(57)【要約】【課題】  特殊な処理の施されていない黒鉛を用いた黒鉛含有不定形耐火物であっても、施工後に緻密で耐用性が高く且つ表面の平滑な耐火物構造体を得ることのできる、黒鉛含有不定形耐火物の施工方法を提供する。【解決手段】  黒鉛含有不定形耐火物１００質量部と１０質量部以上の水とを混練してスラリー状不定形耐火物とし、該スラリー状不定形耐火物を流し込んで施工体４を形成し、該施工体の表面に、複数の孔を有する面状部材と該面状部材の施工体に接触する面とは反対側の面に設置された突起部材とを備えたフィルターパッド５を載せ、更に、該フィルターパッドを覆うためのトップカバー６を被せ、その後、前記フィルターパッドとトップカバーとの間隙を排気する。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒鉛含有不定形耐火物１００質量部と１０質量部以上の水とを混練してスラリー状不定形耐火物とし、該スラリー状不定形耐火物を流し込んで施工体を形成し、該施工体の表面に、複数の孔を有する面状部材と該面状部材の施工体に接触する面とは反対側の面に設置された突起部材とを備えたフィルターパッドを載せ、更に、該フィルターパッドを覆うためのトップカバーを被せ、その後、前記フィルターパッドとトップカバーとの間隙を排気することを特徴とする、黒鉛含有不定形耐火物の施工方法。
【請求項２】
前記黒鉛含有不定形耐火物は、黒鉛を１０質量％以上含有していることを特徴とする、請求項１に記載の黒鉛含有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、溶融金属を保持する容器や溶融金属を流して通す樋などの内面に施工される、黒鉛を含有する不定形耐火物の施工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
黒鉛含有不定形耐火物は、溶融金属や溶融スラグに対して濡れにくく且つ反応しにくいという特性を有しており、耐食性に優れることから、近年、各種の冶金用耐火物として広く利用されている。
【０００３】
ところで、耐火物の使用環境はますます苛酷化しているのが実情であり、こうした背景の下で上述した特性をより一層向上させるために、不定形耐火物中の黒鉛の含有量を増加させることが検討されている。
【０００４】
しかしながら、一般的な黒鉛は疎水性を示すため、水中への分散性に乏しいという性質がある。それゆえに、不定形耐火物中に黒鉛を多量に含有させると、施工時に水と混練してスラリー状不定形耐火物とするときに、黒鉛が均質に分散しにくく、均質に分散させるには水の添加量を多くする必要が生ずる。その結果、施工後の耐火物構造体の中に、水分が消失して形成された微細な空隙が気孔として残るため、緻密で均質な構造体になりにくいという欠点があった。このような理由で、不定形耐火物への黒鉛の添加に関しては、従来、多量に添加することは困難とされていた。
【０００５】
これに対して、黒鉛の形状を変更したり、黒鉛の表面を処理したりして、黒鉛の水への濡れ性を改善し、黒鉛の添加量を増やす試みが行われている。例えば、特許文献１には、黒鉛として土状黒鉛、またはアスペクト比が０．８〜１．２になるように球状化処理した鱗状黒鉛を用い、マグネシアを７０〜９５質量％、黒鉛を３〜２０質量％含有するマグネシア・黒鉛系不定形耐火物が開示されている。また、特許文献２には、黒鉛粒子の表面がリン酸またはリン酸塩によって被覆されている黒鉛を、２〜１０質量％含有する黒鉛含有不定形耐火物が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−２４６２７２号公報
【特許文献２】特開平８−１４３３７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された方法では、黒鉛の含有量を多くした場合に、耐火物構造体中の黒鉛の分散性が改善されることによる耐用性の向上は見られるが、添加水分を多くすることに起因して、耐火物構造体内の気孔率が高いという問題があった。そのため、球状の土状黒鉛、若しくは球状化した鱗状黒鉛では、黒鉛の特性である高耐食性を十分に発現することはできなかった。
【０００７】
また、特許文献２に開示された方法では、金属酸化物などとの共存下では、表面のリン酸またはリン酸塩が水に再溶出することから、黒鉛を含有する不定形耐火物の流動性に顕著な優位性を見出すことはできなかった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、特殊な処理の施されていない黒鉛を用いた黒鉛含有不定形耐火物であっても、施工後に緻密で耐用性が高く且つ表面の平滑な耐火物構造体を得ることのできる、黒鉛含有不定形耐火物の施工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、上記課題を解決すべく、鋭意検討・研究を行った。その結果、添加水分を多くしても、スラリー状の黒鉛含有不定形耐火物を施工部位へ流し込んで施工体とした後に、該施工体に圧力をかけてスラリー中に含まれる水分を強制的に絞り出すことで、上記課題は解決されるとの知見を得た。そして、施工体へ圧力をかける手段として、施工体表面を減圧することによって生じる大気圧の力を利用すればよいとの知見を得た。
【００１０】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、第１の発明に係る黒鉛含有不定形耐火物の施工方法は、黒鉛含有不定形耐火物１００質量部と１０質量部以上の水とを混練してスラリー状不定形耐火物とし、該スラリー状不定形耐火物を流し込んで施工体を形成し、該施工体の表面に、複数の孔を有する面状部材と該面状部材の施工体に接触する面とは反対側の面に設置された突起部材とを備えたフィルターパッドを載せ、更に、該フィルターパッドを覆うためのトップカバーを被せ、その後、前記フィルターパッドとトップカバーとの間隙を排気することを特徴とするものである。
【００１１】
第２の発明に係る黒鉛含有不定形耐火物の施工方法は、第１の発明において、前記黒鉛含有不定形耐火物は、黒鉛を１０質量％以上含有していることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る不定形耐火物の施工方法を採用することにより、黒鉛含有不定形耐火物の流動性を確保するために多量の水を添加しても、流し込み施工された施工体中の気泡並びに水分が強制的に除去されるとともに、排気することによる大気圧との圧力差に基づく押圧力が施工体に作用するので、黒鉛含有不定形耐火物の施工体は緻密化し且つその表面は平滑になり、耐用性の高い不定形耐火物構造体を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明するが、本発明は添付図面の形状に限定されるものではない。図１は、本発明の実施の形態例を示す図であって、成型用の中子を使用せずに溶融金属保持容器の内張り耐火物を本発明方法によって施工する例を示す概略図、図２は、図１に示すＡ部拡大図である。
【００１４】
図１〜２に示すように、外殻を鉄皮２とし、その内側に永久張り耐火物層３の施工された溶融金属保持容器１の底部に、内張り耐火物としてスラリー状の黒鉛含有不定形耐火物を流し込み、黒鉛含有不定形耐火物の施工体４を形成する。スラリー状の黒鉛含有不定形耐火物は、黒鉛含有不定形耐火物１００質量部と１０質量部以上の水とを混練して予め準備しておく。黒鉛含有不定形耐火物の施工体４が形成されたなら、施工体４の表面に、複数の孔５ｃを有し、施工された施工体４の表面に沿った面状の部材５ａ（以下、「面状部材５ａ」と称す）と、この面状部材５ａの施工体４と接触する面とは反対側の面に設置された突起状の部材５ｂ（以下、「突起部材５ｂ」と称す）と、から構成される耐火物押え板５（以下、「フィルターパッド５」と称す）を載せ、更に、フィルターパッド５の上にフィルターパッド５を覆うようにして被覆カバー６（以下、「トップカバー６」と称す）を覆い被せる。この場合、フィルターパッド５が全てトップカバー６によって覆われるように、トップカバー６を覆い被せる必要がある。トップカバー６には、トップカバー６を貫通し且つトップカバー６と密閉状態で連結するパイプ７が取り付けられており、このパイプ７の他端は、水分分離槽８を経由して真空ポンプ９に連結されている。
【００１５】
ここで、内張り耐火物とは、溶融金属や溶融スラグと直接接触する部位に使用する耐火物であり、ワーク耐火物或いはワーク煉瓦とも呼ばれている。内張り耐火物は使用回数の増加に伴って損耗するので、残存厚みが所定値になったなら、解体されるか或いは表面の変質部を取り除いた後に新たに施工されるもので、これに対して永久張り耐火物層３は、本質的には損耗することがなく、解体時の衝撃などによって破損しない限り半永久的に使用されるものである。施工体４を形成するための黒鉛含有不定形耐火物は、流し込み施工用の黒鉛含有不定形耐火物であるならばどのような組成であっても本発明方法を適用することができる。
【００１６】
フィルターパッド５は、図２に示すように、複数個の孔５ｃを有する面状部材５ａと、面状部材５ａから突出するように面状部材５ａに一体的に設置された複数個の突起部材５ｂとにより構成されている。そして、面状部材５ａの突起部材５ｂが設置されていない平滑な側の面が施工体４と接触し、突起部材５ｂの設置された側の面がトップカバー６で覆われている。面状部材５ａに設置された孔５ｃは施工体４に残留する空気及び水分を通すためのものであり、突起部材５ｂは、孔５ｃを通ってくる空気及び水分の流路を確保するためのものである。即ち、トップカバー６でフィルターパッド５を覆ったときに、対向する突起部材５ｂ，５ｂ間に間隙が形成され、この間隙が空気及び水分の流路となる。
【００１７】
このようにして構成されるフィルターパッド５及びトップカバー６を施工体４の上に載せたなら、真空ポンプ９を作動させる。作動した真空ポンプ９によってトップカバー６で覆われた範囲がパイプ７を介して排気される。真空ポンプ９の作動によってトップカバー６で覆われた範囲が排気されると、フィルターパッド５とトップカバー６とで囲まれる空間１０が減圧状態になるため、図３に示すように、トップカバー６がフィルターパッド５に密着し、更に、フィルターパッド５及びトップカバー６は、空間１０の圧力と大気圧との圧力差に基づき施工体４に密着する。ここで、図３は、フィルターパッド５とトップカバー６との間隙を排気した状態を示す概略図である。
【００１８】
フィルターパッド５には孔５ｃが設けられているため、空間１０が減圧下に曝されると施工体４のフィルターパッド５と接触する部位の表面も減圧された状態になり、施工体４に残留する空気及び水分が、孔５ｃ、空間１０及びパイプ７を通り、真空ポンプ９によって排出される。排出される水分は水分分離槽８で凝縮される。
【００１９】
このように、施工体４に残留する空気及び水分が強制的に除去されるため、施工体４は緻密化し、耐火物としての耐用性が向上する。また、残留水分が迅速に除去されることから、施工後の養生時間が短縮され、更に、残留水分が抜けた後には水の抜け道が形成され、且つ、含水率が絶対的に小さいことから、養生時の加温・加熱による施工体４の爆裂が抑制される。施工体４と接触するフィルターパッド５の面は、突起部材５ｂが設置されていない平滑な側の面であるので、施工体４の表面は凹凸のない平滑面となる。
【００２０】
この場合、排気に必要な時間及び空間１０の真空度に関しては、特に規定する必要はないが、上記効果を確実に得るためには、排気処理時間は流し込み施工終了時間から２４時間以内とすること、及び、空間１０の真空度は５００mmHg（６６７ｈPa）以下とすることが好ましい。
【００２１】
フィルターパッド５の材質は、フィルターパッド５とトップカバー６との間隙を排気したときに、施工体４と接触する側の面が大きく変形しない程度の硬さを有する材料であれば、金属、プラスチックなど、どのような材料でも使用することができる。特に、軽量で作業性の良い硬質プラスチックなどが好適である。図２では、面状部材５ａと突起部材５ｂとが一体になったフィルターパッド５を示しているが、面状部材５ａに上記突起部材５ｂの代わりに網状の突起部材などを載せてもよい。要は、トップカバー６でフィルターパッド５を覆って減圧したときに、フィルターパッド５とトップカバー６との間に、空気及び水分の流路となる、図３に示すような空間１０が形成されるならば、どのような形状をしていても構わない。
【００２２】
フィルターパッド５に設置する孔５ｃの大きさは、水分を通し、施工体４の耐火物成分が多量に流出しない程度の大きさとすることが好ましい。具体的には、孔５ｃの大きさを等面積相当円直径で０．１〜３mm程度とすればよい。また、孔５ｃの設置数は、面状部材５ａの面積１０cm2 当たり１〜１０個程度とすればよい。
【００２３】
トップカバー６は、トップカバー６で覆った範囲の気密性を確保するためのものであり、従って、フィルターパッド５の全てを覆う大きさを有し、柔軟性を有するとともに空気を遮断する気密性のある材料の膜状材料を使用することとする。このような材料を使用してフィルターパッド５を覆うことにより、トップカバー６に連結したパイプ７を介して排気したときに、フィルターパッド５とトップカバー６との間隙の圧力が減圧し、施工体４に残留する空気及び水分を強制的に排出することができる。柔軟性と気密性とを併せ持つ材料としては、ビニールシートなどの樹脂シートやゴムシートなどが挙げられる。
【００２４】
本発明で用いる黒鉛含有不定形耐火物に配合する黒鉛の種類は、特に限定する必要はなく、土状黒鉛、人造黒鉛、鱗状黒鉛などの全ての黒鉛原料を使用することができる。このうちで、鱗状黒鉛は、黒鉛原料の中では最も黒鉛度化が高く、且つ熱伝導率が高く、耐酸化性に優れている。そのために、一般的な炭素を含有する定形耐火物においては、この鱗状黒鉛が広く用いられている。
【００２５】
しかしながら、鱗状黒鉛は水に対する親和性が小さいことに加えて、その形状が鱗片状であることから、不定形耐火物中に多量に使用した場合には、添加水量を増やす必要があることから、間隙の多い不定形耐火物構造体を形成し、緻密な施工体が得られないために、多量に添加することは困難な材料とされてきた。
【００２６】
本発明においても、鱗状黒鉛を多量に添加する場合には、施工性を発現するための流動性を確保するために、水の添加量を増加する必要がある。そこで、本発明においては、スラリー状黒鉛含有不定形耐火物を得る際に、黒鉛含有不定形耐火物１００質量部に対して１０質量部以上の水を添加している。従来の施工方法では、黒鉛含有不定形耐火物１００質量部に対して１０質量部以上の水を添加した場合には、施工後の耐火物構造体の気孔率が高く、耐食性に問題があったが、本発明では施工後に施工体４から水分を強制的に除去できるので、１０質量部以上の水分を添加しても全く問題がない。
【００２７】
添加水分は１０質量部以上であるならば、施工後に除去されるので、特に上限を設ける必要はないが、添加水分が多すぎると施工したときに、施工体４の上に水が分離する現象、所謂ブリーチングが生じることがあるので、ブリーチングが生じない程度の水分量とすることが好ましい。
【００２８】
黒鉛原料として人造黒鉛を使用する場合には、以下のようにして黒鉛含有不定形耐火物を構成する。人造黒鉛を含有する黒鉛含有不定形耐火物の骨格成分を構成する耐火原料としては、塩基性、中性、酸性のものから選ばれる１種または２種以上を使用する。例えば、マグネシア、スピネル、アルミナ、ジルコン、シリカ、珪石、ろう石、バン土質岩、炭化珪素、シャモットなどを、骨格成分を構成する耐火原料として使用する。これらの耐火原料の粒度は、密充填組織が得られるように、粗粒、中粒、微粒、微粉にそれぞれ分けて調整したものを用いることが好ましい。これらの耐火原料に人造黒鉛を配合して黒鉛含有不定形耐火物を構成する。人造黒鉛の配合量は特に問わないが、黒鉛の特性を生かし、耐食性及び耐用性の向上を図るためには、５〜３０質量％の配合範囲、特に１０〜３０質量％の配合範囲が好ましい。人造黒鉛を１０〜３０質量％配合した場合には、スラリー状とする場合に水分を多量に添加する必要があるが、本発明においては、施工体４を形成した後に余分な水分を吸引除去して施工体４を緻密にできるので、何ら問題はない。
【００２９】
使用する黒鉛の粒径は特に限定する必要はないが、何れの黒鉛原料の場合も１０〜１００μｍの大きさが適当である。黒鉛原料が人造黒鉛以外の場合も、黒鉛添加による耐食性及び耐用性の向上を図るためには、黒鉛含有不定形耐火物中の黒鉛の含有量を１０質量％以上とすることが好ましい。また、黒鉛原料が人造黒鉛以外の場合も、上記に準して黒鉛含有不定形耐火物を構成すればよい。
【００３０】
尚、本発明においては、黒鉛含有不定形耐火物の骨格成分である耐火原料及び黒鉛に加えて、助剤として、分散剤（界面活性剤）、硬化剤、硬化遅延剤などを用いることができる。分散剤としては、例えば、トリポリリン酸ソーダ、ヘキサメタリン酸ソーダ、ウルトラポリリン酸ソーダ、酸性ヘキサメタリン酸ソーダ、ホウ酸ソーダ、炭酸ソーダなどの無機塩、及び、クエン酸ソーダ、洒石酸塩、ポリアクリル酸ソーダ、スルホン酸ソーダなどの有機塩から選ばれる１種または２種以上が使用できる。また、硬化剤としては、耐火物に使用する一般的なアルミナセメントなど、そして、硬化遅延剤としてはシュウ酸、クエン酸、ポリアクリル酸などが使用できる。また、本発明の本来的な特性を損なわない限りにおいて、既知の焼結助剤やファイバー類、金属粉などの強化元素、或いは結合剤などを黒鉛含有不定形耐火物に添加しても構わない。
【００３１】
更に、図１において、永久張り耐火物層３は定形耐火物を例示しているが、定形耐火物に限るものではなく、不定形耐火物であってもよく、また、永久張り耐火物層３は必ずしも必要ではなく、鉄皮２に施工体４を直接施工してもよい。また、図１では、内張り耐火物を施工する際に本発明を適用しているが、本発明は不定形耐火物で構成される永久張り耐火物層の施工においても適用することができる。
【００３２】
また更に、上記説明において、減圧下の雰囲気にフィルターパッド５を置き、大気圧と減圧雰囲気との圧力差に基づいてフィルターパッド５を施工体４の表面に押し付けて施工体４を押圧するという手段を用いて説明したが、施工体４の表面を押圧する手段はこれに限定されるものではなく、例えば、不定形耐火物を流し込んだ後に、その表面に金属板、樹脂板、木板などの板材を当て、これを施工体４に押し付けることによっても施工体４の押圧を実施することができる。この場合も、前記板材に水抜き用の孔を複数開口しておき、押圧する際に滲み出てくる不定形耐火物中の水分を抜き出すようにするとよい。
【実施例１】
【００３３】
本発明方法の効果を確認するために、高炉出銑樋の不定形耐火物の施工時に本発明を適用した。使用した黒鉛含有不定形耐火物は、アルミナを主成分とする黒鉛含有不定形耐火物と、炭化珪素を主成分とする黒鉛含有不定形耐火物である。また、黒鉛含有不定形耐火物に配合する黒鉛としては鱗状黒鉛を使用した。
【００３４】
高炉出銑樋の内張り耐火物を、上記の黒鉛含有不定形耐火物を用いて前述した図１に示す施工方法で施工した（本発明例）。施工後２０時間減圧下に曝した。また、比較のために同時期に別の出銑樋に対し、流し込み施工後静置して養生する従来の施工方法を用いて施工し（従来例）、内張り耐火物の損耗速度を両者で比較した。また、所定の残厚まで使用後の出銑樋から黒鉛含有不定形耐火物の施工体のサンプルを採取し、気孔率を測定し、両者で比較した。本発明例と従来とでは、黒鉛の配合量や水分の配合量などの条件を同一とした。
【００３５】
表１に、用いた黒鉛含有不定形耐火物の組成、水の配合比、内張り耐火物の損耗速度、施工体の気孔率を示す。尚、内張り耐火物の損耗速度はそれぞれの従来例を１００とした指数で表示している。
【００３６】
【表１】
2007223064.tif 000003
【００３７】
表１に示すように、本発明例では黒鉛含有不定形耐火物の種類に拘わらず、従来例に比べて施工体の損耗速度が遅く、長期間に亘って使用することができた。また、施工体の気孔率は本発明例では従来例に対して大幅に減少しており、気孔率からも本発明例では損耗速度が遅くなることを伺い知ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明方法は、溶融金属を保持する容器や溶融金属を流して通す樋などの内面の不定形耐火物の施工方法に有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態例を示す図であって、成型用の中子を使用せずに溶融金属保持容器の内張り耐火物を施工する例を示す概略図である。
【図２】図１に示すＡ部拡大図である。
【図３】フィルターパッドとトップカバーとの間隙を排気した状態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  溶融金属保持容器
２  鉄皮
３  永久張り耐火物層
４  施工体
５  フィルターパッド
５ａ  面状部材
５ｂ  突起部材
５ｃ  孔
６  トップカバー
７  パイプ
８  水分分離槽
９  真空ポンプ
１０  空間
【図１】
2007223064.tif 000004
【図２】
2007223064.tif 000005
【図３】
2007223064.tif 000006