JPH1053456A

JPH1053456A - セメント焼成キルン用塩基性煉瓦

Info

Publication number: JPH1053456A
Application number: JP8208653A
Authority: JP
Inventors: Toshimi Fukui; 俊巳福井
Original assignee: Kurosaki Refractories Co Ltd
Current assignee: Krosaki Harima Corp
Priority date: 1996-08-07
Filing date: 1996-08-07
Publication date: 1998-02-24
Anticipated expiration: 2016-08-07
Also published as: JP3958812B2

Abstract

(57)【要約】【課題】セメント焼成用キルンの内張り材で特に焼成
帯で使用される優れたコーティング性、機械特性、耐食
性、耐熱衝撃性を有する塩基性煉瓦煉瓦を提供する。【解決手段】マグネシア成分が５０〜９０重量％含ま
れるマグネシア−スピネル質塩基性煉瓦において、マグ
ネシア骨材１中にライム２が０．５〜２重量％、シリカ
３が０．３〜２重量％、酸化鉄４がＦｅ₂Ｏ₃換算で０．
２〜ｌ重量％含まれるセメント焼成キルン用塩基性煉瓦
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セメント焼成キル
ンの内張り煉瓦として好適な塩基性煉瓦に関し、特に、
従来より焼成帯を中心に用いられているマグクロ質煉瓦
の代替えとなるセメントコーティング性に優れたセメン
ト焼成キルン用塩基性煉瓦に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、セメントロータリキルンの焼成帯
には、高温もしくは超高温焼成マグクロ質煉瓦又はマグ
ネシア−スピネル質煉瓦が使用されていたが、セメント
ロータリキルンは高稼働率、長期操業を進めており、ま
た、製品品種の多様化により操業条件が益々過酷になっ
ている。一方、環境問題が厳しくなる中、マグクロ質煉
瓦中に含まれる有害物質であるクロムが問題視されるよ
うになり、今後その使用が大きく制限される方向にあ
る。

【０００３】この様な流れの中、従来マグクロ質煉瓦が
使用されていた焼成帯へのマグネシア−スピネル煉瓦の
適用が検討されている。しかし、従来のマグネシア−ス
ピネル質煉瓦は高純度原料を用い、その総フラックス量
が１重量％以下に抑えられているため、得られた煉瓦へ
のセメントのコーティング性が不足し、その結果とし
て、煉瓦が直接フレームや原料に曝されることとなり、
その寿命が大きく制限されていた。

【０００４】この様な問題を解決するため、マグネシア
−スピネル質煉瓦の改良が検討されている。例えば、特
公昭６０−３４５１３号公報では、マグネシア−スピネ
ル質煉瓦へ酸化鉄をＦｅ₂Ｏ₃換算で０．４〜４．６重量
％添加してセメントコーティング性を向上させることが
開示され、また、特公平７−１０８８０３号公報では、
酸化鉄をＦｅ₂Ｏ₃換算で０．５〜５重量％を加え、チタ
ニアを０．５〜５重量％添加することがより有効である
と開示されている。また、特開平４−３１０５６１号公
報では、ライムとシリカを各々１〜３重量％含む電融マ
グネシアを使用し、マトリックス部にジルコニアを０．
５〜１０重量％添加することでセメントコーティング性
向上とセメント成分の浸透抑制に効果のあることが開示
されている。さらに、特開平５−５８７１３号公報で
は、シリカを２０重量％以上含む原料の形でシリカを
０．３〜５重量％添加することによりセメントコーティ
ング性が向上することが開示されている。また、ドロマ
イト質煉瓦の適用が可能であることが、耐火物３８、３
９８−４０１（１９８６−Ｎｏ．６）に示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】酸化鉄を含むマグネシ
ア−スピネル質煉瓦を長期間使用すると、煉瓦中の酸化
鉄が炉内雰囲気や温度の変動によりＦｅ₂Ｏ₃⇔ＦｅＯの
酸化還元を繰り返し、結果として煉瓦組織の脆化による
組織劣化を生じる。また、マトリックス部にジルコニア
を添加すると、ジルコニアの炉内の温度変化に伴う結晶
変態の繰り返しにより、組織が酸化鉄添加の場合と同様
に劣化が進行する。これらの添加成分は、マトリックス
部へ添加されることでその特徴を発現する。

【０００６】ところで、長期間の実炉での操業におい
て、その損耗はセメント成分の浸透が起こりやすい煉瓦
のマトリックス部より進行する傾向にある。つまり、最
も溶損の進行しやすい部位への低融化成分の添加や組織
劣化の原因となる成分を添加することは好ましいことで
はない。

【０００７】ドロマイト質煉瓦は、操業中には安定した
コーティングの生成や耐食性に問題は認められないが、
休転時にライム成分の消化により組織の劣化が急速に進
行する。したがって、休転の多い稼働条件での使用は出
来ない。

【０００８】本発明は、以上のような問題を解決し、コ
ーティング性、耐食性及び耐スポーリング性に優れた耐
用寿命を向上させることのできるマグネシア−スピネル
質塩基性煉瓦からなるセメント焼成キルン用塩基性煉瓦
を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のセメント焼成キ
ルン用塩基性煉瓦は、マグネシアが５０〜９０重量％含
まれるマグネシア−スピネル質塩基性煉瓦であって、マ
グネシア骨材中にライムが０．５〜２重量％、シリカが
０．３〜２重量％、酸化鉄がＦｅ₂Ｏ₃換算で０．２〜１
重量％含まれることを特徴とする。

【００１０】マグネシア骨材は、５〜９５重量％含有す
ることが好ましい。

【００１１】また、マトリックスは、ライムが０．６重
量％未満、シリカが０．３重量％未満、酸化鉄がＦｅ₂
Ｏ₃換算で０．４重量％未満となるように抑えることが
望ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明は、セメント成分との反応
性が高く、コーティング形成に寄与する成分の存在箇所
とその種類と量を規定することにより、コーティング性
及びコーティングの維持能力が大きく改善され、煉瓦の
寿命延命に大きく影響するという新たな知見を得て本発
明を完成するに至ったものである。

【００１３】本発明において、骨材とは原料粒径が０．
５ｍｍ以上の原料を指し、微粉とは原料粒径が０．５ｍ
ｍ未満の原料を指し、微粉で構成される箇所をマトリッ
クスと呼ぶ。

【００１４】マグネシア骨材は、その製造方法により限
定されることなく、天然、焼結法又は電融法で製造され
たマグネシア骨材が使用できる。マグネシア骨材には、
ライムが０．５〜２重量％、シリカが０．３〜２重量
％、酸化鉄がＦｅ₂Ｏ₃換算で０．２〜１重量％含まれ
る。これは、本発明で限定した含有量範囲に入る単一の
マグネシア原料のほか、前記含有量範囲を外れる一種又
は二種以上のマグネシア原料を組み合わせたものが前記
含有量範囲内であればよい。なお、酸化鉄は、ＦｅＯ、
Ｆｅ₃Ｏ₄、Ｆｅ₂Ｏ₃などの異なる酸化状態の化合物が存
在するので、本発明では全ての酸化鉄をＦｅ₂Ｏ₃に換算
した量として示す。ライム、シリカ及び酸化鉄の各量が
それぞれ前記含有量範囲の上限より多くなると、セメン
トコーティング性は向上するが、低融物の生成量が多く
なり骨材の耐食性が低下するので好ましくなく、逆に、
前記含有量範囲の下限より少なくなると、低融物の生成
量が少なくなり骨材の耐食性が向上するが、目的とする
セメントコーティング性は低下するので好ましくない。

【００１５】また、マグネシア骨材は、塩基性煉瓦中に
５〜９５重量％含有させるものであり、５重量％未満で
はセメントコーティング性が低下し、９５重量％を超え
ると、耐食性及び耐スポーリング性が低下する。電融原
料の骨材としての使用は、焼結原料に比べ煉瓦の耐熱衝
撃性が若干低下するが、熱間強度、耐食性など他の特性
が大幅に向上してトータルパフォーマンスが向上するの
で、電融原料の使用がより好ましい。

【００１６】ライム、シリカ、酸化鉄を含むマグネシア
原料は骨材及び微粉の全ての粒度で用いることができ
る。しかし、マトリックス中のライム、シリカ及び酸化
鉄の量が多くなると１２００°Ｃ以上の高温域での強度
が低下する傾向にある。したがって、微粉には本発明の
骨材より高純度の原料を使用することがより好ましい。
高純度のマグネシア原料とは、ライムが０．６重量％未
満、シリカが０．３重量％未満、酸化鉄がＦｅ₂Ｏ₃換算
で０．４重量％未満、より好ましくは０．２重量％未満
である。この含有量を外れる一種又は二種以上の成分の
マグネシア原料であっても高純度のマグネシア原料と組
み合わせたものが限定範囲内であればよい。また、ライ
ムが２重量％以上、シリカが２重量％以上及び酸化鉄が
Ｆｅ₂Ｏ₃換算で１重量％以上である低純度の原料を微粉
で使用することは、高温での機械特性を著しく低下させ
るので好ましくない。

【００１７】骨材やマトリックスに用いられるスピネル
原料として、理論組成のスピネル原料以外にアルミナ成
分が４０〜９０重量％の範囲であるスピネル原料を用い
ることができ、その製造方法として焼結法や電融法など
が利用でき、特に限定されるものではない。骨材に用い
る場合、ライムが２重量％以下、シリカが２重量％以下
及び酸化鉄がＦｅ₂Ｏ₃換算で１重量％以下であることが
好ましい。この範囲を超えてライム、シリカ、酸化鉄な
どの成分を多く含む場合は、高温での強度を低下させる
ため好ましくない。また、スピネル原料がマトリックス
に用いられる場合は、ライムが０．６重量％未満、シリ
カが０．３重量％未満、酸化鉄がＦｅ₂Ｏ₃換算で０．４
重量％未満、より好ましくは０．２重量％未満である条
件で用いる。

【００１８】なお、スピネル原料に代えてアルミナ原料
を添加し、焼成により煉瓦中のマグネシア成分との反応
により煉瓦中でスピネルとすることも可能で、この場
合、上述のマトリックスの成分条件によってマトリック
スに用いる。

【００１９】鉱物学上のスピネル構造を有する化合物に
は、各種元素の組み合わせの化合物が存在するが、本発
明で言うスピネルは、特に限定しないかぎり、マグネシ
アとアルミナ成分を主成分として構成されるマグネシア
ーアルミナスピネル（ＭｇＯ−Ａｌ₂Ｏ₃）を示す。

【００２０】本発明では煉瓦中のマグネシア成分量が５
０〜９０重量％となるようにマグネシア及びスピネル原
料が配合される。マグネシア成分量が９０重量％を超え
ると煉瓦中のスピネル量が少なくなり、結果として耐熱
衝撃性が低下する。マグネシア成分量が５０重量％未満
であると煉瓦中のアルミナ成分量が多くなり耐食性が低
下する。

【００２１】本発明の実施例では、マグネシア、アルミ
ナ、ライム、シリカ、酸化鉄以外の不純物成分としてチ
タニアは、セメントのコーティング性を低下させるため
煉瓦中の成分量として０．５重量％未満、また、ジルコ
ニアは組織劣化を避けるために煉瓦中の成分量として
０．５重量％未満であることが好ましい。

【００２２】本発明の塩基性煉瓦は、同業者が周知の方
法により製造されるものであり、その製造方法は特に限
定されるものではない。

【００２３】図１は本発明の塩基性煉瓦の酸化鉄の存在
箇所を示す概略図、図２は従来例の塩基性煉瓦の酸化鉄
の存在箇所の概略図で、セメントのコーティング性を向
上させるには、図１に示すように、骨材１にライム２、
シリカ３及び酸化鉄４の各成分が同時に存在することが
重要である。酸化鉄成分のみの添加でセメントのコーテ
ィング性を向上させようとすれば、その添加量が本発明
の数倍以上は必要となり、先に述べたようにＦｅ₂Ｏ₃⇔
ＦｅＯの繰り返し変化による組織劣化の影響を避けるこ
とができない。また、これら酸化鉄の弊害は、図２の従
来例に示すように、マトリックス５中に酸化鉄が存在す
るために顕在化するので、本発明のように酸化鉄４が骨
材１中に存在する場合には問題になりにくい。一方、ラ
イムとシリカのみで同様の効果を得ようとすれば、その
必要量が多くなり、結果として耐食性が大幅に低下す
る。ところが、本発明においては、ライム２、シリカ３
及び酸化鉄４の３成分が骨材１中に共存することで、そ
れらの相乗効果により各成分の存在量が少なくても充分
なセメントコーティング性を得ることが可能となる。

【００２４】マトリックスでなく骨材でのライム、シリ
カ及び酸化鉄の各存在量を多くすることで、セメント成
分のコーティングが煉瓦の骨材で優先的に進行し、骨材
の耐食性はマトリックスより優れているので、マトリッ
クスへセメントコーティング性を向上させる成分を添加
させることでセメントのコーティング性を向上させた場
合に比べ、セメント成分との反応によるマトリックスの
先行の浸食が大幅に抑制される。また、煉瓦面での骨材
の煉瓦露出面の面積はマトリックスと比べ広いので、広
範囲にわたりよりセメントコーティングを促進する成分
が分布する。その結果としてコーティングの形成が促進
され煉瓦寿命が延びる。

【００２５】なお、図１では骨材１中のみにライム２、
シリカ３及び酸化鉄４が存在するように図示されている
が、マトリックス中にライム、シリカ及び酸化鉄が上述
の不純物として限定された含有量未満であれば、１００
０°Ｃ以上の高温での機械的強度の低下はない。

【００２６】

【実施例】表１はマグネシア出発原料のライム、シリカ
及び酸化鉄のそれぞれの含有量と製造方法を示す。表１
の原料Ａ〜Ｆは本発明に使用する原料である。

【００２７】

【表１】表２は本発明に使用するマグネシア出発原料のアルミ
ナ、ライム、シリカ及び酸化鉄のそれぞれの含有量と製
造方法を示す。

【００２８】

【表２】表３及び表４は本発明の実施例及び比較例の組成につい
て示したものである。

【００２９】

【表３】

【表４】表３及び表４に示した比率で配合した実施例１〜１８の
組成物を、結合剤として塩化マグネシウム水溶液を使用
して常温で混練した。その後、２３０×１１０×１００
ｍｍの形状を成形圧２００ＭＰａで成形し、焼成温度１
７５０°Ｃで焼成した。

【００３０】実施例１９〜２１は、同一条件で得られた
成形体を１６００°Ｃで焼成した。

【００３１】なお、実施例１３は、マグネシア原料Ｄと
Ｇ、実施例１４、１５、２０、２１は、マグネシア原料
ＤとＨをマグネシア骨材として各々１：１の比率で使用
した。

【００３２】さらに、実施例１５と２１はスピネル原料
ＪとＫを各々１：１の比率で使用した。

【００３３】比較例１〜３として、原料Ｇ〜Ｉを用いて
同一組成となる煉瓦を同一条件で成形し、１７５０°Ｃ
で焼成し製造した。比較例４は比較例２の組成物にべン
ガラを外掛けで１．３重量％添加した配合を用い得られ
た。

【００３４】本発明の実施例では、マグネシア、アルミ
ナ、ライム、シリカ及び酸化鉄以外の成分として原料不
純物として存在するチタニア、ジルコニアの存在量は、
煉瓦として各々０．１３重量％以下と０．０５重量％以
下であつた。

【００３５】表５及び表６は本発明の実施例と比較例と
のそれぞれの評価結果を示す。

【００３６】

【表５】

【表６】得られた煉瓦の物性値を測定するとともに、セメント組
成物のコーティング性、耐熱衝撃性、耐食性を調査し
た。セメントコーティング試験は、ポルトランドセメン
ト６５重量％、硫酸カリウム３０重量％及びフライアッ
シュ５重量％の混合物を用い、回転ドラム法により１５
５０°Ｃで行った。加熱状態でのセメントのコーティン
グ状態の直接観察と冷却後のコーティング生成厚みとに
より評価した。耐熱衝撃性は５０×５０×５０ｍｍ角の
サンプルを１４００°Ｃに加熱した電気炉中に挿入加熱
した後、水冷し、この繰り返しによる脱落回数により評
価した。耐食性は、セメントコーティング試験と同じセ
メント組成物を用い、１７５０°Ｃで回転ドラム法によ
り行った。試験後の減寸量により評価した。

【００３７】特定の範囲内のライム、シリカ、酸化鉄を
骨材内に含むマグネシア原料を使用した本発明の煉瓦
は、高温加熱条件下での曲げ強度に問題なく、セメント
のコーティング性及び耐食性は良好であった（実施例１
〜１２、１６、１７）。

【００３８】マグネシア比率の異なるスピネル原料（原
料ＪとＬ）を用いても特性に大きな差は認められない。
マグネシア原料を５０％程度まで通常の高純度品ＧやＨ
に置き換えてもセメントコーティング性の大きな低下は
認められなかった（実施例１３〜１５）。

【００３９】スピネル原料の一部又は全てを焼結品から
電融品に置き換えても一般物性物性やセメントコーティ
ング性の低下は見られない（実施例５と１５）。

【００４０】微粉に本発明範囲のライム、シリカ及び酸
化鉄を含むマグネシア原料を使用すると１２００°Ｃや
１４００°Ｃでの強度が低下傾向にあるものの（実施例
１８）、セメント焼成用キルンへの使用に問題のある値
ではない。焼成温度を１６００°Ｃとすると（実施例１
９〜２１）、１４００°Ｃでの熱間強度がやや低下傾向
にあるが、逆に耐熱衝撃性が向上し、セメントコーティ
ング性、耐食性に全く問題ない。

【００４１】マグネシア骨材のライム、シリカ及び酸化
鉄の各量が本発明範囲未満である比較例１と２では、一
般物性や耐食性又は耐熱衝撃性は良好であるが、セメン
トのコーティングは全く認められず、マグクロ質煉瓦の
代替え使用には問題がある。逆に、ライム、シリカ及び
酸化鉄の各量が本発明範囲より多い比較例３では、セメ
ントのコーティング性に問題はないが、高温下での強度
が低く、耐食性が大幅に低下するため好ましくない。酸
化鉄を外掛けで添加した、つまりマトリックスに酸化鉄
が多く存在する比較例４は、セメントのコーティング性
に問題はないものの、耐食性が大幅に低下した。

【００４２】本発明の実施例４、１４、１５、２０の煉
瓦をセメント焼成用ロータリキルンの焼成帯内張りに用
いてその特性の確認を行った。一年の稼働にわたり充分
なセメントコーティングの生成が認められ、充分な耐用
性が得られることが確認された。また、脱着帯や冷却帯
の使用においても熱スポールによる煉瓦の脱落や化学的
侵食による問題は発生せず実操業上全く問題ないことが
解った。

【００４３】

【発明の効果】本発明のセメント焼成キルン用塩基性煉
瓦は、コーティング性が良好で、優れた機械特性、耐食
性及び耐熱衝撃性を有し、セメント焼成用キルンの耐用
寿命を向上させることができる。

【００４４】従来より焼成帯を中心に用いられている、
環境問題となる有害物質であるクロムを含有するマグク
ロ質煉瓦の代替えとなるセメントコーティング性に優れ
たセメント焼成キルン用塩基性煉瓦が得られる。

【００４５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の塩基性煉瓦の酸化鉄の存在箇所を示
す概略図である。

【図２】従来の塩基性煉瓦の酸化鉄の存在箇所を示す
概略図である。

【符号の説明】

１骨材２ライム３シリカ４酸化鉄５マトリックス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マグネシア成分が５０〜９０重量％含ま
れるマグネシア−スピネル質塩基性煉瓦であって、マグ
ネシア骨材中にライムが０．５〜２重量％、シリカが
０．３〜２重量％、酸化鉄がＦｅ₂Ｏ₃換算で０．２〜１
重量％含まれることを特徴とするセメント焼成キルン用
塩基性煉瓦。
【請求項２】請求項１記載のセメント焼成キルン用塩
基性煉瓦において、マグネシア骨材を５〜９５重量％含
有することを特徴とするセメント焼成キルン用塩基性煉
瓦。
【請求項３】請求項１又は２記載のセメント焼成キル
ン用塩基性煉瓦において、マトリックスは、ライムが
０．６重量％未満、シリカが０．３重量％未満、酸化鉄
がＦｅ₂Ｏ₃換算で０．４重量％未満であることを特徴と
するセメント焼成キルン用塩基性煉瓦。