JPH0952775A

JPH0952775A - 流し込み不定形耐火物

Info

Publication number: JPH0952775A
Application number: JP7227528A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kanetani; 智金谷; Junichiro Mori; 淳一郎森; Yasunobu Toritani; 恭信鳥谷; Seijiro Tanaka; 征二郎田中
Original assignee: Kawasaki Refractories Co Ltd
Current assignee: JFE Refractories Corp
Priority date: 1995-08-11
Filing date: 1995-08-11
Publication date: 1997-02-25

Abstract

(57)【要約】【目的】組織の不均一性などに起因する亀裂の発生を
抑制して、施工体の剥離損傷を抑制、防止することが可
能な流し込み不定形耐火物を提供する。【構成】粒子径０．１５mm以下の部分が、Ａｌ₂Ｏ₃含
有率９８重量％以上のアルミナ質原料とＭｇＯ含有率９
５重量％以上のマグネシア質原料の混合物からなり、か
つ、前記粒子径０．１５mm以下の部分の化学組成が、Ａ
ｌ₂Ｏ₃：６５〜８５重量％、ＭｇＯ：１５〜３５重量％
の範囲にあるとともに、全体の３〜１２重量％を占める
平均粒子径５μm以下のアルミナ質原料が前記粒子径
０．１５mm以下のアルミナ質原料の少なくとも一部を構
成している耐火材に対して、シリカフラワーを外掛けで
２重量％以下の割合で添加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、不定形耐火物に関
し、特に溶融金属容器などの内張りに使用するのに適し
た流し込み不定形耐火物に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、施工の省力化を図る目的で、耐火
物ライニングに流し込み施工を適用するための努力がな
されており、溶融金属容器の内張材としても流し込み不
定形耐火物が用いられるに至っている。

【０００３】そして、取鍋などの溶融金属容器の内張用
の流し込み不定形耐火物としては、主にアルミナ・スピ
ネル質の流し込み不定形耐火物が使用されている。

【０００４】このアルミナ・スピネル質流し込み不定形
耐火物は、アルミナ質のものに比べてスラグ浸透が少な
く、構造スポーリングが発生しにくいという特徴を有し
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このアルミナ
・スピネル質の流し込み不定形耐火物においても、その
耐剥離性は必ずしも十分ではなく、剥離が発生して施工
体が損傷する場合があるのが実情である。

【０００６】この剥離損傷の主要な原因に、加熱後の組
織の不均一性に起因する亀裂の発生がある。流し込み不
定形耐火物の施工体は、その稼働面が溶鋼温度にさらさ
れ、内部に向って降下する温度勾配をもっているため、
稼働面に近い部分と内部では組織に変化が生じる。そし
て、急激に組織が変化する位置に亀裂が発生し、これが
成長して剥離損傷を引き起こすに至る。

【０００７】このような問題点を解決することを目的と
して、特開昭５９−１２８２７２号公報に開示された溶
銑脱珪樋用流込み材や、特開平５−９７５２６号公報に
開示された取鍋内張り用不定形耐火物などが提案されて
いるが、これらの先行技術も上述の問題点を必ずしも十
分に解消することができていないのが実情である。

【０００８】本発明は、上記問題点を解決するものであ
り、施工体の加熱・冷却による膨張・収縮及び組織の不
均一性に起因する亀裂の発生を抑制して、施工体の剥離
損傷を抑制、防止することが可能な流し込み不定形耐火
物を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、発明者等は、アルミナ・マグネシア質の不定形耐火
物を構成する耐火材料のうち、粒子径が小さい部分をア
ルミナ質原料とマグネシア質原料の混合物で構成し、か
つ、その混合割合を所定の範囲に調整するとともに、こ
れにシリカフラワーを添加し、その割合を調整した場合
に、１３００〜１７００℃の温度で処理した後の組織が
均一になるとともに、施工体の加熱・冷却に伴う膨張・
収縮などの熱間特性を制御することが可能になり、亀裂
や剥離の発生を抑制することができるという知見を得
た。

【００１０】発明者等は、これらの知見に基づいてさら
に実験、検討を行い、本発明を完成した。

【００１１】すなわち、本発明の流し込み不定形耐火物
は、耐火材の組成において、粒子径０．１５mm以下の部
分が、Ａｌ₂Ｏ₃含有率９８重量％以上のアルミナ質原料
とＭｇＯ含有率９５重量％以上のマグネシア質原料の混
合物からなり、かつ、前記粒子径０．１５mm以下の部分
の化学組成が、Ａｌ₂Ｏ₃：６５〜８５重量％、ＭｇＯ：
１５〜３５重量％の範囲にあるとともに、全体の３〜１
２重量％を占める平均粒子径５μm以下のアルミナ質原
料が前記粒子径０．１５mm以下のアルミナ質原料の少な
くとも一部を構成している耐火材に対して、シリカフラ
ワーを外掛けで２重量％以下の割合で添加したことを特
徴としている。

【００１２】耐火物の組織の特性を大きく左右するの
は、粒子径が０．１５mm以下の一般的にマトリックスと
称される部分を構成する成分の種類やその割合（組成）
である。この粒子径が０．１５mm以下の部分に、アルミ
ナ質原料とマグネシア質原料を所定の割合で混合した材
料を用いた場合、使用中の受熱によりスピネル生成反応
が進行する。この、スピネル生成反応は、下記の式(1)
で示されるような化学反応であり、１３００℃前後の温
度において反応が右辺に進行する。ＭｇＯ（Ｓ）＋Ａｌ₂Ｏ₃（Ｓ） → ＭｇＡｌ₂Ｏ₄（Ｓ） ……(1)

【００１３】そして、このスピネル生成反応が生じるこ
とにより、１３００℃前後の温度における組織の強度が
向上する。そのため、本発明の流し込み不定形耐火物に
おいては、いわゆるマトリックス部分を構成する原料と
して、アルミナ質原料とマグネシア質原料を所定の割合
で混合した原料を用い、使用中の受熱によってスピネル
生成反応を生ぜしめることにより、１３００℃前後の温
度における組織の強度を向上させるようにしている。

【００１４】なお、本発明の流し込み不定形耐火物にお
いては、粒子径が０．１５mm以下の部分を構成するアル
ミナ質原料としては、Ａｌ₂Ｏ₃含有率９８重量％以上の
アルミナ質原料を用いることが好ましく、また、マグネ
シア質原料としては、ＭｇＯ含有率９５重量％以上のマ
グネシア原料を用いることが好ましい。

【００１５】これは、アルミナ質原料のＡｌ₂Ｏ₃含有率
が９８重量％未満になると、生成したスピネルの粒界に
低融点物が析出して組織が強化されないからであり、ま
た、マグネシア質原料のＭｇＯ含有率が９５重量％未満
になるとスピネル生成反応が不十分になり組織が強化さ
れないことによる。

【００１６】また、本発明の流し込み不定形耐火物にお
いて、粒子径０．１５mm以下の部分の化学組成を、Ａｌ
₂Ｏ₃：６５〜８５重量％、ＭｇＯ：１５〜３５重量％の
範囲としたのは、Ａｌ₂Ｏ₃とＭｇＯの割合をスピネル理
論組成に近い割合にして、スピネル生成効率が最も高く
なるようにするためであり、これらの範囲外ではスピネ
ル生成効率が低下し、１３００℃前後における組織の強
化を実現することができないことによる。なお、粒子径
０．１５mm以下の部分の化学組成のさらに好ましい範囲
は、Ａｌ₂Ｏ₃：７０〜８０重量％、ＭｇＯ：２０〜３０
重量％の範囲である。

【００１７】そして、本発明の流し込み不定形耐火物に
おいては、上記組成を有する耐火材に対して外掛けで２
重量％以下のシリカフラワーを添加するようにしている
が、これは、シリカフラワーが粒子径０．１５mm以下の
アルミナ質原料と反応して焼結促進のための駆動力とな
ること、シリカフラワーを添加することにより、高温下
での熱間膨張を抑制し、熱間での塑性変形により熱応力
を緩和できること、及び高温下での変形量を減少させる
ことが可能になることによる。すなわち、シリカフラワ
ーを添加することにより、１３００〜１７００℃の温度
で処理した後の組織の均一性を向上させることが可能に
なるとともに、加熱・冷却に伴う膨張・収縮などの熱間
特性を制御して施工体の亀裂や剥離の発生を抑制するこ
とが可能になることによる。

【００１８】但し、粒子径が０．１５mm以下のアルミナ
質原料の少なくとも一部を構成する平均粒子径５μm以
下のアルミナ質原料とシリカフラワーの比率（組成）
が、本発明の範囲から外れた場合には、組成の均一性が
損われ、加熱・冷却に伴う膨張・収縮により、施工体に
亀裂や剥離が発生することになる。

【００１９】なお、図１に、Ａｌ₂Ｏ₃とＭｇＯの混合物
において、粒子径が０．１５mm以下のアルミナ質原料の
少なくとも一部を構成する平均粒子径３μmの仮焼アル
ミナの量と上記の混合物に添加するシリカフラワーの量
を変化させた場合の、焼成後の施工体の残存線変化率を
示す。但し、焼成時間はいずれも３時間である。

【００２０】図１より、シリカフラワーの添加量が増え
ると残存線変化率が小さくなり、仮焼アルミナ量が減少
すると残存線変化率が大きくなることがわかる。なお、
通常は、シリカフラワーの添加量を上記本発明の範囲内
の耐火材に対して外掛けで０．１〜２．５重量％の範囲
とすることが好ましく、０．５〜２．０重量％の範囲と
することがより好ましい。

【００２１】また、図２に、Ａｌ₂Ｏ₃とＭｇＯの混合物
において、仮焼アルミナ（粒子径０．１５mm以下のアル
ミナ質原料の一部を構成する平均粒子径３μmの仮焼ア
ルミナ）の量と上記Ａｌ₂Ｏ₃とＭｇＯの混合物に添加し
たシリカフラワーの量を変化させた場合の、３時間焼成
後の冷間曲げ強さ（ＪＩＳ−Ｒ２５５３の方法により測
定）を示す。

【００２２】図２より、仮焼アルミナ量にかかわらず、
シリカフラワーの量が増加すると、１３００℃×３ｈ、
１５００℃×３ｈ焼成後の曲げ強さが大きくなり、仮焼
アルミナ量が減少すると曲げ強さがやや小さくなる傾向
があることがわかる。

【００２３】なお、本発明の流し込み不定形耐火物にお
いては、粒子径０．１５mm以下の部分の化学組成を、Ａ
ｌ₂Ｏ₃とＭｇＯの合計量が１００重量％になるように設
定しているが、これは、Ａｌ₂Ｏ₃とＭｇＯの合計量に対
するＡｌ₂Ｏ₃及びＭｇＯの割合を表すものであり、結合
剤やその他の不純物などに由来する化学成分を排除する
ものではない。

【００２４】また、本発明の不定形耐火物の粒子径０．
１５mm以下の部分（組成物）は、１５００℃付近の温度
においては、逆に焼結を抑制する機能を発揮する。これ
は、１３００℃前後の温度におけるスピネル生成反応に
伴い、粒子の表面自由エネルギーが減少していることに
よるものである。そして、その結果、１５００℃付近に
おいても１３００℃付近の場合とほぼ同じ組織が維持さ
れることになる。

【００２５】一方、粒子径０．１５mm以下の部分の組成
が上記の範囲外の場合には、１５００℃付近の温度にお
いて焼結が抑制されるような傾向は認められず、焼結が
過剰となって１３００℃付近における組織とは異なる組
織になる。その結果、組織の均一性が損われ、剥離損傷
が発生することになる。

【００２６】なお、本発明の流し込み不定形耐火物に使
用される粗粒及び中間粒部分については特別の制約はな
く、例えば、アルミナ質原料、マグネシア質原料、スピ
ネル質原料などを使用することが可能であるが、構造体
としての安定性を重視する見地からは、熱膨張率の小さ
いアルミナ質原料またはスピネル質原料を使用すること
が好ましい。

【００２７】また、本発明の流し込み不定形耐火物に用
いられる結合剤についても特別の制約はなく、アルミナ
セメントやシリカゾルなどの公知の種々の結合剤を用い
ることが可能である。

【００２８】なお、本発明の流し込み不定形耐火物は、
水やシリカゾルなどとともに混練して所定の型枠に流し
込むことにより成形体を得ることができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を例
示して、その特徴とするところをさらに詳しく説明す
る。

【００３０】表１に示すような割合になるように各種原
料を配合するとともに、アルミナセメント、水などを添
加して本発明の実施例及び比較例の試料を作製した。

【００３１】

【表１】

【００３２】なお、実施例１〜５は、粒子径０．１５mm
以下のアルミナ質原料である仮焼アルミナ（平均粒子径
３μm）を、本発明の範囲内で変化させるとともに、シ
リカフラワーの添加量を本発明の範囲内で変化させたも
のである。

【００３３】また、実施例１〜５においては、結合剤と
してアルミナセメントを使用している。

【００３４】さらに、実施例１〜５においては、いずれ
も粒子径０．１５mm以下の部分の化学組成を、本発明の
範囲のＡｌ₂Ｏ₃：７８重量％、ＭｇＯ：２２重量％とし
ている。

【００３５】また、比較例１及び２は、粒子径０．１５
mm以下のアルミナ質原料である仮焼アルミナ（平均粒子
径３μm）の量を、本発明の範囲外としたものであり、
比較例１は仮焼アルミナの量を本発明の範囲より大きく
したもの、比較例２は仮焼アルミナの量を本発明の範囲
より小さくしたものである。さらに、比較例３は、粒子
径０．１５mm以下のアルミナ質原料である仮焼アルミナ
（平均粒子径３μm）の量を本発明の範囲内とする一
方、シリカフラワーの添加量を本発明の範囲外としたも
のである。

【００３６】そして、上記の実施例１〜５及び比較例１
〜３の試料につき、１５００℃×３ｈの熱処理を施した
後の残存線変化率及び曲げ強さを測定するとともに、耐
熱スポーリング試験を行い、稼働面に平行な亀裂の発生
の有無を調べた。その結果を表１に併せて示す。

【００３７】なお、表１中の曲げ強さは、ＪＩＳ−Ｒ２
５５３の方法により測定した値である。

【００３８】また、耐熱スポーリング試験は、１５００
℃の電気炉中に並形形状（２３０mm×１１４mm×６５m
m）の試料片の一端を挿入し、１５分間保持した後、水
冷するサイクルを１０回繰返すことにより行った。さら
に、表１中の亀裂発生の有無は、上記耐熱スポーリング
試験後の試料を切断し、稼働面に平行な亀裂の発生の有
無を調べた結果を示している。

【００３９】表１に示すように、比較例１及び３の試料
においては、１５００℃×３ｈ焼成後における曲げ強さ
は大きな値を示すが、１５００℃×３ｈ焼成後の収縮が
大きく、耐熱スポーリング試験において稼働面に平行な
亀裂の発生が認められた。

【００４０】また、比較例２の試料についても、１５０
０×３ｈ焼成後の膨張が大きく、１５００℃×３ｈ焼成
後の曲げ強さが小さな値を示しているとともに、耐熱ス
ポーリング試験において稼働面に平行な亀裂の発生が認
められた。

【００４１】これに対して、本発明の範囲内の実施例１
〜５の試料においては、１５００℃×３ｈ焼成後におけ
る残存線変化率が小さく、かつ、曲げ強さにも優れてい
ることが確認された。さらに、耐熱スポーリング試験に
おいて稼働面に平行な亀裂の発生が認めらなかった。こ
れらのことから、実施例の試料においては、均一な組織
が得られており、組織の不均一性に起因する亀裂の発生
や、剥離損傷の少ない施工体が得られることがわかる。

【００４２】なお、本発明の流し込み不定形耐火物は、
上記実施例に限定されるものではなく、粒子径０．１５
mm以下の部分のＡｌ₂Ｏ₃とＭｇＯの割合、粗粒及び中間
粒部分を構成する耐火材原料の種類、結合剤の種類、あ
るいはその他の微量添加物の添加の有無や添加量などに
関し、発明の要旨の範囲内において種々の応用、変形を
加えることが可能である。

【００４３】

【発明の効果】上述のように、本発明の流し込み不定形
耐火物は、粒子径０．１５mm以下の部分が、Ａｌ₂Ｏ₃含
有率９８重量％以上のアルミナ質原料とＭｇＯ含有率９
５重量％以上のマグネシア質原料の混合物からなり、か
つ、粒子径０．１５mm以下の部分の化学組成が、Ａｌ₂
Ｏ₃：６５〜８５重量％、ＭｇＯ：１５〜３５重量％の
範囲にあるとともに、全体の３〜１２重量％を占める平
均粒子径５μm以下のアルミナ質原料が粒子径０．１５m
m以下のアルミナ質原料の少なくとも一部を構成してい
る耐火材に対して、シリカフラワーを外掛けで２重量％
以下の割合で添加するようにしているので、従来のアル
ミナ・スピネル質流し込み不定形耐火物を用いた場合よ
りも、施工体の加熱後の組織の均一性を向上させること
が可能になり、加熱・冷却に伴う膨張・収縮などの熱間
特性を向上させて施工体の亀裂や剥離の発生を抑制する
ことが可能になる。

【００４４】したがって、施工体の耐用回数を増大さ
せ、原単価の低減に寄与することができる。

【００４５】また、従来のスピネル質原料を使用した流
し込み不定形耐火物よりも、アルミナ質原料とマグネシ
ア質原料の混合物を使用する本発明の流し込み不定形耐
火物の方が経済的、省エネルギー性の点でも優れてい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａｌ₂Ｏ₃とＭｇＯの混合物において、粒子径
０．１５mm以下のアルミナ質原料の少なくとも一部を構
成する平均粒子径３μmの仮焼アルミナの量と上記混合
物に添加するシリカフラワーの量を変化させた場合の残
存線変化率を示す線図である。

【図２】Ａｌ₂Ｏ₃とＭｇＯの混合物において、粒子径
０．１５mm以下のアルミナ質原料の少なくとも一部を構
成する平均粒子径３μmの仮焼アルミナの量と上記混合
物に添加するシリカフラワーの量を変化させた場合の冷
間曲げ強さを示す線図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中征二郎兵庫県赤穂市中広字東沖1576番地の２川崎炉材株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】耐火材の組成において、粒子径０．１５
mm以下の部分が、Ａｌ₂Ｏ₃含有率９８重量％以上のアル
ミナ質原料とＭｇＯ含有率９５重量％以上のマグネシア
質原料の混合物からなり、かつ、前記粒子径０．１５mm
以下の部分の化学組成が、Ａｌ₂Ｏ₃：６５〜８５重量
％、ＭｇＯ：１５〜３５重量％の範囲にあるとともに、
全体の３〜１２重量％を占める平均粒子径５μm以下の
アルミナ質原料が前記粒子径０．１５mm以下のアルミナ
質原料の少なくとも一部を構成している耐火材に対し
て、シリカフラワーを外掛けで２重量％以下の割合で添加し
たことを特徴とする流し込み不定形耐火物。