JPH08285471A - 不定形耐火物の施工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は環境条件の変化に左右されず
毎回一定した施工が可能でしかも爆裂を起こすことなく
乾燥工程が短縮され速やかに使用可能な状態となる不定
形耐火物の施工方法を提供することにある。 【構成】 耐火材料と結合剤との混合物を施工部位に充
填し、水蒸気を注入して硬化体を得ることを特徴とする
不定形耐火物の施工方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は施工が簡便で養生、乾燥
時間を大幅に短縮できる不定形耐火物の施工方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種溶融金属容器用耐火物として
不定形耐火物の使用比率が高まり、特に最近の人手不足
の問題と相まって施工の簡便なキャスタブル耐火物が広
く使用されるようになってきている。キャスタブル耐火
物は主として耐火材料と結合剤とからなり、結合剤とし
てはアルミナセメントを使用するものが最も一般的であ
る。

【０００３】キャスタブル耐火物に要求される混練時の
可使時間、硬化時間等の条件は施工ごとに異なるもので
あり、これらは温度条件に大きく影響を受けるため、一
般的にはアルミナセメント量の増減、硬化促進剤、硬化
遅延剤等の添加による調整が行われている。

【０００４】また設備の効率的な運用のために内張りを
施工された溶融金属容器はできるだけ早期に稼働可能な
状態とすることが要求されるため、養生、乾燥工程はで
きるだけ短時間ですむ方が望ましい。しかし最近のキャ
スタブル耐火物においては緻密な施工体を得るために、
超微粉原料を使用して低水分で混練施工する方法が一般
化しており、乾燥工程短縮のために昇温速度を上げると
施工体が爆裂する危険性が増すという問題が生じるので
ある。そこで爆裂防止の手法として有機繊維の添加（特
開昭59-190276号公報）、あるいは乳酸アルミニウムの
添加（特開昭62-100483号公報）が開示されている。ま
た、特開平4-136687号公報にはキャスタブル耐火物にお
いて、添加水分の一部または全部を揮発性非水溶媒と置
換して溶媒の揮発効果により、或いは施工体に点火して
該溶媒を燃焼させることにより養生、乾燥時間を短縮す
る方法が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】キャスタブル耐火物に
おいて混練時の可使時間、硬化時間調整を目的とした硬
化促進剤や硬化遅延剤は、硬化バインダーの種類に応じ
て多くの種類があるが、いずれもその効果が定量的でな
く、また施工当日の条件の変化への対応が困難なため可
使時間不足、硬化性不良等の作業上のトラブルを完全に
解消するまでには至っていない。

【０００６】有機繊維、乳酸アルミニウム等の添加はキ
ャスタブル耐火物の爆裂抵抗性を高めるため、乾燥時の
昇温速度を上げることができ、その結果乾燥工程を短縮
する効果はあるが、アルミナセメントを結合剤とした材
料は養生温度が低いと爆裂の危険性が高まるという欠点
があるため、冬季においては所望の効果を得るためには
それらの添加量を増加させる必要があり、そのために施
工体の強度が低下するという欠点があった。従って施工
体の強度を維持するためには、爆裂防止剤は少量の添加
に抑えたうえで、材料内部の水分が完全に抜けるまでは
緩やかな乾燥昇温パターンを採用せざるを得ず、爆裂防
止剤の添加による乾燥工程の短縮効果は十分とはいえな
かった。

【０００７】混練時に添加水分の一部又は全部をメチル
アルコール、キシレン等の揮発性非水溶媒と置換して養
生、乾燥時間を短縮する方法は、該溶媒に引火性があり
火災の危険性があること、溶媒によっては揮発分に毒性
があり人体に悪影響がある等の欠点があった。

【０００８】本発明の目的は環境条件の変化に左右され
ず毎回一定した施工が可能でしかも爆裂を起こすこと無
く乾燥工程が短縮され速やかに使用可能な状態となる不
定形耐火物の施工方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは不定形耐火
物の施工方法について種々検討を重ねた結果、施工部位
に充填した耐火材料と結合剤との混合物に水蒸気を注入
するという、施工現地での混練工程を省略した簡便な方
法により、養生、乾燥工程が非常に短い時間で済み、し
かも爆裂の起こらない硬化体を得ることに成功し本発明
を完成させたものである。即ち、本発明は耐火材料と結
合剤との混合物を施工部位に充填し、水蒸気を注入して
硬化体を得ることを特徴とする不定形耐火物の施工方法
である。

【００１０】本発明に用いる耐火材料は酸性、中性、塩
基性或いは天然、人工の公知の材料を使用目的により単
独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。粒度構成
も使用目的に応じて自由に設定すれば良いが、耐火材料
と結合剤との混合物の充填度合いが硬化体の物性に影響
するため、該混合物がより密に充填しやすい粒度構成と
するのが望ましい。また水蒸気注入前に機械的な手法に
より該混合物の充填性を向上させておくのも好ましい方
法である。例えば施工部位へ該混合物を投入後、棒で突
き固める、型枠に振動モータを設置し振動を与えて充填
させる、型枠を油圧等で移動可能な様式とし該混合物を
加圧して充填性を上げる方法等が考えられる。その他、
球状のクリンカーの有効利用によっても充填性の向上が
得られる。球状クリンカーはアルミナ質のもの等が市販
されており種々の粒度域のものが入手可能である。

【００１１】本発明では従来のキャスタブル耐火物の施
工と比較して、混練、流し込みという工程がないため材
料の流動性は要求されない。従って耐スポーリング性向
上、スラグ浸透防止改善に有効であるが流動性が損なわ
れるという理由で十分な効果が得られるだけの量の使用
が困難であった各種カーボン系原料も一般の耐火材料と
同様の扱いが可能である。カーボン系原料としては鱗状
黒鉛、土状黒鉛、ピッチ、コークス、メソフェーズカー
ボン、電極屑等を目的に合わせてそれぞれ単独で、ある
いは２種以上を組み合わせて使用できる。カーボン系原
料を使用する場合、炭化ケイ素、ガラス粉末、金属粉末
等を適正量併用してカーボンの酸化防止を図ることは好
ましいことである。また、耐火材料中にフェノール樹脂
等の熱硬化性物質を配合しておくと水蒸気の有する熱に
より硬化反応を示し、マトリックスの組織を強固にする
ため、施工体の強度向上には有効な手法である。

【００１２】本発明に使用する結合剤は通常の水系キャ
スタブル耐火物で使用される水硬性の結合剤が使用可能
である。例えばアルミナセメント、消石灰、リン酸塩、
ケイ酸塩、アルミニウム塩、活性アルミナ、活性マグネ
シア等が挙げられる。それらを単独で、あるいは２種以
上を組み合わせて使用できるが、本発明者らの検討によ
るとアルミナセメントを主体としたバインダー構成が高
強度の施工体を得るには最も有利であった。結合剤の添
加量は耐火材料１００wt％に対し０．１〜３０wt％の範
囲が好ましい。添加量が０．１wt％未満の添加では十分
な硬化性が得られず、３０wt％を越えると施工体の耐火
性が低下する。従って更に好ましいのは１〜２０wt％の
範囲である。施工体内で均一に硬化反応を進行させるた
めに耐火材料と結合剤は十分に混合して結合剤を良好に
分散させておく必要がある。

【００１３】本発明による施工方法は従来のキャスタブ
ル施工と異なり、環境条件により作業性への影響を受け
ないため、作業性に関与するバインダーの種類、量等の
施工条件に対する調整は不要である。従って、バインダ
ー構成は作業性を考慮せずに材料の特性上最適なものを
選択することが可能となるのである。このほかに通常の
キャスタブル耐火物に使用される焼結助剤、繊維等の各
種添加物を目的に応じて使用するのは好ましいことであ
る。

【００１４】本発明による施工方法の特徴である水蒸気
はボイラー等の装置から供給され、圧力調節器により適
正圧力に調整されて耐火材料中に注入される。水蒸気注
入孔は型枠に適度な間隔で孔をあけ、水蒸気供給装置か
らの配管に接続されたものとする。注入孔へ接続する配
管は容易に脱着可能な様式のものが望ましい。又注入孔
には通気性シート等を設置し、耐火材料の配管内への流
出を防止することが望ましい。注入時の圧力は特に限定
されるものではなく、注入孔の径とのバランスで決定す
ればよいが、充填した耐火材料中へスムーズに入ってい
く程度の圧力が好ましく、圧力が低すぎると耐火材料中
に十分入っていかず、逆に高すぎると耐火材料を吹き飛
ばし空隙が生じるためいずれも好ましくない。水蒸気を
注入する配管は規格市販品の１〜１．５インチ径のパイ
プ、ホースを使用して作成すればよく、その場合本発明
者らの検討によると０．３〜１．２kg/cm²程度が適正な
圧力であった。

【００１５】注入する水蒸気の温度は使用する耐火材
料、結合剤の種類により変更する必要はないが、耐火材
料、型枠、永久張りれんが等を加温して硬化反応を促進
する効果と取り扱い易さを考え合わせると１００〜２０
０℃の温度が適正範囲と考えられる。また熱硬化性物質
を配合して施工体の強度向上を図る場合には、その物質
が硬化反応を示す温度よりも高い温度の水蒸気が必要と
なる。

【００１６】本発明の施工方法は高炉樋、溶銑鍋、混銑
車、転炉、取鍋、ＲＨ、ＤＨ、タンディッシュ等の溶融
金属容器にそれぞれの要求特性に合わせて材質設計され
た不定形材の施工に利用できるがそれらの容器のイニシ
ャル材料、補修用材料のいずれにも適用が可能である。

【００１７】

【作用】耐火材料と結合剤との混合物を型枠によって設
けられた施工部位へ充填し、水蒸気を注入すると結合剤
と水分が反応し硬化が進行する。この硬化反応は、水蒸
気の有する熱により耐火材料、型枠、永久張りれんが等
が加熱されることにより通常の水系キャスタブルを温水
混練した場合の硬化反応と同様に著しく促進される。水
蒸気の温度が高いほどこの効果は大きく、予め混合物を
十分密に充填させておけば通常の流し込み材の温水混練
でみられるような施工中に硬化が進行して所定の充填が
得られなくなる現象は起こらない。

【００１８】水蒸気は不定形材が施工される面積に応じ
て型枠に設けられた複数の注入孔から注入すれば、該混
合物全体に均一に供給することが可能である。注入され
た水蒸気は水硬性の結合剤と接触し、硬化反応に必要な
だけの水分が取り込まれ、反応に関与しなかった余剰の
水蒸気は耐火材料及び型枠、永久張りれんが等を加温す
る効果を発揮しながら施工体外へ放出される。水蒸気を
注入する時間は施工する材料の量、注入孔の数、水蒸気
の圧力等によって異なるが、耐火材料の表面から余剰の
水蒸気が放出され、表面が湿潤した時点で注入を止める
ことが望ましい。これは耐火材料に付着する水蒸気量を
少なくして施工体中に残留する水分を極力低減するため
である。余剰の水蒸気は耐火材料の硬化反応が進行中に
通過し、放出された後施工体中には微細な気孔が残され
る。この微細な気孔は施工体の乾燥時に水分が抜ける通
路となるのである。

【００１９】アルミナセメントを結合剤としたキャスタ
ブル耐火物は養生温度が低い場合は水和反応によりＣａ
Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・10Ｈ₂Ｏを多く生成し、その脱水温度が１
１０℃以上と自由水の脱水温度域と重なるため、材料中
の水蒸気圧が高まり爆裂現象を起こしやすい傾向がある
が、本発明による施工方法では耐火材料や型枠等が加温
されているため、アルミナセメントを結合剤とした場合
に水和による生成鉱物は３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・６Ｈ₂Ｏ
とＡｌ₂Ｏ₃・３Ｈ₂Ｏが主体となるのである。これらの
鉱物の結晶水の脱水温度は２３０℃以上と高いため、乾
燥昇温時に自由水の脱水とは時期をずらして脱水反応が
起こるのである。従って施工体中の水蒸気圧が過度に高
くなることは避けられるため爆裂の危険性は極めて少な
いのである。

【００２０】施工体中に残留する水分が少ないこと、微
細な気孔が残されること及び施工体中の水蒸気圧の上昇
が抑制される等の効果により、乾燥時に急速昇温を行っ
ても爆裂の危険性は極めて低いため従来のキャスタブル
耐火物に比べて大幅に短い時間で乾燥工程を終えること
が出来る。この効果はアルミナセメントに限らず他の結
合剤を使用した場合でも発揮されるものである。

【００２１】また本発明では硬化、養生、乾燥に要する
時間が大幅に短縮されるため、マグネシア等の塩基性原
料を使用する材料についてスレーキングによる亀裂発
生、組織破壊等の危険性が低減される効果もある。

【００２２】

【実施例】以下実施例にて本発明を具体的に説明する。
表１にアルミナ−スピネル質材料における配合割合と各
試験結果を示す。実施例は直径１００mm、高さ１００mm
で底面に直径１インチの注入孔をあけ、孔部に通気性シ
ートを取り付けた円柱状の型枠に、十分混合した配合を
充填させ、水蒸気を０．５kg/cm²の圧力で１分３０秒間
注入して硬化させ試料を作成した。実施例４、５は水蒸
気注入前に配合の充填性を向上させる手法をとったもの
である。比較例１は同一形状の型枠を使用し、所定量の
水分を添加し通常の流し込み施工により試料を作成し
た。爆裂試験は実施例は３時間、比較例は２４時間養生
後の試料を８００℃に保持した電気炉中に投入して爆裂
の有無を観察した。本発明の実施例は脱枠可能時間が非
常に短く耐爆裂性も良好である。本発明の実施例の１０
００℃、５時間熱処理後の物性は比較例より劣るが実施
例４、５のように水蒸気注入前に配合の充填を向上させ
ておくと比較例に近いレベルの物性を得る事が可能であ
る。

【００２３】アルミナ−炭化ケイ素−カーボン質材料に
おける配合割合と各試験結果を表２に示す。試料の作成
方法は、表１の実施例５と同様に配合充填時に棒で突き
固めた後水蒸気を注入する方法によった。比較例２は同
一形状の型枠を使用し、通常の流し込み施工により成形
したものである。物性は還元雰囲気とした電気炉中で１
０００℃、５時間の熱処理をした後測定した。酸化試験
は電気炉中で１０００℃、５時間熱処理した後、切断面
における脱炭層厚さを測定し、比較例２の測定値を各試
料の測定値で除した値を耐酸化性指数として示した。ス
ポーリング試験は各試料を１４００℃に保持した電気炉
中に投入し、１０分後に取り出し室温まで強制急冷する
という操作を３回繰り返し、熱衝撃前後の弾性率を測定
し（熱衝撃後の弾性率）／（熱衝撃前の弾性率）の値に
より弾性率維持率として評価し、比較例２の値を１００
とした指数で示した。本発明の実施例は脱枠可能時間が
非常に短く、耐酸化性、耐スポーリング性はいずれも比
較例と同等以上の結果を示し、黒鉛を使用したものが特
に優れた結果を示した。

【００２４】実施例５の配合及び施工方法をＡ製鉄所３
００Ｔ取鍋一般壁の内張りに適用した結果を実施例１１
として表３に示す。比較例１の配合を同種の取鍋に通常
の流し込み施工した比較例３の結果も合わせて示す。実
施例１１は１ｍ四方に１個の割合で直径１．５インチの
水蒸気注入孔を設けた中子を取鍋内に設置した後、材料
を棒で突き固めながら所定の高さまで十分充填させ、水
蒸気供給装置から配管で接続された各注入孔から水蒸気
を注入した。この時の水蒸気の圧力は０．８kg／cm²、
温度は１８０℃であり注入は１５分間行った。表３中の
水蒸気注入時間には配管の脱着に要した時間も含まれて
おり、それでも比較例よりも短い時間で施工が終了して
いる。また養生時間には不定形材の硬化に要する時間の
他に取鍋のスラグライン部、敷部の炉材の施工に要した
時間も含まれている。実施例１１は比較例３に比べ、施
工から乾燥終了までの時間が約３分の１に短縮されてお
り、耐用はほぼ同等であるが取鍋運用の効率向上のメリ
ットがあった。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】

【表３】

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明の不定形耐火物の施
工方法では、水蒸気を注入して耐火材料を硬化させるこ
とにより、従来のキャスタブル耐火物に比べ、施工から
養生、乾燥までの工程が大幅に短い時間で済み、しかも
作業上のトラブル、爆裂等の問題も解消でき、ひいては
溶融金属容器運用の大幅な効率化を図ることができる。
また本施工方法は黒鉛等のカーボン系原料を含有する材
料にも適用することが可能であり、耐スポーリング性が
大幅に改善された不定形材を提供することができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 耐火材料と結合剤との混合物を施工部位
   に充填し、水蒸気を注入して硬化体を得ることを特徴と
   する不定形耐火物の施工方法。