JP2009052875A - 床暖房構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る床暖房構造10Aは、電気炉酸化スラグを含有した床板11aの下側にアンテナ線39を配置し、該アンテナ線39に電磁波出力装置50を接続した。係る構成にあって、電磁波出力装置50が駆動してアンテナ線39から電磁波が照射されると、前記床板11aの電気炉酸化スラグが電磁波を熱エネルギーに変換する。そうすると、当該床板11aが発熱して床面Xが暖まり、床暖房として機能することとなる。なお、前記床板11aの上面に金網27からなる電磁波遮蔽層29を設けることもできる。
【選択図】図5
Description
〔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可能な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。
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を電気溶解炉から取鍋2に移し、さらに該取鍋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。ここで、スラグの注入速度は10t/hに設定している。そして、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される。ここで、羽根付きドラム4の周速は20.5m/sec(400rpm)に設定されている。また、ドラム本体サイズは、長さ1220mm、直径980mmに設定されている。さらに、羽根は高さ150mm、長さ930mmの三角羽根で、枚数を9枚に設定されている。これに対し、羽根付きドラム5の周速は26.5m/sec(513rpm)に設定されている。また、ドラム本体サイズは、長さ1220mm、直径980mmに設定されている。さらに、羽根は高さ150mm、長さ1220mmの三角羽根で、枚数を9枚に設定されている。そして、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。ここで、水ミストスプレー水量は70L/minに設定されている。また、急冷チャンバー6(ロータリーフード)は、直径2800mm、長さ5000mmで、回転数が4rpmに設定されている。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。
上述した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つ加熱溶融し、得られた溶融物1Aを図2に示す取鍋2に移し、以後、前記の電気炉スラグ破砕物の製造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。
本発明の床板は、例えば合板、ハードボード、パーチクルボード、MDF等の木質板、又は木質セメント板等が例示される。そして、該床板には、通常、電気炉酸化スラグが15〜30質量%で添加される。また、該床板の厚みは、通常、2mm以上に設定される。なお、床板に電気炉酸化スラグを含有させる場合には、床板を構成するための接着剤に電気炉酸化スラグを混合し、又は原料に電気炉酸化スラグを混合して成形することができる。
前記床板には、電気炉酸化スラグを添加する代わりに、その上面及び/又は下面に電気炉酸化スラグ塗布層を形成しても良い。前記電気炉酸化スラグ塗布層は、通常、前記床板の上面及び/又は下面に電気炉酸化スラグを混合した樹脂塗料を塗布することによって形成される。
また、いわゆる床仕上げ材に塗工するワックスに電気炉酸化スラグを混合しても良い。前記ワックスには、表面塗布型と浸透型とがあり、さらに該表面塗布型の有機質系塗料(合成樹脂塗料)には無溶剤型、溶剤型、水性型とがある。また、該浸透型には、無機質型のものがある。無溶剤型は、主剤と硬化剤とを混合し化学反応を起こさせて塗膜を作るものであり、エポキシ樹脂系、ウレタン樹脂系、メタクリル樹脂系、ポリエステル樹脂系、ビニルエステル樹脂系などがある。また、溶剤型は、有機溶剤を加えて粘度調整し、ローラーや刷毛などで施工するものであり、エポキシ樹脂系、ウレタン樹脂系、アクリル樹脂系などがある。また、水性型は、水を希釈剤として粘度調整し、主にローラーや刷毛で施工するものであり、エポキシ樹脂系、ウレタン樹脂系、アクリル樹脂系がある。
なお、前記電気炉酸化スラグ塗布層の厚みは、通常、2mm以上に設定される。
電気炉酸化スラグが添加された樹脂シートに用いられる樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、塩素化ポリエチレン(CPE)、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)等のポリオレフィン、ポリエステル、ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン(SPS)、ポリエーテル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ABS樹脂、ポリフェニレンエーテル(PPE)、変性PPE、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリスルフォン、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリアリレート(PAR)、熱可塑性ポリウレタン(TPU)エラストマー、熱可塑性エラストマー(TPE)、液晶ポリマー(LCP)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリサルフォン(PSF)、ポリエーテルサルフォン(PES)、更にアイオノマー樹脂、エチレン−アクリル酸エチル(EEA)樹脂、アクリロニトリル・スチレン・アクリルゴム共重合(ASA)樹脂、アクリロニトリル・スチレン共重合(AS)樹脂、アクリロニトリル・塩素化ポリエチレン・スチレン共重合(ACS)樹脂、エチレン・酢酸ビニル共重合(EVA)樹脂、エチレン・ビニルアルコール共重合(EVOH)樹脂、メタクリル樹脂(PMMA)、ポリブタジエン(BDR)、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合(ABS)樹脂、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、酢酸繊維素(セルロースアセテート:CA)樹脂、ポリオキシメチレン(=ポリアセタール)(POM)、フッ素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリベンゾイミダゾール(PBI)、全芳香族ポリエステル(POB)等の熱可塑性樹脂あるいは熱可塑性エンジニアリングプラスチックが例示される。
また、熱硬化性樹脂としては、熱硬化型ウレタン樹脂、メラミン樹脂、熱硬化型アクリル樹脂、尿素樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、熱硬化型ポリエステル等が使用されるが、該合成樹脂を生成するウレタン樹脂プレポリマー、尿素樹脂プレポリマー(初期縮合体)、フェノール樹脂プレポリマー(初期縮合体)、ジアリルフタレートプレポリマー、アクリルオリゴマー、多価イソシアナート、メタクリルエステルモノマー、ジアリルフタレートモノマー等のプレポリマー、オリゴマー、モノマー等の合成樹脂前駆体も使用される。また、樹脂としてホットメルト樹脂を使用しても良い。ホットメルト樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合体等のポリオレフィン系樹脂(ポリオレフィン系樹脂の変性物を含む)、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエステル共重合体、ポリアミド、ポリアミド共重合体等の1種または2種以上の混合物等の低融点樹脂(好ましくは融点200℃以下)を材料とする。
上記ゴムおよび/またはエラストマーは二種以上混合使用されてもよい。
なお、前記電気炉酸化スラグを含有した前記樹脂のシートの厚みは、通常、2mm以上に設定される。
〔具体例1〕
下記の処方の混合物を調製した。
電気炉酸化スラグ(5mm以下) 100質量部
クロロプレンゴム 60 〃
酸化亜鉛 0.6 〃
硫黄 0.3 〃
上記混合物は加熱溶融混練され、Tダイを介して厚さ5mmのシートに押出された。
下記の処方の混合物を調製した。
電気炉酸化スラグ(5mm以下) 110質量部
電気炉酸化スラグ(5〜10mm) 100質量部
アスファルト 80 〃
スチレン−ブタジエン−ゴム、 4 〃
上記混合物は100℃に加熱溶融混練され、型枠に流し込んで厚さ10mmの樹脂シートを成形した。
下記の処方の混合物を調製した。
電気炉酸化スラグ5mm以下) 100質量部
ポリカーボネート 40 〃
上記混合物は押出成形によって厚さ10mmのシート状試料を成形した。
本発明に係る前記電気炉酸化スラグを含有したコンクリート床は、例えばポルトランドセメント、ジェットセメント、高炉スラグセメント、フライアッシュセメント、アルミナセメント等の一種または二種以上の混合物等のセメントと、骨材との混合物の硬化物を主体とするものである。前記コンクリート床には、鉄筋が埋設されていても良い。なお、前記コンクリート床には、前記電気炉酸化スラグが通常15〜30質量%の量で添加される。この電気炉酸化スラグは、骨材として用いても良い。
前記コンクリート床の厚みは、通常、強度上の要請から20mm以上に設定される。該厚みが20mm未満であると、必要強度が不十分になる。
〔具体例1〕
下記の処方の混合物を調製した。
電気炉酸化スラグ(5mm以下) 100質量部
ポルトランドセメント 16 〃
AE減水剤 0.04 〃
上記混合物に水6質量部を加え、ミキサーで3分間混練し、該混練物を型枠中に流し込み、コテによって表面を平坦にして常温で1日養生し、水和反応により硬化させた後脱型し、更に27日常温で水和反応させ、厚さ10mmのコンクリート床を成形した。
下記の処方の混合物を調製した。
電気炉酸化スラグ(5〜10mm) 100質量部
電気炉酸化スラグ(5mm以下) 100質量部
ポルトランドセメント 25 〃
高性能AE減水剤 0.25 〃
メチルセルロース(増粘剤) 0.13 〃
上記混合物に水12質量部を加え、ミキサーで3分間混練した。該混練物を型枠中に流し込み、コテによって表面を平坦にして常温で3日養生し、水和反応により硬化させた後脱型し、更に25日常温で水和反応させ、厚さ10mmのコンクリート床を成形した。
本発明に係る前記電気炉酸化スラグを含有するセラミックス層の原料としては、カオリン、蛙目粘土、木節粘土、ロウ石質粘土、セッ器粘土、ベントナイト等の可塑性原料、ケイ石、ロウ石、素地粉等の非可塑性原料、長石、陶石、絹雲母、滑石等の窯業原料等、その他アルミナ、マグネシア、ジルコニア、チタニア、ベリリア、トリア、スピネル、セルシャン等のセラミック原料が例示される。
上記セラミックス層を形成するには、上記原料に前記電気炉酸化スラグを添加し、更に水を加えてスラリーあるいは混練物とし、該スラリーあるいは混練物を前記床板の上面及び/又は下面に塗布し乾燥硬化したり、該スラリーあるいは混練物を注型成形、押出し成形、あるいはプレス成形によって板状に成形し、該板状成形物を焼成する方法が採用される。
下記の処方の混練物を調製した。
電気炉酸化スラグ(5mm以下) 100質量部
セラミックス原料* 20 〃
水 10 〃
*セラミックス原料組成
天草陶石 35質量%
カオリン 27 〃
長石 22 〃
蛙目粘土 15 〃
滑石 1 〃
上記混練物は型内で油圧プレスにより30MPaに加圧し、厚さ10mmの板状生試料を成形した。上記生試料は乾燥後800〜900℃、12時間、素焼きガマで熱処理され、次いで1100〜1200℃、12時間本焼きガマで焼成されセラミックス層が作成された。
次に、本発明に係る床暖房構造10A〜10Fを、添付図面に従って説明する。この床暖房構造10A〜10Fは、一般的な家屋に設けられる場合もあるし、オフィス等のビル施設に設けられる場合もあり、木造、鉄骨造などの構造、又は一階、二階等の設置階は、特に限定されるものではない。
実施例1の床暖房構造10Aを、図1及び図5〜7に従って説明する。
図5に示すように、一般的な木造家屋の地階床部にあっては、束(図示省略)によって支持される大引13が並行して複数架け渡されていると共に、さらに該大引13上には該大引13と交差するようにして複数の根太12が並行して差し渡されている。また、大引13と大引13との間隙には、公知の固定手段により断熱材14が固定されている。また、前記の根太12上には、図1に示すような薄板状の床板11(床仕上げ材)が複数並設され、床面Xが形成されている。これにより、地階床部が構成されることとなり、前記床板11の床面Xが家屋の室内に臨むこととなる。なお、このような床部の構造は、公知技術が好適に採用される。
上記床暖房構造10Aにあって、電磁波発振装置51が駆動して、電磁波が照射されると、該電磁波が上方にある床板11aに到達し、当該床板11aに含有された電気炉酸化スラグが電磁波を熱エネルギーに変換する。そうすると、当該床板11aが発熱し、床暖房として機能することとなる。
実施例2に係る床暖房構造10Bは、図10に示すように、床板11bの下面に電気炉酸化スラグ塗布層20を形成した構成である。なお、大引13、根太12、断熱材14、アンテナ線39、及び電磁波出力装置50の構成については、実施例1と同様であるため説明を省略する。
なお、図10に示す床暖房構造10Bに係る床板11bの上側、図11に示す床暖房構造10Cに係る電気炉酸化スラグ塗布層20の上側に、それぞれ電磁波遮蔽層29を配置しても勿論良い。ここで、該電磁波遮蔽層29の上には、床仕上げ材を配置することが望ましい。
実施例3に係る床暖房構造10Eは、図13に示すように、床板11bの上面(上側)に電気炉酸化スラグを含有した樹脂シート25を配置したことを特徴としている。なお、大引13、根太12、断熱材14、アンテナ線39、及び電磁波出力装置50の構成については、上述の実施例1,2と同様であるため説明を省略する。
実施例4に係る床暖房構造10Gは、図15に示すように、電気炉酸化スラグを含有するコンクリート床30の直下(下側)にアンテナ線39を配置したことを特徴とする。さらに詳述すると、本実施例に係る床暖房構造10Gの最下層には、コンクリートスラブ31が形成され、このコンクリートスラブ31上に、断熱材14が配置されている。
実施例5に係る床暖房構造は、実施例3で使用した電気炉酸化スラグを含有した樹脂シート25に代えて、電気炉酸化スラグを含有したセラミックス層を配置したことを特徴としている。
11(11a,11b) 床板
20 電気炉酸化スラグ塗布層
25 樹脂シート
29 電磁波遮蔽層
30 コンクリート床
39 アンテナ線(電磁波照射手段)
50 電磁波出力装置(電磁波照射手段)
Claims (10)
- 電気炉酸化スラグを含有した床板の下側に電磁波照射手段を配置したことを特徴とする床暖房構造。
- 前記電気炉酸化スラグを含有した床板の上部又は上側には電磁波遮蔽層が配置されていることを特徴とする請求項1記載の床暖房構造。
- 床板の上面及び/又は下面に電気炉酸化スラグ塗布層を形成し、該床板の下側には電磁波照射手段を配置したことを特徴とする床暖房構造。
- 前記電気炉酸化スラグ塗布層の上部又は上側には、電磁波遮蔽層が配置されていることを特徴とする請求項3記載の床暖房構造。
- 床板の上側及び/又は下側に電気炉酸化スラグを含有した樹脂シートを配置し、該床板の下側には電磁波照射手段を配置したことを特徴とする床暖房構造。
- 前記電気炉酸化スラグを含有した樹脂シートの上部又は上側には、電磁波遮蔽層が配置されていることを特徴とする請求項5記載の床暖房構造。
- 電気炉酸化スラグを含有するコンクリート床の下側に電磁波照射手段を配置したことを特徴とする床暖房構造。
- 前記電気炉酸化スラグを含有するコンクリート床の上部又は上側には電磁波遮蔽層が配置されていることを特徴とする請求項7記載の床暖房構造。
- 床板の上側及び/又は下側に電気炉酸化スラグを含有したセラミックス層を配置し、該床板の下側には電磁波照射手段を配置したことを特徴とする床暖房構造。
- 前記電気炉酸化スラグを含有したセラミックス層の上部又は上側には電磁波遮蔽層が配置されている請求項9記載の床暖房構造。
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