JP2004190864A

JP2004190864A - セラミックファイバーブロック

Info

Publication number: JP2004190864A
Application number: JP2002338970A
Authority: JP
Inventors: Masakuni Taguchi; 昌邦田口
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2002-11-22
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2022-11-22
Also published as: JP3806395B2

Abstract

【課題】耐熱性が高く、しかも重量の軽いセラミックファイバーブロックを提供する。
【解決手段】セラミックファイバーを葛折り状に折りたたんでなるブロック体と、該ブロック体に装着された取付金具とから構成されるセラミックファイバーブロックであって、前記ブロック体は、結晶アルミナファイバーブランケットである外層体と、結晶アルミナファイバーマットである内層体との二層構造になっており、前記外層体が内層体の折り目部に挟み込まれた状態で内層体の外表面を覆って構成されているとともに、前記外層体は嵩密度が１００〜１３０ｋｇ／ｍ^３のブランケット、前記内層体は嵩密度が６０〜８０ｋｇ／ｍ^３で、アルミナ繊維が三次元ランダムに配向し、かつ相互に絡み合う状態にあるマットである。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として工業用炉の内部ライニング材である高温用セラミックファイバーブロックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックファイバーブロックは、軽量性、低蓄熱性、断熱性に優れているため、炉の耐火断熱用内張材として、従来の耐火レンガ、耐火断熱レンガ、耐火キャスタブルに代わり、数多く用いられるようになっている。一方、このセラミックファイバーブロックの内張り工法としてモジュール工法が知られている。この工法は、セラミックファイバーブランケットを幾重にも折りたたんでブロック体を作り、このブロック体に取付金具を装着してセラミックファイバーブロックを構成し、このブロックを取付金具を介して多数、炉の壁及び天井に取り付けていくものである。
【０００３】
図３は、従来のセラミックファイバーブロックの説明図である。具体的には、この図３に示すように、セラミックファイバーブランケット２１を葛折り状に折りたたみ、これとチャンネル２２、ビーム２３などで１つのセラミックファイバーブロック２０を構成する。このブランケット２１は、折り目２４の複数箇所に差し込んだビーム２３によって支持され、このビーム２３は高温に強い金属または合金あるいは他の適当な板材料を折り曲げ、棒状に形成される。また、ビーム２３は、図４に示すように、ビーム２３の中央部分２７において、ビーム２３と同様の材質の板からなるタブ２６の下端接合部に形成された輪２８内に装着され、タブ２６の直角方向に固定される。
【０００４】
さらに、ビーム２３はタブ２６の尖ったタブ上端２９をブランケットの折り目２４とチャンネル２２の開口部２５を貫通し、チャンネル２２の上面に突き抜けたタブ上端２９の部分を下方に折り曲げることによりチャンネル２２に支持される。チャンネル２２は葛折りしたブランケット２１の折り目２４のある側の外側に葛折り方向にブランケットの中央部に設けられ、これにより加熱炉などの炉壁にブランケット２１からなるセラミックファイバーブロック２０を据え付ける。
【０００５】
ところでセラミックファイバーは使用温度によって数種のものが使いわけられている。耐熱温度が１３００℃以下の場合は、低温用の非結晶質セラミックファイバーでも問題ないが、高い炉内温度にも対応するためには１３００℃以上の耐熱温度を有するアルミナ繊維を多く含有した高温用の結晶質セラミックファイバーを使用する必要がある。しかしながら、当然耐熱温度が高いもの程、価格も高価になるという問題がある。
【０００６】
そこで、例えば、特許文献１に開示されているように、この高温用のセラミックファイバーの使用量を減らすために、図５に示すように、高温用及び低温用セラミックファイバーブランケットをそれぞれ連続的なアコーディオン（葛折り）状に折り曲げ、高温用モジュール３２及び低温用モジュール３１を形成し、両モジュールの折り山群を合わせ面として、両折り山群同士をそれぞれアルミナ長繊維のような無機質繊維や、それをロープ状にしたもの又はインコネル或いはステンレスなどの耐熱合金をワイヤーにしたもの等の耐熱性紐状製品３３にて縫い付け一体的に結合したセラミックファイバーブロック３０が記載されている。尚、符号３４はチャンネル、３５はビームを示す。
【０００７】
このように炉内側に高温用モジュール３２を、炉壁側に低温用モジュール３１を配置することで高温用のファイバーブランケットの使用比率を少なくする構成としているが、しかし、耐熱性紐状製品３３の耐熱温度は、例えばアルミナ長繊維ロープの場合でも１１００℃程度であり、そのため思ったほど高温用のファイバーブランケットの使用割合を減らすことは難しかった。
【０００８】
【引用文献】
（１）特許文献１（特開平９−４９８２号公報）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような、従来のセラミックファイバーブロックでは、高温用、低温用ともに高温下でのブロック単体の復元力を増し、熱収縮を防ぐために、また、熱伝導率をできるだけ小さくするために、嵩密度が１３０〜１６０ｋｇ／ｍ^３程度になるように圧縮成形されている。従って、どうしてもセラミックファイバーブロックの重量が重く、特に天井部などの炉壁に取り付ける場合、取付持金具への負荷が高くなるという問題があった。
そこで、本発明においては、重量が軽く、耐熱性も高く、なおかつ従来に比べて安価であるセラミックファイバーブロックを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、セラミックファイバーを葛折り状に折りたたんでなるブロック体と、該ブロック体に装着された取付金具とから構成されるセラミックファイバーブロックであって、前記ブロック体は、結晶アルミナファイバーブランケットである外層体と、アルミナ繊維が三次元ランダムに配向し、かつ相互に絡み合う状態にある結晶アルミナファイバーマットである内層体との二層構造になっており、前記外層体が内層体の折り目部に挟み込まれた状態で内層体の外表面を覆って構成されている。また、前記外層体は嵩密度が１００〜１３０ｋｇ／ｍ^３の結晶アルミナファイバーブランケット、前記内層体は嵩密度が６０〜８０ｋｇ／ｍ^３の結晶アルミナファイバーマットである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成について図面に従って説明する。
図１は、本発明のセラミックファイバーブロックの製作説明図、図２は、セラミックファイバーブロックの斜視説明図である。この図１および図２に示すように、本発明のセラミックファイバーブロック１０は、図１に示すように、結晶アルミナファイバーブランケット１と結晶アルミナファイバーマット２を重ねた状態で葛折り状（アコーディオン状）に連続的に折りたたんで製作される。この結晶アルミナファイバーマット２のアルミナ繊維は、三次元ランダムに配向し、かつ相互に絡み合う状態になっている。この結晶アルミナファイバーマット２の製作にあたっては、特開２００２−１０５８２３号公報に記載されているように、一定の温度及び湿度に制御した雰囲気中で、粘度を調整した紡糸液を繊維化し、前駆体繊維にし、これを焼成して繊維に含まれる有機物、水分などを分解し、結晶質繊維を得る。アルミナ繊維は、アルミナの含有量が７０％以上であり残部がシリカである、主にムライト結晶またはコランダム結晶からなる。
【００１２】
繊維化方法は、メルトブロー法やスピニング法がある。メルトブロー法は、紡糸液を小穴から押し出し、高圧エアーを吹き付けて繊維化する。一方、スピニング法は、小穴を有するカップを回転させ、その遠心力で紡糸液を押し出し、これに高圧エアーを吹き付け繊維化する。スピニング法は環状の繊維を製作する場合に好ましい。環状とは、輪が完全に閉じているものや半円弧状のようなカール状のものも含む。繊維が環状やカール状になることでバネのような働きをし、圧縮された時の反発力を大きくすることができる。このような環状やカール状の繊維は、小さな嵩密度で大きな復元力を得ることができる。
【００１３】
アルミナ繊維が三次元ランダムに配向する状態とは、アルミナ繊維が特定の方向のみに配向するのではなく、三次元のあらゆる方向にランダムに、即ち秩序ない状態で配向する状態をいう。例えば、繊維化直後の前駆体繊維を集綿する際に、金網を通して吸引すると、繊維は繊維単位で落下し、金網と平行に二次元に配向するが、吸引力を調整して堆積させることで前駆体は三次元ランダムに配向する。また、アルミナ繊維が相互に絡み合う状態とは、繊維同士が交点で接着することなく互いに絡んでいる状態である。このような状態のアルミナ繊維を積層し、これを焼成したものを結晶アルミナファイバーマット２として使用している。
【００１４】
一方、結晶アルミナファイバーブランケット１は、繊維化した前駆体繊維を集綿する時にアルミナ繊維の方向をほぼ揃えた状態で積層し、これにニードリングしたものや糸で縫製したものである。
本発明のセラミックファイバーブロック１０は、上記のような結晶アルミナファイバーブランケット１からなる外層体と、低密度の結晶アルミナファイバーマット２からなる内層体の二層構造となっており、外層体である結晶アルミナファイバーブランケット１が、内層体である結晶アルミナファイバーマット２の折り目部７に挟み込まれた状態で内層体の外表面を覆って葛折り状に折りたたまれている。
【００１５】
このように、結晶アルミナファイバーマット２からなる内層体を、結晶アルミナファイバーブランケット１からなる外層体で覆った二層構造にするのは、結晶アルミナファイバーマット２のみで葛折り状に連続的に折りたたもうとすると、繊維の剥離や飛散、腰折れが生じるためブロック化が難しいからである。更に、図１にあるように結晶アルミナファイバーブランケット１の外側にガーゼ３を張り付けてやることで、葛折り状に折りたたむ作業中の繊維飛散や折り山部の腰折れなどを確実に防ぐことができる。尚、このガーゼ３は炉内で焼失するため、特に品質への影響はない。
【００１６】
結晶アルミナファイバーマット２は厚さ３５〜５０ｍｍ程度にすることが好ましい。結晶アルミナファイバーマット２の厚さを大きくしてファイバーブロック１０全体における結晶アルミナファイバーマット２の使用量を多くした方がファイバーブロック１０全体の重量を軽くすることができるが、葛折状のブロックに製作することを考慮すると５０ｍｍ以下であることが好ましい。また、結晶アルミナファイバーブランケット１は厚さ６〜１２．５ｍｍ程度の厚さを有することで十分必要な引張り強度を保持することができる。また、折り目部７の適当箇所（図１では二箇所）にビーム４を挟み、ビーム４に取り付けたタブ５を、結晶アルミナファイバーブランケット１及び結晶アルミナファイバーマット２を貫通させ、更に炉壁への取付金具であるチャンネル６の開口８に固定することで、ブロック体９を取付金具に支持固定する。
【００１７】
次に、図２に示すように、カードボード１１でファイバーブロックの反発方向二面を補強し、結晶アルミナファイバーブランケット１及び結晶アルミナファイバーマット２からなるセラミックファイバーブロック１０を圧縮し、ＰＰバンド１２を巻きつけて固定する。この時点で、外層体である結晶セラミックファイバーブランケット１は、嵩密度が１００〜１３０ｋｇ／ｍ^３になるようにする。嵩密度が１００ｋｇ／ｍ^３よりも小さいと、ブランケット自体の引張り強度が弱くなり、葛折りし圧縮する際に山状になったブランケットが切れてしまう。また、嵩密度が１３０ｋｇ／ｍ^３よりも大きいと、ブランケットが硬く葛折りができない。さらに重量が大きくなり軽量化のメリットがない。
【００１８】
内層体である結晶アルミナファイバーマット２は、嵩密度が６０〜８０ｋｇ／ｍ^３になるようにする。嵩密度が６０ｋｇ／ｍ^３よりも小さいと、復元力が弱くなり高温下で隣接するブロック間に隙間ができ、その隙間より熱風が支持金属の強度を弱め、ブロックの落下の原因となる。また、８０ｋｇ／ｍ^３よりも大きいと復元力が強すぎてブロックの形成ができない。尚、セラミックファイバーブロック１０全体では８０〜１００ｋｇ／ｍ^３程度の嵩密度となり、引張強度は１００〜３００ｋｇｆである。
【００１９】
本発明で使用する結晶アルミナファイバーマットのアルミナ繊維は前述したように環状やカール状の短繊維を三次元ランダムに配向し、かつ相互うに絡み合う状態にしたものであり、内部にエアーを多く含んだ状態であるため、小さい嵩密度でありながら大きな復元力を有する。よって、従来のように結晶アルミナファイバーブランケットのみでファイバーブロックを製作した場合、必要な復元力を得るために嵩密度を１３０〜１６０ｋｇ／ｍ^３にする必要があるのに対し、本発明のようにこのマットを使うことにより、マット分の嵩密度を６０〜８０ｋｇ／ｍ^３に小さくし、セラミックファイバーブロック全体の嵩密度を８０〜１００ｋｇ／ｍ^３程度にしても、結晶アルミナファイバーブランケットのみで製作したファイバーブロックと比べて、充分高い復元力を保持することが可能となるのである。
【００２０】
このように、セラミックファイバーブロックに結晶アルミナファイバーマットを使用することで、ファイバーブロックの復元力を高くすることができるため、ファイバーブロック全体の嵩密度を小さくすることができ、その結果ファイバーブロックの重量を小さくすることができる。また、ファイバーブロック全体に１３００℃以上の耐熱温度を有するアルミナ繊維を多く含有した高温用の結晶質セラミックファイバーを使用しているため、耐熱性も高い。
【００２１】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
【実施例】
３００ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍ（１３０％圧縮して製作したファイバーブロック）なるセラミックファイバーを作製した。その本発明例と比較例を表１に示す。なお、本発明例は、結晶アルミナファイバーブランケットとマットの二層構造、比較例は結晶アルミナファイバーブランケットのみのものを用いた。
本発明の構成を適用したセラミックファイバーブロックは、復元力の高いマットを使用しているため、ブランケットのみで構成された比較例のファイバーブロックに比べて、ブロック全体の嵩密度を小さくすることができ、ファイバーブロック重量を１．０ｋｇ小さくすることができた。尚、本発明例と比較例のファイバーブロックを使用して、炉内温度１３５０℃の炉において連続操業を行ったが、本発明のセラミックファイバーブロックの耐熱性は全く問題がなかった。また、重量が軽いため、取付金具への負荷も軽減し、セラミックファイバーブロックの長寿命化を図ることができた。
【００２２】
【表１】

【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のファイバーブロックは、結晶アルミナファイバーブランケットである外層体と、結晶アルミナファイバーマットである内層体との二層構造になっており、外層体には結晶アルミナファイバーブランケットを、内層体には環状やカール状のアルミナ繊維が三次元ランダムに配向し、かつ相互に絡み合うことで復元力の大きなマットを使用している。また、外層体であるブランケットの嵩密度を１００ｋｇ〜１３０ｋｇ／ｍ^３に、内層体であるマットの嵩密度を６０〜８０ｋｇ／ｍ^３にしている。セラミックファイバーブロックに、このような特徴をもつ結晶アルミナファイバーマットを使用することにより、結晶アルミナファイバーブランケット単体で形成した従来のセラミックファイバーブロックと比べ、ファイバーブロック全体の嵩密度を小さくしても、ファイバーブロックの復元力を大きくすることができるため、その結果ブロック全体の嵩密度を小さくすることができ、ファイバーブロックの重量を小さくすることができる。よって、炉壁や炉天井に取付けた時の取付金具やファイバーへの負荷が小さくなるとともに、高温下においてファイバーブロック間に隙間が生じ、熱風により取付金具が破損することも防ぐことができるため、従来に比べて操業中のファイバーブロックの脱落等を防ぐことが可能となる。
【００２４】
しかも、ファイバーブロック全体に結晶アルミナファイバーを使用しているため、１３００℃以上の高温下においても充分な耐熱性を発揮することができる。また、ファイバーブロックの嵩密度を小さくすることができるため、１つのファイバーブロックに使用する結晶アルミナファイバーの量を減らすことができ、その結果コストの面でも従来の半分程度にすることが可能となった。
また、外層体である結晶アルミナファイバーブランケットにより、内層体である結晶アルミナファイバーマットの外表面を覆っているため、葛折り状に折りたたむ時、繊維の剥離や飛散、及びマットの腰折れなどを防止し、スムーズにファイバーブロックを成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセラミックファイバーブロックの製作説明図、
【図２】セラミックファイバーブロックの説明図、
【図３】従来のセラミックファイバーブロックの説明図、
【図４】チャンネル、ビーム、タブの斜視図、
【図５】従来のセラミックファイバーブロックの説明図である。
【符号の説明】
１結晶アルミナファイバーブランケット（外層体）
２結晶アルミナファイアーマット（内層体）
３ガーゼ
４ビーム
５タブ
６チャンネル
７折り目部
８開口部
９ブロック体
１０セラミックファイバーブロック
１１カードボード
１２ＰＰバンド
２０セラミックファイバーブロック
２１セラミックファイバーブランケット
２２チャンネル
２３ビーム
２４折り目部
２５開口部
２６タブ
２７中央部分
２８輪
２９タブ上端
３０セラミックファイバーブロック
３１低温用モジュール
３２高温用モジュール
３３耐熱性紐状製品
３４チャンネル
３５ビーム

Claims

セラミックファイバーを葛折り状に折りたたんでなるブロック体と、該ブロック体に装着された取付金具とから構成されるセラミックファイバーブロックであって、前記ブロック体は、結晶アルミナファイバーブランケットである外層体と、アルミナ繊維が三次元ランダムに配向し、かつ相互に絡み合う状態にある結晶アルミナファイバーマットである内層体との二層構造になっており、前記外層体が内層体の折り目部に挟み込まれた状態で内層体の外表面を覆って構成されていることを特徴とするセラミックファイバーブロック。
前記外層体は嵩密度が１００〜１３０ｋｇ／ｍ^３の結晶アルミナファイバーブランケット、前記内層体は嵩密度が６０〜８０ｋｇ／ｍ^３の結晶アルミナファイバーマットであることを特徴とする請求項１記載のセラミックファイバーブロック。