融鉄金属
と共に使うライザースリーブ（また７は貯蔵保持室）は
、本発明の組成物から成型し、そして繊維、結合剤およ
び粒子状物質との混合物を、形状保持できる形にし成型
するという通常の手段により作ることがてきる。

良好な均一性および堅固性を得ることができる好ましい
方法の１つ９は、材料を一緒に混せ、水性または類似の
懸濁用溶媒中に分散している組成物成分からなるスラリ
からフィルターによつて所望の形状をもつ成品にかため
るという方法である。典型的なラ・ｒザースリーブ型は
、例えば穴をあけてあるかまたは仕切つてある雄または
雌型に型づくつてある型を使う真空フィルター成型によ
つて作る。固体成分は、希薄なスラリーからろ過し、付
着物により成型する。（液体媒質は穴のあいた型を通つ
たおちそして固形物のみが、のこる。）固体物質の所望
の厚さが得られた時に、型および付着物の媒質から取り
除く。得られた成型体を型からはずし引き続いて乾燥す
る。本発明の組成物は鋳型から取り出されるや否や直ち
にくずれない形状をとるので湿つた製品は乾燥される以
前に形状保存性であつて取扱い容易であるということは
注目すべき事実てある。

もつと高濃度のスラリーをパン鋳造またはブレス成型し
、ついで水分を除去しさらに鋳型から成型された製品を
はぎ取るというような技術を用いることによつてもまた
形状保存性で取扱い容易な製品を得ることができる。湿
つた駆動において組成物を平らなシートに成形しそれら
をプラスチックの容器中に密封して存在する湿分を保存
することがてきる（この段階において組成物は乾燥され
ない）。密封された包装物は普通０ウェット・パツクョ
と呼ばれる。後程使用者は包装から湿つた（しかしくす
れない形をもつ）組成物を取り出してそれを望みの形状
に成形する。組成物の性能はこの成形技術によつて悪影
響を受けないから、そ−れはタンデツシユ内張り、とリ
ベ内張りおよびホット・トップ内張りを形成する材料と
してとりわけ有用である。本発明の組成物から作られる
ライザー・スリーブの典型的なものはほＳ］２インチ（
３０．４８ｃｍ）ま２での長さと約１ないし２４インチ
（２．５４ないし６０．９６ｃｍ）の内径とをもつ、中
空かつ円筒状のスリーブである。

普通の鋳物工場の慣行はしはしばライザー・スリーブ直
径の組合せ、一般には１ないし２４インチ（２．５４な
いし６０．９６ｃｍ）の間におい５て１１２インチ（１
．２７ｃｍ）ずつの増分を示す直径の組合せを必要とす
る。壁の厚みは普通ほＳ゛３１８ないし１インチ（４）
．９６ないし２．５４ｃｍ）であり、そして乾いたライ
ザー・スリーブ製品は１立方フィート当り約１０ないし
３０ボンド（１６０．２−４８０．６ｋ９／立イ方メー
トル）の乾燥密度をもつ。１つの試験用ライザー・スリ
ーブを本発明の組成物から形成し、ついでその試験用ラ
イザー・スリーブを２つの普通の市販ライザー●スリー
ブと比較した。

試験用ライザー・スリーブ（５１８インチすなわち１．
５９ｃＴｎの壁厚をもつもの）を次の組成物から作つた
。（百分率は重量百分率である。） アルミノけい酸
塩せんい（商品名ＣＥＲＡＦＩＢＥＲでＪＯｈｒｌｓ−
Ｍａｎｖｉｌｌｅ社から市販のもの）
４０％ 粒状炭化けい素（ダスト・
バッグで集めた粒状剤、−２００ないし＋３２５メッシ
ュ、商品名ＲＣａｒｂＯｌＯｎＤＣＦョでＷｘＯｌＯｎ
ＣＯｒｐ．から市販のもフの）
７％ 無機結合剤（商標名ＲＮａｌ
ｃＯａｇｌｌｌ５ョてＮａｌｃＯ化学会社から市販のコ
ロイド状シリカ１呼量部と商品名Ｒ６−ＳＣｌａｙョて
０１ｄＨ１ｃｋ０ｒｙＣ１ａｙ社からの市販のボールク
レー１鍾量部との混合物）
２８％ カチオン性てんぷん結合
剤（商品名ＲＳｕｐｅｒｃｈａｒｇＴＰＧＪてＳｔｅｉ
ｎＨａｌｌ社からの市販のもの）
５％ 粒状けい酸アルミニウム増量剤（商標
名”１ＭｕＩｃ０ａ７０ＪでＣ．Ｅ．ＭｉｎｅｒａＩｓ
社から市販の粉砕ボーキサイト、粒度−２００ないし＋
３２５メッシュ）
２０％ 試験用ライザー・スリーブを市販の
厚み１１２インチ（１．２７ｃｍ）の絶縁性ライザー・
スリーブＡならびに厚み１インチ（２．５４ｃｍ）のわ
ずかに発熱性である市販ライザー・スリーブＢと比較し
た。

市販のスリーブＡおよびＢは英国、バーミンガムのフオ
セコ●インターナショナル●リミテッド（ＦＯｓｅｃＯ
ＩｎｔｅｒｎａｔｉＯｎａｌＬｔｄ．）の製品〔Ｋａｌ
ｍｉｎ７ＯＲｉｓ−Ａ−ＡＳｌｅｅｖ〕である。この例
においては幅１２インチ（３０．４８ｃｍ）、長さ１２
インチ（３０．４８ｃｍ）、深さ５インチ（１２．７０
ｃｒｆ１）の底部格子をもつ３個の試験用カスチングか
らなる砂型を作り、おのおの試験用カスチングを等距離
において、前記の３種のライザー●スリーブの１つによ
つてライザーを構成した。おのおののスリーブは８イン
チ（２０．３２ｃ１ｎ）の内径と１２インチ（３０．４
８Ｃ７りの高さをもつものであつた。２９９０イＦ（１
６４３℃）の温度をもつ融けた炭素鋼で上記のカスチン
ｊ グおよびライザーを底部から満たし、炭素鋼がス
リーブのてつ辺に達した時に注下を中止した。

熱いトツピング化合物６００ｙをおのおののライザーの
てつ辺に注いだ。おのおののスリーブの外表面にその上
端から６インチ（１５．２４ｃ７ｔ）下つた所に置かれ
かつ多点温度記録計に結ばれた熱電対が温度上昇をモニ
ターし、こうしてスリーブの壁による熱損失を測定した
。７５分後に市販のスリーブＡの外表面は１３４０′Ｆ
（７２ＴＣ）の最高温度に達した。

９吟後に市販のスリーブＢの外表面温度は１２６０゜Ｆ
（６８７Ｃ）の最高値に達した。

これに反して、９吟後に本発明組成物から作られた試験
用スリーブの外表面は１１１０゜Ｆ（５９９゜Ｃ）の最
高温度に達した。これは本発明の組成物より多くの熱を
保持し、かくしてライザーはより長い時間融解状態を保
ちそしてそれによつて下部のカスチングはより能率的に
供給されることを示す。砂型を２４時間放置冷却させて
からカスチングとライザーとを鋳型から取り除いた。

試験用ライザー・スリーブによつて包まれたライザーが
最も滑らかな表面とカスチング近傍における最少量の焼
け（Ｂｕｒｎ）とを示した。これはスリーブの崩壊と融
けた鋼の攻撃とがより少なかつたことを意味する。それ
から火格子を取除き、ついでおのおののライザーとカス
チングを長さ方向に切断した。試験用スリーブによつて
絶縁されたライザー中に形成されたバイブは市販のスリ
ーブＡおよびＢによつて絶縁された他の２つのライザー
において形成されたバイブよりもより深く延長していた
。バイブの深さのデータは熱損失データと相関し、本発
明の組成物からなる試験用スリーブの方がライザー下部
のカスチングを供給するのによソー層能率的であるとい
う先の結論を確認するものである。ライザー・スリーブ
としての用途の外に、本発明の耐火性せんい組成物は融
けた金属を収容するためのあらゆる形状物（たとえば平
面状、円すい形または半球状）に有用である。

上記の如く、他のとにわけ適当な用途の中に連続鋳造型
用タンデッシユ用内張り等が包含される。その上、本発
明の耐火性せんい組成物の用途は融けた金属に関聯した
ものに制限されない。

本発明の組成物はまたすぐれた強度特性すなわち圧力、
破壊等に対する良好な抵抗性をもつ熱抵抗性材料を要求
する局面に適用するのに適している。この種の用途の１
つの例は写真複写機における耐火性せんいインシユレイ
チング・ボードである。以上本発明の詳細な説明したが
本発明の構成を具体的に述べれば次のとおりである。（
１）耐火性繊維成分が主にアルミノ珪酸塩繊維から成る
前記特許請求の範囲に記載の耐火性組成物。

（２）は欠番 （３）前記無機結合剤がコロイド珪酸と粘土との混合物
から成る前記特許請求の範囲および前項（１）に記載の
耐火性組成物。

（４）前記耐火性充てん剤が顆粒状のアルミノ珪酸塩材
料から成る前記特許請求の範囲および前項（１）〜（３
）のいずれかに記載の耐火性組成物。

（５）前記有機結合剤としてでんぷんを使う前記特許請
求の範囲および前項（１）〜（４）のいずれかに記載の
耐火性組成物。（６）前記特許請求の範囲および前項（
１）〜（５）のいずれかに記載の耐火性組成物から成り
、形状維持性、自己保持性、弾性、耐熱性および化学的
抵抗性のある製品。

（７）は欠番 （８）溶融鉄金属のライザースリーブとして使うのに適
した中空円筒容器である前項（６）に記載の製ノ 品。

（９）前記製品がインシユレーシヨンボードである前項
（６）に記載の製品。（１０）厚さが１〜２インチで、
隣接またはする重複した関係て直線上に配置した前項（
９）に記載のインシユレーシヨンボード複数枚からなる
カスチングデイツシユライナー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 耐火性繊維（耐火性繊維成分の半分以上はアルミノ
   珪酸塩繊維であるものとする）３０〜５０重量％と無機
   結合剤５〜４５重量％と有機結合剤２〜１０重量％と耐
   火性充てん剤５〜３５％とを含む耐火性組成物において
   、炭化珪素顆粒体（ここで、このものは約８０％以上の
   炭化珪素を含み、残分は未反応の炭素および珪素であり
   、そしてその粒子の大きさは直径０．２５０〜０．０４
   ４ｍｍであるものとする）１〜３５重量％を前記耐火性
   組成物にさらに配合して成ることを特徴とする、溶融鉄
   金属の封入貯蔵容器の内張りに用いる耐火性組成物。