JPH054872A - 不定形耐火物および不定形耐火物の施工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 硬化時にひび割れあるいは亀裂を生じること
がなく、保存特性、施工条件にも優れた不定形耐火物。 【構成】 混練時には破壊されず５０℃以上１００℃以
下で破壊される被覆剤によって硬化剤をカプセル化した
硬化剤を耐火性骨材とを含む不定形耐火物であって、混
合あるいは混練時には硬化せず、水分の発生が少ない５
０℃ないし１００℃の温度領域に加熱することによって
硬化を行う。 【効果】 水分の発生が少ない温度領域において硬化す
るので、ひび割れ等の発生がなく、施工条件も安定して
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は不定形耐火物およびそれ
を使用した不定形耐火物の施工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】不定形耐火物は、使用前には粉状、練り
土状、および泥状などの一定の形状を持たない耐火物で
あるが、使用現場において施工するものであり、施工に
よって得られた耐火物は、目地のない一体構造のものが
得られ、複雑な形状ものであっても容易に製造すること
ができ、また部分的な補修等も可能であるので、高炉出
銑樋、取鍋等の内張り材や、耐火煉瓦の目地等をはじめ
として多くの分野で使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】不定形耐火物は、粘土
質シャモット、シリマナイト、ムライトクリンカー、バ
ン土頁岩、ボーキサイト、溶融シリカ、クロム鉱、マグ
ネシアクリンカー、ジルコン、炭化ケイ素などの耐火物
の骨材に硬化剤を混合している。

【０００４】硬化剤としては各種のものが使用されてい
るが、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、アルミナセ
メント、ポルトランドセメント等のような水によって不
定形耐火物の骨材を結合することが可能な物質で取扱が
容易であることから広く使用されている。また、こうし
たもの以外にも、水ガラス、各種の有機物からなる接着
性の物質なども硬化剤として使用されている。

【０００５】いずれの不定形耐火物においても施工現場
において、水あるいは硬化剤の所定の量を計量して混練
した後に各種の施工方法によって施工している。ところ
が、不定形耐火物の硬化は、温度、湿度などの条件によ
って影響を受けるので、施工時の環境等をはじめとする
各種の条件を考慮することが必要となるが、施工途中に
おいて部分的に硬化が始まると好ましくないので、一般
には想定される施工に要する時間よりも長い時間を硬化
に見込んで配合割合を決めることが行われている。

【０００６】したがって、その結果施工に要する時間が
長くなるという問題点があった。

【０００７】また、水分の添加あるいは加熱等の手段に
よって硬化する不定形耐火物においては、配合成分をあ
らかじめ混合することが行われていたが、このような不
定形耐火物では長期の保存時に配合成分の変質がおこ
り、施工時には機能を発揮しないような事態も生じてい
た。

【０００８】こうした問題の解決のために、耐火性骨材
に添加する凝膠剤と耐爆裂性付与剤として添加する金属
粉末とを被覆剤で表面被覆することが特開昭５９−１０
７９８１号公報などで提案されている。

【０００９】この方法が有効に作用するためには、表面
被覆した凝膠剤の強度や被覆剤の特性を厳密に調整する
必要がある。すなわち、耐火性骨材と表面被覆した凝膠
剤とを混練または混合した場合には、強度が十分でない
と混練または混合中に被覆剤が破壊され内容物である凝
膠剤が耐火性骨材の硬化をすすめたり、あるいは添加し
た水分が被覆剤を浸透し、凝膠剤被覆剤の内部で反応を
起こす等の問題を生じる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、気象条件等の
外的な条件の影響を受けず、安定した施工が可能であ
り、しかも短時間で低温度での硬化が可能な不定形耐火
物として、混練または混合中には硬化剤としての機能を
せず、また水分の影響を受けない被覆剤で被覆したもの
である。すなわち、硬化剤を被覆したマイクロカプセル
の径を小さくするとともに、マイクロカプセルの膜厚を
所定の範囲内とすることによって、硬化剤が混練中に流
出したり反応することを防止したものである。

【００１１】本発明の不定形耐火物の硬化剤には、ケイ
酸ナトリウム、アルミナセミント、ρ−アルミナ、第１
リン酸アルミニウムなどのリン酸塩、水酸化ナトリウ
ム、ミョウバン、長鎖アミン、多価金属イオン、塩化ア
ンモニウム、ケイフッ化ナトリウム等を使用することが
できる。

【００１２】こうした硬化剤の被覆剤には、パラフィ
ン、ポリメタクリル酸エチル、レゾール型フェノール樹
脂、エポキシ樹脂、ポリビニルアルコール、ポリウレタ
ン、ポリスチレン等を使用することができる。

【００１３】また、硬化剤の被覆剤が５０℃ないし１０
０℃の温度で破壊するように設定したので、比較的低温
の水分の発生量が少ない条件において硬化するので硬化
時には発生する水蒸気によってひび割れや亀裂が発生す
ることがない。

【００１４】混練時の機械的な摩擦による摩擦熱により
不定形材料が加熱され、とくに夏期では高温になりやす
いが、５０℃以下においカプセルが破壊されるものであ
る場合では、混練時に硬化反応が進む可能性があるの
で、被覆の破壊温度は５０℃以上とする必要がある。

【００１５】このような温度で破壊するカプセルにはと
くに、上記の物質のうち５０℃以上で溶融または発泡等
を行って内容物を露出する物質を使用することが好まし
い。硬化剤の被覆の形成は、液中硬化被覆法、アトマイ
ザー法や界面重合法によって行うことができる。液中硬
化被覆法の場合には硬化剤を被覆したマイクロカプセル
の径は、中央部に硬化剤を流し、その外側に被覆剤を流
す２重管からなるノズルを用いたり、被覆剤が管壁を膜
状となって落下する細管中を硬化剤を転動させて落下さ
せる方法により製造することができる。その際に、ノズ
ルまたは管の径を調整することによって所定の径のカプ
セルを容易に製造することができる。アトマイザー法で
は、硬化剤を回転する円盤に落下させて硬化剤を遠心力
で周囲に飛ばし、落下する被覆剤の膜中を通過させるこ
とによって被覆を形成する方法であり、円盤の回転数お
よび落下する被覆剤の膜厚を調整することによって適宜
調整することが可能である。

【００１６】液中硬化被覆法あるいはアトマイザー法で
は、複数の被覆剤を積層した被覆を形成しても良いし、
生成したマイクロカプセルの被覆を強化する被覆強化剤
中において処理しても良い。

【００１７】また、界面重合法では、カプセルの径は硬
化剤の液の濃度と撹拌の程度を変えることによって行う
ことができ、膜厚はモノマーの濃度によって変えること
ができる。

【００１８】本発明の不定形耐火物に使用することが可
能な骨材には、電融アルミナ、焼結アルミナ、焼成カイ
ヤナイト、シリマナイト、合成ムライト、ボーキサイ
ト、シャモット、電融マグネシア、焼結マグネシア、溶
融シリカ、黒鉛等の多くのものを使用することができ
る。また、これらの耐火性骨材に加えて、金属アルミニ
ウム、金属シリコン、金属マグネシウム、フェロシリコ
ン、アルミニウム−マグネシウム合金等を混合しても良
いが、これらの金属も硬化剤含有カプセルと同様の条件
で破壊される被覆剤によってマイクロカプセル化するこ
とが好ましい。

【００１９】

【作用】本発明は、不定形耐火物として、被覆剤でマイ
クロカプセル化した硬化剤を含有するものであるが、マ
イクロカプセルが混練または混合時には破壊されず、５
０℃ないし１００℃の温度で破壊されるものとしたの
で、５０℃ないし１００℃の水分の発生量の少ない条件
で硬化反応を進めることが可能であるので、不定形耐火
物の硬化時にひび割れ等が入ることがなく速やかに硬化
を行うことが可能であり、不定形材料の長期保存が可能
となる。

【００２０】

【実施例】以下に、本発明の実施例を示し、本発明を詳
細に説明する。

【００２１】実施例１ 硬化剤としてケイ酸ナトリウムを含有するマイクロカプ
セルを以下の方法によって製造した。粒径４μｍのケイ
酸ナトリウム粉末を、アトマイザー法によるマイクロカ
プセル製造装置の１０００ｒｐｍで回転する円盤の中央
部に落下させ、円盤の回転力で硬化剤を周囲に飛ばし、
融点６０℃のパラフィンを６５℃に加熱し溶融した膜状
に落下する部分を通過させて、２０℃の水中にカプセル
を落下させ、径が５μｍ、被覆剤の厚みが１μｍのマイ
クロカプセルを製造した。得られた硬化剤を含有したマ
イクロカプセルを走査型電子顕微鏡で観察したところ被
覆に貫通孔は認められなかった。

【００２２】また、このカプセルを水中に投下して、溶
解度を試験した。水温は４０℃で一定として水中のケイ
酸ナトリウムの溶解度を調べたが、４８時間経過後も水
１００ｇに対する溶解度は０であった。

【００２３】得られた硬化剤を含有するマイクロカプセ
ルを、硬化剤の量が２重量％となるように、電融アルミ
ナ９７重量％、溶融シリカ１重量％の耐火骨材の重量１
０ｋｇに混合して５分間混練をした。

【００２４】５分間混合後の硬化時間は４０℃に加熱し
た場合には４８時間以上を要したが、７０℃に加熱した
場合には、２時間で硬化した。

【００２５】得れた耐火物にはひび割れや爆裂はなく、
１４００℃焼成後の曲げ強度４００ｋｇ重／ｃｍ² であ
った。

【００２６】また、試験片を部位別にチェックした見か
け気孔率の差は、平均値±２％であり、ほぼ均一な組織
であった。

【００２７】実施例２ 液中硬化被覆法でノズルを使用してマイクロカプセルを
作製した。

【００２８】硬化剤として、アルミナセメント、被覆剤
として６０℃で溶融するレゾール型フェノール樹脂を使
用した。

【００２９】あらかじめ、８μｍの径に粒径を揃えたア
ルミナセメントを圧力３ｋｇ／ｃｍ² で、６５℃で溶融
して長さ２０ｃｍ管の内壁を流量１５ｇ／分で流れてい
るレゾール型フェノール樹脂中を転動させた。

【００３０】管から得られたカプセルは２０℃の空気中
において冷却し、径が１０μｍのカプセルを得た。被覆
の厚みは２μｍであった。

【００３１】得られた硬化剤を含有したマイクロカプセ
ルを走査型電子顕微鏡で観察したところ被覆に貫通孔は
認められなかった。

【００３２】また、このカプセルを水中に投下して、溶
解度を試験した。水温は４０℃で一定として水中のアル
ミナセメントの溶解度を調べたが、４８時間経過後も水
１００ｇに対する溶解度は０であった。

【００３３】また、得られた硬化剤を含有するマイクロ
カプセルを、硬化剤の量が２重量％となるように、電融
アルミナ９７重量％、溶融シリカ１重量％の耐火骨材１
０ｋｇに混合して５分間混練した。

【００３４】得られた耐火物にひび割れや爆裂はなく、
１４００℃に焼成後の曲げ強度は３８０ｋｇ重／ｃｍ²
であり、試験片の各部位の見かけ気孔率の差は平均値±
２％であり、ほぼ均一な組織であった。

【００３５】実施例３ 液中硬化被覆法によって、３種の流体を供給するノズル
を使用してマイクロカプセルを製造した。硬化剤には第
１リン酸アルミニウム、被覆剤にはパラフィンとポリビ
ニルアルコールを用いた。

【００３６】噴出圧力２ｋｇ／ｃｍ² で、第１リン酸ア
ルミニウムを内径０．２ｍｍのノズルの先端から噴出さ
せる。

【００３７】あらかじめ融点６０℃のパラフィンを６５
℃で溶融して５ｇ／分の流量で第２層用のノズルに流
し、第３層用のノズルには２０℃のポリビニルアルコー
ル水溶液を５ｇ／分の流量で流す。

【００３８】第１リン酸アルミニウムは、第２層用のノ
ズルで膜を張ったパラフィンを通過し、しかる後に第３
層用のノズルで膜を張ったポリビニルアルコール水溶液
を通過させる。

【００３９】したがって、形成されるマイクロカプセル
は、芯物質に第１リン酸アルミニウム、内側の被覆とし
てパラフィン、外側の被覆としてポリビニルアルコール
の膜がそれぞれ形成される。

【００４０】さらに、得られたマイクロカプセルを、ホ
ウ砂水溶液からなる被覆強化剤中に投入することによっ
てポリビニルアルコールの被覆を強化することができ
る。得られたカプセルの直径は５０μｍ、被覆の厚みは
５μｍであった。

【００４１】得られた硬化剤を含有したマイクロカプセ
ルを走査型電子顕微鏡で観察したところ被覆に貫通孔は
認められなかった。

【００４２】また、このカプセルを水中に投下して、溶
解度を試験した。水温は４０℃で一定として水中の第１
リン酸アルミニウムの溶解度を調べたが、４８時間経過
後も水１００ｇに対する溶解度は０であった。

【００４３】また、得られた硬化剤を含有するマイクロ
カプセルを、硬化剤の量が２重量％となるように、電融
アルミナ９７重量％、溶融シリカ１重量％の耐火骨材１
０ｋｇに混合して５分間混練した。

【００４４】得られた耐火物にひび割れや爆裂はなく、
１４００℃に焼成後の曲げ強度は４２０ｋｇ重／ｃｍ²
であり、試験片の各部位の見かけ気孔率の差は平均値±
２％であり、ほぼ均一な組織であった。

【００４５】実施例４ 界面重合法によって、マイクロカプセルを製造した。

【００４６】クロロホルム２５ｍｌ、シクロヘキサン７
５ｍｌの溶剤中にエチレングリコール１０ｍｌと硬化剤
であるメタケイ酸ナトリウム５ｇを乳化し、５分間２５
℃の条件で撹拌した後に、ジイソシアネート５０ｍｌを
加えると、速やかに重合反応が起こり、ポリウレタンで
被覆されたマイクロカプセルが得られた。得られたカプ
セルの直径は１０μｍ、被覆の厚みは５μｍであった。

【００４７】得られた硬化剤を含有したマイクロカプセ
ルを走査型電子顕微鏡で観察したところ被覆に貫通孔は
認められなかった。

【００４８】また、このカプセルを水中に投下して、溶
解度を試験した。水温は４０℃で一定として水中のケイ
酸ナトリウムの溶解度を調べたが、４８時間経過後も水
１００ｇに対する溶解度は０であった。

【００４９】また、得られた硬化剤を含有するマイクロ
カプセルを、硬化剤の量が２重量％となるように、電融
アルミナ９７重量％、溶融シリカ１重量％の耐火骨材１
０ｋｇに混合して５分間混練した。

【００５０】得られた耐火物にひび割れや爆裂はなく、
１４００℃に焼成後の曲げ強度は４２０ｋｇ重／ｃｍ²
であり、試験片の各部位の見かけ気孔率の差は平均値±
２％であり、ほぼ均一な組織であった。

【００５１】比較例１ カプセルの径を１００μｍ、被覆剤の厚みを２μｍに変
更した点を除いて実施例１と同様の不定形耐火物を製造
した。使用したマイクロカプセルの被覆を走査型電子顕
微鏡で観察したところ貫通孔が認められ、また、４０℃
の水中へ投入したところ３時間後に溶解度が徐々に増加
した。また、５分間混練後には４０℃で３時間後に硬化
し、７０℃では０．５時間で硬化した。

【００５２】比較例２ カプセルの径を３００μｍ、被覆剤の厚みを１０μｍに
変更した点を除いて実施例１と同様の不定形耐火物を製
造した。

【００５３】使用したマイクロカプセルの被覆を走査型
電子顕微鏡で観察したところ貫通孔が認められなかっ
た。また、４０℃の水中へ投入したところ４８時間後の
溶解度は０であった。また、５分間混練後には４０℃で
１時間後に硬化し、７０℃では急速硬化した。

【００５４】比較例３ マイクロカプセルの被覆剤を融点７２℃のステアリン酸
に変更し、カプセルの径を５μｍ、被覆の厚みを０．３
μｍとした点を除いて実施例１と同様の不定形耐火物を
製造した。

【００５５】使用したマイクロカプセルの被覆を走査型
電子顕微鏡で観察したところ貫通孔は認められなかっ
た。また、４０℃の水中へ投入したところ４８時間後の
溶解度は０であった。また、５分間混練後の４０℃での
硬化時間は４８時間以上であり、７０℃でも４８時間以
上を要した。

【００５６】１４００℃焼成後の曲げ強度は１００ｋｇ
重／ｃｍ² であり、部位別の見かけ気孔率の差は、平均
で±５０％であり、不均一な組織であった。

【００５７】比較例４ マイクロカプセルの被覆剤を融点７２℃のステアリン酸
に変更し、カプセル化を８０℃に加温したハイスピード
ミキサー中において、８０℃のケイ酸ナトリウムとステ
アリン酸を投入して行ったところ径が５μｍのカプセル
が得られたが、被覆の膜厚は不定であり、被覆には貫通
孔が認められた。また、４０℃の水中へ投入したところ
１時間後に溶解度は徐々に増加した。

【００５８】実施例１と同様の耐火性骨材と５分間混練
後には４０℃では硬化時間は０．５時間であり、７０℃
では急速に硬化した。

【００５９】１４００℃焼成後の曲げ強度は２５０ｋｇ
重／ｃｍ² であり、部位別の見かけ気孔率の差は、平均
で±１５％であり、不均一な組織であった。

【００６０】比較例５ 融点４０℃のパラフィンを被覆剤とした点以外は実施例
１と同様のマイクロカプセルを作製し、カプセルの径は
５μｍ、被覆の厚み１μｍとし、実施例１と同様の不定
形耐火物を製造した。

【００６１】使用したマイクロカプセルの被覆を走査型
電子顕微鏡で観察したところ貫通孔は認められなかった
が、４０℃の水中へ投入したところ０．５時間後に溶解
度は徐々に増加した。また、５分間混練後には４０℃で
急速に硬化した。

【００６２】１４００℃焼成後の曲げ強度は２５０ｋｇ
重／ｃｍ² であり、部位別の見かけ気孔率の差は、平均
で±１５％であり、組織は不均一であった。

【００６３】比較例６ 融点１５０℃の６，６−ナイロンを被覆剤とした点以外
は実施例１と同様のマイクロカプセルを界面重合法で作
製し、カプセルの径は５μｍ、被覆の厚み１μｍとし、
実施例１と同様の不定形耐火物を製造した。

【００６４】使用したマイクロカプセルの被覆を走査型
電子顕微鏡で観察したところ貫通孔が認められず、４０
℃の水中へ投入したところ４８時間後の溶解度は０であ
った。また、５分間混練後の硬化時間は４０℃で４８時
間以上であり、７０℃では４８時間以上であった。

【００６５】１４００℃焼成後の曲げ強度は１００ｋｇ
重／ｃｍ² であり、部位別の見かけ気孔率の差は、平均
で±５０％であり、不均一な組織であった。

【００６６】

【発明の効果】本発明の不定形耐火物は、混練時には破
壊されず５０℃以上１００℃以下で破壊される被覆剤に
よって硬化剤をカプセル化したので、混合あるいは混練
時には硬化剤は作用することがなく、水分の発生が少な
い温度領域に加熱することによって硬化するので、得ら
れた耐火物にはひび割れや爆裂等が生じることはなく強
度の大きな耐火物を得ることができ、不定形材料の長期
保存も可能になる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 不定形耐火物において、耐火性骨材を結
   合する硬化剤を含有したカプセルが、混練時には破壊せ
   ず５０℃以上において破壊する粒径が５００μｍ以下で
   あって、被覆の厚みが径の１０％以上のカプセルである
   ことを特徴とする不定形耐火物。
2. 【請求項２】 カプセルの被覆剤が５０℃以上１００℃
   以下の融点を有するパラフィン、合成樹脂であることを
   特徴とする請求項１記載の不定形耐火物。
3. 【請求項３】 不定形耐火物として耐火性骨材を結合す
   る硬化剤を含有したカプセルが、混練時には破壊せずに
   ５０℃以上において破壊する粒径が５００μｍ以下であ
   って、被覆の厚みが１０％以上のカプセルを含有した不
   定形耐火物を使用して、５０℃以上に加熱して硬化剤の
   カプセルを破壊して不定形耐火物を硬化させることを特
   徴とする不定形耐火物の施工方法。