(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロックウール粒状綿３〜４０質量％、残部がセメントおよび無機質軽量骨材を主体とした断熱質不定形耐火物を、断熱質不定形耐火物に対する外掛けで水分５〜２５質量％添加し混合して予め湿潤させた後、圧送管に送り出し、さらにノズル手前で施工水を断熱質不定形耐火物に対する外掛けで１５０〜３００質量％添加して吹付けることを特徴とした、工業窯炉用断熱質不定形耐火物の吹付け施工方法。
【請求項２】
ロックウール粒状綿の主体部分の粒径が３〜１５０ｍｍである請求項１記載の工業窯炉用断熱質不定形耐火物の吹付け施工方法。
【請求項３】
無機質軽量骨材がバーミキュライト、パーライト、膨張頁岩、軽石、シラスバルーン等の発泡耐火原料である請求項１または２記載の断熱質不定形耐火物の吹付け施工方法。
【請求項４】
施工水が温水である請求項１、２または３記載の断熱質不定形耐火物の吹付け施工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種工業窯炉の断熱層形成に使用する工業窯炉用断熱質不定形耐火物の吹付け施工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無機質軽量骨材とセラミックファイイバーを主材とした不定形耐火物は、微細空隙の内在による空気断熱によって優れた断熱性を発揮する。その具体的な材質は、例えば特開２００１−３９７７５号公報、特開２０００−２０３９５１号公報、特開平６−８７６６６号公報等に提案されているとおりである。
【０００３】
この断熱質不定形耐火物の施工手段として吹付け施工方法がある。吹付け手段は前記した各公報の他、特開２００１−１２８６７号公報においても提案されている。
【０００４】
吹付け施工は流し込み施工方法のように型枠を必要とせず、施工が迅速かつ経済的である。
【０００５】
不定形耐火物の吹付け施工方法には大別して湿式と乾式とがある。湿式は予め施工水を添加混練した不定形耐火物を吹付ける方法である。乾式は不定形耐火物を粉体の状態でノズルに向けて送り出し、ノズル先端で施工水を添加して吹付けるものである。
【０００６】
湿式法は不定形耐火物を予め混練することから、混練して造り置きした不定形耐火物が施工前に固化する、あるいはノズル内で不定形耐火物が硬化するノズル詰まりが生じやすい。これに対し乾式はこのような問題もなく、吹付け施工方法の主流である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
断熱質不定形耐火物は、微細空隙の内在で断熱効果を有するものであるから、断熱機能を向上させようとすると微細空隙の割合が増え、かさ密度が小さくなる。セラミックファイイバーのうちでもロックウール粒状綿を混入した高断熱質不定形耐火物は、この微細空隙の組織が大きな塊で内在することになり、かさ密度が特に小さい。
【０００８】
しかし、ロックウール粒状綿を混入した断熱質不定形耐火物はかさ密度が小さいために自重が不足し、従来の乾式施工では材料タンクから圧送装置への供給がスムーズでなく、ノズルからの噴出が息継ぎ等の弊害で施工効率の低下、吹付け施工体組織の不均一等の問題が生じている。また、ロックウール粒状綿が吹付け応力で圧縮され、その分、粒状綿のかさ密度が小さくなり、粒状綿がもつ断熱効果が損なわれる。
【０００９】
一方、湿式は予め混練することで不定形耐火物組織に施工水を含み、不定形耐火物は自重が増すことで材料タンクから圧送装置への供給が容易となる。しかし、粒状綿を含む不定形耐火物は混練物に調整すると、粒状綿の摩擦抵抗が大きくなるためか圧送抵抗が急激に高くなり、ノズル詰まりによって施工効率が著しく低下する。
【００１０】
そこで、本発明は、搬送・吹付け時の供給不良やノズル詰まりなどのトラブルを生じることなく高断熱性の施工体を形成することができる工業窯炉用断熱質不定形耐火物の吹付け施工方法を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明はロックウール粒状綿３〜４０質量％、残部がセメントおよび無機質軽量骨材を主体とした断熱質不定形耐火物を、断熱質不定形耐火物に対する外掛けで水分５〜２５質量％添加し混合して予め湿潤させた後、圧送管に送り出し、さらにノズル手前で施工水を断熱質不定形耐火物に対する外掛けで１５０〜３００質量％添加して吹付けるものである。
【００１２】
本発明の施工方法は、基本的には乾式法に相当する。断熱質不定形耐火物は湿潤によって重量を増し、材料タンクから圧送装置への供給が良好となる。
【００１３】
粒状綿を含む不定形耐火物を使用するが、湿潤状態で不定形耐火物を圧送管に送る出すため、不定形耐火物を予め混練して泥しょう状に調整する湿式に比べて圧送抵抗が小さく、ノズル閉塞の問題はない。
【００１４】
本発明では不定形耐火物を予め湿潤させておくことで、吸水性の高い粒状綿が湿潤水を先行して吸水する。水分は空気と違って可縮性がなく、粒状綿はこの水分を吸水することで圧送応力および吹付け応力に対抗することで、扁平化あるいは体積収縮が抑制される。その結果、粒状綿は不定形耐火物を吹き付けた後も吹き付け施工体組織内において密度を低く保ち、施工体の断熱性を向上させる。
【００１５】
吹付け施工方法には、一般的ではないが前記した乾式と湿式の他に、本発明の方法と同様に予め湿潤させた後、圧送し、ノズル手前で施工水を添加して吹付ける方式が知られている。しかし、そこでの目的は施工時の発塵防止である。また、溶融金属容器の内張り補修を対象とした緻密質不定形耐火物の施工である。本件発明のようにロックウール粒状綿を含む断熱性不定形耐火物の施工例はないし、ましてや、その施工において粒状綿の扁平化あるいは体積収縮の抑制することで断熱性を向上することは知られていない。
【００１６】
本発明の吹付け方法は、断熱性不定形耐火物の付着性にも優れている。吹付け施工は吹付け時の跳ね返り損失が避けられないが、本発明では不定形耐火物を予め湿潤させておくことで耐火性骨材の微粉部分が粒状綿の繊維組織に充填し、耐火性骨材と粒状綿とがより一体化し、付着性が向上する。
【００１７】
断熱不定形耐火物の吹付けは施工水分量が多いために施工体の硬化が遅い。特に冬季では外気温が低いために施工後、数日間経ても施工体の強度が十分でない。本発明においては、施工水に温水を使用すると施工体の硬化が早くなり、施工性が向上する。温水を使用すると、冬季であっても例えば２４時間以内で十分な硬化を得ることができる。これは、粒状綿によって施工水が施工体内部に保水され、施工水の温度低下が遅れることで、セメント反応が促進されるためと考えられる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明で使用する断熱性不定形耐火物の配合物であるロックウール粒状綿において、ロックウールとは天然の岩石やスラグを高温で溶融し、その溶融物を遠心力で吹き飛ばして繊維状にしたもので、シリカ、カルシア、アルミナ等を主成分とする耐熱温度７００〜９００℃程度の耐熱性無機質繊維である。現在では、スラグに岩石を配合しての成分調整あるいは製法の変化で種々なグレードが作られているが、本発明ではその何れもが使用できる。
【００１９】
また、粒状綿はバルク、ブランケット等のロックウールをダブルロール型の解綿機等を用い、粒状に解砕したものである。
【００２０】
本発明で使用するロックウール粒状綿の解砕径は３〜１５０ｍｍが好ましく、さらに好ましくは５〜１００ｍｍである。解砕径がこれより小さいと断熱効果が不十分であり、大きいと施工体の付着性及び強度が低下する。このロックウール粒状綿は市販品からも求めることができる。
【００２１】
粒状綿の外形は一般に完全な球ではない。可縮性のために楕円体のケースが多い。また、解綿機等を用いて解砕されるために端部が筋引きになっているものがある。本発明でいう解砕径は、筋引き等の細部を除いた主体部分の寸法である。
【００２２】
断熱質不定形耐火物に占めるロックウール粒状綿の割合は３〜４０質量％とする。さらに好ましくは５〜３０質量％である。ロックウール粒状綿が少ないと断熱効果に劣り、多いと施工体の付着性および強度が低下する。
【００２３】
無機質軽量骨材はバーミキュライト（蛭石）、パーライト（真珠岩）、膨張頁岩、軽石、シラスバルーン、軽量シャモット等の発泡耐火原料が好ましい。経済性、品質安定性を考慮すると、中でもバーミキュライトおよびパーライトの使用が好ましい。
【００２４】
セメントの具体例は、アルミナセメント、ポルトランドセメント、フライアッシュセメント、耐硫酸塩スラグセメント等の水硬セメントである。
【００２５】
前記の無機質軽量骨材およびセメントの割合はロックウール粒状綿の残部の主体となるものである。その好ましい使用割合は、施工体の断熱性と強度のために、それぞれ無機質軽量骨材が１０〜８５質量％、セメントが１０〜５０質量％である。
【００２６】
施工体の強度および吹付け時の流動性を付与するために、揮発シリカ、仮焼アルミナ等の超微粉を例えば１０質量％以下の範囲で使用してもよい。
【００２７】
非軽量の通常のアルミナ、シリカ、アルミナ−シリカ質等の耐火性原料の併用を否定するものではないが、断熱性低下の原因となるので使用は好ましくない。したがって、使用する場合でも例えば１０質量％以下の範囲で、できるだけ少ないことが好ましい。
【００２８】
必要により、増粘剤・硬化剤を使用してもよい。その具体例は、粘土、ベントナイト、アラビアゴム、デキストリン、ＣＭ（メチルセルロース）、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）、アルギン酸ソーダ、消石灰、セピオライト等である。使用量は１０質量％以下、さらに好ましくは１〜５質量％である。
【００２９】
流動性付与のために分散剤を添加してもよい。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、クエン酸ソーダ、カルボキシル基含有ポリエーテル系分散剤、酒石酸ソーダ、ポリアクリル酸ソーダ、スルホン酸ソーダ等が使用される。その添加割合は、外掛け０.０１〜０.５質量％が好ましい。
【００３０】
吹付け装置は乾式吹付ガンを使用することができる。例えばブリガン、ロテクターガン、野上セメントガン、ピッコラガン、アリバーガン、リードガン等の装置である。
【００３１】
図１は本発明で使用する吹付ガンの装置例を模式的な示したものである。図１において１は台車、２は材料タンク、３は耐火物を圧送する圧搾空気を供給するエアーコンプレッサー、４は材料圧送管、５はノズル、６はノズル近傍に連結した施工水供給管、７は施工水供給源である。
【００３２】
本発明では不定形耐火物を予め湿潤させておく。湿潤水量は５〜２５質量％が好ましい。これより少ないと断熱性の高い施工体が得られない。多いと、圧送管内又はノズル内で詰まりやすくなる。
【００３３】
湿潤処理は、例えば不定形耐火物の配合物全部に湿潤水を添加し、ミキサーにて混合して行なう。次いで、この湿潤させた不定形耐火物を吹付ガンの材料タンクに投入し、エヤーコンプレッサーによる圧搾空気で圧送管に送り出し、ノズルの手前で施工水を添加して吹付ける。
【００３４】
ノズル手前で添加する施工水量は、断熱性不定形耐火物に対する外掛けで１５０〜３００質量％、さらに好ましくは１７０〜２５０質量％である。施工水分量が少ないと跳ね返り損失が多くなり、付着性が低下し、多いと施工体の保形性が劣り、好ましくない。
【００３５】
施工水に温水を使用する場合、温水温度は例えば３０℃以上において効果がある。湿潤水も温水を使用するとさらに効果的である。また、例えば６０℃を超える高温水は取り扱い上、危険であり、好ましくない。
【００３６】
本発明による断熱質不定形耐火物の吹付け施工の対象は特に限定されるものではないが、例えば、都市ごみ焼却炉・廃棄物溶融炉・灰溶融炉等の廃棄物処理炉、均熱炉・加熱炉・タンディッシュ・取鍋等の鉄鋼工業炉、アルミニウム・銅・鉛・亜鉛他を対象とした非鉄金属精錬炉、石油工業炉等の化学工業窯炉あるいはボイラー、ガラス炉、セメント工業窯炉が挙げられる。
【００３７】
【実施例】
以下に本発明の実験例、実施例および比較例を説明する。また、同時に各例の試験結果を示す。
【００３８】
【表１】
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表１は各例で使用したロックウール粒状綿の化学成分値である。ロックウールは高炉スラグや天然岩石を高温で溶融し、遠心力で吹き飛ばして繊維状にしたものである。ここでは、新日鐵化学株式会社製の繊維径は５ミクロン以下のロックウール粒状綿「エスファイバー（登録商標）」を使用した。ロックウール粒状綿の径はダブルロール型の解綿機をもって調整した。
【００３９】
各例はいずれも乾式吹付け装置であるピコラーガンを用いた。不定形耐火物を吹付け装置のタンクに投入し、施工に際してはタンクの下端から切り出し、圧搾空気で圧送管に送り、ノズル手前で施工水分を添加して、スタッドを植設した垂直鉄皮に吹付けた。このうち、不定形耐火物を予め湿潤させて吹付けた例では、前記方法に加え、不定形耐火物に湿潤水を添加して予めミキサーにて予め不定形耐火物を湿潤させた後、タンクに投入した。
【００４０】
ノズルからの材料の吐出速度は、各例とも乾粉換算で２〜５ｋｇ／ｍｉｎとした。施工体厚さは約１５０〜２００ｍｍとした。各例における試験において、搬送性は材料タンクからの切り出し、圧送管内での圧送、ノズルからの吐出について良・不良を評価した。付着率および硬化時間は、施工水温度を常温と温水のそれぞれで吹き付けたものを測定した。
【００４１】
かさ比重、曲げ強さ、熱伝導率は、試験片を施工体から切り出し、１１０℃×２４時間乾燥した後、測定した。かさ比重はＪＩＳ  Ｒ２６５５、曲げ強さはＪＩＳ Ｒ２６５３、熱伝導率にはＪＩＳ Ｒ２６１６に準じて測定した。
【００４２】
【表２】
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表２において、実験例Ａは湿潤水量が少ないため、吹付け機のタンクから材料の切り出しがスムーズでなく、ノズルからの吐出に息継ぎが見られた。粒状綿への保水が不十分なためか施工体の断熱性に劣る。
【００４３】
実験例Ｂは粒状綿を添加しない不定形耐火物を使用したものであり、施工体の断熱性に劣る。実験例Ｃ、Ｄは本発明の範囲内の施工であり、施工性及び施工体の断熱性において優れた効果が得られた。
【００４４】
実験例Ｅは湿潤水量が多いために材料が圧送管を閉塞し、吹付け施工が出来なかった。実験例Ｆは粒状綿が多いため施工体の強度が著しく低かった。実施例Ｇは施工水量が多いために被吹付け面から材料のほとんど流れ落ち、付着率が著しく低い。また、各例において、施工水に温水を用いた場合は、付着性の向上と硬化時間の短縮を図ることが出来た。
【００４５】
実施例１：径１０〜６２ｍｍに調整したロックウール粒状綿１５質量％、バーミキュライトｗ４５質量％、シリカフラワー５質量％、アルミナセメント３５質％量の配合割合よりなる不定形耐火物に湿潤水を外掛け１３質量％添加し、混錬したものを吹付装置のタンク内に投入した。施工に際しては、吹付け機の駆動でタンク内から切り出した前記の不定形耐火物を、エアーコンプレッサーの圧送空気をもって圧送管に送り出し、ノズル手前５００ｍｍの箇所で施工水分を外掛け２３０質量％添加し、吹き付けた。
【００４６】
搬送性、付着性共に良好であり、また施工体は熱伝導率０.０７W／ｍ・Kと高断熱性が得られた。
【００４７】
実施例２：ノズル手前で添加する施工水に３５〜４３℃の温水を使用し、他は実施例１と同様の条件で吹付施工した。付着性について、実施例１では８１質％量であったが、本実施例では９０質量％と向上した。硬化時間は、実施例１では３５時間に対し、本実施例では７時間と短縮した。
【００４８】
比較例：湿潤水を使用せず、材料タンクからの切出しは乾粉状態で行い、他は前記実施例１と同様の条件で吹付けを行なった。吹付け機のタンクから材料の切り出しがスムーズでなく、ノズルからの吐出時の息継ぎによって施工能率が大幅に低下した。また、施工体の熱伝導率は０.１５Ｗ／ｍ・Ｋであり、断熱性が実施例１に比べて大きく劣る。
【００４９】
【効果】
以上の実験例、実施例の結果が示すように、本発明の吹付け施工方法は材料の搬送・吹付け時のトラブルを抑制した状態で高断熱性の施工体を形成することができる。また、施工水に温水を使用すると付着性、硬化性においてさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明で使用する吹付ガンの装置例を模式的な示した図である。
【符号の説明】
１：台車、２：材料タンク、３：エアーコンプレッサー、４：材料圧送管、５：ノズル、６：施工水供給管、７：水供給源
【図１】
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