JP3489588B2 - 高アルミナ質鋳造耐火物 - Google Patents

高アルミナ質鋳造耐火物

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JP3489588B2
JP3489588B2 JP32381592A JP32381592A JP3489588B2 JP 3489588 B2 JP3489588 B2 JP 3489588B2 JP 32381592 A JP32381592 A JP 32381592A JP 32381592 A JP32381592 A JP 32381592A JP 3489588 B2 JP3489588 B2 JP 3489588B2
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茂男 遠藤
公男 平田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高アルミナ質鋳造耐火物
に関し、特に、高耐食性かつ低発泡性であってガラス溶
解炉に適しており、さらに低アルカリガラスの溶融やガ
ラスの電気溶融にも好適な高アルミナ質鋳造耐火物に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】鋳造耐火物は、均質に混合した原料を電
気炉内で完全に溶解し、溶融原料を所定形状の鋳型に鋳
込み、これをアニール材の中で一定期間徐冷することに
よって作られる。鋳造耐火物は一般に焼成耐火物に比べ
て気孔率が小さく、極めて緻密な組織を有する。
【0003】耐火物の用途に応じて適量のアルカリ金属
酸化物を高アルミナ質鋳造耐火物に添加することによっ
て、組織中に気孔が少なく緻密でかつ亀裂などの欠陥が
少ない耐火物を製造することができる。これは、アルカ
リ金属酸化物の添加によってβアルミナの生成が進み、
また結晶の周囲に軟らかいガラス相が形成されるからで
ある。
【0004】例えば、Na2 Oを0.3重量%含有させ
ることにより、約8重量%のβアルミナ結晶と約92重
量%のコランダム結晶が形成され、極めて微細な結晶粒
が強固に連結した緻密な組織が得られる。
【0005】また、特開昭59−88360はアルカリ
金属酸化物を0.25重量%以下に抑えた高アルミナ質
鋳造耐火物を開示しているが、この高アルミナ質鋳造耐
火物は均質に分布した気孔を有しており、不純物の影響
が小さく、耐スポーリング性に優れている。
【0006】他方、AZS(アルミナ・ジルコニア・シ
リカ)質鋳造耐火物はガラス溶解用耐火物として広く利
用され、ソーダライムガラスやホウケイ酸ガラスの電極
ブロックなどにも使用されている。
【0007】さらに低アルカリガラス溶解用耐火物とし
て高ジルコニア質鋳造耐火物が提案されている(特開昭
62−59576及び特開昭62−285173参
照)。この耐火物はジルコニアを主成分としており、1
500℃で100Ωcm以上の電気抵抗率を有してい
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】以下、前述した鋳造耐
火物が有する欠点を簡単に述べる。
【0009】従来の高アルミナ質鋳造耐火物は、耐火物
中に比較的多くのアルカリ金属酸化物が含まれるため、
電気抵抗が小さかった。このため、低アルカリガラスの
溶解や電極ブロックの用途には不向きであった。
【0010】一方、アルカリ金属酸化物の中でも比較的
イオン半径の大きいK2 O,CsOなどを添加した耐火
物は、電気抵抗率が大きく、緻密な組織を有するが、強
度的には劣っており、亀裂などの欠陥を生じ易かった。
【0011】他方、MgOを除いたアルカリ土類金属酸
化物の中でBaO,CaOなどを添加することによっ
て、高温でのイオン導電性を減少させ電気抵抗を大きく
することができるが、この場合には緻密な鋳造物を得る
ことが難しかった。
【0012】また、アルカリ金属酸化物の含有量を減ら
した高アルミナ質鋳造耐火物(特開昭59−88360
参照)は、溶融ガラスに対する耐食性が著しく劣るた
め、溶融ガラスに直接接触する部分には使用できなかっ
た。
【0013】AZS耐火物の場合には、他のガラスに比
べ溶解温度が高い低アルカリガラスを溶解する時に、ス
トーンを発生する危険があった。また、ガラス相を形成
させるためにアルカリ金属酸化物を添加するので、高温
での電気抵抗は充分でなかった。
【0014】現在市販されている低アルカリガラスの1
500℃における電気抵抗率は約200Ωcmである
が、実際にこのガラスを溶解するためには少なくともそ
の2倍以上大きな電気抵抗率が必要である。溶融用部材
の電気抵抗率は高ければ高いほど好ましい。
【0015】一般にジルコニアは高温において比較的電
気抵抗が小さく、発熱体などに利用されているが、高ジ
ルコニア質鋳造耐火物も同様で、高温における電気抵抗
は大きいとは言えない。
【0016】このような従来技術の問題点に鑑み、本発
明は、溶融ガラスに対して高い耐食性を有し、かつ高温
での電気抵抗が大きい鋳造耐火物を提供することを目的
としている。
【0017】
【課題を解決するための手段】この発明による高アルミ
ナ質鋳造耐火物は、Al2 3 が89〜99重量%、B
2 3 が0.1〜3重量%、BaOが0.1〜2重量
%、CaOが0.1〜1重量%、SiO2 が0.3〜5
重量%、アルカリ金属酸化物が0.2重量%以下の割合
で含まれている。
【0018】この発明による好ましい高アルミナ質鋳造
耐火物は、Al2 3 ,B2 3 ,BaO,CaO,S
iO2 を含有するガラス相がコランダムの結晶粒子の粒
界を取り巻いていて、緻密な組織を有しており、150
0℃での電気抵抗率が500Ωcm以上である。
【0019】
【作用】アルカリ金属酸化物の添加量が最小限に抑えら
れているので、従来品に較べて大きな電気抵抗を得るこ
とができる。BaO,CaOの添加により電気抵抗の大
きいガラス相を形成できる。BaOによって荷重軟化も
起こりにくくなる。
【0020】
【実施例】本発明者は前述した課題を解決するために種
々の研究を重ねた結果、ガラス溶解(融)用耐火物とし
て充分な耐食性を有し、溶融ガラスと接した時の発泡が
少なく、ガラスの電気溶融炉用、特に低アルカリガラス
溶融炉用としても適しておりしかも亀裂のない高アルミ
ナ質鋳造耐火物を製造することに成功した。
【0021】この発明による鋳造耐火物は、Al
2 3 ,B2 3 ,BaO,CaO,SiO2 などを含
有するガラス相がコランダムの結晶粒子の粒界を取り巻
くようになっていて、緻密でかつ均質な組織を有してい
る。
【0022】次に、各組成の範囲とその限定理由につい
て述べる。
【0023】Al2 3 は多すぎると耐食性が向上し電
気抵抗率も大きくなるが、その反面鋳造物に亀裂が生じ
易くなる。反対に少なすぎると高温での荷重軟化が起こ
り易くなる。
【0024】本発明による鋳造物においては、ガラス相
を形成することによって亀裂の発生を防止する構成にな
っている。ガラス相を形成するためには、B2 3 とB
aOの量的なバランスが重要である。B2 3 の適切な
含有量は0.05〜3重量%であるが、さらに望ましく
は0.5〜2重量%の範囲である。またBaOの適切な
含有量は0.1〜2重量%であるが、さらに望ましい範
囲は0.2〜1重量%である。
【0025】B2 3 またはBaOの量が少なすぎる
と、必要なガラス相が形成されない。逆にB2 3 また
はBaOの量が多すぎると、B2 3 がAl2 3 と反
応して、アルミニウムボレイト(Al2 3 ・B
2 3 )の化合物が生成したり、BaOがAl2 3
BaO−SiO2 系の化合物をガラス相中に生成して、
これらの生成物が亀裂の原因となる。従って、特にBa
Oの量は少量であって、厳密に0.1〜2重量%の範囲
内に調整することが重要である。
【0026】CaOはガラス相を形成させる役目の他に
耐火物の色を白くする働きがある。BaOとCaOは共
にガラス相を形成して、高温でのイオン導電性を小さく
して、電気抵抗を大きくする働きがある。さらにBaO
は高温での軟化をより遅らせて荷重軟化を起こりにくく
する。
【0027】SiO2 は、ガラス相を形成する基礎成分
として0.3重量%以上必要であるが、多すぎると、耐
食性が低下したり亀裂の原因となるので、5重量%以下
とする。
【0028】以下、実施例1〜17について説明する。
【0029】バイヤーアルミナのAl2 3 原料と珪砂
のSiO2 原料とB2 3 、BaO、CaOの原料とな
るものを、所定量に調整して、Vミキサーで充分混ぜ合
わせた。このような混合物を300KVAの単相アーク
電気炉で溶融した。この溶解物を内寸法100mm×2
30mm×450mmのグラファイト質の鋳型に注湯
し、一定時間経過の後、鋳型から鋳造物を引き抜き、バ
イヤーアルミナの中に埋没させて室温付近まで徐冷し
た。得られた鋳造物の化学分析値および諸性質を表1,
表2に示す。
【0030】
【表1】
【0031】
【表2】 実施例1〜17はいずれもAl含有量が89〜9
9重量%で、好ましいガラスマトリックスを形成させる
ための補助成分としてアルカリ金属酸化物の代わりにB
,BaO,CaOを所定量含有させたものであ
る。いずれの実施例も、亀裂の発生がなく、低アルカリ
ガラスに対する侵食率も小さく、かつ発泡性も低かっ
た。
【0032】 他方、原料組成を種々変化して比較例1
5、7〜11の実験を行った。その結果、比較例4,
9ではBまたはBaOの含有量が高すぎたために
鋳造物は緻密ではあるが、亀裂が生じている。
【0033】 比較例7では亀裂の発生はみられない
が、気孔率が高くなり、その結果、侵食率が大きくなっ
ている。
【0034】比較例7ではアルカリ金属酸化物が0.3
7重量%と多く含まれるため、緻密で亀裂のないものが
得られたが、電気抵抗率が310Ωcmと低くなってし
まった。
【0035】侵食率測定試験の手順 各耐火物からそれぞれ直径約19mm、長さ80mmの
大きさの試験片を切り出した。この試験片を低アルカリ
ガラスのカレットを充填した内寸法80mm×120m
m×150mmのAZS鋳造耐火物のルツボに設置し、
試験片が溶融ガラスに浸るようにして、1500℃の炉
内で48時間保持した。終了後、試験片を冷却し半切に
した断面に現れた凹部の深さをノギスで計測し侵食量と
した。その侵食量を日数当たりに換算し侵食率とした。
【0036】発泡性試験の手順 各耐火物からそれぞれ直径50mm、厚さ約15mmの
試験片を切り出し、試験面を平滑に研磨し、洗浄、乾燥
した。この試験片を1200℃の炉内に入れ、1時間保
持した後、試験片の上に内径40mm、厚さ15mmの
アルミナ質のリングを乗せその中央にテストガラスを乗
せ、2時間保持した。冷却後に、拡大鏡を用いてガラス
中に存在する泡を数え、単位面積当たりに換算して発泡
数とした。
【0037】
【発明の効果】本発明に係る高アルミナ質鋳造耐火物
は、緻密でかつ溶融ガラスに対して望ましい侵食性を備
え、また発泡性が小さいため、アルカリ金属酸化物によ
るガラスの汚染を防止できる。また1500℃の高温に
おいて500Ωcm以上と従来品に較べて著しく大きな
電気抵抗を得ることができる。本発明の高アルミナ質鋳
造耐火物は特に、低アルカリガラスの溶融およびガラス
の電気溶融に適していて亀裂などの欠陥がない良質の耐
火物を製造できる。 ◆
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 格 東京都中央区日本橋久松町4番4号 糸 重ビル 東芝モノフラックス株式会社内 (56)参考文献 特公 昭44−18740(JP,B1) 特公 昭31−286(JP,B1)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Alが89〜99重量%、B
    が0.1〜3重量%、BaOが0.1〜2重量%、C
    aOが0.1〜1重量%、SiOが0.3〜5重量
    %、アルカリ金属酸化物が0.2重量%以下になる割合
    で含まれており、Al,B,BaO,Ca
    O,SiOを含有するガラス相がコランダムの結晶粒
    子の粒界を取り巻いていて、緻密な組織を有しているこ
    とを特徴とする高アルミナ質鋳造耐火物。
  2. 【請求項2】 1500℃での電気抵抗率が500Ωc
    m以上であることを特徴とする請求項1に記載の高アル
    ミナ質鋳造耐火物。
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