JP4490879B2 - マグネシア質乾式吹付け施工用補修材 - Google Patents

Description

本発明は、工業窯炉の吹付け補修に使用されるマグネシア質乾式吹付け施工用補修材に関するものである。

工業用窯炉炉壁に対する吹付け補修方法は、乾式法と湿式法とに大別される。乾式法は、耐火性原料粉および結合剤等の粉体混合物よりなる吹付け補修材をエアーで搬送し、ノズル部で、別配管で供給した水と混和させ、被施工面に吹付ける。一方、湿式法は予め混練した吹付け補修材を圧送管を介してノズルに送り、必要によってはノズル部で急結剤を添加し、吹付ける。

乾式法は湿式法に比べて、事前の混練作業が不要、ノズル詰りが生じ難い、施工装置の操作が簡単等の利点がある。しかし、乾式法では吹付け材への水の添加がノズル部であるため、次の問題がある。

１）吹付け補修材の水との混和が不十分であり、発塵が生じやすく、作業環境において好ましくない。

２）吹付け補修材の水との混和が不十分である分、付着性に劣る。そこで、付着性の確保のために多量の水添加が必要であり、結果として施工体の組織がポーラスになる
３）また、吹付け補修材と水の混和不足は、吹付け時のリバウンドロスや材料輸送配管内でのセグレーションの原因となり、施工体組織の不均一化の原因となる。

乾式吹付け方法におけるこの問題解決のために、吹付け補修材を構成する粉体を分散剤（界面活性剤）あるいは結合剤にて予め造粒し、微粉を無くした吹付け補修材が提案されている。この場合の造粒方法は、耐火原料のうち粗粒を液状分散剤または液状結合剤にて濡らし、その表面に耐火原料微粉を付着させている（特許文献１）。

一方、耐火原料粉に対してシリカゾルまたはアルミナゾルを添加し、混練して造粒する方法も提案されている（特許文献２）。
特開平５−４８７５号公報 特開平９−４８６７５号公報

前記従来の乾式吹付け方法では、造粒した吹付け補修材（以下、造粒吹付け材と称する。）を使用することで発塵防止が図られる。しかし、付着性と施工体の緻密性においては依然十分なものではない。

本発明は、乾式吹付け方法に使用するこの造粒吹付け材において、付着性および施工体の緻密性を改善することを課題とする。

本発明の特徴とするところは、粒度０．５ｍｍ以下の粒子が少なくとも７０質量％含まれるマグネシア粉を液状分散剤をもって３ｍｍ以下に造粒後、乾燥して得たマグネシア造粒子６０〜９０質量％と、粒度５〜１ｍｍのマグネシア粉５〜３５質量％およびアルミナセメントを耐火性配合組成とするマグネシア質乾式吹付け施工用補修材である。

また、粒度０．５ｍｍ以下の粒子が少なくとも７０質量％、粒度０．０７５ｍｍ以下で０．０４５ｍｍ超の粒子が１０質量％以下、粒度０．０４５ｍｍ以下の粒子が３０〜６０質量％含まれるマグネシア粉を液状分散剤をもって３ｍｍ以下に造粒後、乾燥して得たマグネシア造粒子６０〜９０質量％と、粒度５〜１ｍｍのマグネシア粉５〜３５質量％およびアルミナセメントを耐火性配合組成とするマグネシア質乾式吹付け施工用補修材である。

吹付け補修材の耐火原料粉は、緻密な施工体を得るために粗粒、中粒、微粒に適宜粒度調整されている。従来技術においては、先に説明したように粗粒に微粒を付着させて造粒するか、あるいは粗粒・中粒・微粒を一括して特定の粒度に造粒している。

これに対し、本発明の吹付け補修材は、微粒主体のマグネシア粉を造粒し、これに粒度５〜１ｍｍのマグネシア粉を組み合わせたものである。この本発明の吹付け補修材は、付着性と施工体の緻密性において優れた効果を発揮するが、その理由は以下のとおりと考えられる。

すなわち、造粒子は被施工面上で砕け、微粒にならなければ付着性と施工体の緻密性の向上が期待できないが、本発明の吹付け補修材は、造粒子と共に粒度５〜１ｍｍのマグネシア粉の存在により、被施工面上に到達した造粒子が粒度５〜１ｍｍの粗粒の衝突で壊れ、微粉化が促進される。

また、造粒子を構成するマグネシア粉はその造粒結合に使用した分散剤が、吹付け施工時に供給される水との反応で瞬時にゲル化し、造粒子は粘性を帯びたゲル状組織となる。粒度５〜１ｍｍの粗粒は造粒子の微粉化と同時に、このゲル状の微粉組織へ次々と刺さり込み、リバウンドロスが軽減される。その結果、吹付け補修材の付着性が格段に向上し、しかも微粒、粗粒間の相対的な偏析が防止され、施工体は均一かつ密充填組織となる。

また、アルミナセメントは造粒されておらず、吹付け補修材組織において造粒子および粗粒の表面にのみ存在する。その結果、アルミナセメントは施工水と早期に且つ確実に接触し、セメント水和反応が促進され、施工体組織は高強度なものとなる。

これに対し、従来のように粗粒に対する微粒の付着によって得た造粒子、あるいは粗粒・中粒・微粒を一括して特定の粒度とした造粒子の使用では、吹付け施工時に造粒子が容易に砕けず、被施工面上において均一組織が得られ難い。これが原因し、付着性、施工体の緻密性共に本発明の吹付け補修材より大きく劣る。

本発明において造粒子を構成するマグネシア粉には粒度０．５ｍｍ以下の粒子が少なくとも７０質量％含まれるようにする。また、造粒子の粒度は３ｍｍ以下とする。更に好ましくは、２ｍｍ以下である。造粒子の粒度が大きすぎると吹付け施工時にリバウンドロスが多くなる。また、造粒子を構成するマグネシア粉における粒度０．５ｍｍ以下の粒子の割合が７０質量％未満になると、粉体単位で既に粒度が大きいことで、３ｍｍ以下の造粒子が得られ難い。

また、造粒子を構成するマグネシア微粉の粒度は、前記粒度の範囲において、さらに０．０７５以下で０．０４５ｍｍ超の粒度割合が１０質量％以下、且つ０．０４５ｍｍ以下の粒度割合が３０〜６０質量％とした場合、造粒子の製造が容易となる。これは、微粉の造粒は核となる粒子に他の粒子がコーティングされる工程を経るため、微粉部の粒度構成において中間粒度を少なくし、粒度間にギャップを与えることで、核となる粒子に他の粒子がコーティングされやすくなるためである。

この造粒子における粒度間のギャップにより、粗粒の衝突で造粒子がさらに壊れやすくなり、微粒化しやすくなって吹付け補修材の付着性を一段と向上させる。

本発明の吹付け補修材は、造粒子を用いたことによる発塵防止等に加えて、付着性、施工体の緻密性において優れた効果が得られる。その結果、乾式吹付け法が持つ事前混練が不要、施工設備が簡単である等の効果を十分に発揮することができる。

本発明の吹付け補修材に使用される耐火性原料は、焼結あるいは電融のマグネシア粉である。また、焼結マグネシア粉としては、海水マグネシアあるいは天然マグネシアが挙げられる。マグネシア粉は高融点物質であり、溶融金属に対して優れた耐食性を示す。

マグネシア造粒子の製造に使用するマグネシア粉は、粒度０．５ｍｍ以下の粒子が少なくとも７０質量％含まれるものとする。粒度０．５ｍｍ以下の粒子が７０質量％未満では、前記のとおり３ｍｍ以下の造粒子が得られ難いのに加え、微粉部の不足で吹付け補修材全体の粒度構成のバランスが崩れ、密充填組織の施工体が得られない。

造粒子を構成するこのマグネシア粉の粒度は、前記粒度の範囲において、さらに０．０７５以下で０．０４５ｍｍ超の粒度割合が１０質量％以下、且つ０．０４５ｍｍ以下の粒度割合が３０〜６０質量％であることが好ましい。これにより、造粒子を構成するこのマグネシア粉のうち中間粒度域の割合が少なくなって、核となる部分と造粒されていく微粉部の粒度構成にギャップが生じ、前記のとおり核となる部分に微粉部がコーティングされ、造粒子が得られやすい。また、この造粒子における粒度間のギャップにより、粗粒の衝突で造粒子がさらに壊れやすくなり、微粒化しやすくなって吹付け補修材の付着性を一段と向上させる。

造粒子を構成するこのマグネシア微粉の粒度は、最大２ｍｍとする。２ｍｍを超える粒子を使用すると、造粒子の運動エネルギーが大きくなりリバウンドロスが多くなる。

造粒子の粒度は、前記のとおりリバウンドロスを少なくするために３ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下とする。造粒子の粒度の下限は、造粒操作によって自ずと一定の粒度となる。限定するものではないが、好ましい下限粒度は０．５ｍｍである。

造粒で使用する分散剤の具体例は、不定形耐火物の分散剤として知られているものを使用することができる。例えばヘキサメタリン酸ソーダ、トリポリリン酸ソーダ等の縮合リン酸塩、β−ナフタレンスルホン酸塩ホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸塩ホルマリン縮合物、アミノスルホン酸およびその塩、リグニンスルホン酸およびその塩、ポリアクリル酸およびその塩、ポリカルボン酸およびその塩、オキシカルボン酸およびその塩等である。中でもポリアクリル酸のような減水効果が高く、水溶液状態で粘性の高くなるものが好ましい。

分散剤を液状にするための溶媒は水が好ましい。質量比で分散剤１に対し、２〜４倍の水をもって溶解させた液状分散剤を使用する。

マグネシア造粒子は、マグネシア粉に対してこの液状分散剤を外掛けで５〜１０質量％程度滴下して傾転法にて造粒して得ることができる。造粒後は乾燥する。

造粒手段としては他に、シリカゾルあるいはアルミナゾルをバインダーとして使用することが考えられる。しかし、シリカゾルあるいはアルミナゾルの使用は乾燥後の造粒子の強度が大きく、吹付け施工時において造粒子が砕けず、吹付け補修材のリバウンドロスが多くなって、本発明の付着性の効果が得られない。

造粒子とは別に配合する粒度５〜１ｍｍの粗粒（マグネシア粉）の割合は、５〜３５質量％とする。５質量％未満では吹付け施工時において造粒子を十分に砕けないためか、付着性、緻密性の効果に劣る。３５質量％を超えると吹付け補修材全体に占める粗粒の割合が大きくなりすぎて、この場合も付着性、緻密性の効果に劣る。さらに好ましくは２０〜３０質量％である。

造粒子とは別に配合するマグネシア粉は、前記のとおり粒度５〜１ｍｍの粗粒を５〜３５質量％必要とするが、本発明の効果を損なわない範囲において粒度１ｍｍ未満のマグネシア粉を組み合わせ使用してもよい。例えば粒度１ｍｍ未満のマグネシア粉を５質量％以下組み合わせてもよい。粒度１ｍｍ未満のマグネシア粉の割合が多くなり過ぎると発塵防止の効果が得られない。

アルミナセメントは吹付け補修材全体のバインダーとしての役割をもつ。その好ましい割合は、１〜１０質量％である。

本発明の吹付け補修材は以上の配合物以外にも、必要によってはさらに、消石灰、ファイバー類、金属粉、乳酸アルミニウムなどを添加してもよい。ファイバー類の具体例は、ビニロン、ＰＶＡ、紙繊維、セピオライトなどである。

本発明による吹付け補修材は、製鋼転炉、真空脱ガス炉を始めとして、各種工業窯炉等の炉壁補修に使用することができる。

以下に本発明の実施例およびその比較例を示す。

表１は各例に使用したマグネシア造粒子の組成と造粒状況である。ポリアクリル酸を３倍の水をもって溶解した液状分散剤を滴下し、傾転法にて造粒した。液状分散剤の滴下量はマグネシア粉全体に対して外掛け７質量％とした。

粒度はＪＩＳふるい目開きの篩をもって調整した。例えば１ｍｍ以下では通常、その中に０．０７５ｍｍ以下の粒度のものも一部含まれていることから、０．０７５ｍｍ以下、０．０７５ｍｍ以下〜０．０４５ｍｍ超、０．０４５ｍｍ以下の各割合を併せて示す。

造粒子径は、各種粒度の原料を組み合わせて造粒し、最終的に得られた造粒子の粒径を示す。造粒の容易度は、各種粒度の原料を組み合わせて造粒作業を行い、造粒子が製造されるか確認を行った結果を示し、○は造粒子の製造が容易、△は容易に造粒せず、造粒子を得るまでに相当な時間を要したことを示す。

Ａ〜Ｅは本発明に適合するマグネシア造粒子である。このうち、Ｃ〜Ｅは造粒子を構成するマグネシア粉の中間粒度の割合を少なくした例である。Ｃ〜Ｅの粒子はＡ〜Ｂの粒子に比べて短時間で造粒子が得られ、造粒子の生産性において好ましい。また、Ｆは造粒子を構成するマグネシア粉について粒度０．５ｍｍ以下の割合が約５０質量％と少ない。Ｇは、造粒子を構成するマグネシア粉の粒径が大きい。

表２は、表１に示した各造粒子を配合した吹付け補修材の配合組成とその試験結果である。各例はピッコラガンを使用した乾式法にて吹付け施工し、各物性値を測定した。吹付け条件は、粉体搬送空気圧力０．２ＭＰａにおいて、被施工面とノズル先端の距離３００ｍｍをもって、吹付け補修材３０ｋｇを吹付け、厚さ約５０〜１００ｍｍの施工体を得た。被施工面は、窯炉耐火物の補修を想定してアルミナ質キャスタブル耐火物とした。

施工水分量は、各例の吹付け補修材毎に適宜調整した。水分量が少ないと施工面に付着せず、多すぎると付着後に流れ落ちる。

発塵防止試験は、発塵の程度を目視のより判定した。付着性は付着率から求めた。

施工体強度、見掛気孔率、かさ比重の試験では施工体を切り出し、試験片として測定した。施工体強度は曲げ強さにて測定した。施工体強度は見掛気孔率と共に、施工体組織の均一性、緻密性に影響される。

本発明実施例を用いた吹付け施工においては、発塵防止の効果はもちろん、施工体強度、付着性にも優れる。また、見掛気孔率が低く、緻密且つ均一な施工体が得られた。

これに対し、比較例１は造粒子における０．５ｍｍを超える粒度の割合が多いため、造粒子の効果が十分に発揮されず、付着性が低下する。比較例２は造粒子における０．５ｍｍを超える粒度の割合が多く、しかもマグネシア骨材との組み合わせも無いことから、付着性、施工体強度、見掛気孔率のいずれにおいても劣る。比較例３は造粒子の割合が少ないため、付着性に劣る。比較例４はマグネシア骨材の組み合わせが無く、付着性、見掛気孔率に劣る。比較例５はマグネシア骨材の粒度が大きいため、付着性に劣る。比較例６はマグネシア骨材の粒度が小さいため、施工水分が増え、粉塵が発生し、また造粒子が施工において壊れにくいため、付着性、施工体強度、見掛気孔率いずれにおいても劣る。

Claims (2)

1. 粒度０．５ｍｍ以下の粒子が少なくとも７０質量％含まれるマグネシア粉を液状分散剤をもって３ｍｍ以下に造粒後、乾燥して得たマグネシア造粒子６０〜９０質量％と、粒度５〜１ｍｍのマグネシア粉５〜３５質量％およびアルミナセメントを耐火性配合組成とするマグネシア質乾式吹付け施工用補修材。
2. 粒度０．５ｍｍ以下の粒子が少なくとも７０質量％、粒度０．０７５ｍｍ以下で０．０４５ｍｍ超の粒子が１０質量％以下、粒度０．０４５ｍｍ以下の粒子が３０〜６０質量％含まれるマグネシア粉を液状分散剤をもって３ｍｍ以下に造粒後、乾燥して得たマグネシア造粒子６０〜９０質量％と、粒度５〜１ｍｍのマグネシア粉５〜３５質量％およびアルミナセメントを耐火性配合組成とするマグネシア質乾式吹付け施工用補修材。