JPS61295276A - 耐磨耗耐火組成物 - 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】 本発明は、高度の耐磨耗性および比較的低い熱伝導性を
特性とする耐火組成物、特に耐火性キャスタプルおよび
ガン吹付は配合物として使用しうるそのような組成物に
関する。

従来の技術 耐火性キャスタプルは水硬性組成物である。それらは粒
状の耐火性骨材および化学結合剤よりなる。耐火性キャ
スタプルは乾燥した形で輸送し、水と混合して必要な稠
度にしたら適所に、コンクリートのように注いだり、詰
めたりあるいは打込んだり、こてで塗ったりあるいはエ
アーガンで吹付けたりしうる。耐火性キャスタプルは室
温で水によって強力に硬化し、そして温度のと昇につれ
て必要なセラミック結合となるまで、すぐれた強さを維
持する。キャスタプルは不規則な形の炉のライニング、
れんがでできたものの修繕および緊急に必要とされる特
殊な造形物の流し込成形に特に適している。多数のキャ
スタプル組成物が知られており、様々な特性を持つ公知
の組成物は１種々な用途に有用なものとなっている。

そのような用途の一つに、耐火性キャスタプルを１石油
化学プロセスで使用される流動接触分解および流動コー
キング装置に用いる移送ラインのライニングに使用する
ものがある。このような装置では、非常に磨耗性の触媒
またはコークスが高速で移動し、そのため極度の浸蝕ポ
テンシャルが接触分解装置中に生じる。このような装置
では。

初期には、耐磨耗性ライニングは、取り付けるの忙大規
模な固定と手でつき固める必要のある。絶縁バック−ア
ップでＪ：塗りした密な水硬性ホスフェート結合耐火物
よりなる二層構造のものであった。二層ライニングの経
費を減じるために、精製工業では、金属シェルへの固定
ｂ＝それほど大げさでなく、そして比較的速く注入する
ことσ）できる。

ステンレス鋼ファイバーを現場添加する中密度のキャス
タプルを使い始めた、上記のことから、取り付は時間お
よび経費については改良されたｂ−１伝導度をさらに下
げることが望まれた。

発明ｂ′−解決しようとする問題点 石油化学関係の容器の耐磨耗性ライニングは、一般に化
学的に水硬性のまたはホスフェート結合σ）耐火性組成
物である。耐磨耗性は普通、強くて密な耐火性粒子、た
とえば焼成耐火粘土または板状アルミナ、ボーキサイト
、ＭｇＡｌ、およびアルミニウムオルトホスフェートま
たはアルミン酸カルクウムセメントよりなる強力な結合
剤を使うことによって得られる。セメントの場合、耐磨
耗性結合は、多量のセメントを、あるいはヒユームドシ
リカ、１０％より少ない量のセメント、おヨヒ少ない水
分で流動性にする表面活性剤の組合せを使用することに
よって得られる。少ない水分でキャストすることによっ
て、密度が改良されそして続いて高い熱伝導度となり、
その結果少ないセメン）５）で高度に耐磨耗性の結合が
生じる。

石油化学で用いる場合、耐火性ライニングは低い熱伝導
性のものが好ましい。都合の悪いことには、密度と熱伝
導性の両者は一般に正比例し、そのため高い嵩密度と耐
磨耗性Ｉ！ｌ−得られると、好ましくないことには熱伝
導性が高くなってしまう。

密度と熱伝導性の両者は、軽重量Ｑ）粒子をいくらかσ
）焼成耐火粘土に代えることによって下げうるｂ’−１
耐磨耗性に悪い影響を及ぼす。

キャストに用いる他に、限られたせまい場所。

あるいは適用効率および経費の点で有利である場合、ガ
ン吹付は配合物ｂ′−用いられる。密で均質な一体式ラ
イニングを、型を使用せずそして時間の著しい節約を伴
って、ガン吹付けすることができる。流動接触分解およ
び流動コーキング装置のうイニング取分に使用されるガ
ン吹付は配合物は、耐火性キャスタプルと同じ低い熱伝
導性と耐磨耗性を持っていなければならない。

従って、本発明の目的は、高度の耐磨耗性および低い熱
伝導性を特性とする耐火性組成物を提供することである
。この目的は、４０〜９６重量％の非晶質７）カ、２〜
５０重量％の−６５メツシュ焼成高密度耐火性微粉およ
び２〜４０重量％のアルミン酸カルシウムセメントより
なる耐火性組成物で達成される。

耐火性キャスタプル組成物を高度に磨耗性の環境の下で
使用する場合、装置が信頼性のあるものでありそして高
い維持費とならないように、非常［ｊぐれた耐磨耗性を
有するキャスタプル６”−要求される。さらに、装置の
熱効率を考慮するある種の用途には、比較的低い熱伝導
性の耐火物が要求される。今までの型究は、すぐれた耐
磨耗性および比較的低い熱伝導性を必要とする耐火性キ
ャスタプルにするときは、非晶質シリカを含む組成物で
なければならないと指摘していた。

第一の一連の配合物を製造した（以下の表１参照）。配
合物Ａ、Ｂ、Ｃ，ＤおよびＥは焼成耐火粘土、融解石英
およびキャスティンググレードセメントを様々な割合で
含んでいた。配合物ＡからＤで使用した焼成耐火粘土は
、アラバマで採掘されたものであり１本質的には５０重
量％のアルミナ含有量でさる。配合物Ａ、ＢおよびＣに
おいて。

耐火組成物に加えた焼成粘土の重＃％は、各々３５％、
２５％および１５％であった。配合物りおよびＥでは、
重量で２５％および１５％の焼成粘土が入っているが、
後の二つの配合物では、必要なスクリーン分析を続けな
がら、耐火粘土焼成物をできるだけ細かくした。これに
よって７リカは粗大（＋６５メツシュ）部分となった。

嵩密度、強さおよび耐磨耗性は一般に、耐火粘土含有量
の増加と共に高くなった。しかじなり−ら、熱伝導性も
密度と共に高くなるので、最高の耐磨耗性と最低の熱伝
導性を同時に最適なものにすることはできなかった。従
って、試験研究の目的は、最大容積減少ｔＪ″−１４Ｃ
Ｈの１５００″Ｆ′の再加熱後の耐磨耗性において、可
能な最低の熱伝導性を得ることであった。配合物Ｃおよ
びＥは最低の密度であり、同時に耐磨耗性の目標に達し
た。熱伝導性試験を配合物ＣおよびＥＫついて行なった
ｂ”−１Ａ　、　ＢおよびＤについては行なわなかった
。耐暦耗性試験結果の分析において、配合物Ｅは、２５
０″Ｆ′での乾燥後の容積減少ｂ％４ｃｃであり、一方
、配合物Ｃは。

容積減少が５．８ＣＣであったことに注目すべきである
。従って、配合物Ｅはよりすぐれた品質の商用キャスタ
プルとなると結論を下した。さＩ−１に、配合物Ｅは、
配合物Ｃと較べて、実質的に１００％の微粉（−６５メ
ツシュ）の焼成粘土を含んでいるので、配合物Ｅの製造
は配合物Ｃの製造と較べるとずっと容易である。各配合
物の成分は重量％に基づく。

表１ 配合物名二ＡＢ 配合（重ｔ％）： Ｕｃａｌ　　５０（耐火粘土粒子） −３／＋１０メツシュ　　　　　　　　　　１５　　　
　　１１−１０／＋２８メツシュ　　　　　　　　　７
５−２８／＋６５メツシュ　　　　　　　　　　６４−
６５メツシュ　　　　　　　　　　　　　　７５ガラス
質シリカ（非晶質クリ力） 一３／＋１０メッシュ　　　　　　　　　１０　　　　
　１が１０／＋２８メツシュ　　　　　　　　１０　　
　　　１が２８／＋６５メツシュ　　　　　　　　　　
４が６５メツシュ　　　　　　　　　　　　　６８８０
％アルミナカルシウム アルミン酸塩セメント　　　　　　　　　　６５　　　
　　　６５必要な調合水 重量％：　　　　　　　　　　　　　　１１．１　　　
　　１１．０成形法： キャスティング特性 流動性ニ スクリート： ウォーターリングアウト： ＣＤ　　　　　　　　　Ｅ ６　　　　　　　　　　　　　　　　　　−一１０．９
　　　　　　１１．０　　　　　　１１．０振動キヤス
トーーーーーーー−−一一−−−−−　　　良　　−−
−−−一一−−−−−−−−−−満足−−−−一−−−
−−−−−−−−−　ナシーーーーーーーーーーーーー
ーーー８５　　　　　１００　　′　　　１０５を記の
試験結果に基づいて、配合物Ｅが耐火性キヤスタプル配
合物のすぐれた候補であると思われた。試験を行なった
各配合物は３５重量％のセメントからなり、そして好ま
しい配合物は１５重ｔ％のボールミル粉砕した焼成粘土
および５００リカのガラス質７リカからなってたが、配
合物の各成分は以下のように変えてもよい；４０〜９６
重量％の重量５メツシュ非晶質ノリカ、２〜５０ｉｔ％
の少なくとも１４０ポンド／立方フィートの−６５メツ
シュ焼成高密度耐火性凝集体微粉。

たとえは耐火粘土、板状アルミナ、ボーキサイト、Ｍｇ
Ａｌまたはこ４らの混合物、および２〜４０重量％のカ
ルシウムアルミナセメント。

配合物Ｅを耐火性ギヤスタフルおよびガン吹付は配合物
の両方を製造するための組成物に使おうとする研究な′
：！−らに６なった。さらに、ガラス質シリカ以外の非
晶質シリカも使用できるかどうかを調べようと、ガラス
質シリカを石英ガラスに代えた。以下の表Ｕのデータを
見ると、配合物Ａ〜Ｆには石英ガラスを含め、一方配合
物Ｇには比較σ）ためにガラス質７リカを含めた。配合
物へ種々の添加物を加えた。配合物Ｃでガン吹付けがう
まく行なえ、これは、ガン吹付は添加物を含有しない配
合物Ａと較べてすぐれた特性を示している。

配合物Ｃは表Ｉσ】配合物Ｅと似た特性を持っていた。

配合物ＢおよびＤＫは、破砕抵抗性を改良するためにい
くつかの配合物で使用されているビニルクロライドアセ
テート添加物を加えた：しかしながら、得られた配合物
は強度および耐磨耗性Ｏ−ある程度減少した。こσ）こ
とは、ガン吹付は添加物である塩化カルシウムニ水和物
並びにビニルクロライドアセテート添加物を含有する配
合物りで％に明らかであった。配合物ＥおよびＦはステ
ンレス鋼ファイバーを含んでいた：これらの配合物はす
ばらしい特性を有していた。配合物ＣおよびＦを軟べる
と、鋼ファイバーの配合物Ｆへの添加は特性にさほど態
形９を及ぼしていなかったことに注目すべきである。配
合物ＣおよびＧ（石英ガラス対ガラス實ンリカ）を較べ
ると１石英７リカを基礎材料とする配合物の方ｂ′−す
ぐれた特性な有していたことに注目すべきである。

表Ｕ 配合物名二ＡＢ 配合（重ｔ％） カルホウンフィールドグレード石英ガラス−５／＋１０
　　メツシュ ー１０／＋２８　　メツシュ ー２８／＋６５　　メツシュ ー６５　メツシュ ガラス質クリ力 −３／＋１０　　メツシュ ー１０／＋２８　　メツシュ ー２８／＋６５　　メツシュ Ｕｃａｌ　　５０　ＢＭＦＣ４８％　−５２５）ガニン
ググレード　８０％ アルミナカルンウム アルミン酸塩セメント 添加物 塩化カルシウムニ水和物　　　　　　　　　　　−−ビ
ニルクロライドアセテート　　　　　　　　　　　　　
　　　０．２Ｒｉがｅｃ　ＧＲ，１”鋼ファイバー　　
　　　　　−−子備給湿水分、重量％：５４ 空気圧：材料圧 ｐｓｉ　：　　　　　　　　　　　４０：２５　４０：
２０ガン中でのエージング時間、分：　　　　　　　１
０−３５　１０−１５水分（乾量基準）１％ パネル：　　　　　　　　　　　　　　９　　１０跳ね
Ｊ：かり：４５ ＣＤ　　　　　　　Ｅ　　　　　　　Ｆ　　　　　　　
Ｇ−−−−−−−２７％−一−−−−−−−−−−−−
−−−−一−−−９−−−−一−−−−−−−−−−−
−２２％ −−−−−−−　　１５−一−−−−−−−−−−−−
−１５−−一−−−−３５−−一−−−−−−−−−−
−−３５０，２０，２０，２０，２ −０，２−’−− −−２，０２，０ ４０：２０　　４０：２０　　４０：２５　２０：２５
．　４０：２５表　ＩＩ（続き） 配合物基：ＡＢ 嵩密度、ｏｃｔ　（ＡＳＴＭ　Ｃ−１５４）２５０″Ｆ
で乾燥後（Ａｖ３）：　　　　　　　　　　１２８　　
　１２５　　　１１５００″Ｆ′再加熱後（ＡＶ！１）
：　　　　　　　　　１１９　　　１１６　　　１破壊
係数、ｐｓ　ｉ　（ＡＳＴＭ　Ｃ−１３５）２５０″Ｆ
′で乾燥後（Ａｖ　３）：　　　　　　　　　１６５０
　　１３８０　　１５）５００″Ｆ′再加熱後（Ａｖ３
）：　　　　　　　　　９２０　　　７８０　　　９低
温圧潰強さ、ｐＳ　ｉ　（ＡＳＴＭ　Ｃ−１３５）２５
０″Ｆ′で乾燥後（ＡＹ　６）：　　　　　　　　　６
８５０　　６８９０　　８７）５００″Ｆ′再加熱後（
Ａｖ　５）：　　　　　　　　５８７０　　４４５０　
　７４再加熱１５００’Ｆ　ＣＡＶ　！ｌ）（ＡＳＴＭ
Ｃ−２６９）線変化１％：　　　　　　　　　　　　　
　−ｏ、ｉ　　　−ｏ、ｉ’容積変化、％：　　　　　
　　　　　　　　　−０，５−０，２磨耗指数（ＡＳＴ
Ｍ　Ｃ−７０４） コ　　　　　ＤＥＦＧ −０．１　　　−０．１　　　　０．．０　　　−０．
１　　　−０．１−〇、４　　　−０．４　　　−１．
０　　　−０．５　　　　±０．５ある用途には、高度
の耐磨耗性および低い熱伝導性の特性（／”ｌ他に、す
ぐれた流動性および長い可使時間を有する組成物が必要
とされる。このような特性は流動接触分解装置の移送ラ
インなライニングする際に必要である。以下に示す配合
物Ｈは。

一つの配合物で全ての必要な特性を持つようにつくった
。配合物Ｉ（は前述の配合物Ｅを基にしている。さＩ−
１に、配合物Ｈは揮発シリカおよび一５２５メツシュσ
）アルミナを含んでいる。−３２５メツシュのアルミナ
は耐磨耗性を改良するために加え、一方揮発ゾリカおよ
びアルミナは共に流動性を改良するために加える。

“耐胎耗性耐火性組成物”と題した発明者がトーツス・
ラッセル・クリープの　　　年月日に出願した未決の米
国特許出願第 号に記載の試験では、揮発シリカおよび一５２５メツシ
ュアルミナの好ましい範囲は各々約０．５〜５．０重葉
％および約３．０〜１５重量％であると測定された。

好ましい具体例では、アルコア社のＡ−１７反応性アル
ミナを使用して、−５２５メツシュアルミナの配合物を
得た。Ａ−１７反応性アルミナはほぼ全体が微粉の焼結
コランダム（アルファーアルミナ）結晶からなっている
。これらは表面積が広くそして結晶サイズが小さいため
、熱反応性である。すなわち、これらは比較的低い温度
で焼結しあるいは他の化合物と反応する。板状アルミナ
および焼成アルミナも配合物のアルミナ成分として使用
しうる。

表ｍ 配合物基：　　　　　　　　　　　　　　　　Ｈ配合：
（重量％） 融解石英（フルトン・ワークス社） −３＋１０メッシュ　　　　　　　　　　　　２）％−
１０＋２８メツンユ　　　　　　　　　　　２）−２８
＋６５メツシュ　　　　　　　　　　　　　８−６５メ
ツシュ　　　　　　　　　　　　　　　−焼成Ｓ、Ｄ、
フリント（ＢＭＦ５！ｌ）　　　　　　　５Ａ−１７反
応性アルミナ　　　　　　　　　　　９Ｒｅｙｎｏｌｄ
ｓ　ＶＳ　Ｖリカ　　　　　　　　　　　１ＣＡ−２５
セメント　　　　　　　　　　　　　　　　−ＣＡ−２
５Ｃキャスティンググレードセメント　　３５調合水（
７０”Ｆ）、％：９７ 混合時間、分二　　　　　　　　　　　　　　８ギルモ
ア針による硬化時間 初期、分：１５ 最終、分＝９５ キャスティング特性： 嵩密度、ｐｃｆ　（ＡＳＴＭ　Ｃ−１５４）２５０″Ｆ
で乾燥後；　　　　　　　　　　　１５２）５００″Ｆ
′で再加熱後＝　　　　　　　　　１２６破壊係数、ｐ
ｓｉ　（ＡＳＴＭ　Ｃ−１３５）２５０″Ｆ′で乾燥後
：　　　　　　　　　　　１１５０１５００″Ｆ′で再
加熱後＝　　　　　　　　　６７０低温圧潰強さ、ｐｓ
ｉ　（ＡＳＴＭ　Ｃ−１３５）２５０″Ｆ′で乾燥後：
　　　　　　　　　　　９８００１５００″Ｆ′で再加
熱後：　　　　　　　　　７４８０１５００１１ｉ’で
再加熱（ＡＳＴＭ　Ｃ−２６９純変化、％：０．０ 容積変化、％：　　　　　　　　　　　　＋０．５磨耗
試験（ＡＳＴＭ　Ｃ−７０４） １５００″Ｆ′で再加熱後の容積減少、ａｎ　（Ａｖ５
　）　：　　　　　　　　　　　　　　　１１．６範囲
：　　　　　　　　　　　　　　１１．０〜１２．２ス
クリ一ン分析　　　　　　　　　　　好ましい値６メツ
シュ上に留まる％　Ｔ １０　　　　　　　　　　　　４）４２０±６６５　　
　　　　　　　　　　　！ｌｉｔ　　　　　１０本発明
の組成物は、高度の耐磨札性および低熱伝導性を必要と
する用途に使用しうる耐火性キャスタプルまたはガン吹
付は配合物を提供する。このような特性は流動接触分解
および流動コーキング装置の移送ラインに必要とされる
。

本発明がエネルギー節約上で有用であることは１次の実
施例から明らかである。この実施例では、従来技術によ
る材料は熱伝導度が実施 例　■ 熱の節約−従来技術と本発明の組成物Ｅ（表■による）
との比較 １３５０？の加熱面へのライニング厚みを５インチとす
る。

８０Ｔの静止周囲空気とする。

Ｓ５／ＭＢＴＵの発熱量とする。

低温面　　熱損失 従来技術の材料　　　４４０″Ｆ　　　１５００組成物
　Ｅ　　　　　　５９２”Ｆ　　　１１８０Δ＃損失　
　　　　　　５２０ 本明細書において、メツシュサイズは全てティラー標準
７リーズに従って測定した。

本発明の好ましい具体例を説明してきたが１本発明はこ
れに限定されることはなく、特許請求の範囲内で別なよ
うに具体化してもよい。

（外５名）

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ａ）約４０〜約９６重量％の非晶質シリカ、Ｂ）
   約２〜約５０重量％の密度が少なくとも約１４０ポンド
   ／立方フィートの−６５メッシュ焼成耐火性骨材および
   Ｃ）約２〜約４０重量％のアルミン酸カルシウムセメン
   トよりなる、耐火組成物。
2. （２）耐火性骨材が耐火粘土、板状アルミナ、ボーキサ
   イト、ＭｇＡｌおよびこれらの混合物よりなる群から選
   択したものである、特許請求の範囲第（１）項記載の組
   成物。
3. （３）耐火性組成物が約４０〜約６０重量％の＋６５メ
   ッシュ非晶質シリカよりなる、特許請求の範囲第（２）
   項記載の組成物。
4. （４）耐火性骨材が約１０〜約３５重量％の−６５メッ
   シュ材料よりなる、特許請求の範囲第（３）項記載の組
   成物。
5. （５）セメントが約２０〜４０重量％である、特許請求
   の範囲第（４）項記載の組成物。
6. （６）耐火性骨材が耐火粘土微粉よりなる、特許請求の
   範囲第（５）項記載の組成物。
7. （７）Ａ）約４０〜９２重量％の非晶質シリカ、Ｂ）約
   ２〜約５０重量％の密度が少なくとも１４０ポンド／立
   方フィートの−６５メッシュ焼成耐火性骨材、Ｃ）約２
   〜約４０重量％のアルミン酸カルシウムセメント、Ｄ）
   約０．５〜約５重量％の揮発シリカおよびＥ）約３．０
   〜約１５重量％の−３２５メッシュアルミナよりなる、
   耐火性組成物。
8. （８）耐火性骨材が耐火粘土、板状アルミナ、ボーキサ
   イト、ＭｇＡｌおよびこれらの混合物よりなる群から選
   択したものである、特許請求の範囲第（７）項記載の組
   成物。
9. （９）耐火性組成物が約４０〜約６０重量％の＋６５メ
   ッシュ非晶質シリカよりなる、特許請求の範囲第（８）
   項記載の組成物。
10. （１０）耐火性骨材が約１０〜約３５重量％の−６５メ
    ッシュ材料よりなる、特許請求の範囲第（９）項記載の
    組成物。
11. （１１）耐火性骨材が耐火粘土微粉よりなる、特許請求
    の範囲第（７）項記載の組成物。
12. （１２）耐火粘土微粉が約４．５〜約１２重量％の耐火
    性骨材よりなる、特許請求の範囲第（１）項記載の組成
    物。
13. （１３）組成物を、比較的高度の耐磨耗性を特性とする
    耐火性キャスタプルとして使用するために、調合水を添
    加することを含む、特許請求の範囲第（７）項記載の組
    成物。