JPH08104567A - ジルコニア耐火物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶融ガラスと接触した場合にも、耐食性や熱
的スポーリング特性に優れており、泡やストーンの欠陥
の発生に対しても良好であるジルコニア耐火物を提供す
ること。 【構成】 ＺｒＯ₂ 含有量が耐火物全体に対して５５重
量％以上であり、粒径が１２〜０．０４４ｍｍである電
融ジルコニア粒を使用し、そのような電融ジルコニアを
耐火物全体に対して６０重量％以上配合したジルコニア
耐火物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は主にガラス溶融炉の炉底
に使用するのに適したジルコニア耐火物に関し、特にジ
ルコニアを主成分とする焼成耐火物又は定形耐火物から
なるジルコニア耐火物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガラス溶融炉の炉底にはペービングタイ
ルとしてアルミナ・ジルコニア・シリカ質鋳造耐火物
（以下ＡＺＳ耐火物という）が広く使用されている。そ
して、このペービングタイルの下には、セメント材、ラ
ミング材、スタンプ材などの不定形耐火物が敷かれてい
る。この不定形耐火物は、通常、主材としてＡＺＳ耐火
物を粉砕して得られた粒が配合されており、ガラス中に
含まれる金属などによってペービングタイルが著しく侵
食されて溶融ガラスが侵入した際にも素地漏れを起こし
にくいという特徴がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、最近のエネル
ギー節約対策により、ガラス溶融炉は、今までになく断
熱を強化した保温構造になってきている。

【０００４】これに伴い、ガラス溶融炉の炉底の温度は
今までの通常の温度より１００〜１５０℃も上がるよう
になった。さらには、キャンペーンの延長により、ペー
ビングタイルの侵食が激しくなった。

【０００５】従って、ペービングタイルの下の炉底第二
層であるサブペーブが重要な役割を果たさざるを得なく
なってきた。

【０００６】この様な背景から、ＡＺＳ耐火物の粉砕粒
を使用した従来の不定形耐火物で構成したガラス溶融炉
では、十分な耐用が得られなくなってきている。

【０００７】例えば、鉛ガラスの溶融炉では鉛金属の堆
積によりペービングタイルの侵食が激しい傾向がある。
鉛は比重が大きいので、堆積し始めると、比重の小さい
ペービングタイルをどんどん侵食していく。

【０００８】最近では、この様な炉のペービングタイル
にＡＺＳ耐火物に代えて高耐食性の高ジルコニア鋳造耐
火物を使用する炉が増加しつつある。

【０００９】しかし、高ジルコニア鋳造耐火物を使用し
ても、金属の侵食が皆無になることはない。また、操業
時の温度変化によって高ジルコニア鋳造耐火物に亀裂が
生じる場合もある。それゆえ、高ジルコニア鋳造耐火物
を使用しても、完全とはいえない。

【００１０】この点からもペービングタイルの下側に使
用されるサブペーブの重要性が一層増しつつある。

【００１１】サブペーブなどに適する耐火物の持つべき
性質としては、ペービングタイルが侵食された場合、溶
融ガラスや金属の耐火物への侵入をストップさせる耐食
性を持つこと、さらに溶融ガラスと接した時にガラスに
泡やストーンなどの欠陥を発生しにくいことなどがあげ
られる。

【００１２】従来のＡＺＳ耐火物の粉砕粒を使用した不
定形耐火物は、溶融ガラスと接触した場合に、耐食性、
あるいは泡やストーンなどの欠陥の発生に関して不十分
であった。これはＡＺＳ耐火物に含まれるアルミナが溶
融ガラスと接触すると、ガラス化して、結合材として使
用されている粘土、タブラーアルミナなどを溶かすのが
その主な理由である。

【００１３】本発明の目的は、溶融ガラスと接した場合
にも、耐食性や熱的スポーリング特性に優れ、泡やスト
ーンの欠陥の発生に対しても良好なジルコニア耐火物を
提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに種々の研究を重ねた結果、本発明を完成した。本発
明は、ＺｒＯ₂ の含有量が耐火物全体に対して５５重量
％以上であり、電融ジルコニア粒の粒径が１２〜０．０
４４ｍｍであり、電融ジルコニア粒が耐火物全体に対し
て６０重量％以上配合されていることを特徴とするジル
コニア耐火物を要旨としている。

【００１５】

【実施例】電融ジルコニア粒は、高温で極めて安定であ
り、溶融ガラスと接触してもＡＺＳ耐火物粒の様にアル
ミナがガラス化することはなく、１９００℃以上でもそ
のような反応は起こらない。また、電融ジルコニア粒
は、粒自身の硬度が大きく、緻密であることから、溶融
ガラスに対して高温での耐摩耗性が優れている。

【００１６】ＺｒＯ₂ の含有量が耐火物全体に対して５
５重量％以上になるように電融ジルコニア粒を加える。
５５重量％未満であると、溶融ガラスに対する耐食性が
不十分である。。

【００１７】また、電融ジルコニア粒を耐火物全体に対
して６０重量％以上配合する。ジルコニア耐火物に使用
する電融ジルコニア粒の添加量が耐火物全体に対して６
０重量％よりも少ないと、溶融ガラスに対する耐食性が
不十分である。それゆえ、ジルコニア耐火物に使用する
電融ジルコニア粒の添加量は６０重量％以上が好ましい
のである。

【００１８】しかし、ジルコニア耐火物に使用する電融
ジルコニア粒の添加量が過度に多いと、耐食性は強くな
るが、焼成耐火物として使用する場合に成形性やスポー
リング特性が劣ることがあるので、電融ジルコニア粒の
添加量は、より好ましくは耐火物全体に対して６０〜８
５重量％である。

【００１９】ガラス溶融炉のサブペーブでは、通常、急
激な温度変化はない。しかし、ペービングタイルが激し
い侵食を受けて消失し、直接、溶融ガラスがサブペーブ
に接触すると、温度が急に上昇する。従って、耐侵食性
と共に耐熱スポーリング性も重要な特性の一つとなる。

【００２０】本発明においては、電融ジルコニア粒は粒
径が１２〜０．０４４ｍｍであるため、耐侵食性と耐熱
スポーリング性の両方の特長を備えた耐火物が得られ
る。

【００２１】電融ジルコニア粒の粒径が１２ｍｍよりも
大きすぎると、耐火物の成形性が悪く、逆に０．０４４
ｍｍよりも小さすぎると、耐食性や耐熱スポーリング性
が劣る。この理由により、電融ジルコニアの粒度は粒径
を１２〜０．０４４ｍｍにするのである。

【００２２】電融ジルコニア粒のより好ましい粒度は、
粒径１２〜３．３６ｍｍのものを５〜２５重量％、粒径
３．３６〜０．５ｍｍのものを３０〜６０重量％、粒径
０．５〜０．０４４ｍｍのものを５〜２５重量％とする
粒度配合である。

【００２３】なお、上限と下限の粒径は所定寸法が正方
形の一辺である目開を有するフルイにより粒体をふるい
分けして決める。例えば、表３の粒径１２〜３．３６ｍ
ｍの粒体は、１２ｍｍの目開きを有するフルイを通過し
て、３．３６ｍｍの目開きを有するフルイを通過しない
粒子群である。

【００２４】ＺｒＯ₂ 含有量が耐火物全体に対して５５
重量％以上になるように電融ジルコニア粒を耐火物全体
に対して６０重量％以上配合した耐火物であれば、溶融
ガラスに対する耐食性はＡＺＳ耐火物粒を使用した従来
の耐火物に比較して著しい強さを発揮する。しかし、ス
ポーリング特性を向上させるには前記の電融ジルコニア
の粒度配合が好適である。

【００２５】電融ジルコニア粒としては、ジルコンを脱
珪溶融して造られたジルコニア粒が使用できるが、ガラ
ス溶融に使用されるＺｒＯ₂ の含有量が８０重量％以上
の高ジルコニア鋳造耐火物を破砕して得られた粒を使用
すると、次のような利点がある。すなわち、高ジルコニ
ア鋳造耐火物の粒は粒自身が膨脹収縮を抑える働きのあ
るガラス相を含んでいることから、この粒を配合した耐
火物は一層熱的スポーリング特性が向上する。また、ガ
ラス相に含まれるアルカリ金属酸化物やアルカリ土類金
属酸化物が酸素を運ぶことから、粒が酸化しやすく、溶
融ガラスに対する発泡性が著しく改善される。

【００２６】なお、本発明のジルコニア耐火物におい
て、電融ジルコニア粒以外の成分は、たとえば粘土やア
ルミナ、ジルコン、ムライト、スピネルなどの微粒子で
ある。これらの成分はマトリックス部分を形成してい
る。

【００２７】図１に示されているように、本発明のジル
コニア耐火物は、高ジルコニア鋳造耐火物の粗粒１と、
高ジルコニア鋳造耐火物の中粒２と、高ジルコニア鋳造
耐火物の小粒３と、粘土及びタブラ−アルミナ微粒から
なるマトリックス部４からなり、マトリックス部４には
微小な気孔（図示せず）が含まれている。

【００２８】図２に示されているように、粗粒１、中粒
２及び小粒３のいずれも、各粒子は多数の微小なジルコ
ニア粒子ａとガラスマトリックスｂから成る。

【００２９】実験例 電融ジルコニア粒、タブラーアルミナ、粘土などを表１
〜表３に示すように種々配合して、これに適宜アルミナ
セメントを添加し、数％の水を加えて配合物を造り、そ
れらの配合物を常法により加圧成形し、１４００〜１５
００℃の温度で５時間焼成してジルコニア耐火物を作製
した。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】

【表３】

【００３３】

【表４】 このジルコニア耐火物について侵食試験とスポーリング
試験を行った。その結果を表４に示す。

【００３４】配合名の数字は表１に示す配合番号の配合
割合および表２に示す配合番号の化学組成であることを
示し、アルファベットは表３に示す記号の粒度配合であ
ることを示す。

【００３５】表１および表２の配合番号１〜５のものは
本発明の範囲内であり、配合番号１１〜１４のものは本
発明の範囲外である。表３の記号の大文字はより好まし
い粒度配合を示すものである。

【００３６】侵食量の試験方法は次のとおりである。各
耐火物から、それぞれ直径２０ｍｍ、長さ８０ｍｍの大
きさの試験片を切り出し、この試験片を試料ガラス（ソ
ーダライムガラス）を入れた内容積１６００ｃｃのルツ
ボに、試験片が溶融ガラスに浸るように設置し、１４５
０℃の炉内で４８時間保持した。加熱後、試験片を半切
して断面に現れた凹部の深さをノギスで測定して、それ
を侵食量としてｍｍ単位で表して評価した。

【００３７】スポーリングの試験方法は次のとおりであ
る。各耐火物から、それぞれ２５ｍｍ×３０ｍｍ×５０
ｍｍの大きさの試験片を切り出し、この試験片を１４０
０℃に加熱した炉の中に入れて３０分間保持する。その
後、試験片を炉外に取り出して空気中において放冷す
る。この一連の操作を１サイクルとする。そして、試験
片の一部が剥落するまでのサイクル回数を表し、熱的ス
ポーリング特性として評価した。

【００３８】変形例 前述の実験例においては、焼成耐火物が使用されたが、
本発明はこれに限らず、他にセメント材、スタンプ材、
ラミング材などの不定形耐火物を含むものである。それ
らを既知の方法で作製しガラス溶融炉だけでなくこの他
に灰溶融炉などの高温溶融炉にも使用できる。

【００３９】

【発明の効果】本発明によるジルコニア耐火物は、ガラ
ス溶融炉の炉底に使用した場合、溶融ガラスによる激し
い侵食作用や耐摩耗にも十分に優れて化学的にも安定性
が良い。さらに熱的スポーリング特性にも優れている。
溶融ガラスと接触した場合のストーンや発泡などの欠陥
の発生に対しても非常に良好である。たとえペーブ耐火
物が一部消失してもガラスを炉の外部に流出させること
がなく極めて安定である。侵食性の大きくないガラスを
溶融する場合は、ガラスと直接接触するペーブ耐火物と
して使用することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるジルコニア耐火物の一部を概略的
に示す断面図。

【図２】図１のジルコニア耐火物中の粗粒の１つを詳細
に示す拡大断面図。

【符号の説明】

１ 高ジルコニア鋳造耐火物の粗粒 ２ 高ジルコニア鋳造耐火物の中粒 ３ 高ジルコニア鋳造耐火物の小粒 ４ 粘土とタブラ−アルミナ微粒からなるマトリックス
（気孔を含む） ａ ジルコニア粒子 ｂ ガラスマトリックス

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＺｒＯ₂ の含有量が耐火物全体に対して
   ５５重量％以上であり、電融ジルコニア粒の粒径が１２
   〜０．０４４ｍｍであり、電融ジルコニア粒が耐火物全
   体に対して６０重量％以上配合されていることを特徴と
   するジルコニア耐火物。
2. 【請求項２】 前記電融ジルコニア粒の粒度は、粒径１
   ２〜３．３６ｍｍのものが５〜２５重量％、粒径３．３
   ６〜０．５ｍｍのものが３０〜６０重量％、粒径０．５
   〜０．０４４ｍｍのものが５〜２５重量％である請求項
   １に記載のジルコニア耐火物。
3. 【請求項３】 前記電融ジルコニア粒が高ジルコニア鋳
   造耐火物である請求項１または請求項２に記載のジルコ
   ニア耐火物。
4. 【請求項４】 ガラス溶融炉の炉底に使用する焼成耐火
   物又は不定形耐火物である請求項１〜３のいずれか１項
   に記載のジルコニア耐火物。