JP3226260B2 - 緻密質不定形耐火物用耐火組成物の湿式吹付け施工法 - Google Patents
緻密質不定形耐火物用耐火組成物の湿式吹付け施工法Info
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Description
ュ、樋等の溶融金属容器の内張り材として使用される緻
密質不定形耐火物を築造するための耐火組成物の湿式吹
付け施工法に関する。
つれて溶融金属容器の内張り材は、煉瓦から施工が容易
な流し込み材へと移行してきている。しかし、省力化に
関して、流し込み施工法にはまだ枠掛け作業が煩雑であ
るという問題点がある。その点、吹付け施工法は型枠が
不要で応急かつ局部補修が可能なため、一段と省力化に
寄与するとともに補修計画に対しても柔軟な対応ができ
る。そのため吹付け施工法は増加の傾向にある。現在の
吹付け施工法の主流は乾式吹付けであるが、乾式吹付け
は耐用性が劣る上に、リバンドロス、発塵による作業環
境の悪化等の問題がある。そこで近年、乾式吹付けの欠
点を解消すべく、半乾式、湿式等の種々の工法及び材料
の開発がなされてきている。
必要施工水分量の一部を吹付け材料と混練したものを、
乾式吹付け機を用いて吹付けノズルまで空気輸送し、ノ
ズルで(場合によってはノズル手前で)残りの水又は硬
化剤を含んだ溶液あるいは懸濁液を添加して吹付ける施
工法である。この施工法の開示例としては特開昭61−
111973号、及び特公平2−27308号、同6−
17273号、同5−63437号、同5−21866
号等がある。
して珪酸ソーダを使用したものを開示しており、また特
公平2-27308 号及び同6-17273 号はローセメントキャス
タブルを対象としたものを開示している。さらに特公平
5-63437 号と同5-21866 号は同一出願人のもので、両方
とも超微粉と分散剤を含む常温硬化性でない材料を開示
しており、前者は超微粉として耐火粘土を必須成分とし
て含有し、そしてノズルで添加されるところのCa(O
H)2 、珪酸ソーダ、アルミン酸ソーダで耐火粘土を凝
結させて耐乾燥爆裂性を向上させたものに関し、後者は
さらに湿潤保持剤を加えて製造工場において施工水分量
の1/5〜3/4の水分量で予備混練された湿潤状のも
のに、ノズルで珪酸ソーダ、アルミン酸ソーダ、コロイ
ダルシリカを添加して凝結させる技術に関する。
スの減少という点ではある程度の改善が見られるもの
の、基本的にはノズル部で瞬間的に水又は水溶液と材料
を混合しなければならないため、その混合度合は良好で
はなく、水量も変動し易い。その結果、吹付け材の付着
性、施工体の均質性及び充填性が悪い。
水分量の全部を事前に吹付け材料と混練する方法、ある
いは既に混練された状態で提供されるプレミックスタイ
プの材料を吹き付ける方法である。湿式施工法では、ノ
ズルで硬化調整剤や硬化剤を溶かした水溶液が少量添加
する場合もある。更にこの工法は材料の輸送手段によっ
て吹付け機法とポンプ法に区分され、ポンプ法の場合は
材料を噴射するために、通常圧搾空気がノズルで添加さ
れる。本発明は後者に属する。水分量によってプラスチ
ック状から泥漿状のものまで様々の作業性がある。
350 号、特公昭62-21753号、特公平2-33665 号、特公平
2-1795号等がある。特公昭57-7350 号で使用されるもの
は水分量が10〜20%の泥漿状であるため、明らかに溶湯
容器の内張り材に適するような緻密な施工体組織は期待
できない。後三者は、吹付け耐火物が粉末材料を予め水
や溶液で混練した状態で提供する湿潤状のもので、本発
明と同様、工場での造り置きが可能なものである。施工
現場での混練作業が必要でないという点で、省力化及び
作業環境の改善に寄与するものである。
るべく超微粒子の分散作用を利用するという技術を取り
入れていない。また最大粒径が4mm以下である等、粒度
構成や材料構成が依然として従来の吹付け材の構成を踏
襲しているのに加えて、材料輸送手段も吹付け機を使用
している。そのため流し込み材、特に緻密質流し込み材
を使用する施工法に比べれば、やはり得られる施工体は
組織の緻密性が劣り、耐用性はかなり悪い。
は、低水分量で高い密度、強度及び耐食性を有する緻密
質不定形耐火物が得られる流し込み耐火組成物を使用す
る吹付け施工法を提供することである。
濁粒子間に働く力には引力と反発力の2種類があり、こ
れらの合成力が粒子間に作用する。引力はvan de
rWaals力であり、反発力は粒子表面の電気二重層
間の静電気力である。分散剤の作用によって反発力が引
力を上回ると、懸濁粒子は分散状態になる。この状態で
は凝集粒子間に捕捉されていた包含水は自由水となって
流動性に寄与するため、低水量でも耐火材料は流動状態
になる。
l3+、SO4 2−、CO 3 2− 等のイオンを溶出する
電解質(凝集剤)をある濃度以上添加すると反発力が弱
まって、引力が反発力を上回るようになり、超微粒子は
急速に凝集する。この機構を利用したのが緻密質流しこ
み材と称されるもので、超低セメントキャスタブル、低
セメントキャスタブル等がこれに該当する。特にアルミ
ナセメント量が約3重量%以下の超低セメントキャスタ
ブルにおいては、アルミナセメントは凝集剤として働い
ているといってよい。
ちで材料組成に添加しただけでは、相反する性質を有す
る両者が同時に作用するため、当然低水量で良好な作業
性を得ることは不可能である。それにもかかわらず実用
に供される材料は分散剤と凝集剤を同時に含んだかたち
で製品供給されるのが普通である。そのため水で混練
後、まず分散剤が効いて低水量で良好な作業性が得られ
ている間に流しこみ施工を行い、その後時間をおいて凝
集剤が働いて硬化を起こすような機構を配合組成自体に
持たせる必要がある。
ナセメントのように水に徐々に溶解してイオン化する物
質を使用し、更にイオンの溶出を抑えるべく硬化遅延剤
を加える方法や、溶解速度の大きい凝集剤では、あら
かじめゼラチン、カゼイン、アラビアゴム等の物質で被
覆処理して凝集作用を遅らせる等の方法が知られてい
る。しかし、それでも外気温度、被施工体温度及び作業
環境の変動に対して、可使時間(流動性がある時間)及
び硬化時間(硬化するまでの時間)をそれぞれ一定の範
囲に調整することは実に困難であり、克服しなければな
らない重要な課題である。
剤が働く仕組みを湿式吹付け施工法を採用して解決する
ためには、凝集剤をノズルで混入しただけで、凝集作用
が瞬時に発揮される必要がある。すなわち吹付けられた
材料が被施工体表面で流落することなく、保形性をもっ
て付着するのに十分な凝集効果が瞬時に発現することが
前提条件となる。種々検討した結果、本発明者は湿式吹
付け施工法を採用するとともに、超微粒子と分散剤を含
む耐火組成物を水又はその他の混練液で混練して流しこ
み軟度の作業性にしたものを圧送ポンプで吹付けノズル
まで輸送し、該ノズルで圧搾空気とともに凝集剤を後添
加して吹付けることによって解決できることを発見し、
本発明を想到するに至った。
供する緻密質不定形耐火物製造用流しこみ耐火組成物
は、セメントを含まず、かつ粒径10mm以下に粒度調整さ
れた耐火性骨材70〜98重量%と、粒径10μm以下の耐火
性超微粉2〜30重量%との合計100 重量%に対して、分
散剤0.01〜1.0 重量%を外掛けで添加してなることを特
徴とする。
プレミックスタイプの流しこみ耐火組成物は、上記流し
こみ耐火組成物に増粘剤を添加したものを水又はその他
の混練液で予め混練して、流しこみ軟度の作業性に調整
したことを特徴とする。
を含まない流し込み耐火組成物であって、粒径10mm以下
に粒度調整された耐火性骨材70〜98重量%と、粒径10μ
m 以下の耐火性超微粉2 〜30重量%との合計100 重量%
に対して、分散剤0.01〜1.0重量%を外掛けで添加して
なる流し込み耐火組成物を、水又はその他の混練液で混
練して流し込み軟度の作業性に調整してなる混練物、又
はプレミックスタイプの流し込み耐火組成物を圧送ポン
プで吹付けノズルに輸送し、前記吹付けノズルで圧搾空
気とともに、塩化カルシウム、塩化マグネシウム及び塩
化アルミニウムからなる群から選ばれた少なくとも1種
を凝集剤として添加し、吹付け施工することを特徴とす
る。
する。 [1] 流しこみ耐火組成物本発明の湿式吹き付け施工方法に供する 流し込み耐火組
成物は、(A) 耐火性骨材、(B) 耐火性超微粉及び(C) 分
散剤を含有する。
ルミナ、ボーキサイト、カイヤナイト、アンダリュサイ
ト、ムライト、シャモット、ロー石、珪石、アルミナー
マグネシアスピネル、マグネシア、ジルコン、ジルコニ
ア、炭化珪素、黒鉛、ピッチ等からなる群から選ばれた
少なくとも1種であり、必要に応じて2種以上を併用す
ることができる。その耐火性骨材の粒径は10mm以下であ
る。粒径が10mmを超えるとポンプ圧送性が悪化し、リバ
ンドロスも多くなる。耐火性骨材の配合量は耐火組成物
100 重量%当たり70〜98重量%である。また好ましい耐
火性骨材の配合量は75〜95重量%である。
カ、チタニア、ムライト、ジルコニア、クロミア、炭化
珪素、カーボン等の超微粉からなる群から選ばれた少な
くとも1種を使用し、必要に応じて2種以上を併用する
ことができる。その耐火性超微粉の粒径は10μm以
下、好ましくは1μm以下である。粒径が10μmを超
えると分散剤との併用による減水効果が小さく、1μm
以下ではその効果が顕著である。
ある。2重量%未満では減水効果が小さく、また30重
量%を超えると施工水量が増加するとともに焼成後の収
縮が大きくなる。好ましい耐火性超微粉の配合量は5〜
25重量%である。
アルカリ金属塩及び珪酸のアルカリ金属塩、あるいはカ
ルボン酸、フミン酸、アルキルスルホン酸、芳香族スル
ホン酸等の有機酸及びそのアルカリ金属塩等のうち、1
種以上を用いる。分散剤の添加量は、耐火性骨材+耐火
性超微粉100重量%に対して、外掛けで0.01〜1
重量%である。分散剤の添加量が0.01重量%未満で
は耐火性超微粉に対する十分な分散効果が得られず、ま
た1重量%を超えると最適な分散状態が得られない。好
ましい分散剤の添加量は0.03〜0.8重量%であ
る。
成物 プレミックスタイプの流しこみ耐火組成物は、上記耐火
性骨材、耐火性超微粉及び分散剤の他に、増粘剤及び水
又はその他の混練液を含有することを特徴とする。
成物を施工現場に輸送する際に、輸送時の粒度偏析や液
相の分離が起こるのを防止することにあるが、その他に
結合助剤としての効果も期待される。増粘剤の種類とし
ては、食品添加剤、土木・建築用添加剤等として使用さ
れているものであればいずれも使用可能であるが、中で
もセルロース系有機化合物及び/又はイソブチレン・無
水マレイン酸系の共重合高分子化合物が好ましい。
微粉100 重量%に対して、外掛けで0.01〜1重量%が好
ましい。増粘剤の添加量が0.01重量%未満では増粘性が
小さすぎるため、材料輸送時の分離防止効果がなく、ま
た1重量%超では作業性(流動性)の低下、耐乾燥爆裂
性の低下等の弊害が生じる。好ましい増粘剤の添加量は
0.02〜0.8 重量%である。
こみ耐火組成物に配合することができるその他の成分と
しては、無機及び金属等の繊維、そして金属アルミニウ
ム、オキシカルボン酸塩、有機繊維等の乾燥爆裂防止剤
等が挙げられる。
で混練して、流し込み可能な程度の作業性にする。水又
はその他の混練液の添加量は、耐火材の粒度構性や耐火
性骨材の気孔率等によって大きな影響を受けるが、約5
〜8重量%である。水又はその他の混練液の添加量が5
重量%未満であると、流動性が不十分であり、また8重
量%を超えると流落等の吹付け施工性の低下が起こる。
こみ耐火組成物はそのまま圧送ポンプで吹付けノズルに
輸送し、吹付けノズルで圧搾空気とともに凝集剤を添加
して、吹付け施工を行う。
び塩化アルミニウムからなる群から選ばれた少なくとも
1種を使用する。これらの凝集剤はCa 2+ 、Mg 2+ 、Al 3+ 、
Cl - の凝集イオンを溶出する。凝集剤は水溶液として添
加するのが好ましい。また凝集剤水溶液は、混練物輸送
用圧送ポンプと同調して作動する定量ポンプで供給する
のが好ましい。凝集剤水溶液の添加量は濃度に依存する
が、耐火性骨材+耐火性超微粉100 重量%に対して、外
掛けで0.1 〜1.5 重量%(ただし、2.7mol/リットルの
濃度に換算)が適当である。凝集剤水溶液の添加量が0.
1重量%未満では凝集効果が小さく、1.5 重量%超では
施工体の組織の緻密性が低下する(施工体の嵩比重が低
下する)。好ましい凝集剤水溶液の添加量は0.2 〜1.3
重量%である。
明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。
m)を使用し、仮焼アルミナA1 100 gに分散剤(ヘキ
サメタリン酸ソーダ)1.5 gを容器中で混合し、これに
水を少しづつ添加したところ、24gの水を加えた時点で
良好な流動性が得られた。得られた泥漿に、2.7 mol /
リットルの濃度の下記凝集剤水溶液を添加し、速やかに
撹拌して泥漿の凝集性を調べた。
の仮焼アルミナA1に対する凝集効果の早さを比較し
た。泥漿の凝集性は3ランクに区分し、ランク1は流動
性良好、ランク2は瞬時に流動性が消失、ランク3は2
〜3秒で固化したものを表わす。結果を図1に示す。図
1から明らかなように、いずれの凝集剤水溶液も少量の
添加で瞬時に凝集状態を呈した。
カルシウム水溶液を使用し、各種の耐火性超微粉の凝集
特性を調べた。耐火性超微粉には仮焼アルミナA1(平
均粒径4μm)、仮焼アルミナA2(平均粒径0.7μ
m)、カオリン粘土(平均粒径3μm)、及びスピネル
(MgO・Al2O3)(平均粒径3.3μm)を使用
した。流動性(泥漿)を得るのに要した水量は超微粉の
種類によって異なり、超微粉100g、ヘキサメタリン
酸ソーダ1.5gに対して、水量はそれそれ24g、2
5.5g、35g、23gであった。結果を図2に示
す。図2から明らかなように、アルミナA1>アルミナ
A2>スピネル>粘土の順に凝集性が早かった。
3はAl2 O3 −SiC−C質耐火組成物であり、実施
例2及び比較例4はAl2 O3 −MgO質耐火組成物で
ある。実施例3は製造工場で6.1 重量%の混練水分量で
予め混練されて提供されたプレミックスタイプの流し込
み耐火組成物である。
1に示す予備混練水分量の水を加えて混練したものを、
また実施例3ではプレミックスタイプの流しこみ耐火組
成物を、それぞれ圧送ポンプで吹付けノズルに輸送し、
実施例1〜3は吹付けノズルで圧搾空気とともに凝集剤
溶液を表1に示す分量で外掛けで添加し、また比較例1
は凝集剤溶液を添加せず、吹付け施工を行った。
組成物を流し込み施工した。比較例3及び4は表1に示
す組成で予め少量の水で予備混練したものを吹付け機を
用いてノズルに空気輸送し、比較例3ではノズルで凝結
剤としてアルミン酸ソーダ水溶液を、比較例4では水の
みを添加して半乾式吹付け施工した。
に切り出したものを乾燥させて試験片とした。吹付け施
工全工程で加えた水分量も表1に示す。また比較例2は
流しこみ耐火組成物を予備混練水分量の水を加えて混練
し、所定の型枠に流しこみ、材料を型枠に入れたまま養
生乾燥して試験片を作成した。比較例1については吹付
け施工ができず、試験片の作成ができなかった。各実施
例及び比較例で適用した施工法も表1に示す。
した後、以下に示す条件で曲げ強度及び侵蝕指数の測定
を行った。試験結果を表2に示す。
づいて、焼成後曲げ強度(1,000 ℃及び1,500 ℃)と熱
間曲げ強度(1,500 ℃)を測定した。
4、及び比較例2、3)では、侵食材として高炉スラグ
を用い、1,500 ℃の溶融温度に5時間保持し、回転侵食
試験を行った。一方、Bグループ(実施例3、比較例
4)では、侵食材として転炉スラグ(CaO/SiO2
のモル比が4.2 )を用い、1650℃の溶融温度に5時間保
持し、回転侵食試験を行った。
て侵食厚みを測定した。得られた侵食厚みを時間当たり
の値に換算し、Aグループでは実施例1の測定値を100
とし、Bグループでは実施例3の測定値を100 とし、そ
れに対する各サンプルの侵食厚みの相対値を損傷指数と
した。指数が大きい程侵食が大きい。
は、いずれも材料が垂れ落ちることなく良く付着し、吹
付け施工性が良好であった。これに対して、比較例1は
湿式吹付け施工において凝集剤がノズルで添加されてい
ないため、材料が流れ落ち施工できなかった。比較例3
及び4の半乾式吹付け施工は、発塵、リバンドロスが多
かった。
緻密性を良く反映する。湿式施工体(実施例1〜3)の
嵩比重は流し込み施工体(比較例2)に比べれば幾分低
下するが、半乾式施工と比較すると大幅に優れている。
回転侵食試験の損傷指数も嵩比重と同様の傾向を表し、
実施例1〜3がいずれも比較例2に比肩できる耐食性を
示しているのに対して、比較例3及び4はかなり悪い。
含み、セメントを含まない流しこみ耐火組成物を予めミ
キサーで水と混練して流し込み軟度の作業性にしたも
の、あるいは既にプレミックスタイプにしたものを圧送
ポンプで吹付けノズルに送り、ノズルで圧搾空気ととも
に凝集剤(電解質)の水溶液を少量添加し、吹付け施工
することにより、従来の吹付け施工法より品質及び耐食
性の点で格段に優れているとともに、流し込み材とも比
肩できる施工体を得ることができる。
流しこみ耐火組成物は凝集剤を添加しなければ硬化しな
いし、またする必要がないので、可使時間及び硬化時間
の調整という厄介な問題から開放される。このためポン
プ輸送過程で材料が硬化してホース又はパイプ中を材料
が閉塞するというトラブルがなくなる。その上材料供給
に関しても、前もって上記流しこみ耐火組成物を水その
他の混練液で混練してプレミックスタイプにして提供す
ることが可能である。その上、本発明はその施工体が
流しこみ施工体に比肩できるほど緻密で性能に優れてお
り、流しこみ施工法のような面倒な枠掛け作業が不要
で大いに省力化が可能であり、ポンプ輸送のため材料
のノズルへの供給が非常に安定し、それに伴いノズルで
の凝集剤溶液の添加も一定にして調整する必要がなく
(すなわち、従来の半乾式あるいは乾式施工のように水
量調節がノズルマンの技量、経験に左右されることがな
く)、材料は完全に流動状態で供給されるため、従来
の吹付け施工法のように発塵がなく、リバンドロスも極
めて少ない等の長所を有している。
剤水溶液を添加した場合に、凝集剤水溶液の添加量と凝
集性との関係を示すグラフである。
ム)水溶液を添加した場合に、凝集剤水溶液の添加量と
凝集性との関係を示すグラフである。
Claims (3)
- 【請求項1】 セメントを含まない流し込み耐火組成物
であって、粒径10mm以下に粒度調整された耐火性骨材70
〜98重量%と、粒径10μm 以下の耐火性超微粉2 〜30重
量%との合計100 重量%に対して、分散剤0.01〜1.0 重
量%を外掛けで添加してなる流し込み耐火組成物を、水
又はその他の混練液で混練して、流し込み軟度の作業性
に調整し、得られた混練物を圧送ポンプで吹付けノズル
に輸送し、前記吹付けノズルで圧搾空気とともに、塩化
カルシウム、塩化マグネシウム及び塩化アルミニウムか
らなる群から選ばれた少なくとも1種を凝集剤として添
加し、吹付け施工することを特徴とする湿式吹付け施工
方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載の湿式吹付け施工方法に
おいて、前記流し込み耐火組成物が増粘剤を含有するプ
レミックスタイプの流し込み耐火組成物であることを特
徴とする湿式吹付け施工方法。 - 【請求項3】 請求項2に記載の湿式吹付け施工方法に
おいて、前記増粘剤がセルロ−ス系有機化合物及び/又
はイソブチレン・無水マレイン酸系の共重合高分子化合
物であることを特徴とする湿式吹付け施工方法。
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