TW201704189A - 隔熱不定形耐火材 - Google Patents

Abstract

本發明之課題在於提供一種可確保充分的養護強度及可使用時間，並且高溫下的穩定性優異之隔熱不定形耐火材。 本發明之解決手段為一種隔熱不定形耐火材，其係調配黏合劑與耐火原料而成之隔熱不定形耐火材，且係於常溫下將該隔熱不定形耐火材與水之混練物養護24小時後，於110℃乾燥24小時後之容積比重為0.8以上1.8以下的範圍之隔熱不定形耐火材，其特徵為：前述黏合劑，係包含：含有CaO、Al2O3作為化學成分之鋁酸鈣膠合劑、與含有SrO、Al2O3作為化學成分之鋁酸鍶膠合劑；以前述黏合劑與前述耐火原料的合計量為100質量%時，包含2質量%以上10質量%以下之前述鋁酸鍶膠合劑，以及1質量%以上12質量%以下之來自前述鋁酸鈣膠合劑的CaO量。

Description

隔熱不定形耐火材

本發明係關於不定形耐火材，尤其關於隔熱不定形耐火材。

在處理以鋼鐵製造為首之高溫物質之領域中，耐火材係不可或缺，其高耐用化，對於使生產達到穩定並削減成本者乃為重要。作為耐火材的一種之不定形耐火材，由於其施工性的改善和修補的容易度等，已被廣泛地使用。

不定形耐火材的製造中，並不進行如定形耐火材的製造中所常見之高壓的模壓。因此，耐火原料或黏合劑之特性的重要性高。當中，鋁酸鈣膠合劑(以下稱為氧化鋁膠合劑)(主要構成化合物：CaO‧Al₂O₃、CaO‧2Al₂O₃、12 CaO‧7Al₂O₃)，係作為黏合劑而使用在廣泛用途中。

然而，氧化鋁膠合劑，在與Al₂O₃共存時，於1200℃附近生成CA2(CaO‧2Al₂O₃)時，顯示出膨脹傾向。尤其在多量地添加氧化鋁膠合劑時，高溫時的膨脹變 得更大，而成為龜裂產生之原因。

此外，隔熱不定形耐火材中，由於隔熱骨材(輕量骨材)的吸水性較通常的耐火骨材高，所以與通常的不定形耐火材相比，需多量地添加水。如此，使養護強度降低，於脫模時可能會剝離。

另一方面，不定形耐火材的膠合劑，除了氧化鋁膠合劑之外，為人所知者亦有鋁酸鍶膠合劑(以下稱為鍶膠合劑)。例如於專利文獻1中，揭示有由SrAl₂O₄的化學組成，於專利文獻2中，揭示有由SrO‧Al₂O₃、SrO‧2Al₂O₃、SrO‧6Al₂O₃等的化學組成，於專利文獻3中，揭示有由Ca_xSr_1-x Al₂O₄等的化學組成所構成之鍶膠合劑。

若使用此等鍶膠合劑，則可消除使用氧化鋁膠合劑時所產生之因CA2的生成所造成之高溫時的膨脹問題。此外，鍶膠合劑，與氧化鋁膠合劑相比，其強度顯現性優異，故亦令人期待可消除養護強度降低的問題。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2010-120843號公報

[專利文獻2]日本特開昭58-26079號公報

[專利文獻3]日本特開2008-290934號

然而，鍶膠合劑，由於含有Sr，雖然強度顯現性優異，但相反卻容易快速地引起凝聚。因此，於進行施工時有時難以確保充分的可使用時間。

此外，當欲將鍶膠合劑適用在隔熱不定形耐火材時，於隔熱不定形耐火材中，如上述般需多量地添加水，故為了得到充分的養護強度，需多量地添加鍶膠合劑。如此，難以確保充分的可使用時間之鍶膠合劑的問題會更顯著地出現。

例如於專利文獻3中，係記載有將鍶膠合劑，並非適用在隔熱不定形耐火材，而是適用在窯爐內的內鋪材之不定形耐火材，並且水的添加量為6.8質量%(段落0037)之內容。然而，適用在隔熱不定形耐火材時，水的添加量須為20質量%以上。水的添加量增多時，為了確保養護強度，亦須增加鍶膠合劑的添加量。於專利文獻3中，係記載有鍶膠合劑的添加量為8質量%(段落0037)，但在添加量為8質量%時，隔熱不定形耐火材中，無法得到充分的養護強度。然後，當為了得到充分的養護強度而多量地添加鍶膠合劑時，容易快速地引起凝聚而無法確保充分的可使用時間。

如此，隔熱不定形耐火材中，即使單純地適用鍶膠合劑作為黏合劑，亦會產生無法得到養護強度，或是於進行施工時難以確保充分的可使用時間之問題。

如專利文獻1所記載般，氧化鋁膠合劑，容易形成熔銑或爐渣中的氧化鐵與低熔物，而有使損耗或浸潤從氧化鋁膠合劑的部分開始進行之課題(專利文獻1的段落「0011」)。專利文獻1，係為了解決該課題而適用鍶膠合劑作為黏合劑之技術。因此，當欲併用鍶膠合劑與氧化鋁膠合劑作為隔熱不定形耐火材的黏合劑時，會有氧化鋁膠合劑的上述課題變得顯著之疑慮，以往並無併用鍶膠合劑與氧化鋁膠合劑之想法。

本發明所欲解決之課題，在於提供一種可確保充分的養護強度及可使用時間，並且高溫下的穩定性優異之隔熱不定形耐火材。

為了解決上述課題，本發明們係思考出當併用氧化鋁膠合劑與鍶膠合劑作為隔熱不定形耐火材的黏合劑時，可同時達成充分的養護強度與高溫下的穩定性，因而完成本發明。

亦即，根據本發明一觀點，係提供一種隔熱不定形耐火材，其係調配黏合劑與耐火原料而成之隔熱不定形耐火材，且係於常溫下將該隔熱不定形耐火材與水之混練物養護24小時後，於110℃乾燥24小時後之容積比重為0.8以上1.8以下的範圍之隔熱不定形耐火材，其特徵為：前述黏合劑，係包含：含有CaO、Al₂O₃作為化學成分之氧化鋁膠合劑、與含有SrO、Al₂O₃作為化學成分 之鍶膠合劑；以前述黏合劑與前述耐火原料的合計量為100質量%時，包含2質量%以上10質量%以下之前述鍶膠合劑，以及1質量%以上12質量%以下之來自前述氧化鋁膠合劑的CaO量。

本發明之隔熱不定形耐火材，於該黏合劑中含有氧化鋁膠合劑與鍶膠合劑。因此，可得到充分的養護強度，並且確保充分的可使用時間。再者，由於一邊維持養護強度並減少CaO的量，所以可抑制高溫時的膨脹，並提升高溫下的穩定性。

本發明之隔熱不定形耐火材，係調配黏合劑與耐火原料而成之隔熱不定形耐火材，且係於常溫下將該隔熱不定形耐火材與水之混練物養護24小時後，於110℃乾燥24小時後之容積比重為0.8以上1.8以下的範圍。如此，本發明之隔熱不定形耐火材中，作為前提之隔熱特性，係依據「容積比重」而特定出。

本發明之隔熱不定形耐火材，由於以上述範圍般之低容積比重者為前提，所以耐火原料，主要使用所謂輕量骨材。輕量骨材，可列舉出粒子中為空洞之輕量骨材(中空氧化鋁、中空尖晶石)，於骨材中具有多數個氣孔之多孔質輕量骨材(多孔質氧化鋁、多孔質尖晶石、 CA6輕量骨材)等。除了此等輕量骨材之外，亦可併用燒結氧化鋁、電熔氧化鋁、預燒結氧化鋁、電熔尖晶石、二氧化矽質原料等之通常的耐火原料。

黏合劑，係使用氧化鋁膠合劑與鍶膠合劑。氧化鋁膠合劑，可使用含有CaO‧Al₂O₃、CaO‧2Al₂O₃及12 CaO‧7Al₂O₃)中的任一種礦物之氧化鋁膠合劑。氧化鋁膠合劑，其氧化鋁膠合劑中的CaO量未達22%，氧化鋁膠合劑中的CaO量為22%以上且未達30%，氧化鋁膠合劑中的CaO量為30%以上且未達40%，此等可單獨使用或組合使用。氧化鋁膠合劑，較佳係使用CaO成分為30%以下者。

此外，鍶膠合劑，可使用上述專利文獻1~3所記載之具有SrAl₂O₄、SrO‧Al₂O₃、SrO‧2Al₂O₃、SrO‧6Al₂O₃、Ca_xSr_1-x Al₂O₄等的礦物之鍶膠合劑的1種或2種以上的組合。

鍶膠合劑的調配量，以黏合劑與耐火原料的合計量為100質量%時，係設為2質量%以上10質量%以下。鍶膠合劑未達2質量%時，無法確保養護強度。超過10質量%時，無法確保可使用時間。此鍶膠合劑的調配量，較佳為3質量%以上7質量%以下。

此外，本發明中，以黏合劑與耐火原料的合計量為100質量%時，係將來自鋁酸鈣膠合劑的CaO量設為1質量%以上12質量%以下。來自鋁酸鈣膠合劑的CaO量未達1質量%時，無法確保養護強度。即使在欲確保養護強度時，亦須調配鍶膠合劑超過上限的10質量%，此時則無 法確保可使用時間。另一方面，來自鋁酸鈣膠合劑的CaO量超過12質量%時，高溫下的膨脹變大。此來自鋁酸鈣膠合劑的CaO量，較佳為4質量%以上9質量%以下。

上述黏合劑與耐火原料以外，其他原料，亦可適當地添加三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸磷酸鈉、多羧酸、聚醚、萘磺酸鈉、木質磺酸鈉等之分散劑；硼酸、檸檬酸、消石灰、碳酸鈉、碳酸鋰、磷酸鋰等之硬化調整劑；發泡劑、氣泡劑、增黏劑、有機纖維、流動性調整劑等。

混練時所使用之水的添加量，可配合施工方法來決定。具體而言，以黏合劑與耐火原料的合計量為100質量%時，以外加方式計為20質量%以上70質量%以下。未達20質量%時，容積比重可能成為1.8以上，此外，無法得到充分的流動性，可能導致施工不良。另一方面，超過70質量%時，有時無法確保充分的養護強度。

本發明之隔熱不定形耐火材中，SiO₂成分的含量，從確保充分的耐FeO性之點來看，以黏合劑與耐火原料的合計量為100質量%時，較佳為1質量%以下。

[實施例]

對於表1所示之各例的隔熱不定形耐火材，係評估可使用時間、容積比重、養護彎曲強度、至1500℃為止之膨脹率最高值、及耐FeO性進行評估，並進行總合評估。

各例的隔熱不定形耐火材，對於表1所示之耐火原料與黏合劑的合計量100質量%，分別使用多羧酸作為分散劑，並以相對於耐火原料與黏合劑的合計量100質量%，以外加方式將各例所記載之量的水添加於此並混練後，提供至上述各評估。各例中，輕量骨材係使用CA6輕量骨材或中空尖晶石，二氧化矽質原料使用燻製二氧化矽，氧化鋁質原料使用燒結氧化鋁。此外，氧化鋁膠合劑，係使用氧化鋁膠合劑中的CaO量為18%之膠合劑A，或是氧化鋁膠合劑中的CaO量為27%之膠合劑B。

可使用時間，係將混練物裝入於塑膠袋並在20℃中安置，並設為自由流動值成為未達150mm之時間。關於此可使用時間，與通常的流入用不定形耐火材相比，從耗費施工時間之點來看，係以90分鐘以上為合格基準。

容積比重，係對於在20℃的環境溫度(常溫)中養護混練物24小時並於110℃乾燥24小時後之試樣，依據JIS R 2205來測定。容積比重為隔熱性的指標，本發明中，係以0.8以上1.8以下的範圍為前提。

容積比重未達0.8時，輕量骨材增多，即使添加鍶膠合劑10%，添加水分亦為多量，無法將養護強度確保為1.0MPa。此外，容積比重超過1.8時，隔熱機能不足。

養護彎曲強度，係對於在20℃的環境溫度中養護混練物24小時後之試樣，測定彎曲強度。關於此養 護彎曲強度，未達1.0MPa時，脫模時會剝離，故以1.0MPa以上為合格基準。

至1500℃為止之膨脹率最高值，係對於在20℃的環境溫度中養護混練物24小時並於350℃乾燥24小時後之試樣進行升溫，測定至1500℃為止之膨脹率，並評估所測定之膨脹率的最高值。至1500℃為止之膨脹率最高值，超過1.3%時，因膨脹而引起組織劣化，故以膨脹率最高值為1.3%以下者為合格基準。

耐FeO性，係將混練物壓鑄於在85mm×85mm×80mm的上部中央部分形成有 35mm×35mm深的孔之坩堝形狀，將壓鑄於坩堝形狀之試樣，在20℃的環境溫度中養護24小時並脫模，進行110℃×24小時的乾燥後，放入氧化鐵40g，進行1500℃×5小時的燒結，並測定由氧化鐵所侵蝕之試樣的尺寸。藉由該測定，將侵蝕尺寸未達1mm者設為優(○)，1mm以上且未達1.5mm設為良(△)，1.5mm以上設為不可(×)。

總合評估，係以上述各評估中滿足各合格基準且耐FeO性為優者為○，以滿足各合格基準且耐FeO性為良者為△，以只要未滿足1項合格基準者，即設為×。

表1中的化學成分，係以黏合劑與耐火原料的合計量為100質量%時之含量來表示。

表1的實施例1~7、9~14，皆為位於本發明的範圍內之隔熱不定形耐火材，總合評估為○。實施例8為 含有2.0質量%的SiO₂成分之例子，與SiO₂成分的含量為1.0質量%以下之其他實施例相比，耐FeO性稍差，總合評估為△。由此來看，為了確保充分的耐FeO性，應可考量為SiO₂成分的含量較佳為1.0質量%以下。

比較例1，為鍶膠合劑的調配量超過本發明的上限之例子，無法得到充分的可使用時間。另一方面，比較例2，為鍶膠合劑的調配量低於本發明的下限之例子，養護強度未超過1.0MPa。

比較例3，為來自氧化鋁膠合劑的CaO量低於本發明的下限之例子。無法得到充分的養護彎曲強度。另一方面，比較例4，為來自氧化鋁膠合劑的CaO量超過本發明的上限之例子。至1500℃為止之膨脹率最高值超過1.3%。

比較例5，為單獨使用氧化鋁膠合劑作為黏合劑之例子。無法得到充分的養護彎曲強度。另一方面，比較例6，為單獨使用鍶膠合劑作為黏合劑之例子。可使用時間顯著縮短。

Claims (3)

1. 一種隔熱不定形耐火材，其係調配黏合劑與耐火原料而成之隔熱不定形耐火材，且係於常溫下將該隔熱不定形耐火材與水之混練物養護24小時後，於110℃乾燥24小時後之容積比重為0.8以上1.8以下的範圍之隔熱不定形耐火材，其特徵為：前述黏合劑，係包含：含有CaO、Al₂O₃作為化學成分之鋁酸鈣膠合劑、與含有SrO、Al₂O₃作為化學成分之鋁酸鍶膠合劑；以前述黏合劑與前述耐火原料的合計量為100質量%時，包含2質量%以上10質量%以下之前述鋁酸鍶膠合劑，以及1質量%以上12質量%以下之來自前述鋁酸鈣膠合劑的CaO量。
2. 如請求項1之隔熱不定形耐火材，其中以前述黏合劑與前述耐火原料的合計量為100質量%時，SiO₂成分的含量為1質量%以下。
3. 如請求項1或2之隔熱不定形耐火材，其中以前述黏合劑與前述耐火原料的合計量為100質量%時，以外加方式計添加20質量%以上70質量%以下的水。