JPS62288172A - 赤色系人工鉱石及びその製造方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野］ 本発明はピンク系或はサンゴ赤系等の赤色系人工鉱石及
びその製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 住居をはじめとする生活環境の欧風化が進むにつれて色
彩性や流行性等の美的観念に富んだ意匠性が求められる
様になり、天然岩石にない色合いを有する人工着色鉱石
が壁材、床材１表札或は置物等に利用されることが多く
なってきた。

従来の人工着色鉱石としては、製鉄生産過程で生成する
スラグを基材としてこれに着色材を添加して作られる人
工鉱石がある。この場合、セラミック製るつぼに基材を
収容し、且つ該るつぼを外部から加熱することにより基
材の全量を溶融しこれを冷却して人工着色鉱石を得てい
る。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし上記の様にして製造される人工鉱石は以下の如き
問題を有する。

イ）るつぼ内の原料はその全量が溶融状態となり、溶融
開始時刻と凝固開始時刻の間に十分長い時間的余裕が与
えられるから、鉱石原料と着色材の比重差が大きい場合
は、着色材が偏在し易く、濃淡等の不均一を生じるおそ
れがあり、一方、鉱石原料と着色材の比重差があまり無
い場合は、逆に着色材が溶融原料中へ一様に拡散するの
で色調が単純になり易く、従って微妙な色調変化を有す
る自然味のある色調の鉱石は得難い。

口）溶融原料を冷却するときの降温速度が十分に制御し
きれないので、溶融原料の一部は急冷されることがあり
、その為生成鉱万中にガラス質部分が混在し機械的強度
が平均−且つ不十分なものとなる。これを防ぐためには
再結晶化の為の二次加熱が必要となり工程が煩雑となる
。

ハ）セラミックるつぼを使用するものでは、原料溶融時
にるつぼが浸蝕され、従って多量の原料を溶融すること
ができないばかりか、溶融原料中にセラミック材が混入
して汚染される結果、製品の純度が低下するおそれがあ
る。

二）鉱石原料が複雑な混合物であり、尚かつ成分的に鉄
分を多く含む場合は緑色系或は青色系の人工鉱石は得ら
れていたが、鮮やかな色調を得ることは困難である。特
に赤色系の人工鉱石としては優れたものを得るには至っ
ていない。

本発明の目的は、従来のこのような欠点を改良し鮮やか
な色調を発揮し、しかも結晶化することによって機械的
強度、耐候性のいずれの点でも優れた赤色系人工鉱石及
びその製造方法を提供しようとするものである。

［問題点を解決する為の手段］ 本発明において提供される赤色人工鉱石は、Ａｌ２Ｏ３
：３０％以上を含有する鉱石原料１００部に対してクロ
ム化合物をＣｒ、０３換算で０．１部以上含有せしめて
なるものであり、これはピンク系を呈する。また鉱石原
料中にさらにＭｇＯを１％以上含有せしめておけば美し
いサンゴ赤系の人工鉱石が得られる。

また上記赤色系人工鉱石の製造方法とは、上記組成から
なる鉱石原料を金属るつぼに供給してこれを局部的に溶
融しつつ溶融原料を一方々向より冷却することにより、
１０℃／分以下の降温速度で徐冷することを要旨とする
ものである。

［作用］ 次に本発明における数値の限定根拠について説明する。

Ａｌ２Ｏ３：３０％以上 ３０％未満の場合は緑色に発色しピンク色、サンゴ赤色
のいずれにもならない、更に好ましいのは４０％以上で
あり、上限については特に存在しないが９０％程度まで
とすることが推奨される。

ＭｇＯ：１％以上 １％未満であるとピンク色になり、希望するサンゴ赤色
にはならない。更に好ましいのは３％以上であり、上限
については約１５％を目安と考えることが推奨される。

Ｃｒ２　ｏ、　　：　０．１部（対鉱石原料１００部）
以上０．１部未満であると色が淡くなり過ぎ、人工着色
鉱石としての魅力を有しない。更に好ましいのは０．２
部以上であり上限については約１部を目安とすれば良い
。

本発明の鉱石原料は前記Ａｌ２Ｏ３及び必要により添加
されるＭｇＯであるが、必ずしもこれらの鉱石のみで形
成する必要はなく、コスト面から考えて他の安価な無機
酸化物を配合することが推奨される。この様な無機酸化
物としては、　　　５ｉ０２　、Ｃａｂ、ケイ酸カルシ
ウム等が例示され、天然物として添加する場合は長石、
カオリン、アロフェン、エンプライト、へロサイト。

ディツカイト、ナタライト、イリイド、セリサイト及び
パイロフェライト等が利用できる。また色調の鮮明度及
び光沢を高め溶融物の溶融性を良くして融点を下げるも
のとしてＢ２０．を１０％程度配合することも推奨され
る。

また降温速度を１０℃／分以下と定めた理由は次の通り
である。

溶融物の冷却速度が速すぎると、急冷効果の為にガラス
質状態で固化する。そしてガラス質の鉱石は、内部に熱
応力を残しているので、割れやひびを生じ易く、また表
面光沢があるのでぬれ性が悪く、例えばセメントにこれ
を混和しても付着状態が悪い為に容易に剥離する。また
靭性が低いのでそれ自身をグラインダ加工するときには
割れ易い等の欠点がある。これに対し十分に緩やかな速
度で冷却されて結晶質が形成された鉱石では、機械的強
度、耐候性共にすぐれたものとなる。そこで本発明者等
は冷却速度の差によって結晶質になるか或はガラス質に
なるかの分別点を知るべく以下の実験を行なった。

試料焼却灰の組成： ５ｉ０２：４３％　Ａｌｌ　　ｏ、：　　２３％ＣａＯ
：　１０％　ＭｇＯ：　８％　Ｆｅ２Ｏ３：４％ＴｉＯ
：５％　その他：Ｎａ、０等７％試料焼却灰の融点：１
２５０℃ 冷却試験二上記試料な示差熱天秤装置の白金るつぼの中
で１４５０℃まで加熱溶融し、その後、ｌＯ℃／分と２
０℃／分の降温速度で冷却した。

結果を第５ａ図及び第５ｂ図に示す。１０℃／分では第
５ａ図の発熱変化の状況から１２４０℃のＡ点から結晶
析出が開始され発熱ピークである１２０４℃のＢ点で結
晶が最大となり１１２５℃の６点で結晶の析出は終了す
ることがわかった。析出した結晶はアノルサイト（Ｃａ
Ｏ・Ａ１２０３　　・２ＳＬＯ２）とオージャイト（Ｃ
ａ−Ｆｅ−Ｍｇ）Ｓ　ｉｏ２であった。一方、２０℃／
分では第５ｂ図の通り発熱ピークは現われず、ガラス化
していることがわかった。この結果本発明者等は結晶質
組成の鉱石を得るには、溶融物の冷却時に招ける降温速
度を１０℃／分以下にすれば結晶化可能なものであれば
十分であるという結論を得た。

次に本発明における赤色系人工鉱石の製造方法について
説明する。

第１図は本発明における赤色系人工鉱石製造装置の断面
図である。

上部炉体１及び金属るつぼ２はいずれも熱源の反射性が
良好で且つ耐食性の良い材質、例えばステンレス鋼等で
形成される。着色材が添加された鉱石原料はホッパ３か
ら例えばスクリューフィーダ等の原料供給機４を介して
融解量に合わせて順次るつぼ２内に供給される。一方、
溶融熱源からの溶融熱５がるつぼ２の上方からるつぼ２
内部の鉱石原料に照射される。溶融熱源はエレクトロス
ラグ溶融法、アーク炉、電気炉或は高周波炉等でもよく
特に限定されるものではないが、マイクロ波がより好ま
しい。尚、電気炉、高周波炉等は昇降型に設けてもよい
。マイクロ波の場合、その照射により誘電加熱現象が起
こって鉱石原料の加熱溶融が行なわれる。

鉱石原料の融解時にはるつぼ２の内部ではその中心部が
最も断熱効果が高い（周辺部より徐々に放熱される）の
で鉱石原料は半月状の溶融帯６を形成する。一般的に言
うと、例えば１２５０℃の融点を有する鉱石原料を用い
た場合、溶融帯６の中心部の深さは２５ｍｍ程度である
。溶融帯６の下部には溶融帯がすでに冷却され固化した
鉱石体７が形成されている。即ち、溶融帯６は、上方か
らの加熱によって上部はど高温状態であり下部は徐々に
冷却固化されるので、これに更に後述する徐冷手段を付
加することにより結晶質に富んだ鉱石体７が形成される
のである。特にマイクロ波使用の場合はプール中に対流
を生ぜず、部分冷却が効果的に進行するので結晶質の生
成にすぐれている。そして該鉱石体７の上部では供給機
４から補給された新たな鉱石原料が溶融熱５の照射を受
けて次々溶融されることにより半月状溶融帯が継続的に
形成され、補給−溶融一徐冷一凝固の工程が繰り返され
る。昇降型でない電気炉、高周波炉を使用する場合、形
成された鉱石体７を下方から連続的に引き出す操作が必
要であるが、昇降型の電気炉、高周波炉やマイクロ波を
使用する場合、必ずしも製造途中で鉱石体７の連続引出
しの操作を必要とすることはなく人工着色鉱石の連続生
産が可能となる。尚、鉱石体７は上部の溶融帯６の高熱
による影響を受けて徐冷が行なわれるが、冷却の際に鉱
石内部に生ずる残留応力を少しでも除去してひび割れ等
の障害要因を解消するために、或はまた製品の機械的強
度の向上をはかるべく鉱石組織をより完全な結晶質とす
るために徐冷における降温速度を先の試験結果にもとづ
いて１０℃／分以下に調整することが必要である。その
方法としては、ひとつには溶融の為の供給熱量を必要十
分な限度に止めることにより溶融帯６の昇温を抑える方
法もあるが、電気炉等の外部熱源８でるつぼ２を加熱す
る方法がより好ましく、この方法によれば鉱石体７のサ
イズが大きくなった場合でも効果的な徐冷を達成するこ
とができる。この時の電気炉等の温度は鉱石原料の供給
量やるつぼの大きさにもよるが、一般には９００℃前後
の一定温度に保持されて作業が行なわれることになる。

尚、製造途中で鉱石体７の連続引出しを要しない工程で
は金属るつぼ２を型割れ型に塑成すれば、鉱石体７の製
造完了時にるつぼの型を割り製品の鉱石体をとり出すこ
とができる。

以下、本発明を実施例の図面に基づいてさらに具体的に
説明するが、本発明はかかる実施例に限定されるもので
はなく、前・後記の趣旨に反しない変更実施は本発明の
範囲に含まれる。

［実施例］ 実施例１ 鉱石原料溶融熱としてマイクロ波を使用して以下述べる
（ａ）鉱石製造装置、（ｂ）を石組成。

（ｃ）製造装置稼動条件の下で赤色系人工鉱石を製造し
た。

（ａ）鉱石製造装置 第２図は本発明の実施例における赤色系人工鉱石製造装
置の断面図を示す。

ステンレス鋼製のるつぼ２は、回転支持容器９の内部に
懸下することにより旋回可能に構成した。溶融帯６及び
鉱石体７の冷却降温速度制御用の電気ヒータ８゛は、回
転支持容器９と炉体ケース１０の間に挿入される。この
場合、るつぼ２を旋回しない場合は、電気ヒータ８′は
るつぼ２と回転支持容器９の間に設ければよい、尚回転
支持容器９は減速機構付きモータ１１によって１〜１０
ｒｐｍの範囲で回転される。また炉体ケース１０は上部
炉体１に対し、ジヤツキ等の昇降具１２を用いて密着さ
れている。上部炉体１には、マイクロ波５°を導入する
為の導入管１３及び排気ガスを外部に排出するための排
気管１４が設けられていると共に、上部炉体１の頂部に
は炉内のマイクロ波５°を調整するためのへラドチュー
ナ１５が設けられている。

（ｂ）鉱石組成 鉱石原料は下記の組成の通り調整した。

尚、第１表における珪酸カルシウムはいずれも５ｉ０２
：５０％、ＣａＯ：５０％で構成した。

また着色材のＣｒ２Ｏ３としてはに３ＣｒＯ４等の他の
クロム化合物を使用することもできる。但し添加量はＣ
ｒ、Ｏ５値に換算することが必要である。

（Ｃ）製造装置稼動条件 マイクロ波の周波数：２４５０ＭＨｚ 〃　　　出カニ５Ｋｗ 鉱石原料の供給速度：１Ｋｇ７時 〃　　供給量：　５Ｋｇを溶解した。

るつぼの周囲温度：電気炉加熱により９００℃を維持し
た。尚、るつぼの 径は１３０ｍｍやであった。

この結果、上記試料番号１〜６のいずれの場合も、割れ
の少ない自然らしさに富んだピンク色（Ｎｏ、１〜３）
及びサンゴ赤色（ＮＯ，４〜６）の着色鉱石が得られた
。

実施例２ エレクトロスラグ溶融法により赤色系人工鉱石を製造し
た。鉱石組成、るつぼ２の外部加熱装置及び着脱装置は
実施例１の場合と同じとした。製造装置の断面図を第３
図に示す（るつぼ２の外部加熱装置及び着脱装置は図示
せず）。

第３図においてるつぼ２は銅製水冷鋳型（図示せず）で
構成されている。るつぼ２の内部には溶融熱発生源とし
てタングステン電極１６が挿入されている。尚、電極と
しては黒鉛電極を使用することもできる。

タングステン電極１６（以下車に電極という）とるつぼ
２の間に電流を流すと、原料供給機４　ｈ）らるつぼ２
に供給された鉱石原料はジュール熱の作用により溶解す
る。原料の供給にしたがって電極１６は電極昇降機構１
７により上方に引き上げられ、溶融した鉱石原料間の抵
抗が変化して、電流はるつぼ２の側面に流れはじめる。

この結果るつぼ２底部の溶融部は徐々に冷却され固化す
る。

この場合の冷却速度は実施例１の場合と同じとした０本
実施例の場合もマイクロ波使用の場合と同じく固化した
鉱石体７の上部に溶融帯６が存在するため鉱石体７は結
晶質固化体として得られた。

実施例３ アーク炉を使用した赤色系人工鉱石を製造した。鉱石組
成、るつぼ２の外部加熱装置及び着脱装置は実施例１の
場合と同じとした。製造装置の断面図を第４図に示す（
るつぼ２の外部加熱装置及び着脱装置は図示せず）、銅
製水冷鋳型で構成されるるつぼ２の内部に１対のタング
ステン電極１６．１６°を挿入し両電極の先端間にアー
クを発生させる。尚電極は黒鉛電極を使用することもで
きる。アークの発生により生ずるアーク熱によって、原
料供給機４からるつぼ２内に供給された原料鉱石は溶解
される。尚、原料供給機４は実施例１と同じ方式で紙面
貫通方向に設けられている。アーク炉の場合は、アーク
熱を電極間に発生させるため原料鉱石の加熱面積が小さ
い。

従ってアークを発生させた状態のままでばねを介した振
動機構（図示せず）によりるつぼ２を振動させて原料鉱
石を融解した。振動機構は偏心カム等を利用した適宜の
ものでもよい。この装置においても原料供給量の増加に
従って昇降機構１７°により電極１６．１６’　を上方
に引き上げる。この結果るつぼ２底部の溶融部は冷却さ
れ固化する。この場合の冷却速度は実施例１の場合と同
じとした。本実施例の場合も、マイクロ波使用の場合と
同じく固化した鉱石体７の上部に溶融帯６が存在するた
め鉱石体７は結晶質固化体として得られた。

［発明の効果］ 本発明は上記のように構成されているので下記の効果を
有する。

（１）原料の溶融は部分溶融であり、固化は部分固化で
進行するので溶融原料と着色材の比重の如何に拘らず、
色調が単調になるおそれがなく、色彩性の豊かな赤色系
着色鉱石を得ることができ連続生産が可能なので多色化
も可能である。

（２）溶融原料の冷却に際し本発明に用いられる装置は
降温速度が制御されるので結晶質の鉱石組織が得られる
結果機械的強度、耐候性及び残留応力の点で優れた製品
を得ることができる。

（３）ステンレス鋼等の金属製るつぼを使用するので基
材溶融時にるつぼ材の溶融による溶融基材汚染のおそれ
がなく従って純度の高い製品を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の赤色系人工鉱石を製造する際の論理を
説明する図、第２図、第３図及び第４図は本発明の実施
例における赤色系人工鉱石の製造装置の断面図、第５ａ
図及び第５ｂ図は降温速度と結晶化或はガラス化の分岐
点を示す実験図である。 １・・・上部炉体　　　　２・・・金属製るつぼ４・・
・原料供給機　　　５・・・溶融熱５°・・・マイクロ
波　　６・・・溶融帯７・・・鉱石体　　　　　８・・
・外部熱源１６・・・タングステン電極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ａｌ＿２Ｏ＿３：３０％（重量％の意味、以下同
   じ）以上を含有する鉱石原料１００部（重量部の意味、
   以下同じ）に対してクロム化合物をＣｒ＿２Ｏ＿３換算
   で０．１部以上含有せしめてなることを特徴とする赤色
   系人工鉱石。
2. （２）Ａｌ＿２Ｏ＿３：３０％以上及びＭｇＯ：１％以
   上を含有する鉱石原料１００部に対してクロム化合物を
   Ｃｒ＿２Ｏ＿３換算で０．１部以上含有せしめてなるこ
   とを特徴とする人工着色鉱石。
3. （３）Ａｌ＿２Ｏ＿３：３０％以上を含有する鉱石原料
   １００部に対してクロム化合物をＣｒ＿２Ｏ＿３換算で
   ０．１部以上含有させ、この鉱石原料を金属るつぼに供
   給してこれを局部的に溶融しつつ溶融原料を一方々向よ
   り冷却することにより、１０℃／分以下の降温速度で徐
   冷することを特徴とする赤色系人工鉱石の製造方法。
4. （４）Ａｌ＿２Ｏ＿３：３０％以上及びＭｇＯ：１％以
   上を含有する鉱石原料１００部に対してクロム化合物を
   Ｃｒ＿２Ｏ＿３換算で０．１部以上含有させ、この鉱石
   原料を金属るつぼに供給してこれを局部的に溶融しつつ
   溶融原料を一方々向より冷却することにより、１０℃／
   分以下の降温速度で徐冷することを特徴とする赤色系人
   工鉱石の製造方法。