JPH0519502B2 - - Google Patents

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ZrO₂フアイバー、耐火中空球、ZrO₂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ZrO₂は、約2715℃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
濡れず、揮発性が低く、更にモース硬度が７以上
であることなど他のセラミツ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Al₂O₃質フア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。又ジルコニアフア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提供す
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アイバー成形体
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
用いることによつて上記目的を良好に達成しうる
ことを見出して本発明に至つたものである。 〔発明の概要〕 かくて本発明はジルコニアフアイバーとジルコ
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ア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
フアイバー、耐火中空球及びジルコニアフアイバ
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。 〔発明の具体的説明〕 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
ア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。 ジルコニアフアイバーとしては純ジルコニアフ
アイバーの外に各種安定化剤で安定化されたジル
コニアフアイバー、たとえばライム安定化ジルコ
ニアフアイバー、マグネシア添加ジルコニアフア
イバー、イツトリア安定化ジルコニアフアイバー
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ア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〜
50mmと１〜20μmの範囲のものである。 このジルコニアフアイバーは、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（紡糸波）としてこれを繊維
化して、繊維前駆体（プリカーサー）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ZrO₂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
目的に応じた炭酸ジルコニウム、水酸化ジルコニ
ウム化合物やそれらに酸化物Y₂O₃、MgO、CaO
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
常の0.1〜1000μm、好ましくは0.5〜500μm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。 ジルコニアフア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
アフアイバーを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アイバーとジル
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有機球や各
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、ジルコニアフアイバーとジルコニ
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。通常
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、アイソスタチツクプレス、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1800
〜2200℃が好ましく、1800℃未満では使用時変形
を生じ、2200℃で超えると、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本体として
は嵩比重2.5〜5.0ｇ／cm³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
ングの部位によつ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率を
50〜70％程度にし、側部下部や床材では荷重によ
る変形を抑えるために50％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
ーターを持つた二重構造炉、たとえばZrO₂発熱
体を使つ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つて炉
をコンパクトにすることが可能となり、本材の適
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アイバ
ー、耐火中空球とジルコニアフアイバーボードか
らなる充填剤のいずれか一つ又は数種で充填する
ことによつ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。その際フアイバーのつめ方や
中空球の粒度を調整することによつて充填密度を
調整することができる。 ここに用いるジルコニアフアイバーは前述のと
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、MgO、Y₂O₃、
CeO₂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0.01〜0.2mm、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mm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。 次にジルコニアフアイバーボードは通常上述の
ようなジルコニアフア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よる前駆体か
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、シユウ酸塩、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0.1μm
〜0.3mmの粒度を持つている。 このようなジルコニアフアイバー、耐火中空球
とジルコニアフア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′の内
部３は中空のままである。従つて外周表皮層１か
らみるとその内部の一部が充填された形になつて
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、第５図は台形状の夫々断面を有す
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二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
を行なつ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（Y₂O₃7％、ZrO₂93％）50重量部、−
0.3ｍ／ｍのイツトリア安定化ジルコニア粉末
50重量部、平均径5μ、平均長20〜30ｍ／ｍの
イツトリア安定化ジルコニアフアイバー（品川
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25×50ｍ／ｍ４ｍ／ｍ
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であつた。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
１ｍ／ｍ充填嵩比1.4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ア
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となるよう詰め込んだ。 (d) パイプの中に前記特開昭62−260780号公報の
実施例１に従つてつくられた嵩比重1.5のジル
コニアフアイバーボードをはめ込んだ。 (e) これら炉内の温度が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：品川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の角の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、ジルコニアフアイバーとジル
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
ルコニアフアイバー、耐火中空球、ジルコニアフ
アイバーボードからなる充填剤で充填されている
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 (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ジルコニアフア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 ジルコニアフア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アイバ
   ー、耐火中空球及びジルコニアフアイバーボード
   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。