JP2008173861A - 耐火物用混練機および耐火物の混練方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粒径１０μｍ以下の超微粉を所定量含有する不定形耐火物であっても、少量の混練液でも流動性の高い混練物が得られ、その施工体が高耐用性を発揮できるような、構造が簡単なために混練中の共回りがなく、混練物の滞留を防止可能な逆円錐型混練機、および耐火物の混練方法を提供することを目的とする
【解決手段】 逆円錐台形の下部を備えた容器４と、容器４中心の鉛直軸で回転する内側攪拌子１と、これと同軸で容器４内壁に沿って回転する外側攪拌子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄとを備えた混練機は、外側攪拌子２ａ、２ｂを支える支持部材３ａ、３ｂが内側攪拌子１と外側攪拌子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの間の混練物を移動させるための攪拌補助部材１４ａ、１４ｂを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は鉄鋼精練等に使用される耐火物の混練に関する。

不定形耐火物、とりわけ流し込み材、キャスタブル耐火物（以下ではキャスタブル耐火物と呼ぶ）は、築造施工の前に水やバインダーなどの混練液と混練する。なおこの工程は混和、ねっか、練り混ぜなどとも呼ばれる。以下ではこれらを混練と呼ぶ。この混練工程で、不定形耐火物を構成する固体、すなわち塊や粒や粉の間に混練液を十分に行き渡らせ、また場合によっては一部の成分を混練液に溶解させる。
こうする事により、まとまり、流動性、可塑性、緻密性などの必要な性質を備えた、均質で施工性と最終的に耐火物として耐用性に優れた混練物を得ることができる。

不定形耐火物について説明しておく。不定形耐火物は主にＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＺｒＯ_２、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＣ、Ｃなどの成分を主とする耐火材の塊、粒、粉からなる。またセメントやマグネシア微粉や水硬化性アルミナのような水和性硬化剤、粘土、粉末水ガラス、粉末樹脂粉末ピッチ、凝集剤などのバインダーや副成分が含まれるのが常である。
さらに無機、有機、金属のファイバー、解膠剤や減水剤や分散剤（以下ではこれらを総称して減水剤と呼ぶ）、作業性調整剤、硬化調整剤、乾燥性調整剤などの添加物が含まれることもある。これらに加えて混練液、すなわち水あるいは有機溶媒、もしくはこれらに樹脂や無機物あるいは有機物を溶解あるいは分散させた物の一種あるいは二種以上を所定量添加して混練する。不定形耐火物とは塊、粒、粉やその他の副成分、添加物の混合物、混練した後の混練物のいずれをも指す。

また不定形耐火物だけでなく、プレス成形して製造するれんがについても、成形前の「坏土」も、不定形耐火物と同様の原料を混練して得る。このように耐火物の製造、使用工程における混練の役割は重大である。
不定形耐火物や耐火物坏土の混練に用いる装置（以下、混練機と呼ぶ）には多種多様なものがある。
たとえば非特許文献１には多くの種類の混練機が例示されている。不定形耐火物、中でも使用量の多いキャスタブル耐火物の混練に用いられることが多いのが、ウェイストミキサー、平型ミキサー、パンミキサーなどと呼ばれる型である。ボルテックスミキサー（（株）北川鉄工所製）、ターボミキサー（大平洋機工（株）製）などが代表的な製品である。これらを総称して以下では平型混練機と呼ぶ。この混練機が多用されるのは、その機構が簡単であることと、粒径が１０μｍ以下のいわゆる超微粉を含有しない、あるいは含有量３質量％未満のキャスタブル耐火物であれば、施工に支障がない程度の流動性のある混練物が得られるためである。

ところで、近年のキャスタブル耐火物は高耐用性を追求し、粒径１０μｍ未満の超微粉を多用する傾向にある。たとえば、特許文献１には、粒径７μｍ未満の仮焼アルミナと呼ばれる超微粉を５〜１５質量％含有する耐火物が記載されている。なお耐火物で使用される超微粉とはアルミナ、スピネル、シリカ、またはこれらの混合物である。
他方、コンクリートの混練に用いられる混練機として、特許文献２〜４に記載のような、下部が逆円錐台形で上に開いたホッパー形の材料保持容器と、容器中心の鉛直軸で回転するらせん形あるいはチョッパー形の内側攪拌子と、内側攪拌子と同軸で容器内壁に沿って回転する１本あるいは２本以上の外側攪拌子とを備えた混練機がある。

この混練機は、図７の概念図に示すように、混練機は、らせん状の内側攪拌子として内羽根１、外側攪拌子として複数の外羽根２と、これらを支える外羽根アーム３、下部が逆円錐台形の容器４、内羽根の回転軸５、同回転軸に接続されたスプロケットホイールあるいは歯車あるいはプーリー６、内羽根動力伝達用ベルトあるいはチェーン７、内羽根用モーター８、外羽根の回転軸９、外羽根動力伝達用ベルトあるいはチェーン１０、外羽根用モーター１１、材料排出ゲート１２などからなる。具体的な製品としては、大平洋機工（株）製ＨＦコーンミキサーとして販売されている。以下ではこれを逆円錐型混練機と呼ぶ。
この混練機は混練時間、排出時間が短く、材料の滞留膠着がなく、材料の共回りを抑制でき、均質な混練物を得ることができる。また補強繊維を添加した場合でも良好に混練でき、高強度のコンクリート施工体が得られる。

特開平１１−３２２４４８号公報 特公平２−３３２８１号公報 特開平８−１５０３３０号公報 特開２００３−１５９５２２号公報 耐火物手帳‘９９（耐火物技術協会編）２７６〜２７８頁

前述のように、近年のキャスタブル耐火物は、粒径が１０μｍ以下のいわゆる超微粉を多用してきた結果、著しく混練が困難になっている。超微粉は耐火物組織を緻密にするため耐用性向上に有効であるが、水やバインダーなどの混練液に濡れにくく、混練が難しい。この対策として、減水剤を加え、それなりの成果をあげているが、十分とは言えない。
その理由は、平型混練機では、攪拌子で材料の塊を押すあるいは切り返す（上下を逆転させる）という操作が主体で、濡れにくい材料塊の内部まで混練液を行き渡らせるのが容易ではないためと考えられる。

他方、逆円錐型混練機でも、粒径１０μｍ以下の超微粉を多用した耐火物を混練に用いても、著しく混練が困難である。例えば、特許文献３に開示されている混練機には、整流板あるいは補助旋回部材なるものが具備されている。これは混練物を容器の中心方向、すなわち内側攪拌子方向へ誘導するために設けられており、混練動作中に混練材料が混練容器中で滞留したり、あるいは、回転する攪拌手段に膠着して共回りを起こさない様にすることを目的としている。

しかしながら、混練物の滞留を解消する目的で整流板、あるいは補助旋回部材を取り付けると、混練機の内部構造は著しく複雑になる。そのため、粒径１０μｍ以下の超微粉を多用した不定形耐火物の混練物を対象とした場合、この混練物が整流板や補助旋回部材に一度付着すると、水洗によって除去するのが容易ではない。
このため、洗浄に莫大な手間と時間を要することとなるため、複雑な構造は避けることが重要である。また、粒径１０μｍ以下の超微粉を多用した不定形耐火物の混練物は粘性が高いため、整流板や補助旋回部材を設置すると、混練物が共回りしやすくなり、うまく混練ができず不都合である。

さらに、耐火物は硬質のアルミナを主成分とするものが多く、混練機部材が磨耗しやすい。そのため、構造が複雑になるほど磨耗によって機能が低下しやすくなり、また部品点数が多いため磨耗時の交換に要する手間と時間、さらには部品購入のコストが増大するなど、維持管理が大変になるという問題がある。
この様に、粒径１０μｍ以下の超微粉は耐火物組織を緻密にするため耐用性向上に有効であるが、水やバインダーなどの混練液に濡れにくく、混練が難しいという問題は、解決されていない。

一方、キャスタブルを含む不定形耐火物の、流動性などの施工の容易さを示す指標は混練液の量に比例して向上する。しかし、施工体の耐用性は混練液の量に比例して悪くなる傾向がある。従って、耐用性と施工の容易さを両立させるために、少量の混練液でも流動性の高い混練物が得られ、その施工体が高耐用性を発揮するような混練方法が切望されている。

本発明は、粒径１０μｍ以下の超微粉を所定量含有する不定形耐火物であっても、少量の混練液でも流動性の高い混練物が得られ、その施工体が高耐用性を発揮できるような、構造が簡単なために混練中の共回りがなく、混練物の滞留を防止可能な逆円錐型混練機、および耐火物の混練方法を提供することを目的とする。

この課題を解決すべく、様々な検討を加え、本発明に至った。本発明の要旨は、以下の通りである。
（１） 逆円錐台形の下部を備えた容器と、容器中心の鉛直軸で回転する内側攪拌子と、これと同軸で容器内壁に沿って回転する外側攪拌子とを備えた混練機において、前記外側攪拌子を支える支持部材は、前記内側攪拌子と前記外側攪拌子の間の混練物を移動させるために、該支持部材と一体的に形成され、又は、該支持部材に取り付けられる攪拌補助部材を備えていることを特徴とする耐火物用混練機。

（２） 前記攪拌補助部材は、板状部材であることを特徴とする（１）に記載の耐火物用混練機。
（３） 前記攪拌補助部材は、板状部材の上部と下部を逆方向にねじった形状のねじれ部材であることを特徴とする（１）に記載の耐火物用混練機。
（４） 前記攪拌補助部材は、水平断面が円弧形状の曲がり部材であることを特徴とする（１）に記載の耐火物用混練機。

（５） 前記内側攪拌子及び前記外側攪拌子の少なくともいずれかを、前記容器から取り外す取り外し装置を備えていることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の耐火物混練機。
（６） 上記の（１）〜（５）のいずれかに記載の混練機を用いて、粒径１０μｍ以下の超微粉を内掛けで３〜２０質量％含有する不定形耐火物を混練することを特徴とする耐火物の混練方法。

本発明により、粒径１０μｍ以下の超微粉を所定量含有する不定形耐火物であっても、高流動性、低水分の混練物を得て、より高耐食性で高耐用性の施工体を得ることができる。従って、同じ量の耐火物をより長期間使用できるようになることから、鉄鋼を始めとする金属精錬に掛かる耐火物コストを低減することができ、非常に有用である。

本発明者らは、外側攪拌子と内側攪拌子を有する逆円錐型混練機を用いて不定形耐火物を混練する場合、特に、粒径１０μｍ以下の超微粉を多用した耐火物を混練する際に、外側攪拌子と内側攪拌子の間で混練物が滞留している様子が見受けられることから、この部分にさらに内側攪拌子と外側攪拌子の間の混練物を移動させるための攪拌補助部材を配置することにより、混練物の滞留を解消できることに着目し、これにより粒径１０μｍ以下の超微粉を多用した耐火物を混練しても、混練動作中に混練材料が混練容器中で滞留したり、あるいは、回転する攪拌手段に膠着して共回りを起こさない様にすることができることを新たに見出し、本発明に至った。
この攪拌補助部材の形状としては、板状部材、ねじれ部材、曲がり部材等の種々の形状とすることが可能である。

以下に、本発明の逆円錐型混練機について、攪拌補助部材として板状部材を用いた場合を例に挙げて、図１〜６を用いて詳細に説明する。ここで、図１〜６は本発明の逆円錐型混練機の概念図を例示的に示しているものであり、この形態に限定されるものではない。

図１に示す様に、本発明の逆円錐型混練機は、らせん状の内側攪拌子１、外側攪拌子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと、それを支える支持部材３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、下部が逆円錐台形の容器４と、内側攪拌子１の回転軸５と、同回転軸５に接続されたスプロケットホイールあるいは歯車あるいはプーリー６と、内側攪拌子動力伝達用ベルトあるいはチェーン７と、内側攪拌子用モータ８と、外側攪拌子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの回転軸９と、外側攪拌子動力伝達用ベルトあるいはチェーン１０と、外側攪拌子用モータ１１と、材料排出ゲート１２などからなる。
支持部材３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、アーム１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを介して回転軸９と接続され、支持部材３ａ、３ｂは、混練物を動かす板状部材（攪拌板）１４ａ、１４ｂを備え、この板状部材１４ａ、１４ｂを介して外側攪拌子２ａ、２ｂと接続されている。

なお、外側攪拌子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの本数は４本に限定するものではない。また攪拌板１４ａ、１４ｂの数および支持部材３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄのいずれに設けるかは適宜調節できる。
また、動力伝達と減速の方法は図１に示した方法、すなわちベルトあるいはチェーン７、１０を介したスプロケットホイールあるいは歯車あるいはプーリー６で行う方法に限定するものではない。これ以外の伝達および減速方法、たとえば歯車やシャフトによるもので、ベルトやチェーンを介さない方法などを適宜取ることができる。

まず、内側攪拌子１の作用について、説明する。内側攪拌子１の回転数、回転方法は任意に設定できるものの、以下に例示するように設定すると高い効果が得られる。
すなわち、内側攪拌子１は、材料すなわち不定形耐火物、あるいは定形耐火物の坏土を掻き揚げるようにピッチ（以下、「角度」と記載することがある。）と回転方向を設定する。
外側攪拌子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは材料を掻き取る、あるいは掻き落とす、あるいは下に押し込むようにピッチと回転方向を設定する。

容器４の下部が逆円錐台形となっているため外側攪拌子で掻き取り落とされた材料は内側攪拌子１に供給される。材料はこの一連の動きが繰り返されることで効果的に混練される。なお、外側攪拌子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが複数ある場合は、それぞれの攪拌子が前記の三機能のいずれを担っていてもよく、すべての攪拌子が同じ機能を担う必要は必ずしもない。
内側攪拌子１と外側攪拌子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの回転方向は逆にすることが好ましい。内側攪拌子１の回転数（角速度）は外側攪拌子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄよりも速く設定することが好ましい。

内側攪拌子がチョッパー形の場合は、チョッパー羽根一枚一枚が材料を掻き揚げるようにする、チョッパー羽根がらせん状に配置され、そのらせんが材料を掻き揚げるようにする、のいずれかあるいは両方であるようにする。
内側攪拌子１の回転数は、その周速が最低１ｍ／ｓ以上とすることが望ましい。これ未満では十分に混練することができず、混練物の流動性低下や施工体品質低下を招く。さらに望ましくは３ｍ／ｓ以上である。
一方、最高回転数は装置の機械的強度やモーター出力などによって決まるが、実用上は１０ｍ／ｓ程度が限界である。

また、外側攪拌子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの回転数は最低０．３ｍ／ｓ以上することが望ましい。これ未満では十分に混練することができず、混練物の流動性低下や施工体品質低下を招く。この場合も最高回転数は装置の機械的強度やモーター出力などによって決まるが、実用上は８ｍ／ｓ程度が限界である。
以上のように設定して逆円錐型混練機を運転すると、材料は内側攪拌子１によって掻き揚げられ、さらに遠心力によって器壁方向に投射される。投射された材料は自重で落下するか、あるいは器壁に付着する。器壁に付着した材料は外側攪拌子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄによって掻き取られ自重で落下するか、掻き落とされるか、下に押し込まれる。容器４下部に達した材料は再び内側攪拌子１によって掻き揚げられ、同じ動きを繰り返す。

この過程で、耐火物は効果的に混練される。平型混練機と比較して混練性が優れる理由は、材料を掻き揚げる際、あるいは投射する際に材料に大きなせん断応力や動圧が掛かり、材料塊が引きちぎられ細分化すると同時に混練液が強い力で押し込まれるためと考えられる。
特に、混練液を添加する場合は、材料に大きなせん断応力や動圧が掛かり、材料塊が引きちぎられ細分化すると同時に、混練液が強い力で押し込まれるためと考えられる。このため混練液は粒界に均一に分散し、かつ気泡は効果的に押し出されるものと考えられる。
その結果、混練物は高い流動性を示し、施工体は優れた特性を示すなど、平型混練機と比較すると、逆円錐型混練機に特有の優れた混練特性が発現すると考えられる。

しかし、上記の様な、外側攪拌子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと内側攪拌子１を有する逆円錐型混練機を用いて不定形耐火物の混練を行う際に、攪拌補助部材が設置されていない場合、外側攪拌子と内側攪拌子の間で混練物が滞留している様子が見受けられたことから、さらに混練性を向上させるために、この部分にさらに攪拌補助部材として板状部材（以降、攪拌板と記載することがある）を配置させた。

この攪拌板１４ａ、１４ｂは、内側攪拌子と外側攪拌子の間で滞留しがちな混練物を動かすために、実際に材料を混練している内側攪拌子１や外側攪拌子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに供給でき、このため、得られる混練物の性状は、攪拌板１４ａ、１４ｂの存在によって向上することができる。以下に、攪拌板について、詳細に説明する。
図２に示すように、攪拌板１４ａ、１４ｂは支持部材３ａ、３ｂに取り付けられている。これらは外側攪拌子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと内側攪拌子１の間の空間に位置し、この部分に滞留しがちな混練物を効果的に動かすことができる。
攪拌板１４ａ、１４ｂの支持部材への取り付け位置は、外側攪拌子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと内側攪拌子１の間の空間の位置で、かつ、内側攪拌子１や容器４に接触しない範囲であればどこでも良く、適宜、設定または調節すれば良い。

幅も特に規定するものではないが、５０ｍｍ以上であればその効果が高いため好ましい。また、幅は必ずしも一定でなくても良い。長さも、特に規定するものではないが、１００ｍｍ以上であればその効果が高いため好ましい。さらに、攪拌板１４ａ、１４ｂが複数の場合、それぞれの攪拌板１４ａ、１４ｂの間で、幅や長さは必ずしも同じでなくても良い。また、攪拌板１４ａ、１４ｂの間で、幅や長さの上限は、容器４のサイズにより、適宜、設定すれば良い。
攪拌板１４ａ、１４ｂのピッチは、特に規定するものではない。但し、攪拌板１４ａ、１４ｂの幅が大きくなるにつれて、混練性能に影響が出やすくなるため、混練機の鉛直軸を中心として攪拌板１４ａ、１４ｂが回転して形成される円の軌跡の攪拌板１４ａ、１４ｂの位置における接線方向に対して、攪拌板１４ａ、１４ｂが１０〜８０°の角度をなすことが好ましい。

具体的には、図４に示すように、攪拌板１４ａ、１４ｂの角度は、鉛直軸を中心として攪拌板１４ａ、１４ｂが回転して形成される円の軌跡２０に対するこの攪拌板１４ａ、１４ｂの位置における接線方向３０（以降、進行接線と記載することがある。）と、攪拌板１４ａ、１４ｂのなす角３１は、１０〜８０°とすることが好ましい。この角度が１０°未満の場合は外側攪拌子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと内側攪拌子１の間の空間の混練物を移動させづらくなり、一方、この角度が８０°超の場合は攪拌の抵抗が大きくなり過ぎてしまうため、混練物を有効に動かしづらくなる。なお、より望ましくはこの角度は３０〜６０°である。

なお、攪拌板１４ａ、１４ｂには摩滅を避けるための保護材を取り付けても良い。ここで、保護材としては、超硬合金、耐磨耗合金等を用いることができ、攪拌板１４ａ、１４ｂへの取り付けはボルトナット等による固定、ねじ止め、リベット止め、クランプ止め、嵌合、かしめ、溶接などを行うことが例示できる。
また、混練物が内側攪拌子１の方向に掻き寄せられるようにしても良く、あるいはこれとは逆の方向に掻き寄せられるようにしても良い。
この掻き寄せられる方向については、攪拌板１４ａ、１４ｂの進行接線方向に対して、内側に１０〜８０°傾けるか、あるいは外側に１０〜８０°傾けるかを選択して、調整することが好ましい。さらに、攪拌板１４ａ、１４ｂは鉛直に取り付けられている必要は必ずしもない。

また、攪拌板は支持部材と一体、すなわち支持部材の一部の幅が広がっていて攪拌板の役割を果たすようになっていてもよく、あるいは攪拌板が支持部材に何らかの方法、たとえば溶接、ボルトナット等による固定、ねじ止め、リベット止め、かしめ、嵌合、クランプのようなものを使用しての固定などの方法で固定されていても良い。
攪拌板は外側攪拌子と接触あるいは連続していても良い。すなわち攪拌板と外側攪拌子は独立したものではなく、両者は接触して配置されていても良く、また両者は溶接やボルトナット止め、ねじ止め、リベット止め、嵌合、クランプで固定されていても良く、さらには一体となっていても良い。

以上述べてきたように、本発明の混練機の攪拌機能は、整流板や補助旋回部材を配設することなく、内側攪拌子１、外側攪拌子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、攪拌板１４ａ、１４ｂから構成されているだけの、非常に単純な機構である。
従って、粒径１０μｍ以下の超微粉をほとんど含まない不定形耐火物を混練する場合はもちろんのこと、粒径１０μｍ以下の超微粉を多用した高粘性の不定形耐火物を混練する場合でも、混練機の洗浄や保守が容易である上に、不定形耐火物が共回りすることも防止できる。
すなわち、高粘性材料の混練に当たっては、材料に接触する回転部材、すなわち内側攪拌子１、外側攪拌子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、攪拌板１４ａ、１４ｂ、整流板、補助旋回部材などの総本数が少ないことが重要であり、本発明では、整流板と補助旋回部材を配設していないことが、共回りの防止と、効果的な混練、洗浄や保守の容易さに結びついている。

以上の通り、本発明の混練機を用いて不定形耐火物を混練する場合、特に、粒径１０μｍ以下の超微粉を内掛けで３〜２０質量％含む高粘性の不定形耐火物の混練に、非常に有効である。
ここで、超微粉を粒径１０μｍ以下としたのは、１０μｍ以下の超微粉が特に不定形耐火物の特性向上への寄与が大きいと共に、混練を困難にするためである。また、粒径１０μｍ以下の超微粉とは、最大粒径が１０μｍ以下の微粉である。１０μｍの篩目による篩下の微粉を意味する。なおこのような微細粉末を篩い取るのは容易ではないが、レーザー散乱法や他の粒子カウンターによって計測すると、より正確に計測できる。
なお、上記の超微粉量が３質量％未満の場合、本発明によって大きな効果が得られにくいため、３質量％以上とする。また、上記の超微粉量が２０質量％を超えると、不定形耐火物の混練が困難であるため、２０質量％以下とする。

以上のような本発明の実施の形態に係る逆円錐型混練機は、内、外合わせて複数の攪拌子１、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを備えている。また、攪拌子１、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄには先端保護のための耐摩耗材が取り付けられている場合もある。これらを点検保守するに際して、容器４の内部が狭く、攪拌子１、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄや支持部材３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが邪魔で思うように作業ができない場合もある。
通常、内側攪拌子１及び外側攪拌子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、これらを支持駆動する部分が容器４に固定された状態で取り外すことができるようになっている。また、容器４及び材料排出ゲート１２から、その他すべての部分をまとめて取り外せるようにしてもよい。
取り外した部分については、別に準備した架台等に載せて、点検作業中は退避させておくことができる。このようにすれば、作業者はスペースの制限なく、効率的かつ楽に作業が可能となる。

上記の取り外し可能な装置としては、例えば、図１及び図２に示されるように、容器４とは別体で、容器４の上部開口の直径方向に沿って一対の架設部材１５を架設し、その上に各駆動装置５〜１１を載置すればよい。
架設部材１５と容器４との当接部分は、接合するのではなく、嵌合構造とすることが挙げられる。この嵌合構造は、攪拌等の振動でもずれることがなく、さらには外れることがないように固定することが重要である。

具体的な形態としては、図１及び図２に示されるように、ボルトナット等のネジ止め構造１６、図３（Ａ）に示されるように、コッター止め構造１７、図３（Ｂ）に示されるように、クランプ止め構造１８等を例示できる。その他の形態としては、やや安定性が劣るものの、ワイヤーやチェーンで固定することでもよい。
また、図３（Ｃ）、（Ｄ）に示されるように、ガイド１９ａ、１９ｂを容器４に設置しておくと、架設部材１５の固定の際に正確かつ簡単に位置合わせすることができるため、好ましい。

また、本発明の攪拌補助部材の別の形態としては、図５に示されるように、板状部材の上部と下部を逆方向にねじった形状のねじれ部材２１ｂとしても良い。ねじれ部材２１ｂのねじれ具合は、特に規定するものではない。
但し、混練物を有効に動かすためには、混練機内の鉛直軸を中心として、ねじれ部材２１ｂが回転して形成される円の軌跡のねじれ部材２１ｂの位置における接線方向に対して、ねじれ部材２１ｂ表面と水平面との交線がなす角度が、１０〜８０°の範囲内とすることが好ましい。この角度の範囲が好ましいのは、板状部材を用いた場合と同様の理由によるものである。また、ねじれ部材２１ｂも、ねじれの軸が鉛直になるように取り付けられている必要は必ずしもなく、斜めに取り付けても良い。

さらに、本発明の攪拌補助部材の別の形態としては、図６に示されるように、水平断面が円弧形状の曲がり部材２２ｂとしても良い。曲がり部材２２ｂの曲がり具合は、特に規定するものではない。
但し、混練物を有効に動かすためには、混練機内の鉛直軸を中心として、曲がり部材２２ｂが回転して形成される円の軌跡の曲がり部材２２ｂの位置における接線方向に対して、曲がり部材２２ｂの円弧の両端を結ぶ直線がなす角度が、１０〜８０°の範囲内であることが好ましい。この角度の範囲が好ましいのは、板状部材を用いた場合と同様の理由によるものである。また、曲がり部材２２ｂも、鉛直に取り付けられている必要は必ずしもない。
ちなみに、本発明の攪拌補助部材は、普通鋼、ステンレス、耐磨耗合金、超硬合金あるいはこれらを組み合わせたもの等の材料で構成されているものが例示できる。

本発明の混練機を用いて不定形耐火物を混練する場合、水などの混練液を添加する前に空混合を行うことが好ましい。
前述のように不定形耐火物は様々な原料の混合体であるため、混練を施工現場近くで行う場合、不定形耐火物は粉粒体としてバッグやコンテナに入れられて搬入され、そこで混練される。この混合物は様々な比重の塊、粒、粉からなるため、搬送中に分離しやすい。
また、減水剤、硬化調整剤などは添加量が微量であるため、うまく行き渡っていない可能性もある。

そこで、これらを均一に分散させるために、混練液を添加する前に空混合することで、顕著に混練が促進されるため望ましい。これは、粉末状態の方が材料の均一化を図りやすいためと考えられる。
空混合時間は３０秒以上が望ましく、１分以上がさらに望ましい。なお、長時間空混合すると、塊や粒が割れや摩滅を被り、粒度配合バランスが崩れる恐れがあるので、空混合時間は５分程度以下とすることが推奨される。
また、材料の投入順序は適宜変更してもよい。たとえば、まず微粉を空混練してから混練液を添加し、一定時間混練した後に粗粒を添加する、あるいは、これを逆にすることもできる。

さらに、不定形耐火物の混練では、混練液を添加する際には各攪拌子を動かしながら行うことが好ましい。そうすることで、混練液がより速く細かく均一に分散できるためである。攪拌子の停止状態で混練液を添加すると、混練液は一ヶ所に集中してしまい、その後攪拌子を動かしても短時間に均一に行き渡らせるのは容易ではない。なお、混練液は複数ヶ所から分散して投入することが望ましく、できればシャワー状に添加するとよい。
本発明が対象とする耐火物の材質は特に限定するものではなく、通常の材質には全て適用可能である。たとえば、シリカ質、粘土質、シャモット質、ハイアルミナ質、アルミナ質、アルミナ−スピネル質、アルミナ−炭化珪素質、アルミナ−炭化珪素−カーボン質、ジルコン質、セミジルコン質、スピネル質、マグネシア質、マグネシア−スピネル質、マグネシア−ドロマイト質、ドロマイト質、マグネシア−カーボン質、黒鉛−炭化けい素質、炭化珪素質、カーボン質等々である。結合形態、たとえば粘土結合、セメント結合、凝集結合、燐酸結合、樹脂結合などは問わず適用できる。

混練液、バインダーについても制限はなく、通常のものが使用可能である。減水剤、作業性調整剤、硬化調整剤、乾燥性・耐爆裂性を調節するための添加物も、普通通り使用して差し支えない。また１０ｍｍを超える粗粒、有機繊維、金属ファイバーなどを添加しても差し支えない。使用後の耐火物を破砕したリサイクル原料も使用することができる。
以上、キャスタブル耐火物の混練を例にして説明してきたが、本発明は、これ以外の不定形耐火物、たとえば吹き付け材、焼付け耐火物、プラスチック耐火物などにも適用可能である。また定形耐火物を製造する際の中間原料である坏土の混練にも使用できる。さらに、混練液を加えない乾式混合にももちろん適用できる。

本発明の混練機について、攪拌板が混練性能に与える影響を、攪拌板が無い混練機と比較することにより調査した。
本発明の実施例として使用した逆円錐型混練機は、図１に示すものを用い、容器４の上部内径が約１８００ｍｍ、下部内径が約６００ｍｍ、高さ約１０００ｍｍ、らせん状の内側攪拌子１の直径約５００ｍｍ、外側攪拌子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは４本で、容器の深い部分から浅い部分までをそれぞれ担っていた。

攪拌板１４ａ、１４ｂは一番深い部分を担う外側攪拌子２ａの支持部材３ａ、および二番目に深い位置を担う外側攪拌子２ｂの支持部材３ｂに、それぞれボルトで取り付けた。幅はいずれも１５０ｍｍ、長さは６００ｍｍ（一番深い部分を担う外側攪拌子用）と４５０ｍｍ（二番目に深い位置を担う外側攪拌子用）で、下端は容器４に接触しないように斜めに切り落とした形状とした。なお攪拌板１４ａ、１４ｂの下端はいずれも各支持部材３ａ、３ｂの下端とほぼ同じ位置になるように、鉛直に取り付けた。図４に示すように、進行接線３０と攪拌板１４ａ、１４ｂのなす角は３０°とし、混練物が内側攪拌子１方向に掻き入れられるようにした。
回転数は、内側攪拌子１を１５０ｒｐｍ（周速約４ｍ／ｓ）、外側攪拌子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを２５ｒｐｍ（周速約２．３ｍ／ｓ）とした。ピッチと回転方向は、内側攪拌子１は混練物を掻き揚げ、外側攪拌子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは掻き落とす方向とし、回転方向は双方逆にした。

使用した不定形耐火物は、アルミナ−マグネシア質キャスタブル、またはアルミナ−スピネル質キャスタブルを用いた。これらの不定形耐火物に使用された粒子の粒径は、最も大きいものは５ｍｍ、最も小さいものは平均粒径（５０％粒径、すなわち粗い方から粒径ごとに質量を積算し、積算値が５０％を超える粒径）３μｍで、１ｍｍ以上が約４０質量％、１２５μｍ以上１ｍｍ未満が約３０質量％、１２５μｍ未満が約３０質量％であった。

アルミナ−マグネシア質キャスタブルの場合、平均粒径（５０％粒径）３μｍの仮焼アルミナと呼ばれる超微粉を内掛けで５質量％配合したものに、粒径１０〜２０ｍｍ（目の開きが２０ｍｍの篩は通過し１０ｍｍの篩は通過しない）のアルミナ粗粒を外掛けで１０質量％添加した。
また、アルミナ−スピネル質キャスタブルの場合、平均粒径（５０％粒径）３μｍの仮焼アルミナと呼ばれる超微粉を内掛けで１５質量％配合したものに、粒径１０〜２０ｍｍ（目の開きが２０ｍｍの篩は通過し１０ｍｍの篩は通過しない）のアルミナ粗粒を外掛けで２０質量％添加した。
ここで、１バッチ当たりの不定形耐火物の混練量は５００ｋｇとして、添加水分量は、いずれも外掛けで、アルミナ−マグネシア質キャスタブルの場合は４．６質量％、アルミナ−スピネル質キャスタブルの場合は４．２質量％とした。

上記の粉粒体状の材料を混練機の容器に装入し、内外両攪拌子を回転させて１分間空混合し、その後、内外両攪拌子の回転を止めずに所定量の水を添加し、添加終了時から３分間後に攪拌を終了した。その後、容器底のゲートを開いて混練物を排出した。
また、比較例として、同じ材料を用いて、前述の条件で、攪拌板を取り付けない混練機を用いて混練した。
実施例および比較例で得られた混練物について、以下の通り、測定等を行った。

まず、混練物の流動性は、耐火物用アルミナセメントの物理試験方法（ＪＩＳ−Ｒ２５２１−１９９５）のフロー試験方法に準拠してフロー値（タップフロー）を測定した。
次に、混練物の品質評価については、嵩比重、見掛気孔率、曲げ強度を測定した。これらの物性等の評価用試料は、次のようにして作成した。すなわち、４０×４０×１６０ｍｍもしくは長さ１１４ｍｍで断面が台形（上底４１ｍｍ、下底６７ｍｍ、高さ４８ｍｍ）の型枠に流し込み、０．０１５ｍ／ｓ^２（１．５Ｇ）で１分間加振した後に、２４時間常温で養生し、脱枠後に１１０℃で２４時間乾燥してから品質評価試験に供した。なお品質評価はＪＩＳ−Ｒ２２０５−１９９２の真空法に準拠して、嵩比重、見掛気孔率、曲げ強度の測定を行った。

さらに、混練物の耐食性については、回転侵食試験を用いて評価した。この回転侵食試験は、上記で作成した台形断面の試料を、１２枚で一周になるようにバレルの側面のように組み合わせ、その両端面に中央に直径５０ｍｍ穴のあるマグネシア質れんが板を取り付け、鉄製のケースに収めて試料との間をアルミナ系耐火物で充填した後、酸素−プロパンバーナーを熱源として試料バレルの内面を加熱し、質量ベースでＣａＯ／ＳｉＯ_２＝３、ＦｅＯ＝１５質量％のスラグを侵食剤として投入して、１７００℃で３時間侵食させた。この侵食時の減寸深さを、それぞれの材質の攪拌板がない場合を１００とした溶損指数で示し、耐食性を評価した。

その結果は、表１に示す通り、本発明の実施例の場合は、比較例と比べると、いずれの材料でもフロー値が大きくなっており、流動性が高まったことが確認できた。
また、同様に、嵩比重の増加、見掛気孔率の低下、曲げ強度の増加が見られ、施工体の品質が向上していることが確認できた。
さらに、溶損指数が低下しており、耐食性の改善も図ることができた。
また、攪拌板の取り付けによって洗浄の手間に目立った悪化はなかった。すなわち攪拌板なしの従来機と、同容量の本発明の混練機ともに洗浄に必要な時間は約１５分だった。また機構的、保守面での問題も特に発生しなかったすなわち前述の従来機、本発明の混練機ともに材料の共回りはなく、機構的なトラブルもなかった。

本発明の実施の形態に係る混練機を表す斜視図。 前記実施形態における混練機を表す断面図。 前記実施形態における混練機の容器への駆動装置の取付構造を表す模式断面図及び模式斜視図。 前記実施形態における混練機の上面概念図。 本発明の第２の実施の形態に係る攪拌補助部材の構造を表す斜視図。 本発明の第３の実施の形態に係る攪拌補助部材の構造を表す斜視図。 従来技術の混練機の概念図。

符号の説明

１…内側攪拌子、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ…外側攪拌子、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ…支持部材、４…容器、５…内側攪拌子の回転軸、６…スプロケットホイールあるいは歯車あるいはプーリー、７…動力伝達用ベルトあるいはチェーン、８…内側攪拌子用モータ、９…外側攪拌子の回転軸、１０…動力伝達用ベルトあるいはチェーン、１１…外側攪拌子用モータ、１２…材料排出ゲート、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ…アーム、攪拌板…１４ａ、１４ｂ、２０…回転方向、１５…架設部材、１６…ネジ止め、１７…コッター止め構造、１８…クランプ止め構造、１９ａ、１９ｂ…ガイド、２１ｂ…ねじれ部材、２２ｂ…曲がり部材、３０…進行接線、３１…進行接線と攪拌板がなす角

Claims (6)

1. 逆円錐台形の下部を備えた容器と、容器中心の鉛直軸で回転する内側攪拌子と、これと同軸で容器内壁に沿って回転する外側攪拌子とを備えた耐火物用混練機において、
   前記外側攪拌子を支える支持部材は、前記内側攪拌子と前記外側攪拌子の間の混練物を移動させるために、該支持部材と一体的に形成され、又は、該支持部材に取り付けられる攪拌補助部材を備えていることを特徴とする耐火物用混練機。
2. 前記攪拌補助部材は、板状部材であることを特徴とする請求項１に記載の耐火物用混練機。
3. 前記攪拌補助部材は、板状部材の上部と下部を逆方向にねじった形状のねじれ部材であることを特徴とする請求項１に記載の耐火物用混練機。
4. 前記攪拌補助部材は、水平断面が円弧形状の曲がり部材であることを特徴とする請求項１に記載の耐火物用混練機。
5. 前記内側攪拌子及び前記外側攪拌子の少なくともいずれかを、前記容器から取り外す取り外し装置を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の耐火物混練機。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の耐火物用混練機を用いて、粒径１０μｍ以下の超微粉を内掛けで３〜２０質量％含有する不定形耐火物を混練することを特徴とする耐火物の混練方法。

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