(57)【要約】  【課題】有害物質を含有することなく耐熱性に優れた炉壁材の製造方法を提供する。  【解決手段】フェロシリカとアルミニウムとを混合して混合物とする。混合物を圧縮して混合物中の酸素を追い出す。還元雰囲気で混合物を高温焼成して炉壁材を製造する。有害物質を含有することなく、耐熱性に優れ、熱拡散耐磨耗性および耐火温度といった熱的物性が良好な炉壁材を製造できる。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ケイ素およびアルミニウムを含有した
ことを特徴とした耐熱材。
【請求項２】
酸化第二鉄、二酸化珪素および酸化アルミニウムを含有した
ことを特徴とした請求項１記載の耐熱材。
【請求項３】
少なくとも金属ケイ素とアルミニウムとを混合して混合物とし、
この混合物を圧縮してから還元雰囲気で焼成する
ことを特徴とした耐熱材の製造方法。
【請求項４】
セラミックを混合物に混合する
ことを特徴とした請求項３記載の耐熱材の製造方法。
【請求項５】
水ガラスにて表面が覆われたセラミックを混合物に混合する
ことを特徴とした請求項４記載の耐熱材の製造方法。
【請求項６】
還元雰囲気で焼成した後に、冷却してから酸素雰囲気で焼成する
ことを特徴とした請求項３ないし５いずれか記載の耐熱材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ケイ素およびアルミニウムを原料とした耐熱材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の耐熱材としては、クロム鉄鉱が５質量％以上７０質量％以下、および残部がマグネシア質原料を主材とした配合物を成形した後に、非酸化雰囲気で高温焼成して製造された、耐火物組織内に金属微細粒子が混在したマグネシア−クロム質焼成レンガが知られている(例えば、特許文献１参照。)。
【特許文献１】特開平７−１６５４６１号公報（第２頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した耐熱材では、耐熱性を向上させるために有害物質であるクロム(Ｃｒ)を含有させている。このため、この耐熱材の使用による磨耗によって、この耐熱材中のクロムが自然界へと排出されて、自然界がクロムに汚染されてしまう。
【０００４】
そこで、この耐熱材中のクロム含有率を少なくすることも考えられるが、この耐熱材中のクロム含有率を少なくすると、耐熱材自体の耐熱性が低下してしまうという問題を有している。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、クロムを含有することなく耐熱性に優れた耐熱材およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の耐熱材は、金属ケイ素およびアルミニウムを含有したものである。
【０００７】
そして、金属ケイ素およびアルミニウムを含有したことによって、クロムを含有することなく、耐熱性に優れた耐熱材となる。また、この耐熱材内にセラミック粒子が混在しているため、高温焼成時に発生する金属間膨張差を吸収でき、耐強度、耐熱性、熱拡散磨耗性に優れている。さらに、推定としては使用中に金属ケイ素が本来持っている遠赤外線を多量に放射する独特の特性から塩化水素(ＨＣｌ)、窒素酸化物(ＮＯＸ)あるいは硫黄酸化物(ＳＯＸ)を分解して低減できる。
【０００８】
請求項２記載の耐熱材は、請求項１記載の耐熱材において、酸化第二鉄、二酸化珪素および酸化アルミニウムを含有したものである。
【０００９】
そして、酸化第二鉄、二酸化珪素および酸化アルミニウムを含有したことによって、クロムを含有することなく、より耐熱性に優れた耐熱材となる。
【００１０】
請求項３記載の耐熱材の製造方法は、少なくとも珪素鉄とアルミニウムとを混合して混合物とし、この混合物を圧縮してから還元雰囲気で焼成するものである。
【００１１】
そして、少なくとも珪素鉄とアルミニウムとを混合して混合物とし、この混合物を圧縮してから還元雰囲気で焼成することによって、クロムを含有することなく、耐熱性に優れた耐熱材を製造できる。また、この耐熱材内にセラミック粒子が混在しているため、高温焼成時に発生する金属間膨張差を吸収でき、耐強度、耐熱性、熱拡散磨耗性に優れている。さらに、推定としては使用中に金属ケイ素が本来持っている遠赤外線を多量に放射する独特の特性から塩化水素(ＨＣｌ)、窒素酸化物(ＮＯＸ)あるいは硫黄酸化物(ＳＯＸ)を分解して低減できる。
【００１２】
請求項４記載の耐熱材の製造方法は、請求項３記載の耐熱材の製造方法において、セラミックを混合物に混合するものである。
【００１３】
そして、セラミックを混合物に混合することにより、このセラミックが増量材として機能するとともに品質を安定できるから、クロムを含有せず耐熱性に優れた耐熱材をより効率良く製造できる。
【００１４】
請求項５記載の耐熱材の製造方法は、請求項４記載の耐熱材の製造方法において、水ガラスにて表面が覆われたセラミックを混合物に混合するものである。
【００１５】
そして、水ガラスにて表面が覆われたセラミックを混合物に混合して耐熱材を製造することにより、この耐熱材を加熱した際に生じる膨張差を、セラミックの表面を覆う水ガラスが吸収するので、この耐熱材を加熱した際に生じる応力を分散できるから、この耐熱材の耐熱性をより向上できる。
【００１６】
請求項６記載の耐熱材の製造方法は、請求項３ないし５いずれか記載の耐熱材の製造方法において、還元雰囲気で焼成した後に、冷却してから酸素雰囲気で焼成するものである。
【００１７】
そして、還元雰囲気で焼成した後に、冷却してから酸素雰囲気で焼成して耐熱材を製造することにより、この耐熱材中の金属が酸化して、この耐熱材がより強固になるから、この耐熱材の高温時の耐磨耗性を向上できる。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１記載の耐熱材によれば、金属ケイ素およびアルミニウムを含有するので、クロムを含有することなく、耐熱性に優れた耐熱材にできる。また、この耐熱材内にセラミック粒子が混在しているため、高温焼成時に発生する金属間膨張差を吸収でき、耐強度、耐熱性、熱拡散磨耗性に優れている。さらに、推定としては使用中に金属ケイ素が本来持っている遠赤外線を多量に放射する独特の特性から塩化水素(ＨＣｌ)、窒素酸化物(ＮＯＸ)あるいは硫黄酸化物(ＳＯＸ)を分解して低減できる。
【００１９】
請求項２記載の耐熱材によれば、酸化第二鉄、二酸化珪素および酸化アルミニウムを含有するので、クロムを含有することなく、より耐熱性に優れた耐熱材にできる。
【００２０】
請求項３記載の耐熱材の製造方法によれば、少なくとも珪素鉄とアルミニウムとを混合して混合物とし、この混合物を圧縮してから還元雰囲気で焼成することによって、クロムを含有ぜず耐熱性に優れた耐熱材を製造できる。また、この耐熱材内にセラミック粒子が混在しているため、高温焼成時に発生する金属間膨張差を吸収でき、耐強度、耐熱性、熱拡散磨耗性に優れている。さらに、推定としては使用中に金属ケイ素が本来持っている遠赤外線を多量に放射する独特の特性から塩化水素(ＨＣｌ)、窒素酸化物(ＮＯＸ)あるいは硫黄酸化物(ＳＯＸ)を分解して低減できる。
【００２１】
請求項４記載の耐熱材の製造方法によれば、セラミックを混合物に混合することにより、このセラミックが増量材として機能するとともに品質を安定できるから、クロムを含有せず耐熱性に優れた耐熱材をより効率良く製造できる。
【００２２】
請求項５記載の耐熱材の製造方法によれば、耐熱材を加熱した際に生じる膨張差を、セラミックの表面を覆う水ガラスで吸収できるから、この耐熱材を加熱した際に生じる応力を分散でき、この耐熱材の耐熱性をより向上できる。
【００２３】
請求項６記載の耐熱材の製造方法によれば、還元雰囲気で焼成した後に、冷却してから酸素雰囲気で焼成して耐熱材を製造することにより、この耐熱材中の金属が酸化して、この耐熱材がより強固になるから、この耐熱材の高温時の耐磨耗性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の耐熱材の製造方法の一実施の形態を図１を参照して説明する。
【００２５】
まず、耐熱材としての金属組成レンガである炉壁材を製造するための原料としては、少なくとも金属間化合物である金属ケイ素、すなわちフェロシリカ(Ｆｅ−Ｓｉ)といわれているフェロシリコン粉状体と、脱酸剤としてアルミニウム粉とを用いる。ここで、このフェロシリカは、４０質量％以上４５％質量以下の珪素(Ｓｉ)を含有しており、残部が鉄を主体とした配合物が含有されている成形体である。。
【００２６】
さらに、原料としては、産業廃棄物である磁器などのセラミックを粉砕した塊体を増量材として用いる。そして、この塊体の表面には水ガラスが付着されており、この水ガラスによって塊体の周面である表面が覆われてコーティングされて固溶されている。この塊体は、表面に水ガラスを付けてから、この塊体を水ガラスとともに８００℃の温度で焼成させることによって製造される。
【００２７】
そして、これらフェロシリカの粉状体と、アルミニウム粉と、表面が水ガラスにてコーティングされた塊体とを充分に混合させて混合した原料である混合物とする(ステップ１)。このとき、この混合物には、フェロシリカが３０質量％以上７０質量％以下、アルミニウムが５質量％以上３０質量％以下、および塊体が２０質量％以上４０質量％以下のそれぞれが含有されている。
【００２８】
この後、この混合物を図示しない金型に投入してから、図示しない油圧プレスによって所定の圧力で圧縮して、この混合物中のアルミニウムを凝結させる(ステップ２)。このとき、この混合物を圧縮することによって、この混合物中の空気、特に酸素を、この混合物から追い出させる。
【００２９】
次いで、この圧縮した混合物を還元雰囲気において１３００℃以上の温度で高温焼成して溶着させて、耐火物組織内に金属微粒子が混在した塊状の第１の焼成体とする(ステップ３)。このとき、この還元雰囲気とは、酸素の少ない雰囲気のことであり、よりこの好ましくは、酸素が含まれていない無酸素状態、すなわち疑似無酸素状態である。なお、この還元雰囲気は、圧縮した混合物が投入された閉じられた空間内に不活性ガスを充填した雰囲気などであり、この閉じられた空間内の酸素を二酸化炭素などに化学的変化させてしまうことによって形成する。
【００３０】
この後、第１の焼成体を２００℃以下の温度に冷却する(ステップ４)。次いで、この冷却された第１の焼成体を酸素雰囲気において１０００℃以上１５００℃以下、好ましくは１４００℃の温度で焼成して塊状の第２の焼成体とする(ステップ５)。
【００３１】
さらに、この第２の焼成体を冷却する(ステップ６)。この後、この冷却した第２の焼成体の表面を仕上げ加工して、この第２の焼成体から所定の形状の炉壁材を製造する(ステップ７)。このとき、この炉壁材は、何らかの毒性を有する有害物質ではない、酸化鉄である酸化第二鉄(Ｆｅ２Ｏ３)と、二酸化珪素(ＳｉＯ２)と、毒性のない酸化アルミニウムであるアルミナ(Ａｌ２Ｏ３)とのそれぞれが含有されている。
【００３２】
上述したように、上記一実施の形態によれば、フェロシリカの粉状体と、アルミニウム粉と、セラミックを粉砕した塊体とを混合して混合物とし、この混合物を圧縮して、この混合物中の酸素を追い出してから、還元雰囲気で焼成して炉壁材を製造する。この結果、クロムや水銀、カドニウムなどの自然界に害のある有害物質を含有することなく、耐熱性および耐スラグ浸透性に優れており、熱拡散耐磨耗性、耐火温度などの熱的物性が良好な炉壁材を簡単な構成で製造できる。
【００３３】
すなわち、この炉壁材を用いて構築された焼却炉内で焼却した残渣物中やこの焼却炉内には、有害物質となる廃クロムなどの有害重金属類を含む残渣物が存在しなくなる。
【００３４】
さらに、この炉壁材には、この炉壁材の耐火組織内に金属微細粒子であるセラミック粒子が混在しているため、高温焼成時に発生する金属間膨張差を吸収できるから、耐強度、耐熱性および熱拡散磨耗性に優れている。また、推定としては、この炉壁材の使用中に、この炉壁材中の金属ケイ素が本来持っている遠赤外線を多量に放射する独特の特性から塩化水素(ＨＣｌ)、窒素酸化物(ＮＯＸ)あるいは硫黄酸化物(ＳＯＸ)を分解できる。このため、この炉壁材を使用することによって、塩化水素(ＨＣｌ)、窒素酸化物(ＮＯＸ)あるいは硫黄酸化物(ＳＯＸ)の発生を低減できるため、ダイオキシンなどの有害物質の発生を抑制できる。
【００３５】
さらに、この炉壁材にセラミックを混合させたことにより、このセラミックが炉壁材中の増量材として機能するとともに、この炉壁材の品質を安定させる。したがって、有害物質を含有せず耐熱性に優れた炉壁材の製造性を向上できるから、この炉壁材をより効率良く製造できる。
【００３６】
また、この炉壁材に混合させるセラミックの表面を水ガラスにてコーティングさせてから混合物に混合させた。このため、この表面が水ガラスにてコーティングされたセラミックを混合させて製造された炉壁材を加熱した際に生じる膨張差を、セラミックの表面を覆う水ガラスが吸収する。すなわち、一定の温度で焼成した際に発生する金属間の異なる膨張係数を、水ガラスがクッション剤として作用する。したがって、この耐熱材を加熱した際に生じる応力を分散できるので、この炉壁材が破損しにくくなるから、この炉壁材の耐熱性をより向上できる。
【００３７】
さらに、フェロシリカ、アルミニウムおよびセラミックの混合物を圧縮して還元雰囲気で焼成して第１の焼成体とした後に、この第１の焼成体を冷却してから酸素雰囲気で焼成して第２の焼成体として炉壁材とした。この結果、第１の焼成体を酸素雰囲気で焼成することにより、この第１の焼成体中の金属、特に、この第１の焼成体の表面のアルミニウムおよび鉄のそれぞれが酸化してアルミナおよび酸化鉄となり、酸素をバインダー代わりとして、この第１の焼成体がさらに強固になる。よって、この炉壁材を加熱して高温にした際における、この炉壁材の耐磨耗性を向上できる。
【００３８】
なお、上記一実施の形態では、フェロシリカとアルミニウムとセラミックとのを混合物から炉壁材を製造したが、この炉壁材の原料のアルミニウムの代わりに、脱酸剤として機能し形を形成させるグリセリン(Ｃ３Ｈ５(ＯＨ)３)と、このグリセリンと相性の良い硼酸(Ｈ３ＢＯ３)をフェロシリカの粉状体に混合させても、クロムなどの有害物質を含有せず、自然界に優しく、耐熱性に優れた炉壁材を製造できる。
【００３９】
また、金属ケイ素が１０質量％以上７０％に、残部がアルミニウムとセラミックを主材とした配合物を成形後、還元雰囲気で高温焼成して、耐火物組織内にセラミック粒子が混在していれば、他にどのような物質を含有していても対応させて用いることができる。
【００４０】
さらに、焼却炉の炉壁に用いられる炉壁材について説明したが、耐熱性を有する材料を取り付ける必要のある場所であれば、焼却炉以外の溶鉱炉の炉壁材としてや、家庭のコンロ周りの耐熱材としても利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施の形態の耐熱材の製造方法を示す説明図である。
【図１】
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