JPH07237977A

JPH07237977A - アルミナスピネル質流し込み耐火物用組成物

Info

Publication number: JPH07237977A
Application number: JP6028049A
Authority: JP
Inventors: Ryozo Ikuta; 良三生田; Tsugio Yukinawa; 次夫行縄; Naotada Hoshi; 直忠星; Hirohisa Nakajima; 廣久中島; Shintaro Sudo; 新太郎須藤
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd; NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp; AGC Inc
Priority date: 1994-02-25
Filing date: 1994-02-25
Publication date: 1995-09-12

Abstract

(57)【要約】【目的】外掛け６重量％の水を混合して無振動で狭空
間を充填でき、かつ熱的に長時間容積安定性のある耐火
物となる流し込み耐火物用組成物を提供する。【構成】アルミナ質骨材、スピネル、およびアルミナ
セメントを含む組成物にマグネシア質骨材を１〜１８重
量％、粒径５μｍ以下のアルミナ粒子を２〜１５重量％
及びアルミナセメントを８〜１５重量％配合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、その施工を容易とする
優れた流動性を備え、熱的に容積安定性のある、特に取
鍋用に適するアルミナスピネル質流し込み耐火物に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】定形耐火物と比べたとき、不定形耐火物
の一種である流し込み耐火物はその施工に要する人手を
顕著に少なくできることから、流し込み耐火物の使用が
増えつつある。また、塩基性スラグを用いる製錬に使用
される大型の取鍋の内張り用耐火物には、塩基性スラグ
に対して耐食性がよいアルミナスピネル質流し込み耐火
物が好んで使用されている。また、流し込み耐火物を取
鍋に施工するには、流し込まれた耐火物が施工されるべ
き空間に完全に充填されるように、中子に取り付けたバ
イブレータにより中子を介して、あるいは棒状のバイブ
レータにより流し込まれた耐火物に振動を加える施工方
法が採用されている。しかしながら、流し込まれた耐火
物の施工時の振動の加え方や添加水量に不均質な部分が
ある場合、施工された耐火物中に密度の小さい部分が生
じたり、大きい気泡が耐火物中に残留したり、２０〜３
０ｍｍ以下の狭い幅の空間が充填されないで空洞のまま
残ることがしばしば見られる。この場合、耐火物の耐食
性に部分差が生じ、耐火物の一部分が浸食されて取鍋の
耐用が短くなったり、取鍋の鉄皮が溶けて危険な湯漏れ
が起きる原因となることもある。

【０００３】また、施工時に重量のあるバイブレータを
現場に運んで取り付ける重作業が必要であり、バイブレ
ータを運転すれば、作業環境を悪化させる騒音が出るこ
とも避けられない。一般に、流し込み耐火物に加える水
を多くすれば流し込み耐火物の流動性はよくなるが、施
工された耐火物の密度が低くなる他、骨材がセグリゲー
ションして不均質化するので、加える水の量を少なくし
て流動性を良くする工夫を必要とする。流し込み耐火物
の流動性を改善するとともに、充填密度を高くする方法
については、今までに多くの提案がなされており、ヒュ
ームドシリカや粘土を加えたり、粒子の表面を親水性に
改質して分散性を改良したり、分散材の種類を選定する
ことがその代表的な例である。

【０００４】また、特開平４−２６０６７３号公報には
骨材粒子の吸水性を小さくすることによってポンプ圧送
を可能とした流し込み耐火物が提案され、特開平３−２
０８８５１号公報には、建築用のコンクリートにおい
て、球状化された粒子からなるセメントを配合した流し
込み施工ができる優れた流動性、すなわちセルフレベリ
ング性（フリーフロー性と同じ）のあるコンクリートが
提案されている。更に最近、取鍋などに使用されるアル
ミナスピネル質流し込み耐火物において、流し込み耐火
物の流動性、施工性を改善し、充填密度と均質性を犠牲
にすることなく施工ができ、かつ施工における省力化を
する目的でフリーフロー性を有し、無振動で施工が可能
な流し込み耐火物が提案された（特願平５−１８０６８
９号）。

【０００５】しかしながら、無振動条件下でのフロー値
が１６０〜１７０ｍｍ程度の流動性では、２０〜３０ｍ
ｍ以下の狭い巾の空間内への流し込みが難しい場合があ
り、空洞のまま残る場合があったり、セルフレベリング
性が不足して施工された耐火物の両側の表面の高さに差
異が生じるなどの点で不充分であった。又、ヒュームド
シリカ、粘土微粉の添加によって、熱履歴を受けたとき
の長時間容積安定性が損なわれるという問題が生じ、取
鍋に施工した場合、耐火物の亀裂の発生度合が大きくな
り、期待された耐用が得られないという問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は取鍋などに使
用されるアルミナスピネル質流し込み耐火物について、
フリーフロー性のある、施工性と耐用の優れた流し込み
耐火物を提供することを目的とする。更に、本発明は取
鍋の流し込み材として使用されるアルミナスピネル質流
し込み耐火物について、従来のフリーフロー性を向上
し、より施工性に優れた流し込み耐火物で、かつ熱的な
長時間容積安定性に優れた流し込み耐火物を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を達
成すべくなされたものであり、本発明のアルミナスピネ
ル質流し込み耐火物用組成物は、アルミナ質骨材、スピ
ネルおよびアルミナセメントを含む組成物であって、マ
グネシア質骨材を１〜１８重量％、粒径５μｍ以下のア
ルミナ粒子を２〜１５重量％及びアルミナセメントを８
〜１５重量％含み、該組成物に外掛けで６重量％の水を
混合した坏土をＪＩＳ規格Ｒ−５２０１のセメントフロ
ーコーンに流し込み後、フローコーンを抜き取って無振
動で３０秒間放置した時のフロー値が１８５ｍｍ以上で
あることを特徴とするアルミナスピネル質流し込み耐火
物用組成物である。以下％は特記しない限り重量％を表
す。

【０００８】

【作用】本発明の取鍋用アルミナスピネル質流し込み耐
火物用組成物では、耐火物の結合部を形成する粉末中に
５μｍ以下の粒径のアルミナ粒子が組成物に対して２〜
１５％、好ましくは２〜１０％とマグネシア質骨材が１
〜１８％含まれていることで流動性を顕著に向上させて
いる。組成物中のマグネシア質骨材の含有量は好ましく
は２〜１５％である。さらにはＣａＯ（酸化カルシウ
ム）もしくはＣａ（ＯＨ）₂（水酸化カルシウム）をＣ
ａＯに換算して０．０２〜０．１５％添加されたことに
より水と混合された耐火物用組成物の坏土の流動性が著
しく向上している。良好な流動性はＣａＯもしくはＣ
ａ（ＯＨ）₂がＣａＯ換算で０．０２％以上含まれてい
ることによって得られ、０．１５％を超えて含まれてい
ると施工体の硬化時間を早めて坏土の施工可能時間が縮
まる傾向を示すことになる。組成物に水を混合した坏土
の流動性を最適化する観点から、ＣａＯ添加量は０．０
５〜０．１％とするのが好ましい。耐火物が熱履歴を受
けたときの長時間容積安定性は、マグネシア質骨材の他
にアルミナ粒子が２％以上含まれていることによって得
られ、１５％を超えて含まれていると組織や耐スラグ浸
透性が損なわれる傾向があり、塩基性スラグに対する耐
食性が低下することになる。

【０００９】更に、組成物に配合されているアルミナセ
メントは、流動性を向上せしめるために細かいものであ
るのが好ましく、ブレーン値で表すと５５００ｃｍ²／
ｇ以上であるものが好ましい。また、耐火物の耐食性を
確保でき、流し込まれた耐火物の流動性が良好であるこ
とから、アルミナセメント中のＡｌ₂Ｏ₃の含有量は７
３％以上、特には７８％以上であるのが好ましい。アル
ミナセメントの配合量は、８〜１５％、好ましくは９〜
１２％とするが、８％未満では施工される耐火物の強度
が劣り、又１５％を超えると、得られる耐火物の耐食
性、容積安定性等の物性が劣化する傾向を示す。本発明
の好ましいアルミナスピネル質流し込み耐火物用組成物
では、７４μｍ以下（２００メッシュの篩を通過）の耐
火物の結合部を形成する粉末中に、ヒュームドシリカや
粘土微粉の形のＳｉＯ₂成分を含んでいない。従来の流
し込み耐火物では流動性を向上させるためヒュームドシ
リカや粘土微粉を配合していたが、これら融点を低下さ
せるＳｉＯ₂成分を含まないことによって耐火度が向上
し、より良好な耐食性、耐焼結収縮性が確保される。

【００１０】アルミナ質骨材には、通常用いられている
礬土頁岩などの鉱物を砕いたもの、焼成したボーキサイ
トを砕いたもの、焼成アルミナクリンカー、電融アルミ
ナクリンカーなどが使用でき、スピネル質骨材には通常
用いられている焼成スピネルクリンカー、電融スピネル
クリンカーなどが使用でき、マグネシア質骨材には、通
常用いられている焼成マグネシアクリンカー、電融マグ
ネシアクリンカーなどが使用できる。アルミナ質骨材を
含むアルミナの配合量は、一般に５５〜７５％、好まし
くは５９〜７１％とする。５５％未満では耐スラグ浸透
性が劣化し、又７５％を超えると、アルミナの熱伝導性
が大きいことによって耐火物の保温性が小さくなって熱
損失が増大する。スピネルの配合量は一般に３〜２０
％、好ましくは４〜１７％とする。３％未満では耐食性
と耐スラグ浸透性が劣化し、又２０％を超えると、耐ス
ラグ浸透性と耐スポーリング性が劣化する傾向を示す。

【００１１】本発明のアルミナスピネル質流し込み耐火
物用組成物では、通常粒径が１ｍｍ以下の中粒として、
スピネル化していないＭｇＯ成分がマグネシア質骨材の
形で組成物中に１〜１８％、好ましくは２〜１５％含ま
れており、これによって耐火物の長時間容積安定性が確
保され、耐食性と坏土の流動性が向上している。耐食性
の向上効果は、マグネシア質骨材が１８％を超えて含ま
れていると耐スラグ浸透性が劣化する。適量のマグネシ
ア質骨材の存在は、使用中にアルミナ粒子と下記のよう
なスピネル化反応を起こし、ＭｇＯ＋Ａｌ₂Ｏ₃→ ＭｇＡｌ₂Ｏ₄ スピネルを生成して若干体積が膨張し、それにより耐火
物の収縮を防いで長時間容積安定性が確保される。

【００１２】本発明のアルミナスピネル質流し込み耐火
物用組成物には、更に任意の添加物を加えることができ
る。例えば、分散剤として、各種の界面活性剤や解膠剤
の使用も可能であるが、特にはアルミナセメントと相性
が良いヘキサメタリン酸ソーダ系の解膠剤が組成物中に
０．０２〜０．１５重量％含まれていることが好まし
い。ヘキサメタリン酸ソーダ系の分散剤は０．０２重量
％以上加えれば良好な流動性が得られ、あまり多く加え
てもその効果が増さないので０．１５重量％以下とされ
る。

【００１３】流し込み耐火物がフリーフロー性を示すに
は、ＪＩＳ規格のセメントフローコーンを使用して無振
動で３０秒間放置後のフロー値が１８５ｍｍ以上あれば
よく、外掛けで６重量％の水は流し込み耐火物の坏土に
加える水の量としては少ない方であるので、坏土が流し
込まれたときに骨材の粒子のセグリゲーションはほとん
ど起きず、密度のムラが少なく嵩比重の比較的大きい耐
火物となるので、施工された耐火物の耐用がよい。ま
た、フリーフロー性を示す流し込み耐火物の坏土は、施
工に際して耐火物の坏土を所要箇所に流し込みさえすれ
ば、バイブレータを使用しなくても耐火物の坏土が自然
に流れ込んで充填され、坏土の流動性が良好なので気泡
が自然に浮上して排出され、狭い隙間も残らず充填され
る。従って、取鍋その他へ耐火物を施工する手間を顕著
に少なくでき、ポンピング圧送を行う施工機械を使用す
るさらなる省力化も容易となる。また、本発明の流し込
み耐火物の坏土をバイブレータを使用して流し込み成形
する場合には、加える水の量をさらに少なくして嵩比重
がより大きい耐火物が施工でき、耐火物の耐用がさらに
優れたものとなる。

【００１４】本発明は、アルミナスピネル質流し込み耐
火物用組成物において、水と混合した坏土の流動性、耐
火物の容積安定性と耐食性において先行技術を改良する
もので、特に無振動で１８５ｍｍ以上という高いフロー
値を示すことを特徴とするものであるが、これを実現す
るための耐火物組成の好ましい実施態様を要約して以下
に示す。（１）アルミナ質骨材５５〜７５％スピネル質骨材３〜２０％マグネシア質骨材１〜１５％アルミナセメント８〜１５％粒径５μ以下のアルミナ粒子２〜１５％酸化カルシウム０〜０．１５％任意成分残量からなる組成物であって、該組成物に外掛けで６％の水
と混合した坏土をＪＩＳ規格Ｒ−５２０１のセメントフ
ローコーンに流し込み後、フローコーンを抜き取って無
振動で３０秒間放置した時のフロー値が１８５ｍｍ以上
であることを特徴とするアルミナスピネル質流し込み耐
火物用組成物。（２）組成物中に分散剤としてＣａＯまたはＣａ（Ｏ
Ｈ）₂をＣａＯに換算して０．０２〜０．１５％含む請
求項１〜４のいずれか又は上記（１）に記載のアルミナ
スピネル質流し込み耐火物用組成物。（３）アルミナセメント中のＡｌ₂Ｏ₃成分の含有量が
７３％以上であり、アルミナセメントのブレーン値が５
５００ｃｍ²／ｇ以上である上記（１）又は（２）に記
載のアルミナスピネル質流し込み耐火物用組成物。（４）請求項１〜６のいずれか又は上記（１）〜（３）
のいずれかに記載されたアルミナスピネル質流し込み耐
火物用組成物に６％以下の水を混合した坏土を流し込み
施されてなる取鍋。

【００１５】

【実施例】以下本発明の、特に取鍋用に適するアルミナ
スピネル系流し込み耐火物を実施例によって具体的に説
明するが、これらの実施例は本発明の一例であって、本
発明はこれらの実施例によってなんら制限されるもので
はない。骨材原料として、電融アルミナクリンカー（粗
粒３〜１０ｍｍ：中粒３ｍｍ以下）、焼成アルミナクリ
ンカー（細粒０．３ｍｍ以下）、焼成スピネルクリンカ
ー（中粒１ｍｍ以下）および焼成マグネシアクリンカー
（中粒１ｍｍ以下）を使用した。また、結合部を形成す
る７４μｍ以下の粉末として、焼成アルミナ粉末（４３
μｍ以下）、焼成スピネル粉末（７４μｍ以下）および
アルミナ微粉末（５μｍ以下）を使用した。アルミナセ
メントとして電気化学社製のブレーン値が５５００〜１
００００ｃｍ²／ｇでＡｌ₂Ｏ₃の含有量が８０％のア
ルミナセメントを使用し、分散剤として酸化カルシウム
を使用し、表１に示す取鍋用アルミナスピ質流し込み耐
火物用組成物を調合して試験に供した。

【００１６】流動性は、調合した流し込み耐火物用組成
物を万能ミキサーに入れ、外掛けで６％の水を加えて混
合した坏土をＪＩＳセメントのフローコーンに流し込
み、フローコーンを抜き取って無振動で３０秒放置後の
流し込み耐火物の広がり（フロー値ｍｍ）を測定し、結
果を表２にまとめて示した。ここで、フロー値が１００
ｍｍというのは、流し込まれた耐火物が全く流れないこ
とを意味する。次に、同じ坏土を内寸法が４０ｍｍ×４
０ｍｍ×１６０ｍｍの型に流し込んで型から取り出し、
４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍの試験片を得た。作成
した試験片を１１０℃で２４時間乾燥後、嵩比重、見掛
気孔率および圧縮強度を測定し、これらの結果を表２に
併せて示した。

【００１７】耐食性試験は回転式侵食試験炉を使用して
行ない、１回の試験に６個の試験片の間をモルタル材で
充填することにより６角筒状体に組んで縁付きの試験体
とした。この中に侵食剤としてＣａＯ５４．８％、Ａ
ｌ₂Ｏ₃ ２８．５％、ＳｉＯ₂ ８．６％、ＭｇＯ
７．１％、Ｆｅ₂Ｏ₃ １％の組成を有する塩基性スラ
グ０．６ｋｇと同じ重量のＳＳ４１の鋼片を入れ、試験
体を横に寝かせた状態で３０ｒｐｍで回転させ、一方の
側からアセチレンバーナーの炎で１６５０℃に加熱しな
がら６時間保持した。その後、傾けて内部のスラグと溶
けた鉄を流し出して空にし、そのまま放冷した。冷却後
に６角筒状の試験体を分解し、各試験片について最大侵
食深さを測定し、例１０の試験片の侵食深さＣ₇を標準
としてＣ ₇／Ｃ_n×１００により試作した各耐火物試験
片の耐食性指数を求め、結果を表２に併せて示した

【００１８】耐スラグ浸透性指数は耐食性指数と同様に
最大スラグ浸透深さを求め、Ｎｏ．７耐火物試験片の最
大スラグ侵透深さＰ７に対する各耐火物試験片の最大ス
ラグ浸透深さＰｎから耐スラグ浸透性指数をＰ７／Ｐｎ
×１００で計算し、各耐火物試験片の耐スラグ浸透性指
数を同様に表２に示した。長時間容積安定性試験は、寸
法が４０ｍｍ×４０ｍｍ×８０ｍｍのサンプルを各流し
込み試験片から切り出し、１１０℃で２４時間乾燥した
ものを測定用サンプルとし、１６００℃で１００時間加
熱保持し、そのまま炉冷した。冷却後、各試験片につい
て８０ｍｍ長さ部分の寸法を測定し、各試験片の加熱前
の寸法Ｌ_bと加熱後の寸法Ｌ_aから（Ｌ_a−Ｌ_b）／Ｌ
_b×１００により各サンプルの残存膨張率（％）を求め
た。

【００１９】これらの例の内、例１〜６は本発明の実施
例であり、例７〜９は比較例である。これらの試験結果
から、本発明のアルミナスピネル質流し込み耐火物用組
成物は、水を混合した坏土の流動性が良好であり、外掛
けで６％の水を混合すればフリーフロー性を示し、施工
された耐火物は例７の従来のフリーフロー性を有するア
ルミナスピネル質耐火物と比べてさらに優れた流動性
（フリーフロー性）、耐食性、長時間容積安定性を備え
ていることが分かる。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】

【発明の効果】本発明の取鍋用アルミナスピネル質流し
込み耐火物用組成物に水を加えて混合した流し込み耐火
物の坏土の流動性がさらに向上したことから、取鍋の内
張り施工に使用した場合、従来のバイブレーターを操作
して流し込む振動を加える作業の省略、バイブレーター
騒音の除去に加え、狭い幅の空間への充填性の向上によ
って常に良好な施工体が得られ、セルフレベリング性の
向上によって流し込み耐火物の継ぎ足し施工作業が不要
となった。また、マグネシア質骨材が含まれていること
によって流動性の他に使用時の長時間容積安定性が確保
され、取鍋の内張りに施工して使用した場合、亀裂の発
生が少なく、耐スラグ浸透性も優れているので剥離によ
る耐用低下の傾向が著しく改善され、取鍋の耐用が顕著
に向上した。さらに、ポンピング圧送による流し込み施
工が容易に行えるので、この場合には作業環境の改善も
同時に達成される。施工性の向上、省力化、施工時間の
短縮と取鍋の原単位低減が同時に達成されるので、本発
明によるアルミナスピネル質流し込み耐火物用組成物の
産業上の利用効果は多大である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者星直忠東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者中島廣久東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者須藤新太郎東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミナ質骨材、スピネルおよびアルミ
ナセメントを含む組成物であって、マグネシア質骨材を
１〜１８重量％、粒径５μｍ以下のアルミナ粒子を２〜
１５重量％及びアルミナセメントを８〜１５重量％含
み、該組成物に外掛けで６重量％の水を混合した坏土を
ＪＩＳ規格Ｒ−５２０１のセメントフローコーンに流し
込み後、フローコーンを抜き取って無振動で３０秒間放
置した時のフロー値が１８５ｍｍ以上であることを特徴
とするアルミナスピネル質流し込み耐火物用組成物。
【請求項２】粒径５μｍ以下のアルミナ粒子を２〜１
０重量％含む請求項１に記載のアルミナスピネル質流し
込み耐火物用組成物。
【請求項３】組成物中にヒュームドシリカと粘土を含
まない請求項１または２に記載のアルミナスピネル質流
し込み耐火物用組成物。
【請求項４】アルミナセメント中のＡｌ₂Ｏ₃成分の
含有量が７３重量％以上であり、アルミナセメントのブ
レーン値が５５００ｃｍ²／ｇ以上である請求項１〜３
のいずれか１つに記載のアルミナスピネル質流し込み耐
火物用組成物。
【請求項５】酸化カルシウムもしくは水酸化カルシウ
ムの粉末をＣａＯに換算して０．０２〜０．１５重量％
含む請求項１〜４のいずれか１つに記載のアルミナスピ
ネル質流し込み耐火物用組成物。
【請求項６】マグネシア質骨材を２〜１５重量％含む
請求項１〜５のいずれか１つに記載のアルミナスピネル
質流し込み耐火物用組成物。