JPH0383856A - 高温炉用ジルコニア質ライニング材 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は高温炉の耐火ライニング材、より詳細には、
ジルコニア質中空ライニング材及び中空部にＺ　ｒ　０
２フアイバー、耐火中空球、Ｚ　ｒ　Ｏ２フアイバーボ
ードを充填したライニング材に関する。

（従来の技術） ジルコニアＺ　ｒ　Ｏ２は、約２７１５°Ｃという高融
点をもち、熱伝導性が非常に低く、高温において低い電
気抵抗度を、低温において高い電気抵抗度を有し、化学
的安定性に優れて塩基性及び酸性鉱滓に虞れず、揮発性
か低（、更にモース硬度が７以上であることなど他のセ
ラミックスにない優れた特性を有している。

これらの特性を活かしてジルコニアが、研磨、研削材、
電子材料、陶磁器用顔料、ガラス添加剤、センサー用材
料などの用途の他、耐火成形物に使用されている。

一般に高温用の電気炉では最近省エネルギーの見地から
Ａ　Ｉ　２０　ａ質ファイバーボードが使われているが
、その耐熱温度通常１７００℃であり１８００℃をこえ
るような場合は塩基性煉瓦やジルコニア煉瓦を使わざる
を得ない。これらの煉瓦は炉の熱容量を大きくし、昇温
に多くのエネルギーを必要とし、又熱スポーリングに弱
く、急激な昇降温は不可能である。又ジルコニアファイ
バーボードではジルコニア本来の熱間クリープ性のため
にあまり長尺物の天井板はむづかしい。

かくて本発明は１８００℃を超える高温で使用でき煉瓦
のような大きな熱容量をもたず、且つ熱スポーリングに
強い、断熱性ライニング材料を堤供することを目的とす
るものである。

本発明者はさきにジルコニアファイバー成形体とジルコ
ニア質複合耐火物について特許出願した（特開昭６２−
２６０７８０号公報と同６３−２９７２８７号公報）が
、そこで得られたジルコニア質材料を改良して用いるこ
とによって上記目的を良好に達威しうろことを見出して
本発明に至ったものである。

〔発明の概要〕

かくて本発明はジルコニアファイバーとジルコニア粉末
とから構成され、その嵩比重が２．５〜５．０である表
皮層を有し、内部が中空である高温炉用ジルコニア質ラ
イニング材を提供するものである。

本発明は又ジルコニアファイバーとジルコニア粉末とか
ら構成され、その嵩比重が２．５〜５．０である表皮層
を有し、内部が全部又は一部ジルコニアファイバー、耐
火中空球及びジルコニアファイバーボードからなる充填
剤のいずれか一種又は数種で充填されている、高温炉用
ジルコニア質ライニング材を提供するものである。

〔発明の詳細な説明〕

以下、本発明について詳しく説明する。

本発明のライニング材の表皮層はジルコニアファイバー
とジルコニア粉末とから構成されるものであり、その嵩
比重は２．５〜５．０の範囲である。

ジルコニアファイバーとしては純ジルコニアファイバー
の外に各種安定化剤で安定化されたジルコニアファイバ
ー、たとえばライム安定化ジルコニアファイバー、マグ
ネシア添加ジルコニアファイバー、イツトリア安定化ジ
ルコニアファイバーなどを用いることができる。この中
ではイツトリア安定化ジルコニアファイバーが好んで用
いられる。その繊維長及び繊維径は各々たとえば０．　
１〜５０＋ｎ＋＊と０．１〜２．０μｍの範囲のもので
ある。

このジルコニアファイバーは、種々の方法により製造す
ることができ、たとえばジルコニウム塩の水溶液を出発
原料（紡糸液）としてこれを繊維化して、繊維前駆体（
プリカーサ−）を形成し、繊維前駆体を高温で焼成して
製造することができ、ジルコニア耐火物の用途、形状な
どに応じて適宜選択することができる。

ジルコニア粉末は化学式Ｚ　ｒ　Ｏ２を有する酸化ジル
コニウムから本質的になるものであり、この他目的に応
じて炭酸ジルコニウム、水酸化ジルコニウム化合物やそ
れらに酸化物Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ１ＣａＯなどの安定化剤
を添加したものも含まれる。

このジルコニア粉末の粒度は特に制限されないが、通常
０．１〜１０００μｍ１好ましくは０．５〜５μｍの範
囲のものが用いられ、一定粒度のもののみを用いてもよ
く又粗いものと細かいものなど別異の粒度のものを混合
して用いることもできる。

ジルコニアファイバーとジルコニア粉末の混合割合はジ
ルコニア粉末１００重量部に対しジルコニアファイバー
を５〜２００重量部、好ましくは１０〜１００重量部の
範囲である。

これら両者の外に各種添加剤、たとえばバインダー、多
孔化剤、界面活性剤、分散剤、凝集剤を添加することが
できる。バインダーとしてはたとえばポリエチレンオキ
シド等の合成高分子、メチルセルロースなどのセルロー
ス誘導体、デンプン又はその誘導体、ペクチンなどの動
植物性粘質物の外にジルコニアゾル、ジルコニウム塩水
溶液を用いることができる。このジルコニアゾルとジル
コニウム塩水溶液はジルコニアファイバーとジルコニア
粉末合計量１００重量部に対して２〜３０重量部の範囲
用いるのが好ましい。

又多孔化剤は成形物の軽量化をはかるためで、たとえば
発泡スチロールビーズなどのＨ機球や各種繊維が上記合
計量１００部に対して５〜１００重量部用いることがで
きる。

このように、ジルコニアファイバーとジルコニア粉末に
必要に応じて加える各種添加剤を加えよく混練したのち
内部に中空部を有する表皮層を形成するように適宜形状
に成形し、焼成する。通沼厚みは２〜１０ｍｍの範囲で
ある。その形状については後で説明するが、成形には鋳
込み、一方向プレス、アイソスタチックプレス、押出し
などの各種方法を用いることができるが、オーガーマシ
ンによる押出し成形が能率的である。焼成温度は１８０
０〜２２００℃が好ましく、１８００℃未満では使用時
変形を生じ、２２００℃を超えると、過焼結となり焼成
時の変形を生じ易くなる。

表皮層は自身の重さや上部ライニング材の荷重に耐え、
特に熱間のクリープ変形を実用上問題のない範囲に抑制
させるためにある程度の密度が必要である。発明者等は
種々の実験より木材としては高化！１２　、　５〜５　
、　０　ｇ　／　ＣＩＩＫの複合材が適することを見き
わめた。しかしもしこの材質で中空でない棒材や平板を
作り、ライニングすると断熱性の面で不満足な状態とな
る。

成形材の断面積に対する中空部の面積はライニングの部
位によって変えることができる。たとえば、天井板では
軽量化の観点より中空部面積早を５０〜７０％程度にし
、側壁下部や床材ではＲ重による変形を抑えるために５
０％以下にするとよいようである。

このようにして、得られた本発明のライニング材は通常
のワークライニングのみならず、予熱ヒーターを持った
二重構造炉、たとえばＺ　ｒ　０２発熱体を使った高温
用電気炉の内外炉の隔壁にも使用することができる。

隔壁の場合には通常のワークライニング以上に適度な熱
伝導率を有することが必要であり、なるべく厚みのうす
い丈夫な壁にすることによって炉をコンパクトにするこ
とが可能となり、水利の適用が有利である。

このような表皮層を有し、内部が中空なライニング材は
そのままで上記のように使用することができるが、また
その中空部をジルコニアファイバ、耐火中空球とジルコ
ニアファイバーボードからなる充填剤のいずれか一つ又
は数種で充填することによって断熱性を向上させたライ
ニング材を得ることができる。その際ファイバーのつめ
方や中空球の粘度を調整することによって充填密度を調
整することができる。

ここに用いるジルコニアファイバーは前述のとおりのも
のであり、この場合充填密度は２．０以下にすることが
必要である。２．０を超えると自重により変形するおそ
れがある。

耐火中空球としては、ＺｒＯ２、ＭｇＯ１Ｙ２０３、Ｃ
ｅＯ等の酸化物の中空球であり融点が２０００℃以上の
ものを使用することができる。

但し充填密度２．０以下であることが必要である。

これらの中空球の大きさは１〜１０ｍｍ、厚さは０．０
１〜０．２關、比重は０．２〜１．５の範囲であり、通
常次のようにしてつくられる。

例えば数ｌｌ１ｍの直径を有する発泡スチロール球の如
き球状の可燃性物質を芯材とし、これにポリビニルアル
コール水溶液等のバインダーを介してジルコニア、マグ
ネシア等の耐火性物質の粉末を付着させて上記芯材表面
に耐火性物質粉末を被覆し、次にこれを高温に加熱焼成
して、上記芯材を熱分解して中空化して耐火中空球とす
る。

次にジルコニアファイバーボードは通常上述のようなジ
ルコニアファイバーとその結晶安定化剤又は加熱により
この結晶安定化剤になる前駆体からなる結合剤を水やア
ルコール等に懸濁せしめ、その懸濁液から抄造成形して
板状成形体を形成し、乾燥し、焼成してつくられる。

その結合剤はマグネシウム、イツトリウム、カルシウム
、サマリウム、カドミウム、ランタン、及びネオジムの
酸化物、炭酸塩、塩基性炭酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、
硝酸塩、塩化物、及び硫酸塩から選ばれた少なくとも１
種の結晶安定化剤又はその前駆体である。その結合剤は
、通常０．　１８ｍ〜０．３ｍｍの粒度を持っている。

このようなジルコニアファイバー、耐火中空球とジルコ
ニアファイバーボードからなる充填剤を一種又は数種前
述の如く成形された表皮層内部の中空部の全部又は一部
に充填する。その例を図面第１〜７図に示す。第１図は
円筒状に形成されており、外周及び内周の表皮層１，１
′の間に上記の如き充填剤２を充填する。内周表皮層１
′の西部３は中空のままである。従って外周表皮層］か
らみるとその内部の一部が充填された形になっている。

第２図は長方形、第３図は凸の字状、第４図は日の字状
、ｉ５図は台形状の夫々断面をＨする柱状をなしており
、夫々表皮層１の内部はすべて充填剤２で充填されてい
る例を示している。第６図は円板を垂直方向に三等分に
切断された形をなして長方形の断面を有しており、表皮
層１の内部は充填剤２で充填されている例を示している
。

第７図は第１図に示すライニング材を使用したジルコニ
ア発熱体使用高温炉を示すものであり、図において４は
ジルコニア発熱体を示す。

（実施例） 以下に実施例と比較例と、それらについて試験を行なっ
て得られた結果を示す。勿論、本発明がこの実施例に限
定されるべきではない。

実施例１ （ａ）　　平均径１〜０．３ｍｍのイツトリア安定化ジ
ルコニア粉末（７２０３７％、Ｚ　ｒ　０２９　’３％
）５０重量部、−０，３ｍ１ｍのイツトリア安定化ジル
コニア粉末５Ｏｆｆｉ量部、平均径５μ、甲、ｊ′−Ｉ
長２０〜３０ｍ／ｍのイツトリア安定化ジルコニアファ
イバー（品用白煉瓦社製）１００重量部、メチルセルロ
ース５重量部、水７０重量部を添加配合し、押出し成形
機にて第２図−１の如き２５×５０ａｉ１１４ｍ１ｍ肉
厚の中空角パイプ状に成形し、１００℃にて２時間乾燥
後、１８００℃で焼成した。得られたパイプの嵩比重は
３．５てあった。

このパイプをそのまま使用した場合の結果を第１表に示
した。

（ｂ）　　このパイプの中に殻の厚さ０．２ｍ／ｍ。

粒径１　ｔａ／ｍ充填嵩比１高化のジルコニア中空球を
充填した。

（Ｃ）　　パイプ中へイツトリア安定化ジルコニアファ
イバー（径、長さは上記と同一）を押し込み充填し嵩比
重を１．５となるよう話め込んだ。

（ｄ）　　パイプの中に前記特開昭６２−２６０７８０
号公報の実施例１に従ってつくられた嵩比重１．５のジ
ルコニアファイバーボードをはめ込んだ。

（ｅ）　　これらを炉内の温度が１８００℃の電気炉（
発熱体；二珪化モリブデン）及び２０００℃の電気炉（
発熱体二品用白煉瓦社製ジルコニア発熱体）内壁にライ
ニングしその耐用性を調査し、結果を第１表に示した。

比較例１ 実施例１の角パイプを中空状では無く中実状（角柱状）
に成形し、嵩比重を同一にした。

又、角柱状で嵩比重を２．０にした。

結果を第１表に示した。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ジルコニアファイバーとジルコニアか
ら構成され、その嵩比重が２．５〜５．０である表皮層
を有し、内部が中空であるジルコニア質ライニング材、
或はその内部の全部又は一部がジルコニアファイバー、
耐火中空球、ジルコニアファイバーボードからなる充填
剤で先駆されているジルコニア質ライニング材は、良好
な熱スポーリング性を有し、高温炉の天井板に用いても
よく長期の使用に耐え高温炉用ライニング材として誠に
適当であることが明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１〜６図は本発明ライニング材の実施例の断面を示す
斜視図、第７図は本発明のライニング材を使用した１例
としてのジルコニア発熱体使用高温炉を示す説明図であ
る。 １．１′・・・表皮層、２・・・充填剤、３・・・中空
部分、４・・・ジルコニア発熱体。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．ジルコニアファイバーとジルコニア粉末とから構成
   され、その嵩比重が２．５〜５．０である表皮層を有し
   、内部が中空である高温炉用ジルコニア質ライニング材
   。
2. ２．ジルコニアファイバーとジルコニア粉末とから構成
   され、その嵩比重が２．５〜５．０である表皮層を有し
   、内部が全部又は一部ジルコニアファイバー、耐火中空
   球及びジルコニアファイバーボードからなる充填剤のい
   ずれか一種又は数種で充填されている、高温炉用ジルコ
   ニア質ライニング材。