(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス状のシリカのスリップと、硫酸バリウムのスリップとを混合して、酸素に対する親和力がシリコンよりも大きい溶融金属を輸送するための製品を製造する工程であって、
ｉ）ガラス状のシリカのスリップを調合するステップと、
ｉｉ）密度、粒子の寸法、及び流動性において、ガラス状のシリカのスリップと同じ特性を有している総重量の０．１％から１０％の重量の硫酸バリウムのスリップを調合するステップと、
ｉｉｉ）これらの２つのスリップを混合するステップと、
ｉｖ）該混合物を型中に投入し、乾燥し、焼成するステップと、
を具備していることを特徴とする工程。
【請求項２】
ガラス状のシリカのスリップと、硫酸バリウムのスリップと、有機質結着材とを混合して、酸素に対する親和力がシリコンよりも大きい溶融金属を輸送するための製品を製造する工程であって、
ｉ）ガラス状のシリカのスリップを調合するステップと、
ｉｉ）密度、粒子の寸法、及び流動性において、ガラス状のシリカのスリップと同じ特性を有している総重量の０．１％から１０％の重量の硫酸バリウムのスリップを調合するステップと、
ｉｉｉ）これらの２つのスリップと有機質結着材とを混合するステップと、
ｉｖ）該混合物を型中に投入し、乾燥し、焼成するステップと、
を具備していることを特徴とする工程。
【請求項３】
シリカの粉末と、硫酸バリウムの粉末とを混合して、酸素に対する親和力がシリコンよりも大きい溶融金属を輸送するための製品を製造する工程であって、
ｉ）粒度分布において、ガラス状のシリカの粉末と同じ特性を有している総重量の０．１％から１０％の重量の硫酸バリウムの粉末を調合するステップと、
ｉｉ）これらの２つの粉末を混合し、該混合物のスリップを調整するステップと、
ｉｉｉ）該スリップを型中に投入し、乾燥し、焼成するステップと、
を具備していることを特徴とする工程。
【請求項４】
シリカの粉末と、硫酸バリウムの粉末と、有機質結着材とを混合して、酸素に対する親和力がシリコンよりも大きい溶融金属を輸送するための製品を製造する工程であって、
ｉ）粒度分布において、ガラス状のシリカの粉末と同じ特性を有している総重量の０．１％から１０％の重量の硫酸バリウムの粉末を調合するステップと、
ｉｉ）これらの２つの粉末と有機質結着材とを混合し、該混合物のスリップを調整するステップと、
ｉｉｉ）該スリップを型中に投入し、乾燥し、焼成するステップと、
を具備していることを特徴とする工程。
【請求項５】
シリカの粉末と、硫酸バリウムの粉末と、有機質結着材とを混合して、酸素に対する親和力がシリコンよりも大きい溶融金属を輸送するための製品を製造する工程であって、
ｉ）粒度分布において、ガラス状のシリカの粉末と同じ特性を有している総重量の０．１％から１０％の重量の硫酸バリウムの粉末を調合するステップと、
ｉｉ）これらの２つの粉末と有機質結着材とを混合し、熱可塑性のペーストを得るステップと、
ｉｉｉ）該ペーストを型中に投入し、成形し、焼成するステップと、
を具備していることを特徴とする工程。
【請求項６】
酸素に対する親和力がシリコンよりも大きい溶融金属を輸送するための、請求項１から５のいずれか一項に記載の工程により製造された製品。
【発明の詳細な説明】
焼結されたガラス状シリカは、アモルファスシリカ粉末を焼結することによって得られた耐火性材料である。この焼結されたガラス状シリカは、多くの工業的用途についての、きわめて重要な応用が可能な、物理的・化学的な特性を有している。特に、アルミニウム・亜鉛・黄銅等のような非鉄金属の冶金にとって、特に重要である。
実際には、この材料は、非常に低い熱伝導率（７００℃で０．７Ｗ／ｍＫ）を有している。この特性は、重要な利点を提供する。溶融金属の輸送又は移送用に、耐火性の部材を用いた場合には、容器又は移送管の壁を通しての伝導による熱損失が、可能な限り、最大限減少する。従って、金属を、（熱がその金属の融点よりも高い温度まで）過熱する必要がなくなる。これにより、エネルギーが節約できる。
一方、ガラス状シリカは、その製品が結晶性の部分を含んでいない場合には、非常に低い熱膨張率（０．６×１０-6ｍ／Ｋ）を有している。この低い熱膨張率により、熱的ショックに対して優れた強度を示す。これにより、その製品を、操作温度に近い温度まで予熱することなしに、ガラス状のシリカの耐火性部材を使用したり、取り付けたりするような多くの応用が可能となる。これにより、時間が節約でき、かつ、エネルギーも節約できる。低い熱膨張率により、この材料の機械的な疲労を起こさずに、何回も熱的サイクルを繰り返すことができる。さらに、熱に対する、製品の寸法的な安定性をも確保できる。
さらに、ガラス状のシリカは、ほとんど全ての溶融金属と合金とに対して、良好な化学的な安定性を示す。
このことが、このガラス状シリカの耐火性材料が、他の材料と異なり、非鉄冶金において用いられている理由である。例えば、低圧力の鋳造装置は公知である。この装置の中では、鋳型には、金属が供給される。溶融金属で満たされた漕中に浸っている管を通って、下部から金属が供給されるのである。脈動ガス（pulsating gas）、例えば、窒素又は他の中性のガスの圧力が、溶融金属の表面に加えられ、それにより、ガスが鋳型中を上がっていくことになる。ガラス状のシリカは、浸せき管（ｄｉｐｐｉｎｇ ｔｕｂｅ）用の材料として、非常に良く適合している。
しかしながら、ガラス状のシリカは、酸素と比較してより大きな親和力を有する金属の作用の下で、腐蝕する。例えば、アルミニウムを、その融点又はそれ以上の温度に持っていった場合が、上記のような場合に相当する。この金属（アルミニウム）が、シリカを還元して金属的なシリコン分離しつつ、アルミナの堆積物を形成する。ある一定の時間の後、この時間は、耐火性部材の厚みの関数となるが、上記の腐蝕により、前記部材のひび割れ又は破裂が生じる。この現象は、ガラス状のシリカの耐火物が、溶融アルミニウムと接触する全ての使用法において観察される。
溶融アルミニウムと反応しにくい耐火性組成物は、米国特許第４，９９２，３９５号明細書において、既に開示されている。この組成物は、１０〜１８ｗｔ％のセラミック繊維を含んでいる。セラミック繊維というのは、５０％のアルミナと５０％のシリカとを含むアモルファスすなわち非結晶質の繊維のようなものを意味する。そのような２相の材料は、本質的に、被覆物を形成する絶縁材料に適している。その絶縁特性は、成形工程中に、繊維であるがゆえに充填密度が低いためである。これにより、少なくとも２０％の気孔率を有することとなり、材料が絶縁的な特性となる。しかしながら、その材料を、単に、他の構造の被覆物として用いたならば、十分な機械的強度を有するが、その材料自身によって機械的強度を有するような構造上の部品を、その材料を用いて作った場合には、その構造上の部品は、十分な機械的強度を有しない。
本発明の厳密な対象物は、根本的には、非鉄冶金等、特にアルミニウムに用いるガラス状のシリカを有している材料であり、上記の欠点を取り除くものである。
本発明の耐火性材料は、少なくとも０．１ｗｔ％以上で１０ｗｔ％以下の硫酸バリウムを含有することに特徴がある。
硫酸バリウムの存在により、実質的に、耐火性材料上での溶融金属のぬれ性が減少する。さらに、硫酸バリウムの存在は、耐火性材料の成形工程に適するものであり、例えば、スリップ成形工程又は注入成形工程に適するものである。スリップの形態での投入には、水中において細かく砕かれたガラス状のシリカの粉末の水縣濁液が利用される。添加材は、水に対して難溶性のものである。熱可塑性の投入成形工程においては、添加材は、投入能力の特性に影響を与えないような、適度の粒度分布を必要とする。
ガラス状のシリカ製品は、一旦成形されると、１０００℃以上の温度で焼結することにより、高密度化（ｄｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）される。この高密度化は、ガラス状のシリカの粘度の減少と対応する。硫酸バリウムは、良好な温度安定性を有している。
実際には、硫酸バリウムは安定、かつ、耐火性の化合物であり、ガラス状のシリカを高密度化する温度に適している。さらに、硫酸バリウムは、水に溶けない。硫酸バリウムは、自然の状態においては、バライトの形態で広く入手可能であり、様々な粒度分布のサイズのものが手に入るため、様々な成形工程に適している。
硫酸バリウムの含有量は、意図する応用とその製造工程とに依存する。含有量が高ければ高いほど、アルミニウム中における腐蝕現象は減少する。一方、最終製品における結晶化されたシリカの割合が増加することにより、硫酸バリウムの含有量が高くなると、機械的な特性と熱的な衝撃に対する強度とが減少する。
溶融したシリカ製品中への硫酸バリウムの混合量については、用いられる成形プロセスを考慮し、かつ、成形された製品の高密度化の条件を修正する。
耐火性材料は、好ましくは、結晶化されたシリカを、１０％以下の割合で含有している。
結晶化されたシリカの低い割合により、溶融シリカ製品は、熱的衝撃に対する良好な強度特性を保持する。
耐火性材料は、また、好ましくは、少なくとも７５％のガラス状のアモルファスシリカを含有している。
他の実施の形態によれば、耐火性材料は、すくなくとも３０％以上、８０％以下の気孔率を有している。
本発明は、上記の耐火性材料を有することを特徴とする製品に関するものでもある。同様に、２ｍｍ以上の厚さを有する耐火性材料が被覆された外表面を有する製品に関するものでもある。
本発明は、スリップと、硫酸バリウムのスリップとが調合されることを特徴とするとともに、これらの２つのスリップが混合されること、および、混合物が、型中に投入されることを特徴とするような製品を製造する工程に関する。
本発明は、シリカの粒子と硫酸バリウムの粒子とが混合され、１つのスリップが調合されること、この混合物のスリップが調合されること、該スリップが型中に投入されることを特徴とするような製品を製造する製造プロセスに関する。
最後に、本発明は、型に投入する熱可塑性のペーストを得るために、シリカの粒子と硫酸バリウムの粒子とが、有機質粘結剤と一緒に混合されることを特徴とするような製品を製造するプロセスに関する。
気孔率を増加させるためには、発泡剤が添加される。
本発明の他の特徴と利点とが、単に例示的な意味で、以下に与えられた実施例において、明らかになる。
実施例１：アルミニウムとその合金とを、低圧で、型に投入するための管が製造された。その新しい生成物は、ガラス状シリカのスリップと硫酸バリウムとスリップとを混合することによって製造された。この２種のスリップは、密度、粒子の寸法、及び流動性において、実質的に同じ特性を有している。硫酸バリウムのスリップは、混合物の型成形品の総量の５％である。この混合物は、石膏型中に投入され、次いで乾燥される。この新しくつくられた生成物は、１０５０℃以上の温度で焼成される。この材料の気孔率は１２％であり、密度は１．９３ｇ／ｃｍ3であり、ＭＯＲ（破裂弾性係数：ｍｏｄｕｌｕｓ ｏｆ ｒａｐｔｕｒｅ）は、２０００ＰＳＩ（曲げに対するｃｏｌｄ ＭＯＲ）である。
結果：管の耐用寿命は、スリップを投入することにより製造された純ガラス状シリカによる従来型の管の場合と比較して少なくとも３倍になった。
実施例２：同様に、アルミニウムとその合金とに用いる投入管が作られた。この管は、成形工程によって、ガラス状のシリカにより製造された。この工程は、熱可塑性の材料を含む結着剤と一緒に、特定の粒度分布を有する乾燥粉末を混合する工程を含んでいる。投入とその次の型の冷却の工程とにより、その後に、結着が解放され、次いで焼き固められるような形態の製品を得ることができる。従来のシリカの粉末と同じ粒度分布を有する硫酸バリウムの粉末を混入することにより、硫酸バリウムが５重量％含まれている管を得ることができる。結晶化されたシリカの割合を５％未満に制限することにより、融点が下がり、製品の機械的な特性が維持できる。
結果：管の耐用寿命は、スリップを投入することにより製造された純粋なガラス状のシリカを用いた従来の管の寿命に比較して４倍になった。
実施例３：溶融アルミニウムを移送するための湯道（runner）が、ガラス状のシリカのスリップと、トータルの混合物としての型成形品の５％にあたる硫酸バリウムのスリップとを混合することによってつくられる。この混合物は、石膏型中に投入され、乾燥し、次いで、１０５０℃又はそれ以上の温度で焼成された。
生成物は、５０％以上の気孔率と、１．１ｇ／ｃｍ3の密度と、７００ＰＳＩのＭＯＲとを有している。熱伝導率は、７００℃で０．５Ｗ／ｍＫ以下である。耐用寿命は、泡シリカで形成された同様の湯道に対して２倍になる。