JP4746518B2 - 不定形耐火物の混練方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄鋼精練等に使用される不定形耐火物の混練方法に関する。

不定形耐火物、とりわけ流し込み材、キャスタブル耐火物（以下ではキャスタブル耐火物と呼ぶ）は、築造施工の前に水やバインダーなどの混練液と混練する。なお、この工程は、混和、ねっか、練り混ぜなどとも呼ばれる。以下では、これらを混練と呼ぶ。この混練工程で、不定形耐火物を構成する固体、すなわち塊や粒や粉の間に混練液を十分に行き渡らせ、また場合によっては一部の成分を混練液に溶解させる。こうする事により、まとまり、流動性、可塑性、緻密性などの必要な性質を備えた、均質で施工性と最終的に耐火物として耐用性に優れた混練物を得ることができる。

不定形耐火物について説明しておく。不定形耐火物は、主にＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＺｒＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＳｉＣ、Ｃなどの成分を主とする耐火材の塊、粒、粉からなる。また、セメントやマグネシア微粉や水硬化性アルミナのような水和性硬化剤、粘土、粉末水ガラス、粉末樹脂粉末ピッチ、凝集剤などのバインダーや副成分が含まれるのが常である。さらに、無機、有機、金属のファイバー、解膠剤や減水剤や分散剤（以下ではこれらを総称して減水剤と呼ぶ）、作業性調整剤、硬化調整剤、乾燥性調整剤などの添加物が含まれることもある。これらに加えて、混練液すなわち水あるいは有機溶媒、もしくはこれらに樹脂や無機物あるいは有機物を溶解あるいは分散させた物の一種あるいは二種以上を所定量添加して混練する。不定形耐火物とは、塊、粒、粉やその他の副成分、添加物の混合物、混練した後の混練物のいずれをも指す。
このような不定形耐火物の製造、使用工程における混練の役割は、耐火物の耐用性を確保する上で重要である。

不定形耐火物の混練に用いる装置（以下、混練機と呼ぶ）には、多種多様なものがある。たとえば、非特許文献１には多くの種類の混練機が例示されている。
不定形耐火物、中でも使用量の多いキャスタブル耐火物の混練に用いられることが多いのが、ウェイストミキサー、平型ミキサー、パンミキサーなどと呼ばれる型である。ボルテックスミキサー（（株）北川鉄工所製）、ターボミキサー（大平洋機工（株）製）などが代表的な製品である。これらを総称して以下では平型混練機と呼ぶ。この混練機が多用されるのは、その機構が簡単であることと、粒径が１０μｍ以下のいわゆる超微粉を含有しない、あるいは含有量３質量％未満のキャスタブル耐火物であれば、施工に支障がない程度の流動性のある混練物が得られるためである。

ところで、近年のキャスタブル耐火物は高耐用性を追求し、粒径１０μｍ未満の超微粉を多用する傾向にある。たとえば、特許文献１には粒径７μｍ未満の仮焼アルミナと呼ばれる超微粉を５〜１５質量％含有する耐火物が記載されている。なお、耐火物で使用される超微粉とはアルミナ、スピネル、シリカ、またはこれらの混合物である。

他方、コンクリートの混練に用いられる混練機として、特許文献２〜４に記載のような、下部が逆円錐台形で上に開いたホッパー形の材料保持容器と、容器中心の鉛直軸で回転するらせん形あるいはチョッパー形の内側攪拌子と、内側攪拌子と同軸で容器内壁に沿って回転する１本あるいは２本以上の外側攪拌子とを備えた混練機がある。図１にその概念図を示す。製品としては大平洋機工（株）製ＨＦコーンミキサーとして販売されている。以下では、これを逆円錐型混練機と呼ぶ。
この混練機は混練時間、排出時間が短く、材料の滞留膠着がなく、材料の共回りを抑制でき、均質な混練物を得ることができる。また、補強繊維を添加した場合でも良好に混練でき、高強度のコンクリート施工体が得られる。

耐火物手帳‘９９（耐火物技術協会編）２７６〜２７８頁 特開平１１−３２２４４８号公報 特公平２−３３２８１号公報 特開平８−１５０３３０号公報 特開２００３−１５９５２２号公報

前述のように、近年のキャスタブル耐火物は、粒径が１０μｍ以下のいわゆる超微粉を多用してきた結果、著しく混練が困難になっている。超微粉は耐火物組織を緻密にするため耐用性向上に有効だが、水やバインダーなどの混練液に濡れにくく、混練が難しい。この対策として、減水剤を加え、それなりの成果をあげているが、十分とは言えない。その理由は、平型混練機は攪拌子で材料の塊を押すあるいは切り返す（上下を逆転させる）という操作が主体で、濡れにくい材料塊の内部まで混練液を行き渡らせるのが容易ではないためと考えられる。

他方、逆円錐型混練機も、そのまま不定形耐火物の混練に用いても混練液が行き渡った高流動性の混練物は得られない。

キャスタブルを含む不定形耐火物の、流動性などの施工の容易さを示す指標は混練液の量に比例して向上する。しかし、施工体の耐用性は混練液の量に比例して悪くなる傾向がある。従って、耐用性と施工の容易さを両立させるために、少量の混練液でも流動性の高い混練物が得られ、その施工体が高耐用性を発揮するような混練方法が切望されている。

本発明は、少量の混練液でも流動性の高い混練物が得られ、その施工体が高耐用性を発揮できる不定形耐火物の混練方法を提供することを目的とするものである。

この課題を解決すべく、様々な検討を加え、本発明に至った。本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）粒径１０μｍ以下の超微粉を内掛で３質量％以上２０質量％以下含有する不定形耐火物に混練液を添加して混練する不定形耐火物の混練方法であって、
逆円錐台形の下部を備えた容器と、容器中心の鉛直軸で回転する内側攪拌子と、これと同軸で容器内壁に沿って回転する外側攪拌子とを備えた混練機を用いて、前記不定形耐火物に混練液を添加して、水分を外掛け量で５．３質量％以下として混練することを特徴とする不定形耐火物の混練方法。

（２）前記粒径１０μｍ以下の超微粉を内掛で４．８質量％以上２０質量％以下含有することを特徴とする請求項１に記載の不定形耐火物の混練方法。
（３）前記混練液を添加する前に、前記不定形耐火物を予め攪拌しておくことを特徴とする請求項１又は２に記載の不定形耐火物の混練方法。
（４）前記混練機の内側攪拌子および外側攪拌子を回転させて、前記不定形耐火物を動かした状態で前記混練液を添加することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の不定形耐火物の混練方法。

（５）前記不定形耐火物は１０ｍｍ未満であって、前記混練液を添加して混練した後、引き続いて粒径１０ｍｍ以上の耐火材の粗粒を添加して混練することを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の不定形耐火物の混練方法。
（６）前記不定形耐火物は１０ｍｍ未満であって、前記不定形耐火物を混練するに際し、先に粒径１０ｍｍ以上の耐火材の粗粒に混練液を添加して混練した後、引き続いて前記１０ｍｍ未満の不定形耐火物を添加して混練することを特徴とする（１）又は（２）に記載の不定形耐火物の混練方法。

（７）耐火材の粗粒が、使用後の耐火物であることを特徴とする（５）又は（６）に記載の不定形耐火物の混練方法。

本発明によれば、同じ耐火原料から高流動性、低水分の不定形耐火物の混練物を得て、より高耐食性で高耐用性の施工体を得ることができる。従って、同じ量の不定形耐火物をより長期間使用できるようになることから、鉄鋼を始めとする金属精錬に掛かる耐火物コストを低減することができ、非常に有用である。

以下、本発明の逆円錐型混練機で耐火物を混練して得られる効果を説明するために、まずその使用方法を説明する。

図１に逆円錐型混練機の概念図を示す。らせん状の内側攪拌子として内羽根１、外側攪拌子として複数の外羽根２と、それを支える外羽根アーム２’、下部が逆円錐台形の容器３、内羽根の回転軸４、同回転軸に接続されたスプロケットホイールあるいは歯車あるいはプーリー５、内羽根動力伝達用ベルトあるいはチェーン６、内羽根用モーター７、外羽根の回転軸８、外羽根動力伝達用ベルトあるいはチェーン９、外羽根用モーター１０、材料排出用ゲート１１などからなる。なお、この図１は、動力伝達と減速をベルトあるいはチェーンを介したスプロケットホイールあるいは歯車あるいはプーリーで行う例を示しており、これ以外の伝達および減速方法、たとえば歯車やシャフトによるもので、ベルトやチェーンを介さない方法などを適宜取ることができる。

内外両攪拌子の回転数、回転方法は任意に設定できるものの、以下に例示するように設定すると高い効果が得られる。すなわち、内側攪拌子は材料すなわち不定形耐火物、あるいは定形耐火物の坏土を掻き揚げるようにピッチと回転方向を設定する。
外側攪拌子は材料を掻き取る、あるいは掻き落とす、あるいは下に押し込むようにピッチと回転方向を設定する。容器３の下部が逆円錐台形となっているため、外羽根２で掻き取り落とされた材料は内羽根１に供給される。材料はこの一連の動きが繰り返されることで効果的に混練される。

なお、外側攪拌子が複数ある場合は、それぞれの羽根が前記の三機能のいずれを担っていてもよく、すべての羽根が同じ機能を担う必要は必ずしもない。内側攪拌子と外側攪拌子の回転方向は、逆にすることが望ましい。また、内側攪拌子の回転数（角速度）は、外側攪拌子よりも速く設定することが望ましい。

内側攪拌子がチョッパー形の場合は、チョッパー羽根一枚一枚が材料を掻き揚げるようにする、チョッパー羽根がらせん状に配置され、そのらせんが材料を掻き揚げるようにする、のいずれかあるいは両方であるようにする。内側攪拌子の回転数は、その周速が最低１ｍ／ｓ以上とすることが望ましい。これ未満では十分に混練しづらくなり、混練物の流動性低下や施工体品質低下を招き易い。最高回転数は装置の機械的強度やモーター出力などによって決まるが、実用上は１０ｍ／ｓ程度が限界である。
外側攪拌子の回転数は最低０．３ｍ／ｓ以上とすることが望ましい。これ未満では十分に混練しづらくなり、混練物の流動性低下や施工体品質低下を招き易い。この場合も最高回転数は装置の機械的強度やモーター出力などによって決まるが、実用上は８ｍ／ｓ程度が限界である。

以上のように設定して逆円錐型混練機を運転すると、材料は内側攪拌子によって掻き揚げられ、さらに遠心力によって器壁方向に投射される。投射された材料は自重で落下するか、あるいは器壁に付着する。器壁に付着した材料は外側攪拌子によって掻き取られ自重で落下するか、掻き落とされるか、下に押し込まれる。容器３の下部に達した材料は再び内側攪拌子によって掻き揚げられ、同じ動きを繰り返す。

この過程で、不定形耐火物は効果的に混練される。平型混練機と比較して混練性が優れる理由は、材料を掻き揚げる際、あるいは投射する際に材料に大きなせん断応力や動圧が掛かり、材料塊が引きちぎられ細分化するためと考えられる。

特に、不定形耐火物を混練する際には、混練液を添加するため、材料に大きなせん断応力や動圧が掛かり、材料塊が引きちぎられ細分化すると同時に、混練液が強い力で押し込まれるためと考えられる。このため、混練液は粒界に均一に分散し、かつ気泡は効果的に押し出されるものと考えられる。
その結果、混練物は高い流動性を示し、施工体は優れた特性を示すなど、後述の逆円錐型混練機特有の優れた混練特性が発現すると考えられる。

次に、粒径１０μｍ以下の超微粉を内掛で３質量％以上２０質量％以下含む不定形耐火物を混練する場合に、逆円錐型混練機が有効であることについて説明する。逆円錐型混練機と平型混練機を用いて粒径１０μｍ以下の超微粉量の異なるアルミナ−マグネシア質キャスタブル耐火物を混練して、その品質を調査した。

使用した逆円錐型混練機は、容器の上部内径が約１８００ｍｍ、下部内径が約６００ｍｍ、高さ約１０００ｍｍ、らせん状の内側攪拌子の直径約５００ｍｍ、外側攪拌子が４本で、内側攪拌子を１５０ｒｐｍ（周速約４ｍ／ｓ）、外側攪拌子を２５ｒｐｍ（周速約２．３ｍ／ｓ）で回転させた。
各攪拌子のピッチ（すなわち「角度」）と回転方向は前述の通り、内側攪拌子ピッチは材料を掻き揚げ、外側攪拌子ピッチは掻き落とす方向とし、回転方向は双方逆にした。１バッチ当たりの混練量（混練液を除いた不定形耐火物の量）は５００ｋｇとした。ちなみに、不定形耐火物の粒径は最大で７〜８ｍｍ程度であることが一般的であり、粒径１０ｍｍ以上の耐火材の粗粒（以下、単に粗粒という。）は含まれていない。

粉粒体状の材料を混練機の容器に装入し、両攪拌子を回転させて１分間攪拌（以降、材料のみの攪拌を「空混合」と記載することがある。）し、各攪拌子の回転を止めずに混練液として水を添加し、添加終了から３分間後に攪拌を終了した。
容器底のゲートを開いて混練物を排出した。なお、同様に平型混練機（直径約１８００ｍｍ、深さ約８００ｍｍ、攪拌子４本、回転数約３０ｒｐｍ、攪拌子周速約２．８ｍ／ｓ）で同じく水添加前１分間空混合、水添加、その後３分間混練して得た混練物についても同様に試料を作製し品質を評価した。

混練物は、４０×４０×１６０ｍｍもしくは長さ１１４ｍｍで断面が台形（上底４１ｍｍ、下底６７ｍｍ、高さ４８ｍｍ）の型枠に流し込み、１５ｍ／ｓ^２（約１．５Ｇ）で１分間加振した後に２４時間常温で養生し、脱枠後に１１０℃で２４時間乾燥してから品質評価試験に供した。なお、品質評価はＪＩＳ−Ｒ２２０５−１９９２の真空法に準拠して行った。

使用した材料はアルミナ−マグネシア質キャスタブル耐火物５００ｋｇで、化学成分はＡｌ₂Ｏ₃＝９１質量％、ＳｉＯ₂＝１質量％、ＣａＯ＝１質量％、ＭｇＯ＝７質量％であった。なおこの化学組成は、後述のアルミナ超微粉を含めての値である。平均粒径すなわちメジアン径（縦軸を質量とした粒度累積曲線の中央累積値（５０％）に当たる径）が０．５μｍで、９５質量％以上が粒径１０μｍ以下の、仮焼アルミナと呼ばれるアルミナ超微粉を内掛で０質量％以上１３質量％以下配合した。なお、超微粉量に合わせて、より粗いアルミナの粒度配合と水分量を適宜調整した。添加した水分量は、配合された粒度に応じて、混練と流し込みが可能な水分量とした。

結果を図２に示す。横軸はアルミナ超微粉の配合質量％で、縦軸は試料の見掛気孔率である。図中の黒丸は平型混練機の場合、白丸は逆円錐型混練機の場合を示す。超微粉量が０の場合は、いずれの混練機を用いても気孔率に大差はなかった。
超微粉配合量（以下、内掛で示す）が２．９質量％では逆円錐型混練機で混練した場合の方がやや低気孔率となり、配合量が増加するにつれて差が広がった。
このことから、本発明の混練方法は超微粉配合量が内掛で２．９質量％以上の不定形耐火物であるキャスタブル耐火物において有効で、とりわけ内掛で４．８質量％以上では効果が大きいと言える。
なお、超微粉量が２０質量％を超える不定形耐火物は混練が困難であったことから、２０質量％以下とすることが望ましい。

前述のように、不定形耐火物は様々な原料の混合体である。混練を施工現場近くで行う場合、不定形耐火物は粉粒体としてバッグやコンテナに入れられて搬入され、そこで混練される。この混合物は様々な比重の塊、粒、粉からなるため、搬送中に分離しやすい。また、減水剤、硬化調整剤などは添加量が微量であるため、うまく行き渡っていない可能性もある。

そこで、これらを均一に分散させるために混練液を添加する前に空混合することで、顕著に混練が促進されることを新たに見出した。これは、粉末状態の方が材料の均一化を図りやすいためと考えられる。

空混合時間は３０秒以上が望ましく、１分以上がさらに望ましい。なお、長時間空混合すると塊や粒が割れや摩滅を被り、粒度配合バランスが崩れる恐れがあるので、空混合時間は５分程度以下とすることが推奨される。また、不定形耐火物に混練液を添加してからの混練時間は、材料や混練液の種類と量にもよるが、概ね１〜６分程度が適当である場合が多い。

さらに、不定形耐火物の混練では、混練液を添加する際には各攪拌子を回転させて不定形耐火物を動かしながら行うことが好ましい。そうすることで、混練液がより速く細かく均一に分散できる。攪拌子の停止状態で混練液を添加すると混練液は一ヶ所に集中してしまい、その後攪拌子を動かしても短時間に均一に行き渡らせるのは容易ではない。なお、混練液は複数ヶ所から分散して投入することが望ましく、できればシャワー状に添加するとよい。

前述の通り、不定形耐火物の粒径は最大で７〜８ｍｍ程度であることが一般的であり、粒径１０ｍｍ以上の粗粒は含まれていない。
一方、不定形耐火物を施工した施工体の亀裂を抑制するという観点から、不定形耐火物中に粒径１０ｍｍ以上の粗粒が含まれていることが好ましい場合がある。
そこで、亀裂を抑制することができる不定形耐火物を得るためには、粒径１０ｍｍ以上の粗粒を添加する必要がある。但し、粒径１０ｍｍ以上の粗粒は、これよりも粒径の小さなものと比較すると、気孔率が高いため、混練液を吸収しやすい。このため、混練液の量を増加させない状態では、混練がしづらくなる。

しかし、本発明の混練機を用いた混練方法を適用することで、混練性が向上することにより、この様な粒径１０ｍｍ以上の粗粒を添加した不定形耐火物であっても、混練液の量を増加させなくとも、充分に混練することは可能である。
但し、粒径１０ｍｍ以上、すなわち目の開きが１０ｍｍの篩を通過しない粗粒の添加順序を工夫すると、さらに、良好な混練物が得られることを見出した。以下に詳細に説明する。

不定形耐火物に含まれる微粉、とりわけ粒径１０μｍ以下の超微粉は混練液に濡れ難いため、混練液がなじみ難く、混練が困難であることはこれまでに述べたとおりである。
これに対して粒径１０ｍｍ以上の粗粒（以降、単に「粗粒」と記載することがある。）は多孔質で吸水性が高く、混練液を吸収する性質がある。
このため、予め不定形耐火物と粗粒を混合したものに混練液を添加して混練すると、混練液となじみにくい不定形耐火物には、混練液が過剰の部分が生じるとともに、混練液が行き渡っていない部分（以降、「ダマ」と記載することがある。）が生じる。この様に、混練液が過剰の部分が生じることにより、混練物の流動性は一時的に発現する。

しかしながら、この過剰な混練液は、しばらくすると粗粒に吸収されるため、流動性は急激に低下する。このため流し込み作業中に混練物が固まってしまう場合がある。
また、流動性の低下を避けるために混練液を過剰に添加すると、施工体の品質が低下する。これは、後の乾燥工程で施工体から混練液が抜け、空隙率が高くなるためである。
本発明の混練方法は強力に混練できるため、従来の平型混練機を用いた場合よりも、この種の問題は生じにくく、かつ問題の程度も軽微である。しかし以下のような解決手段を講じることで、さらに改善することができる。

解決の一手段として、次のような混練手順をあげることができる。すなわち、不定形耐火物（粗粒を添加していないもの）に混練液を添加して混練した後、引き続いて粗粒を添加して混練する方法である。
こうすることで、不定形耐火物と混練液をよく混練してダマをなくすことにより、粗粒の吸水による流動性低下を避けることができ、また混練液を過剰に添加することなく、良好な施工体を得ることができる。なお、不定形耐火物と混練液の混練時間は１〜６分程度が望ましく、粗粒を加えてからの混練時間は１０秒〜３分程度が望ましい。

他方、粗粒と混練液を先に混練した後、引き続き不定形耐火物を添加して混練しても効果がある。この場合、粗粒に先に混練液を吸収させておくことにより、その後に不定形耐火物を添加して得られる混練物の流動性低下を抑制することができる。
混練液の添加量は上記の方法よりもやや多く必要となる場合もあるが、不定形耐火物と粗粒を予め混合した場合と比較すると、混練液の添加量は少なくすることができる。なお、粗粒と混練液の混練時間は１０秒〜３分程度が望ましく、不定形耐火物を加えてからの混練時間は１〜６分程度が望ましい。

上記の粗粒としては、窯炉等の実炉で所定期間使用された後の耐火物（すなわち「廃耐火物」を意味しており、以降、単に「使用後の耐火物」あるいは「リサイクル原料」と記載することがある。）を使用することもできる。使用後の耐火物は地金やスラグなどの不純物を除去し、さらに所望の粒径に整粒してから使用することが望ましい。
なお、この粗粒の大きさの上限は特に制限はないが、取り扱い易さと流し込み時の充填性を考慮すると、概ね５０ｍｍまで（目の開きが５０ｍｍの篩を通過する）が適当である。

以下に逆円錐型混練機を用いた場合の効果について、表１および表２を参照して説明する。表１は、本発明の逆円錐型混練機を用いた場合で、表２は、比較例として平型混練機を用いた場合である。
逆円錐型混練機でキャスタブル耐火物を混練すると、平型混練機の場合と比較して、耐火物の成分が同一で、かつ、添加する混練液の量が同じの場合、非常に高い流動性を示す。これは、本発明の混練機を耐火物混練に使用した場合に現れる第一の顕著な効果である。

以下に一例を示す。使用した混練機は、容器の上部内径が約１８００ｍｍ、下部内径が約６００ｍｍ、高さ約１０００ｍｍ、らせん状の内側攪拌子の直径約５００ｍｍ、外側攪拌子が４本で、内側攪拌子を１５０ｒｐｍ（周速約４ｍ／ｓ）、外側攪拌子を２５ｒｐｍ（周速約２．３ｍ／ｓ）で回転させた。ピッチと回転方向は前述の通り、内側攪拌子ピッチは材料を掻き揚げ、外側攪拌子ピッチは掻き落とす方向とし、回転方向は双方逆にした。

使用した材料は、表１の１Ａに該当するものを用い、アルミナ−マグネシア質キャスタブル耐火物５００ｋｇで、Ａｌ₂Ｏ₃＝９１質量％、ＳｉＯ₂＝１質量％、ＣａＯ＝１質量％、ＭｇＯ＝７質量％含有し、直径１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下のアルミナ粗粒を外掛けで１０質量％配合し、メジアン径３μｍで９５質量％以上が１０μｍ以下の仮焼アルミナと呼ばれるアルミナ超微粉を、内掛けで４．８質量％配合したものであった。
なお、前述の化学組成は内掛け表示したアルミナ超微粉を含み、外掛け表示したアルミナ粗粒を含まない値である。また、添加水分量である５．３質量％は、アルミナ超微粉を含み（粗粒を含まない）不定形耐火物に対する外掛け量で示した。

粉粒体状の材料を混練機の容器に装入し、両攪拌子を回転させたままで１分後に、水を５．３質量％すなわち２６．５ｋｇ添加し、添加終了から３分間後に攪拌を終了した。容器底のゲートを開いて混練物を排出し、その流動性を調査した。流動性は耐火物用アルミナセメントの物理試験方法（ＪＩＳ−Ｒ２５２１−１９９５）のフロー試験方法に準拠して測定した。その結果、表１に示すように、フロー（タップフロー）値は２１０であった。

なお、同じ材料を平型混練機（直径約１８００ｍｍ、深さ約８００ｍｍ、攪拌子４本、回転数約３０ｒｐｍ、攪拌子周速約２．８ｍ／ｓ）で同じく水添加前１分攪拌混合、水分５．３質量％添加、その後３分間混練して得た混練物のフロー値は、表２に示すように、１５１であり、逆円錐型混練機を用いることで大幅に流動性が向上することがわかる（表２の２Ａを参照）。

逆円錐型混練機でキャスタブル耐火物を混練した場合の第二の顕著な効果は、少ない水分添加量でも流動性が良好な混練物が得られることである。
前述の混練機と材料を用いて、フロー値がおよそ１５０になる水分添加量を調査した。その結果は、表１の１Ｂに示すように、４．６質量％であり、平型混練機と同等の流動性を得るに必要な水分は前述の平型混練機の場合の５．３質量％（表２の２Ａを参照）よりも０．７質量％少なくて済んだ。

逆円錐型混練機でキャスタブル耐火物を混練した場合の第三の顕著な効果は、混練物で作製した施工体の品質が優れている点である。
上述の二つの試験で得た混練物、すなわち逆円錐型混練機を用いて水分５．３質量％（表１の１Ａを参照）および４．６質量％（表１の１Ｂを参照）添加で混練した混練物の流し込み施工体と、平型混練機を用いて５．３質量％の水分を添加（表２の２Ａを参照）で得た同様の施工体の品質を調査した。なお、施工体は４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍもしくは長さ１１４ｍｍで断面が台形（上底４１ｍｍ、下底６７ｍｍ、高さ４８ｍｍ）用の型枠に流し込み、１５ｍ／ｓ²（１．５Ｇ）で１分間加振した後に２４時間常温で養生し、脱枠後に１１０℃で２４時間乾燥してから各種試験に供した。物性の試験方法はＪＩＳ−Ｒ２２０５−１９９２の真空法に準拠した。

回転侵食試験は、作成した台形断面の試料を１２枚で一周になるようにバレルの側面のように組み合わせ、その両端面に中央に直径５０ｍｍ穴のあるマグネシア質れんが板を取り付け、鉄製のケースに収めて試料との間をアルミナ系耐火物で充填した後、酸素−プロパンバーナーを熱源として試料バレルの内面を加熱し、ＣａＯ／ＳｉＯ₂＝３、ＦｅＯ＝１５質量％のスラグを侵食剤として投入して１７００℃で３時間侵食した（条件Ａ）。

減寸深さを平型混練機試料の場合を１００とした溶損指数で表１，２に示した。表１，２の符号の数字は混練機の種類を示し、１が逆円錐型混練機、２が平型混練機を示す。アルファベットは材質を示す。このため、逆円錐型混練機と平型混練機を比較するには、アルファベットが同じとなる１と２を比較すればよい。
溶損指数は、それぞれのアルファベットの数字が２の場合を１００として示し、値が小さいほど耐食性が高いことを示す。なお、ＡとＢは材質が同じで添加水分量が異なる。これは、添加水分量の少ないＢは平型混練機では十分混練できないものの逆円錐型混練機ならうまく混練できることを示す意図で組み入れたものである。

逆円錐型混練機で水分５．３質量％の実施例１Ａおよび４．６質量％の実施例１Ｂは、いずれも水分５．３質量％で平型混練機を用いた比較例２Ａと比べて気孔率が低く緻密で、強度も高かった。
また、特筆すべきは耐食性の高さで、実施例１Ａと実施例１Ｂは、溶損指数が比較例２Ａと比べて大幅に小さく、高耐食性であることがわかる。

不定形耐火物の材質は特に限定するものではなく、通常の材質には全て適用可能である。たとえば、シリカ質、粘土質、シャモット質、ろう石質、ハイアルミナ質、アルミナ質、アルミナ−スピネル質、アルミナ−炭化珪素質、アルミナ−炭化珪素−カーボン質、ジルコン質、セミジルコン質、スピネル質、マグネシア質、マグネシア−スピネル質、マグネシア−ドロマイト質、ドロマイト質、マグネシア−カーボン質、炭化珪素質、カーボン質等々である。
結合形態、たとえば粘土結合、セメント結合、凝集結合、燐酸結合、樹脂結合などは問わず適用できる。混練液、バインダーについても制限はなく、通常のものが使用可能である。減水剤、作業性調整剤、硬化調整剤、乾燥性・耐爆裂性を調節するための添加物も、普通通り使用して差し支えない。また、１０ｍｍ以上の粗粒、有機繊維、金属ファイバーなどを添加しても差し支えない。粗粒の材質としてはアルミナ、マグネシア、スピネル、ムライト、あるいはこれらの混合物、各種耐火物の破砕粒などが例示できる。また使用後の耐火物を破砕したリサイクル原料も使用することができる。

前述のアルミナ−マグネシア質キャスタブル、アルミナ−スピネル質キャスタブル、アルミナ−マグネシア質湿式吹付材、アルミナ−炭化珪素−カーボン質キャスタブルに本発明を適用した。使用した逆円錐型混練機および平型混練機とその操業条件は、前述のものであった。すなわち、粉粒体状の材料を混練機の容器に装入し、両攪拌子を回転させたままで１分後に、水を所定量添加し、添加終了から３分間後に攪拌を終了した。

アルミナ−マグネシア質キャスタブルには、粒径１０〜２０ｍｍ（目の開きが２０ｍｍの篩は通過し１０ｍｍの篩は通過しない）のアルミナ粗粒を外掛け１０質量％もしくは長さ２０ｍｍ断面０．５ｍｍ角のステンレスファイバーを外掛け２質量％添加した。アルミナ−スピネル質キャスタブルには、粒径１０〜２０ｍｍのアルミナ粗粒を外掛け２０質量％添加した。

試料は、前述の流し込み施工法で作製、養生乾燥後に行った。アルミナ−炭化珪素−カーボン質キャスタブルの耐食性については、酸素−プロパンバーナーを熱源とした回転侵食法により評価した。装置と試料の配置は前述の通りとし、ＣａＯ／ＳｉＯ₂＝１のスラグを侵食剤として１６００℃で３時間侵食した（条件Ｂ）。平型混練機試料（比較例２Ｆ）の減寸深さを１００とした指数で表示した。これ以外の試料については前述の条件Ａで評価し、平型混練機の場合をそれぞれ１００として表示した。

前述の通り、比較しやすいように本発明の実施例と比較例は同じ材料、添加物、水分のものを同じアルファベットで統一してある。これらを互いに比較すると、いずれの場合も本発明における実施例の場合の方が混練物は高フロー値で、高比重かつ低気孔率すなわち緻密で、溶損指数が小さく高耐食性であることがわかる。また、比較例２Ｂと比較例２Ｃの混練物はフロー値が低く、実際の流し込み施工には不適当であった。これらの結果から本発明の有効性は明白である。

使用後の耐火物からなる粗粒をリサイクル材として使用し、不定形耐火物に添加して混練試験を行った。
不定形耐火物は表１の１Ａのアルミナ−マグネシア質キャスタブルで、アルミナ粗粒が含まれていないものを用いた。
使用後の耐火物からなる粗粒としては、表２の２Ａのアルミナ−マグネシア質キャスタブル（粒径１０〜２０ｍｍのアルミナ粗粒を外掛けで１０質量％配合）を平型混練機で混練し、溶鋼取鍋側壁に流し込み施工、乾燥した後に使用し、解体、回収し、地金を除去して破砕、粒径１０〜２０ｍｍの整粒したものを用いた。

以下の例ではいずれもこの使用後の耐火物からなる粗粒を、不定形耐火物に対して外掛け１０質量％使用した。また、添加水分量はいずれも（粗粒を含まない）不定形耐火物に対して外掛け５．３質量％とした。
本発明の実施例として、逆円錐型混練機で、粗粒の混練順序を変えて混練試験を行った。まず、不定形耐火物に、使用後の耐火物からなる粗粒を事前に混合したものを、水を加えない状態で１分間空混合し、その後水分を添加して３分間混練し、混練物の流動性（タップフロー）を調査した。結果を表３の３Ａに示した。
次に、不定形耐火物を、水を加えない状態で１分間空混合し、各攪拌子を動かした状態で水分を添加して３分間混練し、引き続いて使用後の耐火物からなる粗粒を加えて１分間混練し、同様に調査した。結果を表３の３Ｂに示した。

さらに、使用後の耐火物からなる粗粒に水分を加えて１分間混練し、その後不定形耐火物を投入して３分間混練し、同様に調査した。結果を表３の３Ｃに示した。
また、比較例として、平型混練機を用いて以下の試験を行った。すなわち、不定形耐火物に使用後の耐火物からなる粗粒を事前に混合したものを、水を加えない状態で１分間空混合し、その後水分を添加して３分間混練し、同様に調査した。結果を表３の３Ｄに示した。

表３によれば、本発明の実施例である３Ａ、３Ｂ、３Ｃはいずれも比較例の３Ｄよりも、混練直後のタップフロー値が高く良好であった。また、現場で施工する際に混練後に所定時間（２０分程度）経過後に施工する場合を想定して、混練してから２０分経過後のタップフロー値も測定した。
その結果、３Ｂ、３Ｃについては、タップフロー値の減少が１０以下と小さく、タップフロー値が高いまま維持できていた。
これに対し、３Ａ、３Ｄは混練物のタップフロー値が２０分間でそれぞれ３７、３５も低下した。但し、３Ａの場合は、混練直後のタップフロー値が１９６と高かったため、２０分後であってもタップフロー値が１５９であり、通常の施工に支障がない状態であることがわかった。
これに対し、３Ｄの場合は、混練直後のタップフロー値が１４５と低かったため、２０分後でタップフロー値が１１０にまで低下していたため、施工に用いることができないことがわかった。

逆円錐型混練機の概念図。 アルミナ−マグネシア質キャスタブル耐火物施工体乾燥品の、アルミナ超微粉添加量（横軸）と見掛気孔率（縦軸）の関係（黒丸は平型混練機で混練した場合、白丸は逆円錐型混練機で混練した場合。）を示すグラフ。

符号の説明

１：らせん状の内羽根（内側攪拌子）
２：外羽根（外側攪拌子）
２’：外羽根アーム
３：下部が逆円錐台形の容器
４：内羽根の回転軸
５：内羽根回転軸に接続されたスプロケットホイールあるいは歯車あるいはプーリー
６：内羽根動力伝達用ベルトあるいはチェーン
７：内羽根駆動用モーター
８：外羽根回転軸
９：外羽根動力伝達用ベルトあるいはチェーン
１０：外羽根駆動用モーター
１１：材料排出用ゲート

Claims (7)

1. 粒径１０μｍ以下の超微粉を内掛で３質量％以上２０質量％以下含有する不定形耐火物に混練液を添加して混練する不定形耐火物の混練方法であって、
   逆円錐台形の下部を備えた容器と、容器中心の鉛直軸で回転する内側攪拌子と、これと同軸で容器内壁に沿って回転する外側攪拌子とを備えた混練機を用いて、前記不定形耐火物に混練液を添加して、水分を外掛け量で５．３質量％以下として混練することを特徴とする不定形耐火物の混練方法。
2. 前記粒径１０μｍ以下の超微粉を内掛で４．８質量％以上２０質量％以下含有することを特徴とする請求項１に記載の不定形耐火物の混練方法。
3. 前記混練液を添加する前に、前記不定形耐火物を予め攪拌しておくことを特徴とする請求項１又は２に記載の不定形耐火物の混練方法。
4. 前記混練機の内側攪拌子および外側攪拌子を回転させて、前記不定形耐火物を動かした状態で前記混練液を添加することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の不定形耐火物の混練方法。
5. 前記不定形耐火物は１０ｍｍ未満であって、前記混練液を添加して混練した後、引き続いて粒径１０ｍｍ以上の耐火材の粗粒を添加して混練することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の不定形耐火物の混練方法。
6. 前記不定形耐火物は１０ｍｍ未満であって、前記不定形耐火物を混練するに際し、先に粒径１０ｍｍ以上の耐火材の粗粒に混練液を添加して混練した後、引き続いて前記１０ｍｍ未満の不定形耐火物を添加して混練することを特徴とする請求項１又は２に記載の不定形耐火物の混練方法。
7. 耐火材の粗粒が、使用後の耐火物であることを特徴とする請求項５又は６に記載の不定形耐火物の混練方法。