JPH06300438A

JPH06300438A - 不定形耐火物の乾燥方法

Info

Publication number: JPH06300438A
Application number: JP10881993A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Oshima; 明博大嶋; Kiyoto Kasai; 清人笠井; Shiro Sukenari; 史郎祐成
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-04-13
Filing date: 1993-04-13
Publication date: 1994-10-28

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、溶融金属容器用内張り不定形耐火
物を、現場で迅速に乾燥し、しかも乾燥後に高強度、高
耐食性、高耐熱スポール性を有する耐火物施工体を得る
乾燥方法を提供する。【構成】溶融金属容器に内張り施工した不定形耐火物
を、減圧下マイクロ波照射して乾燥する方法において、
容器内部を２５０Ｔｏｒｒ以下、３０Ｔｏｒｒ以上に保
持し、マイクロ波を耐火物１ｋｇ当たり０．５Ｗ以上１
５Ｗ以下照射し、施工体背面温度が予め定めた基準温度
に達したときに、前記不定形耐火物の乾燥を完了するこ
とにより、内張り不定形耐火物の乾燥の短時間化が図
れ、乾燥後の耐火物機能も、従来方法により乾燥した場
合と比べて優れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は不定形耐火物、特に溶融
金属用容器の内張り不定形耐火物の乾燥方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、溶融金属容器に内張りされた
不定形耐火物を乾燥する方法には、大容量ガスバーナー
による耐火物表面からの片面加熱乾燥法が採用されてお
り、耐火物施工体背面における水分を充分に除去するた
めには、背面が１００数十℃の温度レベルに達するまで
耐火物表面を加熱し続けなければならない。この際背面
の昇温は、加熱面からの熱伝導のみにより、しかも耐火
物中の水分が蒸発する過程では潜熱を奪われるため、背
面部の乾燥効率が非常に悪くなる。また、耐火物施工体
内における加熱表面と背面との間に生じる温度差や、施
工体内部水蒸気圧の上昇により、耐火物内に亀裂が発生
し、極端な場合には爆裂といった現象に至る場合もあ
る。

【０００３】このバーナー加熱に対して、マイクロ波を
用いて、不定形耐火物内の水や耐火性骨材、耐火性微粉
といった誘電体を直接誘電加熱することにより、不定形
耐火物の乾燥を行う方法が知られている。しかしなが
ら、周波数数百から数千ＭＨｚのマイクロ波の、水への
浸透深さは数ｃｍであるため、あまり耐火物施工体の肉
厚が大きくなると、背面まで浸透しないうちに、マイク
ロ波エネルギーの大部分が途中の水分子の振動等のため
に費やされる。そのため、マイクロ波が耐火物背面まで
浸透し、乾燥が完了する迄には多大な時間を要する上、
乾燥完了の判断を明確に下せる基準もない。

【０００４】そこで最近、内部を減圧状態にできるマイ
クロ波オーブン容器内で、加熱源としてマイクロ波を照
射し、被乾燥物を加熱する乾燥方法が知られている。こ
の方法により、容器内の自由水の沸点が低下することか
ら、低温での乾燥が可能となり、減圧下では水蒸気が移
動し易くなるため、効率の良い乾燥が図れる。この減圧
下における材料のマイクロ波乾燥技術として、特公平１
−１６７８８号公報には、被乾燥物をマイクロ波等で加
熱した後、減圧下で乾燥する方法が記載されている。ま
た、特開昭６２−１９４１８１号公報では、乾燥中減圧
容器内の雰囲気温度を、その減圧下における水の沸点温
度と見なして乾燥終了基準を設定している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】溶融金属用容器におけ
る内張り不定形耐火物の乾燥方法において、従来のガス
バーナーによる片面加熱乾燥や、大気圧下でのマイクロ
波乾燥では、施工肉厚の増大に伴い長時間乾燥を余儀な
くされ、エネルギーコスト的に劣る。

【０００６】また、従来の大気圧下での乾燥法では、水
分の完全な脱水のためには、施工した試料の背面温度が
１００数十℃に達するまで加熱することが必要である。
その際、加熱表面の温度は少なくとも３００℃には達し
ており、施工体ライニング深さ方向の温度差や内部水蒸
気圧の上昇により、材料内に亀裂の発生や爆裂といった
現象が起こり易い。乾燥後の材料物性の点でも、乾燥中
の温度上昇、乾燥の長時間化により、材料中のＭｇＯ等
が、水和による膨張、脱水による収縮を生じる影響で組
織が劣化し、乾燥後の材料物性に悪影響を及ぼす。尚、
ここで言う物性とは、材料の強度、耐食性、耐熱スポー
ル性等を指す。

【０００７】大気圧下における乾燥法に対して、特公平
１−１６７８８号公報には、被乾燥物をマイクロ波等で
加熱した後、減圧下で乾燥する方法が記載されている
が、溶融金属容器内張り不定形耐火物施工体のように肉
厚が２００〜５００ｍｍにも及ぶ被乾燥物では、減圧乾
燥過程で大量の蒸発潜熱が奪われることから材料温度が
下がり、背面まで充分な乾燥は行えない。また、乾燥の
終了を判断するために、特開昭６２−１９４１８１号公
報では、乾燥中減圧容器内の雰囲気温度を、その減圧下
における水の沸点温度と見なして乾燥終了基準を設定し
ているが、不定形耐火物施工体は施工肉厚が厚く、施工
体内に温度勾配、圧力勾配が生じることから、雰囲気温
度は必ずしも施工体背面における沸点温度と一致せず、
雰囲気温度を基準にした乾燥終了基準の設定は困難であ
る。

【０００８】そこで本発明は、溶融金属用容器内張り不
定形耐火物を、施工肉厚の大小に関わらず、施工体背面
まで短時間かつ低温で乾燥でき、乾燥後材料の物性を高
め、しかも的確な乾燥完了基準を有した乾燥方法を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、溶融金属用容
器に内張り施工した不定形耐火物を、減圧下に置いた状
態でマイクロ波照射して乾燥する方法において、容器内
部を２５０Ｔｏｒｒ以下、３０Ｔｏｒｒ以上の減圧に保
持し、マイクロ波を耐火物１ｋｇ当り０．５Ｗ以上１５
Ｗ以下照射し、不定形耐火物施工体背面温度が予め定め
た基準温度に達した時に、前記不定形耐火物の乾燥を完
了することを特徴とする。

【００１０】

【実施例】以下、本実施例について、図面を参照しなが
ら作用と共に説明する。実施例１図１は、溶融金属用容器１の内張り耐火物として、水硬
性セメントを主な結合剤とする不定形耐火物２を、現場
で加水混練後、振動を与えながら例えば不定形耐火物２
の施工厚みが２５０ｍｍの厚みになるよう流し込み施工
した場合の乾燥方法を説明する図である。一定時間養生
し、養生強度が発現したところで、容器溶融金属用容器
１に、マイクロ波導入用の導波管３、空気・水蒸気排出
用の排気管４を装備した密閉蓋５をかぶせる。

【００１１】導波管３内と溶融金属容器１内の間は、気
密性を保ちつつマイクロ波を透過するような材質、例え
ば石英ガラス６等で仕切られている。容器内を減圧状態
にし、気密性を確認した後、耐火物にマイクロ波を照射
し加熱（乾燥）を行う。尚、本発明に用いる不定形耐火
物施工体２の施工厚みは、本実施例に限らず、溶融金属
の種類、温度処理容量、処理時間等によって適宜選択さ
れる。

【００１２】ここで、本発明に用いるマイクロ波照射装
置は、通常周波数が数百から数千ＭＨｚの工業用マイク
ロ波加熱装置であれば利用でき、真空脱気用のポンプ
は、水封式ポンプ、メカニカルポンプ、スチームエゼク
ター等、多量の水蒸気を含んだ気体についても大きな排
気速度が得られるものであればよい。

【００１３】図２には、水の蒸気圧曲線を示す。図２よ
り、雰囲気の気圧の低下に伴い水の沸点は下がるが、３
０Ｔｏｒｒよりも下がると容器内でマイクロ波の放電現
象が生じ、マイクロ波のエネルギーが消費されてしま
う。また、２５０Ｔｏｒｒを超えると水の沸点が７０℃
を超え、低温での乾燥が困難となる。

【００１４】照射するマイクロ波の出力は、耐火物１ｋ
ｇ当たり０．５Ｗ以上１５Ｗ以下であることが必要であ
る。０．５Ｗより小さいと、マイクロ波エネルギーが水
の潜熱等で消費され、マイクロ波が耐火物の表面付近で
減衰してしまい、耐火物施工体の背面まで乾燥すること
が困難になる。１５Ｗを超えて照射すると、炉内での放
電現象が顕著になると共に、耐火物表面部が過度に加熱
されたり、急激な蒸発により耐火物内部の水蒸気圧力が
大きくなりすぎたりして、施工体内に亀裂が多数発生
し、強度、耐熱スポール性が低下する。

【００１５】不定形耐火物の乾燥完了は、乾燥中耐火物
背面に設置した熱電対８等による温度計測により判断で
きる。本来水分の乾燥は、材料温度が図２に示す雰囲気
圧力下の沸点に達した際にはほぼ完了するが、不定形耐
火物施工体は施工肉厚が厚く、施工体内に温度勾配、圧
力勾配を生じることから、施工体背面においては、雰囲
気圧力下沸点以上の温度に達するまで乾燥が完了せず、
施工肉厚により乾燥完了時の施工体背面温度が異なる。

【００１６】そこで施工する不定形耐火物の材質に応じ
て、予め乾燥が完了する際の施工体肉厚とその背面温度
との関係を実験により求めておくことにより、乾燥完了
時間を的確に決定することができる。図３に、本発明者
らが行った水硬性セメント結合塩基性不定形耐火物（表
１）を、雰囲気圧力１００Ｔｏｒｒ下マイクロ波照射に
より乾燥させた場合の施工体厚みと乾燥完了温度との関
係について、実験結果例を示す。図３より、一定の不定
形耐火物材料と雰囲気圧力下において、施工体厚みと背
面乾燥完了温度の間には相関が認められ、例えば、施工
厚みが２５０ｍｍの場合は、施工体背面温度が雰囲気圧
力下沸点＋２０℃に達した時点で乾燥を終了させればよ
い。同様に、施工厚みが５００ｍｍの場合は、施工体背
面温度が沸点＋３０℃に達した時点で乾燥を終了させれ
ばよい。

【００１７】

【表１】

【００１８】以上に述べたように、不定形耐火物の種類
と雰囲気圧力、施工体厚みに応じて施工体背面温度を知
ることが、乾燥完了判断の明確な基準となる。

【００１９】次に、本発明の乾燥方法と比較乾燥方法に
ついて、乾燥効率を調査した結果を表２に示す。表２
は、水硬性セメントを結合剤とする、塩基性不定形耐火
物（表１）を、溶融金属用容器内に２５０ｍｍの厚みで
施工し、数日間の養生の後、図１に示す本発明の方法で
乾燥した際の結果と比較例を示す。

【００２０】

【表２】

【００２１】表２で比較例として掲げたガスバーナーに
よる乾燥は、ＣＯＧガスを時間当たり１００Ｎｍ³ 燃焼
させた場合の結果であり、熱風＋マイクロ波乾燥は、溶
融金属用容器内に１５０℃または２５０℃の熱風を循環
させながらマイクロ波を照射した場合の結果である。乾
燥は、本発明、比較例に関わらず、施工体背面が雰囲気
下沸点より２０℃高い温度に達した時点をもって終了し
た。

【００２２】また、脱水率は、

【００２３】

【数１】

【００２４】と定義し、

【００２５】試料内温度勾配は、

【００２６】

【数２】

【００２７】と定義している。

【００２８】表２より、本発明である減圧下でマイクロ
波を照射する方法は、比較例の３分の２以下の時間で乾
燥を終了でき、且つ脱水率は比較例よりも２％以上優れ
る。また、本発明の乾燥の場合は、施工厚み方向におけ
る試料内温度勾配が比較例の２分の１以下と小さいこと
から、乾燥中の亀裂発生等は全く認められなかった。さ
らに本発明乾燥方法による消費エネルギーは、乾燥時間
が短いこと、熱風発生よりも雰囲気を減圧状態に保つ方
が消費エネルギーが少なくてすむことから、比較例の２
分の１以下と、エネルギーコスト的にも優れる。

【００２９】実施例２図４は、溶融金属用容器１の内張り耐火物として、水硬
性セメントを主な結合剤とする不定形耐火物２を、現場
で加水混練後、振動を与えながら例えば不定形耐火物２
の施工厚みが５００ｍｍの厚みになるよう流し込み施工
した場合の乾燥方法を説明する図である。

【００３０】一定時間養生し、養生強度が発現したとこ
ろで、容器溶融金属用容器１を、金属性の密閉容器７に
挿入し、図１の場合と同様の密閉蓋５をかぶせる。導波
管３内と溶融金属容器１内の間は、気密性を保ちつつマ
イクロ波を透過するような材質、例えば石英ガラス６等
で仕切られている。容器内を減圧状態にし、気密性を確
認した後、耐火物にマイクロ波を照射し加熱（乾燥）を
行う。

【００３１】尚、本発明に用いる不定形耐火物施工体２
の施工厚みは、本実施例に限らず、溶融金属の種類、温
度処理容量、処理時間等によって適宜選択される。ま
た、マイクロ波照射装置、真空脱気用ポンプ等の乾燥用
機器、雰囲気圧力、マイクロ波出力、乾燥終了基準の設
定等の乾燥条件は、実施例１と同様である。

【００３２】表３には、水硬性セメントを結合剤とす
る、塩基性不定形耐火物（表１）を、溶融金属用容器内
に図２に示す概要で５００ｍｍのライニング厚みで施工
し、数日間の養生の後各種乾燥方法で乾燥した際の結果
を示す。

【００３３】

【表３】

【００３４】表３で比較例として掲げたガスバーナーに
よる乾燥は、ＣＯＧガスを時間当たり１００Ｎｍ³ 燃焼
させた場合の結果であり、熱風＋マイクロ波乾燥は、溶
融金属用容器内に１５０℃または２５０℃の熱風を循環
させながらマイクロ波を照射した場合の結果である。乾
燥は、本発明、比較例に関わらず、施工体背面が雰囲気
下沸点より３０℃高い温度に達した時点をもって終了し
た。また、脱水率、試料内温度勾配等の定義は、表２に
おける定義と同様である。

【００３５】表３より、本発明である減圧下でマイクロ
波を照射する方法は、比較例の６割以下の時間で乾燥を
終了でき、且つ脱水率は比較例よりも３％以上優れる。
また、本発明の乾燥の場合は、施工厚み方向における試
料内温度勾配が比較例の２分の１以下と小さいことか
ら、乾燥中の亀裂発生等は全く認められなかった。さら
に本発明乾燥方法による消費エネルギーは、乾燥時間が
短いこと、熱風発生よりも雰囲気を減圧状態に保つ方が
消費エネルギーが少なくてすむことから、比較例の２分
の１以下と、エネルギーコスト的にも優れる。

【００３６】実施例３本発明の減圧下マイクロ波乾燥と、比較例として示す従
来の乾燥方法により乾燥した試料の材料機能を調査した
結果を表４に示す。

【００３７】

【表４】

【００３８】表４は、水硬性セメントを結合剤とする、
塩基性不定形耐火物（表１）を、溶融金属容器内に施工
肉厚２５０ｍｍで施工し、本発明及び比較用の乾燥方法
で乾燥した後、耐火物施工体中から、４０×４０×１６
０ｍｍの形状で試料のサンプリングを行い、各物性を測
定した結果を示すものである。それぞれの乾燥条件は、
ＣＯＧ流量１００Ｎｍ³ 、熱風２５０℃、減圧度１００
Ｔｏｒｒで行い、熱風循環下、減圧下共にマイクロ波出
力は耐火物１ｋｇ当たり２．５Ｗとした。

【００３９】表４中の耐熱スポーリング性指数は、１４
００℃加熱−強制空冷の繰り返しによる剥落までの回数
より以下のように算出したものであり、大きいほど耐熱
スポーリング性に優れる。

【００４０】

【数３】

【００４１】耐食性指数は、１５００℃でＣ／Ｓ＝３の
溶鋼スラグ中に、８Ｈｒ浸漬した後の残存厚みより以下
のように算出したもので、大きいほど耐食性に優れる。

【００４２】

【数４】

【００４３】強度指数は、各方法による乾燥後試料を、
１５００℃×３Ｈｒ焼成した後の曲げ強度値より以下の
ように算出したもので、値が大きいほど高い強度を示
す。

【００４４】

【数５】

【００４５】耐熱スポーリング性指数、耐食性指数、強
度指数共に１５０以上を良好とし、１５０未満を不良と
したところ、本発明による乾燥後試料は、耐熱スポーリ
ング性、耐食性、強度、全ての物性が良好と判断でき
る。

【００４６】以上より、不定形耐火物施工体を、本発明
である減圧下におけるマイクロ波乾燥により乾燥するこ
とで、乾燥後の耐火物に優れた耐熱スポーリング特性、
耐食性、強度が得られる。

【００４７】本発明である減圧下でのマイクロ波乾燥を
施した溶融金属精練用容器を実使用した結果の耐用性
を、耐用性指数として表４中に示した。ここで耐用指数
とは、溶融金属容器の内張り不定形耐火物を、ガスバー
ナー加熱により乾燥した場合の耐火物の寿命を１００と
する指数であり、大きいほど耐用性が良く、寿命が長
い。比較例として挙げた従来乾燥方法による場合と比べ
て、約５０〜６５％耐火物の寿命延長が可能となった。

【００４８】

【発明の効果】以上に説明してきたように、溶融金属容
器内に施工した不定形耐火物を、施工体背面温度を測定
しながら、容器中でそのまま減圧下におけるマイクロ波
照射が可能な装置を用いて乾燥し、背面が予め定めた基
準温度に達した際乾燥を完了することで、従来の乾燥方
法よりも短時間で、且つ充分な乾燥を行うことが可能と
なり、乾燥完了までの消費エネルギーも２分の１以下に
することができる。また、この方法により乾燥した耐火
物の耐熱スポーリング性、耐食性、強度は、従来乾燥を
施した耐火物と比べて大幅に向上し、溶融金属用容器の
寿命を、約５０％以上延命することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明である乾燥方法を行うための装置の概要
を示す。

【図２】水の蒸気圧の温度依存性を示す。

【図３】不定形耐火物施工体厚みと、乾燥完了の際の施
工体背面温度との関係を示す。

【図４】本発明である乾燥方法を行うための装置の概要
を示す。

【符号の説明】

１溶融金属用容器２不定形耐火物３導波管４排気管５密閉蓋６石英ガラス７密閉容器８熱電対

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融金属用容器に内張り施工した不定形
耐火物を、減圧下に置いた状態でマイクロ波照射して乾
燥する方法において、容器内部を２５０Ｔｏｒｒ以下、
３０Ｔｏｒｒ以上の減圧に保持し、マイクロ波を耐火物
１ｋｇ当り０．５Ｗ以上１５Ｗ以下照射し、不定形耐火
物施工体背面温度が予め定めた基準温度に達した時に、
前記不定形耐火物の乾燥を完了することを特徴とする不
定形耐火物乾燥方法。