(57)【要約】【課題】被施工体であるコークス炉に対して付着しやすく、炉内のガスをシールする性能にも優れており、使用後は被施工体であるコークス炉から容易に除去することが可能なガスシール吹付材と、その原料粉末を提供する【解決手段】コークス炉内で発生するガスが炉外に漏れるのを防ぐコークス炉ガスシール吹付材用の原料粉末であって、ゼオライトを含有し耐火性を有する多孔質骨材４０〜９０質量％と、粘土質の耐火性微粉１〜３４質量％とを含有するコークス炉ガスシール吹付材用の原料粉末である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉内で発生するガスが炉外に漏れるのを防ぐガスシール吹付材用の原料粉末であって、
ゼオライトを含有し耐火性を有する多孔質骨材４０〜９０質量％と、
粘土質の耐火性微粉１〜３４質量％とを含有するコークス炉ガスシール吹付材用の原料粉末。
【請求項２】
活性炭の粉末を０．５〜２０質量％をさらに含有する請求項１に記載のコークス炉ガスシール吹付材用の原料粉末。
【請求項３】
ガスシール吹付材用の原料粉末に対してＪＩＳＲ２５５３既定の標準添加水量の水を加えて機械で練り、４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍの型枠に流し込んで、１１０℃で２４時間焼成して得た試験片の硬度は、３０〜７０である請求項１又は２に記載のコークス炉ガスシール吹付材用の原料粉末。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか記載のコークス炉ガスシール吹付材用の原料粉末と水とを含有するガスシール材であって、含水量は２０〜９２質量％であり、残部が原料粉末であるコークス炉ガスシール吹付材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス炉に吹き付けてコークスガスの漏れを防ぐコークス炉ガスシール吹付材用の原料粉末及びコークス炉ガスシール用吹付材に関する。
【背景技術】
【０００２】
コークス炉は、石炭を炉内で乾留してコークスを製造する際に使用される。特許文献１に記載されているように、コークス炉は、複数の炭化室と複数の燃焼室とを備えている。各炭化室と各燃焼室とは、耐火煉瓦で構成した壁を介して隣接している。
【０００３】
炭化室に石炭を投入して炉蓋を閉じた状態で燃焼室で熱を発生させると、密閉された炭化室内で石炭が乾留されてコークスが得られる。乾留する際に、コークス炉の構造物に炉の内部と外部とを連通する亀裂などがあるとコークスガスが炉外に漏れてしまう。コークスガスには、一酸化炭素、メタン、及び硫化水素等が含まれているため、炉外に漏れると危険である。また、コークスガスが炉外へ漏れると炉内の温度が低下するので好ましくない。
【０００４】
特許文献１には、炉口と炉蓋との隙間をシール材によってシールする方法が記載されている。具体的には、硫酸アルミニウムとムライト質粉末と水とを混練して粘土状にして炉口のドアフレームと炉蓋との接触部に押し込むことが記載されている。
【０００５】
特許文献２には、アルミナ骨材３０〜７０重量％と炭化珪素骨材５〜６０重量％を含む炭化材料に、粒径２０μｍ以下のゼオライト０．０１〜３重量％と、２μｍ以下の超微粉シリカ０．５〜５重量％と、ＣａＯ＋Ａｌ２Ｏ３の含量が９９重量％以上のアルミナセメントをＣａＯ換算で０．５〜２重量％とを含有するアルミナ−炭化珪素耐火物が記載されている。この耐火物は、高炉出銑口、高炉樋、混銑車内貼り、窯炉等の補修に使用されるとされている。
【０００６】
特許文献３には、粒度調整した耐火性骨材に、水硬性セメント０．５〜５重量％と粒径２０μｍ以下でかつ比表面積が１ｍ２／ｇ以上の耐火性微粉末１〜１２重量％とゼオライト０．０１〜３重量％とを配合した不定形耐火物が記載されている。この不定形耐火物は低水分でありながら流動性に優れるとされている。
【０００７】
特許文献４には、５０μｍ以下の粒子が１００％を占め、その中２μ以下の粒子が５５重量％以上を占め、且つその比重が４．０以下である無機質粉粒体の一種又は二種以上の混合物を含むコークス炉用シール材が記載されている。実施例では、無機質粉粒体として、比重２．６で５０μｍ以下の粒子が１００％で、２μｍ以下の粒子が７４重量％のカオリンと、比重２．６で５０μｍ以下の粒子が１００％で、２μｍ以下の粒子が６８重量％以下の珪石とが実施例で挙げられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−７７２０４号公報
【特許文献２】特開平６−２１９８５４号公報
【特許文献３】特開平２−２６７１７１号公報
【特許文献４】特開平９−７８０５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１のシール方法では、手作業で炉口と炉蓋との間にシール材を詰め込む。コークス炉は巨大な構造物であるため、手作業でシール材を詰め込む作業は作業者の負担が大きい。また、施工箇所の温度が高いため作業者が火傷を負ったり熱中症になったりするおそれがある。さらに、炉内から噴出するガスを作業者が吸引し健康を害するおそれがある。
【００１０】
特許文献２及び特許文献３の耐火物は、バインダーとしてセメントを使用している。セメントは硬化すると極めて硬くなる傾向がある。このため一度硬化した耐火物は窯炉などの被施工体から容易には除去することができなくなる可能性がある。
【００１１】
特許文献４の耐火物は、水に対して安定して分散するようにするために骨材を配合しない。被施工体に対して耐火物を吹き付ける際に、骨材を配合していないと不定形耐火物が霧状に噴霧されるようになって吹き付けの作業性が低下する傾向がある。
【００１２】
本発明は、被施工体であるコークス炉に対して付着しやすく、炉内のガスをシールする性能にも優れており、使用後は被施工体であるコークス炉から容易に除去することが可能なガスシール吹付材と、その原料粉末を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
コークス炉内で発生するガスが炉外に漏れるのを防ぐガスシール吹付材用の原料粉末であって、ゼオライトを含有し耐火性を有する多孔質骨材４０〜９０質量％と、粘土質の耐火性微粉１〜３４質量％とを含有するコークス炉ガスシール吹付材用の原料粉末によって、上記の課題を解決する。以下、コークス炉ガスシール吹付材は、単にガスシール吹付材と称する。
【００１４】
上記の原料粉末は、原料粉末に対して水を混合することでコークス炉のガスシール吹付材として使用することができる。含水量は２０〜９２質量％であり、残部が原料粉末である。このガスシール吹付材は、原料粉末と水とを混合して被施工体に対して噴射する吹付機を用いてコークス炉に対して容易かつ確実に付着させることが可能であり、施工直後においては優れたガスシール性を発揮する。また、含水量の幅が広いため、水の添加量の管理が簡単である。一方で、施工してから時間が経過するとコークス炉内の熱などでガスシール材が乾燥して脆くなる。このため、スクレーパーなどの除去具で外力を加えることで容易に被施工体からガスシール材を除去することができる。したがって、コークスガスが多量に発生する乾留初期においては優れたガスシール性能を発揮し、乾留が終わった後には被施工体からガスシール吹付材を除去具などでコークス炉を損傷させることなく除去することができる。乾留後においてガスシール吹付材は容易に除去することができるので、除去しきれずに被施工体に残留したガスシール吹付材が、ナイフエッジなどのコークス炉の構造的に脆弱な部分を損傷して気密性を損なうことを防止することができる。
【００１５】
原料粉末は、活性炭の粉末０．５〜２０質量％をさらに含有することが好ましい。これにより、万が一、ガスシール吹付材に亀裂が入るなどして炉内のコークスガスが漏れ出しそうになったときにコークスガスに含まれる有害物質を吸着することが可能になる。
【００１６】
ガスシール吹付材用の原料粉末に対してＪＩＳＲ２５５３既定の標準添加水量の水を加えて機械で練り、４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍの型枠に流し込んで、１１０℃で２４時間焼成して得た試験片の硬度は、３０〜７０とすることが好ましい。これにより、被施工体であるコークス炉にガスシール吹付材を施工してから時間が経過した後にガスシール吹付材を自壊させて、コークス炉から容易にガスシール吹付材を除去することが可能になる。
【発明の効果】
【００１７】
被施工体であるコークス炉に対して付着しやすく、炉内のガスをシールする性能にも優れており、使用後は被施工体であるコークス炉から容易に除去することが可能なガスシール吹付材と、その原料粉末を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ガスシール吹付材の吹付機の一例を模式的に示した図である。
【図２】コークス炉の一例を示す横断面図である。
【図３】図２の一点鎖線で囲んだ領域を拡大して示した拡大断面図である。
【図４】ガスシール吹付材の物性を評価するのに使用した評価装置の正面図である。
【図５】図４の評価装置をバーナー炉に嵌めた状態を示す断面図である。
【図６】接着曲げ強さの測定に使用した試験装置を示す部分的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態について説明する。本実施形態のガスシール吹付材用の原料粉末は、コークス炉内で発生するコークスガスがコークス炉外に漏れるのを防ぐために使用するガスシール吹付材用の原料粉末である。この原料粉末は、ゼオライトを含有し耐火性を有する多孔質骨材４０〜９０質量％と、粘土質の耐火性微粉１〜３４質量％とを含有する。
【００２０】
本実施形態の原料粉末は、水と混合することで粘性を帯びて、ガスシール吹付材として使用することができる。原料粉末に対して混合する水の量は、ガスシール材の重量に対する水の重量が２０〜９２質量％とすることが好ましく、２０〜５０質量％とすることがさらに好ましく、２０〜４０質量％とすることが特に好ましい。本実施形態のガスシール吹付材は、適度な粘性を呈するため、例えば、図１に示したような、吹付機１を使用して、ガスシール吹付材を被施工体であるコークス炉に吹き付けるガスシール吹付材の吹付方法によって炉内のガス漏れを防ぐことができる。
【００２１】
吹付機１は、ホッパ１１及びエジェクタ１２に圧縮空気を供給する圧縮空気の供給源１３と、原料粉末を貯留するホッパ１１と、ホッパ１１に貯留された原料粉末を吸引可能に構成されたエジェクタ１２と、給水部１４と、エジェクタ１２から供給された原料粉末と給水部１４から供給される水とを混合するノズル１５とを備える。供給源１３から供給された圧縮空気は、分岐部１６、圧力調整バルブ１７及びルプリケーター１８を経て、エジェクタ１２に流入して負圧を生じさせて原料粉末をエジェクタ１２内に吸引する。エジェクタ１２から噴出した圧縮空気と給水部１４から供給された水とはノズル１５で混合されて、ノズル１５から被施工体に向けて噴出する。圧縮空気は、分岐部１６において分岐し、圧力調整バルブ１９を経てホッパー１１内に流入し、ホッパー１１内の圧力を調節することが可能である。ホッパー１１内の圧力は、圧力計２０の数値を基にして、圧力逃し弁２１を操作して調節することができる。ホッパー１１内に圧縮空気を送り込むことで原料粉末に対して押し圧を掛けることによりエジェクタ１２内に定量的に原料粉末を搬送することができる。また圧力調整バルブ１９は原料粉末に対する押し圧を調整することで搬送量を変化させることができる。
【００２２】
本実施形態では、図３において矢印で示したように、上記のようにして水と原料粉末とを混合して得たガスシール吹付材をコークス炉のドアフレームと炉蓋のナイフエッジとの接点及びその周辺部分に吹き付ける。図２にコークス炉２の横断面の一例を示す。図２に示したように、コークス炉２は、複数の燃焼室２２と、各燃焼室の間に介在する炭化室２３とを備える。炭化室２３は、その正面側と背面側とに開口を備えている。正面側と背面側との開口が連通する空間が炭化室２３となる。正面側の開口及び背面側の開口には、それぞれ炉蓋２４を嵌めて炭化室２３の正面側及び背面側の開口を閉じる。
【００２３】
炉蓋２４は、炭化室２３の開口に嵌め込まれる耐火性ブロック２５と、耐火性ブロック２５の背面に固定される座金２６と、耐火性ブロック２５と座金２６との間に固定されるナイフエッジ２７とを含む。コークス炉２の開口の周縁部にはドアフレーム２８が固定されており、ナイフエッジ２７の先端がドアフレーム２８の正面に密着して、気密性を発揮する。ドアフレーム２８には、ドアフレーム２８からその正面側に突出する閂受２９が設けられており、炉蓋２４に対して固定した閂３０を閂受２９の凹部３１に嵌め込むことによって、炉蓋２４をコークス炉２の開口に対して固定する。
【００２４】
図２のようなコークス炉２では、ナイフエッジ２７によって気密性を確保する。炉内は１０００℃から１２００℃もの高温になるため、ナイフエッジ２７が熱によって寸法変化して炉内のガスが漏れることがある。また、炉蓋２４を使用し続けるとナイフエッジ２７が摩耗や損傷によって変形して炉内のガスが漏れることがある。このため、ナイフエッジ２７及びその周辺に耐火物を充填するなどして気密性を補う必要がある。
【００２５】
例えば、ナイフエッジ及びその周辺に耐火性を備え、セメントを含有する不定形耐火物を吹き付けて固化させて気密化を図ることが考えられる。係る不定形耐火物はセメントを含むため、迅速に固まることで強度を高めて効率的にガス漏れが防止できるように思われれる。しかしながら、本発明者らが検討したところ、セメントを含有する不定形耐火物をナイフエッジ及びその周辺に吹き付けると、前回の乾留で固着した不定形耐火物がドアフレームのシール面に固着して凹凸を形成し、当該凹凸がナイフエッジとドアフレームの間の気密性を損なうことがわかった。さらにドアフレームのシール面に強固に固着した不定形耐火物が、ナイフエッジに接触して、ナイフエッジを歪めたり欠損させたりして気密性の低下を助長することもある。そして、気密性が損なわれてコークス炉から炉内のガスが漏れているときには、高温のガスが勢いよく噴出するようになる。このようなときに作業者がガス漏れ箇所に近づくと火傷を負ったり、コークスガスを吸引するおそれがあり好ましくない。
【００２６】
一方で、シャモットの骨材及びその微粉、粘土、並びに増粘剤からなり、セメントを含有しない不定形耐火物を吹き付けようとしても炉内から噴き出すコークスガスの勢いに阻まれて、不定形耐火物が被施工箇所に付着しにくいことがある。また、このような不定形耐火物では、不定形耐火物に含まれる水が急速に蒸発して、不定形耐火物に多数の気泡を生じさせて、ガスシール性を著しく低下させることがある。
【００２７】
本実施形態のガスシール吹付材は、被施工箇所対する付着性が良好であり、例えば、上記の吹付装置のノズルを被施工所に向けてガスシール吹付材を吹き付けることによって、被施工箇所にガスシール吹付材を肉盛りするようにして容易に付着させることが可能である。
【００２８】
本実施形態のガスシール吹付材は、吹付後３時間程度で水が蒸発して、干上がった水田の土のようにひび割れた状態となる。この状態のガスシール吹付材は、スクレーパーなどで小突くと簡単に剥がすことができる。ナイフエッジ及びその周辺に吹付ても、スクレーパーなどで小突く等することによって簡単に剥がすことができるので、ガスシール吹付材によってナイフエッジを損傷させることを防ぐことができる。コークスの乾留では、乾留開始後１時間から２時間程度でコークスガスの発生量が最も大きくなり、その後はコークスガスの発生量が少なくなる。本実施形態のガスシール材は、コークスガスの発生が最も増加して炉内のガス圧が高くなる時間帯である乾留初期おいては優れたガスシール性能を発揮し、乾留終盤において炉内のガス圧が低下すると乾燥して脆弱化して容易に剥がすことができる状態となる。
【００２９】
多孔質骨材は、ゼオライトを含有するものであることが好ましく、ＪＩＳＲ１６２８で測定したかさ密度が０．６〜０．９ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。また、多孔質骨材は、ＪＩＳＲ２２１６に基づいて測定した強熱減量が３〜１０質量％であることが好ましい。ゼオライトを含有する多孔質骨材としては、例えば、天然ゼオライトの粉粒体や合成ゼオライトの粉粒体を使用することができる。このうち天然ゼオライトは、安価で、粒度分布の調整が容易であるので好ましい。多孔性骨材の粒径は、吹き付ける際にガスシール材が霧状にならない程度の粒径とすればよく特に限定されないが、例えば、粒径が２μｍよりも大きいものであることが好ましく、８０μｍよりも大きいものであることがより好ましい。そして、多孔質骨材は、粒径が５０００μｍ未満のものであることが好ましく、粒径が１９００μｍ未満のものであることがより好ましい。そして、ガスシール吹付材用の原料粉末における多孔質骨材の含量は、４０質量％〜９０質量％であることが好ましく、５０〜８５質量％であることがより好ましく、６０〜８５質量％であることがさらに好ましい。
【００３０】
粘土質の耐火性微粉は、耐火性を備えており、水と混合されると粘性を帯びるものであれば、特に限定されない。例えば、カオリナイト、モンモリロナイト、ゼオライト、及びパーライトからなる群から選ばれる少なくとも１種以上の鉱物の微粉を使用することが好ましい。耐火性微粉の粒径は特に限定されないが、例えば、粒径が２μｍ以下であることが好ましく、粒径が０．１ｎｍ以上であることが好ましい。耐火性微粉としては、カオリナイト、モンモリロナイト、及びゼオライトからなる群から選ばれる少なくとも１種以上の鉱物の微粉であって、ゼオライトを必須成分として含有するものを使用することがより好ましい。ゼオライトの微粉は、スラリーがほぼ静止した状態における剪断粘度が高いため、ガスシール吹付材の付着性を向上させることができる。ゼオライトの微粉として天然ゼオライトの微粉及び合成ゼオライトの微粉を使用することができるが、上述と同様に天然ゼオライトを使用することが好ましい。粘土質の耐火性微粉の含有量は、１〜３４質量％であることが好ましく、１０〜３４質量％であることがより好ましく、１８〜３４質量％であることがさらに好ましく、２２〜３４質量％であることが特に好ましい。
【００３１】
粘土質の耐火性微粉は、粘弾性測定装置で求めた剪断速度（１/ｓ）＝０.０３の静止状態に近似した状態における剪断粘度（Ｐａ・ｓ）が１５〜３５のものを使用することが好ましく、１８〜３２のものを使用することがより好ましい。
【００３２】
ガスシール用吹付材用の原料粉末は、活性炭の粉末を０．５〜２０質量％含有するものであることが好ましい。活性炭を配合することで、ガスシール吹付材を吹き付けた部分から、万が一、炉内のガスが漏れたとしても、活性炭の細孔に噴出したコークスガスに含まれる有害物質を吸着させて、炉外に有害物質が漏れ出すことを防ぐことができる。
【００３３】
ガスシール吹付材は、ガスシール吹付材用の原料粉末に対してＪＩＳＲ２５５３既定の標準添加水量の水を加えて機械で練り、４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍの型枠に流し込んで、１１０℃で２４時間焼成して得た試験片の硬度は、３０〜７０であることが好ましく、４０〜６５であることがより好ましく、５０〜６０であることがさらに好ましい。
【００３４】
本実施形態のガスシール吹付材用の原料粉末は、水と混合して、吹き付けたガスシール吹付材が団子状に肉盛りするようにして使用することが好ましい。原料粉末と水との混合は、上記の吹付機を使用して行えば、混合作業と吹付作業とを一度の操作で終えることができるので好ましい。吹付機のノズルから吐出される本実施形態のガスシール吹付材は、被施工箇所に吹き付けると肉盛溶接を行うように次々とガスシール吹付材が被施工箇所に盛っていき定着する。このため、液垂れによるロスや吹付材が跳ね返されたり拡散したりすることによるリバウンドロスがほとんどない。
【００３５】
ガスシール吹付材に対してＪＩＳＲ２５５３に規定の標準添加水量に対応する水を加えて機械で練って得た焼成後の試験片におけるＪＩＳＲ２５５３による圧縮強さは、２．０〜１０．０ＭＰａであることが好ましく、３．０〜８．０ＭＰａであることがより好ましい。
【実施例】
【００３６】
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３７】
［実施例１ないし８］
表１に記載した重量比で、粗粒であるゼオライトと、多孔質骨材であるゼオライトと、粘土質の耐火性微粉であるゼオライトと、同じく粘土質の耐火性微粉であるカオリナイトと、同じく粘土質の耐火性微粉であるモンモリロナイトと、機能性粉末である活性炭とを混合して、コークス炉のナイフエッジ部分に吹き付けるガスシール吹付材用の原料粉末を作製した。
【００３８】
粗粒であるゼオライトは、市販の粒径が１９００μｍよりも大きくかつ４０００μｍ以下の天然ゼオライトの粒体を使用した。なお、粒径の範囲を以て記載するときは粒度分布の下限値と上限値を示し、以下において同様とする。多孔質骨材のゼオライトは、市販の粒径が２μｍよりも大きくかつ１９００μｍ以下の天然ゼオライトの粉粒体であり、ＪＩＳＲ１６２８で測定したかさ密度は０．８６４ｇ／ｃｍ３である。粘土質の耐火性微粉のゼオライトは、市販の粒径が２μｍ以下の天然ゼオライトの微粉であり、ＪＩＳＲ１６２８で測定したかさ密度は比重は０．６８１ｇ／ｃｍ３である。粘土質の耐火性微粉であるカオリナイトは、市販の粒径が２μｍ以下のカオリナイトの微粉を使用した。粘土質の耐火性微粉であるモンモリロナイトは、市販の粒径が２μｍ以下のモンモリロナイトの微粉を使用した。機能性粉末である活性炭は、市販の粒径が２３６０μｍ以下の活性炭の粉粒体を使用した。表１記載の配合量は全て質量％であり、以下の表においても同じである。
【００３９】
【表１】
2017190385.tif 000003
【００４０】
［実施例９］
粘土質の耐火性微粉として、ＪＩＳＲ１６２８で測定したかさ密度０．８０２ｇ／ｃｍ３で粒径が２μｍ以下であるパーライトの微粉を使用したほかは実施例２と同様にして、ガスシール吹付材用の原料粉末を作製した。
【００４１】
【表２】
2017190385.tif 000004
【００４２】
［比較例１］
粒径が１９００μｍ以下かつ２μｍよりも大きいシャモットの骨材と、粒径が２μｍ以下のシャモットの微粉と、粒径が２μｍ以下のカオリナイトと、ホウ素と、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）と、デンプンとを表３に記載の割合で混合してガスシール吹付材用の原料粉末を作製した。
【００４３】
［比較例２］
粒径が１９００μｍよりも大きく、かつ４０００μｍ以下のシャモットの粗粒と、粒径が１９００μｍ以下でかつ２μｍよりも大きいシャモットの骨材と、粒径が２μｍ以下のシャモットの微粉と、粒径が２μｍ以下のカオリナイトと、アルミナセメントの粉末と、粒径が０．１〜１．０μｍのシリカの超微粉とを表３に記載の割合で混合してガスシール吹付材用の原料粉末を作製した。
【００４４】
【表３】
2017190385.tif 000005
【００４５】
［比較例３ないし５］
原料は実施例１ないし８と同じものを使用し、配合比を表４のように変更したほかは実施例１ないし８と同様にしてガスシール吹付材用の原料粉末を作製した。
【００４６】
【表４】
2017190385.tif 000006
【００４７】
［比較例６ないし９］
原料を表５のように変更して各原料を混合してガスシール吹付材用の原料粉末を作製した。パーライトの骨材は粒径が１９００μｍ以下でかつ粒径が２μｍよりも大きく、ＪＩＳＲ１６２８で測定したかさ密度が０．２１０ｇ／ｃｍ３の市販品を使用した。ゼオライトの骨材は、実施例１と同様のものを使用した。断熱シャモットの骨材は、粒径が２０００μｍ以下でかつ粒径が２μｍよりも大きく、ＪＩＳＲ１６２８で測定したかさ密度が１．０７４ｇ／ｃｍ３の市販品を使用した。断熱シャモットは、シャモットを高温加熱することによって製造される多孔質の耐火物である。高温で加熱することによって結晶構造が崩壊・活性化して多孔質化する。粘土質の耐火微粉であるゼオライトは実施例１と同じものを使用し、粘土質の耐火微粉であるパーライトは実施例９と同じものを使用した。
【００４８】
【表５】
2017190385.tif 000007
【００４９】
［評価装置］
図４及び図５に示した評価装置３を作製して、各実施例及び各比較例のガスシール吹付材用原料粉末と水とを混合して得たガスシール吹付材の物性を評価した。
【００５０】
評価装置３は、コークス炉の炉蓋におけるナイフエッジ部分の間隙を再現したものである。すなわち、正面側に配されており、その正面側と背面側を貫通する１．５ｍｍ幅のスリット３２を備える鋼板３３と、鋼板３３の背面側に配されており、バーナー炉の炉口に嵌め込み可能に構成した耐火煉瓦３４と、鋼板３３及び耐火煉瓦３４を正面側から背面側へと貫通し、耐火煉瓦の背面側において巻回された銅管３５とを備える。
【００５１】
図５に示したように、評価装置３の耐火煉瓦３４を、バーナー炉３６の炉口３７に嵌め込んだ状態で、バーナー炉内の温度を上昇させた。鋼板３３の正面側の銅管３５の一端にブロア３８を接続して、加圧空気を銅管内に供給した。銅管３５の他端は鋼板３３に設けたスリット３２と連通しており、銅管内に供給した加圧空気は、図５において矢印で示したように、スリット３２の正面側から噴き出すようになっている。銅管１４は、巻回部分３８を備えており、銅管内に供給された加圧空気は巻回部分３８で加熱されてスリット３２から噴き出す。レギュレーター３９によって、加圧空気の圧力を０．１ＭＰａになるように調整して、コークス炉のガス圧を再現した。コークス炉のナイフエッジとドアフレームの間の温度は約２５７℃である。試験装置３の鋼板３３の正面側の温度を測定したところ、約２６３℃であり、コークス炉を環境を再現することができた。
【００５２】
図１に示した吹付機１を使用して、各実施例及び各比較例に係るガスシール用吹付材の原料粉末と水とを混合しながら、評価装置１のスリット３２にノズルを向けてガスシール吹付材を吹き付けた。各実施例については、各実施例の原料粉末と水とを含水量が２５〜３３質量％となるように混合した。比較例１については、比較例１の原料粉末と水とを１７質量％となるように混合した。比較例２については、比較例２の原料粉末と水とを含水量が１０質量％となるように混合した。いずれも、水以外の残部は原料粉末である。
【００５３】
それぞれのガスシール吹付材について、被施工体である評価装置の鋼板に対する付着しやすさ（付着性）、ガスをシールする性能（ガスシール性）、ガスシール吹付材を施工してから３時間が経過した時点でガスシール吹付材がひび割れて自然に壊れ始めるかどうか（自壊性）、ガスシール吹付材を吹き付けた際にガスシール吹付材が拡散したり跳ね返ったりせずに被施工箇所に肉盛りするかどうか（施工体肉盛り）、ガスシール吹付材を吹き付ける際の作業の行いやすさ（吹付作業性）について、感応評価を行った。結果を表１ないし表５に示す。表中において二重丸は成績が極めて優れていたことを示し、丸は二重丸よりは成績が劣るものの優れた物性を示したことを示し、三角は丸よりは成績が劣るが製品としては許容できる範囲の物性であったことを示し、バツは成績が劣り製品としては全く許容できない物性であったことを示す。
【００５４】
実施例１ないし９に係るガスシール吹付材は、被施工体である評価装置１のスリットから高温の圧縮空気が勢いよく噴出しているにもかかわらず、肉盛溶接を行うようにガスシール吹付材が次々と付着して、スリットを覆い隠すことが容易であった。また、鋼板は垂直な面であるにもかかわらず、一度付着したガスシール用吹付材が垂れ落ちることもなかった。このことから、実施例１ないし９に係るガスシール吹付材は付着性、施工体肉盛、及び吹付作業性において優れていることがわかった。
【００５５】
各実施例のガスシール吹付材を施工した後のスリットを観察したところ、付着したガスシール吹付材に水蒸気による気泡などはなく、ガスシール吹付材に手を近づけても加圧空気が漏れている様子はなかった。各実施例のガスシール吹付材を施工してから３時間が経過した後にガスシール吹付材を観察したところ干上がった水田の土のようになってひび割れていた。ひび割れたガスシール吹付材をスクレーパーで小突くと容易に剥がすことができた。このことから、実施例１ないし９に係るガスシール吹付材は気密性及び自壊性に優れることが確認された。優れた気密性を発揮する詳細な機構は不明であるが、ゼオライトがガスシール吹付材に含まれる水を吸着して徐々に揮発させるため、気泡が形成され難いためであると推測される。また、自壊性に優れるのはゼオライトが多孔質であり脆いためであり、また水の配合量が多くできることからガスシール吹付材が乾燥した際に体積が小さくなるためであると推測される。
【００５６】
比較例１に係るガスシール吹付材は、スリットを備える鋼板に吹き付けた直後に圧縮空気に押されてガスシール吹付材が剥がれ落ちていった。繰り返し吹き付けることでなんとかスリットを塞ぐことができたが、ガスシール吹付材を施工してから数分経過後には水蒸気による小さな気泡がガスシール吹付材に無数に形成されており、そこから圧縮空気が漏れ出していることが確認された。比較例１に係るガスシール吹付材は、自壊性自体はあるものの、接着強度が強いため完全に被施工体から剥がし去るには時間を要した。
【００５７】
比較例２に係るガスシール吹付材は、付着性は良好であった。しかし、加圧空気の出口が全くないためか、ガスシール吹付材の強度が小さい施工箇所から圧縮空気が漏れ出していることが確認された。ガスシール吹付材を施工してから３時間が経過した後にガスシール吹付材を観察したところ硬く硬化しており、スクレーパーなどで小突いた程度では全くガスシール吹付材を剥がすことはできなかった。これとは別に、アルミナセメントの配合量を少なくして強度を落としたガスシール吹付材を吹き付けてみたが、この場合は鋼板にガスシール材を付着させることが難しかった。
【００５８】
比較例３、比較例４、比較例５、比較例６、及び比較例９に係るガスシール吹付材は、付着性、ガスシール性、施工体肉盛、及び吹付作業性において、満足できる結果が得られなかった。これらの比較例では、ガスシール吹付材が鋼板に定着せず被施工部分の周りに散ってしまい付着し難かった。さらに、ガスシール吹付材を吹き付ける際に吹付装置が脈動してガスシール吹付材が詰まりそうになったり、脈動によって均一に吹き付けることが難しく吹付の作業性が悪かった。比較例７及び比較例８に係るガスシール吹付材は、ガスシール吹付材の肉盛が悪く繰り返し吹付作業を行う必要があり作業性に劣る結果であった。
【００５９】
［剪断粘度の測定］
上記の各実施例で使用した粘土質の微粉の剪断速度（１/ｓ）＝０.０３の静止状態に近似した状態における剪断粘度（Ｐａ・ｓ）をレオメーターと呼ばれる粘弾性測定装置（Anton  Paar製のMCR301）を測定した。静止状態における剪断粘度は付着性と相関がある。測定は、実施例１で使用したゼオライト、実施例１で使用したカオリナイト、及び実施例８で使用したモンモリロナイトの各微粉に対して稠度（ＪＩＳＲ２５０６）が同一値である２８０となる量の水を添加して測定試料を作成した。資料の大きさは測定冶具の円盤と試料載置台との間隙値を１ｍｍとしたときに、測定冶具の円盤から試料がはみ出すようにした。測定条件は以下のとおりである。
測定時の試料温度：２５℃
測定冶具の円盤と資料載置台との間隙値：１ｍｍ
測定冶具の円盤の直径：２５ｍｍ
剪断速度：０．０３（１/ｓ）
【００６０】
測定の結果、カオリナイトの剪断粘度は２１．０Ｐａ・ｓであり、モンモリロナイトの剪断粘度は２４.５Ｐａ・ｓであり、ゼオライトの剪断粘度は３０．０Ｐａ・ｓであり、記載した順に剪断粘度が大きくなることがわかった。この結果から、ゼオライトの微粉を配合すると粘性が高くなり付着性が向上するとの知見が得られた。
【００６１】
［強熱減量の測定］
各実施例及び各比較例で使用した骨材の有機物含量を知るために強熱減量を測定した。測定は、ＪＩＳＲ２２１６の強熱減量の測定方法にしたがって、ゼオライトの骨材、パーライトの骨材、及び断熱シャモットの骨材のそれぞれについて強熱減量（質量％）を求めた。
【００６２】
測定の結果、ゼオライトの骨材の強熱減量は５．３３質量％であり、パーライトの骨材の強熱減量は０.９７質量％であり、断熱シャモットの強熱減量は０．２９質量％であった。この結果からゼオライトの骨材が最も有機物含量が高いことがわかった。ゼオライトを骨材として使用すると、コークス炉内の炉熱で有機物が燃焼することによってゼオライトの骨材がより多孔質化する。これによって、炉熱に曝されてた後においてガスシール材の自壊性がより高くなっていると推測される。
【００６３】
次に、各実施例及び比較例１及び２に係るガスシール吹付材用の原料粉末を用いて試験片を以下に示す方法で作成し、試験片の硬度と接着曲げ強さと圧縮強さとを測定した。
【００６４】
［硬度の測定］
実施例並びに比較例１及び２に係るガスシール吹付材用の原料粉末ＪＩＳＲ２５５３既定の標準添加水量の水を加えて機械で練り、４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍの型枠に流し込んだ。型枠ごと１１０℃で２４時間焼成して冷却した後、ＪＩＳＫ６２５３準拠のTECLOCK製の硬度計（デュロメータ）（７２０Ｒ  ＴＹＰＥ  Ｄ）を使用して硬度を測定した。加圧面密着後、指示値読み取りまでの時間は１秒以内であり、測定時の温度は室温である。各実施例の試験片の硬度は５０〜６０の範囲であった。それに対して比較例１の試験片の硬度は７７.３であり、比較例２の試験片の硬度は９０であった。試験片を目視で比較したところ、各実施例に係る試験片は、大小の亀裂が無数に入っており干からびた水田の土のようになっていた。比較例１及び２の試験片では、亀裂はほとんど観察されなかった。この結果からも各実施例のガスシール吹付材は自壊性に優れることがわかる。
【００６５】
［試験片の接着曲げ強さの測定］
各実施例並びに比較例１及び２に係るガスシール吹付材用の原料粉末に対して水を混合して、円筒状の成形型に混合物を充填して突き固めてコテで混合物の上端が成形型の上端の高さになるようにならした。円筒状の平面及び底面は開口となっている。図６に示したように、円筒状の成形型４０の底面には固定板４１が敷かれており、成形型４０の中に納められた混合物は固定板４１に接着するようになっている。固定板４１には円筒状の成形型４０の延在方向に沿って延びる側壁板４２が固定される。これを成形型４０ごと養生箱で養生した。養生した試験片を乾燥させて乾燥後の試験片を得た。乾燥後の試験片を焼成、冷却して焼成後の試験片を得た。
【００６６】
乾燥後の各試験片と焼成後の各試験片について、オートグラフ測定試験によって接着曲げ強さを求めた（ＪＩＳＲ２５５３）。接着曲げ強さ（Ｔｒ）は、次式により求めた。ただし、ｗは最大荷重（Ｎ）、ｌはスパン（ｍｍ）、ｂは試験片の幅（ｍｍ）、ｄは試験片の厚さ（ｍｍ）である。
Ｔｒ＝３ｗｌ÷２ｂｄ２
オートグラフ測定試験では、図６に示したように、図示しない試験装置に対して、固定板４１が垂直になるように固定する。固定板４１と平行に加圧具４３を降ろして円筒状の試験片の中央に４．０８ｋＮ／分の等加速で荷重を加える。各実施例に係る乾燥後の試験片の接着曲げ強さは０.００４〜０．０２０ＭＰａであった。そして、各実施例に係る焼成後の試験片の接着曲げ強さは０〜０．０１７ＭＰａであった。一方、比較例１に係る乾燥後の試験片の接着曲げ強さは０．００１ＭＰａであり、焼成後の試験片の接着曲げ強さは０．９６４ＭＰａであった。そして、比較例２に係る乾燥後の試験片の接着曲げ強さは０．０１７ＭＰａであり、焼成後の試験片の接着曲げ強さは０．０３４ＭＰａであった。比較例１及び２に係るガスシール吹付材では、炉熱などの高温にさらすことによって乾燥すると、被施工体に対する接着強度が上昇して被施工体から剥がれ難くなることが確かめられた。
【００６７】
一方で、各実施例に係るガスシール吹付材は、乾燥すると接着強度が低下する傾向があることがわかる。このことから各実施例に係るガスシール吹付材は炉熱などの高温にさらすことによって乾燥すると、被施工体から剥がしやすくなる。
【００６８】
［圧縮強さの測定］
４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍの成形型にグリスを塗布する。各実施例並びに比較例１及び２のガスシール吹付材用の原料粉末に対してＪＩＳＲ２５５３に既定の標準添加水量に対応する水を加えて機械で練り、グリスを塗布した成形型の１/２まで流し込みによって詰めて、突き棒を用いて３０回突いた。続いて、成形型の上端まで混練物を詰めた後コテを用いて上端を型枠の高さまでならした。成形型を養生箱で２４時間養生した。養生後に、脱枠して試験片を３０℃にて２４時間乾燥した。乾燥したものを１１０℃で２４時間焼成した後１０時間冷却した。焼成後の各試験片について、ＪＩＳＲ２５５３の曲げ強さ試験を行った。曲げ強さ試験では、各試験片の中央に４．０８ｋＮ/分の等加速で荷重を加えた。ＪＩＳＲ２５５３の圧縮強さ試験にしたがって、曲げ強さ試験後の試験片の両反切れについて、試験片の片側面の中央に４１．２２ｋＮ/分の等加速にて荷重を加えた。Ｃ＝Ｗ/４ｂによって圧縮強さＣ（ＭＰａ）を求めた。ただし、Ｗは最大荷重の平均値（Ｎ）であり、ｂは試験片の幅（ｍｍ）である。
【００６９】
各実施例の原料粉末を使用して作製した焼成後の試験片の圧縮強さは、３．０〜９．０ＭＰａ程度であった。一方、比較例２の圧縮強さは、２９．２ＭＰａであり、比較例１の圧縮強さは３．４ＭＰａであった。比較例２に係るガスシール吹付材は、各実施例に係るガスシール吹付材よりも強度が高く圧縮力に対して壊れ難いことが明らかとなった。
【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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