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JP2004099441A - Zirconia-rich fused refractory - Google Patents

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JP2004099441A
JP2004099441A JP2003394000A JP2003394000A JP2004099441A JP 2004099441 A JP2004099441 A JP 2004099441A JP 2003394000 A JP2003394000 A JP 2003394000A JP 2003394000 A JP2003394000 A JP 2003394000A JP 2004099441 A JP2004099441 A JP 2004099441A
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JP
Japan
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weight
refractory
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residual stress
high zirconia
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JP2003394000A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigeo Endo
遠藤 茂男
Kimio Hirata
平田 公男
Shinji Tsuchiya
土屋 伸二
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Saint Gobain TM KK
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Saint Gobain TM KK
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the damage from one-side heating and the damage from heat-cycling, and has a high electric resistance. <P>SOLUTION: Chemical components of a zirconia-rich fused refractory include the contents of 85-96wt.% ZrO<SB>2</SB>, 3-8wt.% SiO<SB>2</SB>, 0.1-2wt.% Al<SB>2</SB>O<SB>3</SB>, >0.05wt.% and ≤3wt.% B<SB>2</SB>O<SB>3</SB>, 0.05-3wt.% sum of BaO, SrO and MgO, ≥0.05wt.% Na<SB>2</SB>O, 0.05-0.6wt.% sum of Na<SB>2</SB>O and K<SB>2</SB>O, and ≤0.3wt.% sum of Fe<SB>2</SB>O<SB>3</SB>and TiO<SB>2</SB>, and do not substantially include P<SB>2</SB>O<SB>5</SB>nor CuO. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

 本発明は、ガラス溶解炉に適した高耐食性で割れのない高ジルコニア溶融耐火物、特に400〜600℃における熱的スポーリング特性および電気的特性を著しく向上させた高ジルコニア溶融耐火物に関するものである。 The present invention relates to a high zirconia molten refractory having high corrosion resistance and no cracks suitable for a glass melting furnace, and particularly to a high zirconia molten refractory having significantly improved thermal spalling properties and electrical properties at 400 to 600 ° C. is there.

 ガラス溶解炉用の耐火物として、従来よりZrO(ジルコニア、あるいは酸化ジルコニウムともいう)を多量に含む溶融耐火物が多用されている。この理由は、ZrO(ジルコニア)が溶融ガラスに対して特に耐食性の大きい金属酸化物だからである。例えば、この様な溶融耐火物として、ZrOを34〜41重量%含むAl−ZrO−SiO質溶融耐火物(以下、AZS系耐火物という)や、ZrOを80重量%以上含む高ジルコニア溶融耐火物などが使用されている。 As a refractory for a glass melting furnace, a molten refractory containing a large amount of ZrO 2 (also referred to as zirconia or zirconium oxide) has been frequently used. The reason for this is that ZrO 2 (zirconia) is a metal oxide having particularly high corrosion resistance to molten glass. For example, as such molten refractory, Al 2 O 3 -ZrO 2 -SiO 2 quality molten refractory containing ZrO 2 34 to 41 wt% (hereinafter, referred to as AZS refractory material) and the ZrO 2 80 wt% The high zirconia melted refractories including the above are used.

 そして、最近では、高ジルコニア溶融耐火物の使用が特に増加している。 And recently, the use of high zirconia molten refractories has been particularly increasing.

 その理由は、高ジルコニア溶融耐火物が、次に説明するような優れた特徴を有するからである。ZrO(ジルコニア)の含有量が高いことと、組織が緻密であることから、高ジルコニア溶融耐火物は、あらゆる種類の溶融ガラスに対して耐食性に優れているという特徴を有する。さらに、溶融ガラスと接触した際に、耐火物とガラスの界面に反応層を作らないので、ガラス中にストーンやコードを発生させることがないという特徴も有する。従って、この高ジルコニア溶融耐火物を使用して溶融されたガラスには、ストーンやコードが非常に少ない。 The reason is that the high zirconia molten refractory has excellent characteristics as described below. Since the content of ZrO 2 (zirconia) is high and the structure is dense, the high zirconia molten refractory has a feature of being excellent in corrosion resistance to all kinds of molten glass. Further, when a contact is made with the molten glass, a reaction layer is not formed at the interface between the refractory and the glass, so that stones and cords are not generated in the glass. Therefore, the glass melted using the high zirconia molten refractory has very few stones and cords.

 なお、高ジルコニア溶融耐火物の状態や化学成分に起因してガラス中に泡が発生する現象、いわゆる発泡に関しては、高ジルコニア溶融耐火物を十分な酸化状態にすることによって、あるいは高ジルコニア溶融耐火物中に含まれるFe(三酸化二鉄)、TiO(二酸化チタン)、CuO(酸化第二銅)などの成分を一定量以下にすることによってほとんど解消している。 Regarding the phenomenon that bubbles are generated in the glass due to the state and chemical composition of the high zirconia molten refractory, so-called foaming, the high zirconia molten refractory is brought into a sufficiently oxidized state, or the high zirconia molten refractory is Almost all of them are eliminated by reducing the components such as Fe 2 O 3 (diiron trioxide), TiO 2 (titanium dioxide), and CuO (cupric oxide) contained in the material to a certain amount or less.

 このような改良によって、高ジルコニア溶融耐火物は、一般用ガラスの分野に限らず、非常に特殊なガラスの分野でも、ガラスを溶解するための炉材として使用されている。 改良 Due to such improvements, high zirconia refractories are used as furnace materials for melting glass not only in the field of general-purpose glass but also in the field of very special glass.

 この高ジルコニア溶融耐火物は、その大部分を占める単斜晶系ジルコニア結晶と少量のガラス相から構成されている。ジルコニア結晶は、1150℃付近で急激な体積変化を伴って単斜晶系と正方晶系の可逆的な変態を起こすことが良く知られている。 高 This high zirconia molten refractory is composed of monoclinic zirconia crystals that occupy the majority and a small amount of glass phase. It is well known that zirconia crystals undergo a reversible transformation between a monoclinic system and a tetragonal system with a rapid change in volume around 1150 ° C.

 したがって、割れのない高ジルコニア溶融耐火物を得るためには、この変態に伴う体積変化をガラス相に吸収させることが大きな課題である。 Therefore, in order to obtain a high zirconia molten refractory without cracks, it is a major issue to absorb the volume change accompanying this transformation into the glass phase.

 この課題を解決するために、従来、いろいろな提案がされている。 従 来 Various proposals have been made to solve this problem.

 例えば、特開昭53−121012号公報には、SiO(シリカ、あるいは二酸化ケイ素ともいう)を1〜4重量%含み、かつSiOの含有量に対するAl(アルミナ、あるいは酸化アルミニアムともいう)の含有量の比(Al/SiO)を0.5〜1.0とし、かつCaO(酸化カルシウム)とMgO(酸化マグネシウム)を僅かに添加した成分が提案されている。その他にも、特開昭56−129675号公報には、P(五酸化二リン)を添加することによってガラス相を軟らかくすることが提案されている。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 53-12012 discloses that SiO 2 (also referred to as silica or silicon dioxide) is contained in an amount of 1 to 4% by weight, and Al 2 O 3 (alumina or aluminum oxide) with respect to the content of SiO 2. (Al 2 O 3 / SiO 2 ) with a content ratio of 0.5 to 1.0 and a small amount of CaO (calcium oxide) and MgO (magnesium oxide) added. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-129675 proposes that the glass phase is softened by adding P 2 O 5 (diphosphorus pentoxide).

 また、最近、比較的小型のガラス炉や特殊な化学成分のガラス用の溶解炉として、電気による溶融炉が増えたことから、高ジルコニア溶融耐火物の電気抵抗を高くすることも課題になっている。 In recent years, the number of electric melting furnaces has increased as relatively small glass furnaces and melting furnaces for glass with special chemical components, and raising the electrical resistance of high zirconia refractory has also become an issue. I have.

 この課題を解決するために、特開昭62−59576号公報には、導電性の良いアルカリ金属酸化物の含有量を減少させ、かつPとB(三酸化二ホウ素)を添加してガラス相を形成することが提案されている。その他にも、特開昭63−285173号公報には、NaO(酸化ナトリウム)を含有せずに、イオン半径の大きいKO(酸化カリウム)、RbO(酸化ルビジウム)、CsOなどを含有し、かつアルカリ土類金属酸化物を含有して、ガラス相を形成した電気抵抗の高い高ジルコニア溶融耐火物が開示されている。その他にも、特開平4−193766号公報には、アルカリ土類金属酸化物を含有してガラス相を形成した電気抵抗の高い高ジルコニア溶融耐火物が開示されている。 In order to solve this problem, JP-A-62-59576 discloses that the content of alkali metal oxide having good conductivity is reduced, and P 2 O 5 and B 2 O 3 (diboron trioxide) are used. To form a glass phase. In addition, JP-A-63-285173 discloses that K 2 O (potassium oxide), Rb 2 O (rubidium oxide), and Cs 2 having a large ionic radius without containing Na 2 O (sodium oxide). A high zirconia molten refractory containing O and the like and containing an alkaline earth metal oxide and having a glass phase and high electric resistance is disclosed. In addition, Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 4-193766 discloses a high zirconia molten refractory having a high electrical resistance and containing an alkaline earth metal oxide to form a glass phase.

 また、熱サイクルに対する抵抗を向上させることも課題になっている。 In addition, improving the resistance to thermal cycling is also an issue.

 この課題を解決するために、特開平2−156575号公報には、Pはガラス相中においてジルコン形成剤として働く性質を有するので、熱サイクルに対する抵抗を向上させるためには、Pを含有しない方が良いという提案がされている。 To solve this problem, Japanese Patent Laid-Open No. 2-156575, since P 2 O 5 has a property to act as zircon forming agent in the glass phase, in order to improve the resistance to thermal cycles, P 2 It has been proposed that O 5 should not be contained.

 このように、従来の高ジルコニア溶融耐火物においては、作製時に割れのない高ジルコニア溶融耐火物を得ることや、高い電気抵抗を有する高ジルコニア溶融耐火物を得ることや、熱サイクルに対する特性に優れた高ジルコニア溶融耐火物を得ることが主な目的であり、それぞれの目的を達成するために数多くの改善提案がされている。
特開昭53−121012号公報 特開昭56−129675号公報 特開平2−156575号公報 特開昭63−285173号公報 特開平4−193766号公報 特開平2−156575号公報
As described above, in the conventional high zirconia molten refractory, it is possible to obtain a high zirconia molten refractory having no crack at the time of manufacturing, to obtain a high zirconia molten refractory having a high electric resistance, and to have excellent properties with respect to a heat cycle. The main object is to obtain a high zirconia molten refractory, and many improvement proposals have been made to achieve each purpose.
JP-A-53-122012 JP-A-56-129675 JP-A-2-156575 JP-A-63-285173 JP-A-4-193766 JP-A-2-156575

 しかし、前述の従来の高ジルコニア溶融耐火物を使用してガラス溶解炉を築炉した場合は、築炉後の昇温途中で高ジルコニア溶融耐火物のコーナー部が割れて飛んだり、炉内面として使用された高ジルコニア溶融耐火物の表面の一部が貝殻状となって剥がれたりする事故や、さらに重大な例としては、ペーブとして使用された高ジルコニア溶融耐火物がほぼ全域にわたって爆発的に割れて飛散する事故が起きている。 However, when a glass melting furnace is built using the above-mentioned conventional high zirconia molten refractory, the corner of the high zirconia molten refractory breaks off during the heating after the furnace is built, and the furnace interior surface is broken. Some of the surfaces of the used high-zirconia molten refractory shell-like and peel off, and more seriously, the high-zirconia molten refractory used as pavement explosively cracks over almost the entire area. Accidents have occurred.

 このような高ジルコニア溶融耐火物の破損事故は、炉の設計や昇温の失敗などによって起こり得るが、炉の設計や昇温などが良好である場合にも起きている。 破損 Such a high zirconia molten refractory breakage accident can occur due to failure in furnace design or heating, etc., but also occurs when the furnace design or heating is good.

 それに対して、高ジルコニア溶融耐火物以外の溶融耐火物、例えばAZS系耐火物、コランダム系耐火物、α−βアルミナ系耐火物、ムライト系耐火物を使用した場合は、そのような破損事故が起こらない。したがって、前述の破損事故は、高ジルコニア溶融耐火物に特有な現象であると考えられる。 On the other hand, if a refractory other than a high zirconia molten refractory, for example, AZS refractory, corundum refractory, α-β alumina refractory, or mullite refractory is used, such a damage accident may occur. Does not happen. Therefore, the above-mentioned damage accident is considered to be a phenomenon peculiar to the high zirconia molten refractory.

 このような破損が起きた場合、破損した部分において、溶融ガラスに対する耐食性が非常に弱くなる。そのため、溶融ガラス中にストーンやコードなどの欠陥を生成したり、破損部分の割れた隙間に溶融ガラスが入り込むことによって侵食を助長したり、泡を巻き込んだりして重大なガラス欠陥を引き起こすという問題が生じる。このように、従来は、前述の高ジルコニア溶融耐火物の利点を最大限に引き出すことができないという問題がある。 場合 If such breakage occurs, the corrosion resistance to the molten glass becomes very weak in the broken portion. As a result, defects such as stones and cords are generated in the molten glass, and molten glass enters the cracked gaps in the damaged part to promote erosion and entrap bubbles, causing serious glass defects. Occurs. As described above, conventionally, there is a problem that the advantage of the high zirconia molten refractory described above cannot be maximized.

 本発明者らは、このような破損の原因を究明するために、後述の実施例1〜14と同様の方法で、前述の従来の提案による化学成分を含む高ジルコニア溶融耐火物(比較例1〜14)を作製し、それらについて、表面の残留応力、片面加熱時の破損の有無、熱サイクルによる亀裂の有無を調べた。その結果を表1に示す。

Figure 2004099441
The present inventors, in order to investigate the cause of such damage, in the same manner as in Examples 1 to 14 described below, a high zirconia molten refractory containing a chemical component according to the above-mentioned conventional proposal (Comparative Example 1). To 14), and the residual stress on the surface, the presence or absence of breakage during single-sided heating, and the presence or absence of cracks due to thermal cycling were examined. Table 1 shows the results.
Figure 2004099441

 表1を参照すると、前述の特開昭56−129675号公報および特開平2−156575号公報に開示された化学成分の耐火物すなわち比較例1、2および比較例3、4、5においては、いずれも作製時点で割れは無く、耐火物表面に残留応力として圧縮力が残存しており、その圧縮力の大きさは50MPaを越えていた。また、特開昭63−285173号公報および特開平4−193766号公報に開示された化学成分の耐火物すなわち比較例6、7および比較例8〜11においては、いずれも作製時点での割れは無く、耐火物表面に残留応力として張力が残存し、その張力の大きさは80MPaを越えていた。そして、比較例1〜11においては、いずれも片面加熱時に破損が生じていた。 Referring to Table 1, in the refractories of the chemical components disclosed in the above-mentioned JP-A-56-129675 and JP-A-2-156575, that is, in Comparative Examples 1 and 2, and Comparative Examples 3, 4, and 5, In each case, there was no crack at the time of production, and a compressive force remained as a residual stress on the surface of the refractory, and the magnitude of the compressive force exceeded 50 MPa. Further, in the refractories of chemical components disclosed in JP-A-63-285173 and JP-A-4-193766, that is, in Comparative Examples 6, 7 and Comparative Examples 8 to 11, cracks at the time of production were all low. No tension remained on the surface of the refractory as residual stress, and the magnitude of the tension exceeded 80 MPa. In Comparative Examples 1 to 11, breakage occurred during heating on one side.

 また、特開昭62−59576号公報に開示された組成の耐火物すなわち比較例12、13においては、残留応力が小さく、片面加熱時の破損はなかった。しかし、熱サイクルによる亀裂が発生した。 In addition, in the refractories having the composition disclosed in JP-A-62-59576, that is, Comparative Examples 12 and 13, the residual stress was small and there was no breakage during single-sided heating. However, cracks occurred due to thermal cycling.

 一方、その他の種類の溶融耐火物、例えばAZS系耐火物、コランダム系耐火物、α−βアルミナ系耐火物、ムライト系耐火物においては、表面に残留応力として張力が残存する。これらの耐火物の中で、最も大きい張力が残存するのは、ZrOを34重量%含むAZS系耐火物であり、その張力の大きさは50MPaを越えることはない。しかも、これらの耐火物においては、片面加熱時に破損が生じない。 On the other hand, in other types of molten refractories, for example, AZS refractories, corundum refractories, α-β alumina refractories, and mullite refractories, tension remains as residual stress on the surface. Among these refractories, the AZS-based refractory containing 34% by weight of ZrO 2 has the largest tension remaining, and the magnitude of the tension does not exceed 50 MPa. In addition, these refractories do not break when heated on one side.

 このような高ジルコニア溶融耐火物以外の耐火物と比較例1〜14を比較すると明らかなように、残留応力の種類や大きさが、片面加熱時の破損の要因である。 に As is clear from comparison of Comparative Examples 1 to 14 with refractories other than such a high zirconia fused refractory, the type and magnitude of residual stress is a factor of breakage during single-sided heating.

 この残留応力は、製造工程中の鋳造し、徐冷する過程で発生する。したがって、残留応力は、使用する鋳型の種類や徐冷速度によって大きく影響を受けると考えられる。 This residual stress is generated during the casting and slow cooling process during the manufacturing process. Therefore, it is considered that the residual stress is greatly affected by the type of mold used and the slow cooling rate.

 しかし、鋳型の種類や徐冷速度を調整しただけでは、残留応力の種類や大きさを制御することができない。例えば、鋳型の種類や徐冷速度を同様にして前述の従来の高ジルコニア溶融耐火物をそれぞれ作製した場合、それらの中には、残留応力の種類として張力を持つものと、圧縮力を持つものがある。つまり、全く逆の種類の残留応力を持つ2種類の高ジルコニア溶融耐火物が存在し、残留応力の種類が制御されていない。 However, the type and magnitude of the residual stress cannot be controlled only by adjusting the type of mold and the slow cooling rate. For example, when the above-mentioned conventional high zirconia molten refractories are manufactured by using the same type of mold and slow cooling rate, some of them have tension as a type of residual stress, while others have a compression force. There is. That is, there are two types of high zirconia fused refractories having completely opposite types of residual stress, and the type of residual stress is not controlled.

 また、残留応力を制御して片面加熱時の破損を防止できたとしても、比較例12〜14のように熱サイクルによる割れがある場合は、前述の同様の問題が生じる。 (4) Even if the residual stress can be controlled to prevent breakage during one-sided heating, the same problem as described above occurs when there is a crack due to a heat cycle as in Comparative Examples 12 to 14.

 これらのことを考え合わせて鋭意な判断と実験を重ねた結果、本発明者らは、高ジルコニア溶融耐火物のガラス相の成分を調整することにより、膨脹係数を変化させて残留応力を制御できることを見出した。 As a result of intensive judgment and experiments repeated in consideration of these facts, the present inventors have found that by adjusting the glass phase component of the high zirconia molten refractory, it is possible to control the residual stress by changing the expansion coefficient. Was found.

 ところで、従来の一般的な高ジルコニア溶融耐火物の常温での曲げ強度は、本発明者らの測定によれば90〜130MPaの範囲である。つまり、高ジルコニア溶融耐火物に発生する張力または圧縮力がこの範囲を越えると、亀裂が入って破損する。 By the way, according to the measurement by the present inventors, the bending strength of a conventional general high zirconia molten refractory at room temperature is in the range of 90 to 130 MPa. That is, if the tensile or compressive force generated in the high zirconia molten refractory exceeds this range, the refractory is cracked and damaged.

 実際は、つまりガラス炉に使用された高ジルコニア溶融耐火物が昇温される場合は、その加熱面が高温になって膨脹しようとするので、それと反対の力である圧縮力が耐火物表面に働く。したがって、高ジルコニア溶融耐火物の表面における残留応力が圧縮力である場合は、加熱による圧縮力と残留応力の合力が高ジルコニア溶融耐火物の表面に働くことから、残留応力が比較的小さくても昇温時に割れなどの破損が起きやすい。一方、残留応力が張力である場合は、加熱による圧縮力が残留応力を解放する方向に働くことから、残留応力が比較的大きくても昇温時に割れなどの破損が起きにくい。 In fact, in other words, when the high zirconia molten refractory used in the glass furnace is heated, its heated surface becomes hot and tends to expand, so the opposite force, compressive force, acts on the refractory surface . Therefore, when the residual stress on the surface of the high zirconia molten refractory is a compressive force, since the combined force of the compressive force and the residual stress by heating acts on the surface of the high zirconia molten refractory, even if the residual stress is relatively small, Breakage such as cracks easily occurs when the temperature rises. On the other hand, when the residual stress is a tension, the compressive force due to heating acts in a direction to release the residual stress, so that even if the residual stress is relatively large, breakage such as a crack is unlikely to occur when the temperature is increased.

 したがって、片面加熱時に耐火物の表面に割れが生じないようにするためには、残留応力が圧縮力の場合に、前述の特開昭56−129675号公報、特開平2−156575号公報に提案されている耐火物の圧縮力よりも小さくし、残留応力が張力の場合に、特開昭63−285173号公報、特開平4−193766号公報に提案されている耐火物の張力よりも若干小さくすべきである。 Therefore, in order to prevent cracks from being generated on the surface of the refractory at the time of single-sided heating, when the residual stress is a compressive force, it is proposed in the above-mentioned JP-A-56-129675 and JP-A-2-156575. When the residual stress is tension, the tension is slightly smaller than the tension of the refractory proposed in JP-A-63-285173 and JP-A-4-193766. Should.

 なお、前述のAZS系耐火物、コランダム系耐火物、α−βアルミナ系耐火物、ムライト系耐火物が、築炉後のガラス炉において昇温時に高ジルコニア溶融耐火物と違って破損しないのは、各耐火物の表面に残っている残留応力が、その耐火物の機械的強度を越えない大きさの張力であることによる。 The AZS-based refractory, corundum-based refractory, α-β alumina-based refractory, and mullite-based refractory do not break when heated in a glass furnace, unlike the high zirconia fused refractory. This is because the residual stress remaining on the surface of each refractory is a tension that does not exceed the mechanical strength of the refractory.

 また、従来の高ジルコニア溶融耐火物に特有の破損は、400〜600℃で全て起こっている。つまり、耐火物のガラス相が軟化する前に、比較的低温で全て起こっている。 破損 Further, breakage peculiar to the conventional high zirconia molten refractory has all occurred at 400 to 600 ° C. That is, everything happens at a relatively low temperature before the glass phase of the refractory softens.

 従って、この点からも、破損をおこさせないようにするためには、ガラス相を構成する成分の選択が極めて重要であることは明らかである。 Therefore, it is clear from this point that the selection of the components constituting the glass phase is extremely important in order to prevent breakage.

 また、高い電気抵抗を持つようにすることや、作製時に耐火物に亀裂などの欠陥が出ないようにすることや、熱サイクルによって亀裂が出ないようにすることも望まれている。そのためにも、ガラス相の化学成分を工夫する必要がある。 It is also desired to have high electrical resistance, to prevent defects such as cracks from occurring in the refractory at the time of fabrication, and to prevent cracks due to thermal cycling. For that purpose, it is necessary to devise a chemical component of the glass phase.

 なお、電気抵抗に関しては、前述の特開昭62−59576号公報に、電気抵抗を高くするために、NaO、KOなどのアルカリ金属酸化物を添加せずに作製された高ジルコニア溶融耐火物が示されている。しかし、この耐火物は、溶融ガラスと接触することによって、イオンの拡散を生じる。それによって、溶融ガラス成分と耐火物のガラス相成分の置換が起こり、耐火物の電気抵抗が低くなるという現象が生じる。 With respect to the electric resistance, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-59576 mentioned above discloses a high zirconia produced without adding an alkali metal oxide such as Na 2 O or K 2 O in order to increase the electric resistance. A molten refractory is shown. However, this refractory causes diffusion of ions by contact with the molten glass. As a result, a phenomenon occurs in which the molten glass component and the glass phase component of the refractory are replaced, and the electric resistance of the refractory decreases.

 この現象を防止するために、前述の特開昭63−285173号公報には、大きなイオン半径を有して置換を起こしにくいアルカリ金属酸化物のKO、アルカリ土類金属酸化物のBaOやSrOを添加することが示されている。しかし、この耐火物においては、残留応力として張力が大きく、片面加熱時に破損しやすいという問題がある。 In order to prevent this phenomenon, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-285173 discloses K 2 O of an alkali metal oxide having a large ionic radius and hardly causing substitution, BaO of an alkaline earth metal oxide, and the like. Addition of SrO is shown. However, this refractory has a problem that it has a large tension as a residual stress and is easily broken at the time of one-side heating.

 なお、前述の比較例1〜11など、従来の提案は、作製時に得られた耐火物に割れが発生しないように、ガラス相の成分について種々の工夫を行っている。しかし、実際にガラス炉を築炉して熱上げをしたときに起こりうる状況、すなわち片面加熱時の状況について、充分に考慮がなされている訳ではない。 In addition, the conventional proposals such as the above-mentioned Comparative Examples 1 to 11 make various efforts on the components of the glass phase so that the refractory obtained at the time of production does not crack. However, a situation that may occur when a glass furnace is actually built and heated up, that is, a situation at the time of one-side heating is not sufficiently considered.

 例えば、前述の特開平2−156575号公報は、極めて小さい試料を炉内に入れて熱サイクルに対する抵抗性を調べている。しかし、小さい試料の全体が炉内に入っていることから、試料に部分的な温度差が出にくく、実際の耐火物の使用条件とは大きく異なる。実際の耐火物の使用条件では、次のように耐火物に部分的な温度差が生じる。実際のガラス炉においては、築炉した後に炉内を昇温していくため、炉壁として使用される耐火物は炉内部分と炉外部分の間で温度差を生じる。すなわち、昇温時において、各耐火物の炉内面と炉外面が同じ温度になることはない。 For example, in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-156575, an extremely small sample is placed in a furnace and the resistance to a heat cycle is examined. However, since the small sample is entirely contained in the furnace, a partial temperature difference is unlikely to appear in the sample, which greatly differs from the actual use conditions of the refractory. Under actual use conditions of the refractory, a partial temperature difference occurs in the refractory as follows. In an actual glass furnace, the temperature inside the furnace is raised after the furnace is built, so that the refractory used as the furnace wall generates a temperature difference between the inside and outside of the furnace. That is, when the temperature is raised, the inner surface of the refractory and the outer surface of the furnace do not reach the same temperature.

 本発明は、残留応力を制御することによって、従来の高ジルコニア溶融耐火物に特有の破損、つまり片面加熱時の破損を防止し、しかも熱サイクルに対する抵抗性を向上させることを目的とする。さらに電気抵抗を向上させることも目的とする。 The object of the present invention is to prevent the damage specific to the conventional high zirconia molten refractory, that is, the damage at the time of single-sided heating, and to improve the resistance to a heat cycle by controlling the residual stress. Another object is to improve the electric resistance.

 本発明の解決手段を例示すると、次のとおりである。 解決 The following is an example of the solution of the present invention.

(1)化学成分として、ZrOの含有量が85〜96重量%であり、SiOの含有量が3〜8重量%であり、Alの含有量が0.1〜2重量%であり、Bの含有量が0.05重量%を超えかつ3重量%以下であり、BaOとSrOとMgOの含有量が合わせて0.05〜3重量%であり、NaOの含有量が0.05重量%以上であり、NaOとKOの含有量が合わせて0.05〜0.6重量%であり、FeとTiOの含有量が合わせて0.3重量%以下であり、PとCuOが実質的に含まれていないことを特徴とする高ジルコニア溶融耐火物。 (1) As chemical components, the content of ZrO 2 is 85 to 96% by weight, the content of SiO 2 is 3 to 8% by weight, and the content of Al 2 O 3 is 0.1 to 2 % by weight. in and, B 2 O 3 content is less and 3 wt% greater than 0.05% by weight, 0.05 to 3 wt% combined content of BaO, SrO, MgO, Na 2 O Is 0.05% by weight or more, the total content of Na 2 O and K 2 O is 0.05 to 0.6% by weight, and the content of Fe 2 O 3 and TiO 2 is the same. A high zirconia molten refractory, characterized in that the content is not more than 0.3% by weight and that P 2 O 5 and CuO are not substantially contained.

(2)表面における残留応力が80MPa以下の張力、または50MPa以下の圧縮力であることを特徴とする前述の高ジルコニア溶融耐火物。 (2) The high zirconia molten refractory as described above, wherein the residual stress on the surface is a tension of 80 MPa or less or a compressive force of 50 MPa or less.

(3)KOの含有量が0.05重量%以上であることを特徴とする前述の高ジルコニア溶融耐火物。 (3) The high zirconia molten refractory as described above, wherein the content of K 2 O is 0.05% by weight or more.

 本発明によれば、化学成分として、ZrOの含有量が85〜96重量%であり、SiOの含有量が3〜8重量%であり、Alの含有量が0.1〜2重量%であり、Bの含有量が0.05重量%を超えかつ3重量%以下であり、BaOとSrOとMgOの含有量が合わせて0.05〜3重量%であり、NaOの含有量が0.05重量%以上であり、かつNaOとKOの含有量が合わせて0.05〜0.6重量%であり、FeとTiOの含有量が合わせて0.3重量%以下であり、PとCuOが実質的に含まれていないので、表面における残留応力を制御して片面加熱時の破損を防止し、しかも熱サイクルによる破損を防止することができる。 According to the present invention, as a chemical component, the content of ZrO 2 is 85 to 96% by weight, the content of SiO 2 is 3 to 8% by weight, and the content of Al 2 O 3 is 0.1 to 2% by weight, the content of B 2 O 3 is more than 0.05% by weight and not more than 3% by weight, and the total content of BaO, SrO and MgO is 0.05 to 3% by weight, The content of Na 2 O is 0.05% by weight or more, and the total content of Na 2 O and K 2 O is 0.05 to 0.6% by weight, and the content of Fe 2 O 3 and TiO 2 is Since the total content is 0.3% by weight or less, and P 2 O 5 and CuO are not substantially contained, residual stress on the surface is controlled to prevent breakage at the time of one-side heating, and furthermore, thermal cycling Can be prevented.

 それによって、従来の高耐食性の高ジルコニア溶融耐火物における特有の破損、特に築炉後の熱上げ時の比較的低い温度でよく起きる破損、例えば亀裂、角欠、剥がれ(ピーリング)、爆裂的飛散など、いわゆる熱的スポーリングに対する抵抗特性を著しく向上させて、熱上げ時に破損を完全に無くすことができる。 Thereby, the specific damage in conventional high corrosion resistant high zirconia fused refractories, especially those which occur frequently at relatively low temperatures during heating after furnace construction, such as cracks, horns, peeling, explosive splashing For example, the resistance to so-called thermal spalling can be remarkably improved, and breakage during heating can be completely eliminated.

 さらに、ガラス溶解炉に使用した場合に、ガラスを着色しないという特長を持つことができる。 Furthermore, when used in a glass melting furnace, the glass can be colored.

 種々の研究を重ねた結果、本願発明者は、化学成分として、ZrOの含有量が85〜96重量%であり、SiOの含有量が3〜8重量%であり、Alの含有量が0.1〜2重量%であり、Bの含有量が0.05重量%を超えかつ3重量%以下であり、BaOとSrOとMgOの含有量が合わせて0.05〜3重量%であり、NaOの含有量が0.05重量%以上であり、NaOとKOの含有量が合わせて0.05〜0.6重量%であり、FeとTiOの含有量が合わせて0.3重量%以下であり、PとCuOが実質的に含まれていないことを特徴とする高ジルコニア溶融耐火物を完成した。 As a result of various studies, the present inventor found that the content of ZrO 2 as a chemical component was 85 to 96% by weight, the content of SiO 2 was 3 to 8% by weight, and the content of Al 2 O 3 was The content is 0.1 to 2 % by weight, the content of B 2 O 3 is more than 0.05% by weight and 3% by weight or less, and the content of BaO, SrO and MgO is 0.05 a 3% by weight, is not less 0.05 wt% or more Na 2 O content is 0.05 to 0.6 wt% combined content of Na 2 O and K 2 O, Fe 2 A high zirconia molten refractory was completed, characterized in that the total content of O 3 and TiO 2 was 0.3% by weight or less, and P 2 O 5 and CuO were substantially not contained.

 本発明において、実質的に含まないということは、0.05重量%以下の含有量であるということであり、意図的に添加しないことを意味する。 (4) In the present invention, substantially not containing means that the content is 0.05% by weight or less, which means that it is not intentionally added.

 また、本発明の高ジルコニア溶融耐火物の表面に残留する残留応力は、80MPa以下の張力、または50MPa以下の圧縮力であることが好ましい。 残留 Further, the residual stress remaining on the surface of the high zirconia molten refractory of the present invention is preferably a tension of 80 MPa or less or a compressive force of 50 MPa or less.

 また、化学成分のK2Oの含有量が0.05〜0.55重量%であることが好ましい。 Further, the content of K2O as a chemical component is preferably 0.05 to 0.55% by weight.

 本発明の高ジルコニア溶融耐火物のZrOの含有量は、85〜96重量%、好ましくは90〜95重量%である。ZrOが96重量%より多い場合は、割れの無い耐火物が得られず、85重量%より少ない場合は、溶融ガラスに対する耐食性が劣る。 The content of ZrO 2 of a high zirconia fused refractories of the present invention, 85 to 96 wt%, preferably 90-95 wt%. When ZrO 2 is more than 96% by weight, a refractory without cracks cannot be obtained, and when it is less than 85% by weight, corrosion resistance to molten glass is inferior.

 SiOの含有量は、3〜8重量%、好ましくは3〜5.5重量%である。SiOはガラス相を形成するための必須成分である。3重量%より少ない場合は、ガラス相を形成することができない。8重量%より多い場合は、溶融ガラスに対する耐食性が劣る。 The content of SiO 2 is 3 to 8% by weight, preferably 3 to 5.5% by weight. SiO 2 is an essential component for forming a glass phase. If it is less than 3% by weight, a glass phase cannot be formed. If it is more than 8% by weight, the corrosion resistance to the molten glass is inferior.

 Alの含有量は、0.1〜2重量%、好ましくは0.1〜1.5重量%である。Alは残留応力の張力を小さくし、しかも溶融物の流れを良くする性質がある。0.1重量%より少ない場合は、そのような性質が生かされない。2重量%より多い場合は、残留応力の圧縮力を大きくし、しかも安定したガラス相を形成できないので、割れのない耐火物が得られない。 The content of Al 2 O 3 is 0.1 to 2% by weight, preferably 0.1 to 1.5% by weight. Al 2 O 3 has the property of reducing the tension of residual stress and improving the flow of the melt. If it is less than 0.1% by weight, such properties cannot be utilized. When the content is more than 2% by weight, the compressive force of the residual stress is increased and a stable glass phase cannot be formed, so that a refractory without cracks cannot be obtained.

 Bの含有量は、0.05重量%を超えかつ3重量%以下であり、好ましくは0.05重量%を超えかつ2重量%以下である。Bは硼珪酸ガラスを形成するために必須の成分であり、本発明において重要な役割を果たしている。例えば、高ジルコニア溶融耐火物の作製時において割れを抑制するのに大きな役割を果たす。0.05重量%以下である場合は、このような役割を果たせない。3重量%より多い場合は、残留応力の張力を大きくするという問題がある。さらに過度に添加した場合は、高ジルコニア溶融耐火物に吸湿性をもたせ、それによりHBOを形成し風化を生じて耐火物組織に悪い影響を与えるという現象が生じる。 The content of B 2 O 3 is more than 0.05% by weight and 3% by weight or less, preferably more than 0.05% by weight and 2% by weight or less. B 2 O 3 is an essential component for forming borosilicate glass, and plays an important role in the present invention. For example, it plays a large role in suppressing cracking during the production of a high zirconia molten refractory. If the content is less than 0.05% by weight, such a role cannot be fulfilled. When the content is more than 3% by weight, there is a problem that the tension of the residual stress is increased. When added in an excessive amount, the high zirconia molten refractory has a hygroscopic property, whereby H 3 BO 4 is formed to cause weathering, which adversely affects the refractory structure.

 本発明は、後述のようにNaOやKOなどのアルカル金属酸化物を添加するので、極めて安定な硼珪酸ガラスを形成することができ、それによって前述の現象を防止できる。この硼珪酸ガラスは、ガラス相としても安定である。NaOやKOは、Bを安定な硼珪酸ガラスにするために不可欠な成分である。 In the present invention, since an alkali metal oxide such as Na 2 O or K 2 O is added as described later, an extremely stable borosilicate glass can be formed, whereby the above-mentioned phenomenon can be prevented. This borosilicate glass is stable as a glass phase. Na 2 O and K 2 O are indispensable components for turning B 2 O 3 into stable borosilicate glass.

 BaO(酸化バリウム)、SrO(酸化ストロンチウム)、MgOの含有量は、合計で0.05〜3重量%、好ましくは0.05〜2重量%である。それによって、十分安定なガラス相を形成するので、ガラス相を調整するために非常に重要である。0.05重量%より少ない場合は、安定なガラス相を形成できない。 The content of BaO (barium oxide), SrO (strontium oxide), and MgO is 0.05 to 3% by weight in total, and preferably 0.05 to 2% by weight. Thereby, a sufficiently stable glass phase is formed, which is very important for adjusting the glass phase. If the amount is less than 0.05% by weight, a stable glass phase cannot be formed.

 BaO、SrO、MgOは、アルカリ土類金属酸化物であり、ガラス相の成分である。それらは、溶解時の揮発が少なく成分調整が容易であるから、安定なガラス相を形成する性質がある。このため、高ジルコニア溶融耐火物を加熱した場合に、仮に高ジルコニア溶融耐火物からアルカリ金属の一部が揮発してガラス相が変化しても、Pと違ってジルコンなどの結晶を生成させることがなく、熱サイクルに対する抵抗を極端に低下させることがないという利点がある。 BaO, SrO, and MgO are alkaline earth metal oxides and are components of the glass phase. They have a property of forming a stable glass phase because they have little volatilization during melting and easy component adjustment. Therefore, unlike the P 2 O 5 , when heating the high zirconia molten refractory, even if part of the alkali metal is volatilized from the high zirconia molten refractory and the glass phase changes, crystals such as zircon are formed. There is an advantage that it is not generated and the resistance to thermal cycling is not extremely reduced.

 ところで、電子用ガラス、例えばフォトマスク、ブラウン管ガラス、液晶用ガラスには、BaO、SrO、MgOが含まれている場合が多い。従って、電子用ガラスの溶解炉に本発明の高ジルコニア溶融耐火物を使用した場合、溶融ガラスと耐火物のガラス相の両方に同じ成分が含まれることから、イオンの拡散が起こりにくく、耐火物の侵食が遅くなるという利点もある。 By the way, electronic glass, for example, photomask, CRT glass, and liquid crystal glass often contain BaO, SrO, and MgO. Therefore, when the high zirconia molten refractory of the present invention is used in a melting furnace for electronic glass, since the same component is contained in both the molten glass and the glass phase of the refractory, diffusion of ions hardly occurs, and the refractory It also has the advantage of slowing down erosion.

 このように、BaO、SrO、MgOは、必須成分であるが、その含有量の合計が3重量%より多い場合は、Bと同様に残留応力の張力を大きくする働きがある。 As described above, BaO, SrO, and MgO are essential components, but when the total content thereof is more than 3% by weight, it has a function of increasing the tension of residual stress similarly to B 2 O 3 .

 本発明は、BaO、SrO、MgOの中の少なくとも1種類を含有すればよく、2種類以上の任意のものを組み合わせて含有することもできる。しかし、それぞれの性質やガラス相中での安定性を考慮すると、少なくともBaOを含有することが好ましい。つまり、1種類を使用する場合は、BaOを優先的に含有し、2種類以上を含有する場合は、BaOとSrO、あるいはBaOとMgO、あるいはBaOとSrOとMgOを組合せて含有することが効果的である。 The present invention may contain at least one of BaO, SrO and MgO, and may contain two or more of them in combination. However, considering their properties and stability in the glass phase, it is preferable to contain at least BaO. That is, when one type is used, BaO is preferentially contained, and when two or more types are contained, BaO and SrO, or BaO and MgO, or BaO, SrO and MgO in combination are effective. It is a target.

 NaOの含有量は、0.05重量%以上であり、かつNaOとKOを合わせた含有量は、0.05〜0.6重量%、好ましくは0.05〜0.3重量%である。つまり、NaOだけ含有するか、またはNaOとKOを組み合わせて含有する。それによって、残留応力の張力を小さくする。しかし、NaOとKOを合わせた含有量が0.6重量%より多い場合は、残留応力の圧縮力を大きくする。 The content of Na 2 O is 0.05% by weight or more, and the total content of Na 2 O and K 2 O is 0.05 to 0.6% by weight, preferably 0.05 to 0. 3% by weight. That is, it contains only Na 2 O or a combination of Na 2 O and K 2 O. Thereby, the tension of the residual stress is reduced. However, when the total content of Na 2 O and K 2 O is more than 0.6% by weight, the compressive force of the residual stress is increased.

 なお、残留応力の張力を小さくする成分としては、NaOとKOの他に前述のAlがある。しかし、その含有量に制限があるため、NaOとKOを含有せずにAlだけを含有する場合は、Bおよびアルカリ土類金属酸化物で発生する張力を十分に緩和できない。ゆえに、NaOおよびKOは、この点からも重要な作用をもつ成分である。 As a component for reducing the tension of the residual stress, there is Al 2 O 3 described above in addition to Na 2 O and K 2 O. However, since the content is limited, when only Al 2 O 3 is contained without Na 2 O and K 2 O, the tension generated by B 2 O 3 and the alkaline earth metal oxide is reduced. It cannot be relaxed enough. Therefore, Na 2 O and K 2 O are components that also have an important effect in this regard.

 また、NaOを含有せずにKOだけを添加した場合は、例えば比較例6、7のように、残留応力としての張力を小さくすることができないので、片面加熱時に破損が生じ、しかも熱サイクルに対する抵抗が劣るため良くない。 Further, when only K 2 O is added without containing Na 2 O, the tension as the residual stress cannot be reduced as in, for example, Comparative Examples 6 and 7, so that breakage occurs during one-side heating, Moreover, the resistance to thermal cycling is poor, which is not good.

 また、高ジルコニア溶融耐火物の電気抵抗特性を向上させるために、つまり高電気抵抗にするために、NaOの含有量とKOの含有量をそれぞれ0.05〜0.55重量%にすることが好ましい。つまり、NaOとKOをそれぞれ0.05重量%以上含有することが効果的である。最も効果の大きいのは、NaOとKOを等モル比で添加することである。 In order to improve the electrical resistance characteristics of the high zirconia molten refractory, that is, to increase the electrical resistance, the content of Na 2 O and the content of K 2 O are each 0.05 to 0.55% by weight. Is preferable. That is, it is effective to contain each of Na 2 O and K 2 O at 0.05% by weight or more. The greatest effect is to add Na 2 O and K 2 O in an equimolar ratio.

 このように、本発明は、少なくともNaOを含有することにより、片面加熱時の破損を防止し、しかも高電気抵抗にすることができる。 As described above, according to the present invention, by containing at least Na 2 O, breakage during single-sided heating can be prevented, and high electrical resistance can be achieved.

 CuOとPは、従来のBを含まない高ジルコニア溶融耐火物においては、張力を小さくし、圧縮力を大きくする働きがあり、ガラス相を軟らかくするため、作製時に割れがない耐火物を作るために有効である。しかし、Bと同時に添加する場合は、低融点ガラスを形成し化学的な耐久性を極端に低下させる性質がある。Pは、この他に、熱サイクルに対する抵抗性を低下させる性質や、原料の吸湿性により緻密な耐火物を作りにくい性質がある。それに、CuOは、割れを少なくする点で効果を奏するが、溶融ガラスを着色することから、CuOを含む耐火物の使用は制限される。 CuO and P 2 O 5 have the function of reducing the tension and increasing the compressive force in a conventional high zirconia molten refractory not containing B 2 O 3, and have a function of reducing the glass phase so that cracks occur during production. Not effective for making refractories. However, when it is added at the same time as B 2 O 3 , it has the property of forming a low-melting glass and extremely reducing chemical durability. In addition, P 2 O 5 has a property of lowering resistance to thermal cycling and a property of hardly producing a dense refractory due to the hygroscopicity of the raw material. In addition, CuO is effective in reducing cracks, but since the molten glass is colored, the use of refractories containing CuO is limited.

 これらの理由により、本発明は、意図的なCuOやPの添加をしない。つまり、本発明は、実質的にCuOとPを含有しない。 For these reasons, the present invention does not intentionally add CuO or P 2 O 5 . That is, the present invention does not substantially contain CuO and P 2 O 5 .

 TiOおよびFeは、不純物として混入しうるが、割れの発生に影響することから、それらの含有量は合わせて0.3重量%を越えてはならない。 TiO 2 and Fe 2 O 3 can be mixed as impurities, but since they affect the occurrence of cracks, their contents must not exceed 0.3% by weight in total.

 また、高ジルコニア溶融耐火物の表面における残留応力は、80MPa以下の張力、または50MPa以下の圧縮力である。好ましくは、残留応力が60MPa以下の張力、または30MPa以下の圧縮力である。それによって、諸特性に優れた高ジルコニア溶融耐火物になる。例えば、片面加熱時の破損や、熱サイクルによる破損を防止することができる。 残留 The residual stress on the surface of the high zirconia molten refractory is a tension of 80 MPa or less or a compressive force of 50 MPa or less. Preferably, the residual stress is a tension of 60 MPa or less, or a compressive force of 30 MPa or less. Thereby, it becomes a high zirconia fusion refractory excellent in various properties. For example, damage due to single-sided heating and damage due to a heat cycle can be prevented.

 本発明の好適な実施例による高ジルコニア溶融耐火物について説明する。 A description will be given of a high zirconia molten refractory according to a preferred embodiment of the present invention.

 この高ジルコニア溶融耐火物は、化学成分として、ZrOの含有量が85〜96重量%であり、SiOの含有量が3〜8重量%であり、Alの含有量が0.1〜2重量%であり、Bの含有量が0.05重量%を超えかつ3重量%以下であり、BaOとSrOとMgOの含有量が合わせて0.05〜3重量%であり、NaOの含有量が0.05重量%以上であり、かつNaOとKOの含有量が合わせて0.05〜0.6重量%であり、FeとTiOの含有量が合わせて0.3重量%以下であり、PとCuOが実質的に含まれず、割れのないことを特徴とする。 This high zirconia molten refractory has, as chemical components, a content of ZrO 2 of 85 to 96% by weight, a content of SiO 2 of 3 to 8% by weight, and a content of Al 2 O 3 of 0. 1 to 2% by weight, the content of B 2 O 3 is more than 0.05% by weight and not more than 3% by weight, and the total content of BaO, SrO and MgO is 0.05 to 3% by weight. The content of Na 2 O is 0.05% by weight or more, the total content of Na 2 O and K 2 O is 0.05 to 0.6% by weight, and the content of Fe 2 O 3 and TiO 2 is not more than 0.3% by weight in total, is substantially free of P 2 O 5 and CuO, and has no crack.

 別の実施例による高ジルコニア溶融耐火物は、化学成分として、ZrOの含有量が90〜95重量%であり、SiOの含有量が3〜5.5重量%であり、Alの含有量が0.1〜1.5重量%であり、Bの含有量が0.05重量%を超えて2重量%以下であり、BaOとSrOとMgOの含有量が合わせて0.05〜2重量%であり、NaOの含有量が0.05重量%以上であり、かつNaOとKOの含有量が合わせて0.05〜0.3重量%であり、FeとTiOの含有量が合わせて0.3重量%以下であり、PとCuOが実質的に含まれず、割れのないことを特徴とする。 High zirconia fused refractories according to another embodiment, the chemical composition, the content of ZrO 2 is 90 to 95 wt%, the content of SiO 2 is 3 to 5.5 wt%, Al 2 O 3 Is 0.1 to 1.5% by weight, the content of B 2 O 3 is more than 0.05% by weight and 2% by weight or less, and the contents of BaO, SrO and MgO are combined. 0.05 to 2 % by weight, the content of Na 2 O is 0.05% by weight or more, and the total content of Na 2 O and K 2 O is 0.05 to 0.3% by weight. Yes, the total content of Fe 2 O 3 and TiO 2 is 0.3% by weight or less, P 2 O 5 and CuO are not substantially contained, and there is no crack.

 また、好ましくは、高ジルコニア溶融耐火物の表面における残留応力が80MPa以下の張力、または50MPa以下の圧縮力である。 Preferably, the residual stress on the surface of the high zirconia molten refractory is a tension of 80 MPa or less, or a compressive force of 50 MPa or less.

 また、好ましくは、KOの含有量が0.05重量%以上であり、電気抵抗が150Ω・cm以上である。 Preferably, the content of K 2 O is 0.05% by weight or more, and the electric resistance is 150 Ω · cm or more.

 実施例1〜14
 次に、本発明の実施例1〜14について説明する。
Examples 1 to 14
Next, Examples 1 to 14 of the present invention will be described.

 表2に、各実施例の高ジルコニア溶融耐火物に含まれる化学成分とそれらの含有量を示す。表2中の含有量の欄に記載の記号「−」は、0.05重量%未満の含有量を示し、実質的に含まないことを意味する。また、「≦0.3」は、0.3重量%以下の含有量を示す。また、FeとTiOについては、それらの合計の含有量を示す。

Figure 2004099441
Table 2 shows the chemical components contained in the high zirconia molten refractory of each example and their contents. The symbol "-" in the column of content in Table 2 indicates a content of less than 0.05% by weight and means that the content is substantially not contained. “≦ 0.3” indicates a content of 0.3% by weight or less. For Fe 2 O 3 and TiO 2 , the total content is shown.
Figure 2004099441

 各実施例の高ジルコニア溶融耐火物は、次のようにして製造された。 高 The high zirconia molten refractory of each example was manufactured as follows.

 出発原料としてジルコンを脱珪して得られた人工ジルコニアを用意し、この人工ジルコニアに、Al、SiO、B、NaO、KO、BaO、SrO、MgO等を粉末原料として各実施例の所定の割合で加え、これらを混合した後、アーク電気炉内で溶融し、内部寸法100×150×350mmの黒鉛製鋳型に注入して鋳造し、バイヤーアルミナの粉末中に埋没させて室温になるまで徐冷した。このようにして表2の化学成分を有する各実施例の高ジルコニア溶融耐火物を製造した。 An artificial zirconia obtained by desiliconizing zircon is prepared as a starting material, and this artificial zirconia is added to Al 2 O 3 , SiO 2 , B 2 O 3 , Na 2 O, K 2 O, BaO, SrO, MgO, etc. Was added as a powder raw material at a predetermined ratio in each example, and after mixing, the mixture was melted in an electric arc furnace, poured into a graphite mold having an internal size of 100 × 150 × 350 mm, and cast to obtain a powder of Bayer alumina. It was buried inside and cooled slowly to room temperature. Thus, the high zirconia molten refractory of each example having the chemical components shown in Table 2 was produced.

 実際的な使用条件を考慮して、片面加熱時の破損の有無を調べるために、各実施例について次の方法で試験した。高ジルコニア溶融耐火物を資料とし、大きさ100×150×350mmの引け巣のない試料3枚を耐火物の上に並べて、それらの周囲を断熱材で囲った。そして、試料の上方に発熱体を設け、試料の150×350mmの面を加熱した。このようにして加熱された面は、0.1℃/分の割合で常温から1000℃まで昇温した。このときの試料の破損の有無、つまり片面加熱時の破損の有無を観察した。その結果を表2に示す。 (4) In consideration of practical use conditions, each example was tested by the following method in order to check whether or not there was damage during one-sided heating. Using the high zirconia molten refractory as a material, three shrinkage-free samples having a size of 100 × 150 × 350 mm were arranged on the refractory, and their surroundings were surrounded by a heat insulating material. Then, a heating element was provided above the sample, and a 150 × 350 mm surface of the sample was heated. The surface heated in this manner was heated from room temperature to 1000 ° C. at a rate of 0.1 ° C./min. At this time, the presence or absence of damage to the sample, that is, the presence or absence of damage during single-sided heating was observed. Table 2 shows the results.

 さらに、各実施例について、残留応力(残留歪ともいう)を次の方法で測定した。各実施例の高ジルコニア溶融耐火物を試料とし、歪みゲージを使った穿孔法によって、大きさ100×150×350mmの引け巣のない試料の表面における6カ所の残留応力を測定した。その測定結果を表2に示す。ただし、残留応力が圧縮力の場合は、その絶対値の最大値に+を付けて示し、張力の場合は、その絶対値の最大値に−を付けて示す。前述のように、高ジルコニア溶融耐火物に特有な昇温時の破損は、表面の残留応力と密接な関係にある。 Further, for each example, the residual stress (also called residual strain) was measured by the following method. Using the high zirconia molten refractory of each example as a sample, residual stress at six locations on the surface of a sample having a size of 100 × 150 × 350 mm without shrinkage cavities was measured by a perforation method using a strain gauge. Table 2 shows the measurement results. However, when the residual stress is a compressive force, the maximum value of the absolute value is shown by adding +, and when the residual stress is a tensile force, the maximum value of the absolute value is shown by adding-. As described above, breakage at the time of temperature rise, which is characteristic of high zirconia molten refractories, is closely related to residual stress on the surface.

 表2から明らかなように、残留応力が50MPa以下の圧縮力、または80MPa以下の張力であるので、高ジルコニア溶融耐火物は、片面加熱の試験において破損しない。 明 ら か As is clear from Table 2, since the residual stress is a compression force of 50 MPa or less or a tension of 80 MPa or less, the high zirconia molten refractory does not break in the single-sided heating test.

 また、熱サイクルに対する抵抗性を調べるために、各実施例について次のような方法で試験を行った。まず、大きさ30×40×40mmの試料を各実施例の高ジルコニア溶融耐火物から切り出した。次に、1250℃に60分間保持した後、800℃に60分間保持した。これを1回として20回繰り返した。そして、各資料について割れの有無を観察した。その結果を表2に示す。 試 験 In addition, in order to examine the resistance to thermal cycling, a test was performed for each example by the following method. First, a sample having a size of 30 × 40 × 40 mm was cut out from the high zirconia molten refractory of each example. Next, after holding at 1250 ° C. for 60 minutes, it was held at 800 ° C. for 60 minutes. This was repeated once and repeated 20 times. Each material was observed for cracks. Table 2 shows the results.

 さらに、各実施例について、1500℃における電気抵抗を測定した。その結果を表2に示す。表2中の電気抵抗の欄に記載の記号「−」は、化学成分から容易に推定できるため測定の対象としなかったことを示す。 Furthermore, the electrical resistance at 1500 ° C. was measured for each example. Table 2 shows the results. The symbol "-" described in the column of electric resistance in Table 2 indicates that it could not be measured because it could be easily estimated from chemical components.

 以上の試験の結果から、次の結論を得た。 The following conclusions were obtained from the results of the above tests.

 実施例1〜14から明らかなように、本発明の化学成分の範囲内であり、残留応力が50MPa以下の圧縮力、または80MPa以下の張力であれば、割れのない優れた特性を有する高ジルコニア溶融耐火物が得られる。例えば、片面加熱時の破損を防止したり、熱サイクルによる破損を防止することができる。 As is apparent from Examples 1 to 14, high zirconia having excellent properties without cracking if the residual stress is within the range of the chemical components of the present invention and the residual stress is a compression force of 50 MPa or less or a tension of 80 MPa or less. A molten refractory is obtained. For example, damage during single-sided heating can be prevented, and damage due to a heat cycle can be prevented.

 さらに、残留応力が30MPa以下の圧縮力、または50MPa以下の張力である場合は、さらに優れた特性を有する高ジルコニア溶融耐火物が得られる。 Further, when the residual stress is a compression force of 30 MPa or less or a tension of 50 MPa or less, a high zirconia molten refractory having more excellent properties can be obtained.

 さらに、高電気抵抗とするためには、NaOとKOを同時に添加することが効果的である。 Further, in order to obtain a high electric resistance, it is effective to add Na 2 O and K 2 O at the same time.

 なお、実施例1、2、4、8においては、NaOの含有量が、その他の実施例と比較して多く、しかも片面加熱による破損が無かった。その理由は、BやBaO、SrO、MgOなどの添加によって、NaOの働きが抑えられて残留応力の圧縮力が小さくなったからである。 In Examples 1, 2, 4, and 8, the content of Na 2 O was larger than those of the other Examples, and there was no breakage due to single-sided heating. The reason is that the addition of B 2 O 3 , BaO, SrO, MgO, etc. suppresses the function of Na 2 O and reduces the compressive force of the residual stress.

 実施例1〜14と比較例1〜14の比較
 前出の表1および表2を参照して、実施例1〜14と比較例1〜14を比較する。
Examples 1 to 14 and Comparative Examples 1 to 14 are compared with reference to Tables 1 and 2 described above before Examples 1 to 14 and Comparative Examples 1 to 14.

 比較例1、2は、実施例1〜14と違って、B、BaO、SrO、MgOを含有せず、Pを含有する。そのため、NaOの作用およびNaOとPの相互作用により、残留応力として残った圧縮力が大きく、片面加熱の試験においてはコーナー角欠および面の一部の剥離などの破損があった。 Comparative Examples 1 and 2, unlike Example 1~14, B 2 O 3, BaO , SrO, does not contain MgO, containing P 2 O 5. Therefore, the interaction of Na 2 O operations and Na 2 O and P 2 O 5, greater residual compressive force as a residual stress, damage, such as part of the separation of the corner angle deleted and faces in a test of single-sided heating was there.

 比較例3、4、5は、実施例1〜14と違って、B、BaO、SrO、MgOを含有しない。そのため、NaO、Al、SiOがガラス相の主成分であり、残留応力として残った圧縮力が大きく、片面加熱時に破損があった。特に、比較例3は、500℃付近で大きく割れて飛散した。 Comparative Example 3, 4 and 5, unlike Examples 1-14, not containing B 2 O 3, BaO, SrO , and MgO. Therefore, Na 2 O, Al 2 O 3 , and SiO 2 were the main components of the glass phase, the compressive force remaining as residual stress was large, and there was damage during one-side heating. In particular, Comparative Example 3 was greatly broken around 500 ° C. and scattered.

 比較例6、7は、実施例1〜14と違って、NaOを含有せず、アルカリ金属酸化物としてKOだけを含有し、残留応力として残った張力が80MPaより大きい。そのため、片面加熱による割れが発生する。さらに、熱サイクルによる割れも発生する。 Comparative Examples 6 and 7, unlike Examples 1 to 14, do not contain Na 2 O, contain only K 2 O as an alkali metal oxide, and have a residual tension greater than 80 MPa. Therefore, cracks occur due to single-sided heating. In addition, cracks due to thermal cycling also occur.

 比較例8〜11は、実施例1〜14と違って、NaO、KOなどのアルカリ金属酸化物を含まない。そのため、残留応力としてかなり大きい張力が残った。この耐火物を片面加熱試験した結果、大きい圧縮力の場合と異なって飛散せずに、長さ方向に2分割するように割れが生じた。 Comparative Example 8-11, unlike Examples 1 to 14, not including the alkali metal oxides such as Na 2 O, K 2 O. Therefore, a considerably large tension remained as a residual stress. The refractory was subjected to a one-sided heating test. As a result, unlike the case of a large compressive force, the refractory did not scatter and cracked so as to be divided into two in the length direction.

 比較例8〜11は、アルカリ金属酸化物を含まないことによって、高電気抵抗の特性を有する。 Comparative Examples 8 to 11 have high electrical resistance characteristics by not containing an alkali metal oxide.

 それに対して、本発明は、前述のようにアルカリ金属酸化物としてNaOとKOを等モル添加することによって、高電気抵抗にし、しかも片面加熱時の破損を防止することができる。例えば、実施例9は、NaOとKOを等モル添加して、さらにBおよびイオン半径の大きいアルカリ土類金属酸化物のBaOを添加することによって高電気抵抗の耐火物を得ている。 On the other hand, according to the present invention, by adding equimolar amounts of Na 2 O and K 2 O as alkali metal oxides as described above, it is possible to increase the electric resistance and prevent breakage during single-sided heating. For example, in Example 9, a refractory having high electric resistance was obtained by adding equimolar amounts of Na 2 O and K 2 O, and further adding B 2 O 3 and BaO, an alkaline earth metal oxide having a large ionic radius. Have gained.

 比較例12、13は、実施例1〜14と違って、BaO、SrO、MgOを含有せず、Pを含有する。そのため、残留応力として残った張力は小さい。しかし、Pを含有していることから、熱サイクルの試験においては表面が厚さ方向に剥がれ落ちる現象が見られた。これは、Pの揮発によって、試料の表面と内部でガラス相の成分が変わり膨脹率が変わるためである。 Comparative Examples 12 and 13, unlike Examples 1 to 14, do not contain BaO, SrO, and MgO, but contain P 2 O 5 . Therefore, the tension remaining as the residual stress is small. However, since P 2 O 5 was contained, a phenomenon in which the surface was peeled off in the thickness direction was observed in the thermal cycle test. This is because the volatilization of P 2 O 5 changes the composition of the glass phase between the surface and the inside of the sample and changes the expansion coefficient.

 比較例14は、実施例1〜14と違って、NaOを含有せず、アルカリ金属酸化物としてKOだけを含有し、残留応力として残った圧縮力が小さく、片面加熱の試験においても破壊が生じない。しかし、アルカリ金属酸化物としてKOだけを含有し、NaOを含有しないので、熱サイクルに対する抵抗が弱かった。従って、KOを添加する場合はNaOと同時に添加する必要がある。 Comparative Example 14 differs from Examples 1 to 14 in that it does not contain Na 2 O, contains only K 2 O as an alkali metal oxide, has a small residual compressive force as a residual stress, and has a single-sided heating test. No destruction occurs. However, since it contained only K 2 O and did not contain Na 2 O as an alkali metal oxide, its resistance to thermal cycling was weak. Therefore, when adding K 2 O, it is necessary to add K 2 O simultaneously with Na 2 O.

 変形例
 本発明は、以上に説明した実施例に限定されるものではない。
Modifications The present invention is not limited to the embodiments described above.

 例えば、高ジルコニア溶融耐火物の表面を研磨したり、切断したりしてもよい。それによって、残留応力をある程度だけ減少させることができる。ただし、このような方法によっては、残留応力を大巾に解消することはできない。

For example, the surface of the high zirconia molten refractory may be polished or cut. Thereby, the residual stress can be reduced to some extent. However, the residual stress cannot be largely eliminated by such a method.

Claims (3)

 化学成分として、ZrOの含有量が85〜96重量%であり、SiOの含有量が3〜8重量%であり、Alの含有量が0.1〜2重量%であり、Bの含有量が0.05重量%を超えかつ3重量%以下であり、BaOとSrOとMgOの含有量が合わせて0.05〜3重量%であり、NaOの含有量が0.05重量%以上であり、NaOとKOの含有量が合わせて0.05〜0.6重量%であり、FeとTiOの含有量が合わせて0.3重量%以下であり、PとCuOが実質的に含まれていないことを特徴とする高ジルコニア溶融耐火物。 As chemical components, the content of ZrO 2 is 85 to 96% by weight, the content of SiO 2 is 3 to 8% by weight, the content of Al 2 O 3 is 0.1 to 2 % by weight, The content of B 2 O 3 is more than 0.05% by weight and not more than 3% by weight, the content of BaO, SrO and MgO is 0.05 to 3% by weight in total, and the content of Na 2 O is Is 0.05% by weight or more, the total content of Na 2 O and K 2 O is 0.05 to 0.6% by weight, and the total content of Fe 2 O 3 and TiO 2 is 0.1%. A high zirconia molten refractory which is not more than 3% by weight and is substantially free of P 2 O 5 and CuO.  表面における残留応力が80MPa以下の張力、または50MPa以下の圧縮力であることを特徴とする請求項1に記載の高ジルコニア溶融耐火物。 The high zirconia molten refractory according to claim 1, wherein the residual stress on the surface is a tension of 80 MPa or less or a compressive force of 50 MPa or less.  KOの含有量が0.05重量%以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の高ジルコニア溶融耐火物。

The high zirconia molten refractory according to claim 1 or 2, wherein the content of K 2 O is 0.05% by weight or more.

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