JP2012031006A

JP2012031006A - 耐火断熱煉瓦及びその製造方法

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Publication number: JP2012031006A
Application number: JP2010171352A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Uemichi; 健太郎上道; Hidenao Suzuki; 秀尚鈴木
Original assignee: Isolite Insulating Products Co Ltd
Current assignee: Isolite Insulating Products Co Ltd
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2012-02-16

Abstract

【課題】粘土質耐火物よりも熱伝導率が低く断熱材として好適な耐火断熱煉瓦を、焼成時に硫黄酸化物を発生させることなく製造する方法を提供する。
【解決手段】ＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３を主成分とする粘土鉱物に、硫黄を含まないカルシウム化合物と、気孔付与剤と水とを添加して混練し、得られたスラリーを鋳込み成形した後、乾燥し、１２００℃以上の温度で焼成する。得られる耐火断熱煉瓦は主な結晶相がアノーサイトであり、圧縮強度が１.６ＭＰ以上、残存線変化率（１２５０℃×１２ｈ）が１％以下、熱伝導率（１０００℃）が０.３３Ｗ／(ｍ・Ｋ)以下である。
【選択図】なし

Description

本発明は、断熱材などとして利用される高強度で低熱伝導率の耐火断熱煉瓦と、その製造方法に関する。

主な結晶相がアノーサイト（灰長石；ＣａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８）である煉瓦又は耐火物は、粘土質の煉瓦又は耐火物よりも低い熱伝導率を有する。従って、アノーサイト質の煉瓦又は耐火物を加熱炉などの断熱材として使用すれば、従来の粘土質の煉瓦又は耐火物からなる断熱材に比べて消費エネルギーを低減できるという利点がある。

一般に、主な結晶相がアノーサイトである煉瓦又は耐火物やセラミックの構造材は、粘土鉱物に石膏などの硫酸カルシウムを主成分とする化合物と水を添加して混練し、得られたスラリーを鋳込み成形した後、硬化後に脱型し、焼成することによって製造されている。硫酸カルシウムを主成分とする化合物は硬化剤としての働きに加え、アノーサイトの生成に必要なカルシウム源となる。

例えば、米国特許第４２４８６３７号明細書（特許文献１）には、アルミナあるいはアルミノシリケートに石膏を１０重量％以上添加混合し、水を加えて混練し、得られたスラリーを型に鋳込んで成形した後、１０００〜１４００℃で焼成することにより、気孔率が４０〜７０％で、気孔径が０.７５〜８μｍのアノーサイト質焼結体を製造する方法が記載されている。

米国特許第４２４８６３７号明細書

上記した従来のアノーサイト質焼結体、即ち主な結晶相がアノーサイトである煉瓦又は耐火物やセラミック構造材の製造方法では、原料中に硬化剤として石膏のような硫酸カルシウムを主成分とする化合物を含んでいるため、焼成の際に硫黄酸化物（ＳＯｘ）の発生が避けられなかった。そのため、排ガス中から有害な硫黄酸化物を除去する排煙脱硫工程が必要となり、排煙脱硫装置を設置しなければならなかった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑み、通常の粘土質の煉瓦又は耐火物よりも熱伝導率が低く、高強度であり、断熱材として好適なアノーサイト質の煉瓦又は耐火物を、焼成の際に硫黄酸化物を発生させることなく製造する方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、硬化剤として石膏（硫酸カルシウム）を使用しなくても、原料にカルシウム化合物を添加し、鋳込み成形後、乾燥、焼成することにより、主な結晶相がアノーサイトであって優れた強度を有する焼結体が得られることを見出し、本発明をなすに至ったものである。

即ち、本発明が提供する耐火断熱煉瓦は、ＳｉＯ_２を３５〜５０重量％、Ａｌ_２Ｏ_３を３５〜５０重量％、ＣａＯを１０〜２０重量％含み、主な結晶相がアノーサイト（ＣａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８）であって、気孔を有し、圧縮強度が１.６ＭＰ以上、残存線変化率（１２５０℃×１２ｈｒ）が１％以下、熱伝導率（１０００℃）が０.３３Ｗ／(ｍ・Ｋ)以下であることを特徴とする。

また、本発明が提供する耐火断熱煉瓦の製造方法は、ＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３を主成分とする粘土鉱物に、硫黄を含まないカルシウム化合物と、気孔付与剤と水とを添加して混練し、得られたスラリーを鋳込み成形した後、乾燥し、１２００℃以上の温度で焼成することを特徴とする。

本発明によれば、通常の粘土質耐火物よりも熱伝導率が低く、高強度でり、断熱材として好適なアノーサイト質の耐火断熱煉瓦を、焼成時に硫黄酸化物を発生させることなく製造することができる。その結果、未脱硫排煙による環境汚染をなくすことができるだけでなく、排煙脱硫工程及び装置に要するコストを削減することができるため、経済的にも極めて有利である。

また、本発明による耐火断熱煉瓦は、かさ比重が低く、熱伝導率が粘土質耐火物よりも低いことに加えて、従来のアノーサイト質の耐火物よりも優れた強度を具えている。そのため、本発明の耐火断熱煉瓦は、加熱炉の構築に使用することで操業において省エネルギー化が期待できるうえ、強度を必要とされる構造物への耐火断熱材としての利用など適用範囲の拡大が期待できる。

本発明の耐火断熱煉瓦の製造方法では、アノーサイトの生成に必要なカルシウム源として、従来使用されていた石膏などの硫酸カルシウムを主成分とする化合物の代わりに、硫黄を含まないカルシウム化合物を使用する。硫黄を含まないカルシウム化合物としては、例えば、炭酸カルシウム、炭化カルシウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、硅灰石（ウォラストナイト）、セメントなどを使用することができる。

具体的な製造方法は、まず、ＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３を主成分とする粘土鉱物に、硫黄を含まないカルシウム化合物と、気孔付与剤と水とを添加し、混練してスラリーとする。得られたスラリーを所定の形状に鋳込み成形した後、１２００℃以上の温度で焼成することにより耐火断熱煉瓦を得ることができる。焼成時の温度が１０００℃未満ではアノーサイトの生成が不十分であることに加え、得られた煉瓦の残存線変化率が大きくなるため、１２００℃以上とする必要があり、特に１２５０〜１４５０℃の温度が好ましい。

上記粘土鉱物としては、ＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３を主成分とするものであれば良く、例えば、アルミナ−シリカ系の耐火粘土、カオリナイト、ハロイサイトなどを好適に用いることができる。また、上記粘土鉱物の組成としては、Ａｌ_２Ｏ_３が３０重量％以上で、ＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３の合計が８０重量％以上であることが好ましい。上記気孔付与剤としては、ポリスチレン、ポリプロピレンなどの発泡ビーズや気泡剤などを用いることができる。

上記各原料粉末は、全原料中のＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２の量がアノーサイト（ＣａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８）の合成に必要な組成割合、即ち理論重量比でＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３／ＣａＯ＝４３／３７／２０となるように配合すればよい。例えば、ＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３を主成分とする粘土鉱物を２０〜８０重量％、硫黄を含まないカルシウム化合物を１０〜４０重量％の割合で配合することが好ましい。

上記スラリーの成形方法としては、スラリーを型に流し込む鋳込成形を用いる。得られた成形体を乾燥した後、１２００℃以上の温度で焼成することにより、本発明の耐火断熱煉瓦物が得られる。このような本発明の方法によれば、アノーサイトの生成に必要なカルシウム源として硫黄を含まないカルシウム化合物を使用するため、焼成の際に硫黄酸化物が発生することがない。

得られた耐火断熱煉瓦は、切削などの仕上げ加工を施して製品とする。仕上げ加工の際に発生する粉末は、耐火断熱煉瓦の原料として利用することができる。尚、この加工粉末の添加割合は原料全体の８０重量％未満とする。

本発明により得られる耐火断熱煉瓦は、ＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３とＣａＯを主成分とし、ＳｉＯ_２を３５〜５０重量％、Ａｌ_２Ｏ_３を３５〜５０重量％、ＣａＯを１０〜２０重量％含み、主な結晶相がアノーサイトであって、気孔を有している。また、本発明の耐火断熱煉瓦は、強度が高く、且つ低い熱伝導率を有している。

具体的には、圧縮強度は１.６ＭＰ以上、残存線変化率（１２５０℃×１２ｈ）は１％以下、熱伝導率は１０００℃で０.３３Ｗ／(ｍ・Ｋ)以下である。また、かさ比重は１.０以下である。尚、圧縮強度はＪＩＳＲ２６１５に基づいて測定し、残存線変化率はＩＳＯ２４７７に基づいて測定した。熱伝導率はＡＳＴＭＣ１８２に基づいて測定した。また、かさ比重はＪＩＳＲ２６１４に基づいて測定した。

従来の方法で製造したアノーサイト質の耐火物の圧縮強度は１ＭＰａ程度であったが、本発明による耐火断熱煉瓦は１.６ＭＰａを超える圧縮強度を具えている。本発明の耐火断熱煉瓦が高い強度を具える理由としては、鋳込み成形であるため水に粘土が解膠し、各原料が均一に混合でき、焼成時に各原料同士が均一に反応してアノーサイトが析出することや、球形の独立気孔が形成されるため、周りの固体部分（煉瓦の構造を支える部分）の連続性が高くなることなどが考えられる。

［実施例１］
粘土鉱物として高純度カオリン（ＳｉＯ_２：５２〜５６重量％、Ａｌ_２Ｏ_３：４２〜４４重量％）の粉末７８ｋｇに、炭酸カルシウム２２ｋｇと、ポリスチレンビーズ６０リットル及び水８０リッルを加え、湿式混練してスラリーとした。このスラリーを鋳込み成形し、乾燥した後、１３４０℃で焼成して耐火断熱煉瓦を製造した。

得られた耐火断熱煉瓦は、かさ比重（ＪＩＳＲ２６１４）が０.６７であり、曲げ強度（ＪＩＳＲ２２１３）が２.３ＭＰａ、圧縮強度（ＪＩＳＲ２２０６）が４.８ＭＰａ、残存線変化率（ＩＳＯ２４７７、１２５０℃×１２ｈ）が０.０７％であった。また、熱伝導率（ＡＳＴＭＣ１８２）は、２００℃で０.１８Ｗ／(ｍ・Ｋ)、４００℃で０.２１Ｗ／(ｍ・Ｋ)、６００℃で０.２５Ｗ／(ｍ・Ｋ)、８００℃で０.２９Ｗ／(ｍ・Ｋ)、１０００℃で０.３３Ｗ／(ｍ・Ｋ)であった。

［実施例２］
上記実施例１で得られた耐火断熱煉瓦の加工粉末３０ｋｇと、粘土鉱物である高純度カオリンの粉末５４ｋｇと、炭酸カルシウム１６ｋｇに、気孔付与剤の発泡ビーズ１００リットル及び水５４リットルを添加し、十分に湿式混練した。得られたスラリーを型に流し込んで鋳込成形し、乾燥した後、１３４０℃で焼成することにより耐火断熱煉瓦を製造した。

得られた耐火断熱煉瓦は、かさ比重（ＪＩＳＲ２６１４）が０.５２であり、曲げ強度（ＪＩＳＲ２２１３）が１.３ＭＰａ、圧縮強度（ＪＩＳＲ２２０６）が２.６ＭＰａ、残存線変化率（ＩＳＯ２４７７、１２５０℃×１２ｈ）が０.０１％であった。また、熱伝導率（ＡＳＴＭＣ１８２）は、２００℃で０.１６Ｗ／(ｍ・Ｋ)、４００℃で０.１９Ｗ／(ｍ・Ｋ)、６００℃で０.２２Ｗ／(ｍ・Ｋ)、８００℃で０.２６Ｗ／（ｍ・Ｋ）、１０００℃で０.２９Ｗ／(ｍ・Ｋ)であった。

Claims

ＳｉＯ_２を３５〜５０重量％、Ａｌ_２Ｏ_３を３５〜５０重量％、ＣａＯを１０〜２０重量％含み、主な結晶相がアノーサイトであって、気孔を有し、圧縮強度が１.６ＭＰ以上、残存線変化率（１２５０℃×１２ｈ）が１％以下、熱伝導率（１０００℃）が０.３３Ｗ／(ｍ・Ｋ)以下であることを特徴とする耐火断熱煉瓦。
ＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３を主成分とする粘土鉱物に、硫黄を含まないカルシウム化合物と、気孔付与剤と水とを添加して混練し、得られたスラリーを鋳込み成形した後、乾燥し、１２００℃以上の温度で焼成することを特徴とする耐火断熱煉瓦の製造方法。
前記硫黄を含まないカルシウム化合物が、炭酸カルシウム、炭化カルシウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、硅灰石（ウォラストナイト）、セメントから選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする、請求項２に記載の耐火断熱煉瓦の製造方法。