JP2000203952A

JP2000203952A - 緻密質流し込み耐火性組成物及び施工方法

Info

Publication number: JP2000203952A
Application number: JP10373476A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Yamamoto; 光雄山本; Tomohiko Hara; 智彦原; Toru Yamagishi; 徹山岸; Isami Abe; 勇美阿部
Original assignee: Nichias Corp
Current assignee: Nichias Corp
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 2000-07-25

Abstract

(57)【要約】【課題】少ない混練水量でセルフフローによる施工が
可能であり、低気孔率、高強度、爆裂防止性及び耐食性
に優れる高温焼却炉内部の複雑形状のライニング材とし
て好適な緻密質流し込み耐火性組成物（キャスタブル）
を提供すること。【解決手段】粒度1.18〜3.35mmの粗粒を25〜55重量
％、粒度0.15〜1.18mmの中粒を15〜48重量％及び粒度15
0 μm 未満の微粒を残部とする炭化珪素骨材100 重量部
に対して、アルミナ超微粉6.3 〜25重量部、シリカ超微
粉1.3 〜6.3 重量部、アルミナセメント3.5 〜7.5 重量
部及び分散剤0.13〜0.63重量部を含有する組成物であっ
て、該組成物に水7.0 〜8.0 重量％を配合した時の混練
物のフロー値が200 〜260 の範囲にある緻密質流し込み
耐火性組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、少ない混練水量で
セルフフローの施工が可能であり、高温焼却炉内部の複
雑な形状のライニング材として好適な緻密質流し込み耐
火性組成物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のゴミ焼却炉は、主に燃焼による廃
熱を利用して、近隣の保護施設やプール等の施設への温
水供給を目的としたボイラー付焼却炉であったが、近
年、電気事業法等の改正で、発電可能なボイラーを併設
した大型焼却炉の建設件数が増加している。また、ダイ
オキシンの問題が社会問題としてクローズアップされ、
より安全で効率の良い操業を行うため、運転温度が高温
化していく傾向がある。

【０００３】ボイラー付の焼却炉の場合、炉内側壁全面
には排熱を蒸気に変えるため水管壁といわれる、水を輸
送する配管が取り付けられている。この水管壁の複雑な
表面形状に施工されるライニング材としては、不定形耐
火物の打ち込み施工品、吹き付け施工品及び流し込み施
工品が挙げられ、このうち、打ち込み施工品と吹き付け
施工品が多く使用されている。しかし、この打ち込み施
工品と吹き付け施工品は施工において熟練した作業者が
必要であり、しかも平面方向に積層していくため、層間
で空隙が発生し易い。また、気孔率が大きいため、焼却
炉内で発生する燃焼ガスが浸透しやすく、耐火物の層間
で塩化ナトリウムや塩化カリウム等が白色の結晶となっ
て凝固、蓄積され、耐火物の強度が低い場合には表層か
ら耐火物が剥離、脱落してしまう傾向がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一方、流し込み施工方
法においても、近年の水管壁に施工されるライニング材
の厚さは２５mm程度まで薄くなっており、その上、水管
壁表面には数十mmのピッチで多数のスタッドが溶接され
ていて狭歪な隙間を形成している。このため、水管壁前
面に型枠パネルを取り付けて、この隙間に従来の流し込
み施工型緻密質キャスタブルを流し込み、バイブレータ
等の振動を与えても、スタッド周囲への回り込みが不十
分となり、未充填部分を作りやすいという問題があっ
た。また、従来、アルミナセメントを結合材とした耐火
性キャスタブル品が市販されているが、この耐火性キャ
スタブル品は施工上混練水量を１５％程度必要とするた
め、組織の緻密化が難しく、強度的にもアルミナセメン
トに依存しているため、煉瓦等に比較するとかなり弱い
傾向にある。また、近年、有機分散剤の開発により、キ
ャスタブル中のアルミナやシリカの超微粉を従来の半分
以下の混練水量で分散することが可能になり、結合材と
してのアルミナセメントは、均一に分散した超微粉を凝
集させる凝集剤として機能し、緻密化と熱間特性向上の
両方を達成することが可能となってはいるものの、この
ような通常の低セメントキャスタブルは、高いチキソト
ロピー性（振動によって、流動性が発現する性質）を示
し、混練水量を低減できても施工の際はバイブレータ等
で振動を与えないと流動性が発現しにくいという問題が
あった。したがって、バイブレータ等で振動を与えるこ
となくセルフフローにより、水管壁等の複雑な形状に施
工できると共に、気孔率が低く、高強度で、腐食性ガス
に対する耐久性に優れ、焼却炉の起動、停止に伴う急激
な温度変化に追従できる耐スポーリング性を有し、且つ
高熱伝導率、爆裂防止性を有する緻密質キャスタブルが
望まれている。

【０００５】従って、本発明の目的は、少ない混練水量
でセルフフローによる施工が可能であり、低気孔率、高
強度、爆裂防止性及び耐食性に優れる高温焼却炉内部の
複雑形状のライニング材として好適な緻密質流し込み耐
火性組成物（キャスタブル）を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる実情において、本
発明者らは鋭意検討を行った結果、粗粒、中粒及び微粒
の炭化珪素を特定の範囲でバランスよく配合し、更に、
この炭化珪素骨材にアルミナ超微粉、シリカ超微粉及び
分散剤を特定の配合比率で配合した組成物は、少ない混
練水量でセルフフローによる流動性が発現され、流し込
み施工後は緻密な組織で高強度、爆裂防止性及び耐食性
に優れる施工体が得られること、したがって、該施工体
は高温焼却炉内部の水管壁の複雑な表面形状に施工され
るライニング材として好適であることなどを見出し、本
発明を完成するに至った。

【０００７】すなわち、本発明は、粒度1.18〜3.35mmの
粗粒を25〜55重量％、粒度0.15〜1.18mmの中粒を15〜48
重量％及び粒度150 μm 未満の微粒を残部とする炭化珪
素骨材100 重量部に対して、アルミナ超微粉6.3 〜25重
量部、シリカ超微粉1.3 〜6.3 重量部、アルミナセメン
ト3.5 〜7.5 重量部及び分散剤0.13〜0.63重量部を含有
する組成物であって、該組成物に水7.0 〜8.0 重量％を
配合した時の混練物のフロー値が200 〜260 の範囲にあ
ることを特徴とする緻密質流し込み耐火性組成物を提供
するものである。

【０００８】また、本発明は、前記緻密質流し込み耐火
性組成物に、更に水を7.0 〜8.0 重量％配合した混練物
を流し込みにより施工することを特徴とする施工方法を
提供するものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の耐火組成物は、粒度の異
なる３種の炭化珪素骨材100 重量部に対して、アルミナ
超微粉6.3 〜25重量部、シリカ超微粉1.3 〜6.3 重量
部、アルミナセメント3.5 〜7.5 重量部及び分散剤0.13
〜0.63重量部を含有する組成物である。炭化珪素骨材
は、粒度1.18〜3.35mmの粗粒を25〜55重量％、粒度0.15
〜1.18mmの中粒を15〜48重量％及び粒度150 μm 未満の
微粒を残部とし、好ましくは、粒度1.18〜3.35mmの粗粒
を28〜39重量％、粒度0.15〜1.18mmの中粒を34〜46重量
％及び粒度150 μm 未満の微粒を26〜27重量％とする。
上記の範囲から外れて微粒が多割合となると、急激に粘
性が増加し、一方上記の範囲から外れて粗粒が多割合と
なると、骨材と水が分離してキャスタブルの流動性は低
下する。

【００１０】粒度の測定は、通常行われる公知の測定方
法であり、具体的にはＪＩＳＲ６００２による方法で
行った。また、炭化珪素骨材の組成物中の含有量は70重
量%以上、好ましくは85重量% 以上の高純度品がよい。
また、粗粒及び中粒の気孔率は10% 以下とするのがよ
い。

【００１１】本発明の耐火組成物において、アルミナ超
微粒子としては、特に制限されないが、Ａｌ₂Ｏ₃含有
量が99重量% 以上、中心粒径が1 〜5 μm のものが好ま
しく、その配合割合は炭化珪素骨材100 重量部に対し
て、6.3 〜25重量部、好ましくは、8.0 〜15.0重量部で
ある。アルミナ超微粒子の中心粒径が1 μm 未満では混
練物の粘性が増加する。また、中心粒径が5 μm を越え
ると流動性が低下する。

【００１２】本発明の耐火組成物において、シリカ超微
粒子としては、特に制限されないが、粒子径10μm 以
下、好ましくは1 μm 以下のフェロシリコン、シリコン
製造時の副産物であるシリカフラワー及び気相法で製造
されるシリカなどが挙げられ、これらは、不純物の少な
いものがよい。また、シリカ超微粒子の配合量は、炭化
珪素骨材100 重量部に対して、1.3 〜6.3 重量部であ
る。配合量が1.3 未満では曲げ強度が低下し、6.3 重量
部を越えると焼成時に耐火材表面がガラス化してしま
う。また、本発明の耐火組成物において、硬化剤のアル
ミナセメントは通常使用されるものが使用でき、その配
合量は炭化珪素骨材100 重量部に対して、3.5〜7.5 重
量部であり、好ましくは4.38〜7.50重量部である。

【００１３】本発明の耐火組成物において、分散剤とし
ては、特に制限されず、通常用いられる分散剤が挙げら
れ、具体的にはナフタレンスルホン酸系、燐酸塩系、カ
ルボン酸系、アクリル酸系、リグニンスルホン酸系、ポ
リアルコール系などの有機物及び塩類等が例示される。
このうち、特にβ−ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮
合塩などのナフタレンスルホン酸系が好ましい。分散剤
は、キャスタブル中のアルミナやシリカの超微粒子間に
取り込まれた水（包含水）を自由に動ける水（自由水）
として解放し、しかも硬化剤から生成する凝集イオンで
ある多価陽イオンを一時的に封鎖するものであり、低水
量で高流動性を発現させる。分散剤の配合量は、炭化珪
素骨材100 重量部に対して、0.13〜0.63重量部である。
分散剤の配合量が0.13重量部未満では流動性が低下す
る。また0.63重量部を越えると配合量の割りに分散剤の
効果は現れず不経済である。

【００１４】本発明の耐火性組成物において、上記必須
の成分以外に通常使用されるその他の成分を配合するこ
とができる。その他の成分としては、ポリカルボン酸塩
等の硬化遅延剤、金属アルミニウム、オキシカルボン酸
塩、有機繊維等の乾燥爆裂防止剤が挙げられる。硬化剤
のアルミナセメントの配合量は炭化珪素骨材100 重量部
に対して、4.38〜7.5 重量部が好ましい。4.38重量部未
満では爆裂防止性が低下し、7.5 重量部を越えると乾燥
強度が低下する。硬化遅延剤のポリカルボン酸塩の配合
量は炭化珪素骨材100 重量部に対して、0.03〜0.08重量
部が好ましい。0.03重量部未満では可使時間が不十分で
あり、0.08重量部を越えると流動性が低下する。爆裂防
止剤の配合量は炭化珪素骨材100 重量部に対して、0.03
〜0.10重量部が好ましい。0.03重量部未満では爆裂防止
性が低下し、0.10重量部を越えると流動性が低下する。
また、本発明においては、その他の成分には黒鉛、ピッ
チ及びカーボンブラック等のカーボン質原料を含まない
ことが好ましい。

【００１５】本発明の耐火性組成物は、該組成物に水7.
0 〜8.0 重量％を配合した時の混練物のフロー値を求め
ると、その値が200 〜260 の範囲にある。フロー値は流
動性の指標となるものであり、「アルミナセメントの物
理試験方法（JIS R2521)」に規定されているフロー値を
言う。測定方法は、測定試料である混練物を乾燥した布
でよくぬぐったフローテーブル上の中央の位置に置いた
底面径100mm 、上面径70mmの円錐台形状のフローコーン
内に2 層に詰める。各層は突き棒の先端がその層の約1/
2 の深さまで入るように全面にわたって各15回突き、最
後に不足分を補い表面をならす。詰めた後直ちに、フロ
ーコーンを上の方に取り去ってから15秒間に15回の落下
運動を与え、試料の混練物が広がった最大径と、これに
直角の方向とノギスで測定し、その平均値をmmを単位と
する無名数の整数で表した値をフロー値とする。本発明
の耐火性組成物の当該フロー値の好ましい範囲として
は、240 〜260 である。このようなフロー値を有する耐
火性組成物は、前述の如く、粒度の異なる３種の炭化珪
素を上記の特定割合で配合し、アルミナ超微粉、シリカ
超微粉及び分散剤を上記の範囲で配合することにより製
造される。

【００１６】本発明の耐火性組成物を施工するには、該
耐火性組成物に更に水を7.0 〜8.0重量％配合した混練
物を流し込みにより施工する。流し込み方法としては、
特に制限されず、バイブレーター等の振動を与えること
なく重力によるセルフフローで型枠内に流し込む方法、
ポンプ圧送により流し込む方法等が挙げられる。セルフ
フローの施工方法によれば、バイブレーター等の設備が
不要でありコストが削減できる。また、ポンプ施工を併
用することにより、施工効率は向上し、施工時間の短縮
と作業者の削減が可能となる。また、施工場所として
は、特に制限されないが、高温焼却炉内部の水管壁の表
面形状への流し込み、焼却炉の側壁下部の水管壁と炭化
珪素煉瓦との間の80mm〜100mm 程度の隙間( 深さ数m)へ
の流し込み等が挙げられる。

【００１７】本発明において、粒度の異なる３種の骨材
と微粒子が混在している場合、骨材の粒子が多すぎると
水と混練した時ざらざらとした感触となり、骨材である
粗粒の粒子が互いに擦れ合って流動性が低下する傾向に
ある。また、微粒子が多くなるにつれて、ざらざらとし
た感触は少なくなってくるが、骨材の比表面積が増大す
るため混練水量が多くなり、いわゆるモルタル材のよう
な状態となり、低水量での緻密化は困難となる。本発明
の耐火性混練物は、粗粒、中粒及び微粒の炭化珪素を特
定の範囲でバランスよく配合し、更に、この炭化珪素骨
材にアルミナ超微粉、シリカ超微粉及び分散剤を特定の
配合比率で配合したため、少ない混練水量でセルフフロ
ーによる流動性が発現され、且つ緻密な組織の施工体が
得られる。このような低気孔率で緻密質な施工体は、高
強度であり、更に高温で腐食性の高い燃焼ガスから水管
壁を効果的に防御できると共に、施工後の急加熱による
材料内部に残留する水分の蒸気圧によって起こる内部破
壊、すなわち、爆裂を防止することができる。

【００１８】

【実施例】次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に
説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限す
るものではない。

【００１９】実施例１〜３、比較例１〜３表１に示す原材料及び配合量により耐火性組成物の混練
体を作製した。使用した炭化珪素骨材の粒度特性を表２
に示す。また、得られた混練体により流し込み又は打ち
込み施工された施工体の基本物性を表３に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】

【表３】注1)110 ℃,18h、注2)1000℃、( ×10^-6)

【００２３】表３から、本発明品の流し込み材は曲げ強
度や圧縮強度が、従来の打ち込み材に比して、格段に優
れている。また、緻密質であることがわかる。

【００２４】（ポンプ圧送による施工性）実施例１で得
られた混練体のポンプ圧送性を評価するため、下記試験
仕様により、図１に示す小型スクイズ式ポンプで1m×1m
サイズの模擬水管壁パネルへのポンプ施工試験を行っ
た。図１中、ポンプ圧送施工実験装置１は、ポンプ２、
ホッパ３、水管壁模擬パネル４及び水平送液管５ａと垂
直送液管５ｂからなる送液管５とで構成され、水平送液
管５ａの水平方向の長さは18m 、垂直送液管５ｂの垂直
高さは3mである。

【００２５】

【００２６】上記混練体のポンプ圧送による施工試験の
結果、吐出圧7 〜9kg/cm²、吐出量3.7 〜4.4kg/分で所
定の模擬水管パネル４への流し込みが可能であった。ま
た、流し込み後、一晩（約17時間) 放置した後、前面の
アクリルパネル６を取り外したところ、施工後は完全硬
化していた。また、断面方向の充填具合も、写真（不図
示）観察から有害なボイド（空洞）は認められず、極め
て均一な組織構造を形成していた。

【００２７】（耐食性試験）実施例１で得られた混練体
の施工品及び比較例１のラミング材について、片面加熱
塩水噴霧試験を行い、耐食性を評価した。上記ポンプ施
工試験で用いた1m×1m サイズの模擬水管壁パネルに当
該混練体と市販のラミング材を半分ずつ施工し、常温養
生及び800 ℃乾燥加熱を行った後、図２に示すヒートサ
イクルで1,100 ℃加熱→12% 濃度の塩化ナトリウム(50
部) と12% 濃度の塩化カリウムの(50部) 混合溶液( 塩
水) 噴霧→室温放冷→1,100 ℃加熱→塩水噴霧を20サイ
クル繰り返した。20サイクル後の試験体表面の状態を観
察すると共に、施工体表面をコアリングしてサンプルを
採取し、ナトリウムとカリウムについてＸ線マイクロア
ナライザー（ＸＭＡ）による断面分析を行った。ＸＭＡ
分析の結果を図３及び図４に示す。

【００２８】試験体表面の観察から、混練体の施工体は
緻密で良好な状態を維持しているのに対し、市販の打ち
込み施工材であるラミング材は表層部が一部隔離してい
た。また、図３及び図４から、市販の打ち込み材は表面
から800 μm 程度ナトリウム及びカリウムのアルカリ分
が浸透しているのに対して、当該混練体の流し込み材は
300 〜400 μm 程度で浸透が止まっており、しかも表面
部分でのアルカリ含有量が打ち込み材の1/2 〜2/3 に抑
えられていることが判る。

【００２９】（熱伝導性評価試験）実施例１で得られた
打ち込み材について、上記片面加熱塩水噴霧試験に先立
ち熱伝導性を評価した。すなわち、上記1m×1m サイズ
の模擬水管壁パネルに半分ずつ施工された当該打ち込み
材と市販のラミング材を常温養生及び800 ℃乾燥加熱を
行った後、200 ℃/h の昇温速度で1100℃まで昇温して
該温度に維持した。図５に示す測温点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及
びＥにおける温度の測定結果を図６に示す。図５は耐火
材で施工された模擬水管壁パネルの一部の断面を示す図
である。図５中、模擬水管壁パネル４は耐火材（厚さ60
mm) １１、水管８ａ、８ｂ、断熱材を含むケーシング１
０( 厚さ75mm) から形成される。すなわち、水管８ａ、
８ｂは炉体側の耐火材１１で被覆されたように施工され
る。スタッド９ａ、９ｂは水管８ａ、８ｂに溶接付けさ
れ、水管８ａ、８ｂの外側は断熱材のＭＧフェルト１号
を含むケーシング１０で覆われている。測温点Ａは加熱
面１３から2mm 、ＡＢ間15mm、ＢＣ間15mm、ＣＤ間14m
m、ＤＥ間14mmである。

【００３０】図５及び図６から、本発明の流し込み材は
緻密で熱伝導率が高いため、水管からの水冷効果によ
り、打ち込み材の表面付近温度が880 ℃であったのに比
べ、740 ℃と140 ℃も低くなっている。

【００３１】（第１実機施工耐久試験）実機における耐
久性を評価するため、Ａ市清掃センターのストーカ式ご
み焼却炉ボイラー水管壁改修工事で、縦500 ×横500mm
、厚さは水管頂上部より30mmの厚さで施工した。稼働
開始から1 年8 カ月経過した時点では施工面に全く亀裂
は認められていない。

【００３２】（第２実機施耐久試験）実機における耐久
性を評価するため、Ｂ市清掃施設組合ごみ焼却炉新設工
事に際し、ボイラー水管壁の前壁湾曲部を始め、のぞき
窓や温度計座の周り等の異形部分への施工を行い、滞り
なく流し込み施工を完了した。稼働開始から数カ月経過
で施工面に全く亀裂は認められず、順調に稼働中であ
る。

【００３３】

【発明の効果】本発明の緻密質流し込み耐火性組成物
（キャスタブル）は、少ない混練水量でセルフフローに
よる施工が可能であり、低気孔率、高強度、爆裂防止性
及び耐食性に優れ、高温焼却炉内部の水管壁面の複雑形
状のライニング材として好適である。また、従来の打ち
込み施工や吹き込み施工等のように熟練した作業員を必
要とせず、しかもポンプによる圧送も可能であり、省力
型キャスタブルとして工業的利用価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】圧送性を評価するためのポンプ圧送施工実験装
置の概略図を示す。

【図２】加熱塩水噴霧試験の加熱条件を示す図である。

【図３】加熱塩水噴霧試験後の施工体表面のＸＭＡ分析
結果（Ｎａ）を示す図である。

【図４】加熱塩水噴霧試験後の施工体表面のＸＭＡ分析
結果（Ｋ）を示す図である。

【図５】熱伝導性を評価するための模擬水管壁パネルの
一部の断面を示す図である。

【図６】図５の測温点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅにおける温度
の測定結果を示す図である。

【符号の説明】

１ポンプ圧送施工実験装置２ポンプ４水管壁模擬パネル５送液管８ａ、８ｂ水管９ａ、９ｂスタッド１０ケーシング１１耐火材１２フィン１３加熱面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ２７Ｄ 1/16 Ｆ２７Ｄ 1/16 ＷＦ (72)発明者山岸徹静岡県浜松市新都田１−８−１ニチアス株式会社浜松研究所内 (72)発明者阿部勇美静岡県浜松市新都田１−８−１ニチアス株式会社浜松研究所内Ｆターム(参考） 4G033 AA17 AA24 AB02 AB21 4K051 AA00 AB03 BB03 BE03 GA01 GA03 LB02 LB04 LC01 LJ01 LJ05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粒度1.18〜3.35mmの粗粒を25〜55重量
％、粒度0.15〜1.18mmの中粒を15〜48重量％及び粒度15
0 μm 未満の微粒を残部とする炭化珪素骨材100 重量部
に対して、アルミナ超微粉6.3 〜25重量部、シリカ超微
粉1.3 〜6.3 重量部、アルミナセメント3.5 〜7.5 重量
部及び分散剤0.13〜0.63重量部を含有する組成物であっ
て、該組成物に水7.0 〜8.0 重量％を配合した時の混練
物のフロー値が200 〜260 の範囲にあることを特徴とす
る緻密質流し込み耐火性組成物。
【請求項２】前記炭化珪素骨材が、粒度1.18〜3.35mm
の粗粒を28〜39重量％、粒度0.15〜1.18mmの中粒を34〜
46重量％及び粒度150 μm 未満の微粒を26〜27重量％と
するものである請求項１記載の緻密質流し込み耐火性組
成物。
【請求項３】前記分散剤が、ナフタレンスルホン酸塩
であることを特徴とする請求項１又は２記載の緻密質流
し込み耐火性組成物。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項記載の緻密
質流し込み耐火性組成物に、更に水を7.0 〜8.0 重量％
配合した混練物を流し込みにより施工することを特徴と
する施工方法。
【請求項５】前記混練物を高温焼却炉内部の水管壁を
含む表面形状に流し込むことを特徴とする請求項４記載
の施工方法。