JPS5819626B2 - 酸化硼素アルミナ質耐火物 - Google Patents

酸化硼素アルミナ質耐火物

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JPS5819626B2
JPS5819626B2 JP52028659A JP2865977A JPS5819626B2 JP S5819626 B2 JPS5819626 B2 JP S5819626B2 JP 52028659 A JP52028659 A JP 52028659A JP 2865977 A JP2865977 A JP 2865977A JP S5819626 B2 JPS5819626 B2 JP S5819626B2
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    • C03B5/16Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/42Details of construction of furnace walls, e.g. to prevent corrosion; Use of materials for furnace walls
    • C03B5/43Use of materials for furnace walls, e.g. fire-bricks
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C04B35/101Refractories from grain sized mixtures
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明に、酸化硼素アルミナ質の耐火物に関し1特にB
2O3成分を含む材料を焼成、溶解あるいは熱加工する
炉に用いる耐火物として特に優れた性能を有するもので
ある。
すなわち、例えば、硝子繊維用E−ガラスのようなり2
03を含むガラス材料を窯で溶解する場合の炉材として
、B2O3を含む蒸発物質あるいはB2O3を含む溶融
物に対し、優れた耐食性、耐スポーリング性、低熱膨張
性、高融点を有し、さらにそのガラス材料を電気溶解す
るときに利点となる高い電気抵抗性を有した耐火物を提
供することを目的とするものである。
一般にE−ガラス窯などのようにB2O3を含むガラス
材料を溶解する窯の上部構造には、ムライト煉瓦のよう
な高アルミナ煉瓦あるいは砂石煉瓦などが用いられるこ
とが多いが、この場合そのガラス材料の溶融物中あるい
は蒸発物中に存在するB2O3によって起こる浸食は著
しいものがある。
本発明はかかる従来の欠点を解消するためになされたも
ので、重量%で78ないし94%のAl2O3,6ない
し15%のB2O3,2%以下のR20(ただしRはア
ルカリ金属であり、特にL 120は0.6%以下、N
a2Oは1.6%以下とする)を含み、不純物の合計が
5%以下(ただし、SiO2が4%以下、CaOまたは
MgOが1%以下とする)であり、鉱物相としては、9
AI203・2B203が主相であり、 α−A1203相が α−A1203/9A1203・2B203(重量比)
=1.22を限度として少なくとも含有していることを
特徴とする酸化硼素アルミナ質耐火物である。
この本発明に係る耐火物を前述のE−ガラス窯などのよ
うにB2O3を含むガラス材料を溶解する窯の内張りに
使用すると、B2O3成分を含む蒸発物質によって起こ
る浸食に対してはほぼ9A1208・2B203のほぼ
単一の鉱物相からなる耐火物が効果を発輝し、B2O3
成分を含む溶融物が接触することによって起こる浸食に
対しては、9 A1203・2B203のほぼ単一の鉱
物相からなるものより、9A1203・2B208相と
α−A1208相との混合結晶物からなる耐火物の方が
より効果を発揮する。
この場合、α−A1203相が多くなるにしたがって耐
食性が増す傾向を示す。
しかし、ある程度以上にα−A1203相が多くなると
、溶融物中のB2O3成分と耐火物中のα−A1203
相とが反応して起こるとみられる体積変化によって使用
中の耐火物に亀裂が発生し易くなる。
具体的にはα−A1203/9A1203・2B203
(重量比)が 51.22より大きくなる場合、すな
わちB2O3が全体の6重量係未満のときに使用中の耐
火物に亀裂カ発生シ易イ。
マタ、Al2O378%、B20315%でR202%
、不純物5係のとき、これよりB2O3の量が増加する
と耐火物に亀裂が入り、 lR2Oと不純物と力北と
んどないときは15係未満の14係ですでに亀裂が生ず
る惧れがあるので、結局B2O3量の上限は15チであ
る。
AI、O,の量が78係未満になると遊離のB2O3の
量が増加し、これが耐火物の亀裂発生の1原因となる。
A720.の量が94%を超えると、α−Al、0.相
が多くなり、これが溶融物中のB2O3と反応して体積
変化を起し、耐火物に亀裂を発生させる。
R20は本発明耐火物を電鋳で製造するときの電S導度
を高める。
その量は2係を超えると、耐火物中にマトリックスガラ
ス相が多くなり、耐火度低下、耐スポーリング性低下を
もたらす。
ただし、Li2Oでは0.6%、Na2Oでは1.6%
をそれぞれ超えると上記欠点を伴なう惧れがあるので、
これ工らを単独で用いる場合には、それぞれ上限を下げ
る必要がある。
不純物としては、5i02 、CaO,MgOが主なも
のであるが、これらは原料から混入し易いもので、耐火
物の耐火度、耐スポーリング性を低下せしめJるから、
できるたけ少ない方が好ましい。
5iOz4%+CaOまたはMg01係−5係を限界と
し、5i02単味では4係を超えると上記欠点が生ずる
惧れがある。
本発明耐火物は、鋳造もしくは焼成法によって;得るこ
とができる。
電融鋳造法で製造する場合、9A1203・2B203
相になるように調整したバッチでは、通常のムライトあ
るいはβ−AI!203煉瓦を製造する場合に比べ、そ
の組成に起因して、電気伝導度が小さく、・小さな電気
容量の炉では、溶解が困難である場合が生じることがあ
る。
この場合、バッチに若干のK2O成分を加えて電気伝導
性を高めることは電融を行なう操作上効果がある。
例えば、9A1203・2B203の1200℃におけ
る電気伝導度はおよそ1.3X10”Ωぼ程度であるが
、Li2O成分が06%存在する組成においては、同条
件において、電気伝導度は5〜13X102Ωαとなる
N a 20成分の場合は、1.6%程度でLi2O成
分が06%の場合と同等の電気伝導度となる。
K2020量場合は同様に2.0%で同等となる。
しかし、例えばK2O成分としてに20成分を2係以上
存在させた場合の耐火物では、9A120.・2B20
.以外のに2O−B20.−A120.系のマトリック
スガラス相が多くなり、耐火度の低下、耐スポーリング
性能の劣化など性能の悪化が生ずる。
また、この場合、マトリックスガラス相はに20 mo
l/ B 203 mo lは約1に近い組成を示し
、マトリックスガラス相に含有されるAl2O,量は約
5係以下であった。
そのため9A120s・2B20.相を生成させるため
に加えたB2O3成分はに20成分の存在によってマト
リックスガラス相を作ったため、存在するに20量のお
よそ等モルに1相幽するB2O3量が9A1120s相
の生成に寄与しない量となっており、必要とする9A1
20.・2B20.相の量を確保するためには、K20
20量存在によって、K2O−B2O,−A7203
系のマトリックスガラス相となっているB2O3成分
の1量に相当するだけのB2O3成分を余計に加える必
要が生じてくる。
L iOzあるいはN a 20成分の存在の場部同様
であって、そこに生成したマl−、lJツクスガラス相
は、それぞれ06%、1.6係の場合、Lid2’ m
o l/B203rnolは0.7〜2 、Na20m
ol/B203molは約1のものが多い。
したがって、これらマl−IJラックスラス相の存在に
よって食われるB20.量に相当するだけのB2O3量
を余計に加えないといけない。
; 一方、9A1320s・2B20.相は水利などに
よる二次的な変化は示さない。
またB2O3成分がK2O成分あるいはそれ以外の5i
n2成分などの不純物の存在下で、前述した組成範囲の
マトリックスガラス相を形成する場合にも、はとんど二
次フ的な変化は示さない。
しかし、9A1203・2B203を生成させるに必要
なり203成分より多いB20.成分を含む場合、ある
いは上記の範囲のマトリックスガラス組成より多いB2
O3成分を含む場合には、二次的に水和作用によると思
われる現象が見られ、そのために鋳造物に亀裂が生じる
傾向がある。
すなわち、AI!20.とB2O3成分以外の成分の合
計量が01%以下の場合ではB2O3/111203の
重量割合が分析上で14/86より大きくなるとB 2
03 +3 B20→2H3BO,の反応によると推定
される現象のため、鋳造物に亀裂が生じる。
また、Al2O,とB2O3成分のほかにR20として
最も多く許容できるに20成分量が2係、それ以外の不
純物としてSiO2成分が約4係、その他の成分が1係
程度検出できる組成の鋳造物ではB2O3量が分析値上
で15係までは亀裂の発生などの二次的変化は実用上問
題になる程ではない。
したがって、鋳造耐火物の分析上の組成はAl120,
78係以上、B2036〜15チ、R20がLiO,と
して06%以下、Na2Oとして1,6条以下、R20
として2係以下であり、1種以上のB20成分が共存す
る場合には、その合計量が2係以下であり、それら以外
の成分は5%以下であることが必要である。
上記の如き分析上の組成範囲を有し、実質的な9Al1
20s・2 B20.相を含む鋳造耐火物は、所要原料
を約1980°C〜2200℃で溶解し、鋳込温度18
80°C〜2050℃で製造される。
鋳込型のストリップは鋳込後5〜10分程度保持した場
合が適当である。
さらに製造歩留を考慮するならばストリップ後に多量の
アルミナ粉の中に埋めて2〜3日間かけて徐々に冷却す
るのが望ましい。
本発明耐火物を焼成法によって製造する場合は、適正に
調整したバッチを手打成形、オイルプレスなどによる機
械成形あるいはラバープレスなどで成型した成型物を、
同バッチと謂の組成あるいはそれより若干B、O,成分
の多い組成の粉末にくるんで焼成する。
このようにすると焼成中に成型物中のB2O3が揮発し
て組成が変化することを防止できる。
例えば厘鉢に成形物と同一組成の粉末を充分溝しておき
、その中に成型物を埋めて焼成するのである。
焼成温度は1,100°C〜1,950℃程度の範囲が
可能であるが、1,700℃付近が最も望ましい。
焼成時間は6〜24時間焼成温度に保持することが望ま
しい。
焼成法の場合、電融法の場合のようにバッチ組成に電気
伝導性に関する性質を求める必要はないので、製造上の
理由でB20成分を二次的に加える必要はない。
特に耐火物の特性に電気抵抗性の大きい性質を求める場
合、B20成分はできるだけ少なく、またSiO2成分
などの不純物も少ないAl2O3源およびAl、O,源
として純度の高い原料を用いることが望ましい。
また、耐食性、耐スポーリング性、耐火度あるいは電気
的性質などの性能を少なからず犠牲にしても、より気孔
率の少ない緻密な組織の耐火物を必要とする場合は、鋳
造法のところで述べたと同じ程度の範囲でB20.とA
l2O3成分以外の成分が存在してもよいが、その範囲
以上に、特にB20成分が多くなると、マトリックスガ
ラス相の量が極端に増加する。
このマトリックスガラス相の増加と直接関係するかどう
か明確ではないが、マ) IJラックスラス相の量が多
くなった耐火物には小さな栖閉気孔が多くなり、丁度ブ
ロヂング現象(耐火物中の気孔が拡大する現象)のよう
な形態を呈し、気孔率は多くなる傾向がみられ、望まし
くない。
SiO2成分などの不純物も前記範囲を超えるとマトリ
ックスガラス相f、4多くなり、望ましくない。
したがって、焼成法で得た耐火物の組成も分析上の重量
割合で、鋳造法のところで述べた耐火物と同等の組成範
囲内であることが必要であり、B2O3とAl2O,成
分以外の成分を含めた分析上の組成とそれらから得られ
る性能上の特性は、鋳造法と焼成法で得た画法の耐火物
間に本質的な差異はない。
また製造上から言えば、鋳造物を粉状物またはカレント
として、焼成法で作る場合の原料として使用してもよい
焼成法による長所は、Al2O,源、B20.源の純度
の高い原料を選んで、9M20.・2B203相になる
ように調整したバッチを用いた場合、はぼ9A7203
・2 B20.相だけの組成で均等な組成のものが得ら
れ、さらに耐食性、耐スポーリング性に関わるような気
孔率、気孔の大きさなどがある程度成形および焼成条件
などによって制御することができる点にある。
本発明は、前述のとおりE−ガラス無用の耐火物として
B2O3による浸食性に耐えるものとして有用であるが
、その高耐火度、優れた耐食性、耐スポーリング性ある
いは高い電気抵抗性などの優れた特性は、B2O3成分
を含む材料を焼成、溶解、熱加工するが如き、釉薬、C
−ガラスなどの製造装置に用いる耐火物としても適用で
き、前記と同様の効果を発揮し得るものである。
つぎに実施例と比較例並びに試験結果を示す。
実施例 1 バイヤアルミナ、三酸化二硼素、ソーダ灰、炭酸カリ、
リチウム酸化物、珪砂、石灰などの所定の各原料、添加
原料を所定の割合になるように調整し、混合したのち、
電気炉に装入し、1.9800C〜2,200℃の温度
域で、1〜1.5時間で溶融し、鋳造後冷却して鋳造耐
火物を得た。
6種の組成例並びにその試験結果を4種の比較例ととも
に表−1に示す。
表−1中試料1〜6が本発明品、7〜10が比較例品で
ある。
実施例 2 実施例1におけると同じ諸原料を所定の割合になるよう
に調合し、充分混合混練したのち、ラバープレスで1.
2t/fflの圧力で成形したのち、1.610°Cで
6時間焼成した。
それらの焼成物についての組成と諸性能を表−2に示す
表−2中試料11.12は本発明品、13は比較例品で
ある。
なお試験結果については、表−1の脚注をそのまま採用
する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 重量%で78ないし94%のA1□06、ないし1
    5%のB2O3,2%以下のR20(ただしRはアルカ
    リ金属であり、特にLi2Oは0.6%以下、Na2O
    は1.6%以下とする)を含み、不純物の合計が5%以
    下(ただし、5i02が4%以下、CaOまたはMgO
    が1%以下とする)であり、鉱物相としては、9A12
    03・2B203が主相であり、α−A1203相が、 α−A1203/9A1203・2B203唾量比)=
    1.22を限度として少なくとも含有していることを特
    徴とする酸化硼素アルミナ質耐火物。
JP52028659A 1977-03-17 1977-03-17 酸化硼素アルミナ質耐火物 Expired JPS5819626B2 (ja)

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