JP2001114542A

JP2001114542A - 消石灰系スラリー急結剤

Info

Publication number: JP2001114542A
Application number: JP29454799A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Tsuji; 陽一辻; Koji Aida; 広治合田; Takenori Yoshitomi; 丈記吉富
Original assignee: Krosaki Harima Corp
Current assignee: Krosaki Harima Corp
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2001-04-24

Abstract

(57)【要約】【課題】湿式吹付工法において、施工中に沈降する
ことなく、かつ低粘性で、圧送性が良く、材料との混合
が良好な安定した作業性と均質かつ緻密な施工体となる
消石灰スラリー系急結剤を得ること。【解決手段】消石灰を５〜６０重量％と、残部が水から
なるスラリーであって、消石灰はその全量中の粒度構成
の比率で粒子径の３０μｍ以下の粒子が８０％以上であ
り、かつ全量中で粒子径の０．３μｍ以上である粒子が
８０％以上を占め、３０μｍを越える粒子及び０．３μ
ｍ未満の粒子の合量を２０％以下とし、低粘性化用に分
散剤を外掛で０．１〜１０重量％添加したものであり、
更には、沈降抑制剤として分散安定化剤または気泡剤ま
たはその両方を外掛けで０．０５〜５重量％添加でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融金属容器、溶
融金属処理装置、セメントキルン、焼却炉などの耐火物
ライニングの補修及びイニシャルライニングの施工に採
用される湿式吹付施工用耐火物に安定した作業性と均質
性を発揮させる急結剤に関する。

【０００２】

【従来の技術】湿式吹付施工法は、例えば特公昭５７−
７３５０号公報にも記載されているように、予め必要施
工量の水によって混練した不定形耐火材料を圧送し、圧
送途中の圧送管（ホース）あるいは吹付ノズル部におい
て急結剤を添加して吹付ける施工方法である。この湿式
吹付施工法は、枠無しで、短時間で施工可能であり、施
工体も乾式吹付施工に比べ緻密で、流し込み施工体並み
の品質を実現できることから、近年、施工の省力化及び
低コスト化の観点から、耐火物を使用する各窯炉の補修
及びイニシャルライニングの施工方法として採用されて
いる。

【０００３】湿式吹付施工において急結剤としては、従
来から、液状のアルミン酸アルカリ塩、珪酸アルカリ塩
の他、消石灰などが、混練した不定形耐火材料に対して
良好な急結性を示すために広く使用されている。

【０００４】ところが、従来の急結剤の中のソーダやカ
リウムのようなアルカリ成分は、耐火材料中にフラック
スを多く生成し、材料の耐火性を低下させる欠点があ
る。

【０００５】この点、消石灰は、アルミナセメントと瞬
時に反応してカルシウムアルミネートの水和物を生成し
耐火物を硬化する他に、リン酸塩、珪酸塩などとも迅速
な反応を示すことから様々なボンド形態の湿式吹付材に
好適に適応できる。その上、ソーダ、カリウムほど耐火
材料の耐火性を低下させないため、施工後、より高い品
質を得ることができるというように、凝集性、硬化性に
優れ、急結性が良好であるという優れた利点がある。

【０００６】しかし、この消石灰を急結材として使用す
るにあたっては、消石灰は水への溶解度が小さいことか
ら溶液状での使用ができず、スラリー状もしくは、乾粉
で使用する他なく、安定した使用状態が得られにくいと
いう欠点がある。そのため、特公平２−２７３０８号公
報において指摘されているように、粒度４４μｍ以上の
消石灰を２０〜４０％含有するスラリーでは、固体粒子
が沈降するのを防止するため常時撹拌が必要である。そ
れでも沈降を防げず、一定濃度を吹付ノズル内で混合す
ることは困難であり、その施工に際しては、不安定な吐
出、目詰まりなどのトラブルを生じ易い。

【０００７】また、特表平１０−５０２５７４号公報に
は、消石灰５０重量％と水５０重量％の例が記載されて
いるが、この濃度のスラリーであればホイップ状とな
り、沈降は抑制できるものの、スラリー粘性が高く、通
常のポンプでは脈流を生じ、安定的に圧送することは困
難である。このため、吐出孔での詰まりや、材料との混
合が不十分となり、吹付けられた材料が擬集硬化せず
に、垂れたり、脱落するなどの作業トラブルを引き起こ
す他、施工体の均質性の確保も困難となる。

【０００８】更に、湿式吹付けに消石灰を乾粉で使用す
ると、材料との反応性は液状やスラリー状の急結剤に比
べ遅く、材料との混合状態も不十分となり、安定した吹
付作業及び均質な施工体を得ることは更に難しい。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、湿式吹付工
法において消石灰を使用するに際して、消石灰の水への
溶解度が小さいことからくる安定した施工が困難となる
欠点を解消するもので、施工中に沈降することのない低
粘性で、圧送性が良く、材料との混合が良好な安定した
作業性を有し、均質な施工体を形成できる消石灰スラリ
ー状急結剤を提供する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、消石灰を５〜
６０重量％と、残部が水のスラリーからなる湿式吹付施
工用耐火物のための急結剤であって、消石灰は、その全
量中で粒子径の３０μｍ以下の粒子が８０％以上であ
り、且つ、全量中で粒子径の０．３μｍ以上である粒子
が８０％以上を占め、３０μｍを越える粒子及び０．３
μｍ未満の粒子の合量が２０％以下である粒度構成比率
を有し、且つ、低粘性化用として分散剤を前記スラリー
に対して、外掛けで０．１〜１０重量％添加したもので
ある。

【００１１】また、本発明の急結剤は、更に、沈降抑制
剤として分散安定化剤及び／又は気泡剤を前記スラリー
に対して、外掛けで０．０５〜５重量％添加することが
できる。

【００１２】本発明に使用される消石灰は、日本工業規
格（ＪＩＳＲ９００１）の２号以上の成分、すなわち、
ＣａＯ成分が６５重量％以上であれば良い。

【００１３】消石灰全量中の粒子は３０μｍ以下の粒子
径のものを８０％以上であり、且つ、全量中の８０％以
上が０．３μｍ以上の粒子径となるように使用し、０．
３ｍｍ未満及び３０μｍを越えるものの合量は２０％以
下であり、各々単独においても２０％を越えないように
調整した粒度構成比率とする。粒子径が３０μｍより大
きい粒子を規定量より多く含む消石灰は、ボールミルな
どで乾式もしくは湿式粉砕することにより粒度調整を行
う。この粒度範囲の消石灰を使用することによって、粒
子の沈降速度は遅くなり施工中に水と粒子が分離するこ
とはなく、更に、特定量の分散剤を使用することによっ
て低粘性化でき、容易にポンプ圧送が可能であり、且
つ、急結性の良い消石灰スラリー急結剤が実現できる。
言い換えれば、３０μｍより大きい粒子を２０％より多
く含有する消石灰を使用した場合、粗い粒子の沈降は顕
著となり、急結剤のタンク中でスラリー濃度に差が生じ
て一定濃度の急結剤を供給できなくなる他、数時間にわ
たる施工では、水と粒子の分離が進み、スラリー粘性が
変化するため吐出量が不安定となり、ひいては圧送管内
で詰まってしまい施工不能となる。また、０．３μｍよ
り小さい粒子を２０％より多く含有すると、粒子の沈降
速度は一段と遅くなり水と粒子の分離は問題ないもの
の、スラリーは高粘性となって圧送困難であり、低粘性
化させるための分散剤も多量に必要とし、これが消石灰
の結合反応性を鈍らせ、吹付時の付着不良や施工体の強
度劣化を招く。

【００１４】本発明のスラリー中の消石灰の濃度は５〜
６０重量％である。５重量％より少ないと材料との反応
性が小さすぎるため施工面で吹付材料が垂れる他、スラ
リー中の水分が多すぎて、施工体の気孔率が高くなり、
強度などの所望の品質が得られない。また、消石灰濃度
が６０重量％を越えると、スラリー粘性が高くなり、圧
送が難しくなる。また、低粘性化のために分散剤を加え
るが、粒子径が０．３μｍより小さい消石灰の粒子を２
０％より多く含有する場合と同じく、消石灰高濃度スラ
リーではなお多量の分散剤が必要となり、吹付作業性、
吹付施工体の品質などへ悪影響を及ぼすため、濃度は６
０重量％以下に限定される。

【００１５】本発明に使用する分散剤は、消石灰に対し
分散効果のある物質であればなんでも良い。例えば分子
量が１５，０００以下のポリアクリル酸塩、芳香族スル
ホン酸塩、アルキルスルホン酸塩、リグニンスルホン酸
塩、ポリカルボン酸塩、高分子ポリカルラボン酸塩、有
機リン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、無機リン酸塩等であ
る。これらは、１種類もしくは、２種類以上組み合わせ
て使用してよい。分散剤を添加してのスラリーの粘性調
整は、圧送性及び材料との十分な混合状態を得るため、
２００ｍ・Ｐａ・ｓ未満が望ましく、スラリーに対して
０．１〜１０重量％添加する。１０重量％より多いと急
結性を阻害することとなり、０．１重量％より少ないと
粘性低下に効果がない。

【００１６】本発明の消石灰スラリー急結剤は、沈降抑
制剤として分散安定化剤又は気泡剤を、又は、その両方
を０．０５〜５重量％の範囲内で使用することで、更に
沈降を抑制した急結剤を得ることができる。なお、これ
らの組み合わせは特に限定されるものではなく状況に合
わせて適用すれば良い。

【００１７】分散安定化剤は、溶媒である水の粘性を増
加させて消石灰粒子の沈降速度を小さくする効果がある
無水珪酸、粘土などの無機増粘剤などと、更に消石灰粒
子表面に吸着して層を成し、近接する粒子間で立体的に
緩い架橋結合をスラリー全体に形成させ沈降を抑制する
効果を合わせ持つ、例えば、ＣＭＣ、ＰＶＡ、分子量２
０，０００以上のポリアクリル酸塩などの水溶性高分子
があり、また、これらと同様な効果がある物質から１種
又は２種以上を使用条件に合わせて選択して添加でき、
スラリーに対し０．０５〜５重量％使用する。０．０５
重量％より少ないと増粘効果がなく、５重量％を越える
と粘性が大きくなりすぎる。

【００１８】気泡剤は、粒子表面へ気泡を付着させ、そ
の気泡の浮力により沈降を抑制する効果がある。例えば
ラウリル硫酸塩などの各種界面活性剤であり、これらと
同様な効果を持つ物質から１種又は２種以上を選択して
添加でき、スラリーに対し、０．０５〜５重量％であ
り、０．０５重量％より少ないと沈降抑制効果がなく、
５重量％を越えると気泡が多くなりすぎ、定量的な圧送
は困難となる。

【００１９】本発明の急結剤は、アルミナセメントをボ
ンドとする湿式吹付材料の他、粘土、リン酸塩、珪酸
塩、水硬性遷移アルミナ、マグネシア−シリカ、無機酸
化物コロイドなどをボンドとする湿式吹付材料に適応可
能である。また、装置や熱間施工等の施工条件による拘
束を受けることなく使用可能である。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を実施例によ
って説明する表１に、消石灰系スラリー急結剤の構成と特性を示す。
同表のＡ〜Ｈが本発明の実施例を示し、Ｉ〜Ｐは比較例
である。

【００２１】

【表１】使用した消石灰の成分はすべてＣａＯ量が７２．５重量
％以上である。残部の水は水道水を使用した。粒度はレ
ーザー回折法によって測定した。粘度は、Ｂ型粘度計で
測定した。沈降状況は、内径２５０ｍｍの透明なプラス
チック容器に１０リットル急結剤を入れ、上部に透明な
水の層が形成され始める時間を沈降開始時間としこれを
測定した。各試料で使用した分散剤及び、分散安定化
剤、発泡剤はそれぞれ、分子量１０，０００のポリアク
リル酸ソーダ、分子量１００，０００のポリアクリル酸
ソーダ、カルボン酸塩系の有機系高分子物質を例とし
た。

【００２２】また、本発明の消石灰系スラリーの吹付試
験は、湿式吹付材をミキサーで混練し、アレンタウン
（Ａｌｌｅｎｔｏｗｎ）製ＡＰ−１０スイング弁ポンプ
を用いて内径０．０５１ｍ（２インチ）、長さ３０．４
８ｍ（１００ｆｔ）のへビーデューティーホース内を圧
送し、更に先端に接続した吹付ノズル部において、０．
５５ＭＰａ（８０ｐｓｉ）、８．５ｍ³／分（３００ｃ
ｆｔ）の圧縮空気を急結剤とともに添加し、垂直に設置
したシャモット質れんが表面（面積１ｍ²）に１５０ｍ
ｍ厚さを吹き付ける方法で実施した。ここで、急結剤の
移送には、スラリー及び液状急結剤はダイアフラムポン
プを、粉体はテーブルフィーダーを使用した。

【００２３】本発明の急結剤の使用効果を確認の吹き付
けに際しては、アルミナ質耐火原料、ボールクレー、蒸
発シリカ、トリポリリン酸ソーダ、アルミナセメントを
ボンドとする湿式吹付材料に水を６重量％添加したもの
を用い、各急結剤０．５重量％を急結剤タンクに流し込
んですぐ（５分以内）の吹付施工と（１）、長時間の施
工（２）を想定し吹付試験（１）が終了後、急結剤を急
結剤タンクに入れっぱなしのまま３時間静置し、再び吹
付施工を行った。

【００２４】また、先端６ｍｍφの貫入硬度計を用いて
１時間後の吹付試験（２）の施工体の貫入硬度を測定
し、強度発現の速さを評価した。

【００２５】従来の急結剤としては、アルミン酸ソーダ
を添加して、付着率は（１）、（２）の試験で８５％以
上、貫入硬度計を用いた施工１時間後の強度３．４ＭＰ
ａ，１５００℃における曲げ強度０．８ＭＰａを比較対
象基準とした。

【００２６】本発明の０．３μｍ未満、０．３〜３０μ
ｍ、３０μｍを越える部分の粒度分布を満足する粒度範
囲内で構成され消石灰であり、且つ、分散剤が規制範囲
内で添加されている急結剤の種類Ａ〜Ｈにおいて、急結
剤Ａ〜Ｅは分散安定化剤、気泡剤を添加せず消石灰の濃
度変化及び粒度構成を変化させた例で示す。

【００２７】急結剤Ａは、分散剤が０．１重量％、消石
灰濃度５重量％で粒子径３０μｍを越えるものが１２重
量％である影響で粘性は低く沈降開始は１２時間後であ
った。吹付による付着率は（１）、（２）の試験におい
ても８５％以上を示し良好で、１時間後の貫入硬度計に
よる強度も４．１ＭＰａ、熱間曲げ強度は３．３ＭＰａ
と、従来の急結剤を使用したものよりも高い値を示し
た。

【００２８】急結剤Ｂは、分散剤が０．５重量％、消石
灰濃度１０重量％で粒子径３０μｍを越えるものが８重
量％で、０．３μｍ未満が１０重量％としたところ、粘
性は２２ｍ・Ｐａ・ｓと上がり沈降開始時間も僅かに延
びた。付着率は試験（１）では９５％以上を示し、試験
（２）においても８５％以上あり、１時間後の貫入強度
は急結剤Ａよりも更に良く４．７ＭＰａ、曲げ強度は
３．１ＭＰａと僅かに低下したが従来品よりも一段と優
れていた。

【００２９】急結剤Ｃは、急結剤Ｂより消石灰濃度を増
やして３０重量％、分散剤を１重量％とした例で、粘性
は更に上昇、沈降開始時間は１６時間となった。付着率
は（１）、（２）の試験で何れも９５％以上、１時間後
の施工強度も急結剤Ｂより優れ、曲げ強度は同等の好結
果を示した。

【００３０】急結剤Ｄは、消石灰濃度を５０重量％、分
散剤は２重量％、粒度構成で３０μｍを越えるものが１
％、０．３μｍを１７％とした、これにより粘度は１０
０ｍ・Ｐａ・ｓとなり沈降開始時間も２０時間と延長さ
れた。付着率は（１）、（２）の試験で何れも９５％以
上、１時間後の施工強度も急結剤Ｃより優れる５．６Ｍ
Ｐａであり、曲げ強度は３．０ＭＰａと好結果を示し
た。

【００３１】急結剤Ｅは、３０μｍを越える粒域をなく
して中粒、微粒だけで、粘性抑制のため、分散剤を５重
量％とした。粘度は１９０ｍ・Ｐａ・ｓで、沈降開始ま
で２４時間かかった。これによると付着率は８５％以
上、施工１時間後の施工体の強度は５．９ＭＰａ、曲げ
強度は急結剤Ｄと同等の結果を示した。

【００３２】急結剤Ｆは、急結剤Ｃに分散安定化剤とし
て分子量１００，０００のポリアクリル酸ソーダ１重量
％を別添加した例であり、粘度は６０ｍ・Ｐａ・ｓで沈
降開始まで２４時間かかった。付着率は（１）、（２）
の試験で何れも９５％以上、１時間後の貫入強度は急結
剤Ｂより優れる４．９ＭＰａであり、曲げ強度は同等の
好結果を示した。

【００３３】急結剤Ｇは、急結剤Ｃにカルボン酸塩系気
泡剤を１重量％別添加した例で、粘度は５０ｍ・Ｐａ・
ｓで、沈降開始まで２３時間であった。付着率は
（１）、（２）の試験で何れも９５％以上、１時間後の
貫入強度は急結剤Ｂより優れる５．０ＭＰａであり、曲
げ強度は同等の好結果を示した。

【００３４】急結剤Ｈは、急結剤Ｃに分散安定化剤とし
分子量１００，０００のポリアクリル酸ソーダを０．１
重量％、カルボン酸塩系気泡剤を０．１重量％別添加し
た例で、粘度は７３ｍ・Ｐａ・ｓで沈降開始まで３０時
間維持できた。付着率は（１）、（２）の試験で何れも
９５％以上、１時間後の貫入強度は急結剤Ｂより優れる
４．８ＭＰａであり、曲げ強度は３．０ＭＰａの好結果
を示した。

【００３５】以上のことから本発明の急結剤は、何れに
おいても低粘性で且つ１０時間以上沈降した様子はな
く、吹付け施工においても高性能を示した。

【００３６】本発明の急結剤に対する比較例を示すＩ〜
Ｐにおいて、Ｉ〜Ｎは分散剤を添加したもの、ＯとＰは
分散剤を添加しなかった例である。

【００３７】比較例ＩとＪは、本発明の粒子径範囲より
大きな消石灰粒子を規定量より多く含有している例であ
り、急結性を阻害しない範囲の分散剤及び、急結剤Ｉの
様に分散化安定剤、急結剤Ｊの様に分散安定化剤と気泡
剤を添加しても、粗粒が多いため１時間以内で沈降が確
認された。吹き付けにおいて何れも短時間の施工では問
題ないが、時間が経過すると水−スラリー−沈殿層の３
層に分離するため、試験（２）では、一定濃を安定して
材料中に供給できず、タレがみられ、付着不良であっ
た。

【００３８】比較例ＫとＬは、本発明の粒子径範囲より
小さな消石灰粒子を規定比率より多く含有しており粘性
が高い。消石灰濃度の薄い急結剤Ｋはダイアフラムポン
プで圧送可能であるが、分散剤が１０重量％と規定範囲
内ではあるが消石灰に対する量が多いため急結性が弱
く、吹付施工体は脱落してしまった。また、濃度の濃い
急結剤Ｌは６００ｍ・Ｐａ・ｓと分散剤の効果が小さく
粘性が一段と高くなり、ダイアフラムポンプでは圧送困
難で、吐出が不安定となり、付着しなかった。

【００３９】比較例Ｍは、本発明の消石灰濃度範囲より
高い７０重量％のスラリーで、分散剤の効果は出ず粘性
が高すぎるため、ダイアフラムポンプでは圧送困難であ
り、少量しか吐出せず、付着しなかった。

【００４０】比較例Ｎは、本発明の消石灰濃度範囲より
低い４重量％のスラリーである。消石灰が少なすぎ、３
０μｍを越える粒子部分をなくしたが、濃度が低いた
め、アルミナセメントを十分に凝集、硬化させることが
できず、材料は付着しなかった。

【００４１】比較例ＯとＰは、消石灰の濃度及び粒度構
成については本発明の規制範囲内であるが、分散剤の添
加も沈降抑制剤の添加もしなかった例で、共に粘度が高
すぎて、圧送ができず付着できなかった。

【００４２】その他の例として、乾燥した消石灰０．５
重量％を吹付材に使用したが、材料の付着は７５％程度
とやや不良で、ノズル内での材料との混合状態が悪いた
め、スラリー急結剤に比べ施工体強度のばらつきが大き
くなり、均質な施工体を得ることは困難であった。

【００４３】本発明の急結剤は、吹付けに際して０．０
１〜５重量％を添加することで安定した作業性と均質且
つ緻密な施工体を得ることができる。０．０１重量％よ
り少ないと急結性が弱く施工体形成が不可能であり、５
重量％より多いと施工体の強度品質を著しく低下させる
原因となった。

【００４４】

【発明の効果】本発明の消石灰系スラリー急結剤は、従
来のアルミン酸塩などの液状急結剤と吹付施工性は同等
以上であるばかりでなく、施工体の強度発現性、品質に
おいては更に優れており、施工中に粒子が沈降すること
なく、且つ低粘性で、圧送性が良く、材料との混合が良
好な安定した作業性と均質且つ緻密な施工体となりその
適用は拡大できる。

フロントページの続き (72)発明者吉富丈記福岡県北九州市八幡西区東浜町１番１号黒崎窯業株式会社技術研究所内Ｆターム(参考） 4G012 MA00 PC01 PC04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】消石灰を５〜６０重量％と、残部が水の
スラリーからなる湿式吹付施工用耐火物のための急結剤
であって、消石灰は、その全量中で粒子径の３０μｍ以下の粒子が
８０％以上であり、且つ、全量中で粒子径の０．３μｍ
以上である粒子が８０％以上を占め、３０μｍを越える
粒子及び０．３μｍ未満の粒子の合量が２０％以下であ
る粒度構成比率を有するもので、且つ、低粘性化用として分散剤を前記スラリーに対し
て、外掛けで０．１〜１０重量％添加した消石灰系スラ
リー急結剤。
【請求項２】更に、沈降抑制剤としての分散安定化剤
及び／又は気泡剤を、スラリー全量に対して、外掛けで
０．００５〜５重量％添加した請求項１記載の消石灰系
スラリー急結剤。