JP2009002137A - 屋根材および融雪式屋根構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電気炉酸化スラグ8を含有する屋根材20を屋根に葺設し、その下段から電磁波照射手段39によって電磁波を照射し、該屋根材20に含まれている電気炉酸化スラグ8によって該電磁波を熱エネルギーに変換する。
【選択図】図8
Description
人が屋根の上に登って除雪作業することは極めて危険な作業である。このような危険な除雪作業を解消するために、最近ではフェライト磁性体を取付けた融雪式屋根材が提供されている(特許文献1参照)。
フェライト磁性体は非常に高価であり、これを取付けた屋根材はしたがって高価になる。
本発明にあっては、更に上記屋根材を野地面材上に葺設し、上記野地面材の下側に配置されている電磁波照射手段とからなる融雪式屋根構造を提供される。
通常、上記電磁波照射手段は電磁波出力装置と、上記電磁波出力装置に接続されたアンテナ線とからなり、上記アンテナ線が上記野地面材の下側に配置されている。
電気炉酸化スラグの粒状物または破砕物は、他のフェライト系無機質に比べて非常に安価であり、かつ耐化学性があり殆ど変質しないので実用性が高い。そして電磁波を及ぼせば該電気炉酸化スラグは電磁波を吸収して熱エネルギーに変換する。したがって該電気炉酸化スラグを含有する屋根材は安価に提供出来、また非接触的に発熱させることが出来るから、配線、結線等が不要である。該電気炉スラグとして、電気炉スラグ溶融物に電磁波加熱性を向上させるための添加物を添加した上で空気または酸素を吹き込んで強制酸化処理を施し、そして急冷固化することによって得られた改質電気炉酸化スラグを使用すると、電磁波加熱性を更に向上し、小さな電力で高温度の加熱が可能になる。本発明の屋根材が電磁波の照射によって融雪に充分な熱エネルギーを放射するためには、該電気炉酸化スラグが屋根材中に15質量%以上の量で添加されていることが望ましいが、30質量%を越えると屋根材の重量が重くなり過ぎるし、また電磁波発熱性もこれ以上顕著には向上しない。
更に電磁波漏洩を防止する手段としては屋根材上面に電磁波遮蔽層を設ける手段がある。上記手段によれば電気炉酸化スラグの添加量を余り増やすことなく電磁波の漏洩を効率良く阻止することが出来る。
本発明では、従来は産業廃棄物とされていた電気炉酸化スラグを屋根材に添加するから、電磁波を照射して該電気炉酸化スラグに吸収させ、熱エネルギーに変換して発熱させ、融雪を行なうことが出来る屋根材が極めて安価に提供出来る。
〔電気炉酸化スラグ〕
本発明で使用する電気炉酸化スラグは、通常CaO:10〜26質量%、SiO2:8〜22質量%、MnO:4〜7質量%、MgO:2〜8質量%、FeO:13〜32質量%、Fe2O3:9〜45質量%、Al2O3:4〜16質量%、Cr2O3:1〜4質量%程度含み、更に微量成分としてBaO:0.05〜0.20質量%、TiO2:0.25〜0.70質量%、P2O5:0.15〜0.50質量%、S:0.005〜0.085質量%程度含み、安定な鉱物組成を得るためのFeを20〜45質量%程度含むものであり、天然骨材成分に含まれる粘土、有機不純物、塩分を全く含まず、不安定な遊離石灰、遊離マグネシアあるいは鉱物も殆ど含まない。該電気炉酸化スラグは粒状物または破砕物として提供される。
上記電気炉酸化スラグを粒化して粒状物を製造するには、該電気炉酸化スラグの溶融物を高速回転する羽根付きドラムに注入し、該溶融物を該羽根付きドラムによって破砕粒状化し、粒状化した該溶融物を水ミスト雰囲気中で急冷処理する方法が採られる。該羽根付きドラムは複数個配置して複数段の破砕粒状化を行なってもよい。
このようにして得られる電気炉酸化スラグの粒状物は、再酸化が促進されるので、Fe2O3系の鉱物を多く含み、かつ急冷により、極微細な粒状物になるため、電磁波加熱性が非常に良好なものとなる。また通常5mm以下の粒径を有し、粒径2.5mm以下のものは略球状であり、比重は3.3〜4.1の範囲にあり、表面にはひび割れ等の欠陥はなく、微細な凹凸を有し、中空構造のものからなるか、または中空構造のものを含んでいる。
上記電気炉酸化スラグ破砕物を製造するには、上記電気炉酸化スラグを溶融状態で耐熱容器中に所定の厚みに流し出し、上から水をかけることによって急冷改質処理が施される。この場合、耐熱容器中のスラグ溶融物の厚さが小さすぎると、水をかける前に自然冷却(徐冷)によって硬化し易くなり、所望の硬度が得られなくなるおそれがあり、また厚さが大きくなり過ぎると、水をかけた場合に水が急激に水蒸気となり、水蒸気爆発の危険がある。望ましいスラグ溶融物の厚さは80mm〜120mmである。
上記水をかける量は、スラグ溶融物1トン当たり毎秒200〜400リットル程度が望ましい。
上記急冷によってスラグ溶融物は急速に硬化するが、この際自己破砕によって容器中のスラグ溶融物の厚さ程度の径を有するスラグ原塊が得られる。
このようにして得られる破砕物は徐冷スラグに較べ、再酸化が促進されるので、Fe2O3系の鉱物を多く含み、かつ急冷により、微細な粒状物になるため、電磁波加熱性が非常に良好なものとなり、その比重は水砕品と同様3.3〜4.1の範囲にある。
本発明において使用される改質電気炉酸化スラグには電磁波加熱性を向上させるための添加物を添加する。
上記電磁波加熱性を向上させるための添加物としては、Fe、Ba、Co、Ni、Cr、Cu、Mn、Sr、Zn等の金属あるいはこれら金属を含む合金あるいはこれらの金属の酸化物、水酸化物、塩化物、硫酸塩等の加熱により酸化物を与える化合物である。望ましい添加物としては鉄スクラップ、スケール、BaO屑、硫酸バリウムを含む重晶石等がある。
上記添加物は前記粒化法あるいは破砕法において、電気炉酸化スラグ溶融物に添加されるかあるいは電気炉酸化スラグに混合されて共に溶融される。上記溶融は通常電気溶解炉で行われるが、この時溶融物に空気または酸素を吹込み強制酸化処理を施す。上記強制酸化処理は特にFeO比率が高い破砕法によるスラグに対して有効であり、上記強制酸化処理によってFe2O3比率を高めて電磁波加熱性を向上せしめることが出来る。
該改質電気炉酸化スラグも粒状物または破砕物として提供される。
本発明における屋根材としては、主として水硬性無機材料を主材料とした屋根材と、粘土を主材料とした屋根材とがある。
水硬性無機材料とする屋根材に使用される水硬性無機材料としては、ポルトランドセメント、アルミナセメント、高炉セメント等のセメント類あるいは高炉急冷スラグ微粉末、電気炉急冷還元スラグ微粉末、該セメント類にケイ砂、ケイ石粉、シリカヒューム、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、シラスバルーン、パーライト、ベントナイト、ケイソウ土等のケイ酸含有物質を添加した混合粉体等が例示される。上記水硬性無機材料には、シリカ粉、ケイ砂、ケイ石粉、水ガラス、シリカヒューム、マイカ、珪藻土、ドロマイト、フライアッシュ、シラスバルーン、ガラスバルーン、パーライト等のケイ酸質材料が添加されてもよい。
更に本発明の水硬性無機材料を主材料とした屋根材には、木粉、木毛、木片、木質繊維、木質バルプ等の木質補強材、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ビスコース繊維、アセテート繊維、塩化ビニル繊維、塩化ビニリデン繊維、ビニロン繊維等の有機合成繊維補強材、アスベスト繊維、ガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維、金属繊維、ウィスカー繊維等の無機質補強材を添加することが望ましい。
更に上記屋根材には砕石粉、砂利、汚泥焼却灰等の骨材や、AE減水剤、高性能AE減水剤等の減水剤やニカワ、ゼラチン、カゼイン、澱粉、変性澱粉、酸化澱粉、デキストリン、アラビアゴム、アルギン酸ソーダ、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ハイドロキシエチルセルロース、ポリアクリル酸ソーダ、ポリメタクリル酸ソーダ、ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、ポリビニルメチルエーテル、酢酸ビニル−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸エステル部分鹸化物、ポリメタクリル酸エステル部分鹸化物等の増粘剤等が添加されてもよい。
上記屋根材の製造方法としては、上記原料混合物を水に分散してスラリーとし、該スラリーを抄造することによって抄造シートをフォーミングし、該抄造シートを所望なれば複数層積層して圧締して養生硬化し、所定形状に切り出すか、あるいは所定形状に切り出した後圧締して養生硬化する方法(抄造法)、上記原料混合物と水とを混練し、該混練物を押出成形機からシート状に押出して所定形状に切り出し、圧締硬化するか、あるいは圧締硬化してから所定形状に切り出す方法(押出し法)、上記原料混合物に水を加えたものと下型板上に撒布してマット状にフォーミングし、更にその上に上型板を載置して圧締して養生硬化し、その後所定形状に切り出す方法(半乾寸法)等がある。
粘土を主材料とした屋根材にあっては、石器土粘土、水ひ粘土、陶石質粘土、陶石等の粘土を普通3種類以上配合し、電気炉酸化スラグを水と混練して混練物とし、該混練物を真空押出機によって荒地を押出し、該荒地を所定形状にプレス成形し、成形品は乾燥後焼成する。所望なれば成形品にはフリット釉や長石質釉を施釉してから焼成する。焼成温度は通常1000℃〜1100℃である。焼成温度が1100℃を超えると、屋根材に含有されている電気炉酸化スラグが溶融発泡して屋根材としての外観、強度等を劣化させる。
水硬性材料を主材料とした屋根材20と、粘土を主材料とした屋根材20Aとを図1(a)(b)に示す。
更に本実施例では、電磁波の漏洩を防止するために図16(a)(b)に示すように屋根材20,20Aの上面に金網202を配し、金網202により構成される電磁波遮蔽層201を設けても良い。前記金網202は、孔眼サイズ5mm角以下で線直径0.2mm以上のステンレス・スチール製である。
上記電磁波遮蔽層201としては、例えば金属箔等としても良い。このように電磁波遮蔽層201,201として、孔眼サイズ5mm角以下で線直径0.2mm以上のステンレス・スチール製金網を使用した場合、電磁波遮蔽層201を使用してない屋根材20,20Aに比して電磁波が約60db低下する。
なお、電磁波遮蔽層201を有する屋根材の製造方法としては、上記原料混合物を水に分散してスラリーとし、該スラリーを抄造することによって抄造シートをフォーミングし、該抄造シートを所望なれば複数層積層して圧締して養生硬化し、所定形状に切り出すか、あるいは所定形状に切り出した後、その表面に金網202を配置して該金網202と共に圧締して養生硬化する方法(抄造法)、上記原料混合物と水とを混練し、該混練物を押出成形機からシート状に押出して所定形状に切り出し、その表面に金網202を配置して該金網202と共に圧締硬化するか、あるいは金網202と共に圧締硬化してから所定形状に切り出す方法(押出し法)、上記原料混合物に水を加えたものと下型板上に撒布してマット状にフォーミングし、更にその上に上型板を載置して、更にその表面に金網202を配置して該金網202と共に圧締して養生硬化し、その後所定形状に切り出す方法(半乾寸法)等がある。また、金網202を屋根材20,20Aの上面に接着剤を用いて配設しても良い。
図2に本発明の電気炉スラグ粒状物(以下スラグ粒状物と略す8を製造する装置を示す。
即ち1500℃前後の電気炉酸化スラグ溶融物1は電気溶解炉から取鍋2に移され、該取鍋2からシューター3に移し、該シューター3から高速回転する羽根付きドラム4,5に注入する。該製鋼スラグ溶融物1は該羽根付きドラム4,5によって細破砕されて粒状化し、該電気炉酸化スラグ溶融物の粒化物1Aは急冷チャンバー6内にスプレー装置7からスプレーされる水ミストによって急冷される。そしてこのようにして得られたスラグ粒状物8は備蓄容器9内に備蓄される。
該スラグ粒状物8は略球状の中空体であり、表面にはひび割れ等の欠陥はなく、微細な凹凸が有り、高硬度(モース硬さでマトリックスが6程度、鉱物相が8程度であった。)を有し耐摩耗性に優れており、真比重は3.84、絶乾比重は3.52、耐火度は1100℃で、電磁波発熱性、透磁性、誘電性、耐酸性、耐アルカリ性等にも優れている。
該スラグ粒状物8の粒度分布を図3に示す。
実施例1において電気溶解炉から取鍋2に移されたスラグの溶融物に鉄粉および酸化カルシウムと酸化ケイ素とを後添加して次の組成に調節する。
CaO 24.92重量%
SiO2 15.24重量%
Al2O3 6.72重量%
MnO 5.66重量%
MgO 4.25重量%
Cr2O3 1.97重量%
TiO2 0.42重量%
BaO 0.07重量%
総Fe 40.75重量%
CaO/SiO2 =1.64
上記スラグ溶融物は約1350℃に加熱されているが、取鍋2から耐熱容器(皿型鋼鉄製)に約100mmの厚さに流し出され、直ちにスラグ溶融物1トン当たり毎秒300リットル、スプレーにより散水する。
4.5トンの電気炉酸化スラグ1を図4に示す電気溶解炉Dに投入し、更に鉄スクラップとして1.5トンの銑ダライと125kgの重晶石を加えてランス管Rから酸素を吹精しつゝ加熱溶融し、得られた溶融物1Aを図2に示す取鍋2に移し、以後実施例2と同様にして改質電気炉酸化スラグ破砕物を得る。
上記改質電気炉酸化スラグ破砕物の化学組成の一例を表1に示す。
本発明の融雪式屋根構造を図5〜図11に示す一実施例によって以下に説明する。屋根パネル21 は野地面材22と、該野地面材22の下面に接着剤によって接着されている断熱性板材23とからなる。該断熱性板材23 は複数枚の断熱材23Aと、隣接する一対の該断熱材23A間を連結する細長の補強材23Bとからなり、該断熱材23A相互間には垂木嵌合溝25が形成され、該補強材23Bは隣接する一対の該断熱材23A相互に上側から差渡して貼着され、該断熱性板材23は該補強材23Bを介して該野地面材22に接着され、かくして該野地面材22と該断熱性板材23の断熱材23Aとの間には、該補強材23Bの厚み分の通気路24該形成されている。即ち該屋根材23Bは、該野地面材22と該断熱材23Aとの間のスペーサーとしても機能している。
上記断熱材23Aは、ポリスチレン発泡体、ポリエチレン発泡体、ポリプロピレン発泡体、半硬質ポリウレタン発泡体、フェノール樹脂発泡体、メラミン樹脂発泡体等のプラスチック発泡体や、特に半硬質発泡体やフェノール樹脂発泡体の上下両面にプラスチックフィルムが貼着されている複合発泡体、更にポリエステル繊維、ポリアミド繊維、アクリル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリ塩化ビニル繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維等の合成繊維やガラス繊維、セラミック繊維、炭素繊維、ロックウール等の無機繊維を合成樹脂によって結着した繊維板等の板状多孔質体からなる。
また上記補強材23Bは、木材、ハードボード、パーチクルボード、合板、上記繊維板の硬質なもの等の高強度材料からなる。
そして該屋根パネル21の両端においては、該断熱性板材23の補強材23Bと野地面材22とを共に断熱材23Aから延出せしめ、該延出部分23Cの下側と両端の垂木嵌合溝25Aとする。上記両端の嵌合溝25Aの巾はその他の嵌合溝25の巾の1/2に設定する。
このようにして該屋根材20,20Aは電磁波によって加熱され、該屋根材20,20Aに積った雪が融かされ、あるいは着雪が防止される。
上記電磁波発振装置45は例えば天井材上に設置されるが、室内に電磁波漏洩することを防止するために、例えば天井材の上面および/または下面に電磁波遮蔽層あるいは電磁波反射層を設けておくことが望ましい。
図14および図15には他の実施例が示されている。本実施例にあっては、アンテナ線39は屋根パネル21の通気路24内に配設される。該アンテナ線39は該通気路24内にあって九十九(つづら)折り状とされ、補強材23Bから差出されているガイドリング46によってガイドされている。
屋根材A
ポルトランドセメント100質量部、ケイ石粉90質量部、パルプ10質量部、改質電化炉酸化スラグ(実施例3)50質量部(全体に対して20質量%)の原料混合物に対して15質量%の含水率になるように水を加え、下型板上に撒布してマットをフォーミングし、該マットの上に上型板を載置して圧締し、この状態で72時間自然養生を行ない、160℃、10時間オートクレーブ養生を行なった。得られた厚み10mmの板を図1aに示す形状に切り出した。
せっ器粘土に20質量%の改質電化炉酸化スラグ(実施例3)を添加し、水を加えて混練した荒地を図1bに示す形状に成形し、乾燥した後表面にフリット釉を施釉し、1100℃で焼成して厚み10mmの屋根材Bを製造した。
〔スラグ含有量と発熱状態〕
前記〔発熱試験〕において作成した屋根材A、屋根材Bと同様にして、スラグ含有量を15質量%にした屋根材A試料を屋根材A1、スラグ含有量を30質量%にした屋根材A試料を屋根材A2、スラグ含有量を10質量%にした屋根材A試料を屋根材A3、スラグ含有量を35質量%にした屋根材A試料を屋根材A4として作成し、スラグ含有量を15質量%にした屋根材B試料を屋根材B1、スラグ含有量を30質量%にした屋根材B試料を屋根材B2、スラグ含有量を10質量%にした屋根材B試料を屋根材B3、スラグ含有量を35質量%にした屋根材B試料を屋根材B4として作成した(表3を参照)。
図2〜図4は電気炉酸化スラグの一製造実施例に関するものである。
図5〜図11は本発明の屋根の一実施例を示すものである。
図14,15は他の実施例を示すものである。
図16は他の実施例として電磁波遮蔽層を設けた屋根材を示すものである。
20,20A 屋根材
22 野地面材
39 アンテナ線
201 電磁波遮蔽層
Claims (9)
- 電気炉酸化スラグ含有することを特徴とする屋根材。
- 上記屋根材は水硬性無機材料を主体とした材料からなる請求項1に記載の屋根材。
- 上記屋根材は粘土を主体とした材料からなる請求項1に記載の屋根材。
- 上記屋根材には補強材が添加されている請求項1から請求項3の何れか1項に記載の屋根材。
- 上記屋根材の上面には電磁波遮蔽層が設けられている請求項1から請求項4の何れか1項に記載の屋根材。
- 上記電気炉酸化スラグは、電気炉酸化スラグ溶融物に電磁波加熱性を向上させるための添加物を添加した上で空気または酸素を吹き込んで強制酸化処理を施し、その後急冷固化することによって得られる改質電気炉酸化スラグである請求項1から請求項5の何れか1項に記載の屋根材。
- 上記屋根材には上記電気炉酸化スラグが15〜30質量%の範囲で含有されている請求項1から請求項6の何れか1項に記載の屋根材。
- 請求項1から請求項7の何れか1項に記載の屋根材を野地面材上に葺設し、上記野地面材の下側に配置されている電磁波照射手段とからなることを特徴する融雪式屋根構造。
- 上記電磁波照射手段は電磁波出力装置と、上記電磁波出力装置に接続されたアンテナ線とからなり、上記アンテナ線が上記野地面材の下側に配置されている請求項8に記載の融雪式屋根構造。
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