JP7375715B2 - 不定形耐火物の継ぎ足し施工方法 - Google Patents
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Description
本発明は、使用後あるいは使用中の不定形耐火物に、新たな不定形耐火物の原料を継ぎ足す不定形耐火物の継ぎ足し施工方法に関する。
耐火物は鉄鋼精錬、非鉄精錬、ガラスの溶解炉、セメント焼成炉、ごみを燃やす焼却炉など、様々な設備に利用されている。不定形耐火物の流し込み施工では、一度度流し込み施工した不定形耐火物が損傷すると、不定形耐火物の全てを解体し、新たに施工し直すことが多い。しかしながら、不定形耐火物の流し込み特性を利用し、損傷した部分にのみ新たな不定形耐火物の原料を流し込んで継ぎ足し施工できれば、耐火物コストおよび補修コストの削減につながるだけでなく、廃耐火物の削減にも貢献できる。
不定形耐火物を継ぎ足し施工するに際しては、不定形耐火物の継ぎ足し界面の接着強度を確保することが重要である。この継ぎ足し界面の接着強度を確保する技術として、特許文献１には、不定形耐火物の継ぎ足し施工を行う被補修表層に、酸化物耐火原料粉末、有機バインダー、ＳｉＣまたはＣ粉末で構成される中間層を形成させた後に継ぎ足し施工を行い、当該施工部を養生、乾燥させた後、マイクロ波を照射して接着強度を発現させる技術が開示されている。
特許文献１に開示された技術では、被補修表層に酸化物耐火原料粉末、有機バインダー、ＳｉＣまたはＣ粉末で構成される中間層を形成し、さらに、養生、乾燥させた後にマイクロ波を照射するので加工の手間がかかり加工コストが高くなる、という課題があった。本発明は、このような従来技術の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、簡便な方法で継ぎ足し部の接着強度を高めることができる不定形耐火物の継ぎ足し施工方法を提供することである。
上記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
（１）不定形耐火物の継ぎ足し施工方法であって、継ぎ足し施工する不定形耐火物の継ぎ足し面におけるスラグが付着した付着面の面積率を５０％以下にした後に、前記継ぎ足し面に新たな不定形耐火物を継ぎ足し施工する、不定形耐火物の継ぎ足し施工方法。
（２）前記継ぎ足し面に０．０１０ｇ／ｃｍ２以上０．２５０ｇ／ｃｍ２以下の水を付着させた後に、新たな不定形耐火物を継ぎ足し施工する、（１）に記載の不定形耐火物の継ぎ足し施工方法。
（３）前記不定形耐火物は、アルミナ－マグネシア質、アルミナ－スピネル質、アルミナ－マグネシア－カーボン質、アルミナ－スピネル－カーボン質、アルミナ－炭化ケイ素－カーボン質、アルミナ－ろう石－炭化ケイ素－カーボン質、炭化ケイ素－アルミナ－カーボン質、または、アルミナ－カーボン－炭化ケイ素質の不定形耐火物である、（１）または（２）に記載の不定形耐火物の継ぎ足し施工方法。
（１）不定形耐火物の継ぎ足し施工方法であって、継ぎ足し施工する不定形耐火物の継ぎ足し面におけるスラグが付着した付着面の面積率を５０％以下にした後に、前記継ぎ足し面に新たな不定形耐火物を継ぎ足し施工する、不定形耐火物の継ぎ足し施工方法。
（２）前記継ぎ足し面に０．０１０ｇ／ｃｍ２以上０．２５０ｇ／ｃｍ２以下の水を付着させた後に、新たな不定形耐火物を継ぎ足し施工する、（１）に記載の不定形耐火物の継ぎ足し施工方法。
（３）前記不定形耐火物は、アルミナ－マグネシア質、アルミナ－スピネル質、アルミナ－マグネシア－カーボン質、アルミナ－スピネル－カーボン質、アルミナ－炭化ケイ素－カーボン質、アルミナ－ろう石－炭化ケイ素－カーボン質、炭化ケイ素－アルミナ－カーボン質、または、アルミナ－カーボン－炭化ケイ素質の不定形耐火物である、（１）または（２）に記載の不定形耐火物の継ぎ足し施工方法。
本発明に係る不定形耐火物の継ぎ足し施工方法では、不定形耐火物の継ぎ足し面に付着したスラグの面積率を５０％以下にした後に、当該継ぎ足し面に新たな不定形耐火物を継ぎ足し施工することで、継ぎ足し部の接着強度を高めることができる。これのため、本発明に係る不定形耐火物の継ぎ足し施工方法を実施することで、従来技術のように加工の手間をかけることなく、簡便に継ぎ足し部の接着強度を高めながら、新たな不定形耐火物を継ぎ足し施工できる。
以下、本発明を本発明の実施形態を通じて説明する。本実施形態に係る不定形耐火物の継ぎ足し施工方法で継ぎ足し施工される不定形耐火物は、鉄鋼精錬炉、非鉄精錬炉やごみを燃やす焼却炉（以後、「鉄鋼精錬炉等」と記載する。）などで使用される不定形耐火物である。鉄鋼精錬炉等で使用された不定形耐火物の表面にはスラグが固着していることがある。これは、鉄鋼精錬炉等が稼働されていない非稼働中に耐火物表面温度が下がり、この温度低下により耐火物表面に付着していたスラグが固着したものである。ここで、スラグとは、鉄鋼精錬、非鉄精錬工程において、製品から炭素やリン、硫黄などの不純物元素を取り除く工程や、ごみを燃やす焼却工程で発生する酸化物を主原料とする副産物である。
スラグが固着した不定形耐火物の表面に、新たな不定形耐火物を継ぎ足し施工すると、スラグと不定形耐火物との界面が脆弱部となり、継ぎ足し部の接着強度が低下する。このため、本実施形態に係る不定形耐火物の継ぎ足し施工方法では、新たな不定形耐火物を継ぎ足し施工する前に、不定形耐火物の継ぎ足し面に対するスラグ付着面の面積率が５０％以下になるまで、不定形耐火物の継ぎ足し面に付着したスラグを除去する。これにより、不定形耐火物の継ぎ足し部の接着強度を高めながら、不定形耐火物を継ぎ足し施工できる。なお、スラグの付着量が少なくなればなるほど継ぎ足し部の接着強度は高まるので、スラグ付着面の面積率の下限は０％である。
不定形耐火物の継ぎ足し面に固着したスラグは、ハンマーやピッケル等を用いて不定形耐火物の表面からスラグを剥がすことで除去してもよく、また、不定形耐火物の継ぎ足し面に固着したスラグをグラインドすることで除去してもよい。
継ぎ足し施工する不定形耐火物の継ぎ足し面は、不定形耐火物の稼働面において溶損等により損傷した部分の表面である。このため、不定形耐火物の継ぎ足し面の面積は、不定形耐火物の施工図面に基づき、施工直後の不定形耐火物における稼働面側の表面形状と継ぎ足し施工する時点の不定形耐火物における稼働面側の表面形状との差分形状から求められる。また、当該差分形状は、表面プロフィール計を用いて測定された施工直後の不定形耐火物における稼働面側の表面形状と、継ぎ足し施工する時点の不定形耐火物における稼働面側の表面形状とから特定できる。
スラグ付着面の面積は、例えば、鉄鋼精錬炉に用いられている不定形耐火物の稼働面側を撮像した画像データを解析することで求められる。カーボンを含有しない不定形耐火物の色は灰色であり、また、カーボンを含有する不定形耐火物の色は黒味かかった灰色である。一方、スラグの色はタールのような黒色であり、色および質感が異なることから、特定された差分形状に対応した継ぎ足し面において、スラグが付着した付着面とスラグが付着していない継ぎ足し面とを画像データを解析することで区別し、スラグが付着した付着面の面積を継ぎ足し面の面積で除し、１００を乗じることでスラグが付着した付着面の面積率を求めることができる。
また、継ぎ足し施工する不定形耐火物の継ぎ足し面に０．０１０ｇ／ｃｍ２以上０．２５０ｇ／ｃｍ２以下の水を付着させてから新たな不定形耐火物を継ぎ足し施工することが好ましい。継ぎ足し施工する不定形耐火物の継ぎ足し面が乾燥状態（水の付着量が０．０１０ｇ／ｃｍ２未満）であると、新たに継ぎ足す不定形耐火物原料中の水分が元の不定形耐火物に吸収され、水分が少なくなった接合界面が脆弱部となるので接合部の強度が低下する。また、不定形耐火物の継ぎ足し面の水付着量が０．２５０ｇ／ｃｍ２より多くなると、接合界面に水が過剰にある状態となり、新たに継ぎ足す耐火物原料中において、バインダーに対する水の量が過剰になって接合部の強度が低下する。したがって、継ぎ足し施工する不定形耐火物の継ぎ足し面に付着させる水分量は０．０１０ｇ／ｃｍ２以上０．２５０ｇ／ｃｍ２以下の範囲内であることが好ましい。
継ぎ足し施工する不定形耐火物の継ぎ足し面に水を付着させる方法は、例えば、水の流量を制御できるスプレーノズルを有する散水設備を用いて不定形耐火物の継ぎ足し面に水を塗布してよく、霧吹き状に散水可能なスプレーボトルを用いて不定形耐火物の継ぎ足し面に水を塗布してもよい。水を塗布した後は、継ぎ足し面の水が乾かないように、塗布後２時間以内に新たな不定形耐火物を継ぎ足し施工することが好ましく、塗布後１時間以内に新たな不定形耐火物を継ぎ足し施工することがより好ましい。また、継ぎ足し施工する環境は、不定形耐火物の表面に付着させた水の蒸発を抑制することを目的として、温度が０℃以上４０℃以下であり、湿度が３０％以上１００％以下である環境で継ぎ足し施工することが好ましい。
実施形態に係る不定形耐火物の継ぎ足し施工方法で継ぎ足し施工される不定形耐火物は、例えば、アルミナ－マグネシア質、アルミナ－スピネル質、アルミナ－マグネシア－カーボン質、アルミナ－スピネル－カーボン質、アルミナ－炭化ケイ素－カーボン質、アルミナ－ろう石－炭化ケイ素－カーボン質、炭化ケイ素－アルミナ－カーボン質、または、アルミナ－カーボン－炭化ケイ素質の不定形耐火物である（含有量が多い順に成分を記載する）。これらの不定形耐火物を本実施形態に係る不定形耐火物の継ぎ足し施工方法で継ぎ足し施工することで、従来技術のように加工の手間をかけることなく、簡便に継ぎ足し部の接着強度を向上させながら、新たな不定形耐火物を継ぎ足し施工できる。そして、このように不定形耐火物の継ぎ足し施工をすることで、耐火物コストおよび補修コストの削減だけでなく、廃耐火物の削減にも貢献できる。
次に、本実施形態に係る不定形耐火物の継ぎ足し施工方法を実施して継ぎ足し施工した実施例を説明する。本実施例ではＪＩＳ Ｒ ２５５３「キャスタブル耐火物の強さ試験方法」に準拠して作製された不定形耐火物の試験片を用いた。試験片の大きさは４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍである。当該試験片を３点曲げ強度試験を行って試験片を２分割し、その断面を継ぎ足し面とした。作製した不定形耐火物の組成を下記表１に示す。
不定形耐火物の試験片の継ぎ足し面（４０ｍｍ×４０ｍｍ）に、粉末状のスラグを所定量置き、その後、大気雰囲気にて１３５０℃で３時間焼成することで、継ぎ足し面にスラグを付着させた。スラグ付着前後の試験片の重量を計測し、その重量増加分からスラグの付着量を算出した。また、スラグ付着面の面積率は、スラグ付着前後の継ぎ足し面をデジタルカメラで撮像して生成された画像データを解析することで継ぎ足し面に対するスラグ付着面の面積率（％）を算出した。
また、不定形耐火物の試験片の継ぎ足し面に筆を用いて水を所定量付着させた。水の付着量は、水の付着前後の試験片の重量を計測し、その重量増加分から水の付着量を算出した。継ぎ足し面に水を付着させた後、ただちに試験片を金型に挿入し、試験片の継ぎ足し面に同じ種類の不定形耐火物の原料を金型に流し込み、温度２０±３℃、湿度８０％以上の雰囲気下で２４時間養生した後、脱型して強度測定用の試験片を作製した。強度試験用の試験片に上述した３点曲げ強度試験を実施し、試験片の常温曲げ強度を測定した。使用した不定形耐火物の種類、スラグ付着面の面積率、スラグ付着量、水付着量および常温曲げ強度の測定結果を下記表３、４に示す。
発明例１～４０は、継ぎ足し面におけるスラグ付着面の面積率を５０％以下にして不定形耐火物原料を継ぎ足し施工した施工例である。一方、比較例１～１７は、継ぎ足し面におけるスラグ付着面の面積率を５０％より高くして不定形耐火物原料を継ぎ足し施工した施工例である。表３、４に示すように、継ぎ足し面におけるスラグ付着面の面積率を５０％以下にして新たな不定形耐火物を継ぎ足し施工した不定形耐火物の曲げ強度の最小値が０．２８ＭＰａ（発明例２３、３９）であったのに対し、継ぎ足し面におけるスラグ付着面の面積率を５０％より高くして新たな不定形耐火物を継ぎ足し施工した不定形耐火物の曲げ強度の最大値は０．１３ＭＰａ（比較例４）であった。これらの結果から、不定形耐火物の継ぎ足し面に新たな不定形耐火物を継ぎ足し施工するにあたり、継ぎ足し面におけるスラグ付着面の面積率を５０％以下にすることで、継ぎ足し施工された不定形耐火物の継ぎ足し部の接着強度を向上できることが確認された。
また、発明例１－３と発明例７－９は、不定形耐火物の種類とスラグ付着面の面積率が同じで、継ぎ足し面における水付着量のみが異なる継ぎ足し施工例である。発明例１－３は、継ぎ足し面の水付着量が０．０１０ｇ／ｃｍ２以上０．２５０ｇ／ｃｍ２以下を満足する継ぎ足し施工例であり、その曲げ強度は０．７０～２．６０ＭＰａとなった。一方、発明例７－９は、継ぎ足し面の水付着量が０．０１０ｇ／ｃｍ２以上０．２５０ｇ／ｃｍ２以下を満足しない継ぎ足し施工例であり、その曲げ強度は０．３１～０．４０ＭＰａとなった。
また、他の不定形耐火物においても、継ぎ足し面の水付着量が０．０１０ｇ／ｃｍ２以上０．２５０ｇ／ｃｍ２以下を満足する継ぎ足し施工で施工された不定形耐火物の曲げ強度は、継ぎ足し面の水付着量が０．０１０ｇ／ｃｍ２以上０．２５０ｇ／ｃｍ２以下を満足しない継ぎ足し施工で施工された不定形耐火物の曲げ強度よりも高くなった。これらの結果から、不定形耐火物の継ぎ足し面に新たな不定形耐火物を継ぎ足し施工するにあたり、継ぎ足し面における水の付着量を０．０１０ｇ／ｃｍ２以上０．２５０ｇ／ｃｍ２以下にすることが好ましく、これにより、継ぎ足し施工された不定形耐火物の継ぎ足し部の接着強度を向上できることが確認された。
表３の発明例１－４０に示すように、不定形耐火物として、アルミナ－マグネシア質、アルミナ－スピネル質、アルミナ－マグネシア－カーボン質、アルミナ－スピネル－カーボン質、アルミナ－炭化ケイ素－カーボン質、アルミナ－ろう石－炭化ケイ素－カーボン質、炭化ケイ素－アルミナ－カーボン質、または、アルミナ－カーボン－炭化ケイ素質の不定形耐火物の何れを用いたとしても、継ぎ足し面におけるスラグ付着面の面積率を５０％以下にすることで、継ぎ足し部の接着強度を向上できることが確認され、また、継ぎ足し面における水の付着量を０．０１０ｇ／ｃｍ２以上０．２５０ｇ／ｃｍ２以下にすることで、継ぎ足し部の接着強度を向上できることが確認された。これらの結果から、本実施形態に係る不定形耐火物の継ぎ足し施工方法がアルミナ－マグネシア質、アルミナ－スピネル質、アルミナ－マグネシア－カーボン質、アルミナ－スピネル－カーボン質、アルミナ－炭化ケイ素－カーボン質、アルミナ－ろう石－炭化ケイ素－カーボン質、炭化ケイ素－アルミナ－カーボン質、または、アルミナ－カーボン－炭化ケイ素質の不定形耐火物の何れにも適用できることが確認された。
Claims (2)
- 不定形耐火物の継ぎ足し施工方法であって、
継ぎ足し施工する不定形耐火物の継ぎ足し面におけるスラグが付着した付着面の面積率を５０％以下にし、前記継ぎ足し面に０．０１０ｇ／ｃｍ２以上０．２５０ｇ／ｃｍ２以下の水を付着させた後に、前記継ぎ足し面に新たな不定形耐火物を継ぎ足し施工する、不定形耐火物の継ぎ足し施工方法。 - 前記不定形耐火物は、アルミナ－マグネシア質、アルミナ－スピネル質、アルミナ－マグネシア－カーボン質、アルミナ－スピネル－カーボン質、アルミナ－炭化ケイ素－カーボン質、アルミナ－ろう石－炭化ケイ素－カーボン質、炭化ケイ素－アルミナ－カーボン質、または、アルミナ－カーボン－炭化ケイ素質の不定形耐火物である、請求項１に記載の不定形耐火物の継ぎ足し施工方法。
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