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特許7421315耐火性モルタル、コークス炉の築炉方法及び耐火性モルタルの選定方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-01-16
(45)【発行日】2024-01-24
(54)【発明の名称】耐火性モルタル、コークス炉の築炉方法及び耐火性モルタルの選定方法
(51)【国際特許分類】
C04B 35/66 20060101AFI20240117BHJP
F27D 1/00 20060101ALI20240117BHJP
C10B 29/02 20060101ALI20240117BHJP
【ＦＩ】
C04B35/66
F27D1/00 K
C10B29/02
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2019211585
(22)【出願日】2019-11-22
(65)【公開番号】P2021080148
(43)【公開日】2021-05-27
【審査請求日】2022-09-15
(73)【特許権者】
【識別番号】000170716
【氏名又は名称】黒崎播磨株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001601
【氏名又は名称】弁理士法人英和特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】竹本 寛直
(72)【発明者】
【氏名】葛西 篤也
(72)【発明者】
【氏名】田中 寛人
(72)【発明者】
【氏名】田村 佳洋
【審査官】大西 美和
(56)【参考文献】
【文献】特開平０５－１９４０４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０６－３４５５４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１９６６２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０８８７５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５７－１６４２７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－１９４８５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０４－２９２６８７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ０４Ｂ ３５／０５
Ｃ０４Ｂ ３５／１０７
Ｃ０４Ｂ ３５／６２２－３５／８４
Ｆ２７Ｄ１／００－１／１８
Ｃ１０Ｂ１／００－５７／１８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
定形耐火物を用いてコークス炉の炉壁を構築する際に定形耐火物同士の接合に使用するコークス炉目地用の耐火性モルタルであって、前記耐火性モルタルは、前記定形耐火物の間の目地厚みＬｊに施工され、養生終了時の厚みをＭｉとしたときにＭｉ＜Ｌｊであり、且つ、
１００℃における前記耐火性モルタルの厚みＭＴが（１）式を満たすことを特徴とする耐火性モルタル。
ＭＴ＝Ｍｉ（１＋０．０１αＭＴ）≧Ｌｊ－０．００５（αＢ１×ＬＢ１＋αＢ２×ＬＢ２）・・・（１）
ここでＭｉは養生終了時の耐火性モルタルの厚み、αＭＴは１００℃における耐火性モルタルの線熱膨張率、そして隣接する定形耐火物をそれぞれ定形耐火物１と定形耐火物２とし、Ｌｊは室温における定形耐火物１と定形耐火物２との間の目地厚み、αＢ１は定形耐火物１の１００℃における線熱膨張率、ＬＢ１は定形耐火物１の室温長さ、αＢ２は定形耐火物２の１００℃における線熱膨張率、ＬＢ２は定形耐火物２の室温長さである。
【請求項2】
１００℃における耐火性モルタルの線熱膨張量が養生終了時の収縮量以上である、請求項１に記載の耐火性モルタル。
【請求項3】
粒径０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ未満の珪石原料を５質量％以上５０質量％以下、粒径０．０４５ｍｍ以上０．１ｍｍ未満の珪石原料を２０質量％以上６０質量％以下、粒径０．０４５ｍｍ未満のシリカ質原料を５質量以上３５質量％以下含む、請求項１又は２に記載の耐火性モルタル。
【請求項4】
定形耐火物を用いて炉壁を構築する際に定形耐火物同士の接合に使用する耐火性モルタルであって、粒径０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ未満の珪石原料を５質量％以上５０質量％以下、粒径０．０４５ｍｍ以上０．１ｍｍ未満の珪石原料を２０質量％以上６０質量％以下、粒径０．０４５ｍｍ未満のシリカ質原料を５質量以上３５質量％以下含むことを特徴とする耐火性モルタル。
【請求項5】
耐火粘土の含有量が１質量％以下（０を含む）である、請求項１から４のいずれか一項に記載の耐火性モルタル。
【請求項6】
溶融シリカを５５質量％以上含む定形耐火物の接合に使用される、請求項１から５のいずれか一項に記載の耐火性モルタル。
【請求項7】
請求項１から６のいずれか一項に記載の耐火性モルタルを定形耐火物の接合に使うことを特徴とするコークス炉の築炉方法。
【請求項8】
定形耐火物を用いてコークス炉の炉壁を構築する際に定形耐火物同士の接合に使用するコークス炉目地用の耐火性モルタルの選定方法であって、１００℃における耐火性モルタルの厚みＭＴが（１）式を満たす耐火性モルタルを選定する耐火性モルタルの選定方法。ＭＴ＝Ｍｉ（１＋０．０１αＭＴ）≧Ｌｊ－０．００５（αＢ１×ＬＢ１＋αＢ２×ＬＢ２）・・・（１）
ここでＭｉは養生終了時の耐火性モルタルの厚み、αＭＴは１００℃における耐火性モルタルの線熱膨張率、そして隣接する定形耐火物をそれぞれ定形耐火物１と定形耐火物２とし、Ｌｊは室温における定形耐火物１と定形耐火物２との間の目地厚み、αＢ１は定形耐火物１の１００℃における線熱膨張率、ＬＢ１は定形耐火物１の室温長さ、αＢ２は定形耐火物２の１００℃における線熱膨張率、ＬＢ２は定形耐火物２の室温長さである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、定形耐火物を用いて炉壁を構築する際に定形耐火物同士の接合に使用する耐火性モルタル、その耐火性モルタルを使用するコークス炉の築炉方法及び耐火性モルタルの選定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば鉄鋼製造で使用する精錬炉や溶鉄運搬容器では、鉄鋼製の鉄皮の内側に定形耐火物を積み上げて炉壁を構築している。耐火性モルタルは、定形耐火物同士を接合するために使用される不定形耐火物の一種であり、その主な役割は、定形耐火物同士を接合して構造体としての強度を与えると共に、溶融スラグや溶銑、溶鋼などの溶融物の目地への侵入や、ガスリークを防ぐことにある。
【0003】
従来、このような耐火性モルタルとして珪石原料を主体とするものが知られており、この珪石原料を主体とする耐火性モルタルはコークス炉の築炉に広く使用されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開平６－３４５５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明者らが、珪石原料を主体とする各種の耐火性モルタルを使用してコークス炉の築炉試験を重ねたところ、使用部位の稼働中の温度が低いと、十分なガスシール性が得られないことがわかった。
すなわち、炭化室など稼働中の温度が１０００℃を超えるような高温部位ではガスシール性に問題はなかったものの、例えばコークス炉の炉中下部に位置するソールフリューは、稼働中の温度が約５０℃から２５０℃程度と低い部位であるが、このような低温部位では、十分なガスシール性が得られないことがわかった。
なお、コークス炉ではシール性としてガスに対するシール性が問題となるが、コークス炉以外の例えば溶融炉では溶融物に対するシール性が問題となり、低温部位におけるシール性の確保は、コークス炉に限った課題ではない。
すなわち、炭化室など稼働中の温度が１０００℃を超えるような高温部位ではガスシール性に問題はなかったものの、例えばコークス炉の炉中下部に位置するソールフリューは、稼働中の温度が約５０℃から２５０℃程度と低い部位であるが、このような低温部位では、十分なガスシール性が得られないことがわかった。
なお、コークス炉ではシール性としてガスに対するシール性が問題となるが、コークス炉以外の例えば溶融炉では溶融物に対するシール性が問題となり、低温部位におけるシール性の確保は、コークス炉に限った課題ではない。
【0006】
そこで本発明が解決しようとする課題は、使用部位の稼働中の温度にかかわらず、十分なシール性を確保することのできる耐火性モルタルを提供すると共に、その耐火性モルタルを使用するコークス炉の築炉方法及び耐火性モルタルの選定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明によれば、以下の耐火性モルタル、コークス炉の築炉方法及び耐火性モルタルの選定方法が提供される。
１．
定形耐火物を用いてコークス炉の炉壁を構築する際に定形耐火物同士の接合に使用するコークス炉目地用の耐火性モルタルであって、
前記耐火性モルタルは、前記定形耐火物の間の目地厚みＬｊに施工され、養生終了時の厚みをＭｉとしたときにＭｉ＜Ｌｊであり、且つ、
１００℃における前記耐火性モルタルの厚みＭＴが（１）式を満たすことを特徴とする耐火性モルタル。
ＭＴ＝Ｍｉ（１＋０．０１αＭＴ）≧Ｌｊ－０．００５（αＢ１×ＬＢ１＋αＢ２×ＬＢ２）・・・（１）
ここでＭｉは養生終了時の耐火性モルタルの厚み、αＭＴは１００℃における耐火性モルタルの線熱膨張率、そして隣接する定形耐火物をそれぞれ定形耐火物１と定形耐火物２とし、Ｌｊは室温における定形耐火物１と定形耐火物２との間の目地厚み、αＢ１は定形耐火物１の１００℃における線熱膨張率、ＬＢ１は定形耐火物１の室温長さ、αＢ２は定形耐火物２の１００℃における線熱膨張率、ＬＢ２は定形耐火物２の室温長さである。
２．
１００℃における耐火性モルタルの線熱膨張量が養生終了時の収縮量以上である、前記１に記載の耐火性モルタル。
３．
粒径０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ未満の珪石原料を５質量％以上５０質量％以下、粒径０．０４５ｍｍ以上０．１ｍｍ未満の珪石原料を２０質量％以上６０質量％以下、粒径０．０４５ｍｍ未満のシリカ質原料を５質量以上３５質量％以下含む、前記１又は２に記載の耐火性モルタル。
４．
定形耐火物を用いて炉壁を構築する際に定形耐火物同士の接合に使用する耐火性モルタルであって、粒径０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ未満の珪石原料を５質量％以上５０質量％以下、粒径０．０４５ｍｍ以上０．１ｍｍ未満の珪石原料を２０質量％以上６０質量％以下、粒径０．０４５ｍｍ未満のシリカ質原料を５質量以上３５質量％以下含むことを特徴とする耐火性モルタル。
５．
耐火粘土の含有量が１質量％以下（０を含む）である、前記１から４のいずれか一項に記載の耐火性モルタル。
６．
溶融シリカを５５質量％以上含む定形耐火物の接合に使用される、前記１から５のいずれか一項に記載の耐火性モルタル。
７．
前記１から６のいずれか一項に記載の耐火性モルタルを定形耐火物の接合に使うことを特徴とするコークス炉の築炉方法。
８．
定形耐火物を用いてコークス炉の炉壁を構築する際に定形耐火物同士の接合に使用するコークス炉目地用の耐火性モルタルの選定方法であって、１００℃における耐火性モルタルの厚みＭＴが前記（１）式を満たす耐火性モルタルを選定する耐火性モルタルの選定方法。
１．
定形耐火物を用いてコークス炉の炉壁を構築する際に定形耐火物同士の接合に使用するコークス炉目地用の耐火性モルタルであって、
前記耐火性モルタルは、前記定形耐火物の間の目地厚みＬｊに施工され、養生終了時の厚みをＭｉとしたときにＭｉ＜Ｌｊであり、且つ、
１００℃における前記耐火性モルタルの厚みＭＴが（１）式を満たすことを特徴とする耐火性モルタル。
ＭＴ＝Ｍｉ（１＋０．０１αＭＴ）≧Ｌｊ－０．００５（αＢ１×ＬＢ１＋αＢ２×ＬＢ２）・・・（１）
ここでＭｉは養生終了時の耐火性モルタルの厚み、αＭＴは１００℃における耐火性モルタルの線熱膨張率、そして隣接する定形耐火物をそれぞれ定形耐火物１と定形耐火物２とし、Ｌｊは室温における定形耐火物１と定形耐火物２との間の目地厚み、αＢ１は定形耐火物１の１００℃における線熱膨張率、ＬＢ１は定形耐火物１の室温長さ、αＢ２は定形耐火物２の１００℃における線熱膨張率、ＬＢ２は定形耐火物２の室温長さである。
２．
１００℃における耐火性モルタルの線熱膨張量が養生終了時の収縮量以上である、前記１に記載の耐火性モルタル。
３．
粒径０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ未満の珪石原料を５質量％以上５０質量％以下、粒径０．０４５ｍｍ以上０．１ｍｍ未満の珪石原料を２０質量％以上６０質量％以下、粒径０．０４５ｍｍ未満のシリカ質原料を５質量以上３５質量％以下含む、前記１又は２に記載の耐火性モルタル。
４．
定形耐火物を用いて炉壁を構築する際に定形耐火物同士の接合に使用する耐火性モルタルであって、粒径０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ未満の珪石原料を５質量％以上５０質量％以下、粒径０．０４５ｍｍ以上０．１ｍｍ未満の珪石原料を２０質量％以上６０質量％以下、粒径０．０４５ｍｍ未満のシリカ質原料を５質量以上３５質量％以下含むことを特徴とする耐火性モルタル。
５．
耐火粘土の含有量が１質量％以下（０を含む）である、前記１から４のいずれか一項に記載の耐火性モルタル。
６．
溶融シリカを５５質量％以上含む定形耐火物の接合に使用される、前記１から５のいずれか一項に記載の耐火性モルタル。
７．
前記１から６のいずれか一項に記載の耐火性モルタルを定形耐火物の接合に使うことを特徴とするコークス炉の築炉方法。
８．
定形耐火物を用いてコークス炉の炉壁を構築する際に定形耐火物同士の接合に使用するコークス炉目地用の耐火性モルタルの選定方法であって、１００℃における耐火性モルタルの厚みＭＴが前記（１）式を満たす耐火性モルタルを選定する耐火性モルタルの選定方法。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、使用部位の稼働中の温度にかかわらず、十分なシール性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明の第１の形態は、１００℃における耐火性モルタルの厚みＭＴが（１）式を満たすことを特徴とする耐火性モルタルである。
ＭＴ＝Ｍｉ（１＋０．０１αＭＴ）≧Ｌｊ－０．００５（αＢ１×ＬＢ１＋αＢ２×ＬＢ２）・・・（１）
ここでＭｉは養生終了時の耐火性モルタルの厚み、αＭＴは１００℃における耐火性モルタルの線熱膨張率、そして隣接する定形耐火物をそれぞれ定形耐火物１と定形耐火物２とし、Ｌｊは室温における定形耐火物１と定形耐火物２との間の目地厚み、αＢ１は定形耐火物１の１００℃における線熱膨張率、ＬＢ１は定形耐火物１の室温長さ、αＢ２は定形耐火物２の１００℃における線熱膨張率、ＬＢ２は定形耐火物２の室温長さである。
ＭＴ＝Ｍｉ（１＋０．０１αＭＴ）≧Ｌｊ－０．００５（αＢ１×ＬＢ１＋αＢ２×ＬＢ２）・・・（１）
ここでＭｉは養生終了時の耐火性モルタルの厚み、αＭＴは１００℃における耐火性モルタルの線熱膨張率、そして隣接する定形耐火物をそれぞれ定形耐火物１と定形耐火物２とし、Ｌｊは室温における定形耐火物１と定形耐火物２との間の目地厚み、αＢ１は定形耐火物１の１００℃における線熱膨張率、ＬＢ１は定形耐火物１の室温長さ、αＢ２は定形耐火物２の１００℃における線熱膨張率、ＬＢ２は定形耐火物２の室温長さである。
【0011】
このように本発明の第１の形態である耐火性モルタルは（１）式を満たすことで、稼働中の温度が１００℃程度の低温部位においても十分なシール性を確保することができる。
具体的に（１）式を満たすことの技術的意義を、図１を参照して説明すると以下のとおりである。
図１（ａ）は、隣接する定形耐火物１と定形耐火物２とを、耐火性モルタルを使用して接合した直後の状態を模式的に示している。この接合直後（室温）における耐火性モルタルの厚みＭ０は、室温における定形耐火物１と定形耐火物２との間の目地厚みＬｊと等しい（Ｍ０＝Ｌｊ）。
図１（ｂ）は、耐火性モルタルの養生終了時（室温）の状態を模式的に示している。耐火性モルタルは流動性を付与する必要があるため、所定の水分を添加して混練しており、この耐火性モルタル中の水分は、養生中に定形耐火物１，２の開気孔に吸収されるため、耐火性モルタルは収縮する。加えて、養生中に耐火性モルタルの粉末部が凝集する。これらの作用によって、耐火性モルタルは収縮し、養生終了時の耐火性モルタルの厚みはＭｉとなり、目地に間隙Ａが生じる。
図１（ｃ）は、１００℃における定形耐火物１と定形耐火物２との接合状態を模式的に示している。１００℃における定形耐火物１と定形耐火物２との間の目地厚みは、Ｌｊ－０．００５（αＢ１×ＬＢ１＋αＢ２×ＬＢ２）となり、これが（１）式の右辺である。すなわち、１００℃における目地厚みは、室温における目地厚みＬｊから定形耐火物１，２の熱膨張量を減じた厚みとなる。なお、αＢ１，αＢ２は線熱膨張率、すなわち線熱膨張を百分率（％）で表したものであり、目地厚みに影響を及ぼす熱膨張は定形耐火物１，２の片側のみであるから、係数は０．００５となる。
一方、１００℃における耐火性モルタルの厚みＭＴは、Ｍｉ（１＋０．０１αＭＴ）となり、これが（１）式の左辺である。
そして、この１００℃における耐火性モルタルの厚みＭＴが、１００℃における目地厚み以上である、すなわち（１）式を満たす場合、１００℃において目地に間隙が生じることはなく、十分なシール性を確保することができることになる。
具体的に（１）式を満たすことの技術的意義を、図１を参照して説明すると以下のとおりである。
図１（ａ）は、隣接する定形耐火物１と定形耐火物２とを、耐火性モルタルを使用して接合した直後の状態を模式的に示している。この接合直後（室温）における耐火性モルタルの厚みＭ０は、室温における定形耐火物１と定形耐火物２との間の目地厚みＬｊと等しい（Ｍ０＝Ｌｊ）。
図１（ｂ）は、耐火性モルタルの養生終了時（室温）の状態を模式的に示している。耐火性モルタルは流動性を付与する必要があるため、所定の水分を添加して混練しており、この耐火性モルタル中の水分は、養生中に定形耐火物１，２の開気孔に吸収されるため、耐火性モルタルは収縮する。加えて、養生中に耐火性モルタルの粉末部が凝集する。これらの作用によって、耐火性モルタルは収縮し、養生終了時の耐火性モルタルの厚みはＭｉとなり、目地に間隙Ａが生じる。
図１（ｃ）は、１００℃における定形耐火物１と定形耐火物２との接合状態を模式的に示している。１００℃における定形耐火物１と定形耐火物２との間の目地厚みは、Ｌｊ－０．００５（αＢ１×ＬＢ１＋αＢ２×ＬＢ２）となり、これが（１）式の右辺である。すなわち、１００℃における目地厚みは、室温における目地厚みＬｊから定形耐火物１，２の熱膨張量を減じた厚みとなる。なお、αＢ１，αＢ２は線熱膨張率、すなわち線熱膨張を百分率（％）で表したものであり、目地厚みに影響を及ぼす熱膨張は定形耐火物１，２の片側のみであるから、係数は０．００５となる。
一方、１００℃における耐火性モルタルの厚みＭＴは、Ｍｉ（１＋０．０１αＭＴ）となり、これが（１）式の左辺である。
そして、この１００℃における耐火性モルタルの厚みＭＴが、１００℃における目地厚み以上である、すなわち（１）式を満たす場合、１００℃において目地に間隙が生じることはなく、十分なシール性を確保することができることになる。
【0012】
なお、コークス炉のソールフリューは、上述のとおり稼働中の温度が約５０℃から２５０℃程度であり、稼働中の温度が１００℃を下回ることがあるが、これはコークス炉ガス交換時の一時的なものであり、コークス炉のソールフリューにおいても、（１）式を満たしていれば、十分なシール性を確保することができる。
また、本発明の第１の形態である耐火性モルタルは、コークス炉のソールフリューのような低温部位だけでなく、コークス炉の炭化室のように稼働中の温度が１０００℃を超えるような高温部位にも問題なく使用することができる。また、本発明の第１の形態である耐火性モルタルはコークス炉に限らず、ガラス溶融炉等の各種溶融炉にも問題なく使用することができる。
また、本発明の第１の形態である耐火性モルタルは、コークス炉のソールフリューのような低温部位だけでなく、コークス炉の炭化室のように稼働中の温度が１０００℃を超えるような高温部位にも問題なく使用することができる。また、本発明の第１の形態である耐火性モルタルはコークス炉に限らず、ガラス溶融炉等の各種溶融炉にも問題なく使用することができる。
【0013】
上述のとおり（１）式では、定形耐火物１，２の１００℃における熱膨張を考慮したが、コークス炉等では溶融シリカを主体、具体的には溶融シリカを５５質量％以上含む定形耐火物を使用することがある。この溶融シリカを主体とする定形耐火物は、１００℃において殆ど熱膨張しない。すなわち、（１）式において定形耐火物１，２が溶融シリカを主体とする定形耐火物である場合、１００℃における線熱膨張率、ＬＢ１，ＬＢ２は実質的に０となり、この場合、（１）式は（２）式のようになる。
ＭＴ＝Ｍｉ（１＋０．０１αＭＴ）≧Ｌｊ・・・（２）
ＭＴ＝Ｍｉ（１＋０．０１αＭＴ）≧Ｌｊ・・・（２）
【0014】
この（２）式を満たすことの技術的意義は、耐火性モルタルの収縮により生じた間隙Ａ（図１（ｂ）参照）を、耐火性モルタルの１００℃における熱膨張によって塞ぐということであり、これを言い換えると、１００℃における耐火性モルタルの線熱膨張量が養生終了時の収縮量以上であるということである。すなわち、（２）式を満たす耐火性モルタルは、１００℃における線熱膨張率αＭＴが高いということであり、（２）式を満たす耐火性モルタルは、必然的に（１）式も満たすことになる。
【0015】
なお、（１）式では上述のとおり、定形耐火物１，２の１００℃における熱膨張を考慮している。したがって、この（１）式は、定形耐火物１，２の１００℃における熱膨張特性に応じた耐火性モルタルの選定基準（選定方法）でもある。
【0016】
すなわち、本発明の他の形態は、定形耐火物を用いて炉壁を構築する際に定形耐火物同士の接合に使用する耐火性モルタルの選定方法であって、１００℃における耐火性モルタルの厚みＭＴが（１）式を満たすような耐火性モルタルを選定することを特徴とする。
【0017】
例えば、定形耐火物が溶融シリカ質プレキャストブロックの場合、（１）式の各パラメータは以下のとおりとなる。
Ｍｉ：養生終了時の耐火性モルタルの厚み＝９．９９ｍｍ
αＭＴ：１００℃における耐火性モルタルの線熱膨張率＝０．１２％
Ｌｊ：室温における定形耐火物１と定形耐火物２との間の目地厚み＝１０ｍｍ
αＢ１：定形耐火物１（溶融シリカブロック）の１００℃における線熱膨張率＝０（ゼロ）
ＬＢ１：定形耐火物１の室温長さ＝２００ｍｍ
αＢ２：定形耐火物２（溶融シリカブロック）の１００℃における線熱膨張率＝０（ゼロ）
ＬＢ２：定形耐火物２の室温長さ＝２００ｍｍ
なお、αＭＴ、αＢ１、αＢ２の線熱膨張率は室温を基準としてＪＩＳＲ２２０７－１に準拠して測定した値である。
上記の各パラメータを（１）式に代入した場合、左辺＝９．９９×（１＋０．０１×０．１２）≒１０．００１となり、右辺＝１０となるので（１）式を満たす。
Ｍｉ：養生終了時の耐火性モルタルの厚み＝９．９９ｍｍ
αＭＴ：１００℃における耐火性モルタルの線熱膨張率＝０．１２％
Ｌｊ：室温における定形耐火物１と定形耐火物２との間の目地厚み＝１０ｍｍ
αＢ１：定形耐火物１（溶融シリカブロック）の１００℃における線熱膨張率＝０（ゼロ）
ＬＢ１：定形耐火物１の室温長さ＝２００ｍｍ
αＢ２：定形耐火物２（溶融シリカブロック）の１００℃における線熱膨張率＝０（ゼロ）
ＬＢ２：定形耐火物２の室温長さ＝２００ｍｍ
なお、αＭＴ、αＢ１、αＢ２の線熱膨張率は室温を基準としてＪＩＳＲ２２０７－１に準拠して測定した値である。
上記の各パラメータを（１）式に代入した場合、左辺＝９．９９×（１＋０．０１×０．１２）≒１０．００１となり、右辺＝１０となるので（１）式を満たす。
【0018】
すなわち、上記の例の場合、１００℃における耐火性モルタルの線熱膨張率が０．１２％以上となる耐火性モルタルを選定すれば、（１）式を満たすので、１００℃において目地に間隙が生じることはなく、十分なシール性を確保することができることになる。
【0019】
本発明の第２の形態は、粒径０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ未満の珪石原料を５質量％以上５０質量％以下、粒径０．０４５ｍｍ以上０．１ｍｍ未満の珪石原料を２０質量％以上６０質量％以下、粒径０．０４５ｍｍ未満のシリカ質原料を５質量以上３５質量％以下含むことを特徴とする耐火性モルタルである。
詳細は後述するが、この第２の形態の耐火性モルタルは、１００℃における線熱膨張率が高いという特徴を有しており、この第２の形態の耐火性モルタルは、（１）式及び（２）式を満たすことができる。すなわち、この第２の形態は、（１）式及び（２）式を満たすことのできる耐火性モルタルの具体的な構成例を示すものである。
詳細は後述するが、この第２の形態の耐火性モルタルは、１００℃における線熱膨張率が高いという特徴を有しており、この第２の形態の耐火性モルタルは、（１）式及び（２）式を満たすことができる。すなわち、この第２の形態は、（１）式及び（２）式を満たすことのできる耐火性モルタルの具体的な構成例を示すものである。
【0020】
以下、第２の形態の耐火性モルタルの構成について詳しく説明する。
第２の形態の耐火性モルタルは、粒径０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ未満の珪石原料を５質量％以上５０質量％以下含む。粒径０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ未満の珪石原料が５質量％未満であると、珪石原料による熱膨張（１００℃における熱膨張のことをいう。以下同じ。）が不足するため、十分なシール性を確保することができない。一方、粒径０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ未満の珪石原料が５０質量％超であると、耐火性モルタルの粒度構成において粒径０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ未満の割合が多くなり、ダイラタント特性の傾向が強くなるため圧送性及び鏝塗り性を確保することが困難になる。ここで、ダイラタント特性とは、ある種の混合物が示す、遅いせん断刺激には液体のように振る舞い、より速いせん断刺激に対してはあたかも固体のような抵抗力を発揮する性質であり、混合物の粒度構成に偏りがあるほどダイラタント特性の傾向が強くなる。
なお、耐火性モルタルは一般的に圧送ポンプで圧送したり、鏝を使って塗布することで施工されるので、耐火性モルタルの施工性を考慮すると圧送性及び鏝塗り性を確保することが好ましい。
粒径０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ未満の珪石原料の含有量は、２３質量％以上３２質量％以下であることが好ましい。
第２の形態の耐火性モルタルは、粒径０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ未満の珪石原料を５質量％以上５０質量％以下含む。粒径０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ未満の珪石原料が５質量％未満であると、珪石原料による熱膨張（１００℃における熱膨張のことをいう。以下同じ。）が不足するため、十分なシール性を確保することができない。一方、粒径０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ未満の珪石原料が５０質量％超であると、耐火性モルタルの粒度構成において粒径０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ未満の割合が多くなり、ダイラタント特性の傾向が強くなるため圧送性及び鏝塗り性を確保することが困難になる。ここで、ダイラタント特性とは、ある種の混合物が示す、遅いせん断刺激には液体のように振る舞い、より速いせん断刺激に対してはあたかも固体のような抵抗力を発揮する性質であり、混合物の粒度構成に偏りがあるほどダイラタント特性の傾向が強くなる。
なお、耐火性モルタルは一般的に圧送ポンプで圧送したり、鏝を使って塗布することで施工されるので、耐火性モルタルの施工性を考慮すると圧送性及び鏝塗り性を確保することが好ましい。
粒径０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ未満の珪石原料の含有量は、２３質量％以上３２質量％以下であることが好ましい。
【0021】
ここで、本発明でいう粒径とは、原料粒子を篩いで篩って分離したときの篩い目の大きさのことであり、例えば粒径０．０１ｍｍ未満の珪石原料とは、篩い目が０．０１ｍｍの篩いを通過する珪石原料のことで、粒径０．１ｍｍ以上の珪石原料とは、篩い目が０．０１ｍｍの篩い目を通過しない珪石原料のことである。
【0022】
第２の形態の耐火性モルタルは、粒径０．０４５ｍｍ以上０．１ｍｍ未満の珪石原料を２０質量％以上６０質量％以下含む。粒径０．０４５ｍｍ以上０．１ｍｍ未満の珪石原料が２０質量％未満であると、耐火性モルタルの粒度構成において粒径０．０４５ｍｍ以上０．１ｍｍ未満の割合が少なくなり、ダイラタント特性の傾向が強くなるため圧送性及び鏝塗り性を確保することが困難になる。一方、粒径０．０４５ｍｍ以上０．１ｍｍ未満の珪石原料が６０質量％超であると、珪石原料の粒度構成において粒径０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ未満の割合が低くなり、結果として珪石原料による熱膨張が不足するため、十分なシール性を確保することができない。また、モルタルの粒度構成において粒径０．０４５ｍｍ以上０．１ｍｍ未満の割合が多くなり、ダイラタント特性の傾向が強くなるため圧送性及び鏝塗り性を確保することが困難になる。
粒径０．０４５ｍｍ以上０．１ｍｍ未満の珪石原料の含有量は、３５質量％以上５５質量％以下であることが好ましい。
粒径０．０４５ｍｍ以上０．１ｍｍ未満の珪石原料の含有量は、３５質量％以上５５質量％以下であることが好ましい。
【0023】
第２の形態の耐火性モルタルは、粒径０．０４５ｍｍ未満のシリカ質原料を５質量以上３５質量％以下含む。粒径０．０４５ｍｍ未満のシリカ質原料が５質量％未満であると、耐火性モルタルの粒度構成において粒径０．０４５ｍｍ未満の割合が少なくなり、ダイラタント特性の傾向が強くなるため圧送性及び鏝塗り性を確保することが困難になる。一方、粒径０．０４５ｍｍ未満のシリカ質原料が３５質量％超であると、粒径０．０４５ｍｍ以上０．５ｍｍ未満の珪石原料が少なくなるため、この珪石原料による熱膨張が不足するため、十分なシール性を確保することができない。
粒径０．０４５ｍｍ未満のシリカ質原料の含有量は、２０質量以上３０質量％以下であることが好ましい。
なお、シリカ質原料としては、珪石原料、溶融シリカ原料、シリカ超微粉等が挙げられる。
粒径０．０４５ｍｍ未満のシリカ質原料の含有量は、２０質量以上３０質量％以下であることが好ましい。
なお、シリカ質原料としては、珪石原料、溶融シリカ原料、シリカ超微粉等が挙げられる。
【0024】
上記第１の形態及び第２の形態を含む本発明の耐火性モルタルにおいて、耐火粘土の含有量は１質量％以下（０を含む）であることが好ましい。本発明の耐火性モルタルは、従来の耐火性モルタルと同様に所定の水分を添加して混練後に施工するものであるが、耐火粘土の含有量を１質量％以下（０を含む）に抑えることで、添加水分を減らすことができる。これにより養生終了時の収縮を低減することができ、その結果、シール性を向上させることができる。
なお、本発明の耐火性モルタルにおいて、水分の添加量は耐火性モルタル１００質量％に対する外掛けで１０～５０質量％程度であるが、耐火粘土の含有量を１質量％以下（０を含む）に抑えることで、水分の添加量は１０～４０質量％程度に減らすことができる。
なお、本発明の耐火性モルタルにおいて、水分の添加量は耐火性モルタル１００質量％に対する外掛けで１０～５０質量％程度であるが、耐火粘土の含有量を１質量％以下（０を含む）に抑えることで、水分の添加量は１０～４０質量％程度に減らすことができる。
【0025】
本発明の耐火性モルタルは、上述の耐火原料（珪石原料、シリカ質原料及び耐火粘土）に加えて、デキストリン、アラビアゴム、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）、分散剤、カルベンダジム、ヨードメチルスルホン、塩化イソチアゾロン、イソチアゾロン等の各種添加剤を適宜含むことができる。
【0026】
なお、定形耐火物としては、耐火物ブロック（プレキャストブロック）でもよいし、耐火煉瓦でもよい。
【実施例】
【0027】
表１に示す耐火性モルタルに適量の水分を添加し混練して得たモルタル混練物について、シール性、圧送性及び鏝塗り性を評価し、これらの評価結果に基づき総合評価を行った。
なお、表１において、「シリカ質原料」とは、珪石原料、溶融シリカ原料等であり、「その他」とは、デキストリン、アラビアゴム、ＣＭＣ等である。
なお、表１において、「シリカ質原料」とは、珪石原料、溶融シリカ原料等であり、「その他」とは、デキストリン、アラビアゴム、ＣＭＣ等である。
【0028】
【表1】
【0029】
各評価項目の評価方法及び評価基準は以下のとおりである。
＜シール性＞
図２に示すように、溶融シリカを５５質量％以上含む定形耐火物からなる耐火物ブロックを作製し、目地部にあたる箇所（モルタル鋳込み箇所）にモルタル混練物を鏝により塗布してシール性評価用の試料を得た。そして、この試料中のモルタル混練物の養生終了時の温度（室温）から自由水がなくなるまでの温度（１００℃）の収縮量を、図３に示す要領で画像相関法により評価した。すなわち、この収縮量は「養生終了時の収縮量」に相当する。その後、自由水がなくなった状態から室温に戻し、室温から昇温して１００℃における線熱膨張量をＪＩＳＲ２２０７－１に準拠して評価した。
シール性の評価は、線熱膨張量が収縮量以上である場合を〇（良好）、収縮量よりも線熱膨張量が下回る場合を×（不良）とした。
なお、このシール性の評価において、線熱膨張量が収縮量以上である場合は、上述のとおり必然的に（１）式を満たすことになる。一方、収縮量よりも線熱膨張量が下回る場合は、このシール性の評価に用いた耐火物ブロックは溶融シリカを５５質量％以上含む定形耐火物からなり１００℃における線熱膨張率は実質的に０である（殆ど熱膨張しない）から、（１）式を満たさないことになる。
＜シール性＞
図２に示すように、溶融シリカを５５質量％以上含む定形耐火物からなる耐火物ブロックを作製し、目地部にあたる箇所（モルタル鋳込み箇所）にモルタル混練物を鏝により塗布してシール性評価用の試料を得た。そして、この試料中のモルタル混練物の養生終了時の温度（室温）から自由水がなくなるまでの温度（１００℃）の収縮量を、図３に示す要領で画像相関法により評価した。すなわち、この収縮量は「養生終了時の収縮量」に相当する。その後、自由水がなくなった状態から室温に戻し、室温から昇温して１００℃における線熱膨張量をＪＩＳＲ２２０７－１に準拠して評価した。
シール性の評価は、線熱膨張量が収縮量以上である場合を〇（良好）、収縮量よりも線熱膨張量が下回る場合を×（不良）とした。
なお、このシール性の評価において、線熱膨張量が収縮量以上である場合は、上述のとおり必然的に（１）式を満たすことになる。一方、収縮量よりも線熱膨張量が下回る場合は、このシール性の評価に用いた耐火物ブロックは溶融シリカを５５質量％以上含む定形耐火物からなり１００℃における線熱膨張率は実質的に０である（殆ど熱膨張しない）から、（１）式を満たさないことになる。
【0030】
＜圧送性＞
圧送ポンプのモーターの周波数を６０Ｈｚとした場合の当該圧送ポンプからのモルタル混練物の吐出量に基づき評価した。具体的には、吐出量が８Ｌ／分以上の場合を◎（優良）、５Ｌ／分以上８Ｌ／分未満の場合を〇（良好）、５Ｌ／分未満の場合を×（不良）とした。
なお、この圧送性の評価は、大型のプレキャストブロック等のように、耐火性モルタルを施工する面積が大きい場合を想定したものである。
圧送ポンプのモーターの周波数を６０Ｈｚとした場合の当該圧送ポンプからのモルタル混練物の吐出量に基づき評価した。具体的には、吐出量が８Ｌ／分以上の場合を◎（優良）、５Ｌ／分以上８Ｌ／分未満の場合を〇（良好）、５Ｌ／分未満の場合を×（不良）とした。
なお、この圧送性の評価は、大型のプレキャストブロック等のように、耐火性モルタルを施工する面積が大きい場合を想定したものである。
【0031】
＜鏝塗り性＞
鏝に所定量のモルタル混練物をすくってとどまる場合を〇（良好）、流れ出る場合を×（不良）とした。
なお、この鏝塗り性の評価は、築炉工が鏝塗りする場合を想定したものである。
鏝に所定量のモルタル混練物をすくってとどまる場合を〇（良好）、流れ出る場合を×（不良）とした。
なお、この鏝塗り性の評価は、築炉工が鏝塗りする場合を想定したものである。
【0032】
＜総合評価＞
圧送性の評価が◎でその他の評価が〇の場合を◎（優良）、全ての評価が〇の場合を〇（良好）、いずれかの評価で１つでも×がある場合を×（不良）とした。
圧送性の評価が◎でその他の評価が〇の場合を◎（優良）、全ての評価が〇の場合を〇（良好）、いずれかの評価で１つでも×がある場合を×（不良）とした。
【0033】
表１中、実施例１～６は本発明の範囲内にある耐火性モルタルである。これらの総合評価は◎（優良）又は〇（良好）であり、シール性、圧送性、鏝塗り性のいずれも良好な評価が得られた。なかでも実施例５、６は、各耐火原料の含有量が上述の好ましい範囲内にある耐火性モルタルである。その総合評価は◎（優良）であり、実施例１～４に比べてより良好な評価が得られた。
【0034】
比較例１は、粒径０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ未満の珪石原料の含有量が少ない例であり、珪石原料による熱膨張が不足したためシール性の評価が×（不良）となった。
比較例２は、粒径０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ未満の珪石原料の含有量が多い例であり、ダイラタント特性の傾向が強くなったため圧送性及び鏝塗り性の評価が×（不良）となった。なお、比較例２では、そのモルタル混練物を鏝ですくえなかったので、シール性の評価を行うことができなかった。後述する比較例３～５においても同様である。
比較例２は、粒径０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ未満の珪石原料の含有量が多い例であり、ダイラタント特性の傾向が強くなったため圧送性及び鏝塗り性の評価が×（不良）となった。なお、比較例２では、そのモルタル混練物を鏝ですくえなかったので、シール性の評価を行うことができなかった。後述する比較例３～５においても同様である。
【0035】
比較例３は、粒径０．０４５ｍｍ以上０．１ｍｍ未満の珪石原料の含有量が少ない例であり、ダイラタント特性の傾向が強くなったため圧送性及び鏝塗り性の評価が×（不良）となった。
比較例４は、粒径０．０４５ｍｍ以上０．１ｍｍ未満の珪石原料の含有量が多い例であり、この比較例４においてもダイラタント特性の傾向が強くなったため圧送性及び鏝塗り性の評価が×（不良）となった。
比較例４は、粒径０．０４５ｍｍ以上０．１ｍｍ未満の珪石原料の含有量が多い例であり、この比較例４においてもダイラタント特性の傾向が強くなったため圧送性及び鏝塗り性の評価が×（不良）となった。
【0036】
比較例５は、粒径０．０４５ｍｍ未満のシリカ質原料の含有量が少ない例であり、ダイラタント特性の傾向が強くなったため圧送性及び鏝塗り性の評価が×（不良）となった。
比較例６は、粒径０．０４５ｍｍ未満のシリカ質原料の含有量が多い例であり、珪石原料による熱膨張が不足したためシール性の評価が×（不良）となった。
比較例６は、粒径０．０４５ｍｍ未満のシリカ質原料の含有量が多い例であり、珪石原料による熱膨張が不足したためシール性の評価が×（不良）となった。
【図1】
【図2】
【図3】