JPS61111962A - 耐熱衝撃性珪石れんが - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、耐熱衝撃性に極めて優れた珪石れんかに係り
、特にコークス炉炭化室炉！！１などの熱間補修に使用
するに好適−な耐熱衝撃性珪石れんかに関する。

Ｃ従来の技術Ｊ 従来の珪石れんがは、ｍ知の如く、低温度域における急
熱急冷抵抗性に著しく弱く非常に割れ易い性質がある。

その理由は、れんが中の主鉱物相のトリジマイト、クリ
ストバライトが１００〜３００℃の温度域で結晶構造の
転移を起こし、受熱温度の変化に対して急激に容積変化
が生じ、異常膨張または異常収縮するためである。その
ため、従来の珪石れんがは、冷間から予熱することなく
直ちに熱間の炉内に持ち込んで修理に供することは不可
能であった。

この際の割れを防ぐためには、珪石れんがを０．３℃／
分以下の昇温速度で３５０〜４００℃程度以上に予熱し
てから熱間の炉内に持ち込み。

補修する方法が過去において実施されている。しかしな
がら、この方法は安全性１作業性の面で大きな問題があ
る。

そこでれんがを常温のまま熱間の炉内に持ち込んでも割
れ難い他の品質のれんが、例えば、粘土質れんが、高ア
ルミナ質れんが、炭化珪素質れんが等がコークス炉炭化
室炉壁の差し込み補修に用いられたこともある。

一方、溶融石英れんがは１周知の如く熱間線膨張収縮率
が極めて小さいので、急熱急冷しても極めて割れ難い性
質がある。このれんがは常温のままで熱間の炉内に持ち
込んでも割れることなく補修に使用することができる。

良く知られているように、れんがの耐スポーリング性は
れんがを構成する鉱物相の熱膨張率に左右される。この
鉱物相の熱膨張率が大きい場合には、耐スポーリング性
が小さくなり、逆に鉱物相の熱膨張率が小さい場合には
耐スポーリング性が良くなる。

即ち、れんがを構成する鉱物相の熱膨張率が大きくなる
と熱変化に対してれんが内の歪応力が大きくなり、この
歪応力に耐えられなくなった組織が破壊することによっ
てれんかに割れ（亀裂）が起こる。下記表１は１０００
℃における溶融石英、クリストバライト及びトリジマイ
トの熱間線膨張率を示すものであるが、溶融石英（石英
ガラス）は、他の結晶質であるクリストバライト及びト
リジマイトに比し熱間線膨張率が極めて小さいので、耐
スポーリング性に優れ、極めて割れ難い性質を有する。

表　　　　１ 結晶形態別熱間線膨張率（１０００℃において）また、
珪石れんがと粘土質れんがの中間的性質を有するセミシ
リカれんがは、熱間線膨張率が低く割れに対して比較的
強い性質があり、いずれも炉壁への使用が検討されてい
る。

［発明が解決しようとうする問題点］ しかしながら、前述の粘土質れんが、高アルミナ質れん
が、度化珪素質れんが等をコークス炉炭化室炉壁の差し
込み補修に用いる方法は、これらを珪石れんが槍みの炉
壁の一部に混用した場合。

熱間性状、特に熱間線膨張率の違いによって反り、割れ
などが生じ、れんが間の目地や割れ部分などからガスリ
ークを起こしたり、差し込みれんがの強度が低下したり
などするため１期待する効果は得られていない。

また、溶融石英れんがは、実炉に使用された場合、特に
１１００℃以上になると溶融石英がクリストバライトに
転移し、容積変化を起こしてれんが組織に亀裂が発生し
、強度が低下するためにコークス炉などでは長°期使用
に耐えないことが認められている。特に従来の溶融石英
れんがは、溶融石英のうち相当量が微粉として添加され
ているので、クリストバライト転移速度が大きくなり、
そのために早期にれんが組織に亀裂が発生し易かった。

さらに、セミシリカれんがは、高温度域での耐クリープ
性状が珪石れんかに比べて著しく小さいので、コークス
炉炭化室炉壁の補修には、構造体の強度不足の観点から
実用的ではない。

従って、従来より耐熱衝撃性に極めて優れており、常温
のまま熱間の窯炉内に持ち込んでれんが壁の積み替えや
補修に供しても割れることなく、しかもそのまま継続使
用し得るれんがの出現が望まれていた。

［問題を解決するための手段］ 本発明は、上記従来の問題点を解消し、耐熱衝撃性に極
めて優れ、常温のままで熱間の炉内に持ち込んで珪石れ
んが壁の積み替えや補修に供しても割れることがなく、
しかもそのまま継続使用し得る耐熱衝撃性を有する珪石
れんがを提供することを目的としてなされたものである
。

かかる目的を達成するために１本発明は溶融石英の粗粒
と珪石とを含む珪石れんがであって、溶融石英粒の周辺
がリム状にクリストバライト及び／又はトリジマイトに
転移して穀を形成しており、内部が非結晶質であること
を特徴とする耐熱衝撃性珪石れんが。

を要旨とするものである。

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。

なお、以下の記載において、含有率に係る％はいずれも
重量％を表す。

本発明の珪石れんかにおいては、溶融石英粗粒の表面部
分がクリストバライト及び／又はトリジマイトに転移し
、これによって、溶融石英粒の表面にリム状に殻が形成
されている。この溶融石英粗粒の表面、即ち殻は、溶融
石英粒をとりまく珪石れんが組織（後述のように、好ま
しくは一般の珪石れんが組織）と結合されている。なお
、溶融石英粗粒の内部は、未転移の石英ガラス相から成
る。

このリム状の穀を形成させることにより、溶融石英粗粒
中の石英ガラスがクリストバライト及び／又はトリジマ
イトに転移しても粗粒の容積変化が防止される。また殻
とその周囲組織とを結合させることにより、れんが組織
を強固にさせ、れんが取り扱い時および搬送時における
必要な圧縮強度を従来のコークス炉仕様である。２００
Ｋｇ／ｃｒｎ’程度の値とすることができる。

溶融石英粗粒の表面部分に形成するリム状の殻の厚さは
、れんがの膨張率を小さくするためには薄いほど良いが
、溶融石英粒内部の石英ガラスが転移する際の容積変化
を十分に抑制し得るようにするためには、３０〜ｌＱＯ
６ｍ程度の厚さとするのが好ましく、とりわけ５０ｐｍ
程度とするのが好ましい。

継融石英粗粒の内部は、前述のように、未転移の石英ガ
ラス相として存在しているのであるが。

この未転移の石英ガラス相は５０％以上存在する　　　
゛ように、換言するとクリストバライト及び／又はトリ
ジマイトへの転移量が５０％未満とするのが好ましい０
表２は、転移量の異なる溶融石英粗粒を用いて製造した
珪酸れんがの急熱時における亀裂発生状況について試験
した結果を示すものである。この表２より、溶融石英粗
粒中の残存石芙ガラス門が５０％未満であると急熱時に
亀裂が極めて生じ易いことが認められる。従って、れん
がを予熱することなく熱間の炉内に持ち込んで使用でき
るようにするために、転移量は５０％未満とするのが好
ましいのである。

表２　残存石英ガラス量刑亀裂発生状況（※）※　０：
亀裂発生なし Δ：微亀裂発生 ×：亀裂発生 本発明において、溶融石英は粗粒が用いられるのである
が、具体的には０．７ｍｍ以上の粒径のものが好ましい
、即ち、溶融石英は、微粉で用いると１１００℃以上の
高温でクリストバライト化が速くなるという性質を有す
る０表３は溶融石英の粒度と転移速度との関係の一例を
示すものであるが１粒径が０．７ｍｍよりも小さくなる
とクリストバライトへの転移速度が急速に大きくなる。

従って、れんが組織に亀裂が発生することを防止するた
めに、溶融石英としては、転移速度の小さい粒径０．７
ｍｍ以上の粗粒を用いるのが好ましい。

表　３　石英ガラスの粒度別転移速度 の時間 本発明の珪石れんかにおいて、溶融石英の粗粒以外の部
分は、一般の珪石れんがの組織とすれば良い、この理由
は、マトリックスと一般の珪石れんが組成で骨格形成さ
せるためである。即ち。

溶融石英粒の転移に基づく容積変化に対して、マトリッ
クス部分を堅固に骨格化しておけば、たとえ溶融石英粒
とマトリ−、クスの結合が切断されても、れんが組織が
劣化するのを防止することができ、れんが組織中に亀裂
が発生する要因を排除する役割を果たすことができる。

次に本発明のれんがの製造方法の一例について説明する
。

本発明の耐熱衝撃性珪石れんがを製造するには、まず、
これらの原料を粗粒と微粉の形で用い、共に粒度調整し
た後、適当な結合剤を加えてよ〈混練して得られるれん
が坏土を従来方法で成形乾燥する。しかる後、成形体を
１２００〜１３５０℃で６〜１１時間保持して、焼成す
ることにより溶融石英粒の表面部分に転移相からなる硬
いリム状の穀を形成させる。

前述のように、溶融石英粗粒の表面部分に形成するリム
状の殻の厚さは、れんがの膨張率を小さくするためには
薄いほど良いが、溶融石英粒の骨格強度を得るためには
３０〜１１００ｊＬ程度の厚さとするのが好ましいので
あるが、このようなリム状の穀を溶融石英粒の周辺に形
成させるためには、できるだけ結合剤を用いずに極力低
温で焼成し１石英ガラスの転移を抑制する。ただし、焼
成温度が低いと、リム状の穀を形成させにくくなるので
１石英ガラスの転移に影響の少ない結合剤。

例えば消石灰、硝酸カルシウム、硼酸等を少量使用する
のが好ましく、その添加量の範囲は０，５〜３％とする
のが良い、結合剤の添加量が多くなると、溶融石英の転
移を助長して、第１図に示す結合剤（Ｃ＆　（ＯＨ）２
　）ｍ放置と１３５０℃焼成吟における形成殻厚さとの
関係から認められるように、形成されたリム状の殻の厚
さが厚くなって粗粒中の溶融石英（石英ガラス）が結晶
化する。適切な厚さの穀を形成させるための結合剤の特
に好ましい添加量は１〜２％である。なお、結合剤を用
いることにより、素地強度及び焼成後の強度が高められ
るという効果も奏される。

焼成条件については、第２図に焼成温度と形成殻厚さと
の関係（Ｃａ　（ＯＨ）　２１％添加の場合）を示すよ
うに、焼成温度が高くなるにつれて形成されたリム状の
殻厚さが厚くなり、粗粒中の石英ガラスが転移すること
によって結晶質部分が増し、１４５０℃以上の焼成温度
では溶融石英粒全体が結晶質に転移してしまうことにな
る。また、焼成温度が低くなるとリム状の最の形成がな
されにくくなり、１１００℃未満の焼成温度ではリム状
の設を形成するには非常に長時間を要し効率が悪くなる
。

好ましい厚さのリム状の穀を形成するためには、焼成温
度と焼成時間が重要な要素となるが。

第３図にその関係の一例（Ｃａ　（０１（）　２１％添
加の場合）を示すように、焼成温度が１２００〜１３５
０℃の範囲内であれば、焼成時間を調節することにより
、所定厚さのリム状の穀を容易に形成させることが可能
である。

焼成温度が１４００℃よりも高い場合には、転移速度が
極めて大きくなると共に１粒内も急速に昇温するので、
たとえ焼成時間を短くしても、溶融石英粒のほとんどが
結晶質に転移し、均一な厚さのリム状の殻はほとんど形
成されない、そしてこのために、耐スポーリング性が低
下するだけでなく、れんが組織が弛緩して強度を低下す
るようになる０例えば焼成温度が１４００℃の場合には
、焼成時間として２〜３時間保持すればよいが、この場
合には均一な厚さのリム状の殻が形成され難い。

また焼成湿度がｔｔｏｏ℃の場合には３０〜４０時間も
保持することが必要となるために好ましくない。

望ましい焼成温度と焼成時間は１２００〜１３５０℃程
度で６〜１１時間、特に好ましくは１３５０℃で８時間
である。このような条件とすることにより、均一で適正
な厚さのリム状の殻が形成され、れんが使用中に内部の
溶融石英がクリストバライトに転移して収縮を起こして
も溶融石英粒の容積変化が十分に抑制され、れんが組織
中に割れが発生するのが防止され得るようになる。

［作用］ 溶融石英粒の表面部分に形成されたリム状の殻は、熱間
でも容積が安定しており、溶融石英粒の内部に存在する
石英ガラスが相転移してその体積を減じても溶融石英粒
自体はほとんど収縮せず。

れんが組織に弛緩を生じさせない、そのため安定してれ
んが全体の強度を維持することが可能となる。

また、溶融石英粒の内部を構成する石英ガラスは、熱間
線膨張率が極めて小さいので、耐スポーリング性に優れ
、極めて割れ難い、従って、仮に本発明のれんかにおい
て珪石組織の部分にクラックが生じても、このクラック
は溶融石英粒によってそれ以上の伝播が遮断され、れん
が全体の強度低下が防止される。

このようなことから、れんが製造過程においても焼成時
の転移温度域における温度調整が不要になり、トンネル
キルンでＭｂＡ焼成することができる。また、炉補修時
にれんがを予熱することなく常温のまま熱間の炉内に持
ち込んでもれんがは割れることがない、従って１本発明
の珪石れんがは炉壁の積み替えや補修に極めて容易に供
することができ、しかもそのまま継続して長期使用に供
することかでさる。

［実施例］ 以下本発明を実施例により更に具体的に説明するが１本
発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定され
るものではない。

実施例１ 表４に示す混合割合で混合したれんが坏土を。

３００トンフリクシヨンプレスで所定寸法に成形し、乾
燥した後、トンネルキルンで１３５０℃に８時間保持し
て焼成し１本発明の耐熱衝撃性珪石れんがＮｏ、１〜３
を得た。これらのれんがの物性及び耐スポーリング性を
表５に示す、また、比較のために、従来のコークス炉用
珪石れんがの物性および耐スポーリング性を表５に示す
。

表４　組成（重量％） 表　　　５ ※　Ｏ：亀裂発生なし Δ二微亀裂発生 ×：亀裂発生 表５より１本発明の耐熱衝撃性珪石れんがは、従来のコ
ークス炉用珪石れんがと比較して化学組成がほとんど同
じであるにも拘らず、耐スポーリング性が著しく向上し
、耐熱衝撃性に極めて優れていることが認められる。ま
た、見掛気孔率。

見掛比重、荷重軟化点は、従来品とほぼ同一であり、熱
間膨張率は、従来品よりも小さい、また、所要の圧縮強
度も備えている。

実施例１と同様にして製造した本発明の耐熱衝撃性珪石
れんがを、予熱することなく常温のまま熱間のコークス
炉内に持ち込んで珪石れんがで構築されている炭化室炉
壁の補修を行なったところ１割れは全く生じなかった。

またそのまま継続使用しても強度の低下およびれんが組
織の劣化は認められず、ガスリークも発生することがな
く、長ＭＩＩＪＩ使用することかでまた。

［効果］ 以上詳述した通り、本発明の耐熱衝撃性珪石れんがは下
記の如き優れた効果を有しており、コークス炉等の窯炉
の熱間補修に用いるに好適である。

■　従来のコークス炉熱間補修用れんかに比べ。

耐熱衝撃性に著しく優れており、かつ補修後も長期の耐
用性を有するので炉体の保守に大いに役立つ。

■　熱間補修時に予熱が全く不要であり、安全性および
作業性の点において優れている。

■　損傷部位の珪石れんがを欝さ換えて同質れんがとし
て使用することができるので、れんが目地からのガスリ
ークを防止することができる。

■　れんがの製造過程において、焼成時の転移温度域に
おける温度調整が不要になるので、従来の珪石れんがで
は単独窯でしか焼成することができなかったのに対し、
トンネルキルンで連続焼成することができ、生産性の向
上およびコストダウンが図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は結合剤（Ｃａ　（ＯＨ）　２　）の添加量と形
成殻厚さとの関係を示す図、第２図は焼成温度と形成殻
厚さとの関係を示す図、第３図は焼成温度別の焼成時間
と形成殻厚さとの関係を示す図である。 代　理　人　　弁理士　　重　野　　剛Ｃａ（ＯＨ）ｚ
　ｇｒＪＯ４Ｌ　（’１０）境仄逼Ｋ　（＠Ｃ）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶融石英の粗粒と珪石とを含む珪石れんがであっ
   て、溶融石英粒は、その表面部分がクリストバライト及
   び／又はトリジマイトに転移して穀を形成しており、内
   部が非結晶質であることを特徴とする耐熱衝撃性珪石れ
   んが。
2. （２）溶融石英のクリストバライト及び／又はトリジマ
   イトへの転移量が５０％未満であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の珪石れんが。
3. （３）溶融石英粒以外の部分は珪石れんがの組織で構成
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
   第２項に記載の耐熱衝撃性珪石れんが。
4. （４）３０〜７０重量％の溶融石英の粗粒と、７０〜３
   ０重量％の珪石とを含むことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項ないし第３項のいずれか１項に記載の耐熱衝撃
   性珪石れんが。
5. （５）溶融石英粒の粒径は０．７ｍｍ以上であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれ
   か１項に記載の耐熱衝撃性珪石れんが。