JP2004168565A

JP2004168565A - 加熱炉の耐スケール性コーティング材

Info

Publication number: JP2004168565A
Application number: JP2002333425A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Suzuki; 栄一鈴木; Kenji Goto; 憲司後藤; Junji Yamada; 淳二山田; Masahiko Amano; 正彦天野
Original assignee: SHINNIKKA THERMAL CERAMICS CORP; Nippon Steel Corp
Current assignee: SHINNIKKA THERMAL CERAMICS CORP; Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-11-18
Filing date: 2002-11-18
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】加熱炉ライニングにセラミックファイバーを使用する際において、炉内ガス流によるファイバー損傷及びスケールの付着、浸潤を十分に防止できるライニングを供給する。
【解決手段】ａ）結晶質ファイバー、ｂ）無機バインダー、ｃ）有機バインダー及びｄ）アルミナ粉を必須成分として含有し、加熱炉内に設けたセラミックファイバーブランケットから形成された耐火断熱材表面に塗布されるコーティング材において、ａ）結晶質ファイバーがアルミナ系又はアルミナ分８０質量％以上のムライト系結晶質ファイバーであり、ｄ）アルミナ粉が中心粒径２０〜１００μｍの粗粒アルミナと中心粒径１〜４０μｍ細粒アルミナ（但し、粗粒アルミナ／細粒アルミナの中心粒径の比は１．５以上である）の１：４〜４：１混合物であり、ａ）結晶質ファイバーとｄ）αアルミナ粉の合計が全焼成残分の９０質量％以上である加熱炉の耐スケール性コーティング材。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鋼片等を加熱する均熱炉等において炉壁・天井、スキッドポスト等に施工されるセラミックファイバー質耐火断熱材に使用されるコーティング材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
均熱炉等の各種の高温炉（以下、加熱炉という）の断熱性向上、加熱温度変更時の温度追随性向上を目的に耐火断熱ライニング材としてセラミックファイバーを用いることが多い。セラミックファイバーは、１４００℃以上の高温にも耐えるため、セラミックファイバーブランケットの圧縮積層材や、セラミックファイバーブランケットを折りたたんで取付け金具と一体化したモジュール状ブロックを炉壁やスキッドポストに固定する方法が多く用いられている。
しかしながら、セラミックファイバーの積層材やブロックを加熱炉炉壁に施工した場合には、鋼片が加熱された場合に生成する酸化鉄等で構成されるスケールとの反応によってセラミックファイバーの収縮・焼結が促進されて断熱厚みが減少したり、目地開きを生じ、断熱性が低下するという問題があった。また、炉内のガス流によりセラミックファイバーが徐々に剥離していくという問題もあった。
【０００３】
特公昭６０−１０８２９５号公報には、セラミックファイバー表面にコーティング材を塗布する方法が開示されている。また、特開２０００−２８３６５６号公報には、セラミックファイバー表面にセラミックファイバー含有吹付け材を吹付け、その上にコーティング材を塗布する方法が開示されている。しかしながら、これらのコーティング材は加熱炉の最も高温側に位置するだけでなく、炉内で生じるスケールや気流に直接触れるため、より高い耐熱性、耐スケール性、高剥離強度が望まれている。
【特許文献１】
特公昭６０−１０８２９５号公報
【特許文献２】
特開２０００−２８３６５６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、加熱炉ライニングにセラミックファイバーを使用する際において炉内ガス流によるファイバー損傷及びスケールの付着等による損傷を十分に減少できるコーティング材を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ａ）結晶質ファイバー、ｂ）無機バインダー、ｃ）有機バインダー及びｄ）アルミナ粉を必須成分として含有し、加熱炉内に設けたセラミックファイバーブランケットから形成された耐火断熱材表面に塗布されるコーティング材において、ａ）結晶質ファイバーがアルミナ系又はアルミナ分８０質量％以上のムライト系結晶質ファイバーであり、ｄ）アルミナ粉が中心粒径２０〜１００μｍの粗粒アルミナと中心粒径１〜４０μｍ細粒アルミナ（但し、粗粒アルミナ／細粒アルミナの中心粒径の比は１．５以上である）の１：４〜４：１混合物であり、ａ）結晶質ファイバーとｄ）アルミナ粉の合計が全焼成残分の９０質量％以上であることを特徴とする加熱炉の耐スケール性コーティング材である。また、本発明は、コーティング材中のｄ）アルミナ粉が、αアルミナ粉であり、その含有量が全焼成残分の８０ｗｔ％以上である前記の加熱炉の耐スケール性コーティング材である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の加熱炉のコーティング材は、加熱炉内に設けたセラミックファイバーブランケットから形成された耐火断熱材表面に塗布されるコーティング材である。加熱炉としては、燃焼炉、電気炉、均熱炉等の１０００℃以上の高温となる炉であって、耐火材又は断熱材としてセラミックファイバーブランケットから形成された耐火断熱材を使用した炉であれば制限はない。しかし、耐スケール性に優れるため、鋼材用の加熱炉に使用した場合効果が優れる。
セラミックファイバーブランケットから形成された耐火断熱材は、取付け金具と共にモジュールとなったものでもよいし、単純に積層されてブロック状となったものでもよい。セラミックファイバーの材質は、低温用、高温用ファイバーの何れも使用可能である。
【０００７】
また、本発明の加熱炉のコーティング材は、セラミックファイバーブランケットのブロック表面に直接塗布してもよいし、予めセラミックファイバーブランケットのブロック表面にセラミックファイバーを含有する吹付材を吹付けたものであってもよい。かかる吹付け材としては、前記特開２０００−２８３６５６号公報に記載されたようなセラミックファイバー、バインダーとしての珪酸塩、リン酸塩、スラリー状にした粘土又はセメントからなる吹付け材が使用できる。
【０００８】
本発明のコーティング材は、ａ）結晶質ファイバー、ｂ）無機バインダー、ｃ）有機バインダー及びｄ）アルミナ粉を必須成分として含有する。
【０００９】
そして、ａ）結晶質ファイバーはアルミナ系又はアルミナ分８０質量％（重量％）以上のムライト系結晶質ファイバーである必要がある。シリカ含量が多い非晶質セラミックファイバーでは耐熱性や耐スケール性が十分ではない。結晶質ファイバーは、粉砕されたものであっても、繊維状のものであってもよいが、短繊維状のものが好ましい。結晶質ファイバーの配合量は、全焼成残分の０．１質量％以上であることがよく、好ましくは０．５〜５質量％である。ここで、全焼成残分は、コーティング材を空気中で、１０００℃以上の温度で焼成したとき、残る残分である。
【００１０】
また、ｄ）アルミナ粉は、中心粒径２０〜１００μｍ、好ましくは３０〜８０μｍの粗粒アルミナと中心粒径１〜４０μｍ、好ましくは１〜２０μｍ細粒アルミナ（但し、粗粒アルミナ／細粒アルミナの中心粒径の比は１．５以上、好ましくは２．０以上である）である。また、粗粒アルミナ／細粒アルミナの比は１：４〜４：１混合物であるが、好ましくは１：２〜２：１混合物である。ａ）結晶質ファイバーとｄ）アルミナ粉の合計は、全焼成残分の９０質量％以上、好ましくは９５〜９８質量％とすることがよい。また、アルミナ粉は、αアルミナであることが熱安定性の点で好ましい。更に、ｄ）アルミナ粉の配合量は、全焼成残分の８０質量％以上、好ましくは８０〜９５質量％とすることがよい。なお、上記に該当しないセラミックファイバー又はアルミナ粉の混入は排除するものではないが、それぞれに対し少量であることがよく、それぞれの２０質量％以下であることが望ましい。
【００１１】
ｂ）無機バインダーとしては、耐熱性が優れるアルミナゾル又はシリカゾルが好ましいものとして挙げられる。これらは、水溶液として使用される。この無機バインダーは、焼成後も残存して結合効果を保持するため、焼成残分として２〜１５質量％、好ましくは３〜１０質量％を配合することがよい。
【００１２】
ｃ）有機バインダーとしては、ＣＭＣやＰＶＡ等の水溶性の接着材が好ましく使用されるが、これらに限らず澱粉やニカワ、アクリル系ポリマー等の通常の接着材も使用可能である。ｃ）有機バインダーは、塗布又は吹付け時のダレ等を防止し、所定の強さで接着させるために使用されるが、焼成時に焼失するため、多量に使用すると空隙等が発生し、クラック等が生じる恐れがある。したがって、その配合量は本発明のコーティング材中の固形分（１００℃で乾燥後残存する成分）中の０．１〜５質量％、好ましくは０．２〜３質量％がよい。
【００１３】
本発明のコーティング材は、上記ａ）〜ｄ）を必須成分とするが、塗布する際は所定の粘度にするため水が使用される。乾燥前の水の含有量は、通常１０〜４０質量％である。上記ａ）〜ｄ）からなる必須成分の配合割合は、水分を除いた固形分中に９５質量％以上含まれることがよい。本発明のコーティング材には、必要により上記成分の他、ベントナイト等の耐火材を配合したり、界面活性剤等の微量調整剤を配合して、塗布又は吹付け性、保存安定性等を向上させたりすることができる。しかし、耐火材の配合量は固形分中の５質量％以下、好ましくは２質量％以下とすることがよく、界面活性剤等の微量調整剤の配合量は、コーティング材中の５質量％以下、好ましくは３質量％以下とすることがよい。
【００１４】
ａ）結晶質ファイバーはコーティング材のクラック発生を抑制すると共に、塗布するセラミックファイバーブロックとの結合力を高めるが、高価であるので、上記範囲とすることがよい。ｂ）無機バインダーは乾燥、焼成後も残存して接着力を与えるものが使用され、アルミナゾル又はシリカゾルが有利に使用される。これらの無機バインダーは高価であるだけでなく耐スケール性等に問題を生じさせるので、上記範囲とすることがよい。なお、アルミナゾル又はシリカゾルに含まれる水分は上記の計算では水分として計算する。ｃ）有機バインダーは、増粘剤としての作用も有し、塗布性、初期接着力を向上させるために使用され、ＣＭＣ等が使用される。しかし、有機バインダーは焼成後は消失するので、上記範囲とすることがよい。ｄ）アルミナ粉は安価であるばかりでなく、耐熱性や耐スケール性も優れるので、主成分として含有される。そして、アルミナ粉は、粗粒子と微粒子の混合物からなり、少なくとも２つの粒度分布を有する。このようにすることにより、流動性や焼成後の被覆密度が高まると共に、乾燥、加熱時のクラック発生を抑制し、セラミックファイバーブロックを保護する能力が高まる。
【００１５】
本発明のコーティング材のセラミックファイバーブロック表面への塗布方法には制限はないが、スプレーを使用する吹付け法やはけを使用する塗布法が有利である。また、セラミックファイバーブロック表面ではなく、隙間やレンガ等の他の耐火材表面にも本発明のコーティング材を塗布することもできる。塗布厚みは任意であるが、１〜１０ｍｍ程度である。塗布後はこれを乾燥して、焼成して使用する。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
実施例１〜２
結晶質ファイバー５重量部、無機バインダー１０重量部、有機バインダー３重量部、粗粒αアルミナ粉（中心粒径４０μｍ）２５重量部、細粒αアルミナ粉（中心粒径２．５μｍ）２５重量部、水３２重量部、及び界面活性剤０．０１重量部を混合して、コーティング材を得た。なお、結晶質ファイバーとしては、アルミナ分８２質量％のムライト系結晶質ファイバー短繊維を使用し、無機バインダーとしては、固形分濃度２０質量％のアルミナゾル（Ａ）又は固形分濃度３０質量％のシリカゾル（Ｂ）を使用し、有機バインダーとしては、ＣＭＣを使用した。
【００１７】
このコーティング材表面に酸化鉄スケールを直径８×高さ８ｍｍに成形して載せた試料を、１４００℃−２４ｈｒの加熱処理を行い、反応変色深さ（ｍｍ）を測定して耐スケール性の評価を行った。
また、このコーティング材について、１３００℃及び１４００℃に加熱時の収縮率を測定した。併せて、セラミックファイバーブランケットから形成されたブロックについても１３００℃及び１４００℃に加熱時の収縮率を測定したところ、セラミックファイバーブランケットがアルミナファイバーブランケットである場合の収縮率は０．５％（１３００℃）及び１．０％（１４００℃）であり、最高使用温度１４００℃のシリカ−アルミナ系のセラミックファイバーブランケットである場合の収縮率は２．５％（１３００℃）であった。
【００１８】
比較例１〜３
比較のため実施例２の結晶質ファイバーを非晶質セラミックファイバーとし、他は同配合として得たコーティング材（比較例１）、結晶質ファイバーを使用せず、中心粒径４０μｍのアルミナ粉５０重量部を使用して得たコーティング材（比較例２）、及び結晶質ファイバーを使用せず、中心粒径２．５μｍのアルミナ粉５０重量部を使用して得たコーティング材（比較例３）について同様な実験を行った。
ファイバーの種類及びアルミナの中心粒径、その配合割合（重量部）及び耐スケール性、収縮率、塗布乾燥後の性状を観察した結果を表１に示す。なお、無機バインダーとしては、実施例１ではアルミナゾル（Ａ）を使用し、その他の実施例及び比較例ではシリカゾル（Ｂ）を使用した。
【００１９】
比較例４〜６
比較のため市販されているコーティング材（比較例４：日本特殊陶業社製パーマタイト、比較例５：イソライト工業社製ネオコート、比較例６：テルニック工業社製ベタック）について、同様な実験を行った。
結晶質ファイバーとαアルミナ含有率（結晶質ファイバーとαアルミナ粉の合計が全焼成残分に占める割合：質量％）、αアルミナ粉含有率（αアルミナ粉の含有量が全焼成残分に占める割合：質量％）及び耐スケール性、収縮率を測定した結果を表２に示す。
【００２０】
【表１】

【００２１】
【表２】

【００２２】
加熱によって相変態を生じない結晶質ファイバーとαアルミナ粉の合計を９０質量％以上とすることによって、耐スケール性が格段に向上することが判明した。更に、アルミナ粉を、粗粒子と微粒子の混合物とすることにより、乾燥、加熱時のクラック発生を抑制し、セラミックファイバーブロックを保護する能力が高まることが判明した。
なお、セラミックファイバーブランケットのブロックの収縮率は、セラミックファイバーの種類（耐熱度）にもよるが１３００℃で０．５〜２．０％、１４００℃で１．０％程度であるので、それに相応する収縮率を示すことは付着性が高まる点で有利でもある。
【００２３】
【発明の効果】
本発明により、炉壁にセラミックファイバーをライニングした加熱炉において鋼片等からのスケールによるセラミックファイバーの損耗が防止される。また、耐熱性、耐剥離性等も向上する。更に、セラミックファイバーブロックの表面の損傷に対しても容易に補修可能となり、修理コストの大幅な削減が可能となる。

Claims

ａ）結晶質ファイバー、ｂ）無機バインダー、ｃ）有機バインダー及びｄ）アルミナ粉を必須成分として含有し、加熱炉内に設けたセラミックファイバーブランケットから形成された耐火断熱材表面に塗布されるコーティング材において、ａ）結晶質ファイバーがアルミナ系又はアルミナ分８０質量％以上のムライト系結晶質ファイバーであり、ｄ）アルミナ粉が中心粒径２０〜１００μｍの粗粒アルミナと中心粒径１〜４０μｍ細粒アルミナ（但し、粗粒アルミナ／細粒アルミナの中心粒径の比は１．５以上である）の１：４〜４：１混合物であり、ａ）結晶質ファイバーとｄ）アルミナ粉の合計が全焼成残分の９０質量％以上であることを特徴とする加熱炉の耐スケール性コーティング材。
コーティング材中のｄ）アルミナ粉が、αアルミナ粉であり、その含有量が全焼成残分の８０質量％以上である請求項１記載の加熱炉の耐スケール性コーティング材。