WO2014006991A1 - モルタル - Google Patents

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    • C04B2235/9607—Thermal properties, e.g. thermal expansion coefficient
    • C04B2235/9615—Linear firing shrinkage

Definitions

  • the present invention relates to a mortar, and more particularly to a mortar used at a site where heat shock due to heating and cooling is repeatedly applied.
  • Patent Document 2 discloses a technique for attaching a ceramic tube for filtration to a side plate in a molten metal filtration device through a flexible fiber mortar in a molten metal filtration device. Was used by containing about 10 to 20% by mass of fibers in a mortar.
  • a mixture of fibers in a mortar is a metal melt, although the temperature variation in the device is small and does not cause any particular inconvenience under conditions where the molten metal filtration device is always filled at high temperatures.
  • the temperature change range of the molten metal container is very large, ranging from room temperature to over 1000 ° C. With such a large temperature change range, heat from repeated heating and cooling of the mortar is performed. When the shock is repeatedly applied, there has been a problem that the joint is opened at the place where the mortar is adhered due to repeated expansion of the mortar under high temperature conditions and contraction of the mortar when the temperature is lowered.
  • JP 2002-35927 A Japanese Patent No. 4046345
  • the object of the present invention is to provide a mortar that solves the above-mentioned problems and can suppress expansion and contraction and accompanying joint opening even when used as a joint at a location where the temperature change width is large. is there.
  • the mortar of the present invention which has been made to solve the above problems, comprises Al 2 O 3 of 80 to 98% by mass, SiO 2 of 1 to 18% by mass, B 2 O 3 of 0.1 to 6.0% by mass, It contains 0.05 to 1.0% by mass of alumina fiber, respectively.
  • the invention according to claim 2 is characterized in that, in the mortar according to claim 1, the alumina fiber has the binder content in the alumina fiber suppressed to 5% by mass or less.
  • the invention described in claim 3 is characterized in that the mortar described in claim 1 contains a clay mineral as another component.
  • Al 2 O 3 is contained in an amount of 80 to 98% by mass
  • SiO 2 is contained in an amount of 1 to 18% by mass
  • B 2 O 3 is contained in an amount of 0.1 to 6.0% by mass.
  • alumina fiber by containing 0.05% by mass or more of alumina fiber, it is possible to suppress expansion and contraction of the mortar that occurs when the mortar is used as a joint at a portion where the temperature change width is large.
  • the content of the alumina fiber exceeds 1.0% by mass, the workability and the adhesive strength are insufficient.
  • the content of the alumina fiber is suppressed to 1.0% by mass, These problems can be avoided.
  • the main component of the mortar of the present invention is alumina powder.
  • Alumina powder is a main component necessary for developing heat resistance and strength, and the Al 2 O 3 content in the mortar is 80 to 98 mass%.
  • the Al 2 O 3 content is 80% by mass or less, for example, corrosion resistance to molten aluminum when used as a joint material for a molten aluminum container is not preferable.
  • the content of Al 2 O 3 is 98% by mass or more, the binder component is insufficient and the adhesive strength and the like become insufficient, which is not preferable.
  • the mortar of the present invention contains 1 to 18% by mass of SiO 2 and 0.1 to 6.0% by mass of B 2 O 3 as essential components in addition to the above Al 2 O 3 .
  • the SiO 2 content When the SiO 2 content is 1% by mass or less, the sinterability becomes insufficient and the adhesive strength becomes insufficient. On the other hand, if the SiO 2 content exceeds 18% by mass, the corrosion resistance to molten aluminum becomes insufficient, such being undesirable.
  • the B 2 O 3 content When the B 2 O 3 content is 0.1% by mass or less, the sinterability becomes insufficient and the adhesive strength becomes insufficient. On the other hand, if the B 2 O 3 content exceeds 6.0% by mass, vitrification is promoted and a problem in durability (heat resistance) occurs, which is not preferable.
  • 0.05 to 1.0% by mass of alumina fiber is contained in the mortar containing the above components.
  • the alumina fiber content is 0.05% by mass or less, the reduction in shrinkage of the mortar becomes insufficient, which is not preferable.
  • the alumina fiber content exceeds 1.0% by mass, the workability and the adhesive strength are lowered, which is not preferable.
  • alumina fibers contain a volatile matter such as a binder in excess of 5 to 10% by mass as the loss on ignition.
  • a binder is present in the alumina fiber, the binder is volatilized when heated, and the heat of the fiber is reduced. Shrinkage becomes large and has a big influence on shrinkage of the whole mortar.
  • the content of the binder in the alumina fiber is desirably reduced as much as possible to at least 5% by mass, and it is most preferable to use an alumina fiber containing no binder. preferable.
  • the mortar of the present invention can contain clay minerals containing CaO and MgO in addition to the above components.
  • clay minerals containing CaO and MgO By adding a clay mineral, the ceramic powder can be prevented from settling, and the coatability after long-term storage can be enhanced.
  • “Aluminum resistance” is an external appearance evaluation of a 40 mm ⁇ 20 mm sample immersed for 100 hrs in a molten aluminum alloy (eg, ADC-12) maintained at 750 ° C.
  • a molten aluminum alloy eg, ADC-12
  • Linear shrinkability is “(BA) / A ⁇ 100 (%)” when the dimension after drying at 110 ° C. is A and the dimension after baking at 800 ° C. is B for a sample having a shape of 40 mm ⁇ 40 mm ⁇ 160 mm.
  • Adhesive strength is obtained by cutting a silicon carbide furnace material as a base material into 40 ⁇ 50 ⁇ 10 t, and then applying an amorphous refractory to a portion having a cross-sectional area of 40 ⁇ 10, thereby forming the amorphous fireproof materials together. Adhered to an object thickness of 2 mm, the sample with the substrate adhered is dried at a specified temperature (110 ° C x 24 hrs), fired (800 ° C x 3 hrs), and three-point bending strength (adhesive strength) according to Fig. 2 Is measured according to JIS R2553.
  • the Al 2 O 3 content is insufficient and the SiO 2 content is excessive.
  • the corrosion resistance to molten aluminum (“aluminum resistance” in Table 1) is about 700 ° C. It was insufficient as an application for closing joints of molten aluminum containers that are frequently taken in and out.
  • the sinterability became insufficient, and the adhesive strength was insufficient for the above-mentioned use.
  • the alumina fiber content is insufficient and the shrinkage of the mortar (“Linear shrinkage" in Table 1) is used for the above application (the aluminum melt at about 700 ° C is frequently taken in and out, and the aluminum melt is taken in and out. This is insufficient for jointing a molten aluminum container in which large temperature changes (room temperature to over 1000 ° C.) occur repeatedly.
  • Examples 1 to 4 use alumina fibers containing no binder
  • Examples 5 to 7 use alumina fibers containing 5% by mass of binder.
  • the mortar shrinkage reduction effect could be obtained at a sufficient level for the above-mentioned applications.
  • alumina fibers containing no binder were used, more remarkable mortar shrinkage was obtained. It was possible to confirm the reduction effect.

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Description

モルタル
本発明はモルタル、特に加熱および冷却によるヒートショックが繰り返し加わる部位に使用されるモルタルに関するものである。
従来から、モルタルは、金属溶湯用容器のライニング構造における耐火材の目地締め等の用途に広く用いられている（例えば、特許文献１）。
しかし、従来のモルタルは、金属溶湯用容器のライニング構造等、繰り返し加熱および冷却によるヒートショックが繰り返し加わる部位に使用された場合、モルタルが膨張収縮して目地が開き溶湯漏れが生じやすい問題があった。
　なお、特許文献２には、溶湯濾過装置において、柔軟性のあるファイバー系モルタルを介して濾過用のセラミックチューブを溶湯濾過装置内で側板に取り付ける技術が開示されているが、従来のファイバー系モルタルは、ファイバーをモルタル中に１０～２０質量％程度含有させて使用されるものであった。
　しかし、ファイバーをモルタル中に混合させたものは、高温で溶湯濾過装置内に常時溶湯が満たされている条件下においては、装置内の温度変化幅が小さく特段の不都合を生じないものの、金属溶湯の出し入れが頻繁に行われる金属溶湯用容器では、金属溶湯用容器の温度変化幅が常温～１０００℃超と非常に大きくなり、このような大きな温度変化幅で、モルタルに繰り返し加熱および冷却によるヒートショックが繰り返し加わった場合、高温条件下におけるモルタルの膨張と、温度降下時におけるモルタルの収縮との繰り返しにより、モルタルで接着していた箇所で目地が開いてしまう問題があった。
特開２００２－３５９２７号公報 特許第４０４６３４５号公報
　本発明の目的は前記の問題を解決し、温度の変化幅が大きい箇所の目地として使用された場合であっても、膨張収縮およびそれに伴う目地開きを抑制することができるモルタルを提供することである。
　上記課題を解決するためになされた本発明のモルタルは、Ａｌ２Ｏ３を８０～９８質量％、ＳｉＯ２を１～１８質量％、Ｂ２Ｏ３を０．１～６．０質量％、アルミナファイバーを０．０５～１．０質量％、各々含有することを特徴とするものである。
　請求項２記載の発明は、請求項１記載のモルタルにおいて、該アルミナファイバーが、アルミナファイバー中のバインダー含有量を５質量％以下に抑制したものであることを特徴とするものである。
　請求項３記載の発明は、請求項１記載のモルタルにおいて、その他の成分として、粘土鉱物を含有することを特徴とするものである。
　本発明では、モルタル中に、Ａｌ２Ｏ３を８０質量％以上含有させるとともに、ＳｉＯ２の含有量を１８質量％までに抑制することにより、溶融アルミに対する優れた耐食性を実現している。また、モルタル中に、ＳｉＯ２を１質量％以上、Ｂ２Ｏ３を０．１質量％以上、各々含有させることによって十分な焼結性を確保して優れた接着強度を実現するとともに、Ｂ２Ｏ３の含有量を６．０質量％までに抑制することにより、ガラス化を抑制し耐熱性および耐久性を確保している。
　更に、本発明では、Ａｌ２Ｏ３を８０～９８質量％、ＳｉＯ２を１～１８質量％、Ｂ２Ｏ３を０．１～６．０質量％含有し、前記特性を備えるモルタル中に、アルミナファイバーを０．０５質量％以上含有させることにより、該モルタルが温度の変化幅が大きい箇所の目地として使用された際に生じるモルタルの膨張収縮を抑制可能とするとしている。なお、アルミナファイバーの含有量が１．０質量％を超えると、施工性及び接着強度が不十分となるところ、本発明では、アルミナファイバーの含有量を１．０質量％までに抑制して、これらの問題を回避可能としている。
　以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
　本発明のモルタルの主成分は、アルミナ粉末である。アルミナ粉末は耐熱性と強度を発現させるために必要な主成分であり、モルタル中のＡｌ２Ｏ３含有量を８０～９８質量％としている。Ａｌ２Ｏ３含有量が８０質量％以下の場合、例えば、溶融アルミウム用容器の目地材として使用される際の溶融アルミウムに対する耐食性が不足となるため好ましくない。一方、Ａｌ２Ｏ３含有量が９８質量％以上の場合、バインダー成分不足となり接着強度等が不十分となるため好ましくない。
　本発明のモルタルは、前記のＡｌ２Ｏ３の他、必須構成成分として、１～１８質量％のＳｉＯ２と０．１～６．０質量％のＢ２Ｏ３を含有する。
　ＳｉＯ２含有量が１質量％以下の場合、焼結性が不足となり接着強度が不十分となるため好ましくない。一方、ＳｉＯ２含有量が１８質量％を超えると、溶融アルミに対する耐食性が不十分となるため好ましくない。
　Ｂ２Ｏ３含有量が０．１量％以下の場合、焼結性が不足となり接着強度が不十分となるため好ましくない。一方、Ｂ２Ｏ３含有量が６．０質量％を超えると、ガラス化が促進され耐久性(耐熱)に問題が生じるため好ましくない。
　更に、本発明では、前記成分を含有するモルタル中に、０．０５～１．０質量％のアルミナファイバーを含有する。
　アルミナファイバー含有量が０．０５質量％以下の場合、モルタルの収縮性の低減が不十分となるため好ましくない。一方、アルミナファイバー含有量が１．０質量％を超えると、施工性及び接着強度が低下するため好ましくない。
　通常、アルミナファイバー中には、灼熱減量値として５超～１０質量％のバインダー等の揮発分を含んでいるが、アルミナファイバー中にバインダーが存在すると、加熱時にバインダーが揮発する分、ファイバーの熱収縮が大きくなり、モルタル全体の収縮に大きな影響を与える。このため、モルタルの膨張収縮を抑制する観点からは、アルミナファイバー中におけるバインダーの含有量はできる限り低減させ、少なくとも５質量％以下とすることが望ましく、バインダーを含有しないアルミナファイバーを用いることが最も好ましい。
　本発明のモルタルは、上記成分の他、ＣａＯやＭｇＯを含む粘土鉱物を含有することができる。粘土鉱物を添加することによってセラミック粉末の沈降を防止し、長期保存後の塗工性を高めることができる。
　７００℃程度のアルミ溶湯の出し入れが頻繁に行われるアルミ溶湯用容器の目地締めに上記のモルタルを用いた場合、施工されたモルタル部分にも、アルミ溶湯の出し入れに伴う大きな温度変化（常温～１０００℃超）が繰り返し生じるが、前記アルミナファイバーがモルタルの膨張収縮を抑制するため、ヒートショックの繰り返し付加に伴う目地開きを、従来のモルタルに比べ顕著に抑制することができる。
　モルタルの各成分につき、含有量を検討した結果を下記表１に示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
（表１の各評価項目について）
　「耐アルミ性」は、７５０℃に保持したアルミニウム合金(例：ＡＤＣ－１２)溶湯中に□４０ｍｍ×２０ｍｍのサンプルを１００ｈｒｓ浸漬した後の状態を外観評価したものである。
　表１では、この外観評価でアルミ溶湯との反応付着量が多いものを「×」、中程度のものを「△」、少ないものを「○」と評価した。
　「線収縮性」は、４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍ 形状のサンプルの１１０℃乾燥後寸法をＡ、８００℃焼成後寸法をＢとした時、「（Ｂ－Ａ）/Ａ×１００(％) 」で求められる残存線変化率で評価したものである。
　表１では、この残存線変化率が、－０．５～０．５％のものを「○」、－１～－０．５％のものを「△」、それ以外のものを「×」と評価した。
　「耐熱性」は、上記サンプル形状品を１０００℃で焼成した時の残存線変化率で評価したものである。
　表１では、この残存線変化率が、－０．５～０．５％のものを「○」、それ以外のものを「×」と評価した。
　「施工性」は、施工のやり易さ、やり難さを官能的に評価したものである。
　「接着強度」は、基材となる炭化珪素炉材を４０×５０×１０tに切り出したのち、断面積が４０×１０となる部分に不定形耐火物を塗布し、基材同士を不定形耐火物厚み２mmとなるように接着させ、基材を接着させたサンプルを所定の温度で乾燥(１１０℃×２４hrs)・焼成後  (８００℃×３ｈrs)、図２に従い３点曲げ強度(接着強度)をＪＩＳ Ｒ２５５３に準拠して測定したものである。
　比較例１では、Ａｌ２Ｏ３含有量が不足し、ＳｉＯ２含有量が過剰となっている結果、溶融アルミに対する耐食性（表１における「耐アルミ性」）が、７００℃程度のアルミ溶湯の出し入れが頻繁に行われるアルミ溶湯用容器の目地締め用の用途として、不十分であった。また、Ｂ２Ｏ３含有量が不足している結果、焼結性が不足となり接着強度が前記用途として不十分であった。更に、アルミナファイバー含有量が不足し、モルタルの収縮性の低減（表１における「線収縮性」）が前記用途（７００℃程度のアルミ溶湯の出し入れが頻繁に行われ、アルミ溶湯の出し入れに伴う大きな温度変化（常温～１０００℃超）が繰り返し生じるアルミ溶湯用容器の目地締め用）として不十分であった。
　比較例２では、Ｂ２Ｏ３含有量が不足している結果、焼結性が不足となり接着強度が前記用途として不十分であった。更に、アルミナファイバー含有量が不足し、モルタルの収縮性の低減（表１における「線収縮性」）が前記用途として不十分であった。
　比較例３では、Ｂ２Ｏ３含有量が不足している結果、焼結性が不足となり接着強度が前記用途として不十分であった。
　比較例４では、アルミナファイバー含有量が不足し、モルタルの収縮性の低減（表１における「線収縮性」）が前記用途として不十分であった。
　比較例５では、ＳｉＯ２を含有していないため、焼結性が不足となり接着強度が前記用途として不十分であった。
　比較例６では、アルミナファイバー含有量が過剰となっている結果、施工性及び接着強度が低下し、前記用途として不十分であった。
　比較例７では、Ｂ２Ｏ３含有量が過剰となっている結果、ガラス化が促進され耐久性の観点で、前記用途として不十分であった。
　バインダーの有無によるモルタルの収縮性への影響を検討するため、実施例１～４ではバインダーを含有しないアルミナファイバーを使用し、実施例５～７では５質量％のバインダーを含有するアルミナファイバーを使用して検討をおこなったところ、双方、前記用途として十分なレベルでモルタルの収縮性の低減効果を得ることができたが、バインダーを含有しないアルミナファイバーを使用した場合、より顕著なモルタルの収縮性の低減効果を確認することができた。

Claims (3)

  1. 　Ａｌ２Ｏ３を８０～９８質量％、ＳｉＯ２を１～１８質量％、Ｂ２Ｏ３を０．１～６．０質量％、アルミナファイバーを０．０５～１．０質量％、各々含有することを特徴とするモルタル。
  2. 　該アルミナファイバーが、アルミナファイバー中のバインダー含有量を５質量％以下に抑制したものであることを特徴とする請求項１記載のモルタル。
  3. 　その他の成分として、粘土鉱物を含有することを特徴とする請求項１記載のモルタル。
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