耐火物の施工方法、耐火物、及び製鉄用設備
【課題】溶鉄やスラグの侵入を防止することができ、かつ溶鉄が水素で汚染されることがなく、施工後の養生期間の短い耐火物の施工方法の提供。
【解決手段】溶鉄および溶融スラグを扱う製鉄用設備１の金属製部材２に対して金属製の型枠５を所定の隙間を設けて設置する工程と、前記製鉄用設備１の金属製部材２及び型枠５間の隙間に、耐火物粒子、及びフェノール樹脂、フラン樹脂、塩化ビニル樹脂の少なくともいずれかの樹脂粉末と、を混合した乾式スタンプ材を充填する工程と、前記製鉄用設備１の金属製部材２及び型枠５を電極として、誘電加熱電源６により誘電加熱を行い、乾式スタンプ材を硬化させる工程とを実施する。
【解決手段】溶鉄および溶融スラグを扱う製鉄用設備１の金属製部材２に対して金属製の型枠５を所定の隙間を設けて設置する工程と、前記製鉄用設備１の金属製部材２及び型枠５間の隙間に、耐火物粒子、及びフェノール樹脂、フラン樹脂、塩化ビニル樹脂の少なくともいずれかの樹脂粉末と、を混合した乾式スタンプ材を充填する工程と、前記製鉄用設備１の金属製部材２及び型枠５を電極として、誘電加熱電源６により誘電加熱を行い、乾式スタンプ材を硬化させる工程とを実施する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐火物の施工方法、耐火物、及び製鉄用設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、溶鉄（溶銑と溶鋼の総称）や溶融スラグを扱う設備の金属部材へ施工される耐火物は、転炉、取鍋、タンディッシュ、樋等の鉄皮内面に施工される耐火物や、ランス、浸漬管等の芯金外面に施工される耐火物として、れんが、ブロック、流し込み材、吹き付け材、スタンプ材が知られている。
しかし、れんがやブロックは、作業者が施工できることを限度とした大きさを単位としているため、必ず目地が生じ、この目地部分から溶鉄やスラグの侵入が起きやすいという問題がある。
【０００３】
一方、流し込み材による湿式施工は、目地のない一体型の耐火物を形成することはできるが、混練時に添加される水分の乾燥除去に長い時間と莫大なエネルギーを要し、また、水分が残留したままだと、分解して水素（Ｈ）を生じ溶鉄を汚染する可能がある。
また、流し込み材を硬化させた後に、その表面に、水を混合しながらドロマイト質のコーティングを施すこともあるが、コーティング材では２０ｍｍを超える厚くて緻密な施工体を得ることはできない。
また、吹き付け材は流し込み材と同様に水分の問題に加えて厚い施工体を形成しにくい。
【０００４】
さらに、熱硬化性バインダーを含有したスタンプ材は、バーナー加熱で硬化させるが、バーナー加熱では表面しか硬化せず、肉厚で均質な施工体を得ることが困難であるという問題がある。
このため、特許文献１に記載の技術では、スタンプ材に類似した鋳物砂を高周波誘電加熱で硬化する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−１０８１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１に記載の技術は、木製の型枠内に鋳物砂及び樹脂粉末を混合したものを充填し、木型枠を用いて高周波誘電加熱を行うものであり、製鉄業で用いられている溶鉄や溶融スラグを扱う設備（本件では、「製鉄用設備」と呼称する。）の様な大きな金属製部材に対応した耐火物を形成するには、それに対応する大きさの木型枠が必要となり、現実的に実施することが困難である。このため、製鉄用設備の耐火物として利用するには、結局はブロック状にしたものを施工することとなるため、施工後の壁面には目地が生じてしまい、溶鉄やスラグの侵入という問題を解決することができない。
【０００７】
本発明の目的は、製鉄用設備の様な大型の金属部材に対して、目地のない一体型の耐火物を形成することで溶鉄やスラグの侵入を防止することができ、かつ溶鉄が水素で汚染されることがなく、施工後の養生期間の短い耐火物の施工方法、その耐火物、及びその製鉄用設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、以下の構成をその要旨とするものである。
（１）溶鉄および溶融スラグを扱う製鉄用設備の金属製部材に耐火物を施工する際に、前記製鉄用設備の金属製部材に対して金属製の型枠を所定の隙間を設けて設置する工程と、
前記製鉄用設備の金属製部材及び前記金属製の型枠間の隙間に、耐火物粒子と、フェノール樹脂、フラン樹脂、塩化ビニル樹脂の少なくともいずれかの樹脂粉末と、を混合した乾式スタンプ材を充填する工程と、
前記製鉄用設備の金属製部材及び前記金属製の型枠を電極として、誘電加熱により前記乾式スタンプ材を硬化させる工程とを実施することを特徴とする耐火物の施工方法。
【０００９】
（２）（１）に記載の耐火物の施工方法において、前記製鉄用設備の金属製部材は、容器または樋のいずれかの鉄皮であり、前記金属製の型枠は、前記鉄皮の内側に内型枠として設置されることを特徴とする耐火物の施工方法。
【００１０】
（３）（１）に記載の耐火物の施工方法において、前記製鉄用設備の金属製部材は、金属製の筒状体からなる芯金であり、前記金属製の型枠は、前記芯金の外側に外型枠として設置されることを特徴とする耐火物の施工方法。
（４）（３）に記載の耐火物の施工方法において、前記芯金の内側にさらに金属製の内型枠を隙間を設けて設置し、前記芯金と前記内型枠の間に前記乾式スタンプ材を充填し、前記芯金、前記外型枠、前記内型枠を電極として誘電加熱を行うことを特徴とする耐火物の施工方法。
【００１１】
（５）（１）乃至（４）のいずれかに記載の耐火物の施工方法において、
前記耐火物粒子は、粒径１ｍｍ以上の粒子が３０質量％以上、８９質量％以下、粒径７５μｍ以上、１ｍｍ未満の粒子が１０質量％以下、６９質量％以下、粒径７５μｍ未満の粒子が１質量％以上、６０質量％以下の粒度分布を有し、
前記樹脂粉末は、前記耐火物粒子に対して外掛けで０．５質量％以上、２０質量％以下の割合で混合されることを特徴とする耐火物の施工方法。
【００１２】
（６）（１）乃至（５）のいずれかに記載の耐火物の施工方法によって施工されたことを特徴とする耐火物。
（７）（１）乃至（５）のいずれかに記載の耐火物の施工方法によって施工されたことを特徴とする製鉄用設備。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、製鉄用設備の金属製部材及び金属製の型枠の間に充填された耐火物粒子及び樹脂粉末を混合した乾式スタンプ材を、製鉄用設備の金属製部材及び金属製の型枠を電極として誘電加熱により硬化させているため、水分の乾燥に要する養生期間を不要とし、短時間で耐火物を金属製部材表面に形成することができる。
また、水を使用せずに耐火物を施工できるため、水に由来する水素による溶鉄の汚染が生じることもなく、製鉄用設備の金属製部材の様な大型の設備であっても、一体的に耐火物を施工できるため、目地が生じることがなく、溶鉄、スラグの侵入が生じることもなく、耐久性の高い製鉄用設備とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の耐火物の施工方法を取鍋に実施した構造を表す模式図。
【図２】前記実施形態における耐火物の施工方法を表す模式図。
【図３】本発明の耐火物の施工方法を樋に実施した構造を表す模式図。
【図４】本発明の耐火物の施工方法をランスに実施した構造を表す模式図。
【図５】本発明の耐火物の施工方法を浸漬管に実施した構造を表す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明によれば、耐火物粒子と、フェノール樹脂、フラン樹脂、塩化ビニル樹脂の少なくともいずれかの粉末樹脂とを混合した乾式スタンプ材を、製鋼設備の金属製部材及び金属製の型枠の間の所定の隙間に充填し、製鉄用設備の金属製部材及び型枠を電極として高周波電源により通電する。この通電により、乾式スタンプ材中の上記の粉末樹脂が誘電加熱され、一旦軟化又は溶融して耐火物粒子中に拡散した後、硬化するため、耐火物粒子は、上記の粉末樹脂がバインダーとなって硬化体を形成する。特に、フェノール樹脂は、硬化後の残炭分が多く効果的に作用するため、最も好ましい。
この方法によれば、例えば５０〜１００ｃｍ程度の厚みでも均一に加熱できるため、肉厚で均質な硬化体を形成することができる。
【００１６】
また、前記型枠を製鉄用設備の金属製部材から所定の隙間を設けて設置することで、充填された乾式スタンプ材を所定の厚みでかつ一体的な硬化体を形成できるため、目地がなく、溶鉄やスラグの侵入もない。さらに、水分を利用しない施工方法であるため、乾燥による水分除去の必要がなく、短時間で硬化体を得ることができる上、施工後、水分が残留することがないので、耐火物中の水分残留による溶鉄の水素汚染等が発生することもない。なお、所定の厚みとは、用途に応じて要求される厚みであり、この厚みに相当する隙間を所定の隙間としている。
【００１７】
本発明では、誘電加熱に用いる周波数としては、１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲とすることが好ましい。これよりも低い周波数での加熱では、加熱効率の減少に伴い十分な強度の硬化体が得られにくくなる。一方、これよりも高い周波数での加熱では、マイクロ波の浸透深さが浅くなるため、乾式スタンプ材層の深部まで伝わりにくくなり、均一に硬化した厚肉の硬化体が得られにくくなる。
また、加熱時間は特に規定するものではないが、１０分〜６時間程度が例示できる。
【００１８】
本発明では、金属製の型枠は、導電性を有する種々の金属材料を用いて形成することができ、例えば、ステンレス、銅、アルミニウムを使用することができる。この内、最も好ましいのは、ステンレスである。ステンレスは耐磨耗性も良好であり、誘電加熱における誘電損失を少なくすることができるため、型枠自体の発熱を抑制することができるからである。
また、本発明の耐火物の施工方法は、製鉄用設備の金属製部材を対象としている。製鉄用設備の金属製部材としては、材質は鉄である場合が通常であり、例えば、転炉、取鍋、タンディッシュ等の精錬容器の鉄皮や、高炉から出銑した溶銑を流すための樋や、精錬用のランスの芯金、浸漬管の芯金等が挙げられる。
さらに、製鉄用設備の金属製部材には、事前に他の耐火物、例えばパーマネントれんがが予め施工されていてもよく、さらには、例えば精錬容器の鉄皮等であれば、内面にアンカー等が設置されていてもよく、ランスの芯金等であれば芯金の内周、外周にスタッドが溶接されていてもよい。
【００１９】
ちなみに、製鉄用設備の金属製部材が転炉、取鍋、タンディッシュ等の精錬容器の鉄皮の場合や、高炉から出銑した溶銑を流すための樋の場合、金属製の型枠は、鉄皮の内側に内型枠として設置して施工される。
【００２０】
また、製鉄用設備の金属製部材が金属製の筒状体からなる芯金である場合、金属製の型枠は、芯金の外側に外型枠として設置して施工される。このような製鉄用設備としては、例えば、取鍋精錬や溶銑予備処理におけるガスあるいはガス＋粉体吹込用のランスが挙げられる。
さらに、芯金の内側にさらに金属製の内型枠を隙間を設けて設置して、芯金と内型枠の間に乾式スタンプを充填し、芯金、外型枠、内型枠を電極として誘電加熱を行って施工される。このような製鉄用設備としては、例えば、真空脱ガス炉等の浸漬管が挙げられる。
なお、浸漬管に耐火物を施工する場合、溶鋼内に挿入される浸漬管の芯金の下端が溶鋼に晒されないように、芯金の下端も耐火物で被覆する。
【００２１】
本発明では、耐火物粒子の粒度分布としては、粒径１ｍｍ以上の粒子が３０質量％以上、８９質量％以下、粒径７５μｍ以上、１ｍｍ未満の粒子が１０質量％以下、６９質量％以下、粒径７５μｍ未満の粒子が１質量％以上、６０質量％以下とするのが好ましい。
この範囲とすることで高密度に充填でき、硬化体の強度や耐用性を確保でき、溶鉄、スラグの侵入を充分に抑制できる。
【００２２】
ここで、耐火物としては、マグネシア、アルミナ、スピネル、シリカ（硅石、シリカガラス、シリカフラワーなど）、アルミナ−シリカ質原料（粘土、シャモット、シリマナイト、アンダリューサイト、カヤナイト、ろう石、ムライトなど）、ドロマイト、カルシア、クロム鉄鉱、ジルコン、ジルコニアなどを採用することができる。
また、耐火物粒子には、例えば、内掛けで５質量%以下の炭素（黒鉛、ピッチ粉末、カーボンブラックなど）、１０質量%以下の炭化珪素、２質量%以下の金属（アルミニウム、シリコン、マグネシウムのうちの２種、あるいは２種以上の混合物あるいは合金あるいは化合物）の粉末を含有させても良い。但し、これらの原料は導電性を有するため、各原料の添加量をこれよりも多くすると、耐火物粒子全体で電気的導通性が上がり、誘電加熱回路が破損し易くなるため、この点を考慮して、添加量を設定することが好ましい。
【００２３】
本発明では、フェノール樹脂、フラン樹脂、塩化ビニル樹脂の少なくともいずれかの粉末樹脂の配合量は、耐火物粒子に対して外掛けで０．５質量％以上、２０質量％以下とするのが好ましい。
粉末樹脂の添加量が０．５質量％未満では、誘電加熱を行っても乾式スタンプ材が十分に硬化しない可能性があり、耐火物の強度を確保しづらくなる。
一方、粉末樹脂の添加量が２０質量％を超えると、施工後の耐火物の常温での強度は確保できるが、精錬容器、ランス、浸漬管等の使用時に、溶鋼と接触すると、溶鋼の熱により樹脂分が消失し、耐火物がポーラスな構造となり、溶鉄、スラグが侵入し易くなる場合がある。
ちなみに、上記の粉末樹脂の粒径は、１〜１００μｍ程度が例示できる。
【００２４】
[発明の実施の形態]
以下、本発明の具体的な実施の形態を図面に基づいて説明する。
[１]第１実施形態
図１には、本発明の第１の実施の形態に係る精錬容器としての取鍋１が示されている。この取鍋１は、容器外周を形成する鉄皮２と、この鉄皮２の内面に設置されるパーマネントれんが３と、このパーマネントれんが３の内面に施工される耐火物４とを備える。
鉄皮２は底部を有する略円筒状をなす鉄製の容器である。パーマネントれんが３は、定形の耐火物焼成体から構成され、鉄皮２の内面に敷き詰め、かつ積み上げ施工される。耐火物４は、パーマネントれんが３の内側に形成される不定形耐火物として構成される。
【００２５】
このような取鍋１の鉄皮２の内面にパーマネントれんが３及び耐火物４を施工する場合、図２に示すように、まず、取鍋１の底部と側壁部にパーマネントれんが３を敷設し、かつ積み上げ（図２Ａ）、その底部のパーマネントれんが３の上に耐火物粒子と、フェノール樹脂、フラン樹脂、塩化ビニル樹脂の少なくともいずれかの樹脂粉末を混合した乾式スタンプ材を敷き詰め、十分に締め固める（図２Ｂ）。なお、側壁部のパーマネントれんがの積み上げは、スタンプ材の敷き詰め後、あるいは締め固め後でも差し支えない。
上記乾式スタンプ材の施工が終了したら、パーマネントれんが３の壁面と内型枠５の外面の間に隙間を設けるように、内型枠５を取鍋１の内部に挿入する（図２Ｃ）。
【００２６】
内型枠５が挿入されたら、パーマネントれんが３の側壁面と内型枠５の外面との間の隙間に、上記の耐火物粒子及び樹脂粉末を混合した乾式スタンプ材からなる耐火物４を充填する（図２Ｄ）。この際、フォークやバイブレーター等を利用して耐火物４を隙間内に確実に充填させる。
最後に、鉄皮２及び内型枠５に誘電加熱電源６の電極を装着し、耐火物４の誘電加熱を行い、耐火物４を硬化させる。
【００２７】
[２]第２の実施の形態
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分とは同一符号を付してその説明を省略する。
前述した第１の実施の形態では、取鍋１の底部及び側壁部にパーマネントれんが３を築造した後、その内側に誘電加熱により耐火物４を施工していた。
これに対して、第２の実施の形態では、図３に示されるように、高炉から出銑した溶銑を流すための樋に本発明に係る耐火物の施工方法を用いたものである。
本実施形態では、断面がＶ字型の樋の鉄皮７の内側に、シャモット質焼成れんがをパーマネントれんが３として築造する。その後、断面がＶ字型のステンレス製の内型枠８を、パーマネントれんが３との間に、所定の隙間を設けて設置する。
【００２８】
その隙間にＳｉＯ２含有量約３０質量％のアルミナ−シリカ質の耐火物粒子と、フェノール樹脂、フラン樹脂、塩化ビニル樹脂の少なくともいずれかの樹脂粉末とを混合した乾式スタンプ材を施工する。粒度配合は、前述の取鍋用乾式アルミナ−スピネル質スタンプ材と同様とし、また樹脂粉末の添加量は外掛けで５質量％とする。施工方法は前述の取鍋１の側壁面の場合と同様である。
前述した取鍋１の場合と同様に、鉄皮７と内型枠８を誘電加熱電源６に接続し、乾式スタンプ材からなる耐火物４を硬化させる。
本発明の耐火物の施工方法は、このような樋にも採用することができ、前述した取鍋１の場合と同様の作用及び効果を享受することができる。
【００２９】
[３]第３の実施の形態
前述した第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、鉄皮２、７の内面に耐火物４を形成していた。
これに対して、本実施形態では、本発明に係る耐火物の施工方法を、精錬用のランスに採用し、ランス芯金９の外周に耐火物４の硬化体を形成している点が相違する。
すなわち、図４に示されるように、円筒状のランス芯金９の回りに耐火物４の厚みの３分の２に相当する突出寸法のスタッド１０を設置し、その外側に、筒状体からなるステンレス製の外型枠１１で、スタッド１０と接触しないように隙間を設けて設置する。
【００３０】
ランス芯金９と外型枠１１の間の隙間にシリカを２０質量％、ＳｉＣを５質量％含有したアルミナ−シリカ−ＳｉＣ質の耐火物粒子と、フェノール樹脂、フラン樹脂、塩化ビニル樹脂の少なくともいずれかの樹脂粉末とを混合した乾式スタンプ材を投入して、外型枠１１をバイブレーターで加振して、所定の隙間内に乾式スタンプ材を充填する。
そして、誘電加熱電源６をランス芯金９と外型枠１１に接続し、肉厚中央部が１５０℃になるようにして４０分間加熱して乾式スタンプ材からなる耐火物４を硬化させる。
本発明に係る耐火物の施工方法は、このようなランスにも適用することができ、前述した作用及び効果と同様の作用及び効果を享受できる。
【００３１】
［４］第４の実施の形態
前述した第３の実施の形態では、ランス芯金９の外周に耐火物４を施工していた。
これに対して、本実施形態では本発明に係る耐火物の施工方法を、ＲＨ脱ガス炉の浸漬管に採用し、浸漬管芯金１２の内周、外周、下端に耐火物４の硬化体を形成する。その様子を図５に示す。なお、浸漬管の施工は、浸漬管が使用される場合とは上下逆にして行うと容易である。このため図５も施工状態、すなわち使用状態とは上下逆に図示している。従って、浸漬管芯金１２の下端に形成される耐火物の硬化体は、図５では上端に位置している。
具体的には、図５に示されるように、円筒状の浸漬管芯金１２に、例えば耐火物４の厚みの３分の２に相当する突出寸法のスタッド１０を設置し、浸漬管芯金１２の内側に円筒状のステンレス製の内型枠１４、外側には円筒状のステンレス製の外型枠１５を、それぞれスタッドと接触しないように隙間を設けて設置する。
なお、浸漬管芯金１２と一体となっているフランジ１３と外型枠１５の電気的絶縁を確保するために、例えば、ガラス繊維−樹脂積層板からなる絶縁型枠１６を、両者の間に設置する。
【００３２】
浸漬管芯金１２と内型枠１４あるいは外型枠１５との間にマグネシアを７質量％含有したアルミナ−マグネシア質の耐火物粒子と、フェノール樹脂、フラン樹脂、塩化ビニル樹脂の少なくともいずれかの樹脂粉末とを混合した乾式スタンプ材を投入して、テーブルバイブレーターで全体を加振して、所定の隙間内に乾式スタンプ材を充填する。
そして、誘電加熱電源６をフランジ１３と内型枠１４および外型枠１５に接続し、耐火物４の肉厚中央部が１５０℃になるようにして４０分間加熱して乾式スタンプ材からなる耐火物４を硬化させる。
本発明に係る耐火物の施工方法は、浸漬管にも適用することができ、前述した作用及び効果と同様の作用及び効果を享受できる。
【００３３】
なお、浸漬管芯金１２の下端（図５では上端）部について、内型枠１４を外側に、外型枠１５を内側に、それぞれ水平に折り曲げた型枠を用いると、浸漬管芯金１２の下端（図５では上端）の耐火物が、より加熱され易くなるため、好適である。
ここで、水平に折り曲げた内型枠と外型枠の端部が、離間している場合、その隙間から乾式スタンプ材を投入することができる。また、水平に折り曲げた内型枠と外型枠の部分に、孔が形成されているものを用いると、この孔からも乾式スタンプ材を投入することができる。
また、水平に折り曲げた内型枠と外型枠の端部が、接触していても良く、あるいは、当該部分が一体物であっても良い。この場合は、水平に折り曲げた型枠部分に、孔が形成されているものを用いることで、この孔から乾式スタンプ材を投入することができる。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれに限られるものではない。
[１]タンディッシュへの適用
[実施例１]
鉄皮の底に注入羽口をセットし、さらにろう石質焼成れんがをパーマネントれんがとして築造した。その後、底の部分に乾式スタンプ材を１５０ｍｍ施工した。その上にステンレス製の内型枠を載せ、鉄皮の側壁と内型枠との隙間部分に乾式スタンプ材を１５０ｍｍ施工した。
乾式スタンプ材はＣａＯを１０質量％含有するマグネシア−ドロマイト質で、最大粒径は５ｍｍであり、１ｍｍ以上が６０質量％、１ｍｍ未満、７５μｍ以上が３０質量％、７５μｍ未満が１０質量％の粒度分布とした。また８０℃以上で軟化し、１３０℃以上で硬化する粒径１０〜８０μmのフェノール樹脂粉末を外掛けで２質量％配合していた。
【００３５】
乾式スタンプ材の施工に当たっては、まず材料を投入し、底の部分はフォークで十分に突いた後にバイブレーターで突き固めた。また鉄皮の側壁部と内型枠との隙間部分については、材料を投入し、鋼棒で十分に突いた後にバイブレーターで突き固めた。
２７MＨｚの周波数の誘電加熱用電源の電極を鉄皮と内型枠にそれぞれ接続して電力を供給し、乾式スタンプ材の温度が１５０℃になるように調節して１時間加熱した。なお、温度測定は光ファイバー温度計を用い、鉄皮の側壁部のスタンプ材の肉厚中央で測定した。
【００３６】
加熱終了後、電源と内型枠を取り外したところ、乾式スタンプ材はしっかりと硬化していた。また肉厚方向の硬化むらがないかどうかを確認するために、側壁の上部の位置を代表させてサンプルを採取することとして、この箇所の側壁表面側から水平方向に乾式コアボーリングし、得られたサンプルを肉眼観察したところ、深さ方向に均質な硬化体が得られていることが確認できた。
さらに、このボーリングコアの表面側とパーマネントれんが側の二箇所から試料を切り出して圧縮強度を調査したところ、表面側は３．３ＭＰａ、パーマネントれんが側は３．１ＭＰａと、ほぼ同じ強度であることがわかった。圧縮強度の測定は、ＪＩＳ−Ｒ２２０６に準拠して行った。（但し、試料サイズは２５ｍｍ角の立方体とし、加圧方向はボーリングの軸方向とした。）
【００３７】
[比較例１]
比較例１として、実施例１と同じ乾式スタンプ材をバーナー加熱で硬化させる実験を行った。準備、施工は上記を同じとした。ただし内型枠は鉄製とした。
誘電加熱用の電源を接続せず、内型枠の内側からＣＯＧ（コークス炉ガス）を用いてバーナーで加熱した。鉄皮の側壁部の乾式スタンプ材の肉厚中央に埋め込んだ熱電対が１５０℃を示すように火力を調節しながら１０時間加熱した。
加熱が終了し、内型枠が取り扱い可能な温度となった時点で取り外したところ、表面は硬化していたが、長時間の加熱で樹脂が炭化し、ややぼろついた状態だった。
側壁上部をコアボーリングしたところ、パーマネントれんが側は硬化が不十分で、ぼろついた状態だった。このためこの部位からは圧縮強度測定用試料を採取できなかった。
【００３８】
[比較例２]
通常はタンディッシュの築造は流し込み材によって行う。その際に、アルミナ−シリカ質の流し込み材（粉末）に水を加えて混練して流し込み施工する。本来、タンディッシュの内張材としては、鋼中非金属介在物として有害なアルミナの使用は避け、マグネシアやドロマイトなどの材質を選択したいところではあるが、マグネシアやドロマイトは水と反応して劣化するため、流し込み材とすることができない。
【００３９】
そこで、アルミナ−シリカ質の流し込み材（キャスタブルとも呼ばれる粉末状の材料）に水を加えて混練したものを、まず底部に流し込み、一日（２４時間）養生して硬化させた後に内型枠をセットし、鉄皮の側壁部に流し込んだ。鉄皮の側壁部も一日（２４時間）養生して硬化させた後に内型枠を取り外した。
【００４０】
その後、ＣＯＧバーナーを用いて、流し込み施工したキャスタブル施工体全層が３００℃以上となるようにして乾燥させた。その際、水分の急激な蒸発により爆裂が起こらないように注意しながら温度を上げたため、４８時間を要し、すなわち、この様な大きな乾燥エネルギーと長い時間（２４×２＋４８＝９６時間）を必要とした。
さらに、水分が残留していると、使用時に水分が分解して水素となり、鋼品質に悪影響を及ぼす。このため、乾燥後の昇熱段階でも、さらに２時間を掛けて水分を除去した。それでも、完全に水分を除去することは困難であり、稼動開始初期には水素汚染を蒙り難い鋼種を当てるなどの対策が必要であった。
【００４１】
[まとめ]
以上の通り、本発明の硬化方法は水を使用しないため、マグネシアやドロマイトを使用でき、しかも乾燥の必要がない。このため乾燥エネルギーの節約、硬化乾燥時間の短縮にとどまらず、アルミナ系非金属介在物や水素汚染の問題がないことから鋼品質も向上させることができる。
【００４２】
[２]取鍋への適用
[実施例２]
タンディッシュの場合と同様、鉄皮に羽口をセットし、ろう石焼成れんがをパーマネントれんがとして築造した（図１参照）。
その後、乾式スタンプ材を施工した。タンディッシュの場合と同様に、底部を２００ｍｍ施工した後に内型枠を載せ、鉄皮の側壁部を２５０ｍｍ施工した。内型枠はステンレスとした。
乾式スタンプ材は焼結アルミナ８０質量％と焼結スピネル２０質量％の混合物とした。また粒度配合は前述のタンディッシュ用乾式ドロマイト質スタンプ材と同じとし、フェノール樹脂の添加量は外掛けで４質量％とした。
【００４３】
タンディッシュの場合と同様に、鉄皮と内型枠を２７MHzの誘電加熱用電源に接続し、鉄皮の側壁部の肉厚中央温度が１５０℃になるようにして３時間加熱した。
加熱終了後、側壁の上部の位置を代表サンプルとして、この箇所の側壁表面側から水平方向に乾式コアボーリングし、得られたサンプルを肉眼観察したところ、やはり深さ方向に均質な硬化体が得られていることが確認できた。また、このボーリングコアから圧縮強度測定用試料を内型枠側とパーマネントれんが側の二箇所から切り出して調査したところ、表面側は３．９ＭＰａ、パーマネントれんが側は４．１MPaと、ほぼ同強度であることがわかった。
【００４４】
[比較例３]
通常の取鍋の内張は、アルミナ−スピネル質流し込み材である。施工方法はタンディッシュの流し込み材の場合と同様とした。
所要時間は底の硬化に半日（１２時間）、側壁の硬化に１日（２４時間）、乾燥に５０時間を要し、すなわち、莫大な乾燥エネルギーと長い時間（１２＋２４＋５０＝８６時間）を必要とした。
【００４５】
[まとめ]
以上、実施例２では、乾式スタンプ材は焼結アルミナ８０質量％と焼結スピネル２０質量％のものを用いたが、本発明に係る硬化方法は水を使用しないため、マグネシアやドロマイトを使用することもでき、幅広い材料に対応できるのに対し、比較例３では、流し込み材であるがゆえにマグネシアやドロマイトなどの塩基性耐火材を使用することもできない。
また、本発明では、大幅な時間短縮、省エネルギー、耐火材選択範囲拡大に寄与できる。
【００４６】
[３]樋への適用
[実施例３]
断面がV字型の樋の鉄皮にシャモット質焼成れんがをパーマネントれんがとして築造した（図３参照）。その後、ステンレス製の内型枠を、パーマネントれんがとの間に隙間を１５０ｍｍ設けて設置した。その隙間にＳｉＯ２含有量約３０質量％のアルミナ−シリカ質の乾式スタンプ材を施工した。また粒度配合は前述のタンディッシュ用乾式ドロマイト質スタンプ材や取鍋用乾式アルミナ−スピネル質スタンプ材と同様とし、またフェノール樹脂の添加量は外掛けで５質量％とした。施工方法は前述のタンディッシュや取鍋の側壁の場合と同様とした。
前述のタンディッシュあるいは取鍋の場合と同様に鉄皮と内型枠を２７ＭＨｚの誘電加熱用電源に接続し、鉄皮側壁部の肉厚中央部が１５０℃になるようにして１時間加熱した。
加熱終了後、側壁の上部の位置を代表サンプルとして、鉄皮に垂直に乾式コアボーリングして得られたサンプルを肉眼観察したところ、深さ方向に均質な施工体が得られていることが確認できた。
[比較例４]
実施例３の場合と同様に鉄皮にパーマネントれんがを築造して内型枠をセットした後、ＳｉＯ２含有量約３０質量％のアルミナ−シリカ質流し込み材に水を加えて混練したものを隙間に流し込み施工した。１日（２４時間）養生して硬化させた後に内型枠を取り外した。その後、ＣＯＧバーナーで爆裂が起こらないようにしながら徐々に温度を上げ、流し込み施工体全層が３００℃以上になるように加熱して乾燥させた。乾燥には合計４２時間を要した。
［まとめ］
以上、実施例３は、比較例４と比較して大幅な時間短縮と省エネルギーに寄与できる。
【００４７】
[４]ランスへの適用
[実施例４]
ランス芯金の周囲に乾式スタンプ材を施工した。ランス芯金の周囲にはスタンプ材の層の厚さ１８０ｍｍの３分の２に相当する高さのスタッドを２０cm間隔で設置した（図４参照）。
ステンレス製の外型枠を芯金との間にスタンプ材の層の厚さに相当する隙間を設けて設置した。外型枠には電動式バイブレーターが設置されていた。シリカを２０質量％、ＳｉＣを５質量％含有したアルミナ−シリカ−ＳｉＣ質の乾式スタンプ材を投入して外枠をバイブレーターで加振して乾式スタンプ材を充填した。また乾式スタンプ材の粒度配合は前述のタンディッシュ用や取鍋用と同様とし、フェノール樹脂の添加量は外掛けで８質量%とした。
４０MHzの誘電加熱用電源を芯金と外型枠に接続し、肉厚中央部が１５０℃になるようにして４０分間加熱した。
加熱終了後、ランスの端を解体して施工体の状態を調べたところ、外枠近傍から芯金近傍にいたるまで、均一な施工体が形成されていることが確認できた。
【００４８】
[比較例５]
実施例４の場合と同様の芯金と外型枠を用い、シリカを２０質量％、ＳｉＣを５質量％含有したアルミナ−シリカ−ＳｉＣ質の流し込み材を水で混練して施工した。流し込み後に１日（２４時間）養生して乾燥させた後に外型枠を取り外し、熱風乾燥機で芯金付近が２５０℃になるように、２４時間掛けて乾燥させた。
［まとめ］
以上、実施例４は、比較例５と比較して大幅な時間短縮と省エネルギーに寄与できる。
【符号の説明】
【００４９】
１…取鍋、２、７…鉄皮、３…パーマネントれんが、４…耐火物、５、８、１４…内型枠、１１、１５…外型枠、６…誘電加熱電源、９…ランス芯金、１０…スタッド、１２…浸漬管芯金、１３…フランジ、１６…絶縁型枠
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐火物の施工方法、耐火物、及び製鉄用設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、溶鉄（溶銑と溶鋼の総称）や溶融スラグを扱う設備の金属部材へ施工される耐火物は、転炉、取鍋、タンディッシュ、樋等の鉄皮内面に施工される耐火物や、ランス、浸漬管等の芯金外面に施工される耐火物として、れんが、ブロック、流し込み材、吹き付け材、スタンプ材が知られている。
しかし、れんがやブロックは、作業者が施工できることを限度とした大きさを単位としているため、必ず目地が生じ、この目地部分から溶鉄やスラグの侵入が起きやすいという問題がある。
【０００３】
一方、流し込み材による湿式施工は、目地のない一体型の耐火物を形成することはできるが、混練時に添加される水分の乾燥除去に長い時間と莫大なエネルギーを要し、また、水分が残留したままだと、分解して水素（Ｈ）を生じ溶鉄を汚染する可能がある。
また、流し込み材を硬化させた後に、その表面に、水を混合しながらドロマイト質のコーティングを施すこともあるが、コーティング材では２０ｍｍを超える厚くて緻密な施工体を得ることはできない。
また、吹き付け材は流し込み材と同様に水分の問題に加えて厚い施工体を形成しにくい。
【０００４】
さらに、熱硬化性バインダーを含有したスタンプ材は、バーナー加熱で硬化させるが、バーナー加熱では表面しか硬化せず、肉厚で均質な施工体を得ることが困難であるという問題がある。
このため、特許文献１に記載の技術では、スタンプ材に類似した鋳物砂を高周波誘電加熱で硬化する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−１０８１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１に記載の技術は、木製の型枠内に鋳物砂及び樹脂粉末を混合したものを充填し、木型枠を用いて高周波誘電加熱を行うものであり、製鉄業で用いられている溶鉄や溶融スラグを扱う設備（本件では、「製鉄用設備」と呼称する。）の様な大きな金属製部材に対応した耐火物を形成するには、それに対応する大きさの木型枠が必要となり、現実的に実施することが困難である。このため、製鉄用設備の耐火物として利用するには、結局はブロック状にしたものを施工することとなるため、施工後の壁面には目地が生じてしまい、溶鉄やスラグの侵入という問題を解決することができない。
【０００７】
本発明の目的は、製鉄用設備の様な大型の金属部材に対して、目地のない一体型の耐火物を形成することで溶鉄やスラグの侵入を防止することができ、かつ溶鉄が水素で汚染されることがなく、施工後の養生期間の短い耐火物の施工方法、その耐火物、及びその製鉄用設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、以下の構成をその要旨とするものである。
（１）溶鉄および溶融スラグを扱う製鉄用設備の金属製部材に耐火物を施工する際に、前記製鉄用設備の金属製部材に対して金属製の型枠を所定の隙間を設けて設置する工程と、
前記製鉄用設備の金属製部材及び前記金属製の型枠間の隙間に、耐火物粒子と、フェノール樹脂、フラン樹脂、塩化ビニル樹脂の少なくともいずれかの樹脂粉末と、を混合した乾式スタンプ材を充填する工程と、
前記製鉄用設備の金属製部材及び前記金属製の型枠を電極として、誘電加熱により前記乾式スタンプ材を硬化させる工程とを実施することを特徴とする耐火物の施工方法。
【０００９】
（２）（１）に記載の耐火物の施工方法において、前記製鉄用設備の金属製部材は、容器または樋のいずれかの鉄皮であり、前記金属製の型枠は、前記鉄皮の内側に内型枠として設置されることを特徴とする耐火物の施工方法。
【００１０】
（３）（１）に記載の耐火物の施工方法において、前記製鉄用設備の金属製部材は、金属製の筒状体からなる芯金であり、前記金属製の型枠は、前記芯金の外側に外型枠として設置されることを特徴とする耐火物の施工方法。
（４）（３）に記載の耐火物の施工方法において、前記芯金の内側にさらに金属製の内型枠を隙間を設けて設置し、前記芯金と前記内型枠の間に前記乾式スタンプ材を充填し、前記芯金、前記外型枠、前記内型枠を電極として誘電加熱を行うことを特徴とする耐火物の施工方法。
【００１１】
（５）（１）乃至（４）のいずれかに記載の耐火物の施工方法において、
前記耐火物粒子は、粒径１ｍｍ以上の粒子が３０質量％以上、８９質量％以下、粒径７５μｍ以上、１ｍｍ未満の粒子が１０質量％以下、６９質量％以下、粒径７５μｍ未満の粒子が１質量％以上、６０質量％以下の粒度分布を有し、
前記樹脂粉末は、前記耐火物粒子に対して外掛けで０．５質量％以上、２０質量％以下の割合で混合されることを特徴とする耐火物の施工方法。
【００１２】
（６）（１）乃至（５）のいずれかに記載の耐火物の施工方法によって施工されたことを特徴とする耐火物。
（７）（１）乃至（５）のいずれかに記載の耐火物の施工方法によって施工されたことを特徴とする製鉄用設備。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、製鉄用設備の金属製部材及び金属製の型枠の間に充填された耐火物粒子及び樹脂粉末を混合した乾式スタンプ材を、製鉄用設備の金属製部材及び金属製の型枠を電極として誘電加熱により硬化させているため、水分の乾燥に要する養生期間を不要とし、短時間で耐火物を金属製部材表面に形成することができる。
また、水を使用せずに耐火物を施工できるため、水に由来する水素による溶鉄の汚染が生じることもなく、製鉄用設備の金属製部材の様な大型の設備であっても、一体的に耐火物を施工できるため、目地が生じることがなく、溶鉄、スラグの侵入が生じることもなく、耐久性の高い製鉄用設備とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の耐火物の施工方法を取鍋に実施した構造を表す模式図。
【図２】前記実施形態における耐火物の施工方法を表す模式図。
【図３】本発明の耐火物の施工方法を樋に実施した構造を表す模式図。
【図４】本発明の耐火物の施工方法をランスに実施した構造を表す模式図。
【図５】本発明の耐火物の施工方法を浸漬管に実施した構造を表す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明によれば、耐火物粒子と、フェノール樹脂、フラン樹脂、塩化ビニル樹脂の少なくともいずれかの粉末樹脂とを混合した乾式スタンプ材を、製鋼設備の金属製部材及び金属製の型枠の間の所定の隙間に充填し、製鉄用設備の金属製部材及び型枠を電極として高周波電源により通電する。この通電により、乾式スタンプ材中の上記の粉末樹脂が誘電加熱され、一旦軟化又は溶融して耐火物粒子中に拡散した後、硬化するため、耐火物粒子は、上記の粉末樹脂がバインダーとなって硬化体を形成する。特に、フェノール樹脂は、硬化後の残炭分が多く効果的に作用するため、最も好ましい。
この方法によれば、例えば５０〜１００ｃｍ程度の厚みでも均一に加熱できるため、肉厚で均質な硬化体を形成することができる。
【００１６】
また、前記型枠を製鉄用設備の金属製部材から所定の隙間を設けて設置することで、充填された乾式スタンプ材を所定の厚みでかつ一体的な硬化体を形成できるため、目地がなく、溶鉄やスラグの侵入もない。さらに、水分を利用しない施工方法であるため、乾燥による水分除去の必要がなく、短時間で硬化体を得ることができる上、施工後、水分が残留することがないので、耐火物中の水分残留による溶鉄の水素汚染等が発生することもない。なお、所定の厚みとは、用途に応じて要求される厚みであり、この厚みに相当する隙間を所定の隙間としている。
【００１７】
本発明では、誘電加熱に用いる周波数としては、１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲とすることが好ましい。これよりも低い周波数での加熱では、加熱効率の減少に伴い十分な強度の硬化体が得られにくくなる。一方、これよりも高い周波数での加熱では、マイクロ波の浸透深さが浅くなるため、乾式スタンプ材層の深部まで伝わりにくくなり、均一に硬化した厚肉の硬化体が得られにくくなる。
また、加熱時間は特に規定するものではないが、１０分〜６時間程度が例示できる。
【００１８】
本発明では、金属製の型枠は、導電性を有する種々の金属材料を用いて形成することができ、例えば、ステンレス、銅、アルミニウムを使用することができる。この内、最も好ましいのは、ステンレスである。ステンレスは耐磨耗性も良好であり、誘電加熱における誘電損失を少なくすることができるため、型枠自体の発熱を抑制することができるからである。
また、本発明の耐火物の施工方法は、製鉄用設備の金属製部材を対象としている。製鉄用設備の金属製部材としては、材質は鉄である場合が通常であり、例えば、転炉、取鍋、タンディッシュ等の精錬容器の鉄皮や、高炉から出銑した溶銑を流すための樋や、精錬用のランスの芯金、浸漬管の芯金等が挙げられる。
さらに、製鉄用設備の金属製部材には、事前に他の耐火物、例えばパーマネントれんがが予め施工されていてもよく、さらには、例えば精錬容器の鉄皮等であれば、内面にアンカー等が設置されていてもよく、ランスの芯金等であれば芯金の内周、外周にスタッドが溶接されていてもよい。
【００１９】
ちなみに、製鉄用設備の金属製部材が転炉、取鍋、タンディッシュ等の精錬容器の鉄皮の場合や、高炉から出銑した溶銑を流すための樋の場合、金属製の型枠は、鉄皮の内側に内型枠として設置して施工される。
【００２０】
また、製鉄用設備の金属製部材が金属製の筒状体からなる芯金である場合、金属製の型枠は、芯金の外側に外型枠として設置して施工される。このような製鉄用設備としては、例えば、取鍋精錬や溶銑予備処理におけるガスあるいはガス＋粉体吹込用のランスが挙げられる。
さらに、芯金の内側にさらに金属製の内型枠を隙間を設けて設置して、芯金と内型枠の間に乾式スタンプを充填し、芯金、外型枠、内型枠を電極として誘電加熱を行って施工される。このような製鉄用設備としては、例えば、真空脱ガス炉等の浸漬管が挙げられる。
なお、浸漬管に耐火物を施工する場合、溶鋼内に挿入される浸漬管の芯金の下端が溶鋼に晒されないように、芯金の下端も耐火物で被覆する。
【００２１】
本発明では、耐火物粒子の粒度分布としては、粒径１ｍｍ以上の粒子が３０質量％以上、８９質量％以下、粒径７５μｍ以上、１ｍｍ未満の粒子が１０質量％以下、６９質量％以下、粒径７５μｍ未満の粒子が１質量％以上、６０質量％以下とするのが好ましい。
この範囲とすることで高密度に充填でき、硬化体の強度や耐用性を確保でき、溶鉄、スラグの侵入を充分に抑制できる。
【００２２】
ここで、耐火物としては、マグネシア、アルミナ、スピネル、シリカ（硅石、シリカガラス、シリカフラワーなど）、アルミナ−シリカ質原料（粘土、シャモット、シリマナイト、アンダリューサイト、カヤナイト、ろう石、ムライトなど）、ドロマイト、カルシア、クロム鉄鉱、ジルコン、ジルコニアなどを採用することができる。
また、耐火物粒子には、例えば、内掛けで５質量%以下の炭素（黒鉛、ピッチ粉末、カーボンブラックなど）、１０質量%以下の炭化珪素、２質量%以下の金属（アルミニウム、シリコン、マグネシウムのうちの２種、あるいは２種以上の混合物あるいは合金あるいは化合物）の粉末を含有させても良い。但し、これらの原料は導電性を有するため、各原料の添加量をこれよりも多くすると、耐火物粒子全体で電気的導通性が上がり、誘電加熱回路が破損し易くなるため、この点を考慮して、添加量を設定することが好ましい。
【００２３】
本発明では、フェノール樹脂、フラン樹脂、塩化ビニル樹脂の少なくともいずれかの粉末樹脂の配合量は、耐火物粒子に対して外掛けで０．５質量％以上、２０質量％以下とするのが好ましい。
粉末樹脂の添加量が０．５質量％未満では、誘電加熱を行っても乾式スタンプ材が十分に硬化しない可能性があり、耐火物の強度を確保しづらくなる。
一方、粉末樹脂の添加量が２０質量％を超えると、施工後の耐火物の常温での強度は確保できるが、精錬容器、ランス、浸漬管等の使用時に、溶鋼と接触すると、溶鋼の熱により樹脂分が消失し、耐火物がポーラスな構造となり、溶鉄、スラグが侵入し易くなる場合がある。
ちなみに、上記の粉末樹脂の粒径は、１〜１００μｍ程度が例示できる。
【００２４】
[発明の実施の形態]
以下、本発明の具体的な実施の形態を図面に基づいて説明する。
[１]第１実施形態
図１には、本発明の第１の実施の形態に係る精錬容器としての取鍋１が示されている。この取鍋１は、容器外周を形成する鉄皮２と、この鉄皮２の内面に設置されるパーマネントれんが３と、このパーマネントれんが３の内面に施工される耐火物４とを備える。
鉄皮２は底部を有する略円筒状をなす鉄製の容器である。パーマネントれんが３は、定形の耐火物焼成体から構成され、鉄皮２の内面に敷き詰め、かつ積み上げ施工される。耐火物４は、パーマネントれんが３の内側に形成される不定形耐火物として構成される。
【００２５】
このような取鍋１の鉄皮２の内面にパーマネントれんが３及び耐火物４を施工する場合、図２に示すように、まず、取鍋１の底部と側壁部にパーマネントれんが３を敷設し、かつ積み上げ（図２Ａ）、その底部のパーマネントれんが３の上に耐火物粒子と、フェノール樹脂、フラン樹脂、塩化ビニル樹脂の少なくともいずれかの樹脂粉末を混合した乾式スタンプ材を敷き詰め、十分に締め固める（図２Ｂ）。なお、側壁部のパーマネントれんがの積み上げは、スタンプ材の敷き詰め後、あるいは締め固め後でも差し支えない。
上記乾式スタンプ材の施工が終了したら、パーマネントれんが３の壁面と内型枠５の外面の間に隙間を設けるように、内型枠５を取鍋１の内部に挿入する（図２Ｃ）。
【００２６】
内型枠５が挿入されたら、パーマネントれんが３の側壁面と内型枠５の外面との間の隙間に、上記の耐火物粒子及び樹脂粉末を混合した乾式スタンプ材からなる耐火物４を充填する（図２Ｄ）。この際、フォークやバイブレーター等を利用して耐火物４を隙間内に確実に充填させる。
最後に、鉄皮２及び内型枠５に誘電加熱電源６の電極を装着し、耐火物４の誘電加熱を行い、耐火物４を硬化させる。
【００２７】
[２]第２の実施の形態
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分とは同一符号を付してその説明を省略する。
前述した第１の実施の形態では、取鍋１の底部及び側壁部にパーマネントれんが３を築造した後、その内側に誘電加熱により耐火物４を施工していた。
これに対して、第２の実施の形態では、図３に示されるように、高炉から出銑した溶銑を流すための樋に本発明に係る耐火物の施工方法を用いたものである。
本実施形態では、断面がＶ字型の樋の鉄皮７の内側に、シャモット質焼成れんがをパーマネントれんが３として築造する。その後、断面がＶ字型のステンレス製の内型枠８を、パーマネントれんが３との間に、所定の隙間を設けて設置する。
【００２８】
その隙間にＳｉＯ２含有量約３０質量％のアルミナ−シリカ質の耐火物粒子と、フェノール樹脂、フラン樹脂、塩化ビニル樹脂の少なくともいずれかの樹脂粉末とを混合した乾式スタンプ材を施工する。粒度配合は、前述の取鍋用乾式アルミナ−スピネル質スタンプ材と同様とし、また樹脂粉末の添加量は外掛けで５質量％とする。施工方法は前述の取鍋１の側壁面の場合と同様である。
前述した取鍋１の場合と同様に、鉄皮７と内型枠８を誘電加熱電源６に接続し、乾式スタンプ材からなる耐火物４を硬化させる。
本発明の耐火物の施工方法は、このような樋にも採用することができ、前述した取鍋１の場合と同様の作用及び効果を享受することができる。
【００２９】
[３]第３の実施の形態
前述した第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、鉄皮２、７の内面に耐火物４を形成していた。
これに対して、本実施形態では、本発明に係る耐火物の施工方法を、精錬用のランスに採用し、ランス芯金９の外周に耐火物４の硬化体を形成している点が相違する。
すなわち、図４に示されるように、円筒状のランス芯金９の回りに耐火物４の厚みの３分の２に相当する突出寸法のスタッド１０を設置し、その外側に、筒状体からなるステンレス製の外型枠１１で、スタッド１０と接触しないように隙間を設けて設置する。
【００３０】
ランス芯金９と外型枠１１の間の隙間にシリカを２０質量％、ＳｉＣを５質量％含有したアルミナ−シリカ−ＳｉＣ質の耐火物粒子と、フェノール樹脂、フラン樹脂、塩化ビニル樹脂の少なくともいずれかの樹脂粉末とを混合した乾式スタンプ材を投入して、外型枠１１をバイブレーターで加振して、所定の隙間内に乾式スタンプ材を充填する。
そして、誘電加熱電源６をランス芯金９と外型枠１１に接続し、肉厚中央部が１５０℃になるようにして４０分間加熱して乾式スタンプ材からなる耐火物４を硬化させる。
本発明に係る耐火物の施工方法は、このようなランスにも適用することができ、前述した作用及び効果と同様の作用及び効果を享受できる。
【００３１】
［４］第４の実施の形態
前述した第３の実施の形態では、ランス芯金９の外周に耐火物４を施工していた。
これに対して、本実施形態では本発明に係る耐火物の施工方法を、ＲＨ脱ガス炉の浸漬管に採用し、浸漬管芯金１２の内周、外周、下端に耐火物４の硬化体を形成する。その様子を図５に示す。なお、浸漬管の施工は、浸漬管が使用される場合とは上下逆にして行うと容易である。このため図５も施工状態、すなわち使用状態とは上下逆に図示している。従って、浸漬管芯金１２の下端に形成される耐火物の硬化体は、図５では上端に位置している。
具体的には、図５に示されるように、円筒状の浸漬管芯金１２に、例えば耐火物４の厚みの３分の２に相当する突出寸法のスタッド１０を設置し、浸漬管芯金１２の内側に円筒状のステンレス製の内型枠１４、外側には円筒状のステンレス製の外型枠１５を、それぞれスタッドと接触しないように隙間を設けて設置する。
なお、浸漬管芯金１２と一体となっているフランジ１３と外型枠１５の電気的絶縁を確保するために、例えば、ガラス繊維−樹脂積層板からなる絶縁型枠１６を、両者の間に設置する。
【００３２】
浸漬管芯金１２と内型枠１４あるいは外型枠１５との間にマグネシアを７質量％含有したアルミナ−マグネシア質の耐火物粒子と、フェノール樹脂、フラン樹脂、塩化ビニル樹脂の少なくともいずれかの樹脂粉末とを混合した乾式スタンプ材を投入して、テーブルバイブレーターで全体を加振して、所定の隙間内に乾式スタンプ材を充填する。
そして、誘電加熱電源６をフランジ１３と内型枠１４および外型枠１５に接続し、耐火物４の肉厚中央部が１５０℃になるようにして４０分間加熱して乾式スタンプ材からなる耐火物４を硬化させる。
本発明に係る耐火物の施工方法は、浸漬管にも適用することができ、前述した作用及び効果と同様の作用及び効果を享受できる。
【００３３】
なお、浸漬管芯金１２の下端（図５では上端）部について、内型枠１４を外側に、外型枠１５を内側に、それぞれ水平に折り曲げた型枠を用いると、浸漬管芯金１２の下端（図５では上端）の耐火物が、より加熱され易くなるため、好適である。
ここで、水平に折り曲げた内型枠と外型枠の端部が、離間している場合、その隙間から乾式スタンプ材を投入することができる。また、水平に折り曲げた内型枠と外型枠の部分に、孔が形成されているものを用いると、この孔からも乾式スタンプ材を投入することができる。
また、水平に折り曲げた内型枠と外型枠の端部が、接触していても良く、あるいは、当該部分が一体物であっても良い。この場合は、水平に折り曲げた型枠部分に、孔が形成されているものを用いることで、この孔から乾式スタンプ材を投入することができる。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれに限られるものではない。
[１]タンディッシュへの適用
[実施例１]
鉄皮の底に注入羽口をセットし、さらにろう石質焼成れんがをパーマネントれんがとして築造した。その後、底の部分に乾式スタンプ材を１５０ｍｍ施工した。その上にステンレス製の内型枠を載せ、鉄皮の側壁と内型枠との隙間部分に乾式スタンプ材を１５０ｍｍ施工した。
乾式スタンプ材はＣａＯを１０質量％含有するマグネシア−ドロマイト質で、最大粒径は５ｍｍであり、１ｍｍ以上が６０質量％、１ｍｍ未満、７５μｍ以上が３０質量％、７５μｍ未満が１０質量％の粒度分布とした。また８０℃以上で軟化し、１３０℃以上で硬化する粒径１０〜８０μmのフェノール樹脂粉末を外掛けで２質量％配合していた。
【００３５】
乾式スタンプ材の施工に当たっては、まず材料を投入し、底の部分はフォークで十分に突いた後にバイブレーターで突き固めた。また鉄皮の側壁部と内型枠との隙間部分については、材料を投入し、鋼棒で十分に突いた後にバイブレーターで突き固めた。
２７MＨｚの周波数の誘電加熱用電源の電極を鉄皮と内型枠にそれぞれ接続して電力を供給し、乾式スタンプ材の温度が１５０℃になるように調節して１時間加熱した。なお、温度測定は光ファイバー温度計を用い、鉄皮の側壁部のスタンプ材の肉厚中央で測定した。
【００３６】
加熱終了後、電源と内型枠を取り外したところ、乾式スタンプ材はしっかりと硬化していた。また肉厚方向の硬化むらがないかどうかを確認するために、側壁の上部の位置を代表させてサンプルを採取することとして、この箇所の側壁表面側から水平方向に乾式コアボーリングし、得られたサンプルを肉眼観察したところ、深さ方向に均質な硬化体が得られていることが確認できた。
さらに、このボーリングコアの表面側とパーマネントれんが側の二箇所から試料を切り出して圧縮強度を調査したところ、表面側は３．３ＭＰａ、パーマネントれんが側は３．１ＭＰａと、ほぼ同じ強度であることがわかった。圧縮強度の測定は、ＪＩＳ−Ｒ２２０６に準拠して行った。（但し、試料サイズは２５ｍｍ角の立方体とし、加圧方向はボーリングの軸方向とした。）
【００３７】
[比較例１]
比較例１として、実施例１と同じ乾式スタンプ材をバーナー加熱で硬化させる実験を行った。準備、施工は上記を同じとした。ただし内型枠は鉄製とした。
誘電加熱用の電源を接続せず、内型枠の内側からＣＯＧ（コークス炉ガス）を用いてバーナーで加熱した。鉄皮の側壁部の乾式スタンプ材の肉厚中央に埋め込んだ熱電対が１５０℃を示すように火力を調節しながら１０時間加熱した。
加熱が終了し、内型枠が取り扱い可能な温度となった時点で取り外したところ、表面は硬化していたが、長時間の加熱で樹脂が炭化し、ややぼろついた状態だった。
側壁上部をコアボーリングしたところ、パーマネントれんが側は硬化が不十分で、ぼろついた状態だった。このためこの部位からは圧縮強度測定用試料を採取できなかった。
【００３８】
[比較例２]
通常はタンディッシュの築造は流し込み材によって行う。その際に、アルミナ−シリカ質の流し込み材（粉末）に水を加えて混練して流し込み施工する。本来、タンディッシュの内張材としては、鋼中非金属介在物として有害なアルミナの使用は避け、マグネシアやドロマイトなどの材質を選択したいところではあるが、マグネシアやドロマイトは水と反応して劣化するため、流し込み材とすることができない。
【００３９】
そこで、アルミナ−シリカ質の流し込み材（キャスタブルとも呼ばれる粉末状の材料）に水を加えて混練したものを、まず底部に流し込み、一日（２４時間）養生して硬化させた後に内型枠をセットし、鉄皮の側壁部に流し込んだ。鉄皮の側壁部も一日（２４時間）養生して硬化させた後に内型枠を取り外した。
【００４０】
その後、ＣＯＧバーナーを用いて、流し込み施工したキャスタブル施工体全層が３００℃以上となるようにして乾燥させた。その際、水分の急激な蒸発により爆裂が起こらないように注意しながら温度を上げたため、４８時間を要し、すなわち、この様な大きな乾燥エネルギーと長い時間（２４×２＋４８＝９６時間）を必要とした。
さらに、水分が残留していると、使用時に水分が分解して水素となり、鋼品質に悪影響を及ぼす。このため、乾燥後の昇熱段階でも、さらに２時間を掛けて水分を除去した。それでも、完全に水分を除去することは困難であり、稼動開始初期には水素汚染を蒙り難い鋼種を当てるなどの対策が必要であった。
【００４１】
[まとめ]
以上の通り、本発明の硬化方法は水を使用しないため、マグネシアやドロマイトを使用でき、しかも乾燥の必要がない。このため乾燥エネルギーの節約、硬化乾燥時間の短縮にとどまらず、アルミナ系非金属介在物や水素汚染の問題がないことから鋼品質も向上させることができる。
【００４２】
[２]取鍋への適用
[実施例２]
タンディッシュの場合と同様、鉄皮に羽口をセットし、ろう石焼成れんがをパーマネントれんがとして築造した（図１参照）。
その後、乾式スタンプ材を施工した。タンディッシュの場合と同様に、底部を２００ｍｍ施工した後に内型枠を載せ、鉄皮の側壁部を２５０ｍｍ施工した。内型枠はステンレスとした。
乾式スタンプ材は焼結アルミナ８０質量％と焼結スピネル２０質量％の混合物とした。また粒度配合は前述のタンディッシュ用乾式ドロマイト質スタンプ材と同じとし、フェノール樹脂の添加量は外掛けで４質量％とした。
【００４３】
タンディッシュの場合と同様に、鉄皮と内型枠を２７MHzの誘電加熱用電源に接続し、鉄皮の側壁部の肉厚中央温度が１５０℃になるようにして３時間加熱した。
加熱終了後、側壁の上部の位置を代表サンプルとして、この箇所の側壁表面側から水平方向に乾式コアボーリングし、得られたサンプルを肉眼観察したところ、やはり深さ方向に均質な硬化体が得られていることが確認できた。また、このボーリングコアから圧縮強度測定用試料を内型枠側とパーマネントれんが側の二箇所から切り出して調査したところ、表面側は３．９ＭＰａ、パーマネントれんが側は４．１MPaと、ほぼ同強度であることがわかった。
【００４４】
[比較例３]
通常の取鍋の内張は、アルミナ−スピネル質流し込み材である。施工方法はタンディッシュの流し込み材の場合と同様とした。
所要時間は底の硬化に半日（１２時間）、側壁の硬化に１日（２４時間）、乾燥に５０時間を要し、すなわち、莫大な乾燥エネルギーと長い時間（１２＋２４＋５０＝８６時間）を必要とした。
【００４５】
[まとめ]
以上、実施例２では、乾式スタンプ材は焼結アルミナ８０質量％と焼結スピネル２０質量％のものを用いたが、本発明に係る硬化方法は水を使用しないため、マグネシアやドロマイトを使用することもでき、幅広い材料に対応できるのに対し、比較例３では、流し込み材であるがゆえにマグネシアやドロマイトなどの塩基性耐火材を使用することもできない。
また、本発明では、大幅な時間短縮、省エネルギー、耐火材選択範囲拡大に寄与できる。
【００４６】
[３]樋への適用
[実施例３]
断面がV字型の樋の鉄皮にシャモット質焼成れんがをパーマネントれんがとして築造した（図３参照）。その後、ステンレス製の内型枠を、パーマネントれんがとの間に隙間を１５０ｍｍ設けて設置した。その隙間にＳｉＯ２含有量約３０質量％のアルミナ−シリカ質の乾式スタンプ材を施工した。また粒度配合は前述のタンディッシュ用乾式ドロマイト質スタンプ材や取鍋用乾式アルミナ−スピネル質スタンプ材と同様とし、またフェノール樹脂の添加量は外掛けで５質量％とした。施工方法は前述のタンディッシュや取鍋の側壁の場合と同様とした。
前述のタンディッシュあるいは取鍋の場合と同様に鉄皮と内型枠を２７ＭＨｚの誘電加熱用電源に接続し、鉄皮側壁部の肉厚中央部が１５０℃になるようにして１時間加熱した。
加熱終了後、側壁の上部の位置を代表サンプルとして、鉄皮に垂直に乾式コアボーリングして得られたサンプルを肉眼観察したところ、深さ方向に均質な施工体が得られていることが確認できた。
[比較例４]
実施例３の場合と同様に鉄皮にパーマネントれんがを築造して内型枠をセットした後、ＳｉＯ２含有量約３０質量％のアルミナ−シリカ質流し込み材に水を加えて混練したものを隙間に流し込み施工した。１日（２４時間）養生して硬化させた後に内型枠を取り外した。その後、ＣＯＧバーナーで爆裂が起こらないようにしながら徐々に温度を上げ、流し込み施工体全層が３００℃以上になるように加熱して乾燥させた。乾燥には合計４２時間を要した。
［まとめ］
以上、実施例３は、比較例４と比較して大幅な時間短縮と省エネルギーに寄与できる。
【００４７】
[４]ランスへの適用
[実施例４]
ランス芯金の周囲に乾式スタンプ材を施工した。ランス芯金の周囲にはスタンプ材の層の厚さ１８０ｍｍの３分の２に相当する高さのスタッドを２０cm間隔で設置した（図４参照）。
ステンレス製の外型枠を芯金との間にスタンプ材の層の厚さに相当する隙間を設けて設置した。外型枠には電動式バイブレーターが設置されていた。シリカを２０質量％、ＳｉＣを５質量％含有したアルミナ−シリカ−ＳｉＣ質の乾式スタンプ材を投入して外枠をバイブレーターで加振して乾式スタンプ材を充填した。また乾式スタンプ材の粒度配合は前述のタンディッシュ用や取鍋用と同様とし、フェノール樹脂の添加量は外掛けで８質量%とした。
４０MHzの誘電加熱用電源を芯金と外型枠に接続し、肉厚中央部が１５０℃になるようにして４０分間加熱した。
加熱終了後、ランスの端を解体して施工体の状態を調べたところ、外枠近傍から芯金近傍にいたるまで、均一な施工体が形成されていることが確認できた。
【００４８】
[比較例５]
実施例４の場合と同様の芯金と外型枠を用い、シリカを２０質量％、ＳｉＣを５質量％含有したアルミナ−シリカ−ＳｉＣ質の流し込み材を水で混練して施工した。流し込み後に１日（２４時間）養生して乾燥させた後に外型枠を取り外し、熱風乾燥機で芯金付近が２５０℃になるように、２４時間掛けて乾燥させた。
［まとめ］
以上、実施例４は、比較例５と比較して大幅な時間短縮と省エネルギーに寄与できる。
【符号の説明】
【００４９】
１…取鍋、２、７…鉄皮、３…パーマネントれんが、４…耐火物、５、８、１４…内型枠、１１、１５…外型枠、６…誘電加熱電源、９…ランス芯金、１０…スタッド、１２…浸漬管芯金、１３…フランジ、１６…絶縁型枠
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鉄および溶融スラグを扱う製鉄用設備の金属製部材に耐火物を施工する際に、
前記製鉄用設備の金属製部材に対して金属製の型枠を所定の隙間を設けて設置する工程と、
前記製鉄用設備の金属製部材及び前記金属製の型枠間の隙間に、耐火物粒子と、フェノール樹脂、フラン樹脂、塩化ビニル樹脂の少なくともいずれかの樹脂粉末と、を混合した乾式スタンプ材を充填する工程と、
前記製鉄用設備の金属製部材及び前記金属製の型枠を電極として、誘電加熱により前記乾式スタンプ材を硬化させる工程とを実施することを特徴とする耐火物の施工方法。
【請求項２】
請求項１に記載の耐火物の施工方法において、
前記製鉄用設備の金属製部材は、容器または樋のいずれかの鉄皮であり、前記金属製の型枠は、前記鉄皮の内側に内型枠として設置されることを特徴とする耐火物の施工方法。
【請求項３】
請求項１に記載の耐火物の施工方法において、
前記製鉄用設備の金属製部材は、金属製の筒状体からなる芯金であり、前記金属製の型枠は、前記芯金の外側に外型枠として設置されることを特徴とする耐火物の施工方法。
【請求項４】
請求項３に記載の耐火物の施工方法において、
前記芯金の内側にさらに金属製の内型枠を隙間を設けて設置し、前記芯金と前記内型枠の間に前記乾式スタンプ材を充填し、前記芯金、前記外型枠、前記内型枠を電極として誘電加熱を行うことを特徴とする耐火物の施工方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の耐火物の施工方法において、
前記耐火物粒子は、粒径１ｍｍ以上の粒子が３０質量％以上、８９質量％以下、粒径７５μｍ以上、１ｍｍ未満の粒子が１０質量％以上、６９質量％以下、粒径７５μｍ未満の粒子が１質量％以上、６０質量％以下の粒度分布を有し、
前記樹脂粉末は、前記耐火物粒子に対して外掛けで０．５質量％以上、２０質量％以下の割合で混合されることを特徴とする耐火物の施工方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の耐火物の施工方法によって施工されたことを特徴とする耐火物。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の耐火物の施工方法によって施工されたことを特徴とする製鉄用設備。
【請求項１】
溶鉄および溶融スラグを扱う製鉄用設備の金属製部材に耐火物を施工する際に、
前記製鉄用設備の金属製部材に対して金属製の型枠を所定の隙間を設けて設置する工程と、
前記製鉄用設備の金属製部材及び前記金属製の型枠間の隙間に、耐火物粒子と、フェノール樹脂、フラン樹脂、塩化ビニル樹脂の少なくともいずれかの樹脂粉末と、を混合した乾式スタンプ材を充填する工程と、
前記製鉄用設備の金属製部材及び前記金属製の型枠を電極として、誘電加熱により前記乾式スタンプ材を硬化させる工程とを実施することを特徴とする耐火物の施工方法。
【請求項２】
請求項１に記載の耐火物の施工方法において、
前記製鉄用設備の金属製部材は、容器または樋のいずれかの鉄皮であり、前記金属製の型枠は、前記鉄皮の内側に内型枠として設置されることを特徴とする耐火物の施工方法。
【請求項３】
請求項１に記載の耐火物の施工方法において、
前記製鉄用設備の金属製部材は、金属製の筒状体からなる芯金であり、前記金属製の型枠は、前記芯金の外側に外型枠として設置されることを特徴とする耐火物の施工方法。
【請求項４】
請求項３に記載の耐火物の施工方法において、
前記芯金の内側にさらに金属製の内型枠を隙間を設けて設置し、前記芯金と前記内型枠の間に前記乾式スタンプ材を充填し、前記芯金、前記外型枠、前記内型枠を電極として誘電加熱を行うことを特徴とする耐火物の施工方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の耐火物の施工方法において、
前記耐火物粒子は、粒径１ｍｍ以上の粒子が３０質量％以上、８９質量％以下、粒径７５μｍ以上、１ｍｍ未満の粒子が１０質量％以上、６９質量％以下、粒径７５μｍ未満の粒子が１質量％以上、６０質量％以下の粒度分布を有し、
前記樹脂粉末は、前記耐火物粒子に対して外掛けで０．５質量％以上、２０質量％以下の割合で混合されることを特徴とする耐火物の施工方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の耐火物の施工方法によって施工されたことを特徴とする耐火物。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の耐火物の施工方法によって施工されたことを特徴とする製鉄用設備。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−４７５２９（Ｐ２０１１−４７５２９Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９４１０８（Ｐ２００９−１９４１０８）
【出願日】平成２１年８月２５日（２００９．８．２５）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２５日（２００９．８．２５）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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