JP2017145186A - 耐火モルタル - Google Patents

Abstract

【課題】溶融金属容器又は２次精錬炉における、内張耐火物として用いる、耐火れんが用の耐火モルタルで、耐水性、安全性及び保管性を向上し、耐火物れんがとの接着性も向上させた耐火モルタルの提供。【解決手段】耐火粉末１００質量％に対して外がけで１．５〜５質量％の再乳化形粉末樹脂を配合し、再乳化形粉末樹脂が耐火モルタルの施工時（耐火れんがの築造時）に施工水により再乳化した後、乾燥により耐火粉末を取り囲むようにフィルム膜を生成し、施工後の乾燥工程において水蒸気に曝されたとしても、このフィルム膜の存在により優れた耐水性を発揮でき、また、自硬性モルタルの様に劇物を使用する必要がなく、安全性を確保でき、自硬性モルタルの様に化学反応による硬化がなく、保管性が向上でき、乾燥後の稼働時においては粘土が接着性を付与するので、乾燥後の稼働時において耐火れんがとの接着性を向上できる耐火モルタル。【選択図】なし

Description

本発明は、耐火れんが用の耐火モルタルに関する。

耐火れんが用の耐火モルタルは、溶融金属容器（以下、本明細書において、溶融金属容器は、溶銑鍋、溶鋼鍋、又はタンディッシュを指す）又は２次精錬炉などにおいて、耐火れんがの築造時に耐火れんがの接着剤として使用される。

かかる耐火モルタルとしては、乾燥工程での脱水重合反応により強度を発現する気硬性モルタルが知られている。具体的には、結合剤として珪酸ソーダを用い、ポリ珪酸イオンの脱水重合反応により強度を発現する気硬性モルタルが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、結合剤と硬化剤の化学反応により強度を発現する自硬性モルタルも知られている。具体的には、結合剤として珪酸ソーダ、硬化剤としてケイフッ化ソーダを用い、珪酸ソーダとケイフッ化ソーダの化学反応により強度を発現する自硬性モルタルが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１−２８２１４３号公報 特開昭５９−２０８３８４号公報

溶融金属容器又は２次精錬炉においては、内張耐火物として不定形耐火物を用い、不定形耐火物の背面側（鉄皮側）に耐火れんがを備える場合がある。この構成の場合、耐火れんがの築造後の乾燥工程において、不定形耐火物に含まれる水分から水蒸気が発生する。このため、耐火れんがに適用する耐火モルタルには耐水性が必要である。しかし、特許文献１に記載の気硬性モルタルでは、水蒸気により再水和反応を起こし、モルタルの組織が崩壊してしまう問題があった。すなわち、耐水性に問題があった。このため、溶融金属容器又は２次精錬炉における耐火れんが用の耐火モルタルとしては、耐水性に優れる自硬性モルタルが使用される傾向にあった。

しかし、例えば特許文献２に記載の自硬性モルタルは、劇物であるケイフッ化ソーダを使用しているため、安全上の問題があった。また、自硬性モルタルは、化学反応により硬化するため、練り置きができないなど保管性の問題もあった。
さらに、乾燥後の稼働時において、耐火れんがと耐火モルタルとの接着性を確保する必要もあった。

そこで、本発明が解決しようとする主たる課題は、耐火れんが用の耐火モルタルにおいて、耐水性、安全性及び保管性を向上することにある。
また、本発明が解決しようとする更なる課題は、耐水性、安全性及び保管性を向上しつつ、耐火れんがとの接着性も向上させることにある。

本発明の一観点によれば、「耐火れんが用の耐火モルタルであって、耐火粉末と再乳化形粉末樹脂とを含み、前記再乳化形粉末樹脂の含有量が、前記耐火粉末１００質量％に対して外がけで１．５質量％以上５質量％以下である耐火モルタル」が提供される。
また、本発明の他の観点によれば、「耐火れんが用の耐火モルタルであって、耐火粉末と再乳化形粉末樹脂と珪酸塩とを含み、前記再乳化形粉末樹脂の含有量が、前記耐火粉末１００質量％に対して外がけで０．１質量％以上５質量％以下であり、前記珪酸塩の含有量が、前記耐火粉末１００質量％に対して外がけで３質量％以上２０質量％以下である耐火モルタル」が提供される。

本発明の耐火モルタルは適量の再乳化形粉末樹脂を含むので、この再乳化形粉末樹脂が耐火モルタルの施工時（耐火れんがの築造時）に施工水により再乳化した後、乾燥（水分蒸発）により耐火粉末を取り囲むようにフィルム膜を生成する。したがって、施工後の乾燥工程において水蒸気に曝されたとしても、このフィルム膜の存在により優れた耐水性を発揮する。また、自硬性モルタルのように劇物を使用する必要がないので、安全性も確保することができる。さらに、自硬性モルタルのように化学反応により硬化することはないので、保管性を向上することもできる。
また、乾燥後の稼働時においては粘土が接着性を付与するので、乾燥後の稼働時において耐火れんがとの接着性を向上することもできる。
さらに、再乳化形粉末樹脂と珪酸塩とを含む場合、珪酸塩が稼働時において結合剤としての作用を奏するので、耐火れんがとの接着性をさらに向上することができる。

本発明の耐火モルタルは少なくとも耐火粉末と再乳化形粉末樹脂とを含んでなる。このうち耐火粉末としては、耐火モルタルの原料に一般的に使用されるものを問題なく使用でき、例えば、アルミナ質、アルミナ−シリカ質、アルミナ−カーボン質等の耐火骨材、及び粘土が挙げられる。これらの耐火骨材の粒度構成は、一般的な耐火モルタルの原料構成と同様でよい。

再乳化形粉末樹脂とは、樹脂ディスパージョンを噴霧乾燥して得られる粉末性樹脂である。この再乳化形粉末樹脂は、水を加えると再乳化して再びディスパージョンとなり、その後乾燥（水分蒸発）させるとフィルム膜を形成する。本発明は、この再乳化形粉末樹脂の再乳化及びフィルム膜形成の作用に着目したものである。すなわち、本発明の耐火モルタルにおいて再乳化形粉末樹脂は、耐火モルタルの施工時（耐火れんがの築造時）に施工水により再乳化した後、乾燥（水分蒸発）により耐火粉末を取り囲むようにフィルム膜を生成する。したがって、施工後の乾燥工程において水蒸気に曝されたとしても、このフィルム膜の存在により優れた耐水性を発揮する。また、本発明の耐火モルタルにおいて再乳化形粉末樹脂は、耐火粉末（耐火骨材）どうしを結合する結合剤としての作用も奏し、乾燥後における耐火モルタルに接着性を付与する。

再乳化形粉末樹脂としては、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、エチレン酢酸ビニルビニルバーサテート（ＥＶＡＶｅｏＶａ）、酢酸ビニルビニルバーサテート（ＶＡＶｅｏＶａ）、スチレンアクリル酸エステル（ＳＡＥ）、ポリアクリル酸エステル（ＰＡＥ）、酢酸ビニルビニルバーサテートアクリル酸エステルの再乳化形粉末樹脂が挙げられるが、本発明の耐火モルタルにはいずれの再乳化形粉末樹脂も使用可能である。

本発明の耐火モルタルにおいて珪酸塩を含有しない場合の再乳化形粉末樹脂の含有量は、耐火粉末１００質量％に対して外がけで１．５質量％以上５質量％以下である。再乳化形粉末樹脂の含有量が１．５質量％未満では前述の結合剤としての接着作用及びフィルム膜の生成作用が不足し、乾燥後の接着強度及び耐水性が低下する。一方、再乳化形粉末樹脂の含有量が５質量％を超えると、施工時に多量の施工水（添加水分）が必要となるため、乾燥（水分蒸発）後の組織が粗となり、結果として乾燥後の接着強度が低下する。また、乾燥後の接着強度及び耐水性をより向上する点から、再乳化形粉末樹脂の含有量は、耐火粉末１００質量％に対して外がけで２質量％以上４質量％以下であることが好ましい。

前述のとおり、本発明の耐火モルタルにおいて再乳化形粉末樹脂は結合剤としての作用を奏し、乾燥後において、耐火モルタルに接着性を付与する。また、本発明の耐火モルタルは、前述の自硬性モルタルのように劇物を使用する必要がないので、安全性を確保することができる。また、自硬性モルタルのように化学反応により硬化することはないので、保管性を向上することもできる。

また、本発明の耐火モルタルは、特に珪酸塩を含有しない場合、稼働時の接着性を確保する観点から、耐火原料中に粘土を３質量％以上２０質量％以下添加するのが好ましい。

また、本発明の耐火モルタルは、再乳化形粉末樹脂と珪酸塩とを併用する場合、耐水性、安全性及び保管性を向上しつつ、耐火れんかとの接着性、特に稼動時の接着性を向上することができる。この場合、再乳化形粉末樹脂の含有量は、耐火粉末１００質量％に対して外がけで０．１質量％以上５質量％以下である。再乳化形粉末樹脂の含有量が０．１質量％未満では乾燥後の接着作用及びフィルム膜の生成作用が不足し、乾燥後の接着強度及び耐水性が低下する。なお、再乳化形粉末樹脂と珪酸塩とを併用する場合、珪酸塩が接着作用を有するので、珪酸塩を使用しない場合と比較して再乳化形粉末樹脂の添加量は少なくてよい。
一方、再乳化形粉末樹脂の含有量が５質量％を超えると、施工時に多量の施工水（添加水分）が必要となるため、乾燥（水分蒸発）後の組織が粗となり、結果として乾燥後及び稼働時の接着強度が低下する。

また、珪酸塩の含有量は、耐火粉末１００質量％に対して外がけで３質量％以上２０質量％以下である。珪酸塩の含有量が３質量％未満では稼働時の接着性向上の効果が十分には得られない。一方、珪酸塩の含有量が２０質量％を超えると、施工時に多量の施工水（添加水分）が必要となるため組織が粗となり、結果として乾燥後及び稼働時の接着強度が低下する。
なお、再乳化形粉末樹脂と珪酸塩とを併用する場合、耐水性、耐火れんがとの接着性をさらに向上する観点から、再乳化形粉末樹脂の含有量は、耐火粉末１００質量％に対して外がけで０．３質量％以上３質量％以下が好ましく、珪酸塩の含有量は、耐火粉末１００質量％に対して外がけで７質量％以上１５質量％以下が好ましい。
また、珪酸塩としては、珪酸ソーダ、珪酸カリウム等が挙げられる。

以上のとおり本発明の耐火モルタルは優れた耐水性を発揮し、安全性及び保管性も確保できるので、溶融金属容器又は２次精錬炉で使用される耐火れんが用の耐火モルタルとして好適に使用できる。

（実施例Ａ）
表１に示す各例の耐火モルタルについて、オートクレーブ処理後の接着強度、稠度変化を測定し、これらの測定結果から総合評価を行った。なお、表１に示す配合において結合剤（硬化剤）は、耐火粉末１００質量％に対する外がけの質量％である。

オートクレーブ処理後の接着強度、稠度変化の測定方法は以下のとおりである。
（１）オートクレーブ処理後の接着強度
表１の各例の配合に対して適量（外がけで２５〜３５質量％程度）の施工水を添加して混練し、その混練物を２個の耐火れんが間の目地部（厚さ２ｍｍ）に施工し、２０℃で４８時間養生して試験体とした。この試験体をオートクレーブ内に入れ、１１０℃、０．５ＭＰａの環境下に４時間曝す処理（オートクレーブ処理）を実施した。オートクレーブ処理後の試験体について耐火れんが間のせん断応力を測定し、これを接着強度とした。すなわち、前述のオートクレーブ処理は、溶融金属容器又は２次精錬炉における耐火れんがの築造後の乾燥工程の水蒸気環境を模擬したもので、このオートクレーブ処理後の接着強度が高いほど、耐水性に優れることを意味する。具体的には実施例１の接着強度を１００とした相対値を求め、その相対値が９０超１００以下の場合を◎（良）、７０超９０以下の場合を○（可）、７０以下の場合を×（不可）として３段階評価した。

（２）稠度変化
稠度は、ＪＩＳ Ｒ２５０６「耐火モルタルのちょう度試験方法」によって測定した。具体的には、混練直後の混練物の稠度と、その混練物を袋詰め（密封）して２日経過後の稠度を測定し、稠度変化が０以上３０以下を◎（良）、３０超を×（不可）とした。この稠度変化は保管性の指標であり、稠度変化が小さいほど保管性に優れることを意味する。

（３）総合評価
オートクレーブ処理後の接着強度（耐水性）、稠度変化（保管性）がいずれも◎の場合を◎（良）、いずれか１つが○の場合は○（可）、いずれか１つが×の場合は×（不可）とし、◎（良）又は○（可）を合格とした。

表１に示すとおり、本発明の範囲内にある実施例１〜５は、いずれも接着強度（耐水性）及び稠度変化（保管性）が良好で合格レベルであった。なかでも、再乳化形粉末樹脂の含有量が好ましい範囲（２質量％以上４質量％以下）にある実施例１、４、５は、オートクレーブ処理後の接着強度（耐水性）に優れており特に良好であった。

比較例１は、結合剤として珪酸ソーダを使用した従来の気硬性モルタルの例で、オートクレーブ処理後の接着強度（耐水性）が×（不可）であった。比較例２は、結合剤として珪酸ソーダ、硬化剤としてケイフッ化ソーダを使用した従来の自硬性モルタルの例で、稠度変化（保管性）が×（不可）であった。

比較例３は再乳化形粉末樹脂の含有量が少ない例、比較例４は再乳化形粉末樹脂の含有量が多い例で、いずれもオートクレーブ処理後の接着強度（耐水性）が×（不可）であった。

（実施例Ｂ）
表２に示す各例の耐火モルタルについて、オートクレーブ処理後の接着強度、稠度変化及び焼成後の接着強度を測定し、これらの測定結果から総合評価を行った。なお、表２に示す配合において結合剤（硬化剤）は、耐火粉末１００質量％に対する外がけの質量％である。

オートクレーブ処理後の接着強度及び稠度変化の測定方法は上記実施例Ａと同様である。焼成後の接着強度測定方法は以下のとおりである。
（４）焼成後の接着強度
上記（１）のオートクレーブ処理を実施した後、さらに４００℃で３時間焼成処理をした後の試験体について耐火れんが間のせん断応力を測定し、これを焼成後の接着強度とした。この焼成後の接着強度が高いほど、稼働時における耐火れんがと耐火モルタルとの接着性向上効果（目地切れの抑制効果）に優れることを意味する。具体的には表１の実施例２における焼成後の接着強度を１００とした相対値を求め、その相対値が１２０超の場合を◎、１００以上１２０以下の場合を○、９０以上１００未満の場合を△、９０未満の場合を×として評価した。
総合評価については、オートクレーブ処理後の接着強度（耐水性）、稠度変化（保管性）、焼成後の接着強度（耐火れんがとの接着性）がいずれも◎の場合を◎（良）、いずれか１つが○又は△の場合は○（可）、いずれか１つが×の場合は×（不可）とし、◎（良）又は○（可）を合格とした。

表２に示すとおり、粘土を耐火粉末１００質量％に対して外かけで３質量％、２０質量％添加した実施例６、７では、焼成後の接着強度向上効果が得られた。なお、粘土を耐火粉末１００質量％に対して外かけで０．５質量％、２５質量％添加した実施例８、９では、焼成後の接着強度が実施例２に比べ若干低下したが、実施例８、９も実用可能なレベルである。

（実施例Ｃ）
表３に示す各例の耐火モルタルについて、オートクレーブ処理後の接着強度、稠度変化及び焼成後の接着強度を測定し、これらの測定結果から総合評価を行った。なお、表３に示す配合において結合剤（硬化剤）は、耐火粉末１００質量％に対する外がけの質量％である。
また、オートクレーブ処理後の接着強度、稠度変化、焼成後の接着強度の測定方法及び総合評価の方法は実施例Ｂと同じである。

表３に示すとおり、本発明の範囲内で再乳化形粉末樹脂と珪酸塩とを併用した実施例１０〜１６は、いずれの評価項目も合格レベルであり、特に焼成後の接着強度が向上した。なお、表３の表記上、実施例１１、１２の焼成後の接着強度は実施例２と同じ「○」レベルであるが、焼成後の接着強度の数値上は実施例１１、１２が実施例２を上回っており、再乳化形粉末樹脂と珪酸塩との併用による焼成後の接着強度向上効果は確認された。

一方、比較例５は、再乳化形粉末樹脂の含有量が少ない例であり、オートクレーブ処理後の接着強度（耐水性）が×（不可）であった。
比較例６は、再乳化形粉末樹脂の含有量が多い例で、オートクレーブ処理後の接着強度（耐水性）、稠度変化（保管性）及び焼成後の接着強度（耐火れんがとの接着性）が×（不可）であった。
比較例７は、珪酸ソーダの含有量が多い例であり、オートクレーブ処理後の接着強度（耐水性）及び焼成後の接着強度（耐火れんがとの接着性）が×（不可）であった。

Claims (5)

1. 耐火れんが用の耐火モルタルであって、
   耐火粉末と再乳化形粉末樹脂とを含み、
   前記再乳化形粉末樹脂の含有量が、前記耐火粉末１００質量％に対して外がけで１．５質量％以上５質量％以下である耐火モルタル。
2. 前記再乳化形粉末樹脂の含有量が、前記耐火粉末１００質量％に対して外がけで２質量％以上４質量％以下である請求項１に記載の耐火モルタル。
3. 前記耐火粉末１００質量％中に粘土を３質量％以上２０質量％以下含有する請求項１又は２に記載の耐火モルタル。
4. 耐火れんが用の耐火モルタルであって、
   耐火粉末と再乳化形粉末樹脂と珪酸塩とを含み、
   前記再乳化形粉末樹脂の含有量が、前記耐火粉末１００質量％に対して外がけで０．１質量％以上５質量％以下であり、
   前記珪酸塩の含有量が、前記耐火粉末１００質量％に対して外がけで３質量％以上２０質量％以下である耐火モルタル。
5. 溶融金属容器又は２次精錬炉の内張耐火物として不定形耐火物を用いた場合において、当該不定形耐火物の背面側に備えられた耐火れんが用の耐火モルタルである請求項１から４のいずれか一項に記載の耐火モルタル。