JP5637634B2 - 急結剤及び湿式吹き付け施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、急結剤及びその急結剤を使用した湿式吹き付け施工方法に関する。

不定形耐火物による各種工業窯炉の内張りあるいはその補修として、不定形耐火物を所要量の施工水分をもって予め混練した後、ノズルに圧送し、ノズル又はノズル手前で急結剤を添加して吹き付ける湿式吹き付け施工方法が知られている。

この湿式吹き付け施工方法に使用される急結剤としては、従来、アルミン酸アルカリ塩溶液、珪酸アルカリ塩溶液、塩化カルシウム溶液、消石灰を主材とする石灰スラリー、更には水酸化カルシウムと塩化カルシウムとを組み合わせた溶液などが知られている。

このうち、アルミン酸アルカリ塩又は珪酸アルカリ塩の溶液は急結性に優れるが、苛性ソーダを含む高塩基度のために、直接触れると肌が、かぶれや、やけど状態となる。また、一部は吹き付け施工時にノズルからミスト状に浮遊し、これを吸引することで鼻炎を生じる。このように、その使用は作業安全性において問題があった。これに対し、石灰スラリー、塩化カルシウム溶液などは塩基度が低く、作業安全性に優れており、特許文献１には、塩化カルシウムを含む石灰スラリーを急結剤として使用することが記載されている。

特許文献１には、石灰スラリー中における水酸化カルシウム及び塩化カルシウムの濃度が水酸化カルシウムと塩化カルシウムの合量で１０〜７０質量％であることが好ましい旨が記載されている。しかし、特許文献１には、石灰スラリー中における水酸化カルシウム及び塩化カルシウムの合量の濃度が４５質量％の場合のみの実施例しか記載されておらず、濃度を１０〜７０質量％とする具体的な根拠は記載されていない。

特許文献１は本願出願人による出願であるからその内容は熟知しているが、特許文献１のような水酸化カルシウム及び塩化カルシウムを含む急結剤は、従来、石灰スラリーと塩化カルシウム溶液とを混合して作製するのが技術常識であった。そのため、塩化カルシウムの溶解度の制限から、石灰スラリー中における水酸化カルシウム及び塩化カルシウムの濃度には上限があり、実際のところ、特許文献１に記載の４５質量％がその上限であった。

本発明者らが、特許文献１の実施例に記載の急結剤（水酸化カルシウム及び塩化カルシウムの濃度が４５質量％）を用いて、施工厚みが２５０ｍｍ〜３５０ｍｍの天囲面の吹き付けを行ったところ、吹き付け施工体が落下する場合があった。これは、施工厚みが２５０ｍｍ〜３５０ｍｍと厚い天井面の場合、固形分の濃度が４５質量％程度では急結作用が乏しいためである。

なお、特許文献１の実施例では良好な付着率が得られているが、これは施工条件の違いによる。すなわち、特許文献１に記載の被施工面は、長さ１５０ｍｍ×直径５ｍｍのステンレス製アンカースタッドを１５０ｍｍピッチで植設したものである。しかし、実際の被施工面においては、アンカースタッドは２００ｍｍ〜２５０ｍｍピッチで植設されることが多い。これは、アンカースタッドの数が多くなることで、吹き付け施工体の耐火性の低下や吹き付け施工体の熱伝導率が上昇して鉄皮が変形しやすくなるのを防ぐためである。このように、特許文献１の実施例は、実際の被施工面で多く採用される施工条件よりも付着率が良くなる施工条件下で実施されたもので、本発明者らが実施した天囲面の吹き付け施工の結果と同列に扱うことはできない。

吹き付け施工において吹き付け施工体の落下を抑制するには急結剤の急結作用を強化する必要があり、そのためには石灰スラリー中の水酸化カルシウム及び塩化カルシウムの濃度を高くすることが有効である。しかし、従来の急結剤の作製方法では、上述のとおり、水酸化カルシウムの溶解度の制限から濃度を４５質量％以上とすることは困難であった。また、仮に水酸化カルシウム及び塩化カルシウムの濃度を４５質量％以上にできたとしても、その濃度が高くなると、技術常識からすると急結剤の粘性が高くなり、急結剤を搬送・供給する急結剤供給管内に目詰まりが生じるなど搬送トラブルが懸念されていたことから、これらの濃度を高くする試みは、これまで行われていなかった。

特開２００４−２３３００５号公報

本発明が解決しようとする課題は、湿式吹き付け施工において吹き付け施工体の落下を抑制することができるとともに、搬送トラブルを生じにくい急結剤及びその急結剤を使用した湿式吹き付け施工方法を提供することにある。

本発明者が上記課題を解決するために鋭意検討した結果、石灰スラリーと塩化カルシウム溶液とを混合するのではなく、石灰スラリーに固体の塩化カルシウムを溶解させると、その溶解熱により塩化カルシウムを多量に溶解させることができること、また、塩化カルシウムが多量に溶解して水酸化カルシウム及び塩化カルシウムの濃度が４６質量％以上と高くなった急結剤は、従来の技術常識に反して粘性が低くなるという新たな知見を得た。

本発明は、この知見に基づき完成されたもので、石灰スラリーに、塩化カルシウムを溶解させてなる急結剤であって、前記石灰スラリー中の水酸化カルシウムの固形分及び前記塩化カルシウムの合量が急結剤中に４６質量％以上７０質量％以下含まれ、粘度が１Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とするものである。

このように本発明の急結剤は、水酸化カルシウムの固形分及び塩化カルシウムの溶解量の合量が４６質量％以上７０質量％以下と高濃度であることから、急結作用が向上し、例えば施工厚みが２５０ｍｍ〜３５０ｍｍの天囲面の吹き付けの場合であっても、吹き付け施工体の落下を防止できる。また、本発明の急結剤は高濃度であるにもかかわらず、粘度が１Ｐａ・ｓ以下である。このため、急結剤を搬送・供給する急結剤供給管内の目詰り等の搬送トラブルの発生を防止できる。なお、水酸化カルシウムの固形分及び塩化カルシウムの溶解量の合量の濃度は、５０質量％以上７０質量％以下であると好ましい。

本発明において急結剤は、粒径１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の塩化カルシウムを用いて作製することが好ましい。塩化カルシウムの粒径が１ｍｍ未満の場合、潮解性を有するため、添加剤として扱いにくい。また、塩化カルシウムの粒径が１０ｍｍ超の場合、塩化カルシウムが溶けるのに時間を要するので実作業上好ましくない。

本発明の湿式吹き付け施工方法は、施工水分をもって予め混練した不定形耐火物をノズルに圧送し、ノズル又はノズル手前で急結剤を添加して吹き付ける湿式吹き付け施工方法において、急結剤として本発明の急結剤を使用することを特徴とするものである。

本発明によれば、湿式吹き付け施工において吹き付け施工体の落下を抑制することができるとともに、急結剤の搬送トラブルも生じにくくなる。

本発明の急結剤は、石灰スラリーに塩化カルシウムを溶解させてなる。塩化カルシウムは、施工体を凝集させることで、施工体が被施工面からだれ落ちるのを防ぐ機能を有する。石灰スラリー中の水酸化カルシウムは、施工体の硬化を早めることで、被施工面に付着した施工体が自重により落下するのを防ぐ機能を有する。

石灰スラリーとしては、水酸化カルシウムの固形分を５質量％以上２０質量％以下含むものを使用することが好ましい。水酸化カルシウムの固形分が５質量％未満では、水酸化カルシウムの固形分量が少なく、水酸化カルシウムの硬化促進作用が十分に発揮できなくなるため好ましくない。一方、２０質量％超では、粘性が高くなって、急結剤が急結剤供給管内で付着（以下、「供給管内付着」と記す）し、供給管内付着による閉塞が生じやすくなるため好ましくない。

本発明の急結剤は、水酸化カルシウムの固形分及び塩化カルシウムの溶解量の合量が４６質量％以上７０質量％以下となるように調整する。その合量が４６質量％未満では急結作用が不足し、７０質量％超では、粘性が高くなるので、供給管内付着による閉塞が生じる。また、７０質量％超では、急結作用が強く、不定形耐火物が被施工面に到着する前に固化してしまい、リバウンドロスが多くなる。更に、ノズル内での固化が起きるために、ノズル閉塞を起こし、吹き付け不能となりやすくなる。

なお、急結剤中の水酸化カルシウム固形分と塩化カルシウムの質量比は、塩化カルシウム／水酸化カルシウムの固形分で、７８／２２〜９７／３となるように調整することが好ましい。

本発明の急結剤は、上記条件で石灰スラリーに塩化カルシウムを溶解させることで、粘度１Ｐａ・ｓ以下という低粘性の急結剤となる。粘度は、Ｂ型粘度計（東京計器製）を用いて測定した。具体的には、石灰スラリーに塩化カルシウムを溶解させてから１分後の粘度値を測定した。

本発明の湿式吹き付け施工方法は、施工水分をもって予め混練した不定形耐火物をノズルに圧送し、ノズル又はノズル手前で急結剤を添加して吹き付ける点は従来方法と特に変わりはなく、急結剤として上述した本発明の急結剤を使用することを特徴とするものである。

不定形耐火物の組成は、具体的には耐火性原料、結合剤、分散剤を含み、必要により更に有機繊維、金属粉、増粘剤、硬化促進剤、硬化遅延剤などを組み合わせる。

耐火性原料は、アルミナ、ボーキサイト、ばん土けつ岩、ムライト、ろう石、けい石、シャモット、アンダルサイト、ケイ石、溶融シリカ、マグネシア、マグネシア−カルシア、Ａｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ系スピネル、クロム鉱、シリマナイト等から選ばれる一種以上を主材とし、必要に応じて、さらにジルコニア、炭素、炭化珪素、粘土、ピッチ等から選ばれる一種以上を組み合わせる。また、その一部に、耐火物廃材を粉砕したものを使用してもよい。

耐火性原料の粒径調整は施工時の流動性・付着性、施工体の緻密性等を考慮し、粗粒、中粒、微粒に適宜調整する。また、微粒には、仮焼アルミナ、軽焼マグネシア、揮発シリカ、仮焼スピネル等の平均粒径１０μｍ以下の超微粉を組み合わせることが好ましい。

結合剤はアルミナセメント、マグネシアセメント、ポルトランドセメント、乳酸カルシウム、乳酸アルミニウムなどを使用する。その添加量は耐火性原料１００質量％に対し、結合剤の種類に応じて１〜１５質量％の範囲で調整するのが好ましい。中でも、施工体の強度付与及び耐火性を兼備えたアルミナセメントが好ましい。なお、不定形耐火物の耐火性原料の一部に例えば揮発シリカ、仮焼アルミナなどの耐火性超微粉を使用することで、不定形耐火物に十分な凝集作用が得られる場合は、結合剤は必ずしも必要でない。

分散剤は不定形耐火物に対する流動性付与の効果を持つ。その具体例は、トリポリリン酸ソーダ、ヘキサメタリン酸ソーダ、ポリアクリル酸ソーダ、ポリアクリルリン酸ソーダ、ポリカルボン酸、リグニンスルホン酸ソーダ、カルボキシル基含有ポリエーテルなどである。好ましい添加量は、耐火性原料１００質量％に対して０．０１〜１質量％である。

施工に際しては、施工水分を添加して不定形耐火物を予め混練する。施工水分量は不定形耐火物組成全体に対する外掛けで１２質量％以下が好ましく、更に好ましくは５〜８質量％である。

次いで、混練後の不定形耐火物を圧送ポンプで圧送管に送り出し、ノズルに圧送し、ノズル又はノズル手前で急結剤を添加し、吹き付ける。急結剤の混入と不定形耐火物の噴出補助のために、不定形耐火物への急結剤の添加は急結剤供給管を介して圧縮空気をもって行うのが好ましい。

また、不定形耐火物を混練する際、施工水分の一部使用し、残りの施工水分をノズル又はノズル手前で添加して吹き付けてもよい。

以下、本発明の急結剤を使用した湿式吹き付け施工の実施例を比較例とともに説明する。

実施例及び比較例において使用した湿式吹き付け施工装置は、混練後の不定形耐火物を圧送管に送り出す圧送ポンプ（佐山製作所製）を備え、圧送ポンプには圧送管が接続されている。圧送管は、内径２．０インチの鉄パイプを２０ｍ備え、更にレデューサを介して、内径１．５インチの耐圧ホースを１０ｍ備えたものを使用した。また、耐圧ホースの先端には、先絞りゴム製ノズルを接続したものを使用した。不定形耐火物に対する急結剤の搬送・供給は、スネークポンプを有するモーノポンプを使用し、圧縮空気をキャリアとしてゴム製ノズルに接続した急結剤供給管を介して行った。

被施工面は乾燥炉の天井面を見立てて、千鳥状のアンカースタッドを２６０ｍｍピッチで配設した鉄板とした。また、施工厚みは６０ｍｍの場合と２５０ｍｍの場合とで行った。施工厚みが６０ｍｍ厚の場合は、高さ４０ｍｍのＶ字形アンカースタッドを用いた。施工厚みが２５０ｍｍ厚の場合は、高さ２３０ｍｍのＹ字形アンカースタッドを用いた。

不定形耐火物は、耐火性原料として粒径５〜１ｍｍ３３質量％及び粒径１ｍｍ以下４８質量％、微粉原料として仮焼アルミナ７質量％及び蒸発シリカ５質量％、結合剤としてアルミナセメント７質量％からなる合量１００質量％に、分散剤としてトリポリリン酸ソーダ０．１質量％を外掛けで添加した組成のものを使用した。施工に際しては施工水分７．８質量％添加し、ミキサーにて予め十分に混練した。

急結剤の添加量は、不定形耐火物（施工水分量を除いた量）に対する外掛けで０．３質量％とした。急結剤は、水酸化カルシウムと水とからなる石灰スラリーと塩化カルシウム粉末とを混合し、石灰スラリーに塩化カルシウムを溶解させたものを用いた。具体的には表１に示したとおりである。

急結剤の粘度、急結剤を保管する急結剤タンクの保温温度、及び石灰スラリーと塩化カルシウムとを混合してから不定形耐火物に添加するまでの時間は表１に示したとおりである。急結剤の粘度はＢ型粘度計を用いて測定した。石灰スラリーと塩化カルシウムとを混合してから不定形耐火物に添加するまでの時間は、石灰スラリーと塩化カルシウムとを急結剤タンクに投入してからノズルから吐出されるまでの時間を測定した。

実施例及び比較例による湿式吹き付け施工の評価は、リバウンドロス、施工体の落下の有無、急結剤供給管内の急結剤の付着量、及びこれらによる総合評価により行った。

リバウンドロスは、不定形耐火物の全体の混練量に対し、吹き付け後、被施工面に付着せずにリバウンドで落下した量が２０質量％以上の場合を多い（×）、２０％未満の場合を少ない（○）とした。

施工体の落下の有無は、施工後１２０分後に、施工体が被施工面から落下するか否かにより評価した。

急結剤供給管内の急結剤の付着量は、大、小、無しの３段階で相対評価した。具体的には、ノズルより吹き付けられた不定形耐火物が被施工面に付着する場合は、急結剤供給管内に急結剤が全く付着せず、供給管内付着による閉塞が生じていないので急結剤供給管内の急結剤の付着量は「無し」とした。また、ノズルより吹き付けられた不定形耐火物が被施工面にほとんど付着する場合は、供給管内付着による閉塞は完全には生じていないので急結剤供給管内の急結剤の付着量「小」とした。また、ノズルより吹き付けられた不定形耐火物が被施工面に全く付着しない場合は、供給管内付着による閉塞が生じているので、ノズル急結剤供給管内の急結剤の付着量「大」と評価した。

総合評価は、リバウンドロスが×、施工体の落下が「有り」、急結剤供給管内の付着量が「大」のいずれか１つでも該当する場合は×とした。また、リバウンドロスが○、施工体の落下が「無し」、急結剤供給管内の付着量が「小」の場合は△とした。また、リバウンドロスが○、施工体の落下が「無し」、急結剤供給管内の急結剤の付着量が「無し」の場合は○とした。

表１より、本発明の範囲内にある急結剤を使用した実施例２〜１０は、いずれも総合評価が○であり良好であった。実施例１及び実施例１１は、急結剤配管内の付着量が「小」のため、総合評価「△」であったが、施工に問題ないレベルであった。

一方、比較例１は、水酸化カルシウムの固形分及び塩化カルシウムの溶解量の合量の濃度（以下、単に「合量の濃度」という。）が４５質量％と低いため十分な急結作用が得られず、施工厚みが２５０ｍｍの場合に施工体の落下が発生した。

比較例２は、合量の濃度が２０質量％と更に低いため急結作用が更に不足し、施工厚みが６０ｍｍの場合にも施工体の落下が発生した。

比較例３は、合量の濃度が７５質量％と高いため、急結剤の粘性が１ｐａ・ｓ以上と高かった。このため、急結剤供給管内の急結剤の付着量が大となり閉塞が生じた。また、急結作用が強く、不定形耐火物が被施工面に到着する前に固化してしまいリバウンドロスが多かった。リバウンドロスが多かったため、施工体の落下の有無は評価できなかった。

以上より、急結剤中の合量の濃度は４６質量％以上７０質量％以下であって、かつ、急結剤の粘度値は１Ｐａ・ｓ以下の場合、吹き付け施工体の落下を抑制することができるとともに、搬送トラブルを生じにくくすることができる。なお、急結剤の合量の濃度は、５０質量％以上７０質量％以下であれば、施工体の落下をより抑制できるので好ましい。

Claims (5)

1. 石灰スラリーに、塩化カルシウムを溶解させてなる急結剤であって、
   前記石灰スラリー中の水酸化カルシウムの固形分及び前記塩化カルシウムの合量が急結剤中に４６質量％以上７０質量％以下含まれ、粘度が１Ｐａ・ｓ以下である急結剤。
2. 前記石灰スラリー中の水酸化カルシウムの固形分及び前記塩化カルシウムの合量が急結剤中に５０質量％以上７０質量％以下含まれる請求項１に記載の急結剤。
3. 前記石灰スラリーに前記水酸化カルシウムの固形分を５質量％以上２０質量％以下含む請求項１又は２に記載の急結剤。
4. 前記塩化カルシウムとして、粒径１ｍｍ以上１０ｍｍ以下のものを用いて作製した請求項１から３のいずれか一項に記載の急結剤。
5. 施工水分をもって予め混練した不定形耐火物をノズルに圧送し、ノズル又はノズル手前で急結剤を添加して吹き付ける湿式吹き付け施工方法において、前記急結剤として請求項１から４のいずれか一項に記載の急結剤を使用することを特徴とする湿式吹き付け施工方法。