JPH02302582A

JPH02302582A - ロータリーキルン用耐火物

Info

Publication number: JPH02302582A
Application number: JP12365489A
Authority: JP
Inventors: Hidefumi Ichikawa; 市川　英文; Hiroshi Shirakawa; 浩白川; Akio Ito; 昭男伊藤
Original assignee: Fuji Yogyo Kk; NGK Insulators Ltd
Current assignee: Fuji Yogyo Kk; NGK Insulators Ltd
Priority date: 1989-05-16
Filing date: 1989-05-16
Publication date: 1990-12-14
Anticipated expiration: 2009-12-14
Also published as: JPH06103153B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明はロータリーキルンの内張りに使用されるロータ
リーキルン用耐火物に関する。

（従来の技術）従来より、例えばセメントや石灰製造用のロータリーキ
ルンにおいては、円筒状のシェルの内壁に耐火れんがを
内張すすることが行われていた。

ところが、耐火れんがは断熱性が十分ではないために、
耐火れんかによる内張りでは熱損失が大きくなる問題点
があった。

そこで、耐火層と断熱層との二層構造を備える二層れん
がが従来より供されており、その具体例としては実開昭
５５−７５６３７号公報に記載されたものがある。これ
は、第５図に示すように、炭化珪素製の耐火層１とこれ
とは異種材質の断熱材層２とからなり、それらの境界部
Ａは断面において鋸歯状を°呈するようにされている。

この二層れんが３は、第６図に示すように耐火層１側を
内周側にしてシェル４に内張すされ、これによ°り低熱
伝導性を備えた断熱層２にて外周側への熱損失を抑える
ことができて省エネルギーを図ることができる。

また、耐火層と断熱層との二層構造を備える二層れんが
としては、他に、両層の境界部をいわゆるぼかし構造と
したものも知られている（美；嚢窯業に、に製品）。

（発明が解決しようとする課Ｅ）しかしながら、ロータリーキルン内において被焼成物は
シェル内を軸方向に移動するから、内張レンガにはその
方向に応力が生じやすいという事情がある。しかるに、
上記した従来の二層れんが３は、耐火層１と断熱層２と
の境界面Ａが鋸歯状の波形とはいえ、その波頭部がシェ
ル４の軸方向に連なる形態となっており、被焼成物の移
動に伴う応力に対してはこれに抗する方向ではなかった
。

このため、キルンの操業時に被焼成物から二層れんが３
に作用する摩擦力によって、両層１，２が剥離して耐火
層１が脱落してしまう問題点があった。

また、このような機械的な外力だけでなく、両層１，２
の材質の違いによる熱膨張率の差が大きい場合にも、前
述のような剥離現象が生じやすくなるため、両層１，２
を熱膨張率差の極力少ない材質の組合わせとする必要が
あった。このため、断熱層２に、耐火層１との間での熱
膨張率差の大となる低嵩比重で低熱伝導率の材料を採用
することができず、この結果、省エネルギー効果を向上
させる点でも限界があった。

さらに、いわゆるぼかしレンガの場合には、耐火層と断
熱層との境界面における凹凸に方向性がないから、被焼
成物の移動による損耗に対しては強いが、逆に両材質の
境界面での動きが細かく制約を受けることになるので、
熱膨張による両材質の動きを吸収できず、このための熱
衝撃損傷が多発するという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、耐火層と断熱層との固着力を向上させることができな
がら、実使用時の被焼成物の移動及び熱膨張の相違に起
因する両層の剥離を防１Ｆできると共に、材質の使い分
けにより省エネルギー効果を向上させることができるロ
ータリーキルン用耐火物を提供するにある。

［発明の構成コ（課題を解決するための手段）本発明のロータリーキルン用耐火物は、耐火層と断熱層
との境界面を波頭部がシェルの周方向に連なり、且つ波
の立上がり・立下がり部が前記シェルに対して略垂直と
なる形態の波形となすと共に、その波の高さを波の幅の
０．８〜１．８倍としたところに特徴を有する。

（作用）耐火層と断熱層との境界面を波形とすることにより、境
界面の面積は大きくなり、境界面が平坦な場合に比べて
両層の密着面積が広くなって固着力が向上する。

而して、このような構成の場合、その境界面の波形の方
向及び波の高さと幅との関係がどのようであれば実使用
時における両層の固着力の点で最も効果的であるのかが
問題となる。これに関しては、本発明者等が種々の実験
・研究を行った結果、波形の波頭部の連なり方向はシェ
ルの軸方向ではなく周方向に連なる形態とすると共に、
その波の高さを波の幅の０．８倍〜１．８倍とすれば、
実使用状態での被焼成物の移動に伴う摩擦応力に対して
両層の固着力が十分に抗することができ、実用上優れた
効果が得られることが明らかになった。

また、境界面の起伏形状としては、一般に鋸歯状形状が
考えられる他、三角波状の凹凸形状等様々な形状が考え
られるが、被焼成物との摩擦による外力と熱膨張に耐え
るためには、上記した波頭部の連なり方向及び波の高さ
と幅との関係のみならず、起伏形状自体の決定も非常に
重要である。

本発明では、その点に鑑み、その起伏形状を波の立上が
り・立下がり部がシェルに対して略垂直となる形態の波
形とした。これにより、熱膨張による応力は互いに嵌合
状態にある両層の立上がり・立下がり部に略直角に作用
することになる。このため、その応力はセラミックスに
とって最も望ましい圧縮力として作用するようになり、
材質特有の熱膨張差に起因する応力はむしろ耐火層と断
熱層の固着力の強化に転化される。

従って、耐火物の種類としては、熱膨張差の問題を考慮
することなく選択できるから、原料を加圧成形した後焼
成するれんが製品や、キャスタブル材料を型内に流し込
んで成形するブレキャス［・製品等、あらゆる種類のも
のが適用可能と考えら　　　□れる。しかし、一般には
省エネルギー効果とコストの点では、プレキャスト製品
とするのが望ましい。これは、成形性上の違い即ち加圧
成形か流し込みかの違いにより、断熱層側の材料選択の
幅が異なり、プレキャスト製品の方が一般により低い嵩
比重の材料を採用できるからである。

（実施例）以下本発明のいくつかの実施例について、第１図乃至第
４図を参照して説明する。

実施例１乃至実施例１５は、特許請求の範囲に記載され
た通りの構造を有するロータリーキルン用耐火物である
。第１図乃至第３図は、これらを代表させて実施例７の
耐火物１１を示している。

この耐火物１１は、上部側が耐火材製の耐火層１２、下
部側が断熱材製の断熱層１３の二層構造を備える略矩形
状のブロック状をなし、底面はロータリーキルンの円筒
状をなすシェル１４（第２図り照）の内壁面形状に相当
する円弧面状とされている。また、この耐火物１１は、
第２図に示すように、正面１１ａが等脚台形に近似した
形状とされ、その正面１１ａがシェル１４の軸方向に向
くと共に耐火層１２側が図示しない被焼成物が移動する
内周側となるようにして、シェル１４に内張すされる。

そして、前記耐火層１２と断熱層１３との境界面Ｂは、
波頭部１５がシェル１４の周方向に沿って連なる波形の
起伏形状とされている。この場合、耐火物１１の正面１
１ａの幅寸法ａ（第２図参照）は２８４ｍ＋ｔ、一方、
シェル１４の周方向に向く側面１１ｂの幅寸法ｂ（第３
図参照）は２００　ｍｍとなっており、従って波形の起
伏形状は、波形が側面１１ｂに現れるように形成されて
いる。また、この波の立上がり・立下がり部は側面１１
ｂの全体にわたり計２組生ずるようになっており、且つ
それらはシェル１４に対して略垂直となっている。

尚、第３図に示す側面１１ｂの高さ寸法Ｃは２００１■
とされており、このうち断熱層１３の平均厚み寸法ｄは
約７０＋ａｍとされているが、本発明が適用されるロー
タリーキルン用耐火物はＪＩＳＲ２１０３に規定されて
いる寸法は勿論、それ以外の寸法のものにも適用可能で
ある。

この波形の波の高さ及び幅の条件は、後に示す表１に示
される。また、耐火層と断熱層との境界面に波形の起伏
がない平坦な場合（後述する比較例７）及び波形の起伏
を設けたがその波頭部の連なり方向が従来と同様にシェ
ルの周方向となっている場合（後述する比較例８，９）
についても表１に示した。

例えば実施例７では、第３図に示す波の高さ寸法ｅは６
０　ｓｒｓ、波の幅寸法ｆは４０ｍ＋ｓ（従って波の高
さ寸法ｅは、その幅寸法ｆに対して１．５倍となる）、
断熱層１３の最低厚み寸法ｇは４０龍とされ、さらに波
頭部１５及び最底部は半径的２０　ｍｍの丸みをもって
いる。

さて、実施例１〜１５における耐火層１２と断熱層１３
との固着力を、次の三項口について調べた。尚、比較例
７は実施例１〜１５と同様の耐火物を両層の境界面を平
坦としたものであり、また、比較例８，９は境界面を波
形にしたがその波の波頭部の連なり方向を実施例１〜１
５とは９０°異ならせてシェルの軸方向に沿うようにし
たものである。なお、比較例８，９については、断面に
波形が現れるように各実施例と同様な寸法に切り出した
。

（ａ）耐火層と断熱層との境界部分の曲げ強度これは、
第４図に示すように、各実施例及び比較例の耐火物から
サンプルを切取り、二点鎖線Ｃで示す波形の中央線を抵
抗位置として、ミバエリス試験機を用いて測定した。

（ｂ）耐火層と断熱層との境界部分の打撃テストこれは、耐火層と断熱層との境界部分にハンマーで打撃
を与えて耐火物を折損させ、折損面の状態を観察したも
のである。表１では、境界面とは無関係の位置で折損し
たものを合格（Ｏ）、境界面に沿って折損したものを不
合格（×）としている。

（Ｃ）　実機ロータリーキルンでの破損テスト外径３．
０ｍ、内径２．６ｍ、長さ６５ｍのロータリーキルンに
耐火層厚１３０ｍｍ、断熱層厚７０ｍ１１である表１の
実施例２．７及び比較例８，９に示した構造を有する耐
火レンガをキルンの１／４円弧ずつにわたって施工し、
炉内温度１４００℃、回転速度２　ｍ　／　ｓｅｅ、で
半年間石灰泥の焼成テストを行った。予め、略同位置、
同条件になるよう設定した各２０枚の各試験種耐火レン
ガについて、耐火層の剥離の有無を調べた。

表１から明らかなように、特許請求の範囲に記載された
通りの境界面Ｂを有する実施例１〜１５及び比較例８．
９は、耐火層１２と断熱層１３との境界部分の曲げ強度
に優れ、打撃によっても境界面Ｂに沿って折損すること
もなかった。これは、実施例１〜１５及び比較例８，９
では、両層１２゜１３の固着力が良好であることを示し
ている。

このように、実施例１〜１５によれば、本発明特有形状
の境界面Ｂにより、耐火層】２と断熱層１３との固着力
を向上させることができる。しかも、波形の波頭部１５
の連なり方向をシェル１４の周方向に沿わせたから、実
機試験において被焼成物の移動に伴う摩擦応力を受けて
も両層１２゜１３の剥離を効果的に抑制することができ
た。また、このように両層１２，１３の固着力を十分に
大きくすることができるから、従来のものに比べて、断
熱層１３に、耐火層１２との間で熱膨張率差が大となる
低熱伝導率の材料を採用することができ、ひいては省エ
ネルギー効果を向上させることができる。

尚、上記実施例１〜１５のような波形の起伏形状とする
場合には、次のようにするのが望ましい（以下第３図参
照）。

（イ）耐火層と断熱層との境界面Ｂにおいて、波の高さ
寸法ｅは波の幅寸法ｆの０．８（Δ〜１゜８倍とする。

寸法ｅを少なくとも寸法ｆの０．８倍以上とすれば、両
層の安定した固着力が得られることが、本発明者等の実
験により明らかとなった。それを１．８倍以下とするの
は、耐火物は繰返し使用により表面（図で上部）から損
耗していき断熱材が露出すると使用できなくなるため、
その寿命との関係からである。

（ロ）波の幅寸法ｆは側面の幅寸法すの１５％〜３０％
とする。

これは、断熱層は断熱性を要求されるゆえに強度は小さ
いため（一般に耐火層の５分の１程度）、断熱層の白部
分が折損することを防止すべくある程度の厚みが必要と
なるからである。実寸法では２０１以上を確保すること
が望ましい。

（ハ）一般的な寸法のレンガの場合、波の立上がり・立
下がり部は２組以上設ける。

１組では、被焼成物の移動に対する耐久性が不足勝ちと
なるからである。一方、その数を多くすると製作工数が
増大するから、コストの面からの制約を受ける。また、
波の間隔は、外力や熱応力の緩和の点から等間隔に設け
ることが好ましい。

（ニ）断熱層の最小厚み寸法ｇは１．０　ｍｍ以上とす
る。

これは、断熱層の折損や角部の欠けを防止するためであ
る。

（ホ）（ｔｃの波頭部及び最低部は丸みをつける。

これは、角があると、成形時及び使用時にクラックが入
りやすくなるからである。また、角状の場合には成形も
難しくなる。

尚、この耐火物１１はプレキャスト製品とされている。

その製造方法について簡単に述べるに、まず耐火物１１
の外周形状に相当する型枠内に断熱材のキャスタブル材
料を流し込み、波形形状の押し型でその上面に波形を付
ける。断熱材の層がある程度固化した後、その上に耐火
材のキャスタブル材料を流し込み、固化させて後脱型を
行うものである。

ところで、このようにプレキャスト製品とすることによ
り、れんが製品と比べて断熱層の熱伝導率を小さくする
ことができて、省エネルギー効果をより良好とすること
ができる。これは、れんが製品では、断熱材の層と耐火
材の層どを同一圧力で同時にプレス成形する方法にて製
造されるために、両層の材料に互にがさ比重の大きく異
なるものを使用できないからである。この点、上記した
キャスタブル材料の流し込み成形では、両層の材質の組
合わせが自由となり、断熱層のがさ比重を耐火層に対し
てはるかに小さくできるのである。

−例を示すと、次の表２のようになる。

この表２からも、耐火物１１はプレキャスト製品とした
方が、材料の選定が自由となって省エネルギー効果の点
でより優れたものができることは明らかである。

また、次の表３及び表４は、本発明構造のロータリーキ
ルン用レンガが断熱層と耐火層との固若力に優れるのみ
ならず、熱特性においても優れることを示している。比
較例１０及び実施例１６は、断熱層及び耐火層ともに中
性耐火物であるアルミナ質耐火物により措成し、比較例
１１及び実施例１７は、それらを塩基性性耐火物である
スピネル質耐火物により構成した。各材料組成は同表に
掲げである。また、それらの形状は、各比較例１０゜１
１が両層間の境界面を平坦にした前記比較例７と同じ構
造で、各実施例１６．１７はその境界面を波形にした前
記実施例７と同じ構造である。これらの４種の耐火レン
ガはすでに述べた実際のロータリーキルンの内面に１／
４円弧ずつ軸方向に１０ｍにわたり施工し、炉内温度１
４００℃、外気温度２０℃、回転周速２ｍ／ｓｅｅ、で
、無負荷で１４時間運転し、耐火物の剥離状態及び熱計
算データを得た。

表　　　３表　　　４上表から明らかなように、各実施例１６．１７の耐火物
は比較例の耐火物に比べ、優れた熱特性を示す。これは
、本発明構造の波形とすることにより、熱膨張差を考慮
することなく広い範囲で耐火層及び断熱層の材質を選択
でき、それでいながら両層の剥離を長期間にわたり防止
できるからである。また、上記実施例では、熱膨張差に
起因する熱衝撃による剥離現象も全く問題がなかった。

［発明の効果］以上の説明にて明らかなように、本発明のロータリーキ
ルン用耐火物によれば、耐火層と断熱層との固着力を向
上させることができると共に、実使用時に発生していた
両層の剥離を防止できると共に省エネルギー効果を向上
させることができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の一実施例を示すもので、第
１図はロータリーキルン用耐火物の斜視図、第２図は同
正面図、第３図は同側面図、第４図は曲げ強度試験に用
いられたサンプルの斜視図、第５図は従来例を示す条面
図、第６図は従来例を（示す第２図相当図である。図面中、１１は耐火物、１２は耐火層、１３は断熱層、
１４はロータリーキルンのシェル、１５は波頭部、Ｂは
接触境界面を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

１、耐火層及び断熱層からなる二層構造を備えるブロッ
ク状をなし、ロータリーキルンに前記耐火層側を内周側
にしてシェルに内張りされて使用される耐火物であって
、前記両層の境界面を、波頭部が前記シェルの周方向に
連なり、且つ波の立上がり・立下がり部が前記シェルに
対して略垂直となる形態の波形となすと共に、その波の
高さを波の幅の０．８〜１．８倍としたことを特徴とす
るロータリーキルン用耐火物。