特開 2023-161293 乾式吹き付け用不定形耐火物及びこれを用いた乾式吹き付け施工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023161293

(43)【公開日】2023-11-07

(54)【発明の名称】乾式吹き付け用不定形耐火物及びこれを用いた乾式吹き付け施工方法

(51)【国際特許分類】

   C04B 35/66 20060101AFI20231030BHJP

   F27D 1/00 20060101ALI20231030BHJP

   F27D 1/16 20060101ALI20231030BHJP

【ＦＩ】

C04B35/66

F27D1/00 N

F27D1/16 A

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022071589

(22)【出願日】2022-04-25

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2022-11-17

(71)【出願人】

【識別番号】391009419

【氏名又は名称】美濃窯業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098707

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 利英子

(74)【代理人】

【識別番号】100135987

【弁理士】

【氏名又は名称】菅野 重慶

(74)【代理人】

【識別番号】100168033

【弁理士】

【氏名又は名称】竹山 圭太

(74)【代理人】

【識別番号】100161377

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 薫

(72)【発明者】

【氏名】竹内 紫保

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 和重

(72)【発明者】

【氏名】戸田 雅

(72)【発明者】

【氏名】小豆澤 脩斗

(72)【発明者】

【氏名】吉見 靖隆

【テーマコード（参考）】

4K051

【Ｆターム（参考）】

4K051BB03

4K051LA02

4K051LA12

(57)【要約】

【課題】乾式吹き付け施工方法に用いた場合に、得られる施工体の養生強度を高めることを実現し、従来製品では使用が難しかった衝撃や外力がかかる用途においても施工体形状を維持することができる、汎用性に優れた乾式吹き付け用不定形耐火物の提供。
【解決手段】乾粉の耐火材料と、乾粉のアルミナセメントと、シリカ固形分の濃度が２０％～５０％のシリカゾルとを含む状態で使用される乾式吹き付け用不定形耐火物であって、アルミナセメントを、前記耐火材料１００％に対して外掛けで１％～５％の範囲内で含み、シリカゾルを、そのシリカゾル中に含まれるシリカ固形分が、前記耐火材料１００％に対して外掛けで３％～３０％となる範囲内で含み、さらに、乾粉の水硬性アルミナを、前記耐火材料１００％に対して外掛けで０．７％～２．０％の範囲内で含む乾式吹き付け用不定形耐火物及び該不定形耐火物を用いる施工方法。
【選択図】 なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

乾粉の耐火材料と、硬化剤として、乾粉のアルミナセメントと、シリカ固形分の濃度が２０質量％以上５０％質量以下のシリカゾルとを含む状態で使用される乾式吹き付け用不定形耐火物であって、
前記アルミナセメントを、前記耐火材料１００質量％に対して外掛けで、１質量％以上５質量％以下の範囲内で含み、
前記シリカゾルを、そのシリカゾル中に含まれるシリカ固形分が、前記耐火材料１００質量％に対して外掛けで、３質量％以上３０質量％以下となる範囲内で含み、
さらに、乾粉の水硬性アルミナを、前記耐火材料１００質量％に対して外掛けで、０．７質量％以上２．０質量％以下の範囲内で含むことを特徴とする乾式吹き付け用不定形耐火物。

【請求項2】

乾式吹き付け用不定形耐火物をノズル先端から吹き付ける乾式吹き付け施工による施工体である「不定形耐火物の室温養生硬化体」の室温曲げ強度が、１．０ＭＰａ以上である請求項１に記載の乾式吹き付け用不定形耐火物。

【請求項3】

前記耐火材料は、アルミナ質原料を主成分とし、かつ、粒径０．０７５ｍｍ以下の微粒成分を１５質量％以上５０質量％以下の範囲内で有する請求項１又は２に記載の乾式吹き付け用不定形耐火物。

【請求項4】

さらに、前記耐火材料１００質量％に対して、縮合リン酸塩、有機酸及び有機酸塩からなる群から選ばれる少なくともいずれかの化合物を外掛けで、０．０１質量％以上０．３質量％以下の範囲内で含む請求項１又は２に記載の乾式吹き付け用不定形耐火物。

【請求項5】

請求項１又は２に記載の乾式吹き付け用不定形耐火物を吹き付けノズルから被施工面に吹き付けて、乾式吹き付け施工する施工方法であって、
前記乾粉の耐火材料、前記乾粉のアルミナセメント及び前記乾粉の水硬性アルミナを事前に混合して得られた乾粉の混合物を前記吹き付けノズルに送り、前記シリカゾルを添加して混練し、混練物を吹き付けノズル先端から前記乾式吹き付け用不定形耐火物を被施工面に吹き付けることを特徴とする乾式吹き付け施工方法。

【請求項6】

前記シリカゾルの添加を、前記吹き付けノズルの先端部で行う請求項５に記載の乾式吹き付け施工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、乾式吹き付け用不定形耐火物の技術に関し、詳しくは、シリカゾル、アルミナセメント及び水硬性アルミナを硬化剤として用い、これらを耐火材料のバインダー（結合剤）にしてなる、充分な養生強度をもつ乾式吹き付け施工用不定形耐火物及びこれを用いた乾式吹き付け施工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

耐火物の施工において、不定形耐火物の流し込み施工、塗り込み施工及び吹き付け施工等が行われている。中では、流し込み施工が主流であるが、流し込み施工は、施工現場での大型ミキサーによる混練作業、枠掛け作業及び脱枠作業が必要となり、作業は煩雑で、施工が大がかりになる。一方、吹き付け施工は、このような煩雑な作業がない点が長所として挙げられる。

【0003】

吹き付け施工は大きく湿式吹き付け施工と乾式吹き付け施工とに大別される。湿式吹き付け施工は、ミキサー等の混練作業により耐火材料と水とを十分に混練し、そのスラリー状の混練物をポンプで圧送しながら、吹き付けノズル先端部でエアーと急結剤（硬化剤）とを導入し、吹き付ける施工方法である。一方、乾式吹き付け施工は、水分を含まないことから小型、簡易設備で比較的作業性がよい乾粉の混合作業後にその混合物を圧縮空気で圧送し、吹き付けノズル先端部において乾粉状の耐火材料に水を添加してノズル内で混練し、これを吹き付けて施工体を得る施工方法である。そのため、乾式吹き付け施工は、より簡便な施工方法として、有用性が高い施工方法である。上記した吹き付け施工において用いられる不定形耐火物には、吹き付け後に硬化反応が良好に行われ、結果として耐用性に優れた吹き付け耐火物（施工体）が得られることが要求されている。このため、下記に挙げるように、性能に優れる吹き付け用不定形耐火物について、種々の提案がされている。

【0004】

特許文献１では、マグネシア超微粉を０．０５～１．０ｗｔ％含有させたアルミナ－スピネル系キャスタブルの母材に、ＳｉＯ_２を１５～２５質量％含有したシリカゾルを６～８質量％添加した吹き付け耐火物が提案されている。そして、このようにすることで、アルミナ－スピネル質耐火物を、耐用性に優れ、接着強度が大きい吹付耐火物とできることが記載されている。また、特許文献１には、シリカゾルとマグネシア超微粉によりゾルゲル反応を起こさせ、この反応を利用して耐火母材を硬化させることで、従来使用されているような結合剤及び硬化剤を使用しない吹付け耐火物を発明し得たことが記載されている。特許文献１には、アルミナセメントを結合剤としたアルミナ－スピネル質吹付け耐火物は、作業性が悪く、従来、吹付耐火物としては使用されていなかったことが記載されている。

【0005】

上記特許文献１に対し、特許文献２では、下記の指摘をして、後述する新たな提案をしている。「ここで、耐火材料の硬化反応を促進させるためには、マグネシア超微粉の粒径は重要である。例えば、マグネシア超微粉の粒径が大きいと、シリカゾル中への溶出量が減少するため、硬化反応が効率的に行われなくなる。このように、特許文献１には、マグネシア超微粉を用いる旨は記載されているが、マグネシア超微粉の粒径については具体的には記載されていない。このため、耐火材料の硬化反応が促進されなくなる可能性がある。硬化反応が促進されなくなると、耐火材料の保形性が悪化し、付着率の低下、すなわち、耐用性の低下につながる。」

【0006】

特許文献２では、シリカゾルと耐火材料の混合性を確保できるとともに硬化反応を促進でき、結果として耐用性の優れた乾式吹き付け用耐火物を提供するため、下記の提案をしている。すなわち、特許文献２では、耐火材料とシリカゾルを含み、耐火材料は、粒径１０μｍ以下のＭｇ又はＣａを含む化合物を含有し、前記耐火材料中の粒径１０μｍ以下のＭｇ又はＣａを含む化合物の含有量を、前記シリカゾル合量中のシリカ固形分含有量に対して０．０２％以上にした乾式吹き付け材料についての提案がされている。しかし、本発明者らの検討によれば、上記したＭｇ又はＣａの化合物とシリカゾルの反応による急結性を利用したシリカゾル添加吹き付け施工用耐火物では、作業可使時間が充分に確保できない可能性が高い。

【0007】

これに対し、特許文献３では、耐火材料と、シリカゾルと、粒径１ｍｍ以下のＭｇ又はＣａの化合物に、凝集剤として金属硫酸塩又は金属ハロゲン化物塩を添加してなる、セメントフリー乾式吹き付け施工用不定形耐火物が提案されている。そして、特許文献３には、特有の凝集剤を添加することで、充分な付着性及び作業可使時間をもつ乾式吹き付け施工用不定形耐火材が得られることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特許第３１２６００３号公報

【特許文献2】特許第５８９６５１５号公報

【特許文献3】特開２０２０－１９９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

乾式吹き付け不定形耐火物の重要な特性としては、上記した先行技術文献に記載されている付着性や硬化時の作業可使時間以外に、硬化体（施工体）の養生強度が挙げられる。硬化体の養生強度とは、「炉内に吹き付け後、室温にて硬化した状態での機械的強度」であり、室温での施工体の形状を維持する上で重要な特性である。先の特許文献３では、シリカゾルをバインダー（結合剤）とした乾式吹き付け耐火物では、脱枠するために必要な養生強度として、養生後の圧縮強度１．０ＭＰａ以上が必要であると述べている。

【0010】

しかし、本発明者らの検討によれば、圧縮強度１．０ＭＰａでは、施工体（硬化体）に比較的外力がかからない用途では施工体を維持できるものの、応力がかかる用途や、不意に衝撃が加わった際に施工体形状を維持できなくなる可能性がある。一般に、シリカゾルをバインダー（結合剤）とした乾式吹き付け耐火物は、セメントをバインダーとした場合よりも養生強度が低くなる。そのため、シリカゾルをバインダーとして使用している乾式吹き付け不定形耐火物によって得られる施工体には外力がかからないことが望まれる。本発明者らは、上記したように、シリカゾルをバインダーとした乾式吹き付け用不定形耐火物は、施工場所がセメントバインダー品よりも大きく限定されてしまい、汎用性の点で解決すべき課題があるとの認識をもった。

【0011】

これに対し、先に挙げた先行技術文献における乾式吹き付け不定形耐火物では、付着性や硬化時の作業可使時間について言及され、詳細に検討されているものの、硬化体（施工体）の養生強度については詳細な言及や検討がなされていない。

【0012】

したがって、本発明の目的は、シリカゾルをバインダー（結合剤）とした乾式吹き付け施工方法を用いた場合において、得られる施工体の養生強度を高めることを実現し、従来製品においては使用が難しかった衝撃や外力がかかる用途においても施工体形状を維持することができ、実用において問題のない汎用性に優れた乾式吹き付け用不定形耐火物を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記の目的は、以下の本発明によって達成される。すなわち、本発明によれば、以下に示す乾式吹き付け施工用の不定形耐火物が提供される。
［１］乾粉の耐火材料と、硬化剤として、乾粉のアルミナセメントと、シリカ固形分の濃度が２０質量％以上５０％質量以下のシリカゾルとを含む状態で使用される乾式吹き付け用不定形耐火物であって、
前記アルミナセメントを、前記耐火材料１００質量％に対して外掛けで、１質量％以上５質量％以下の範囲内で含み、
前記シリカゾルを、そのシリカゾル中に含まれるシリカ固形分が、前記耐火材料１００質量％に対して外掛けで、３質量％以上３０質量％以下となる範囲内で含み、
さらに、乾粉の水硬性アルミナを、前記耐火材料１００質量％に対して外掛けで、０．７質量％以上２．０質量％以下の範囲内で含むことを特徴とする乾式吹き付け用不定形耐火物。

【0014】

上記乾式吹き付け用不定形耐火物の好ましい形態としては、下記が挙げられる。
［２］乾式吹き付け用不定形耐火物をノズル先端から吹き付ける乾式吹き付け施工による施工体である「不定形耐火物の室温養生硬化体」の室温曲げ強度が、１．０ＭＰａ以上である上記［１］に記載の乾式吹き付け用不定形耐火物。
［３］前記耐火材料は、アルミナ質原料を主成分とし、かつ、粒径０．０７５ｍｍ以下の微粒成分を１５質量％以上５０質量％以下の範囲内で有する上記［１］又は［２］に記載の乾式吹き付け用不定形耐火物。
［４］さらに、前記耐火材料１００質量％に対して、縮合リン酸塩、有機酸及び有機酸塩からなる群から選ばれる少なくともいずれかの化合物を外掛けで、０．０１質量％以上０．３質量％以下の範囲内で含む上記［１］又は［２］に記載の乾式吹き付け用不定形耐火物。

【0015】

本発明は、別の実施形態として、下記の乾式吹き付け施工方法を提供する。
［５］上記［１］又は［２］に記載の乾式吹き付け用不定形耐火物を吹き付けノズルから被施工面に吹き付けて、乾式吹き付け施工する施工方法であって、
前記乾粉の耐火材料、前記乾粉のアルミナセメント及び前記乾粉の水硬性アルミナを事前に混合して得られた乾粉の混合物を前記吹き付けノズルに送り、前記シリカゾルを添加して混練し、混練物を吹き付けノズル先端から前記乾式吹き付け用不定形耐火物を被施工面に吹き付けることを特徴とする乾式吹き付け施工方法。

【0016】

上記乾式吹き付け施工方法の好ましい形態としては、下記が挙げられる。
［６］前記シリカゾルの添加を、前記吹き付けノズルの先端部で行う上記［５］に記載の乾式吹き付け施工方法。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、乾粉のアルミナセメントに加えてシリカゾルを硬化剤（結合剤）とした乾式吹き付け用不定形耐火物において、乾粉の水硬性アルミナを特定量添加することで、乾式吹き付けして得られる施工体の養生強度を高め、衝撃や外力がかかる用途においても施工体形状を維持することができ、実用上問題なく利用できる、より広範囲な施工部位に使用が可能な、汎用性に優れる乾式吹き付け用不定形耐火物を提供することができる。また、本発明によれば、上記優れた乾式吹き付け用不定形耐火物を用いることで、廃棄物焼却炉、セメント製造設備、ロータリーキルン等、従来は不定形耐火物の適用が難しかった用途や部分においても、良好な乾式吹き付け施工ができる施工方法の提供が可能となる。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、好ましい形態を挙げて本発明を説明する。乾式吹き付け用不定形耐火物では、バインダー（結合剤）として一般的にアルミナセメントが用いられている。一方、先に述べたように、シリカゾルとマグネシア超微粉によりゾルゲル反応を起こさせ、この反応を利用して耐火母材を硬化させることで、従来のような結合剤及び硬化剤を使用しない吹き付け耐火物とできることについての提案がある。また、この技術を利用して、耐火材料とシリカゾルを含み、耐火材料に粒径１０μｍ以下のＭｇ又はＣａを含む化合物を含有させる場合に、該化合物の含有量を特定の量にすることで上記反応を促進させることや、特有の凝集剤を更に使用することで、吹き付け施工体の施工厚みの調整等に必要な作業可使時間の確保を実現することの提案がされている。

【0019】

上記した状況下、本発明者らは、母材である耐火材料に、硬化して母材のバインダーとして機能する成分として、乾粉のアルミナセメントとシリカゾルを併用することに加えて、乾粉の水硬性アルミナを使用することで、充分な付着性及び可使時間をもち、施工性を損なうことなく、本発明が目的とする乾式吹き付けして得られる施工体の養生強度を高めることが実現できることを見出して本発明に至った。以下、本発明の乾式吹き付け用不定形耐火物の構成について説明する。

【0020】

本発明の乾式吹き付け用不定形耐火物は、母材である乾粉の耐火材料と、該耐火材料に対して特定の範囲内で、アルミナセメントとシリカゾルと水硬性アルミナを含んでなることを特徴とする。

【0021】

耐火材料の種類としては、特に限定されず、例えば、焼結アルミナ、電融アルミナ、ボーキサイト、バンド頁岩、ムライト、アンダルサイト、シャモット、ロー石、珪石、焼結スピネル、電融スピネル、クロム鉱、酸化クロム、ジルコン、ジルコニア、炭化珪素、黒鉛及びピッチ等が挙げられる。本発明では、これらの材料からなる群から選択される、１種または２種以上の材料を組み合わせて用いることができる。その際に、吹き付け施工に適した粒度構成になるように粒度調整された耐火材料を用いることが好ましい。また、上記の材料に加えて、耐火性粘土、仮焼アルミナ、シリカフラワー及びカーボンブラック等から選ばれる耐火性の超微粉を併用させることもできる。

【0022】

本発明の乾式吹き付け用不定形耐火物は、上記したような耐火材料を母材とし、いずれも該耐火材料のバインダー（結合剤）として機能する、シリカゾル、アルミナセメント及び水硬性アルミナを含んでなることを特徴とする。これらの成分の役割については後述する。

【0023】

シリカゾルは、シリカ固形分の濃度が２０質量％～５０質量％であるものであればよく、この要件を満たす市販のものを適宜に用いることができる。シリカ固形分の濃度が２０質量％未満であると、シリカゾルと、該シリカゾルとゾルゲル反応を起こして母材である耐火材料の硬化に十分に資することができない。具体的には、ゾルゲル反応が充分に行われないと、硬化不良により耐火材料が成功面から流落し、付着性及び接着性が低下する。一方、シリカ固形分の濃度が５０質量％を超えるとシリカゾルの粘性が過剰に高くなり、シリカゾルと耐火材料との混合性が低下するとともに、施工時にノズル詰まりを生じる。

【0024】

本発明において利用するシリカゾルのゾルゲル反応は、アルミナセメントに含まれるＣａ成分との間で起こり、本発明では、この反応を耐火母材の硬化手段の一つとして利用する。シリカゾルの硬化剤として、Ｍｇ化合物を添加して用いてもよい。上記したゾルゲル反応に利用するＣａ成分量としては、例えば、本発明の乾式吹き付け用不定形耐火物を構成するシリカゾル中のシリカ固形分含有量に対して、１．０質量％～５．０質量％存在すればよい。これに対し、本発明の乾式吹き付け用不定形耐火物を構成するアルミナセメントの量であれば、Ｃａ成分をこの範囲内で含むので、通常は、Ｃａ成分やＭｇ成分を別途添加する必要はない。Ｃａ成分が、シリカゾル中のシリカ固形分含有量に対して１．０質量％未満となると、シリカゾル中へのＣａイオンの溶出量が少なくなり、硬化反応が促進されなくなり、充分な養生強度が得られない。一方、５．０質量％より多い場合には、硬化反応が著しく速く、適切な作業可使時間が得られない。Ｍｇ成分を別途添加する場合には、例えば、海水マグネシア、電融マグネシア、重焼マグネシア、軽焼マグネシア、炭酸マグネシア及び水酸化マグネシア等を用いることができる。また、Ｃａ成分としてアルミナセメント以外に、必要に応じて、例えば、別途、消石灰、炭酸カルシウム及び生石灰等を用いることができる。

【0025】

本発明の乾式吹き付け用不定形耐火物を構成する乾粉のアルミナセメントは、上記したようにシリカゾルとのゾルゲル反応を起こすＣａ成分として利用されるが、一方で、急硬性・早強性、耐火性・耐熱性、耐酸性・耐化学薬品性等の特長を有する水硬性セメントとして、耐火母材の有用なバインダーとしても機能する。乾粉のアルミナセメントは、シリカゾル中の水分と反応することで硬化する。本発明の乾式吹き付け用不定形耐火物では、アルミナセメントを、耐火材料１００質量％に対して外掛けで、１質量％以上５質量％以下の範囲内で含むことを要す。

【0026】

本発明の乾式吹き付け用不定形耐火物は、シリカゾル、乾粉のアルミナセメント以外に、硬化剤として乾粉の水硬性アルミナを、耐火材料１００質量％に対して外掛けで、０．７質量％～２．０質量％の範囲内で含むことを特徴とする。水硬性アルミナは、中間アルミナの一種であるρ－アルミナで、水を添加すると再水和反応を起こし、粒子同士が凝集して硬化する。本発明者らの検討によれば、乾粉の水硬性アルミナは、シリカゾル中の水分と反応することで硬化が起こり、乾式吹き付け後の室温での養生強度を高くすることができる。例えば、施工体に比較的応力がかかるロータリーキルン等では、室温曲げ強度が１．０ＭＰａ以上必要であるとされている。これに対し、乾粉の水硬性アルミナの添加量が０．７質量％未満、例えば、０．６質量％以下の量では、乾式吹き付け用不定形耐火物を用いて得た施工体の室温曲げ強度が１．０ＭＰａ以下となるので、本発明が目的としている高応力条件での使用が困難となる。

【0027】

本発明の乾式吹き付け用不定形耐火物は、先に説明した乾粉の耐火材料、該耐火材料のバインダーとして機能する、乾粉のアルミナセメント、シリカゾル、水硬性アルミナ以外に、必要に応じて適宜に、凝集剤、硬化調整剤、増粘剤及び繊維等を添加することができる。硬化調整剤としては、縮合リン酸塩、有機酸及び有機酸塩からなる群から選ばれる少なくともいずれかの化合物などが挙げられる。該硬化調整剤は、耐火材料１００質量％に対して外掛けで、０．０１質量％～０．３質量％の範囲内で用いることが好ましい。縮合リン酸塩としては、例えば、トリポリリン酸ナトリウム、テトラポリリン酸ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム及びヘキサメタリン酸ナトリウム等を用いることができる。増粘剤には、例えば、耐火粘土やベントナイト等を用いることができる。

【0028】

本発明の乾式吹き付け用不定形耐火物は、下記のような本発明の乾式吹き付け施工方法に適用して施工することで、従来製品よりも養生強度が高い施工体を得ることができる。このため、本発明の乾式吹き付け用不定形耐火物は、従来乾式吹き付けによる施工が難しかった、衝撃や外力がかかる用途の被施工面に対しても好適に利用できる。本発明の乾式吹き付け施工方法では、不定形耐火物を吹き付けノズルから被施工面に吹き付けて乾式吹き付け施工する際に、下記のように構成したことを特徴とする。具体的には、本発明の施工方法は、吹き付けノズルに送られてきた、本発明の乾式吹き付け用不定形耐火物を構成する、いずれも乾粉である、耐火材料、アルミナセメント及び水硬性アルミナの混合物に、本発明で規定するシリカゾルを添加することで、吹き付けノズル先端から、本発明で規定する上記材料で構成されてなる不定形耐火物物を被施工面に吹き付けるようにしたことを特徴とする。より詳しくは、本発明の乾式吹き付け施工方法では、本発明の乾式吹き付け用不定形耐火物を構成する、乾粉の、耐火材料、アルミナセメント及び水硬性アルミナを事前に混合し、混合された乾粉材料を吹き付けノズルに送る。そして、このノズルに送られてくる乾粉類の混合物に、本発明で規定するシリカゾルを添加するようにしたことで、ノズル内で、乾粉の混合材料とシリカゾルが混練した状態になり、該混練物を吹き付けることで本発明の乾式吹き付け用不定形耐火物からなる施工体を形成する。

【0029】

本発明の乾式吹き付け施工方法では、特に乾式吹き付け施工の施工体を得る際に使用する吹き付けノズル先端部で、耐火材料等の乾粉の混合材料にシリカゾルを添加して、本発明で規定する構成の乾式吹き付け用不定形耐火物の混練物を、ノズルの先端内で得るようにすることが好ましい。このようにすれば、本発明の不定形耐火物の混練物を得た後、直ちに、該不定形耐火物を吹き付けノズル先端から被施工面に吹き付けて、施工することが可能になるので、施工体の形成の際により良好な状態で下記の硬化反応を起こすことができる。すなわち、上記したように、本発明の乾式吹き付け用不定形耐火物を用い、ノズル内で乾粉の材料類にシリカゾルを添加し、その後に、好ましくは、その後直ちに吹き付けるように構成することで、下記の効果を得ることができる。乾粉のアルミナセメントと水硬性アルミナにおいて起こる、シリカゾルを構成する水による水硬反応と、合わせて、シリカゾルと、アルミナセメント中のカルシウムとの急結反応で起こる硬化によって、得られる施工体を、付着性や、硬化時の作業可使時間を良好なものにできることに加えて、施工体の養生強度を高めることができる。これにより、本発明の乾式吹き付け用不定形耐火物を利用することで、従来の乾式吹き付け用不定形耐火物製品では使用することが難しかった、衝撃や外力がかかる用途においても施工体形状を維持することができるので、その汎用性が向上し、工業上、極めて有用である。

【実施例0030】

以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。表１及び表２に本発明の乾式吹き付け用不定形耐火物の実施例と比較例の原料配合を示した。また、各表中に、各乾式吹き付け用不定形耐火物について、後述するようにして評価して得た評価結果を合わせて示した。以下、特に断らない限り「％」とあるのは質量基準である。

【0031】

［実施例１～４、比較例１～３］－シリカゾルの添加量の検討
基本配合として、乾粉の、耐火材料、アルミナセメント及び水硬性アルミナを表１に示した量で用いた。母材となる耐火材料には、表１に示した粒度分布をもつアルミナ質と、目開きが０．０７５ｍｍの篩で分級した０．０７５ｍｍアンダーのムライト質及び０．０７５ｍｍアンダーのシリカフラワーを用いた。硬化剤として用いるアルミナセメントと水硬性アルミナは水硬性材料であり、添加したシリカゾルの水分で硬化して耐火材料のバインダーとして機能する。表１の例は、上記した乾粉状態の基本配合に添加させて含ませるシリカゾルの固形分濃度の量を表１に示した通りに変更し、得られた各不定形耐火物を用いて乾式吹き付けをし、形成した各施工体についての評価結果を示したものである。

【0032】

乾式吹き付けは、吹き付けノズルを用いて行い、上記した基本配合の乾粉の各材料を事前に混合して得られた乾粉の混合物をノズルに送り、ノズル先端でシリカゾルを添加することで、ノズルの先端内で混練させ、混練物を同様の被施工面にそれぞれ吹き付けて施工体を形成させた。その結果、表１に示したように、使用したシリカゾルの固形分濃度が１０％又は１５％である比較例１、２の場合は、固形分が２０％以上のシリカゾルを用いた実施例１～４の場合と異なり、施工体が流落し、充分な付着性が得られなかった。その理由は、固形分が２０％未満のシリカゾルを用いた場合は、十分なゾルゲル反応が起こらなかったためと考えられる。また、固形分が２０％未満のシリカゾルを用いた比較例１、２の不定形耐火物を用いた場合は、得られる施工体の室温曲げ強さが１．０ＭＰａ以下であり、実施例１～４のように、得られる施工体が、本発明が目的とする充分な養生強度を発現したものにはならないことがわかった。

【0033】

一方、比較例３のように、乾式吹き付け用の不定形耐火物を構成するシリカゾルとして、固形分が６０％と高いものを用いた場合は、表１に示したように、使用可能なレベルの付着性を有する施工体が得られるものの、得られる施工体は可使時間が短いものになり、また、施工の際に、吹き付けノズルに詰まりが起こりやすく、施工性が損なわれた製品になる。このことは、用いるシリカゾルの固形分が５０％を超えると、急結性が著しくなり過ぎてしまい施工性に劣り、乾式吹き付け用の不定形耐火物としては、実用上、好ましいものにならないことを意味する。なお、この場合は得られる施工体の室温曲げ強さは、実施例の場合と同様に、１．０ＭＰａ以上の充分な養生強度を有するものになる。

【0034】

表１に示した各評価は、それぞれ以下の方法で行い、下記の基準で評価した。
＜施工体の室温曲げ強さ＞
施工後、２４時間養生後の施工体について、ＪＩＳＲ２５７５に準じた方法で室温曲げ強さを測定して、施工体の養生強度についても判定をした。乾式吹き付け耐火物では、脱枠するために必要な養生強度として、養生後の圧縮強度１．０ＭＰａ以上が必要であるとされていることから、上記で測定した２４時間養生後の曲げ強さ（Ｍｐａ）が１．０Ｍｐａ以上である場合を合格とした。表中に、合格を「○」、不合格を「×」と記載した。

【0035】

＜乾式吹き付けの施工性＞
１．付着性
実際に吹き付け機材を用いて吹き付け試験を実施し、既定の厚みの施工体が形成できるか否かで判断した。付着性に劣る場合は、既定の厚みに達する前に施工体が脱落、流落する。上記のようにして行った実機による施工体の付着性試験の結果を、下記の基準で評価した。
（評価基準）
◎：既定の厚みに達した施工体が、施工した全面にわたって安定して形成された。
○：既定の厚みに達した施工体が、施工した全面に、実用上問題ない状態で形成された。
△：施工面の一部に、既定の厚みに達する前に施工体の脱落があったことが認められた。
×：既定の厚みに達する前に施工体が脱落、流落した。

【0036】

２．可使時間
実際に吹き付け機材を用いて吹き付け試験を実施し、形成した施工体表面が、所望する規定時間の間、コテなどを使用して整形することができるか否かで判断した。可使時間は作業との兼ね合いで適宜に決定されるが、上記試験では可使時間を通常行われている作業時間とした。上記のようにして行った実機によって形成した施工体についての可使時間の試験結果を、下記の基準で評価した。
（評価基準）
◎：形成した施工体の可使時間が、規定した時間に対して必要十分であり、良好な状態で整形作業を行うことができた。
○：形成した施工体の可使時間が、規定した時間に対して十分であり、実用上問題がない状態で整形作業を行うことができた。
△：形成した施工体の可使時間が、規定した時間に対し十分であり、実用上問題がなく整形作業を行うことができたものの、施工体に可使時間が短い部分があることが認められた。
×：形成した施工体の可使時間が、規定した時間に対して短く、整形作業を十分に行うことができなかった。

【0037】

３．ノズル詰まり
実際に吹き付け機材を用いて吹き付け試験を実施し、吹き付けノズル部の詰まり状況を観察して、下記の基準で判断した。
（評価基準）
○：ノズル詰まりを起こすことなく、吹き付けすることができた。
△：実用上問題がない状態で吹き付け作業ができたものの、僅かにノズル詰まりが認められた。
×：ノズル詰まりを起こし、良好な吹き付けができなかった。

【0038】

【0039】

［実施例５～７、比較例４～７］－水硬性アルミナの使用と配合量の検討
基本配合として、乾粉の、耐火材料及びアルミナセメント、これらの乾粉材料に添加するシリカゾルの量を同様なものにして、耐火材料に外添加する水硬性アルミナの量をそれぞれに変更して、乾式吹き付け用の各不定形耐火物とした。具体的には、表２に示したように、乾粉の、耐火材料及びアルミナセメントについては、表１に示した例と同様の種類の材料を用い、同様の配合とした。そして、乾粉の水硬性アルミナについては、比較例４では配合せず、その他の例では、耐火材料０．７％～４％まで、段階的に変化させて用いた。

【0040】

上記のような配合の各不定形耐火物を用い、先に行ったシリカゾルについての検討の際に行ったと同様に、吹き付けノズルに、上記した異なる配合の乾粉の材料を事前に混練して得られた乾粉の混合物を送り、ノズル先端で、同様のシリカ固形分の濃度のシリカゾルを添加して不定形耐火物とし、これを同様の被施工面にそれぞれ吹き付け施工して施工体を得た。そして、得られた各施工体について、先に行ったシリカゾルの量についての検討の場合と同様の方法及び基準で、養生強度と施工性の評価を行った。得られた結果を、表２中に示した。

【0041】

表２に示した通り、水硬性アルミナの使用量を段階的に変化させた結果、水硬性アルミナを全く使用しない比較例４の施工体は、水硬性アルミナを０．５％使用した比較例５の施工体に比べて、付着性が明らかに劣り、この点で実用に適さないものであることが確認された。また、比較例４と比較例５で得た施工体について測定した室温曲げ強さの比較から、水硬性アルミナの使用量が僅かであっても、施工体の養生強度が向上する傾向があることを見出した。しかし、比較例５に示したように、母材である耐火材料に対する水硬性アルミナの外添量が０．５％以下と少ない場合は、使用量が十分であるとは言えず、室温曲げ強さは１．０ＭＰａ以下であり、本発明で目的とする充分な養生強度の発現までには至らないことを確認した。一方、比較例６、７に示したように、水硬性アルミナの外添量を３％以上と多くした場合は、充分な養生強度の施工体が得られるものの、著しく施工性が損なわれることがわかった。これは、水硬性アルミナの外添量を３％以上と多くすると、硬化速度が速くなり過ぎるため、施工性が著しく低下したものと考えられる。

【0042】

【産業上の利用可能性】

【0043】

本発明の乾式吹き付け用不定形耐火物は、廃棄物焼却炉、セメント製造設備、ロータリーキルン等、あらゆる不定形耐火物を適用できる範囲において、新設及び補修時の乾式吹き付け用不定形耐火物として有用であり、その活用が期待される。

【手続補正書】

【提出日】2022-10-06

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【請求項1】

乾粉の耐火材料と、硬化剤として、乾粉のアルミナセメントと、シリカ固形分の濃度が２０質量％以上５０％質量以下のシリカゾルとを含む混合状態で吹き付けられる乾式吹き付け用不定形耐火物であって、
前記アルミナセメントを、前記耐火材料１００質量％に対して外掛けで、１質量％以上５質量％以下の範囲内で含み、
前記シリカゾルを、そのシリカゾル中に含まれるシリカ固形分が、前記耐火材料１００質量％に対して外掛けで、３質量％以上３０質量％以下となる範囲内で含み、
さらに、乾粉の水硬性アルミナを、前記耐火材料１００質量％に対して外掛けで、０．７質量％以上２．０質量％以下の範囲内で含むことを特徴とする乾式吹き付け用不定形耐火物。

【請求項2】

乾式吹き付け用不定形耐火物をノズル先端から吹き付ける乾式吹き付け施工による施工体である「不定形耐火物の室温養生硬化体」の２４時間養生後の室温曲げ強度が、１．０ＭＰａ以上である請求項１に記載の乾式吹き付け用不定形耐火物。

【請求項3】

前記耐火材料は、アルミナ質原料を主成分とし、かつ、前記耐火材料は、粒径０．０７５ｍｍ以下の微粒成分を１５質量％以上５０質量％以下の範囲内で有する請求項１又は２に記載の乾式吹き付け用不定形耐火物。

【請求項4】

さらに、前記耐火材料１００質量％に対して、縮合リン酸塩、有機酸及び有機酸塩からなる群から選ばれる少なくともいずれかの化合物を外掛けで、０．０１質量％以上０．３質量％以下の範囲内で含む請求項１又は２に記載の乾式吹き付け用不定形耐火物。

【請求項5】

請求項１又は２に記載の乾式吹き付け用不定形耐火物を吹き付けノズルから被施工面に吹き付けて、乾式吹き付け施工する施工方法であって、
前記乾粉の耐火材料、前記乾粉のアルミナセメント及び前記乾粉の水硬性アルミナを事前に混合して得られた乾粉の混合物を前記吹き付けノズルに送り、前記シリカゾルを添加して混合し、混合体を吹き付けノズル先端から前記乾式吹き付け用不定形耐火物を被施工面に吹き付けることを特徴とする乾式吹き付け施工方法。

【請求項6】

前記シリカゾルの添加を、前記吹き付けノズルの先端部で行う請求項５に記載の乾式吹き付け施工方法。