(57)【要約】  耐火性組成物およびこれらから物品を製造する方法が提供され、これらは、多数の骨材粒子および該骨材粒子と混合されたバインダを含む。該バインダ組成物は、該バインダ中に分配された、焼結結晶性メタリン酸クロムまたはメタリン酸クロム-アルミニウム、あるいはこれら2つの組合せを含む。提供されるこれらの組成物は、酸化クロムを含まず、しかも優れた耐スラグ性を示し、かつ容易に処分される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の骨材粒子、および
該多数の骨材粒子と混ぜ合わされたバインダを含み、
該バインダが、その中に分配されている、焼結された結晶性メタリン酸クロム、またはメタリン酸クロム-アルミニウム、またはこれら両者を含むことを特徴とする、耐火性組成物。
【請求項２】
前記組成物が酸化クロムを含まない、請求項1記載の組成物。
【請求項３】
前記バインダが焼結された結晶性メタリン酸クロムを含む、請求項1記載の組成物。
【請求項４】
前記バインダが、焼結された結晶性メタリン酸クロム-アルミニウムを含む、請求項1記載の組成物。
【請求項５】
前記メタリン酸クロム、またはメタリン酸クロム-アルミニウムが、中性乾燥粒子の形態にある、請求項1記載の組成物。
【請求項６】
前記骨材がアルミナを含む、請求項1〜5の何れか1項に記載の組成物。
【請求項７】
前記多数の骨材粒子が、炭化ケイ素、ヒュームドシリカ、ムライト、または任意のこれらの組合せの少なくとも1種を含む、請求項1〜5の何れか1項に記載の組成物。
【請求項８】
更に、1種またはそれ以上の補強繊維を含む、請求項1〜5の何れか1項に記載の組成物。
【請求項９】
更に、アルミン酸カルシウムセメント、ケイ酸ナトリウム、ポリリン酸塩、有機塩、またはこれらの組合せである、非平滑性添加剤を含む、請求項1〜5の何れか1項に記載の組成物。
【請求項１０】
耐火性物品の製造方法であって、
メタリン酸クロム、メタリン酸クロム-アルミニウム、またはこれら両者のバインダ混合物を形成する工程、および
該バインダを骨材と混合して、スラリーを形成する工程
を含み、該耐火性物品が酸化クロムを含まないことを特徴とする、前記方法。
【請求項１１】
前記バインダ混合物を形成する工程が、メタリン酸クロムをアルミナと混合する工程、および800℃〜850℃なる温度に加熱する工程を含む、請求項10記載の方法。
【請求項１２】
前記骨材がアルミナを含む、請求項10記載の方法。
【請求項１３】
前記メタリン酸クロムが、メタリン酸クロム-アルミニウムである、請求項10記載の方法。
【請求項１４】
前記メタリン酸クロムが、結晶性で中性の焼結された材料である、請求項10〜13の何れか1項に記載の方法。
【請求項１５】
前記骨材がアルミナからなる、請求項11記載の方法。
【請求項１６】
更に、アルミン酸カルシウムセメント、ケイ酸ナトリウム、またはポリリン酸のうちの少なくとも1種の添加剤を、前記混合物に添加する工程を含む、請求項10〜13の何れか1項に記載の方法。
【請求項１７】
更に、前記スラリーを、前記物品に対して相補的な形状を持つ型内に流し込む工程、および該混合物を乾燥させて、生素地片を形成する工程を含む、請求項10〜13の何れか1項に記載の方法。
【請求項１８】
更に、前記組成物を加熱して、焼結を誘発する工程を含む、請求項10〜13の何れか1項または17に記載の方法。
【請求項１９】
前記型が石膏型である、請求項17記載の方法。
【請求項２０】
更に、前記スラリー内にスチール繊維を埋め込む工程を含む、請求項10〜13の何れか1項に記載の方法。
【請求項２１】
多数の骨材粒子、および
該多数の骨材粒子と混ぜ合わされたバインダを含み、該バインダは、その中に分配された、焼結されている結晶性メタリン酸クロム、またはメタリン酸クロム-アルミニウム、またはこれら両者を含み、
酸化クロムを含まず、
該多数の骨材粒子が炭化ケイ素、ヒュームドシリカ、アルミナ、ムライト、ボーキサイト、またはこれらの組合せからなる群から選択される、
ことを特徴とする耐火性組成物。
【請求項２２】
更に、アルミン酸カルシウムセメント、ケイ酸ナトリウム、ポリリン酸塩、有機塩、またはこれらの組合せである、非平滑性添加剤を含む、請求項21記載の耐火性組成物。
【請求項２３】
更に、ステンレススチール繊維、スチール、その他の金属繊維、および炭素繊維からなる群から選択される、1種またはそれ以上の補強繊維を含む、請求項21または22記載の耐火性組成物。
【請求項２４】
生素地の形態にある、請求項21または22記載の耐火性組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願との相互引照］
本件特許出願は、2012年8月21日付で出願された米国仮特許出願第61/691,411号に従属するものであり、かつ該米国仮特許出願に係る優先権を主張するものである。この米国仮特許出願の全内容を、参考としてここに組入れる。
【０００２】
本発明は、一般的に耐スラグ性耐火性組成物および該組成物から物品を製造するための方法に係り、またより詳しくは、極めて高い耐火性、耐腐蝕性を持つ物品を製造するために、該組成物においてバインダ単独またはその他の成分と共に使用され、あるいは該組成物内で生成される、結晶性（crystalline）メタリン酸クロムを含む組成物に係る。
【背景技術】
【０００３】
高い純度および90％までおよび更にはそれ以上の酸化クロム含有率を持つ、耐火性の高度に焼成された煉瓦が、高度に腐蝕性の環境、例えば玄武岩質ガラスタンク、紙およびパルプ工業における黒液適用、石炭ガス化、ステンレススチールの製造におけるスラグの清浄化、および化学的廃棄物の焼却環境における腐蝕を減じようと試みる際に、通常利用されている。通常の酸化クロムCr2O3は、炉内環境内での酸化中に、CrO3を形成する恐れがある。CrO3は、水溶性かつ高度に発癌性である。従って、酸化クロム材料を組入れている耐火性煉瓦は、使用済みのクロム含有耐火性ライニングの処分が、水溶性CrO3副産物の潜在能力のために、建設者グループの健康並びに安全性および廃棄物の堆積による汚染に関して、特別な予防措置を必要とする可能性をもつという、重大な欠点に直面する。
即ち、酸化クロムを含める必要のない、改善された耐腐蝕性および優れた取扱い性を持つ耐火性組成物に対する要求がある。同様に、従来の耐火性物品に対して、延長された作業寿命を持つ、このような組成物から製造される耐火性物品に対する要求もある。
【発明の概要】
【０００４】
以下に述べる本発明の概要は、本発明にとって固有の革新的な特徴の幾つかに係る理解を容易にする目的で与えられており、また以下に述べる概要は、本発明を完全に説明することを意図するものではない。本発明の様々な局面の完全なる理解は、本件明細書全体、特許請求の範囲、図面、および要約を、全体として理解することによって辿り着くことができる。
耐火性組成物は、酸化クロム(CrO3)であり得る、または使用に際して酸化クロムを形成し得る元素を含むことなしに、優れた耐腐蝕性および優れた取扱い性を備えている。耐火性組成物は、多数の骨材粒子および該多数の骨材粒子と混合されたバインダを含み、ここで該バインダは、その中に分配されている結晶性メタリン酸クロム、またはメタリン酸クロム-アルミニウム、またはこれら両者を包含する。幾つかの態様において、酸化クロムは、該材料中には存在せず、また使用に際して、例えば高温に暴露されている間に、該組成物中の元素から酸化クロムが生成されることもない。該メタリン酸塩は、中性の乾燥粒子の状態であり得る。幾つかの態様において、該骨材はアルミナ、炭化ケイ素、ヒュームドシリカ、またはムライトである。
【０００５】
同様に、耐火性物品の製造方法も提供される。その方法の一つは、メタリン酸クロム、またはメタリン酸クロム-アルミニウム、またはこれら両者のバインダ混合物を形成する工程、および該バインダと骨材とを混合する工程を含む。この得られる耐火性物品は、酸化クロムを含むことはない。幾つかの態様において、該骨材はアルミナ、炭化ケイ素、ヒュームドシリカ、またはムライトである。該混合物には、場合により添加剤が加えられ、ここで該添加剤は、場合によってアルミン酸カルシウムセメント、ケイ酸ナトリウム、またはポリリン酸塩である。
一方法は、場合により更に、成形された耐火性物品を製造する工程をも含む。成形された耐火性物品は、場合によっては、上記バインダと骨材との混合物を、該物品に対して相補的な形状を持つ型、場合によっては石膏型内に流込み、また該混合物を乾燥させ、生素地片を生成することにより製造される。場合により、焼結法を利用する。支持材は、場合によりスチール繊維であり、これは場合により該混合物中に埋設される。この方法は、発癌性の酸化クロムの生成を伴うことなしに、高度に腐蝕性の環境内で使用し得る、耐スラグ性に優れた物品を与える。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
特別な態様に係る以下の説明は、その性質上単なる典型であり、また本発明の範囲、勿論のこと変えることのできるその応用または用途を、何ら制限することを意図するものではない。本発明を、非限定的な定義およびそこに含まれる専門用語との関連で説明する。これら定義および専門用語は、本発明の範囲またはその実施に関する限定として機能するように意図されるものではなく、例示および説明の目的のためにのみ提示されている。これらの方法または材料は、個々の段階の順序として、または特定の成分を用いて記載されるが、当業者には容易に理解される如く、本発明の記載が、多くの方法で配列された、多数の部材または段階を含むように、記載される段階または成分は、相互に互換性のものであり得ることが理解される。
耐火性バインダ組成物は、酸化クロムの不在下で、改善された耐スラグ性を持つ耐火性物品を製造するために供給される。故に、耐スラグ性物品は、水溶性でかつ加熱した際に高度に発癌性のCrO3を生成しない耐火性バインダ組成物を使用して提供され、あるいは該組成物を使用して製造することができる。
【０００７】
本発明は、更に焼結された結晶性メタリン酸クロム、例えばCrP3O9またはメタリン酸クロム-アルミニウムを含む上記耐火性バインダにより結合された様々な骨材粒子、繊維、フィラー、またはこれらの組合せを含み、あるいはこれと結合することのできる、耐火性組成物としての有用性を持つ。幾つかの態様によれば、耐火性バインダまたは物品を製造するためのキットが提供される。キットはメタリン酸クロム、メタリン酸クロム-アルミニウム、またはこれらの組合せ、および骨材物質を、場合によってはこれら内容物と、随意の量の水および随意の強化材および/またはフィラーとを混合すべきとの指示と共に含む。該耐スラグ性耐火性バインダは、スチール繊維等の補強材の配合を容易に受け入れ、また例示的な炭化ケイ素、ムライト、アルミナ、チタニア、およびこれらの組合せを含む骨材粒状体と共に作用する。含水率および1またはそれ以上の添加剤の調節を通して、本発明の組成物由来の物品に係る注型による成型品は、後の輸送、設置、および随意の機械加工のために取扱い、その後焼成して、従来の材料と比較して優れた耐スラグ性、強度、または耐アルカリ性を持つ耐火性物品を得る上で、十分な未処理強度を持つ。
【０００８】
本発明の耐火性組成物は、メタリン酸クロム、メタリン酸クロム-アルミニウム、またはこれら両者からなるバインダを含み、これは多数の骨材粒子と混合され、また場合により未加工の物品に成形され、あるいは焼結温度にて焼成されて、硬化された耐火性組成物に成形されるが、ここで該メタリン酸塩は、この得られる組成物全体に渡り分配される。分配されるなる表現によって、該材料を一緒に混合するための、機械的な混合を通して実質的に均一な混合が実現され、次いで焼結工程が行われることを意味する。バインダとしてのメタリン酸クロム、メタリン酸クロム-アルミニウム、またはこれら両者は、液状リン酸クロムと比較して、極めて吸湿性が低く、またpHにおいてより中性である。
耐火性バインダにおいて使用されるようなメタリン酸クロムは、リン酸塩とクロムとの焼結組成物であり、式：CrP3O9を持つ。メタリン酸クロムは、耐火性物品を製造するための反応性リン酸塩化合物を与え、またより高い温度における焼結活性を得るためのプリカーサとして機能する。その上、該メタリン酸クロムは、発癌性のCrO3を形成することなしに、所望の耐スラグ性を与えるであろう。従って、従来技術の耐スラグ性耐火性材料に係る、慎重を要しかつ経費の掛かる処理要件に対する必要性が回避される。
【０００９】
焼結された結晶性メタリン酸クロムは、任意のリン酸塩の源から製造される。典型的にリン酸アルミニウムを製造するために使用される、高純度工業グレードのリン酸塩とは対照的に、上記の焼結された結晶性メタリン酸クロムは、農業グレードのリン酸から製造することができ、生産コストがより低いという利点を持つ。これらのリン酸塩は、モノリシックな生成物に、改善された強度および耐腐蝕性を与える。該焼結された結晶性メタリン酸クロムは、幾つかの態様においては、以下の式に従って製造される：
Cr2O3 + 6 H3PO4 = Cr2(H2PO4)6 + 6 H2O + 温度 = CrP3O9 + 3H2O        (I)
一例示的な反応においては、CrO3を、夫々1:3なる化学量論的モル比にて、水性H3PO4溶液と混合する。この溶液を、ポリリン酸クロム(Cr2(H2PO4)6)に相当する乾燥物質が生成されるまで、300℃なる脱水温度にて脱水する。この脱水時間は、脱水すべき材料の量に依存する。次いで、該乾燥ポリリン酸クロムを、500μm未満にまで圧潰し、また800℃にて2時間に渡り焼成して、メタリン酸クロム(CrP3O9)とする。
上記メタリン酸クロムを、場合によりアルミナからなる骨材と、あるいはアルミナ含有骨材物質と混合し、また焼成工程において焼結して、より安定なリン酸塩であるCrAl2(PO4)3を製造する。それ故、幾つかの態様において、バインダは、未加工の物品において骨材と混合した場合に、発癌性のCrO3を形成することなしに、所定の耐スラグ性を持つ焼結された耐火性物品の形成を可能とするであろう、メタリン酸クロム-アルミニウムを含む。
【００１０】
本発明のバインダはメタリン酸クロム、メタリン酸クロム-アルミニウム、またはこれらの組合せを含む。故に、ここで使用する場合、改質剤の不在下での該用語「メタリン酸塩」とは、メタリン酸クロム、メタリン酸クロム-アルミニウム、またはこれらの組合せを意味する。
耐火性骨材物質の周りにマトリックスを形成するために存在する上記メタリン酸塩バインダの量は、上記骨材の大きさ、所望の粒子間分離、形態学、主結晶の大きさおよび酸化物の状態を含む種々のファクタに依存する。典型的に、メタリン酸塩バインダは、その全体で、完全に処方された耐火性組成物注型スラリーの2〜20質量％なる範囲、場合により5〜20質量％、場合により10〜20質量％なる範囲、場合により15質量％にて存在する。好ましくは、骨材中のアルミナは、メタリン酸塩に対して過剰のモル化学量論量で存在する。アルミナまたはその他の骨材は、場合により50〜90質量％、場合により60〜80質量％、場合により70質量％にて存在する。アルミナは骨材粒子として存在するか、あるいはまた該メタリン酸塩との反応のために、少量のその粒子として添加されることが認識される。
【００１１】
骨材とメタリン酸塩バインダプリカーサとの混合を容易にするために、場合により所定量の水または有機溶媒を添加して、スラリーに所望の粘度を与える。例示的に、このような有機溶媒はアルコール、ケトン、エステル、エーテル、アミド、アミン、グリコール、アルカン等を含む。場合によって、このような有機溶媒は、200℃以下において液体であり、また好ましくは20℃にて液体である。水または溶媒の典型的な添加量は、全体で、完全に処方された耐火性組成物スラリーの、0〜20質量％、場合により2〜20質量％、場合により2〜10質量％、場合により2〜8質量％なる範囲、場合により5質量％である。
場合により、1種またはそれ以上の添加剤を含めることができ、該添加剤は、場合によっては、未加工の耐火性組成物の焼成中に消費されるであろう型のものである。これらの添加剤は、場合によっては取扱いの容易化を促進するために与えられる。例示的に、このような添加剤は界面活性剤、重合性有機モノマーまたはオリゴマー、解膠剤、ポリマー、およびクエン酸およびシュウ酸等の有機酸を包含する。このような添加剤を含めることにより、スラリー粘度および未処理強度を調節することができる。幾つかの態様において、添加剤が存在する場合、これは、全体で、完全に処方された耐火性組成物スラリーの、0.01〜5質量％なる範囲にて存在する。硬化の際に、有機モノマーまたはオリゴマー系の重合性材料を含めることによって、焼成前の該組成物の該未処理強度を改善することができる。該ポリマーは、未加工の物品を焼成する際に分解され、またその結果として、得られる耐火性物品中には存在しない。例示的に、このような有機ポリマーの例はアクリル酸、アクリレート、ポリエチレングリコール、およびポリカルボキシレートエーテルを含み、これらは、ポリマー系プリカーサまたはスラリー可溶性の予備成形ポリマーとして添加される。
【００１２】
また、耐火性組成物スラリーの取扱い性および乾燥後の組成物成形体の未処理強度も、場合により、1種またはそれ以上の非平滑性(nonfacile)添加剤を含めることにより改善される。このような非平滑性添加剤の量は、所定の未処理強度、該耐火性組成物またはその成分の同一性、作業環境、温度および腐蝕性、所望の常温圧潰強さ、および硬化時間、作業時間および硬化時間を含むファクタによって調節され、このような非平滑性添加剤の典型的な添加量は、全体で、完全に処方された耐火性組成物スラリーの、0.1〜10質量％なる範囲にある。代表的な非平滑性添加剤は、アルミン酸カルシウムセメント、ケイ酸ナトリウム、ヒュームドシリカ、アルカリ金属またはアルカリ土類金属ポリリン酸塩、クエン酸、シュウ酸または硝酸等の有機塩、ケイ酸カルシウムセメント、ケイ酸カリウム、およびケイ酸リチウムを包含する。場合により、非平滑性添加剤は、該メタリン酸塩が、該非平滑性添加剤と共に連続するマトリックス相を形成するような量にて存在する。
メタリン酸塩バインダ内に包埋されている骨材は、得られる該耐火性組成物の上記所定の性質およびメタリン酸塩バインダとの相溶性によってのみ制限される。骨材は、場合によりセラミック粒子である。例示的に、セラミック粒子系骨材は、ボーキサイト、アルミナ、ムライト、炭化ケイ素、溶融シリカ、ルチル、アンダルサイト、シリマナイト、マグネサイト、フォルステライト、カヤナイト、およびMgスピネルを含む。酸化クロムは耐火性バインダ、耐火性組成物、または耐火性物品に含まれていないことが認識される。骨材粒子の典型的な添加量は、完全に処方された耐火性組成物スラリーの、50〜95質量％の範囲内にある。典型的な骨材粒子の大きさは、0.1〜10,000μmの範囲内にある。該骨材粒子は球形、多面体形、不規則形状、およびこれらの組合せを含む様々な形状をとり得ることが認められる。
【００１３】
耐火性組成物または物品は、場合により補強繊維、例えば米国特許第4,366,255号に記載されているようなスチール繊維を含んでいる。補強繊維の例示的な例は、ステンレススチール繊維、スチールおよびその他の金属繊維を含む。予備マット化(pre-matted)金属ウールを、場合により補強繊維として使用する。一般的に、該金属繊維は、その長さにおいて約1.91cm(約3/4in)〜約5.08cm(2.0in)なる範囲であり得、約0.254mm〜約0.762mm(約10〜30ミル)なる範囲の径を持ち、また50を超えるアスペクト比(長さ/径)を持つことができる。繊維の典型的な添加量は、全体として、耐火性組成物スラリーの0〜50質量％なる範囲にある。本発明において効果のあるその他の補強繊維フィラーは、焼成を還元性雰囲気内で行うとの認識の下に、炭素繊維を含む。
耐火性組成物または耐火性物品の製造方法をも提供する。一方法は、メタリン酸塩バインダを形成する工程、および該バインダと骨材とを混合して、酸化クロムを含まない耐火性組成物を製造する工程を含む。バインダ混合物は、場合によりポリリン酸クロムまたはポリリン酸クロム-アルミニウムの液状プリカーサ材料を、不溶性材料を形成するに十分な温度まで加熱することにより製造される。このような温度は、典型的には250〜300℃の範囲にある。この生成する固体不溶性材料を、場合により、水単独またはアルミナまたはアルミナ-含有材料を含む水に入れ、メタリン酸クロムまたはメタリン酸クロム-アルミニウムを生成するのに十分な温度、場合により500℃〜1,600℃なる範囲、場合により700℃〜900℃なる範囲、場合により775℃〜850℃なる範囲、場合により800℃なる温度まで加熱する。得られる粉末材料をバインダ材料の一成分として使用する。
【００１４】
上記メタリン酸塩バインダおよび骨材を、液体、例えば水または上記の如き有機溶媒と混合して、スラリーを生成する。好ましい水の量は、4％〜8質量％なる範囲、場合により5質量％であるが、例えば上記のようなより多くのまたはより少ない量を使用することも可能である。次いで、該生成するバインダを、単一の骨材または複数の骨材と混合する。このバインダ/骨材混合物を、必要ではないが、場合により800℃〜850℃、場合により815℃にて1〜3時間焼成して、機械加工し、また所定の用途または場所に設置するのに適した取扱い性を持つ、未加工の耐火性組成物を製造する。その後の焼成は、現場で行うことができる。
場合により、一方法は、少なくとも1種の添加剤、場合によってはアルミン酸カルシウムセメント、ケイ酸ナトリウム、またはポリリン酸塩といった添加剤を、該バインダおよび骨材の混合物に添加する工程を含む。添加剤は、場合により、全体で、完全に処方された耐火性組成物スラリーの、0.1〜10質量％なる範囲で添加される。更に、補強繊維またはその他の添加剤を、該混合物に含めることが可能である。
上記耐火性組成物は、場合により上記所望の耐火性物品に対して相補的な形状を持つ型内に配置し、また該混合物を乾燥させて、生素地片を形成する。この生素地は、場合によって使用場所に配置するのに先立って焼結温度まで加熱されるか、あるいはその場で焼結される。この方法の一利点は、該得られる生素地が、最終的な焼結前に、取扱いまたは設置し得ることにある。
【実施例】
【００１５】
本発明の様々な局面を、以下の非限定的な実施例によって例証する。これら実施例は、例示のためのものであり、本発明の如何なる実務に対しても限定を課するものではない。本発明の精神並びに範囲を逸脱することなしに、変形及び改善をなし得ることが理解されよう。
実施例1：メタリン酸クロム-アルミニウムの製造
液状リン酸クロム-アルミニウム(農業グレード)を、NJ州、クランバリータウンシップ(Cranbury Township, NJ)のイノホス(Innophos)社から入手する。該液状リン酸クロム-アルミニウムを、260℃なる温度にて、該液体全てを蒸発させ、かつ粉末を形成するのに十分な時間に渡り加熱する。該材料のpHを測定するために、この得られた粉末の少なくとも一部を、500μm未満の大きさまで圧潰し、水に入れ、標準的な技術によってそのpHを測定する。得られる材料は約3.5というpHを持つ。次いで、該粉末サンプルを800℃にて2時間焼成して、該ポリリン酸塩をメタリン酸クロム-アルミニウム粉末に転化する。該粉末はCrO3を含まない。次に、この粉末を、後に使用するために圧潰する。
【００１６】
実施例2：メタリン酸クロムの製造
CrO3を、夫々1:3なる化学量論的なモル比で、H3PO4水性溶液と混合する。この溶液を、300℃なる脱水温度にて、ポリリン酸クロム(Cr2(H2PO4)6)に相当する乾燥物質が生成するまで脱水する。この脱水時間は、脱水される材料の量に依存する。次いで、該乾燥ポリリン酸クロムを、500μm未満まで圧潰し、また800℃にて2時間焼成して、CrO3を含まないメタリン酸クロム(CrP3O9)を得る。
実施例3：メタリン酸塩バインダ組成物の製造
実施例1のメタリン酸クロム-アルミニウム(最終的な質量の5％(5% final wt))を、全体として4.5質量％の水および0.1％の、300g/モルを超える分子量を持つポリエチレングリコールと共に、ボーキサイト骨材に混ぜて、スラリーを生成する。乾燥し、かつ800℃にて5時間焼成すると、セラミックが得られ、これは結晶性メタリン酸クロム-アルミニウムの連続するバインダマトリックス相を持つ。
第二の態様において、実施例2のメタリン酸クロムの一部を、全体として4.5質量％の水および0.1％の、300g/モルを超える分子量を持つポリエチレングリコールと共に、ボーキサイト骨材に混ぜて(最終的な質量の5％)、スラリーを生成する。乾燥し、かつ800℃にて5時間焼成すると、セラミックが得られ、これは結晶性メタリン酸クロムの連続するバインダマトリックス相を持つ。
【００１７】
実施例4：
実施例3のメタリン酸クロム-アルミニウムスラリーを、焼成に先立って、スラリー質量に基いて5％(5% by slurry weight)というアルミン酸カルシウムセメントを含むように調整する。得られたこのスラリーを、800℃にて5時間焼成する。セラミックが得られ、これは結晶性メタリン酸クロム-アルミニウムの連続するバインダマトリックス相を持つ。
実施例5：
焼成前の、実施例3のメタリン酸クロムスラリーを、スラリー質量に基いて5％というアルミン酸カルシウムセメントを含むように調整する。次いで、この材料を、800℃にて5時間焼成する。セラミックが得られ、これは結晶性メタリン酸クロムの連続するバインダマトリックス相を持つ。
実施例6：
実施例4の予備的に焼成したスラリーおよび別途に実施例5の予備的に焼成したスラリーに、乾燥ケイ酸ナトリウムを、全体として0.015％(0.015 total percent)まで添加する。800℃にて5時間に渡り焼成した結果、これら両組成物について、未処理強度における増加が認められる。低下された硬化時間が観測され、これは型からの取出しを容易にし、かつまた結晶性メタリン酸塩マトリックス相を生成する。
【００１８】
実施例7：
実施例3のスラリーに、全体で0.015質量％の乾燥ケイ酸ナトリウムを添加して、実施例5に従って該アルミン酸カルシウムセメントに頼ることなしに、未処理強度の増加を実現する。全スラリー質量の88％(88 total slurry weight percent)のボーキサイト、0.015％の乾燥ケイ酸ナトリウム、5％のメタリン酸クロムまたはメタリン酸クロム-アルミニウムバインダ、0.1％のポリエチレングリコール、および残部の水を含有する処方物を製造する。1,500℃にて焼成した後に、約151.6MPa(22,000psi)なる常温圧潰強さを得る。
残存線膨張収縮率(permanent linear change)および該得られる耐火性材料を測定するために、上記スラリーを1,100℃、1370℃、および1,600℃なる温度にて焼成する。該メタリン酸クロム系およびメタリン酸クロム-アルミニウムが、有意な溶融相を生成することは予想されない。
実施例8-32：
スラリーを、0.15％の乾燥ケイ酸ナトリウムと共に、以下の表1に従って処方する。得られるこれらのスラリーは、自己-流動性であり、また815℃にて焼成した場合には、800℃にて測定された値として、50〜220N/mm2なる範囲の常温圧潰強さを与えることが期待される。
表1：量は、基本の上記骨材の質量％としてのアルミナの質量％および任意の添加された焼成アルミナを除いて、上記スラリーについての質量％として表されており、予想される常温圧潰強さ(C.C.S)は、N/mm2単位で表されている。
【００１９】
2015531740.tif 000002
2015531740.tif 000003
1：メタリン酸塩は、メタリン酸クロムバインダまたはメタリン酸クロム-アルミニウムバインダの何れかである。2つの別々の組成物は、その何れかのバインダを用いて製造される。
全ての値は、質量％単位で表されている。
【００２０】
耐火物は、使用した骨材およびその化学的な組成に基いて分類される。上記表は、「ボーキサイト」または「ムライト」等の骨材の基礎となる鉱物を示している。両鉱物は、例えばある量のアルミナを含み、これはこれら鉱物の耐火性に関する基準となる。ボーキサイトまたはムライト由来の無機成分としてのアルミナ以外にも、流動性および強度、特に熱間強度を得るために、該処方物中に、焼成されたアルミナの状態にある追加のアルミナがある。ヒュームシリカ(fume silica)は、サブミクロンサイズの孔を満たし、また流動性を改善し、更に同時に含水率を低下する添加剤である。これは、殆ど純度100％のSiO2である。
実施例33
各実施例3〜32のスラリーは、石膏型内で注型され、約815.5℃(1,500°F)にて焼成される。実施例3に係るメタリン酸クロム-アルミニウムの注型に関連する、熱間多孔度(hot porosity)および密度の結果は、以下の表2に与えられている。
【００２１】
2015531740.tif 000004
【００２２】
得られる上記材料を、石膏型スリップ注型において使用して、石炭燃焼バーナーまたはボイラーチューブ、樋セグメント(launder segments)、タップアウトブロック(tap out blocks)、スチール鍛造用取鍋スライドゲート、取鍋用のおよび樋における当板、およびアルミニウム、銅、亜鉛、鉛、鋳鉄、またはその他の材料用の、金属-含有容器における耐摩耗セグメントにおいて使用される耐摩耗プレートを製造する。生素地片を該石膏型から取出した後に、該生素地は、焼成前に追加の機械加工を施すのに十分な強度を持つ。加えて、従来の石膏型スリップ注型体と比較して低い含水率を持つために、型成形物と焼成された物品との間の収縮は、最小限である。焼成前に、該スラリーから水分を蒸発させるための、105℃における乾燥が存在する。
本明細書において示され、また説明されたものに加えて、本発明の様々な改良が、上記説明から、当業者には明らかであろう。このような改良も、添付した特許請求の範囲内に入るものとする。
全ての試薬は、特に指定されていない限り、当分野において公知の供給元から得ることができる。
【００２３】
参考資料リスト
1.) US Patent 6,815,386: Use of phosphates to reduce slag penetration in Cr2O3-based refractories
2.) C. Powell Dogan et al: Improved Refractories for Slagging Gasifiers in IGCC Power Systems
3.) C.A. Zapffe: CONVERSION OF CERTAIN REFRACTORY OXIDES TO A SUBOXIDE FORM AT HIGH TEMPERATURES
4.) Biedenkopf et al: Vaporization and Corrosion of Refractories in the Presence of Pressurized Pulverized Coal Combustion Slag
5.) J. P. Benett: THE WEAR AND CORROSION OF HIGH CHROME OXIDE LININGS USED IN AIR-COOLED SLAGGING COAL GASIFIERS
【００２４】
本明細書において述べられている特許および刊行物は、本発明が関連する分野における当業者のレベルを示すものである。これら特許および刊行物は、個々の出願または刊行物各々が、具体的にかつ個々に参考としてここに組入れられた場合と同程度に、参考としてここに組入れられている。
上記説明は、本発明の特定の態様の実例となるものであるが、本発明の実施に対して制約を課すことを意味しない。添付された特許請求の範囲が、その全ての等価物を含めて、本発明の範囲を規定するものである。
【国際調査報告】
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