(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物である不定形耐火物の坏土を入れる可とう性を有する袋と、前記袋に入れた不定形耐火物の坏土に、前記袋を介して、圧入するための棒と、前記棒を前記坏土に圧入して引き戻すための往復手段と、前記棒の位置を検出する手段と、棒の圧入サイクルを測定するための計時手段と、を含むことを特徴とする不定形耐火物の坏土の可使時間測定装置。
【請求項２】
前記可とう性を有する袋がゴム製袋またはプラスチックス製袋である請求項１記載の不定形耐火物の坏土の可使時間測定装置。
【請求項３】
前記可とう性を有する袋に振動を与える加振手段を有する請求項１または２記載の不定形耐火物の坏土の可使時間測定装置。
【請求項４】
不定形耐火物の坏土を、可とう性を有する袋に充填し、前記坏土を充填した袋に、所定の圧力で棒を押し付けて圧入させ、その時の前記棒の停止位置を検出し、その後前記棒を元の位置に戻すサイクルを所定の時間間隔で繰り返し、前記停止位置について、１つ前のサイクルとの差の絶対値が一定値より大きくなるまでの時間を計測することを特徴とする不定形耐火物の坏土の可使時間測定方法。
【請求項５】
前記可とう性を有する袋がゴム製袋またはプラスチックス製袋である請求項４記載の不定形耐火物の坏土の可使時間測定方法。
【請求項６】
測定中に、前記可とう性を有する袋に振動を与える請求項４または５記載の不定形耐火物の坏土の可使時間測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不定形耐火物の坏土の可使時間の測定方法およびそれに使用する測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
不定形耐火物は、流し込み施工、コテ塗り施工、吹付施工などの施工方法により、簡便で特性の優れた耐火物が得られることから近年広く使用されている。不定形耐火物に水等の液体を加えて混練して坏土とし、この坏土を流し込み施工等（以下、単に総称して施工という）する場合に問題となるのは、前記坏土が流動性を有し施工可能な時間（以下、可使時間という）がどの程度かを予測することである。正確に予測できればそれだけ効率的な施工が可能となり品質管理しやすくなるほか、施工に必要な坏土量も最小化でき、原料費も節減できる。
【０００３】
この可使時間は、不定形耐火物を構成する原料の種類、粒度、硬化調整剤などの添加剤の有無、添加する水分量、混練時の作業温度等によっても異なるため、各調合組成に対して予測することが求められる。
【０００４】
従来、このような可使時間の目安の一つとして、ＪＩＳＲ２５５３−１９９２に規定される坏土の柔らかさ（コンシステンシー）を測定する方法がある。しかし、この方法は、坏土を手でボール状に丸め、約３０ｃｍ上方に投げてこれを片手で受けてその変形状態を判断するため、ボール状に丸められるような調合でないと適用できないほか、信頼できるような可使時間を予測するためには、熟練した作業者が必要であるなどの問題がある。
【０００５】
同様な方法として、ＪＩＳＡ１１８１−２００５に準じて、坏土を入れた袋の上から指で軽く触れ、もみほぐすようにして指先にこわばりを感じるようになるまでの時間を計る触感法もある。この方法も熟練した作業者が測定する場合には、かなり信頼性のある値が得られるが、上と同様な問題点がある。
【０００６】
他に、ＪＩＳＲ２５２１−１９９５およびＪＩＳＡ１１５０−２００１に準じて、平板上においた特定形状のコーン型容器に坏土を充填し、コーン型容器を上方に抜き去ったときの平板上の坏土の広がり直径（フロー値）を測定し、フロー値が一定の値以下になったときに施工性がなくなったと判断して可使時間を判定する方法もある。この方法では、測定そのものには熟練を要しないものの、大量の原料を混練して坏土にしておく必要があるほか、測定の都度、平板の清掃等をしなければならず労力と時間を要するほか、測定で出るごみの処分も大変であるなどの問題点がある。
【０００７】
いずれにせよ、少ない坏土を使用し、データの再現性があり、簡便で自動化できるような測定方法が望まれている。
【０００８】
【非特許文献１】ＪＩＳＲ２５５３−１９９２
【非特許文献２】ＪＩＳＡ１１８１−２００５
【非特許文献３】ＪＩＳＲ２５２１−１９９５
【非特許文献４】ＪＩＳＡ１１５０−２００１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、不定形耐火物の坏土の可使時間を簡便に、再現性よく、定量的に測定するための測定方法およびそれに使用する測定装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、被測定物である不定形耐火物の坏土を入れる可とう性を有する袋と、前記袋に入れた不定形耐火物の坏土に、前記袋を介して、圧入するための棒と、前記棒を前記坏土に圧入して引き戻すための往復手段と、前記棒の位置を検出する手段と、棒の圧入サイクルを測定するための計時手段と、を含むことを特徴とする不定形耐火物の坏土の可使時間測定装置を提供する。
【００１１】
別の本発明は、不定形耐火物の坏土を、可とう性を有する袋に充填し、前記坏土を充填した袋に、所定の圧力で棒を押し付けて圧入させ、その時の前記棒の停止位置を検出し、その後前記棒を元の位置に戻すサイクルを所定の時間間隔で繰り返し、前記停止位置について、１つ前のサイクルとの差の絶対値が一定値より大きくなるまでの時間を計測することを特徴とする不定形耐火物の坏土の可使時間測定方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、少ない原料を使用して、得られるデータの再現性がよく、不定形耐火物の坏土の可使時間を簡便に評価できる。特に、可使時間が数時間以上あるような調合の場合は、従来の評価方法では、その間、頻繁に測定を実施しなければならず、試験の実働時間が非常に長くなり交代勤務が必要なケースもあったが、本発明により、測定の自動化も容易で、実質的な作業時間も短く、従来、定性的に行われてきた品質管理を定量的に実施することができるため不定形耐火物施工の生産性向上を図ることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、施工可能な坏土は、棒で突くと坏土内に棒を深く押し込むことができるのに対し、施工が難しくなると、同じ圧力では坏土の流動性がなくなり坏土内に棒を深く押し込むことが難しくなることを見出したことに基づく。
【００１４】
本発明に係る可使時間測定装置（以下、本測定装置という）は、被測定物である不定形耐火物の坏土を入れる可とう性を有する袋（以下、単に袋と略す）と、前記袋に入れた不定形耐火物の坏土に、前記袋を介して、圧入するための棒と、前記棒を前記坏土に圧入して引き戻すための往復手段と、前記棒の位置を検出する手段と、計時手段と、を含むことを特徴とする不定形耐火物の坏土の可使時間測定装置である。
【００１５】
以下、本測定装置の構成を図１に基づいて説明するが、本測定装置は図１に限定されて解釈されるものではない。図１において、１は袋、２は不定形耐火物の坏土、３は坏土に圧入するための棒、４は袋１を載せる架台、５は袋１を支持するための支柱、６は棒３の往復運動手段、をそれぞれ示す。
【００１６】
本測定装置において、袋１としては、不定形耐火物と反応しないもので、可とう性（弾性）を有するものであれば特に制限されないが、好ましくは、材質的にはゴム製の袋またはプラスチックス製袋などが挙げられる。ゴム製の袋であると弾性があり、かつ、破損しにくく、長時間の測定にも耐えられるため特に好ましい。このようなゴムとしては天然ゴムまたは合成ゴムのいずれでもよい。前記袋の肉厚としては、１ｍｍ以下が好ましく、０．７ｍｍ以下がより好ましい。天然ゴム製の風船（肉厚０．３ｍｍ前後）が好ましいものの一例として挙げられる。
【００１７】
本測定装置において、不定形耐火物の坏土２を入れた袋１は、棒３で圧入する際には、架台４によって支持される。架台４としては袋１を支持できるものであれば特に制限されない。例えば、箱状の架台とし、袋１の側面および底面を支持してもよい。支持の仕方としては、不定形耐火物の坏土２の入った袋１の開口部を上にして、開口部を支柱５の先端に設けたフック（図示せず）に掛けて吊り下げる方法等が挙げられる。フックで吊り下げる場合には、袋１がたるまない程度にしておくと、振動を与える場合に袋１に効果的に伝えることができるため好ましい。なお、前記架台４と袋１との間に余分な空間があり、フックに掛けた際に袋１の位置が安定しない場合は、この空間を埋める適当な大きさのスペーサなどを入れることが望ましい。また、袋１の開口部は、必要に応じて測定時に閉じていてもよい。
【００１８】
実際の施工方法が振動を与えながら流し込みするような場合には、振動を与えた条件で可使時間を測定する方が好ましい。振動の付与手段としては、架台４ごと載せた状態で振動させることができるものであればよい。振動の具体的な与え方としては、例えば、架台の底に防振ゴムを取り付け、かつ、架台に空気式のバイブレータで振動を与える方法がコストも低く簡便であるため望ましい。振動を与えるタイミングとしては、棒を圧入して引き戻した後、直ちに所定時間振動させる方法が好ましい方法の一例として挙げられる。振動時間としては、特に制限されないが、例えば、０．５秒〜１時間の間で適宜選択される。なお、架台に振動を与えたときに生じる重力加速度については、１．０〜５０ｍ／秒２であると好ましい。
【００１９】
本測定装置に使用される棒３としては、不定形耐火物の坏土２を入れた袋１に圧入したときに変形を生じない程度の剛性、強度を有すればよく、金属製、樹脂製、木製などが挙げられる。形状についても、特に制限はないが、先端を半球状とすると、圧入と引き抜きのサイクルを繰り返す場合に袋１に与えるダメージが少ないため好ましい。断面の直径が５〜３０ｍｍ程度の丸棒、角棒などが挙げられる。なお、棒３を坏土２に圧入した場合のイメージを図２に、棒３を引き戻した場合のイメージを図３に、それぞれ示す。
【００２０】
本測定装置において、棒３を圧入したり引き戻すたの往復手段６としては、油圧シリンダ、空気圧シリンダなどが好ましいものとして挙げられる。これらは、シーケンサ制御させることが好ましい。棒３を圧入するための圧力としては、０．０５〜１ＭＰａ程度が好ましい範囲として挙げられ、圧入圧力が０．１〜０．７ＭＰａであると袋１の耐久性も確保できるためさらに好ましい。棒３の圧入、引き戻し速度としては、１０〜５００ｍｍ／秒程度の速度であると袋１を破損させずに安定的に測定できるため好ましい。なお、往復手段６には、空気圧シリンダ、油圧シリンダなどを制御、駆動させるための付帯設備（図１に図示せず）もこれに含まれるものとする。本明細書において、他の部材等の説明においても同様である。
【００２１】
本測定装置において、袋１への棒３の圧入長さは、棒３の位置（ストローク長）を検出することにより行う。棒３の位置を検出するための手段（図１に図示せず）としては、変化量を読み取ることができるものであれば特に限定しないが、非接触式のスケールセンサなどが好ましいものとして挙げられる。また、可使時間を測定するにあたり、計時手段としては特に制限されず、市販されている計時手段が適宜採用される。また、坏土の温度を測定するための手段を備えていると、坏土の性状を多面的に把握でき可使時間の判断をより的確にできるためさらに好ましい。なお、上記のシリンダの操作、計時、位置検出などは、別個に手動で操作してもよく、パソコン、シーケンサ等と併用して、半自動、全自動としてもよい。
【００２２】
本発明の可使時間測定方法（以下、本測定方法という）は、不定形耐火物の坏土２を、袋１に充填し、前記坏土２を充填した袋１に、所定の圧力で棒３を押し付けて圧入させ、その時の前記棒の停止位置を検出し、その後に前記棒３を元の位置に戻すサイクルを所定の時間間隔で繰り返し、前記停止位置について、１つ前のサイクルとの差の絶対値が一定値より大きくなるまでの時間を計測することを特徴とする。
【００２３】
本発明者らの知見によれば、本測定方法において、前記棒３の位置の経時変化は、最初は、最大ストローク長に近い位置でほぼ一定となり、さらに時間が経過して、ある時点で急激に棒３が圧入できなくなり、棒３の位置が最大ストローク長よりかなり短くなった位置でほぼ一定となるのが一般的な傾向である。したがって、本測定方法では、ほぼ最大ストローク長よりかなり短くなった位置でほぼ一定となった時点で測定を終了することが好ましい。例えば、最大ストローク長５０ｍｍに対して、１つ前のサイクルとの差の絶対値が１０ｍｍ以上となり、その後、１つ前のサイクルとの差の絶対値が０．５ｍｍ以内となったところで測定を終了する場合などが具体的な一例として挙げられる。
【００２４】
本測定方法において、可使時間については、棒３の圧入位置の経時変化を測定した後、各施工方法の内容等により、判断する。すなわち、各施工方法の内容等により、前記急激な変化が発生した直後までの時間を採用したり、前記急激な変化がほぼ終了した時点までの時間を採用したり、等が挙げられる。
【００２５】
本測定方法において、坏土２に棒３を圧入、引き抜きするサイクルとしては、１サイクルの時間として１分〜５時間程度が好ましい。１サイクルの時間が５分〜３０分程度であるとさらに好ましい。なお、サイクル時間は、一定でもよいが、途中から短縮・延長等の変更をしてもよい。
【００２６】
本測定方法において、測定の対象となる不定形耐火物の種類には特に限定がなく、坏土の状態で施工するものであれば特に制限されない。測定対象が流し込み施工に使用する坏土であると、本発明の効果が得られやすいため好ましい。なお、不定形耐火物の坏土の調製方法については、特に、制限されず、通常の混合・混練手段が適宜使用される。また測定に際して、坏土の施工性が温度に大きく依存するような場合には、混合・混練前の不定形耐火物の材料温度及び加える液体を所定の温度に制御するような環境とすることが好ましく、装置全体を同様の環境とすると、さらに好ましい。このような温度としては、２０℃が好ましい温度として挙げられる。
【実施例】
【００２７】
操作方法等について図１の本測定装置を用いて具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。袋１として直径約４ｃｍ、長さ１８ｃｍ、肉厚０．３ｍｍのゴム製袋１を用意し、これに混合ミキサで調製した坏土２をゴム製袋１の容積の約８０%程度入れ、開口部を上にしてフックに引っ掛けて架台４にセットした。圧入に使用する棒３としては、直径２０ｍｍ、長さ７ｃｍの鋼製の丸棒を先端を半径１０ｍｍの半球状に加工したものを用意した。
【００２８】
棒３の往復手段６としてはエアーシリンダを使用した。エアーシリンダの最大ストローク長は、袋１の直径４ｃｍの７５％、３０ｍｍに、遊び（棒３が前進して袋１と接触するまでのストローク長）分として２０ｍｍを加えた５０ｍｍに調整した。所定の圧力（０．１ＭＰａ）でエアーシリンダを介して棒３を坏土２に圧入する。棒３の前進が所定の速度、例えば、０．０５ｍｍ／秒より遅くなった時に棒３の前進をやめて、棒３を引き抜く。以上の動作を１サイクルとして１５分間隔で繰り返す。なお、必要に応じて、棒３を引き抜いた後に、エアーバイブレータで袋１を全体を振動加速度数３０ｍ／秒２で３秒間振動させた。
【００２９】
なお、不定形耐火物としては、低水分量で振動施工用の組成Ａ（化学組成；Ａｌ２Ｏ３８４質量％、ＳｉＯ２１０質量％）、低水分量で振動なし施工用の組成Ｂ（化学組成；Ａｌ２Ｏ３８２質量％、ＳｉＯ２１２質量％）、高水分量で振動施工用の組成Ｃ（化学組成；Ａｌ２Ｏ３４８質量％、ＳｉＯ２４２質量％）、高水分量でコテ塗り施工用の組成Ｄ（化学組成；Ａｌ２Ｏ３４７質量％、ＳｉＯ２４３質量％）、の４種類を準備した。
【００３０】
組成Ａについては、水分量を不定形耐火物１００質量部に対して（以下、外掛という）５．５質量部、組成Ｂについては、水分量を外掛で８質量部、組成Ｃについては、水分量を外掛で１４質量部、組成Ｄについては、水分量を外掛で１８質量部、それぞれ加え、万能ミキサ（ダルトン社製）で３分間混練して試験用坏土とした。なお、不定形耐火物の材料温度および添加する水の温度をあらかじめ約２０℃とし、２０℃に制御した室内で混合・混練を行った。得られた試験用坏土は、直ちに２０℃に制御された本測定装置の袋１に入れることとした。また、組成Ａ、組成Ｃおよび組成Ｄについては引き戻し後、３秒間振動を与えた。
【００３１】
測定結果を横軸を経過時間、縦軸をストローク値（ｍｍ）で表し、組成Ａの結果を図４に、組成Ｂの結果を図５に、組成Ｃの結果を図６に、組成Ｄの結果を図７にそれぞれ示す。混練後の経過時間が、組成Ａについては１５０分、組成Ｂについては１５０分、組成Ｃについては２００分、の坏土を実際に流し込み施工してみたが、流し込み施工できなかった。また、組成Ｄについては、混練後の経過時間が１２０分の坏土を実際にコテ塗り施工してみたが、コテ塗り施工できなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明により、経験と勘にたよっていた不定形耐火物の坏土の施工管理、品質管理が簡便かつ正確にできるようになった。これにより、混練量も必要最小限におさえることができ生産性の向上、生産原価の低減に大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本測定装置の概略図。
【図２】本測定装置において棒を坏土に圧入した場合の概略説明図。
【図３】本測定装置において棒を坏土から引き戻した場合の概略説明図。
【図４】組成Ａの測定結果。
【図５】組成Ｂの測定結果。
【図６】組成Ｃの測定結果。
【図７】組成Ｄの測定結果。
【符号の説明】
【００３４】
１：袋
２：不定形耐火物の坏土
３：棒
４：架台
５：袋１を支持するための支柱
６：棒３の往復手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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