特開 2024-34296 断熱キャスタブル耐火物

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024034296

(43)【公開日】2024-03-13

(54)【発明の名称】断熱キャスタブル耐火物

(51)【国際特許分類】

   C04B 35/66 20060101AFI20240306BHJP

   F27D 1/10 20060101ALI20240306BHJP

【ＦＩ】

C04B35/66

F27D1/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022138443

(22)【出願日】2022-08-31

(71)【出願人】

【識別番号】000170716

【氏名又は名称】黒崎播磨株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001601

【氏名又は名称】弁理士法人英和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岩田 季志

(72)【発明者】

【氏名】高木 達也

(72)【発明者】

【氏名】豊田 一貴

(72)【発明者】

【氏名】畠山 佳介

(72)【発明者】

【氏名】香月 和夫

(72)【発明者】

【氏名】樋本 曜

【テーマコード（参考）】

4K051

【Ｆターム（参考）】

4K051AA03

4K051AA04

4K051AB00

4K051GA01

4K051GA04

(57)【要約】

【課題】せり割れによる亀裂が発生しにくい断熱キャスタブル耐火物を提供する。
【解決手段】耐火原料として、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とする粒径１ｍｍ以上のＣＡ６骨材と、粒径７５μｍ未満のシリカ微粉と、シャモットと、を含む断熱キャスタブル耐火物であって、前記耐火原料１００質量％中に占める割合において、前記ＣＡ６骨材の含有率が１０質量％以上６０質量％以下、前記シリカ微粉の含有率が５質量％以上１５質量％以下、前記シャモットの含有率が１０質量％以上である、断熱キャスタブル耐火物。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

耐火原料として、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とする粒径１ｍｍ以上のＣＡ６骨材と、粒径７５μｍ未満のシリカ微粉と、シャモットと、を含む断熱キャスタブル耐火物であって、
前記耐火原料１００質量％中に占める割合において、前記ＣＡ６骨材の含有率が１０質量％以上６０質量％以下、前記シリカ微粉の含有率が５質量％以上１５質量％以下、前記シャモットの含有率が１０質量％以上である、断熱キャスタブル耐火物。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、断熱キャスタブル耐火物に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、加熱炉や均熱炉のスキッドパイプのように耐火性のみならず断熱性も要求される部位に、断熱キャスタブル耐火物が用いられている。かかる断熱キャスタブル耐火物として、特許文献１に開示されているように、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とする粒径１ｍｍ以上のＣＡ６骨材を含む断熱キャスタブル耐火物が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９－２０３０９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明者らが、特許文献１に開示されている断熱キャスタブル耐火物を加熱炉のスキッドパイプ周りに施工して実炉試験を行ったところ、その断熱キャスタブル耐火物にせり割れ等による亀裂が発生しやすいことが判明した。

【0005】

そこで本発明が解決しようとする課題は、せり割れ等による亀裂が発生しにくい断熱キャスタブル耐火物を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明者らが、上述の実炉試験において発生したせり割れ等による亀裂の発生要因について調査・解析したところ、断熱キャスタブル耐火物の使用中の温度である１０００℃以上の高温下において、ＣＡ６骨材が高い膨張性を示すことが大きな要因であることがわかった。そこで本発明者らは、せり割れ等による亀裂発生を抑えるためには、１０００℃以上の高温下においてＣＡ６骨材の膨張を吸収あるいは相殺できるような耐火物の構成とすることが有効であると考え、更に試験及び研究を重ねた。その結果、耐火原料としてＣＡ６骨材と共に適量のシリカ微粉を使用し、かつ残部に所定量以上のシャモットを使用することが有効であることを知見し、本発明を完成させるに至った。

【0007】

すなわち、本発明の一観点によれば次の断熱キャスタブル耐火物が提供される。
耐火原料として、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とする粒径１ｍｍ以上のＣＡ６骨材と、粒径７５μｍ未満のシリカ微粉と、シャモットと、を含む断熱キャスタブル耐火物であって、
前記耐火原料１００質量％中に占める割合において、前記ＣＡ６骨材の含有率が１０質量％以上６０質量％以下、前記シリカ微粉の含有率が５質量％以上１５質量％以下、前記シャモットの含有率が１０質量％以上である、断熱キャスタブル耐火物。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、せり割れ等による亀裂が発生しにくい断熱キャスタブル耐火物を提供することができる。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明の断熱キャスタブル耐火物は、耐火原料として、ＣＡ６骨材と、シリカ微粉と、シャモットとを含む。
ここで、ＣＡ６骨材とは、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とする多孔質な断熱性骨材であって、粒径が１ｍｍ以上のものをいう。ＣＡ６骨材の粒径の上限値は特に限定されないが、断熱キャスタブル耐火物の技術分野の技術常識からすると、概ね８ｍｍ未満である。
また、シリカ微粉とは、粒径が７５μｍ未満のものをいう。
更に、シャモットとは、粘土又は蝋石を１３００～１４００℃で焼成したもので、主成分としてＡｌ_２Ｏ_３成分とＳｉＯ_２成分を含む耐火原料であって、特にＡｌ_２Ｏ_３成分が５０質量％より少なく１０質量％より多いものをいう。
なお、本発明において、粒子の粒径がｄ以上とは、その粒子がＪＩＳ－Ｚ８８０１に規定する目開きｄの標準篩上に残ることを意味し、粒子の粒径がｄ未満とは、その粒子が同篩を通過することを意味する。

【0010】

本発明の断熱キャスタブル耐火物は、耐火原料１００質量％中に占める割合においてＣＡ６骨材を１０質量％以上６０質量％以下含有する。ＣＡ６骨材の含有率が１０質量％未満では断熱性を担保することができない。一方、ＣＡ６骨材の含有率が６０質量％を超えると、上述の通り断熱キャスタブル耐火物の使用中の温度である１０００℃以上の高温下において、ＣＡ６骨材が高い膨張性を示すことから、断熱キャスタブル耐火物の使用中にＣＡ６骨材の膨張に起因するせり割れによる亀裂が発生しやすくなる。

【0011】

本発明の断熱キャスタブル耐火物は、耐火原料１００質量％中に占める割合においてシリカ微粉を５質量％以上１５質量％以下含有する。シリカ微粉は、１０００℃以上の温度域では溶融して液相を生成するため、ＣＡ６骨材の膨張を吸収する作用と、断熱キャスタブル耐火物自体を収縮させる作用とを示す。すなわちシリカ微粉は、１０００℃以上の高温下においてＣＡ６骨材の膨張を吸収あるいは相殺する作用を示す。シリカ微粉の含有率が５質量％未満では上述の作用が十分に得られず、その結果、断熱キャスタブル耐火物の使用中にＣＡ６骨材の膨張に起因するせり割れによる亀裂が発生しやすくなる。一方、シリカ微粉の含有率が１５質量％を超えると、液相の生成が過剰となり、その結果、断熱キャスタブル耐火物の収縮が大きくなりすぎて亀裂が発生しやすくなる。
また、シリカ微粉は、上述の通り１０００℃以上の温度域では溶融して液相を生成するため、断熱キャスタブル耐火物の焼結を促進して強度を高くする作用も示す。断熱キャスタブル耐火物の高強度化は、せり割れによる亀裂発生の抑制に寄与する。更に、シリカ微粉は断熱キャスタブル耐火物の流動性向上にも寄与する。
本発明では以上を総合的に考慮して、シリカ微粉の粒径を７５μｍ未満とし、かつその含有率を５質量％以上１５質量％以下としている。

【0012】

本発明の断熱キャスタブル耐火物は、耐火原料１００質量％中に占める割合においてシャモットを１０質量％以上含有する。シャモットは、１０００℃以上の温度域で液相を生成しにくく、しかも同温度域での熱膨張率が低いことから断熱キャスタブル耐火物の容積安定性の向上に寄与する耐火原料である。そのため本発明では、上述のＣＡ６骨材及びシリカ微粉以外の残部の耐火原料としてシャモットを１０質量％以上使用する。耐火原料１００質量％中に占める割合においてシャモットの含有率が１０質量％未満では、断熱キャスタブル耐火物の使用中にせり割れ等による亀裂が発生しやすくなる。なお、シャモットの含有率の上限は特に限定されないが、ＣＡ６骨材及びシリカ微粉以外の残部の耐火原料を全てシャモットとした場合の含有率８５質量％が事実上の上限値である。ただし、後述するように、ＣＡ６骨材及びシリカ微粉以外の残部の耐火原料としては、シャモット以外の耐火原料を適宜使用することもできることから、本発明ではシャモットの含有率の上限値を規定していない。要するに本発明では、ＣＡ６骨材及びシリカ微粉以外の残部の耐火原料として、シャモットを少なくとも１０質量％含有していればよい。
なお、シャモットの粒径は特に限定されず、ＣＡ６骨材と同様に粒径１ｍｍ以上とすることもでき、若しくは粒径１ｍｍ未満とすることもでき、又は粒径１ｍｍ以上と粒径１ｍｍ未満を併用することもできる。シャモットの粒径の上限値も特に限定されないが、上述のＣＡ６骨材と同様に断熱キャスタブル耐火物の技術分野の技術常識からすると、概ね ８ｍｍ未満である。

【0013】

本発明の断熱キャスタブル耐火物は、上述のＣＡ６骨材及びシリカ微粉以外の残部の耐火原料としてシャモット以外に、粘土、蝋石等のアルミナ－シリカ質原料や、ボーキサイト、仮焼アルミナ等のアルミナ質原料を適宜含み得る。また、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とする粒径１ｍｍ未満のＣＡ６粉末も含み得る。なお、以下の説明では、上述のＣＡ６骨材、シリカ微粉及びシャモット以外の耐火原料を総称して「その他耐火原料」という。これらその他耐火原料の粒径も特に限定されず、概ね８ｍｍ未満の範囲とすることができる。その他耐火原料としては、ボーキサイト、仮焼アルミナ、電融アルミナ、焼結アルミナムライト、バン土頁岩等が挙げられる。

【0014】

本発明の断熱キャスタブル耐火物は、上述の耐火原料とは別に結合剤を含む。結合剤としては典型的にはアルミナセメントを使用することができる。アルミナセメントの使用量は耐火原料１００質量％に対して外掛けで５質量％以上２０質量％以下とすることができ、断熱性を担保する観点からは１０質量％以上１５質量％以下とすることが好ましい。

【0015】

また、本発明の断熱キャスタブル耐火物は、上述の耐火原料とは別に添加剤を含んでもよい。添加剤としては、例えば、分散剤、増粘剤、界面活性剤、硬化時間調整剤、爆裂防止剤等が挙げられる。

【0016】

以上説明した断熱キャスタブル耐火物は、適量の水を加えたうえで流し込み施工される。なお、流し込み施工の際には、その流し込み材をポンプ圧送等の方法により施工現場まで搬送することもできる。

【実施例0017】

表１に示す各例の耐火原料１００質量％に対して結合剤としてアルミナセメントを外掛けで１０質量％添加した断熱キャスタブル耐火物に、適量の水を加えて混錬した後に所定の型枠に流し込み、養生及び乾燥させて試験片を得た。そして、その試験片を用いて断熱性と熱膨張性の評価を行った。

【0018】

【表1】

【0019】

断熱性の評価は、熱伝導率の測定により行った。熱伝導率の測定は、ＪＩＳ Ｒ ２６１６「耐火断熱れんがの熱伝導率の試験方法」に準じて行った。試験片の寸法は２３０×１１４×６５ｍｍとし、測定温度は８００℃とした。評価基準は、熱伝導率が１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の場合を〇（良好）、１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）超の場合を×（不良）とした。

【0020】

熱膨張性の評価は、熱膨張率の測定により行った。熱膨張率の測定は、ＪＩＳ Ｒ ２２０７－１「耐火物の熱膨張の試験方法-第１部：非接触法 」に準じて行った。試験片の寸法は２０×２０×８０ｍｍ又は２０×２０×１２０ｍｍとし、昇温速度は４℃／ｍｉｎとした。評価基準は、１０００℃以上１４００℃以下の温度域での熱膨張率の最大値が
０％以上０．８％以下の場合を〇（良好）、０．８％超の場合又は０％未満の場合を×（不良）とした。

【0021】

表１中、実施例１から実施例７はいずれも本発明の範囲内にある断熱キャスタブル耐火物であり、断熱性及び熱膨張性共に良好な評価結果が得られた。
これに対して、比較例１はＣＡ６骨材の含有率が本発明の下限値を下回る例で、断熱性の評価結果が不良となった。一方、比較例２はＣＡ６骨材の含有率が本発明の上限値を上回る例で、高膨張となった。
また、比較例３はシリカ微粉の含有率が本発明の下限値を下回る例で、高膨張となった。一方、比較例４はシリカ微粉の含有率が本発明の上限値を上回る例で、液相の生成が過剰となり収縮した。
また、比較例５はシャモットの含有率が本発明の下限値を下回る例で、高膨張となった。