JP2024064543A - Castable dry spraying material and its application method - Google Patents
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Abstract
【課題】高い熱間強度と良好な耐爆裂性を有することに加えて、施工時のポンプ圧送性に優れたキャスタブル乾式吹付材及びその簡便かつ効率的な施工方法を提供する。
【解決手段】シリカゾルで混練されたキャスタブル耐火物からなり、シリカゾルのシリカ濃度が１０質量％以上２０質量％未満であり、シリカゾルに含まれるシリカ微粒子の平均粒子径が５～１０ｎｍであること、を特徴とするキャスタブル乾式吹付材。
【選択図】なし
[Problem] To provide a castable dry spraying material that has high hot strength and good explosion resistance, as well as excellent pumpability during application, and a simple and efficient application method thereof.
[Solution] The castable dry spray material is made of a castable refractory material kneaded with silica sol, the silica concentration of the silica sol is 10% by mass or more and less than 20% by mass, and the average particle diameter of the silica microparticles contained in the silica sol is 5 to 10 nm.
[Selection diagram] None
Description
本発明は、各種窯炉に使用することができるキャスタブル乾式吹付材及びその施工方法に関する。 The present invention relates to a castable dry spraying material that can be used in various kilns and its application method.
従来、耐火キャスタブルを吹付材として使用する場合、混練液には水が用いられる。この場合、耐火物は水分を大量に含有することから、水を蒸発させる必要がある。しかしながら、当該目的のために水で混練した耐火キャスタブルを急激に昇温すると、爆裂が発生することが問題となっていた。 Conventionally, when refractory castables are used as a spraying material, water is used as the mixing liquid. In this case, since refractories contain a large amount of water, the water needs to be evaporated. However, when refractory castables mixed with water for this purpose are suddenly heated, explosions occur, which is a problem.
これに対し、例えば、特許文献１（特開２０１３－１１６８３０号公報）においては、耐火材料と、シリカ固形分の濃度が２０質量％以上５０質量％以下のシリカゾルとを含み、前記シリカゾルは、そのシリカゾル合量中に含まれるシリカ固形分が、前記耐火材料の合量１００質量％に対して外掛けで、３質量％以上３０質量％以下となるように添加され、前記耐火材料は、粒径１０μｍ以下のＭｇ又はＣａを含む化合物を含有し、前記耐火材料中の粒径１０μｍ以下のＭｇ又はＣａを含む化合物の含有量は、前記シリカゾル合量中のシリカ固形分含有量に対して０．０２以上である乾式吹き付け用不定形耐火物、が提案されている。 In response to this, for example, Patent Document 1 (JP Patent Publication 2013-116830 A) proposes a dry-spraying amorphous refractory material that includes a refractory material and a silica sol having a silica solid content concentration of 20% by mass or more and 50% by mass or less, the silica sol is added so that the silica solid content in the total amount of the silica sol is 3% by mass or more and 30% by mass or less, based on 100% by mass of the total amount of the refractory material, the refractory material contains a compound containing Mg or Ca with a particle size of 10 μm or less, and the content of the compound containing Mg or Ca with a particle size of 10 μm or less in the refractory material is 0.02 or more relative to the silica solid content in the total amount of the silica sol.
上記特許文献１に記載の乾式吹き付け用不定形耐火物においては、Ｍｇ又はＣａを含む化合物（Ｍｇ・Ｃａ化合物）の粒径が１０μｍ以下と微細であり、このＭｇ・Ｃａ化合物の含有量がシリカゾルによりもたらされるシリカ固形分含有量に対して０．０２以上であるので、シリカゾルとＭｇ・Ｃａ化合物との反応による耐火材料の硬化反応が適度に促進される。その結果、乾式吹き付け施工方法を用いた場合において、耐用性の優れた吹き付け用耐火物を実現することができる、とされている。 In the dry spray application amorphous refractory described in the above Patent Document 1, the particle size of the compound containing Mg or Ca (Mg·Ca compound) is as fine as 10 μm or less, and the content of this Mg·Ca compound is 0.02 or more relative to the silica solid content provided by the silica sol, so that the hardening reaction of the refractory material caused by the reaction between the silica sol and the Mg·Ca compound is appropriately promoted. As a result, it is said that when the dry spray application method is used, a spray application refractory with excellent durability can be realized.
また、特許文献２（特開平５－１４８０４１号公報）においては、アルミナクリンカーを６０～９０ｗｔ％およびスピネルクリンカーを１０～４０ｗｔ％配合した母材に、マグネシア超微粉を０．０５～１．０ｗｔ％およびＳｉＯ２を１５～２５ｗｔ％含有したシリカゾルを６～８ｗｔ％添加したことを特徴とする吹付耐火物、が提案されている。 Also, Patent Document 2 (JP Patent Publication 5-148041 A) proposes a sprayed refractory material characterized in that a base material containing 60 to 90 wt % of alumina clinker and 10 to 40 wt % of spinel clinker is added with 6 to 8 wt % of silica sol containing 0.05 to 1.0 wt % of ultrafine magnesia powder and 15 to 25 wt % of SiO2 .
上記特許文献２に記載の吹付耐火物においては、シリカゾルとマグネシア超微粉によりゾルゲル反応を起こさせ、この反応を利用して耐火母材を硬化させる機構を利用することで、アルミナクリンカーおよびスピネルクリンカーを母材として、マグネシア超微粉とシリカゾルを添加することによって、従来のような結合剤および硬化剤を使用しない吹付耐火物を得ることができる、とされている。 The sprayed refractory described in Patent Document 2 above uses a mechanism in which a sol-gel reaction occurs between silica sol and ultrafine magnesia powder, and this reaction is used to harden the refractory base material. By adding ultrafine magnesia powder and silica sol to alumina clinker and spinel clinker as base materials, it is said that a sprayed refractory can be obtained that does not require the use of binders and hardeners as in the past.
しかしながら、上記特許文献１に記載の乾式吹き付け用不定形耐火物や上記特許文献２に記載の吹付耐火物においては、吹付施工する際に使用するシリカゾルの濃度上昇に伴って粘度が増加し、混合液のポンプ圧送性が低下して施工体のばらつきや施工トラブルが発生することが問題となる。また、キャスタブル乾式吹付材の熱間強度及び耐爆裂性とポンプ圧送性の両立については全く考慮されていない。即ち、施工時のポンプ圧送性に優れると共に、高い熱間強度と良好な耐爆裂性を有するキャスタブル乾式吹付材及びその施工方法は存在しないのが実情である。 However, in the case of the amorphous refractory for dry spraying described in Patent Document 1 and the spraying refractory described in Patent Document 2, the viscosity increases as the concentration of the silica sol used in spraying increases, which reduces the pumpability of the mixed liquid, causing variations in the applied product and application problems. In addition, no consideration is given to achieving both hot strength and explosion resistance and pumpability of the castable dry spraying material. In other words, the reality is that there are no castable dry spraying materials or application methods thereof that have excellent pumpability during application, as well as high hot strength and good explosion resistance.
以上のような従来技術における問題点に鑑み、本発明の目的は、高い熱間強度と良好な耐爆裂性を有することに加えて、施工時のポンプ圧送性に優れたキャスタブル乾式吹付材及びその簡便かつ効率的な施工方法を提供することにある。 In view of the problems in the conventional technology described above, the object of the present invention is to provide a castable dry spraying material that has high hot strength and good explosion resistance, as well as excellent pumpability during application, and a simple and efficient application method thereof.
本発明者らは、上記目的を達成すべく、キャスタブル乾式吹付材の組成等について鋭意研究を重ねた結果、キャスタブル耐火物原料の混練に用いるシリカゾルのシリカ濃度及びシリカ微粒子の平均粒子径等が極めて重要であることを見出し、本発明に到達した。 In order to achieve the above object, the inventors conducted extensive research into the composition of castable dry spraying materials, and discovered that the silica concentration of the silica sol used to mix the castable refractory raw materials and the average particle size of the silica microparticles are extremely important, leading to the development of the present invention.
即ち、本発明は、
シリカゾルで混練されたキャスタブル耐火物からなり、
前記シリカゾルのシリカ濃度が１０質量％以上２０質量％未満であり、
前記シリカゾルに含まれるシリカ微粒子の平均粒子径が５～１０ｎｍであること、
を特徴とするキャスタブル乾式吹付材、を提供する。
That is, the present invention provides:
It is made of a castable refractory material kneaded with silica sol,
The silica concentration of the silica sol is 10% by mass or more and less than 20% by mass,
The average particle size of the silica fine particles contained in the silica sol is 5 to 10 nm;
The present invention provides a castable dry spraying material characterized by the above.
本発明のキャスタブル乾式吹付材においては、シリカゾルのシリカ濃度を１０質量％以上とすることで、得られるキャスタブル乾式吹付材に高い熱間強度と良好な耐爆裂性を付与することができる。一方で、シリカゾルのシリカ濃度を２０質量％未満とすることで、施工時のポンプ圧送性を向上させることができる。 In the castable dry spraying material of the present invention, by setting the silica concentration of the silica sol to 10 mass% or more, the resulting castable dry spraying material can be given high hot strength and good explosion resistance. On the other hand, by setting the silica concentration of the silica sol to less than 20 mass%, the pumpability during application can be improved.
また、シリカゾルに含まれるシリカ微粒子の平均粒子径を５～１０ｎｍとすることで、キャスタブル乾式吹付材の気孔率を上昇させることなく、連続貫通気孔の量を増加させることができ、耐爆裂性を維持しつつ、優れたポンプ圧送性を付与することができる。加えて、平均粒子径が１０ｎｍ以下の微細なシリカ粒子は比表面積が大きく焼結性及び充填性に優れていることから、キャスタブル乾式吹付材に高い熱間強度を付与することができる。 In addition, by setting the average particle size of the silica microparticles contained in the silica sol to 5-10 nm, the amount of continuous through pores can be increased without increasing the porosity of the castable dry spraying material, and excellent pumpability can be imparted while maintaining explosion resistance. In addition, fine silica particles with an average particle size of 10 nm or less have a large specific surface area and excellent sintering and packing properties, so they can impart high hot strength to the castable dry spraying material.
本発明のキャスタブル乾式吹付材においては、セメントの含有量が３質量％以下であること、が好ましい。セメントの含有量を３質量％以下にすることで、水和物の生成が抑制され、優れた耐爆裂性を有するキャスタブル乾式吹付材を実現することができる。 In the castable dry spraying material of the present invention, it is preferable that the cement content is 3% by mass or less. By making the cement content 3% by mass or less, the formation of hydrates is suppressed, and a castable dry spraying material with excellent explosion resistance can be realized.
更に、本発明のキャスタブル乾式吹付材においては、１３００℃における曲げ強さが８ＭＰａ以上であること、が好ましい。１３００℃における曲げ強さを８ＭＰａ以上とすることで、各種窯炉に好適に使用することができる。 Furthermore, it is preferable that the castable dry spraying material of the present invention has a bending strength of 8 MPa or more at 1300°C. By making the bending strength at 1300°C 8 MPa or more, it can be suitably used in various kilns.
また、本発明は、
シリカゾルで混練されたキャスタブル耐火物原料を用い、
前記シリカゾルのシリカ濃度を１０質量％以上２０質量％未満とし、
前記シリカゾルに含まれるシリカ微粒子の平均粒径を５～１０ｎｍとし、
前記キャスタブル耐火物原料を吹付成形した後、乾燥させること、
を特徴とするキャスタブル乾式吹付材の施工方法、も提供する。
The present invention also provides a method for producing a method for manufacturing a semiconductor device comprising the steps of:
Using castable refractory raw materials kneaded with silica sol,
The silica concentration of the silica sol is 10% by mass or more and less than 20% by mass,
The average particle size of the silica fine particles contained in the silica sol is set to 5 to 10 nm,
spray molding the castable refractory raw material and then drying it;
The present invention also provides a method for applying the castable dry spray material, which is characterized by the above.
本発明のキャスタブル乾式吹付材の施工方法においては、キャスタブル耐火物原料の混練に用いるシリカゾルのシリカ濃度及びシリカ微粒子の平均粒径が最適化されており、ポンプ圧送性に優れているため、施工体のばらつきや施工トラブルを抑制することができる。 In the application method of the dry castable spraying material of the present invention, the silica concentration of the silica sol used in kneading the castable refractory raw materials and the average particle size of the silica fine particles are optimized, and the pumpability is excellent, so that variation in the applied product and application problems can be suppressed.
加えて、シリカゾルのシリカ濃度及びシリカ微粒子の平均粒径は、得られるキャスタブル乾式吹付材の耐爆裂性及び熱間強度の観点からも最適化されているため、吹付成形後に乾燥させることで、優れた耐爆裂性と高い熱間強度を有するキャスタブル乾式吹付材を簡便かつ効率的に得ることができる。 In addition, the silica concentration of the silica sol and the average particle size of the silica microparticles are optimized from the standpoint of the explosion resistance and hot strength of the resulting castable dry spray material, so that by drying after spray molding, a castable dry spray material with excellent explosion resistance and high hot strength can be obtained simply and efficiently.
更に、本発明のキャスタブル乾式吹付材の施工方法においては、シリカ微粒子の平均粒子径が異なる２種以上のシリカゾルを混合してシリカゾル混合液を調整し、前記シリカゾル混合液を用いて前記キャスタブル耐火物原料を混錬すること、が好ましい。平均粒子径が異なる２種類以上のシリカ微粒子を混合して使用することで、熱間強度を向上させることができる。当該状況において熱間強度が向上する理由は必ずしも明らかになっていないが、粒径が異なる粒子が混合することで充填密度が上昇すること等に起因していると考えられる。 Furthermore, in the application method of the castable dry spraying material of the present invention, it is preferable to mix two or more types of silica sols having different average particle sizes of silica fine particles to prepare a silica sol mixture, and knead the castable refractory raw material using the silica sol mixture. By mixing and using two or more types of silica fine particles having different average particle sizes, it is possible to improve hot strength. The reason why hot strength is improved in this situation is not necessarily clear, but it is thought to be due to the increase in packing density caused by mixing particles with different particle sizes.
本発明によれば、高い熱間強度と良好な耐爆裂性を有することに加えて、施工時のポンプ圧送性に優れたキャスタブル乾式吹付材及びその簡便かつ効率的な施工方法を提供することができる。 The present invention provides a castable dry spraying material that has high hot strength and good explosion resistance, as well as excellent pumpability during application, and a simple and efficient application method thereof.
以下、本発明のキャスタブル乾式吹付材及びその施工方法の代表的な実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。 Representative embodiments of the castable dry spraying material and application method of the present invention are described in detail below, but the present invention is not limited to these.
（１）キャスタブル乾式吹付材
本発明のキャスタブル乾式吹付材は、シリカゾルで混練されたキャスタブル耐火物からなり、シリカゾルのシリカ濃度が１０質量％以上２０質量％未満であり、シリカゾルに含まれるシリカ微粒子の平均粒子径が５～１０ｎｍであることを特徴とするものである。以下、主成分と添加成分及びキャスタブル乾式吹付材の特性について詳細に説明する。
(1) Castable dry spraying material The castable dry spraying material of the present invention is characterized in that it is made of a castable refractory kneaded with silica sol, the silica concentration of the silica sol is 10% by mass or more and less than 20% by mass, and the average particle size of the silica fine particles contained in the silica sol is 5 to 10 nm. The main components, added components, and characteristics of the castable dry spraying material will be described in detail below.
（１－１）主成分（耐火性骨材）
主成分は本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されず、流し込みキャスタブルに一般的に使用されているものを使用することができる。具体的には、例えば、アルミナ、ムライト、クロミア、マグネシア、スピネル、シリカ、ジルコニア、ジルコン等を使用することができ、これらを単独で使用してもよく、任意の組み合わせで混合してもよい。
(1-1) Main component (fire-resistant aggregate)
The main component is not particularly limited as long as it does not impair the effects of the present invention, and any component generally used in pourable castables can be used. Specifically, for example, alumina, mullite, chromia, magnesia, spinel, silica, zirconia, zircon, etc. can be used, and these may be used alone or in any combination.
主成分の含有量は本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されず、キャスタブル乾式吹付材に求められる特性に応じて適宜調整すればよいが、７０～９５質量％とすることが好ましい。また、主成分の粒子形状及び粒子径についても、本発明の効果を損なわない限りに特に限定されず、流し込みキャスタブルに一般的に使用されている原料を用いることができる。 The content of the main component is not particularly limited as long as it does not impair the effects of the present invention, and may be adjusted as appropriate according to the properties required of the castable dry spraying material, but is preferably 70 to 95 mass %. In addition, the particle shape and particle size of the main component are not particularly limited as long as it does not impair the effects of the present invention, and raw materials commonly used for pourable castables can be used.
アルミナ原料には、例えば、電融アルミナ、電融ムライト、焼結アルミナ、合成ムライト、ボーキサイト、シリマナイト、バン土頁岩等の高アルミナ質原料を用いることができる。 For the alumina raw material, for example, high-alumina raw materials such as fused alumina, fused mullite, sintered alumina, synthetic mullite, bauxite, sillimanite, and aluminium shale can be used.
ムライト原料には、例えば、電融ムライトや焼結ムライトを用いることができる。ここで、ムライト原料の粒径は本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されないが、２００μｍ以下の微粉とすることで焼結が促進され、熱膨張が抑制されることで耐熱衝撃性の改善効果を高めることができる。 For example, electrofused mullite or sintered mullite can be used as the mullite raw material. The particle size of the mullite raw material is not particularly limited as long as it does not impair the effects of the present invention, but by making it into a fine powder of 200 μm or less, sintering is promoted and thermal expansion is suppressed, thereby improving the thermal shock resistance.
クロミア（Ｃｒ２Ｏ３）の原料としては、例えば、酸化クロム、電融クロミア、焼成クロミア、クロミアを含む電融原料、クロミアを含む焼成原料及びクロム鉱を用いることができる。これらの原料を使用することで、簡便かつ効率的にキャスタブル耐火物に所望の量のＣｒ２Ｏ３を添加することができる。 As the raw material of chromia (Cr 2 O 3 ), for example, chromium oxide, electrofused chromia, calcined chromia, electrofused raw material containing chromia, calcined raw material containing chromia, and chromium ore can be used. By using these raw materials, it is possible to easily and efficiently add a desired amount of Cr 2 O 3 to the castable refractory.
マグネシアの原料としては、例えば、電融マグネシア、海水マグネシア及び天然マグネシア等を使用することができる。また、マグネシア原料の純度に関して、不純物による耐食性の低下や過焼結の影響を避けるために、９５重量％以上の高純度のものを使用することが好ましい。 For example, electrofused magnesia, seawater magnesia, and natural magnesia can be used as the raw material for magnesia. In addition, regarding the purity of the magnesia raw material, it is preferable to use a high purity of 95% by weight or more in order to avoid the deterioration of corrosion resistance due to impurities and the effects of over-sintering.
その他、スピネル、シリカ、ジルコニア、ジルコン等についても、流し込みキャスタブルに一般的に使用されている原料を用いればよい。 For other materials such as spinel, silica, zirconia, and zircon, it is sufficient to use raw materials that are commonly used for pourable castables.
（１－２）必須の添加成分（セメント原料）
本発明のキャスタブル乾式吹付材には、結合剤として、アルミナセメントが添加されている。アルミナセメントとしては、一般に市販されているものが使用でき、添加量は１～３質量％とすることが好ましい。セメントの含有量が１質量％未満ではキャスタブル耐火物の強度を向上させる効果に乏しく、３質量％を超える場合はＣａＯ成分過多により、耐食性低下の原因となる。また、セメントの含有量を３質量％以下とすることで、キャスタブル乾式吹付材の耐熱性を改善させることができ、耐食性も向上させることができる。
(1-2) Essential additive components (cement raw materials)
Alumina cement is added as a binder to the castable dry spraying material of the present invention. Alumina cement generally available on the market can be used as the alumina cement, and the amount added is preferably 1 to 3 mass%. If the cement content is less than 1 mass%, the effect of improving the strength of the castable refractory material is poor, and if it exceeds 3 mass%, the excess CaO component causes a decrease in corrosion resistance. Furthermore, by setting the cement content to 3 mass% or less, the heat resistance of the castable dry spraying material can be improved, and the corrosion resistance can also be improved.
（１－３）混練液（シリカゾル）
本発明のキャスタブル乾式吹付材は、シリカゾルで混練されたキャスタブル耐火物からなるものである。
(1-3) Kneading liquid (silica sol)
The castable dry spraying material of the present invention comprises a castable refractory material kneaded with a silica sol.
シリカゾルのシリカ濃度は１０質量％以上２０質量％未満となっている。シリカゾルのシリカ濃度を１０質量％以上とすることで、得られるキャスタブル乾式吹付材に高い熱間強度と良好な耐爆裂性を付与することができる。一方で、シリカゾルのシリカ濃度を２０質量％未満とすることで、施工時のポンプ圧送性を向上させることができる。 The silica concentration of the silica sol is 10% by mass or more and less than 20% by mass. By making the silica concentration of the silica sol 10% by mass or more, it is possible to impart high hot strength and good explosion resistance to the resulting castable dry spraying material. On the other hand, by making the silica concentration of the silica sol less than 20% by mass, it is possible to improve pumpability during application.
また、シリカゾルに含まれるシリカ微粒子の平均粒子径は５～１０ｎｍとなっている。シリカゾルに含まれるシリカ微粒子の平均粒子径を５～１０ｎｍ以上とすることで、キャスタブル乾式吹付材の気孔率を上昇させることなく、連続貫通気孔の量を増加させることができ、耐爆裂性を維持しつつ、優れたポンプ圧送性を付与することができる。加えて、平均粒子径が１０ｎｍ以下の微細なシリカ粒子は比表面積が大きく焼結性及び充填性に優れていることから、キャスタブル乾式吹付材に高い熱間強度を付与することができる。より好ましいシリカ微粒子の平均粒径は５～８．５ｎｍである。 The average particle size of the silica microparticles contained in the silica sol is 5 to 10 nm. By making the average particle size of the silica microparticles contained in the silica sol 5 to 10 nm or more, the amount of continuous through pores can be increased without increasing the porosity of the castable dry spraying material, and excellent pumpability can be imparted while maintaining explosion resistance. In addition, fine silica particles with an average particle size of 10 nm or less have a large specific surface area and excellent sintering and packing properties, so they can impart high hot strength to the castable dry spraying material. A more preferable average particle size of the silica microparticles is 5 to 8.5 nm.
混練液として用いるシリカゾルに起因して、最終的に得られるキャスタブル乾式吹付材には微量のＳｉＯ２固形分が含まれる。ＳｉＯ２固形分の含有量はシリカゾルのＳｉＯ２固形分濃度やシリカゾルの添加量に依存するが、５～１０質量％となることが好ましい。 Due to the silica sol used as the kneading liquid, the finally obtained castable dry spray material contains a small amount of SiO2 solids. The content of SiO2 solids depends on the SiO2 solids concentration of the silica sol and the amount of silica sol added, but is preferably 5 to 10 mass%.
（１－４）任意の添加成分
本発明のキャスタブル乾式吹付材には、任意の添加成分として、流し込みキャスタブルに一般的に使用されている原料を添加することができる。
(1-4) Optional Additives Raw materials that are generally used in pourable castables can be added as optional additives to the dry spraying castable material of the present invention.
例えば、ＺｒＯ２を添加することで、キャスタブル耐火物の耐熱衝撃性を向上させることができる。ＺｒＯ２微粉末には粒径１ｍｍ以下のジルコニア原料を用いることが好ましく、含有量は１～１０質量％とすることが好ましい。 For example, the thermal shock resistance of castable refractories can be improved by adding ZrO2 . For the ZrO2 fine powder, it is preferable to use a zirconia raw material with a particle size of 1 mm or less, and the content is preferably 1 to 10 mass%.
また、シリカフラワーや粘度等の超微粉原料を添加してもよい。粒径が１０μｍ以下の超微粉原料を使用することで流動性が向上し、緻密な施工体を得ることができる。耐火性超微粉末の含有量は本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されず、キャスタブル乾式吹付材の施工時に求められる流動性等に応じて適宜調整すればよい。 Ultrafine powder raw materials such as silica flour and clay may also be added. By using ultrafine powder raw materials with a particle size of 10 μm or less, fluidity is improved and a dense construction can be obtained. The content of the refractory ultrafine powder is not particularly limited as long as it does not impair the effects of the present invention, and may be appropriately adjusted according to the fluidity, etc. required when applying the castable dry spray material.
（１－５）キャスタブル乾式吹付材の特性
本発明のキャスタブル乾式吹付材はシリカ濃度及びシリカ微粒子の平均粒径が最適化されたシリカゾルを用いて混練されたキャスタブル原料からなり、優れた耐爆裂性と高い熱間強度を有している。
(1-5) Characteristics of the Castable Dry Spraying Material The castable dry spraying material of the present invention is made of a castable raw material kneaded with a silica sol having an optimized silica concentration and average particle size of silica particles, and has excellent explosion resistance and high hot strength.
より具体的には、本発明のキャスタブル乾式吹付材は、１３００℃における曲げ強さが８ＭＰａ以上であることが好ましい。１３００℃における曲げ強さを８ＭＰａ以上とすることで、各種窯炉に好適に使用することができる。１３００℃におけるより好ましい曲げ強さは９ＭＰａ以上であり、最も好ましい曲げ強さは１１ＭＰａ以上である。 More specifically, the castable dry spraying material of the present invention preferably has a bending strength of 8 MPa or more at 1300°C. By making the bending strength at 1300°C 8 MPa or more, it can be suitably used in various kilns. A more preferable bending strength at 1300°C is 9 MPa or more, and the most preferable bending strength is 11 MPa or more.
また、本発明のキャスタブル乾式吹付材の耐爆裂性は、低セメント質キャスタブルと比較して良好である。 In addition, the explosion resistance of the dry-type castable spray material of the present invention is better than that of low-cement castables.
（２）キャスタブル乾式吹付材の施工方法
本発明のキャスタブル乾式吹付材の施工方法は、シリカゾルで混練されたキャスタブル耐火物原料を用い、シリカゾルのシリカ濃度を１０質量％以上２０質量％未満とし、シリカゾルに含まれるシリカ微粒子の平均粒径を５～１０ｎｍとし、キャスタブル耐火物原料を吹付成形した後、乾燥させること、を特徴とするものである。
(2) Application method of castable dry spraying material The application method of the castable dry spraying material of the present invention is characterized by using a castable refractory raw material kneaded with a silica sol, setting the silica concentration of the silica sol to 10 mass% or more and less than 20 mass%, setting the average particle size of the silica microparticles contained in the silica sol to 5 to 10 nm, spray molding the castable refractory raw material, and then drying it.
混練液として使用するシリカゾル及びキャスタブル耐火物原料の特徴は、「（１）キャスタブル乾式吹付材」に記載のとおりである。 The characteristics of the silica sol and castable refractory raw materials used as the kneading liquid are as described in "(1) Castable dry spraying material."
本発明のキャスタブル乾式吹付材の施工方法においては、キャスタブル耐火物原料の混練に用いるシリカゾルのシリカ濃度及びシリカ微粒子の平均粒径が最適化され、ポンプ圧送性に優れているため、施工体のばらつきや施工トラブルを抑制することができる。 In the application method of the dry castable spraying material of the present invention, the silica concentration of the silica sol used in kneading the castable refractory raw materials and the average particle size of the silica fine particles are optimized, and the pumpability is excellent, so that variation in the applied product and application problems can be suppressed.
ポンプ圧送性に関して、より具体的には、粘度が３．０ｍＰａ・ｓ以下となることが好ましい。 More specifically, with regard to pumpability, it is preferable that the viscosity be 3.0 mPa·s or less.
加えて、キャスタブル耐火物原料のシリカゾルのシリカ濃度及びシリカ微粒子の平均粒径は得られるキャスタブル乾式吹付材の耐爆裂性及び熱間強度の観点からも最適化されているため、吹付成形後に乾燥させることで、優れた耐爆裂性と高い熱間強度を有するキャスタブル乾式吹付材を簡便かつ効率的に得ることができる。 In addition, the silica concentration of the silica sol, which is the raw material for castable refractories, and the average particle size of the silica microparticles are optimized from the viewpoints of the explosion resistance and hot strength of the resulting castable dry spray material, so that by drying after spray molding, a castable dry spray material with excellent explosion resistance and high hot strength can be obtained simply and efficiently.
更に、本発明のキャスタブル乾式吹付材の施工方法においては、シリカ微粒子の平均粒子径が異なる２種以上のシリカゾルを混合してシリカゾル混合液を調整し、当該シリカゾル混合液を用いてキャスタブル耐火物原料を混錬することが好ましい。平均粒子径が異なる２種類以上のシリカ微粒子を混合して使用することで、熱間強度を向上させることができる。当該状況において熱間強度が向上する理由は必ずしも明らかになっていないが、粒径が異なる粒子が混合することで充填密度が上昇すること等に起因していると考えられる。ここで、例えば、２種類のシリカゾルを混合する場合、シリカ濃度及びシリカ微粒子の平均粒径は各シリカゾルの平均値として評価することができる。 Furthermore, in the application method of the castable dry spraying material of the present invention, it is preferable to prepare a silica sol mixture by mixing two or more types of silica sols having different average particle sizes of silica fine particles, and to knead the castable refractory raw material using the silica sol mixture. By mixing and using two or more types of silica fine particles having different average particle sizes, it is possible to improve the hot strength. The reason why the hot strength improves in this situation is not necessarily clear, but it is thought to be due to the increase in packing density caused by mixing particles with different particle sizes. Here, for example, when two types of silica sols are mixed, the silica concentration and the average particle size of the silica fine particles can be evaluated as the average values of each silica sol.
その他の施工条件は、本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されず、従来公知の種々のキャスタブル乾式吹付材の施工条件を適用することができる。 Other application conditions are not particularly limited as long as they do not impair the effects of the present invention, and application conditions for various conventionally known castable dry spraying materials can be applied.
以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明はこれらのみに限定されるものではなく、種々の設計変更が可能であり、それら設計変更は全て本発明の技術的範囲に含まれる。 The above describes representative embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to these, and various design modifications are possible, all of which are included in the technical scope of the present invention.
≪実施例≫
表１に実施例１～実施例７として示す割合で原料及び添加剤を調製し、混練液としてシリカゾルを添加して、１．０～２．０ｂａｒの吹付圧にてアンカー付き鉄板の表面に施工を行い、本発明のキャスタブル乾式吹付材を得た。ここで、表１における「混練液」は、２種のシリカゾルを混合した場合は混合後の状態を示している（１種のみのシリカゾルを使用した場合は当該シリカゾルの値を示している。）。
Example
Raw materials and additives were prepared in the ratios shown in Table 1 as Examples 1 to 7, and silica sol was added as a kneading liquid, which was then applied to the surface of an anchored iron plate at a spray pressure of 1.0 to 2.0 bar to obtain a castable dry spraying material of the present invention. Here, the "kneading liquid" in Table 1 indicates the state after mixing when two types of silica sol were mixed (when only one type of silica sol was used, the value of that silica sol is shown).
［評価］
各キャスタブル耐火物原料を吹付成形する際のポンプ圧送性及び得られた各キャスタブル乾式吹付材の耐爆裂性及び熱間強度を評価した。
[evaluation]
The pumpability during spray molding of each castable refractory raw material, and the explosion resistance and hot strength of each of the resulting dry-type castable gunning materials were evaluated.
（１）ポンプ圧送性
原料及び添加剤に混練液を添加して混錬した状態の粘度にて、ポンプ圧送性を評価した。粘度が３ｍＰａ・ｓ以下の場合を５、３ｍＰａ・ｓより大きく５ｍＰａ・ｓ以下の場合を４、５ｍＰａ・ｓより大きく７ｍＰａ・ｓ以下の場合を３、７ｍＰａ・ｓより大きく１０ｍＰａ・ｓ以下の場合を２、１０ｍＰａ・ｓ以上の場合を１として、得られた結果を表１に示す。
(1) Pumpability Pumpability was evaluated based on the viscosity of the raw materials and additives after adding the kneading liquid and kneading them. The results are shown in Table 1. The viscosity was rated as 5 for 3 mPa.s or less, 4 for 3 mPa.s or more and 5 mPa.s or less, 3 for 5 mPa.s or more and 7 mPa.s or less, 2 for 7 mPa.s or more and 10 mPa.s or less, and 1 for 10 mPa.s or more.
（２）耐爆裂性
混練したキャスタブル耐火物原料を紙コップに流し込み、２４時間自然養生した。養生後のサンプルを紙コップから取り出し、任意の温度に保温した電気炉に入れ、１５分間加熱し、爆裂の有無を確認した。ここで、爆裂が全く認められない場合を５、クラックが発生した場合は、クラックの度合いで４（僅かにクラックが発生した場合）～２（クラックが顕著に発生した場合）とし、爆散しサンプルの形状が残らなかった場合を１として評価した。得られた結果を表１に示す。
(2) Explosion Resistance The kneaded castable refractory raw material was poured into a paper cup and left to naturally cure for 24 hours. After curing, the sample was removed from the paper cup and placed in an electric furnace kept at a given temperature for 15 minutes, and the presence or absence of explosion was confirmed. Here, the sample was rated as 5 if no explosion was observed, 4 (slight cracks) to 2 (significant cracks) if cracks occurred, and 1 if the sample exploded and no shape remained. The results are shown in Table 1.
（３）熱間強度
３０ｍｍ×３０ｍｍ×１２０ｍｍの試片を、熱間曲げ試験装置を用いて熱間強度を測定した。１３００℃の大気雰囲気下で三点曲げ（支点間距離８０ｍｍ）を行った結果を数値（ＭＰａ）で表示している。得られた結果を表１に示す。
(3) Hot strength The hot strength of a 30 mm x 30 mm x 120 mm test piece was measured using a hot bending tester. The results of three-point bending (support distance 80 mm) in an air atmosphere at 1300°C are shown in numerical values (MPa). The results are shown in Table 1.
（１）～（３）の結果を総合し、キャスタブル乾式吹付材の評価を行った。ポンプ圧送性と耐爆裂性が共に５で、１３００℃における曲げ強さが９ＭＰａ以上の場合は◎、ポンプ圧送性と耐爆裂性が共に５で、１３００℃における曲げ強さが８ＭＰａ以上の場合は〇、ポンプ圧送性及び耐爆裂性の何れかが５以外となった場合は×とした。得られた結果を表１に示す。 The results of (1) to (3) were combined to evaluate the castable dry spraying material. If both pumpability and explosion resistance were rated 5 and the bending strength at 1300°C was 9 MPa or more, the material was marked with an ◎. If both pumpability and explosion resistance were rated 5 and the bending strength at 1300°C was 8 MPa or more, the material was marked with an ◯. If either pumpability or explosion resistance was a rating other than 5, the material was marked with an ×. The results are shown in Table 1.
≪比較例≫
表１に比較例１～比較例７として示す割合で原料を調整したこと以外は実施例と同様にして、キャスタブル乾式吹付材を得た。なお、比較例１ではシリカゾルを添加しておらず、水を添加している。また、実施例と同様にして、各キャスタブル乾式吹付材のポンプ圧送性、耐爆裂性及び熱間強度を評価し、得られた結果を基に総合評価を行った。得られた結果を表１に示す。
Comparative Example
Dry castable gunning materials were obtained in the same manner as in the Examples, except that the raw materials were adjusted in the proportions shown in Table 1 as Comparative Examples 1 to 7. In Comparative Example 1, silica sol was not added, but water was added. Furthermore, in the same manner as in the Examples, the pumpability, explosion resistance, and hot strength of each dry castable gunning material were evaluated, and an overall evaluation was made based on the obtained results. The obtained results are shown in Table 1.
表１に示す評価結果より、全ての実施例（実施例１～実施例７）において、ポンプ圧送性と耐爆裂性の評価が５となっている。また、全ての実施例（実施例１～実施例７）において、得られたキャスタブル乾式吹付材の１３００℃における曲げ強さは８ＭＰａ以上となっており、特に、シリカ微粒子の平均粒径が異なる２種のシリカゾルを添加した実施例２、実施例６及び実施例７において、より高い曲げ強さが得られている。これらの結果より、本発明のキャスタブル乾式吹付材は、高い熱間強度と良好な耐爆裂性を有することに加えて、施工時のポンプ圧送性に優れていることが分かる。 From the evaluation results shown in Table 1, all examples (Examples 1 to 7) were rated 5 for pumpability and explosion resistance. In addition, in all examples (Examples 1 to 7), the bending strength of the obtained castable dry spraying material at 1300°C was 8 MPa or more, and in particular, higher bending strength was obtained in Examples 2, 6, and 7, in which two types of silica sol with different average particle sizes of silica microparticles were added. From these results, it can be seen that the castable dry spraying material of the present invention has high hot strength and good explosion resistance, as well as excellent pumpability during construction.
これに対し、シリカゾルのシリカ濃度が高い比較例２（シリカ濃度４０％）及び比較例３（シリカ濃度３０％）においては、良好な耐爆裂性と高い熱間強度が得られているものの、ポンプ圧送性が極めて悪くなっている。 In contrast, in Comparative Example 2 (silica concentration 40%) and Comparative Example 3 (silica concentration 30%), which have a high silica concentration in the silica sol, good explosion resistance and high hot strength are obtained, but the pumpability is extremely poor.
また、シリカゾルを添加していない比較例１では耐爆裂性が最低の評価となっており、シリカゾルのシリカ微粒子の平均粒径が１０ｎｍよりも大きな比較例４～比較例６については、耐爆裂性が低い評価となっている。更に、シリカゾルのシリカ濃度が低い比較例７（シリカ濃度７％）においても、耐爆裂性が低い評価となっている。 In addition, Comparative Example 1, in which no silica sol was added, received the lowest evaluation for explosion resistance, and Comparative Examples 4 to 6, in which the average particle size of the silica microparticles in the silica sol was greater than 10 nm, received low evaluations for explosion resistance. Furthermore, Comparative Example 7, in which the silica concentration of the silica sol was low (silica concentration 7%), also received a low evaluation for explosion resistance.
加えて、熱間強度に関して、シリカゾルのシリカ濃度が高い比較例２（シリカ濃度４０％）及び比較例３（シリカ濃度３０％）以外については、いずれの比較例においても５ＭＰａ以下の低い値となっている。 In addition, with regard to hot strength, all comparative examples except for Comparative Example 2 (silica concentration 40%) and Comparative Example 3 (silica concentration 30%), which have a high silica concentration in the silica sol, have low values of 5 MPa or less.
以上の結果より、高い熱間強度と良好な耐爆裂性を有することに加えて、施工時のポンプ圧送性に優れたキャスタブル乾式吹付材を実現するためには、シリカ濃度が１０質量％以上２０質量％未満であり、シリカ微粒子の平均粒子径が５～１０ｎｍであるシリカゾルで混練されたキャスタブル耐火物を使用することが極めて重要であることが分かる。
From the above results, it can be seen that in order to realize a castable dry spraying material that has high hot strength and good explosion resistance, as well as excellent pumpability during construction, it is extremely important to use a castable refractory material kneaded with a silica sol having a silica concentration of 10 mass% or more and less than 20 mass% and an average particle size of silica microparticles of 5 to 10 nm.
即ち、本発明は、
シリカゾルで混練されたキャスタブル耐火物からなり、
前記シリカゾルのシリカ濃度が１０質量％以上２０質量％未満であり、
前記シリカゾルに含まれるシリカ微粒子の平均粒子径が５～９．８ｎｍであること、
を特徴とするキャスタブル乾式吹付材、を提供する。
That is, the present invention provides:
It is made of a castable refractory material kneaded with silica sol,
The silica concentration of the silica sol is 10% by mass or more and less than 20% by mass,
The average particle size of the silica fine particles contained in the silica sol is 5 to 9.8 nm;
The present invention provides a castable dry spraying material characterized by the above.
また、シリカゾルに含まれるシリカ微粒子の平均粒子径を５～９．８ｎｍとすることで、キャスタブル乾式吹付材の気孔率を上昇させることなく、連続貫通気孔の量を増加させることができ、耐爆裂性を維持しつつ、優れたポンプ圧送性を付与することができる。加えて、平均粒子径が９．８ｎｍ以下の微細なシリカ粒子は比表面積が大きく焼結性及び充填性に優れていることから、キャスタブル乾式吹付材に高い熱間強度を付与することができる。
In addition, by making the average particle size of the silica fine particles contained in the silica sol 5 to 9.8 nm, the amount of continuous through pores can be increased without increasing the porosity of the castable dry spraying material, and excellent pumpability can be imparted while maintaining explosion resistance. In addition, fine silica particles with an average particle size of 9.8 nm or less have a large specific surface area and are excellent in sinterability and packing properties, so that high hot strength can be imparted to the castable dry spraying material.
Claims (5)
前記シリカゾルのシリカ濃度が１０質量％以上２０質量％未満であり、
前記シリカゾルに含まれるシリカ微粒子の平均粒子径が５～１０ｎｍであること、
を特徴とするキャスタブル乾式吹付材。 It is made of a castable refractory material kneaded with silica sol,
The silica concentration of the silica sol is 10% by mass or more and less than 20% by mass,
The average particle size of the silica fine particles contained in the silica sol is 5 to 10 nm;
A castable dry spraying material characterized by:
を特徴とする請求項１に記載のキャスタブル乾式吹付材。 The cement content is 3% by mass or less;
The castable dry spraying material according to claim 1,
を特徴とする請求項１又は２に記載のキャスタブル乾式吹付材。 The bending strength at 1300°C is 8 MPa or more;
The castable dry spray material according to claim 1 or 2, characterized in that
前記シリカゾルのシリカ濃度を１０質量％以上２０質量％未満とし、
前記シリカゾルに含まれるシリカ微粒子の平均粒径を５～１０ｎｍとし、
前記キャスタブル耐火物原料を吹付成形した後、乾燥させること、
を特徴とするキャスタブル乾式吹付材の施工方法。 Using castable refractory raw materials kneaded with silica sol,
The silica concentration of the silica sol is 10% by mass or more and less than 20% by mass,
The average particle size of the silica fine particles contained in the silica sol is set to 5 to 10 nm,
spray molding the castable refractory raw material and then drying it;
A method for applying castable dry spray material, comprising:
前記シリカゾル混合液を用いて前記キャスタブル耐火物原料を混錬すること、
を特徴とする請求項４に記載のキャスタブル乾式吹付材の施工方法。 Two or more types of silica sols having different average particle sizes of silica fine particles are mixed to prepare a silica sol mixture;
kneading the castable refractory raw material with the silica sol mixture;
A method for applying the dry castable spray material according to claim 4, characterized in that
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- 2022-10-28 JP JP2022173203A patent/JP7383103B1/en active Active
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