JP4575852B2 - 不定形耐火物の施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、不定形耐火物を流し込みによって施工する方法に関するものである。

溶融金属用容器、溶融金属用樋等の内張りに対する不定形耐火物の施工は、一般に流し込みによって行われる。これに使用される不定形耐火物は、耐火性原料に結合材および分散剤を添加した配合物よりなり、施工に際しては、所定量の水を添加して混練される。

不定形耐火物の組成は、施工性および充填性から各種耐火性原料が粗粒、微粒に粒度調整されている。その結果、耐火性原料においてその粒度の違い、各粒子の比重差等が原因して不定形耐火物組織の不均一化は免れない。また、不定形耐火物に施工時に必要な流動性を付与する目的で添加される分散剤は、水に溶解した後に耐火性原料の微粒子に吸着してその効果が発現するため、施工時の限られた混練時間内では十分に流動性を付与することができない。

そこで、前記問題を解決する方法として特開平８−２３９２７６号公報（特許文献１）には、微粒耐火性原料と分散剤に水を添加して予め調整したスラリーを、粗粒耐火性原料と共に混練し、流し込み施工方法が提案されている。

この方法は、分散剤が微粒耐火性原料を含むスラリーに予め溶解され、分散剤が微粒耐火性原料に十分に吸着していることで、混練時における不定形耐火物は流動性に優れ、粗粒耐火性原料と微粒耐火性原料とが速やかに均一混合される。

一方、混練装置として、不定形耐火物の供給、混練、排出を連続的に行う装置が知られている。この装置はバッチ式混練に比べて混練時間が短い利点がある。連続混練装置の具体例は、例えば特開平８−３３８３８号公報（特許文献２）に記載がある。
特開平８−２３９２７６号公報 特開平８−３３８３８号公報

前記特許文献１に示された方法は、不定形耐火物における通常の混練作業に加えて、予めスラリーを調整するための混合が必要である。不定形耐火物の施工現場は各種炉設備が配置され、作業スペースが限られており、十分時間をかけてのスラリー調整が困難である。

そこで、スラリーを別の所で調整し、トラック等でスラリーを施工現場に持ち込む方法が採られるが、スラリーは造り置きに伴う時間の経過と輸送による振動によって比重分離を生じ、不定形耐火物組織の均一化の効果が損なわれる。また、連続混練機を用いた場合は混練時間が短い分、不定形耐火物の均一混合が不十分となる。

いずれの混練方法であっても、混練時間を延長すれば均一混合を図ることができる。しかし、迅速施工ができず、しかも結合材の反応硬化が進行して不定形耐火物の流動性が低下する。また、均一混合だけを考えると混練水量を多くすれば可能であるが、耐火物組織の多孔質化の原因となる。

本発明は、上記従来の施工方法における問題点の解決を図ることを目的とする。その特徴とするところは、微粒主体の耐火性原料、分散剤および水を混合し且つＢ型粘度計を用いた２５℃、３ｒ．ｐ．ｍによる測定で粘度を１２．５〜５００Ｐａ・ｓに調整したスラリーを用意し、施工に際して前記スラリー、粗粒主体の耐火性原料、結合材と共に、粒度９．５〜４５ｍｍの耐火粗大粒子を不定形耐火物全体に占める耐火性原料１００質量％に対し５〜５０質量％を混練し、次いで流し込むことにある。

本発明では、微粒主体の耐火性原料および分散剤を含むスラリーを前記の粘度に調整し、その粘性によって、スラリーは造り置きあるいは輸送に伴う比重分離が防止される。

スラリー中の微粒耐火性原料は多いことが望ましい。少ないとその分、粗粒耐火性原料と均一混合に時間を要する。前記特許文献１に示された従来方法におけるスラリーの調整は、分離防止のために微粒耐火原料を粒度が平均１０μｍ以下の極微粒に限定して使用している。本発明はスラリーの粘度を特定し、その増粘効果によって、粒度が平均１０μｍを超える微粒耐火性原料であってもスラリー中における分離が防止される。その結果、スラリー中により多くの微粒耐火性原料を分散させることができる。

しかし、増粘したスラリーの使用は粗粒耐火性原料との混練において、混練抵抗が大きくなって、不定形耐火物の均一混合に期待するほどの効果が得られない。また、混練作業時間を短くするために連続混練機を使用した場合、この混練不足はさらに大きくなる。

本発明は、混練時においてさらに粗粒耐火性原料を添加したことにより、増粘したスラリーを使用したことによる混練不足を解消し、連続混練機を使用した場合のような短時間混練であっても、不定形耐火物の均一混合を可能にしたものである。

不定形耐火物において耐火粗大粒子の添加は、耐スポーリング性向上の手段として知られている。不定形耐火物施工体が使用中に熱衝撃を受けて亀裂が生じた場合、耐火粗大粒子の存在で亀裂の発達を防止する。

これに対し、本発明の方法における耐火粗大粒子は、粒子径が大きいことで、増粘したスラリーによる混練抵抗に対し、それに打ち勝つ攪拌機能を発揮し、スラリーと粗粒耐火性原料とが迅速且つ十分に混練される。その結果、スラリーの増粘によるスラリー組成の分離防止の効果が活かされ、例えば連続混練機を使用した場合のような短時間混練においても均一混合される。

本発明によれば、不定形耐火物は比較的短時間での混練においても十分に均一混合される。その結果、流し込み施工における作業性の向上を図ることができる。また、得られる施工体は緻密かつ耐食性に優れたものとなる。

本発明において使用する不定形耐火物において、それに配合する耐火性原料の種類は、従来の不定形耐火物に使用されるものと特に変わりない。例えば、アルミナ、マグネシア、スピネル、シリカ、シリカ−アルミナ、ジルコン、ジルコニア、炭素、炭化物、窒化物等である。また、一部には前記耐火性原料を主材とする耐火物の使用後品を粉砕したものを使用してもよい。

本発明では、微粒主体の耐火性原料に分散剤を添加し、さらにこれに不定形耐火物全体の混練水量に相当する水を添加し、予め混合したスラリーを用意する。

ここで、微粒耐火性原料とは、粒度の面から粗粒耐火性原料と相対的に区分したものである。スラリーに配合する微粒主体の耐火性原料粉は、粒度１ｍｍ以下の微粉が少なくとも９０質量％であることが好ましい。１ｍｍ以下の調整は、例えば１ｍｍの篩の篩下によって得ることができる。１ｍｍ以下のために、例えば１５０μｍ、１００μｍあるいは４５μｍの篩による篩下であってもよい。あるいは前記篩分けの各粒度を組み合わせてもよい。

篩は例えばＪＩＳふるい目開きを使用する。また、仮焼アルミナ、揮発シリカ、カーボンブラック等は粒度がサブミクロンの場合もあり、レーザー回折法による平均粒径として粒度を求めてもよい。一部に粒度が１ｍｍ超の耐火性原料を含む場合は、粒度１ｍｍ超の耐火性原料についても可能な限り粒度が小さいことが好ましい。

スラリーに配合するこの微粒主体の耐火性原料の割合は、不定形耐火物に配合される耐火原料全体に占める割合において、２０〜４５質量％が好ましい。

分散剤は解こう剤とも称され、スラリー中での微粒耐火性原料を分散させ、しいては不定形耐火物の施工時の流動性を向上させる効果を持つ。その具体的な種類は特に限定されるものではなく、例えばトリポリリン酸ソーダ、ヘキサメタリン酸ソーダ、ウルトラポリリン酸ソーダ、酸性ヘキサメタリン酸ソーダ、ホウ酸ソーダ、炭酸ソーダなどの無機塩、クエン酸ソーダ、酒石酸ソーダ、ポリアクリル酸ソーダ、スルホン酸ソーダ、ポリメタリン酸塩、ポリカルボン酸塩、β−ナフタレンスルホン酸塩類、ナフタリンスルフォン酸、カルボキシル基含有ポリエーテル等である。その添加割合は、微粒耐火性原料および粗粒微粒耐火性原料を含めた不定形耐火物に使用した耐火性原料全体に対する外掛けで０．０５〜１質量％が好ましい。

スラリー粘度はＢ型粘度計を用いて測定し、スラリー製造直後、２５℃、３ｒ．ｐ．ｍでの測定において１２．５〜５００Ｐａ・ｓに調整する。粘度が１２．５Ｐａ・ｓ未満では粘性不足によってスラリーが造り置きあるいは輸送時の振動によって分離が生じ、本発明の効果が得られない。５００Ｐａ・ｓを超えると混練時に粗粒耐火骨材に対する混和抵抗が過大となり、耐火粗大粒子の添加をもっても均一混練が困難となる。また、不定形耐火物施工時の流動性が低下する。さらに好ましい粘度は、２０〜１５０Ｐａ・ｓである。

本発明においてスラリー粘度の調整方法は特に限定されるものではない。例えばスラリーの水分あるいは微粉耐火性原料の増減、増粘剤の添加等で行うことができる。しかし、スラリーの水量あるいは微粉耐火性原料の増減は、例えば水量が多過ぎると施工体の多孔質化、微粉耐火性原料量のバランスが崩れると施工体の密充填化が図れない等の弊害があることから、スラリー粘度の調整は増粘剤の添加が好ましい。

増粘剤の具体例は、親水性のある高分子化合物よりなる増粘剤を使用する。増粘剤としては、例えばカルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルエチルセルロース、及びエチルセルロース等のセルロース類、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、及びポリブチレンオキサイド等のポリアルキレンオキサイド、アミロース、寒天、アルギン酸、アルギン酸ナトリウム、プルラン、グアガム、バイオガム等の多糖類、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル、ポリアクリル酸塩、及びポリ酢酸ビニル等が挙げられる。また、ビニルアルコール、エチレンオキサイド、アクリル酸、アクリル酸エステル、アクリル酸塩、及び酢酸ビニル等からなる共重合体等を使用してもよい。

増粘剤の使用量は、本発明で限定した粘度のスラリーを得るために、スラリー中の微粉主体の耐火性原料粉１００質量％に対し、外掛けで０．０１〜１質量％が好ましい。少ないと分離防止効果に乏しく、多過ぎると増粘過多となって不定形耐火物混練時の混練性に劣る。さらに好ましい割合は、０．０１〜０．５質量％である。

以上に示した微粉主体の耐火性原料、分散剤および必要により添加する増粘剤に対し、必要量の水を添加して混合し、スラリーを得る。スラリーの水量は、不定形耐火物の混練水に相当する水量とする。不定形耐火物の混練水量は、不定形耐火物全体１００質量％に対して外掛け３〜１５質量％が好ましい。

また、スラリーの調整に使用する水量は、不定形耐火物の混練水の３分の２以上とし、残りの水量は不定形耐火物を混練する際に添加するようにしてもよい。スラリー調整のためスラリーの調整時には全部を使用せず、混練時に残りの水量を添加してもよい。スラリーの調整に３分の２未満の水量では、その後の混練時に耐火物組成への耐火微粉原料の分散性に劣り、比較的短時間での混練においても十分に均一混合されるという本発明の効果が得られない。

本発明でいう粗粒主体の耐火性原料は、例えば最大粒度が８〜４ｍｍの粗粒耐火性原料を主体とする耐火性原料である。粗粒耐火性原料は前記した微粒耐火性原料より粒度が大きいものをいう。また、粗粒主体の耐火性原料のために、微粒耐火性原料を例えば５質量％程度含むことは構わない。

粗粒主体の耐火性原料の割合は、不定形耐火物全体に占める耐火性原料において、前記したスラリーに配合する微粒主体の耐火性原料の残部を占める。したがって、スラリーに配合する微粒主体の耐火性原料の割合に応じて増減させる。

結合材はアルミナセメント、マグネシアセメント、ポルトランドセメント等が挙げられる。中でも耐火性と強度付与の面からアルミナセメントが好ましい。添加量は不定形耐火物全体における耐火性原料１００質量％に対する外掛けで、０．５〜１０質量％が好ましい。

耐火粗大粒子の材質は、例えばアルミナ質、スピネル質の焼結品、電融品あるいはこれらを主材とした炉材使用後品とする。その粒度は９．５〜４５ｍｍとする。これより小さい粒度では混練時の攪拌機能に劣り、均一混合の効果が得られない。粒度が大き過ぎると粒度構成のバランスの悪さから施工体の充填性が低下する。また、連続混練法においては粒度が大き過ぎると混練機の攪拌羽の損傷原因にもなる。

耐火粗大粒子の割合は、粗粒耐火性原料および微粒原料の耐火性原料全体に対する外掛けで５質量％未満では均一混合の効果が得られない。５０質量％を超えると不定形耐火物全体の粒度バランスの悪さから流動性が低下して、施工体の緻密化が損なわれる。さらに好ましくは５〜３０質量％が好ましい。

施工に際しては、前記スラリー、粗粒主体の耐火性原料、結合材と共に、耐火粗大粒子を混練機に投入し、混練する。この場合、粗粒主体の耐火性原料、結合材、耐火粗大粒子から選ばれる二種以上を予め混合し、混練機に投入してもよい。

本発明に使用する不定形耐火物は、本発明の効果を損なわない範囲において以上に示した以外の配合物を組み合わせてもよい。不定形耐火物の添加物として知られている例えば、Ａｌ粉、Ｓｉ粉、金属ファイバー、有機ファイバー、セラミックファイバー、塩基性乳酸アルミニウム、酸化防止剤、硬化剤、硬化遅延剤等である。このうち、水との反応が早い金属粉、水溶性の有機ファイバー等はスラリーに添加せず、粗粒耐火骨材に混入しておくかあるいは混練時に混練機内に投入するのが好ましい。

混練機は、例えばオムニミキサー、パドルミキサー、ナウタミキサー、アイリッヒミキサー、ボルテックスミキサーのバッチ式、あるいは連続混練機がある。本発明の施工方法においては僅かな混練時間であっても不定形耐火物は十分な混練効果を得ることができることから、連続混練機を使用した場合、この連続混練機がもつ迅速混練の効果をいかんなく発揮することができる。

混練後の不定形耐火物は、型枠内に流し込み施工する。溶融金属用容器あるいは溶融金属用樋に対する施工では、型枠は中子である。流し込む際には棒状バイブレータあるいは型枠に取り付けたバイブレータをもって不定形耐火物の充填率を上げることが好ましい。

施工は前記のように溶融金属用容器あるいは溶融金属用樋に直接行う他、流し込みによって予め成形体を得た後で施工するプレキャスト法でもよい。

以下に本発明とその比較例を示す。表１および表２は各例で使用した不定形耐火物の配合組成とその試験結果を示したものである。スラリーは表に示した配合組成に水分を添加し、ボルテェックスミキサーを使用して混合して調整した。ここで、スラリー粘度は、スラリーとして調整直後に、Ｂ型粘度計〔（株）東京計器製〕を用いて、２５℃、３ｒ．ｐ．ｍの条件で測定した。

次いで、同表に示した粗粒主体の耐火性原料、結合材および前記スラリー（実施例と比較例３,４はさらに耐火粗大粒子）をトモサダ建機株式会社製の連続混練機を用いて１１０ｋｇ／ｍｉｎの速度で混練した。各例における試験方法は以下のとおりである。

スラリーの保存性：ミキサーで混合して得たスラリーについて、１週間後及び２週間後の比重分離の程度を目視により測定した。分離がほとんど認められないものを○、分離が生じたものを×として示す。

流動性：混練直後の不定形耐火物について、ＪＩＳＡ１１０１に基づいてフリーフローを測定した。流動性に富むものは充填性に優れる。

曲げ強さ：振動を付与した型枠に混練後の不定形耐火物を流し込み、養生２４時間、１１０℃×２４時間後、測定した。この曲げ強さによって施工体組織の緻密性、均一性の程度を確認した。

耐食性：前記の曲げ強さ試験と同様の条件で得た試験片を１５００℃での回転侵食試験を１０時間行い、その侵食寸法を測定した。侵食剤は銑鉄：高炉スラグを重量比で１：１の割合で使用した。

スラリーの保存性の試験結果が示すとおり、実施例ではスラリーを本発明の範囲内に増粘したことで、２週間の保存を行った場合でも、スラリー中において実質的に耐火性原料の分離は認められなかった。なお、スラリーに対する増粘は、実施例９はアルミナ微粉の増量、他は増粘剤の添加とした。

表には示していないが、実施例で使用したスラリーは、移送時を想定した振動を付与したところ、ここでも分離は殆んど見られなかった。これにより、スラリーの長期保存および不定形耐火物施工現場への輸送が可能になる。

実施例による施工は、このスラリーを用いた不定形耐火物の混練において比較的少ない混練水量でありながら、また連続混練機による短時間混練にも関わらず、十分な混練効果を得ることができる。その結果、不定形耐火物は流動性に優れしかも均一組織となって、緻密でかつ耐食性に優れた施工体を得ることができた。
これに対し比較例１は、混練時に耐火粗大粒子を添加せず、しかも増粘しないスラリーを使用しての施工である。スラリーは粘性が低いことで比重分離が生じ、保存性に劣る。また、スラリーの分離が原因して施工体組織は不均一となって曲げ強さ及び耐食性に劣る。

比較例２はスラリーの増粘でスラリーの分離を防止できるが、混練時に耐火粗大粒子を添加しないために連続混練機での短時間混練では、不定形耐火物は均一な混練が行われず、不定形耐火物は不均一であってしかも施工時の流動性に劣り、得られた施工体は曲げ強さおよび耐食性に劣る。

比較例３は、不定形耐火物に対する耐火粗大粒子の添加量が多過ぎることで、粒度のバランスの悪さから不定形耐火物は流動性に劣り、緻密な施工体が得られない。その結果、曲げ強度及び耐食性に劣る。

比較例４は、スラリーの粘度が高過ぎることで混練後の不定形耐火物の流動性が低下し、均一な混練が行われず、施工体は曲げ強度及び耐食性に劣る。

なお、以上の実施例ではアルミナ−炭化珪素−炭素質不定形耐火物の施工例を示したが、例えばアルミナ−炭化珪素質、アルミナ−シリカ質、アルミナ−マグネシア質、マグネシア質等の不定形耐火物の施工においても同様に本発明の効果を得ることができた。

Claims (4)

1. 微粒主体の耐火性原料、分散剤および水を混合し且つＢ型粘度計を用いた２５℃、３ｒ．ｐ．ｍによる測定で粘度を１２．５〜５００Ｐａ・ｓに調整したスラリーを用意し、施工に際して前記スラリー、粗粒主体の耐火性原料、結合材と共に、粒度９．５〜４５ｍｍの耐火粗大粒子を不定形耐火物全体に占める耐火性原料１００質量％に対し５〜５０質量％を混練し、次いで流し込むことを特徴とした不定形耐火物の施工方法。
2. スラリーを調整する水を不定形耐火物全体に使用する混練水量の３分の２以上とし、残りの水を混練の際に添加する請求項１記載の不定形耐火物の施工方法。
3. 粗粒主体の耐火性原料、結合材、耐火粗大粒子から選ばれる二種以上を混練前に予め混合しておく請求項１または２記載の不定形耐火物の施工方法。
4. 混練に連続混練機を使用する請求項１、２または３記載の不定形耐火物の施工方法。