JP2002128572A - 耐火物用粉末急結材、それを含有してなる耐火物用吹付け材料、及びそれを用いた吹付け施工方法 - Google Patents

耐火物用粉末急結材、それを含有してなる耐火物用吹付け材料、及びそれを用いた吹付け施工方法

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JP2002128572A JP2000314746A JP2000314746A JP2002128572A JP 2002128572 A JP2002128572 A JP 2002128572A JP 2000314746 A JP2000314746 A JP 2000314746A JP 2000314746 A JP2000314746 A JP 2000314746A JP 2002128572 A JP2002128572 A JP 2002128572A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 急結材の使用量や粉塵の発生量を最小限に抑
え、初期強度が充分得られ、信頼性の高い高品質の吹付
け施工が可能となる、不定形耐火物に配合する耐火物用
粉末急結材、それを含有してなる耐火物用吹付け材料、
及びそれを用いた吹付け施工方法を提供すること。 【解決手段】 鉱物組成の12CaO・7Al2O3が40〜100%、
3CaO・Al2O3が0〜30%、及びCaO・Al2O3が0〜30%で
ある結晶質を含有する耐火物用粉末急結材、粉末度がブ
レーン値で3,000〜6,000cm2/gである該耐火物用粉末急
結材、凝結・硬化促進剤を含有する該耐火物用粉末急結
材、アルミナセメントと耐火骨材を含有する不定形耐火
物と、該耐火物用粉末急結材とを含有する耐火物用吹付
け材料、圧送ポンプで輸送した不定形耐火物と、圧縮空
気で輸送した該耐火物用粉末急結材とを、吹付けノズル
で混合して吹付ける吹付け施工方法を構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主に、高炉出銑
樋、混銑車、取鍋、及びタンディッシュなどの内張材に
使用される不定形耐火物に配合する耐火物用粉末急結
材、それを含有してなる耐火物用吹付け材料、及びそれ
を用いた吹付け施工方法に関する。なお、本発明で使用
する部や%は特に規定しない限り質量基準である。
【従来の技術とその課題】
【0002】従来、例えば、湿式吹付け施工の場合、粉
末急結材を空気圧送して、別に圧送された不定形耐火物
と連続混合して吹付け施工されていた。この吹付け施工
は、型枠が不要である、部分補修が容易であるなどの利
点があり、流し込み施工と比べて施工作業を大幅に省力
化できるので注目を浴びている(特公昭57−007350号公
報、特公昭62−021753号公報、及び特公平02−033665号
公報)。
【0003】しかしながら、より強い急結性や高い初期
強度を必要とする場合は、粉末急結材の使用量を増加し
なければならず、それによって、粉塵が増加したり、耐
火度や耐食性が低下するなどの課題があった。さらに、
粉末急結材は吸湿性が高いため、時間が経つと急結性が
低下するという課題もあった。また、粉末急結材が少な
い場合、初期や高温の強度が低下し、それに伴って耐ス
ポーリング抵抗性も低下するという課題があった。
【0004】本発明者は、前記課題を解決すべく鋭意検
討した結果、特定の粉末急結材を使用することによっ
て、粉末急結材の使用量を抑え、強い急結性や初期強度
が得られ、リバウンドロスが少なく吹付け効率の良い、
信頼性の高い吹付け施工が可能となるなどの所望の特性
が得られることを知見して本発明を完成するに至った。
【0005】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、鉱物組
成の12CaO・7Al2O3が40〜100%、3CaO・Al2O3が0〜30
%、及びCaO・Al2O3が0〜30%である結晶質を含有して
なる耐火物用粉末急結材であり、粉末度がブレーン値で
3,000〜6,000cm2/gである該耐火物用粉末急結材であ
り、さらに、凝結・硬化促進剤を含有してなる該耐火物
用粉末急結材であり、凝結・硬化促進剤が、リチウム化
合物、アルカリ金属アルミン酸塩、アルカリ金属ケイ酸
塩、アルカリ金属炭酸塩、及び水酸化物のうちの一種又
は二種以上である該耐火物用粉末急結材であり、凝結・
硬化促進剤が、耐火物用粉末急結材100部中、0〜50部で
ある該耐火物用粉末急結材であり、アルミナセメントと
耐火骨材を含有してなる不定形耐火物と、該耐火物用粉
末急結材とを含有してなる耐火物用吹付け材料であり、
圧送ポンプで輸送した不定形耐火物と、圧縮空気で輸送
した該耐火物用粉末急結材とを、吹付けノズルで混合し
て吹付け施工する吹付け施工方法である。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
【0007】本発明は、結晶質中の鉱物組成の12CaO・7
Al2O3、3CaO・Al2O3、及びCaO・Al2O3(以下、カルシウ
ムアルミネートという)が特定割合である耐火物用粉末
急結材に関するものである。本発明の12CaO・7Al2O3(以
下、C12A7という)、3CaO・Al2O3(以下、C3A)、及びCaO・
Al2O3(以下、CAという)は、赤ボーキサイトなどの天然
原料をバイヤープロセスなどの精製法により精製して得
られた高純度アルミナやボーキサイトなどのAl2O3原料
と、石灰石や生石灰等のCaO原料等を、混合若しくは混
合粉砕し、又は、一部混合後、さらに混合粉砕して、所
定の成分割合になるように配合し、溶融法で製造する場
合は、電気炉、反射炉、縦型炉、及び平炉等の設備で、
また、焼成法で製造する場合は、シャフトキルンやロー
タリーキルンなどの設備で、1,300〜1,800℃の温度で、
溶融及び/又は焼成して得られるものである。この溶融
及び/又は焼成して得られるものは、カルシウムアルミ
ネートのクリンカーと言われている。本発明において
は、強度発現性が良好で、急結性が強い傾向があること
から溶融法で製造したものが好ましい。
【0008】本発明の耐火物用吹付け材料(以下、吹付
け材という)の主成分として、通常はクリンカーを粉砕
したものが使用されている。クリンカーの粉砕は、通
常、粉塊物の微粉砕用に使用される、例えば、ローラー
ミル、ジェットミル、チューブミル、ボールミル、及び
振動ミルなどの粉砕機の使用が可能である。
【0009】本発明で使用する耐火物用粉末急結材(以
下、本急結材という)は、結晶質中の鉱物組成のC12A7
40〜100%、C3Aが0〜30%、及びCAが0〜30%のもので
あり、C12A7が60〜100%、C3Aが0〜20%、及びCAが0
〜20%のものがより好ましい。C3Aが30%を超えると、
急結性や初期強度発現性は良好ではあるが、経時変化を
起こしやすい場合がある。また、CAが30%を超えると、
経時変化を起こし(風化し)にくいものの、急結性が低下
したり、初期強度発現性が低下する場合がある。
【0010】鉱物組成の定量方法としては、回折線の強
度比測定法、内部標準法、Zevin法、及びX線回折ピー
ク分離法等があり、本発明においては、いずれの方法で
も定量可能である。ここでいう、回折線の強度比測定法
は、各鉱物の回折強度を相対的に表した値で示すもので
あり、内部標準法とは、内部標準物質と試料を一定の割
合で混合し、成分濃度と回折線強度比との間には直線関
係が得られることを利用して、濃度が既知の標準試料で
検量線を作成し、分析する方法である。また、Zevin法
とは、試料の平均質量吸収係数と回折線強度比を測定
し、n次の連立方程式を解くことにより各結晶相を定量
する方法である。ここで、平均質量吸収係数は、蛍光X
線分析方法又は化学分析によって、試料の成分を定量
し、算出することができるものである。この他、X線回
折ピーク分離法でも定量可能であって、この方法は、試
料の結晶やガラス相から測定するものである。本発明に
おいては、いずれの方法を使用しても、鉱物組成を定量
することが可能であるが、測定が簡単で、精度が良い回
折線の強度比測定法又はZevin法の使用が好ましい。
【0011】また、本発明において、本急結材中の結晶
質の割合は、本急結材100部中、50部以上が好ましい。5
0部未満では急結性が低下する場合がある。本急結材の
粒末度は、ブレーン値で3,000〜6,000cm2/gが好まし
い。この範囲以外では、本急結材の急結性が低下し、不
定形耐火物の強度、耐食性、及び耐スポーリング抵抗性
等、並びに、高温での特性が低下する場合がある。
【0012】本発明では、不定形耐火物を急結させ、初
期強度を向上させる面からさらに凝結・硬化促進剤を配
合することが好ましい。凝結・硬化促進剤(以下、促進
剤という)としては、リチウム化合物、アルカリ金属ア
ルミン酸塩、アルカリ金属ケイ酸塩、アルカリ金属炭酸
塩、及び水酸化物が挙げられ、そのうちの一種又は二種
以上が使用可能である。これらの中で、アルカリ金属ア
ルミン酸塩又はアルカリ金属炭酸塩の使用が、急結性が
強くなる面から好ましい。
【0013】本発明で使用するリチウム化合物とは、炭
酸リチウム、塩化リチウム、水酸化リチウム、硝酸リチ
ウム、酢酸リチウム、及びクエン酸リチウムなどが挙げ
られる。これらの中で、硝酸リチウムの使用が、急結性
が強くなるので好ましい。
【0014】アルカリ金属アルミン酸塩とは、アルミン
酸ナトリウムやアルミン酸カリウムなどが挙げられ、入
手しやすさからアルミン酸ナトリウムの使用が好まし
い。
【0015】本発明で使用するケイ酸アルカリ塩とは、
ケイ酸ナトリウムやケイ酸カリウムなどが挙げられ、入
手しやすさからケイ酸ナトリウムの使用が好ましい。
【0016】本発明で使用する炭酸アルカリ塩とは、炭
酸ナトリウムや炭酸カリウムなどの使用が好ましく、そ
の含水塩や無水塩のいずれの使用も可能である。これら
のうち、炭酸ナトリウムの使用が好ましく、JIS K 120
1、JIS K 8624、及びJIS K 8625で規定される炭酸ナト
リウムの使用が可能である。
【0017】本発明で使用する水酸化物としては、水酸
化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、及
び水酸化アルミニウムなどが挙げられるが、比較的貯蔵
安定性のある水酸化アルミニウムの使用が好ましい。
【0018】これら促進剤の粒度は、水に溶解しやすい
ように細かい程好ましく、100メッシュ以下が好まし
く、200メッシュ以下がより好ましい。促進剤の純度
は、特に限定されるものではないが、現在、工業的に精
製されているものの使用が可能であって、純度が80%程
度以上のものの使用が好ましい促進剤の種類の組み合わ
せは、アルミナセメントと耐火骨材、又は必要に応じ水
を配合した不定形耐火物の種類によって適宜選択できる
もので特に限定されるものではなく、材料配合に合わせ
て組み合わせを変えることが可能である。促進剤の使用
量は、カルシウムアルミネート100部に対して、0〜50
部が好ましく、10〜40部が急結性や初期強度が得られ、
吸湿性も比較的少ないことからより好ましい。本発明の
促進剤は、GC−MS、C13−NMR、HPLC、イオ
ンクロマト、及びFT−IRなどの機器分析や放射化分
析等で分析することが可能である。
【0019】本発明では、アルミナセメントと耐火骨
材、必要に応じて水を混合したものを不定形耐火物と
し、これに本急結材を配合したものを吹付け材とする。
【0020】アルミナセメントとは、アルミナ源として
ボーキサイト、高アルミナ質、及び精製アルミナなど
を、カルシア源として石灰石や生石灰等を使用し、生成
物中のCaO・Al2O3が主成分となるように調合し、電気
炉、反射炉、平炉、及びロータリーキルンなどで、溶融
又は焼成したセメントクリンカーを、チューブミル、振
動ミル、ジェットミル、及びローラーミルなどの粉砕機
で粉砕したもので、アルミナセメントとして市販されて
いるものの使用も可能である。
【0021】耐火骨材とは、溶融マグネシア、焼結マグ
ネシア、天然マグネシア、及び軽焼マグネシアなどのマ
グネシア、溶融マグネシアスピネルや焼結マグネシアス
ピネルなどのマグネシアスピネル、並びに、溶融アルミ
ナ、焼結アルミナ、軽焼アルミナ、及び易焼結アルミナ
などのアルミナ、その他、溶融シリカ、焼成ムライト、
酸化クロム、ボーキサイト、アンダルサイト、シリマナ
イト、シャモット、ケイ石、ロー石、粘土、ジルコン、
ジルコニア、ドロマイト、パーライト、バーミキュライ
ト、煉瓦屑、陶器屑、窒化珪素、窒化ホウ素、炭化珪
素、及び窒化珪素鉄等が挙げられる。
【0022】マグネシアスピネルとしては、水酸化マグ
ネシウムや仮焼マグネシアなどのMgO原料と、水酸化ア
ルミニウムや仮焼アルミナなどのAl2O3原料を、所定の
割合になるように調合し、ロータリーキルンなどの焼成
装置を用いて、約1,800〜1,900℃の温度で反応・焼結さ
せたものや、電気炉等の溶融装置で溶融したものを、所
定のサイズに粉砕し、篩い分けしたもの、さらには、こ
れら焼成したものと溶融したものを混合したものなどが
挙げられる。マグネシアスピネルにおけるMgO/Al2O3
質量比は、1/1〜0.1/1が好ましく、0.4/1〜0.2
/1が不定形耐火物として配合した際、耐久性に優れる
面からより好ましい。
【0023】アルミナとは、水酸化アルミニウムや仮焼
アルミナなどのAl2O3原料を、ロータリーキルンなどの
焼成装置や電気炉等の溶融装置によって、焼結及び/又
は溶融し、所定のサイズに粉砕し、篩い分けしたもので
あって、鉱物組成として、α−Al2O3やβ−Al2O3などと
示される酸化アルミニウムであり、焼結アルミナ、仮焼
アルミナ、及び易焼結アルミナなどと呼ばれるものであ
って、通常、Al2O3を90%以上含有するα−アルミナの
使用が最も好ましい。
【0024】また、アルミナとジルコニアを溶融するこ
とで得られる、耐熱スポーリング性を向上させたアルミ
ナ・ジルコニアクリンカーなどの使用も可能である。
【0025】耐火骨材は、通常、5〜3mm、3〜1mm、
1〜0mm、200メッシュ下、及び325メッシュ下等のサイ
ズのものを、要求物性に応じて配合することが好まし
い。耐火骨材の使用量は、施工場所によって適宜決定す
べきものであり特に限定されるものではないが、不定形
耐火物100部中、耐火骨材50〜99.5部であることが好ま
しく、耐食性と強度発現性の面から、耐火骨材85〜98部
がより好ましい。
【0026】不定形耐火物の製造方法は特に限定される
ものではなく、通常の不定形耐火物の製造方法に準じ、
各材料を所定の割合になるように配合し、V型ブレンダ
ー、コーンブレンダー、ナウタミキサー、パン型ミキサ
ー、及びオムニミキサーなどの混合機を用いて均一混合
するか、あるいは、所定の割合で混練り施工する際、混
練り機に直接秤込むことも可能である。
【0027】また、不定形耐火物に、アルカリ水と反応
し水素ガスを発生する金属アルミニウムや金属マグネシ
ウムなどの発泡材や、ビニロンファイバー、ポリプロピ
レンファィバー、及び塩化ビニールファイバーなどの有
機繊維、窒素ガス発生分解繊維、乳酸アルミニウムなど
の塩基性コロイド、並びに、フミン酸類等の爆裂防止材
を必要に応じて、硬化体乾燥時の爆裂防止の目的で、配
合することも可能である。
【0028】また、従来からセメントの流動性、可使時
間、硬化時間、及び強度発現性等の性状を改善する目的
で使用されている、メラミン類、ナフタレンスルホン酸
類、ポリカルボン酸類、及びホルムアルデヒドの縮合物
等の界面活性剤、並びに、AE減水剤等を必要に応じて
配合することも可能である。
【0029】不定形耐火物が水分と耐火骨材に分離する
材料分離を避けるため、メチルセルロース、カルボキシ
ルメチルセルロース、ポリアクリルアミド変性物又はそ
の共重合体、及びポリビニルアルコールなどの増粘剤を
配合することも可能である。
【0030】不定形耐火物の混練時に使用する水の量
は、通常の流し込みが可能な程度に設定するもので、粒
度構成や耐火骨材の気孔率等によって大きく影響を受け
るが、概ね、耐火骨材とアルミナセメントの合計100部
に対して、5〜8部が好ましい。5部未満では急結性が
低下する場合があり、8部を超えると耐火性が低下し
て、リバウンドロスが発生しやすくなる場合がある。
【0031】本発明の吹付施工とは、プレミックスした
粉末に水を加えて吹付け施工する乾式吹付け工法、混練
した不定形耐火物を、例えば、混練した不定形耐火物を
ミキサーから圧送ポンプによって吹付ノズルに輸送し、
該吹付ノズルで圧縮空気と共に粉末急結材を不定形耐火
物に混合し、吹付施工する湿式吹付け工法、粉末の一部
をスラリー状にしてノズル先端で他の粉末と混合し、吹
付け施工する半湿式吹付け工法等があるが、強度発現性
が良好で、耐久性に優れる湿式吹付け工法が好ましい。
【0032】
【実施例】以下、実験例に基づいて本発明をさらに説明
する。
【0033】実験例1 CaO原料として生石灰を、Al2O3原料として仮焼アルミナ
を所定の割合で配合した原料を、電気炉で溶融させた
後、冷却し、ブレーン値が4,000cm2/gとなるように粉砕
して本急結材を製造した。その鉱物組成を表1に示す。
また、アルミナセメント5部と耐火骨材95部からなる混
合物100部に対して、8部の水を加え、3分間混練して
不定形耐火物を調製した。調製した不定形耐火物100部
に対して、表1に示す本急結材を0.5部添加し、10秒間
混練した後、プロクター貫入抵抗値の経時変化を測定
し、急結性と初期強度を測定した。材料の混練から養生
までは20℃恒温恒湿室内で行った。さらに、吸湿性を調
べるためにIglossを測定した。これらの結果を表1に併
記する。
【0034】<使用材料> アルミナセメント:市販品 耐火骨材 :市販焼結アルミナの粒度5〜1mmを30部、
1〜0.5mmを20部、0.3〜0.5mmを20部、0.3mm〜45μmを1
0部、及び45μm下を5部を混合したもの 水 :上水道水
【0035】<物性の測定方法> 鉱物組成 :理学社製X線回折装置にて回折強度比d
値、CA=4.67Å、C12A7=4.89Å、及びC3A=1.89Åの回
折線の強度を用いてZevin法により各鉱物量を算出プロ
クター貫入抵抗値:本急結材を加えて混練した物を容器
に移し取り、クラフト硬度計で測定、40になった時点で
硬化と判断 Igloss :本急結材を20℃、相対湿度80%の恒温恒湿
室に24時間放置し、前後の重量変化率を測定。Iglossが
2%を超えると急結性が著しく低下する傾向がある。
【0036】
【表1】
【0037】表1から明らかなように、本急結材は、比
較例と比べて急結性は良好で、初期強度が高く、吸湿性
が低かった。
【0038】実験例2 C12A7が80%、CAが20%のカルシウムアルミネートのブ
レーン値を表2のように変えたこと以外は実験例1と同
様に行った。結果を表2に併記する。
【0039】
【表2】
【0040】表2から明らかなように、本急結材は、急
結性が良好で、初期強度が高く、吸湿性が低かった。
【0041】実験例3 C12A7が80%、CAが20%のカルシウムアルミネート100部
に対して、表3に示した量の促進剤を混合して本急結材
を調製したこと以外は、実験例1と同様に行った。結果
を表3に併記する。
【0042】<使用材料> 促進剤A:硝酸リチウム、市販品 促進剤B:アルミン酸ナトリウム、市販品 促進剤C:ケイ酸ナトリウム、市販品 促進剤D:炭酸ナトリウム、市販品 促進剤E:水酸化アルミニウム、市販品
【0043】
【表3】
【0044】表3から明らかなように、本急結材は、急
結性が良好で、初期強度が高く、吸湿性が低かった。
【0045】実験例4 アルミナセメント5部と耐火骨材95部からなる混合物10
0部に対して、8部の水を加え、3分間混練して不定形
耐火物を調製した。調製した不定形耐火物を圧送ポンプ
で吹付けノズルに輸送し、C12A7が80%、CAが20%のカ
ルシウムアルミネートからなる本急結材を、圧縮空気
で、不定形耐火物100部に対して、表4に示す量を添加
し、吹付け施工し、凝結時間を測定した。吹付け施工
後、24時間養生し、養生強度、乾燥強度、焼成強度、収
縮率、及び耐食性を測定し、外観観察を実施した。結果
を表4に併記する。なお、比較のため、本急結材の代わ
りに各種市販品を急結材として使用して同様の実験を行
った。結果を表4に併記する。
【0046】<使用材料> 急結材a :水酸化ナトリウム、市販品 急結材b :アルミン酸カリウム、市販品 急結材c :塩化カルシウム、市販品 急結材d :ケイ酸カリウム、市販品 急結材e :炭酸リチウム、市販品
【0047】<物性の測定方法> 凝結時間 :吹付け施工後の吹付け材を指で押し、弾性
が無くなるまでにかかった時間 養生強度 :4cm×4cm×16cmの形状に切り出した試験
片の圧縮強度を油圧測定機で測定 乾燥強度 :試験片を110℃で24時間乾燥後、室温まで
放冷し、圧縮強度を油圧測定機にて測定 焼成強度 :乾燥後の試験片をシリコニット電気炉に入
れ、1,000℃までは10℃/分の昇温速度で、1,000℃以上
は5℃/分で1,500℃まで昇温後、3時間保持し、室温ま
で放冷し、圧縮強度を油圧測定機にて測定 収縮率 :24時間養生後の試験片を基準として、1,50
0℃焼成後の残存線変化率を収縮率とした。 耐食性 :試験片を110℃で24時間乾燥後、1,500℃で
3時間焼成し、CaO/SiO2=2.0、全Feが10%のスラグ500
gが入った1,550℃の高周波炉内に3時間浸漬し、深さ
方向の溶損寸法を測定。溶損寸法が3.0mm以上になると
耐火物として使用不可となる。 外観観察 :吹付け施工直後の吹付け面につき、ダレの
状況を外観観察、○はダレ無し、×はダレが多くて使用
不可
【0048】
【表4】
【0049】表4から明らかなように、本急結材は、比
較例と比べて凝結時間が短く、強度が高く、収縮率が小
さく、耐食性が良好であった。
【0050】
【発明の効果】本急結材を用いて得られる耐火物やそれ
を用いた吹付け施工方法により、急結材の使用量を抑え
ることができ、粉塵の発生量を最小限に抑え、初期強度
が充分得られ、信頼性の高い高品質の吹付け施工が可能
となる。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鉱物組成の12CaO・7Al2O3が40〜100%、
    3CaO・Al2O3が0〜30%、及びCaO・Al2O3が0〜30%で
    ある結晶質を含有してなる耐火物用粉末急結材。
  2. 【請求項2】 粉末度がブレーン値で3,000〜6,000cm2/
    gであることを特徴とする請求項1記載の耐火物用粉末
    急結材。
  3. 【請求項3】 さらに、凝結・硬化促進剤を含有してな
    る請求項1又は2記載の耐火物用粉末急結材。
  4. 【請求項4】 凝結・硬化促進剤が、リチウム化合物、
    アルカリ金属アルミン酸塩、アルカリ金属ケイ酸塩、ア
    ルカリ金属炭酸塩、及び水酸化物のうちの一種又は二種
    以上であることを特徴とする請求項3記載の耐火物用粉
    末急結材。
  5. 【請求項5】 凝結・硬化促進剤が、耐火物用粉末急結
    材100部中、0〜50部であることを特徴とする請求項3又
    は4項記載の耐火物用粉末急結材。
  6. 【請求項6】 アルミナセメントと耐火骨材を含有して
    なる不定形耐火物と、請求項1〜5のうちの一項記載の
    耐火物用粉末急結材とを含有してなる耐火物用吹付け材
    料。
  7. 【請求項7】 圧送ポンプで輸送した不定形耐火物と、
    圧縮空気で輸送した請求項1〜5のうちの一項記載の耐
    火物用粉末急結材とを、吹付けノズルで混合して吹付け
    施工することを特徴とする吹付け施工方法。
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