JP2003128469A

JP2003128469A - マイクロ波を用いた不定形耐火物の乾燥方法

Info

Publication number: JP2003128469A
Application number: JP2001320611A
Authority: JP
Inventors: Taijiro Matsui; 泰次郎松井; Sumio Sakaki; 澄生榊; Shozo Miyase; 昇三宮瀬
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-10-18
Filing date: 2001-10-18
Publication date: 2003-05-08
Anticipated expiration: 2021-10-18
Also published as: JP4430277B2

Abstract

(57)【要約】【課題】不定形耐火物の水蒸気爆裂や亀裂等の発生を
防止しながら乾燥を行い、不定形耐火物の品質を高める
ことができるマイクロ波を用いた不定形耐火物の乾燥方
法を提供する。【解決手段】乾燥炉１３の内部に装入した不定形耐火
物１１にマイクロ波の出力を調整しながら照射して不定
形耐火物１１を乾燥するマイクロ波を用いた不定形耐火
物の乾燥方法において、マイクロ波の出力の調整を不定
形耐火物１１の内部の水蒸気圧の値に応じて行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波を照射
して不定形耐火物の乾燥を行う不定形耐火物の乾燥方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、不定形耐火物は、硬化剤や分散剤
を配合した耐火原料に、６〜８％の水を加えて混練し、
型枠に流し込んでから数時間以上の養生を行ない、耐火
原料が固まった後、前記した型枠を脱枠して製造され
る。この不定形耐火物は、厚みが５０〜６００ｍｍであ
り、しかも、混練時に加えた水が残存しており、急激に
熱負荷をかけると内部の水が水蒸気になり、この水蒸気
圧によって不定形耐火物が爆裂したり、大きな亀裂等が
発生して品質を損なう場合がある。従って、脱枠後に、
不定形耐火物を１００℃以下の低温から乾燥を開始し、
徐々に乾燥温度を高くし、長時間を費やして乾燥を行っ
ている。しかし、この緩やかな乾燥を行っても、不定形
耐火物の厚みが１００〜６００ｍｍになる場合、不定形
耐火物の水蒸気による爆裂や亀裂等が発生し、良品質の
ものを製造するのに限界があった。この対策として、特
開平３−７５４８５号公報に記載されているように、密
閉された容器内にマイクロ波の導管を複数箇所取付け、
容器内に装入された不定形耐火物に、導管からマイクロ
波を照射して不定形耐火物の昇温を行ない、不定形耐火
物に含まれる水を水蒸気にして容器から排気することに
より、短時間で効率良く乾燥する方法が行われている。
更に、特開２００１−１１５２０６公報に記載されてい
るように、外部を鉄皮で覆い、この鉄皮に不定形耐火物
を内張りし、この不定形耐火物にマイクロ波を照射して
昇温することによって不定形耐火物に含まれる水を水蒸
気にして除去し、不定形耐火物の爆裂や亀裂の発生を防
止することが行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
３−７５４８５号公報、特開２００１−１１５２０６公
報に記載された不定形耐火物の乾燥方法では、照射した
マイクロ波によって、不定形耐火物の内部の温度が上昇
し、不定形耐火物の内部に水蒸気がこもり易くなる。そ
の結果、温度の上昇に伴って、不定形耐火物の内部の水
蒸気圧が高くなり、不定形耐火物が水蒸気圧に耐えきれ
ずに爆裂が発生する。更に、爆裂が生じない場合でも、
内部の水蒸気圧が不定形耐火物を押し広げて水蒸気の逃
げる通路を形成し、この通路を介して水蒸気が外部に放
出される。そして、この通路は、不定形耐火物の亀裂と
なり、品質を著しく阻害するという問題がある。

【０００４】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
で、不定形耐火物の水蒸気爆裂や亀裂等の発生を防止し
ながら乾燥を行い、不定形耐火物の品質を高めることが
できるマイクロ波を用いた不定形耐火物の乾燥方法を提
供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う本発明に
係るマイクロ波を用いた不定形耐火物の乾燥方法は、乾
燥炉の内部に装入した不定形耐火物にマイクロ波の出力
を調整しながら照射して前記不定形耐火物を乾燥するマ
イクロ波を用いた不定形耐火物の乾燥方法において、前
記マイクロ波の出力の調整を前記不定形耐火物の内部の
水蒸気圧の値に応じて行う。この方法により、不定形耐
火物の内部の水蒸気圧を低くして、不定形耐火物が水蒸
気圧によって爆裂するのを防止し、内部に亀裂が生じる
のを抑制することができる。

【０００６】ここで、本発明に係るマイクロ波を用いた
不定形耐火物の乾燥方法においては、前記不定形耐火物
の測定された水蒸気圧の差が０．１ＭＰａを超えた場合
に前記マイクロ波の出力を下げて乾燥すると良い。これ
により、乾燥中の不定形耐火物の内部の水蒸気圧を所定
の範囲にしているので、水蒸気圧の上昇による水蒸気爆
裂や亀裂の発生を安定して防止でき、不定形耐火物の品
質を向上することができる。なお、水蒸気圧の差が０．
１ＭＰａを超えて高くなると、不定形耐火物の内部の水
蒸気圧が高くなって爆裂や亀裂が発生し、不定形耐火物
の品質が低下する。

【０００７】更に、本発明に係るマイクロ波を用いた不
定形耐火物の乾燥方法においては、前記不定形耐火物の
重量変化量が３０ｇ／分未満となった時点を前記不定形
耐火物の乾燥の終了と判定することが好ましい。これに
より、重量変化量が所定の値以下になった時点を乾燥の
終了とするので、水分を低減した不定形耐火物を安定し
て製造することができ、精錬炉や取鍋等の容器に内張り
した不定形耐火物の品質を高めることができる。重量変
化量が３０ｇ／分以上の場合は、不定形耐火物に含まれ
る水分の除去が不十分となり、容器に内張りして使用す
る時に、急激な加熱に起因した水蒸気爆裂を招く。

【０００８】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。図１は本発明の一実施の形態に係る
マイクロ波を用いた不定形耐火物の乾燥方法に適用する
マイクロ波乾燥設備の説明図、図２は乾燥時間と不定形
耐火物の温度、及び水蒸気圧力の関係を表すグラフであ
る。図１に示すように、本発明の一実施の形態に係るマ
イクロ波を用いた不定形耐火物の乾燥方法に適用するマ
イクロ波乾燥設備１０は、不定形耐火物の一例であるプ
レキャストブロック１１を載置する空気バネ１２ａを用
いた秤量器１２ｂを取付けた架台１２を内蔵した箱状の
乾燥炉１３と、マイクロ波発生装置１４と、マイクロ波
発生装置１４から発生したマイクロ波をこの乾燥炉１３
内に導く導管１５と、導管１５から照射されるマイクロ
波を攪拌する回転羽根１６を有している。乾燥炉１３
は、外壁１７とこの外壁１７の内側に配置した断熱層の
一例である板状のファイバー層１８と、ファイバー層１
８の内側に、表面が鏡面状のステンレス板１９を複数に
分割して内張りしている。このファイバー層１８と外壁
１７の間に空間２０を形成しており、この空間２０内に
空気を吹き込むエアー供給管２１及び吹き込まれた空気
を乾燥炉１３内に放出する放出口２２を取付けている。
更に、内部の水蒸気を排気するブロア２３に連通した排
気管２４と、排気管２４から吸引した水蒸気を系外に放
出する煙突２５を備えている。また、プレキャストブロ
ック１１には、温度計２６と水蒸気圧力計２７を埋設し
ており、この温度計２６、水蒸気圧力計２７には、それ
ぞれに連結した導線２６ａ、２７ａが取付けられ、この
導線２６ａ、２７ａは図示しない各換算表示器を通して
温度計表示装置２８、水蒸気圧力表示装置２９に導通し
ている。

【０００９】次に、本発明の一実施の形態に係るマイク
ロ波を用いた不定形耐火物の乾燥方法についてマイクロ
波乾燥設備１０を用いて説明する。耐火材料に硬化剤と
分散剤を配合し、外分で５〜８質量％の水を添加して混
練してから型枠に流し込み、５〜８時間の養生をして脱
枠した幅１２００ｍｍ、長さ１５００ｍｍ、厚み３００
ｍｍのプレキャストブロック１１を乾燥炉１３内の架台
１２上に載置した。このプレキャストブロック１１に、
マイクロ波発生装置１４を作動して１〜１２０ｋｗ／ｈ
ｒの出力でマイクロ波を発生させ、このマイクロ波を導
管１５から乾燥炉１３内に照射した。

【００１０】導管１５から放出されたマイクロ波を回転
羽根１６で攪拌して散乱させ、乾燥炉１３に内張りした
６面からなるステンレス板１９によって反射させてプレ
キャストブロック１１の表面に均一に照射する。マイク
ロ波の照射によって、プレキャストブロック１１の温度
が上昇し、プレキャストブロック１１に含まれる水が水
蒸気となり、この水蒸気がステンレス板１９の隙間やフ
ァイバー層１８を通過して外壁１７とファイバー層１８
の間に結露を生じるため、ファイバー層１８と外壁１７
の間の幅５ｍｍ以上の空間２０にエアー供給管２１から
１０〜１００Ｎｍ³ ／ｈｒの空気を吹き込みんで空気の
流れを形成し、外壁１７とファイバー層１８の間の水蒸
気を放出口２２から乾燥炉１３内に放散する。乾燥炉１
３内は、マイクロ波の照射によってプレキャストブロッ
ク１１の温度が上昇し、プレキャストブロック１１に含
まれる水が水蒸気となって炉内に放出される。この水蒸
気は、排気管２４からブロア２３で吸引し、煙突２５か
ら系外に放出することにより、プレキャストブロック１
１の乾燥が行われる。

【００１１】図２に示すように、プレキャストブロック
１１は、マイクロ波を５時間照射し、プレキャストブロ
ック１１に埋設した温度計２６の温度が常温から約１０
０℃まで昇温する。この後、マイクロ波の出力を１〜１
２０ｋｗ／ｈｒにして照射し、２０時間をかけて２００
℃まで昇温する。この昇温は、例えば温度計表示装置２
８に、４〜６℃／ｈｒの昇温速度となるように設定して
おき、この設定値をマイクロ波発生装置１４に入力し
て、実際の昇温速度が４〜６℃／ｈｒの範囲になるよう
にマイクロ波の出力の調整を行う。昇温速度が速くなり
過ぎる場合は、マイクロ波発生装置１４のマイクロ波の
出力を落として昇温速度を下げ、前記した４〜６℃／ｈ
ｒの昇温を維持する。昇温速度を４〜６℃／ｈｒにする
ことにより、プレキャストブロック１１に含まれる水分
が急激に水蒸気になるのを防ぎ、しかも、プレキャスト
ブロック１１の内部の水蒸気圧が上昇するのを抑制する
ことができる。その結果、水蒸気圧がプレキャストブロ
ック１１の強度を超えて爆裂したり、内部に亀裂が発生
するのを防止することができる。更に、プレキャストブ
ロック１１の温度が２００℃に達したら５時間をかけて
プレキャストブロック１１の温度を２５０℃にし、この
２５０℃の温度を維持するようにマイクロ波の出力の調
整する。

【００１２】しかし、マイクロ波を用いたプレキャスト
ブロック１１の乾燥は、プレキャストブロック１１の内
部温度が先に上昇するため、局部的な水蒸気圧の変動が
生じる場合がある。この場合、昇温速度や温度の絶対値
の管理のみを行っても部分的に水蒸気圧の高い部位が発
生するため、安定してプレキャストブロック１１の水蒸
気爆裂や内部亀裂の発生を抑制することができない。従
って、プレキャストブロック１１に埋設した水蒸気圧力
計２７で測定され、水蒸気圧力表示装置２９に表示され
る水蒸気圧力値の差が所定の範囲を満たすように、マイ
クロ波の出力を調整する。即ち、プレキャストブロック
１１の乾燥を開始してから、３０秒を経過する毎に、水
蒸気圧力計２７でプレキャストブロック１１内の水蒸気
圧力値を測定し、現時点で測定された水蒸気圧力値と３
０秒経過後の水蒸気圧力値の差が０．１ＭＰａ（メガパ
スカル）以下の場合、水蒸気圧力表示装置２９からマイ
クロ波発生装置１４にマイクロ波の出力を例えば規定値
の６０％以上になるように調整を行う。

【００１３】また、現時点で測定された水蒸気圧力値と
３０秒経過後の水蒸気圧力値の差が０．１ＭＰａを超え
て０．２５ＭＰａ以下となる場合では、プレキャストブ
ロック１１内の水蒸気圧力値が高くなるため、水蒸気圧
力表示装置２９からマイクロ波発生装置１４にマイクロ
波の出力を落とす信号を入力し、例えば規定値の２０％
以上６０％未満になるように調整する。プレキャストブ
ロック１１の乾燥は、プレキャストブロック１１の水蒸
気圧を直に測定し、その変化値が規定の値を超えないよ
うにマイクロ波の出力を調整することができるため、水
蒸気爆裂や内部亀裂が発生する以前に、水蒸気圧を低減
した乾燥が可能となり、乾燥過程で起きる水蒸気爆裂や
内部亀裂を確実に防止することができる。その結果、Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ 系、ＭｇＯ系、ＺｒＯ₂ 系、Ａｌ₂ Ｏ₃ −Ｍｇ
Ｏ系、ＺｒＯ₂ −ＭｇＯ系、Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＣ系、Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＣ−Ｃ系等の特性の異なる耐火材料を用
いたプレキャストブロック１１の低水分化が可能にな
り、安定した乾燥が実現できる。この乾燥方法を適用し
たプレキャストブロック１１は、耐火材料が緻密な状態
を維持しており、亀裂等の内部の欠陥が無く、極めて品
質に優れている。

【００１４】更に、水蒸気圧力値を用いたマイクロ波の
出力の調整は、３０秒毎の測定による調整に加え、以下
の規定を条件に取り込むこともできる。乾燥を開始して
から１０〜１５分の間、３０秒毎に測定した各水蒸気圧
力値を合計して得られた合計水蒸気圧力値（総水蒸気圧
値）Ｐを用い、前記した３０秒毎の水蒸気圧値の差が
０．１以下の範囲で、しかも、合計水蒸気圧力値Ｐが
１．０ＭＰａを超えて２．５ＭＰａ未満となる場合に、
マイクロ波発生装置１４のマイクロ波の出力を規定値の
２０〜６０％になるように調整する。合計水蒸気圧力値
Ｐに応じてマイクロ波の出力を調整するため、乾燥の時
間経過と共に、プレキャストブロック１１内にこもる水
蒸気圧の総水蒸気圧値がプレキャストブロック１１の強
度を超えるのを抑制できる。即ち、３０秒毎に測定され
た水蒸気圧の条件が満たされていても、プレキャストブ
ロック１１に含まれる水分の除去の速度が速い場合があ
り、この水分の除去速度が速くなると、プレキャストブ
ロック１１内にこもる水蒸気圧の総水蒸気圧値が大きく
なり、水蒸気爆裂や内部亀裂を招くので、合計水蒸気圧
力値Ｐも所定の値を満たすようにマイクロ波の出力を調
整する。

【００１５】更に、最高温度２５０℃で、３０時間の乾
燥を行ない、空気バネ１２ａを取付けた秤量器１２ｂを
用いて、プレキャストブロック１１の重さを、１５〜２
０分の間隔で３回測定し、その測定した値の変化量がい
ずれも３０ｇ／分未満になった時点を乾燥の終了と判定
する。このプレキャストブロック１１の重量の変化量を
３０ｇ／分未満にして乾燥を終了するので、プレキャス
トブロック１１中に含まれる水分を殆ど除去することが
でき、１３００℃以上の溶鋼や溶銑等によって急激に加
熱された際、プレキャストブロック１１の水蒸気爆裂や
内部亀裂等の発生を防止することができる。そして、含
有水分を殆ど除去したプレキャストブロック１１は、乾
燥炉１３の蓋を外し、クレーン、ウインチ等の搬送手段
を用いて取り出され、台車やトラック等によって製鉄工
場に搬入され、転炉、上底吹き転炉、電気炉、取鍋、タ
ンディッシュ等の容器に内張りされる。

【００１６】

【実施例】次に、本発明に係るマイクロ波を用いた不定
形耐火物の乾燥方法の実施例について説明する。Ａｌ₂
Ｏ₃ を主成分にした耐火原料に、アルミナセメント、粘
土、マグネシアセメントからなる硬化剤及びリン酸ソー
ダ、リン酸アルミからなる分散剤を混合した材料に、外
分で６質量％の水を添加してから混練して型枠に流し込
み、５〜８時間の養生をした後、脱枠して幅１２００ｍ
ｍ、長さ１５００ｍｍ、厚み３００ｍｍのプレキャスト
ブロックを製造した。このプレキャストブロックを乾燥
炉内の架台上に載置し、このプレキャストブロックの中
央部に、温度計と水蒸気圧力計を埋設し、それぞれを導
線を介して温度計表示装置及び水蒸気圧力表示装置に連
結した。そして、常温から１００℃まで５時間をかけて
初期昇温を行った。初期昇温以降では、温度計で測定さ
れた温度値を温度表示装置に入力し、昇温速度が４〜６
℃／ｈｒになるように温度表示装置からマイクロ波発生
装置に出力の調整指示を発信しながらマイクロ波発生装
置の出力を７０〜１００ｋｗ／ｈｒの範囲で調整しなが
ら乾燥を行った。乾燥を開始してから１０時間を経過し
た時点で、水蒸気圧力計の３０秒毎の水蒸気圧力値の差
が０．１ＭＰａを超え、更に、１０分間における総水蒸
気圧値が１．０ＭＰａを超えたため、水蒸気圧表示装置
からマイクロ波発生装置に出力の調整指示を発信し、マ
イクロ波発生装置の出力を規定値の３０％である２１〜
３０ｋｗ／ｈｒの範囲に調整して一時間の昇温を行なっ
た。その後、昇温速度及び３０秒毎の水蒸気圧差、総水
蒸気圧値が低くなったので、マイクロ波発生装置の出力
を７０〜１００ｋｗ／ｈｒに戻し、プレキャストブロッ
クの温度が２００℃となるまで継続して昇温した。更
に、プレキャストブロックの温度を２５０℃まで昇温
し、この温度を維持して引き続き３０時間の昇温を行っ
た。プレキャストブロックの温度を２５０℃にして３０
時間を経過した後、秤量器の１５分毎の重量差を３回測
定したところ、プレキャストブロックの重量差が３０ｇ
／分未満になったので、プレキャストブロックの乾燥の
終了を確認し、マイクロ波の照射を停止した。その結
果、プレキャストブロックの残存水分を０．５質量％以
下にでき、乾燥過程での水蒸気爆裂の発生や内部亀裂の
発生が全く無い良品質のプレキャストブロックを製造す
ることができた。

【００１７】以上、本発明の実施の形態を説明したが、
本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨
を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲であ
る。例えば、温度計２６は、プレキャストブロック１１
に埋設する他に、乾燥炉１３内の雰囲気中に露出させて
設置することができ、この温度を基にマイクロ波の出力
を調整することができる。更に、３０秒毎の水蒸気圧値
の差を用いたマイクロ波の出力の調整、あるいは１０〜
１５分間の合計水蒸気圧値（総水蒸気圧値）を昇温過程
に適用する他に、２５０℃に維持する乾燥過程にも適用
することができる。また、昇温速度や３０秒毎の水蒸気
圧値の差、１０〜１５分間の水蒸気圧の合計水蒸気圧値
を基に、一般に使用されているフィードバック制御を用
いてマイクロ波の出力を自動調整することもできる。

【００１８】

【発明の効果】請求項１〜３記載のマイクロ波を用いた
不定形耐火物の乾燥方法においては、乾燥炉の内部に装
入した不定形耐火物にマイクロ波の出力を調整しながら
照射して不定形耐火物を乾燥するマイクロ波を用いた不
定形耐火物の乾燥方法において、マイクロ波の出力の調
整を不定形耐火物の内部の水蒸気圧の値に応じて行うの
で、不定形耐火物の水蒸気爆裂や亀裂等の発生を防止し
ながら乾燥を行い、不定形耐火物の品質を高めることが
できる。

【００１９】特に、請求項２記載のマイクロ波を用いた
不定形耐火物の乾燥方法においては、不定形耐火物の測
定された水蒸気圧の差が０．１ＭＰａを超えた場合にマ
イクロ波の出力の下げて乾燥するので、水蒸気圧を所定
の範囲にでき、マイクロ波を用いた乾燥の際に起こり易
い不定形耐火物の内部の水蒸気圧の上昇による水蒸気爆
裂や亀裂の発生を安定して防止でき、不定形耐火物の品
質をより向上することができる。

【００２０】請求項３記載のマイクロ波を用いた不定形
耐火物の乾燥方法においては、不定形耐火物の重量変化
量が３０ｇ／分未満となった時点を不定形耐火物の乾燥
終了と判定するので、水分を低減した不定形耐火物を安
定して製造することができ、容器に内張りした不定形耐
火物の耐溶損性等の品質を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るマイクロ波を用い
た不定形耐火物の乾燥方法に適用するマイクロ波乾燥設
備の説明図である。

【図２】乾燥時間と不定形耐火物の温度、及び水蒸気圧
力の関係を表すグラフである。

【符号の説明】

１０：マイクロ波乾燥設備、１１：プレキャストブロッ
ク（不定形耐火物）、１２：架台、１２ａ：空気バネ、
１２ｂ：秤量器、１３：乾燥炉、１４：マイクロ波発生
装置、１５：導管、１６：回転羽根、１７：外壁、１
８：ファイバー層、１９：ステンレス板、２０：空間、
２１：エアー供給管、２２：放出口、２３：ブロア、２
４：排気管、２５：煙突、２６：温度計、２６ａ：導
線、２７：水蒸気圧力計、２７ａ：導線、２８：温度計
表示装置、２９：水蒸気圧力表示装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮瀬昇三福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内Ｆターム(参考） 3L113 AA01 AB07 AC12 AC45 AC46 AC49 AC53 AC58 AC67 BA01 CA03 CA04 CA10 CB07 DA24 4K051 LG03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】乾燥炉の内部に装入した不定形耐火物に
マイクロ波の出力を調整しながら照射して前記不定形耐
火物を乾燥するマイクロ波を用いた不定形耐火物の乾燥
方法において、前記マイクロ波の出力の調整を前記不定
形耐火物の内部の水蒸気圧の値に応じて行うことを特徴
とするマイクロ波を用いた不定形耐火物の乾燥方法。
【請求項２】請求項１記載のマイクロ波を用いた不定
形耐火物の乾燥方法において、前記不定形耐火物の測定
された水蒸気圧の差が０．１ＭＰａを超えた場合に前記
マイクロ波の出力を下げて乾燥することを特徴とするマ
イクロ波を用いた不定形耐火物の乾燥方法。
【請求項３】請求項１又は２記載のマイクロ波を用い
た不定形耐火物の乾燥方法において、前記不定形耐火物
の重量変化量が３０ｇ／分未満となった時点を前記不定
形耐火物の乾燥の終了と判定することを特徴とするマイ
クロ波を用いた不定形耐火物の乾燥方法。