JP2004307732A

JP2004307732A - 耐火性被覆組成物

Info

Publication number: JP2004307732A
Application number: JP2003105912A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Matsubara; 健一松原; Hiroshi Fujie; 博司藤江; Yuichi Takakura; 雄一高倉
Original assignee: TEIKOKU YOGYO KK; Shinagawa Refractories Co Ltd
Current assignee: TEIKOKU YOGYO KK; Shinagawa Refractories Co Ltd
Priority date: 2003-04-09
Filing date: 2003-04-09
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】炭素電極などの炭素製品，溶融金属の連続測温プローブ，廃棄物処理炉，ロータリーキルンなどに好適な耐火性被覆組成物を提供する。
【解決手段】粒度０．５ｍｍ以下の炭化珪素（５〜４０重量％）および粒度１ｍｍ以下の酸化アルミニウム（１０〜５０重量％）を主体とし、バインダーとして珪酸塩（１０〜４０重量％）を配合し、更に、二酸化珪素（１０〜５０重量％），炭素材料（５〜３０重量％）及び水（残部）を配合してなる耐火性被覆組成物。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐火性被覆組成物に関し、特に、炭素電極などの炭素製品，溶融金属の連続測温プローブ等の酸化防止、および、廃棄物処理炉，ロータリーキルン等の耐火物保護に好適な耐火性被覆組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭素製品などの酸化防止剤として、例えば、特許文献１（特開平７−２９６９６８号公報）および特許文献２（特開平８−２９６９７９号公報）には「コロイドシリカ，無水ほう酸，コロイドアルミナ，無水リン酸を配合してなる、又は、更に硫酸ニッケル，界面活性剤を配合してなる黒鉛製品の酸化防止剤、および、この酸化防止剤中に電気炉電極を浸漬し、その後乾燥させる、電気炉電極に酸化防止剤を含浸させる方法」が、特許文献３（特開２００１−１９２２８４号公報）には「珪素系物質またはアルミニウム系物質からなる黒鉛材料用酸化防止剤、および、チタン（酸化チタン，窒化チタン，炭化チタン），珪素（コロイダルシリカ），リン（リン酸，リン酸アルミニウム），アルミニウム（アルミナ），ボロン（ホウ酸）を含有する黒鉛材料用酸化防止剤」が開示されている。
【０００３】
また、耐火炉用被覆材として、炭化珪素系被覆材が多数提案されている。
例えば、特許文献４（特開昭５１−９１９１６号公報）には「炭化珪素４５〜６５重量％，安定化酸化ジルコニウム又はベントナイト１０〜１５重量％，二酸化珪素５〜１０重量％，高分子無水珪酸３〜５重量％，珪酸ナトリウム又はリン酸アルミニウム１０〜２０重量％および残部は水からなる耐火炉用被覆組成物」が提案されている。
また、特許文献５（特開昭５５−７５４１号公報）には「粒度２０μｍ以下の炭化珪素質粉末３０〜６０重量％，接着性助剤（微粉シリカ，ベントナイト）２〜１５重量％及び分散液安定化剤等を添加し、加水混合してなる分散液状の炭化珪素質コーティング材」が、特許文献６（特開昭５５−２３０２４号公報）には「窒化珪素３５〜４５重量％，炭化珪素１０〜１５重量％，酸化アルミニウム１５〜２０重量％，二酸化珪素３〜５重量％，リン酸塩２０〜３０重量％および残部は水からなる炉内壁被覆強輻射耐火物」が、それぞれ提案されている。
【０００４】
更に、特許文献７（特開平５−２０８８７２号公報）には「（ａ）高密度焼結剤として炭化ケイ素を使用し、（ｂ）耐熱・耐食性剤として窒化ケイ素，酸化クロム，酸化ジルコニア，酸化アルミニウムとを配合して使用し、（ｃ）添加剤として二酸化ケイ素を使用し、（ｄ）焼結助剤として酸化マグネシウム，酸化亜鉛，酸化ナトリウム，酸化カルシウム，ガラス粉とを配合して使用し、（ｅ）分散剤としてカルボキシメチルセルロースナトリウム，コロイド性含水ケイ酸アルミニウムとを配合して使用した、耐火物等の保護塗料」が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２９６９６８号公報（請求項１〜請求項３）
【特許文献２】
特開平８−２９６９７９号公報（請求項１）
【特許文献３】
特開２００１−１９２２８４号公報（請求項１〜請求項１２）
【特許文献４】
特開昭５１−９１９１６号公報（特許請求の範囲）
【特許文献５】
特開昭５５−７５４１号公報（特許請求の範囲第１項，第２項）
【特許文献６】
特開昭５５−２３０２４号公報（特許請求の範囲）
【特許文献７】
特開平５−２０８８７２号公報（請求項１，請求項２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１〜３に開示されている炭素製品等の酸化防止剤では、酸化防止処理方法の観点からみて、酸化防止を目的とする炭素製品を酸化防止剤液に浸漬し、更に、乾燥あるいは加圧または減圧することにより、酸化防止剤を炭素製品に含浸させる必要がある、などの欠点を有している。
【０００７】
一方、前記特許文献４に提案されている炭化珪素系被覆材では、施工の観点からみて、含まれる粒子が１０〜１００ｍｍと大きく、流し込み等の限られた方法でのみ施工が可能である、と言う問題点を有し、また、前記特許文献５，６に提案されている炭化珪素系被覆材では、被覆材自身の耐酸化性の観点からみて、含まれるＳｉＣ粒子が“２０μｍ以下”あるいは“４４μｍ前後”と小さいために、ＳｉＣ粒が酸化・消失し、被覆材の塗膜厚さが薄くなり、焼却炉等の長期運転においては耐久性に劣る可能性がある、などの問題点を有している。
さらに、前記特許文献７に提案されている炭化珪素系被覆材では、酸化クロムを含有するので、焼却炉等で使用される場合、高温状況下で６価クロムへと変化し人体に有害となる可能性がある、などの問題点を有している。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の欠点，問題点に鑑み成されたものであって、その目的とするところは、炭素電極などの炭素製品，溶融金属の連続測温プローブ，廃棄物処理炉，ロータリーキルンなどに好適な耐火性被覆組成物を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る耐火性被覆組成物は、前記目的を達成するために「粒度０．５ｍｍ以下の炭化珪素（配合量：５〜４０重量％）及び粒度１ｍｍ以下の酸化アルミニウム（配合量：１０〜５０重量％）を主体とし、バインダーとして珪酸塩（配合量：１０〜５０重量％）を配合してなる」ことを特徴とする（請求項１，請求項２）。
また、本発明に係る耐火性被覆組成物は、同じく前記目的を達成するために、「粒度０．５ｍｍ以下の炭化珪素（配合量：５〜４０重量％）および粒度１ｍｍ以下の酸化アルミニウム（配合量：１０〜５０重量％）を主体とし、バインダーとして珪酸塩（配合量：１０〜４０重量％）を配合し、更に、二酸化珪素（配合量：１０〜５０重量％），炭素材料（配合量：５〜３０重量％）および水を配合してなる」ことを特徴とする（請求項３，請求項４）。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る耐火性被覆組成物で奏する作用効果を含めて、本発明の実施の形態を具体的に説明する。
【００１１】
本発明に係る耐火性被覆組成物は、粒度０．５ｍｍ以下（望ましくは０．３ｍｍ以下）の炭化珪素および粒度１ｍｍ以下（望ましくは０．５ｍｍ以下）の酸化アルミニウムを主体とする。このような特定粒度の炭化珪素と酸化アルミニウムとを併用することで、耐酸化性と耐熱性を同時に成立させる作用効果を奏する。０．５ｍｍを超える炭化珪素および１ｍｍを超える酸化アルミニウムでは、上述の作用効果が生じ難いので好ましくない。
【００１２】
また、本発明において、上記特定粒度の炭化珪素および酸化アルミニウムの配合量は、炭化珪素：５〜４０重量％（望ましくは５〜２０重量％），酸化アルミニウム：１０〜５０重量％（望ましくは２０〜４０重量％）が好ましい。この範囲外では、同じく上述の作用効果が生じ難いので好ましくない。
【００１３】
粒度０．５ｍｍ以下の細粒子炭化珪素（ＳｉＣ）を用いた被覆材では、高温時に酸素（Ｏ_２）と接触すると、「ＳｉＣ＋Ｏ_２→ＳｉＯ_２」の反応が生じやすくなる。この反応を抑制するために、本発明では、バインダーとして、特に珪酸塩を配合することを特徴とする。この珪酸塩は、炭化珪素の細粒子間に介在し、それによって上記式で示す酸化反応を抑制することができる。
珪酸塩としては、特に限定するものではなく、ソーダガラス，フリット，水ガラス，珪酸ソーダ液など任意に使用することができ、また、その配合量は、珪酸塩に換算して、１０〜５０重量％（望ましくは１５〜３５重量％）が好ましい。
【００１４】
本発明に係る耐火性被覆組成物は、前記したように「粒度０．５ｍｍ以下の炭化珪素および粒度１ｍｍ以下の酸化アルミニウムを主体とし、バインダーとして珪酸塩を配合してなる」ことを特徴とするが、これに、更に、二酸化珪素，炭素材料および水を配合することを特徴とする。
【００１５】
二酸化珪素および炭素材料の配合理由について説明すると、被覆材自身の耐酸化性の観点からみて、二酸化珪素は、高温でガラス化溶融して炭化珪素の周囲に存在し、酸素との接触を“防止あるいは抑制”することにより、炭化珪素の酸化の進行を抑制し、一方、炭素材料は、前記の二酸化珪素のガラス化した組成中に存在することにより、前記のガラス化による本材料被膜（成形体）の過度の緻密化を抑制する作用効果を奏する。
二酸化珪素および炭素材料の配合量は、二酸化珪素：１０〜５０重量％（望ましくは１５〜４０重量％），炭素材料：５〜３０重量％（望ましくは１０〜２５重量％）が好ましい。なお、本発明において、炭素材料としては、特に限定するものではなく、黒鉛，カーボンブラック，コークスなど自明の炭素材料を任意に使用することができる。
【００１６】
本発明に係る耐火性被覆組成物は、炭素電極などの炭素製品，溶融金属の連続測温プローブ，ごみ焼却炉，ロータリーキルンなどに適用するのが好ましく、これらに被覆することで、基材の耐酸化性向上を図ることができ、基材の保護，延命化を図ることができる。
また、ごみ焼却炉等では、腐食ガス、特に塩素ガス（ＨＣｌ，Ｃｌ_２）が発生し、このガスが炉を構成する耐火物に侵入して、該耐火物の亀裂，破壊（構造スポーリング）を発生させる。本発明に係る耐火性被覆組成物をこのような耐火物に被覆することで、耐火物の耐スポーリング性の向上を図ることができる。
【００１７】
次に、被覆手段について説明すると、まず、前記した炭化珪素，酸化アルミニウムを主体とする粉末にバインダー（珪酸塩）及び水を添加し、混練して被覆材を作製する。なお、水の添加量（バインダー中の水分，結晶水を含む）は、上記粉体１００重量部に対し、１０〜７０重量部（好ましくは２０〜４０重量部）である。
得られた被覆材を前記炭素製品などに、下地塗料を施すことなく、直接塗布する。塗布手段としては、スプレーガン，こて塗り，はけ塗りなどを任意に採用することができる。（ごみ焼却炉などの補修段階では、炉壁に付着している付着物を取り除いた後に塗布する。また、側壁以外に必要に応じて炉の天井に塗布する。）そして、塗布厚みを１〜８ｍｍ（好ましくは２〜４ｍｍ）とすることで、また、特別な乾燥工程を採用することなしで、本発明で所望する作用効果が得られる。
【００１８】
【実施例】
次に、本発明の実施例を比較例と共に挙げ、本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって限定されるものではない。
【００１９】
（実施例１）
粒度０．１ｍｍ以下の炭化珪素（ＳｉＣ）・・・・・・・・・・・・１５重量％
粒度０．５ｍｍ以下の酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）・・３５重量％
粒度０．１ｍｍ以下の二酸化珪素（ＳｉＯ_２）・・・・・・・・・３５重量％
黒鉛（Ｃ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１５重量％
上記原料配合物１００重量部に、バインダーとしてソーダガラス３５重量部および水を１５重量部添加し、ミキサーで混練して、耐火性被覆組成物を作製した。
【００２０】
（比較例１）
前記実施例１で用いた「粒度０．１ｍｍ以下の炭化珪素」に代えて「粒度０．１ｍｍ以上の炭化珪素」を用いた以外は、実施例１と同様の耐火性被覆組成物を作製した。
【００２１】
実施例１及び比較例１で得られた耐火性被覆組成物を、市販のスプレーガンで連続測温プローブの表面に直接塗布した（塗布厚み：２ｍｍ）。
この測温プローブを５０回使用した後の状況を観察したところ、実施例１の耐火性組成物を塗布した測温プローブでは、図１の「塗布部」に示すように、この耐火被覆組成物を塗布した測温プローブ本体（アルミナ−ジルコニア−カーボン質）の部分は、全く酸化されていないのに対し、比較例１の耐火性被覆組成物を塗布した測温プローブでは、測温プローブ本体に対する接着性が得られず、高温下で剥がれてしまった。
【００２２】
なお、比較のため、耐火性被覆組成物を塗布しない測温プローブに対して、同じく５０回使用した後の状況を観察したところ、図１の「未塗布部」に示すように、未塗布の測温プローブ本体の部分は、酸化されて白く変色している状態であった。
【００２３】
また、実施例１及び比較例１で得られた耐火性被覆組成物を、市販のスプレーガンでごみ焼却炉の耐火物炉壁に塗布し、１ヶ月間使用した後の状況を調査したところ、実施例１の耐火性被覆組成物を塗布した場合は、クリンカー厚さが１００ｍｍ以下であったのに対し、比較例１の耐火性被覆組成物を塗布した炉壁では、クリンカー付着厚さが３００〜４００ｍｍであった。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳記したとおり、本発明に係る耐火性被覆組成物を、炭素電極などの炭素製品，溶融金属の連続測温プローブ，廃棄物処理炉，ロータリーキルンなどに塗布することにより、基材の酸化防止作用が生じ、基材の保護，延命化を図ることができる。また、腐食ガス、特に塩素ガス（ＨＣｌ，Ｃｌ_２）が発生するような、例えばごみ焼却炉などに適用することにより、耐火物の耐スポーリングを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の耐火性被覆組成物を塗布した「塗布部」、及び、塗布しない「未塗布部」における、連続測温プローブの“５０回使用した後の測温プローブ本体内部表面”を示す写真である。

Claims

粒度０．５ｍｍ以下の炭化珪素および粒度１ｍｍ以下の酸化アルミニウムを主体とし、バインダーとして珪酸塩を配合してなることを特徴とする耐火性被覆組成物。
前記炭化珪素が５〜４０重量％、前記酸化アルミニウムが１０〜５０重量％、前記バインダーが１０〜５０重量％からなることを特徴とする請求項１に記載の耐火性被覆組成物。
粒度０．５ｍｍ以下の炭化珪素および粒度１ｍｍ以下の酸化アルミニウムを主体とし、バインダーとして珪酸塩を配合し、更に、二酸化珪素，炭素材料及び水を配合してなることを特徴とする耐火性被覆組成物。
前記炭化珪素が５〜４０重量％、前記酸化アルミニウムが１０〜５０重量％、前記バインダーが１０〜４０重量％、前記二酸化珪素が１０〜５０重量％、前記炭素材料が５〜３０重量％、残部が水からなることを特徴とする請求項３に記載の耐火性被覆組成物。