WO2014132699A1 - 吹付け用不定形耐火物 - Google Patents

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Definitions

  • the repair material of Patent Document 2 is basically used for repairing sliding nozzle plate bricks. Since only a very small amount of repair material is used for repairing sliding nozzle plate bricks, the effect of dehydration is small. However, if the construction area is larger and the construction thickness is larger than the repair of the sliding brick plate brick, such as spraying construction for repairing the refractory lining the kiln, the construction volume is large. The effect of moisture retention in the body and a decrease in service life appears remarkably.
  • the problem to be solved by the present invention is to improve the dewaterability of the irregular shaped refractory for spraying to obtain a dense construction body and to improve the adhesion to the work surface.
  • the purpose is to increase the durability of regular refractories.
  • the water-soluble saccharide material acts as a dispersant in the refractory material during construction, and the curing reaction of the refractory material is alleviated. It becomes easy to adhere to the unevenness of the work surface.
  • the saccharide material is heated, water in the structure is evaporated by a dehydration reaction, and a polymer obtained by dehydration polymerization remains in the material. Therefore, the carbon component in the polymer forms a carbon bond at the adhesion interface with the work surface, and the adhesion to the work surface can be improved.
  • refractory material and the binder those generally used in the conventional refractories for wet or dry spraying can be used.
  • examples of the refractory material include alumina, silica, magnesia, calcia, silicon carbide, carbon and the like, and a combination of two or more of these also corresponds to this.
  • examples of the binder include cement, phosphate, silicate, chloride, sulfide, hydroxide, silica sol, and alumina sol.
  • the fine particle having a particle size of 75 ⁇ m or less exceeds 40% by mass, the mixing property of the refractory material and water is deteriorated, and the spray construction is accompanied by pulsation, and a uniform construction body cannot be obtained. Also, in order to compensate for poor mixing of refractory materials and water, when constructed with a large amount of moisture, it becomes a porous construction body. When the dehydration is poor, voids are generated, and further, an explosion phenomenon of the construction body occurs. There is also danger.

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Abstract

【課題】本発明は、吹付け用不定形耐火物の脱水性を向上させて緻密な施工体を得るとともに、被施工面に対する接着性を向上させることで、吹付け用不定形耐火物の高耐用化を実現させる。本発明の吹き付け用不定形耐火物は、耐火材料、結合剤及び水溶性の糖質材料を含有する吹付け用不定形耐火物であって、前記耐火材料及び結合剤の合量１００質量％中に粒径１ｍｍ以上の粗粒を１５質量％以上５５質量％以下含有するとともに粒径７５μｍ以下の微粒を１５質量％以上４０質量％以下含有し、前記水溶性の糖質材料を前記耐火材料及び結合剤の合量１００質量％に対して外掛けで２質量％以上１５質量％以下添加してなる。

Description

吹付け用不定形耐火物
　本発明は、高炉、樋、混銑車、転炉、取鍋、２次精錬炉、タンディッシュ、セメントロータリーキルン、廃棄物溶融炉、焼却炉、あるいは非鉄金属容器等の各種金属容器の内張り耐火物の補修などにおいて施工される吹付け用不定形耐火物に関する。
　吹付け用不定形耐火物の施工は、基本的には耐火材料に水を添加して行われるが、水の添加方法及び耐火材料との混合・混練方法によって、湿式吹付け施工方法と乾式吹付け施工方法とに大別される。湿式吹付け施工方法は、ミキサー等により耐火材料と水を事前に混練してその混練物をポンプ圧送し、吹付けノズル部で結合剤（急結剤）を導入して吹き付ける施工方法である。一方、乾式吹付け施工方法は、事前混練せずに、結合剤を含む耐火材料を乾粉の状態でホース内をエアー搬送し、吹付けノズル部において水を添加して吹き付ける施工方法である。
　従来、このような湿式又は乾式吹付け施工方法に使用される吹付け用不定形耐火物において、糖質材料を添加する技術が知られている。例えば、特許文献１には、湿式吹付け施工方法で使用されるスラリー状の急結剤中の水、急結促進剤、分散剤、耐火性原料微粉等の分離を抑制するために、増粘剤として水溶性の天然高分子多糖類（バイオガム系増粘剤）を添加する技術が開示されている。また、特許文献２には、スライディングノズル用プレートれんがの補修材において、その接着性、分散性及び接着強度を向上させるために、ショ糖などの糖類を添加する技術が開示されている。
特開２００７－３９２５６号公報 特開昭５９－１８１７３号公報
吹付け用不定形耐火物には、良好な施工性とともに被施工面に対する優れた接着性（接着強度）が求められる。この点、特許文献１には、スラリーの分離を防止するために水溶性の天然高分子多糖類を添加する旨が記載されており、施工性への配慮は見られるが、被施工面に対する接着性を向上させるために水溶性の糖質材料を添加する旨については記載されていない。また、特許文献１には、水溶性の天然高分子多糖類をスラリー状の急結剤中の耐火性原料微粉１００質量％に対して０．００５質量％以上０．５質量％以下添加すると好ましい旨が記載されている（段落００４４）。この添加量は、微粉以外の骨材も含めた耐火性原料１００質量％に対する添加量に換算すると極めて少ない（表１）。このため、被施工面に対する接着性向上に効果があるレベルではない。
　また、特許文献２には、耐火材料が１００メッシュ以下（約０．１ｍｍ以下）の微粉のみで構成される旨が記載されている（第１表）。このように耐火材料を微粉のみで構成したものを吹付け施工に適用すると、微粉が水分を吸収してダマになり、耐火材料全体が均一に混合されない。つまり、混合不十分の材料がノズル内を搬送されるため、吹付けノズルから吹き付ける際に、材料が不均一に吐出するいわゆる脈動現象が生じてしまう。吹付け施工で脈動を生じた場合には、不均一な施工体となるため、施工体の耐用低下につながる。
　また、耐火材料を微粉のみで構成した場合、粗粒が存在しないので、施工体中から水分が抜ける経路を確保しにくい。施工体中から水分が抜けにくくなると、水又は水蒸気の状態で施工体内に溜り、水抜け後は空隙となる。空隙が生じると溶融金属やスラグが浸入して溶損し、施工体の耐用が低下してしまう。また、施工体中の水分が抜けず、水又は水蒸気が施工体内に過度に溜まると、施工体内の蒸気圧が高くなり、施工体が勢いよく崩壊するいわゆる爆裂現象を招く危険性もある。
　更に、特許文献２の補修材は、基本的にはスライディングノズル用プレートれんがの補修に使用されるものである。スライディングノズル用プレートれんがの補修には極微量の補修材しか使用しないため脱水性の影響は小さい。しかし、例えば窯炉の内張り耐火物の補修のための吹付け施工のようにスライディングノズル用プレートれんがの補修よりも施工面積が広く、かつ施工厚みが大きい場合においては、施工体積が大きいため、施工体中の水分滞留、耐用低下の影響が顕著に現れてくる。
　そこで、本発明が解決しようとする課題は、吹付け用不定形耐火物の脱水性を向上させて緻密な施工体を得るとともに、被施工面に対する接着性を向上させることで、吹付け用不定形耐火物の高耐用化を実現させることにある。
　本発明の一観点によれば、耐火材料、結合剤及び水溶性の糖質材料を含有する吹付け用不定形耐火物であって、前記耐火材料及び結合剤の合量１００質量％中に粒径１ｍｍ以上の粗粒を１５質量％以上５５質量％以下含有するとともに粒径７５μｍ以下の微粒を１５質量％以上４０質量％以下含有し、前記水溶性の糖質材料を前記耐火材料及び結合剤の合量１００質量％に対して外掛けで２質量％以上１５質量％以下添加してなる吹付け用不定形耐火物が提供される。
　本発明によれば、粒径１ｍｍ以上の粗粒を特定量含有するため、施工体中から水分が抜ける経路を確保することができる。また、粒径７５μｍ以下の微粒の含有量を特定範囲に規定しているため、耐火材料と水が混ざりやすく、水分を多量に添加する必要がなくなるので、施工体中の水分が抜けやすく、緻密な施工体を得ることができる。
　更に、水溶性の糖質材料を特定量添加しているので、施工時に水溶性の糖質材料が耐火材料中で分散剤として作用し、耐火材料の硬化反応が緩和されるため、耐火材料が被施工面の凹凸に密着しやすくなる。また、糖質材料は加熱されると脱水反応により構造中の水分が蒸発し、脱水重合したポリマーが材料中に残存する。そのため、ポリマー中の炭素成分が被施工面との接着界面でカーボンボンドを形成し、被施工面に対する接着性を向上させることができる。
　本発明の吹付け用不定形耐火物は、耐火材料、結合剤及び水溶性の糖質材料を含有してなる。
　耐火材料及び結合剤としては、従来、湿式又は乾式吹付け用不定形耐火物に一般的に使用されているものを使用できる。例えば、耐火材料としてはアルミナ、シリカ、マグネシア、カルシア、炭化ケイ素、カーボン等が挙げられ、更にこれらを２種以上組み合わせて成るものもこれに該当する。結合剤としてはセメント、リン酸塩、ケイ酸塩、塩化物、硫化物、水酸化物、シリカゾル、アルミナゾル等が挙げられる。
　糖質材料としては、糖類（単糖類、二糖類）、多糖類、オリゴ糖、糖アルコール等が挙げられ、このうち本発明では水溶性のものを使用する。水溶性の糖質材料は上述のとおり施工時に耐火材料中で分散剤として作用する。施工時に水の存在下で良好な分散性を発揮するには、分子量が小さく構造体中に水を取り込みやすい、フルクトース、グルコースなどの水溶性の単糖類を使用することが好ましい。
　本発明の吹付け用不定形耐火物は、耐火材料及び結合剤の合量１００質量％中に粒径１ｍｍ以上の粗粒を１５質量％以上５５質量％以下含有するとともに粒径７５μｍ以下の微粒を１５質量％以上４０質量％以下含有する。
　粒径１ｍｍ以上の粗粒が１５質量％未満となると、耐火材料中の微粒が多くなり、水との混ざりが悪くなる。そのため、吹付けの際に脈動を生じて不均一な施工体となり、空隙等を生じる場合がある。また、施工体中の水分が抜けず、施工体中の蒸気圧が過度に高くなった場合には爆裂現象が起こる危険性もある。一方、粒径１ｍｍ以上の粗粒が５５質量％を超えると、耐火材料中の粗粒が多くなり、耐火材料の充填性が低下して、緻密な施工体が得られない。また、吹付け施工においては、リバウンド現象が多くなってしまい、施工性が悪くなる。
　また、粒径７５μｍ以下の微粒が１５質量％未満となると、施工体中の微粉が少なくなり、耐火材料の充填性が低下して緻密な施工体が得られない。また、耐火材料中の微粉が少なくなると、結合剤及び糖質材料との反応性が悪くなり、施工体強度の低下、被施工面に対する接着性低下等により、耐用が低下してしまう。一方、粒径７５μｍ以下の微粒が４０質量％を超えると、耐火材料と水との混合性が悪くなり、脈動を伴う吹付け施工となって、均一な施工体が得られない。また、耐火材料と水の混合不良を補うため、多量の水分で施工された場合には、ポーラスな施工体となり、脱水性が悪い場合には空隙の発生、更には施工体の爆裂現象が起こる危険性もある。
　本発明の吹付け用不定形耐火物において水溶性の糖質材料は、耐火材料及び結合剤の合量１００質量％に対して外掛けで２質量％以上１５質量％以下添加する。糖質材料の添加量が２質量％未満になると、耐火材料中での分散剤としての作用が低下し、被施工面の凹凸部への密着性が悪くなる。一方、糖質材料の添加量が１５質量％を超えると、材料中の揮発分が過多となり、施工体の組織がポーラスとなって施工体強度が低下し、耐用も低下してしまう。
　本発明の吹付け用不定形耐火物は、上記の耐火材料、結合剤及び水溶性の糖質材料のほかに、必要に応じて分散剤、減水剤、増粘剤等を含有することができる。
　なお、緻密な施工体を得るとともに、被施工面に対する接着性を向上させるには、耐火材料及び結合剤の合量１００質量％中に粒径１ｍｍ以上の粗粒を２０質量％以上４０質量％以下含有するとともに粒径７５μｍ以下の微粒を２０質量％以上３０質量％以下含有し、水溶性の糖質材料を耐火材料及び結合剤の合量１００質量％に対して外掛けで３質量％以上１０質量％以下添加することが好ましい。
　以上の本発明の吹付け用不定形耐火物は、湿式及び乾式のいずれの吹付け施工にも適用可能である。その施工方法としては、従来一般的な方法をそのまま使用できる。なお、湿式吹付け施工において結合剤は吹付けノズル部で添加されるので、その結合剤を添加した後の構成が本発明の規定を満足すればよい。
　表１に示す配合の吹付け用不定形耐火物を乾式吹付け施工方法により吹付けノズル部において水を添加して被施工面に吹き付け、その施工性及び脱水時間を評価した。なお、表１の記載において「３～１ｍｍ」は３ｍｍ以下１ｍｍ以上を意味し、「１～０．０７５ｍｍ」は１ｍｍ未満０．０７５ｍｍ超を意味する。また、結合剤としてはケイ酸塩、消石灰（水酸化カルシウム）を使用した。
　表１において施工体積は、比較例１の施工体積（縦２００×横２００×厚５０ｍｍ）を１００として指数化して示した。比較例１の施工体積は上記特許文献２で想定されているスライディングノズル用プレートれんがの補修時の施工体積に相当する。
　吹付け施工の施工性は、混水性の良否（脈動の有無）、リバウンド現象の有無で評価し、混水性が悪い、又はリバウンド現象が見られた場合は×、どちらも見られない場合は○として評価した。
　脱水時間としては、７００℃の被施工面に吹き付けた施工体中の水分量が０．５質量％以下になる時間を測定した。
　このほか、吹付け用不定形耐火物の接着性を表す物性値として接着強度を測定し、上記の施工性及び脱水時間の評価結果と合わせて総合評価を行った。
　接着強度は熱間施工を想定し次の方法で測定した。７００℃の雰囲気中にれんがを置き、その上に筒状の金枠をセットする。この金枠内に適量の水と混練した吹付け用不定形耐火物（施工材）を鋳込んで一定時間後に、金枠をセットしたまま施工材とれんがとのせん断強度を測定する。表１では、比較例１のせん断強度を１００として指数化して示した。
　総合評価は、◎、○、△、×の４段階で評価した。その評価基準は以下のとおりである。
　◎：施工性が○、脱水時間が１００分未満、接着強度指数が１１０以上の全て満足する場合
　○：施工性が○、脱水時間が１００分未満、接着強度指数が１００以上の全て満足する場合
　△：施工性が×、脱水時間が１００分未満、接着強度指数１００未満のいずれか１つに該当する場合
　×：施工性が×、脱水時間が１００分以上、接着強度指数が１００未満の２つ以上に該当する場合。
　なお、実機での検証の結果、総合評価が◎又は○の場合は施工性及び耐用に問題はなく、△の場合は施工はできるが耐用が不十分で、×の場合は実機での施工が不可能な状態であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
表１に示すとおり、本発明の範囲内にある実施例１～１４は、総合評価が◎又は○で良好であった。　
　これに対して比較例１は、上記特許文献２の補修材に相当し、耐火原料の全てが粒径７５μｍ以下の微粒からなる例である。混水性が悪く施工時に脈動が発生した。比較例２は、比較例１の施工体積を増した例である。施工時に脈動が発生するとともに脱水性が悪化して施工体に膨れが生じた。
　比較例３は、粒径１ｍｍ以上の粗粒が少なすぎる例である。混水性が悪く施工時に脈動が発生するとともに脱水性が悪化した。
　比較例４は、粒径１ｍｍ以上の粗粒が多すぎる例である。施工時にリバウンド現象が見られリバウンドロスが多くなるとともに施工体の緻密性が低下した。
　比較例５は、粒径７５μｍ以下の微粒が少なすぎる例である。施工時にリバウンド現象が見られリバウンドロスが多くなるとともに施工体の緻密性が低下した。
　比較例６は、粒径７５μｍ以下の微粒が多すぎる例である。混水性が悪く施工時に脈動が発生するとともに脱水性が悪化した。
　比較例７は、糖質材料の添加量が少なすぎる例である。被施工面への密着性が悪くなり、被施工面との接着性が悪化した。
比較例８は、糖質材料の添加量が多すぎる例である。揮発分が過多となり、施工体の組織がポーラスとなって施工体強度が低下し、被施工面との接着性が悪化した。

Claims (2)

  1. 　耐火材料、結合剤及び水溶性の糖質材料を含有する吹付け用不定形耐火物であって、
    　前記耐火材料及び結合剤の合量１００質量％中に粒径１ｍｍ以上の粗粒を１５質量％以上５５質量％以下含有するとともに粒径７５μｍ以下の微粒を１５質量％以上４０質量％以下含有し、
    　前記水溶性の糖質材料を前記耐火材料及び結合剤の合量１００質量％に対して外掛けで２質量％以上１５質量％以下添加してなる吹付け用不定形耐火物。
  2. 　前記耐火材料及び結合剤の合量１００質量％中に粒径１ｍｍ以上の粗粒を２０質量％以上４０質量％以下含有するとともに粒径７５μｍ以下の微粒を２０質量％以上３０質量％以下含有し、
    前記水溶性の糖質材料を前記耐火材料及び結合剤の合量１００質量％に対して外掛けで３質量％以上１０質量％以下添加してなる請求項１に記載の吹付け用不定形耐火物。
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