JPH054874A

JPH054874A - 耐火性モルタル組成物

Info

Publication number: JPH054874A
Application number: JP3061972A
Authority: JP
Inventors: Edmond A Cortellini; エー．コーテリニエドモンド; Donald K Johnson; ケー．ジヨンソンドナルド
Original assignee: Norton Co
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1990-03-26
Filing date: 1991-03-26
Publication date: 1993-01-14
Also published as: DE4109916A1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【構成】炭化ケイ素のような耐火性材料、銅又はその合
金のような熱伝導性金属及び結合剤を含んでなる、改良
された、耐火物を基礎材料とするモルタル組成物。【効果】耐火性管ブロック又はシールドを金属のボイラ
ー管集成体に結合させる従来の耐火性モルタルより大き
な熱伝導性が与えられ、ボイラーなどの熱効率が高めら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】技術分野本発明は、熱伝導性金属を含有してなる、耐火物を基礎
材料とするモルタル組成物に関する。この組成物は高い
熱伝導率を示す。

【０００２】発明の背景管のブロックやシールドのような耐火物構造体はしばし
ば、熱風ダクト、温水管、スチーム管を含めた種々の構
造体を熱損失から守るために使用される。ボイラーの熱
風管、スチーム管及び水管も、ボイラーで燃焼された物
質の副生物により引き起こされる腐食を防ぐため、その
ような管のブロックやシールドで保護される。シールド
や管のブロックは、焼却炉や商業用発電所のボイラーに
見られるような高温のボイラーで特に有用である。

【０００３】そのようなボイラー管を保護するために用
いられる管ブロックやシールドは、一般に実際の使用時
には約 700℃より高い温度にはさらされないながらも、
炭化ケイ素材料が極めて高い温度（最高1000℃まで)に
耐えることができるため、一般に炭化ケイ素で製作され
る。更に、ＳｉＣを基礎材料とする耐火性の管ブロック
やシールドは、ボイラー管の伝熱を結果として良好なも
のにする比較的高い熱伝導率を有する。ボイラー管の中
には標準的に、例えばスチームにスチームタービンを通
過させて発電を行うために使用される、過熱スチームが
入るので、これは重要である。このように、良好な伝熱
は高効率のボイラーの運転を行うために必要とされる。

【０００４】そのような管ブロックやシールドは熱伝導
率が比較的高いとは言え、管ブロック間又はシールド間
の良好な熱の流れは、組み立てられた金属管の壁の製造
上の変動が所望される最高の取付けのために必要とされ
る厳しい公差で耐火性の管ブロック又はシールドを製作
することを許さないので、しばしば得られない。このよ
うに、ブロック又はシールドと金属管との間の熱の流れ
を不十分にする空隙を結果として生じかねない。この不
十分な熱の流れはしばしば、管ブロックや熱シールドの
性能を低下させることになることが分っている。

【０００５】この問題に対する一つの解決は、耐火物を
基礎材料とするモルタルで空隙を充填することである。
しかしながら、ＳｉＣを基礎材料とする従来技術のモル
タルは、最適なものからは程遠い熱の流れに結果として
至る比較的低い熱伝導率を有する。

【０００６】例えば、米国特許第 4682568号明細書は、
窒化物結合炭化ケイ素から構成される過熱器管シールド
を開示する。この管シールドと管との間には耐火性のモ
ルタルが配置される。このモルタルは、シールドがボイ
ラー管と接触するのを保つのに役立つ。このモルタル
は、未焼結(green) の炭化ケイ素、アルミン酸カルシウ
ム及び水を含んでなる。米国特許第 4776790号明細書
は、同じ耐火性モルタルの助けでボイラー管に取付けら
れる管シールドを開示する。

【０００７】米国特許第 4561958号明細書は、５〜10％
の水と、75〜85％の炭化ケイ素及び15〜25％の結合剤を
含む約90〜95％の混合物とを含んでなる別のモルタル組
成物を開示し、結合剤はアルミン酸ナトリウム、ケイ酸
ナトリウム及びリン酸ナトリウムでよい。

【０００８】米国特許第 3470004号明細書は、クロム鉱
石及びマグネシアを含む78〜92％の融解鋳造耐火物粒
子、水溶性ケイ酸ナトリウム可塑剤並びに有機湿潤剤を
含んでなる耐火性モルタルを開示する。

【０００９】これらの従来技術の耐火物を基礎材料とす
るモルタル組成物のおのおのは、どれも伝導性金属粒子
又はモルタルの熱流特性を実質的に上昇させる他の成分
を少しも含有しないという点で本発明の組成物と異な
る。

【００１０】発明の概要本発明は、従来技術のモルタルに付随することが分って
いる熱伝導性が不十分であるという問題を、モルタル組
成物の全体にわたって伝導性金属材料を取入れることに
よって解決する。ここで用いられる「伝導性」という語
は、熱伝導性を意味する。

【００１１】このモルタル組成物は、炭化ケイ素のよう
な耐火性材料と、銅のような伝導性金属と、そして結合
剤とを含んでなる。伝導性金属の存在することが、モル
タルの熱伝導率を約60〜2,000BTU・in／hr・ft²・°Ｆ
(740〜24,800kcal・cm／hr・ｍ²・℃）に上昇させる。
伝導性金属を含まない同様の耐火性組成物の熱伝導率
は、一般に約33BTU ・in／hr・ft²・°Ｆ(410kcal・cm
／hr・ｍ²・℃）に過ぎない。最良の結果は、伝導性材
料がモルタル組成物の全体にわたって均一に分散される
場合に得られる。この組成物は、ボイラー管のシールド
やブロックのような耐火性構造体をボイラー管集成体へ
結合させるのに特に有効である。

【００１２】好ましい態様の説明本発明の組成物は一般に、耐火性材料、伝導性金属及び
結合剤を含んでなる。この組成物はまた、有機可塑剤及
び充填剤を含有してもよい。

【００１３】ここで有用な耐火性材料には、炭化ケイ
素、窒化ケイ素及び窒化アルミニウムが含められる。と
は言うものの、経費の考慮から、また炭化ケイ素（Ｓｉ
Ｃ）モルタル組成物は炭化ケイ素の耐火性管ブロック又
はシールドを金属のボイラー管集成体に結合させるのに
特に効果的であるため、現在のところは炭化ケイ素（Ｓ
ｉＣ）が好ましい。モルタルの耐火性材料成分は、管ブ
ロック又はシールドのために用いられる耐火性材料と同
じであるか、又は少なくとも匹敵できることが最も望ま
しい。これは、モルタルが実際のボイラーや炉の運転中
に高温にさらされる際に何らかの有意量の液体物質が生
成するのを防ぐのに役立つ。耐火性材料は一般に、乾燥
モルタル組成物の総重量を基準にして、約５〜90％の量
で、より好ましくは約40〜75％の量で、最も好ましくは
約50〜65％の量で使用される。

【００１４】伝導性金属は、好ましくは、銅又は銅合
金、例えばキュプロニッケル（およそＣu 65〜80％、Ｎ
i 35〜20％) 、リン青銅、及びモネル (およそＮi 70
％、Ｃu30％) の如きものであるが、そうは言っても他
の伝導性金属、例えば銀、金、ニッケル、インコネル、
ニクロム、モリブデン、タングステン、ニオブ及びタン
タル、又はそれらの合金もしくは混合物のようなものを
使用してもよい。伝導性金属は一般に、粒度約 300μｍ
未満の金属粒子又はフレークの形で存在する。伝導性金
属は、乾燥モルタル組成物の総重量の約５〜90％の量
で、より好ましくは約10〜60％の量で、最も好ましくは
約20〜40％の量で存在する。

【００１５】使用される結合剤は、好ましくはリン酸モ
ノアルミニウム、オルトリン酸アルミニウム、リン酸、
アルカリ金属リン酸塩、又はアルカリ土類金属リン酸塩
のような可溶性リン酸塩である。ここで有用なそのほか
の適当な結合剤には、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウ
ム及びアルミン酸カルシウムセメントが含められる。結
合剤がリン酸塩である場合、それは一般的には、乾燥モ
ルタル組成物の総重量の約１〜10％の量で、より好まし
くは約２〜８％の量で、最も好ましくは約３〜７％の量
で存在する。結合剤がケイ酸塩である場合、それは一般
的には、約１〜５％の量で存在する。結合剤がアルミン
酸カルシウムセメントである場合、それは一般的には、
約２〜30％の量で存在する。乾燥粉末の代りに液体のリ
ン酸塩結合剤を利用する場合には、それは一般に、水を
加える前の全混合物の重量で表して約１〜６％、好まし
くは約２〜４％のP₂O₅含有量になるべきである。

【００１６】組成物に加えてもよいそのほかの材料に
は、微細なシリカ、ベントナイトやボールクレーのよう
な粘土、及び微細なアルミナが含められる。「微細な」
とは、粒子が平均粒度で約44μｍよりも一般に小さいこ
とを意味する。これらの材料は一般に、最高で約10％ま
で、より好ましくは最高で約８％までの量で存在する。
シリカ及びアルミナは、モルタルの使用中に経験される
高温で発現する実際の結合の一部になる。粘土は可塑性
を高めるが、モルタル組成物中に存在しているいずれの
自由なアルミナ、シリカ又はリン酸塩とも反応し、かく
して耐火性結合の一部になることもできる。このよう
に、これらの添加剤は全て、モルタルが操作に供されそ
して高温すなわち最高約 700℃までの温度にさらされる
と結合の発現を強めるのに役立つ。

【００１７】有機の可塑剤も、モルタルの付着性はもち
ろんこて塗り適性をも増大させるために組成物中に存在
することができる。適当な有機可塑剤には、例えば、メ
チルセルロース、リグノスルホン酸ナトリウム又はカル
シウム、デキストリン、及びポリアクリレートが含めら
れ、現在のところメチルセルロース及びリグノスルホン
酸塩が好ましい。有機可塑剤は一般には、乾燥モルタル
組成物の約５％までの量で、より好ましくは約１〜３重
量％の量で存在する。

【００１８】モルタル組成物は、初めに乾燥した成分を
適当な混合装置で混ぜ合わせて均一混合物を作り、それ
からいずれかの液体成分を加え、そして次にこの混合物
へ水を加えて調製される。乾燥した成分は、任意の適当
なドライブレンダー、例えばホバートランドキャスター
(Hobart Landcaster) ブレンダー、マラー(Muller)ブレ
ンダー、エリッチ(Erich) ブレンダーや、他の同様のも
ので混合することができる。この乾燥混合物は、後に、
もしもあるならば液体成分と、そして水を加えるために
貯蔵することができる。液体成分、例えば液体リン酸塩
結合剤源を使用する場合には、それは乾燥した成分を初
めに混合する時にこれらの乾燥した成分に加えることが
でき、そしてこの混合物は、後に水を加えそして実際に
使用するに至るまでシールされた防湿性の容器に貯蔵さ
れる。あるいはまた、液体成分は実際に使用する時点で
水と一緒に加えることができる。これを行う場合、モル
タルの作業特性を向上させる可溶性成分の完全な混合及
び溶解を確実にするため、好ましくは混合物を約15〜60
分間放置してから、実際に使用する前に再び混合する。
やはり別法として、液体成分は水と同時に加え、均質混
合物が作られるまで混合する（一般に約５〜10分) こと
ができ、結果として得られた使用する用意のできた耐火
性モルタル混合物を実際に使用するまでシールされた防
湿性容器に貯蔵することができる。水は、それを加える
時点では一般に約60°Ｆ（15.6℃) より高い温度、好ま
しくは約70〜90°Ｆ（21.1〜32.2℃) の温度であるべき
である。使用すべき水の量は、モルタルの所望される特
定の物理的コンシステンシーに主としてよるとは言うも
のの、一般には、乾燥したモルタルの重量の約５〜20
％、好ましくは約８〜10％の範囲であろう。

【００１９】次に、具体的な例に関して本発明を説明す
る。これらの例において、部数及び百分率は、別段の明
示がない限りは重量によるものである。

【００２０】例１ 57部の炭化ケイ素粒子(300μｍ未満) 、30部の銅粒子(2
00μｍ未満) 、５部のボールクレー粒子、５部の乾燥リ
ン酸モノアルミニウム、0.15部のアルミナ粒子(45μｍ
未満) 、0.85部のシリカ粒子 (10μｍ未満) 、1.５部の
リグノスルホン酸カルシウム及び0.５部のメチルセルロ
ースの乾燥混合物を、均一になるまでミキサーでドライ
ブレンドする。室温で９部の水を加えて10分間混合す
る。このモルタルを30分間放置し、そして使用する直前
に再び混合する。

【００２１】結果として得られた耐火性モルタルは、乾
燥させて固体にした後に3.00ｇ／ccの密度を有する。熱
伝導率は270BTU・in／hr・ft²・°Ｆ (3350kcal・cm／
hr・ｍ²・℃）である。

【００２２】比較例Ａ銅粒子を省略し、そして同等の量の追加の炭化ケイ素粒
子と取り替えることを除いて、例１の手順を繰返す。結
果として得られた耐火性モルタルは、 33BTU・in／hr・
ft²・°Ｆ(410kcal・cm／hr・ｍ²・℃）の熱伝導率を
示す。

【００２３】例２例１の手順を繰返して本発明の別の耐火性モルタル組成
物を製造する。これらの組成は次に示すとおりである。

【００２４】

【表１】

【００２５】組成物Ａの密度は2.77ｇ／cc、熱伝導率は
92BTU・in／hr・ft²・°Ｆ (1140kcal・cm／hr・ｍ²
・℃）である。組成物Ｂの密度は2.65ｇ／cc、熱伝導率
は60BTU ・in／hr・ft²・°Ｆ(740kcal・cm／hr・ｍ²
・℃）である。

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【手続補正書】

【提出日】平成３年６月１１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１８

【補正方法】変更

【補正内容】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０４Ｂ 35/66 Ｔ 7305−4Ｇ (72)発明者ドナルドケー．ジヨンソンアメリカ合衆国，マサチユーセツツ 01520，ホールデン，ドイルロード 193

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】耐火性材料、伝導性金属及び結合剤を含
んでなる組成物。
【請求項２】前記伝導性金属が当該組成物の全体にわ
たって均一に分散されている、請求項１記載の組成物。
【請求項３】前記伝導性金属が銅、銀、金、ニッケ
ル、モリブデン、タングステン、ニオブ及びタンタル、
並びにそれらの合金及び混合物からなる群より選択され
る、請求項１記載の組成物。
【請求項４】前記伝導性金属が銅又は、約65〜80％の
Ｃu 及び35〜20％のＮi を含有してなるキュプロニッケ
ル、リン青銅、並びに約70％のＮi 及び30％のＣu を含
有してなるモネル(Monel、商標) からなる群より選択さ
れる銅合金である、請求項１記載の組成物。
【請求項５】前記伝導性金属が約 300μｍ未満の粒度
を有する粒子の形で存在している、請求項１記載の組成
物。
【請求項６】前記耐火性材料が炭化ケイ素、窒化ケイ
素及び窒化アルミニウムからなる群から選ばれる、請求
項１記載の組成物。
【請求項７】前記耐火性材料が炭化ケイ素である、請
求項１記載の組成物。
【請求項８】前記結合剤がリン酸塩系の物質である、
請求項１記載の組成物。
【請求項９】当該リン酸塩物質がリン酸モノアルミニ
ウム、オルトリン酸アルミニウム及びリン酸からなる群
より選ばれる、請求項８記載の組成物。
【請求項10】充填剤を更に含んでなる、請求項１記載
の組成物。
【請求項11】前記充填剤がアルミナ、シリカ、粘土及
びそれらの混合物からなる群より選択される、請求項10
記載の組成物。
【請求項12】前記充填剤が最高約10重量％までの量で
存在している、請求項10記載の組成物。
【請求項13】有機可塑剤を更に含んでなる、請求項１
記載の組成物。
【請求項14】前記有機可塑剤がメチルセルロース、リ
グノスルホン酸ナトリウム又はカルシウム、デキストリ
ン、ポリアクリレート重合体及びそれらの混合物からな
る群より選ばれる、請求項13記載の組成物。
【請求項15】前記有機可塑剤が約１〜５重量％の量で
存在している、請求項13記載の組成物。
【請求項16】前記耐火性材料が耐火性材料及び金属の
総重量を基準にして約５〜90重量％の量で存在し、前記
伝導性金属が耐火性材料及び金属の総重量を基準にして
約５〜90重量％の量で存在し、そして前記結合剤が当該
組成物を耐火性モルタルにするのに十分な量で存在して
いる、請求項１記載の組成物。
【請求項17】前記耐火性材料が耐火性材料及び金属の
総重量を基準にして約40〜75重量％の量で存在し、前記
伝導性金属が耐火性材料及び金属の総重量を基準にして
約10〜60重量％の量で存在し、そして前記結合剤が当該
組成物を耐火性モルタルにするのに十分な量で存在して
いる、請求項１記載の組成物。
【請求項18】前記耐火性材料が耐火性材料及び金属の
総重量を基準にして約50〜65重量％の量で存在し、前記
伝導性金属が耐火性材料及び金属の総重量を基準にして
約20〜40重量％の量で存在し、そして前記結合剤が当該
組成物を耐火性モルタルにするのに十分な量で存在して
いる、請求項１記載の組成物。
【請求項19】前記伝導性金属が銅又は銅を含有してな
る金属合金であり、且つ前記耐火性材料が炭化ケイ素で
ある、請求項１記載の組成物。
【請求項20】約57部の炭化ケイ素、約30部の銅又は銅
合金、約５部のリン酸モノアルミニウム、約0.15部の微
細なアルミナ、約0.85部の微細なシリカ、約５部の粘
土、約1.５部のリグノスルホン酸カルシウム、及び約0.
５部のメチルセルロースを含んでなる組成物。