JP5731408B2 - 無機繊維質耐火成形体、無機繊維質耐火成形体の製造方法および無機繊維質不定形耐火組成物 - Google Patents
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Description
(1)ロックウール2〜95質量%と、針状結晶構造を有する無機粉末2〜95質量%と、バインダー3〜32質量%とを含む材料からなることを特徴とする無機繊維質耐火成形体、
(2)前記針状結晶構造を有する無機粉末の平均長さが1〜3000μmであり、アスペクト比が1〜1000である上記(1)に記載の無機繊維質耐火成形体、
(3)前記針状結晶構造を有する無機粉末がワラストナイト粉末またはセピオライト粉末である上記(1)または(2)に記載の無機繊維質耐火成形体、
(4)固形分換算したときに、ロックウール2〜95質量%と、針状結晶構造を有する無機粉末2〜95質量%と、バインダー3〜32質量%とを含む材料からなるスラリーを、脱水成形することを特徴とする無機繊維質耐火成形体の製造方法、
(5)固形分換算したときに、ロックウール2〜95質量%と、針状結晶構造を有する無機粉末2〜95質量%と、バインダー3〜32質量%とを含む材料からなることを特徴とする無機繊維質不定形耐火組成物、
を提供するものである。
先ず、本発明の無機繊維質耐火成形体について説明する。
本発明の無機繊維質耐火成形体は、ロックウール2〜95質量%と、針状結晶構造を有する無機粉末2〜95質量%と、バインダー3〜32質量%とを含む材料からなることを特徴とするものである。
ロックウールは、玄武岩や高炉スラグ等の原料をキュポラや電気炉で1500℃〜1600℃で溶融した溶融物か、または高炉から取り出して高温状態にある溶融スラグを、遠心力等で吹き飛ばして繊維化することにより製造することができ、原料によっても相違するが、通常は、SiO2を35〜45質量%、Al2O3を10〜20質量%、MgOを4〜8質量%、CaOを20〜40質量%、Fe2O3を0〜3質量%、MnOを0〜1質量%含有する繊維状物である。こうしたロックウールとしては、例えば、空気雰囲気下、800℃で24時間加熱処理した際の長さ方向の収縮率({(加熱前の長さ−加熱後の長さ)/加熱前の長さ})×100)が10%以上、1100℃で24時間加熱処理した際の長さ方向の収縮率が12%以上であるものが挙げられる。
なお、本出願書類において、平均繊維径、平均繊維長とは、測定試料となるロックウール300〜500本の繊維径と繊維長を光学顕微鏡で測定したときのそれぞれの平均値を意味する。
ロックウールの含有割合が2〜95質量%であることにより、必要最低限の強度および耐侵食性を有しつつ、保温性(断熱性)及び軽量性に優れた耐火成形体を提供することができる。
ロックウールは、熱間収縮温度が650℃程度であり、アルミナ(αアルミナで融点2053℃)やシリカ(融点1650℃)に比べて耐熱性が低いことから、従来、アルミナ繊維やシリカ繊維等のセラミックファイバーに比べ耐火成形体の骨材として適当でないと考えられてきた。
しかしながら、本発明者等が鋭意検討した結果、耐火成形としては耐熱性が低いロックウールを所定量含むとともに針状結晶構造を有する無機粉末を所定量含む構成材料を用いることにより、ロックウールと無機粉末が相互作用を発揮して優れた耐熱性を示すことを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
そして、針状結晶構造を有する無機粉末のアスペクト比は、上記無機粉末の平均長さ/無機粉末の平均径により求めることができる。
本発明の無機繊維質耐火成形体は、針状結晶構造を有する無機粉末を2〜95質量%含む材料からなるものであるため、ロックウールと相互作用を発揮して所望の耐熱性を発揮するとともに、製造コストや製品コストを低減することができる。
しかしながら、本発明者等が鋭意検討した結果、融点が低く耐熱性向上効果が期待できないと考えられていたワラストナイトやセピオライト等の無機粉末を所定量含むとともに、耐熱性の低いロックウールを所定量含む構成材料を用いることにより、針状結晶構造を有する無機粉末とロックウールとが相互作用を発揮して優れた耐熱性を示す無機繊維質耐火成形体が得られることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
後述するように、耐火成形体の製造時または使用時において高温で焼成処理することにより、上記無機バインダーはシリカやアルミナ等の酸化物形態を採ることとなるが、本出願処理においては、上記焼成処理前後のいずれの形態も無機バインダーと称することとする。また、本出願書類において、無機バインダーの含有割合は酸化物換算した値を意味するものとする。
本発明の無機繊維質耐火成形体を構成する材料において、無機バインダーの含有割合が3質量%未満であると、高温での使用環境下で強度向上効果が得られ難く、無機バインダーの含有割合が20質量%を超えると、後述する耐火成形体の製造時に脱水成形工程における濾水性が低下して製造効率が低下してしまう。
本発明の無機繊維質耐火成形体において、有機バインダーの含有割合が0.1質量%未満であると、後述する耐火成形体の製造時において予備成形体を乾燥処理した際に、乾燥処理物に十分な強度を付与し難くなり、12質量%を超えると、乾燥処理物を焼成した際に燃焼ガスの排出量が増加したり、保管時に水分を吸湿して無機繊維質耐火成形体の性質を低下させる場合がある。
本発明の無機繊維質耐火成形体が、ロックウール、針状結晶構造を有する無機粉末およびバインダーを合計で50質量%以上含む材料からなることにより、耐熱性をより効果的に向上することができる。
本発明の無機繊維質耐火成形体は、特定量のロックウールと針状結晶構造を有する無機粉末とを含む材料からなるものであるため、両者が相互作用を発揮して優れた耐熱性を発現することができる。
次に、本発明の無機繊維質耐火成形体の製造方法について説明する。
本発明の無機繊維質耐火成形体の製造方法は、本発明の無機繊維質耐火成形体を製造する方法であって、固形分換算したときに、ロックウール2〜95質量%と、針状結晶構造を有する無機粉末2〜95質量%と、バインダー3〜32質量%とを含む材料からなるスラリーを、脱水成形することを特徴とするものである。
本発明の無機繊維質耐火成形体の製造方法において、無機バインダーは、スラリーを構成する固形分中に、酸化物換算したときに3〜20質量%含まれることが好ましく、3.5〜15質量%含まれることがより好ましく、4〜12質量%含まれることがさらに好ましい。
充填材や骨材、分散剤、凝集剤の具体例は、本発明の無機繊維質耐火成形体の説明で述べた内容と同様であり、これら成分の配合量は、固形分換算量で、上記本発明の無機繊維質耐火成形体の説明で述べた内容と同様の配合量にすることが好ましい。
本発明の耐火成形体の製造方法において、スラリーは液体媒体として水以外の媒体を含む場合もあるが、本出願書類においては、水以外の液体媒体を除去する場合も脱水成形と称することとする。
脱水成形物は、得ようとする耐火成形体に相似する形状を有するものが適当であり、脱水成形物の形状としては、例えば、円筒状、有底筒状、平板状、ブロック状を挙げることができる。
本発明の耐火成形体の製造方法によれば、アルミナシリケート繊維等のセラミックファイバーや、アルミナ粉末、シリカ粉末を含有しなくても、所望の耐熱性を発現するとともに、製造コストおよび製品価格を低減させた無機繊維質耐火成形体を簡便に製造することができる。
次に、本発明の無機繊維質不定形耐火組成物について説明する。
本発明の無機繊維質不定形耐火組成物は、固形分換算したときに、ロックウール2〜95質量%と、針状結晶構造を有する無機粉末2〜95質量%、バインダー3〜32質量%とを含む材料からなることを特徴とするものである。
ロックウールの含有割合が固形分中2〜95質量%であることにより、施工物(耐火物)に必要最低限の強度および耐侵食性を付与しつつ、保温性(断熱性)及び軽量性を付与し得る無機繊維質不定形耐火組成物を提供することができる。
針状結晶構造を有する無機粉末の含有割合が2〜95質量%であることにより、施工後に針状結晶構造を有する無機粉末と相互作用を発揮して所望の耐熱性を発揮するとともに、製造コストや製品コストを低減することができる。
本発明の無機繊維質不定形耐火組成物においても、バインダーとしては、無機バインダーおよび有機バインダーから選ばれる一種以上を挙げることができ、バインダーを複数種用いる場合、上記バインダーの含有量は、使用するバインダーの総量を意味する。
本発明の無機繊維質不定形耐火組成物を構成する材料は、無機バインダーを、固形分中に、酸化物換算で3〜20質量%含むことが好ましく、3〜15質量%含むことがより好ましく、3〜12質量%含むことがさらに好ましい。また、有機バインダーを0.1〜12質量%含むことが好ましく、0.5〜7質量%含むことがより好ましく、1.0〜6質量%含むことがさらに好ましい。
本発明の無機繊維質不定形耐火組成物を構成する材料が、固形分中に、ロックウール、針状結晶構造を有する無機粉末およびバインダーを合計で50質量%以上含むことにより、得られる施工物(耐火物)に所望の耐熱性を効果的に付与することができる。
充填材や骨材の具体例は、本発明の耐火成形体の説明で述べた内容と同様であり、充填材や骨材の固形分換算した配合量は、本発明の耐火成形体の説明で述べた内容と同様である。
緩衝溶液や酸の含有量は、不定形耐火組成物のpHを3〜11にする量であることが好ましい。
増粘材としては、ヒドロキシエチルセルロース、アクリル酸ナトリウム重合物等を挙げることができ、分散剤としては、カルボン酸類、多価アルコール、アミン類等を挙げることができ、防腐剤としては、窒素原子又は硫黄原子を有する無機化合物または有機化合物を挙げることができる。
本発明の不定形耐火組成物を製造する方法としては、上記ロックウール、針状結晶構造を有する無機粉末、バインダー等の構成材料を液体溶媒と混合することにより製造する方法を挙げることができる。
1.スラリー形成工程
表1に示すように、ロックウール(ニチアス(株)製「MGバルク」、ロックウール組成 SiO2:43.5質量%、Al2O3:13.3質量%、MgO:6.1質量%、CaO:33.9質量%、Fe2O3:0.1質量%、MnO:0.3質量%)90質量%、ワラストナイト(キンセイマテック(株)製「SH−600」、平均長さ90μm、アスペクト比4.5)10質量%、コロイダルシリカ(日産化学(株)製「ST−30」)をシリカ換算で5.5質量%、澱粉(日澱化学(株)製、「ペトロサイズJ」)5質量%、凝集剤(荒川化学工業(株)製「ポリストロン117」)0.5質量%からなる原料100質量部に対し、水5000質量部を加えて攪拌することによりスラリーを形成した。
底部に網が設置された成形型中に上記スラリーを流し込み、スラリー中の水を吸引することにより脱水成形を行い、ブロック状の脱水成形物を得た。
次いで、大気雰囲気下、105℃で24時間乾燥することにより、縦900cm、横600cm、高さ5cmのブロック状の乾燥処理物(無機繊維質耐火成形体)を得た。
上記無機繊維質耐火成形体を複数作製し、空気雰囲気下において、それぞれ、800℃で24時間、1100℃で24時間それぞれ焼成したときの長さ方向の収縮率を求めた。上記長さ方向の収縮率を、得られた耐火成形体の組成とともに表1に示す。
得ようとする耐火成形体の組成を表1に示す通り変更した以外は、参考例1と同様にして無機繊維質耐火成形体を作製し、参考例1と同様にして得られた耐火成形体の長さ方向の収縮率を求めた。
上記長さ方向の収縮率測定結果を、得られた無機繊維質耐火成形体の組成とともに表1に示す。
ロックウールとして、ニチアス(株)製MG「バルク」に代えて、日本ロックウール(株)製「エスファイバー」(ロックウール組成 SiO2:40.6質量%、Al2O3:13.7質量%、MgO:4.3質量%、CaO:38.6質量%、Fe2O3:0.3質量%、MnO:0.3質量%)を用いて、得ようとする耐火成形体の組成を表2に示す通り変更した以外は、参考例1と同様にして無機繊維質耐火成形体を作製し、参考例1と同様にして得られた耐火成形体の長さ方向の収縮率を求めた。
上記長さ方向の収縮率測定結果を、得られた無機繊維質耐火成形体の組成とともに表2に示す。
ロックウールとして、ニチアス(株)製MG「バルク」に代えて、ラピナス社製「ラピナスファイバー」(ロックウール組成 SiO2:43.3質量%、Al2O3:16.8質量%、MgO:6.1質量%、CaO:20.1質量%、Fe2O3:7.6質量%、MnO:0.5質量%)を用いて、得ようとする耐火成形体の組成を表3に示す通り変更した以外は、参考例1と同様にして無機繊維質耐火成形体を作製し、参考例1と同様にして得られた耐火成形体の長さ方向の収縮率を求めた。
上記長さ方向の収縮率測定結果を、得られた無機繊維質耐火成形体の組成とともに表3に示す。
ワラストナイト(キンセイマテック(株)製「SH−600」)に代えて、セピオライト(昭和KDE(株)製「ミルコンMS−2」、平均長さ5μm、アスペクト比40)を用いて、得ようとする耐火成形体の組成を表4に示す通り変更した以外は、参考例1と同様にして無機繊維質耐火成形体を作製し、参考例1と同様にして得られた耐火成形体の長さ方向の収縮率を求めた。
上記長さ方向の収縮率測定結果を、得られた無機繊維質耐火成形体の組成とともに表4に示す。
また、参考例1〜3及び実施例2,実施例3,実施例5,実施例6,実施例8〜実施例12で得られた無機繊維質耐火成形体は、高価なセラミックファイバーや、アルミナ粉末、シリカ粉末を用いなくても優れた耐熱性を発揮し得るので、製造コストおよび製品価格を低減し得るものであることが分かる。
さらに、参考例1〜3及び実施例2,実施例3,実施例5,実施例6,実施例8〜実施例12により、上記優れた性能を発揮する無機繊維質耐火成形体を簡便に製造し得ることが分かる。
Claims (7)
- ロックウール2〜72質量%と、針状結晶構造を有する無機粉末18〜95質量%と、バインダー3〜32質量%とを含む材料からなり、
前記針状結晶構造を有する無機粉末がワラストナイト粉末またはセピオライト粉末であり、
前記ロックウール、前記針状結晶構造を有する無機粉末および前記バインダーを合計で90質量%以上含むことを特徴とする無機繊維質耐火成形体。 - 前記針状結晶構造を有する無機粉末の平均長さが1〜3000μmであり、アスペクト比が2〜1000である請求項1に記載の無機繊維質耐火成形体。
- 前記バインダーが、コロイダルシリカを含む請求項1又は2に記載の無機繊維質耐火成形体。
- 固形分換算したときに、ロックウール2〜72質量%と、針状結晶構造を有する無機粉末18〜95質量%と、バインダー3〜32質量%とを含む材料からなり、前記針状結晶構造を有する無機粉末がワラストナイト粉末またはセピオライト粉末であり、前記ロックウール、前記針状結晶構造を有する無機粉末および前記バインダーを合計で90質量%以上含むスラリーを、脱水成形することを特徴とする無機繊維質耐火成形体の製造方法。
- 前記バインダーが、コロイダルシリカを含む請求項4に記載の無機繊維質耐火成形体の製造方法。
- 固形分換算したときに、ロックウール2〜72質量%と、針状結晶構造を有する無機粉末18〜95質量%と、バインダー3〜32質量%とを含む材料からなり、前記針状結晶構造を有する無機粉末がワラストナイト粉末またはセピオライト粉末であり、前記ロックウール、前記針状結晶構造を有する無機粉末および前記バインダーを合計で90質量%以上含むことを特徴とする無機繊維質不定形耐火組成物。
- 前記バインダーが、コロイダルシリカを含む請求項6に記載の無機繊維質不定形耐火組成物。
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