JP6280427B2 - 吹き付け施工用耐火物 - Google Patents

Description

本発明は、付着性と接着性に優れた吹き付け施工用の不定形耐火物、特に、乾式吹き付け施工用不定形耐火物、更に詳しくは、アルミナセメントを結合剤とする乾式吹き付け施工用不定形耐火物に関するものである。

吹き付け施工用の不定形耐火物は、工業窯炉の新規内張り及び補修材として用いられる。

不定形耐火物の吹き付け施工は、流し込み施工に比べて、流し込み用の型枠を必要とせず、複雑な形状の場合も枠組み無しで容易に施工できるので、近年幅広い分野で使用されている。

吹き付け施工には大別して、乾式と湿式がある。本発明に係る乾式吹き付け施工法は、水と結合して強度を発生するアルミナセメント等の結合剤と、付着性を向上させるための微粉末としてのシリカフラワーとか粘土と、硬化促進剤（急結剤）としてのカルシウム塩とかアルミン酸ソーダ、減水及び流動性改善のための分散剤等から成る粉末状の耐火物を吹き付け機に装入し、ホース内を空気圧送され、先端のノズル部で水を加えて施工される。

この吹き付け用の不定形耐火物は、（１）吹き付け施工時に、粉塵の発生が少なく、リバウンドロスやスランプが少ないこと、（２）接着性が良く、使用時に剥離しにくいこと、（３）耐食性が良いこと、等の特性が要求される。

アルミナセメントは、比較的に発現強度が高く、他の結合剤と比較して気温とか不純物等の取り巻く環境の影響を受けにくいので、吹き付け用の不定形耐火物の結合剤として賞用されている。しかし、アルミナセメントは、共用する他の耐火骨材に比べて耐火度が低いし、そのＣａＯ成分はスラグや炉内成分と作用しあって耐食性を低下させる原因となるので、配合量を出来るだけ少なくする必要がある。また、アルミナセメント配合量は、使用骨材の比重とか、耐火物の使用条件に応じて調整されるべきものではあるが、アルミナセメントは炉内に存在するＮａ，Ｋ，Ｃｌ，Ｓ等の成分と反応して構造的スポーリングの原因となる物質を生成する問題もあるので、可能な限り減らそうという努力がなされて来た。

特許文献１には、結合剤アルミナセメントと微粉末シリカフラワーを併用する吹き付け耐火物が開示されている。

更に、特許文献２には、結合剤アルミナセメント、微粉末ヒュームドシリカ（シリカフラワー）、分散剤テトラポリリン酸ソーダを併用する吹き付け耐火物が開示されている。

また、特許文献３では、アルミナセメントを結合剤とする湿式吹き付け耐火物の急結剤として、消石灰が有効とされている。

特許文献４は、カリウムを含有させたアルミナセメントが、湿式吹き付け耐火物の流動性保持に有効と開示している。

また、特許文献５では、アルミナセメントを結合剤とする湿式吹き付け耐火物の急結剤としてアルミン酸カリウムを使用すると、接着強度が向上し、吹き付け時のダレ（スランプ）がないと開示している。

また、特許文献６では、消石灰と第一リン酸カリウムとヘキサメタリン酸ナトリウムを併用する吹き付け耐火物が開示されている。

特開平１０−３６１７６号公報 特開２００２−２２０２８３号公報 特開２００１−１１４５４２号公報 特開２００７−２１０８０５号公報 特開平１１−２２３４６９号公報 特開２０００−３０２５６１号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているような、アルミナセメントにシリカフラワーを添加し、分散剤を含まない吹き付け耐火物は、付着性は良い（リバウンドロスが少ない）けれども、接着性が十分でなく、吹き付け施工時に埃を発生しやすいという問題があった。

特許文献２に開示されている吹き付け耐火物は、アルミナセメントとヒュームドシリカ（シリカフラワー）と分散剤を含むので、前記の問題は無いが、凝集性が不十分であるため、肉厚施工が難しい問題があった。

特許文献３に記載の消石灰は凝集力が極めて高いので、吹き付け耐火物の付着性を高める作用に不満は無いが、これだけでは、接着性に劣る問題があった。

特許文献４に記載のカリウム含有アルミナセメントは、流動性と接着性の面では期待出来るが、付着性が不足するので、他の添加剤が必要である。又、カリウムとアルミナセメントが一体となっているので、必要に応じて添加比率を変化させることが出来ない問題があった。

特許文献５に記載のアルミナセメント、揮発シリカ（シリカフラワー）、分散剤、急結剤としてのアルミン酸カリウムの組み合わせは、湿式吹き付けでは支障ないが、アルミン酸カリウムの吸湿性が高いため、乾式吹き付け耐火物の粉体中に加えにくい問題があった。即ち、吸湿性のため、耐火微粉を吸着して団粒となり、ノズルを閉塞させる問題があった。

特許文献６に記載の吹き付け耐火物は結合剤としてアルミナセメントを使用していないこともあり、発現強度が低いという問題があった。

従って、本発明の目的は、アルミナセメントを結合剤とする乾式吹き付け耐火物の付着性と接着性を向上させると共に、合わせて、埃発生防止等、吹き付け環境を改善することにある。

本願発明者らは、鋭意研究の結果、アルミナセメントを結合剤とする乾式吹き付け耐火物に第一リン酸カリウムを添加すると、予想外のことに、付着性と接着性が飛躍的に向上すると共に、吹き付け環境が改善されることを見出した。従来、アルミナセメントと第一リン酸カリウムを組み合わせて使用した例は知られていない。

本発明は上記知見に基づきなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
（１）アルミナセメントを結合剤とし、第一リン酸カリウムを含有させていることを特徴とする乾式吹き付け施工用不定形耐火物。

本発明による吹き付け耐火物は、吹き付け施工時の付着率が天井向けであっても高い（リバウンドロスが少ない）ので、アンカーを設置しなくても施工が可能である。従って、作業能率が高まり、コスト低減と省資源に繋がる。吹き付け面との接着強度が高いので、その後、操業に入ってからの耐用が良くなる効果もある。

以下に、本発明について更に詳しく説明する。
本発明の吹き付け施工用の不定形耐火物は、一般的に耐火性骨材とアルミナセメントを主成分とする粉体に第一リン酸カリウムを添加してなる。本発明においては、従来の吹き付け耐火物に汎用されている微粉末（シリカフラワー他）、硬化促進剤（消石灰他）、分散剤（リン酸塩、カルボン酸塩他）等が適宜併用できる。

ここで使用される耐火性骨材は特に限定されるものではなく、従来より乾式吹き付け耐火物に使用されてきたものが使用できる。具体例としては、電融マグネシア、天然マグネシア、電融スピネル、焼結スピネル、電融アルミナ、焼結アルミナ、ボーキサイト、ムライト、ジルコン、炭化ケイ素、人造黒鉛、天然黒鉛、バーミキュライト、パーライト等である。

耐火性骨材の粒度構成は、用途と目的に応じて適宜コントロールされるものであるが、通常、
・粒径１ｍｍ以上の粗粒：３０〜６０％
・粒径１〜０ｍｍの中粒：２０〜４０％
・粒径０．０７５ｍｍ以下の微粒：２０〜４０％
であることが好ましい。

本発明で使用するアルミナセメントは、電融品、焼成品、一種、二種、三種等、各ランクのものが使用できる。

アルミナセメントの添加量は、３〜１５重量％とするのが好ましい。その理由は、３％以下では付着性が低下する（リバウンドロスが大きくなる）とか、必要な強度が得られなかったりし、１５％以上では耐火性と耐食性が低下するからである。

第一リン酸カリウムの添加量は、吹き付け耐火物１００質量％に対して０．１〜４質量％の添加が好ましい。０．１％未満では湿潤と解膠の効果が少なく、脈動及び埃発生の問題を生起し、付着性と接着性を低下させる。４％以上では、吹き付け時にスランプを起こしやすく、リバウンドロスが大きい。また、Ｋ_２Ｏ成分が作用して、操業時に、施工体が熱剥離しやすくなる。脈動は作業能率を低下させ、埃発生は作業環境悪化につながる。付着性の低下はコスト増であり、接着性の低下は耐用低下に繋がる。

また、第一リン酸カリウムの添加量は、アルミナセメントの含量との比率で制御するのが好ましい。アルミナセメント１００質量％に対して１〜２０質量％の添加率が好ましい。

一般に、この種の添加剤は、融点が低いことにより、耐火物の各種特性を低下させる傾向にある。本発明の第一リン酸カリウムの場合、少量の添加で高い性能を発揮するので前記の問題を発生しない特長がある。

同じリン酸カリウムでも、第二リン酸カリウム及び第三リン酸カリウムは、そのＰＨが高いこともあり、アルミナセメントの急速硬化現象を生起して、ノズル閉塞の遠因となるので使用できない。

表１に本発明の吹き付け耐火物の作製に使用した主な原料の化学分析値を示す。

表１に示した天然マグネシアクリンカーを最大粒径が３ｍｍとなるように粉砕し、粒径３〜１ｍｍの粗粒と１〜０ｍｍの中粒に篩分した。１〜０ｍｍを更に微粉砕して０．０７５ｍｍ以下の微粒とした。表１に示した天然マグネシアクリンカー及びアルミナセメントを主原料とし、表２に示した比率でシリカフラワー、消石灰、ヘキサメタリン酸ソーダ、第一リン酸カリウム等を添加した実施例と比較例の吹き付け耐火物を作製した。

吹き付け装置としてロテクターを使用し、表２に示した各例の吹き付け耐火物の比較を行った。５０Ｋｇの吹き付け耐火物を装置に入れ、乾式で吹き付け施工し、評価した。気温約１０℃の環境下で、天井面に向けて吹き付け試験を行った。施工面をＳＫ３２煉瓦とした。

吹き付け試験の吹き付け圧力を０．３ＭＰａ、吹き付け耐火物搬送用空気の流量を４Ｎｍ^３／ｍｉｎ、ノズルの手元で供給する水の圧力を０．４ＭＰａとした。ノズル先端と施工面の距離を約１ｍとした。

施工水は、吹き付け物を取り外し、１１０×２４ｈｒ．乾燥前後の質量変化を、吹き付け耐火物質量に対する割合で示した。

付着性（リバウンドロス）は、吹き付け試験の後、付着せずに床に落ちた重量を秤量し、施工水を差し引いて、「リバウンドした乾重量／吹き付けた耐火物の総重量」を計算して示した。

吹き付け試験時に脈動と埃発生と涎の状況を観察し、吹き付け状況の良し悪しとして、特に良好：◎、良好：○、普通：△、悪い：×で示した。

吹き付け可能な肉厚は、吹き付け試験の時、出来る限り厚く吹く努力をし、２００ｍｍ以上に達したものを◎、１００〜２００ｍｍのものを○、１００ｍｍ以下の場合を×で示した。

吹き付け施工体を取り外し、接着部を中央にして、４０×４０×１３０ｍｍの試片を切り出し、１１０±５℃×２４ｈｒ．の乾燥処理の後、ＪＩＳＲ２２１３に準拠して曲げ試験を行って接着強度とした。

吹き付け耐火物の耐用に係る数値として、吹き付け物の１１０℃乾燥後の圧縮強度をＪＩＳＲ２２０６−２に準拠して測定した。

更に、これらの評価結果に基づき総合評価を行った。得られた結果を全て表２に併記した。

表２から、次の事項を確認することができる。
実施例５〜９は比較例と比較しリバウンドロスが極めて少ない。実施例５〜９は、吹き付け状況が改善されており、吹き付け可能肉厚が大きいこともわかる。また、吹き付け面との接着強度が高く、施工体の圧縮強度が高くなっている。

本発明例、例８を製鋼用脱ガス装置の煙道ダクト部の補修に使用したところ、旧材にアンカーを敷設する必要もなく、容易に１００ｍｍ厚以上の吹き付け施工が可能であった。従来品の約二倍の耐用が得られた。

以上、本発明の具体例をマグネシア質で示したが、本発明は、塩基性に限らず、例えば、高アルミナ質とか断熱軽量質にも幅広く適用可能である。

本発明は、実施例に示した塩基性マグネシア質以外の各種材質にも応用出来るので、各種窯炉の新設と補修を効率的に行うことが出来ると共に、省資源に寄与する。

Claims (1)

1. アルミナセメントと第一リン酸カリウムを含有してなる乾式吹き付け施工用耐火物。