JPH10182251A

JPH10182251A - 非スランプ性珪酸アルカリ系ボンドキャスタブル組成物及びその施工方法

Info

Publication number: JPH10182251A
Application number: JP8345076A
Authority: JP
Inventors: Koji Aida; 広治合田; Yoichi Tsuji; 陽一辻; Masanori Koga; 正徳古賀
Original assignee: Kurosaki Refractories Co Ltd
Current assignee: Krosaki Harima Corp
Priority date: 1996-12-25
Filing date: 1996-12-25
Publication date: 1998-07-07

Abstract

(57)【要約】【課題】施工作業時間の制限を無くすために、時硬性
の非常に小さい結合剤を使用した非スランプ性、高密
度、低水分のキャスタブル組成物、及び、その施工方法
を提供する。【解決手段】０．５〜５重量％の珪酸アルカリ、３〜
２０重量％の流動性助剤と、残部が耐火性の骨材及び微
粉からなる固形分１００重量％と、ポンプ圧送可能なコ
ンシステンシィの達成に足りる量の水とで混練したポン
プ圧送可能第１成分、及び、施工時に第１成分に対して
添加される第２成分の凝集剤とからなる非スランプ性キ
ャスタブル組成物、さらに、５重量％以下の粘土を第１
成分の固形分１００重量％中に加えた非スランプ性キャ
スタブル組成物、及び、その施工方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融金属容器、溶
融金属処理装置、セメントキルン、焼却炉等に使用する
新規な非スランプ性キャスタブル組成物に関し、また、
型や型枠を使用せずに上記のキャスタブル組成物を施工
する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポルトランドセメントベースの湿式吹付
け用組成物及びその施工方法は古く、周知である。例え
ば、砂、礫及びポルトランドセメントを含む混合物を作
り、これを水と混練してポンプ圧送しうるコンシステン
シィとなし、次いでこのコンクリートをポンプに入れて
ノズルにまで導く。このノズルではセメント硬化促進剤
及び空気が加えられて、そのコンクリート材料を被吹付
け対象物の表面、例えば壁面に対して吹き付ける。その
表面ではコンクリートは、その吹付け表面から崩落（ス
ランプ）しないように充分に迅速に固くなる。このよう
な硬化は化学的硬化促進剤がポルトランドセメントと反
応して硬化作用を迅速に開始させる結果であり、それに
よってコンクリートの粘度が崩落（スランプ）を防止す
るのに充分高い水準までに急速に上昇する。

【０００３】しかしながら、これは土木建設等の用途に
とっては適当であるものの、耐火性コンクリートは結合
剤としてのポルトランドセメントと一緒では満足に使用
されない。なんとなればポルトランドセメントは耐火性
材料が置かれる高い温度及び腐食性環境に耐えられない
からである。従って、耐火性キャスタブルとして知られ
ている大多数の耐火性コンクリートは、ポルトランドセ
メントではなくアルミン酸カルシウムセメントを含んで
いる。アルミン酸カルシウムセメントは、はるかに高い
耐火性を有し、また高温耐火材用途において見られる環
境に対して一層高い耐食性を有する。

【０００４】このようなアルミン酸カルシウムセメント
を結合剤として使用する湿式吹付け用のキャスタブル組
成物及びその施工方法としては、特開昭５４−６１００
５号公報に示されるものが知られている。しかしなが
ら、前記特開昭５４−６１００５号公報に開示されてい
る組成物は、アルミン酸カルシウムセメントを２０重量
％も含んでおり、また、添加水分量が１０〜２０重量％
と多いために、耐火材料としての耐食性及び高温での機
械的特性に劣る組成物となっている。そこで、Ｕ．Ｓ．
Ｐａｔｅｎｔ５５４９７４５において、非スランプ性、
低水分、低アルミン酸カルシウムセメントのキャスタブ
ル組成物が示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ
５５４９７４５に示される非スランプ性、低水分、低ア
ルミン酸カルシウムセメントのキャスタブル組成物は、
耐火材料として充分な特性を有するものであるが、結合
剤として水硬性を示すアルミン酸カルシウムセメントを
使用するために、水との混練後に第１成分は徐々に硬化
が進行することになる。つまり、水との混練後は自硬性
を示すので、第１成分がポンプ圧送可能なコンシステン
シィを維持する時間内に施工を完了しなければならな
い。したがって、水との混練後の施工作業時間には制限
があるために、施工現場近くで第１成分を混練しなけれ
ばならないばかりか、断続的作業や長時間を要する作業
には適さないものである。また、施工作業を長時間中断
しなければならない状況になった場合は、第１成分を廃
棄処分せざるを得ないし、第１成分がポンプ内や搬送ホ
ース内で硬化した場合は、多大な損害が発生することに
なる。

【０００６】本発明の課題は、施工作業時間の制限を無
くすために、自硬性の非常に小さい結合剤を使用した非
スランプ性、高密度、低水分のキャスタブル組成物及び
その施工方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、０．５〜５重
量％の珪酸アルカリ、３〜２０重量％の流動性助剤と、
残部の耐火性の骨材及び微粉からなる固形分１００重量
％を、ポンプ圧送可能なコンシステンシィの達成に足り
る量の水とで混練したポンプ圧送可能第１成分、及び、
施工時に第１成分に対して添加される第２成分の凝集剤
とからなる非スランプ性キャスタブル組成物、さらに、
５重量％以下の粘土を第１成分の固形分１００重量％中
に加えた非スランプ性キャスタブル組成物、及びそれら
のキャスタブル組成物の施工方法によって達成される。

【０００８】

【発明の実施形態】本発明のキャスタブル組成物の第１
成分は、耐火性の骨材と微粉、珪酸アルカリ、流動性助
剤と、ポンプ圧送可能なコンシステンシィを達成するの
に足りる量の水とからなり、混練される。さらに、その
第１成分は、施工時の非スランプ性を高める目的で粘土
を加えることができる。

【０００９】耐火性の骨材及び微粉としては、溶融金属
容器、溶融金属処理装置、セメントキルン、焼却炉等の
耐火材料として適当ないずれのものであってもよく、例
えば、電融又は焼結アルミナ、仮焼アルミナ、ボーキサ
イト、電融又は合成ムライト、シリマナイト、アンダリ
ューサイト、カイヤナイト、バン土頁岩、シャモット、
ロー石、珪石、溶融シリカ、電融又は焼結マグネシア、
電融又は焼結スピネル、電融又は焼結ジルコニア、ジル
コン、クロム鉱、電融又は焼結マグネシア−ライム、電
融ジルコニア−ムライト、電融アルミナ−ジルコニア、
炭化珪素、窒化珪素、天然又は人造の黒鉛、石油コーク
ス、ピッチコークス、無煙炭、ピッチ等の無定形炭素等
が挙げられ、これらの内の１種又は２種以上を使用す
る。

【００１０】黒鉛あるいは無定形炭素等の炭素成分を含
有するキャスタブル組成物の場合は、炭素の酸化防止や
強度向上の目的で、アルミニウム、アルミニウム−シリ
コン合金、アルミニウム−マグネシウム合金、シリコ
ン、マグネシウム等の金属粉、炭化珪素、炭化硼素等の
炭化物、硼化ジルコニウム等の硼化物、硼珪酸ガラス等
のガラス成分を使用することもできる。ただし、マグネ
シアや金属等の珪酸アルカリと反応する物質を使用する
場合は、それらの物質の表面をシランカップリング剤等
で表面処理することが望ましい。

【００１１】尚、本発明で言う微粉とは、粒径が０．２
ｍｍ以下であり、実質的にその内の５０重量％以上が７
４μｍ以下であるの前記原料のことを意味する。

【００１２】珪酸アルカリとしては、ＳｉＯ₂／Ｒ₂Ｏモ
ル比＝０．５〜４．０（Ｒはアルカリ金属）の水溶液、
あるいは、粉末を使用する。また、安定性を高める目的
でホウ酸等を含有した珪酸アルカリを使用することもで
きる。

【００１３】流動性助剤としては、仮焼アルミナ、珪酸
質微粒子、チタニア、カーボンブラック等の粒径１０μ
ｍ以下の超微粉や超微粒子の１種又は２種以上を使用す
る。ここで、珪酸質微粒子としては、シリコンあるいは
フェロシリコン製造時に副産物的に発生する蒸発（揮
発）シリカと呼ばれるものやホワイトカーボン、無水又
は含水無定形珪酸、シラス、および、シリカゾル等を使
用することができる。

【００１４】粘土としては、ボールクレーに代表される
カオリン族粘土やベントナイトに代表されるモンモリロ
ナイト族粘土、あるいは、イライト族粘土等の１種又は
２種以上を使用する。

【００１５】粘土は、第１成分に可塑性を付与する可塑
剤としても働くが、可塑性を与える目的のためには、耐
火性不定形組成物において一般的に使用されている有機
性可塑剤を使用することもできる。

【００１６】また、本発明の第１成分は、低水分で目的
のコンシステンシィを得る目的で添加される解膠剤、ス
ポーリングによる剥離を低減する目的で添加されるスチ
ールファイバー、乾燥時の爆裂を防止する目的で添加さ
れる有機繊維や金属アルミニウムを一般的耐火性不定形
組成における通常の慣用量で使用することができる。

【００１７】添加水は、スイング弁ポンプ及びそれと共
に使用される吹付けノズルで使用するのに適当なポンプ
圧送可能なコンシステンシィを持った第１成分を得るこ
とが可能なできるだけ少ない量で添加されるようにす
る。

【００１８】第２成分の凝集剤は、第１成分に導入され
た解膠剤の効果を「圧倒」し、すなわち消失せしめ、第
１成分を即座に粘稠可塑性物に変えるように作用し、最
終的には、キャスタブル組成物がスランプを起こさない
で壁面に付着されるのに充分な粘着性と剛性を付与す
る。すなわち、凝集剤は、第１成分を凝集せしめると共
に、珪酸アルカリの硬化を促進する。

【００１９】このような作用がある凝集剤としては、リ
ン酸アルミニウム等のリン酸塩、珪フッ化ソーダ等の珪
フッ化物、アルミン酸ソーダ等のアルミン酸塩、炭酸ソ
ーダ等の炭酸塩、水酸化カルシウム等の水酸化物、アル
ミン酸カルシウム、ポルトランドセメント等の水溶液、
懸濁液、あるいは粉体、あるいはアルコール等の有機溶
剤があり、これらの１種あるいは２種以上を使用する。

【００２０】第１成分の固形分１００重量％は、固形分
として０．５〜５重量％の珪酸アルカリ（好ましくは、
ＳｉＯ₂／Ｒ₂Ｏモル比＝０．５〜４．０でＲはアルカリ
金属）、３〜２０重量％の流動性助剤と、残部である耐
火性の骨材及び微粉で構成される。また、施工時の非ス
ランプ性を高める目的で、５重量％以下の粘土を第１成
分の固形分１００重量％中に加える。

【００２１】珪酸アルカリの使用量は、固形分として
０．５〜５重量％とする。０．５重量％以上と制限する
のは、０．５重量％未満の添加量では結合部が充分に形
成されないために付着性が悪く低強度となるからであ
る。５重量％以下と制限するのは、５重量％を越えると
第１成分のコンシステンシィが増大して低水分ではポン
プ圧送できなくなるからである。

【００２２】流動性助剤の使用量は、３〜２０重量％と
する。３重量％以上と制限するのは、３重量％未満の使
用量では流動性を改善する効果が不十分であるために、
低水分ではポンプ圧送が困難となるためである。また、
２０重量％以下と制限するのは、２０重量％を越えると
超微粒子であることに起因して高温時に過焼結現象を生
じるとともに、耐食性及び熱間強度等の高温での機械的
特性が低下する場合があるからである。特に、流動性助
剤としての珪酸質微粒子の使用量は１０重量％以下にす
ることが望ましい。

【００２３】水の添加量は、第１成分の比重と粒度構成
によって当然異なるが、通常、５．０〜８．０重量％の
水分量で容易にポンプ圧送可能な第１成分が得られる。
但し、第１成分を非常に長距離、そして、高所まで圧送
する場合は水分量を１〜３重量％程度多く添加する場合
もあり、また、断熱材のように意図的に材料の気孔率を
大きくする場合には、更に水の添加量を多くすることも
有り得る。

【００２４】施工厚を大きくする必要がある場合は、施
工時の非スランプ性を高める目的で、５重量％以下の粘
土を第１成分の固形分１００重量％中に加える。粘土の
使用量を最大で５重量％と制限するのは、使用量が多く
なると粘土中の水溶性成分の影響が大きくなり、可使時
間（水との混練後の第１成分がポンプ圧送可能なコンシ
ステンシィを維持する時間）が短くなるからである。

【００２５】吹付けの直前に添加される第２成分である
凝集剤の添加量は、キャスタブル組成物の望ましい気孔
率（見掛け気孔率）に悪影響を与えることがあるので重
要である。気孔率は、強度及び耐食性のようなその他の
すべての性質がいずれのキャスタブル組成物の気孔率に
も直接的に比例することから、キャスタブル組成物にお
いて最も重要な物理的性質であると考えられる。一般的
に気孔率が増加すると、耐食性及び強度のいずれも低減
するので、気孔率はできるだけ小さいことが望ましい。
したがって、凝集剤の添加量は、キャスタブル組成物が
十分な速さで硬化し、かつ、高密度なキャスタブル組成
物として脱水後の気孔率が２５％以下、好ましくは２０
％以下となるように調整する。通常は、第１成分の固形
分１００重量％に対して、外掛けで０．２〜３重量％の
範囲の添加量で前記条件が満たされる。添加量が０．２
重量％より少ないと、ノズル部で第１成分と均一に混合
することが困難である。また、３重量％より多いと、キ
ャスタブル組成物の硬化速度が大きくなり過ぎるために
施工体の気孔率が大きくなったり、凝集剤が水溶液や懸
濁液の場合はキャスタブル組成物全体の添加水分量が多
くなるために施工体の気孔率が大きくなることがあるの
で好ましいくない。

【００２６】但し、断熱材料のように意図的に材料の気
孔率を大きくする場合は、第２成分である凝集剤の添加
量を多くすることもできる。即ち、耐食性や強度よりも
断熱性が望まれるキャスタブル組成物の場合は、気孔率
を２５％より大きくすることもあり得る。

【００２７】本発明に使用されるスイング弁ポンプは材
料移送の非常に効率的な手段であり、したがって、本発
明は、従来に比べて非常に少ない水分量の第１成分を長
距離、そして、高所まで移送可能である。このスイング
弁ポンプは通常は鋼管及び／またはホースを介してノズ
ル装置に接続される。このようなノズル装置は空気ライ
ン配管を有し、ポンプ圧送可能な第１成分を、耐火材料
でライニングされるべき表面へ吹付けするためにその空
気ライン配管から空気がノズルに供給される。

【００２８】本発明のさらなる一面は、第１成分が耐火
性容器あるいは装置の表面に向けて吹付けされようとし
ているときに、第２成分の凝集剤を、好ましくは上記の
空気ラインを介してノズルへ添加することである。

【００２９】第２成分の凝集剤をノズルに対して供給す
るための装置は、スイング弁ポンプの所与の材料排出量
と釣り合うような容量を有すべきであり、また、空気ラ
イン内の空気圧（通常は約３．５２〜７．０３ｋｇ／ｃ
ｍ²＝約５０〜１００ｐｓｉ）以上の充分な圧力を発生
しうるべきである。

【００３０】

【実施例】本発明による実施例および比較例を表１、表
２、及び表３に示す。

【００３１】本発明で規定している第１成分の実施例と
比較例の適用については、以下に示す耐火原料の骨材及
び微粉、珪酸アルカリ、流動性助剤を使用した。すなわ
ち、耐火原料の骨材及び微粉としては、純度９９．５％
の電融アルミナ、純度９８．６％の電融マグネシア、純
度９９．７％の焼結アルミナ、純度９９．３％の焼結ス
ピネル、純度９５．４％の焼結マグネシア、純度９３．
７％の炭化珪素、固定炭素量６０．０％のピッチを使用
し、珪酸アルカリとしては２号粉末珪酸ソーダ（ＳｉＯ
₂／Ｒ₂Ｏモル比＝２．６）を使用し、流動性助剤として
は純度９９．６％平均粒径１．５μｍの仮焼アルミナと
純度９６．０％平均粒径０．２８μｍの蒸発シリカを使
用したが、本発明の実施の形態に記載のものであれば同
等の効果が得られる。また、アルミン酸カルシウムセメ
ントとしてはラファージュ社製「ＳＥＣＡＲ７１」を使
用し、解膠剤としてはポリアクリル酸ソーダとリグニン
スルホン酸ソーダを使用した。尚、マグネシアは表面を
シランカップリング剤で表面処理した原料を使用した。
微粉の平均粒径は、すべてレーザー回折法による測定値
である。

【００３２】また、本発明で規定している第２成分とな
る凝集剤の例としては、４０重量％アルミン酸カリウム
水溶液を使用したが、本発明の実施の形態に記載のもの
であれば同等の効果が得られる。

【００３３】表中の水と凝集剤の添加量は、第１成分の
固形分１００重量％に対する外掛け（＋表示）で表示し
ている。

【００３４】吹付け施工は、表に記載した第１成分をミ
キサーで混練し、アレンタウン（Ａｌｌｅｎｔｏｗｎ）
製ＡＰ−１０スイング弁ポンプを用いて、内径０．０５
１ｍ（２インチ）、長さ３０．４８ｍ（１００ｆｔ）の
ヘビーデューティホース内を圧送し、さらに先端に接続
した吹付けノズル部において、５．６２ｋｇ／ｃｍ
²（８０ｐｓｉ）、８．５ｍ³／分（３００ｃｆｔ）の圧
縮空気を第２成分の凝集剤とともに添加し、垂直に設置
した９．２９ｍ²（１００ｆｔ²）の面積のシャモット質
れんが表面に吹付ける方法で実施した。ここで、凝集剤
移送には、３５．１５ｋｇ／ｃｍ²（５００ｐｓｉ）ダ
イヤフラムケミカルポンプを使用した。

【００３５】表中に示したポンプ圧送性の項目は、前記
条件で施工した場合おいて、ポンプのシリンダー圧力が
１４０．６ｋｇ／ｃｍ²（２０００ｐｓｉ）以下で非常
にポンプ圧送性が良好であったものには『◎』印、ポン
プのシリンダー圧力が１４０．６ｋｇ／ｃｍ²（２００
０ｐｓｉ）を越えたがポンプ圧送可能であったものに
は、『○』印、また、ポンプ圧送できなかったものには
『×』印を記入している。

【００３６】表中に示した可使時間の項目は、水と混練
後に密封状態で２５℃で保管した第１成分が１２０時間
以上経過してもポンプ圧送可能であったものには『◎』
印、１２０時間未満であったが１０時間以上経過しても
ポンプ圧送可能であったものには『○』印、また、ポン
プ圧送可能な時間が１０時間未満と可使時間の延長が不
十分なものには『×』印を記入している。

【００３７】表中に示した付着率の項目は、前記条件で
施工した場合おいて、全施工重量に対する付着重量の割
合が９５％以上と非常に良好であったものには『◎』
印、９０％以上９５％未満と良好であったものには
『○』印、また、９０％未満と不良だったものには
『×』印を記入している。

【００３８】表中に示した見掛け気孔率の項目は、前記
条件で施工した施工体から切り出した試験片を５００℃
で３時間焼成後に測定した見掛け気孔率が２０％以下で
あったものには『◎』印、２０％より大きく２５％以下
であったものには『○』印、２５％より大きかったもの
には『×』印を記入している。

【００３９】表中に示した残存線膨張収縮率の項目は、
前記条件で施工した施工体から切り出した試験片を使用
して、１５００℃で３時間焼成の前後で残存線膨張収縮
率が０％以上と過焼結を示さなかったものには『◎』
印、０％より小さく−０．５％以上と過焼結が十分に小
さかったものには『○』印、−０．５％より小さく耐火
材料として不適切とされたものには『×』印を記入して
いる。

【００４０】表１、表２、及び、表３に示す実施例１〜
２０が本発明が規定する条件を満足する施工体の結果で
あり、可使時間（水との混練後の第１成分がポンプ圧送
可能なコンシステンシィを維持する時間）が非常に長
く、かつ、良好な施工体を得ることができた。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【表２】

【００４３】

【表３】

【００４４】表２の比較例１〜７を以下に説明する。

【００４５】比較例１は、アルミン酸カルシウムセメン
トを７重量％使用した従来の組成物を示す。自硬性を示
すアルミン酸カルシウムセメントを使用しているため
に、本発明の実施例と比べると可使時間が短いものであ
った。

【００４６】比較例２は珪酸アルカリの使用量が本発明
の規定範囲（０．５〜５重量％で変化させた実施例１、
２、３、４及び５）以下（０．３重量％）のために、付
着率が満足できるものではなかった。

【００４７】比較例３は珪酸アルカリの使用量が本発明
の規定範囲（０．５〜５重量％で変化させた実施例１、
２、３、４及び５）より多い（７重量％）ために、ポン
プ圧送することができなかった。

【００４８】比較例４は流動性助剤の使用量が本発明の
規定範囲（３〜２０重量％で変化させた実施例３、６、
７及び８）以下（１重量％）のために、ポンプ圧送する
ことができなかった。

【００４９】比較例５は流動性助剤の使用量が本発明の
規定範囲（３〜２０重量％で変化させた実施例３、６、
７及び８）より多い（２５重量％）ために、過焼結が大
きく耐火材料として不適切であった。

【００５０】比較例６は粘土（ボールクレー）の使用量
が本発明の規定範囲（５重量％以内で変化させた実施例
２、９、１０及び１１）より多い（７重量％）ために、
可使時間が短いものであった。

【００５１】比較例７は第２成分である凝集剤の添加量
が多すぎたために、脱水後の見掛け気孔率が大きいもの
であった。

【００５２】重要なことは、本発明のキャスタブル組成
物が、充分に硬化してスランプを生じなくなるまでに所
定位置に保持するための型枠を設ける必要がなく、施工
することができることであり、もちろんこれによって労
働力及び時間を掛けてそのような型枠を設けそして除去
するコストが省かれる。

【００５３】

【発明の効果】本発明は、溶融金属容器、溶融金属処理
装置、セメントキルン、焼却炉等に使用する、時硬性の
非常に小さい結合剤を使用した非スランプ性、高密度、
低水分のキャスタブル組成物、及び、そのキャスタブル
組成物を型や型枠を設けることがなく、施工できる施工
方法を提供する。

【００５４】これによって、水との混練工程を施工現場
からの遠隔地で一括して行うことや、断続的な施工作業
や長時間を要する施工作業を行うことが可能となる。

【００５５】更に、労働力及び時間を掛けてそのような
型枠を設けそして除去する作業もなくなりコストが省か
れる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】０．５〜５重量％の珪酸アルカリ、３〜
２０重量％の流動性助剤と、残部が耐火性の骨材及び微
粉からなる固形分１００重量％を、水とで混練した第１
成分であって、前記水が混練された第１成分のポンプ圧
送可能なコンシステンシィの達成に足りる量で存在する
前記ポンプ圧送可能第１成分、及び、施工時に第１成分
に対して添加される第２成分の凝集剤とからなる非スラ
ンプ性珪酸アルカリ系ボンドキャスタブル組成物。
【請求項２】５重量％以下の粘土を第１成分の固形分
１００重量％中に含む請求項１記載の組成物。
【請求項３】型及び型枠の使用なしで、スイング弁ポ
ンプ及び付帯吹付けノズルを用いてキャスタブル組成物
を吹付け施工する方法であって、０．５〜５重量％の珪
酸アルカリ、３〜２０重量％の流動性助剤と、残部が耐
火性の骨材及び微粉からなる固形分１００重量％を、前
記スイング弁ポンプ及び吹付けノズルを介してポンプ圧
送及び吹付け可能なコンシステンシィの達成に足りる量
の水とで混練したポンプ圧送可能な第１成分を作り、前
記第１成分の吹付け直前に吹付けノズル内で第２成分の
凝集剤を、第１成分に対して添加する吹付け施工方法。
【請求項４】５重量％以下の粘土を第１成分の固形分
１００重量％中に含む請求項３記載の施工方法。