いまさら聞けないガラス講座

耐火物の侵食とガラス欠点
AGCセラミックス（株） 開発センター

俣野健児

Glass Defects from Corrosion of Refractories
Kenji Matano
Development Center, AGC Ceramics Co., Ltd.

１．はじめに

２．ガラス窯用耐火物の種類

現在製造されているガラス製品には，建築用，ガラス窯用耐火物は，製法別に 3 種類に大別さ

自動車用，液晶ディスプレイ用，壜・食器用，れる。それぞれの特徴について簡単に紹介する。

理学・医薬用等，様々な用途のものがある。これらのガラス製品に発生する欠点には，大別し2.1

電鋳耐火物て砂利，泡，異質ガラス（コード，ノット，キ

アーク式電気炉で原料を溶融・鋳造し製造さャットスクラッチ）が挙げられ，これらを減少れる。非常に緻密で，溶融ガラスに対し高い耐し生産性を向上させることは，長年の課題とな食性を示すことから，ガラス窯溶解槽をはじめ，っている。

多くの部分に使用されている。AZS（アルミナ・一方，ガラス窯に使用される耐火物についてジルコニア・シリカ）質，高アルミナ質，高ジは，ガラスの種類，窯の部位，生産規模等に応ルコニア質に大別される。表 1 に電鋳耐火物のじて様々な種類のものが用いられているが，こ品質例を示す。

れらの損傷とガラス欠点には密接な関係がある。そのため，ガラス欠点の低減のためには適切な耐火物を使用することが重要である。

2.2

結合耐火物

原料を粉砕，混合した後，プレス等で成形し本稿では，ガラス窯溶解槽のガラス接触部に焼成して製造される。電鋳耐火物の登場以前は用いられる電鋳耐火物の侵食と，それにより発溶解槽を含めたガラス素地接触部に使用されて生するガラス欠点の例について述べる。

いたが，一般に高温での溶融ガラスへの耐食性が電鋳耐火物に対して大きく劣るため，現在ではガラス素地に接触しない上部構造や，電鋳耐火物のバックアップ層等に使用される。

〒 676-8655
兵庫県高砂市梅井 5-6-1
TEL 079-448-3370
FAX 079-447-2590
E-mail：kenji-matano@agc.com

2.3

不定形耐火物

目地シール，レベリング用途として，モルタル，タンプ材等が使用される。原料を粉砕，混33

NEW GLASS Vol. 34 No. 126 2019
表１

電鋳耐火物の品質例

AZS（アルミナ・ジルコニア・シリカ）質
アルミナ質
ジルコニア質33%
36%
41%
αββZFC
ZFCR（高電気抵抗）ジルコニア ジルコニア ジルコニア アルミナ質 アルミナ質
化学
SiO2
13.5
12.5
120.8
0.249.3
成分
5250
45.8
9593
0.8
1.5
Al2O3（wt%） Fe O
0.1
0.10.1
tr
tr
0.05
0.05
2 3
0.04
0.040.05
tr
tr
0.150.15
TiO2333641‐‐94.588
ZrO21.31.35
1.00
3.5
6.5
0.40.02Na2O
鉱物
バデライト
333641‐‐9488
組成
α アルミナ
47464244>99（wt%） βアルミナ
‐‐‐
55
ガラス相
2018171
<1612
真比重
3.84
3.95
4.12
3.54
3.26
5.41
4.96
嵩比重
3.72
3.80
3.97
3.40
3.00
5.45
4.90
圧縮強度（MPa）
350
350
350
200
30400400
適用部位
種瓦 / ペーブ 種瓦 / ペーブ
種瓦 /
作業槽 /
上部構造 種瓦 / ペーブ 電極煉瓦
上部構造
スロート
フォアハース
スロート
上部構造

合した状態で袋詰めされ出荷され，施工現場にて水を添加等して混錬した後，施工される。結合耐火物と同様，溶融ガラスに対する耐食性が低いため，主にガラス非接触部に使用されている。

３．ガラス素地による耐火物の侵食
ガラス窯中において，耐火物はガラス素地への上方侵食接触により侵食を受ける。侵食は，主に耐火物成分のガラス素地中への拡散によって発生する。
ガラス窯溶解槽の素地面において，種瓦の耐火物成分が溶出し，侵食界面の表面張力が変化することにより発生するマランゴニ対流によって，侵食速度が加速することが知られている。

図1

種瓦水平目地からの上方侵食

素地面より下の部分においても，水平目地部や，煉瓦内部に内在する空隙（内部欠陥）が侵食にるので，これを適用し内部欠陥を含まない耐火より露出した部分に気泡が侵入した場合，同様物を選定することが重要である。図 2 は操業後にマランゴニ対流が発生し，上方侵食（Upwardの種瓦侵食状況であるが，内部探傷の実施によdrilling）と呼ばれる異常侵食が発生し侵食速度り異常侵食が防止されていることがわかる。

が大きくなる。図 1 は，種瓦の水平目地より発一方，溶解槽底部においても，原料等から混生した上方侵食である。上方侵食を防止するた

入した金属が溶融しペーブ煉瓦上に滞留した場

め，窯の設計において水平目地を避けることが合，マランゴニ対流により下方侵食（Downward重要である。また，電磁波等を使用して，耐火drilling）が発生し侵食が加速する（図 3 ）。ま物の内部欠陥を検出する非破壊内部探傷手法がた，図 4 のように電鋳耐火物のペーブ煉瓦の目確立され，異常侵食防止の効果が確認されてい地が開く等して下にガラス素地が回り込んだ場

34

NEW GLASS Vol. 34 No. 126 2019

異常侵食(上方侵食)
内部探傷未実施
内部探傷実施図 2 内部探傷実施有無による操業後の種瓦侵食状況の違い

金属

図3

金属によるペーブ煉瓦の下方侵食

合，下側から上方侵食を受けるとともに耐食性の低い結合耐火物等のサブペーブ煉瓦が大きく溶融ガラス侵食されるため，精度の高い煉瓦寸法，事前の電鋳AZSペーブ仮組による目地確認等が重要である。
上方侵食，下方侵食はいずれも素地漏れにつ結合サブペーブながる恐れがあることに加え，溶出する耐火物成分の増加によりガラス欠点が増加する場合があるので，防止する必要がある。また，耐火物

上方侵食
図4

ペーブ煉瓦の異常侵食 ( 上方侵食 )の侵食速度は温度上昇とともに大幅に増加することから，操業温度を適正に保つことが重要と

図 6a は侵食試験後の AZS 質電鋳耐火物の，なる。そのため，操業状況を遠隔で監視するシ耐火物 - 侵食ガラス界面の顕微鏡写真である。

ステムも開発，使用されており，ガラス窯の安侵食界面には，耐食性の低いマトリックスガラ定操業に役立てられている。

スおよびコランダムが侵食され，バデライトの４．耐火物の侵食によるガラス欠点みが残留した反応層が形成されている。この反応層は，実際のガラス窯においてガラス素地の電鋳耐火物の侵食により発生するガラス欠点流れ等によって容易に剥離し，砂利等の欠点のの一部を例にとり，説明する。電鋳耐火物（AZS

原因となる。一方図 6b は，高ジルコニア質電質）の侵食により，図 5 のようなガラス欠点が鋳耐火物の侵食界面であるが，AZS のような反発生する。

応層を作らず平滑な侵食界面のためガラス欠点
35

NEW GLASS Vol. 34 No. 126 2019を発生しにくいと言える。また，素地ガラスに溶解したバデライト，コランダム等の耐火物成

５．おわりに分は，素地ガラスより重いため窯底部に滞留し，電鋳耐火物の侵食とそれにより発生するガラ操業変化等の際に素地硝子中に混入してガラスス欠点の一例について述べた。実際のガラス窯欠点を発生させる場合がある。
その対策として，における耐火物の損傷形態には侵食の他にも窯設計時に素地流れシミュレーション等を活用様々あり，発生する欠点も異なる。耐火物の損し，異質素地が滞留しにくい設計とすることも傷とガラス欠点低減のために，評価試験等によ有効である（図 7 ）。

り適切な耐火物を選定し使用することが重要であると考える。

観察位置

異質ガラス(キャットスクラッチ))

砂利(再結晶バデライト)

図5
バデライト

AZS 電鋳耐火物の侵食により発生するガラス欠点

マトリックスガラス

バデライト

マトリックスガラス

コランダム
AZS質電鋳反応層

a

侵食ガラス

AZS質

b

図6

図736

高ジルコニア質電鋳

電鋳耐火物の侵食界面

素地流れシミュレーション

侵食ガラス

高ジルコニア質