JP5418126B2 - 不定形耐火物の混練方法 - Google Patents

Description

本発明は、耐火物混練装置及び不定形耐火物の混練方法に関し、特に、螺旋状のブレードを有する攪拌手段を用いた不定形耐火物の混練に使用する耐火物混練装置及び不定形耐火物の混練方法に関する。

鉄鋼製品の製造を始めとする操業時に高温物質を取り扱う分野においては、高温物質の容器等の用途として耐火物が不可欠である。そして、この耐火物の高耐用化は、鉄鋼製品等の製品の生産を安定させ、コストを削減するために重要である。また、耐火物には、定形耐火物と不定形耐火物とがあるが、このうち使用量の多い不定形耐火物は、通常、容器等への施工前に、水やバインダなどの混練液と混練される。このとき、不定形耐火物の耐用性を向上させるためには、不定形耐火物の混練を効果的に行うことが大切である。

不定形耐火物の混練を効果的に行うための方法として、例えば、特許文献１には、回転シャフトの周囲にひだ状のブレードを有する螺旋状攪拌子と逆円錐台形の容器を有する混練機を用いる方法が開示されている。また、不定形耐火物の混練に適用しているわけではないが、例えば、特許文献２には、螺旋状のブレードの直径：ピッチの比が１：１のスクリューを有する混練装置が開示されている。さらに、例えば、特許文献３には、ブレードのピッチが広く、直径の大きな回転シャフトに螺旋状羽根が設けられたスクリューを有する土練機が開示されている。

特開２００７−１４５７０６号公報 特開平０８−１５０３３０号公報 特開２００８−１２６５９２号公報

ここで、特許文献１に記載された混練機のように、回転シャフトの周囲にひだ状のブレードを有する螺旋状攪拌子を回転させて不定形耐火物を混練すると、ブレード間の奥まった部分（以下、「ひだ奥」と称する場合がある。）に、粉末あるいはやや湿った粉末塊等の形態で未混練物が残留してしまう、という問題があった。

これに対して、特許文献２に示されたようなブレードの直径：ピッチ比が１：１の螺旋状の羽根を有するスクリューや、特許文献３に示されたようなブレードのピッチが広く回転シャフトの直径が大きなスクリュー等の撹拌手段を使用すると、特許文献１の混練機のような、ひだ奥に残留する未混練物の量をある程度減少させることはできる。

しかしながら、特許文献２のスクリューのように、螺旋状ブレードの幅が狭いものを用いると、不定形耐火物の混練が不足して混練不良が発生する場合がある、という問題があった。また、特許文献３のスクリューのように、回転シャフトの直径が大きすぎて回転シャフトと容器内面との間隔が適切でないと、被混練物が回転シャフトやブレードと共回りして未混練のまま残留してしまう、という問題もあった。

そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、螺旋状のブレードを有する攪拌手段を用いた耐火物混練装置及び不定形耐火物の混練方法において、未混練物の残留と混練不良の発生を共に防止することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、螺旋ピッチに対する螺旋状のブレードの幅の比、及び、回転シャフトの周面と混練機の器壁内面との距離に対するブレードの幅の比を適切に制御することにより、未混練物の残留と混練不良の発生を併せて防止できることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明によれば、回転シャフトの周面に螺旋状のブレードが配設され、回転軸方向が鉛直方向である攪拌手段と、前記攪拌手段を内部に収容する容器とを備え、前記回転シャフトを回転軸として回転する前記攪拌手段を用いて不定形耐火物を混練する縦型の耐火物混練装置を用い、前記攪拌手段を回転させて不定形耐火物を混練する不定形耐火物の混練方法であって、前記耐火物混練装置を、前記ブレードの螺旋ピッチに対する前記ブレードの幅の比が０．２５以上０．６５以下であり、かつ、前記回転軸の方向に垂直な断面における、前記回転シャフトの周面から前記容器の器壁内面までの距離に対する前記ブレードの幅の比が０．２５以上０．４８以下であるように設計し、前記攪拌手段の周速を２ｍ／ｓ以上５ｍ／ｓ以下とし、前記不定形耐火物を混練する際に、前記不定形耐火物１００質量部に対して３質量部以上６質量部以下の混練液を添加する、不定形耐火物の混練方法が提供される。

ここで、前記耐火物混練装置は、前記容器の鉛直方向の面に開口部を有し、かつ、前記容器の底部側の少なくとも一部は、逆円錐形状を有していてもよい。この場合、前記不定形耐火物と前記攪拌手段とが接触する回転軸方向におけるいずれの位置においても、前記ブレードの螺旋ピッチに対する前記ブレードの幅の比、及び、前記回転軸の方向に垂直な断面における、前記回転シャフトの周面から前記容器の器壁内面までの距離に対する前記ブレードの幅の比が、上述した範囲内にあることが必要となる。

本発明によれば、螺旋状のブレードを有する攪拌手段を用いた耐火物混練装置及び不定形耐火物の混練方法において、ブレードの螺旋ピッチに対するブレード幅の比を０．２５以上０．６５以下とし、かつ、回転シャフトの周面から器壁内面までの距離に対するブレード幅の比を０．２５以上０．４８以下とすることにより、未混練物の残留と混練不良の発生を共に防止することができる。従って、本発明に係る耐火物混練装置及び不定形耐火物の混練方法によれば、不定形耐火物の耐用性をこれまでよりも向上させることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る耐火物混練装置の全体構成を示す説明図である。 螺旋状撹拌子のひだ奥に未混練物が残留した状態の一例を示す説明図である。 未混練物が残留している様子の一例を示す写真である。 本発明の一実施形態に係る撹拌手段の詳細な構成を示す説明図である。 同実施形態に係る攪拌手段の変更例の構成を示す説明図である。 同実施形態に係る攪拌手段の他の変更例の構成を示す説明図である。 同実施形態におけるａ／ｂ比及びａ／ｃ比を規定するために行った実験に用いた実験装置の構成の概要を示す説明図である。 同実施形態におけるａ／ｂ比及びａ／ｃ比を規定するために行った実験の結果を示すグラフである。 本発明の実施例で使用した耐火物混練装置の全体構成を示す説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

［耐火物混練装置について］
まず、図１を参照しながら、本発明の一実施形態に係る耐火物混練装置の全体構成及び動作について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る耐火物混練装置の全体構成を示す説明図である。

（耐火物混練装置の全体構成）
本実施形態に係る耐火物混練装置は、回転シャフト１１０の周面に螺旋状のブレード１２０が配設された攪拌手段１００と、攪拌手段１００を内部に収容する容器３とを備え、回転シャフト１１０を回転軸として回転する攪拌手段１００を用いて不定形耐火物を混練する装置である。より具体的には、図１に示すように、本実施形態に係る耐火物混練装置は、撹拌手段１００と、外羽根２と、外羽根アーム２ａと、容器３と、減速機５と、内羽根用動力伝達部６と、内羽根用モータ７と、外羽根回転軸８と、外羽根用動力伝達部９と、外羽根用モータ１０と、材料排出ゲート１１と、を主に備える。

撹拌手段１００は、上述したように、容器３の内部に収容され、回転シャフト１１０の周面に螺旋状のブレード（内羽根）１２０が配設された部材である。この撹拌手段１００は、回転シャフト１１０を回転軸として回転することにより、容器３の内部に装入された耐火物の粉末と混練液とを混練する。また、撹拌手段１００は、螺旋状のブレード１２０を利用して、被混練物である不定形耐火物または不定形耐火物と混練液との混合物を混練しながら上方に掻き上げる。ここで、回転シャフト１１０には、螺旋状のブレード１２０以外に、下端部にスクレーパー１１１が設けられている。このスクレーパー１１１は、螺旋状ではなく、例えば、断面が略Ｌ字状のへらのような形状をしており、容器３の底面に存在する被混練物を掻き取る機能を有する。このスクレーパー１１１については、水などの混練液や被混練物は、スクレーパー１１１と容器３の底面との間隙から回りこむため、未混練物が残留することはない。従って、スクレーパー１１１は、本発明における螺旋状のブレードには該当しない。なお、撹拌手段１００は、本発明の特徴的構成要素であるため、その詳細な構成については後述する。

外羽根２は、容器３の器壁の内面近傍に設置され、器壁内面に付着した被混練物の掻き取り、掻き落とし、下方への押し込み等を行う。外羽根２が複数ある場合には、それぞれの外羽根２が、同一の機能を有していても、別の機能を有していてもよい。例えば、複数の外羽根２のうち、一部が掻き取り機能、他の一部が掻き落とし機能、残りの一部が下方への押し込み機能を有していてもよい。また、外羽根アーム２ａは、外羽根２の支持しており、一端が外羽根２に接続され、他端が外羽根回転軸８に接続されている。

容器３は、その内部に、撹拌手段１００や外羽根２等を収容する容器である。本実施形態に係る耐火物混練装置を用いて不定形耐火物を混練する際には、この容器３内に、耐火物の粉末及び混練液を装入し、この容器３内で混練が行われる。また、容器３の形状は、円筒形、円錐台形など、特に限定はされないが、本実施形態では、容器３は、上部が円筒形、下部が逆円錐台形を有する構造となっている。

減速機５は、回転シャフト１１０の一端部（図１の例では上端部）に接続され、内羽根用モータ７から内羽根用動力伝達部６を介して伝達された動力の回転速度を減じて撹拌手段１００に出力する。この減速機５からの出力として、減速比に比例したトルクを得ることができ、このトルクを利用して、撹拌手段１００を動作させる。減速機５としては、例えば、スプロケットホイール、歯車、プーリー等を使用でき、また、内羽根用動力伝達部６としては、例えば、減速機５と内羽根用モータ７の回転軸とを連結するベルト、チェーン、シャフト等を使用できるが、特に限定はされない。

外羽根回転軸８は、外羽根２及び外羽根アーム２ａとともに、本実施形態に係る外側撹拌子を構成し、この外側撹拌子と撹拌手段１００とが同軸で回転するように、回転シャフト１１０と同軸上に設けられたシャフトである。また、外羽根用動力伝達部９は、外羽根回転軸８と外羽根用モータ１０の回転軸とを連結し、外羽根用モータ１０からの動力を外羽根回転軸８に伝達する。この外羽根用動力伝達部９としては、内羽根用動力伝達部６と同様に、例えば、外羽根回転軸８と外羽根用モータ１０の回転軸とを連結するベルト、チェーン等を使用できるが、特に限定はされない。

材料排出ゲート１１は、混練終了後の不定形耐火物を容器３の外部へ排出する。

（耐火物混練装置の動作）
上述したような構成を有する耐火物混練装置では、容器３に装入された耐火物の粉末及び混練液等の被混練物は、撹拌手段１００によって混練されながら掻き上げられ、撹拌手段１００の上端付近まで到達すると、遠心力によって容器３の器壁方向に投射される。投射された被混練物は、自重により容器３の下部に落下するか、あるいは、器壁に付着する。器壁に付着した被混練物は、外側撹拌子の外羽根２によって掻き取られて自重により落下するか、外羽根２により掻き落とされるか、容器３の下方押し込まれる。さらに、容器３の下部に到達した被混練物は、再び、撹拌手段１００により混練されながら掻き上げられ、同様の動作を繰り返す。このようにして、被混練物は、容器３内を移動しながら、撹拌手段１００により混練され、不定形耐火物が得られる。

このとき、撹拌手段１００の回転方向と外側撹拌子の回転方向とは、逆にすることが好ましい。また、撹拌手段１００の周速（回転数）は、外側撹拌子の周速よりも速くなるように設定することが好ましい。上記のように撹拌手段１００の回転方向や周速を設定することにより、被混練物の容器３内における移動が促進され、より効果的に混練を行うことができる。

また、本実施形態では、容器３の底部側の少なくとも一部（例えば、下部）が逆円錐台形状となっていることにより、外側撹拌子の外羽根２で掻き落とされた被混練物が器壁を伝って下方へ落下しやすいことから、被混練物が撹拌手段１００に再供給され易くなるため、より効果的に混練を行うことができる。

さらに、容器３の底部側の少なくとも一部が逆円錐台形状となっていることにより、容器全体が円筒形状等の場合と比べて、撹拌手段１００により被混練物を掻き上げる際、または器壁に投射する際に、被混練物に大きなせん断応力や動圧が掛かりやすく、被混練物の塊が引きちぎられ細分化するため、より効果的に混練を行うことができると考えられる。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、被混練物に大きなせん断応力や動圧が掛かり、被混練物の塊が引きちぎられ細分化すると同時に、混練液が強い力で混練物の内部に押し込まれる。そのため、混練液が粒界に均一に分散し、かつ、混練物から気泡が効果的に押し出されるものと考えられる。

以上のように、本実施形態のように、容器３の底部側の少なくとも一部が逆円錐台形状となっていることにより、この容器３内で混練された不定形耐火物は適度な流動性を示すようになり、また、この不定形耐火物の施工体は、耐食性等の特性に優れたものとなる。なお、後述するように、容器３の底部側の少なくとも一部が逆円錐台形状となっている場合、耐火物混練装置が縦型の装置であることが前提となる。

（関連技術における問題）
ここで、図２を参照しながら、本実施形態に係る耐火物混練装置の関連技術において生じていた問題について説明する。図２は、螺旋状撹拌子のひだ奥に未混練物が残留した状態の一例を示す説明図である。ただし、図２に示した未混練物については、ある一断面を示したものであり、実際には、未混練物は、シャフト１ａに巻きつくように分布している。

図２に示すように、回転シャフト１ａの周囲にひだ状のブレード１ｂが螺旋状に形成された螺旋状撹拌子１を回転させて不定形耐火物を混練すると、隣り合うブレード１ｂ間の奥まった部分（ひだ奥）に、粉末またはやや湿った粉末塊等の形態で未混練物１ｃが残留してしまう、という問題があった。

この未混練物１ｃの残留の原因は、以下のようであると考えられる。すなわち、混練装置に装入した耐火物粉末は流動性が高いため、ブレード１ｂ間の奥まった部分（ひだ奥）まで入り込む。一方、この耐火物粉末に添加された水などの混練液は、耐火物粉末との濡れ性が低いため、ひだ奥まで到達しにくい。また、混練後の不定形耐火物（混練物）は粘度が上昇して粉末の状態よりも流動性が低下するため、ひだ奥まで到達しない。このため、ひだ奥に到達した耐火物粉末は、未混練の状態のまま、あるいは、微量の混練液が混合して若干湿った状態で残留することとなる。

このようにして残留した未混練物は、粉末または粉末塊状であるため、密度が低い。そのため、未混練物が混入した混練物を用いて、そのまま流し込みやプレス成形等により耐火物成形体を製造した場合には、未混練物が存在する部分が欠陥となり、耐火物の強度や耐食性が低下する。具体的には、未混練物が存在する部分が破壊の起点となったり、未混練物が存在する部分が溶鉄や溶融スラグ等の高温の溶融物により激しい侵食を被る等の不利益が生じることとなる。

これに対して、上述したように、特許文献２に示されたようなブレードの直径：ピッチ比が１：１の螺旋状の羽根を有するスクリューや、特許文献３に示されたようなブレードのピッチが広く回転シャフトの直径が大きなスクリュー等の撹拌手段を使用すると、ひだ奥に残留する未混練物１ｃの量をある程度減少させることはできる。

しかしながら、特許文献２のスクリューのように、螺旋状ブレードの幅が狭いものを用いると、被混練物へのブレードの接触面積が不足し、攪拌動力が被混練物に十分に伝達できないため、混練不足により混練不良が発生する場合があった。また、また、特許文献３のスクリューのように、回転シャフトの直径が大きすぎて回転シャフトと容器の器壁内面との間隔が狭いと、被混練物が回転シャフトやブレードと共回りして未混練のまま残留してしまう場合があった。

なお、図３に、混練物中に未混練物が残留している様子を示す。図３は、未混練物が残留している様子の一例を示す写真である。図３には、破線で囲んだ部分Ｐ内に、白い塊状の未混練物が存在していることが示されている。このような未混練物が残留している状態で耐火物成形体を製造した場合には、耐火物の強度や耐食性が低下するため、未混練物が存在しないように不定形耐火物を混練する必要がある。

（撹拌手段１００の詳細な構成）
そこで、上記のような問題を解決するために、本実施形態に係る耐火物用混練装置では、撹拌手段１００において、ブレードの螺旋ピッチに対する螺旋状のブレードの幅の比、及び、回転シャフトの周面と混練機の器壁内面との距離に対するブレードの幅の比を適切に制御することにより、混練不良の発生や未混練物の残留を防止している。以下、図４を参照しながら、本実施形態に係る撹拌手段１００の詳細な構成について説明する。図４は、本実施形態に係る撹拌手段の詳細な構成を示す説明図である。

図４に示すように、本実施形態に係る撹拌手段１００では、ブレード１２０の螺旋ピッチｃに対するブレード１２０の幅ａの比（以下、「ａ／ｃ比」と記載する。）を０．２５以上０．６５以下とし、かつ、回転軸Ｃの方向に垂直な断面Ｈにおける、回転シャフト１１０の周面から容器３の器壁内面までの距離ｂに対するブレード１２０の幅ａの比（以下、「ａ／ｂ比」と記載する。）を０．２５以上０．４８以下としている。

ここで、ブレード１２０の螺旋ピッチｃとは、所定の周期を有して形成されているブレード１２０において、回転軸Ｃ方向で隣り合っているブレード１２０の間隔のことをいう。また、ブレード１２０の幅とは、回転軸Ｃに垂直な断面Ｈにおける、回転シャフト１１０の周面とブレード１２０との接合部１２１からブレード１２０先端の縁部（図４の例では、縁部１２３ｂ）までの距離のことをいう。さらに、回転シャフト１１０の周面から容器３の器壁内面までの距離ｂとは、断面Ｈにおける接合部（点）１２１とブレード１２０の縁部（点）１２３（図４の例では、縁部１２３ｂ）とを結ぶ直線と器壁内面との交点３ａと、接合部１２１との距離のことをいう。

また、本発明に係る攪拌手段としては、図４に示したような単純螺旋構造の攪拌手段１００であってもよく、図５に示したような二重螺旋構造の攪拌手段２００であってもよく、あるいは、三重螺旋以上の複合螺旋構造であってもよい。なお、図５は、本実施形態に係る攪拌手段の変更例の構成を示す説明図である。図５に示すような二重螺旋構造を有する攪拌手段２００は、攪拌手段１００と同様に、回転シャフト２１０の周面に螺旋状のブレード２２０が配設されているが、このブレード２２０が、巻き方向の異なる２つの螺旋状のブレード２２０Ａ，２２０Ｂから構成されている。この場合、ブレード２２０の螺旋ピッチは、それぞれ所定の周期を有して形成されているブレード２２０Ａ，２２０Ｂにおいて、回転軸Ｃ方向で隣り合っているブレード２２０Ａとブレード２２０Ｂとの間隔となる。

また、本発明に係る攪拌手段としては、図６に示すように、螺旋状のブレードが途中で途切れている形状（例えば、特開平９−２５４１３５号公報を参照）を有する攪拌手段３００であっても構わない。なお、図６は、本実施形態に係る攪拌手段の他の変更例の構成を示す説明図である。

図６に示すように、攪拌手段３００は、攪拌手段１００と同様に、回転シャフト３１０の周面に螺旋状のブレード３２０が配設されているが、このブレード３２０が、その一部に切り欠き部３２１を有することにより、全体として断続的となるように形成されている。なお、このように、螺旋状のブレード３２０が途中で途切れているような形状であっても、ブレード３２０のひだ奥に水などの混練液が到達しにくく、未混練物が生じやすいという同じ問題を抱えている。この問題を解決するには、隣り合うブレード３２０間やブレード３２０と回転シャフト３１０との間などで、被混練物が滞留しないようにすることが有効であり、このためには、螺旋ピッチに対するブレード３２０の幅の比や、回転シャフト３１０の周面と器壁内面との距離に対するブレード３２０の幅の比を、上述したような範囲内に制御することが重要である。このように制御することで、混練液がブレード３２０のひだ奥まで行き届き、混練物もブレード３２０のひだ奥に入り込むので、未混練物は残留せず、また、混練不足が発生することもない。このように、ブレードが途中で途切れている場合と途切れていない場合とで同じ問題が生ずるのは、ブレードが途中で途切れていても途切れていなくても、被混練物の動きは同じであるためである。

また、螺旋状のブレードの幅ａ、回転シャフトから器壁内面までの距離ｂ、螺旋ピッチｃ、回転シャフトの太さ（直径）等が、攪拌手段の部位によって異なる場合（例えば、ブレードの幅ａが一定であるが、容器が逆円錐台形等の形状であることにより、回転シャフトと器壁内面との距離ｂが攪拌手段の部位によって異なる場合等）には、以下のようにａ／ｂ比やａ／ｃ比を算出する。すなわち、任意の位置における回転軸Ｃに垂直な断面Ｈ内において、ブレードの幅ａや、回転シャフトの周面から器壁内面までの距離ｂとを測定するとともに、この断面Ｈを挟む回転軸Ｃ方向上下２枚のブレードのピッチｃを測定し、これらの測定値ａ，ｂ，ｃから、ａ／ｂ比及びａ／ｃ比を算出する。そして、不定形耐火物と攪拌手段とが接触するいずれの位置においても、上述したようにして算出されたａ／ｂ比及びａ／ｃ比が、上述した範囲内にあることが必要となる。

なお、参考までに、上述した特許文献１〜３に記載された混練機における、ａ／ｂ比及びａ／ｃ比を挙げる。

表１に示すように、特許文献１〜３に記載された混練機における、ａ／ｂ比及びａ／ｃ比は、部分的に、本発明で規定する範囲内に含まれるものであるが、ａ／ｂ比及びａ／ｃ比の少なくともいずれか一方が、攪拌手段の全域で本発明で規定するａ／ｂ比及びａ／ｃ比の条件を満たしているわけではないことがわかる。このように、攪拌手段の一部でも、本発明で規定するａ／ｂ比及びａ／ｃ比の条件を満たしていない部分が存在すると、その部分において、未混練物の残留や混練不良が発生するおそれがある。

（混練装置の形態）
本実施形態に係る耐火物混練装置の形態は、容器３の略鉛直方向の面に開口部を有し、攪拌手段１００の回転軸方向が略鉛直方向である縦型の装置（例えば、図３等を参照）であってもよく、容器３の略水平方向の面に開口部を有し、攪拌手段１００の回転軸方向が略水平方向である横型の装置（例えば、特許文献３等を参照）であってもよい。耐火物混練装置の形態によらず、ブレード１２０のひだ奥に水などの混練液が到達しにくく、未混練物が生じやすいという同じ問題を抱えているためである。ただし、不定形耐火物の混練をより効果的に行うためには、耐火物混練装置が縦型の装置であり、容器３が回転軸に対して対照な形状を有していることが好ましい。また、容器３の底部側の少なくとも一部が逆円錐台形状を有する場合には、耐火物混練装置が縦型の装置であることが前提となる。

（回転シャフトの位置）
また、本実施形態に係る回転シャフト１１０の容器３内における位置は、特に限定されるものではない。回転シャフト１１０の位置によらず、ブレード１２０のひだ奥に水などの混練液が到達しにくく、未混練物が生じやすいという同じ問題を抱えている。この問題を解決するには、隣り合うブレード１２０間やブレード１２０と回転シャフト１１０との間などで、被混練物が滞留しないようにすることが有効であり、このためには、螺旋ピッチに対するブレード１２０の幅の比や、回転シャフト１１０の周面と器壁内面との距離に対するブレード１２０の幅の比を、上述したような範囲内に制御することが重要である。ただし、均質な混練物を得るという観点からは、容器３の鉛直方向の中心軸上に位置していることが好ましい。

（ａ／ｂ比及びａ／ｃ比の規定の根拠）
次に、図７及び図８を参照しながら、上記のように、ａ／ｃ比を０．２５以上０．６５以下とし、かつ、ａ／ｂ比を０．２５以上０．４８以下とした理由について説明する。図７は、ａ／ｂ比及びａ／ｃ比を規定するために行った実験に用いた実験装置の構成の概要を示す説明図であり、図８は、ａ／ｂ比及びａ／ｃ比を規定するために行った実験の結果を示すグラフである。

本発明におけるａ／ｂ比及びａ／ｃ比を規定するために、本発明者らは、図７に示す実験装置を用いて、以下に説明する実験を行った。具体的には、図７に示すように、縦型円筒形の容器３Ａ内で鉛直方向の中心軸を回転軸として回転する攪拌手段１００を有する耐火物混練装置を用いて、不定形耐火物粉末１００ｋｇを混練した。このとき、攪拌手段１００の回転数を２４０ｒｐｍ（周速３〜４ｍ／ｓ）とし、混練液の添加前に不定形耐火物粉末のみの状態で１分間、さらに、混練液の添加後に３分間攪拌した後に、攪拌手段１００の回転を停止させた。容器３Ａとしては、直径５００ｍｍで高さ５００ｍｍを有する容量約１００リットルの容器を使用した。また、攪拌手段１００としては、容器３Ａ内における鉛直方向の中心軸上に位置する回転シャフト１１０の周面に、単純螺旋状のブレード１２０が配設されたものを複数種類使用した。これら複数種類の攪拌手段１００としては、攪拌手段１００の直径（外径）を２４０ｍｍ〜３２０ｍｍで変化させ、回転シャフト１１０の直径を１００ｍｍ〜２８０ｍｍで変化させ、また、螺旋状のブレード１２０のピッチを１００ｍｍ〜１６０ｍｍで変化させることにより、ａ／ｂ比及びａ／ｃ比を変化させた。また、各攪拌手段１００においては、ブレード１２０の幅、ブレード１２０のピッチ、回転シャフト１１０の周面と器壁内面との距離は、ブレード１２０の螺旋の位置（容器３Ａの高さ方向の位置）によらず一定とした。

また、本実験では、不定形耐火物として、未混練物が残留しやすいとされているアルミナ−スピネル質（スピネルの配合量：２０質量％）のキャスタブルを使用し、混練液として、水分を不定形耐火物の質量に対して外掛けで４．０質量％添加した。

以上のようにして不定形耐火物の混練を行った後の混練物を調査し、未混練物の残留状況と混練物の性状を評価した。未混練物の残留状況は目視により判断し、上述した図３に示すような性状の未混練物が観察された場合には、未混練物の残留があると判断した。また、混練物の性状については、ＪＩＳ Ｒ２５２１−１９９５のフロー試験の試験装置と試験方法に準拠して、混練物の流動性を示すタップフロー値を測定し、このタップフロー値が高いほど、混練状態が良好とした。以上の評価の基準をまとめると、以下の通りである。
●：未混練物の残留あり
◎：混練状態が非常に良好（タップフロー値１３０以上）
○：混練状態が良好（タップフロー値１１０以上１３０未満）
×：混練不良（タップフロー値１１０未満）

以上の評価の結果を図８に示す。なお、図８において、破線枠内は、０．２５≦ａ／ｃ≦０．６５、かつ、０．２５≦ａ／ｂ≦０．４８を満たす範囲を示している。図８に示すように、破線枠内、すなわち、０．２５≦ａ／ｃ≦０．６５、かつ、０．２５≦ａ／ｂ≦０．４８を満たす範囲内である場合に、未混練物の残留や混練不良が発生せずに、効果的に不定形耐火物の混練を行うことができることがわかる。特に、０．５≦ａ／ｃ≦０．６で、かつ、０．２５≦ａ／ｂ≦０．４を満たす範囲内では、混練状態が非常に良好であった。一方、上記破線枠内の範囲を外れる場合には、被混練物がブレード１２０や回転シャフト１１０と共回りして未混練物が残留したり、被混練物への攪拌動力の伝達不足により混練不良（混練不足）が発生することがわかった。より具体的には、ブレード１２０の幅がピッチに比べて小さ過ぎる場合には、混練不良が発生しやすく、ブレード１２０の幅が回転シャフト１１０の周面と器壁内面との距離に比べて大き過ぎる場合には、共回りによる未混練物の残留が発生しやすい傾向にあった。

以上の実験結果に基づき、本実施形態に係る耐火物混練装置では、ブレード１２０の螺旋ピッチｃに対するブレード１２０の幅ａの比（ａ／ｃ比）を０．２５以上０．６５以下とし、かつ、回転軸Ｃの方向に垂直な断面Ｈにおける、回転シャフト１１０の周面から容器３の器壁内面までの距離ｂに対するブレード１２０の幅ａの比（ａ／ｂ比）を０．２５以上０．４８以下とすることとした。

［不定形耐火物の混練方法について］
以上、本実施形態に係る耐火物混練装置の構成及び動作について説明したが、続いて、上述した耐火物混練装置を用いた本実施形態に係る不定形耐火物の混練方法について詳細に説明する。なお、攪拌手段の構成の詳細については、既に述べたので、ここでは詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る不定形耐火物の混練方法は、上述したような回転シャフトの周面に螺旋状のブレードが配設された攪拌手段（１００，２００，３００等）を用い、この攪拌手段を収容する容器３内で、回転シャフトを回転軸として攪拌手段を回転させて不定形耐火物を混練する方法である。

ここで、本実施形態に係る不定形耐火物の混練方法においては、攪拌手段の周速を２ｍ／ｓ以上５ｍ／ｓ以下とすることが好ましい。攪拌手段の周速を２ｍ／ｓ以上５ｍ／ｓ以下とすることにより、より効果的に不定形耐火物を混練することができ、混練物の流動性（この混練物の流動性としては、例えば、タップフロー値を用いることができる。）を向上させることができる。

また、不定形耐火物を混練する際には、通常、不定形耐火物の質量に対して、外掛けで３〜１０質量％程度の混練液が添加されるが、本実施形態に係る不定形耐火物の混練方法において、不定形耐火物を混練する際に添加する混練液の量を、不定形耐火物１００質量部に対して３質量部以上６質量部以下とした場合には、混練液の添加量がそれ以上に多い場合よりも、より一層効果的に、未混練物の残留及び混練不良の発生が防止される。すなわち、例えば、混練液の添加量が外掛けで８質量％以上と比較的多量であった場合には、特許文献１〜３の方法で混練した場合でも、それほど未混練物は発生しない。一方、混練液の添加量が外掛けで３〜６質量％と比較的少量であった場合には、特許文献１〜３の方法で混練すると未混練物や混練不良が発生しやすくなるが、本実施形態に係る不定形耐火物の混練方法によれば、未混練物や混練不良の発生を防止することができる。

［不定形耐火物について］
次に、上述したような本実施形態に係る耐火物混練装置及び不定形耐火物の混練方法で使用する不定形耐火物について説明する。

本実施形態に係る不定形耐火物は、主にＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＺｒＯ_２、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＣ、Ｃなどを主成分とする耐火材の塊、粒、粉からなる。また、通常は、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、樹脂、乳酸アルミニウム、粘土、粉末や液体の水ガラス、粉末樹脂粉末ピッチ、凝集剤などのバインダや副成分が含まれる。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」と呼ぶこととする。）、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、混練液を所定量添加して混練する。

また、本実施形態に係る不定形耐火物の具体的な材質としては、特に限定されるものではないが、例えば、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、アルミア−マグネシア質、アルミナ−スピネル−マグネシア質、ろう石−炭化珪素−カーボン質、アルミナ−カーボン質、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、カーボン質等を使用することができる。さらに、本実施形態に係る不定形耐火物としては、結合形態、例えば、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使用できる。水やバインダ等の混練液についても制限はなく、一般的に公知のものを使用することができる。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等も、一般的に公知のものを使用することができる。また、上述したような不定形耐火物に、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、本実施形態に係る不定形耐火物として、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。

なお、本実施形態における混練液とは、水もしくは有機溶媒、または、これらに樹脂や無機物もしくは有機物を溶解または分散させたもののであり、ここに挙げたもののうち、一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。また、本実施形態におけ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。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。

（実施例１）
本実施例では、図９に示すような、下部が逆円錐台形の容器３Ｂ（定格容量１０００ｋｇ）内に攪拌手段１００が収容された耐火物混練装置を用いて、不定形耐火物を混練した。図９に示した耐火物混練装置は、攪拌手段１００のブレード１２０の幅が鉛直方向上方から下方へいくほど小さくなっている点で、図１に示した耐火物練装置と異なっている。なお、図１に示した材料排出ゲート１１は、図９では図示を省略している。

攪拌手段１００の外径は、鉛直方向上部から下部に向けて８５０ｍｍ〜６２０ｍｍとなるようにし、同様に、（ブレード１２０の幅／ブレード１２０の螺旋ピッチ）の比は、上部から下部に向けて０．６２〜０．２８となるようにし、（ブレード１２０の幅／回転シャフト１１０と容器３の器壁内面との距離）の比は、上部から下部に向けて０．３２〜０．２８となるようにした。

以上のような耐火物混練装置の容器３Ｂ内に、不定形耐火物として、粉末状のアルミナ−スピネル質キャスタブルを投入し、攪拌手段１００を回転数１２５ｒｐｍ（周速５．５ｍ／ｓ〜４．０ｍ／ｓ）で回転させて１分間混合した。次いで、攪拌手段１００を回転させたままで、混練液として水分を外掛けで４．０質量％容器３Ｂ内に添加し、さらに３分間混練して攪拌手段１００の回転を停止させた。次に、容器３Ｂの下部の材料排出ゲートを開放し、得られた混練物をホッパーに排出した後に、材料排出ゲートを開放した状態で攪拌手段１００を回転させて、遠心力により攪拌手段１００に付着した混練物をもホッパーに排出した。ホッパー内に排出された混練物を目視で確認したところ、未混練物は観察されず、また、混練状態も良好で、タップフロー値は１４１であった。

（実施例２）
実施例１と同じ混練装置及び材料を用い、同一の添加水分量で、攪拌手段１００を回転数６３ｒｐｍ（周速２．８ｍ／ｓ〜２．０ｍ／ｓ）で、実施例１と同様の方法で不定形耐火物粉末を混練した。さらに、同様の方法で容器から排出された混練物を調査した結果、未混練物は観察されなかった。また、混練状態も良好で、タップフロー値は１３３であった。

（比較例１）
次に、比較例として、攪拌手段を変更し、（ブレード幅／ブレードの螺旋ピッチ）の比を、上部から下部に向けて０．８０〜０．４６となるようにした。また、本比較例では、攪拌手段の外径は、上部から下部に向けて８５０ｍｍ〜６２０ｍｍであり、（ブレード幅／回転シャフトと器壁内面との距離）の比は、上部から下部に向けて０．３３〜０．２５であった。従って、本比較例では、攪拌手段の上部において、（ブレード幅／ブレードの螺旋ピッチ）の比が本発明で規定する範囲を逸脱していた。

以上のような耐火物混練装置を用いて、不定形耐火物として粉末状のアルミナ−スピネル質キャスタブルを使用し、外掛けで４質量％の水分を添加して、実施例１と同一の条件で混練した。混練後、ホッパー内に排出された混練物を目視で確認したところ、未混練物であるアルミナ−スピネル質キャスタブル粉末が混練物上に観察された。そこで、さらに、攪拌手段を目視で観察したところ、（ブレード幅／ブレードの螺旋ピッチ）の比が本発明の範囲を逸脱していた上部のひだ奥に、アルミナ−スピネル質キャスタブルの乾粉が残留していた痕跡が認められた。

（比較例２）
また、別の比較例として、攪拌手段を変更し、（ブレード幅／回転シャフトと器壁内面との距離）の比を、上部から下部に向けて０．３３〜０．６４となるようにした。また、本比較例では、攪拌手段の外径は、上部から下部に向けて８５０ｍｍ〜６２０ｍｍであり、（ブレード幅／ブレードの螺旋ピッチ）の比は、上部から下部に向けて０．６５〜０．４６であった。従って、本比較例では、攪拌手段の下部において、（ブレード幅／回転シャフトと器壁内面との距離）の比が本発明で規定する範囲を逸脱していた。

以上のような耐火物混練装置を用いて、不定形耐火物として粉末状のアルミナ−スピネル質キャスタブルを使用し、外掛けで４質量％の水分を添加して、実施例１と同一の条件で混練した。混練後、ホッパー内に排出された混練物を目視で確認したところ、未混練物である数ｃｍ大のアルミナ−スピネル質キャスタブルの粉末塊数個が混練物上に観察された。そこで、さらに、攪拌手段を目視で観察したところ、（ブレード幅／回転シャフトと器壁内面との距離）の比が本発明の範囲を逸脱していた下部のひだ奥に、アルミナ−スピネル質キャスタブルの粉末塊が剥離した痕跡が認められた。

２ 外羽根
２ａ 外羽根アーム
３ 容器
５ 減速機
６ 内羽根用動力伝達部
７ 内羽根用モータ
８ 外羽根回転軸
９ 外羽根用動力伝達部
１０ 外羽根用モータ
１１ 材料排出ゲート
１００，２００，３００ 攪拌手段
１１０，２１０，３１０ 回転シャフト
１２０，２２０，３２０ ブレード
Ｃ 回転軸
Ｈ 回転軸方向に垂直な断面

Claims (2)

1. 回転シャフトの周面に螺旋状のブレードが配設され、回転軸方向が鉛直方向である攪拌手段と、前記攪拌手段を内部に収容する容器とを備え、前記回転シャフトを回転軸として回転する前記攪拌手段を用いて不定形耐火物を混練する縦型の耐火物混練装置を用い、前記攪拌手段を回転させて不定形耐火物を混練する不定形耐火物の混練方法であって、
   前記耐火物混練装置を、前記ブレードの螺旋ピッチに対する前記ブレードの幅の比が０．２５以上０．６５以下であり、かつ、前記回転軸の方向に垂直な断面における、前記回転シャフトの周面から前記容器の器壁内面までの距離に対する前記ブレードの幅の比が０．２５以上０．４８以下であるように設計し、
   前記攪拌手段の周速を２ｍ／ｓ以上５ｍ／ｓ以下とし、
   前記不定形耐火物を混練する際に、前記不定形耐火物１００質量部に対して３質量部以上６質量部以下の混練液を添加することを特徴とする、不定形耐火物の混練方法。
2. 前記容器の鉛直方向の面に開口部を有し、かつ、前記容器の底部側の少なくとも一部は、逆円錐形状を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。