(57)【要約】【課題】本発明の目的は、再利用材料を用いるキャスタブル耐火物における施工性の低下を簡易な手段で解決し、従来よりも緻密で、耐食性や強度の優れた施工体を得ることが可能なキャスタブル耐火物の混練方法を提供することにある。【解決手段】本発明のキャスタブル耐火物の混練方法は、耐火原料の少なくとも一部として再利用材料を用いるキャスタブル耐火物の混練方法において、再利用材料の吸水率が２％以上であり且つ下記の式（１）で示される吸水指数が１０〜１００の範囲内にある吸水処理済み品であり、且つ該吸水処理済み再利用材料をキャスタブル耐火物全体の５〜７０質量％の量で使用することを特徴とする：【数１】2004059370.tif 000008【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火原料の少なくとも一部として煉瓦及び／または不定形耐火物の使用後品及び／または未使用品を再利用するキャスタブル耐火物の混練方法において、煉瓦及び／または不定形耐火物の使用後品及び／または未使用品の吸水率が２％以上であり且つ下記の式（１）で示される吸水指数が１０〜１００の範囲内にある吸水処理済み品であり、且つ該吸水処理済みの煉瓦及び／または不定形耐火物の使用後品及び／または未使用品をキャスタブル耐火物全体の５〜７０質量％の量で使用することを特徴とするキャスタブル耐火物の混練方法：
【数１】
2004059370.tif 000007
（式中、再利用材料は、煉瓦及び／または不定形耐火物の使用後品及び／または未使用品を意味する）
【請求項２】
吸水処理済みの煉瓦及び／または不定形耐火物の使用後品及び／または未使用品以外の耐火材料と水分とを１５秒以上混練した後に、吸水処理済みの煉瓦及び／または不定形耐火物の使用後品及び／または未使用品を投入して混練する、請求項１記載のキャスタブル耐火物の混練方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、キャスタブル耐火物の混練方法に関し、更に詳細には、煉瓦や不定形耐火物の使用後品並びに未使用品（以下、「再利用材料」と記載する）を再利用したキャスタブル耐火物の混練方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
昨今の資源の有効活用あるいは地球環境的な観点からの取り組みの中で、耐火物分野においても廃材のリサイクル使用について検討が進んできている。再利用材料を不定形耐火物に利用する方法は、既に様々なものが提案されている。例えば、特開平１１−１２０４９号公報には、予め水と混練した不定形耐火材料をポンプで輸送管内を圧送し、圧送後に圧縮空気と凝集剤を同一経路あるいは別経路から添加することで、吹付けノズルから被施工体に吹付ける湿式吹付け施工用不定形耐火物において、不定形耐火材料に、粒径１０〜４０ｍｍの電融あるいは焼結した粗大耐火材料、れんが破砕粒、れんがあるいは不定形耐火物の廃材である破砕粒からなる粗大粒の１種または２種以上を外掛けで１０〜５０重量％（質量％）の添加と、凝集剤の添加後の凝結始発時間が１分以内である粗大粒含有湿式吹付け施工用不定形耐火物が開示されている。
【０００３】
また、特開平６−２１９８５３号公報には、マグ−カーボンレンガの廃材を５〜６０ｍｍに整粒し、ついで非晶質シリカを水に懸濁させた溶液に真空下で少なくとも数１０分間浸漬させたのち乾燥することを特徴とするマグ−カーボンレンガ屑の処理方法が開示されており、更に、該処理済みマグ−カーボンレンガ屑をマグネシア質キャスタブル耐火物に配合することも例示されている。
【０００４】
更に、特開２００１−３３５３７７号公報には、粒径５〜１０ｍｍの粗粒と、粒径０．２５〜２ｍｍの細粒とから成るカーボン含有廃材原料骨材を３０〜７０質量％配合したことを特徴とするキャスタブル耐火物が開示されている。
【０００５】
上述のように、従来の再利用材料を含有するキャスタブル耐火物は、再利用材料を適当に粒調した後、そのままあるいは必要な前処理を行なって粗大粒として、あるいは比較的大きな粒径に粒調して用いるのが一般的であった。しかしながら、上述のような再利用材料を用いたキャスタブル耐火物を施工しようとすると、流動性が不足するため、水分添加量を多くする必要があり、緻密な施工体を得ることが困難であった。また、特に、再利用材料を多量に添加したキャスタブル耐火物では、水分添加量を多くしてもなお流動性が不足し、施工性の確保が困難であった。また、仮に施工可能であっても、水分添加量が多いために緻密な施工体にはならず、耐食性や強度において満足できるものではなかった。
【０００６】
一方、特開昭６１−２１５２６８号公報には、外側に設けられた鉄皮と該鉄皮の内側に設けられた内張耐火材とを有して成る溶融金属容器に流し込みにて形成される不定形耐火物において、粒径１０ｍｍ未満の流し込み用耐火材を主成分とし乾量にて１００重量部（質量部）の母材と、前記母材中に均等に混在しシリカ系もしくはアルミナ系のコーティング剤にて被覆処理された５〜６０重量部（質量部）の粒径１０ｍｍ以上の粗大粒耐火剤と、を有することを特徴とする溶融金属容器用不定形耐火物が開示されている。即ち、該公報は、シリカ系またはアルミナ系のコーティング剤を被覆処理した粗大粒子を不定形耐火物に使用することにより、不定形耐火物の施工性を改善することが開示されている。しかしながら、シリカ系またはアルミナ系のコーティング剤による被覆処理には多大な手間と費用が掛るため、現実的なものではない。更に、該公報には、作業性を改善するために、粗大粒子を水で濡らして吸水させたものを使用することが例示されているが、この方法においては、施工体の含水率が不均一になるなどの理由により、満足できる施工体を得ることができなかったことが記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような従来の再利用材料を用いたキャスタブル耐火物において、施工水分量が増加したり、施工性が確保できないという問題点の要因を明らかにするため、本発明者らは、種々検討を重ねた結果、以下のような知見を得た：
▲１▼再利用材料以外の耐火材料と再利用材料とに水を加えて混練する過程、及び混練後施工するまでの期間において、再利用材料が周囲から次第に水分を吸収する；
▲２▼再利用材料が周囲から水分を吸収することにより、再利用材料の周囲に水分含有量が著しく低下した材料層（以下、脱水層という）が形成され、再利用材料の粒子に固着する（再利用材料の粒子を核とした泥団子のような状態となる）；
▲３▼脱水層は流動性を持たないため、キャスタブル耐火物自体の流動性に著しい悪影響を及ぼす；
▲４▼一旦形成された脱水層はかなり堅固であり、混練時間を延長するなどの手法では、脱水層は完全には解消されない；
▲５▼再利用材料の添加量を多くした場合には、脱水層が固着して肥大化した再利用材料の粒子どうしが干渉するようになり、添加水分量を増加しても満足すべき流動性を得ることが困難である；
▲６▼脱水層とその周囲とでは水分含有量が大きく異なるため、キャスタブル耐火物の施工体に組織ギャップが生ずる；
▲７▼上記現象には、再利用材料の吸水性が再利用材料以外の通常の耐火材料に比べて高いことが影響していると考えられる；
▲８▼再利用材料以外の耐火材料と水とを混練した後に、再利用材料を投入する方法では、上記現象がより顕著になる。
【０００８】
従って、本発明の目的は、再利用材料を用いるキャスタブル耐火物における施工性の低下を簡易な手段で解決し、従来よりも緻密で、耐食性や強度の優れた施工体を得ることが可能なキャスタブル耐火物の混練方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の問題点の主要因は、再利用材料が吸水することに伴う脱水層の形成であり、脱水層の形成を抑制することによって、従来技術の課題を克服できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
即ち、本発明のキャスタブル耐火物の混練方法は、耐火原料の少なくとも一部として再利用材料を用いるキャスタブル耐火物の混練方法において、再利用材料の吸水率が２％以上であり且つ下記の式（１）で示される吸水指数が１０〜１００の範囲内にある吸水処理済み品であり、且つ該吸水処理済み再利用材料をキャスタブル耐火物全体の５〜７０質量％の量で使用することを特徴とする：
【数２】
2004059370.tif 000002
【００１１】
また、本発明のキャスタブル耐火物の混練方法は、吸水処理済みの再利用材料以外の耐火材料と水分とを１５秒以上混練した後に、吸水処理済み再利用材料を投入して混練することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、再利用材料を用いたキャスタブル耐火物における上述の脱水層の形成を抑制する方法について種々検討を進めた結果、以下の知見を得た：
▲１▼吸水処理済み再利用材料を用いると、脱水層がほとんど形成されなくなる；▲２▼脱水層の形成を抑制するには、ある一定範囲の吸水状態にある吸水処理済み再利用材料を使用しなければならない；
▲３▼脱水層の形成を抑制するには、吸水処理済み再利用材料と再利用材料以外の耐火材料を同時に混練するか、あるいは再利用材料以外の耐火材料を予め混練して配合物を得た後に吸水処理済み再利用材料を投入する必要がある；
▲４▼吸水処理済み再利用材料以外の耐火材料と水を混練する前に吸水処理済み再利用材料を投入すると、水分が周囲に吸収されて再利用材料自体の水分量が不足し、結果として脱水層の形成が抑制できなくなる。
【００１３】
ここで、従来の再利用材料の粗大粒を水で濡らし吸水させたものを使用するキャスタブル耐火物において、施工体の含水率が不均一であるなどの問題点は、再利用材料の粗大粒の吸水状態やあるいは再利用材料の粗大粒の投入時期が適切に管理されていなかったことによる。従って、本発明の再利用材料を用いたキャスタブル耐火物の混練方法においては、吸水処理済みの再利用材料を使用する他、その吸水状態及び投入時期を適切に管理することを特徴とするものである。
【００１４】
以下、本発明の再利用材料を用いたキャスタブル耐火物の混練方法について、更に詳細に説明する。
本発明の再利用材料を用いたキャスタブル耐火物の混練方法に使用される再利用材料は、煉瓦や不定形耐火物の使用後品や未使用の下品などであり、用途に応じて種々の組成のものから適宜選択することができる。例えば、高炉樋用キャスタブル耐火物であれば、再利用材料としては、アルミナや炭化珪素、カーボン等を主な構成成分とするものが好適に使用できる。なお、使用後品を利用する場合には、スラグやメタルの付着やそれらの浸潤部を取り除くなどの処理を必要に応じて施したものを使用することが好ましい。また、必要に応じて粉砕、粒調等を行なったものを使用することができる。
【００１５】
次に、本発明方法に使用可能な再利用材料は、ＪＩＳ　Ｒ２２０５によって測定された吸水率が２％以上であるものが好ましい。再利用材料の吸水率が２％未満の場合は、吸水状態でなくとも脱水層の形成は、極く僅かであり、吸水処理済みの再利用材料を用いることによる効果は小さい。即ち、本発明の効果が明確に発揮されるのは、再利用材料の吸水率が２％以上の場合である。なお、再利用材料の吸水率が４％以上の場合、特に本発明の効果が大きい。
【００１６】
更に、本発明方法の効果を明確に発揮させるためには、吸水処理済みの再利用材料の吸水状態として下記の式（１）で求められる吸水指数が１０〜１００、好ましくは２５〜９５の範囲内のものでなければならない：
【数３】
2004059370.tif 000003
ここで、吸水指数が大きい方が脱水層の形成が少なく好ましいが、それ以下の吸水指数においても、再利用材料周囲の脱水層の形成を低減することによって、効果を得ることができる。なお、前記吸水指数が１０未満では、吸水処理済みの再利用材料周囲の脱水層の形成を抑制する効果が不十分であり好ましくない。また、前記吸水指数が１００を超えると、余剰な水分によって流動性が過大となり、不良な施工体となることがあるため好ましくない。なお、前記吸水指数が９５以下であると、再利用材料中に吸水性がわずかに残存することにより、再利用材料と再利用材料以外の耐火材料粉末とがより密に接着されるため、より強固な組織を得ることができるためより好ましい。なお、再利用材料の吸水指数を適宜サンプリングして求める場合には、それらの平均値が上記範囲内に入っていることが好ましい。
【００１７】
本発明方法において、吸水処理済みの再利用材料の使用量は、キャスタブル耐火物全体に占める割合で５〜７０質量％の範囲で用いるのが好ましく、より好ましくは１０〜５５％の範囲内である。吸水処理済みの再利用材料の使用量が５質量％未満では、吸水処理済みの再利用材料を用いることの効果が明確に現れにくく、また、該使用量が７０％を超えると、再利用材料以外の耐火材料が少なすぎる状態となり、適切な施工性を確保できなくなるために好ましくない。
【００１８】
なお、吸水処理済みの再利用材料の粒度は、粒径１ｍｍ以上が７０質量％以上であることが好ましく、８０質量％以上がより好ましい。これより少ないと、微粉が多いため、吸水した状態にすることによって凝固したり、スラリー状になったりしてハンドリングが困難となるため、また、過剰の水分を含有し易くなり、施工時の水分管理が困難になるために好ましくない。なお、上述した脱水層の形成は、再利用材料の粒径が小さい場合にはほとんど起こらないため、微粉状態の再利用材料は、吸水状態である必要性がない。
【００１９】
なお、吸水処理済みの再利用材料は、再利用材料に吸収される水分以上の過剰な水分が付着していないことが好ましい。過剰な水分の付着は、施工水分の過剰添加につながり易く、混練時の水分調整を困難にするために好ましくない。
【００２０】
再利用材料への吸水処理は、再利用材料を一旦水没させて引き上げる方法、上から散水する方法などが考えられるが、上記吸水状態にすることが可能な方法であれば、特に手段は限定されない。ただし、吸水させてから使用するまでの期間が長い場合には、乾燥しないような対策を施すなどして、実際に混練する時点での吸水指数が、上記範囲に収まるようにしなければならない。なお、再利用材料に吸収させるものとしては、水の他、各種水溶液が使用可能である。水溶液としては、例えばアルギン酸ソーダ、グルコース、ブドウ糖、プロピレングリコールなどの保湿性を付与する水溶液を使用可能である。
【００２１】
吸水処理済み再利用材料は、混練時に他の耐火材料と混合することによって、本発明の効果を得ることができる。即ち、混練前に、吸水済みの再利用材料とそれ以外の耐火材料とを混合してはならない。また、吸水処理済みの再利用材料以外の耐火材料と水分とを１５秒以上、好ましくは２０秒以上混練した後に、吸水処理済みの再利用材料を投入して混合する方法がより効果的である。吸水処理済みの再利用材料以外の耐火材料と水分とを混練する前に他の乾燥状態の粉末と混合すると、周囲の乾燥状態の粉末に水分が吸収されることによって、吸水処理済み再利用材料中の水分が不足してしまい、結果として脱水層の形成が抑制できなくなり、また、施工可能な流動性を得るのに必要な水分量が極端に増加し、施工水分量の管理が困難となるために好ましくない。吸水処理済み再利用材料の混合時期は、本発明の効果を得るのに非常に重要な要件である。
【００２２】
本発明において、吸水処理済みの再利用材料以外の耐火材料及び添加剤としては、本発明の特徴を阻害しない範囲で、その用途に応じて任意に使用できる。また、吸水処理を行なっていない再利用材料を使用することも可能である。更に、添加剤としては、例えばアルミニウム、シリコンのような金属添加物、炭化ホウ素のような酸化防止剤、アルカリ金属リン酸塩、アルカリ金属カルボン酸塩、アルカリ金属フミン酸塩、ポリカルボン酸ナトリウムのような分散剤を挙げることができる。
【００２３】
本発明方法において、吸水処理済み耐火材料と水分とを混練する場合、水分としては水またはそれに準ずるもの例えばシリカゾルなどが使用できる。
【００２４】
本発明方法により得られたキャスタブル耐火物の施工形態は、特に限定されるものではなく、キャスタブル耐火物における一般的な施工方法が適用可能である。また、圧送や吹付け施工なども可能である。
【００２５】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明のキャスタブル耐火物の混練方法を更に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではないことを理解されたい。
実施例
以下の表１に再利用材料の組成及び吸水率を、表２に再利用材料以外の耐火材料の配合物の配合割合をそれぞれ記載する。
上記再利用材料及び耐火材料の配合物を使用し、以下の表３に記載する配合割合及び混練条件にて、キャスタブル耐火物を調製した。得られたキャスタブル耐火物のタップフロー値（ＪＩＳ　Ｒ　２５２１）並びに施工体の諸特性を表３に併記する。
【００２６】
【表１】
2004059370.tif 000004
【００２７】
【表２】
2004059370.tif 000005
【００２８】
【表３】
2004059370.tif 000006
【００２９】
表３において、「再利用材料以外の部分」及び「再利用材料の比率」とは、キャスタブル耐火物全体に占める各々の内掛け比率である。
また、「施工水分量」とは、再利用材料と再利用材料以外の配合物を合わせたキャスタブル耐火物全体の量１００％に対する混練時に加えた水分の外掛け比率である。
また、「総水分量」とは、キャスタブル耐火物全体の量１００％に対する再利用材料に含まれる水分と施工水分量とを併せた水分量の外掛け比率である。総水分量が少ない程、施工に必要な水分量は少ないと言える。
また、施工水分量は、タップフロー値が１８０程度になるように調整したものであるが、比較例８、９については、水分増によるタップフロー値の上昇が殆ど認められないことから、１０％で打ち切りとした。
また、「再利用材料投入時期」において、「混練時」とは、再利用材料以外の耐火材料の配合物に対して水を添加するのと同時に吸水処理済みの再利用材料を投入して混練したものであり、「２０秒後」とは、吸水処理済みの再利用材料以外の耐火材料の配合物に所定量の水を添加して混練を開始してから２０秒後に吸水処理済みの再利用材料を投入したものであり、「混練前」とは、再利用材料以外の耐火材料に水を添加する前に、吸水処理済みの再利用材料を投入したものである。
また、気孔率及び曲げ強さの測定に供した試験片は、流し込みによって得られた成形体を、実施例１と比較例５は酸化雰囲気、それ以外は還元雰囲気にて、１０００℃で３時間加熱処理を行なうことによって得たものである。なお、気孔率は、ＪＩＳ　Ｒ２２０５により測定した。また、曲げ強さは、ＪＩＳ　Ｒ　２５５３により測定した。
【００３０】
表３から明らかなように、本発明例１と比較例６、本発明例２、３と比較例７、本発明例４、５と比較例８、９のそれぞれの比較において、明確な差異が認められる。即ち、比較例６〜９においては、施工可能なタップフロー値を得るのにより多くの水分添加を必要とするばかりか、吸水処理済みの再利用材料が多くなり過ぎると、水分増により施工が困難となるのに対し、本発明例では、いずれも低水分量での施工が可能である。更に、注目すべきは、再利用材料に含まれる水分量を併せた総水分量においても、同じ配合の比較例と比べて少なくなっていることである。このような低水分量化、及び脱水層とその周囲との組織ギャップが解消されることにより、本発明例は比較例に比べて、低気孔率、高強度を達成しているものと考えられる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明のキャスタブル耐火物の混練方法を用いることにより、再利用材料を用いた場合でも、従来よりも少ない水分添加量での施工が可能となるほか、従来では施工が困難であった再利用材料が多い配合においても、低水分量で施工性を確保することが可能となる。また、従来の吸水した再利用材料を用いたキャスタブル耐火物における問題点であった低水分量化及び脱水層と周囲との組織ギャップの解消により、従来と比べて低気孔率化及び高強度化を図ることができ、実炉使用時においては耐用性の向上を達成することができる。また、本発明例により、従来よりも多くの再利用材料を安定して使用することが可能になるため、再利用材料の有効活用によって、廃棄物を削減する効果も大きい。