WO2007129689A1 - セラミックファイバボード製造方法 - Google Patents

セラミックファイバボード製造方法 Download PDF

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Yohei Fukino
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    • C04B30/00—Compositions for artificial stone, not containing binders
    • C04B30/02—Compositions for artificial stone, not containing binders containing fibrous materials

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a ceramic fiber board that does not emit smoke even when used in a high temperature environment.
  • This ceramic fiber board is used as a lining material for high-temperature furnaces or as a building material.
  • ceramic fiber boards using ceramic fibers as raw materials have been used as lining materials for high-temperature furnaces or building materials.
  • such a ceramic fiber board is often manufactured by a vacuum forming method.
  • the ceramic fiber board as a product is obtained through the steps of demolding, drying, firing and processing.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-317919 (Page 1, Figure 1)
  • the ceramic fiber board is fired in advance, the organic binder is blown off, and the surface of the ceramic fiber board is coated with SiO sol.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and does not emit smoke even when used in a high-temperature environment. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method capable of manufacturing a door.
  • the ceramic fiber board manufacturing method of the present invention is realized as follows.
  • the weight ratio of the solid content of the SiO sol and water glass is SiO power 3 ⁇ 49% to 35%.
  • the lath is 11% to 65%.
  • the ceramic fiber board manufacturing method of the present invention the ceramic containing Al 2 O and SiO
  • the weight ratio of the solid content of the optical fiber and the SiO sol as the inorganic binder and water glass is Si.
  • the ceramic fiber is Al 2 O 3.
  • a cell containing Al 2 O and SiO is contained.
  • the ceramic fiber board After being dispersed in water, it is formed into a plate shape, and this plate-shaped body is dried by heating. For this reason, since the ceramic fiber board does not contain an organic binder, it does not generate smoke when used in high-temperature environments, and the SiO-rich glass containing a small amount of Na 2 O has high adhesive strength.
  • the ceramic fiber has a ratio of Al 2 O: SiO of 46:54, and is
  • ceramic fiber 150a 1, water glass 150a2, and SiO sol 150a3 are prepared. here
  • Ceramic fiber (AlO: 46%, SiO: 54%, average fiber length 3mm, average fiber diameter 3.0m)
  • ceramic fibers Al 2 O: 46%, SiO: 54%, average fiber length 3
  • the slurry 200 is formed by vigorously stirring for 15 minutes using the stirrer 110 so that the fibers are sufficiently dispersed in the aqueous solution in the water tank 100.
  • the slurry means a suspension in which fine solid particles are suspended in water.
  • the slurry 200 is sucked into a plate using a vacuum suction molding machine 120 (FIG. 1 (c), step S3 in FIG. 2).
  • the vacuum suction molding machine 120 was used to perform suction molding so as to form a plate having a length of 200 mm ⁇ width of 200 ⁇ thickness of 25 mm.
  • the plate-like molded body 300 obtained by the suction molding of the vacuum suction molding machine 120 was taken out, heated to 120 ° C. and dried (FIG. 1 (d), step S4 in FIG. 2).
  • heat drying is used instead of baking in a baking furnace.
  • heat drying is performed at 120 ° C for 12 hours.
  • heat drying for about 1 hour may be performed.
  • the weight ratio of the solid content of the SiO sol and water glass is in the range of 89:11 to 35:65.
  • the ratio by weight of the solid content of the SiO sol and water glass is in the range of 100: 0 to 90:10.
  • Comparative Examples 1 to 3 a result of “bad” was obtained in terms of shrinkage rate (3% or more) and degranulation (presence). That is, Comparative Examples 1 to 3 did not satisfy the overall target performance as a ceramic fiber board.
  • Comparative Example 4 did not satisfy the overall target performance as a ceramic fiber board.
  • the ratio by weight of the solid content of the SiO sol and water glass is in the range of 20:80 to 0: 100.
  • Shrinkage rate force of molded products at 1200 ° C x 24hr 3 ⁇ 4. More than 0% force SiO sol and water glass
  • the shrinkage rate power of 1200 ° CX 24hr is less than 3 ⁇ 4.9%, and all items of hardness, fusion, and grain removal Newly found to satisfy.
  • the fiber molded product obtained by the manufacturing method of the present embodiment is a product that does not contain organic matter, has a small thermal shrinkage, has a high hardness, and is very excellent in resistance to degranulation or dust generation. As a result, it became clear.
  • a mixed binder of SiO sol and water glass is coated on the surface of the ceramic fiber,
  • This coating has a small amount of Na 2 O and is a SiO rich glass.
  • the density of the mullite crystals is 3.2 g / cm 3, causes shrinkage with increasing density.
  • the resulting molded product Due to the large size, the resulting molded product has high strength and hardness, and it is also very difficult for degranulation or dust generation.
  • the weight ratio of the solid content of SiO sol and water glass is in the range of 89:11 to 35:65
  • the shrinkage rate of 1200 ° CX 24hr is 2.9% or less and satisfies all the items of hardness, fusion, and degranulation, and has been recognized as a critically meaningful range. It has been newly found that a good and effective effect is obtained. In other words, it was found that it is possible to produce a ceramic fiber board with a small shrinkage rate that does not emit smoke even when used in a high temperature environment and does not cause a problem of particle shedding.
  • the above embodiment can be used as a method of manufacturing a ceramic fiber board that does not emit smoke even when used in a high temperature environment.
  • This ceramic fiber board is used as a lining material for high-temperature furnaces or as a building material.
  • FIG. 1 is a process diagram showing a production process of a ceramic fiber board according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart showing manufacturing steps of the ceramic fiber board according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an explanatory view showing the evaluation results of the ceramic fiber board according to the first embodiment of the present invention.

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Abstract

【課題】高温環境で使用しても発煙せず、脱粒や融着の問題が発生しないセラミックファイバボードを提供する。 【解決手段】Ａｌ2Ｏ3とＳｉＯ2とを含有するセラミックファイバを原料とするセラミックファイバボードの製造方法であって、無機バインダーとしてＳｉＯ2ゾルと水ガラス（Ｎａ2Ｏ・３ＳｉＯ2）の混合液を使用し、前記無機バインダとしてのＳｉＯ2ゾルと水ガラスとの固形分の重量比率がＳｉＯ2が８９％～３５％であり、水ガラスが１１％～６５％である、ことを特徴とする。

Description

明 細 書
セラミックファイバボード製造方法
技術分野
[0001] 本発明は高温環境で使用しても発煙することのないセラミックファイバボードを製造 する方法に関する。このセラミックファイバーボードは、高温炉の内張り材、あるいは、 建築材料等として利用される。
背景技術
[0002] 従来から、高温炉の内張り材、あるいは、建築材料等として、セラミックファイバを原 料とするセラミックファイバボードが使用されて 、る。
このようなセラミックファイバボードは、一般的に、真空成形法によって製造されるこ とが多い。
[0003] この真空形成法では、まず、セラミックファイバを水中に分散させる。そして、無機バ インダ SiOゾルを添加する。さら〖こ、有機バインダを添加し、セラミックファイバと SiO
2 2 ゾルを凝集させる。そして、この凝集されたフロックを成形金型に流し込むことで、真 空を掛けて成形する。成形後に、脱型、乾燥、焼成、加工の各工程を経て、製品とし てのセラミックファイバボードを得る。
[0004] なお、以上の真空形成法では有機バインダを使用したが、特許文献 1に示されるよ うに、有機バインダを使用しな 、製造方法も存在して 、る。
特許文献 1 :特開平 2000— 317919号公報 (第 1頁、図 1)
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] しかし、以上の有機バインダを用いた方法で製造されたセラミックファイバボードに は、以下に述べる問題が発生する。
( 1)セラミックファイバボード中に有機バインダが含まれるため、この成形品を高温 環境で使う際に、黒い煙が発生する。
[0006] (2)セラミックファイバボードを触ると、粒子が剥がれ落ちる (脱粒）という問題がある (3)セラミックファイバボード同士を接触させて高温の環境で長時間（例えば、 120 0°C X 24時間）放置すると、セラミックファイバボードの収縮率が大きいという問題が ある。
[0007] (4)硬度が小さ!/、ため、取り扱いにく!/、場合がある。
以上の問題に対応するため、予めにセラミックファイバボードを焼成して、有機バイ ンダを飛ばし、さらにセラミックファイバボードの表面に SiOゾルコーティングする方
2
法がある。しかし、この方法では非常にコストが高くなり、製造納期も長くなるという別 の問題が発生する。
[0008] 一方、上記特許文献 1記載の手法では、有機バインダを用いな 、ために発煙など の問題は解消できるものの、製造途中でホウ素を添加するため、セラミックファイバボ ード自体が脆くなると 、う新たな問題が発生することになる。
[0009] 本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであって、高温環境で 使用しても発煙せず、脱粒の問題が発生しなぐ収縮率が小さいセラミックファイバボ ードを製造できる製造方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0010] 以上の課題を解決するため、本発明のセラミックファイバボード製造方法は、以下 のように実現される。
この発明のセラミックファイバボード製造方法では、 Al Oと SiOとを含有するセラミ
2 3 2
ックファイバを原料とするセラミックファイバボードの製造方法であって、無機バインダ 一として SiOゾルと水ガラス (Na 0 ' 3SiO )の混合液を使用し、前記無機バインダと
2 2 2
しての SiOゾルと水ガラスとの固形分の重量比率が SiO力 ¾9%〜35%であり、水ガ
2 2
ラスが 11%〜65%である、ことを特徴とする。
[0011] この発明のセラミックファイバボード製造方法では、 Al Oと SiOとを含有するセラミ
2 3 2
ックファイバと、無機バインダとしての SiOゾルと水ガラスとの固形分の重量比率が Si
2
O力 ¾9%〜35%であって水ガラスが 11%〜65%である混合液とを水中に分散させ
2
てから板状に成形し、この板状成形体を加熱乾燥する、ことを特徴とする。
[0012] この発明のセラミックファイバボード製造方法では、前記セラミックファイバは、 Al O
2 3
： SiOの比率が、 46 : 54である、ことが更に望ましい。 発明の効果
[0013] 本発明のセラミックファイバボード製造方法によれば、 Al Oと SiOとを含有するセ
2 3 2
ラミックファイバを原料とするセラミックファイバボードを製造する際に、 Al Oと SiOと
2 3 2 を含有するセラミックファイバと、無機バインダとしての SiOゾルと水ガラスとの固形分
2
の重量比率が SiO力 ¾9%〜35%であって水ガラスが 11%〜65%である混合液と
2
を水中に分散させてから板状に成形し、この板状成形体を加熱乾燥している。このた め、セラミックファイバボード中に有機バインダを含まないため、高温環境で使う際に も発煙は生じず、 Na Oを少量含有する SiOリッチなガラスの接着強度が大きいため
2 2
に強度と硬度が高く脱粒も非常にしにくい。
[0014] なお、セラミックファイバは、 Al O： SiOの比率が 46： 54であると、高温環境での発
2 3 2
煙、脱粒の問題、収縮率の点でさらに良好な結果が得られる。
発明を実施するための最良の形態
[0015] 以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態 (以下、実施形態)を詳 細に説明する。
ここで、第 1の実施形態のセラミックファイバボード製造方法について、図 1以降の 説明図を用いて、各工程順に説明を行う。
[0016] [ステップ（a) ]
まず、セラミック繊維 150a 1、水ガラス 150a2、 SiOゾル 150a3を用意する。ここで
2
、セラミック繊維（Al O :46%、 SiO : 54%、平均繊維長 3mm、平均繊維径 3.0 m)を
2 3 2
200g用意する（図 l (al) )。また、 SiOゾル：水ガラス (固形分) = 100〜0 : 0〜100にな
2
るように、固形分 10%の 20リットルの水溶液を用意する（図 l (a2)、（a3) )。
[0017] [ステップ (b) ]
そして、以上の水溶液に、セラミック繊維 (Al O :46%、 SiO : 54%、平均繊維長 3
2 3 2
mm、平均繊維径 3.0 /ζ πι) 2008を配合し（図 l (a)、図 2中のステップ SI)、分散させる (図 1 (b)、図 2中のステップ S 2)。
[0018] この場合、水槽 100中で繊維が水溶液に十分分散するように、撹拌器 110を用い て、 15分間強く撹拌し、スラリー 200を形成する。ここで、スラリーとは、細かい固体粒 子が水の中に懸濁して 、る懸濁液を意味して 、る。 [0019] [ステップ（c) ]
このスラリー 200に対して、真空吸引成型器 120を用いて、板状になるように吸引成 形する（図 1 (c)、図 2中のステップ S3)。ここでは、真空吸引成型器 120を用いて、そ のまま縦 200mm X横 200 X厚さ 25mmの板状になるように吸引成形した。
[0020] [ステップ（d) ]
上記真空吸引成型器 120の吸引成形により得られた板状の成形体 300を取り出し 、 120°Cに加熱して乾燥した（図 l (d)、図 2中のステップ S4)。
[0021] この場合、焼成炉を用いた焼成ではなぐ加熱乾燥とする。この加熱乾燥として、電 気乾燥炉を用いる場合、 120°Cで 12時間の加熱乾燥を行う。また、マイクロ波を用い たマイクロ波乾燥炉を用いる場合には、 1時間程度の加熱乾燥を行ってもよい。
[0022] これらの成形体 300 (かさ密度 0.23g/cm3)につ!/、て、 SiOゾルと水ガラスの固形分
2
の重量比率を各種変えたものを用意する。これらについて、 1200°C X 24hrでの収縮 率、融着の度合い、室温での硬度、脱粒の度合い、を調べると、図 3の結果になる。
[0023] ここでは、 SiOゾルと水ガラスの固形分の重量比率が 89 : 11〜35 : 65の範囲にあ
2
る実施例 1〜実施例 6で、収縮率、硬度、融着、脱粒の全ての点で「良好」な結果が 得られた。すなわち、実施例 1〜実施例 6では、セラミックファイバボードとして、総合 的に目標とする性能を満足するものが得られた。
[0024] また、 SiOゾルと水ガラスの固形分の重量比率が 100 : 0〜90： 10の範囲にある比
2
較例 1〜比較例 3では、収縮率（3%以上）、脱粒 (有り）の点で、「不良」という結果が 得られた。すなわち、比較例 1〜比較例 3では、セラミックファイバボードとして総合的 に目標とする性能を満足しなかった。
[0025] また、 SiOゾルと水ガラスの固形分の重量比率が 34： 66の範囲にある比較例 4で
2
は、融着 (有り）の点で、「不良」の結果が得られた。すなわち、比較例 4では、セラミツ クファイバボードとして総合的に目標とする性能を満足しな力つた。
[0026] また、 SiOゾルと水ガラスの固形分の重量比率が 20 : 80〜0： 100の範囲にある比
2
較例 5〜比較例 6では、収縮率（3%以上）、融着 (有り）の点で、「不良」の結果が得ら れた。すなわち、セラミックファイバボードとして総合的に目標とする性能を満足しな かった。 [0027] ここで、以上の実験結果を考察してみる。
本実施形態では、上述した問題を解決するため、 SiOゾルと水ガラスの混合バイン
2
ダを使って問題を解決して 、る。
[0028] 一般的に、従来は、水ガラスを使うとファイバ成形品の耐熱性が落ち、即ち、高温 収縮率が大きくなると信じられていた。このため、従来は、水ガラスがファイバ成型品 に対して使用されることがな力つた。
[0029] しかし、本件出願の発明者が鋭意研究を進めたところ、各種の SiOゾルと水ガラス
2
の混合バインダの配合を使って実験した結果、通常の SiOゾルと有機バインダを使
2
う成形品の 1200°C X 24hrでの収縮率力 ¾.0%以上であったもの力 SiOゾルと水ガラ
2
スの固形分の重量比率が 89： 11〜35： 65の範囲にある場合に限り、 1200°C X 24hr の収縮率力 ¾.9%以下となり、かつ、硬度、融着、脱粒の全ての項目を満足することを 、新たに発見した。
[0030] なお、本実施形態の製造方法で得られたファイバ成形品は有機物を含まなぐ熱 収縮が小さぐ硬度が高ぐ脱粒あるいは発塵しにくぐ非常に優れた製品であること も、実験の結果として明らかになった。
[0031] 以上の実施例 1〜実施例 6において 1200°C X 24hrの収縮率が小さくなつた理由に っ 、て次のように考えられる。
SiOゾルと水ガラスの混合バインダはセラミックファイバの表面にコーティングされ、
2
このコーティングの糸且成は Na Oを少量含有すると共に SiOリッチなガラスであるため
2 2
、高温でセラミックファイバ (AI O： SiO =46 : 54)と反応し、セラミックファイバの表
2 3 2
面組成も SiOリッチのガラスが生成され、一定な程度でファイバのムライト結晶化を
2
防いだ状態になる。
[0032] ここで、セラミックファイバの収縮の一番の原因は Al O： SiO =46： 54のガラスか
2 3 2
らムライトへの結晶化によるものである。 Al O： SiO =46 : 54のガラスの密度が約 2.
2 3 2
6g/cm3、ムライト結晶の密度が 3.2g/cm3であり、密度の増加で収縮を起こす。
[0033] 1200°C X 24hrで熱処理した水ガラス 0%(SiO = 100%)と水ガラス 46%(SiO =54
2 2
%)の成形体に対して、 X線で分析した結果、水ガラス 0%の方のムライトの結晶相の 強度が水ガラス 46%より、力なり大き!/、ことが判明した。 [0034] すなわち、水ガラスの量の増加により、ムライトの結晶化が抑えられ、収縮が小さく なったと考えられる。一方、 Na Oを少量含有する SiOリッチなガラスの接着強度が
2 2
大きいため、得られた成形体の強度と硬度が高ぐ脱粒あるいは発塵も非常にしにく い。
[0035] また、比較例 1〜3では、水ガラスの含有率の低下に応じて、脱粒が増加することが 確認された。
以上の点から、 SiOゾルと水ガラスの固形分の重量比率が 89 : 11〜35 : 65の範囲
2
にある場合に限り、 1200°C X 24hrの収縮率が 2.9%以下となり、かつ、硬度、融着、脱 粒の全ての項目を満足し、臨界的に意義のある範囲として、従来は認識されていな 力つた良好な効果を得ることが新たに判明した。すなわち、高温環境で使用しても発 煙せず、脱粒の問題が発生しなぐ収縮率が小さいセラミックファイバボードを製造で きることが判明した。
[0036] 以上の実施形態は、高温環境で使用しても発煙することのないセラミックファイバボ ードを製造する方法として利用できる。このセラミックファイバーボードは、高温炉の 内張り材、あるいは、建築材料等として利用される。
図面の簡単な説明
[0037] [図 1]図 1は、本発明の第一の実施形態のセラミックファイバボードの製造工程を示す 工程図である。
[図 2]図 2は、本発明の第一の実施形態のセラミックファイバボードの製造工程を示す フローチャートである。
[図 3]図 3は、本発明の第一の実施形態のセラミックファイバボードの評価結果を示す 説明図である。
符号の説明
[0038] 100 水槽
110 撹拌器
120 真空吸引成型器
200 スラリー
300 成型体 (セラミックファイバボード）

Claims

請求の範囲
[1] AI O と SiO とを含有するセラミックファイバと、 SiOゾルと水ガラス（Na 0' 3Si
2 3 2 2 2
O )との固形分の重量比率が SiO力 ¾9%〜35%であり水ガラスが 11%〜65%であ
2 2
る無機バインダとを水中で分散させて成形した後に加熱乾燥する、
ことを特徴とするセラミックファイバボード製造方法。
[2] Al Oと SiOとを含有するセラミックファイバと、無機バインダとしての SiOゾルと水
2 3 2 2 ガラスとの固形分の重量比率が SiO力 ¾9%〜35%であって水ガラスが 11%〜65
2
%である混合液とを水中に分散させてから板状に成形し、この板状成形体を加熱乾 燥する、
ことを特徴とするセラミックファイバボード製造方法。
[3] 前記セラミックファイバは、 Al O： SiOの比率が、 46： 54である、
2 3 2
ことを特徴とする請求項 1または請求項 2に記載のセラミックファイバボード製造方法
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