JPH09100171A - βアルミナ質電鋳耐火物 - Google Patents
βアルミナ質電鋳耐火物Info
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Abstract
食されないβアルミナ質電鋳耐火物、特に酸素燃焼によ
るガラス溶解炉の天井部分に使用するのに適したβアル
ミナ質電鋳耐火物を提供する。 【解決手段】 βアルミナ質電鋳耐火物が、重量割合
で、Al2 03 が91〜95%であり、Na2 OとK2
Oの合計が4.0〜7.0%であり、BaOとSrOと
CaOの合計が0.15〜2.0%であり、Fe2 O3
とTiO2 の合計が0.1%以下である。
Description
溶解炉の天井部分に使用するのに適したβアルミナ質電
鋳耐火物に関する。
ミナ質電鋳耐火物としては、コランダム質、コランダム
−βアルミナ質、βアルミナ質の各電鋳耐火物がある。
このうち、βアルミナ質電鋳耐火物は、大部分のAl2
O3 とNa2 Oと僅かなSiO2 よりなり、発達したβ
アルミナの結晶で構成されている。このため、βアルミ
ナ質電鋳耐火物は、アルカリ蒸気に対して不活性であ
り、電鋳耐火物の中で最大の熱衝撃抵抗性を持ってい
る。βアルミナ質電鋳耐火物は、これらの特性から、主
にガラス素地と接触しないガラス溶解炉の上部構造に使
用されている。
壁部分、その他の部分に大きく分けられる。天井部分
は、いくつかのブロックを組み合わせてアーチ状に形成
して使用されることが多い。天井部分において、アーチ
の幅が3〜4mと小さければ、ブロックに働く荷重は小
さい。しかし、アーチの幅が7〜8mの大きさになる
と、ブロックに働く荷重も非常に大きくなる。天井部分
に使用される耐火物は、この荷重に耐えられる圧縮強度
が必要である。
側壁部分その他に主に使用されており、アーチの幅が広
い天井部分への使用は、強度に不安があるために困難で
あった。
に溶解温度を上げる傾向にある。そのため、上部構造用
耐火物も、より優れた耐熱性が必要となってきている。
焼から酸素燃焼に変わりつつある。その理由は、ガラス
溶解炉から排出される排気ガス中のNOxを低減させる
ことにある。この他に、ガラスの品質向上や炉の設備の
一部である畜熱室が不要になるなどの大きな利点が得ら
れる。
を100%使用する方法と、空気と酸素を併用して使用
する方法がある。いずれにしても、燃焼に際して酸素を
使用するので、燃焼に必要な気体の量が非常に少なくな
る。その結果、炉内の気体圧力が低くなる。そして、炉
内の雰囲気、特に溶解室の雰囲気が、空気燃焼の場合と
全く異なる。
て、炉内を通過する気体が非常に少なく、炉内圧が低い
ために、炉内雰囲気は溶解ガラスから揮発するアルカリ
濃度が極めて高く、アルカリの飽和状態かまたは飽和状
態に近い。
度の非常に高い雰囲気では、これまでガラス溶解炉の上
部構造用として使用されてきた珪石質焼成煉瓦では短期
間に溶損してしまう。珪石質焼成煉瓦に代わる、アルカ
リ雰囲気に強い材質としては、AZS質や高アルミナ質
の電鋳耐火物が考えられる。
の滲出によって溶解ガラスを汚染する可能性が大きいの
で、使用箇所が限定される。
リ濃度が低い空気燃焼の場合には、βアルミナがコラン
ダムに変化し、これが保護層となって耐食性を発揮す
る。しかし、アルカリ濃度が高い酸素燃焼の場合は、こ
れと反対に、コランダムがβアルミナに変化する。この
変化が起こると、急激な体積収縮によって高温での塑性
変形、いわゆるクリープが起きる。従って、コランダム
を多く含む高アルミナ質電鋳耐火物はアルカリ濃度の高
い雰囲気には適さない。
カリ蒸気に対して侵食されにくいβアルミナ質電鋳耐火
物を提供することである。
Al2 03 が91〜95%であり、Na2 OとK2 Oの
合計が4.0〜7.0%であり、BaOとSrOとCa
Oの合計が0.15〜2.0%であり、Fe2 O3 とT
iO2 の合計が0.1%以下であることを特徴とするβ
アルミナ質電鋳耐火物を要旨としている。
する。これらの組成は、Al2O3 と反応してβアルミ
ナ結晶を生成する。4.0%未満であると、βアルミナ
の他にコランダムが多量に存在し、前述のようなアルカ
リ蒸気が飽和している雰囲気で使用されるとき、コラン
ダムがβアルミナに変化して組織が崩壊してしまう。他
方、7.0%を越えると、余分なNa2 OやK2 Oが結
晶の間に存在して、湿気や水分の侵入によって容易に解
け出してしまう。このような現象が起きると、室温で
も、クラックなどが生じ、βアルミナ結晶が順次剥れ落
ちることもある。なお、K2 Oがゼロのこともありう
る。
りイオン半径が大きい。少量のK2Oからなるβアルミ
ナとNa2 Oからなるβアルミナとを共存させることに
よって結晶自身の強度を高くできる。これが多すぎる
と、結晶自身の機械的強度が落ちる。
を過度に成長させない効果がある。この効果を十分に発
揮させるために、これらの含有量は、0.15〜2.0
%にする。0.15未満では、この効果が不十分であ
り、2.0%を越えると、Al2 O3 とのスピネルが多
く生成して、アルカリ蒸気による侵食が大きくなり、高
温でのクリープ特性にも悪影響を及ぼす。なお、BaO
とSrOとCaOのいずれかがゼロのこともありうる。
れが多すぎると、クリープが大きくなるので、SiO2
は0.5%以下にする。
下にする。これらの両組成は低融点ガラスを形成するも
のである。低融点ガラスは耐熱性を損なうので、耐火物
にとっては好ましくない。これらの組成は、この他に、
製品を着色する作用がある。
電鋳耐火物は、比重を大きく変化させることなく、ガラ
ス溶解炉の天井部分(クラウン)に安心して使用できる
十分な圧縮強度をもち、かつ酸素燃焼炉のように炉内が
アルカリの飽和状態である雰囲気に晒されてもクリープ
が小さく、かつ侵食に対しても十分耐える極めて優れた
性質を有する。なお、Fe2 O3 とTiO2 のいずれか
がゼロのこともありうる。
%の範囲に収まっていると、BaOやSrOやCrOが
βアルミナの結晶成長を抑制し、結晶を互いに交錯させ
る働きがあることから機械的強度が増す。
らの結果と前述の点を考慮して、酸素燃焼によるガラス
溶解炉における天井用煉瓦にはβアルミナ質電鋳耐火物
がより適していることを見い出した。
は、大部分が発達したβアルミナ結晶で構成されている
ため、アルカリに対しては強い耐食性を示すが、圧縮強
度が30MPa程度にすぎず、機械的強度が十分ではな
い。この耐火物を幅の広い天井部分に使用するには信頼
性が不足していた。
ラス溶解炉の天井部分にβアルミナ質電鋳耐火物を使用
する場合には、耐火物の機械的強度は、少なくとも50
MPa以上の圧縮強度が必要とされている。
は、βアルミナ質電鋳耐火物を構成するβアルミナ結晶
の成長を抑え、かつβアルミナの結晶同志を互いに交錯
させ、組織を強固にする研究を重ねた。
βアルミナと混在させることによって、比重や気孔率を
大きく変えることなくアルカリ濃度の高い炉内雰囲気に
対して高い耐食性をもち、天井煉瓦として十分使用に耐
える強度を備えたβアルミナ質電鋳耐火物を得ることが
できた。
電鋳耐火物を製造した。
用いて溶解し、溶解物を内寸法230×230×230
mmのカーボン製鋳型に流し込んで成形した。成形物は
アルミナ粉末の中で徐冷した。得られた製品に外観の欠
陥は無かった。これらの製品について、圧縮強度、アル
カリ蒸気による侵食特性、クリープ特性を試験し、コラ
ンダムの量を測定した。これらの結果を同じく表1に示
す。
25mmの立方体を切り出して試料とし、加圧速度を毎
秒10〜15kg/cm2 として測定した。
試料を採取し、X線を使った内部標準法により定量し
た。標準物質にはβアルミナ試薬を使用した。
行った。
iO2 が54%、BaOが11%、Na2 Oが15%、
K2 Oが13%の組成となるようにアルカリおよびガラ
スを入れて、上部を径90mm、厚さ20mmの試料で
密封し、電気炉にて1580℃で96時間保持した。そ
の後、試料の中央部分の厚みを測定し、厚みの減量を2
4時間当りに換算してアルカリ侵食率として示す。
試験後の試料において、試料の中央部分が軟化変形して
膨らんだ膨らみを測定してクリープ変形として示す。
後の試料において、この試料を二等分に切断し、その切
断面に現れた亀裂数を数えた。
0MPa以上であり、アルカリ蒸気による侵食率も少な
く、クリープ変形も非常に少ない。試験後の亀裂数も少
ない。そして、コランダムの量は5%を越えることはな
かった。
製造し、同様の試験および測定を行った。その化学成分
および結果を表2に示す。
軟化変形が大きく、試験後の試料には5カ所に亀裂があ
った。この理由は、圧縮強度が大きく、コランダムの量
が多いことから、コランダムがβアルミナへ転移したた
めである。
の合計が少ない例である。βアルミナ結晶自身の強度が
小さく、圧縮強度が小さい。クリープも大きく、アルカ
リ蒸気が結晶間に入り込み、侵食率も大きかった。亀裂
の発生もみられた。
例である。クリープ変形が比較例2より大きい。
例である。K2 Oが多いために圧縮強度が小さい。ま
た、SiO2 が多いためにクリープが大きい。
が大きく、クリープが大きい。 比較例6は、Na2 O
が多い例である。
計が多い例である。侵食が大きくなり、クリープが大き
い。
縮強度を50MPa以上にするのが容易であり、アルカ
リ濃度が高い雰囲気に晒されてもクリープ変形が小さ
く、かつアルカリ蒸気による侵食も少ない。従って、本
発明のβアルミナ質電鋳耐火物は、アルカリ濃度が高い
雰囲気にさらされる、大きな荷重が掛かる部分、例えば
酸素燃焼によるガラス溶解炉の天井部分にも使用可能で
ある。
は、マトリックガラスを数%以下と少なくでき、180
0℃以下の温度であれば、高温においても圧縮強度が過
度に低下することはない。常温での圧縮強度が50MP
a以上であれば、耐火物は安全に天井部分に使用でき
る。
ナ質電鋳耐火物としては、コランダム質、コランダム−
βアルミナ質、βアルミナ質の各電鋳耐火物がある。こ
のうち、βアルミナ質電鋳耐火物は、大部分のAl2O
3とNa2Oと僅かなSiO2よりなり、発達したβア
ルミナの結晶で構成されている。このため、βアルミナ
質電鋳耐火物は、アルカリ蒸気に対して不活性であり、
電鋳耐火物の中で最大の熱衝撃抵抗性を持っている。β
アルミナ質電鋳耐火物は、これらの特性から、主にガラ
ス素地と接触しないガラス溶解炉の上部構造に使用され
ている。
リ濃度が低い空気燃焼の場合には、βアルミナがコラン
ダムに変化し、これが保護層となって耐食性を発揮す
る。しかし、アルカリ濃度が高い酸素燃焼の場合は、こ
れと反対に、コランダムがβアルミナに変化する。この
変化が起こると、急激な体積膨脹によって高温での塑性
変形、いわゆるクリープが起きる。従って、コランダム
を多く含む高アルミナ質電鋳耐火物はアルカリ濃度の高
い雰囲気には適さない。
Claims (3)
- 【請求項1】重量割合で、Al2 03 が91〜95%で
あり、K2 Oが2.0%以下であり、Na2 OとK2 O
の合計が4.0〜7.0%であり、BaOとSrOとC
aOの合計が0.15〜2.0%であり、Fe2 O3 と
TiO2 の合計が0.1%以下であることを特徴とする
βアルミナ質電鋳耐火物。 - 【請求項2】圧縮強度が50MPa以上であることを特
徴とする請求項1に記載のβアルミナ質電鋳耐火物。 - 【請求項3】コランダム結晶が5重量%以下であること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載のβアルミナ
質電鋳耐火物。
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