JP7202245B2

JP7202245B2 - リン酸カルシウム焼成炉用内張りれんが

Info

Publication number: JP7202245B2
Application number: JP2019075775A
Authority: JP
Inventors: 俊久佐々木; 健介森田
Original assignee: Krosaki Harima Corp
Current assignee: Krosaki Harima Corp
Priority date: 2019-04-11
Filing date: 2019-04-11
Publication date: 2023-01-11
Anticipated expiration: 2039-04-11
Also published as: JP2020172412A

Description

本発明は、リン酸カルシウム焼成炉の内張りに適用される内張りれんがに関する。

従前より肥料あるいは飼育用として使用されているリン酸カルシウムは、８００～１５００℃の予熱帯、焼成帯を通って反応させて焼成する炉（ロータリーキルン）で製造されてきた。

このリン酸カルシウム焼成炉の内張り用耐火物として、特許文献１に、Ａｌ_２Ｏ_３成分を主成分とした高アルミナ耐火物が開示されている。この高アルミナ耐火物はリン酸カルシウムに対する耐食性や耐侵食性に優れるとされている。
しかし、本発明者らによる試験によると、この高アルミナ耐火物はリン酸カルシウムに対する耐浸潤性が不十分であり、その結果、リン酸カルシウムの浸潤を抑制できず、健全層と浸潤層との強度差により亀裂が生じる構造的スポーリング等のスポーリングを生じやすいことがわかった。

特公昭５５－４３４２４号公報

本発明が解決しようとする課題は、リン酸カルシウムに対する耐浸潤性に優れるリン酸カルシウム焼成炉用内張りれんがを提供することにある。

本発明の一観点によれば、次のリン酸カルシウム焼成炉用内張りれんがが提供される。
リン酸カルシウム焼成炉の内張りに適用される内張りれんがであって、
Ａｌ_２Ｏ_３成分を７０質量％以上９０質量％以下、ＳｉＯ_２成分を５質量％以上２９．５質量％以下含有し、
Ａｌ_２Ｏ_３成分とＳｉＯ_２成分の合量が９０質量％以上であるリン酸カルシウム焼成炉用内張りれんが。

本発明によれば、リン酸カルシウムに対する耐浸潤性に優れるリン酸カルシウム焼成炉用内張りれんがを提供できる。すなわち、本発明の内張りれんがは、Ａｌ_２Ｏ_３成分とＳｉＯ_２成分をそれぞれ特定量ずつ含有することから、稼動時の内張りれんが表面でリン酸カルシウムとＳｉＯ_２とが反応して、ＳｉＯ_２－Ｐ_２Ｏ_５－ＣａＯ系の低融点化合物（液相）を生成する。そしてこの低融点化合物が、内張りれんがの稼働面側にコーティング層を形成し、このコーティング層がリン酸カルシウムに対する耐浸潤性向上に寄与する。

本発明の不定形耐火物は、Ａｌ_２Ｏ_３成分を７０質量％以上９０質量％以下、ＳｉＯ_２成分を５質量％以上２９．５質量％以下含有する。そして、Ａｌ_２Ｏ_３成分とＳｉＯ_２成分の合量は９０質量％以上である。

Ａｌ_２Ｏ_３成分は耐火物の耐火度向上には有効であるが、前述のとおり本発明者らによる試験によると、Ａｌ_２Ｏ_３成分はリン酸カルシウムの浸潤防止には不十分であり、特にＡｌ_２Ｏ_３成分の含有量が９０質量％を超えると、リン酸カルシウムの浸潤を抑制できず、健全層と浸潤層との強度差により亀裂が生じる構造的スポーリング等のスポーリングを生じやすいことがわかった。
そこで本発明は、Ａｌ_２Ｏ_３成分含有量は９０質量％以下と、前述の特許文献１の高アルミナ耐火物のＡｌ_２Ｏ_３成分含有量より少なくした。このようにＡｌ_２Ｏ_３成分含有量が少ないと耐火度が低下し溶融しやすくなるが、一方で、稼動時の内張りれんが表面においてリン酸カルシウムとれんがから溶出したＳｉＯ_２とが反応して、ＳｉＯ_２－Ｐ_２Ｏ_５－ＣａＯ系の低融点化合物（液相）を生成する。そしてこの低融点化合物が、内張りれんがの稼働面側にコーティング層を形成し、このコーティング層がリン酸カルシウムに対する耐浸潤性向上に寄与する。すなわち、内張りれんがの稼働面側にＳｉＯ_２－Ｐ_２Ｏ_５－ＣａＯ系のコーティング層を形成する効果（以下「コーティング層形成効果」という。）により、リン酸カルシウムに対する耐浸潤性が向上し、結果として耐構造的スポーリング性等の耐スポーリング性が向上する。
なお、Ａｌ_２Ｏ_３成分含有量が７０質量％未満では、耐火度が過剰に低くなり、耐食性（耐溶損性）が著しく低下する。
Ａｌ_２Ｏ_３成分の好ましい含有量は、７５質量％以上８６質量％以下である。
Ａｌ_２Ｏ_３成分源としては、電融アルミナ、焼結アルミナ等、Ａｌ_２Ｏ_３純度が９５％以上のアルミナ原料を使用することができる。

ＳｉＯ_２成分は、前述のとおり内張りれんがの稼働面側にＳｉＯ_２－Ｐ_２Ｏ_５－ＣａＯ系のコーティング層を形成するために、５質量％以上２９．５質量％以下含有する。ＳｉＯ_２成分含有量が５質量％未満では、内張りれんがの稼働面側にＳｉＯ_２－Ｐ_２Ｏ_５－ＣａＯ系のコーティング層を形成する、コーティング層形成効果が得られない。一方、ＳｉＯ_２成分含有量が２９．５質量％を超えるとＳｉＯ_２－Ｐ_２Ｏ_５－ＣａＯ系の低融点化合物が過剰に生成され、耐食性（耐溶損性）が低下する。ＳｉＯ_２成分の好ましい含有量は、１２質量％以上２２質量％以下である。
ＳｉＯ_２成分源としては、アンダルサイト、ムライト、粘土などのアルミナ－シリカ質原料、及び各種シリカ原料から選択される１種又は２種以上を使用することができる。なお、アルミナ－シリカ質原料はＡｌ_２Ｏ_３成分も含有するので、Ａｌ_２Ｏ_３成分源にもなる。

本発明の内張りれんがにおいてＡｌ_２Ｏ_３成分とＳｉＯ_２成分の合量は９０質量％以上であり、好ましくは９７質量％以上である。言い換えれば、Ａｌ_２Ｏ_３成分とＳｉＯ_２成分以外の残部は１０質量％以下であり、好ましくは３質量％以下である。また、本発明の内張りれんがにおいてＡｌ_２Ｏ_３成分とＳｉＯ_２成分以外の残部は、不可避的不純物成分のみからなる成分構成とすることが好ましい。言い換えれば、本発明の内張りれんがの成分構成は、Ａｌ_２Ｏ_３成分、ＳｉＯ_２成分及び不可避的不純物成分のみからなる成分構成にすることが好ましい。

本発明の内張りれんがは、一般的な内張りれんがと同様に、原料配合物に所定量の水と糊剤（保形性付与剤）等を加えて混練、成形し、焼成することで製造できる。

表１に、本発明の実施例と比較例の材料構成及び成分構成（化学成分）、並びに耐用性の評価結果を示している。なお、表１中の「アルミナ原料Ａ」はＡｌ_２Ｏ_３純度がほぼ１００％のアルミナ原料、「アルミナ原料Ｂ」はＡｌ_２Ｏ_３純度が約９０％のアルミナ原料である。また、表１中の「その他成分（不可避的不純物成分）」とは、ＭｇＯ、Ｎａ_２Ｏ、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ（ＯＨ）_３、ＡｌＰＯ_４等である。

耐用性の評価として、溶損量、付着厚み及び耐スポーリング性をそれぞれ以下の要領で評価した。
＜溶損量＞
表１に示す材料構成の配合物に所定量の水と糊剤（保形性付与剤）を加えて混練、形成し、１４５０℃で焼成することで試験片を作製し、回転侵食試験法により評価した。その際、リン酸カルシウム焼成炉を想定した下記に示す化学成分を有する侵食剤を使用し、試験は１５５０℃の温度で３０分毎の侵食剤の排出と、新たな侵食剤の投入作業を２０回繰り返すことで行った。試験終了後に試験片を切断し、最大溶損量を寸法測定した。この最大溶損量が少ないほど耐溶損性（耐食性）が良好であることを表す。表１では、最大溶損量が０．５ｍｍ未満の場合を◎（優）、０．５ｍｍ以上１ｍｍ未満の場合を○（良）、１ｍｍ以上の場合を×（不良）と表記した。
侵食剤の化学成分：ＳｉＯ_２２．６質量％，Ａｌ_２Ｏ_３０．７質量％，ＣａＯ４３．３質量％，Ｎａ_２Ｏ５．４質量％，Ｐ_２Ｏ_５４２質量％，その他６質量％

＜付着厚み＞
前述の回転侵食試験後の試験片を切断した断面から、リン酸カルシウムが試験片表面に付着した付着厚みを測定した。付着厚みが多いほどコーティング層形成効果が発揮され、耐用性向上が期待できる。表１では、付着厚みが３ｍｍ以上の場合を◎（優）、２ｍｍ以上３ｍｍ未満の場合を○（良）、２ｍｍ未満の場合を×（不良）と表記した。

＜耐スポーリング性＞
前述の回転侵食試験後の試験片を切断した断面から、亀裂の有無を目視で確認した。表１では、亀裂がない場合を◎（優）、ヘアークラックのような微亀裂が確認された場合を○（良）、目視で容易に確認可能な大亀裂が確認された場合を×（不良）と表記した。

＜総合評価＞
前述の各評価結果が全て◎の場合を◎（優）、各評価結果に×がなく、○を含む場合を○（良）、各評価のいずれか１つに×がある場合を×（不良）とした。

本発明の範囲内にある実施例１～７では、付着量が多いことからコーティング層形成効果が十分に得られていることがわかる。その結果、リン酸カルシウムに対する耐浸潤性が向上し、良好な耐スポーリング性が得られた。また、溶損量も少なく、総合的に耐用性が向上した。なお、実施例１～７において回転侵食試験後の試験片についてＥＰＭＡ分析を行ったところ、ＳｉとともにＰ及びＣａが同時に検出された層が稼動面側から確認された。このＥＰＭＡ分析結果より、実施例１～７では不定形耐火物の稼働面側にＳｉＯ_２－Ｐ_２Ｏ_５－ＣａＯ系のコーティング層が形成されていると考えられた。

比較例１はＡｌ_２Ｏ_３成分の含有量が多い例である。リン酸カルシウムに対する耐浸潤性（コーティング層形成効果）が十分に得られず、耐スポーリング性が低下した。
比較例２はＡｌ_２Ｏ_３成分の含有量が少ない例である。耐火度が過剰に低下した結果、溶損量が多くなった。

比較例３はＳｉＯ_２成分の含有量が多い例である。ＳｉＯ_２－Ｐ_２Ｏ_５－ＣａＯ系の低融点化合物が過剰に生成されるため、溶損量が多くなった。
比較例４はＳｉＯ_２成分の含有量が少ない例である。コーティング層形成効果が十分に得られず、耐スポーリング性が低下した。

Claims

リン酸カルシウム焼成炉の内張りに適用される内張りれんがであって、
Ａｌ_２Ｏ_３成分を７０質量％以上９０質量％以下、ＳｉＯ_２成分を５質量％以上２９．５質量％以下含有し、
Ａｌ_２Ｏ_３成分とＳｉＯ_２成分の合量が９０質量％以上であるリン酸カルシウム焼成炉用内張りれんが。
Ａｌ_２Ｏ_３成分の含有量が７５質量％以上８６質量％以下、ＳｉＯ_２成分の含有量が１２質量％以上２２質量％以下である請求項１に記載のリン酸カルシウム焼成炉用内張りれんが。