窯炉用構造部材
【課題】摩耗や損傷が生じにくく、長寿命な窯炉用構造部材を提供する。
【解決手段】熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、強度が５０ＭＰａ以上、ヤング率が２００ＧＰａ以上、見掛け気孔率が１０％以下のセラミックス材料からなる窯炉用構造部材であって、当該セラミック材料は、炭化珪素、窒化珪素、炭化珪素と窒化珪素との複合材料、炭化珪素と珪素との複合材料、及び炭化珪素と珪素化合物との複合材料の内の何れかである。
【解決手段】熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、強度が５０ＭＰａ以上、ヤング率が２００ＧＰａ以上、見掛け気孔率が１０％以下のセラミックス材料からなる窯炉用構造部材であって、当該セラミック材料は、炭化珪素、窒化珪素、炭化珪素と窒化珪素との複合材料、炭化珪素と珪素との複合材料、及び炭化珪素と珪素化合物との複合材料の内の何れかである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリーキルンのリフターに代表されるような、耐熱衝撃性、耐反応劣化性、耐摩耗性、強度等を高いレベルで要求される窯炉用構造部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータリーキルンは、耐火材を内張りした円筒状の炉体を回転させることにより、処理対象となる内容物を転動させながら加熱処理する加熱炉であり、セメントや石灰などの原料製造や産業廃棄物の焼却などに使用される。通常、ロータリーキルンには、内周面に沿ってリフターと呼ばれる突起状の構造部材が設けられている。
【０００３】
このようなリフターを設けることによって、炉内に滞留する原料や廃棄物の撹拌効率が向上し、その結果、例えば、脱水や脱炭が生じる原料の熱処理においては、その脱水や脱炭の効率が高めることができ、また、産業廃棄物の焼却処理においては、未燃焼物及びダイオキシン含有量を非常に少なくすることができる。
【０００４】
従来、このロータリーキルンのリフターに代表されるような、耐熱衝撃性、耐反応劣化性、耐摩耗性、強度等が高いレベルで要求される窯炉用構造部材には、その構成材料として、耐熱鋳鋼、耐熱金属、耐火煉瓦、不定形耐火物、磁器などが用いられてきた（例えば、特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】特開昭５９−１３８８８４号公報
【特許文献２】特公平７−６７４２号公報
【特許文献３】特開２００５−２４１３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＳＣＨ１３、ＳＣＨ１２、ステンレス鋼などの耐熱鋳鋼を構成材料とする窯炉用構造部材は、摩耗を伴う９００℃以上の高温環境下で使用した場合、表面の酸化と摩耗とが継続的に繰り返されて、短期間で劣化するという問題があった。
【０００６】
また、タングステンカーバイド、ハステロイ、ユムコ合金などの耐熱金属を構成材料とする窯炉用構造部材は、非常に高価であるとともに、大型化や複雑な形状への加工が困難であるという問題があった。
【０００７】
また、耐火煉瓦を構成材料とする窯炉用構造部材は、粒子の結合部分が弱いため、摩耗が早く、また、物体中に温度差がつくと、高温部と低温部との膨張差により生じる応力で破損が生じやすく、加熱冷却の繰り返しに弱いという問題があった。
【０００８】
更に、炭化珪素系不定形耐火物やムライト系不定形耐火物などの不定形耐火物を構成材料とする窯炉用構造部材は、大型の部材を作製しやすいという利点はあるものの、前記耐火煉瓦と同様に、粒子の結合部分が弱いため、摩耗が早く、また、加熱冷却によって物体内に温度差が生じやすく、耐熱衝撃によって比較的短期間で崩壊するという問題があった。なお、崩壊割れを防止するために、耐火物中にステンレス製アンカーを埋設したものも存在するが、使用中の高温でアンカーが酸化膨張し、保持能力を失ったり、耐火物を破壊したりする場合があった。
【０００９】
更にまた、磁器を構成材料とする窯炉用構造部材は、強度は高いものの、温度変化に極端に弱く、早期に破損するという問題があった。
【００１０】
本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来の窯炉用構造部材に比して、摩耗や損傷が生じにくく、長寿命な窯炉用構造部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明によれば、以下の窯炉用構造部材が提供される。
【００１２】
［１］ 熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、強度が５０ＭＰａ以上、ヤング率が２００ＧＰａ以上、見掛け気孔率が１０％以下のセラミックス材料からなる窯炉用構造部材。
【００１３】
［２］ 前記セラミックス材料が、炭化珪素、窒化珪素、炭化珪素と窒化珪素との複合材料、炭化珪素と珪素との複合材料、及び炭化珪素と珪素化合物との複合材料の内の何れかである［１］に記載の窯炉用構造部材。
【００１４】
［３］ 前記炭化珪素と珪素との複合材料が、炭化珪素に金属珪素を含浸させた金属珪素含浸炭化珪素である［２］に記載の窯炉用構造部材。
【００１５】
［４］ 前記炭化珪素と珪素との複合材料が、５０〜９５質量％の炭化珪素と５〜５０質量％の金属珪素とから構成された［２］に記載の窯炉用構造部材。
【００１６】
［５］ 前記炭化珪素と珪素化合物との複合材料が、炭化珪素に金属珪素とモリブデン、チタン、ジルコニウム及びタングステンからなる群より選ばれる１種以上の金属との化合物であって、融点が１０００℃以上のものを含浸させた金属珪素化合物含浸炭化珪素である［２］に記載の窯炉用構造部材。
【００１７】
［６］ 少なくとも炉内雰囲気と接触する部位の表面に、厚さ１０μｍ以上の酸化皮膜が形成された［１］〜［５］の何れかに記載の窯炉用構造部材。
【００１８】
［７］ ロータリーキルンのリフターである［１］〜［６］の何れかに記載の窯炉用構造部材。
【００１９】
［８］ 中空構造を有する［１］〜［７］の何れかに記載の窯炉用構造部材。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の窯炉用構造部材は、従来の窯炉用構造部材に比して、摩耗や損傷が生じにくく、長寿命であるため、本発明の窯炉用構造部材を用いれば、長寿命な炉が得られ、また、炉のメンテナンスのサイクルも延長可能となるので、炉を運用するためのトータルコストを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、セラミックス材料からなる窯炉用構造部材であって、当該セラミックス材料の熱伝導率、強度、ヤング率及び見掛け気孔率を以下のように規定したものである。
【００２２】
まず、本発明の窯炉用構造部材を構成するセラミックス材料の熱伝導率は、耐熱衝撃性の観点から、３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、好ましくは５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、更に好ましくは１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上としている。熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であれば、加熱・冷却によって生ずる部材内部の温度差を小さくすることができ、熱膨張差に起因する熱応力が抑えられて、破損しにくくなる。なお、本発明における「熱伝導率」は、レーザーフラッシュ法（ＪＩＳ Ｒ１６１１）によって測定された値である。
【００２３】
本発明の窯炉用構造部材を構成するセラミックス材料の強度は、窯炉用構造部材として必要とされる一定レベル以上の強度と剛性を持たせるため、５０ＭＰａ以上、好ましくは１００ＭＰａ以上、更に好ましくは２００ＭＰａ以上としている。強度が５０ＭＰａ以上であれば、ロータリーキルンのリフターのような用途に用いた場合おいても、十分な強度と剛性が得られる。なお、本発明における「強度」は、オートグラフによる抗折曲げ強度（ＪＩＳ Ｒ１６０１）によって測定された値である。
【００２４】
本発明の窯炉用構造部材を構成するセラミックス材料のヤング率は、窯炉用構造部材として必要とされる一定レベル以上の強度と剛性を持たせるため、２００ＧＰａ以上、好ましくは２５０ＧＰａ以上、更に好ましくは３００ＧＰａ以上としている。ヤング率が２００ＧＰａ以上であれば、ロータリーキルンのリフターのような用途に用いた場合おいても、十分な強度と剛性が得られる。なお、本発明における「ヤング率」は、ＪＩＳ Ｒ１６０２に規定された方法によって測定された値である。
【００２５】
本発明の窯炉用構造部材を構成するセラミックス材料の見掛け気孔率は、耐摩耗性や反応劣化抑制の観点から、１０％以下、好ましくは５％以下、更に好ましくは１％以下としている。見掛け気孔率が１０％以下の緻密なセラミックス材料から構成されていれば、摩耗を伴う環境下で使用した場合にも、短期間で使用不能な状態まで摩耗することはなく、また、表面積が小さいため、高温環境下の使用した場合にも、炉内雰囲気との反応による酸化等の劣化が抑えられる。なお、本発明における「見掛け気孔率」は、アルキメデス法（ＪＩＳ Ｒ２２０５）によって測定された値である。
【００２６】
本発明の窯炉用構造部材を構成するセラミックス材料の具体的な材質としては、前記のような物性値を実現可能なものであれば特に限定されるものではないが、好適なものとしては、炭化珪素、窒化珪素、炭化珪素と窒化珪素との複合材料、炭化珪素と珪素との複合材料、及び炭化珪素と珪素化合物との複合材料が挙げられ、中でも、前記のような物性値を比較的容易に実現し得る、炭化珪素と珪素との複合材料、及び炭化珪素と珪素化合物との複合材料が、特に好ましい。
【００２７】
炭化珪素と珪素との複合材料の代表的なものとしては、炭化珪素に金属珪素を含浸させた金属珪素含浸炭化珪素が知られている。この金属珪素含浸炭化珪素は、例えば、炭化珪素粉末を主体とする原料を、プレス成形、鋳込み成形等の各種成形法にて所定形状に成形し、得られた成形体、又はこの成形体を焼成して得られた焼成体に、金属珪素を載置した状態で、不活性雰囲気下にて、金属珪素の溶融温度以上の温度で焼成し、金属珪素を前記成形体又は焼成体に溶浸させて焼結させることにより製造することができる。
【００２８】
なお、本発明の窯炉用構造部材を、この金属珪素含浸炭化珪素のような炭化珪素と珪素との複合材料で構成する場合には、当該複合材料を５０〜９５質量％の炭化珪素と５〜５０質量％の金属珪素とから構成することが好ましい。炭化珪素と金属珪素との比率を、このような範囲とすると、本発明に規定する熱伝導率、強度、ヤング率及び見掛け気孔率を持ったセラミック材料が得られやすい。炭化珪素が５０質量％未満（金属珪素が５０質量％超）の場合は、金属珪素含浸時に焼成体にクラックが発生しやすくなる。一方、炭化珪素が９５質量％超（金属珪素が５質量％未満）の場合は、金属珪素の含浸が不十分となり、気孔が多くなる。
【００２９】
また、炭化珪素と珪素化合物との複合材料の代表的なものとしては、炭化珪素に金属珪素とモリブデン、チタン、ジルコニウム及びタングステンからなる群より選ばれる１種以上の金属との化合物を含浸させた金属珪素化合物含浸炭化珪素が知られている。なお、本発明おいては、９００℃を超えるような高温環境下での使用を考慮し、前記化合物として、融点が１０００℃以上のものを使用するのが好ましい。このような化合物としては、例えば、ＭｏＳｉ２、ＴｉＳｉ２、ＺｒＳｉ２、ＷＳｉ２が好適なものとして挙げられる。
【００３０】
この金属珪素化合物含浸炭化珪素は、例えば、炭化珪素粉末を主体とする原料を、プレス成形、鋳込み成形等の各種成形法にて所定形状に成形し、得られた成形体、又はこの成形体を焼成して得られた焼成体に、前記のような化合物を載置した状態で、不活性雰囲気下にて、化合物の溶融温度以上の温度で焼成し、化合物を前記成形体又は焼成体に溶浸させて焼結させることにより製造することができる。
【００３１】
本発明の窯炉用構造部材は、少なくとも炉内雰囲気と接触する部位の表面に、厚さ１０μｍ以上の酸化皮膜が形成されていることが好ましい。このような酸化皮膜が形成されていると、窯炉用構造部材が炭化珪素を含む場合において、炭化珪素の継続酸化を抑制するという効果がある。なお、酸化皮膜の厚さが１０μｍ未満では、十分な効果が得られにくい。
【００３２】
本発明の窯炉用構造部材は、その具体的な用途が限定されるものではないが、耐熱衝撃性、耐反応劣化性、耐摩耗性、強度等を高いレベルで要求される、ロータリーキルンのリフター、クエンチングクーラー、ストーカ炉のグレーチングプレートなどに特に好適に使用できる。
【００３３】
図１は、本発明の窯炉用構造部材をロータリーキルンのリフターに適用した場合の実施形態の一例を示す説明図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は下面図、（ｄ）は側面図である。図４に示すように、通常、ロータリーキルンのリフター１は、その基端部分が耐火ブロック５で挟まれるようにしてシェル７内面に設置されるため、図１のように正面から見た形状が台形状となっていることが、施工性の観点から好ましい。また、本例のリフター１は、中空構造となっているため、耐熱スポーリング性に優れるとともに、内部空間が断熱効果を発揮して、シェル７に熱が伝わりにくくなり、炉内の熱が外部に逃げるのを抑制する効果がある。更に、窯炉用構造部材を、前述の金属珪素含浸炭化珪素や金属珪素化合物含浸炭化珪素で構成しようとする場合、部材の肉厚が厚すぎると、製造過程において金属珪素や金属珪素化合物を深部まで溶浸するのが困難であるが、本例のリフター１のように中空構造とすれば、肉厚を薄くすることが可能となるので、製造が容易である。
【００３４】
図２は、本発明の窯炉用構造部材をロータリーキルンのリフターに適用した場合の実施形態の他の一例を示す説明図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は下面図、（ｄ）は側面図である。本例のリフター２は、その外形については、図１に示すリフターと、同一であるが、図１のリフターが前記のとおり中空構造であるのに対し、中実構造になっている。このように中実構造とした場合には、破壊衝撃抵抗性に優れる反面、中空構造の場合に比して、シェルに熱が伝わりやすくなり、炉内の熱が外部に逃げやすくなるというデメリットもある。また、肉厚になるため、金属珪素含浸炭化珪素や金属珪素化合物含浸炭化珪素で構成しようとする場合、その製造過程において金属珪素や金属珪素化合物を深部まで溶浸するのが困難となる。
【００３５】
図３は、本発明の窯炉用構造部材をロータリーキルンのリフターに適用した場合の実施形態の更に他の一例を示す説明図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。本例のリフター３は、台形状の基端部分３ａと板状の撹拌部分３ｂが別体となっており、撹拌部分３ｂがアンカーピン３ｃによって基端部分３ａに固定された構造を有する。このリフター３は、耐火ブロックに挟まれて固定される基端部分が台形状となっているため施工性に優れ、また、撹拌部分３ｂは中実であるが、その肉厚は、リフターとして必要な強度や剛性等が得られる範囲において極力薄くしているため、金属珪素含浸炭化珪素や金属珪素化合物含浸炭化珪素で構成しようとする場合、その製造過程において金属珪素や金属珪素化合物を溶浸するのが比較的容易である。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３７】
（実施例１）
粒子径が５００μｍ以上、３０００μｍ以下の粒子４０質量％と、粒子径が１００μｍ以上、５００μｍ未満の粒子３０質量％と、粒子径が１００μｍ未満の粒子３０質量％とからなるＳｉＣ粒子の合計１００質量％に対し、外配で、カルボキシメチルセルロース（有機バインダー）０．１質量％と、ポリエチレングリコール（分散剤）０．５質量％と、水５質量％とを加えた後、フレットにて混練して坏土を得、これをランマー成形により所定形状に成形して成形体を得た。ランマー成形には、エアー駆動式のランマーを使用し、エアー圧力２ｋｇｆ／ｃｍ２で成形を実施した。この成形体を、成形体の質量に対して４０質量％の金属Ｓｉの存在下、不活性雰囲気において１６００℃で５時間焼成し、表１に示すような特性（熱伝導率、強度、ヤング率、見掛け気孔率、酸化皮膜厚さ）を持った、Ｓｉ含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプル（寸法：２３０ｍｍ×１１４ｍｍ×６５ｍｍ）を得た。
【００３８】
（実施例２）
不活性雰囲気下での焼成後、大気雰囲気下において１２００℃で３時間加熱した以外は、実施例１と同様にして、表１に示すような特性を持った、Ｓｉ含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプルを得た。
【００３９】
（実施例３）
大気雰囲気下での加熱温度を１３００℃とした以外は、実施例２と同様にして、表１に示すような特性を持った、Ｓｉ含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプルを得た。
【００４０】
（実施例４）
ＳｉＣ粒子を、粒子径が５００μｍ以上、３０００μｍ以下の粒子６０質量％と、粒子径が１００μｍ以上、５００μｍ未満の粒子２０質量％と、粒子径が１００μｍ未満の粒子５０質量％とで構成し、不活性雰囲気下での焼成時における金属Ｓｉの存在量を成形体の質量に対して２５質量％とした以外は、実施例１と同様にして、表１に示すような特性を持った、Ｓｉ含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプルを得た。
【００４１】
（実施例５）
不活性雰囲気下での焼成後、大気雰囲気下において１２００℃で３時間加熱した以外は、実施例４と同様にして、表１に示すような特性を持った、Ｓｉ含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプルを得た。
【００４２】
（実施例６）
不活性雰囲気下での焼成後、大気雰囲気下において１２００℃で１時間加熱した以外は、実施例４と同様にして、表１に示すような特性を持った、Ｓｉ含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプルを得た。
【００４３】
（実施例７）
不活性雰囲気下での焼成後、大気雰囲気下において１３００℃で１時間加熱した以外は、実施例４と同様にして、表１に示すような特性を持った、Ｓｉ含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプルを得た。
【００４４】
（実施例８）
成形時のエアーランマーのエアー圧力を１ｋｇｆ／ｃｍ２とした以外は、実施例４と同様にして、表１に示すような特性を持った、Ｓｉ含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプルを得た。
【００４５】
（実施例９）
粒子径が５００μｍ以上、３０００μｍ以下の粒子４０質量％と、粒子径が１００μｍ以上、５００μｍ未満の粒子３０質量％と、粒子径が１００μｍ未満の粒子３０質量％とからなるＳｉＣ粒子の合計１００質量％に対し、外配で、カルボキシメチルセルロース（有機バインダー）０．１質量％と、ポリエチレングリコール（滑材）０．５質量％と、水５質量％とを加えた後、フレットにて混練して坏土を得、これをプレス成形により所定形状に成形して成形体を得た。この成形体を、金属Ｓｉの存在下、不活性雰囲気において１６００℃で５時間焼成し、表１に示すような特性を持った、Ｓｉ含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプル（寸法：２３０ｍｍ×１１４ｍｍ×６５ｍｍ）を得た。
【００４６】
（実施例１０）
粒子径が５００μｍ以上、３０００μｍ以下の粒子４０質量％と、粒子径が１００μｍ以上、５００μｍ未満の粒子３０質量％と、粒子径が１００μｍ未満の粒子３０質量％とからなるＳｉＣ粒子の合計１００質量％に対し、外配で、ポリビニルアルコール（有機バインダー）０．１質量％と、ポリカルボン酸Ｎａ（分散剤）０．１質量％と、水１７質量％とを加えた後、ボールミルにて混合して泥漿を得、これを石膏型による鋳込み成形により所定形状に成形して成形体を得た。この成形体を、金属Ｓｉの存在下、不活性雰囲気において１６００℃で５時間焼成し、表１に示すような特性を持った、Ｓｉ含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプル（寸法：２３０ｍｍ×１１４ｍｍ×６５ｍｍ）を得た。
【００４７】
（実施例１１）
金属Ｓｉの存在下で焼成を行う代わりに、ＭｏＳｉ２の存在下で焼成を行うとともに、焼成時の温度を２１２０℃とした以外は、実施例２と同様にして、表１に示すような特性を持った、ＭｏＳｉ２含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプルを得た。
【００４８】
（実施例１２）
金属Ｓｉの存在下で焼成を行う代わりに、ＴｉＳｉ２の存在下で焼成を行った以外は、実施例２と同様にして、表１に示すような特性を持った、ＴｉＳｉ２含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプルを得た。
【００４９】
（実施例１３）
金属Ｓｉの存在下で焼成を行う代わりに、ＺｒＳｉ２の存在下で焼成を行うとともに、焼成時の温度を１６２０℃とした以外は、実施例２と同様にして、表１に示すような特性を持った、ＺｒＳｉ２含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプルを得た。
【００５０】
（実施例１４）
金属Ｓｉの存在下で焼成を行う代わりに、ＷＳｉ２の存在下で焼成を行うとともに、焼成時の温度を２２６０℃とした以外は、実施例２と同様にして、表１に示すような特性を持った、ＷＳｉ２含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプルを得た。
【００５１】
(実施例１５)
平均粒子径１００μｍのＳｉＣ粒子４５質量％と、粒子径３０μｍ以下のＳｉＣ粒子４０質量％と、金属珪素１５質量％との合計１００質量％に対し、外配で、焼結助材０.５質量％と、ポリビニルアルコール（有機バインダー）０．１質量％と、ポリカルボン酸Ｎａ（分散剤）０．０５質量％と、水１３質量％とを加えた後、ボールミルにて混合して泥漿を得、これを石膏型による鋳込み成形により所定形状に成形して成形体を得た。この成形体を、Ｎ２雰囲気において１４００℃で５時間焼成して、表１に示すような特性を持った、ＳｉＣとＳｉ３Ｎ４との複合材料からなる窯炉用構造部材のサンプル（寸法：２３０ｍｍ×１１４ｍｍ×６５ｍｍ）を得た。
【００５２】
（比較例１）
ＳｉＣ粒子を、粒子径が２００μｍ以上、５００μｍ以下の粒子４０質量％と、粒子径が５０μｍ以上、２００μｍ未満の粒子３０質量％と、粒子径が５０μｍ未満の粒子３０質量％とで構成した以外は、実施例２と同様にして、表２に示すような特性を持った、Ｓｉ含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプルを得た。
【００５３】
（比較例２）
ＳｉＣ粒子を、粒子径が１００μｍ以上、１５０μｍ以下の粒子４０質量％と、粒子径が１０μｍ以上、５０μｍ以下の粒子３０質量％と、粒子径が１０μｍ未満の粒子３０質量％とで構成した以外は、実施例２と同様にして、表２に示すような特性を持った、Ｓｉ含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプルを得た。
【００５４】
（比較例３）
耐熱鋳鋼からなる窯炉用構造部材の例として、表２に示すような特性を持った、ＳＣＨ１３からなるサンプル（寸法：２３０ｍｍ×１１４ｍｍ×６５ｍｍ）を用意した。
【００５５】
（比較例４）
耐熱耐蝕金属からなる窯炉用構造部材の例として、表２に示すような特性を持った、ステンレス鋼からなるサンプル（寸法：２３０ｍｍ×１１４ｍｍ×６５ｍｍ）を用意した。
【００５６】
（比較例５）
高熱伝導金属からなる窯炉用構造部材の例として、表２に示すような特性を持った、銅からなるサンプル（寸法：２３０ｍｍ×１１４ｍｍ×６５ｍｍ）を用意した。
【００５７】
（比較例６）
耐磨耗合金からなる窯炉用構造部材の例として、表２に示すような特性を持った、タングステンカーバイドからなるサンプル（寸法：２３０ｍｍ×１１４ｍｍ×６５ｍｍ）を用意した。
【００５８】
（比較例７）
耐熱耐蝕合金からなる窯炉用構造部材の例として、表２に示すような特性を持った、ハステロイからなるサンプル（寸法：２３０ｍｍ×１１４ｍｍ×６５ｍｍ）を用意した。
【００５９】
（比較例８）
平均粒子径２ｍｍのＳｉＣ粒子４５質量％と、平均粒子径４０μｍのＳｉＣ粒子１５質量％と、平均粒子径４０μｍのＡｌ２Ｏ３粒子１７質量％と、平均粒子径１０μｍのＳｉＯ２粒子５質量％と、アルミナセメント１０質量％と、平均粒子径５ｍｍのムライト粒子８質量％とを混合し、これに外配で、燐酸ソーダ（分散剤）０．２質量％と、水６質量％を加え、関東ミキサーにて３分間混練した後、所定形状の型枠内に流し込み、成形乾燥して、表２に示すような特性を持った、ＳｉＣ系不定形耐火物からなる窯炉用構造部材のサンプル（寸法：２３０ｍｍ×１１４ｍｍ×６５ｍｍ）を得た。
【００６０】
（比較例９）
粒子径２５〜３ｍｍのムライト粒子２７質量％と、粒子径５〜０．６ｍｍのムライト粒子２７質量％と、平均粒子径５００μｍのＡｌ２Ｏ３粒子１０質量％と、粒子径５０μｍ以下のＡｌ２Ｏ３粒子２７質量％と、アルミナセメント５質量％と、平均粒子径０．１５μｍのＳｉＯ２粒子４質量％とを混合し、これに外配で、燐酸ソーダ（分散剤）０．１質量％と、水６質量％を加え、関東ミキサーにて３分間混練した後、所定形状の型枠内に流し込み、成形乾燥して、表２に示すような特性を持った、ムライト系不定形耐火物からなる窯炉用構造部材のサンプル（寸法：２３０ｍｍ×１１４ｍｍ×６５ｍｍ）を得た。
【００６１】
（比較例１０）
粒子径１〜３ｍｍのムライト粒子３５質量％と、粒子径０．３ｍｍ以上、１ｍｍ未満のムライト粒子３０質量％と、平均粒子径１０μｍのＡｌ２Ｏ３粒子３０質量％と、粒子径１０μｍ以下の粘土５質量％とを混合した後、フレットにて混練して坏土を得、これをプレス成形により所定形状に成形して成形体を得た。この成形体を、大気雰囲気において１４００℃で５時間焼成して、表２に示すような特性を持った、アルミナ−ムライトからなる窯炉用構造部材のサンプル（寸法：２３０ｍｍ×１１４ｍｍ×６５ｍｍ）を得た。
【００６２】
（比較例１１）
粒子径１〜３ｍｍのＳｉＣ粒子３５質量％と、粒子径０．３ｍｍ以上、１ｍｍ未満のＳｉＣ粒子３０質量％と、粒子径０.３ｍｍ未満のＳｉＣ粒子３０質量％と、粒子径１０μｍ以下の粘土３質量％と、酸化防止剤２質量％とを混合した後、フレットにて混練して坏土を得、これをプレス成形により所定形状に成形して成形体を得た。この成形体を、大気雰囲気において１４００℃で５時間焼成して、表２に示すような特性を持った、酸化物結合ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプル（寸法：２３０ｍｍ×１１４ｍｍ×６５ｍｍ）を得た。
【００６３】
［評価］
実施例１〜１５及び比較例１〜１１の各サンプルについて、以下の方法により、耐摩耗性、耐高温侵蝕性、耐熱衝撃性について評価し、その結果を表１及び表２に示した。
【００６４】
（耐摩耗性）
ＪＩＳ砥粒粒度Ｆ３６に相当する炭化珪素粒子１０００ｇを、４５０ｋＰａの加圧空気にて、直径φ５ｍｍの投射口より各サンプルに４５０±１５秒間吹き付けて、磨耗体積を計測した。
【００６５】
（耐高温侵蝕性）
スラグを想定した表３に示す組成の混合物を、各サンプル上に１０ｇ載置し、１３００℃で２４時間保持するという加熱処理を５回繰り返し、その後、各サンプルを切断して、断面の侵蝕量（表面からの侵蝕深さ）を調べた。
【００６６】
（耐熱衝撃性）
図５に示すように、各サンプル１０を、１２００℃に加熱した炉１１内に１／２投入して、１時間後に室温の炉外に取り出すという操作を繰り返し、亀裂の有無を調べた。１０回以下の繰り返しで亀裂の発生したものを「×」、１１〜２０回の繰り返しで亀裂の発生したものを「△」、２０回の繰り返しでも亀裂の発生しなかったものを「○」とした。
【００６７】
【表１】
【００６８】
【表２】
【００６９】
【表３】
【００７０】
表１に示すとおり、熱伝導率、強度、ヤング率、見掛け気孔率の全てが本発明の規定を満たす実施例１〜１５のサンプルは、全評価項目において優れた結果を示し、窯炉用構造部材に適したものであることがわかった。これに対し、表２に示すとおり、熱伝導率、強度、ヤング率、見掛け気孔率の何れか１つ以上が本発明に規定する値を満たしていない比較例１〜１１は、何れか１つ以上の評価項目において、実施例１〜１５より大きく劣っており、窯炉用構造部材に適したものとは言えない。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、ロータリーキルンのリフターに代表されるような、耐熱衝撃性、耐反応劣化性、耐摩耗性、強度等を高いレベルで要求される窯炉用構造部材として好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の窯炉用構造部材をロータリーキルンのリフターに適用した場合の実施形態の一例を示す説明図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は下面図、（ｄ）は側面図である。
【図２】本発明の窯炉用構造部材をロータリーキルンのリフターに適用した場合の実施形態の他の一例を示す説明図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は下面図、（ｄ）は側面図である。
【図３】本発明の窯炉用構造部材をロータリーキルンのリフターに適用した場合の実施形態の更に他の一例を示す説明図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【図４】リフターの設置状態を示す説明図である。
【図５】実施例における亀裂評価の方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７３】
１：リフター、２：リフター、３：リフター、３ａ：基端部分、３ｂ：撹拌部分、３ｃ：アンカーピン、５：耐火ブロック、７：シェル、１０：サンプル、１１：炉。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリーキルンのリフターに代表されるような、耐熱衝撃性、耐反応劣化性、耐摩耗性、強度等を高いレベルで要求される窯炉用構造部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータリーキルンは、耐火材を内張りした円筒状の炉体を回転させることにより、処理対象となる内容物を転動させながら加熱処理する加熱炉であり、セメントや石灰などの原料製造や産業廃棄物の焼却などに使用される。通常、ロータリーキルンには、内周面に沿ってリフターと呼ばれる突起状の構造部材が設けられている。
【０００３】
このようなリフターを設けることによって、炉内に滞留する原料や廃棄物の撹拌効率が向上し、その結果、例えば、脱水や脱炭が生じる原料の熱処理においては、その脱水や脱炭の効率が高めることができ、また、産業廃棄物の焼却処理においては、未燃焼物及びダイオキシン含有量を非常に少なくすることができる。
【０００４】
従来、このロータリーキルンのリフターに代表されるような、耐熱衝撃性、耐反応劣化性、耐摩耗性、強度等が高いレベルで要求される窯炉用構造部材には、その構成材料として、耐熱鋳鋼、耐熱金属、耐火煉瓦、不定形耐火物、磁器などが用いられてきた（例えば、特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】特開昭５９−１３８８８４号公報
【特許文献２】特公平７−６７４２号公報
【特許文献３】特開２００５−２４１３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＳＣＨ１３、ＳＣＨ１２、ステンレス鋼などの耐熱鋳鋼を構成材料とする窯炉用構造部材は、摩耗を伴う９００℃以上の高温環境下で使用した場合、表面の酸化と摩耗とが継続的に繰り返されて、短期間で劣化するという問題があった。
【０００６】
また、タングステンカーバイド、ハステロイ、ユムコ合金などの耐熱金属を構成材料とする窯炉用構造部材は、非常に高価であるとともに、大型化や複雑な形状への加工が困難であるという問題があった。
【０００７】
また、耐火煉瓦を構成材料とする窯炉用構造部材は、粒子の結合部分が弱いため、摩耗が早く、また、物体中に温度差がつくと、高温部と低温部との膨張差により生じる応力で破損が生じやすく、加熱冷却の繰り返しに弱いという問題があった。
【０００８】
更に、炭化珪素系不定形耐火物やムライト系不定形耐火物などの不定形耐火物を構成材料とする窯炉用構造部材は、大型の部材を作製しやすいという利点はあるものの、前記耐火煉瓦と同様に、粒子の結合部分が弱いため、摩耗が早く、また、加熱冷却によって物体内に温度差が生じやすく、耐熱衝撃によって比較的短期間で崩壊するという問題があった。なお、崩壊割れを防止するために、耐火物中にステンレス製アンカーを埋設したものも存在するが、使用中の高温でアンカーが酸化膨張し、保持能力を失ったり、耐火物を破壊したりする場合があった。
【０００９】
更にまた、磁器を構成材料とする窯炉用構造部材は、強度は高いものの、温度変化に極端に弱く、早期に破損するという問題があった。
【００１０】
本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来の窯炉用構造部材に比して、摩耗や損傷が生じにくく、長寿命な窯炉用構造部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明によれば、以下の窯炉用構造部材が提供される。
【００１２】
［１］ 熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、強度が５０ＭＰａ以上、ヤング率が２００ＧＰａ以上、見掛け気孔率が１０％以下のセラミックス材料からなる窯炉用構造部材。
【００１３】
［２］ 前記セラミックス材料が、炭化珪素、窒化珪素、炭化珪素と窒化珪素との複合材料、炭化珪素と珪素との複合材料、及び炭化珪素と珪素化合物との複合材料の内の何れかである［１］に記載の窯炉用構造部材。
【００１４】
［３］ 前記炭化珪素と珪素との複合材料が、炭化珪素に金属珪素を含浸させた金属珪素含浸炭化珪素である［２］に記載の窯炉用構造部材。
【００１５】
［４］ 前記炭化珪素と珪素との複合材料が、５０〜９５質量％の炭化珪素と５〜５０質量％の金属珪素とから構成された［２］に記載の窯炉用構造部材。
【００１６】
［５］ 前記炭化珪素と珪素化合物との複合材料が、炭化珪素に金属珪素とモリブデン、チタン、ジルコニウム及びタングステンからなる群より選ばれる１種以上の金属との化合物であって、融点が１０００℃以上のものを含浸させた金属珪素化合物含浸炭化珪素である［２］に記載の窯炉用構造部材。
【００１７】
［６］ 少なくとも炉内雰囲気と接触する部位の表面に、厚さ１０μｍ以上の酸化皮膜が形成された［１］〜［５］の何れかに記載の窯炉用構造部材。
【００１８】
［７］ ロータリーキルンのリフターである［１］〜［６］の何れかに記載の窯炉用構造部材。
【００１９】
［８］ 中空構造を有する［１］〜［７］の何れかに記載の窯炉用構造部材。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の窯炉用構造部材は、従来の窯炉用構造部材に比して、摩耗や損傷が生じにくく、長寿命であるため、本発明の窯炉用構造部材を用いれば、長寿命な炉が得られ、また、炉のメンテナンスのサイクルも延長可能となるので、炉を運用するためのトータルコストを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、セラミックス材料からなる窯炉用構造部材であって、当該セラミックス材料の熱伝導率、強度、ヤング率及び見掛け気孔率を以下のように規定したものである。
【００２２】
まず、本発明の窯炉用構造部材を構成するセラミックス材料の熱伝導率は、耐熱衝撃性の観点から、３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、好ましくは５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、更に好ましくは１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上としている。熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であれば、加熱・冷却によって生ずる部材内部の温度差を小さくすることができ、熱膨張差に起因する熱応力が抑えられて、破損しにくくなる。なお、本発明における「熱伝導率」は、レーザーフラッシュ法（ＪＩＳ Ｒ１６１１）によって測定された値である。
【００２３】
本発明の窯炉用構造部材を構成するセラミックス材料の強度は、窯炉用構造部材として必要とされる一定レベル以上の強度と剛性を持たせるため、５０ＭＰａ以上、好ましくは１００ＭＰａ以上、更に好ましくは２００ＭＰａ以上としている。強度が５０ＭＰａ以上であれば、ロータリーキルンのリフターのような用途に用いた場合おいても、十分な強度と剛性が得られる。なお、本発明における「強度」は、オートグラフによる抗折曲げ強度（ＪＩＳ Ｒ１６０１）によって測定された値である。
【００２４】
本発明の窯炉用構造部材を構成するセラミックス材料のヤング率は、窯炉用構造部材として必要とされる一定レベル以上の強度と剛性を持たせるため、２００ＧＰａ以上、好ましくは２５０ＧＰａ以上、更に好ましくは３００ＧＰａ以上としている。ヤング率が２００ＧＰａ以上であれば、ロータリーキルンのリフターのような用途に用いた場合おいても、十分な強度と剛性が得られる。なお、本発明における「ヤング率」は、ＪＩＳ Ｒ１６０２に規定された方法によって測定された値である。
【００２５】
本発明の窯炉用構造部材を構成するセラミックス材料の見掛け気孔率は、耐摩耗性や反応劣化抑制の観点から、１０％以下、好ましくは５％以下、更に好ましくは１％以下としている。見掛け気孔率が１０％以下の緻密なセラミックス材料から構成されていれば、摩耗を伴う環境下で使用した場合にも、短期間で使用不能な状態まで摩耗することはなく、また、表面積が小さいため、高温環境下の使用した場合にも、炉内雰囲気との反応による酸化等の劣化が抑えられる。なお、本発明における「見掛け気孔率」は、アルキメデス法（ＪＩＳ Ｒ２２０５）によって測定された値である。
【００２６】
本発明の窯炉用構造部材を構成するセラミックス材料の具体的な材質としては、前記のような物性値を実現可能なものであれば特に限定されるものではないが、好適なものとしては、炭化珪素、窒化珪素、炭化珪素と窒化珪素との複合材料、炭化珪素と珪素との複合材料、及び炭化珪素と珪素化合物との複合材料が挙げられ、中でも、前記のような物性値を比較的容易に実現し得る、炭化珪素と珪素との複合材料、及び炭化珪素と珪素化合物との複合材料が、特に好ましい。
【００２７】
炭化珪素と珪素との複合材料の代表的なものとしては、炭化珪素に金属珪素を含浸させた金属珪素含浸炭化珪素が知られている。この金属珪素含浸炭化珪素は、例えば、炭化珪素粉末を主体とする原料を、プレス成形、鋳込み成形等の各種成形法にて所定形状に成形し、得られた成形体、又はこの成形体を焼成して得られた焼成体に、金属珪素を載置した状態で、不活性雰囲気下にて、金属珪素の溶融温度以上の温度で焼成し、金属珪素を前記成形体又は焼成体に溶浸させて焼結させることにより製造することができる。
【００２８】
なお、本発明の窯炉用構造部材を、この金属珪素含浸炭化珪素のような炭化珪素と珪素との複合材料で構成する場合には、当該複合材料を５０〜９５質量％の炭化珪素と５〜５０質量％の金属珪素とから構成することが好ましい。炭化珪素と金属珪素との比率を、このような範囲とすると、本発明に規定する熱伝導率、強度、ヤング率及び見掛け気孔率を持ったセラミック材料が得られやすい。炭化珪素が５０質量％未満（金属珪素が５０質量％超）の場合は、金属珪素含浸時に焼成体にクラックが発生しやすくなる。一方、炭化珪素が９５質量％超（金属珪素が５質量％未満）の場合は、金属珪素の含浸が不十分となり、気孔が多くなる。
【００２９】
また、炭化珪素と珪素化合物との複合材料の代表的なものとしては、炭化珪素に金属珪素とモリブデン、チタン、ジルコニウム及びタングステンからなる群より選ばれる１種以上の金属との化合物を含浸させた金属珪素化合物含浸炭化珪素が知られている。なお、本発明おいては、９００℃を超えるような高温環境下での使用を考慮し、前記化合物として、融点が１０００℃以上のものを使用するのが好ましい。このような化合物としては、例えば、ＭｏＳｉ２、ＴｉＳｉ２、ＺｒＳｉ２、ＷＳｉ２が好適なものとして挙げられる。
【００３０】
この金属珪素化合物含浸炭化珪素は、例えば、炭化珪素粉末を主体とする原料を、プレス成形、鋳込み成形等の各種成形法にて所定形状に成形し、得られた成形体、又はこの成形体を焼成して得られた焼成体に、前記のような化合物を載置した状態で、不活性雰囲気下にて、化合物の溶融温度以上の温度で焼成し、化合物を前記成形体又は焼成体に溶浸させて焼結させることにより製造することができる。
【００３１】
本発明の窯炉用構造部材は、少なくとも炉内雰囲気と接触する部位の表面に、厚さ１０μｍ以上の酸化皮膜が形成されていることが好ましい。このような酸化皮膜が形成されていると、窯炉用構造部材が炭化珪素を含む場合において、炭化珪素の継続酸化を抑制するという効果がある。なお、酸化皮膜の厚さが１０μｍ未満では、十分な効果が得られにくい。
【００３２】
本発明の窯炉用構造部材は、その具体的な用途が限定されるものではないが、耐熱衝撃性、耐反応劣化性、耐摩耗性、強度等を高いレベルで要求される、ロータリーキルンのリフター、クエンチングクーラー、ストーカ炉のグレーチングプレートなどに特に好適に使用できる。
【００３３】
図１は、本発明の窯炉用構造部材をロータリーキルンのリフターに適用した場合の実施形態の一例を示す説明図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は下面図、（ｄ）は側面図である。図４に示すように、通常、ロータリーキルンのリフター１は、その基端部分が耐火ブロック５で挟まれるようにしてシェル７内面に設置されるため、図１のように正面から見た形状が台形状となっていることが、施工性の観点から好ましい。また、本例のリフター１は、中空構造となっているため、耐熱スポーリング性に優れるとともに、内部空間が断熱効果を発揮して、シェル７に熱が伝わりにくくなり、炉内の熱が外部に逃げるのを抑制する効果がある。更に、窯炉用構造部材を、前述の金属珪素含浸炭化珪素や金属珪素化合物含浸炭化珪素で構成しようとする場合、部材の肉厚が厚すぎると、製造過程において金属珪素や金属珪素化合物を深部まで溶浸するのが困難であるが、本例のリフター１のように中空構造とすれば、肉厚を薄くすることが可能となるので、製造が容易である。
【００３４】
図２は、本発明の窯炉用構造部材をロータリーキルンのリフターに適用した場合の実施形態の他の一例を示す説明図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は下面図、（ｄ）は側面図である。本例のリフター２は、その外形については、図１に示すリフターと、同一であるが、図１のリフターが前記のとおり中空構造であるのに対し、中実構造になっている。このように中実構造とした場合には、破壊衝撃抵抗性に優れる反面、中空構造の場合に比して、シェルに熱が伝わりやすくなり、炉内の熱が外部に逃げやすくなるというデメリットもある。また、肉厚になるため、金属珪素含浸炭化珪素や金属珪素化合物含浸炭化珪素で構成しようとする場合、その製造過程において金属珪素や金属珪素化合物を深部まで溶浸するのが困難となる。
【００３５】
図３は、本発明の窯炉用構造部材をロータリーキルンのリフターに適用した場合の実施形態の更に他の一例を示す説明図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。本例のリフター３は、台形状の基端部分３ａと板状の撹拌部分３ｂが別体となっており、撹拌部分３ｂがアンカーピン３ｃによって基端部分３ａに固定された構造を有する。このリフター３は、耐火ブロックに挟まれて固定される基端部分が台形状となっているため施工性に優れ、また、撹拌部分３ｂは中実であるが、その肉厚は、リフターとして必要な強度や剛性等が得られる範囲において極力薄くしているため、金属珪素含浸炭化珪素や金属珪素化合物含浸炭化珪素で構成しようとする場合、その製造過程において金属珪素や金属珪素化合物を溶浸するのが比較的容易である。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３７】
（実施例１）
粒子径が５００μｍ以上、３０００μｍ以下の粒子４０質量％と、粒子径が１００μｍ以上、５００μｍ未満の粒子３０質量％と、粒子径が１００μｍ未満の粒子３０質量％とからなるＳｉＣ粒子の合計１００質量％に対し、外配で、カルボキシメチルセルロース（有機バインダー）０．１質量％と、ポリエチレングリコール（分散剤）０．５質量％と、水５質量％とを加えた後、フレットにて混練して坏土を得、これをランマー成形により所定形状に成形して成形体を得た。ランマー成形には、エアー駆動式のランマーを使用し、エアー圧力２ｋｇｆ／ｃｍ２で成形を実施した。この成形体を、成形体の質量に対して４０質量％の金属Ｓｉの存在下、不活性雰囲気において１６００℃で５時間焼成し、表１に示すような特性（熱伝導率、強度、ヤング率、見掛け気孔率、酸化皮膜厚さ）を持った、Ｓｉ含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプル（寸法：２３０ｍｍ×１１４ｍｍ×６５ｍｍ）を得た。
【００３８】
（実施例２）
不活性雰囲気下での焼成後、大気雰囲気下において１２００℃で３時間加熱した以外は、実施例１と同様にして、表１に示すような特性を持った、Ｓｉ含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプルを得た。
【００３９】
（実施例３）
大気雰囲気下での加熱温度を１３００℃とした以外は、実施例２と同様にして、表１に示すような特性を持った、Ｓｉ含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプルを得た。
【００４０】
（実施例４）
ＳｉＣ粒子を、粒子径が５００μｍ以上、３０００μｍ以下の粒子６０質量％と、粒子径が１００μｍ以上、５００μｍ未満の粒子２０質量％と、粒子径が１００μｍ未満の粒子５０質量％とで構成し、不活性雰囲気下での焼成時における金属Ｓｉの存在量を成形体の質量に対して２５質量％とした以外は、実施例１と同様にして、表１に示すような特性を持った、Ｓｉ含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプルを得た。
【００４１】
（実施例５）
不活性雰囲気下での焼成後、大気雰囲気下において１２００℃で３時間加熱した以外は、実施例４と同様にして、表１に示すような特性を持った、Ｓｉ含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプルを得た。
【００４２】
（実施例６）
不活性雰囲気下での焼成後、大気雰囲気下において１２００℃で１時間加熱した以外は、実施例４と同様にして、表１に示すような特性を持った、Ｓｉ含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプルを得た。
【００４３】
（実施例７）
不活性雰囲気下での焼成後、大気雰囲気下において１３００℃で１時間加熱した以外は、実施例４と同様にして、表１に示すような特性を持った、Ｓｉ含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプルを得た。
【００４４】
（実施例８）
成形時のエアーランマーのエアー圧力を１ｋｇｆ／ｃｍ２とした以外は、実施例４と同様にして、表１に示すような特性を持った、Ｓｉ含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプルを得た。
【００４５】
（実施例９）
粒子径が５００μｍ以上、３０００μｍ以下の粒子４０質量％と、粒子径が１００μｍ以上、５００μｍ未満の粒子３０質量％と、粒子径が１００μｍ未満の粒子３０質量％とからなるＳｉＣ粒子の合計１００質量％に対し、外配で、カルボキシメチルセルロース（有機バインダー）０．１質量％と、ポリエチレングリコール（滑材）０．５質量％と、水５質量％とを加えた後、フレットにて混練して坏土を得、これをプレス成形により所定形状に成形して成形体を得た。この成形体を、金属Ｓｉの存在下、不活性雰囲気において１６００℃で５時間焼成し、表１に示すような特性を持った、Ｓｉ含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプル（寸法：２３０ｍｍ×１１４ｍｍ×６５ｍｍ）を得た。
【００４６】
（実施例１０）
粒子径が５００μｍ以上、３０００μｍ以下の粒子４０質量％と、粒子径が１００μｍ以上、５００μｍ未満の粒子３０質量％と、粒子径が１００μｍ未満の粒子３０質量％とからなるＳｉＣ粒子の合計１００質量％に対し、外配で、ポリビニルアルコール（有機バインダー）０．１質量％と、ポリカルボン酸Ｎａ（分散剤）０．１質量％と、水１７質量％とを加えた後、ボールミルにて混合して泥漿を得、これを石膏型による鋳込み成形により所定形状に成形して成形体を得た。この成形体を、金属Ｓｉの存在下、不活性雰囲気において１６００℃で５時間焼成し、表１に示すような特性を持った、Ｓｉ含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプル（寸法：２３０ｍｍ×１１４ｍｍ×６５ｍｍ）を得た。
【００４７】
（実施例１１）
金属Ｓｉの存在下で焼成を行う代わりに、ＭｏＳｉ２の存在下で焼成を行うとともに、焼成時の温度を２１２０℃とした以外は、実施例２と同様にして、表１に示すような特性を持った、ＭｏＳｉ２含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプルを得た。
【００４８】
（実施例１２）
金属Ｓｉの存在下で焼成を行う代わりに、ＴｉＳｉ２の存在下で焼成を行った以外は、実施例２と同様にして、表１に示すような特性を持った、ＴｉＳｉ２含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプルを得た。
【００４９】
（実施例１３）
金属Ｓｉの存在下で焼成を行う代わりに、ＺｒＳｉ２の存在下で焼成を行うとともに、焼成時の温度を１６２０℃とした以外は、実施例２と同様にして、表１に示すような特性を持った、ＺｒＳｉ２含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプルを得た。
【００５０】
（実施例１４）
金属Ｓｉの存在下で焼成を行う代わりに、ＷＳｉ２の存在下で焼成を行うとともに、焼成時の温度を２２６０℃とした以外は、実施例２と同様にして、表１に示すような特性を持った、ＷＳｉ２含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプルを得た。
【００５１】
(実施例１５)
平均粒子径１００μｍのＳｉＣ粒子４５質量％と、粒子径３０μｍ以下のＳｉＣ粒子４０質量％と、金属珪素１５質量％との合計１００質量％に対し、外配で、焼結助材０.５質量％と、ポリビニルアルコール（有機バインダー）０．１質量％と、ポリカルボン酸Ｎａ（分散剤）０．０５質量％と、水１３質量％とを加えた後、ボールミルにて混合して泥漿を得、これを石膏型による鋳込み成形により所定形状に成形して成形体を得た。この成形体を、Ｎ２雰囲気において１４００℃で５時間焼成して、表１に示すような特性を持った、ＳｉＣとＳｉ３Ｎ４との複合材料からなる窯炉用構造部材のサンプル（寸法：２３０ｍｍ×１１４ｍｍ×６５ｍｍ）を得た。
【００５２】
（比較例１）
ＳｉＣ粒子を、粒子径が２００μｍ以上、５００μｍ以下の粒子４０質量％と、粒子径が５０μｍ以上、２００μｍ未満の粒子３０質量％と、粒子径が５０μｍ未満の粒子３０質量％とで構成した以外は、実施例２と同様にして、表２に示すような特性を持った、Ｓｉ含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプルを得た。
【００５３】
（比較例２）
ＳｉＣ粒子を、粒子径が１００μｍ以上、１５０μｍ以下の粒子４０質量％と、粒子径が１０μｍ以上、５０μｍ以下の粒子３０質量％と、粒子径が１０μｍ未満の粒子３０質量％とで構成した以外は、実施例２と同様にして、表２に示すような特性を持った、Ｓｉ含浸ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプルを得た。
【００５４】
（比較例３）
耐熱鋳鋼からなる窯炉用構造部材の例として、表２に示すような特性を持った、ＳＣＨ１３からなるサンプル（寸法：２３０ｍｍ×１１４ｍｍ×６５ｍｍ）を用意した。
【００５５】
（比較例４）
耐熱耐蝕金属からなる窯炉用構造部材の例として、表２に示すような特性を持った、ステンレス鋼からなるサンプル（寸法：２３０ｍｍ×１１４ｍｍ×６５ｍｍ）を用意した。
【００５６】
（比較例５）
高熱伝導金属からなる窯炉用構造部材の例として、表２に示すような特性を持った、銅からなるサンプル（寸法：２３０ｍｍ×１１４ｍｍ×６５ｍｍ）を用意した。
【００５７】
（比較例６）
耐磨耗合金からなる窯炉用構造部材の例として、表２に示すような特性を持った、タングステンカーバイドからなるサンプル（寸法：２３０ｍｍ×１１４ｍｍ×６５ｍｍ）を用意した。
【００５８】
（比較例７）
耐熱耐蝕合金からなる窯炉用構造部材の例として、表２に示すような特性を持った、ハステロイからなるサンプル（寸法：２３０ｍｍ×１１４ｍｍ×６５ｍｍ）を用意した。
【００５９】
（比較例８）
平均粒子径２ｍｍのＳｉＣ粒子４５質量％と、平均粒子径４０μｍのＳｉＣ粒子１５質量％と、平均粒子径４０μｍのＡｌ２Ｏ３粒子１７質量％と、平均粒子径１０μｍのＳｉＯ２粒子５質量％と、アルミナセメント１０質量％と、平均粒子径５ｍｍのムライト粒子８質量％とを混合し、これに外配で、燐酸ソーダ（分散剤）０．２質量％と、水６質量％を加え、関東ミキサーにて３分間混練した後、所定形状の型枠内に流し込み、成形乾燥して、表２に示すような特性を持った、ＳｉＣ系不定形耐火物からなる窯炉用構造部材のサンプル（寸法：２３０ｍｍ×１１４ｍｍ×６５ｍｍ）を得た。
【００６０】
（比較例９）
粒子径２５〜３ｍｍのムライト粒子２７質量％と、粒子径５〜０．６ｍｍのムライト粒子２７質量％と、平均粒子径５００μｍのＡｌ２Ｏ３粒子１０質量％と、粒子径５０μｍ以下のＡｌ２Ｏ３粒子２７質量％と、アルミナセメント５質量％と、平均粒子径０．１５μｍのＳｉＯ２粒子４質量％とを混合し、これに外配で、燐酸ソーダ（分散剤）０．１質量％と、水６質量％を加え、関東ミキサーにて３分間混練した後、所定形状の型枠内に流し込み、成形乾燥して、表２に示すような特性を持った、ムライト系不定形耐火物からなる窯炉用構造部材のサンプル（寸法：２３０ｍｍ×１１４ｍｍ×６５ｍｍ）を得た。
【００６１】
（比較例１０）
粒子径１〜３ｍｍのムライト粒子３５質量％と、粒子径０．３ｍｍ以上、１ｍｍ未満のムライト粒子３０質量％と、平均粒子径１０μｍのＡｌ２Ｏ３粒子３０質量％と、粒子径１０μｍ以下の粘土５質量％とを混合した後、フレットにて混練して坏土を得、これをプレス成形により所定形状に成形して成形体を得た。この成形体を、大気雰囲気において１４００℃で５時間焼成して、表２に示すような特性を持った、アルミナ−ムライトからなる窯炉用構造部材のサンプル（寸法：２３０ｍｍ×１１４ｍｍ×６５ｍｍ）を得た。
【００６２】
（比較例１１）
粒子径１〜３ｍｍのＳｉＣ粒子３５質量％と、粒子径０．３ｍｍ以上、１ｍｍ未満のＳｉＣ粒子３０質量％と、粒子径０.３ｍｍ未満のＳｉＣ粒子３０質量％と、粒子径１０μｍ以下の粘土３質量％と、酸化防止剤２質量％とを混合した後、フレットにて混練して坏土を得、これをプレス成形により所定形状に成形して成形体を得た。この成形体を、大気雰囲気において１４００℃で５時間焼成して、表２に示すような特性を持った、酸化物結合ＳｉＣからなる窯炉用構造部材のサンプル（寸法：２３０ｍｍ×１１４ｍｍ×６５ｍｍ）を得た。
【００６３】
［評価］
実施例１〜１５及び比較例１〜１１の各サンプルについて、以下の方法により、耐摩耗性、耐高温侵蝕性、耐熱衝撃性について評価し、その結果を表１及び表２に示した。
【００６４】
（耐摩耗性）
ＪＩＳ砥粒粒度Ｆ３６に相当する炭化珪素粒子１０００ｇを、４５０ｋＰａの加圧空気にて、直径φ５ｍｍの投射口より各サンプルに４５０±１５秒間吹き付けて、磨耗体積を計測した。
【００６５】
（耐高温侵蝕性）
スラグを想定した表３に示す組成の混合物を、各サンプル上に１０ｇ載置し、１３００℃で２４時間保持するという加熱処理を５回繰り返し、その後、各サンプルを切断して、断面の侵蝕量（表面からの侵蝕深さ）を調べた。
【００６６】
（耐熱衝撃性）
図５に示すように、各サンプル１０を、１２００℃に加熱した炉１１内に１／２投入して、１時間後に室温の炉外に取り出すという操作を繰り返し、亀裂の有無を調べた。１０回以下の繰り返しで亀裂の発生したものを「×」、１１〜２０回の繰り返しで亀裂の発生したものを「△」、２０回の繰り返しでも亀裂の発生しなかったものを「○」とした。
【００６７】
【表１】
【００６８】
【表２】
【００６９】
【表３】
【００７０】
表１に示すとおり、熱伝導率、強度、ヤング率、見掛け気孔率の全てが本発明の規定を満たす実施例１〜１５のサンプルは、全評価項目において優れた結果を示し、窯炉用構造部材に適したものであることがわかった。これに対し、表２に示すとおり、熱伝導率、強度、ヤング率、見掛け気孔率の何れか１つ以上が本発明に規定する値を満たしていない比較例１〜１１は、何れか１つ以上の評価項目において、実施例１〜１５より大きく劣っており、窯炉用構造部材に適したものとは言えない。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、ロータリーキルンのリフターに代表されるような、耐熱衝撃性、耐反応劣化性、耐摩耗性、強度等を高いレベルで要求される窯炉用構造部材として好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の窯炉用構造部材をロータリーキルンのリフターに適用した場合の実施形態の一例を示す説明図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は下面図、（ｄ）は側面図である。
【図２】本発明の窯炉用構造部材をロータリーキルンのリフターに適用した場合の実施形態の他の一例を示す説明図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は下面図、（ｄ）は側面図である。
【図３】本発明の窯炉用構造部材をロータリーキルンのリフターに適用した場合の実施形態の更に他の一例を示す説明図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【図４】リフターの設置状態を示す説明図である。
【図５】実施例における亀裂評価の方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７３】
１：リフター、２：リフター、３：リフター、３ａ：基端部分、３ｂ：撹拌部分、３ｃ：アンカーピン、５：耐火ブロック、７：シェル、１０：サンプル、１１：炉。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、強度が５０ＭＰａ以上、ヤング率が２００ＧＰａ以上、見掛け気孔率が１０％以下のセラミックス材料からなる窯炉用構造部材。
【請求項２】
前記セラミックス材料が、炭化珪素、窒化珪素、炭化珪素と窒化珪素との複合材料、炭化珪素と珪素との複合材料、及び炭化珪素と珪素化合物との複合材料の内の何れかである請求項１に記載の窯炉用構造部材。
【請求項３】
前記炭化珪素と珪素との複合材料が、炭化珪素に金属珪素を含浸させた金属珪素含浸炭化珪素である請求項２に記載の窯炉用構造部材。
【請求項４】
前記炭化珪素と珪素との複合材料が、５０〜９５質量％の炭化珪素と５〜５０質量％の金属珪素とから構成された請求項２に記載の窯炉用構造部材。
【請求項５】
前記炭化珪素と珪素化合物との複合材料が、炭化珪素に金属珪素とモリブデン、チタン、ジルコニウム及びタングステンからなる群より選ばれる１種以上の金属との化合物であって、融点が１０００℃以上のものを含浸させた金属珪素化合物含浸炭化珪素である請求項２に記載の窯炉用構造部材。
【請求項６】
少なくとも炉内雰囲気と接触する部位の表面に、厚さ１０μｍ以上の酸化皮膜が形成された請求項１〜５の何れか一項に記載の窯炉用構造部材。
【請求項７】
ロータリーキルンのリフターである請求項１〜６の何れか一項に記載の窯炉用構造部材。
【請求項８】
中空構造を有する請求項１〜７の何れか一項に記載の窯炉用構造部材。
【請求項１】
熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、強度が５０ＭＰａ以上、ヤング率が２００ＧＰａ以上、見掛け気孔率が１０％以下のセラミックス材料からなる窯炉用構造部材。
【請求項２】
前記セラミックス材料が、炭化珪素、窒化珪素、炭化珪素と窒化珪素との複合材料、炭化珪素と珪素との複合材料、及び炭化珪素と珪素化合物との複合材料の内の何れかである請求項１に記載の窯炉用構造部材。
【請求項３】
前記炭化珪素と珪素との複合材料が、炭化珪素に金属珪素を含浸させた金属珪素含浸炭化珪素である請求項２に記載の窯炉用構造部材。
【請求項４】
前記炭化珪素と珪素との複合材料が、５０〜９５質量％の炭化珪素と５〜５０質量％の金属珪素とから構成された請求項２に記載の窯炉用構造部材。
【請求項５】
前記炭化珪素と珪素化合物との複合材料が、炭化珪素に金属珪素とモリブデン、チタン、ジルコニウム及びタングステンからなる群より選ばれる１種以上の金属との化合物であって、融点が１０００℃以上のものを含浸させた金属珪素化合物含浸炭化珪素である請求項２に記載の窯炉用構造部材。
【請求項６】
少なくとも炉内雰囲気と接触する部位の表面に、厚さ１０μｍ以上の酸化皮膜が形成された請求項１〜５の何れか一項に記載の窯炉用構造部材。
【請求項７】
ロータリーキルンのリフターである請求項１〜６の何れか一項に記載の窯炉用構造部材。
【請求項８】
中空構造を有する請求項１〜７の何れか一項に記載の窯炉用構造部材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−９４６６１（Ｐ２００８−９４６６１Ａ）
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２７８３１８（Ｐ２００６−２７８３１８）
【出願日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【出願人】（０００２３７８６８）エヌジーケイ・アドレック株式会社 (37)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【出願人】（０００２３７８６８）エヌジーケイ・アドレック株式会社 (37)
【Ｆターム（参考）】
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