JPS629552B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は高強度で且つ高耐火性を有する溶融石
英を主原料とした耐火調合物に関するものであ
る。詳しくは、溶融石英にポルトランドセメント
及びシリカ超微粉を配合してなる耐火調合物に関
する。 溶融石英は非晶質のシリカガラスであつて常温
から1000℃までの熱間膨脹率が0.05％以下と極め
て小さく、高耐火性であるため、鉄鋼工業、コー
クス工業、アルミニウム工業、ガラス工業、その
他産業用耐火材として各所に使用されている。 従来、溶融石英を不定形材、例えばキヤスタブ
ル又はプラスチツクとして使用する場合には結合
剤として硬化反応が速く、早期強度が大きく、耐
火度の高いアルミナセメントが利用されてきた。
しかし、溶融石英等SiO₂分の高い材料をマトリ
ツクスに多量に含む場合にはアルミナセメントの
主成分であるCaO・Al₂O₃との間に高温において
SiO₂―CaO―Al₂O₃系低融点物質を生成するため
に高温劣化が著しく最高使用温度が限られてい
た。 そこで本発明者は、上記の従来材質の欠点を解
決するため、アルミナセメントに替え、3CaO・
SiO₂，2CaO・SiO₂が主成分であるポルトランド
セメントを使用し、さらに増強剤としてシリカ超
微粉を配合させることにより、高温における
SiO₂―CaO―Al₂O₃系低融点物質の生成量を抑
え、高温劣化を改善し、前記材質の最高使用温度
を大幅に引上げた。 ここで、ポルトランドセメントとシリカ超微粉
を併用用する効果の１つはポルトランドセメント
の構成鉱物、3CaO・SiO₂，2CaO・SiO₂の水硬
反応がアルミナセメントのCaO・Al₂O₃に較べて
遅く、早期強度が小さいことを補うことにある。 すなわち本発明は５μ以下のシリカ超微粉を配
合し、ポルトランドセメント構成鉱物が水と接し
た時に遊離するCaイオンによりシリカ超微粉を
凝集せしめ、成形体強度を増強させた。このこと
は後記する実施例２の配合について、シリカ超微
粉の割合のみを変化させて得たスタンプ材の圧縮
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強さを示した第１図から確認できる。 更にこの５μ以下のシリカ超微粉配合の効果は
成形体強度を増強させることのみならず、その超
微粉による焼結能のため、比較的低温で粒子同志
の焼きつけが可能で、400〜1000℃附近における
ポルトランドセメント水和物の脱水による成形体
強度の低下を補うことにある。第２図は実施例２
の配合（シリカ超微粉6wt％添加）と実施例２の
配合でシリカ超微粉のみを除いた配合とを、それ
ぞれをスタンプ成形したものについて熱間におけ
る曲げ強さを示したものである。又、本発明で溶
融石英を主原料としポルトランドセメント、シリ
カ超微粉を配合し、耐火調合物とすることは、耐
火調合物の主成分をSiO₂―CaO系とし、高温に
おける低融点生成物を減少させることのみなら
ず、ポルトランドセメント中のCaOあるいはCaO
―SiO₂系組成物が熱間で鉱化剤として働き、溶
融シリカが結晶化温度（1000〜1100℃）以上で、
クリストバライト単相に転移することを抑え、ト
リジマイトへの転移を助長する。これによつて、
上記溶融シリカ質耐火調合物が結晶化温度以上の
使用により、結晶化されても、クリストバライト
だけでなく、トリジマイトをも晶出するため、
150〜300℃附近でのクリストバライトの急激な熱
間膨脹を緩和する。第３図はクリストバライトと
トリジマイトの熱間平均膨脹率を示す。それ故
に、本発明は従来、結晶化後はクリストバライト
単相生成のため耐スポール性に劣るとされていた
溶融シリカ質耐火材を耐スポール性においても改
良した。 本発明で使用するポルトランドセメントは通常
市販されているもので、用途に応じて早強ポルト
ランドセメント、低熱ポルトランドセメント、シ
リカセメント、フライアツシユセメント等を１種
あるいは２種以上用いる。その配合量は溶融シリ
カ主原料に対し２〜10wt％が望ましい。2wt％以
下では成形体の強度が十分に発現しない。又
10wt％以上ではポルトランドセメント中からの
Al₂O₃の混入量が多くなり、熱間でSiO₂―CaO―
Al₂O₃系低融点物質を生成するため高温劣化の面
から好ましくない。 本発明で使用するシリカ超微粉は金属シリコ
ン、シリコン合金製造の際、副生するシリカフラ
ワー等の捕集ダスト、あるいは溶融シリカを粉
砕、分級したものであつて、その表面エネルギー
は高く活性粉末である。 本発明でシリカ超微粉の粒度の上限は５μが好
ましい。これは、それ以上では成形体強度の増強
剤及び高温熱間で増強剤としての役割が低下する
ことによる。その添加量は１〜8wt％が望まし
い。1wt％以下では量的不足から成形体増強、或
は、ポルトランドセメントの400〜1000℃におけ
る強度劣化の防止とはならない。8wt％以上で
は、シリカ超微粉の大きい比表面積のために、気
孔率が高くなるだけでなく、シリカ超微粉の高い
焼結能のために、高温において急激な焼成収縮が
起り、亀裂が発生し易くなるので好ましくない。 本発明の調合物は必要に応じて種々の添加剤の
使用が可能で各種構造体への施工法に応じてリン
酸、炭酸、リグニンスルフオン酸系の分散剤、ア
ルギン酸、セルロース、ビニル系の粘度調整剤を
添加配合してもよい。 本発明の調合物は、このように構成されたもの
であつて所定の形状の型に鋳込み、乾燥後、耐火
構造体として供してもよいし、溶融シリカの結晶
化温度以下（1000〜1200℃）で焼成して耐火構造
体としてもよい。 つぎに、本発明の耐火調合物の実施例をあげ、
同時に従来の溶融シリカ質調合物を比較例として
あげ、それぞれを流し込み、またはスタンプで施
工した場合の物性値について試験し、その結果を
第２表に示す。第１表は各調合物に使用した原料
の化学成分値である。 〓〓〓〓〓

【表】

【表】 物性値の測定方法 実施例１と比較例１の耐火調合物は、水分
14wt％添加して40×40×160mmの金型に流込んだ
後、24時間養生し、更に110℃×24時間乾燥して
テストピースを得た。 実施例２と比較例２耐火調合物は水分12wt％
添加したものを40×40×160mmの金型にスタンプ
成形し、24時間養生した後、更に110℃×24時間
乾燥してテストピースを得た。そしてこれらを
JISに準じて物性を測定した。 本発明耐火調合物を成形した耐火構造体は溶融
石英特有の1000℃までの低膨脹性を備え、しかも
前述のように高温における低融点物質の生成が少
ないため、実施例に示すごとく高温強度劣化がな
く、製鉄用、ガラス製造用、その他高温産業用と
して有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、シリカ超微粉添加量と圧縮強度の関
係を示す図、第２図は、シリカ超微粉添加による
熱間曲げ強度への効果を示す図、第３図は、クリ
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ストバライトとトリジマイトの熱間平均線膨脹率
の差異を示す図である。 〓〓〓〓〓

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶融石英を主原料とし、これにポルトランド
   セメント及びシリカ超微粉を配合してなる耐火調
   合物。 ２ ポルトランドセメントが主原料に対し、２〜
   10wt％であり、シリカ超微粉が１〜8wt％である
   特許請求の範囲第１項記載の溶融石英を主体とす
   る耐火調合物。 ３ シリカ超微粉が無定形シリカ、溶融石英から
   選ばれた見掛けの平均粒径が５μ以下のものであ
   る特許請求の範囲第１項または第２項記載の溶融
   石英を主体とする耐火調合物。