JP2023004797A - 珪石煉瓦を製造するための焼結助剤、複合珪石煉瓦及びその製造方法 - Google Patents

珪石煉瓦を製造するための焼結助剤、複合珪石煉瓦及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本出願は、珪石煉瓦製造の分野に属し、具体的に、珪石煉瓦を製造するための焼結助剤、複合珪石煉瓦及びその製造方法、ならびに、上記焼結助剤を利用して製造された非晶質-結晶質複合珪石煉瓦及びその製造方法に関する。【解決手段】本出願に係る焼結助剤は、シリカゾル、水酸化アルミニウム及びチタンホワイトを含む。それを利用して製造された珪石煉瓦は、ＳｉＯ２の含有量が高く、毒性が弱く、結合強度が高く、低温体積安定性も窯炉高温組積造全体性も実現することができ、高温寿命が長い。【選択図】なし

Description

本出願は、珪石煉瓦製造の分野に属し、より具体的に、珪石煉瓦を製造するための焼結助剤及びその製造方法、ならびに、上記焼結助剤を利用して製造された非晶質－結晶質複合珪石煉瓦及びその製造方法に関する。
従来の珪石煉瓦は、破粋された天然な珪岩を主原材料とし、生産される場合、石英の焼結過程に発生する体積膨張を緩和するために、酸化カルシウム、酸化第一鉄、酸化アルミニウム及び二酸化マンガンなどの成分が鉱化剤として加えられ、焼結するとき、シリカと共同作用してガラス相を形成し、石英粒子が包まれ、石英粒子が浸潤されるので、石英の焼結膨張が大幅に低下し、緻密な構造の製品が形成された。しかし、このような方法の欠点は、高温で使用される場合、上記の添加された鉱化剤の成分が極めて有害であることにある。
したがって、珪石煉瓦の技術発展は、以下の２つの方向がある。その１、従来の珪岩を原材料とし、鉱化剤の添加量を減少させ、焼結時間を延びることにより、石英の焼結過程に発生する膨張を緩和する。しかし、該方法による効果が限られ、生産された珪石煉瓦のＳｉＯ２含有量が通常９７％を超えず、そのミクロ構造において石英粒子が十分に浸潤されていないことによる裂け目が存在するため、使用効果に影響される。その２、珪岩に対してプリ処理を行い、即ち、酸洗、高温溶融を経て溶融石英（溶融石英がガラス質の非晶質構造のものであり、溶融石英におけるＳｉＯ２含有量が９９．５％以上に達することができる）を製造して、それを利用して生産された製品であるＳｉＯ２の含有量が９９％以上に達することができ、１０００℃以下の場合、体積が安定し、膨張率がほぼゼロである。しかし、該方法の欠点は、高温（１０００℃以上）下で使用される場合、非晶質から漸次にクリストバライトへ転化し、転化の過程において、０．９％の体積収縮が発生するため、窯炉の使用にとって非常に危険なことであり、窯炉の変形、「珪石煉瓦の突出」などのリスクを容易に招く。
したがって、珪石煉瓦を製造するための焼結助剤、及びそれを利用して製造された珪石煉瓦の開発が急務である。該珪石煉瓦は、有害な成分を減少させることができ、低温での体積安定性を保証しながら、窯炉高温組積造の全体性を保証でき、さらに、窯炉の変形、「珪石煉瓦の突出」などの現象の発生リスクを低減させることができるとともに、高温寿命を増やすことができる。
これを鑑みて、本出願を提出する。
本出願は、従来技術における珪石煉瓦の毒性が高く、結合強度が弱く、高温寿命が短いなどの技術問題を解決できる珪石煉瓦を製造するための新な焼結助剤を提供することを第１の目的とする。
本出願は、操作が容易で、再現性が良い方法であって、それにより製造された珪石煉瓦の毒性が弱く、結合強度が高く、高温寿命が長い、上記焼結助剤の製造方法を提供することを第２の目的とする。
本出願は、従来技術における珪石煉瓦の毒性が高く、結合強度が弱く、低温体積安定性、窯炉高温組積造全体性を良く実現できなく、且つ高温寿命が短いなどの技術問題を解決できる珪石煉瓦を提供することを第３の目的とする。
本出願は、操作が容易で、再現性が良い方法であって、それにより製造された珪石煉瓦の毒性が弱く、結合強度が高く、低温体積安定性も窯炉高温組積造全体性も実現することができ、高温寿命が長い上記珪石煉瓦の製造方法を提供することを第４の目的とする。
本出願の上記目的を実現するため、以下の技術案を採用する。
本出願の第１実施形態による焼結助剤は、シリカゾル、水酸化アルミニウム及びチタンホワイトを含む。任意選択で、上記シリカゾルは、ナノレベルのシリカのコロイド粒子を含む。前記焼結助剤は、珪石煉瓦を製造するために用いられる。
本出願の第１実施形態による焼結助剤を利用して珪石煉瓦を製造する場合、成形されるとき、複合物が超微細構造を有するため、結合強度が向上する。使用される場合、１３００℃以上になると、ムライトウィスカーを形成するので、製品の結合強度を向上させることができる。焼結助剤に含まれるチタンホワイトは、溶融石英の晶析速度を効果的に安定させる。具体的に、本出願に係るシリカゾル、特にシリカゾルにおけるナノレベルのシリカのコロイド粒子は、生産過程において、結合の役割を果たすことができ、焼結の過程において、水酸化アルミニウム微粉末とで局部でムライト相を形成することができるので、素体の強度を向上させることができる。また、チタンホワイトの添加により、非晶質シリカの転化を抑えることができ、製品の体積安定性を向上させる効果を達することができる。
このため、本出願に係る焼結助剤を利用して珪石煉瓦を製造する場合、それを利用して製造された珪石煉瓦が、毒性が低くなり、製品の結合強度が高くなり、窯炉の変形するリスクを大幅に低下させることができ、高温寿命が長くなる。
任意選択で、本出願の第１実施形態では、前記焼結助剤におけるシリカゾルの含有量が４０～８０％であり、水酸化アルミニウムの含有量が１５～５０％であり、チタンホワイトの含有量が１～１０％であり、例えば、前記焼結助剤において、シリカゾルの含有量が４０％、４２％、４４％、４６％、４８％、５０％、５２％、５４％、５６％、５８％、６０％、６２％、６４％、６６％、６８％、７０％、７２％、７４％、７６％、７８％、８０％などであってもよいが、これらに限定されない。前記焼結助剤において、水酸化アルミニウムの含有量が１５％、１７％、１９％、２１％、２３％、２５％、２７％、２９％、３１％、３３％、３５％、３７％、３９％、４１％、４３％、４５％、４７％、４９％、５０％などであってもよいが、これらに限定されない。前記焼結助剤において、チタンホワイトの含有量が１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％、１０％などであってもよいが、これらに限定されない。
任意選択で、前記シリカゾル、水酸化アルミニウム及びチタンホワイトの重量比が４０～８０：１５～５０：１～１０であり、４０：１５：１、５０：２０：３、６０：３０：５、７０：４０：７、８０：５０：１０、４０：５０：１、５０：４５：３、６０：３５：５、７０：２５：７、８０：１５：１０などであってもよいが、最適な重量比が１０：３：０．５であり、この場合、本出願の効果が最適である。
任意選択で、本出願の第１実施形態では、前記シリカゾルの固形分が２０～３０％であり、例えば、２０％、２２％、２４％、２６％、２８％、３０％などであってもよいが、これらに限定されない。
本出願の第２実施形態による焼結助剤の製造方法は、シリカゾル、水酸化アルミニウム、チタンホワイトを混合して共粉砕を行うステップを含む。前記焼結助剤は、珪石煉瓦を
製造するために用いられる。
任意選択で、本出願の第２実施形態では、前記共粉砕時間は２時間以上であり、例えば、２時間、２．５時間、３時間、４時間、５時間以上であってもよいが、これらに限定されない。
本出願の第２実施形態における他の具体的な内容は、第１実施形態に具体的に記載された内容を参照できる。本出願の第２実施形態による焼結助剤の製造方法は、製造の操作が容易で、再現性が良く、それを利用して製造された珪石煉瓦が、毒性が低くなり、製品の結合強度が高くなり、高温寿命が長くなり、且つ窯炉の変形するリスクを大幅に低下させることができる。
本出願の第３実施形態による珪石煉瓦は、シリコン含有材料及び本出願の第１実施形態による焼結助剤を含む。
本出願の第３実施形態では、前記シリコン含有材料は、溶融石英及び珪岩微粉を含み、任意選択で、溶融石英骨材、溶融石英微粉及び珪岩微粉を含む。このため、本出願によれば、非晶質-結晶質複合珪石煉瓦を製造できる。該珪石煉瓦の利点として、ＳｉＯ２の含
有量が従来の珪石煉瓦より高く、高温で長時間使用されても収縮しなく、微小構造が安定である。そして、従来の単一の珪岩原材料又は単一の溶融石英原材料を添加することと異なり、本出願は、低温領域の体積安定性を保証することができるとともに、使用温度での窯炉組積造全体性を保証することができる。本出願の第３実施形態による珪石煉瓦は、ＳｉＯ２の含有量が高く、毒性が弱く、結合強度が高く、低温体積安定性も窯炉高温組積造全体性も実現することができ、窯炉の変形するリスクを大幅に低下させることができ、高温寿命が長い。
任意選択で、本出願において、溶融石英骨材は、シリカの含有量が９６％以上で、シリカの非晶質の含有量が８５％以上であり、その臨界粒度が３ｍｍであり、具体的な特徴として、粒度が３～１ｍｍである部分の含有量が４０～５５％であり、粒度が１～０．５ｍｍである部分の含有量が２１～３８％であり、粒度が０．５～０ｍｍである部分の含有量が２１～３８％であり、前記溶融石英微粉は、粒度が０．０８８ｍｍ以下であり、且つシリカの含有量が９０％以上であり、前記珪岩微粉は、粒度が０．０８８ｍｍ以下であり、且つシリカの含有量が９０％以上である。
溶融石英骨材において、シリカの含有量は、例えば、９６％、９６．５％、９７％、９７．５％、９８％、９８．５％、９９％、９９．５％などであってもよいが、これらに限定されない。
溶融石英骨材において、シリカの非晶質の含有量は、例えば、８５％、８６％、８７％、８８％、８９％、９０％、９１％、９２％、９３％、９４％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％などであってもよいが、これらに限定されない。
溶融石英骨材において、粒度が３～１ｍｍである部分の含有量は、例えば、４０％、４１％、４２％、４３％、４４％、４５％、４６％、４７％、４８％、４９％、５０％、５１％、５２％、５３％、５４％、５５％などであってもよいが、これらに限定されない。粒度が１～０．５ｍｍである部分の含有量は、例えば、２１％、２２％、２３％、２４％、２５％、２６％、２７％、２８％、２９％、３０％、３１％、３２％、３３％、３４％、３５％、３６％、３７％、３８％などであってもよいが、これらに限定されない。粒度が０．５～０ｍｍである部分の含有量は、例えば、２１％、２２％、２３％、２４％、２５％、２６％、２７％、２８％、２９％、３０％、３１％、３２％、３３％、３４％、３
５％、３６％、３７％、３８％などであってもよいが、これらに限定されない。
前記溶融石英微粉は、粒度が０．０８８ｍｍ以下であり、シリカの含有量が９０％以上である。粒度は、例えば、０．０８８ｍｍ、０．０８６ｍｍ、０．０８４ｍｍ、０．０８２ｍｍ、０．０８ｍｍ、０．０７ｍｍ、０．０６ｍｍ、０．０５ｍｍなどであってもよいが、これらに限定されない。シリカの含有量は、例えば、９０％、９１％、９２％、９３％、９４％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％などであってもよいが、これらに限定されない。
前記珪岩微粉は、粒度が０．０８８ｍｍ以下であり、シリカの含有量が９０％以上である。粒度は、例えば、０．０８８ｍｍ、０．０８６ｍｍ、０．０８４ｍｍ、０．０８２ｍｍ、０．０８ｍｍ、０．０７ｍｍ、０．０６ｍｍ、０．０５ｍｍなどであってもよいが、これらに限定されない。シリカの含有量は、例えば、９０％、９１％、９２％、９３％、９４％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％などであってもよいが、これらに限定されない。
任意選択で、本出願の第３実施形態では、カルボキシルメチルセルロースナトリウムをさらに含む。
任意選択で、本出願の第３実施形態では、前記珪石煉瓦は、溶融石英骨材４５～６５部、溶融石英微粉１０～３５部、珪岩微粉１０～３０部、焼結助剤３～６部及びカルボキシルメチルセルロースナトリウム０～０．５部を含む。例えば、溶融石英骨材は、４５部、４７部、４９部、５１部、５３部、５５部、５７部、５９部、６１部、６３部、６５部などであってもよいが、これらに限定されない。溶融石英微粉は、１０部、１２部、１４部、１６部、１８部、２０部、２２部、２４部、２６部、２８部、３０部、３２部、３４部、３５部などであってもよいが、これらに限定されない。珪岩微粉は、１０部、１２部、１４部、１６部、１８部、２０部、２２部、２４部、２６部、２８部、３０部などであってもよいが、これらに限定されない。焼結助剤は、３部、３．５部、４部、４．５部、５部、５．５部、６部などであってもよいが、これらに限定されない。カルボキシルメチルセルロースナトリウムは、０．１部、０．２部、０．３部、０．４部、０．５部などであってもよいが、これらに限定されない。
本出願の第４実施形態による珪石煉瓦の製造方法は、溶融石英骨材を撹拌し、そして、焼結助剤を入れて撹拌し、その後、溶融石英微粉及珪岩微粉を入れて撹拌して、予備成形混合材料を作製するステップ１）と、ステップ１）で作製された混合材料を所望形状の素体にプレス成形するステップ２）と、ステップ２）で成形された素体に対して乾燥、焼結を行うステップ３）とを含む。
任意選択で、本出願の第４実施形態では、ステップ１）において、前記撹拌が混練機で行われ、前記混練機が、例えば、遊星型混練機又は強制ミキサなどであってもよいが、これらに限定されない。
任意選択で、本出願の第４実施形態では、ステップ１）において、溶融石英骨材を混練機に入れて１分間撹拌して、焼結助剤を入れて１～３分間撹拌して（例えば、１分間、１．５分間、２分間、２．５分間、３分間などであってもよいが、これらに限定されない）、溶融石英微粉及び珪岩微粉を入れて１５～２０分間撹拌する（例えば、１５分間、１６分間、１７分間、１８分間、１９分間、２０分間などであってもよいが、これらに限定されない）。
任意選択で、ステップ１）において、撹拌総時間は２０分間以上であり、例えば、２５
分間、３０分間、３５分間、４０分間、４５分間、５０分間以上などであってもよいが、これらに限定されない。
任意選択で、ステップ１）において、溶融石英骨材４５～６５部、溶融石英微粉１０～３５部、珪岩微粉１０～３０部、焼結助剤３～６部及びカルボキシルメチルセルロースナトリウム０～０．５部を混合する。
任意選択で、前記ステップ２）において、プレス成形するときの成形圧力が３００トン以上であり、例えば、３００トン、３２０トン、３４０トン、３６０トン、３８０トン、４００トン、５００トン、６００トン、７００トン、８００トン、９００トン、１０００トンなどであってもよいが、これらに限定されない。任意選択で、前記ステップ２）において、成形プレスにより成形を行い、任意選択で、前記成形プレスが、トン数が３００トン以上の摩擦プレス、プログラム制御式電動プレス又は液圧プレスである。
任意選択で、前記ステップ３）において、前記ステップ２）で成形された素体を１２０℃以下の環境で２０時間以上乾燥して、焼成窯内に入れて、３５℃／ｈ以下の昇温速度で焼結を行い、任意選択で、前記ステップ３）の焼成窯は、電熱式又は燃焼式シャトルキルンであり、任意選択で、前記ステップ３）の焼結温度は、８００～１０５０℃であり、例えば、８００℃、８５０℃、９００℃、９５０℃、１０００℃、１０５０℃などであってもよいが、これらに限定されない。
本出願の第４実施形態による珪石煉瓦の製造方法によれば、製造の操作が容易で、再現性が良いとともに、製造した珪石煉瓦のＳｉＯ２の含有量が高くなり、毒性が弱くなり、結合強度が高くなり、低温体積安定性も窯炉高温組積造全体性も実現することができ、高温寿命が長い。
従来技術に比べて、本出願の有益効果は、以下の通りである。
本出願に係る珪石煉瓦を製造するための新たな焼結助剤によれば、製造の操作が容易で、再現性が良いとともに、それを利用して製造された珪石煉瓦の毒性が低くなり、製品の結合強度が高くなり、高温寿命が長くなる。
本出願に係る新たな珪石煉瓦によれば、その製造の操作が容易で、再現性が良いとともに、製造できた珪石煉瓦のＳｉＯ２の含有量が高くなり、毒性が弱くなり、結合強度が高くなり、低温体積安定性も窯炉高温組積造全体性も実現することができ、高温寿命が長い。
以下、具体的な実施形態を用いて本出願の技術案を明瞭且つ完全に説明し、以下で説明される実施例が本出願を説明するための一部の実施例にすぎず、すべての実施例ではなく、本出願の範囲を限定するものとみなすべきではない。本出願の実施例をもとに、当業者が発明能力を用いることなく得たすべての他の実施例も、本出願の保護範囲に属する。実施例において、具体的な条件を明記しないことについて、従来の条件又はメーカーの勧めの条件の下で行うことが可能である。使用する試剤又は器械の、製造メーカーが明記されないものが、市販の従来品を使用することが可能である。
実施例１
溶融石英骨材４８部、溶融石英微粉１８部、珪岩微粉２８．４部、焼結助剤５．５部及びカルボキシルメチルセルロースナトリウム０．１部を用意した。ここで、焼結助剤シリカゾル、水酸化アルミニウム及びチタンホワイトの重量配合比が１０：３：０．５であっ
た。溶融石英骨材を混練機に入れて２分間撹拌して、焼結助剤を入れて３分間撹拌して、溶融石英微粉及び珪岩微粉を入れて１７分間撹拌した。さらに、成形プレスにより４００トンの成形圧力で成形を行い、１１０℃の環境で２４時間乾燥し、シャトルキルン内で８５０℃で焼成した。
実施例２
溶融石英骨材５２部、溶融石英微粉１９部、珪岩微粉２３．８部、焼結助剤５．０部及びカルボキシルメチルセルロースナトリウム０．２部を用意した。ここで、焼結助剤シリカゾル、水酸化アルミニウム及びチタンホワイトの重量配合比が１０：３：０．５であった。溶融石英骨材を混練機に入れて２分間撹拌して、焼結助剤を入れて３分間撹拌して、溶融石英微粉及び珪岩微粉を入れて１７分間撹拌した。さらに、成形プレスにより４００トンの成形圧力で成形を行い、１１０℃の環境で２４時間乾燥し、シャトルキルン内で８８０℃で焼成した。
実施例３
溶融石英骨材５８部、溶融石英微粉２５部、珪岩微粉１２．１部、焼結助剤４．５部及びカルボキシルメチルセルロースナトリウム０．４部を用意した。ここで、焼結助剤シリカゾル、水酸化アルミニウム及びチタンホワイトの重量配合比が１０：３：０．５であった。溶融石英骨材を混練機に入れて２分間撹拌して、焼結助剤を入れて３分間撹拌して、溶融石英微粉及び珪岩微粉を入れて１７分間撹拌した。さらに、成形プレスにより４００トンの成形圧力で成形を行い、１１０℃の環境で２４時間乾燥し、シャトルキルン内で９００℃で焼成した。
実施例４
溶融石英骨材４５部、溶融石英微粉２１部、珪岩微粉２９．７部、焼結助剤４．０部及びカルボキシルメチルセルロースナトリウム０．３部を用意した。ここで、焼結助剤シリカゾル、水酸化アルミニウム及びチタンホワイトの重量配合比が１０：３：０．５であった。溶融石英骨材を混練機に入れて２分間撹拌して、焼結助剤を入れて３分間撹拌して、溶融石英微粉及び珪岩微粉を入れて１７分間撹拌した。さらに、成形プレスにより４００トンの成形圧力で成形を行い、１１０℃の環境で２４時間乾燥し、シャトルキルン内で９５０℃で焼成した。
実施例５
溶融石英骨材６５部、溶融石英微粉１０部、珪岩微粉２１．９部、焼結助剤３．０部及びカルボキシルメチルセルロースナトリウム０．１部を用意した。ここで、焼結助剤シリカゾル、水酸化アルミニウム及びチタンホワイトの重量配合比が１０：３：０．５であった。溶融石英骨材を混練機に入れて２分間撹拌して、焼結助剤を入れて３分間撹拌して、溶融石英微粉及び珪岩微粉を入れて１７分間撹拌した。さらに、成形プレスにより４００トンの成形圧力で成形を行い、１１０℃の環境で２４時間乾燥し、シャトルキルン内で１０００℃で焼成した。
実施例６
溶融石英骨材５２部、溶融石英微粉１９部、珪岩微粉２３．８部、焼結助剤５．０部及びカルボキシルメチルセルロースナトリウム０．２部を用意した。ここで、焼結助剤シリカゾル、水酸化アルミニウム及びチタンホワイトの重量配合比が８．５：４：１であった。溶融石英骨材を混練機に入れて２分間撹拌して、焼結助剤を入れて３分間撹拌して、溶融石英微粉及び珪岩微粉を入れて１７分間撹拌した。さらに、成形プレスにより６３０トンの成形圧力で成形を行い、１１０℃の環境で２４時間乾燥し、シャトルキルン内で１０５０℃で焼成した。
実施例７
溶融石英骨材５２部、溶融石英微粉１９部、珪岩微粉２３．８部、焼結助剤５．０部及びカルボキシルメチルセルロースナトリウム０．２部を用意した。ここで、焼結助剤シリカゾル、水酸化アルミニウム及びチタンホワイトの重量配合比が７：５．５：１である。溶融石英骨材を混練機に入れて２分間撹拌して、焼結助剤を入れて３分間撹拌して、溶融石英微粉及び珪岩微粉を入れて１７分間撹拌した。さらに、成形プレスにより６３０トンの成形圧力で成形を行い、１１０℃の環境で２４時間乾燥し、シャトルキルン内で８５０℃で焼成した。
実施例８
溶融石英骨材５２部、溶融石英微粉１９部、珪岩微粉２３．８部、焼結助剤５．０部及びカルボキシルメチルセルロースナトリウム０．２部を用意した。ここで、焼結助剤シリカゾル、水酸化アルミニウム及びチタンホワイトの重量配合比が６：６．５：０．５であった。溶融石英骨材を混練機に入れて２分間撹拌して、焼結助剤を入れて３分間撹拌して、溶融石英微粉及び珪岩微粉を入れて１７分間撹拌した。さらに、成形プレスにより６３０トンの成形圧力で成形を行い、１１０℃の環境で２４時間乾燥し、シャトルキルン内で８５０℃で焼成した。
比較例１
溶融石英骨材５２部、溶融石英微粉１９部、珪岩微粉２３．８部、焼結助剤５．０部及びカルボキシルメチルセルロースナトリウム０．２部を用意した。ここで、焼結助剤シリカゾル、水酸化アルミニウム及びチタンホワイトの重量配合比が５：７：１であった。溶融石英骨材を混練機に入れて２分間撹拌して、焼結助剤を入れて３分間撹拌して、溶融石英微粉及び珪岩微粉を入れて１０分間撹拌した。さらに、成形プレスにより４００トンの成形圧力で成形を行い、１１０℃の環境で２４時間乾燥し、シャトルキルン内で８５０℃で焼成した。
比較例２
溶融石英骨材４８部、溶融石英微粉３８部、珪岩微粉８．８部、焼結助剤５．０部及びカルボキシルメチルセルロースナトリウム０．２部を用意した。ここで、焼結助剤シリカゾル、水酸化アルミニウム及びチタンホワイトの重量配合比が５：７：１であった。溶融石英骨材を混練機に入れて２分間撹拌して、焼結助剤を入れて３分間撹拌して、溶融石英微粉及び珪岩微粉を入れて１０分間撹拌した。さらに、成形プレスにより４００トンの成形圧力で成形を行い、１１０℃の環境で２４時間乾燥し、シャトルキルン内で８５０℃で焼成した。
比較例３
溶融石英骨材４８部、溶融石英微粉３８部、珪岩微粉８．８部、焼結助剤５．５部及びカルボキシルメチルセルロースナトリウム０．１部を用意した。ここで、焼結助剤シリカゾル、水酸化アルミニウム及びチタンホワイトの重量配合比が１０：３：０．５であった。溶融石英骨材を混練機に入れて２分間撹拌して、焼結助剤を入れて３分間撹拌して、溶融石英微粉及び珪岩微粉を入れて１０分間撹拌した。さらに、成形プレスにより４００トンの成形圧力で成形を行い、１１０℃の環境で２４時間乾燥し、シャトルキルン内で８５０℃で焼成した。
比較例４
溶融石英骨材４５部、溶融石英微粉２１部、珪岩微粉２９．７部、焼結助剤４．０部及びカルボキシルメチルセルロースナトリウム０．３部を用意した。ここで、焼結助剤シリカゾル、水酸化アルミニウム及びチタンホワイトの重量配合比が１０：３：０．５であった。溶融石英骨材を混練機に入れて２分間撹拌して、焼結助剤を入れて３分間撹拌して、
溶融石英微粉及び珪岩微粉を入れて１７分間撹拌した。さらに、成形プレスにより４００トンの成形圧力で成形を行い、１１０℃の環境で２４時間乾燥し、シャトルキルン内で７５０℃で焼成した。
比較例５
溶融石英骨材５２部、溶融石英微粉１９部、珪岩微粉２３．８部、焼結助剤５．０部及びカルボキシルメチルセルロースナトリウム０．２部を用意した。ここで、焼結助剤シリカゾル、水酸化アルミニウム及びチタンホワイトの重量配合比が７：５．５：１であった。溶融石英骨材を混練機に入れて２分間撹拌して、焼結助剤を入れて３分間撹拌して、溶融石英微粉及び珪岩微粉を入れて１７分間撹拌した。さらに、成形プレスにより４００トンの成形圧力で成形を行い、１１０℃の環境で２４時間乾燥し、シャトルキルン内で１１５０℃で焼成した。
実験例１
シリカの測定は、ＧＢ／Ｔ ６９０１シリカ質耐火材料化学分析方法の規定により行われた。
実験例２
耐圧強度の測定は、ＧＢ／Ｔ ５０７２耐火材料の常温耐圧強度試験方法の規定により行われた。
実験例３
気孔率及び体積密度の測定は、ＧＢ／Ｔ ２９９７緻密定形耐火製品の体積密度、見掛け気孔率及び真気孔率試験方法の規定により行われた。
実験例４
熱線膨張率の測定は、ＧＢ／Ｔ ７３２０耐火材料の熱膨張試験方法の規定により行われた。
実験例５
荷重軟化温度の測定は、ＹＢ／Ｔ ３７０耐火製品荷重軟化温度試験方法（非示差-昇
温法）の規定により行われた。
上記実験例に基づいて、実施例１～８及び比較例１～５を測定し、その結果が下記の表１～３に示される。
Figure 2023004797000001
Figure 2023004797000002
Figure 2023004797000003
上記の実施例１～８及び比較例１～５の内容から分かるように、本出願の実施例により製造された珪石煉瓦は、比較例の方法により製造された珪石煉瓦に比べて、そのシリカの含有量、耐圧強度、体積密度及び荷重軟化温度が高く、且つ気孔率及び熱線膨張率が低い。特に、本出願の実施例による珪石煉瓦は、比較例により製造された珪石煉瓦に比べて、その耐圧強度、熱線膨張率及びシリカの含有量の増加が顕著である。
これから分かるように、本発明に係る珪石煉瓦によれば、別途、鉱化剤として酸化カルシウム、酸化第一鉄、酸化アルミニウム及び二酸化マンガンなどを用いる必要がないため、これによる危害を防止することができ、即ち、毒性を低下させることができる。そして、これに基づいて、本発明に係る珪石煉瓦のシリカの含有量が９８％より高く、ひいては９９％以上に達することができ、耐圧強度、体積密度及び荷重軟化温度が高く、気孔率及び熱線膨張率が低いため、非常に優れた耐摩耗性、耐収縮性、硬度などの物理化学特性を有し、且つ結合強度が高く、高温寿命が長い。つまり、本発明によれば、製造された珪石煉瓦のＳｉＯ２含有量が高くなり、毒性が弱くなり、結合強度が高くなり、低温体積安定性も窯炉高温組積造全体性も実現することができ、高温寿命が長くなる。
さらに、実施例２、６～８及び比較例１から分かるように、特定の重量比のシリカゾル、水酸化アルミニウム及びチタンホワイトを焼結助剤として用いる場合、その範囲を超える比較例１に比べて、珪石煉瓦のシリカの含有量、耐圧強度、体積密度及び荷重軟化温度が高くなり、且つ気孔率及び熱線膨張率が低くなる。
また、実施例１及び比較例３から分かるように、焼結助剤として添加された組成の比が同じである場合、溶融石英粉及び珪岩微粉の含有量は、その範囲を超える比較例３に比べて、珪石煉瓦のシリカの含有量、耐圧強度、体積密度及び荷重軟化温度を低くすることができ、且つ気孔率及び熱線膨張率を高くすることができる。
最後に、実施例２、７及び比較例５などから分かるように、焼成温度が高すぎる場合、本発明の技術効果を実現できない恐れがあり、即ち、測定する各項のパラメータの急激な低下を招く恐れがある。
最後に要注意なのは、上記各実施例は、本出願の技術案を説明するためのものにすぎず、それを限定するものではない。上記各実施例を用いて本出願を詳細に説明したが、当業者にとって、上記各実施例に記載された技術案を変更したり、その内の一部或いは全部の技術的特徴に対して均等置換を行ったりすることもできる。これらの変更又は置換は、該当技術案の本質を本出願の各実施例による技術案の範囲から逸脱させない。

Claims (10)

  1. シリカゾル、水酸化アルミニウム及びチタンホワイトを含むことを特徴とする珪石煉瓦を製造するための焼結助剤。
  2. 好ましくは、前記焼結助剤におけるシリカゾルの含有量が４０～８０％であり、水酸化アルミニウムの含有量が１５～５０％であり、チタンホワイトの含有量が１～１０％であり、
    好ましくは、前記シリカゾル、水酸化アルミニウム及びチタンホワイトの重量比の範囲が４０～８０：１５～５０：１～１０であり、最適な重量比が１０：３：０．５である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の珪石煉瓦を製造するための焼結助剤。
  3. 好ましくは、前記シリカゾルが、ナノレベルのシリカのコロイド粒子を含み、
    前記シリカゾルの固形分が２０～３０％である、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の珪石煉瓦を製造するための焼結助剤。
  4. 前記焼結助剤は、珪石煉瓦を製造するために用いられることを特徴とする請求項１に記載の珪石煉瓦を製造するための焼結助剤。
  5. シリカゾル、水酸化アルミニウム及びチタンホワイトを混合して共粉砕を行うステップを含み、
    好ましくは、前記共粉砕時間が２時間以上であり、
    好ましくは、前記シリカゾルが、ナノレベルのシリカのコロイド粒子を含み、
    好ましくは、前記焼結助剤におけるシリカゾルの含有量が４０～８０％であり、水酸化アルミニウムの含有量が１５～５０％であり、チタンホワイトの含有量が１～１０％であり、
    好ましくは、前記シリカゾル、水酸化アルミニウム及びチタンホワイトの重量比が１０：３：０．５であり、
    好ましくは、前記シリカゾルの固形分が２０～３０％であり、
    好ましくは、前記焼結助剤が、珪石煉瓦を製造するために用いられる、
    ことを特徴とする珪石煉瓦を製造するための焼結助剤の製造方法。
  6. シリコン含有材料及び請求項１～５のいずれか１項に記載の焼結助剤を含むことを特徴とする珪石煉瓦。
  7. 前記シリコン含有材料は、溶融石英及び珪岩微粉を含み、
    好ましくは、前記シリコン含有材料が、溶融石英骨材、溶融石英微粉及び珪岩微粉を含み、
    溶融石英骨材は、シリカの含有量が９６％以上で、シリカの非晶質の含有量が８５％以上であり、その臨界粒度が３ｍｍであり、粒度が３～１ｍｍである部分の含有量が４０～５５％であり、粒度が１～０．５ｍｍである部分の含有量が２１～３８％であり、粒度が０．５～０ｍｍである部分の含有量が２１～３８％であるものであり、
    前記溶融石英微粉は、粒度が０．０８８ｍｍ以下であり、且つシリカの含有量が９０％以上であるものであり、
    前記珪岩微粉は、粒度が０．０８８ｍｍ以下であり、且つシリカの含有量が９０％以上であるものであり、
    好ましくは、カルボキシルメチルセルロースナトリウムをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項６に記載の珪石煉瓦。
  8. 前記珪石煉瓦は、溶融石英骨材４５～６５部、溶融石英微粉１０～３５部、珪岩微粉１
    ０～３０部、焼結助剤３～６部及びカルボキシルメチルセルロースナトリウム０～０．５部を含む、
    ことを特徴とする請求項７に記載の珪石煉瓦。
  9. 溶融石英骨材を撹拌し、そして、焼結助剤を入れて撹拌し、その後、溶融石英微粉及び珪岩微粉を入れて撹拌して、予備成形混合材料を作製するステップ１）と、
    ステップ１）で作製された混合材料を所望形状の素体にプレス成形するステップ２）と、
    ステップ２）で成形された素体に対して乾燥、焼結を行うステップ３）と
    を含む、
    ことを特徴とする請求項６～８のいずれか１項に記載の珪石煉瓦の製造方法。
  10. 好ましくは、ステップ１）において、前記撹拌が混練機で行われ、
    好ましくは、ステップ１）において、溶融石英骨材を混練機に入れて１～３分間撹拌して、焼結助剤を入れて１～３分間撹拌して、溶融石英微粉及び珪岩微粉を入れて１５～２０分間撹拌し、
    好ましくは、前記ステップ１）において、撹拌総時間が２０分間以上であり、
    好ましくは、前記ステップ１）において、前記混練機が、遊星型混練機又は強制ミキサであり、
    好ましくは、前記ステップ１）において、溶融石英骨材４５～６５部、溶融石英微粉１０～３５部、珪岩微粉１０～３０部、焼結助剤３～６部及びカルボキシルメチルセルロースナトリウム０～０．５部を混合し、
    好ましくは、前記ステップ２）において、プレス成形するときの成形圧力が３００トン以上であり、
    好ましくは、前記ステップ２）において、成形プレスにより成形を行い、
    好ましくは、前記成形プレスが、トン数が３００トン以上の摩擦プレス、プログラム制御式電動プレス又は液圧プレスであり、
    好ましくは、前記ステップ３）において、前記ステップ２）で成形された素体を１２０℃以下の環境で２０時間以上乾燥して、焼成窯内に入れて、３５℃／ｈ以下の昇温速度で焼結を行い、
    好ましくは、前記ステップ３）の焼成窯が、電熱式又は燃焼式シャトルキルンであり、
    好ましくは、前記ステップ３）の焼結温度が、８００～１０５０℃である、
    ことを特徴とする請求項９に記載の珪石煉瓦の製造方法。
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