JPH0920567A

JPH0920567A - 耐火モルタル

Info

Publication number: JPH0920567A
Application number: JP7184980A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Goto; 潔後藤; Kiyoshi Okawa; 清大川
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-06-29
Filing date: 1995-06-29
Publication date: 1997-01-21

Abstract

(57)【要約】【目的】れんが構造体全体を安定させ、なおかつモル
タル目地の損耗を抑制するために、可縮性に優れた高耐
用性モルタル材を提供する。【構成】ジルコンと酸化チタンのうちどちらか一方あ
るいは両者を合計で０．１〜４０重量％含み、残部がマ
グネシアと２０重量％以下の他の耐火材とからなる耐火
モルタルであり、れんがが膨張する稼働面近傍では熱で
ジルコンあるいは酸化チタンがマグネシアと反応する。【効果】ジルコンあるいは酸化チタンとマグネシアの
反応によりモルタルが軟化して可縮性が発現し、れんが
の膨張を効果的に吸収してれんが構造体を安定させる。
また、反応生成物がスラグの侵入を抑制するため、モル
タル自体の耐用性も高い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は溶融金属を保持あるいは
精錬する窯炉等の内張りに使用される耐火れんがを築造
する際に使用されるモルタルに関する。

【０００２】

【従来の技術】溶融金属あるいはセメント、ガラスな
ど、高温状態の物質を扱う各種の産業においては、その
搬送あるいは精錬等の処理を行う窯炉の内張りとして耐
火物が使用されている。耐火物は事前に成形されたれん
がと、不定形耐火物に大別される。れんがは不定形耐火
物と比較して高耐用性を有するため、より苛酷な操業条
件で使用される場合が多い。

【０００３】れんがの築造の際には、その間の目地に注
意を払わなければならない。目地の種類はモルタル目地
と空目地に大別でき、窯炉の種類や操業条件によって使
い分けられる。モルタル目地の場合、使用する耐火モル
タル（以下簡単にモルタルと呼ぶ）の材質を慎重に選択
しなければならない。すなわち十分な耐火度を有し、溶
湯あるいはスラグによる侵食がなく、築造されるれんが
と反応を起こさないことなどに注意しなければならな
い。

【０００４】モルタルには大きくわけて三つの機能があ
る。第一は接着剤としてれんがとれんがを接合し、れん
が構造体全体を安定させること、第二は溶湯やスラグの
目地への侵入を抑えること、そして第三はモルタル材自
身がつぶれることでれんがの膨張分を吸収し、れんが構
造全体を安定させることである。

【０００５】ところで、マグネシアを主成分とする塩基
性れんがは、マグネシア自体の膨張係数が大きいため、
れんがの膨張係数も一般に大きい。従って塩基性れんが
を使用して窯炉を内張りする場合、れんがの膨張による
変形を何らかの方法で吸収しないと、れんが構造体全体
が不安定になる。その結果、特定の部位に応力が集中し
たり、あるいは拘束力がなくなることで、れんが同士が
せり割れたり、抜け落ちたりする場合がある。

【０００６】前述のように、モルタルの機能の一つは自
身がつぶれてれんがの膨張分を吸収することである。塩
基性れんがからなる内張りの場合も、モルタルはつぶ
れ、れんがの膨張分を吸収する。塩基性れんがの築造に
通常使用されるマグネシアを主成分としたモルタルは、
３０〜６０％程度つぶれる。すなわち３０〜６０％程度
の可縮性を有する。膨張係数の大きなれんがを使用し、
目地の数が少なく、しかも目地厚が薄いと、モルタルが
つぶれる分だけではれんがの膨張を吸収し切れず、れん
が構造体全体が不安定になる。

【０００７】通常はこのような問題を避けるため、目地
の数あるいは厚さを調整する。しかし、従来のマグネシ
アモルタルには、スラグが侵入しやすく、侵食を被りや
すい欠点があり、操業条件の厳しい窯炉の内張りでは、
損耗しやすいモルタル目地の数と厚さを減じる必要があ
る。そのため、れんが構造体全体の安定性と目地の損耗
防止の二つの課題を同時に解決することができなかっ
た。塩基性モルタルについては特開昭５７−２７９７８
号公報や特開平３−７５２７５号公報などの発明がある
が、いずれもモルタルの可縮性と耐用性を両立させるも
のではない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】れんがからなる窯炉の
内張りの寿命を延長するためには、れんが構造体全体を
安定させ、なおかつモルタル目地の損耗を抑制しなけれ
ばならない。本発明の目的は、従来両立困難であったこ
の二つの問題を解決するモルタル材を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に研究を重ねた結果、本発明を得た。すなわち、ジルコ
ン（ＺｒＳｉＯ₄）と酸化チタンのうちのどちらか一方
あるいは両者を合計で０．１〜４０重量％含み、残部が
マグネシアと２０重量％以下の他の耐火材とからなる耐
火モルタルである。

【００１０】

【作用】根本的な問題は従来のモルタルの可縮性にあ
る。モルタルがより高い可縮性を有していれば、目地数
が少なくかつ薄くても、れんがの膨張を吸収できるはず
である。しかし単純に可縮性の大きいモルタルを使用し
ても意味はない。なぜならば、目地が至るところでつぶ
れるため、かえってれんが構造体を不安定にするだけで
ある。本発明になるモルタルは、れんが膨張の起こる部
位のみが可縮性を有するため、れんが構造体全体を安定
させることができる。以下、その作用を詳細に説明す
る。

【００１１】使用中の内張りれんが１の内部には、受熱
面である稼働面から外側の背面にかけて温度勾配があ
る。すなわち稼働面側では温度が高く、背面側では低
い。れんがの膨張は温度が高いほど大きいので、稼働面
に近い部分ほど膨張する。

【００１２】れんが構造体として、図１のようにれんが
を単純に並べた直線壁を想定する。このとき、稼働面側
が膨張するので、空目地の場合、図２に示すように、構
造体が稼働面側に凸に反ることになる。また、従来のモ
ルタル２を使用した場合、稼働面側でモルタルが少しつ
ぶれるため、図３に示すように、れんがの稼働面近傍の
膨張が幾分緩和され、反りは若干小さくなる。しかし、
十分ではなく、依然として反りが存在する。

【００１３】可縮性の高いモルタルを使用した場合、稼
働面側がつぶれるとともに背面側もつぶれるため、れん
が構造体全体では結局従来のモルタルを使用した場合と
同様に稼働面側に凸の反りが発生する。

【００１４】本発明によるモルタルの場合には、そこに
配合されているジルコンあるいは酸化チタンが低温では
マグネシアと反応せず、つぶれにくい。しかし、１００
０℃を越える温度条件下では反応により軟化し、つぶれ
やすくなる。従って、図４に示すように、温度の低い背
面側ではつぶれにくくモルタル非軟化部３を形成し、れ
んがの間隔を確実に保つ。一方、高温の稼働面側では軟
化によりモルタル軟化部４を形成し、れんがの膨張を十
分に吸収し、結果的にはれんが構造体全体を安定した状
態に保つことができる。

【００１５】ところで、従来のマグネシアモルタルには
スラグが侵入しやすく、これが原因となってしばしば目
地の先行侵食が起こることがあった。しかし本発明のモ
ルタルは、高温条件下で反応した後には、マグネシア、
ジルコニア、フォルステライト（２ＭｇＳｉＯ₄）、２
ＭｇＴｉＯ₄などを生成する。ここへスラグが侵入して
きた場合、ジルコニアは侵入スラグの粘性を増加させ、
またスラグの主成分の一つであるＣａＯと反応して高融
点物質ＣａＺｒＯ₄を生成する。

【００１６】その結果、侵入スラグの見掛け粘度上昇や
液相率低下が起こり、スラグの侵入が抑制されて、モル
タルの侵食が抑制される。２ＭｇＴｉＯ₄ もＣａＯと反
応して高融点物質ペロプスカイト（ＣａＴｉＯ₄）を生
成する。このためやはりスラグの侵入とモルタルの侵食
は抑制される。またマグネシアとジルコンないしは酸化
チタンとの反応によってモルタル自体が緻密化すること
も、スラグ侵入抑制と耐食性向上に寄与する。

【００１７】本発明のモルタルを製造するために使用す
る原料については以下に述べる。ジルコンは通常耐火物
用として用いられる品質のものを使用できる。ただしジ
ルコン中に不可避的に含まれているＨｆＯ₂ は不純物と
しない。酸化チタンはアナターゼ型あるいはルチル型の
いずれも使用可能で、純度は８０重量％以上が望まし
い。マグネシアは電融品あるいは焼結品のどちらでも使
用できる。その純度は通常耐火物用として使用されてい
る８０重量％以上のものが良い。上記の各原料について
は適宜粒度を調整して使用する。

【００１８】モルタル中ジルコンと酸化チタンのどちら
か一方あるいは両者の含有量を合計で０．１〜４０重量
％とするのは、図５に示すように、０．１重量％以上含
まれていないとモルタルの軟化は起こらず、また耐食性
の向上も認められないこと、一方、４０重量％を越える
とモルタルの耐食性が大きく低下することが理由であ
る。この含有量は、好ましくは５〜２０重量％である。
なお図５の作成に当たっては、焼結マグネシアとジルコ
ンの配合量をいろいろと変化させたモルタルを試作し、
可縮性と侵食量およびスラグ侵入深さを調査した。その
際モルタルには粘土を７重量％添加し、混練時には水分
を２７重量％添加して作成した。

【００１９】可縮性の調査は、モルタルをマグクロれん
がの間に厚さ２ｍｍで挟み込み、モルタル層が水平にな
るようにして上から１ＭＰａの圧力を加えつつ１６００
℃まで昇温し、その際のモルタルの収縮量を測定して行
なった。結果はジルコン無添加のマグネシアモルタルの
場合を１００として指数化した。値が大きいほど可縮性
に優れている。なお用いたマグクロれんがはＣｒ₂Ｏ₃を
約１０重量％含有し、嵩比重３．０６ｇ／ｃｍ³ 、見掛
気孔率１６．０％、常温圧縮強度５３Ｐａのものであっ
た。

【００２０】次に、侵食状況の調査は回転侵食試験によ
った。すなわちまず鉄製の横型ドラムの内面にモルタル
を用いて耐火物を築造する。こうして内張りされたドラ
ム内の空間に酸素−プロパンバーナーで火炎を送りなが
らスラグを溶解し、このスラグを耐火物やモルタルと反
応させて侵食させる試験である。モルタルの損耗は目的
の侵食深さとスラグ侵入深さの合計で評価した。すなわ
ち侵食深さとスラグ侵入深さの合計が少ないほど耐食性
に優れるとした。

【００２１】まず、モルタル目地厚さは５ｍｍとし、モ
ルタルの添加水分量は２７重量％とした。用いた耐火物
は可縮性の調査に用いたれんがと同じである。これをド
ラムに内張りする際正十二角形の円筒となるように切削
加工により断面を台形とし、さらに個々の台形れんがを
縦に二分して、その間に供試モルタルを挟み込んだ。こ
うしてドラムを築造した後、乾燥させて侵食試験を行っ
た。

【００２２】侵食試験では、内張り耐火物の表面温度が
１７００℃となるように火炎の強さを制御し、４時間ス
ラグと反応させて侵食させた。用いたスラグの組成はＣ
ａＯ／ＳｉＯ₂重量比＝３、Ａｌ₂Ｏ₃＝２０重量％、Ｃ
ａＦ₂＝２０重量％である。スラグは３０分毎に排出と
投入を繰り返した。実験終了後、耐火物試料をモルタル
と共に取り外して目地部の侵食深さとスラグ侵入深さを
測定し合計した。結果はジルコン無添加のマグネシアモ
ルタルの場合を１００とし、侵食侵入指数とした。値が
小さいほど耐用性が高い。

【００２３】本発明のモルタルには、ジルコン、酸化チ
タン、マグネシア以外の耐火材を添加しても差し支えな
い。ただしモルタルの耐食性を損なわないように、その
添加量は２０重量％以下としなければならない。添加で
きる耐火物としては、アルミナ、スピネル、ジルコニ
ア、カルシア、ムライト、ドロマイト、ボーキサイト、
礬土頁岩、シャモット、ろう石、粘土などを例示でき
る。これらの内の二種以上を事前処理した複合材であっ
ても差し支えない。

【００２４】耐火材の製造に用いるバインダーとして
は、粘土、水ガラス、セメント、燐酸塩、各種樹脂、あ
るいは上で例示した耐火材の超微粉などが例示できる。
また解膠分散剤、消泡剤、界面活性剤、硬化剤、硬化遅
延剤、膨張材、有機質あるいは無機質の繊維などを添加
しても差し支えない。

【００２５】

【実施例】

（実施例１）本発明によるモルタルを用いてマグクロれ
んがを築造し、回転侵食試験によりモルタルの耐用性を
調査した。回転侵食試験の方法については前述の通りで
ある。結果は比較品（ＡＡ）の場合を１００とした指数
で表１〜６に示した。可縮指数は大きいほど、また侵食
侵入指数は小さいほど優れる。これらの結果によれば、
本発明によるモルタルは比較品と比べて耐食性・耐スラ
グ侵入性に優れていることがわかる。また、これらの結
果をまとめて示した図６によれば、ジルコンと酸化チタ
ンのうちのどちらか一方あるいは両者を０．１〜４０重
量％配合すれば可縮性並びに耐食性・耐スラグ侵入性に
優れた本発明品が得られることがわかる。

【００２６】

【表１】１）アナターゼ型２）比較品ＡＡを１００として表示

【００２７】

【表２】１）アナターゼ型２）比較品ＡＡを１００として表示

【００２８】

【表３】１）アナターゼ型２）比較品ＡＡを１００として表示

【００２９】

【表４】１）アナターゼ型２）比較品ＡＡを１００として表示

【００３０】

【表５】１）アナターゼ型２）比較品ＡＡを１００として表示

【００３１】

【表６】１）アナターゼ型２）比較品ＡＡを１００として表示

【００３２】（実施例２）実施例１に記載のＡＡ（表
１）、ＢＥ（表３）、ＢＳ（表５）、ＢＭ（表４）の４
種のモルタルを用いてマグクロれんがの直線壁を築造
し、その変形を調査した。用いたれんがは回転侵食試験
に用いたものと同じものであった。形状は６５×１１４
×２３０ｍｍで、２１枚を鉄製の水冷定板上に並べて施
工した。施工は、れんがの６５×１１４ｍｍの面に２ｍ
ｍの厚さでモルタルをこて塗りし、となりのれんがと接
着させることで図１のような直線壁を作った。モルタル
混練時の添加水分量は２７重量％であった。

【００３３】形成した直線壁のれんが列両端を固定し、
れんがを一方向から電気ヒーターで加熱した。徐々にヒ
ーターの温度を上げ、１２００℃となったところで保定
した。８時間保定後、列中央（１１枚目）のれんがのせ
り上がり高さを計測した。測定結果を表７に示す。本発
明によるモルタルでは比較品と比べてせり上がり高さが
激減した。

【００３４】

【表７】

【００３５】（実施例３）実施例１と２に記載のモルタ
ルＢＥ（表３）を用いてマグクロれんがからなるＲＨ下
部槽の敷すなわち槽底の内張りを築炉した。約４５０ｃ
ｈ使用後に敷の状況を調査した結果、従来のマグネシア
モルタル（実施例１および２のＡＡ）を用いていたとき
には、れんがのせり上がりに起因すると思われるれんが
の浮上が頻発していたのに対し、ＢＥを使用した場合は
浮上は全く見られず、敷は極めて健全な状態にあった。

【００３６】

【発明の効果】本発明はれんが構造体を安定させ得る高
耐用性モルタルを提供でき、耐火物内張り全体の寿命を
大幅に延長できる。これにより窯炉を用いて行なう鉄鋼
を含めた金属、あるいはセメント、ガラスなどの製造コ
ストを大きく引き下げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】直線壁におけるれんがとモルタルの配置を示す
図である。

【図２】空目地を採用したれんが直線壁の変形を示す図
である。

【図３】従来モルタルを用いたれんが直線壁の変形を示
す図である。

【図４】本発明によるモルタルを用いたれんが直線壁の
変形を示す図である。

【図５】ジルコン配合量と可縮指数、侵食侵入指数の関
係を示す図である。

【図６】ジルコン及び酸化チタンの配合量とモルタルの
性質の関係を示す図である。

【符号の説明】

１れんが２モルタル３モルタル非軟化部４モルタル軟化部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ジルコンと酸化チタンのうちのどちらか
一方あるいは両者を合計で０．１〜４０重量％含み、残
部がマグネシアと２０重量％以下の他の耐火材とからな
る耐火モルタル。