JPH0446077A - 耐火断熱材料および耐火断熱構造 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 この発明は、各種工業窯炉の内張耐火物のパーマ層に断
熱能を付与し、同時に構造強度を高めることのできる耐
火断熱材料および耐火断熱構造に関する。

従来の技術 一般に１２００℃以上の各種工業窯炉の内張耐火物は、
耐火層とパーマ層により形成されている。従来、パーマ
層としては、耐火性を有する断熱材料のうち、耐火断熱
煉瓦が使用され、窯炉がらの放熱によるエネルギーロス
を防止している。

近年、耐火材料として不定形耐火物の利用が拡大し、第
１表に示すとおり種々の断熱キャスタブルが開発されて
いる。

以下余白 これらの耐火断熱材料は、内部に天然あるいは人工の無
数の気孔を有しており、熱伝導率が低いが、他方嵩比重
が小さく、圧縮強度が低い。

このため、これらの耐火断熱材料は、特別に荷重の加わ
る箇所を避け、あるいは炉材の熱膨張に対しては、緩衝
材を入れるなど、過大な偏荷重を受けないように十分配
慮した内張施工を採用している。

また、耐火断熱材料の大半は、多孔質の骨材を用いてい
るので、一部を除くと融点が低いものとなり、常用使用
温度としては、１４００℃以下のものが主体となってい
る。

一方、最近の工業窯炉、特に鉄鋼プロセスにおける内張
耐火物においては、耐火物の改善が進み、大幅に耐食性
が向上して炉命の延長に大きく寄与している。例えば、
混銑車におけるＡ　ｌ　ｔ○３−３ｉＣ−Ｃ煉瓦、転炉
におけるＭｇＯ−Ｃ煉瓦あるいは取鍋におけるＡ　Ｉ　
翼Ｏｓ　　Ｍ　ｇ〇−Ｃ系煉瓦の使用等が挙げられる。

しかるにこれらの煉瓦は、いずれも熱伝導率が高く、炉
体からの熱放散が従来使用されていた耐火物に比較して
大きく、操業上程々の問題があった。

このような内張耐火物は、現状の炉体内張構造で前言己
耐火断熱材料を用いた場合、十分満足できる断熱性を確
保することは不可能である。

すなわち、耐火断熱材料の使用条件を決定する性状値と
して、再加熱収縮率があるが、この値はある一定温度以
上に加熱した場合に材料が収縮することに対する耐用限
界を示すもので、既存の耐用７皿度より高いもの、すな
わち耐火性が良いものを必要とする。

このため、ウェア層を厚くする方法が考えられるが、こ
れでは炉の容積を狭め、蓄熱損失を増大させることにな
り、抜本的な対策とはならない。

特にパーマ層を断熱主体に配材すると、構造上の安定性
を欠くばかりでなく、漏鋼等のトラブルが発生した場合
、セーフティーライニングとしての耐火性が劣る。この
ようにこれらの緒特性を具備した耐火断熱材料の必要が
生じている。

また、従来保温材として多用されている低熱伝導材料は
、ウール状をなす無機繊維集合体で、可撓性あるいは加
圧収縮性に富んではいるが、繊維自体高耐火性であるも
のの、長期間使用しているとガラス化や結晶化により熱
収縮や劣化による粉化が生じ、容積安定性の点から使用
に耐えられない。

この対策として、耐火原料に対し、無機および／または
有機繊維、合成樹脂エマルジョンおよび／またはゴムラ
テックスを樹脂分として所定割合で添加してなる、乾燥
後に可撓性を示す耐火可撓性および加圧圧縮性を有する
耐火可撓性ボードと無機繊維集合体からなる複合耐火断
熱材（特公昭５９−４８７７９号公報）などの提案も行
なわれている。

しかし、特公昭５９−４８７７９号公報に開示の複合耐
火断熱材は、厚み方向での断熱性を有しているが、可撓
性に冨むため、熱サイクルの激しく３軸方向で発生する
熱応力に対しては、構造的にアンバランスを生じ易く、
適用することはできない。

発明が解決しようとする課題 本発明者らが検討対象としたタンデイツシュあるいは溶
鋼用取鍋のパーマ層を強化する場合、従来の方法では次
のような問題が生じる。

（１）従来構造の鉄皮内で厚肉に内張すると、炉容積が
小さくなり、蓄熱損失が増大するため、地金付きが発生
し易くなり、予熱のためのエネルギー消費が大きくなる
。

（２）低熱伝導率（λ＝　０．２ｋｃａｌ／　ｍ−ｈｒ
・’ｃ）の部材では、圧縮強度が低いため、内張煉瓦の
重量を十分に支持できない。また、従来の上記部材は、
耐用温度が低く、再加熱収縮率の点で内張構造が不安定
になり易い。

（３）従来の複合耐火断熱材（例えば、特開昭５６−１
６０３８３号公報）といわれている部材は、厚み方向で
の断熱性を得ているが、可撓性に富むため熱サイクルの
激しい状態では、発生する熱応力に対し、構造的アンバ
ランスを生じ易く適用できない。

（４）断熱キャスタブルは、配合する耐火骨材の断熱能
によって昇温し難く、乾燥が不十分になり、受鋼した後
に水蒸気爆裂の危険があり、安全性の点で信頼性に乏し
い。

この発明の目的は、前記工業用窯炉、特に鉄鋼用窯炉の
うちタンデイツシュあるいは取鍋等のパーマ暦月の耐火
断熱材として、高耐火性材質でポーラスな超低熱伝導性
材料と不定形耐火物とを組合せ、ハニカム形状の構造部
材とすることにより、全体として低熱伝導性で、高耐火
度、かつ低熱容量の断熱材料ならびに断熱構造を提供す
ることにある。

課題を解決するための手段 本発明者らは、工業窯炉、特に現状の鉄鋼プロセスの中
でも、特に断熱化促進の要求が高い連続鋳造用タンデイ
ツシュあるいは溶鋼用取鍋用の耐火断熱材料を対象とし
て種々検討を重ねてきた。

その結果、従来より低熱伝導性で、耐火性に優れたセラ
ミックフオームを耐火キャスタブルで鋳込んだ耐火断熱
材料を開発し、既に特許出８（特願平２−４３３６１）
　　している。

さらに研究を重ねた結果、セラミックフオームをハニカ
ム状に２層以上位置をずらせて積層することにより、低
熱伝導性ならびに耐火性がさらに向上することを究明し
た。

すなわち、セラミックフオームと呼称されるディーゼル
エンジンの排フィルター（ＡｌＩ３−９０％、Ｚｒｏｓ
ｌＯ％、嵩比重ｏ、　ｇｏ、空隙率９０％、圧縮強度約
８０ｋｇ／　ｃ＋ｎ”　）に着目し、このセラミックフ
オームと耐火キャスタブルを組合せ、第１図に示すとお
りボード状の耐火断熱材料を製作した。

耐火断熱材料の製作は、セラミックフオームを厚さ３０
ｍｎ＋、直径６０ｍｍの円板状に加工し、高さ６５ｍｍ
で一片が４５０ｍｍの四辺形の木枠内に、円板状に加工
したセラミックフオーム（１）をハニカム状に複数個等
間隔に設置し、Ａ　Ｉ　１０　ｓ　７５％の高アルミナ
質キャスタブル（２）を流込み硬化させた。さらに、鋳
ぐるんだセラミックフオーム（１）と位置をずらせて、
前３己セラミツクフオーム（１）と同形のセラミックフ
オーム（３）をハニカム状に複数個等間隔に設置し、再
び高アルミナ質キャスタブル（４）を流込み厚さ６０ｍ
ｍのボード状とした。

なお、使用したセラミックフオームは、事前に水不透性
膜で被覆したものを使用した。

これを養生、乾燥、熱処理したのち、上記ボド４枚を１
組として直径７００ｍｍの円板状に加工して組立て、容
量２．５Ｌの取鍋に内張（７、上下面部の温度を測定し
た。また比較のため、前と高アルミナ質キャスタブルの
みで作成したボードと比較した。その結果、 （１）同一条件で製作した高アルミナ質キャスタブルの
みのボードに比較し、断熱性と耐圧強度が飛躍的に向上
していた。

（２）断熱効果は、セラミックフオームのボード内での
面積比に比例すると共に、厚み方向でセラミックフオー
ムをずらせて積層配置することにより、さらに向上する
。

ことを確肥し、この発明を完成させたのである。

すなわちこの発明は、空隙率が６５〜９５％で、融点が
２０００℃以上の耐火性酸化物からなる多孔′Ｒ部材を
、ハニカム状に配列して２層ないしそれ以上交錯して層
形成し、耐火キャスタブルで鋳込み成形してなる耐火断
熱材料である。

また、空隙率が６５〜９５％で、融点が２０００℃以上
の耐火性酸化物からなる多孔質部材を、ハニカム状に配
列して２層ないしそれ以上交錯して層形成し、耐火キャ
スタブルで鋳込み成形してなる耐火断熱材料をパーマ層
にブロック施工してなる耐火断熱構造である。

作　　　　用 この発明においてセラミックフオームを使用する理由は
、既に述べたとおりセラミックフオームは、空隙率が高
いため、見掛の熱伝導率が極めて低く、　０．０１ｋｃ
ａｌ／ｍ　・ｈｒ　・ｔ：程度である。しかも材料の耐
火性は原料スラリーの酸化物組成に依存し、焼成）■度
で自在に調整できる。また、酸化物粉末は、１０μｍ以
下のものであれば、任意に組成調整が可能で、いわゆる
パーマ層として任意の耐火性能を付与できるからである
。セラミックフオームの熱伝導率を　Ｏ，０１ｋｃａｌ
／ｍ　−ｈｒ　−’Ｃ以下にするには、空隙率６５〜９
５％が必要で、望ま（２くは８５±５％である。空隙率
が６５％未満では基材酸化物の伝熱影響で断熱性が劣す
、９５％を超えるとセラミックフオームの耐圧強度が極
端に低下し、使用に耐えられない。

セラミックフオームの大きさは、３０［［ｌＩｎφ〜３
００ｍｍ（、好ましくは５０〜１００ｍｍφである。３
０ｍｍ≠未満ではボード成形時の作業が煩雑となる。３
００［ＱＩＩｌφを超えると、内張施工後他のライニン
グ材からの偏荷重で損傷する場合があり好ましくない。

また、セラミックフオームの厚みは、１０ｔｎｍ以上、
１００＋ｎｍ以下の範囲が、単体強度を確保する上で適
当である。

製造する断熱ボードの厚さは、２０ｍｍ以上、２００１
１１ｍ以下が望ましい。断熱ボードの厚さが２０ｍｍ未
満ではライニング厚みの絶対量が小さく、構造上の偏荷
重で割断され易い。２００ｍｍ　を超える場合は通常の
パーマ層の厚さを超え、この発明の耐火断熱材料を用い
る意味をなさない。

また、セラミックフオームは、施工前に常温で安定な有
機質の水不透性膜で表面コートしたものを用いる。具体
的には、アクリル樹脂、フェノール樹脂あるいはフラン
樹脂等の合成樹脂を塗布乾燥させる方法や、軟質ポリウ
レタン製のシートもしくはテープを巻き付ける方法が適
用できるが、被覆の厚さは２ｍｍ以下でなければならな
い。被覆の厚さが２ｍｍ　を超えるとライニング中の裏
風の通気路となり、断熱効果が著しく損われる。

一方、ハニカム状断熱ボードを形成する不定形耐火物と
じては、内張耐火物に応じて高アルミナ質あるいは高マ
グネシア質の耐火度３４以上のキャスタブルを使用する
。不定形耐火物の施工方法は、使用する不定形耐火物の
組成、水分、粒度で決まる流動状態に応じ、流込み振動
成形法もしくはコテで塗り込める方法で所定形状枠に充
填する。

ハニカム状断熱ボードの製作は、型枠内にセラミックフ
オームをハニカム状にセントし、不定形耐火物を流込み
、困化し、この繰返しで行う。また、所定形状に不定形
耐火物を固化した後に、セラミックフオームを装入し面
定する方法も有効である。これらの作業後に本格的養生
と乾燥もしくは熱処理によって、セラミックフオームと
不定形耐火物が一体化したハニカム状断熱ボードに仕上
げる。

ハニカム状断熱ボードの平面に占めるセラミックフオー
ムの面積比は、４０〜９０　％となるように調整する。

ハニカム状断熱ボードの平面に占めるセラミックフオー
ムの面積比が４０％未満の場合は、析望の断熱性が得ら
ｎず、また、９０％を超えると、互いに隣接するセラミ
ックフオームの間隔が小さく、ボードの強度が局部的に
低下し易い。

ハニカム状断熱ボードのｊ享さ方向におけるセラミック
フオームの配列は、２層以上とする。上下層間でのセラ
ミックフオームの配列は、熱流方向に対し不連続とする
ことによって、上記面積比に比例して断熱性を向上せし
めることができる。したがって配列回数が多い（；と、
すなわちセラミンクフオームの積層回数が多いほど断熱
性が向上するが、ハニカム状断熱ボード製作の作業性を
勘案すると、２層もしくは３層が適当である。また、セ
ラミックフオームの配列間隔は、５〜２０ｍｍが適当で
ある。セラミックフオームの間隔が５ｍｍ未満では、セ
ラミックフオーム間を充填する不定形耐火物が肉薄で強
度が低（，２０ｍｍ以上ではセラミックフオームの占有
面積が小さく、断熱性が低下する。

この発明の耐火断熱材料は、高耐火性、低熱伝導率のセ
ラミックフオームを２層以上不定形耐火物によって鋳込
み成形しているので、セラミックフオームの欠点である
低機械的強度が周囲に充填した不定形耐火物によって補
強され、しかも、セラミックフオームの利点である高耐
火性と低熱伝導率がそのまま承継され、耐火性ならびに
断熱性に優れた耐火断熱材料が得られるのである。

また、この発明の上記耐火断熱材料をパーマ層に使用し
、その上に耐火材をライニングした工業窯炉用の耐火断
熱構造は、耐火性ならびに断熱性に優れた耐火断熱材料
をパーマ層として使用したから、従来の断熱煉瓦や断熱
キャスタブルを使用する場合に比較し、比較的薄い層で
高い断熱効率が得られる。

実施例 実施例１ 縦５００ｍｍ、横５００ｍｍ、厚さ　１００ｍｍの金枠
に、直径８０ｍｍφで、厚さの異なる３種類のアルミナ
質セラミックフオーム（１）の複数個を、配列間隔１５
〜２０ｍｍで第２図（ａ）〜（ｄ）に示す積層パターン
でそれぞれ１〜３層セットし、Ａ、ｌ、０．７０％含有
の高アルミナ質キャスタブル（２）を流し込み施工Ｌ、
固化して厚さ９０ｍｍの３種類のハニカム状断熱ボード
を製作した。養生後１００℃で乾燥して金枠を外腰さら
に８００℃で熱処理した。

比較のため、セラミックフオームをセットしない以外は
、上記と同一操作により高アルミナ質キャスタブルのボ
ードを製作した。

そして製作した４種類のボードは、容量１０ｔｏｎの取
鍋底部のパーマ層に内張し、それぞれのボード下面に熱
電対を装入し、１６５０℃の溶鋼を受容して温度を測定
し、各ボード毎に放散熱量を求めた。

なお、上ｌ己取鍋のウェア層は、Ｍｇ０８０％のＭｇＯ
−〇系不焼成煉瓦で内張すし、１１００℃に鍋中を予熱
した後受鋼した。その結果を従来使用されていた耐火度
３４の断熱キャスタブルを内張した部分での放散熱量を
１００とした比較値（指数表示）で第３図に示す。

第３図に示すとおり、この発明のセラミックフオームを
用いたハニカム状断熱ボードの断熱効果は著しく、さら
にセラミックフオームの積層化により断熱効果が大幅に
向上している。

実施例２ 容量６０Ｔｏｎの連続鋳造用タンデイツシュ側壁に、第
１図に示す配列、積層パターンでセラミックフオームを
セットし、実施例１と同一手段で製作したハニカム状断
熱ボードをパーマ層としてライニングした。

ハニカム状断熱ボードは、直径５００ｍｍ、厚さ６０ｍ
ｍで、直径５０＋ｎｍ、厚さ３０ｍｍのＡ　ｌ　＋０ａ
−Ｚ　ｒ　Ｏ１系のセラミックフオーム（空隙率８８〜
９２％）を用いた。

流込みしたキャスタブルは、Ａ１．０．７０％の高アル
ミナ質キャスタブルに、直径１．２ｍｍ、長さ２５＋ｎ
ｍの５ＩＪＳ３０４のファイバーを２．５％添加したも
ので、平面におけるセラミックフオームの面積比８０％
の２層構造とした。

ハニカム状断熱ボードのパーマ層は、従来通りの手順で
モルタルを用いて煉瓦積みし、その上にＡ　ｌ　ｔ０３
７０％の耐火煉瓦を内張施工し、乾燥、予熱（雰囲気温
度１１００℃）し、操業に供し、操業中の側壁鉄皮温度
を測定した。

比較データを取ったタンデイツシュは、従来施工のもの
（パーマ層　シャモット煉瓦）で、ツレぞれ新規に全面
補修巳な炉体と１．た。

また、操業条件として連続鋳造時（連々指数７〜８）の
５チヤージ目に測定したデータを第２表に比較して示す
。

以下余白 第 表 第２表に示すとおり、この発明によるハニカム状断熱ボ
ードをパーマ層としてライニングしたダンデイツシュは
、従来のシャモット煉瓦をパーマ層とするタンデイツシ
ュに比較し、鉄皮表面からの熱放散量が低減し、このた
め各チャージの鋳込み時間での溶鋼温度のバラツキが大
幅に軽減し、溶鋼温度の保持効果が明白である。

このため、連鋳機での引抜き速度は、はぼ一定に保たれ
、安定した操業を達成することができた。

発明の効果 以上述べたとおり、この発明の耐火断熱材料は、従来の
耐火断熱材に比較し、高耐火性と高断熱性を有し、しか
も機械的強度が大きい。また、この発明の耐火断熱材料
をパーマ層とする耐火断熱構造は、工業窯炉、特に鉄鋼
用窯炉のタンデイツシュあるいは溶鋼用取鍋の耐火断熱
層として好適であり、保持する溶鋼への保温効果が向上
することは明白である。また、これにより内張ウェア層
での熱スポーリングも軽減され、内張寿命の延長も可能
となり、総合的な経済効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図はハニカム状ブロック試作の概略説明図で、（ａ
）図は平面図、（ｂ）図は（ａ）図のＡ−Ａ　’断面図
、（ｃ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ　′断面図、第２図は実
施例１におけるセラミックフオームの積層パターンを示
すもので、（ａ）図は平面図、（ｂ）図はセラミックフ
オームを２層積層時の（ａ）図のＡ−Ａ　′断面図、（
Ｃ）図はセラミックフオームを３層積層時の（ａ）図の
Ａ−Ａ　’断面図、（ｄ）図はセラミックフオームが１
層の場合の断面図、第３図は実施例１における比較例の
断熱キャスタブルを内張した取鍋での放散熱量を　１０
０とした場合のこの発明のハニカム状断熱ボードを内張
した場合の放散熱量の比較を示すグラフである。 ■、３　セラミックフオーム、 ２．４　高アルミナ質キャスタブル、 出　願　人　　住友金属工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　空隙率が６５〜９５％で、融点が２０００℃以上の
   耐火性酸化物からなる多孔質部材を、ハニカム状に配列
   して２層ないしそれ以上交錯して層形成し、耐火キャス
   タブルで鋳込み成形してなる耐火断熱材料。 ２　空隙率が６５〜９５％で、融点が２０００℃以上の
   耐火性酸化物からなる多孔質部材を、ハニカム状に配列
   して２層ないしそれ以上交錯して層形成し、耐火キャス
   タブルで鋳込み成形してなる耐火断熱材料をパーマ層に
   ブロック施工してなる耐火断熱構造。