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JP5366240B2 - 不定形耐火物の吹付け施工方法 - Google Patents
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JP5366240B2 - 不定形耐火物の吹付け施工方法 - Google Patents

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Description

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や窯炉の築炉または補修に際しての不定形耐火物の吹付け施工方法に関する。
不定形耐火物の吹付け施工方法、中でも乾式施工方法は、材料供給機から吹付けノズルまでの材料搬送管中を乾燥状態で空気搬送される吹付け材料に対して、施工水を添加する方法である。ここで材料搬送管とは、材料供給機から粉末状あるいは水が添加された吹付け材料を搬送するためのホース、パイプ及び吹付けノズルのことを言う。この乾式施工方法では、材料搬送管中で施工水が添加された後、吹付け材料が混練されるが、その混練時間は材料搬送管内を通過する十分の一秒台から数秒間と非常に短いために、事前にミキサーで数分間も混練するキャスタブル等と比較すると混練効果が低く、緻密な施工体が得られ難い問題がある。従来から、このような問題を解決するために複数の位置から施工水を添加する方法が開発されている。
たとえば、特許文献1には耐火性骨材、耐火性粉末、結合剤、分散剤及び急結剤を含む不定形耐火材を、粉末の状態で気流にのせて搬送管に送り搬送管内を空気流により搬送し、吹付けノズルの先端から0.3〜15mの上流の搬送管の2箇所以上において施工水を多段的に添加した後、吹付けノズルを通じて吹付け施工する不定形耐火材の吹付け施工方法が記載されている。
これにより、不定形耐火材と施工水との混合性を改善できるので吹付けノズルからの吹付け材料の安定的な吐出と吐出時における発塵の低減が可能となり、優れた施工体が得られると記載されている。また、施工水をこのように多段的に分けて添加することにより、施工水を吹付けノズルの先端より上流の搬送管に一括添加する場合に比べて、搬送時の圧送損出を小さくできるため搬送が容易となり、かつ施工終了時における搬送管中の残留吹付け材料の掃除等も大幅に簡素化できると記載されている。
また、特許文献2には、材料供給機から吹付けノズルに至る材料搬送管に1次注水器を設けると共に吹付けノズル直前に2次注水器を設け、それぞれの注水器から材料搬送管内を搬送される吹付け材料に水を添加する不定形耐火物の吹付け施工方法であって、1次注水器は、2次注水器の上流側に間隔を空けて設け、1次注水器からは全施工水の10〜50質量%の施工水を添加し、2次注水器から施工に必要な残りの施工水を添加し、しかも一次注水器では平均粒径100μm以下の微粒化水を圧縮空気と共に添加する不定形耐火物の吹付け施工方法が記載されている。
そして、この方法によれば、材料搬送管内を搬送される吹付け材料に平均粒径100μm以下の微粒化水を噴霧添加するため、添加される水の比表面積が大きくなり、従来の添加方法と比較して格段に吹付け材料を均一に湿潤することができるため、材料搬送管内を高速で移動する吹付け材料粉末に対しても短時間でより高い混練効果が得られる。特に微細な原料粒子に対するより均一な湿潤化の効果が大きい。その結果、低水分で緻密な施工体が得られると記載されている。
特開2006−220348号公報 国際公開第05/121676号パンフレット
特許文献1の方法は、吹付け材料中に最初から結合剤と急結剤とを含んでいるため、吹付けノズルの先端から0.3〜15mの範囲内のうち特に先端から離れた位置で施工水を添加した場合には、施工中に材料搬送管の内壁にスラリー状態の吹付け材料が付着してくるため詰まりやすくなる。つまり、この施工水の添加位置より下流側では吹付け材料が吹付けに適した軟度のスラリーとなるため、材料搬送管の内壁にスラリーが付着する。このスラリーは急結剤の急結作用により硬くなってくるため材料搬送管内でスラリーが固まり、これらが堆積し最終的には材料搬送管を詰まらせることになる。
そこで、詰まりにくくするために施工水の添加量を増して混練物(スラリー)の粘性を下げざるを得ない。しかし、施工水の添加量が多くなると搬送抵抗が増加するため搬送エアー量を増加する必要があり、リバウンドロスの増加となる。その結果、緻密な施工体が得られ難い問題がある。さらに、施工水を単に材料搬送管内へ添加するだけでは、単時間の搬送中に水分と粉末材料とを均一に混練することが難しく、どうしても水分が過剰になる。
特許文献2の方法では、施工水を100μm以下の微粒化水として添加し、かつ全施工水の10〜50質量%の施工水をあらかじめ上流側の1次注水器から添加しており均一に混練されるため、特許文献1の方法に比べ施工水の添加量は少なくて済み、搬送エアー量の増加を最小限とし、リバウンドロスも少なくなるが、吹付け材料中に最初から結合剤と急結剤とを含んでいる場合には、程度の差はあれ特許文献1と同様な問題がある。また、施工体の耐用性をさらに延ばすためには、より低水分で施工が可能で緻密な施工体が得られる施工方法が必要である。
本発明の課題は、結合剤と急結剤を含む吹付け材料を使用し、しかも材料搬送管内の複数の位置から100μm以下の微粒化水を圧縮空気と共に添加する不定形耐火物の吹付け施工方法において、さらに緻密な施工体が得られ、材料搬送管内への吹付け材料の付着を回避し、しかもリバウンドロスの少ない不定形耐火物の吹付け施工方法を提供することである。
本発明は、結合剤と急結剤とを含有する吹付け材料を使用し、材料供給機から吹付けノズルまでの材料搬送管に上流側から順に1次注水器と2次注水器とを設け、1次注水器と2次注水器では平均粒径100μm以下の微粒化水を圧縮空気と共に添加する不定形耐火物の吹付け施工方法において、2次注水器より下流側でかつ吹付けノズルの先端から上流側0.3m以上2.0m以下の位置に3次注水器を設け、3次注水器から全施工水の1〜30質量%の施工水を添加する不定形耐火物の吹付け施工方法である。
また、2次注水器を3次注水器から上流側に0.5m以上離して吹付けノズルの先端から1.5〜10mの範囲に設け、さらに1次注水器を2次注水器から上流側に5m以上離して設け、2次注水器からは全施工水の40〜85質量%の施工水を、1次注水器からは全施工水の10〜40質量%の施工水を添加する不定形耐火物の吹付け施工方法である。
本発明では、3次注水器によって材料搬送管の先端側で施工水を添加することで、スラリー状態での搬送距離が短くなるので、材料搬送管内への付着を防止することができる。したがって、スラリーの粘性を下げるための施工水の添加も最小限で済み、また、圧送抵抗が少なくなり搬送エアー量も抑えることができる。その結果、吹付け材料の供給速度を適正レベルに保ち、施工時のリバウンドロスが少なくなるとともに低水分で緻密な施工体が得られる。しかも、3次注水器よりも下流側の材料搬送管が短いため、たとえ3次注水器より下流側が詰まったとしても容易に交換することができる。また交換後の洗浄も容易である。
また、本発明では、1次注水器と2次注水器では平均粒径100μm以下の微粒化水を圧縮空気と共に添加しているため、吹付け材料が水と均一に混練される。このため、3次注水器にて少量の水を添加するだけで均一なスラリーとなる。このため、注水器の位置が先端から短くてもノズル内の混練が不足することはない。したがって、よりノズルの先端側で水分を添加しても混練が不十分となることなく、従来よりも施工水が少なくなり品質のバラツキのない緻密な施工体が得られる。
3次注水器は、吹付けノズルの先端から上流側0.3m以上2.0m以下、好ましくは0.5m以上1.0m未満の範囲に設ける。3次注水器の位置がノズル先端から2.0mを超えると3次注水器の下流側の材料搬送管内への吹付け材料の付着量が多くなる。3次注水器の位置が吹付けノズルの先端から上流側0.3m未満の場合には施工水の混合が不均一となりリバウンドロスが発生ししかも施工体の品質が悪くなる。また、3次注水器での施工水の添加量は全施工水の1〜30質量%、より好ましくは5〜25質量%である。1質量%未満では材料搬送管内への吹付け材料の付着量が多くなり、30質量%を超えると搬送距離に対して添加水分が多すぎ水が均一に混ざり難くなりリバウンドロスが多くなる。
2次注水器は、3次注水器から上流側に0.5m以上離し、しかも吹付けノズルの先端から1.5〜10mの範囲に設けることが好ましい。3次注水器から上流側に0.5m未満では、2次注水器から施工水を添加された吹付け材料の混練が不十分となる。また吹付けノズルの先端から1.5m未満では混練効果が不十分となり施工体が不均一になりやすく、10mを超えると材料搬送管内への吹付け材料の付着量が多くなる。
2次注水器では、全施工水の40〜85質量%を添加することが好ましい。40質量%未満では、混練効果が不足し施工体が不均一になりやすく、85質量%を超えると材料搬送管内への吹付け材料の付着量が多くなる。
1次注水器は、2次注水器から5m以上離して上流側に設けることが好ましい。5m未満では吹付け材料の搬送中の混練効果が不十分となる。1次注水器では、全施工水の10〜40質量%を添加することが好ましい。10質量%未満では、水分が少なすぎて混練効果が不足し、40質量%を超えると水分が多すぎて材料搬送管内への吹付け材料の付着量が多くなる。
また、本発明では、耐火原料粉末に対して結合材としてアルミナセメント、マグネシアセメント、リン酸塩及びケイ酸塩のうち1種以上と、急結剤と、分散剤と、繊維とを混合してなり、耐火原料粉末中に粒径75μm未満の原料を25〜60質量%含有し、このうち10μm未満の原料と75μm未満10μm以上の原料との質量比(10μm未満の原料/75μm未満10μm以上の原料)が0.25〜0.7である吹付け材料を使用することができる。75μm未満の原料の使用量は、25質量%未満では、緻密な施工体が得られにくく、60質量%を超えると施工体の耐用性が低下する。
さらに、耐火原料粉末に対して結合剤として熱硬化性有機樹脂、リン酸塩及びケイ酸塩のうち1種以上と、急結剤とを添加し混合してなり、耐火原料粉末中に粒径75μm未満の原料を10〜45質量%含有し、このうち10μm未満の原料と75μm未満10μm以上の原料との質量比(10μm未満の原料/75μm未満10μm以上の原料)が0.25〜0.7である吹付け材料を使用することができる。75μm未満の原料の使用量は、10質量%未満では、緻密な施工体が得られにくく、45質量%を超えると施工体の耐用性が低下する
本発明では1次注水器と2次注水器において施工水を100μm以下の微粒化水が発生する条件で添加しているため、湿潤効果が非常に高い。したがって、急結剤の溶解拡散を抑制しながら効果的に施工水を添加するには、比表面積の大きな10μm未満の超微粉原料が有効であり、しかも75μm未満10μm以上の原料とのバランスが重要である。すなわち、その質量比(10μm未満の原料/75μm未満10μm以上の原料)が0.25〜0.7の範囲であることが好ましく、さらに0.30〜0.60の範囲がより緻密な施工体が得られることからより好ましい。0.25未満では混練物が凝集傾向になり施工水が多く必要となり、0.7を超えると粉体が材料搬送管内に付着し易くなる。
本発明では、材料搬送管内への吹付け材料の付着を抑制でき、しかもリバウンドロスが少なく、低水分で緻密な施工体が得られる。
本発明の不定形耐火物の吹付け施工方法を実施するための装置の全体構成を示す。
本発明において、1次注水器と2次注水器とから添加する平均粒径100μm以下の微粒化水は、水を圧縮空気によって霧状にすることで得られる。例えば上記特許文献2の方法を採用することができる。
本発明において微粒化水の平均粒径は100μm以下とし、好ましくは70μm以下、さらに好ましくは5〜50μmとする。この平均粒径はレーザードップラー法によって測定することができる。微粒化水の平均粒径が100μmより大きな場合には、水の比表面積が小さくなり吹付け材料が均一に湿潤されにくくなり、混練された吹付け材料の場所による水分量にバラツキが発生してくる。その結果、良好な作業性を持つ吹付け材料とするためには施工水量が増えてしまう。
3次注水器から添加される施工水の形態については特に限定されず、従来の添加方法を採用することができ、例えば、ウオーターリングから水のみを添加しても良い。さらに、平均粒径が100μm以下の微粒化水を圧縮空気と共に添加することで、より混練効果を高め高品質の施工体を得ることもできる。
さらに、本発明においては、1次注水器を2つ以上設けることも可能である。1次注水器を、ある間隔で2つ設け、1次施工水を2箇所にわけて添加しても特に問題ない。
本発明の施工方法に使用する吹付け材料としては、粉末材料中に粉末状態で結合剤と急結剤とを含有するものを使用することができる。急結剤は、吹付けノズル手前で液状あるいは粉末状で別に添加する方法もあるが、本発明の施工方法においては急結剤を粉末状態で他の原料と混和した状態で使用する。このため、施工現場において急結剤の添加量等を別に管理する必要が無く手間を要さない。
結合剤としては、アルミナセメント、マグネシアセメント、熱硬化性有機樹脂、リン酸塩及びケイ酸塩のうち1種以上を使用することができる。施工体の温度が600℃以下の場合には強度が発現しやすい点から、アルミナセメントがより好ましい。また施工体の温度が600℃を超える場合には、熱硬化性有機樹脂、リン酸塩及びケイ酸塩のうち1種以上がより好ましい。熱硬化性有機樹脂としては、フェノール樹脂やフラン樹脂を使用することができる。
急結剤は施工水の存在下でスラリーを凝集させたり、さらには結合剤と反応し、不定形耐火物を急速に硬化させ、不定形耐火物に付着性を付与する。急結剤は粉末状態で不定形耐火物に当初から混入させておく。急結剤の具体例を挙げると、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウムなどのケイ酸塩、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、アルミン酸カルシウムなどのアルミン酸塩、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウムなどの炭酸塩、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウムなどの硫酸塩、CaO・Al、12CaO・7Al、CaO・2Al、3CaO・Al、3CaO・3Al・CaF、11CaO・7Al・CaFなどのカルシウムアルミネート類、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、塩化カルシウムなどのカルシウム塩などである。
分散剤は解こう剤とも称され、一般的な不定形耐火物で使用されているものであれば問題なく使用することができる。不定形耐火物施工時の流動性を付与する効果をもつ。具体例としては、トリポリリン酸ソーダ、ヘキサメタリン酸ソーダ、ウルトラポリリン酸ソーダ、酸性ヘキサメタリン酸ソーダ、ホウ酸ソーダ、炭酸ソーダ、ポリメタリン酸塩などの無機塩、クエン酸ソーダ、酒石酸ソーダ、ポリアクリル酸ソーダ、スルホン酸ソーダ、ポリカルボン酸塩、β−ナフタレンスルホン酸塩類、ナフタリンスルフォン酸、カルボキシル基含有ポリエーテル系分散剤等である。
耐火原料粉末としては、一般的な不定形耐火物に使用される耐火原料であれば問題なく使用することができる。例えば、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、炭素類、金属等である。また、耐火原料粉末の最大粒径は、5mmを超えると1次注水器による施工水添加後の搬送中に分離、セグレが生じ易くなり混練効果が低下するため、耐火原料粉末のうち粒径5mm以下の原料が90質量%以上であることがより好ましく、さらにより好ましくは、耐火原料粉末のうち粒径3mm以下の原料が90質量%以上である。
繊維は、通常の不定形耐火物で爆裂防止等の目的で使用されている繊維を使用することができ、例えば、ビニロン、ナイロン、PVA、ポリビニル、ポリスチレン、ポリプロピレン、炭素等である。
図1は、本発明の不定形耐火物の吹付け施工方法を実施するための装置10の全体構成を示す。
同図において、1は吹付け材料2が収納された材料供給機を示す。材料供給機1は、一般に不定形耐火物の吹付け装置に使用されているもので定量吐出できるものであれば、ロテクターガン、リードガン、野上セメントガン等の如何なるタイプのものでも問題なく使用することができる。
この材料供給機1内の吹付け材料2は、材料供給機1内に供給される圧縮空気によって内圧が調整され、下端に設けられたモータMによって駆動するテーブルフィーダー3によって、材料供給機1から吹付けノズル4まで配置された搬送ホース5に供給される。
搬送ホース5にはテーブルフィーダー3の搬送空気導入箇所6を通して搬送空気が供給され、材料供給機1からの吹付け材料2を搬送ホース5の吹付けノズル4から対象体11に吹き付け施工する。
この搬送ホース5には、材料供給機1の直後に1次注水器7が、その下流側に2次注水器8が、吹付けノズル4の直前には3次注水器9が設けられている。
この1次注水器7及び2次注水器8は、圧縮空気によって微粒化水を、搬送ホース5内を空気搬送される吹付け材料に噴霧添加する。この1次注水器7及び2次注水器8は上記特許文献2で開示されたものを使用した。また、3次注水器は水のみをウオーターリングから注水する。
表2及び表3は、上記図1に示す吹付け装置を用いて、それぞれの表に示す吹付け条件にて吹付けテストを行った結果を示す。表1は、表2及び表3に使用した吹付け材料の原料配合割合を示す。表1においては、耐火原料粉末としてマグネシア原料粉末を使用し、結合剤としてケイ酸塩を、急結剤として消石灰を使用している。粒度の測定は、JIS標準篩いを使用し、74μm以下は散乱式粒度分布測定装置を使用した。耐火原料粉末100質量%に占める各粒度の耐火原料粉末の割合を質量%で示した。
テスト条件は以下のとおりである。吹付け材料の搬送用空気の流量は4Nm/min、圧力は0.27MPa、1次注水器の微粒化水搬送用空気の流量は250NL/min、微粒化水搬送用空気の流速は30m/sec、2次注水器も同数値とし、材料搬送管(搬送ホース5)の内径は35mm、それぞれの注水器に供給する水の元圧は0.38MPaとした。このとき、それぞれの微粒化水の平均粒径を吹付け材料は供給せず吹付け材料の搬送用空気のみを供給した状態でレーザードップラー法にて測定したところ1次注水器では34μm(体積平均粒径)、2次注水器では40μm(体積平均粒径)であった。なお、測定位置は、吹付けノズルの開口部より300mm下流部である。また、微粒化水の粒径の測定装置は、米国TSI社の商品名「AEROMETRICS」を使用した。
表2及び表3の各注水器における添加水分は、全施工水分100質量部に占めるそれぞれの添加水分の割合を質量%で示した。
テストは水平方向に約1m離れた位置に、垂直に置いた金枠(深さ40mm、幅160mm、長さ400mm)へ吹付け施工し、施工体の吹付け状況を観察し、さらに110℃で乾燥後の施工体の品質を調べたものである。
また、材料搬送管内の付着物については、比較例1及び比較例2を除き、3次注水器から下流側の材料搬送管内の付着物量(質量)を測定し、材料搬送管の長さ10cm当りの付着量に換算して比較した。比較例1及び比較例2は、1mの吹付けノズル内の付着物量を測定した。5分間吹付け材料を吹き付けた後の前記付着物量を測定し、比較例1の付着物量(質量)を100として指数で表示した。
表2は、3次注水器の位置が吹付け施工に与える影響を調査した結果である。実施例1から実施例7では、平均粒径100μm以下の微粒化水を2ヶ所から添加した比較例1,2と比較すると、全施工水分が少なく緻密な施工体が得られることがわかる。さらに、施工時のリバウンドロスは少しあるか、あるいはほとんど無い状態で、材料搬送管内付着物も少ない。
これに対して、比較例1と比較例2は3次注水器が無い場合であり、実施例と比較すると全施工水分が多く見掛け気孔率が高い施工体が得られている。また、パイプ内の付着物が多くなり、全施工水分も多くなっている。比較例3は、3次注水器の位置が0.2mの場合であり、混練効果が不十分で施工体の見掛け気孔率が高い。また、リバウンドロスが非常に多く実用的ではない。比較例4は、3次注水器の位置が2.5mの場合であり、材料搬送管内の付着物が急に多くなっている。比較例5は、3次注水器の位置が3mの場合であり、材料搬送管内の付着物がさらに多くなっている。また、比較例4,5では全施工水分が増加するため施工体の見掛け気孔率が高くなっている。
表3は、3次注水器の添加水分が吹付け施工に与える影響を調査した結果である。実施例7から実施例13は、3次注水器の添加水分が本発明の範囲内であり、リバウンドロスはほとんど無く、材料搬送管内付着物も少なく、しかも低水分で緻密な施工体が得られている。
これに対して、比較例6は3次注水器の添加水分が0の場合であり、材料搬送管内付着物が多くなっている。比較例7は、3次注水器の添加水分が多すぎてリバウンドロスが増え、比較例8ではリバウンドロスがさらに多くなっている。また混練効果が低下し、施工体の見掛け気孔率が増加している。
表4は他の吹付け材料による実施例を示す。実施例15から実施例17は、3次注水器の添加水分が本発明の範囲内であり、リバウンドロスはほとんど無く、材料搬送管内付着物も少なく、しかも低水分で緻密な施工体が得られた。
Figure 0005366240
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Figure 0005366240
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1 材料供給機
2 吹付け材料
3 テーブルフィーダー
4 吹付けノズル
5 搬送ホ−ス
6 搬送空気導入箇所
7 1次注水器
8 2次注水器
9 3次注水器
10 吹付け装置
11 対象体

Claims (4)

  1. 結合剤と急結剤とを含有する吹付け材料を使用し、材料供給機から吹付けノズルまでの材料搬送管に上流側から順に1次注水器と2次注水器とを設け、1次注水器と2次注水器では平均粒径100μm以下の微粒化水を圧縮空気と共に添加する不定形耐火物の吹付け施工方法において、
    2次注水器より下流側でかつ吹付けノズルの先端から上流側0.3m以上2.0m以下の位置に3次注水器を設け、3次注水器から全施工水の1〜30質量%の施工水を添加する不定形耐火物の吹付け施工方法。
  2. 2次注水器を3次注水器から上流側に0.5m以上離して吹付けノズルの先端から1.5〜10mの範囲に設け、さらに1次注水器を2次注水器から上流側に5m以上離して設け、2次注水器からは全施工水の40〜85質量%の施工水を、1次注水器からは全施工水の10〜40質量%の施工水を添加する請求項1に記載の不定形耐火物の吹付け施工方法。
  3. 吹付け材料が、耐火原料粉末に対して結合剤としてアルミナセメント、マグネシアセメント、リン酸塩及びケイ酸塩のうち1種以上と、急結剤と、分散剤と、繊維とを添加し混合してなり、耐火原料粉末中に粒径75μm未満の原料を25〜60質量%含有し、このうち10μm未満の原料と75μm未満10μm以上の原料との質量比(10μm未満の原料/75μm未満10μm以上の原料)が0.25〜0.7である請求項1または請求項2に記載の不定形耐火物の吹付け施工方法。
  4. 吹付け材料が、耐火原料粉末に対して結合剤として熱硬化性有機樹脂、リン酸塩及びケイ酸塩のうち1種以上と、急結剤とを添加し混合してなり、耐火原料粉末中に粒径75μm未満の原料を10〜45質量%含有し、このうち10μm未満の原料と75μm未満10μm以上の原料との質量比(10μm未満の原料/75μm未満10μm以上の原料)が0.25〜0.7である請求項1または請求項2に記載の不定形耐火物の吹付け施工方法。
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