JPH04130050A - 耐火材及びその製造法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明はアルミニウム及びアルミニウム合金（以下「ア
ルミニウム」と称す）等の溶湯用の炉。

樋及び湯溜まり等の装置の内張りに用いる耐火材及びそ
の製造法に関する。

［従来の技術］ 例えばアルミニウム溶湯を対象とした炉、樋及び湯溜ま
り等の装置の内張り用の材料としては、アルミナの含ま
れた定形または不定形耐火材が使用されているが、溶解
炉のような場合には、溶解に先立ってアルミニウム塊が
高所から炉内に投入され、溶解後各種溶製作業を施す間
、長時間溶湯と接触する。従って、このような溶湯と接
触する装置の内張り用の材料に要求される特性としては
、１０機械的強度が大きく、アルミニウム塊の落下衝撃
で割れないこと。

２、耐熱性及び耐スポーリング性を有すること。

３、気孔が小さく、溶湯の浸透がないこと。

４、溶融アルミニウムに対して耐食性があり、溶湯への
不純物の溶出がないこと などが挙げられる。

このような特性を有するものとしてアルミナ分を９８〜
９９％含有する耐火材が市販されている。

耐火材の緻密性（即ちかさ比重）と強度は、原料の特性
の他に、骨材の配合粒度、結合材の混合量、保形材添加
量並びに成形・焼成条件による。

従って、これらの製造条件を適切に選ぶ必要がある。即
ち、高アルミナ質の市販耐火材のかさ比重は３．００〜
３．２５ｇ／ｃｍ３の範囲に、また圧縮強度と曲げ強度
は、それぞれ７５０〜１９００ｋｇ／ｃｍ２と２００〜
３８０ｋｇ／ｃｍ２の範囲にあり、−射的にはかさ比重
３．１０　ｇ　７ｃｍ３．圧縮強度１２００　ｋｇ／　
ｃｍ２及び曲げ強度３００　ｋｇ／　ｃｍ２の耐火材が
使用されている。

しかしながら、市販されている耐火材を構成する骨材等
にはＰをＰ２Ｏ５として０．８〜１．２％。

ＮａをＮａ２Ｏとして０．２〜０．３％を含有する。

特にＰが多いのは結合材としてリン酸系の無機バインダ
ーを使用しているためと推定される。結合材として、ケ
イ酸系およびホウ酸系の無機バインダーを使用すること
もあるが、この場合には、焼成後、耐火材内にＳ　ｉ　
０２．　Ｂ２０Ｂが残留する。このようなＰ、Ｓｉおよ
びＢ等の化合物はアルミニウム溶湯と反応してＰ、　　
Ｓｉ、　　Ｂが溶湯中に溶出するので、溶湯が汚染され
るばかりでなく、耐火材の骨材間の結合力が弱まり強度
が低下する。

［発明が解決しようとする課題］ 発明者らは、リン酸系、ホウ酸系及びケイ酸系無機バイ
ンダーなどアルミニウム溶湯に侵食され易い結合材を使
用しないで、高いかさ比重と強度を持ち、しかもアルミ
ニウム溶湯に対して耐食性のある耐火材の研究を進め、
微粒アルミナ特にその中でも水酸化アルミニウムを焼成
した微粒アルミナは易焼結性に優れていることに着目し
、これを結合材として用いることによって実質的にアル
ミナ質のみからなる耐火材が得られ上述の問題点を解決
できることを見出し、その製造法について研究を進め、
本発明を完成した。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、溶融アルミナと水酸化アルミニウムを
焼成した微粒アルミナの焼成体であって、該焼成体のか
さ比重が３．０以上であることを特徴とする溶湯汚染の
少ない耐火材及びその製造法が提供される。

［作用］ 主含有成分であるアルミナを表示する場合、通常全体量
を１００％とし、不純物の分析値を合計したものを全体
量から差し引いた残量で表示されるが、本発明における
「アルミナ含有量」とは、アルミナ分として分析した量
である。

本発明の耐火材は骨材として溶融アルミナ、結合材とし
て水酸化アルミニウムを焼成した微粒アルミナを使用す
る。溶融アルミナは、アルミナまたはボーキサイトを電
気などのエネルギーを用いて溶融し、冷却後粉砕し粒度
を調整して得られる。

このようにして得られた幾つかの粒度区分を持つ溶融ア
ルミナを用意し、第１図に示す範囲内においてこれらを
適切に配合することによって成形後のかさ比重及び強度
を最も高くすることができる。

アルミナを溶融して得られる溶融アルミナは通常、アル
ミナの純度で９９％以上である。ボーキサイトを溶融し
て得られる溶融アルミナは、通常。

アルミナの純度で９５％以上、不純物としてＴｉＯ□を
１〜３％含有する。従って、アルミナからの溶融アルミ
ナを使用した場合は純度が良いので、溶湯を汚染するこ
とが殆どない。一方、ボーキサイトからの溶融アルミナ
は前者と比べて不純物が多いが、以下に説明するように
結合材として微粒アルミナを使用するので溶湯を汚染す
ることが殆どない。

即ち、微粒アルミナの混合量を骨材１００重量部に対し
て１０重量部以上含有させた場合は、成形体の骨材粒子
表面は微粒アルミナによって被覆され、それによって焼
成後溶湯が骨材と直接に接触することがなくなり溶湯の
汚染が少ないものと思われる。

ところで、結合材の微粒アルミナは水酸化アルミニウム
を焼成しアルミナ化したものである。このアルミナの純
度は９９％以上である。

溶融アルミナの粒度分布は、第１図に示すように、対数
目盛りの横軸を溶融アルミナ粒子径（ｍｍ）。

等間隔目盛りの縦軸を篩上（％）とした図面において、 点　Ａ：粒子径１０ｍｍ、篩上　０％ Ｂ：粒子径　４ｍｍ、篩上　０％ Ｃ：粒子径０　、１　ｍｍ、篩上　５０％Ｄ二粒子径０
．００１ｍｍ、篩上１００％Ｅ二粒子径０　、１　ｍｍ
、篩上１００％で囲まれた領域ＡＢＣＤＥ内に含まれ、
がつ直線ＡＢ上の１点と直殿ＤＥ上の１点を両端とする
直線または曲線に沿う粒度分布を有するように配合する
。以下にその理由を説明する。

上記図形の点Ａは粒子径１０ｍｍ、点Ｂは粒子径４ｍｍ
の点で、最大粒子径としては、４ｍｍから１０ｍｍの範
囲の骨材が適当である。最大絞が４ｍｍより小さいと成
形体の焼成時収縮してヒビ割れを発生し、また１０ｍｍ
より大きいと、製品強度が低下する傾向にある。次に、
点Ｅは粒子径０　、１　ｍｍ、点りはＯ，ＯＯｌｍｍ（
１μｍ）の点で、最小粒としては０　、１　ｍｍ以下に
する必要がある。これは粒子間隙を微粉で充填すること
により気孔を減らし耐火材の緻密性を高めるためであり
、最小粒が０　、１　ｍｍより大きいと十分に高いかさ
比重が得られない。また０、００１ｍｍの点りはその量
が僅かで、殆ど影響を及ぼさないので粒子径の下限とし
たものである。

また、点Ｃは粒子径０　、１　ｍｍ、篩上５０％の点で
、この点を規定した理由は、０　、１　ｍｍ以上の骨材
が骨材全体の５０％以上を占める必要があり、５０％以
下であると製品のかさ比重及び強度が十分に得られない
からである。好ましくは６０〜９０％である。

以上の骨材は全体を幾つかの粒度範囲に分けて、それら
を全体の粒度分布が前記ＡＢＣＤＥの領域内に含まれ直
線ＡＢ及び直線ＤＥを両端に持つ直線または曲線に沿う
ように配合することにより、最密充填が得られる。

結合材には水酸化アルミニウムを焼成して得られた易焼
結性の微粒アルミナを用いる。これは骨材のアルミナと
異なり、加熱により容易に融着して骨材同士を結合させ
る機能を持つと共に、一部は粒間を埋めるのに役立つ。

微粒アルミナの平均粒径は０．１μｍ〜１０μｍ１　好
ましくは０．５μｍ〜２μｍであって、０．１μｍ未満
では凝集により分散し難く取扱上不都合であり、１０μ
ｍを超えると焼成時に完全には融着せず、結合が不十分
となる場合があって、耐火材の強度を低下させる虞があ
る。成分はＡｌ２Ｏ３として９９％以上で、不純物が少
ないものが好ましい。

前記の溶融アルミナ１００重量部に対し、微粒アルミナ
１０〜７５重量部及び保形材０．１〜５重量部と水を加
えて混練し、成形する。溶融アルミナに対し微粒アルミ
ナが１０重量部未満では耐火材のかさ比重及び強度が低
く不十分であり、また７５重量部を超えると全体的に微
粉量が多い組成となり焼成時に収縮してヒビ割れを発生
してかさ比重及び強度が低下する傾向にある。

さらに、焼成前の成形品形状を保持するために保形材を
用いる。保形材は焼成によって消失するものであり、例
えば澱粉、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＭＣ（メ
チルセルロース）などが用いられる。混合割合は溶融ア
ルミナ１００重量部に対して０．１〜５重量部で、０．
１重量部未満では保形力が不足し、５重量部を超えると
焼成時に炭化物として気孔中に残存する虞れがある。使
用に当って保形材は濃度調整した水溶液として用いられ
る。

成形は常法に従って１００〜１０００ｋｇ／ｃｍ２で加
圧成形し、骨材間の充填を密にする。加重１００　ｋｇ
／　ｃｍ２以下では耐火材は充分ながさ比重が得られず
、また１　０００　ｋｇ／　ｃｍ２以上では骨材粒が破
壊される危険がある。このようにして得られた成形体を
十分に乾燥した後、１３００℃以上、好ましくは１３５
０℃〜１８００℃の温度で焼成する。

焼成温度が１３００℃未満では微粒アルミナの融着が不
十分な場合がある。また１８００℃以上では汎用の工業
炉は使用できず、黒鉛発熱体を用いた高価な特殊炉を用
いる必要がある。

本発明に係る耐火材においては、骨材及び結合材ともに
高純度のアルミナを使用し、アルミニウム溶湯の侵食に
対して十分な耐久性を確保し、また結合材に水酸化アル
ミニウムから得られた易焼結性の微粒アルミナを使用し
ているので、低い焼成温度でも十分な結合力が得られる
。

結合材の混合量が比較的多いので、微粒アルミナは骨材
を完全に被覆するとともに骨材粒子間にも充填され、耐
火材のかさ比重及び強度を向上させている。

［実施例］ 次に本発明を実施例及び比較例により具体的に説明する
。

ボーキサイトを原料として作られた溶融アルミナ骨材Ａ
、及びアルミナを原料として作られた溶融アルミナ骨材
Ａ２の各１００重量部に、水酸化アルミニウムを焼成し
て得られた微粒アルミナ結合材Ｂ、の平均粒径１．０μ
ｍのものを５０重量部混合して試料Ｎｏ、　１及び平均
粒径０，７μｍのものを３０重量部混合して試料Ｎｏ、
　２を作成した。Ｎｏ、　１及びＮｏ、　２の骨材の最
大粒は６ｒｎｍ及び８ｍｍで、また０、１ｍｍ以上の粒
子を８０％及び６５％含む。

試料Ｎｏ、　１及びＮｏ、　２に用いた骨材の粒度分布
を第１図に粒度分布１及び粒度分布２として示す。

比較例として粒度分布を変えた骨材Ａ２と試料Ｎｏ、　
２と同じ平均粒径の結合材Ｂ、とて試料Ｎｏ、　３とＮ
ｏ、　４を作成した。試料Ｎｏ、　３は最大粒径１４ｍ
ｍ、０゜１ｍｍ以上の粒子が８０％、Ｎｏ、４は最大粒
２　ｍｍ、最小粒０．２ｍｍ（従って０　、１　ｍｍ以
上の骨材が１００％）で、いずれも第１図に粒度分布３
及び粒度分布４として示される分布を持つ骨材を使用し
た。

試料Ｎｏ、　１及びＮｏ、　２は領域ＡＢＣＤＥ内に含
まれるが、試料Ｎｏ、　３及びＮｏ、　４は一部がこの
領域から外れている。

また、粒度分布１で示される骨材Ａ２と市販の結合材Ｂ
２（日本琺瑯釉薬（株）製フリット）を使用し試料Ｎｏ
、　５を作成した。なお、結合材Ｂ２の組成はＡｌ２Ｏ
３１１，２％、５ｉ０２３３．６％、ＣａＯ３，７％、
ＭｇＯ１８，６％、Ｂ２０，１７．７％。

Ｂａ０　１３−５％及びＮａ２Ｏ０，３％である。

これらの配合割合等をまとめて第１表に示す。

上記骨材と結合材を用い、保形材として澱粉を水に溶解
して２０％水溶液として用い、骨材１００重量部に対し
て５重量部添加した。

成形は、骨材、結合材および保形材をよく混合して、圧
カフ　５０　ｋｇ／　ｃｍ２の型込め法で行い、乾燥後
、電気炉を用いて約１４００℃で１時間焼成を行った。

（１）物性試験 焼成後の試料について、組成分析、かさ比重、圧縮強度
及び曲げ強度の測定を行った。また市販の耐火材２種類
（試料Ｎｏ、　６及びＮｏ、　７　）についても、同様
の測定を行った。結果を第１表に示す。

この結果、本発明は、かさ比重及び機械的強度ともに十
分な値を示しているのに対し、本発明条件から外れる試
料Ｎｏ、　３及びＮｏ、　４はかさ比重、圧縮強度及び
曲げ強度のいずれかにおいて低い値を示すことが判る。

（２）溶出試験 試料Ｎｏ、２（本発明材）及び試料Ｎｏ、　５　、Ｎｏ
、　６゜Ｎｏ、７（比較材）について、るつぼ法（耐火
材に５０φＸ５０ｍｍの穴を開け、この中にアルミニウ
ム溶湯を入れて、一定時間保持後、アルミニウム溶湯中
の不純物の増加量を測る）により、耐火材成分のメタル
への溶出量を測定した。アルミニウム溶湯としては９９
．９９％Ａ１とＡ１−４％Ｍｇ合金を使用し、８５０℃
で４８時間保持して試験を行った。結果を第２表に示す
。

この結果、本発明の耐火材はＳｉ、Ｂ、Ｐの溶出がない
ことが判る。また試料Ｎｏ、　５及び市販品Ｎｏ、　６
及びＮｏ、　７は結合材成分であるこれらの溶出が認め
られることが判る。

また、本発明材はるつぼの側壁が剥がれることなく、耐
スポーリング性のあることが判る。

４゜ ［発明の効果］ 本発明に係る耐火材はかさ比重及び強度に優れ、しかも
該耐火材をアルミニウム溶湯用炉材に使用した場合、溶
湯への微量不純物の溶出がなく、従って品質が安定する
。

さらに、耐スポーリング性があり、結合材が溶湯によっ
て侵食を受は難いので、長期間の使用が可能であり、工
業上その効果の大きい発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、粒子径（対数目盛り）−篩上３図における本
発明に係る溶融アルミナ骨材の粒度分布の適用領域を示
す図面である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．溶融アルミナと水酸化アルミニウムを焼成した微粒
   アルミナの焼成体であって、該焼成体のかさ比重が３．
   ０以上であることを特徴とする溶湯汚染の少ない耐火材
   。
2. ２．溶融アルミナが、対数目盛りの横軸を溶融アルミナ
   粒子径（ｍｍ），等間隔目盛りの縦軸を篩上（％）とし
   た第１図に示す図面において、 点Ａ：粒子径１０ｍｍ，篩上０％ Ｂ：粒子径４ｍｍ，篩上０％ Ｃ：粒子径０．１ｍｍ，篩上５０％ Ｄ：粒子径０．００１ｍｍ，篩上１００％ Ｅ：粒子径０．１ｍｍ，篩上１００％ で囲まれた領域ＡＢＣＤＥ内に含まれ、かつ直線ＡＢ上
   の１点と直線ＤＥ上の１点を両端とする直線または曲線
   に沿う粒度分布を有するものであって、該溶融アルミナ
   １００重量部に対し、水酸化アルミニウムを焼成した平
   均粒径０．１〜１０μｍの微粒アルミナ１０〜７５重量
   部を保形材及び水とともに混練し、成形後１３００℃以
   上の温度で焼成することを特徴とする請求項１記載の耐
   火材の製造法。