JPS6154743B2 - - Google Patents
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- JPS6154743B2 JPS6154743B2 JP57214248A JP21424882A JPS6154743B2 JP S6154743 B2 JPS6154743 B2 JP S6154743B2 JP 57214248 A JP57214248 A JP 57214248A JP 21424882 A JP21424882 A JP 21424882A JP S6154743 B2 JPS6154743 B2 JP S6154743B2
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- alkali
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
Description
本発明は、耐酸・耐水性の耐火材を与える組成
物に関し、更に詳しくは硬化により硫黄酸化物の
ような酸性腐蝕性ガスを含有する高温ガスとの接
触下での使用に適した耐火材を与える組成物に関
する。
加熱炉、熱風炉、石油分解炉、セラミツク焼成
炉、焼却炉等においては、通常、燃料として硫黄
を含む重油が使用され、その結果、炉内各部が硫
黄酸化物を含有する燃焼ガスに曝されることとな
る。このため、炉の内壁等には、鉄皮上に耐酸性
耐火物の内張りを施したものが従来より使用され
ている。また、最近では省エネルギーの目的で、
炉の内壁鉄皮上にセラミツクフアイバー断熱材モ
ジユールを種々の方法で取付け施工することが行
なわれている。例えば、このようなセラミツクフ
アイバー断熱材モジユールは、耐火性接着材によ
り鉄皮に直接に貼付施工するか、或いは予め金網
に耐火性接着剤を用いて接合して一体品としてお
いて、これを鉄皮にスタツド等により固定する等
の方法により炉の内壁に取付けられている。
このような用途に用いられる耐火性接着剤とし
ては、前述したように、酸性ガス雰囲気で使用さ
れることを考慮して、硅石質、ロウ石質、シヤモ
ツト、ムライト、アルミナ質等の酸性或いは中性
の耐火物原料と、ケイ酸ソーダを主成分とするバ
インダーとからなり耐酸性の耐火組成物が用いら
れてきた。また、その耐酸・耐水性を向上するた
めに、ケイ酸ソーダとともに使用される硬化剤と
しては、ケイフツ化ソーダ、燐酸アルミニウム、
酸化亜鉛、有機酸、有機エステル類等が使用さ
れ、或いは提案されている。
しかしながら、上述したような耐火性接着剤を
使用するセラミツクフアイバー断熱材モジユール
の取付法には、一つの大きな問題点がある。すな
わち、セラミツクフアイバー断熱材は断熱効果が
極めて優れているため、その下の鉄皮温度が雰囲
気ガス中の硫黄酸化物の露点以下まで低下するこ
とが多くなる。このため、鉄皮とセラミツクフア
イバー断熱材モジユールを接合する耐火性接着剤
層上に硫酸等の強酸性硫黄酸化物の凝縮が起り、
このため耐火性接着剤層が侵食・脆化され、遂に
は耐火性接着剤により接合されたセラミツク断熱
材モジユールが脱落する等の問題があつた。ま
た、このような目的で用いる耐火性接着剤は、水
との混和状態でその施工に適した流動性を比較的
長時間維持する性質、すなわち良好な作業性を有
するものでなければならないが、従来の耐火性接
着剤は、この点でも問題があつた。
本発明は、上述した事情に鑑み、強酸水溶液に
対しても耐久性を示し、耐火性接着剤として優れ
た適性を有する耐酸・耐水性耐火組成物を提供す
ることを目的とする。
本発明者らは、上述の目的で研究した結果、水
溶性ホウケイ酸アルカリまたはその等価混合物
と、ポリリン酸ケイ素とケイフツ化アルカリとの
特定の割合での組合せからなる結合媒質を用いる
ことにより硬火後に耐酸・耐水性に優れた耐火物
を与える組成物が得られることを見出した。また
この結合媒質と耐火物原料との組合せからなる組
成物は、水との混和状態で良好な作業性を有す
る。
本発明の耐酸・耐水性耐火組成物は、上述の知
見に基づくものであり、より詳しくは、耐火物原
料100重量部と、下記成分(A)〜(C)の組合せよりな
る結合媒質10〜100重量部からなることを特徴と
するものである。
(A) 水溶液ホウケイ酸アルカリ、または水溶性ケ
イ酸アルカリとアルカリ水溶液に可溶なホウ酸
アルカリとの組合せからなる水溶液ホウケイ酸
アルカリ等価物35〜60重量%、
(B) ポリリン酸ケイ素10〜25重量%、および
(C) ケイフツ化アルカリ10〜45重量%。
本発明の組成物における、結合媒質を構成する
成分(A)〜(C)は、いずれもケイ酸分ないしはケイ素
分を含有することを特徴とするものであり、この
ことが硬化組成物の耐酸・耐水性の向上に寄与し
ているものと考えられる。本発明の組成物は、上
記各成分を水と混和し、たとえば炉の内壁に塗布
して乾燥させる過程で硬化して、硬化組成物とな
るものであり、結合媒質(バインダー)中、成分
(A)のホウケイ酸アルカリ等はバインダー主剤とし
て、成分(B)のポリリン酸ケイ素は硬化剤として、
成分(C)のケイフツ化アルカリは硬化助剤として、
それぞれ作用するものと考えられる。
以下、本発明を更に詳細に説明する。以下の記
載において「%」および「部」について、特に断
らない場合は重量基準とする。
本発明に使用される耐火物原料としては、酸性
または中性のそれ自体は通常の耐火物原料として
用いられるものであり、たとえば、硅石質、ロウ
石質、シヤモツト、ムライト、アルミナ質等が単
独でまたは混合物として使用される。また耐火物
原料は最大粒径が3mm以下で、平均粒径が0.3mm
以下の粉末状であることが、作業性の良好な耐火
性接着剤を与えるためには好ましい。
本発明の耐火組成物は、このような耐火物原料
と、上記(A)〜(C)の3成分からなる結合媒質とから
なる。
結合媒質成分(A)は、水溶性ホウケイ酸アルカリ
またはその等価物、からなる。この水溶性ホウケ
イ酸アルカリは、従来のケイ酸アルカリ・バイン
ダー主剤に比べて、後述する硬化剤成分(B)との組
合せで優れた結着作用を与え、しかも水混和組成
物としたときに、該組成物の早期ゲル化や部分ゲ
ル化を防止し、流動性に富んだ状態を維持する
(すなわちポツトライフの適度に長い水混和組成
物を与える)作用を有する。
ホウケイ酸アルカリは、SiO2:M2O:B2O3
(Mはアルカリ金属)のモル比が1:0.55〜
0.80:0.03〜0.3の範囲であることが好ましい。
M2O/SiO2モル比が上記範囲外では、本発明の
組成物を接着剤として使用するときの接着強度が
低下する傾向にある。またB2O3/SiO2モル比が
0.03未満であると硬化組成物の耐水性が低下する
とともに、水混和組成物の安定性も乏しくなる。
一方B2O3/SiO2モル比が上記範囲を越えてもそ
れによる格別の利点は得られず、経済的にも不利
となる。より好ましいB2O3/SiO2モル比は0.05
〜0.25の範囲である。
水溶性ホウケイ酸アルカリは、予め単一物質と
して得られている場合にはそれを用いればよい
が、本発明の組成物においては、これは水混和組
成物を形成するときにその場で形成されればよ
い。このため、本発明の組成物においては、水溶
性ホウケイ酸アルカリの代りに、水溶性ケイ酸ア
ルカリとアルカリ水溶液に可溶のホウ酸アルカリ
の組み合せ粉末を用いることができ、また、却つ
て好ましい。この組合せを用いることにより全て
の成分を粉末状態でワンパツケージ内に配合する
ことが可能になり、使用直前に必要所定量の水の
みを加えて水混和組成物とし直ちに使用に供する
ことができる。すなわち最終使用に際して各成分
の計量や、混合が不要となる利点が得られる。
ケイ酸アルカリとホウ酸アルカリとは、それぞ
れ水溶性およびアルカリ性水溶液可溶性の粉末を
与え且つ上記したSiO2:M2O:B2O3モル比を与
える範囲で任意のものが用いられる。たとえば、
M2O/SiO2モル比が0.38〜0.77のケイ酸アルカリ
と、四ホウ酸アルカリとをB2O3/SiO2モル比が
1:0.03〜1:0.3となるように組合せればよ
い。アルカリ金属種としては、Naが好ましい
が、Kも用いることができる。またケイ酸アルカ
リとホウ酸アルカリとは、粉末である範囲で水和
水あるいは結晶水の形で水分を含むものであつて
もよい。これら粉末の粒径は、100μ以下である
ことが溶解の容易性のため好ましい。
次に結合媒質の第二の成分(B)としてのポリリン
酸ケイ素は、シリカ分がカチオンの形で縮合リン
酸分に結合している化合物であり、種々のリン酸
塩の中でもリン酸分の徐放性に特に優れたものと
して知られている(米国特許第4018616号明細
書)。本発明では、このポリリン酸ケイ素を硬化
剤成分として上記水溶性ホウケイ酸アルカリ成分
(A)と組合せて使用する。より詳しくはこのポリリ
ン酸ケイ素は、P2O5:SiO2のモル比で表わして
1:1.8乃至1:3.6、特に1:2.0乃至1:3.3の
範囲のモル比を有することが望ましい。すなわ
ち、リン酸分(P2O3)のモル比が上記範囲よりも
小さい場合には、所望とする水混和組成物の硬化
性が得られず、機械的強度の低い硬化物を与える
傾向がある。また、このモル比が上記範囲よりも
大きい場合には、水混和組成物の早期ゲル化や部
分ゲル化が生じるようになる。
このポリリン酸ケイ素は、早期ゲル化や部分ゲ
ル化を防止し、ホウケイ酸アルカリに作用して組
成物を一様にしかも強固に硬化させるためには、
リン酸分の徐放性を有することが重要である。こ
の点に関して、本発明で使用するポリリン酸ケイ
素は、下記式
Y=a・t+b
で表わした初期溶出量(b)が3ml以下、平均加水分
解速度定数(a)が0.015ml/分以上の値を有するこ
とが好ましい(但し、上記式中、Yは、ポリリン
酸ケイ素1gを100mlの純水中に撹拌下に分散せ
しめ、該分散液のPHを10.5に保つように1/10規定
のNaOH水溶液を徐々に注過したときの経過時間
t(分)における該NaOHの水溶液の累積添加量
(ml)を表わし、上記式中a、bはY−tのプロ
ツトの結果、それぞれ勾配およびY軸切片として
与えられる)。特に好ましい範囲は、bが2.5ml以
下、aが0.2〜2.0の範囲である。このような徐放
性リン酸質硬化剤の製法および特性の詳細も前述
した米国特許第4018616号明細書に述べられてい
る。
次に、本発明では、結合媒質の第三成分(C)とし
て、ケイフツ化アルカリを用いることを重要な特
徴とする。このケイフツ化アルカリは、従来、ケ
イ酸アルカリ・バインダーの硬化剤として、それ
自体は周知の物質であるが、本発明においては、
水混和組成物の流動性を向上させるために、この
ものを硬化助剤としてポリリン酸ケイ素硬化剤と
の組合せで使用する。すなわち、硬化剤としてケ
イフツ化アルカリとポリリン酸ケイ素とを組合せ
使用することにより、水との混和初期は勿論のこ
と、混和後かなりの時間を経過したときにもその
流動性を良好に維持することが可能となり、炉内
壁へのセラミツク繊維モジユールの接合のための
塗布等の作業性を著しく向上させ得る。より具体
的には、本発明において、ケイフツ化アルカリと
しては、ケイフツ化ナトリウム(Na2SiF6)、ケ
イフツ化カリウム(K2SiF6)等が使用され、これ
らは一般に微細な粉末、特に粒径が60ミクロン以
下の粉末の形で使用される。このケイフツ化物は
アルカリ塩の形であることも流動性改善の点で重
要であり、例えばケイフツ化バリウム等のアルカ
リ土類金属塩を用いた場合には、むしろ水混和組
成物としたときの流動性が著しく低下する傾向を
示す。
本発明の結合媒質においては、上記成分(A)〜(C)
を、110℃乾燥物を基準として、ホウケイ酸アル
カリ等(A)35〜65%;ポリリン酸ケイ素(B)10〜25
%、特に12〜20%;ケイフツ化アルカリ(C)10〜45
%、特に20〜40%の割合で配合することが好まし
い。
すなわち、ポリリン酸ケイ素の量が上記範囲よ
りも多いと水混和組成物の流動性が低下する傾向
があり、また上記範囲よりも少いとこの組成物が
固化しにくく、硬化物の強度および耐酸性ならび
に耐水性が低下する傾向がある。また、ケイフツ
化アルカリ(C)の量が上記範囲よりも少ないと水混
和組成物の流動性が低下する傾向があり、一方上
記範囲よりも多いと耐酸性ならびに耐水性が低下
し、硬化物の発華現象が生じる傾向がある。
本発明の組成物は、前記した耐火物原料100部
に対して、上記成分(A)〜(C)よりなる結合媒質10〜
100部を配合してなる。結合媒質が上記範囲より
も少いと硬化物の強度および耐酸・耐水性が不足
し、上記範囲を超えて使用すると、組成物の硬化
時および受熱時の収縮が大となり、硬化物にキレ
ツが発生したり、また耐火度の低下も認められ好
ましくない。
本発明の耐火組成物は、上記した耐火物原料と
成分(A)〜(C)よりなる結合媒質とから基本的になる
が、必要に応じて、これに、強度補強剤として例
えば燐酸アルミニウム、アルミン酸塩、アルミナ
セメント等のアルミニウム化合物;フエノール樹
脂、尿素樹脂、メラミン樹脂等の各種合成樹脂類
を、耐火物原料100部に対して20部程度まで配合
することができるほか、ガラス繊維等の無機繊維
および/または麻、レーヨン、テトロン等の有機
繊維を必要に応じて添加することができる。
本発明の組成物は、適量の水を添加することに
より常温硬化する性質を有する。水の配合量は、
耐火物原料100部に対して10〜50部を加えるの
が、得られる水混和組成物の作業性ならびに硬化
物の強度、耐酸性および耐水性の点より好まし
い。水の配合量が10部より少ないときは作業性が
悪く、50部より多いと硬化物の強度等が低下す
る。
上述したように本発明の組成物に水を加えて得
た水混和組成物は、常温硬化する性質を有する
が、硬化後、更に100℃以上で乾燥および熱処理
を行うことにより、耐酸・耐水性の一層改善され
た硬化物が得られる。
前述したように、本発明の耐火組成物は、酸化
性ガス雰囲気で使用される工業炉の内張用のセラ
ミツクフアイバー断熱用モジユールの取付に用い
られる無機質耐火接着剤として優れた適性を有す
るものであるが、これ以外にもその優れた耐酸・
耐水・耐火性ならびに作業性を利用した無機質接
着剤一般、あるいは壁塗材としても適しており、
更には必要に応じて型成形して成形耐火材として
利用することも可能である。
以下、本発明を実施例により、更に具体的に説
明する。
参考例
本参考例において、下記実施例で用いられた結
合媒質について説明する。
以下の実施例においては、下記の通り結合媒質
の成分に対して、省略記号を用いる。
SSB:水溶性ホウケイ酸アルカリまたは水溶性ケ
イ酸アルカリとアルカリ水溶液に可溶なホウ酸
アルカリとの組合せ粉末(成分A)
PSP:ポリリン酸ケイ素の粉末(成分B)
SAF:ケイフツ化アルカリ(成分C)
(A) SSBの調製
原料となるケイ酸分としては、酸性白土を充
分に酸処理して、製造した潜在的に層構造を有
する易反応性のシリカ粉末(水沢化学工業(株)製
“シルトンA”)を用いた。このシリカ粉末(シ
ルトンA)の乾燥物基準の主成分は次の通りで
あつた。SiO292.5%、Al2O32.68%、Fe2O30.24
%、MgO0.13%、CaO0.13%、灼熱減量3.38
%。
該シリカ粉末1Kgに水3Kgを加え、さらに市
販試薬の固型苛性ソーダ(NaOH)を0.6Kg加
え、さらに市販試薬のホウ酸ソーダ
(Na2B4O7・5H2O)0.2Kgを加え、全体を充分良
く、均質に撹拌すると発熱反応が起り、全体が
若干不透明ではあるが液状体となつた。この液
状体を布にて別し、透明な液状体とした
後、該液状体を約60℃で濃縮乾固して、粉末状
の水可溶性ホウケイ酸ソーダ(SSB−1)を調
製した。ここに調製したSSB−1の分析組成は
次の通りであつた。SiO259.2%、Na2O32.6
%、B2O33.1%。
さらに上記と同様にして、但し、ホウ酸ソー
ダに代えてホウ酸カリ(K2B4O7・5H2O)を用
いて、SSB−2を調製した。その分析組成は次
の通りであつた。SiO259.0%、Na2O29.9%、
K2O2.5%、B2O32.9%。
(B) PSPの調製
粉末ポリリン酸ケイ素としては、2件の特許
(特公昭46−40866号および特公昭46−42711号
公報)明細書記載の方法に準拠して下記に示す
方法によりポリリン酸ケイ素2種PSP−1およ
びPSP−2を調製し、これを用いた。
(B)−1 PSP−1
市販工業用ケイ酸ソーダ(JIS3号品、
Na2O9.63%、SiO228.9%、モル比SiO2/
Na2O=3.1)を選び、まず陽イオン交換樹脂
を用いて、部分脱ソーダを行つた。上記ケイ
酸ソーダのケイ酸分(SiO2)濃度が0.25モル
濃度になるように稀釈後、陽イオン交換樹脂
と接触せしめ、ケイ酸ソーダ溶液のPHが10.0
になるようにソーダイオンを除去した。回収
したPH10.0のケイ酸ソーダ溶液の組成は次の
通りであつた。SiO21.72g/100ml、
Na2O0.091g/100ml、SiO2/Na2Oモル比
19.5。このPH10.0のケイ酸ソーダ溶液に、市
販の工業用リン酸(JIS1級85.0% H3PO4、
比重1.69)をSiO2/P2O5のモル比が2.2にな
るように上記両者を混合し、次いで全体を撹
拌下に加熱濃縮し、乾燥物とした。ここに得
た乾燥物を粉砕後、回転式キルンを用いて、
950℃で120分間焼成し、粉砕後、200メツシ
ユ篩にて分級して、ポリリン酸ケイ素粉末
(PSP−1)を調製した。
(B)−2 PSP−2
(A)の項のSSB調製の原料に用いた易反応性
シリカ粉末(シルトンA)をケイ酸分原料と
した。この易反応性ケイ酸(シルトンA)
に、上記した市販の工業用リン酸を用いて、
SiO2/P2O5のモル比が3.0になるように両者
を混合、撹拌しながら約0.5mm〜2mm径の顆
粒状に造粒し、回転式キルンを用いて、1度
250〜300℃で約30分周仮焼した後、引き続き
950℃で約30分間焼成し、次いでハンマー衝
撃型粉砕機(東京アトマイザー(株)製)にて粉
砕し200メツシユ篩にて分級して、ポリリン
酸ケイ素粉末(PSP−2)を調製した。
上記調製されたポリリン酸ケイ素の物性値
は次の通りであつた。
PSP−1:SiO2/P2O5モル比2.2、本文に記
載の通りの方法により求めたY=at+b式
における平均加水分解定数(a)0.035初期加
水分解量(b)(ml)1.5、
PSP−2:SiO2/P2O5モル比、3.0、平均加
水分解定数(a)0.026、初期加水分解量(b)
(ml)1.5。
(C) SAF
SAFは市販試薬のケイフツ化ソーダ(SAF
−1)ならびにケイフツ化カリ(SAF−2)
をそのまま用いた。
上記、3成分を下記第1表に示す割合で配合
して5種類の結合媒質(試料1−1〜1−5)
を得た。
The present invention relates to a composition that provides an acid- and water-resistant refractory material, and more particularly, the present invention relates to a composition that provides a refractory material that is resistant to acids and water, and more particularly to a composition that, upon curing, produces a refractory material suitable for use in contact with hot gases containing acidic corrosive gases such as sulfur oxides. The present invention relates to a composition for providing. Heating furnaces, hot blast furnaces, oil cracking furnaces, ceramic firing furnaces, incinerators, etc. usually use heavy oil containing sulfur as fuel, and as a result, various parts of the furnace are exposed to combustion gas containing sulfur oxides. The Rukoto. For this reason, for the inner walls of furnaces, steel shells lined with acid-resistant refractories have conventionally been used. In addition, recently, for the purpose of energy saving,
Ceramic fiber insulation modules are installed and constructed on the inner wall of a furnace by various methods. For example, such a ceramic fiber insulation module can be attached directly to the steel shell using a fire-resistant adhesive, or it can be bonded to a wire mesh using a fire-resistant adhesive to form an integrated product and then attached to the steel shell. It is attached to the inner wall of the furnace by fixing it to the skin with studs, etc. As mentioned above, fire-resistant adhesives used for such applications include acidic or neutral adhesives such as silica, waxite, syamoto, mullite, and alumina, considering that they will be used in an acidic gas atmosphere. An acid-resistant refractory composition has been used, which is composed of an acid-resistant refractory raw material and a binder whose main component is sodium silicate. In addition, in order to improve its acid and water resistance, hardening agents used with sodium silicate include sodium silicate, aluminum phosphate,
Zinc oxide, organic acids, organic esters, etc. have been used or proposed. However, there is one major problem with attaching ceramic fiber insulation modules using refractory adhesives as described above. That is, since the ceramic fiber insulation material has an extremely excellent insulation effect, the temperature of the iron skin underneath it often drops to below the dew point of the sulfur oxide in the atmospheric gas. As a result, strongly acidic sulfur oxides such as sulfuric acid condense on the fire-resistant adhesive layer that joins the iron skin and the ceramic fiber insulation module.
As a result, the fire-resistant adhesive layer eroded and became brittle, resulting in problems such as the ceramic heat-insulating module bonded with the fire-resistant adhesive falling off. In addition, the fire-resistant adhesive used for this purpose must have the property of maintaining fluidity suitable for the application for a relatively long time when mixed with water, that is, it must have good workability. Conventional fire-resistant adhesives have had problems in this respect as well. In view of the above-mentioned circumstances, an object of the present invention is to provide an acid- and water-resistant fireproof composition that exhibits durability even against strong acid aqueous solutions and has excellent suitability as a fireproof adhesive. As a result of research for the above-mentioned purpose, the present inventors have discovered that a hard fire can be achieved by using a binding medium consisting of a water-soluble alkali borosilicate or an equivalent mixture thereof, and a combination of silicon polyphosphate and alkali silicate in a specific ratio. It was later discovered that a composition that provides a refractory with excellent acid and water resistance can be obtained. In addition, a composition made of a combination of this binding medium and a refractory raw material has good workability when mixed with water. The acid-resistant and water-resistant refractory composition of the present invention is based on the above-mentioned knowledge, and more specifically, the acid-resistant and water-resistant refractory composition is based on the above-mentioned knowledge, and more specifically, it contains 100 parts by weight of a refractory raw material and 10 to 10 parts of a binding medium made of a combination of the following components (A) to (C). It is characterized in that it consists of 100 parts by weight. (A) 35 to 60% by weight of an aqueous alkali borosilicate or an aqueous alkali borosilicate equivalent consisting of a combination of an aqueous alkali silicate and an alkali borate soluble in an aqueous alkaline solution; (B) 10 to 25% by weight of a silicon polyphosphate; % by weight, and (C) 10-45% by weight of alkali silica. Components (A) to (C) constituting the binding medium in the composition of the present invention are characterized by containing a silicic acid content or a silicon content, which improves the acid resistance of the cured composition.・It is thought that this contributes to improved water resistance. The composition of the present invention is a composition in which the above-mentioned components are mixed with water and cured during the process of coating and drying the mixture on the inner wall of a furnace, for example, to form a cured composition.
(A), such as alkali borosilicate, is used as a main binder, and component (B), silicon polyphosphate, is used as a curing agent.
Ingredient (C), alkali silicate, is used as a curing aid.
It is thought that each of them works. The present invention will be explained in more detail below. In the following description, "%" and "part" are based on weight unless otherwise specified. The refractory raw materials used in the present invention are those that are acidic or neutral and are used as ordinary refractory raw materials, such as silica, silica, silica, mullite, alumina, etc. used in or as a mixture. In addition, the maximum particle size of refractory raw materials is 3 mm or less, and the average particle size is 0.3 mm.
The following powder form is preferable in order to provide a fire-resistant adhesive with good workability. The refractory composition of the present invention comprises such a refractory raw material and a binding medium consisting of the three components (A) to (C) above. Binding medium component (A) consists of a water-soluble alkali borosilicate or its equivalent. This water-soluble alkali borosilicate provides a superior binding effect when combined with the curing agent component (B) described below, compared to conventional alkali silicate/binder base ingredients, and when made into a water-miscible composition, It has the function of preventing early gelation or partial gelation of the composition and maintaining a highly fluid state (that is, providing a water-miscible composition with a suitably long pot life). Alkali borosilicate is SiO2 : M2O : B2O3
(M is alkali metal) molar ratio is 1:0.55~
0.80: Preferably in the range of 0.03 to 0.3.
When the M 2 O/SiO 2 molar ratio is outside the above range, the adhesive strength when using the composition of the present invention as an adhesive tends to decrease. Also, the B 2 O 3 /SiO 2 molar ratio is
If it is less than 0.03, the water resistance of the cured composition will decrease and the stability of the water-miscible composition will also become poor.
On the other hand, even if the B 2 O 3 /SiO 2 molar ratio exceeds the above range, no particular advantage will be obtained and it will be economically disadvantageous. A more preferable B 2 O 3 /SiO 2 molar ratio is 0.05
~0.25. If the water-soluble alkali borosilicate is obtained in advance as a single substance, it may be used, but in the composition of the present invention, it is formed in situ when forming the water-miscible composition. That's fine. Therefore, in the composition of the present invention, a combination powder of a water-soluble alkali silicate and an alkali borate soluble in an aqueous alkali solution can be used instead of the water-soluble alkali borosilicate, and is even more preferable. By using this combination, all the components can be blended in powder form in one package, and just before use, only the required amount of water can be added to form a water-miscible composition and ready for use immediately. That is, there is an advantage that measuring and mixing of each component is not necessary upon final use. Any alkali silicate and alkali borate can be used as long as they provide water-soluble and alkaline aqueous solution-soluble powders and provide the above-mentioned SiO 2 :M 2 O:B 2 O 3 molar ratio. for example,
An alkali silicate having a M 2 O/SiO 2 molar ratio of 0.38 to 0.77 and an alkali tetraborate may be combined so that the B 2 O 3 /SiO 2 molar ratio is 1:0.03 to 1:0.3. As the alkali metal species, Na is preferred, but K can also be used. Further, the alkali silicate and the alkali borate may be powders that contain water in the form of hydration water or crystallization water to the extent that they are powders. The particle size of these powders is preferably 100 μm or less for ease of dissolution. Next, silicon polyphosphate as the second component (B) of the binding medium is a compound in which the silica component is bonded to the condensed phosphoric acid component in the form of a cation, and among various phosphates, the phosphoric acid component is It is known to have particularly excellent sustained release properties (US Pat. No. 4,018,616). In the present invention, this water-soluble borosilicate alkali component is used as a curing agent component.
Use in combination with (A). More specifically, the silicon polyphosphate preferably has a molar ratio of P 2 O 5 :SiO 2 ranging from 1:1.8 to 1:3.6, particularly from 1:2.0 to 1:3.3. That is, if the molar ratio of the phosphoric acid component (P 2 O 3 ) is smaller than the above range, the desired curability of the water-miscible composition cannot be obtained, and a cured product with low mechanical strength tends to be obtained. be. Moreover, if this molar ratio is larger than the above range, early gelation or partial gelation of the water-miscible composition will occur. In order to prevent early gelation and partial gelation, and to act on the alkali borosilicate to uniformly and firmly harden the composition, this silicon polyphosphate must be
It is important to have sustained release properties for phosphoric acid. In this regard, the silicon polyphosphate used in the present invention has an initial elution volume (b) of 3 ml or less and an average hydrolysis rate constant (a) of 0.015 ml/min or more, expressed by the following formula: Y=a・t+b (However, in the above formula, Y is 1 g of silicon polyphosphate dispersed in 100 ml of pure water with stirring, and a 1/10 normal NaOH aqueous solution so as to maintain the pH of the dispersion at 10.5. represents the cumulative addition amount (ml) of the NaOH aqueous solution over the elapsed time t (minutes) when the solution is gradually poured, and in the above formula, a and b are the slope and Y-axis intercept, respectively, as a result of plotting Y-t. ). A particularly preferable range is that b is 2.5 ml or less and a is 0.2 to 2.0. Details of the preparation and properties of such sustained release phosphoric curing agents are also described in the aforementioned US Pat. No. 4,018,616. Next, an important feature of the present invention is that an alkali silicate is used as the third component (C) of the binding medium. This alkali silicate is a well-known substance in itself as a curing agent for alkali silicate binders, but in the present invention,
In order to improve the fluidity of the water-miscible composition, it is used as a curing aid in combination with a silicon polyphosphate curing agent. In other words, by using a combination of alkali silicate and silicon polyphosphate as a hardening agent, good fluidity can be maintained not only at the initial stage of mixing with water but also after a considerable period of time has passed after mixing. This makes it possible to significantly improve the workability of coating for joining ceramic fiber modules to the inner wall of the furnace. More specifically, in the present invention, sodium silicate (Na 2 SiF 6 ), potassium silicate (K 2 SiF 6 ), etc. are used as the alkali silicate, and these are generally fine powders, especially particles with a particle size. is used in the form of a powder of less than 60 microns. It is also important for this silicate to be in the form of an alkali salt from the viewpoint of improving fluidity. For example, when an alkaline earth metal salt such as barium silicate is used, the fluidity when made into a water-miscible composition is rather important. There is a tendency for the performance to decrease significantly. In the binding medium of the present invention, the above components (A) to (C)
, based on dry product at 110℃, alkali borosilicate etc. (A) 35-65%; silicon polyphosphate (B) 10-25%
%, especially 12-20%; alkali silica (C) 10-45
%, particularly preferably 20 to 40%. That is, if the amount of silicon polyphosphate is greater than the above range, the fluidity of the water-miscible composition tends to decrease, and if it is less than the above range, the composition is difficult to solidify, and the strength and acid resistance of the cured product decrease. Also, water resistance tends to decrease. Furthermore, if the amount of alkali silica (C) is less than the above range, the fluidity of the water-miscible composition tends to decrease, while if it is more than the above range, acid resistance and water resistance decrease, resulting in a cured product. There is a tendency for blooming phenomenon to occur. The composition of the present invention is composed of 10 to 100 parts of the above-mentioned refractory raw material and 10 to 10 parts of the binding medium consisting of the above-mentioned components (A) to (C).
It is made by combining 100 parts. If the binding medium is less than the above range, the strength and acid/water resistance of the cured product will be insufficient, and if it is used in excess of the above range, the composition will shrink significantly during curing and heat reception, causing cracks in the cured product. It is also undesirable because it causes a decrease in fire resistance. The refractory composition of the present invention basically consists of the above-mentioned refractory raw material and a binding medium consisting of components (A) to (C), but if necessary, strength reinforcing agents such as aluminum phosphate, Aluminum compounds such as aluminates and alumina cement; various synthetic resins such as phenolic resins, urea resins, and melamine resins can be blended up to 20 parts per 100 parts of refractory raw materials; Inorganic fibers and/or organic fibers such as hemp, rayon, Tetoron, etc. can be added as necessary. The composition of the present invention has the property of curing at room temperature by adding an appropriate amount of water. The amount of water is
It is preferable to add 10 to 50 parts to 100 parts of the refractory raw material from the viewpoint of workability of the resulting water-miscible composition and strength, acid resistance, and water resistance of the cured product. When the amount of water is less than 10 parts, workability is poor, and when it is more than 50 parts, the strength of the cured product is reduced. As mentioned above, the water-miscible composition obtained by adding water to the composition of the present invention has the property of curing at room temperature, but after curing, drying and heat treatment at 100°C or higher can improve acid resistance and water resistance. A cured product with further improved properties can be obtained. As mentioned above, the refractory composition of the present invention has excellent suitability as an inorganic refractory adhesive used for attaching ceramic fiber insulation modules for lining industrial furnaces used in oxidizing gas atmospheres. However, in addition to this, its excellent acid resistance and
It is suitable as a general inorganic adhesive or as a wall coating material due to its water resistance, fire resistance, and workability.
Furthermore, if necessary, it can be molded and used as a molded refractory material. EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples. Reference Example In this reference example, the coupling medium used in the following examples will be explained. In the following examples, abbreviations are used for the components of the coupling medium as described below. SSB: Water-soluble alkali borosilicate or a combination powder of water-soluble alkali silicate and alkali borate soluble in aqueous alkali solution (Component A) PSP: Powder of silicon polyphosphate (Component B) SAF: Alkali silicate (Component C) ) (A) Preparation of SSB The silicic acid component used as a raw material is a highly reactive silica powder (manufactured by Mizusawa Kagaku Kogyo Co., Ltd.) that has a latent layer structure and is produced by sufficiently acid-treating acid clay. Silton A") was used. The main components of this silica powder (Silton A) on a dry matter basis were as follows. SiO2 92.5%, Al2O3 2.68 %, Fe2O3 0.24
%, MgO0.13%, CaO0.13%, scorching loss 3.38
%. Add 3 kg of water to 1 kg of the silica powder, add 0.6 kg of solid caustic soda (NaOH), a commercially available reagent, and further add 0.2 kg of sodium borate (Na 2 B 4 O 7・5H 2 O), a commercially available reagent, to give a total When stirred thoroughly and homogeneously, an exothermic reaction occurred, and the whole became a liquid, although slightly opaque. This liquid was separated with a cloth to obtain a transparent liquid, and the liquid was concentrated to dryness at about 60°C to prepare a powdery water-soluble sodium borosilicate (SSB-1). The analytical composition of SSB-1 prepared here was as follows. SiO2 59.2%, Na2O32.6
%, B2O3 3.1 %. Further , SSB-2 was prepared in the same manner as above, except that potassium borate ( K2B4O7.5H2O ) was used instead of sodium borate. Its analytical composition was as follows. SiO2 59.0%, Na2O29.9 %,
K2O2.5 %, B2O3 2.9 %. (B) Preparation of PSP As powdered silicon polyphosphate, silicon polyphosphate was prepared by the method shown below in accordance with the method described in the specifications of two patents (Japanese Patent Publication No. 46-40866 and Japanese Patent Publication No. 46-42711). Two types of PSP-1 and PSP-2 were prepared and used. (B)-1 PSP-1 Commercially available industrial sodium silicate (JIS No. 3 product,
Na 2 O 9.63%, SiO 2 28.9%, molar ratio SiO 2 /
Na 2 O = 3.1) was selected and first, partial desodification was performed using a cation exchange resin. After diluting the above sodium silicate so that the silicate content (SiO 2 ) concentration is 0.25 molar, it is brought into contact with a cation exchange resin, and the pH of the sodium silicate solution is 10.0.
Soda ions were removed so that The composition of the recovered sodium silicate solution with a pH of 10.0 was as follows. SiO2 1.72g/100ml,
Na 2 O 0.091g/100ml, SiO 2 /Na 2 O molar ratio
19.5. Commercially available industrial phosphoric acid (JIS grade 1 85.0% H 3 PO 4 ,
(specific gravity 1.69) was mixed with the above SiO 2 /P 2 O 5 molar ratio of 2.2, and then the whole was heated and concentrated with stirring to obtain a dry product. After crushing the dried material obtained here, using a rotary kiln,
The mixture was fired at 950°C for 120 minutes, pulverized, and then classified using a 200 mesh sieve to prepare silicon polyphosphate powder (PSP-1). (B)-2 PSP-2 The easily reactive silica powder (Silton A) used as the raw material for SSB preparation in section (A) was used as the silicic acid raw material. This easily reactive silicic acid (Silton A)
Using the commercially available industrial phosphoric acid mentioned above,
Mix the two so that the molar ratio of SiO 2 /P 2 O 5 is 3.0, granulate them into granules with a diameter of about 0.5 mm to 2 mm while stirring, and then granulate them once using a rotary kiln.
After calcination for about 30 minutes at 250-300℃, continue
The mixture was calcined at 950° C. for about 30 minutes, then crushed using a hammer impact type crusher (manufactured by Tokyo Atomizer Co., Ltd.) and classified using a 200 mesh sieve to prepare silicon polyphosphate powder (PSP-2). The physical properties of the silicon polyphosphate prepared above were as follows. PSP-1: SiO 2 /P 2 O 5 molar ratio 2.2, average hydrolysis constant (a) 0.035, initial hydrolysis amount (b) (ml) 1.5, in the Y=at+b formula determined by the method described in the text. PSP-2: SiO 2 /P 2 O 5 molar ratio, 3.0, average hydrolysis constant (a) 0.026, initial hydrolysis amount (b)
(ml) 1.5. (C) SAF SAF is a commercially available reagent, sodium silica
-1) and potassium carbonate (SAF-2)
was used as is. Five types of binding media (Samples 1-1 to 1-5) were prepared by blending the above three components in the proportions shown in Table 1 below.
I got it.
【表】
第1表に示した無機結合媒質(5種類)を、
各々用いて第2表に示す配合組成で各成分ミキサ
ーにて混練し、得られた水混和組成物を40×40×
150mmの金枠に流し込み成形した。常温硬化後脱
枠し、105℃、24時間乾燥して作製した硬化物試
料(1〜8)の特性を従来品(試料9〜11)の特
性とともに第2表に示す。
尚、耐水テストは、硬化物試料を15℃の冷水お
よび80℃の温水に24時間浸漬し、その後曲げ強度
を測定し、浸漬前の値と比較した。また、耐酸テ
ストは、硬化物試料を0.2モル濃度硫酸水溶液に
24時間浸漬し、浸漬後の曲げ強度を測定した。
第2表より本発明品は耐水性および耐硫酸性に
優れ浸漬による強度低下を殆んど示さない。一方
従来品は耐水、耐硫酸性に劣り、24時間浸漬によ
り曲げ強度が大巾に低下することがわかる。[Table] The inorganic binding media (5 types) shown in Table 1 are
Each component was used and kneaded in a mixer according to the composition shown in Table 2, and the resulting water-miscible composition was mixed at 40×40×
It was poured into a 150mm metal frame. Table 2 shows the properties of cured samples (1 to 8) prepared by unframed and dried at 105°C for 24 hours after curing at room temperature, together with the properties of conventional products (samples 9 to 11). In the water resistance test, the cured product sample was immersed in cold water at 15°C and hot water at 80°C for 24 hours, and then the bending strength was measured and compared with the value before immersion. In addition, for the acid resistance test, the cured product sample was placed in a 0.2 molar sulfuric acid aqueous solution.
It was immersed for 24 hours, and the bending strength after immersion was measured. As shown in Table 2, the products of the present invention have excellent water resistance and sulfuric acid resistance, and show almost no decrease in strength due to immersion. On the other hand, it can be seen that the conventional product has poor water resistance and sulfuric acid resistance, and its bending strength significantly decreases after being immersed for 24 hours.
【表】【table】
【表】
次に第3表に示す配合組成で各成分をミキサー
にて混練し、得られた水混和組成物を40×40×
150mmの金枠に流し込み成形した。常温硬化後、
硬化物を脱枠し、105℃で24時間乾燥して作製し
た硬化物試料の特性を従来品と比較し、その結果
を第3表に示した。第3表より本発明品の硬化物
試料は耐水性、耐硫酸性、耐弗酸性にすぐれ、浸
漬による強度低下が少ない。
一方従来品の硬化物試料は浸漬による強度低下
が著しく、特に弗酸の場合は崩壊現象を示すこと
がわかる。[Table] Next, each component was kneaded in a mixer according to the composition shown in Table 3, and the resulting water-miscible composition was mixed at 40×40×
It was poured into a 150mm metal frame. After curing at room temperature,
The properties of a cured sample prepared by removing the frame and drying at 105°C for 24 hours were compared with those of a conventional product, and the results are shown in Table 3. Table 3 shows that the cured samples of the products of the present invention have excellent water resistance, sulfuric acid resistance, and hydrofluoric acid resistance, and have little strength loss due to immersion. On the other hand, it can be seen that the strength of the cured samples of conventional products was significantly reduced by immersion, and especially in the case of hydrofluoric acid, the samples showed a disintegration phenomenon.
【表】【table】
Claims (1)
組合せよりなる結合媒質10〜100重量部とからな
ることを特徴とする耐酸・耐水性耐火組成物。 (A) 水溶性ホウケイ酸アルカリ、または水溶性ケ
イ酸アルカリとアルカリ水溶液に可溶なホウ酸
アルカリとの組合せからなる水溶性ホウケイ酸
アルカリ等価物35〜60重量%、 (B) ポリリン酸ケイ素10〜25重量%、および (C) ケイフツ化アルカリ10〜45重量%。 2 耐火物原料が、硅石質、ロウ石質、シヤモツ
ト、ムライト、アルミナ質から選ばれた酸性また
は中性耐火物原料である特許請求の範囲第1項記
載の組成物。 3 成分(A)の、SiO2:M2O:B2O3(式中、Mは
アルカリ金属を表わす)のモル比が1:0.55〜
0.80:0.03〜0.3である特許請求の範囲第1項また
は第2項記載の組成物。 4 ポリリン酸ケイ素(B)中のP2O5:SiO2モル比
が1:1.8〜3.6である特許請求の範囲第1項ない
し第3項のいずれかに記載の組成物。 5 ポリリン酸ケイ素(B)が、下記式 Y=at+b で表わした初期溶出量(b)が3ml以下、平均加水分
解速度定数(a)が0.015ml/分以上(但し、上記式
中、Yは、ポリリン酸ケイ素1gを100mlの純水
中に撹拌下に分散せしめ、該分散液のPHを10.5に
保つように1/10規定のNaOH水溶液を徐々に注過
したときの経過時間t(分)における該NaOH水
溶液の累積添加量(ml)を表わし、上記式はY−
tのプロツトの結果として与えられる)の値を有
する特許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれ
かに記載の組成物。[Claims] 1. An acid-resistant and water-resistant fireproof composition comprising 100 parts by weight of a refractory raw material and 10 to 100 parts by weight of a binding medium made of a combination of the following components (A) to (C). . (A) 35 to 60% by weight of a water-soluble alkali borosilicate or a water-soluble alkali borosilicate equivalent consisting of a combination of a water-soluble alkali silicate and an alkali borate soluble in an aqueous alkali solution; (B) silicon polyphosphate 10 ~25% by weight, and (C) 10-45% by weight of alkali silica. 2. The composition according to claim 1, wherein the refractory raw material is an acidic or neutral refractory raw material selected from silica, pyrite, mullite, and alumina. 3 The molar ratio of SiO 2 :M 2 O:B 2 O 3 (in the formula, M represents an alkali metal) of component (A) is 1:0.55 to
0.80: The composition according to claim 1 or 2, wherein the ratio is 0.03 to 0.3. 4. The composition according to any one of claims 1 to 3 , wherein the P2O5 : SiO2 molar ratio in silicon polyphosphate (B) is 1:1.8 to 3.6. 5 Silicon polyphosphate (B) has an initial elution amount (b) expressed by the following formula Y=at+b of 3 ml or less, and an average hydrolysis rate constant (a) of 0.015 ml/min or more (however, in the above formula, Y is , elapsed time t (minutes) when 1 g of silicon polyphosphate is dispersed in 100 ml of pure water with stirring, and 1/10 normal NaOH aqueous solution is gradually poured in to maintain the pH of the dispersion at 10.5. The above formula represents the cumulative addition amount (ml) of the NaOH aqueous solution in Y-
5. A composition according to any one of claims 1 to 4, having a value of (given as a result of a plot of t).
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP57214248A JPS59107960A (en) | 1982-12-07 | 1982-12-07 | Acid-resistant water-resistant refractory composition |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57214248A JPS59107960A (en) | 1982-12-07 | 1982-12-07 | Acid-resistant water-resistant refractory composition |
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|---|---|
| JPS59107960A JPS59107960A (en) | 1984-06-22 |
| JPS6154743B2 true JPS6154743B2 (en) | 1986-11-25 |
Family
ID=16652620
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP57214248A Granted JPS59107960A (en) | 1982-12-07 | 1982-12-07 | Acid-resistant water-resistant refractory composition |
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Families Citing this family (3)
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|---|---|---|---|---|
| JPS61266363A (en) * | 1985-05-21 | 1986-11-26 | 品川白煉瓦株式会社 | Spray refractories and spraying method |
| DE69804577T2 (en) * | 1997-12-05 | 2002-10-17 | Kawasaki Refractories Co., Ltd. | Material and process for repairing coke oven chambers |
| US6416572B1 (en) * | 1999-12-02 | 2002-07-09 | Foseco International Limited | Binder compositions for bonding particulate material |
-
1982
- 1982-12-07 JP JP57214248A patent/JPS59107960A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPS59107960A (en) | 1984-06-22 |
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