熱間施工用乾式吹付け材、及びそれを用いた熱間吹付け施工方法
【課題】被施工面からの吹付け施工体の剥離等を防止することができる熱間乾式吹付け技術を提供する。
【解決手段】熱間施工用乾式吹付け材２は、耐火性粉体と、この耐火性粉体１００質量％に対する外掛け０．０２〜０．４質量％の量のポリプロピレン繊維と、結合剤を含む粉末状の添加剤とからなり、かつ粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量を２０質量％未満に抑えてなる。これを搬送管５内に送り込んで気流搬送し、注水器７及び８から平均粒径１００μｍ以下に微粒化した施工水を添加して被施工面Ｓに吹付ける。
【解決手段】熱間施工用乾式吹付け材２は、耐火性粉体と、この耐火性粉体１００質量％に対する外掛け０．０２〜０．４質量％の量のポリプロピレン繊維と、結合剤を含む粉末状の添加剤とからなり、かつ粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量を２０質量％未満に抑えてなる。これを搬送管５内に送り込んで気流搬送し、注水器７及び８から平均粒径１００μｍ以下に微粒化した施工水を添加して被施工面Ｓに吹付ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不定形耐火物の吹付け施工技術に関し、特に熱間施工用乾式吹付け材、及びそれを用いた熱間吹付け施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
不定形耐火物の吹付け施工方法の１つに、施工水が添加されていない粉末状の不定形耐火物を搬送管内に送り込んで気流搬送し、搬送管内又は搬送管の先端に接続した吹付けノズル内で施工水を添加して吹付ける乾式吹付け施工方法がある。また、不定形耐火物を施工水の一部で予め湿潤させたものを搬送管内に送り込んで気流搬送し、搬送管内又は吹付けノズル内で施工水の残部を添加して吹付ける半乾式吹付け施工方法も知られている。
【０００３】
特許文献１は、それら従来の乾式又は半乾式吹付け施工方法のいずれにも勝る改善技術として、施工水を添加していない不定形耐火物を気流搬送する搬送管に、不定形耐火物の搬送方向に間隔をおいて一次及び二次の２つの注水器を設け、各注水器から不定形耐火物に対して平均粒径１００μｍ以下に微粒化された施工水を供給する吹付け施工方法を開示している。
【０００４】
本明細書においては、上述した従来の乾式又は半乾式吹付け施工方法にしろ、特許文献１の吹付け施工方法にしろ、不定形耐火物を気流搬送する工程を含んで吹付ける施工方法を乾式吹付け施工方法と総称し、この乾式吹付け施工方法に供される不定形耐火物を乾式吹付け材と呼ぶものとする。
【０００５】
特許文献２は、乾式吹付け材として、耐火骨材と、この耐火骨材１００質量％に対する外掛け０．０１〜１質量％の量の有機繊維と、結合剤を含む添加剤とからなるものを開示している。有機繊維としては、ビニロン繊維、ポリエステル繊維、及びポリプロピレン繊維等を選択的に例示している。実施例では、それら有機繊維の中でもビニロン繊維又はポリエステル繊維を使用したものを開示している（特許文献２の実施例３〜６参照）。
【０００６】
特許文献３は、乾式吹付け材として、塩基性耐火材と、この塩基性耐火材に対する外掛けで最大３質量％の有機繊維と、結合剤を含む添加剤とからなるものを開示している。特許文献２と同様、有機繊維としては、ビニロン繊維、ポリエステル繊維、及びポリプロピレン繊維等を選択的に例示している。実施例では、それら有機繊維の中でもビニロン繊維又はポリエステル繊維を使用したものを開示している（特許文献３の実施例１〜３及び５〜１０参照）。
【特許文献１】国際公開第０５／１２１６７６号パンフレット
【特許文献２】特開平９−１６５２７２号公報
【特許文献３】特開昭６０−７１５７７号公報
【特許文献４】特開平５−３３０９２９号公報
【特許文献５】特公平７−９１１１７号公報
【特許文献６】特公平６−４５５０７号公報
【特許文献７】特開平１０−２０６０３２号公報
【特許文献８】特開平１１−１７３７６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
乾式吹付け材には、６００℃以上の被施工面に吹付けられる熱間施工用のものと、６００℃未満の被施工面に吹付けられる冷温間施工用のものとがある。特許文献２及び３に開示の乾式吹付け材は、熱間施工用のものである。熱間施工においては、被施工面の熱で施工水が急激に蒸発するため、冷温間施工の場合に比べて、吹付け施工体の内部水蒸気圧の急激な上昇に起因した吹付け施工体の剥離、ふくれ、又は爆裂（以下、剥離等という。）が生じやすいという課題がある。
【０００８】
この課題に対しては、従来から、特許文献２及び３に開示されるように、熱間施工用乾式吹付け材に有機繊維を含有せしめる対策が採られている。即ち、有機繊維が被施工面の熱で消失し、吹付け施工体の内部に水蒸気の逃げ道となる通気孔を形成する。これにより、吹付け施工体の内部水蒸気圧の上昇を緩和し、吹付け施工体の剥離等を抑制できるとされている。
【０００９】
ところが、本願発明者らの研究によると、使用する有機繊維によっては、吹付け施工体の剥離等を充分に防止しえない場合がある。例えば、ビニロン繊維は、被施工面で加熱された施工水に溶け、その水溶液が吹付け施工体の表面や通気孔の内面にＰＶＡ（ポリビニルアルコール）の皮膜を形成する。この皮膜が水蒸気の散逸を妨げてしまう。種々の検討の結果、吹付け施工体の剥離等を抑制するための有機繊維としては、ポリプロピレン繊維が特に好ましいことが判った。
【００１０】
この点、特許文献２及び３は、有機繊維としてポリプロピレン繊維を選択的に挙げてはいるが、実施例ではビニロン繊維及びポリエステル繊維を使用しており（特許文献２の表１及び特許文献３の表参照）、有機繊維の中でも特にポリプロピレン繊維が好ましいという技術思想は開示していない。特許文献１は、そもそも有機繊維を添加した熱間施工用乾式吹付け材の実施例を開示していない（特許文献１の表４参照）。
【００１１】
さらに、本願発明者らの鋭意研究によると、ポリプロピレン繊維を使用するにあたり、熱間施工用乾式吹付け材中の粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量を低減すると、吹付け施工体の剥離等を防止する効果が飛躍的に向上すること判った。
【００１２】
本明細書において、非水溶性粒子とは、２０℃の水１００ｇに対する溶解度が１０ｇ未満の粒子をいう。但し、水和物の溶解度は、２０℃の水１００ｇに溶解する無水物の質量で表す。例えば、仮焼アルミナやシリカヒューム等の耐火性粉体、消石灰、及びアルミナセメント等は、非水溶性粒子である。一方、水溶性粒子とは、２０℃の水１００ｇに対する溶解度が１０ｇ以上の粒子をいう。
【００１３】
この点、特許文献２では、そもそもポリプロピレン繊維を使用していないのみならず、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子である焼結マグネシアを２５質量％と多量に含んでいる（特許文献２の表１参照）。特許文献３も、そもそもポリプロピレン繊維を使用していないのみならず、非水溶性粒子である塩基性耐火材の粒度構成を具体的に開示してない。一般に、熱間施工用乾式吹付け材は、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子を、２５〜３０質量％程度含んでいる（例えば、特許文献４〜６参照）。
【００１４】
なお、予め全施工水が添加され、坏土と称する泥しょう物に調整されてからポンプ圧送される湿式吹付け材としては、ポリプロピレン繊維を添加したものが開示されている（特許文献７及び８参照）。しかし、湿式吹付け材は、施工水の存在下、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子と分散剤との組み合わせによって坏土にポンプ圧送可能な流動性を付与しなければならないため、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子を減らすことに限界がある。即ち、特許文献７及び８に明示はなくても、湿式吹付け材である以上、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子を３０質量％程度含んでいる。
【００１５】
本発明の目的は、吹付け施工体の被施工面からの剥離等を防止することができる熱間施工用乾式吹付け材、及びそれを用いた熱間吹付け施工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一観点によれば、耐火性粉体と、この耐火性粉体１００質量％に対する外掛け０．０５〜０．４質量％の量のポリプロピレン繊維と、結合剤を含む添加剤とからなり、かつ粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量が２０質量％未満である熱間施工用乾式吹付け材が提供される。ポリプロピレン繊維の長さは５ｍｍ〜２０ｍｍであることが好ましく、直径は０．０２ｍｍ〜１ｍｍであることが好ましい。添加剤は、水溶性粒子を少なくとも一部に用いた硬化促進剤を含むことが好ましい。
【００１７】
本発明の他の観点によれば、上記吹付け材を搬送管内に送り込んで気流搬送し、搬送管内及び／又は搬送管の先端に接続した吹付けノズル内にて、該吹付け材に平均粒径１００μｍ以下に微粒化した施工水を供給し、該吹付け材を被施工面に吹付ける熱間吹付け施工方法が提供される。平均粒径１００μｍ以下に微粒化した施工水は、搬送管と吹付けノズルとで構成される吹付け材の搬送経路上に、搬送方向に関して間隔をおいて配置された複数の注水器から多段的に供給することが好ましい。
【００１８】
本明細書において、粒子の粒径がｄ以下とは、その粒子が目開きｄのふるいを通過する粒度域に属することを意味する。但し、微粒化した施工水の平均粒径は、レーザードップラー法による測定値を指すものとする。
【発明の効果】
【００１９】
有機繊維として特にポリプロピレン繊維を選択するに際し、非水溶性粒子の中でも粒径７５μｍ以下のものの含有量を２０質量％未満に抑えると、吹付け施工体の通気率が飛躍的に向上し、その剥離等を防止する効果が高まることが判った。これは主として、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量を低減した場合、ポリプロピレン繊維が直線性を良好に保った状態で吹付け施工体中に存在できるようになるためであると推定される。
【００２０】
かかる吹付け材は、平均粒径１００μｍ以下に微粒化した施工水を添加して吹付ける方法によると、施工水との混合効果が高まる結果、少ない施工水での吹付けが可能になるとともに、吹付けた際の衝撃で吹付け施工体の組織がよく締まるようになる。このため、ポリプロピレン繊維による通気率の向上の効果は得つつ、吹付け施工体の見掛け気孔率は小さく抑えることができ、吹付け施工体の耐侵食性を向上できる。また、少ない施工水での吹付けを実現できるので、吹付けたときの水蒸気の発生量も少なくなり、吹付け施工体の剥離等を防止する効果がいっそう向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、乾式吹付け施工装置の概略図を示す。タンク１内の熱間施工用乾式吹付け材２が、テーブルフィーダ３によって搬送管５内に送り込まれる。搬送管５内に送り込まれた熱間施工用乾式吹付け材２は、図示せぬエアーコンプレッサから搬送用空気導入管６を介して搬送管５内に供給される圧縮空気にのって搬送管５内を気流搬送され、搬送管５の先端に接続された吹付けノズル４から被施工面Ｓに吹付けられる。
【００２２】
被施工面Ｓは、例えば、溶融金属容器の内張り耐火物における溶損した領域であり、６００℃以上の温度を有する。
【００２３】
搬送管５の途中に一次注水器７が設けられ、一次注水器７よりも下流に二次注水器８が設けられている。図１には、二次注水器８を吹付けノズル４の直前、即ち搬送管５の吹付けノズル４側の端部に配置した例を示すが、二次注水器８は吹付けノズル４に設けてもよく、搬送管５の途中に設けてもよい。
【００２４】
一次注水器７及び二次注水器８の各々から、搬送管５内に、平均粒径１００μｍ以下に微粒化された施工水が圧縮空気と共に噴霧される。このように施工水を微粒化して噴霧する注水器７及び８の構造は、例えば特許文献１に開示されており、公知であるためその詳細な説明は省略する。
【００２５】
搬送管５内を流れる過程で、熱間施工用乾式吹付け材２と、微粒化された施工水の粒子とが混ざり合う。施工水を平均粒径１００μｍ以下に微粒化したことで、熱間施工用乾式吹付け材２と施工水との混合効果が高まる。この結果、従来法に比べて施工水の使用量を低減しても、粉塵やリバウンドロス（被施工面Ｓからの跳ね返り損失）が生じにくくなる。しかも、熱間施工用乾式吹付け材２を均一に湿潤させた状態で吹付けることができるため、吹付けたときの衝撃で吹付け施工体の組織がよく締まるようになって見掛け気孔率の小さな吹付け施工体を得ることができる。
【００２６】
なお、一次注水器７から二次注水器８までの搬送経路に沿った距離は、熱間施工用乾式吹付け材２と施工水との混合効果を高める観点から、５ｍ以上であることが好ましく、１５ｍ以上であることがより好ましい。
【００２７】
また、二次注水器８から吹付けノズル４の先端までの搬送経路に沿った距離は、長すぎると搬送管５や吹付けノズル４が詰まりやすくなることがあり、短すぎると熱間施工用乾式吹付け材２と施工水との混合効果を高める効果が得られにくくなることがあるため、０．５ｍ以上５ｍ未満であることが好ましく、０．５ｍ以上３ｍ未満であることがより好ましい。
【００２８】
また、一次注水器７が、全施工水の１０〜５０質量％を噴霧し、二次注水器８が残りの施工水を噴霧することが好ましい。このように一次注水器７による施工水の供給量の下限を規定することにより、熱間施工用乾式吹付け材２と施工水との混合効果を高めることができる。一次注水器７による施工水の供給量の上限を規定することにより、一次注水器７以降の搬送経路の詰まりを防止することができる。両効果の兼ね合いを考慮すると、一次注水器７による施工水の供給量は、全施工水の２０〜４０質量％であることがより好ましい。
【００２９】
以下、熱間施工用乾式吹付け材２の構成を説明する。
【００３０】
熱間施工用乾式吹付け材２は、耐火性粉体と、ポリプロピレン繊維と、結合剤を含む粉末状の添加剤とからなる。
【００３１】
耐火性粉体は、非水溶性粒子であり、粒径７５μｍ超の耐火性骨材と、粒径７５μｍ以下の耐火性微粉とからなる。耐火性粉体に占める耐火性微粉の割合は、例えば１８質量％以下であることが好ましく、１５質量％以下であることがより好ましい。
【００３２】
耐火性骨材には、例えば、アルミナやボーキサイト等の金属酸化物、ダイアスポア、ムライト、カイヤナイト、バン土頁岩、シャモット、ケイ石、パイロフィライト、シリマナイト、アンダリュウサイト、クロム鉄鉱、スピネル、マグネシア、ジルコニア、ジルコン、クロミア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の金属窒化物、炭化ケイ素、金属炭化物、金属、炭化ホウ素、ホウ化チタン、及びホウ化ジルコニウムから選ばれる１種以上を使用することができる。
【００３３】
耐火性微粉には、例えば、仮焼アルミナ、シリカヒューム、及び粘土の他、コロイダルシリカやアルミナゾル等の無機酸化物コロイド粒子等を使用することができる。
【００３４】
ポリプロピレン繊維は、その添加量を耐火性粉体１００質量％に対する外掛けで０．０２〜０．４質量％とする。この理由は、０．０２質量％未満であると、吹付け施工体に充分な本数の通気孔を形成できないため、吹付け施工体の剥離等の問題を解決できず、０．４質量％より多いと、吹付け施工体の組織がポーラスになりすぎるため、耐侵食性が低下するとともに、繊維の消失にともなう吹付け施工体の体積収縮が大きくなって施工体にはりやそりが生じやすくなるからである。これらの問題の兼ね合いを考慮すると、ポリプロピレン繊維の添加量は、耐火性粉体１００質量％に対する外掛けで０．０４〜０．３質量％であることが好ましい。
【００３５】
ポリプロピレン繊維の長さは、５ｍｍ〜２０ｍｍであることが好ましく、６ｍｍ〜１３ｍｍであることがより好ましい。このように長さの上限を規定することにより、搬送管５及び吹付けノズル４内で熱間施工用乾式吹付け材２に偏析が生じることを防止できる。また、長さの下限を規定することにより、吹付け施工体の内部水蒸気圧を外部に逸散させる効果をより確実なものとすることができる。
【００３６】
ポリプロピレン繊維の直径は、０．０２ｍｍ〜１ｍｍであることが好ましく、０．０４ｍｍ〜０．０７ｍｍであることがより好ましい。このように直径の上限を規定することにより、吹付け施工体の通気率が高くなりすぎて耐用性が低下することを防止できる。また、直径の下限を規定することにより、吹付け施工体の内部水蒸気圧を外部に逸散させる効果をより確実なものとすることができる。
【００３７】
結合剤としては、水溶性粒子であるリン酸ソーダ等のリン酸塩、ケイ酸ソーダ等のケイ酸塩、及びホウ酸塩等の他、非水溶性粒子であるレジンやピッチ等の熱間でカーボンボンドを形成する有機物等を使用することもできる。中でも、熱間での通気性を確保し易い点で、リン酸塩又はケイ酸塩が好ましい。なお、非水溶性粒子であるアルミナセメントやマグネシアセメント等のセメントも結合剤として知られるが、セメントは熱間施工に適さない場合がある。結合剤の添加量は、耐火性粉体１００質量％に対する外掛けで１〜５質量％であることが好ましい。結合剤は、例えば、粒径７５μｍ以下の粒度を含む粉体状に調整されて使用される。
【００３８】
この他、添加剤としては、硬化促進剤、金属粉末、シリコン粉末、及びフェロシリコン粉末等の焼結助剤、炭化ホウ素等の酸化防止剤等を含んでもよい。
【００３９】
硬化促進剤としては、水溶性粒子であるケイ酸ソーダ、ケイ酸カリウム等のケイ酸塩、アルミン酸ソーダ、アルミン酸カリウム、アルミン酸カルシウム等のアルミン酸塩、炭酸ソーダ、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム等の炭酸塩、硫酸ソーダ、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム等の硫酸塩、及び塩化カルシウム等の他、非水溶性粒子であるＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＦ２、１１ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３・ＣａＦ２等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（消石灰）、及び塩化カルシウム等のカルシウム塩等から選ばれる１種以上を用いることができる。硬化促進剤は、例えば粒径７５μｍ以下の粒度を含む粉体状に調整されて使用される。
【００４０】
分散剤としては、水溶性粒子であるクエン酸ソーダ、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、及びカルボキシル基含有ポリエーテルから選ばれる１種以上を用いることができる。
【００４１】
以上の各材料は、熱間施工用乾式吹付け材２に占める粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量が２０質量％未満となる条件を満たすように組み合わせられる。
【００４２】
粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量を２０質量％未満に抑えることは、例えば、耐火性微粉の配合割合を従来よりも減らすことで達成できる。但し、耐火性微粉の配合割合を従来よりも減らすだけでは、吹付けた際のリバウンドロスが若干多くなる場合がある。かかる弊害は許容範囲ではあるが、これをできるだけ抑制するためには、粒径７５μｍ未満の非水溶性粒子には、粘土等の増粘作用をもつ粒子を含めることが好ましい。具体的には、粒径７５μｍ未満の非水溶性粒子１００質量％中、３〜１３質量％、好ましくは３〜８質量％を粘土が占めるような構成にするとよい。
【００４３】
粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量を２０質量％未満とすることにより、有機繊維としてポリプロピレン繊維を選択したことと相まって、吹付け施工体の通気率が飛躍的に向上する。このため、吹付け施工体の内部水蒸気が外部に逸散しやすくなり、吹付け施工体の内部水蒸気圧の上昇を緩和できる。このため、吹付け施工体の剥離等を防止することができる。
【００４４】
また、図１の装置を用いると、従来法よりも少ない量の施工水でもって熱間施工用乾式吹付け材２を吹付けることが可能となるため、吹付けたときの水蒸気の発生量が少なくなる。このため、吹付け施工体の剥離等を防止する効果がいっそう向上する。
【００４５】
なお、全施工水の量（一次注水器７及び二次注水器８から噴霧する施工水の合量）は、被施工面Ｓや雰囲気の温度及び吹付け条件に依存する。例えば、被施工面Ｓが溶鋼鍋の内壁であって１２００℃の温度を有し、吹付けノズル４の先端から被施工面Ｓまでの距離が約１５００ｍｍ程度の場合、全施工水の量は、熱間施工用乾式吹付け材１００質量％に対する外掛けで、８〜１６質量％とすることができる。
【００４６】
また、図１の装置によると、熱間施工用乾式吹付け材２を均一に施工水となじませた状態で吹付けることができるため、吹付けた際の衝撃で吹付け施工体の組織がよく締まるようになる。このため、ポリプロピレン繊維の添加による通気率の向上の効果は得つつ、吹付け施工体の見掛け気孔率は小さく抑えることができる。吹付け施工体の見掛け気孔率が小さいことは、吹付け施工体の耐侵食性が良好で、かつ強度が大きいことを意味する。
【実施例】
【００４７】
以下、第１の実験例について説明する。
【００４８】
表１に、熱間施工用乾式吹付け材の具体例と評価結果を示す。表１の例１〜９の各吹付け材を図１の装置を用いて約１２００℃の被施工面に吹付け、被施工面への接着性と、吹付け施工体の通気率を評価した。吹付けにあたって、全施工水の量は、発塵とリバウンドロスを抑えることができる最低限度の量となるように調整した。注水器７及び８から噴霧する施工水の平均粒径は１００μｍとした。
【表１】
【００４９】
表１の有機繊維の寸法はいずれも、直径０．０５ｍｍ、長さ１２ｍｍである。表１で、非水溶性粒子に該当するものは、耐火性粉体と、硬化促進剤としての消石灰とである。耐火性粉体のうち、電融アルミナ（ｂ）は、粒径７５μｍ以下の粒子を約１０質量％含む。仮焼アルミナ、シリカヒューム、及び粘土の粒径は１０μｍ以下である。消石灰には、粒径６〜８μｍのものを使用した。
【００５０】
通気率指数とは、各例の吹付け施工体の通気率を、例９の吹付け施工体の通気率で割って１００倍した値のことである。通気率μ（ｃｍ２／（ｃｍＨ２Ｏ・ｓｅｃ））は、μ＝Ｑ×（Ｌ／Ｓ）／（Ｐ１−Ｐ２）により求めた。ここで、Ｑは、単位時間に試験片を透過したエアーの体積（ｃｍ３／ｓｅｃ）であり、株式会社コスモ計器製のエアリークテスタＬＳ−１８２１により測定した。Ｓは、試験片の断面積（ｃｍ２）である。Ｌは、試験片の厚み（ｃｍ）である。Ｐ１は、試験片へのエアー侵入時の圧力（ｃｍＨ２Ｏ）である。Ｐ２は、大気圧（ｃｍＨ２Ｏ）である。なお、試験片は、常温に冷ました吹付け施工体から切り出して作製した。
【００５１】
被施工面への接着性は、目視により、○、△、×の三段階で評価した。○は、剥離等がほとんど生じなかったことを示す。△は、やや剥離等が生じたことを示す。×は、剥離等が多く生じたことを示す。
【００５２】
例４は、有機繊維としてポリプリピレン繊維を含むが、その添加量が０．０１質量％と少なすぎるため、ポリプロピレン繊維の添加による効果が殆ど得られず、通気率指数及び被施工面への接着性が例１〜３に劣る。
【００５３】
例５は、有機繊維としてポリプリピレン繊維を含むが、その添加量が０．６質量％と多すぎるため、搬送管５内で偏析が生じ、ポリプロピレン繊維の塊が吹付けノズル４内に詰まった。この結果、ポリプロピレン繊維がむらなく分散した吹付け施工体が得られなかった。このため、吹付け施工体の通気率指数及び被施工面への接着性の評価を行っていない。
【００５４】
例６は、有機繊維としてビニロン繊維を使用したものであり、通気率指数及び被施工面への接着性が例１〜３に劣る。これは、被施工面で熱せられた施工水にビニロン繊維が溶け、その水溶液が吹付け施工体の表面や通気孔内面にＰＶＡの皮膜を形成したことによる。
【００５５】
例７は、有機繊維としてポリエステル繊維を使用したものであり、被施工面への接着性が例１〜３に劣る。この理由は定かでないが、ポリエステルの融点がポリプロピレンよりも高いため、吹付け施工体内でポリエステル繊維の消失するタイミングが、吹付け施工体内の水蒸気圧が最も高くなるタイミングよりもやや遅れ、吹付け施工体内の水蒸気を速やかに散逸させることができなかったためであると推定される。
【００５６】
例８は、有機繊維としてポリエチレン繊維を使用したものであり、通気率指数及び被施工面への接着性が例１〜３に劣る。この理由は定かでないが、ポリエチレン繊維は曲げ剛性がポリプロピレン繊維よりも小さいため、その直線性が粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子によって妨げられ、湾曲したり折られたりした状態で吹付け施工体内に存在してしまう結果、直線性のよい通気孔が形成されなかったためであると推定される。
【００５７】
例１〜３は、有機繊維としてポリプロピレン繊維を使用し、かつその添加量を０．０２質量％〜０．４質量％としたものであり、優れた通気率指数及び被施工面への接着性を達成した。ポリプロピレン繊維は、ビニロン繊維のように皮膜を形成することなく消失し、しかも、曲げ剛性の大きさ、加熱された後の残存率の低さ、及び軟化点の低さ等の観点から、熱間施工用の材料として用いるには、有機繊維の中でも最もバランスがとれた材料であるといえる。
【００５８】
以下、第２の実験例について説明する。
【００５９】
図２は、熱間施工用乾式吹付け材に占める粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量と、吹付け施工体の通気率指数及び気孔率指数との関係を示す。表１の例２の配合をベースとし、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量は、表１の電融アルミナ（ｂ）及び（ｃ）、仮焼アルミナ、シリカヒューム、及び粘土の配合割合を調整することにより変更した。吹付け条件及び通気率指数の定義は、第１の実験例の場合と同じである。
【００６０】
気孔率指数とは、吹付け施工体の見掛け気孔率を、表１の例２の吹付け施工体の見掛け気孔率で割って１００倍した値のことである。見掛け気孔率は、常温に冷ました吹付け施工体から切り出した試料を対象として、ＪＩＳＲ２２０５の規定に従って測定した。
【００６１】
図２に示すように、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量が２０質量％未満の場合に、吹付け施工体の通気率指数が飛躍的に向上する。このメカニズムは厳密には定かでないが、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量を２０質量％未満に抑えると、ポリプロピレン繊維が直線性を良好に保った状態で吹付け施工体中に存在できるようになるためであると考えられる。即ち、折れ曲がったポリプロピレン繊維が消失して形成される折れ曲がった通気孔よりも、直線性を保った状態のポリプロピレン繊維が消失して形成される直線状の通気孔の方が、エアー（実際は水蒸気）が通過する際の抵抗が少ない。繊維の配向が同様であっても、繊維の直線性が良好な程、通気率を良好にできる。但し、以上は、あくまでもメカニズムの推定であり、本発明の解釈を拘束するものではない。
【００６２】
なお、水溶性粒子の含有量の多少は、通気率指数に殆ど影響を与えない。これは、水溶性粒子は、搬送管５内を流れる過程又は少なくとも吹付け施工体内においては、施工水に溶けた水溶液の状態で存在するため、ポリプロピレン繊維の直線性を妨げる要因にはならないからである。即ち、ポリプロピレン繊維の直線性を良好に保つには、非水溶性粒子、しかもマトリクス部としてポリプロピレン繊維を取り囲む粒径７５μｍ以下のものの含有量を抑えることが肝要である。
【００６３】
図２で、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量２０質量％以上の領域における通気率指数のプロットを外挿した仮想近似直線と、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量１７．７質量％以下の領域における通気率指数のプロットを外挿した仮想近似直線とは、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量１７．７質量％〜２０質量％の範囲で交差する。その交差点を臨界点とみなすならば、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量は、１９．５質量％未満であることが好ましく、１９質量％未満であることがより好ましく、１８質量％未満であることがより好ましいと考えられる。
【００６４】
また、図２に示すように、気孔率指数は、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量２０質量％未満の領域においても、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量２０質量％超の領域とほぼ同じ値に維持できている。つまり、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量２０質量％未満の領域においては、見掛け気孔率の増大を招くことなく、通気率を飛躍的に向上させることができる。即ち、吹付け施工体の耐侵食性を犠牲にすることなく、被施工面からの剥離等を防止することができる。
【００６５】
以下、第３の実験例について説明する。
【００６６】
図３は、１次注水器７から噴霧する施工水の平均粒径と、吹付け施工体の気孔率指数との関係を示す。二次注水器８から噴霧する施工水の平均粒径は１００μｍに固定した。なお、レーザードップラー法による施工水の平均粒径の測定には、米国ＴＳＩ社のＡＥＲＯＭＥＴＲＩＣＳを使用した。
【００６７】
熱間施工用乾式吹付け材には、表１の例２の配合を用いた。施工水の添加量も、表１の例２と同じ値に固定した。即ち、一次注水器７から噴霧する施工水の量は２質量％に固定し、二次注水器８から噴霧する施工水の量は６．８質量％に固定した。施工水と共に噴霧する圧縮空気の流量又は圧力を調整することにより、施工水の添加量は変化させることなく、施工水の平均粒径を変化させることができる。他の吹付け条件及び気孔率指数の定義は、第１の実験例と同じである。
【００６８】
図３に示すように、施工水の添加量が同じであっても、一次注水器７から噴霧する施工水の平均粒径が小さい程、得られる吹付け施工体の気孔率指数が小さくなる。これは、噴霧する施工水の平均粒径が小さい程、吹付け材と施工水との混合効果が高まることを示す。即ち、吹付け材と施工水とが良く混合された状態であると、被施工面に吹付けられたときに、その衝撃で吹付け施工体の組織がよく締まるようになる。このため、吹付け施工体の見掛け気孔率が小さくなる。
【００６９】
一方、吹付け材と施工水との混合効果が充分に得られない場合は、吹付け施工体の組織にむらが生じるだけでなく、吹付けの過程で内部に巻き込んだ空気が吹付け施工体中に残るようになり、粉塵及びリバウンドロスが増大するとともに、吹付け施工体の見掛け気孔率が大きくなる。
【００７０】
図３に示すように、施工水の平均粒径が１００μｍのときを境として、気孔率指数が大きく変化していることから、吹付け材と施工水との混合効果を高めるためには、施工水の平均粒径は１００μｍ以下であることが好ましく、６０μｍ以下であることがより好ましいと考えられる。また、この実験結果から類推すると、二次注水器８から噴霧する施工水の平均粒径も１００μｍ以下であることが好ましいと考えられる。
【００７１】
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、第１〜第３の実験例では、硬化促進剤として非水溶性粒子である消石灰のみを用いたが、硬化促進剤として水溶性粒子を用いてもよい。硬化促進剤に限らず添加剤に水溶性粒子を用いると、従来に比べて耐火性微粉の配合割合をさほど減らさなくても、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量を２０質量％未満に抑えることを実現できる。このため、耐火性微粉の配合設計の困難化を防止できる。
【００７２】
なお、硬化促進剤として何を採用するかは、例えば結合剤として使用するものとの相性を考慮に入れなければならない場合がある。硬化促進剤として水溶性粒子のみを使用した場合、その硬化作用に不具合が生じるような場合は、硬化促進剤として水溶性粒子と非水溶性粒子とを併用すればよいであろう。両者を併用することにより、水溶性粒子のみを使用する場合の不具合の発生を抑制できる。
【００７３】
また、図１には、施工水を２つの注水器７及び８から２段階的に供給する例を示したが、注水器の数は１つでもよいし３つ以上であってもよい。また、硬化促進剤の一部又は全部を施工水に溶解し又は混合しておき、一次注水器及び／又は二次注水器から噴霧するようにしてもよい。本明細書において、施工水とは、硬化促進剤の水溶液又はスラリーも含む概念とする。
【００７４】
この他、種々の設計変更、改良、及び組み合わせが可能なことは当業者に自明であろう。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、例えば、高炉、樋、混銑車、転炉、ＲＨやＤＨ等の脱ガス装置のスノーケル、取鍋、二次精錬炉、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、及び非鉄金属容器等といった溶融金属用容器、溶融金属の通路、溶炉、又は窯炉等の熱間補修に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の一実施形態で使用する吹付け施工装置の概略図である。
【図２】粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量と、吹付け施工体の通気率指数及び気孔率指数との関係を示すグラフである。
【図３】微粒化した施工水の平均粒径と、吹付け施工体の気孔率指数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７７】
１…タンク、２…熱間施工用乾式吹付け材、３…テーブルフィーダ、４…吹付けノズル、５…搬送管、６…搬送用空気導入管、７…一次注水器、８…二次注水器、Ｓ…被施工面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不定形耐火物の吹付け施工技術に関し、特に熱間施工用乾式吹付け材、及びそれを用いた熱間吹付け施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
不定形耐火物の吹付け施工方法の１つに、施工水が添加されていない粉末状の不定形耐火物を搬送管内に送り込んで気流搬送し、搬送管内又は搬送管の先端に接続した吹付けノズル内で施工水を添加して吹付ける乾式吹付け施工方法がある。また、不定形耐火物を施工水の一部で予め湿潤させたものを搬送管内に送り込んで気流搬送し、搬送管内又は吹付けノズル内で施工水の残部を添加して吹付ける半乾式吹付け施工方法も知られている。
【０００３】
特許文献１は、それら従来の乾式又は半乾式吹付け施工方法のいずれにも勝る改善技術として、施工水を添加していない不定形耐火物を気流搬送する搬送管に、不定形耐火物の搬送方向に間隔をおいて一次及び二次の２つの注水器を設け、各注水器から不定形耐火物に対して平均粒径１００μｍ以下に微粒化された施工水を供給する吹付け施工方法を開示している。
【０００４】
本明細書においては、上述した従来の乾式又は半乾式吹付け施工方法にしろ、特許文献１の吹付け施工方法にしろ、不定形耐火物を気流搬送する工程を含んで吹付ける施工方法を乾式吹付け施工方法と総称し、この乾式吹付け施工方法に供される不定形耐火物を乾式吹付け材と呼ぶものとする。
【０００５】
特許文献２は、乾式吹付け材として、耐火骨材と、この耐火骨材１００質量％に対する外掛け０．０１〜１質量％の量の有機繊維と、結合剤を含む添加剤とからなるものを開示している。有機繊維としては、ビニロン繊維、ポリエステル繊維、及びポリプロピレン繊維等を選択的に例示している。実施例では、それら有機繊維の中でもビニロン繊維又はポリエステル繊維を使用したものを開示している（特許文献２の実施例３〜６参照）。
【０００６】
特許文献３は、乾式吹付け材として、塩基性耐火材と、この塩基性耐火材に対する外掛けで最大３質量％の有機繊維と、結合剤を含む添加剤とからなるものを開示している。特許文献２と同様、有機繊維としては、ビニロン繊維、ポリエステル繊維、及びポリプロピレン繊維等を選択的に例示している。実施例では、それら有機繊維の中でもビニロン繊維又はポリエステル繊維を使用したものを開示している（特許文献３の実施例１〜３及び５〜１０参照）。
【特許文献１】国際公開第０５／１２１６７６号パンフレット
【特許文献２】特開平９−１６５２７２号公報
【特許文献３】特開昭６０−７１５７７号公報
【特許文献４】特開平５−３３０９２９号公報
【特許文献５】特公平７−９１１１７号公報
【特許文献６】特公平６−４５５０７号公報
【特許文献７】特開平１０−２０６０３２号公報
【特許文献８】特開平１１−１７３７６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
乾式吹付け材には、６００℃以上の被施工面に吹付けられる熱間施工用のものと、６００℃未満の被施工面に吹付けられる冷温間施工用のものとがある。特許文献２及び３に開示の乾式吹付け材は、熱間施工用のものである。熱間施工においては、被施工面の熱で施工水が急激に蒸発するため、冷温間施工の場合に比べて、吹付け施工体の内部水蒸気圧の急激な上昇に起因した吹付け施工体の剥離、ふくれ、又は爆裂（以下、剥離等という。）が生じやすいという課題がある。
【０００８】
この課題に対しては、従来から、特許文献２及び３に開示されるように、熱間施工用乾式吹付け材に有機繊維を含有せしめる対策が採られている。即ち、有機繊維が被施工面の熱で消失し、吹付け施工体の内部に水蒸気の逃げ道となる通気孔を形成する。これにより、吹付け施工体の内部水蒸気圧の上昇を緩和し、吹付け施工体の剥離等を抑制できるとされている。
【０００９】
ところが、本願発明者らの研究によると、使用する有機繊維によっては、吹付け施工体の剥離等を充分に防止しえない場合がある。例えば、ビニロン繊維は、被施工面で加熱された施工水に溶け、その水溶液が吹付け施工体の表面や通気孔の内面にＰＶＡ（ポリビニルアルコール）の皮膜を形成する。この皮膜が水蒸気の散逸を妨げてしまう。種々の検討の結果、吹付け施工体の剥離等を抑制するための有機繊維としては、ポリプロピレン繊維が特に好ましいことが判った。
【００１０】
この点、特許文献２及び３は、有機繊維としてポリプロピレン繊維を選択的に挙げてはいるが、実施例ではビニロン繊維及びポリエステル繊維を使用しており（特許文献２の表１及び特許文献３の表参照）、有機繊維の中でも特にポリプロピレン繊維が好ましいという技術思想は開示していない。特許文献１は、そもそも有機繊維を添加した熱間施工用乾式吹付け材の実施例を開示していない（特許文献１の表４参照）。
【００１１】
さらに、本願発明者らの鋭意研究によると、ポリプロピレン繊維を使用するにあたり、熱間施工用乾式吹付け材中の粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量を低減すると、吹付け施工体の剥離等を防止する効果が飛躍的に向上すること判った。
【００１２】
本明細書において、非水溶性粒子とは、２０℃の水１００ｇに対する溶解度が１０ｇ未満の粒子をいう。但し、水和物の溶解度は、２０℃の水１００ｇに溶解する無水物の質量で表す。例えば、仮焼アルミナやシリカヒューム等の耐火性粉体、消石灰、及びアルミナセメント等は、非水溶性粒子である。一方、水溶性粒子とは、２０℃の水１００ｇに対する溶解度が１０ｇ以上の粒子をいう。
【００１３】
この点、特許文献２では、そもそもポリプロピレン繊維を使用していないのみならず、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子である焼結マグネシアを２５質量％と多量に含んでいる（特許文献２の表１参照）。特許文献３も、そもそもポリプロピレン繊維を使用していないのみならず、非水溶性粒子である塩基性耐火材の粒度構成を具体的に開示してない。一般に、熱間施工用乾式吹付け材は、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子を、２５〜３０質量％程度含んでいる（例えば、特許文献４〜６参照）。
【００１４】
なお、予め全施工水が添加され、坏土と称する泥しょう物に調整されてからポンプ圧送される湿式吹付け材としては、ポリプロピレン繊維を添加したものが開示されている（特許文献７及び８参照）。しかし、湿式吹付け材は、施工水の存在下、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子と分散剤との組み合わせによって坏土にポンプ圧送可能な流動性を付与しなければならないため、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子を減らすことに限界がある。即ち、特許文献７及び８に明示はなくても、湿式吹付け材である以上、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子を３０質量％程度含んでいる。
【００１５】
本発明の目的は、吹付け施工体の被施工面からの剥離等を防止することができる熱間施工用乾式吹付け材、及びそれを用いた熱間吹付け施工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一観点によれば、耐火性粉体と、この耐火性粉体１００質量％に対する外掛け０．０５〜０．４質量％の量のポリプロピレン繊維と、結合剤を含む添加剤とからなり、かつ粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量が２０質量％未満である熱間施工用乾式吹付け材が提供される。ポリプロピレン繊維の長さは５ｍｍ〜２０ｍｍであることが好ましく、直径は０．０２ｍｍ〜１ｍｍであることが好ましい。添加剤は、水溶性粒子を少なくとも一部に用いた硬化促進剤を含むことが好ましい。
【００１７】
本発明の他の観点によれば、上記吹付け材を搬送管内に送り込んで気流搬送し、搬送管内及び／又は搬送管の先端に接続した吹付けノズル内にて、該吹付け材に平均粒径１００μｍ以下に微粒化した施工水を供給し、該吹付け材を被施工面に吹付ける熱間吹付け施工方法が提供される。平均粒径１００μｍ以下に微粒化した施工水は、搬送管と吹付けノズルとで構成される吹付け材の搬送経路上に、搬送方向に関して間隔をおいて配置された複数の注水器から多段的に供給することが好ましい。
【００１８】
本明細書において、粒子の粒径がｄ以下とは、その粒子が目開きｄのふるいを通過する粒度域に属することを意味する。但し、微粒化した施工水の平均粒径は、レーザードップラー法による測定値を指すものとする。
【発明の効果】
【００１９】
有機繊維として特にポリプロピレン繊維を選択するに際し、非水溶性粒子の中でも粒径７５μｍ以下のものの含有量を２０質量％未満に抑えると、吹付け施工体の通気率が飛躍的に向上し、その剥離等を防止する効果が高まることが判った。これは主として、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量を低減した場合、ポリプロピレン繊維が直線性を良好に保った状態で吹付け施工体中に存在できるようになるためであると推定される。
【００２０】
かかる吹付け材は、平均粒径１００μｍ以下に微粒化した施工水を添加して吹付ける方法によると、施工水との混合効果が高まる結果、少ない施工水での吹付けが可能になるとともに、吹付けた際の衝撃で吹付け施工体の組織がよく締まるようになる。このため、ポリプロピレン繊維による通気率の向上の効果は得つつ、吹付け施工体の見掛け気孔率は小さく抑えることができ、吹付け施工体の耐侵食性を向上できる。また、少ない施工水での吹付けを実現できるので、吹付けたときの水蒸気の発生量も少なくなり、吹付け施工体の剥離等を防止する効果がいっそう向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、乾式吹付け施工装置の概略図を示す。タンク１内の熱間施工用乾式吹付け材２が、テーブルフィーダ３によって搬送管５内に送り込まれる。搬送管５内に送り込まれた熱間施工用乾式吹付け材２は、図示せぬエアーコンプレッサから搬送用空気導入管６を介して搬送管５内に供給される圧縮空気にのって搬送管５内を気流搬送され、搬送管５の先端に接続された吹付けノズル４から被施工面Ｓに吹付けられる。
【００２２】
被施工面Ｓは、例えば、溶融金属容器の内張り耐火物における溶損した領域であり、６００℃以上の温度を有する。
【００２３】
搬送管５の途中に一次注水器７が設けられ、一次注水器７よりも下流に二次注水器８が設けられている。図１には、二次注水器８を吹付けノズル４の直前、即ち搬送管５の吹付けノズル４側の端部に配置した例を示すが、二次注水器８は吹付けノズル４に設けてもよく、搬送管５の途中に設けてもよい。
【００２４】
一次注水器７及び二次注水器８の各々から、搬送管５内に、平均粒径１００μｍ以下に微粒化された施工水が圧縮空気と共に噴霧される。このように施工水を微粒化して噴霧する注水器７及び８の構造は、例えば特許文献１に開示されており、公知であるためその詳細な説明は省略する。
【００２５】
搬送管５内を流れる過程で、熱間施工用乾式吹付け材２と、微粒化された施工水の粒子とが混ざり合う。施工水を平均粒径１００μｍ以下に微粒化したことで、熱間施工用乾式吹付け材２と施工水との混合効果が高まる。この結果、従来法に比べて施工水の使用量を低減しても、粉塵やリバウンドロス（被施工面Ｓからの跳ね返り損失）が生じにくくなる。しかも、熱間施工用乾式吹付け材２を均一に湿潤させた状態で吹付けることができるため、吹付けたときの衝撃で吹付け施工体の組織がよく締まるようになって見掛け気孔率の小さな吹付け施工体を得ることができる。
【００２６】
なお、一次注水器７から二次注水器８までの搬送経路に沿った距離は、熱間施工用乾式吹付け材２と施工水との混合効果を高める観点から、５ｍ以上であることが好ましく、１５ｍ以上であることがより好ましい。
【００２７】
また、二次注水器８から吹付けノズル４の先端までの搬送経路に沿った距離は、長すぎると搬送管５や吹付けノズル４が詰まりやすくなることがあり、短すぎると熱間施工用乾式吹付け材２と施工水との混合効果を高める効果が得られにくくなることがあるため、０．５ｍ以上５ｍ未満であることが好ましく、０．５ｍ以上３ｍ未満であることがより好ましい。
【００２８】
また、一次注水器７が、全施工水の１０〜５０質量％を噴霧し、二次注水器８が残りの施工水を噴霧することが好ましい。このように一次注水器７による施工水の供給量の下限を規定することにより、熱間施工用乾式吹付け材２と施工水との混合効果を高めることができる。一次注水器７による施工水の供給量の上限を規定することにより、一次注水器７以降の搬送経路の詰まりを防止することができる。両効果の兼ね合いを考慮すると、一次注水器７による施工水の供給量は、全施工水の２０〜４０質量％であることがより好ましい。
【００２９】
以下、熱間施工用乾式吹付け材２の構成を説明する。
【００３０】
熱間施工用乾式吹付け材２は、耐火性粉体と、ポリプロピレン繊維と、結合剤を含む粉末状の添加剤とからなる。
【００３１】
耐火性粉体は、非水溶性粒子であり、粒径７５μｍ超の耐火性骨材と、粒径７５μｍ以下の耐火性微粉とからなる。耐火性粉体に占める耐火性微粉の割合は、例えば１８質量％以下であることが好ましく、１５質量％以下であることがより好ましい。
【００３２】
耐火性骨材には、例えば、アルミナやボーキサイト等の金属酸化物、ダイアスポア、ムライト、カイヤナイト、バン土頁岩、シャモット、ケイ石、パイロフィライト、シリマナイト、アンダリュウサイト、クロム鉄鉱、スピネル、マグネシア、ジルコニア、ジルコン、クロミア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の金属窒化物、炭化ケイ素、金属炭化物、金属、炭化ホウ素、ホウ化チタン、及びホウ化ジルコニウムから選ばれる１種以上を使用することができる。
【００３３】
耐火性微粉には、例えば、仮焼アルミナ、シリカヒューム、及び粘土の他、コロイダルシリカやアルミナゾル等の無機酸化物コロイド粒子等を使用することができる。
【００３４】
ポリプロピレン繊維は、その添加量を耐火性粉体１００質量％に対する外掛けで０．０２〜０．４質量％とする。この理由は、０．０２質量％未満であると、吹付け施工体に充分な本数の通気孔を形成できないため、吹付け施工体の剥離等の問題を解決できず、０．４質量％より多いと、吹付け施工体の組織がポーラスになりすぎるため、耐侵食性が低下するとともに、繊維の消失にともなう吹付け施工体の体積収縮が大きくなって施工体にはりやそりが生じやすくなるからである。これらの問題の兼ね合いを考慮すると、ポリプロピレン繊維の添加量は、耐火性粉体１００質量％に対する外掛けで０．０４〜０．３質量％であることが好ましい。
【００３５】
ポリプロピレン繊維の長さは、５ｍｍ〜２０ｍｍであることが好ましく、６ｍｍ〜１３ｍｍであることがより好ましい。このように長さの上限を規定することにより、搬送管５及び吹付けノズル４内で熱間施工用乾式吹付け材２に偏析が生じることを防止できる。また、長さの下限を規定することにより、吹付け施工体の内部水蒸気圧を外部に逸散させる効果をより確実なものとすることができる。
【００３６】
ポリプロピレン繊維の直径は、０．０２ｍｍ〜１ｍｍであることが好ましく、０．０４ｍｍ〜０．０７ｍｍであることがより好ましい。このように直径の上限を規定することにより、吹付け施工体の通気率が高くなりすぎて耐用性が低下することを防止できる。また、直径の下限を規定することにより、吹付け施工体の内部水蒸気圧を外部に逸散させる効果をより確実なものとすることができる。
【００３７】
結合剤としては、水溶性粒子であるリン酸ソーダ等のリン酸塩、ケイ酸ソーダ等のケイ酸塩、及びホウ酸塩等の他、非水溶性粒子であるレジンやピッチ等の熱間でカーボンボンドを形成する有機物等を使用することもできる。中でも、熱間での通気性を確保し易い点で、リン酸塩又はケイ酸塩が好ましい。なお、非水溶性粒子であるアルミナセメントやマグネシアセメント等のセメントも結合剤として知られるが、セメントは熱間施工に適さない場合がある。結合剤の添加量は、耐火性粉体１００質量％に対する外掛けで１〜５質量％であることが好ましい。結合剤は、例えば、粒径７５μｍ以下の粒度を含む粉体状に調整されて使用される。
【００３８】
この他、添加剤としては、硬化促進剤、金属粉末、シリコン粉末、及びフェロシリコン粉末等の焼結助剤、炭化ホウ素等の酸化防止剤等を含んでもよい。
【００３９】
硬化促進剤としては、水溶性粒子であるケイ酸ソーダ、ケイ酸カリウム等のケイ酸塩、アルミン酸ソーダ、アルミン酸カリウム、アルミン酸カルシウム等のアルミン酸塩、炭酸ソーダ、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム等の炭酸塩、硫酸ソーダ、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム等の硫酸塩、及び塩化カルシウム等の他、非水溶性粒子であるＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＦ２、１１ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３・ＣａＦ２等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（消石灰）、及び塩化カルシウム等のカルシウム塩等から選ばれる１種以上を用いることができる。硬化促進剤は、例えば粒径７５μｍ以下の粒度を含む粉体状に調整されて使用される。
【００４０】
分散剤としては、水溶性粒子であるクエン酸ソーダ、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、及びカルボキシル基含有ポリエーテルから選ばれる１種以上を用いることができる。
【００４１】
以上の各材料は、熱間施工用乾式吹付け材２に占める粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量が２０質量％未満となる条件を満たすように組み合わせられる。
【００４２】
粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量を２０質量％未満に抑えることは、例えば、耐火性微粉の配合割合を従来よりも減らすことで達成できる。但し、耐火性微粉の配合割合を従来よりも減らすだけでは、吹付けた際のリバウンドロスが若干多くなる場合がある。かかる弊害は許容範囲ではあるが、これをできるだけ抑制するためには、粒径７５μｍ未満の非水溶性粒子には、粘土等の増粘作用をもつ粒子を含めることが好ましい。具体的には、粒径７５μｍ未満の非水溶性粒子１００質量％中、３〜１３質量％、好ましくは３〜８質量％を粘土が占めるような構成にするとよい。
【００４３】
粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量を２０質量％未満とすることにより、有機繊維としてポリプロピレン繊維を選択したことと相まって、吹付け施工体の通気率が飛躍的に向上する。このため、吹付け施工体の内部水蒸気が外部に逸散しやすくなり、吹付け施工体の内部水蒸気圧の上昇を緩和できる。このため、吹付け施工体の剥離等を防止することができる。
【００４４】
また、図１の装置を用いると、従来法よりも少ない量の施工水でもって熱間施工用乾式吹付け材２を吹付けることが可能となるため、吹付けたときの水蒸気の発生量が少なくなる。このため、吹付け施工体の剥離等を防止する効果がいっそう向上する。
【００４５】
なお、全施工水の量（一次注水器７及び二次注水器８から噴霧する施工水の合量）は、被施工面Ｓや雰囲気の温度及び吹付け条件に依存する。例えば、被施工面Ｓが溶鋼鍋の内壁であって１２００℃の温度を有し、吹付けノズル４の先端から被施工面Ｓまでの距離が約１５００ｍｍ程度の場合、全施工水の量は、熱間施工用乾式吹付け材１００質量％に対する外掛けで、８〜１６質量％とすることができる。
【００４６】
また、図１の装置によると、熱間施工用乾式吹付け材２を均一に施工水となじませた状態で吹付けることができるため、吹付けた際の衝撃で吹付け施工体の組織がよく締まるようになる。このため、ポリプロピレン繊維の添加による通気率の向上の効果は得つつ、吹付け施工体の見掛け気孔率は小さく抑えることができる。吹付け施工体の見掛け気孔率が小さいことは、吹付け施工体の耐侵食性が良好で、かつ強度が大きいことを意味する。
【実施例】
【００４７】
以下、第１の実験例について説明する。
【００４８】
表１に、熱間施工用乾式吹付け材の具体例と評価結果を示す。表１の例１〜９の各吹付け材を図１の装置を用いて約１２００℃の被施工面に吹付け、被施工面への接着性と、吹付け施工体の通気率を評価した。吹付けにあたって、全施工水の量は、発塵とリバウンドロスを抑えることができる最低限度の量となるように調整した。注水器７及び８から噴霧する施工水の平均粒径は１００μｍとした。
【表１】
【００４９】
表１の有機繊維の寸法はいずれも、直径０．０５ｍｍ、長さ１２ｍｍである。表１で、非水溶性粒子に該当するものは、耐火性粉体と、硬化促進剤としての消石灰とである。耐火性粉体のうち、電融アルミナ（ｂ）は、粒径７５μｍ以下の粒子を約１０質量％含む。仮焼アルミナ、シリカヒューム、及び粘土の粒径は１０μｍ以下である。消石灰には、粒径６〜８μｍのものを使用した。
【００５０】
通気率指数とは、各例の吹付け施工体の通気率を、例９の吹付け施工体の通気率で割って１００倍した値のことである。通気率μ（ｃｍ２／（ｃｍＨ２Ｏ・ｓｅｃ））は、μ＝Ｑ×（Ｌ／Ｓ）／（Ｐ１−Ｐ２）により求めた。ここで、Ｑは、単位時間に試験片を透過したエアーの体積（ｃｍ３／ｓｅｃ）であり、株式会社コスモ計器製のエアリークテスタＬＳ−１８２１により測定した。Ｓは、試験片の断面積（ｃｍ２）である。Ｌは、試験片の厚み（ｃｍ）である。Ｐ１は、試験片へのエアー侵入時の圧力（ｃｍＨ２Ｏ）である。Ｐ２は、大気圧（ｃｍＨ２Ｏ）である。なお、試験片は、常温に冷ました吹付け施工体から切り出して作製した。
【００５１】
被施工面への接着性は、目視により、○、△、×の三段階で評価した。○は、剥離等がほとんど生じなかったことを示す。△は、やや剥離等が生じたことを示す。×は、剥離等が多く生じたことを示す。
【００５２】
例４は、有機繊維としてポリプリピレン繊維を含むが、その添加量が０．０１質量％と少なすぎるため、ポリプロピレン繊維の添加による効果が殆ど得られず、通気率指数及び被施工面への接着性が例１〜３に劣る。
【００５３】
例５は、有機繊維としてポリプリピレン繊維を含むが、その添加量が０．６質量％と多すぎるため、搬送管５内で偏析が生じ、ポリプロピレン繊維の塊が吹付けノズル４内に詰まった。この結果、ポリプロピレン繊維がむらなく分散した吹付け施工体が得られなかった。このため、吹付け施工体の通気率指数及び被施工面への接着性の評価を行っていない。
【００５４】
例６は、有機繊維としてビニロン繊維を使用したものであり、通気率指数及び被施工面への接着性が例１〜３に劣る。これは、被施工面で熱せられた施工水にビニロン繊維が溶け、その水溶液が吹付け施工体の表面や通気孔内面にＰＶＡの皮膜を形成したことによる。
【００５５】
例７は、有機繊維としてポリエステル繊維を使用したものであり、被施工面への接着性が例１〜３に劣る。この理由は定かでないが、ポリエステルの融点がポリプロピレンよりも高いため、吹付け施工体内でポリエステル繊維の消失するタイミングが、吹付け施工体内の水蒸気圧が最も高くなるタイミングよりもやや遅れ、吹付け施工体内の水蒸気を速やかに散逸させることができなかったためであると推定される。
【００５６】
例８は、有機繊維としてポリエチレン繊維を使用したものであり、通気率指数及び被施工面への接着性が例１〜３に劣る。この理由は定かでないが、ポリエチレン繊維は曲げ剛性がポリプロピレン繊維よりも小さいため、その直線性が粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子によって妨げられ、湾曲したり折られたりした状態で吹付け施工体内に存在してしまう結果、直線性のよい通気孔が形成されなかったためであると推定される。
【００５７】
例１〜３は、有機繊維としてポリプロピレン繊維を使用し、かつその添加量を０．０２質量％〜０．４質量％としたものであり、優れた通気率指数及び被施工面への接着性を達成した。ポリプロピレン繊維は、ビニロン繊維のように皮膜を形成することなく消失し、しかも、曲げ剛性の大きさ、加熱された後の残存率の低さ、及び軟化点の低さ等の観点から、熱間施工用の材料として用いるには、有機繊維の中でも最もバランスがとれた材料であるといえる。
【００５８】
以下、第２の実験例について説明する。
【００５９】
図２は、熱間施工用乾式吹付け材に占める粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量と、吹付け施工体の通気率指数及び気孔率指数との関係を示す。表１の例２の配合をベースとし、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量は、表１の電融アルミナ（ｂ）及び（ｃ）、仮焼アルミナ、シリカヒューム、及び粘土の配合割合を調整することにより変更した。吹付け条件及び通気率指数の定義は、第１の実験例の場合と同じである。
【００６０】
気孔率指数とは、吹付け施工体の見掛け気孔率を、表１の例２の吹付け施工体の見掛け気孔率で割って１００倍した値のことである。見掛け気孔率は、常温に冷ました吹付け施工体から切り出した試料を対象として、ＪＩＳＲ２２０５の規定に従って測定した。
【００６１】
図２に示すように、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量が２０質量％未満の場合に、吹付け施工体の通気率指数が飛躍的に向上する。このメカニズムは厳密には定かでないが、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量を２０質量％未満に抑えると、ポリプロピレン繊維が直線性を良好に保った状態で吹付け施工体中に存在できるようになるためであると考えられる。即ち、折れ曲がったポリプロピレン繊維が消失して形成される折れ曲がった通気孔よりも、直線性を保った状態のポリプロピレン繊維が消失して形成される直線状の通気孔の方が、エアー（実際は水蒸気）が通過する際の抵抗が少ない。繊維の配向が同様であっても、繊維の直線性が良好な程、通気率を良好にできる。但し、以上は、あくまでもメカニズムの推定であり、本発明の解釈を拘束するものではない。
【００６２】
なお、水溶性粒子の含有量の多少は、通気率指数に殆ど影響を与えない。これは、水溶性粒子は、搬送管５内を流れる過程又は少なくとも吹付け施工体内においては、施工水に溶けた水溶液の状態で存在するため、ポリプロピレン繊維の直線性を妨げる要因にはならないからである。即ち、ポリプロピレン繊維の直線性を良好に保つには、非水溶性粒子、しかもマトリクス部としてポリプロピレン繊維を取り囲む粒径７５μｍ以下のものの含有量を抑えることが肝要である。
【００６３】
図２で、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量２０質量％以上の領域における通気率指数のプロットを外挿した仮想近似直線と、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量１７．７質量％以下の領域における通気率指数のプロットを外挿した仮想近似直線とは、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量１７．７質量％〜２０質量％の範囲で交差する。その交差点を臨界点とみなすならば、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量は、１９．５質量％未満であることが好ましく、１９質量％未満であることがより好ましく、１８質量％未満であることがより好ましいと考えられる。
【００６４】
また、図２に示すように、気孔率指数は、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量２０質量％未満の領域においても、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量２０質量％超の領域とほぼ同じ値に維持できている。つまり、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量２０質量％未満の領域においては、見掛け気孔率の増大を招くことなく、通気率を飛躍的に向上させることができる。即ち、吹付け施工体の耐侵食性を犠牲にすることなく、被施工面からの剥離等を防止することができる。
【００６５】
以下、第３の実験例について説明する。
【００６６】
図３は、１次注水器７から噴霧する施工水の平均粒径と、吹付け施工体の気孔率指数との関係を示す。二次注水器８から噴霧する施工水の平均粒径は１００μｍに固定した。なお、レーザードップラー法による施工水の平均粒径の測定には、米国ＴＳＩ社のＡＥＲＯＭＥＴＲＩＣＳを使用した。
【００６７】
熱間施工用乾式吹付け材には、表１の例２の配合を用いた。施工水の添加量も、表１の例２と同じ値に固定した。即ち、一次注水器７から噴霧する施工水の量は２質量％に固定し、二次注水器８から噴霧する施工水の量は６．８質量％に固定した。施工水と共に噴霧する圧縮空気の流量又は圧力を調整することにより、施工水の添加量は変化させることなく、施工水の平均粒径を変化させることができる。他の吹付け条件及び気孔率指数の定義は、第１の実験例と同じである。
【００６８】
図３に示すように、施工水の添加量が同じであっても、一次注水器７から噴霧する施工水の平均粒径が小さい程、得られる吹付け施工体の気孔率指数が小さくなる。これは、噴霧する施工水の平均粒径が小さい程、吹付け材と施工水との混合効果が高まることを示す。即ち、吹付け材と施工水とが良く混合された状態であると、被施工面に吹付けられたときに、その衝撃で吹付け施工体の組織がよく締まるようになる。このため、吹付け施工体の見掛け気孔率が小さくなる。
【００６９】
一方、吹付け材と施工水との混合効果が充分に得られない場合は、吹付け施工体の組織にむらが生じるだけでなく、吹付けの過程で内部に巻き込んだ空気が吹付け施工体中に残るようになり、粉塵及びリバウンドロスが増大するとともに、吹付け施工体の見掛け気孔率が大きくなる。
【００７０】
図３に示すように、施工水の平均粒径が１００μｍのときを境として、気孔率指数が大きく変化していることから、吹付け材と施工水との混合効果を高めるためには、施工水の平均粒径は１００μｍ以下であることが好ましく、６０μｍ以下であることがより好ましいと考えられる。また、この実験結果から類推すると、二次注水器８から噴霧する施工水の平均粒径も１００μｍ以下であることが好ましいと考えられる。
【００７１】
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、第１〜第３の実験例では、硬化促進剤として非水溶性粒子である消石灰のみを用いたが、硬化促進剤として水溶性粒子を用いてもよい。硬化促進剤に限らず添加剤に水溶性粒子を用いると、従来に比べて耐火性微粉の配合割合をさほど減らさなくても、粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量を２０質量％未満に抑えることを実現できる。このため、耐火性微粉の配合設計の困難化を防止できる。
【００７２】
なお、硬化促進剤として何を採用するかは、例えば結合剤として使用するものとの相性を考慮に入れなければならない場合がある。硬化促進剤として水溶性粒子のみを使用した場合、その硬化作用に不具合が生じるような場合は、硬化促進剤として水溶性粒子と非水溶性粒子とを併用すればよいであろう。両者を併用することにより、水溶性粒子のみを使用する場合の不具合の発生を抑制できる。
【００７３】
また、図１には、施工水を２つの注水器７及び８から２段階的に供給する例を示したが、注水器の数は１つでもよいし３つ以上であってもよい。また、硬化促進剤の一部又は全部を施工水に溶解し又は混合しておき、一次注水器及び／又は二次注水器から噴霧するようにしてもよい。本明細書において、施工水とは、硬化促進剤の水溶液又はスラリーも含む概念とする。
【００７４】
この他、種々の設計変更、改良、及び組み合わせが可能なことは当業者に自明であろう。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、例えば、高炉、樋、混銑車、転炉、ＲＨやＤＨ等の脱ガス装置のスノーケル、取鍋、二次精錬炉、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、及び非鉄金属容器等といった溶融金属用容器、溶融金属の通路、溶炉、又は窯炉等の熱間補修に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の一実施形態で使用する吹付け施工装置の概略図である。
【図２】粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量と、吹付け施工体の通気率指数及び気孔率指数との関係を示すグラフである。
【図３】微粒化した施工水の平均粒径と、吹付け施工体の気孔率指数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７７】
１…タンク、２…熱間施工用乾式吹付け材、３…テーブルフィーダ、４…吹付けノズル、５…搬送管、６…搬送用空気導入管、７…一次注水器、８…二次注水器、Ｓ…被施工面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火性粉体と、この耐火性粉体１００質量％に対する外掛け０．０２〜０．４質量％の量のポリプロピレン繊維と、結合剤を含む添加剤とからなり、かつ粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量を２０質量％未満に抑えた熱間施工用乾式吹付け材。
【請求項２】
ポリプロピレン繊維の長さを５ｍｍ〜２０ｍｍ、直径を０．０２ｍｍ〜１ｍｍとした請求項１に記載の熱間施工用乾式吹付け材。
【請求項３】
前記添加剤が硬化促進剤を含み、該硬化促進剤の少なくとも一部として水溶性粒子を用いた請求項１又は２に記載の熱間施工用乾式吹付け材。
【請求項４】
前記硬化促進剤として、水溶性粒子と非水溶性粒子とを併用した請求項３に記載の熱間施工用乾式吹付け材。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の吹付け材を搬送管内に送り込んで気流搬送し、搬送管内及び／又は搬送管の先端に接続した吹付けノズル内で、該吹付け材に平均粒径１００μｍ以下に微粒化した施工水を供給し、該吹付け材を吹付けノズルから被施工面に吹付ける熱間吹付け施工方法。
【請求項６】
平均粒径１００μｍ以下に微粒化した施工水は、搬送管と吹付けノズルとで構成される搬送経路上に、搬送方向に関して間隔をおいて配置された複数の注水器によって多段的に供給する請求項５に記載の熱間吹付け施工方法。
【請求項１】
耐火性粉体と、この耐火性粉体１００質量％に対する外掛け０．０２〜０．４質量％の量のポリプロピレン繊維と、結合剤を含む添加剤とからなり、かつ粒径７５μｍ以下の非水溶性粒子の含有量を２０質量％未満に抑えた熱間施工用乾式吹付け材。
【請求項２】
ポリプロピレン繊維の長さを５ｍｍ〜２０ｍｍ、直径を０．０２ｍｍ〜１ｍｍとした請求項１に記載の熱間施工用乾式吹付け材。
【請求項３】
前記添加剤が硬化促進剤を含み、該硬化促進剤の少なくとも一部として水溶性粒子を用いた請求項１又は２に記載の熱間施工用乾式吹付け材。
【請求項４】
前記硬化促進剤として、水溶性粒子と非水溶性粒子とを併用した請求項３に記載の熱間施工用乾式吹付け材。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の吹付け材を搬送管内に送り込んで気流搬送し、搬送管内及び／又は搬送管の先端に接続した吹付けノズル内で、該吹付け材に平均粒径１００μｍ以下に微粒化した施工水を供給し、該吹付け材を吹付けノズルから被施工面に吹付ける熱間吹付け施工方法。
【請求項６】
平均粒径１００μｍ以下に微粒化した施工水は、搬送管と吹付けノズルとで構成される搬送経路上に、搬送方向に関して間隔をおいて配置された複数の注水器によって多段的に供給する請求項５に記載の熱間吹付け施工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−２８０２１０（Ｐ２００８−２８０２１０Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１２５６２１（Ｐ２００７−１２５６２１）
【出願日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【出願人】（０００１７０７１６）黒崎播磨株式会社 (314)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【出願人】（０００１７０７１６）黒崎播磨株式会社 (314)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]