(57)【要約】【課題】不定形耐火物において耐爆裂性を向上させる。【解決手段】耐火原料を含む原料配合物に対して、紡績された動物繊維が添加されている不定形耐火物。前記動物繊維は、０．０１質量％以上０．５質量％以下添加されているのが好ましく、かつ、前記動物繊維は、羊毛、カシミヤ、アンゴラ及びモヘアの群から選択される１種又は２種以上であり、その長さは２ｍｍ以上５０ｍｍ以下、その太さは１０００ｄｔｅｘ以上１３０００ｄｔｅｘ以下であることが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火原料を含む原料配合物に対して、紡績された動物繊維が添加されている不定形耐火物。
【請求項２】
前記動物繊維は、前記原料配合物に対して、０．０１質量％以上０．５質量％以下添加されている請求項１に記載の不定形耐火物。
【請求項３】
前記動物繊維は、長さが２ｍｍ以上５０ｍｍ以下である請求項１又は２に記載の不定形耐火物。
【請求項４】
前記動物繊維は、太さが１０００ｄｔｅｘ以上１３０００ｄｔｅｘ以下である請求項１から３のいずれかに記載の不定形耐火物。
【請求項５】
前記動物繊維は、羊毛、カシミヤ、アンゴラ及びモヘアの群から選択される１種又は２種以上である請求項１から４のいずれかに記載の不定形耐火物。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の不定形耐火物の施工方法において、水と混練することにより前記動物繊維の紡績状態を散けさせることを特徴とする不定形耐火物の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不定形耐火物及びその施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
不定形耐火物は水と混練して施工され、施工後、その施工体を加熱乾燥して水分を蒸発させる。このとき蒸発した水分により施工体内部の水蒸気圧が高まり、爆裂することがある。従来、この施工体の爆裂を回避する技術としては、化学繊維、セラミック繊維、天然繊維などの繊維を不定形耐火物に添加する技術が知られている（例えば、特許文献１，２,３参照）。
【０００３】
繊維の種類として、近年は特許文献２や３に見られるような化学繊維が適用される場合が多い。化学繊維の場合、製造工程において、短繊維の太さ、繊維長さ、集束の度合い、表面性状などの様々な条件が、不定形耐火物で使用するのに適した条件で設計され、製造されている。このため、使用時に特別な注意を払わなくても、混練時に良く分散し、耐爆裂性向上効果を得ることができる。
【０００４】
一方、特許文献１にはパルプ、綿、羊毛といった天然繊維についても記載があり、古くから利用されている。これらの繊維は混練時に分散しにくいものも多く、分散不良が起こった場合、繊維含有量が低い部分には高い蒸気圧が発生して爆裂に至る場合がある。この分散の困難さも理由の一つと思われるが、天然繊維について特に高い耐爆裂性向上効果も見いだされておらず、近年はあまり使われていない。
【０００５】
近年、不定形耐火物の耐爆裂性をさらに向上させる要望があるが、特許文献１〜３に記載されたような繊維を単純添加するだけでは限界があった。特に、分散不良を起こしやすい天然繊維については、その効果と問題点を見極めた上で適切な方法で添加しなければ耐爆裂性向上効果が得られなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−１３２５６８号公報
【特許文献２】特許第５６７６３４３号公報
【特許文献３】特許第４６３７８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、不定形耐火物において耐爆裂性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、不定形耐火物の施工体の爆裂は、施工体内の水分が加熱により蒸発し、施工体の内部水蒸気圧が施工体の強度を上回ったときに起こるとの考えのもと、施工体の内部水蒸気圧を従来よりも簡便かつ短時間で測定できる内部水蒸気圧測定法を新たに開発し、この内部水蒸気圧測定法を用いて、施工体の内部水蒸気圧の上昇を抑制する効果の高い繊維を探索した。その結果、例えば後述する試験Ａのように、混練する粉末量が比較的多い場合、単に動物繊維を不定形耐火物に添加するだけでは原料配合物との混合時又は水との混練時に動物繊維が塊（ダマ）となってしまい、作業性及び品質安定性に問題のあることがわかった。そこで本発明者らが検討を重ねた結果、紡績された動物繊維を添加することで、前述の作業性及び品質安定性の問題が解消できることがわかり、本発明を完成するに至った。また、例えば後述する試験Ｂのように、混練する粉末量が比較的少ない場合、各種繊維のなかでとりわけ動物繊維が、施工体の内部水蒸気圧の上昇を抑制する効果が高いことが判明した。
【０００９】
すなわち本発明によれば、以下の（１）から（５）の不定形耐火物及びその施工方法が提供される。
（１）耐火原料を含む原料配合物に対して、紡績された動物繊維が添加されている不定形耐火物。
（２）前記動物繊維は、前記原料配合物に対して、０．０１質量％以上０．５質量％以下添加されている（１）に記載の不定形耐火物。
（３）前記動物繊維は、長さが２ｍｍ以上５０ｍｍ以下である（１）又は（２）に記載の不定形耐火物。
（４）前記動物繊維は、太さが１０００ｄｔｅｘ以上１３０００ｄｔｅｘ以下である（１）から（３）のいずれかに記載の不定形耐火物。
（５）前記動物繊維は、羊毛、カシミヤ、アンゴラ及びモヘアの群から選択される１種又は２種以上である（１）から（４）のいずれかに記載の不定形耐火物。
（６）（１）から（５）のいずれかに記載の不定形耐火物の施工方法において、水と混練することにより前記動物繊維の紡績状態を散けさせることを特徴とする不定形耐火物の施工方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、不定形耐火物において作業性及び品質安定性を損なうことなく耐爆裂性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）は不定形耐火物鋳込み前の動物繊維周辺を示した模式図、(ｂ)は不定形耐火物の硬化時の動物繊維周辺を示した模式図、(ｃ)は不定形耐火物の乾燥時の動物繊維周辺を示した模式図である。
【図２】低密度ポリエチレン繊維及び羊毛をアルミ製のカップに入れて加熱乾燥式水分計で室温から２００℃まで１０分で昇温した後、３分間保持後に冷却する試験における試験前後の繊維の外観写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の不定形耐火物では、耐火原料を含む原料配合物に対して、紡績された動物繊維が添加されている。
【００１３】
原料配合物に配合する耐火原料としては、一般的に不定形耐火物に使用されているものを制限なく使用でき、例えば、電融アルミナ、焼結アルミナ、ボーキサイト、ダイアスポア、ばん土頁岩、及び仮焼アルミナ等のアルミナ質原料、珪石、珪砂、無定形シリカ（例えば、マイクロシリカ、シリカフラワー、ヒュームドシリカ、ホワイトカーボン）等のシリカ質原料、蝋石、シャモット、粘土、アンダリュサイト、シリマナイト、カイヤナイト、ムライト等のアルミナシリカ質原料、石炭、コークス、ピッチ、人造黒鉛、天然黒鉛（例えば、鱗状黒鉛、土状黒鉛）、カーボンブラック等の炭素質原料、電融スピネル、焼結スピネル等のスピネル質原料、マグネシアクリンカー等のマグネシア質原料、ドロマイクリンカー等のドロマイト質原料、電融ジルコニア等のジルコニア質原料、ジルコンサンド等のジルコン質原料、窒化珪素質原料、窒化アルミニウム質原料、炭化珪素質原料、炭化硼素質原料、硼化チタン質原料、及び硼化ジルコニウム質原料等、並びにこれらの少なくともいずれかを主成分とする耐火物廃材の粉砕物から選択される１種以上を用いることができる。また、原料配合物には、耐火原料のほかに、結合剤、分散剤、硬化調整剤、増粘剤、爆裂防止剤等の、一般的に不定形耐火物の原料配合物に配合される添加剤を適宜配合する。
【００１４】
紡績された動物繊維の添加量があまりに少なすぎると耐爆裂性の向上効果が得られにくい。一方、紡績された動物繊維の添加量があまりに多いと、不定形耐火物の流動性が低下して作業性が損なわれやすいとともに、施工体の品質安定性及び緻密性が損なわれやすい。このため、紡績された動物繊維は、原料配合物に対して０．０１質量％以上０．５質量％以下添加されるのが好ましい。言い換えれば、紡績された動物繊維は、原料配合物１００質量％に対して外掛けで０．０１質量％以上０．５質量％以下添加されるのが好ましい。なお、不定形耐火物には、粒径８ｍｍ超の耐火性粗大粒子が添加されることがあるが、本発明においてこの耐火性粗大粒子は原料配合物を構成しないものとする。すなわち、本発明において耐火性粗大粒子は、紡績された動物繊維と同様に原料配合物１００質量％に対して外掛けで添加される。  
【００１５】
ここで、動物繊維は他の繊維に比べ少量の添加で耐爆裂性を向上させることができるので、その添加量を従来技術より少量とすることが可能で、そうすれば必要な耐爆裂性を維持しつつ施工体の緻密性を向上させることができる。このように緻密性向上の点からは、紡績された動物繊維の添加量は前述の範囲内において少量とすることが好ましく、例えば０．０１質量％以上０．２質量％未満とすることが好ましい。一方で、施工体の加熱乾燥に要する時間を短縮する点からは、紡績された動物繊維の添加量は前述の範囲内において多量とすることが好ましく、例えば０．２質量％以上０．５質量％以下とすることが好ましい。
【００１６】
なお、動物繊維が他の繊維に比べ耐爆裂性に優れる理由は未だ十分に解明されてはいないが、動物繊維が持つ高い吸水・膨潤特性が関与していると思われる。具体的には、動物繊維の繊維表面は親水性層及び疎水性層から成るうろこ状の組織が存在し、水と接すると、主に親水性の層が水を吸収してうろこ状組織が反ることにより繊維径が拡大（膨潤）することが知られており、この特性が関与していると思われる。
【００１７】
より具体的に図１を用いて説明する。図１の（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、不定形耐火物鋳込み前、硬化時、及び乾燥時の動物繊維周辺の変形状態を示した模式図である。鋳込み前の（ａ）では、動物繊維の含水は空気中に存在する水分によるもので、動物繊維はそれほど膨潤していない。その後、不定形耐火物と水とを混練し、混練物を鋳込んで硬化させるが、不定形耐火物の鋳込み時においては、動物繊維は水分と直接接触する。このとき、不定形耐火物が硬化するまでは、動物繊維の体積膨張は拘束されない。このため、不定形耐火物の硬化時には（ｂ）に示すように、動物繊維は繊維表面のうろこ状の組織が水と接することで最大限膨潤した状態となる。
【００１８】
その後、鋳込んだ施工体を乾燥するが、乾燥時においては、熱源からの加熱により動物繊維中の水分は減少し始める。乾燥時のある程度脱水が進んだ状態が（ｃ）であるが、動物繊維は脱水とともに収縮するため、膨潤した動物繊維と収縮した動物繊維の太さ変化分の隙間が不定形耐火物組織に生じる。この隙間がそれ以降の工程における通気経路となり、耐爆裂性向上に繋がると思われる。
【００１９】
これに対して化学繊維は、特許文献２及び３に記載されているように水に溶解もしくは溶融するなどした後消失することにより、通気経路を形成するとされている。溶解や溶融した繊維は高粘度の融液となり、一定時間通気経路に留まると考えられるのだが、生成した融液はこの間に通気を阻害する可能性がある。図２は、化学繊維である低密度ポリエチレン繊維及び動物繊維である羊毛をアルミ製のカップに入れて加熱乾燥式水分計で室温から２００℃まで１０分で昇温した後３分間保持後に冷却する試験における試験前後の繊維の外観写真である。低密度ポリエチレン繊維の試験後写真では溶融が確認され、通気経路を融液が満たした場合に通気阻害に働くのは想像に難くない。一方、羊毛の試験後写真では、溶融せずに焦げて収縮しているのが確認できる。この場合、融液が生じないので、通気阻害は起こらないと思われる。
【００２０】
紡績された動物繊維としては、一般的に市販されているものを問題なく使用でき、例えば、羊毛、カシミヤ、アンゴラ、モヘア、アルパカ、キャメル、たぬき、ポッサム、及びシルクの群から選択される１種又は２種以上を使用できる。これらの中でも、羊毛、カシミヤ、アンゴラ、及びモヘアは、特に入手も容易であり、かつ効果が高いため、より好ましい。ここで、紡績された動物繊維の長さとしては、あまりに短いと繊維焼失後の空隙の連続性が低下するために十分な耐爆裂性向上効果が得られにくい。一方で、あまりに長いと水分添加後の混練時にミキサーの羽根に絡みついたり繊維が塊になったりしやすい。このため、紡績された動物繊維の長さは、２ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましい。また、紡績された動物繊維の太さとしては、あまりに細いと繊維が絡み合って塊を形成しやすい。一方であまりに太いと水分添加後の混練において繊維の紡績状態が散け難く、繊維焼失後に過大な空隙ができやすい。このため、紡績された動物繊維の太さとしては、１０００ｄｔｅｘ以上１３０００ｄｔｅｘ以下であることが好ましい。
【００２１】
なお、本発明の不定形耐火物では、紡績された動物繊維とともに、化学繊維、植物繊維等の他の繊維を添加することもできる。この場合も紡績された動物繊維の添加量は原料配合物に対して０．０１質量％以上０．５質量％以下が好ましいが、繊維全体としての添加量は原料配合物に対して０．３質量％以下に抑えることがより好ましい。ただし、少量の添加で耐爆裂性を向上させる点からは、繊維としては紡績された動物繊維のみを添加することがより好ましい。
【００２２】
本発明の不定形耐火物は、前述の原料配合物に紡績された動物繊維、必要に応じて前述の他の繊維や耐火性粗大粒子を添加し、これらを混合することで製造される。また、本発明の不定形耐火物は、通常の不定形耐火物と同様に水と混練したうえで施工される。これら混合又は混練の際、本発明の不定形耐火物中の動物繊維は紡績されているので、動物繊維が塊（ダマ）になることを防ぐことができ、良好な作業性及び品質安定性を確保することができる。さらに紡績された繊維は水分添加後の混練により徐々に紡績状態が散けるので、施工体中では動物繊維をより均一に分散させることができ、繊維消失後に過大な空隙ができるのを抑制し、耐爆裂性、品質安定性等をより向上させることができる。
【００２３】
なお、本発明の不定形耐火物の施工方法において、水分添加後に混練した後の具体的な施工方法に特に制限はなく、流し込み施工、吹き付け施工、パッチング施工、コテ塗り施工等とすることができる。すなわち、本発明の不定形耐火物は、流し込み材（キャスタブル材）、吹き付け材、パッチング材、コテ塗り材とすることができる。一方、本発明の不定形耐火物は、目地部に施工されるモルタルとは用途が異なることから明確に区別される。
【実施例】
【００２４】
＜試験Ａ＞
本試験では、紡績された動物繊維と紡績されていない動物繊維を用いて、作業性及び品質安定性を評価した。
【００２５】
アルミナ−マグネシア質の耐火原料を含む原料配合物（１２ｋｇ）を万能ミキサーのボウルに投入し、その上から、実施例では紡績された動物繊維、比較例では紡績されていない動物繊維をそれぞれ外掛けで０．１質量％となるように添加し、３分間混合した。混合後の各例の不定形耐火物について、前記ボウルの上からスコップで３ｋｇずつ取り分け、この取り分け時に繊維の状態を目視で評価し塊（ダマ）の有無を確認した。そして、３ｋｇずつ取り分けた各例の不定形耐火物を用いて、φ１００×１００ｍｍの試料を作製した。なお、試料を作製する際、各試料にはあらかじめ小型電極と熱電対を埋め込んでおいた。そして、各試料を硬化後に６５０℃の電気炉内に入れ、小型電極により測定した電気抵抗データと熱電対により測定した温度データとから試料の内部水蒸気圧を算出した。具体的には、各例につき４個の試料を作製し、内部水蒸気圧のバラツキを評価した。
【００２６】
なお、前述の小型電極と熱電対による内部水蒸気圧の測定法は、本発明者らが新たに開発したもので、従来の測定法（試料に埋め込んだ銅パイプにより、内部蒸気圧を外部の圧力センサーに伝達する測定）に比べ簡便かつ短時間で測定でき、また、従来の測定法と同等の精度が得られるものである。
【００２７】
【表１】
2018070384.tif 000002
【００２８】
表１に示すように、紡績された動物繊維を用いた実施例では原料配合物との混合時に動物繊維が塊（ダマ）となることはなく良好な作業性であった。また、内部水蒸気圧のバラツキも小さく品質安定性も良好であった。
【００２９】
これに対して紡績されていない動物繊維を用いた比較例では、内部水蒸気圧のバラツキが大きくなった。比較例においては原料配合物との混合時に動物繊維が塊（ダマ）となったことが確認されており、各試料の繊維含有量が均等にならなかったことが蒸気圧のバラツキが大きくなった原因と思われる。この様な蒸気圧のバラツキは、実炉の様な大型施工体では局所的な蒸気圧の増加に繋がり、爆裂に至る可能性があることが考えられる。爆裂した場合、起点は局所であっても広範囲の損傷に至る可能性が高い。
【００３０】
＜試験Ｂ＞
本試験では、添加する繊維の種類を変えて、内部水蒸気圧を評価した。
【００３１】
表２、表３に示す各例の不定形耐火物（３ｋｇ）に対して外掛けで６．１質量％の水を添加して３分間混練後、流し込み施工によりφ１００×１００ｍｍの試料を作製した。原料配合物としては、アルミナ−マグネシア質の耐火原料を含むものを用いた。また、試料を作製する際、各試料にはあらかじめ小型電極と熱電対を埋め込んでおいた。そして、各試料を硬化後に６５０℃の電気炉内に入れ、小型電極により測定した電気抵抗データと熱電対により測定した温度データとから試料の内部水蒸気圧を算出した。
【００３２】
【表２】
2018070384.tif 000003
【００３３】
表２中の実施例１から４は、原料配合物に対して紡績された動物繊維のみを０．１質量％添加したものであり、実施例５は、紡績された動物繊維０．１質量％と化学繊維０．０５質量％を併用して添加したものである。いずれの実施例においても繊維を添加していない比較例１に対して内部水蒸気圧が低かった。なお、実施例５から、紡績された動物繊維を他の繊維と併用してもよいことがわかる。
【００３４】
比較例２から４及び比較例６は、紡績された動物繊維に替えて化学繊維あるいは植物繊維を０．１質量％添加したもので、その内部水蒸気圧は、繊維を添加していない比較例１と比較すると低くはなっているが、繊維の添加量が同じである実施例１から４と比較すると高かった。また、比較例５は化学繊維と植物繊維を併用した例であるが、繊維の添加量が同じである実施例５と比較すると内部水蒸気圧は高かった。
【００３５】
【表３】
2018070384.tif 000004
【００３６】
表３中の実施例６から１０は、紡績された動物繊維の添加量を変化させたものであり、比較例７から１１は、化学繊維の添加量を変化させたものである。いずれの実施例においても比較例に対して内部水蒸気圧が低かった。
【図１】
2018070384.tif 000005
【図２】
2018070384.tif 000006