(57)【要約】【課題】臭気が少なく着火しにくい、不定形耐火物の支持材として使用するのに好適な高い剛性を有するアンカーロープを提供する。【解決手段】一実施態様の不定形耐火物用のアンカーロープは、無機長繊維を含むロープと、ロープにコーティングされたポリビニルアセタール樹脂とを含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機長繊維を含むロープと、前記ロープにコーティングされたポリビニルアセタール樹脂とを含む、不定形耐火物用のアンカーロープ。
【請求項２】
前記無機長繊維が、シリカ、アルミナ、アルミナシリカ、及びアルミノボロシリケートからなる群より選択される少なくとも一種を含む、請求項１に記載のアンカーロープ。
【請求項３】
前記ポリビニルアセタール樹脂が、ポリビニルアセトアセタール樹脂を含む、請求項１又は２のいずれかに記載のアンカーロープ。
【請求項４】
前記ポリビニルアセタール樹脂のアセタール化度が５０ｍｏｌ％以上である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアンカーロープ。
【請求項５】
前記ポリビニルアセタール樹脂のガラス転移温度が７０℃以上である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のアンカーロープ。
【請求項６】
曲げ弾性率が６００ＭＰａ以上である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアンカーロープ。
【請求項７】
２３℃の水に３０分浸漬した後の曲げ弾性率が５００ＭＰａ以上である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のアンカーロープ。
【請求項８】
直径が１ｍｍ以上である、請求項１〜７のいずれか一項に記載のアンカーロープ。
【請求項９】
無機長繊維を含むロープにポリビニルアセタール樹脂を含むコーティング組成物を適用すること、
適用したコーティング組成物を乾燥すること
を含む、不定形耐火物用のアンカーロープの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は不定形耐火物の支持材に使用することのできるアンカーロープ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄所、ごみ処理施設などにおいて高温に曝される鉄鋼炉、焼却炉、溶融炉及び設備には、キャスタブル、プラスチック、ラミングなどの不定形耐火物を用いた耐火構造が含まれる。不定形耐火物内部には、アンカー又はスタッドと呼ばれる、Ｌ形、Ｖ形、Ｙ形になどに加工された金属支持材又は環状部若しくは結び目を有する耐熱繊維支持材が埋設され、支持材の端部は、不定形耐火物の支持体に、例えば鉄鋼プロセスにおいては、加熱炉の炉殻、スキッドの水冷パイプ、二次精錬の浸漬管、ガス吹き込み用のランスなどに固定される。支持材は、不定形耐火物を支持体に保持し、不定形耐火物が支持体から剥落することを防止する。支持材は不定形耐火物に発生した亀裂の伝播を抑制する場合もある。
【０００３】
特許文献１（特開２０１４−１４５５２９号公報）は、「不定形耐火物と前記不定形耐火物を支持する支持体と、前記支持体に接続された状態で前記不定形耐火物の内部に埋設される耐熱繊維製支持材と、を備え、前記耐熱繊維製支持材は、無機質長繊維からなる耐熱繊維ロープを有することを特徴とする、不定形耐火物構造体」を記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１４５５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には、不定形耐火物の施工時に不定形耐火物の荷重による垂れ下がり、湾曲、折れ曲がりなどの変形を防止する目的で、硬化剤として油性ニスを用いて耐熱繊維ロープの剛性を高めることが記載されている。しかし、硬化剤として油性ニスを用いると、油性ニスに含有される炭化水素系溶剤の一部が支持材の耐熱繊維ロープに残留し、残留した炭化水素系溶剤の臭気及び／又は毒性が作業環境上問題となる場合がある。また、アンカーロープを作製する際に、ロープ根元を金属金具でカシメ固定して溶接する際、あるいは築炉作業時に炉本体に加わる熱源等により、アンカーロープに着火するおそれもある。
【０００６】
本開示は、臭気が少なく着火しにくい、不定形耐火物の支持材として使用するのに好適な高い剛性を有するアンカーロープを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一実施態様によれば、無機長繊維を含むロープと、前記ロープにコーティングされたポリビニルアセタール樹脂とを含む、不定形耐火物用のアンカーロープが提供される。
【０００８】
本開示の別の実施態様によれば、無機長繊維を含むロープにポリビニルアセタール樹脂を含むコーティング組成物を適用すること、適用したコーティング組成物を乾燥することを含む、不定形耐火物用のアンカーロープの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、臭気が少なく着火しにくい、不定形耐火物の支持材として使用するのに好適な高い剛性を有するアンカーロープを提供することができる。
【００１０】
なお、上述の記載は、本発明の全ての実施態様及び本発明に関する全ての利点を開示したものとみなしてはならない。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の代表的な実施態様を例示する目的でより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施態様に限定されない。
【００１２】
一実施態様の不定形耐火物用のアンカーロープは、無機長繊維を含むロープと、ロープにコーティングされたポリビニルアセタール樹脂とを含む。
【００１３】
一実施態様では、ロープを構成する無機長繊維は、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、アルミナシリカ（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）、及びアルミノボロシリケート（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３）からなる群より選択される少なくとも一種を含む。無機長繊維が上記の酸化物を含むことにより、不定形耐火物が曝される温度において不定形耐火物を支持するのに必要な耐熱性をアンカーロープに付与することができる。アルミナシリカは耐熱性に特に優れている。アルミノボロシリケートは強度と柔軟性の両方を備えており、ロープ加工時の曲げ等による長繊維の損傷を抑制することができる。
【００１４】
アルミナシリカ及びアルミノボロシリケートは、一般にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分として含み、その含有量は例えば約５０質量％超、約５５質量％以上、又は約６０質量％以降、約９５質量％以下、約９０質量％以下、又は約８５質量％以下である。アルミノボロシリケートの酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）の含有量は、一般に約０．２質量％以上、約０．５質量％以上、又は約１質量％以上、約３０質量％以下、約２０質量％以下、又は約１５質量％以下である。
【００１５】
無機長繊維を複数本撚り合わせてヤーンを形成し、複数のヤーンを必要に応じて撚り合わせて又は緩く束ねて複合ヤーンを形成し、ヤーン又は複合ヤーンを複数束ねてロープ打ちすることで、無機長繊維を含むロープを形成することができる。ロープは芯を有してもよく、有さなくてもよい。強度に優れることからロープは芯を有することが有利である。芯として無機長繊維から形成されたヤーン又は複合ヤーンを用いてもよい。芯と外層で同じ又は異なる無機長繊維を用いることができる。ロープの打ち方は様々であってよく、８打ち、１６打ち、金剛打ち、３２打ちなどが挙げられる。
【００１６】
いくつかの実施態様では、ロープの直径は約１ｍｍ以上、約２ｍｍ以上、又は約３ｍｍ以上、約１０ｍｍ以下、約８ｍｍ以下、又は約７ｍｍ以下である。ロープの直径を上記範囲とすることで、不定形耐火物の支持材に十分な強度及び剛性を提供し、支持材を製造する際にロープを容易に変形又は加工することができる。
【００１７】
ロープには硬化剤としてポリビニルアセタール樹脂がコーティングされている。ポリビニルアセタール樹脂のコーティングはロープの剛性を高めて、不定形耐火物の施工時に不定形耐火物の荷重による垂れ下がり、湾曲、折れ曲がりなどの変形を防止することができる。ポリビニルアセタール樹脂は、不定形耐火物の使用時に熱により炭化及び／又は揮発してロープから失われていてもよく、ロープに残存していてもよい。
【００１８】
ポリビニルアセタール樹脂は、ポリビニルアルコール樹脂の水酸基にアルデヒドを反応させて得られるアセタール化物であり、アセタール基に加えて、未反応の水酸基、及びポリビニルアルコール樹脂の製造におけるケン化工程の際に残存するアセチル基を一般に有する。ポリビニルアセタール樹脂として、アセトアルデヒドでアセタール化されたポリビニルアセトアセタール樹脂、ブチルアルデヒドでアセタール化されたポリビニルブチラール樹脂などが挙げられる。ロープに高い剛性を付与できることから、ポリビニルアセタール樹脂がポリビニルアセトアセタール樹脂を含むことが有利である。
【００１９】
いくつかの実施態様では、ポリビニルアセタール樹脂のアセタール化度は、約５０ｍｏｌ％以上、約６０ｍｏｌ％以上、又は約７０ｍｏｌ％以上である。アセタール化度を約５０ｍｏｌ％以上とすることで、ポリビニルアセタール樹脂の疎水性を高めて、不定形耐火物の施工時に不定形耐火物に含まれる水分によるコーティングの溶出を防止又は抑制して、不定形耐火物の施工及び養生中にロープの剛性を維持することができる。いくつかの実施態様では、ポリビニルアセタール樹脂のアセタール化度は、約９５ｍｏｌ％以下、約９０ｍｏｌ％以下、又は約８５ｍｏｌ％以下である。アセタール化度を約９５ｍｏｌ％以下とすることで、無機長繊維に対するコーティングの密着性を高めることができる。
【００２０】
いくつかの実施態様では、ポリビニルアセタール樹脂の分子量は、約１×１０４以上、又は約１．５×１０４以上、約３×１０４以下、又は約２×１０４以下である。分子量を上記範囲とすることで、ポリビニルアセタール樹脂を溶液としたときの取扱い性及びコーティング適性を高めることができる。
【００２１】
いくつかの実施態様では、ポリビニルアセタール樹脂のガラス転移温度は、約７０℃以上、約８０℃以上、又は約１００℃以上である。ガラス転移温度を約７０℃以上とすることで、ロープに高い剛性を付与することができ、ガラス転移温度を約１００℃以上とすることで、ポリビニルアセタール樹脂の水酸基を減らし、耐水性をあげることができる。ポリビニルアセタール樹脂のガラス転移温度は約２００℃以下とすることができる。
【００２２】
不定形耐火物用のアンカーロープは、無機長繊維を含むロープにポリビニルアセタール樹脂を含むコーティング組成物を適用すること、適用したコーティング組成物を乾燥することにより製造することができる。コーティング組成物の適用前に無機長繊維を含むロープを所定の形状、例えば環、結び目などを有するように加工又は変形してもよい。コーティング組成物の適用及び乾燥中、ロープの形状が維持されるようにロープを型枠などの中に配置して固定してもよい。
【００２３】
コーティング組成物は一般にポリビニルアセタール樹脂と溶剤を含む。溶剤として作業性及び揮発性の点で、水、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノールなどのアルコール又はそれらの混合溶剤を用いることが望ましい。コーティング組成物の固形分は、使用する適用手段に応じて適宜決定することができ、例えば約５質量％以上、又は約１０質量％以上、約５０質量％以下、約４０質量％以下とすることができる。コーティング組成物の粘度は、使用する適用手段に応じて適宜決定することができ、例えば約１ｍＰａ・ｓ以上、又は約１０ｍＰａ・ｓ以上、約５０００ｍＰａ・ｓ以下、約１０００ｍＰａ・ｓ以下、又は約５０ｍＰａ・ｓ以下とすることができる。コーティング組成物の粘度は、ＢＨ型回転粘度計を用いて回転数１０ｒｐｍで測定される。
【００２４】
コーティング組成物の適用は、含浸、噴霧、刷毛塗りなどによって行うことができる。コーティング組成物をロープに含浸することで、ロープ内部までポリビニルアセタール樹脂を浸透させてアンカーロープの剛性をより高めることができる。アンカーロープに付着したコーティングの量は、コーティング前のロープの質量を基準として約１質量％以上、約３質量％以上、又は約５質量％以上、約３０質量％以下、約２５質量％以下、又は約２０質量％以下とすることができる。
【００２５】
アンカーロープの剛性は曲げ弾性率で評価することができる。いくつかの実施態様では、アンカーロープの曲げ弾性率は、約６００ＭＰａ以上、約１０００ＭＰａ以上、又は約１５００ＭＰａ以上である。上記範囲の曲げ弾性率を有するアンカーロープは、支持材として用いたときに重量の大きい不定形耐火物を支持体に確実に保持することができる。曲げ弾性率は、ＪＩＳ  Ｋ  ７０７１−２０１６「プラスチック曲げ特性」を応用した３点曲げ法により測定される。詳細な条件は実施例に記載する。
【００２６】
いくつかの実施態様では、アンカーロープの着火時間は、約３秒以上、約５秒以上、又は約１０秒以上である。一実施態様ではアンカーロープは着火しない。着火時間は、ロープを約１０ｃｍに切断し、片方の端部をチャックに固定しロープを水平に保持し、火炎温度８００℃〜１０００℃の点火ロッドからの火炎を約２０秒間ロープに当て、着火までの時間をタイマーで測定することにより決定される。
【００２７】
アンカーロープの臭気は、油性ニスを用いた従来技術のアンカーロープと比較して抑制されている。いくつかの実施態様では、アンカーロープの２００℃における重量減少は、約０．５質量％以下、約０．２質量％以下、又は約０．１質量％以下である。２００℃における重量減少が小さいことは、硬化剤又はコーティング組成物に含まれていた残留溶剤に由来する臭気が少ないことを意味する。２００℃における重量減少は、熱重量示差熱同時測定（ＴＧ−ＤＴＡ）により、窒素ガス雰囲気中、室温〜６００℃、昇温速度１０℃／分の条件で測定される。
【００２８】
一実施態様では、アンカーロープは耐水性を有しており、アンカーロープを含む支持材が水を含有する不定形耐火物と接触したときのコーティングの溶出を防止又は抑制して、不定形耐火物の施工及び養生中にロープの剛性を維持することができる。いくつかの実施態様では、２３℃の水に３０分浸漬した後のアンカーロープの曲げ弾性率は、約５００ＭＰａ以上、約７００ＭＰａ以上、又は約１０００ＭＰａ以上である。
【００２９】
いくつかの実施態様では、アンカーロープの直径は約１ｍｍ以上、約２ｍｍ以上、又は約３ｍｍ以上、約１０ｍｍ以下、約８ｍｍ以下、又は約７ｍｍ以下である。アンカーロープの直径を上記範囲とすることで、支持材に十分な強度及び剛性を提供することができる。
【００３０】
不定形耐火物の支持材は、アンカーロープのみを含んでもよく、アンカーロープとアンカーロープに取り付けられた連結部材とを含んでもよい。連結部材は支持材を支持体に取り付けるためのものであり、溶接、ネジ止め、フックなどにより支持材の支持体への取り付けを可能にする。連結部材は金属であることが溶接、加工の点で有利である。
【００３１】
不定形耐火物の支持材においてアンカーロープは様々な形状を有してよい。例えば、アンカーロープの両端を接続又は結束して環状にしてもよく、複数のアンカーロープの一端を結束し、他端を放射状に離間させてもよい。アンカーロープが結び目を有してもよい。連結部材を介してアンカーロープの両端を接続又は結束してもよく、複数のアンカーロープの一端を結束してもよい。
【００３２】
不定形耐火物の支持材は、不定形耐火物を支持体に保持し不定形耐火物の支持体からの剥落を防止するために用いられる。不定形耐火物として、例えばキャスタブル耐火物、プラスチック耐火物などが用いられる。不定形耐火物に加えて、セラミックスファイバー、断熱ボード、断熱シートなどの定形耐火物を併用してもよい。
【００３３】
不定形耐火物の支持材を溶接などにより支持体に所定間隔で取り付け、支持体の周囲に型枠を設置し、型枠の中にキャスタブル不定形耐火物を流し込み又は吹き付け、養生及び乾燥させることで、不定形耐火物が支持体に支持材を介して保持される。プラスチック耐火物を用いる場合、支持材が取り付けられた支持体に例えばエアランマーを用いてプラスチック耐火物を打ち込み、養生及び乾燥させることで、不定形耐火物が支持体に支持材を介して保持される。
【００３４】
支持体として、金属、セラミックス、又はそれらの組み合わせから製造された構造物、例えば炉殻、パイプ、梁、柱などが挙げられる。具体的には、鉄鋼プロセスに用いられる支持体として、加熱炉の炉殻、スキッドの水冷パイプ、二次精錬の浸漬管、ガス吹き込み用のランスなど、ごみ焼却炉及びバーナー式灰溶融炉に用いられる支持体として、溶融室及び予熱室の内壁、溶融室、予熱室及びスラグ室の外壁などが挙げられる。
【実施例】
【００３５】
以下の実施例において、本開示の具体的な実施態様を例示するが、本発明はこれに限定されるものではない。部及びパーセントは全て、特に明記しない限り質量による。
【００３６】
３Ｍ（登録商標）Ｎｅｘｔｅｌ（登録商標）セラミックヤーン４４０  ２０００Ｄ  １／２  ４．０Ｚ  ３００Ｃを使用して無機長繊維を含むロープを作製した。３Ｍ（登録商標）Ｎｅｘｔｅｌ（登録商標）セラミックヤーン４４０  ２０００Ｄ  １／２  ４．０Ｚ  ３００Ｃは、γ−アルミナ／ムライト／不定形シリカの結晶相を有し、組成はＡｌ２Ｏ３  ７０質量％、ＳｉＯ２  ２８質量％、Ｂ２Ｏ３  ２質量％であり、表面にはサイジング処理が施されていた。作製したロープの直径は３．３ｍｍと６ｍｍの２種類であった。直径３．３ｍｍのロープの内芯は４ヤーン、外側は２本の複合ヤーンの８打ちであり、直径６ｍｍのロープの内芯は１６ヤーン、外側は４本の複合ヤーンの８打ちであった。
【００３７】
使用した硬化剤を以下の表１に示す。
【００３８】
【表１】
2019045080.tif 000002
【００３９】
コーティング組成物の調製
硬化剤に必要に応じて溶剤を追加して、表２に示す濃度のコーティング組成物を調製した。溶剤を追加した場合、温水循環攪拌装置を用いて５０℃で４時間以上撹拌することにより硬化剤を追加溶剤中に溶解させた。調製したコーティング組成物を密封し室温になるまで放置して保管した。
【００４０】
ＢＨ型回転粘度計（東京計器株式会社、日本国東京都大田区）を用いてコーティング組成物の粘度を回転数１０ｒｐｍで測定した。また、コーティング組成物の状態及び取扱性を確認した。結果を表２に示す。
【００４１】
【表２】
2019045080.tif 000003
【００４２】
コーティング組成物の含浸及び硬化
硬化剤付着前のロープの質量（ｍ１）を電子天びんで測定した。コーティング組成物を入れた容器にロープを約５秒間含浸し、引き上げ、室温で乾燥した。その後、硬化剤が付着したロープの質量（ｍ２）を電子天びんで測定した。ロープの硬化剤付着量（含浸率）は式：硬化剤付着量（質量％）＝（ｍ２−ｍ１）／ｍ１により計算した。
【００４３】
曲げ弾性率
ロープの剛性は曲げ弾性率と慣性モーメントの関数であることから、曲げ弾性率の程度を評価した。ロープの曲げ弾性率は、ＪＩＳ  Ｋ  ７０７１−２０１６「プラスチック曲げ特性」を応用して３点曲げ法で行う。引張圧縮試験機ストログラフＶ１０−Ｃ（株式会社東洋精機製作所、日本国東京都北区）を用いてロープの曲げ弾性率を以下の式から求める。ロープの断面は真円であると仮定し、支点間距離Ｌを５０ｍｍ、試験速度を１ｍｍ／分、たわみ部分における０．０５％〜０．２５％の範囲の応力勾配を歪み接線法により計算する。評価結果を表３に示す。
Ｅ＝（４Ｌ３／３πｄ４）×ΔＦ／Δｓ
Ｅ：曲げ弾性率
Ｌ：支点間距離
ｄ：ロープ直径
ΔＦ：曲げ荷重の変化量
Δｓ：たわみの変化量
【００４４】
耐水性試験
ロープを２３℃のイオン交換水に３０分浸漬した後、速やかに引き上げて、ロープの曲げ弾性率を測定する。評価結果を表３に示す。
【００４５】
【表３】
2019045080.tif 000004
【００４６】
燃焼性試験
ロープの燃焼性試験を市販の点火ロッド（多目的ライター、火炎温度８００℃〜１０００℃）を用いて行う。ロープを約１０ｃｍに切断し、片方の端部をチャックに固定しロープを水平に保持する。点火ロッドからの火炎を約２０秒間ロープに当てる。着火までの時間をタイマーで測定する。火炎はチャックに固定されていない他方の端部とロープ中央部の２箇所に当てる。２箇所での測定を別個に行い、それぞれの箇所についてｎ＝２の平均値を着火時間とする。評価結果を表４に示す。
【００４７】
ＴＧＡ試験
ロープの２００℃における重量減少を熱重量示差熱同時測定（ＴＧ−ＤＴＡ）により測定する。ロープをトリミングナイフで質量が約３０ｍｇとなるように輪切りにする。ＴＧ−ＤＴＡの測定条件は以下のとおりである。２００℃における重量減少が小さいことは、硬化剤又は残留溶剤に由来する臭気が少ないことを意味する。
使用装置：ＳＤＴ２９６０（ＴＡ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社）
測定温度：室温〜６００℃
昇温速度：１０℃／分
測定雰囲気：窒素ガス中
窒素ガス流量：１００ｍＬ／分
測定容器：アルミニウム
【００４８】
【表４】
2019045080.tif 000005