JPH0643269B2 - 耐熱衝撃性にすぐれたマグネシア−ジルコニア質耐火煉瓦 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野： 本発明は、すぐれた耐熱衝撃性をもつマグネシア−ジル
コニア質耐火煉瓦に係るものである。

発明の背景： マグネシア質耐火煉瓦は、他のケイ石質煉瓦、シヤモツ
ト質煉瓦に比べて融点が著しく高く、特に金属精錬中に
おける塩基性スラグに対する侵食抵抗性がすぐれてお
り、金属精錬炉用内張り耐火物として多量に使用されて
いる。しかし耐熱衝撃性に劣る欠点があるため、これを
使用した金属精錬炉の操作時には、処理開始時及び終了
時の加熱・冷却の繰り返しによる熱衝撃のため、稼働面
背後に亀裂を生じ、その亀裂からの剥離並びに損傷が激
しく、炉の寿命が短命に終つていた。

従来技術： マグネシア質煉瓦に耐熱衝撃性を付与する方策として、
クロム鉱粒を配合し焼成後、クロム鉱粒子の周囲に生ず
る微小亀裂により耐熱衝撃性を付与した、いわゆるマグ
ネシア−クロム質ダイレクトボンド煉瓦が特開昭55-116
661号公報で提案されている。しかし、マグネシア−ク
ロム質ダイレクトボンド煉瓦も、繰り返される熱衝撃に
よつて前記の微小亀裂が棟瓦組織を劣化させ、これが耐
食性を低下させる欠点を招くことになり、マグネシア質
棟瓦が塩基性スラグに強いという耐食性の特質を充分に
発揮できなかつた。

発明の課題： 本発明は上記のごとき問題点を解決するためになされた
もので、局部的な微細気孔を分散させて全体の熱応力を
消去せしめることにより、すぐれた耐熱衝撃性を付与し
たマグネシア−ジルコニア質耐火棟瓦の提供を目的とし
ている。

発明の構成・作用： 以下本発明につき説明すると、マグネシア原料に0.3〜
２mm径の未安定ジルコニア原料を中間粒として５〜20wt
％加えて100wt％の配合物にし、この配合物を混合成形
後1650℃以上で焼成し、上記ジルコニア原料を微細気孔
を均一に内蔵する安定ジルコニア粒に変化させる。この
部分において全体の熱応力を吸収させるようにして全体
の耐熱衝撃性を向上したマグネシア−ジルコニア質耐火
煉瓦としたものである。

このようにして得られる本発明の耐火煉瓦では、マグネ
シア原料に配合した中間粒度の未安定ジルコニアはマグ
ネシアと反応して安定ジルコニアとなつている。このと
きのジルコニア粒は第１図に示すように５〜30μｍの微
細気孔を均一に内蔵する粒に変化している。そしてこの
ようなジルコニア粒が他の耐火材料中に均一に分散した
組織のマグネシア−ジルコニア質耐火煉瓦となつてい
る。

次にこのような組織としたマグネシア−ジルコニア質耐
火煉瓦の耐熱衝撃性の発現機構について説明する。繰り
返し熱衝撃テスト後の煉瓦組織が第２図に示されてい
る。この第２図から明らかなように５〜30μｍの微細気
孔を内蔵したジルコニア粒内の微細気孔を伝つて亀裂が
発生している。他の耐火材領域には亀裂の発生は全たく
認められない。すなわち、熱衝撃により発起した熱応力
を、この微細気孔部域での亀裂発生のみで吸収し緩和し
た結果にほかならず、換言すれば、５〜30μｍの微細気
孔を無数にもつジルコニアの中間粒がマグネシア煉瓦内
に均一に分布した組織は熱応力を吸収・緩和することが
できる。この局部的な発生亀裂は後記の実施例及び第１
〜２図から明らかなように、煉瓦全体の物性には殆んど
影響を及ぼさず、繰り返し熱衝撃を加えても強度低下又
は組織劣化を惹起しない。

本発明において配合するジルコニア原料は未安定ジルコ
ニアであることが必要である。安定ジルコニアを最初か
ら用いれば５〜30μｍの微細気孔がその粒内に形成され
ない。配合する未安定ジルコニア原料の粒度は0.3〜2.0
mm程度が望ましい。0.3mm未満の微粒で配合するとジル
コニア粒の配合が過多となり煉瓦内に欠没が分散されて
熱応力を吸収する構成部が小さく、熱衝撃時の亀裂の伝
達が容易に進みすぎ耐スポール性を損なう。２mmを超す
粒度で配合すると煉瓦内での分散が不均一となり易く、
耐熱衝撃性の発現が困難となる。

配合する未安定ジルコニア原料の配合量は、耐火材料総
量の５〜20wt％の範囲内で耐熱衝撃性の効果が認められ
る。５wt％未満であれば、このジルコニア粒子部分での
亀裂発生のみでは熱応力を吸収しきれず、損傷が煉瓦全
体に及ぶ結果となる。また、20wt％を超すとジルコニア
粒子部分での亀裂発生が主体となり、煉瓦全体の損傷に
及ぶ懸念がある。

未安定ジルコニア原料がマグネシアと反応し、５〜30μ
ｍの微細気孔を均一に内蔵する安定ジルコニア粒に変化
させるには、焼成温度を少くとも1650℃以上にする必要
がある。1650℃未満では未安定ジルコニアとマグネシア
との反応が不充分であり、５〜30μｍの微細気孔を有す
る安定ジルコニアへの変化が充分進まない。安定ジルコ
ニア粒に変化した後に内蔵される微細気孔が５μｍ未満
ではジルコニアの欠没が小さくなり強度に増す反面、熱
衝撃時の亀裂の伝達が容易に起こり囲のマグネシアにも
伝播する。気孔の大きさが30μｍを超すとジルコニア粒
内の欠没が大きくなり強度が低下する。

実施例： 第１表に示す配合率で耐火材料及び結合剤を配合し、い
ずれもフレツトミルで混練し、プレス機で並形形状に成
形し、80〜150℃で48時間乾燥した後トンネルキルンを
用いて1750℃で７時間焼成した。実施例のうち、NO.１
〜４は本発明例、NO.５〜６は未安定ジルコニアの配合
率が本発明の範囲外にある比較例、NO.７〜９は従来例
である。なお、焼結マグネシア、電融マグネシアは共に
MgO成分が98wt％以上のものを使用した。

得られた各実施例煉瓦のテストを行ない、その結果を第
１図に併せ示した。各種テストの方法及び評価基準は下
記によつた。

〔見掛比重〕、〔カサ比重〕、〔見掛気孔率〕 通常の耐火物試験によつた。

〔圧縮強さ〕

並形形状煉瓦から55×55×55mmの立方体を切出し、油圧
式圧縮試験機で測定した。

〔曲げ強さ〕

並形形状煉瓦から巾30mm、厚さ15mm、長さ120mmのテス
トピースを切出し、1500℃に保定した電気炉中で１時間
加熱した後３点曲げ試験を行なつた。

〔耐スポール性〕

並形形状煉瓦から55×55×230ｍの角柱状テストピース
を切出し、片面を1400℃に保定した電気炉中に15分間保
持し、ついで炉外に取出し15分間強制空冷する作業サイ
クルを25回限度で行なつた。亀裂の発生状況と剥落に至
るまでの作業サイクルの回数で評価した。耐スポール性
は剥落までの作業サイクルの繰り返し数が多い方が良好
である。

発明の効果： 第１表の結果より明らかなごとく、本発明例のものは、
いずれも良好な耐スポール性を示している。特に未安定
ジルコニア原料を10wt%配合したNO.2及びNO.4では目視
可能な微亀裂の発生もなかつた。一方、従来例のNO.7及
びNO.8は未安定ジルコノア原料無添加のものであり、剥
落までの繰り返し回数が15回及び２回と耐スポール性が
劣つている。又、従来例のNO.9はジルコニアの代りにク
ロム鉱石を配合したものであるが、未安定ジルコニア原
料添加の場合にみる微細気孔組織は形成されず、繰り返
し回数25回で剥落はしないが亀裂の発生が顕著に確認さ
れた。

以上のごとく、本発明のマグネシア−ジルコニア質耐火
煉瓦は組織劣化を生起することなく耐スポール性が著し
く改善され、すぐれた耐熱衝撃性を示している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例における粒子構造の反射顕微
鏡写真であり、約１mm径のジルコニア粒中に５〜30μｍ
の微細気孔を内蔵していることを示している。第２図は
耐スポール性試験後の本発明品の粒子構造の変化を示す
反射顕微鏡写真であり、マグネシア−ジルコニア粒内
（Ａ−Ａ′間）のみに亀裂が認められるが他のマグネシ
ア部域には亀裂が全たく認められないことを示してい
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マグネシア原料に、0.3〜２mmの未安定ジ
   ルコニア原料を中間粒として５〜20wt％加えて100wt％
   の配合物にし、この配合物を混合成形後、1650℃以上で
   焼成し、上記ジルコニア原料を５〜30μｍの微細気孔を
   均一に内蔵する安定ジルコニア粒に変化させたことを特
   徴とする耐熱衝撃性にすぐれたマグネシア−ジルコニア
   質耐火煉瓦。