JPH038756A

JPH038756A - 耐火性物体及びその作製方法

Info

Publication number: JPH038756A
Application number: JP2068562A
Authority: JP
Inventors: Anthony K Butkus; アンソニー　ケイ．バトゥクス; Scott D Martin; スコット　ディー．マーティン
Original assignee: Norton Co
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1989-03-22
Filing date: 1990-03-20
Publication date: 1991-01-16
Also published as: EP0388966A3; US5010046A; CN1047485A; EP0388966A2

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〕本発明は、腐食性のケイ質物質の存在する環境で使用す
ることのできる耐火性物体に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題］耐火材
料は、熱せられた場合に一般に物理的強度を維持しそし
て熱を保持する特性が高いことから、それらを高温環境
で用いることはよくあることである。大抵のプロセス環
境では、それらはプロセスにより発生する化学物質から
容認できない程度の腐食を被ることはない。ところが、
石炭又はコークスを燃焼させそしてスラグが発生する場
合には、特別の事情が存在する。別のそのような状況が
、ケイ質化合物が存在しているガラス炉のライニングと
して耐火物を使用する際に存在する。

これらの、スラグのような発生物質又はケイ質化合物は
、大抵の耐火性物体に浸透しそしてそれらを腐食しかね
ない。そのような環境で使用するために開発された耐火
物の一つは、フレーザー（Ｆｒａｓｅｒ）の米国特許第
４５４４６４３号明細書に記載されたように、共溶融ク
ロミア−アルミナを必要とする。もう一つのモードル（
Ｍｏｒｔｌ）の米国特許第４３６６２５６号明細書は、
酸化マグネシウムで結合された亜クロム酸マグネシウム
を耐火物として使用することを記載する。このタイプの
耐火物には、詳しく言うとそれらはケイ質物質により攻
撃されるので、欠点がある。同様に、ハートライン（Ｈ
ａｒ　ｔ　Ｉ　１ｎｅ）の米国特許第４４３５５１４号
明細書は、その場で生成されるクロミア−マグネシア結
合剤によって結合された共溶融クロミア−マグネシア粒
子の利用を教示し、その一方で、ウォッシュバーン（Ｗ
ａｓｈｂｕｒｎ）の米国特許第４４８３９３２号明細書
は、亜クロム酸マグネシウム粒子とクロミア及びマグネ
シア結合剤とを使用して石炭スラグ環境の熱電対を保護
することを記載する。従来技術のそのような耐火物は、
ケイ質物質と接触すると浸出又は化学反応のために劣化
する。従来技術にあって経験されるこれら及びそのほか
の難点は、本発明により新しいやり方で除去された。

従って、融解したケイ質物質の存在下においてゆゆしく
劣化することのない耐火性物体を提供することが、本発
明の顕著な目的である。

この発明のもう一つの目的は、シリカの存在する高温炉
において使用することのできる耐火性物体を提供するこ
とである。

この発明の更に別の目的は、本質的に単純であり、製造
費用がかからず、そして実用寿命の長い耐火性物体を提
供することである。

［課題を解決するための手段、実施例及び作用効果〕 −ｉ的に言えば、本発明は、通常の耐火物にとっては腐
食性である融解したケイ質物質及び他の物質が存在して
いる環境において使用するための耐火性物体からなる。

この物体は、密に充填された溶融クロミア−マグネシア
の粒子から構成される。この密な充填は、３．５メツシ
ュから８０メツシュまでの好ましい粒度範囲を使用し、
そしてこの範囲に交わる調製された粒度分布を使用する
ことにより達成される。少なくとも３ｏメツシュという
上限が、適切な分布のために必要とされる。この分布は
、ファンク・アンド・ファンク・オブ・アルフレッド・
ユニバージティーのデインジャー（Ｄｉｎｇｅｒ）博士
によりＦｉｎｅ　Ｐａｒｔｉｃｌｅ　５ｏｃｉｅｔｙ４
月号第１２〜１４頁（１９８２）に提示された情報をも
とにするコンピュータモデリングにより導き出される。

この論文では、有用な式が主要な粒子充填理論のうちの
二つから開発されており、そしてそれらに関連づけられ
ている。

この式は、アルフレッド（Ａｌｆｒｅｄ）分布として知
られ、次のように表される。

ＣＰＦＴ　　　　Ｄ’−Ｄｓ’ １００　　　　ＤＬ’−Ｄｓ’ 上式中の記号の意味は下記のとおりである。

ＣＰＦＴ−それより細かいものの累積百分率Ｄｓ＝分布
中の最小粒度ＤＬ＝分布中の最大粒度Ｄ−Ｄｓ及びＤＬ間の分布中の任意の粒度ｎ−アンドレ
アソン（Ａｎｄｒｅａｓｓｏｎ）理論及びアルフレッド
理論における分布係数（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｍｏ
ｄｕｌｕｓ）この場合、コンピュータモデリングから、分布係数ｎが
０．３７である場合に粒子の連続アルフレッド分布の最
適充填が起こることが確定された。最良の粒子充填のた
めには、この発明で使用されるように、０．５と０．３
３の間の分布係数を示すクロミアマグネシア粒子が利用
された。

これは、事実上、粒子充填により密に充填されるため理
論密度の７８％又はそれより良好な密度が達成され且つ
結果として生じる多孔度が１６％より低いクロミア−マ
グネシア物体を作り出した。気孔は、−様に小さく、１
００〜０．４屑の範囲であって、好ましい気孔径は平均
で２．５廁である。

初めから３２５メツシュよりも細かい結合媒体は、平均
粒度３声の酸化第ニクロムから構成される。

この細かい酸化第二クロ′ムは、焼結して、ケイ質環境
による攻撃に耐える結合を形成する。従来技術の耐火性
物体は、時にはハートラインの米国特許第４４３５５１
４号明細書に記載されるようにその場で生成される、細
かいクロミア−マグネシアから形成された結合を有する
。マグネシアは、高温ではシリカ、アルミナ及びカルシ
アに対する化学親和力を有する。その結果生じる、その
ような高温の腐食環境にさらされる間の細かいクロミア
−マグネシア粒子からのマグネシアの浸出は、結合を弱
くする。細かい酸化第ニクロムの結合剤を用意すること
で、結合を劣化させるマグネシアを供給しない。

本発明の耐火性物体は、油圧プレスすることにより成形
することができる。製造費をより安くするのに役立つ新
規なアプローチでは、耐火性物体を型へ振動鋳込みする
（ｖ　１ｂｒｏｃａｓ　ｔ）ことができる。

型は、水を吸収するタイプ又は吸収しないタイプのもの
でよい。

耐火性物体は、典型的には、約３．５メッシュから約８
０メツシュまで（米国標準篩）の粒度す布の共溶融クロ
ミア−マグネシアから作られ、常温圧縮（又は振動鋳込
み）及び焼成後に高いクロミアマグネシア密度（約３．
８８ｇ／ｃｃ）を獲得する。

好ましくは、耐火性物体は、３．５メツシュを通過し６
メツシュを通過しない粒度のクロミア−マグネシア約１
８〜２３％（重量）、６メツシュを通過するが４５メツ
シュを通過しない粒度のクロミア−マグネシア約２５〜
３０％、４５メツシュを通過するが８０メツシュを通過
しない粒度のクロミア−マグネシア約１２〜１７％から
作製され、そして酸化クロムが約２０％から約４０％ま
での量で存在する。

次に、好ましい態様を説明する。

本発明の第一の好ましい態様では、組成物を常温圧縮し
、次いで焼成する。配合表は次のとおりである。

１１ノ針−丸ｙ」クロミア−マグネシア（−３，５＋６）　　　　　　２
３クロミア−マグネシア（−６＋４５）　　　　　　　
３０クロミア−マグネシア（−４５＋８０）　　　　　
　　１７アルミナ　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　１酸化クロム（Ｊ５３１０）　　　　　　　　　　
　　　　　２９スウイフト（Ｓｉｍｉｆｔ’ｓ）コロイ
ド（獣膠）　　　　　４アルミナは、アルミニウム・カ
ンパニー・オブ・アメリカ社製のグレードＡ１５５Ｇで
あって、「超粉砕されている」と評価される。

酸化クロム（Ｊ５３１０）は、極めて微細なダスト（８
００メツシュより小さい）である。

こうして作られた耐火性物体の性質は、次のとおりであ
ることが分った。すなわち、英国系単位で示せば、密度　　ＭＯＥ　　室温ＭＯＲ２６４２”Ｆ間Ｒ旦し４
匹Ｕ　馳１σ　　馳Ｍ　　　　　馳互ユ２４２．２　　
１３ｘｌＯ”　　　２，９００　　　　２．４０７メー
トル法で示せば、密度　　ＭＯＥ　　室温Ｍ　ＯＲ１４５０°Ｃ？ＩＯＲ
立し４蛇Ｆ　μＰａ）　　　（ＭＰａ）　　　　套力σ
低温圧潰強さ −Ｑ互Ω− １２，０００低温圧潰強さ２凡σ ３．８８　　　　９０　　　　　　２０（３，８５）　
　　　（６０）　　　　　　（９）１６．６　　　　　
８２．７（４０）強さは圧縮強さと同様である。かっこ内の数値は、ＲＡ
ＤＥＸブランドで市販される通常の商業的に入手可能な
耐火物であってクロミア−マグネシア結合剤で結合され
たクロミア−マグネシア粒子からなるものの場合の比較
値を示す。

本発明の別の態様は、面倒な形状が必要とされる場合に
振動鋳込みにより成形するのに適している。振動鋳込み
の配合表は下記のとおりである。

（−３，５＋６）（−６＋４５）（−４５＋　８０　）（−８０）クロミア−マグネシアクロミア−マグネシアクロミア−マグネシアクロミア−マグネシア酸化クロム（Ｊ５３１０）ダーバン（Ｄａｒｖａｎ）８１１−Ｄ（解膠剤）水亘」し±二」Ｓ会ト１８．００２５．００１２．００１５．００３０．０００．１５４．３０混合物のｐ＋＋は、振動鋳込みの前に１０〜１１に調整
される。酸化クロム（Ｊ５３１０）は、極めて微細なダ
スト（８００メツシュより小さい）である。ダーバンブ
ランドの解膠剤は、Ｒ，Ｔ、バンダービルト社（Ｒ，Ｔ
、Ｖａｎｄｅｒｂｉｌｔ　Ｃｏｍｐａｎｙ、　Ｉｎｃ、
）より市販されるナトリウム系「アクリル酸共重合体」
である。

上記の混合物は、振動下において自由に流動するチキソ
トロープ混合物を形成するので、振動鋳込みによって複
雑な耐火性物体を成形するのに理想的に適している。

本発明の耐火性物体の第一の好ましい態様の油圧プレス
された試料を、人工的なウェスタンタイブのスラグを使
って１５５９°Ｃで６時間のドリップスラグ試験にかけ
た。その結果、シリカが３７１６インチ（４，７６ｍｍ
）の深さに侵入し、表面の浸食は少しもなかった。表面
浸食のない理由は、酸化第ニクロム結合剤は比較的化学
的に不活性であって、それゆえにスラグ成分と結合しな
いからである。

比較のために、全粒子の７０重量％の溶融アルミナ（大
きさは、５０％がＩＯＦ、１０％が９０Ｆ、そして１０
％が３２５Ｆ）と、全粒子の２０重量％の微細なアルミ
ナ（大きさＡ１７ＳＧ）及び全粒子の１０重量％の微細
なクロミアである結合剤とから構成された耐火性物体を
、１５５０°Ｃで６時間の同じスラグのドリップスラグ
試験にかけたところ、幅１インチ（２５，４ｍ［１１）
、長さ４．２５インチ（１０８ｍｍ）　、Ｅさｌ／１６
インチ（１，６皿）の表面浸食が発生した。シリカの浸
入は、浸食された表面から更に５ノ１６インチ（７，９
ｍ＋＋＋　）まで達した。

約３．５メツシュから約８０メツシュまでの比較的均一
な分布の共溶融クロミア−マグネシア粒子で耐火性の物
体の成形を始めることによって、高密度の充填を達成す
ることができる。最終生成物は３．７〜４．２ｇ／ｃｃ
の密度を有する。それゆえに、気孔空間は非常に小さく
且つ最小限度になる。最終生成物は、理論密度の８４％
より密度が高いか又はこれに等しく、約１３％は開放の
気孔でありそして約３％は閉じた気孔である。もっと具
体的に言うと、平均の気孔径は９−以下でなければなら
ず、気孔の合計の１０体積％以下は２０廂より大きな径
であってもよい。例えば、好ましい態様では、平均の気
孔径は５．０　！！ｍであり、そして径の上限は１０〇
−である。

比較的均一な粒度分布のクロミア−マグネシアから耐火
性物体を作製すると結果として非常に小さな気孔を有す
る物体が得られる、ということが分っている。気孔の大
きさが小さいことは、腐食性環境の化合物が物体に入り
込んで劣化を引き起こす能力を制限するように思われる
。一定の状況では、それは物体を保護するのに十分であ
る。

とは言うものの、多くの情況においては、腐食性化合物
はクロミア及びマグネシアから構成された結合剤で結合
された通常のクロミア−マグネシア粒子を使用する物体
の破壊をなおも引き起こす、ということが分っている。

非常に細かいく１００メツシュより小さい）クロミア−
マグネシア粒子を最小限にしそして結合物質として実質
的な全体に極めて微細なく４００メツシュより小さく、
好ましくは８００メツシュより小さい）クロミアを用い
ることによって、耐腐食性（物理的強度及び破壊抵抗の
保持）を大いに増加させることができる、ということが
分った。

極めて微細なクロミアは十分に反応性であるため、それ
だけで（マグネシアのような共結合剤なしに）結合剤と
して働くことができる。この純粋クロミア結合剤は比較
的耐腐食性であり、結合剤におけるこの追加の耐腐食性
は、物体自体の総体的な耐腐食性を有意に増加させる。

最後に、約８０メツシュよりも細かいクロミア−マグネ
シア粒子を意図的に避けることは、物体に追加の耐腐食
性を付は加える。クロミア−マグネシア粒子の最小の大
きさとクロミア結合剤の大きさとのこの大きな隔たりに
は、二つの有益な効果がある。第一には、１００メツシ
ュより小さいクロミア−マグネシア粒子の低下した耐腐
食性は、物体の構造中に存在しているそれらをして物体
の耐腐食性を低下させる。このように、それらの存在す
ることは避けられるべきである。第二には、１００メツ
シュより大きいクロミア−マグネシア粒子の反応性は、
極めて細かいクロミアに比べて十分に低く、このためク
ロミア−マグネシア粒子は結合プロセスの不活性成分で
ある。こうして、結合するという比較的純粋なクロミア
の側面と結合剤及び結果として得られる物体の耐腐食性
とが維持される。

ここに開示された本発明の例示された態様は最初に述べ
た目的及び利点を果すよう４こ適切に計算されているこ
とは明らかであろうけれども、本発明は特許請求の範囲
に記載された本発明の精神及び範囲内で変更、改変及び
変化を受けることが可能であることを理解すべきである
。

このように本発明を説明してきたけれども、新規である
と主張され且つ特許証による保証が求められるのは、特
許請求の範囲に記載されているものである。

Claims

【特許請求の範囲】

１．下記（ａ）〜（ｄ）の成分を含んでなる初期混合物
を焼成して作られた、ケイ質化合物が存在している腐食
性環境において使用するための耐火性物体。（ａ）３．５メッシュを通過し６メッシュを通過しない
粒度のクロミア−マグネシア約１８〜２３％（ｂ）６メ
ッシュを通過するが４５メッシュを通過しない粒度のク
ロミア−マグネシア約２５〜３０％（ｃ）４５メッシュ
を通過するが８０メッシュを通過しないクロミア−マグ
ネシア約１２〜１７％（ｄ）微細なクロミア
２．アルミナが約１％に等しい量で存在している、請求
項１記載の耐火性物体。
３．酸化クロムが約２０重量％から約４０重量％までの
量で存在している、請求項１記載の耐火性物体。
４．スウィフトコロイド（Ｓｗｉｆｔ’ｓ　ｃｏｌｌｏ
ｉｄ）が約４％に等しい量で初めに存在している、請求
項１記載の耐火性物体。
５．８０メッシュをそのまま通過する粒度のクロミア−
マグネシアが約１５％に等しい量で存在している、請求
項１記載の耐火性物体。
６．クロミアが約３０％に等しい量で存在している、請
求項５記載の耐火性物体。
７．解膠剤が約０．１５％に等しい量で初めに存在し、
またｐＨを約１０〜１１に調整した水が約４％に等しい
量で初めに存在している、請求項５記載の耐火性物体。
８．下記（ａ）〜（ｅ）の成分を含んでなる、ケイ質化
合物が存在している環境において使用するための耐火性
物体。（ａ）−３．５＋６粒度のクロミア−マグネシア約２３
％（ｂ）−６＋４５粒度のクロミア−マグネシア約３０％（ｃ）−４５＋８０粒度のクロミア−マグネシア約１７
％（ｄ）酸化クロム約２９％（ｅ）アルミナ約１％
９．下記（ａ）〜（ｅ）の成分を含んでなる、ケイ質化
合物が存在している環境において使用するための耐火性
物体。（ａ）−３．５＋６粒度のクロミア−マグネシア約１８
％（ｂ）−６＋４５粒度のクロミア−マグネシア約２５％（ｃ）−４５＋８０粒度のクロミア−マグネシア約１２
％（ｄ）−８０粒度のクロミア−マグネシア約１５％（ｅ
）酸化クロム約３０％
１０．比較的均一な粒度分布の約３．５メッシュから約
８０メッシュまでの溶融クロミア−マグネシア粒子であ
って分布係数（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｍｏｄｕｌ
ｕｓ）が０．５〜０．３３であるものと、２００メッシ
ュよりも小さいクロミア結合剤とから作られている物体
であって、密度が理論密度の７８％以上であり、平均の
気孔径が９μ以下であり、そして径が１００μｍより大
きい気孔が全体の１％以下である、腐食性のケイ質化合
物が存在している環境において使用するための耐火性物
体。
１１．溶融クロミア−マグネシア粒子及び実質的に純粋
なクロミア結合剤から作られている、腐食性化合物が存
在している環境において使用するための耐火性物体。
１２．初めのクロミアのうちの実質的な部分が８００メ
ッシュより細かい、請求項１１記載の耐火性物体。
１３．初めのクロミア−マグネシアに１００メッシュよ
り細かい粒子が実質的に存在しない、請求項１１記載の
耐火性物体。
１４．前記粒子の初めの分布係数が０．５〜０．３３で
ある、請求項１１記載の耐火性物体。
１５．下記（ａ）及び（ｂ）の工程を含む、耐火性物体
の作製方法。（ａ）クロミア−マグネシア粒子と実質的に純粋なクロ
ミアの結合剤との初期混合物を調製する工程（ｂ）上記混合物を焼成して結合剤に粒子を一緒に結合
させる工程
１６．比較的均一な粒度分布の少なくとも３０メッシュ
から約８０メッシュまでの溶融クロミア−マグネシア粒
子であって分布係数が０．５〜０．３３であるものと、
２００メッシュよりも小さいクロミア結合剤とから作ら
れている物体であって、密度が理論密度の７８％以上で
あり、平均の気孔径が９μ以下であり、そして径が１０
０μｍより大きい気孔が全体の１％以下である、腐食性
のケイ質化合物が存在している環境において使用するた
めの耐火性物体。