JPS63312803A - 粉体を圧縮するための用具及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、粉体、詳しく述べるならば耐熱性の壁及び
その他の構造部材を製作するのに使われる粉末耐火セメ
ントを成形するための用具及び方法の分野に関する。耐
火セメントは、ムライト、カイアナイト、窒化ケイ素、
オキシ窒化ケイ素、炭化ケイ素、フユームドシリカ、ア
ルミナ、ジルコニア、マグネシア、クロミア等のような
粉末耐火性物質を含んでなる。ある種のセメントにおい
ては、耐火性物質は、セメントを固めるのに使用される
加熱の間に焼結することによって適当に自己結合するこ
とが可能である。他のタイプでは、ホウ酸、炭酸カルシ
ウム、ケイ素粉末、酸化鉄等のような特別の結合物質を
、より耐火性の成分に加えて使用しても“よい。実用的
な耐火セメント組成物の例が、米国特許第４４７６２３
４号明細書に示されている。これらのセメン斗は、適当
な開放式の型又はその他の容器により定められる所望の
形状の空間へ詰め込まれ、次いでこの詰め込まれたセメ
ント付形物を加熱することによって固め、凝集物体にさ
れる。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕従来の
技術においては、耐火セメントを成形するためには二つ
の異なる種類の用具、すなわち、ゆるい（ｌｏｏｓｅ）
セメントを脱気させるための用具及びセメント粒子を振
り動かしてきつい充填物にするための振動機を常習的に
必要としていた。脱気用の用具は標準的に、およそ縦６
．５　ｃｍ横１１ｃｍのベースから延びるおよそ幅３ｃ
ｍ長さ１３ｃｍのテーパー付きのたがねの先端又はフォ
ークを有し、これらの突起は中心が約４ｃｘａＮれたも
のである。

脱気用の用具の寸法は、製作すべき構造部材の寸法に従
って幾分変化する。最もよく使われている振動機は、お
よそ−辺１５Ｃ１ｌ厚さ４ｆｉの固い平らな正方形の接
触板を有する。この接触板は駆動手段に取付けられ、そ
してその駆動手段は、作動された時に１秒につき約６０
回の振動速度で約３璽朧の振幅で接触板を振動させる。

頻度はもっと少ないが、一体式の板よりもむしろ孔のあ
いた板を有する振動機が使用される。最も開業に使われ
るタイプの孔あき板は、孔の中心が約２５龍離れた直径
約６ｍｍの円形の孔を有する。孔のあいた板を作動させ
て一体式の板と同じ振幅及び振動数で振動させるのに、
同一の駆動手段が使用される。孔のあいた仮を用いる振
動機は、それが使用される容器の上の空気中に標準的に
非常に多くの粉塵を発生させてそれを使用する作業員を
かなり不快な目にあわせるために、相対的にほとんど使
用されない。

従来の技術においては、耐火性構造部材を成形すべき容
器に、通常１０〜１５龍の厚さのセメントの層を入れる
。次に、この粉体の層を、床の全ての部分を通して上記
のフォークの脱気用具を上下に合計して約２分間動かし
て脱気する。一般には、−人の作業員が受は持つ床の面
積は、使用するフォーク状用具のベースの面積のおよそ
４〜１０倍であり、またこの用具の突き出しているたが
ねの先端又はフォークは、最初の粉体層の深さ全体を貫
通するのに十分な長さである。

上記の層の脱気の完了後、先に説明した振動機の接触板
を脱気される粉体床の上の一部分に当て、振動させる。

作業員は、床全体を通じて圧縮の程度が十分且つ適度に
均一になるまで、作動された接触板を粉体層の全領域に
わたり移動させるが、これには通常約１分の合計接触時
間を必要とし、−人の作業員はやはり、脱気用具を使用
する時のように、振動機の接触板の面積のおよそ４〜１
０倍の面積を受は持つ。

通常の場合がそうであるように、粉体の最初の層よりも
厚い構造部材を製作すべき場合には、積層の形成を防止
するため、振動し詰められた粉体床の表面にその後くま
で又は同様の用具ですしが付けられる。このすし付は作
業を省略した場合、次々に連結する層の間の転移域に沿
って、製造すべき構造部材に標準的に弱点が生ずる。当
業界において［積Ｊｉ　（ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）　Ｊ
又はいずれかの関連用語で呼ばれるこの望ましくない効
果は、セメント内のより粗い粒子に冨む粉体の薄い層が
振動工程の間に各層の上部にたまる傾向があるために起
こると信じられている。すしを付けることによってこれ
を自由にし、加えられる粉体の次の層からのより細かい
粒度の成分の一部と容易に混じり合うことができるよう
にしない場合には、最終の構造部材に非常に多孔性の薄
い層が形成される。このような非常に多孔性の層は、機
械的損傷又は、最終の構造部材がそれを入れるために用
いられる溶融金属のような何らかの液体の浸透を、一層
受けやすい。

最初の粉体層を脱気し、振動し、そしてそれにすしを付
けた後に、この詰め込んですしを付けた最初の粉体層の
上へ二番目の層を形成するもっとゆるい粉体を加え、そ
して前述の脱気工程、振動工程、そして必要なら′ばす
じ付は工程を、脱気及び圧縮された粉体の厚さが十分に
なるまで繰り返す。次に、圧縮プロセスを完了する。こ
の方法は、炉のライニング又は、ベースの大きさが数平
方メートル又はそれ以上であり、且つ、厚さが１０ｃ＋
ａ以上そして高さが２ｍ又はそれ以上の壁を有する容器
を作るのにしばしば使用されるので、この圧縮プロセス
は非常に長たらしいものになりかねない。そのような炉
のライニングは、しばしば重金属工業において鋳造又は
同様の目的のために液体金属を入れるのに用いられる。

粉体を適当に圧縮して所望する構造部材全体の形状及び
寸法が得られたならば、当業界において周知の方法に従
って加熱して、この圧縮粉体を該構造部材に転化させる
。往々にしてそうであるように、耐火性構造部材を取は
ずし可能な金型の壁の内側にはめ込む場合には、型の領
域の周囲にトーチランプを適用して該構造部材を固まら
せてもよい。構造部材が炉のラインニングである場合に
は、炉自体の加熱装備をもっと頻繁に加熱のために利用
する。

〔課題を解決するための手段及び作用効果〕従来技術の
振動機におけるように平らな一体式の又は孔のあいた板
ではなく、一体式のキャップから突き出した一体式の突
起を備えた接触器を有する振動用具を利用することによ
って、従来技術の圧縮プロセスを大いに単純化し且つ能
率化することができる。この発明による接触器のキャッ
プは、通常量も都合よくは仮の形に作られるので、以下
においてはしばしば「キャップ板」と呼ぶことにする。

しかしながら、どのような形であっても、圧縮すべき粉
体の大部分がそれを通って移動するのを防止するのに十
分丈夫であり、またそれから突き出している突起と共同
して空隙を定め、そしてこの空隙において、圧縮される
べき粉体の粒子をこの空隙の上部を通して逃がすことな
（急速に運動させることができるものは、適切なるキャ
ップとして役に立つことができよう。例えば、大きな円
筒殻の小部分、低い角錐、及び広範囲の不規則表面は、
全て適切なキャップ帯（ｃａｐ　ｚｏｎｅｓ）として役
に立つことができよう。この種の振動用具は、別々の脱
気工程及びすし付は工程をなくし、連続的に粉体を加え
てどのような厚さの床を形成する°ことをも可能にし、
単独の脱気用具の必要をなくし、そして従来技術により
得られる圧縮床と実質上同じほど緻密な圧縮床を有意に
より短い時間で作り出す。

この発明による振動接触器のキャップ板は、機械的に頑
強なものにするため十分厚くすべきであるが、駆動する
のに過剰な動力を必要とするはｔ厚くすべきではない。

一般的には、厚さ２〜１０酊の鋼板が好ましい、接触器
の突起の形状は、（１）これらの突起が接触器のキャッ
プ板と比較して小さい複数の振動用の末端の丈夫な表面
、例えば通常は６−より小さい表面であって、且つ好ま
しくはキャップ板から６〜７７１ｎ＃れている表面を作
り出すこと、（２）突起の支持部が、振動時に容易に破
損するのに耐えるのに十分、且つ、キャップの振動動作
をほとんど又は全く変えずに上記の末端の表面へ伝える
のに十分頑丈であること、そして、（３）これらの突起
の上記の末端表面がお互いに、突起の最も幅の広い部分
の平均幅の少なくとも半分はどの平均距離だけキャップ
板に対して平行な方向に離されていることを条件として
、特に重要であるとは思われない。この種の振動接触器
は、キャップ板及び突起の両方が粉体の一部と緊密に接
触するのに十分な圧力で、そして振動器に小さな振幅の
振動動作を与えて、粉体床の表面へ適用される。接触器
は、粉体層の上部の領域のうちの一つの特定部分に数秒
間接触させた後に、該領域の別の部分へ、最終的に全て
の領域に及ぶまで移動させる。追加の粉体は、接触器に
より覆われていない床の部分へ、連続流又は断続流で、
いつでも加えることができる。また、粉体を適切に管理
して加えること及びこの発明による振動用具の接触器を
適用することによって、別々の脱気工程及びすし付は工
程のために少しでも中断することなく、いずれの領域に
も適切に圧縮された深さの粉体床をどのような所望の深
さにも作ることができよう。

出願人らは、作用のどのような特定の理論に縛られるこ
とも望まないけれども、本発明の有益な結果は、ある意
味では、粉体粒子の活発な動きが振動接触器のキャップ
から最も遠い突起の距離に相当する深さにわたって維持
されることに関係があると信じる。キャップ板から遠い
突起の端部は、それらが最も緊密に接触する粉体粒子を
激しく動かすと信じられ、そのため粉体粒子は、キャッ
プ板の下であって突起と突起との間の空隙にゆるく詰ま
ったもうもうとした状Ｂ（ｃｌｏｕｄ）を形成する。

この帯域内の粒子間の衝突は、粒子から吸収空気を放た
せるのを助けると信じられ、そしてこの空気は、従来技
術におけるのよりも一層容易に、突起間の空隙を通りそ
してキャップ板の縁を回って流れ出ることができる。

混合物中のより大きな粒子は、キャップ板と接触するこ
とによって突起間で振動している粒子の比較的深い帯域
へ戻されると信じられるが、さもなければ、振動帯域の
上方の部分に選択的にたまる傾向がみられよう。実際の
機構はどうであれ、強固で且つ漏れのない最終の構造部
材を成形するのに必要な細かい粒子の最小限度の割合に
過度の不足を来した粉体の層の形成することが、この発
明の方法によって、別のすし付は工程を少しも必要とせ
ずに回避される。

次に、本発明の好ましい態様を説明する。

便宜上、この発明の接触器の突起は、通常その寸法が実
質的に均一であり、また、キャップ板が振動駆動手段へ
取付けられる側の反対側の表面全体にわたり実質上均等
に間隔をあけて配置される。

はとんどどのような適当に細長い形状の突起でも十分で
あろうとは信じられるが、円筒、円錐、角錐、たがねの
先端（現実のたがねにおいて使用される形状と違って通
常はいくらか平らにされる）のような単純で且つ容易に
得られる形状を有する突起を使用すること、また、キャ
ップ板と接する所が最大の幅を有する突起を使用するこ
とが、通常量も都合がよい。キャップ板を突起と組み合
わせたこの発明による接触器の形状は、鋳造のようなど
のような適当な手段によっても得ることができるであろ
うが、別々の突起を表面の滑らかなキャップへ、溶接も
しくはねじ込み接続具により、又は何らかの他の適当な
方法によって取付けることが、一般にはもっと簀用がか
からず、従って好ましいことである。

キャップ板の面積、所定のキャップ板面積の接触器で圧
縮される粉体の面積、並びに、接触器全体の振動の振幅
及び振動数は、キャップ面積が従来技術において使用さ
れている平らな板の接触器。

の面積に相当するものにあっては、好ましくは従来技術
の場合とほぼ同じである。圧縮粉体を有用な構造部材に
変えるのに必要とされる接触操作に続く全ての工程は、
従来技術におけるのと同じやり方で実行してよく、また
本発明を適用することができる粉体のタイプには、従来
技術において使用されている全範囲のものが含まれる。

この発明による接触器の突起は、好ましくは金属で作ら
れ、通常は経済的なために鋼が採用される。突起の寸法
及び形状が同様のものであり、且つ、用具が慣用的な耐
火セメントに対して使用されるものである場合には、突
起は最も好ましくは、正方形の格子上に中心を２０〜２
８ｍｍ離して間隔をあけて配置して、最大の幅を５〜７
鶴とし、長さを１２〜２４龍とすべきである。

本発明の実際は、以下に掲げる例から更に認めることが
できる。

〔実施例〕

■−上 マサチューセッツ、ウースターのツートンカンパニーに
より商品名ＶＡ　−１５０で市販されている慣用的な耐
火セメントを、この例のために使用した。

これは、酸性及び塩素性スラグセメントの両方に推奨さ
れる、溶融アルミナに基づく乾燥振動セメントである。

それは、クロムアルミナ固溶体結合機構を利用する。　
ＶＡ−１５０セメントの代表的な化学分析は１．アルミ
ナ８８．０％、クロミア８．０％、チタニア２．０％、
シリカ１．０％、五酸化リン０．６％、及び他の成分０
６４％である。このセメントの代表的な物理的性質には
、６Ｆの粒度、２．９　Ｍｇ／　ｎ（の乾燥打ち固め密
度（ｄｒｙ　ｒａｍｍｅｄ　ｄｅｎｓｉｔｙ）、８７０
℃の初期結合温度、１３７０℃の熟成温度、及び１８１
５℃の最高使用温度が含まれる。

この例ではＶＡ−１５０セメントを使用して、高さ約２
０ｃｍの壁と一辺約３０ｃｍの底板とを有する正方形の
型を満たした。慣用的な従来技術の手法によって約１０
ｃｍの高さの粉体層を標準的に使用したため、この型を
満たすのには二つのそのような層を必要とした。粉体の
各層について、脱気工程は約２分かかり、振動工程は約
１分かかった。使用した振動機は、ニューヨーク１１７
４６．メルビル（Ｍｅｌｌｖｉ　１ｉｅ）　＋　　ベイ
レスロード（Ｂａｙｌｅｓｓ　Ｒｏａｄ）５０のロバー
ト・ボッシュ社（Ｒｏｂｅｒｔ　Ｂｏｓｃｈ　Ｃｏｒｐ
、）より入手したものであって、同社によりタイプ＃０
６１８８９００００８と呼ばれている。それは、三相か
ご彫型動機の回転子の軸に取付けられた偏心分銅によっ
て引き起こされる円形振動を生じさせる。偏心率は、約
２３５ｋＰａの遠心力を与えるように調整した。各辺が
約１５ｃｍであり厚さが約３酊である平らな正方形の鋼
製接触板を、前述の従来技術の記載のところで説明した
フォーク状用具、すし付は用のくまで、及び手法と共に
使用した。詰め込んだ床について得られた密度は、２．
９　Ｍｇ／　ｒｄであった。

本発明による振動用具１０を第１図に示す。これは、先
に説明した駆動手段１１を有し、また軸１２及び端板１
４を有する。ポルト１３は、接触機２０を取付けるのに
使用される。接触機２０の拡大図を第２図及び第３図に
示す。キャップ２１は、各辺１５値及び厚さ約３１厳の
平らな正方形の鋼製の接触板であって、振動伝動装置へ
取付けるためのボルト孔２４を有する。この接触器は円
筒状の突起２２を有し、そしてそれはキャップへ溶接さ
れ、また平らな末端の接触表面２３で終えている。直径
６ｆｌ及び長さ１９ｍｍであり、中心を２５ｗずつ離し
て配置した鋼製の突起を有するこのような用具を使用し
た場合、上の方にたまってくる粉体層の別の部分に対し
て振動機を保持しながらこの容器へ粉体を連続的に加え
ることができ、また、型全体に満たすために十分に圧縮
するプロセスについて必要な合計時間は、わずか２分に
過ぎなかった。達成された密度は、従来技術の方法によ
って達成されたそれと測定精度の範囲内で同等であった
。容器より上の空気中の粉塵は、従来技術の平板を用い
た振動機を使用するよりもこの発明による振動機を使用
した場合の方が、かなり低濃度のものになる、というこ
とが認められた。

同等に良好な結果を与えた別のタイプの接触器４０を、
第４図及び第５図に示す、これは、キャップ２１と同じ
形状及び材料のキャップ４１を有し、また、末端の接触
表面４３で終えるたがねの先端状の突起４２を有する。

これらの突起の基部は、およそ２５×２０１１であり、
また末端表面４２は幅が約２鰭であって、キャップ４１
から約４０ｍｍ離れている。

貫１反堕炭ユ これらの例は、例２及び例３のためにそれぞれツートン
カンパニーのＶＡ−１５７セメント及びＶＡ−１１２セ
メントを用いたことを除き、例１と同じであった。　Ｖ
Ａ−１５７セメントは、酸性から中性までの用途に堆奨
される、溶融アルミナに基づくタイプのセメントである
。このセメントについての代表的な化学分析は、アルミ
ナ９３．５％、シリカ３．９％、チタニア１．９％、酸
化第二鉄０．２％、及び他の成分０．５％である。この
セメントの代表的な物理的性質には、６Ｆの粒度、３．
０　Ｍｇ／　ｇの乾燥打ち固め密度、１２００℃の初期
結合温度、１２３０℃の熟成温度、及び１８２０℃の最
高使用温度が含まれる。

ＶＡ−１１２セメントは、特に低温結合用を目的とする
溶融アルミナセメントである。このセメントの代表的な
化学分析は、アルミナ９１．５％、シリカ４．４％、チ
タニア１．８％、酸化第二鉄０．２％、及び他の成分２
．１％である。このセメントの代表的な物理的性質には
、６Ｆの粒度、２．９　Ｍｇ／　ｒｒ？の乾燥打ち固め
密度、５５０℃の初期結合温度、８４０℃の熟成温度、
及び１７０５℃の最高使用温度が含まれる。

ＶＡ−１５７及びＶＡ−１１２の両方のタイプのセメン
トにあっては、この発明による方法を使用しても従来技
術の方法を使用しても、得られた脱気し詰め込まれた粉
体の密度は測定精度の範囲内で同じであったが、必要と
する時間は、この発明による方法を使用した場合がかな
り短かった。

以上、本発明を耐火セメントへの応用に関して説明して
きたが、本発明は更に一般的に、空気を閉じ込める傾向
があり且つ使用する前に圧縮することを必要とするどの
ような乾燥粉体の圧縮にも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による振動用具の好ましいタイプの側
面図、第２図及び第３図はこの振動用具と共に使用する
のに適当な接触器の、それぞれ側面図及び底面図、第４
図及び第５図は接触器のもう一つの適当なタイプの、そ
れぞれ側面図及び底面図である。 図中、ｌＯは振動用具、１１は駆動手段、２０゜４０は
接触器、２１　、４１はキャップ、２２　、４２は突起
、２３　、４３は接触表面。 以下余白

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）少なくとも２５ｃｍ＾２の投影面積を示す実
   質的に滑らかな表面を有するキャップ、 （ｂ）このキャップの一つの主表面から突き出している
   複数の細い突起であって、この突起のそれぞれがそれの
   上記のキャップへの取付け箇所の反対端にこのキャップ
   上の最も近い点から６〜７７ｍｍの距離に接触表面を有
   し、この突起接触表面のそれぞれがその一番近くの隣接
   した突起接触表面から離れている平均の距離が、少なく
   とも該突起の平均の最大幅の半分に等しくなっているも
   の、 （ｃ）上記のキャップをその突起のある側の反対側で、
   その作動時に接触器要素へ振動動作を与えることができ
   る駆動手段へ取付けるための手段、を含んでなる振動接
   触器要素。 ２、前記キャップの面積が２５〜６５０ｃｍ＾２であり
   、且つ、前記突起の平均最大横断面積が０．１〜１５ｃ
   ｍ＾２である、請求項１記載の接触器。 ３、前記突起の全ての大きさ及び形状が実質的に等しく
   、且つ、前記キャップが平らな板である、請求項２記載
   の接触器。 ４、前記キャップの厚みが２〜１０ｍｍであり、前記突
   起の平均最大横断面積が０．２〜６ｃｍ＾２であり、ま
   た、前記突起の末端表面の前記キャップからの距離が１
   ２〜２４ｍｍである、請求項３記載の接触器。 ５、（ａ）駆動手段であって、該駆動手段に取付けられ
   た実質的に硬質の物体に振動動作を行なわさせるもの、 （ｂ）上記の駆動手段を接触器へつなげる取付け手段、 （ｃ）接触器であって、（ｉ）上記の取付け手段へ取付
   けられる側の反対側に実質的に滑らかな表面を有するキ
   ャップと、（ｉｉ）このキャップの、上記の取付け手段
   へ取付けられる側の反対側に取付けられた複数の突起と
   を含んでなるもの、を含んでなる、粉体を圧縮するため
   の用具。 ６、前記接触器が少なくとも２５ｃｍ＾２の投影面積を
   有するキャップと、それぞれがこのキャップへ取付けら
   れた箇所の反対側の端でこのキャップ上の一番近い点か
   ら６〜７７ｍｍの距離に末端接触表面を有する突起とを
   有し、また、この突起末端接触表面のそれぞれがそれに
   一番近い隣接した突起末端接触表面から離隔する平均の
   距離が少なくとも突起の平均最大幅の半分に等しい、請
   求項５記載の用具。 ７、前記振動動作の振幅が１〜６ｍｍであり、振動数が
   １秒当り３０〜９０である、請求項６記載の用具。 ８、前記キャップの面積が６５０ｃｍ＾２以下であり、
   且つ、前記突起の平均最大横断面積が０．１〜１５ｃｍ
   ＾２である、請求項７記載の用具。 ９、前記キャップが平らな板であって厚みが２〜１０ｍ
   ｍであり、前記突起の大きさ及び形状が実質的に等しく
   、前記突起の最大横断面積が０．２〜６ｃｍ＾２であり
   、そして、前記末端表面の前記キャップからの距離が１
   ２〜２４ｍｍである、請求項８記載の用具。 １０、上部が開放された容器内で細かい粉体を圧縮する
   ための方法であって、該方法が該容器内のそのような粉
   体の層の上面の一部分に振動用具の接触器を接触させる
   ことを含み、この振動用具が、（ａ）駆動手段であって
   、該駆動手段に取付けられた実質的に硬質の物体に振動
   動作を行なわさせるもの、 （ｂ）上記の駆動手段を接触器へつなげる取付け手段、 （ｃ）接触器であって、（ｉ）キャップと、（ｉｉ）こ
   のキャップの、上記の取付け手段へ取付けられる側の反
   対側に取付けられた複数の突起とを含んでなるもの、 を含んでなるものである、上記の方法。 １１、前記接触器が少なくとも２５ｃｍ＾２の面積を有
   するキャップと、それぞれがこのキャップへ取付けられ
   た箇所の反対側の端でこのキャップ上の一番近い点から
   ６〜７７ｍｍの距離に末端接触表面を有する突起とを有
   し、また、この突起末端接触表面のそれぞれがそれに一
   番近い隣接した突起末端接触表面から離隔する平均の距
   離が少なくとも突起の平均最大幅の半分に等しい、請求
   項１０記載の方法。 １２、前記振動動作の振幅が１〜６ｍｍであり、振動数
   が１秒当り３０〜９０である、請求項１１記載の方法。 １３、前記キャップの面積が６５０ｃｍ＾２以下であり
   、且つ、前記突起の平均最大横断面積が０．１〜１５ｃ
   ｍ＾２である、請求項１２記載の方法。 １４、前記キャップが平らな板であって厚みが２〜１０
   ｍｍであり、前記突起の大きさ及び形状が実質的に等し
   く、前記突起の最大横断面積が０．２〜６ｃｍ＾２であ
   り、そして、前記末端表面の前記キャップからの距離が
   １２〜２４ｍｍである、請求項１３記載の方法。 １５、前記粉体が耐火セメントである、請求項１０から
   １４までのいずれか一つに記載の方法。