JPS6071569A - 新規なモノリシツク耐火ミツクスおよびこのための結合剤 - Google Patents

新規なモノリシツク耐火ミツクスおよびこのための結合剤

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JPS6071569A
JPS6071569A JP59180243A JP18024384A JPS6071569A JP S6071569 A JPS6071569 A JP S6071569A JP 59180243 A JP59180243 A JP 59180243A JP 18024384 A JP18024384 A JP 18024384A JP S6071569 A JPS6071569 A JP S6071569A
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refractory
weight
mix
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JP59180243A
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リン・アン・グラツドフエルダー
ジヨン・アレツクス・カニーク
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Honeywell International Inc
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Allied Chemical Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、溶融金属の取扱いまたは処理に用いられる容
器および関連する装置の部品たとえばとりべ(取鍋)、
湯溜り、トラフおよび2/ナーの内張りを形成するため
のラミング(raT[]118g、キャスタブルまたは
ブナイト(gunnite)ミックスとして特に有用な
モノリシック(monolithic) 耐火ミックス
用結合剤および耐火ミックスそのものに関する。
一般の耐火キャスタブルおよびガンナイトミックスは1
5〜30%のアルミン酸カルシウムセメントを含有する
。加熱するとセメントからのCaOが耐火性を大幅に低
下させる液相を形成する。セメント含量を低下させると
耐火性は増大するが、低温強度も低下する。このため、
注型品の取扱いが不可能でないにしても困難になる。
米国特許第3.802.894号、第4,102.69
5号、第4,120,734号および第4,244,7
45 号各明細書に示されるように、キャスタブルのセ
メント含量全低下させることにつき多大な研究がなされ
た。前3者の特許はすべて比較的低いセメント含量を採
用しているが、すべて解膠剤を必要とする。解膠剤を用
いる欠点は、必要な少量の解膠剤をミックス中に均一に
分散させることが困難々こと、および老化の問題である
。米国特許第4.244,745号明細書の場合は解膠
剤を使用しないが、添加される液相は慣用される水の代
わりにシリカゾルである1、しかし液体としてシリカゾ
ルを用いるためには2成分ミックスを輸送する必要があ
り、これは使用に不便である。
従って本発明の目的は、高い耐火性および高い低温強度
を合わせもつ2ミング、注型またはガンナイト処理用に
特に有用な新規なモノリフツク耐火ミックスを提供する
ことである。
特に本発明の目的は、比較的少量のアルミン酸カルシウ
ムセメントを含む新規なモノリシック耐火ミックスを提
供することである。
本発明の他の目的は、解膠剤を含有させる必要のない新
規なモノリシック耐火ミックスを提供することである。
本発明のさらに他の目的は、本発明の新規なモノリシッ
ク耐火ミックスに用いるのに適した新規な結合剤を提供
することである。
本発明の他の目的および利点は以下の記述から明らかに
なるであろう。
本発明の目的は下記の結合剤およびモノリシック耐火ミ
ックス組成物の使用により達成されることが見出された
本発明のモノリシック耐火ミックス組成物に用いるのに
適した本発明の新規な結合剤は、アルミン酸カルシウム
セメント約2〜約98重量%、ならびに約0.1〜to
om /El の表面積および約0.02〜〈1ミクロ
ンの平均粒径範囲含有する微細シリカ約98〜約2重量
%のブレンドからなる。
これらの新規な結合剤は、モノリシック耐火ミックスに
おける以外の用途をもつ。これらはラミング、注型およ
びガンナイト処理用ミックスのための結合剤として用い
ることができるほか、予備成形された耐火付形物の製造
にも用いることができる。
本発明の新規なモノリシック耐火ミックスは、本発明に
よる結合剤約1〜約25重量%および粒状耐火材料約9
9〜約75重量%からなる。
本発明の新規なモノリシック耐火ミックスはモノリシッ
ク用途のほかにも用途がある。これらはラミング、注型
およびブナイト処理用ミックスとして用いることができ
るほか、予備成形された耐火付形物の製造にも用いるこ
とができる。
アルミン酸カルシウムセメントは耐火材料、特にモノリ
フツク耐火材料のための一般的結合剤である。アルミン
酸カルシウムセメントは多数の供給桑者から市販されて
おシ、アルコア社のCA−25、ローン9スターaう・
ファルジエ社のセカール(Secar) 80およびセ
カール60、ならびにアトラス社のレフコン(Refc
on) およびルムナイト(Lunn1te)として市
販されている。
本発明によれば、最終耐火製品の耐熱性を過度に低下さ
せない程度に比較的低い量のアルミン酸カルシウムセメ
ントが供給される。一般に本発明による有用な結合剤ミ
ックスは、結合剤ミックスの総重量に対し約2〜約98
重量%のアルミン酸カルシウムセメントを用いて調製で
きる。ただし特定の系においてはこの範囲よシも少ない
量および多い量を用いても満足すべき結果を得ることが
できる。前記のようにアルミン酸カルシウム成分を最小
限に抑えることが好ましいので、この成分に関する好ま
しい上限は結合剤ミックス総重量に対し67重量%であ
る。好ましい範囲はアルミン酸カルシウムセメント約1
8〜約67重量%である。
結合剤ミックスの微細シリカ成分の機能は、アルミン酸
カルシウムセメント成分の分散剤または増量剤として作
用すること、および耐火製品の低温強度および高温強度
を改善することである。高温では微細シリカはたとえば
アルミナと反応してムライトボンドを形成するであろう
約0.1〜100m 2/fiの表面積(BET法にヨ
ル)および約0.02〜く1ミクロンの平均粒径を有す
るいかなる形の微細シリカ(S102)も本発明に用い
るのに適している。この種の具体例はケイ素合金および
フェロシリコン合金製造の副生物として生成する。たと
えば石英の還元に際してはSiOが高温状態で(400
〜800℃)で生成し、この工程から取出される際酸化
および凝縮されて、前記の範囲の表面積および粒径をも
つ5102の超微粒状ガラス質球形粒子が得られる。こ
の生成物は時に凝縮シリカヒユームと呼ばれる。この方
法で製造される適切が形の微細シリカの市販例は、(典
型的)表面積25m /fj および平均粒径0.12
 ミクロンを有するユニオン・カーバイ)’社fiUc
AR(登録商標)サブミクロ/・シリカである。
前記の表面積および粒径の要件を満たした他の形の微細
シリカも用いることができる。このような他の形のもの
は、たとえば7リカの噴霧乾燥ま&Uヒユームド″′7
す力の凝集により製造でき、これ(”i S i C(
14の火災加水分解(flamed hydrolys
is)により生成する5102の形である。
本発明によシ使用される微細シリカに関して好ましい表
面積は約10〜50m/、!9であシ、よシ好ましくは
約15〜30m2/g である。
本発明により使用される微細シリカに関して好ましい平
均粒径範囲は、約0.05〜0.2ミクロンである。
一般に本発明に有用が結合剤ミックスは、結合剤ミック
スの総重量に対し約98〜約2重量%の微訓シリカ成分
を用いて調製できる。ただし特殊な系の場合、この範囲
より少々い量および多い量を用いて満足すべき結果金得
ることもできる。好ましい範囲は約82〜約33重量%
の微細シリカ成分である。
結合剤中のアルミン酸カルシウムセメント成分と微細シ
リカ成分の渡合は、選ばれた特定の耐火ミックスに希望
する特性を与えるためにはこれらの成分に関して先きに
指示した範囲内で相関させ、調節しなければ々ら々い。
特殊な性質または結果を達成するために、結合剤ミック
スに他の成分を添加することもできる。
−例は、強度を増すための金゛属アルミニウムまたは樹
脂であろう。
結合剤を別個に調製する場合、これは希望する量のアル
ミン酸カルシウムセメント成分および微細シリカ成分を
十分にドライミックスまたはブレンドすることによシ調
製できる。
本発明の新規なモノリシック耐火ミックスの粒状耐火材
料成分は、当技術分野で周知の耐火凝集体または粒子の
いずれであってもよい。
−例には焼成りレー、焼成ボーキサイト、カイアナイト
、板状(tabular)アルミナ、溶融アルミナ、シ
リコンカーバイド、アンダルサイト、ジルコン、マグネ
シア、クロム鉱石、およびムライトが含まれる。選ばれ
る個々の耐火材料は、耐火用途の性質により定められる
。たとえばモノリシック用である場合、考慮すべき因子
には、内張すされる容器における温度勾配、内張りの厚
さ、および入れられる溶融材料が含まれる。このような
選択は力業者が容易になしうる範囲内にある。好ましい
耐火粒子には板状アルミナが含まれる。
選ばれる耐火粒子の粒径およびその分布は厳密なもので
はないが、これも希望する結果を最上のものにするため
前記の因子を考慮して定められる。
この決定も当業者が容易になしうるものである。
好ましい粒径分布は一3+14メツシュ(6,68x1
0”−31,17xlO−3m)の粗大粒子約50〜約
60%、−14−1・325メツシユ(1,17XIO
0,043x10”−3m ) の中程度の粒子約34
〜約45%、および325メツシユ(0,043X10
− ”m ) の、微細粒予約O〜約1.0%から々る
。前記のようにこれらの範囲よシも上および下の粒径お
よびその分布も特定の用途の冬めに(L″:r、適切で
あるか、またはよシ適切である場合がある。ここでいう
メツシュサイズはタイラー篩である。
本発明のモノリシック耐火ミックスに用いられる耐火材
料成分“の量は、ミックスに希望する程度の耐火性を与
えるのに十分な量である。一般に耐めるであろうが、あ
る種の用途に適したミックスはこの範囲よシも多いかま
た(ば少ない量の耐火成分を含有する場合がある。耐火
成分の量に関して好ましい範囲は一般にミックス全体の
約83〜約94重量%である。
耐火ミックスに用いられる結合剤成分の量は、最終耐火
製品に希望する程度の強度を与えるのに十分な量である
。耐火用としては熱間強度および室温強度の双方が重要
である。
熱間強度はASTM C−583−80により測定して
2000’FC1093℃)における最終耐火製品の破
壊係数(メガパスカル、 MPa ) (psi)と定
められる。
満足すべき熱間強度は一般は>300 psi (2,
07MPa)と考えられ、好ましい熱間強度は>500
 psi(3,45MPa )−−c’ある。
室温強度は上記ASTM試験C−583−80により測
定して78’F(26℃)における破壊係数(psi)
(MPa)と定められる。満足すべき室温強度は一般に
>100psi (0,690MPa)と考えられ、好
まシイ室温強度は>500psi(3,45MPa)で
ある(230’F (110’C)に乾燥したのち)。
満足−「べき熱間強度および室温強度は一般にミックス
全体において約1〜約25重量%の結合剤を用いた場合
に得られるが、これは結合剤成分の割合、耐火ミックス
の他の成分および形成される形状に基づいて定められる
。使用される結合剤の好ましい量はルーティン実験によ
り容易に決定できるが、一般に耐火ミックスの約6〜約
17重量%である。
耐火ミックス全体に対し、アルミン酸カルシウムセメン
ト成分に関する操作可能な広い範囲は約0.5〜約20
重量%である。好ましい範囲は約1〜約10重量%、よ
り好ましくは約2〜約8重量%である。
微細シリカ成分に関する対応する範囲は約0.5〜約2
0重量%(操作可能な広い範囲)、約2〜約10重量%
(好ましい範囲)、および約4〜約10重量%(より好
ましい範囲)である。
結合剤をあらかじめ混和し、そして耐火性凝集体に添加
してもよく、あるいは全成分を同時に混和してもよい。
いずれにしろ成分をすべて十分にトゝライブレンドゞし
て耐火ミックスを調製すべきである。
モノリシックとして用いる場合、ブレンドされたミック
スを使用場所において成形に適した稠度に達するまで水
と混和する。本発明の利点の1つは、慣用される高セメ
ント含量のキャスタプルと比較してこの系が注型のため
に使用する水はより少なく、一方適切刃室温特性を保持
しかつ改良された耐火性および強度をもつことである。
この湿潤ミックスをたとえば空気によりまた(は電動バ
イプレニターによシ振動している(好ましくは外部から
)金属、木材またはプラスチック製の型を用いて成形す
る。成形されたのち混合物全24時間硬化させると、セ
メントが適度に水和し、固化する。
この注型品を次いで乾燥させて、注型に際し添加された
過剰の水を駆出すべきである。
上述のように、本発明の耐火ミックスを用いて予備成形
された耐火細形物を製造することができるが、好捷しく
にモノリシックとして用いられ、大部分の慣用されるラ
ミング、キャスタブルおよびブナイトミックスの代わり
に用いることができる。本発明の耐火ミックスは特に密
表高強度の耐火物を必要とする領域、たとえば高温の金
属を移すためのとシベ、炉のバーナーブロック、噴射炉
注型室トラフ、再加熱炉、炉床その他多種の製鋼プラン
ト用として特に有用である。
下記の表Iには、本発明の範囲内の耐火ミックス組成物
から得られた注型品の有利外特性を示す例を、関連する
耐火ミックス組成物から得られた注型品と比較して示す
。例1〜5は本発明の範囲に含まれ々い耐火ミックスか
ら得られた製品である。例6.8〜9および12〜15
は本発明の範囲内の耐火ミックスから得られた製品であ
る。
例1において、注型された耐火製品は指示されたミック
ス−4ASTM C−862に従って注型することによ
シ得られto−吉例2〜15の場合、注型品は下記の方
法で振動注型することにより得られた。
バイブレーティング・チーノル・モデル+VP51Dl
に固定した。型に耐火ミックスを充填し、その間テーブ
ルを振動させた。角力こてを用いて過剰の材料を払い落
とした。
すべての例において舊粗大1Ill−j:+325メツ
シュ(0,043’X10 m)、“微細″は一325
メツシュ(0,043X10−3m)を表わす。
何乾燥嵩密度llはASTM Cl34−77により測
定された。結果をポンド/ft3(pcf) (メガパ
スカル、””、に9/ m 3) で表わす。
i破壊係数’ (psi)(メガパスカル、MPa )
 ij ASTMC−133−81によシ測定された。
7熱間破壊係数″(psi)(メガパスカル、MPa)
はASTM C−583−80によシ測定された。
”多孔度(%)*HASTM C−830=79にょシ
測定された。
表 I 原料(重量%) 例 1234 板状アルミナ(粗大) 65.0 85.0 70.0
 70.0板状アルミナ(微細) 5.0 4.4 2
2,5 25.07ノペイ酸カルシウムセメント 30
 10.6 7.5 5.0反応性アルミナ −−−− クレー −一一一 解膠剤 −−−− UCARサズミクロンシリヵ −一一一特性 成形用の水、添加量(重量%)9.4 5.6 6.8
 7.123’0’F(110℃)後 乾燥嵩密度、pcf 163 186 168 183
(kl?/m ” ) (2610) (2980) 
(2690) (2930)気孔率(%) 18 17
−− 破壊係数、psi 1700 1400 520 25
0(MPa) (11り) (9,7) C3B) (
2,4)熱間破壊係数 2732°F(150ffC)、psi 500 50
0 600 <100(100(、(3,4) (3,
4) (41) (0,72000°F(1903℃)
、psi 1200 −” 600 <100(100
((83) (4,1) (0,7)表I(続) 5 6 7 8 ボーキサイト(粗大)−一−− ボーキサイト(微細)−−−一 力イアナイト −−一一 板状アノペナ(粗大) 85.0 85.0 90.0
 84板状アルミナ(微細) 5.8 7.0 5.0
 5.0アルミン酸カルシウムセメント 4.2 2.
0 2.0 2.0クレー 5.0 − − −− 解膠剤 0.5 − −− UCARサズミクロンシリカ 6.0 3.0 9.0
特性 成形用の水、添加量(重量%) 5.2 4.2 5.
7 4.6230”F(110”C)後 乾燥嵩密度、pcf 186 187 173 182
(kVm3) (2980) (3000) (277
0) (2920)気孔率(%) 18 16 22 
16破壊係数、psi 640 730 220 10
311031((4,4) (5,0) (1,5) 
(7,1)熱間破壊係数 2732’F(1500℃)、psi <100 11
00 240(MPa) (0,7) (7,6)” 
(1,6)2000’F(1093”C)、psi −
2200(MPa) (151り ※ のこ引き中にくずれた。
表I′(続) 、9 10 11 12 ボーキサイト(粗大’) −−−60 ボーキサイト(微細) −−−31 カイアナイト −−−1 板状アルミナ(粗大)838276 −板状アノペナ(
微細) 5.0 5.0 5.0 −アルミ糧カルシウ
ムセメント 6,0 10.0 10.0 2クレー 
−−m− 解膠剤 −−一− UCAR?7’ミクoy;/リカ 6.0 3.0 9
.0 6.0特性 成形用の水、添加量(重量%) 4.4 4.9 5.
0 6.0230°F(110℃)後 乾燥嵩密度pcf 184 ’ 186 171 ”(
kl?/m3) (2950) (2980) (27
40)気孔率(%)13915 − 破i係数psi 1930 2130 1860 46
8(MPa) (133) (14,7) (12B)
 (3,2)熱間破壊係数 27326F(150ff’C)、psi 160 <
100 414(MPa) (11) (0,7)※ 
(2,8)2000°F(1093℃)、psi −−
1851(MPa) (12fl) ※ のこ引き中にくずれた。
表1(続) 13 14 15 ムルコア(Mulcoa)47 一3+8メツシュ (−6,68)4Cr3+236XLcr3m) 25
 25 、 28−8+2メツシユ (−2,36Xlff 3+083XL(F” 3m)
 25 25 27−20メツシユ (−0,83XIO−3m) 30 20 7−100
メツシユ (−0,15X1(J” ”m) 9 12 30アル
ミン酸カルシウムセメント22 UCARサブミクロ/シリカ 96 特性 成形用の水、添加量(重量%) 6.04 6.66 
5.82230’FC110℃)後 乾燥嵩密度 pcf 138 136 141(kg/
m 3) (2210) (2180) (2260)
気孔率(%) 17.8 19.9 16.7破壊係数
psi 414 244 454(MPa) (2,8
) (1,7) (3,1)熱間破壊係数 250(1’F(137rC)、psi 542 38
6 610(MPa) (3,7) (2,7) (4
,2)2000’F(1093’C)、psi 140
0 2104 1986(MPa) (9,6) (1
4,5) (13,7)これらの例を比較すると、本発
明の範囲内の耐火ミックスから製造された耐火製品(例
6.8−9および12−15 )は、本発明の範囲外の
関連する耐火ミックスの場合(例1〜5)と比較して優
れた熱間強度(熱間破壊係数)をもち、(これは優れた
耐火性を反映する)、一方好ましい室温強度(破壊係数
)を保持することが示される。
たとえば例6は、わずか2%のアルミン酸カルシウムを
用いた場合、優れた熱間強度が好まし;い室温強度73
0 psi(5,OMPa)と共に達成され−aことを
示す。
他方、クレーおよび解膠剤をアルミン酸カルシウム4.
2%と共に含む耐熱ミックス(例5)の場合、好ましい
室温強度上もつが許容でき危い熱間強度(耐火性)t−
もつ注型品が得られた。
例1は、アルミン酸カルシウム30%を用いると(微細
シリカ不含)優れた室温強度は得られたが、2732°
F(1500℃)および20006F(1093℃)に
おける熱間強度は、ごく少量のアルミン酸カルシウムセ
メントを微細シリカと共に用いた本発明の耐火ミックス
を用いて得られたものよりも大幅に劣っていることを示
す。
例7.10および11は、アルミン酸カルシウムセメン
トおよび微細シリカに関して本発明により示された広い
範囲内のこれらの成分の組合せが特定の耐火ミックスに
関して必ずしもすべて満足すべき結果を与えるわけでは
彦いことを示す。例10は適切な熱間破壊係数を与え々
かった。例7および11はのこ引き中にくずれる製品を
与えた。しかし前記の広い範囲内でアルミン酸カルシウ
ムセメントと微細シリカ成分の割合を調節することによ
シ、個々の系に適したミックスを調製することができる
。このような調節は、個々の系につきルーティン実験を
行うことによpなしうる。
特許出願人 アライド・コーポレーション(外5名)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)fa) アルミン酸カルシウムセメント約2〜約
    98重量%ならびに (b) 約0.1〜100m2/gの表面積および約0
    .02〜く1ミクロンの平均粒径範囲を有する微細シリ
    カ約98〜約2重量% のブレンドからなる、モノリシック耐火ミックス用に適
    した結合剤。 (2)微細シリカ成分が約82〜33重量%の量存在し
    、約10 = 50 m 2/F/ の表面積を有し、
    かつ約0.5〜′く1ミクロンの平均粒径範囲を有する
    、特許請求の範−電1項記載の結合剤。 ゛(3)(a)特許請求の範囲第1項記載の結合剤約1
    〜約25重量%、および (bl 粒状耐火材料約99〜約75重量%からなるモ
    ノリシック耐火ミックス。 (4)結合剤成分が耐火ミックスの約6〜17重量%の
    量存在する、特許請求の範囲第3項記載のモノリシック
    耐火ミックス。 (5)(a) 特許請求の範囲第2項記載の結合剤約1
    〜25重量%、および (b) 粒状耐火材料約99〜75重量%からなるモノ
    リシック耐火ミックス。 (6)結合剤成分が耐火ミックスの約6〜約17重量%
    の量存在する、特許請求の範囲第5項記載のモノリシッ
    ク耐火ミックス。 (カ アルミン酸カルシウムセメント成分が耐火ミック
    スの約1〜約10重量%の量存在する、特許請求の範囲
    第6項記載のモノリシック耐火ミックス。 (8)微細シリカ成分が約10〜50m2/gの表面積
    、および約0.05〜〈1ミクロンの平均粒径を有し、
    耐火ミックスの約0.′5〜20重量%の量存在する。 特許請求の範囲第6項記載のモノリシック耐火ミックス
    。 (9)微細シリカ成分が約15〜30m2/gの表面積
    および約0.02〜0.2ミクロンの平均粒径を有し、
    耐火ミックスの約2〜9重量%の量存在する、特許請求
    の範囲第8項記載のモノリフツク耐火ミックス。 (10)アルミン酸カルシウムセメント成分が耐火ミッ
    クスの約1〜10重量%存在し、微細シリカ成分が約2
    〜10重量%の量存在する、特許請求の範囲第9項記載
    のモノリシック耐火ミックス。
JP59180243A 1983-08-29 1984-08-29 新規なモノリシツク耐火ミツクスおよびこのための結合剤 Pending JPS6071569A (ja)

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