JPH0781787B2 - 高温電気炉断熱材のノズル孔表面保護法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高温電気炉断熱材のノズル孔の表面保護法、
更に詳しくは、高温電気炉断熱材に設けたノズル孔に薄
肉炭素質円筒を嵌合させることを特徴とする高温電気炉
断熱材のノズル孔表面保護法に関する。

（従来の技術と発明が解決しようとする問題点） 焼結炉、焼入炉、ろう付炉、炭化炉、熱処理炉、蒸着
炉、結晶成長炉、HIP炉等の高温電気炉（使用条件は一
般に1000〜3000℃）においては、炉心部は装入材料、ル
ツボ、発熱体等を囲繞する断熱材からなることは既に知
られている。また、このような断熱材には、ガスの導入
・放出・測温、その他の目的でノズルが設けられている
ことも知られている。

因みに、このノズルは、通常断熱材を貫通し炉心に導か
れているために断熱材に設けたノズル孔との間に多少の
間隙が生じている。そのため、ノズル孔表面が侵蝕を受
ける等の問題が生じていた。

そして、断熱材として考慮すべき点は、（１）炉内の加
熱効果をあげるため輻射熱を完全に反射させる材料であ
ること、（２）吸湿性が小さいこと、（３）熱容量が小
さいこと、（４）軽量で安価であること、などが挙げら
れている（杉山他「金属材料」11、［８］、p.81（昭4
7））。

ところで、そのような要求を満足すべき断熱材として炭
素繊維系断熱材が最近おしもおされもせぬ高温炉断熱材
としての地位を築きつつある（野崎他「工業加熱」23、
［３］、33（昭61））。因みに、炭素繊維系断熱材に
は、炭素繊維をニードルパンチして作られたフェルト、
このフェルトを基材とし、これに炭化率の高いレジンを
用いて任意の形状に含浸成形し、硬化させたのち、その
成形体を炭化処理して作られた、かさ高な炭素繊維成形
体などがある。この炭素繊維成形体は、黒鉛質バインダ
ーで圧縮成形されているので、平滑な表面と十分な強度
をもち、しかも自立性があるので、炉内ガスの排気、導
入などの際、ガスが高速度で流出、流入しても粉じんや
フェルト単糸の飛散が少なく、また、自立性があるため
断熱材を炉に装填、交換する際、組立てるだけでよく、
フェルトのような巻きつけも不要であり作業性及び作業
環境の改善に適した材料といえる（前掲工業加熱、p.35
及びそこに引用の特公昭50-35930）。その他成形断熱材
にはフェルト単糸を飛散を一層よく防止しあるいは表面
強化のために、この成形体表面に黒鉛シートを積層した
ものおよび炭素繊維フェルトと黒鉛シートとが交互に積
層された構造を有するもの（前掲工業加熱、p.26及びそ
こに引用の実開昭54-92471）または特殊なカーボンセメ
ントをコーティングしたもの（前掲工業加熱、p.38）な
どがある。

しかしながら、このような炭素繊維系断熱材であって
も、これをそのまま高温電気炉断熱材として用いたので
はなお断熱材としての性能が十分であるとは云い難く、
例えば、セラミックス焼結炉、シリコン単結晶生成炉で
は気化した金属やSiO₂などの発生ガスのため断熱材表面
が劣化し寿命が短くなり、断熱材からの粉じんの飛散混
入により処理物の純度が低下する。また、断熱材表面に
黒鉛シートを貼ったもの（実開昭54-92471）は黒鉛シー
トが剥離し易く、高純度化処理が出来ず製品純度が悪化
し易いので、特に高純度が要求される場合は不適であ
る、などの欠点があり、炭素繊維系断熱材についてこれ
らの点に関するさらなる改良が望まれている。

本発明者は、高温電気炉炭素繊維系断熱材についての上
記欠点がこのような断熱材の炉心側表面に炭素質薄板を
積層することにより解消できることを見出し、この知見
に基く発明について別途特許出願中である。因みに、こ
こにいう炭素質薄板は、特開昭60-239358に係わる方
法、特開昭62-46909に係わる方法等によって製造できる
ものである。

さて、高温電気炉炭素繊維系断熱材に関する問題点はこ
のようにして大部分解消したのであるが、なおこのよう
な断熱材に設けられたノズル孔表面保護の問題が残る。

従来、このようなノズル孔の表面を保護する方法として
は、例えば、特殊なカーボンセメントをコーティングす
る方法（前掲工業加熱、p.38）や、円筒状に機械加工し
た黒鉛材をノズル孔に挿入、嵌合させて表面を保護する
方法などがある。しかしながら、前者の方法には、その
ようなカーボンセメントのコーティングがガスとの反
応、侵蝕等で劣化し、寿命が短い等の欠点があり、後者
の方法には、黒鉛材の機械加工は厚さをうすくすること
が難しくコスト高となり、また黒鉛材円筒はノズル材料
との熱膨張差に対応できず、割れが発生し易い等の欠点
がある。

（問題点を解決するための手段と作用・効果） 本発明者は、高温電気炉炭素繊維系断熱材に設けられた
ノズル孔の表面保護法についての上記欠点が、このよう
なノズル孔に薄肉炭素質円筒を嵌合させることにより解
消できることを見出し、この知見に基いて本発明を完成
した。

このような欠点の解消は、本発明の薄肉炭素質円筒が、
肉厚を後記のように約1mmとすることができかつ高密度
であるので耐蝕性を有しかつ侵蝕劣化し難いこと、両端
を解放しかつ肉厚が薄いため直径方向の伸縮が自在であ
り、断熱材との熱膨張差に対応できるので割れの発生が
ないこと、などによる。

本発明の薄肉炭素質円筒としては、例えば、特願昭62-1
54800に係る、実質的に炭素化された薄い紙状指示体
と、偏光顕微鏡下に異方性を示す粒子の大きさが10μｍ
以下の微細なモザイク状又は等方性の光学的構造を示す
炭素質マトリックスとの複合体から成り、炭素含有量が
95重量％以上、嵩密度が1.4〜1.9g/cm³で肉厚が0.1〜1m
mの炭素質円筒体があげられる。このような円筒体は、
例えば、前記特願昭62-154800に係わる、炭素化可能な
薄い紙状支持体に炭素化可能な炭素前駆体を担持させ、
得られた担持体を単独で又は複数枚積層して加圧下に加
熱硬化し、得られたシート状成形物を多重に捲くか或る
いは、一重に捲いた後に端部を接着して円筒形状物を形
成し、次いで炭素焼成することから成る炭素質円筒体の
製造方法により製造することができる。

薄肉炭素質円筒の肉厚は、製造技術上の制約、強度、熱
容量、経済性などの観点から0.1〜1mmの範囲が好まし
い。

ノズル孔が設けられている高温電気炉断熱材の材料は、
その典型的なものとしては前記のような炭素繊維系断熱
材があげられるが、これに限られるものではなく、前記
特許出願「炭素繊維系断熱材」に係わる断熱材を含むこ
とはもちろん、その他の断熱材であってもノズル孔に本
発明の薄肉炭素質円筒を嵌合した結果、前述のような欠
点が解消されるなど、そのような嵌合の効果が得られる
断熱材であればいかなる材料のものでもよいことはもち
ろんである。

ノズル孔としては、単に断熱材に穿孔して構成されたも
の（第１図参照）のみならず、炉心内への突出部分を有
するノズル孔をも含んで構成されたもの（第２図参照）
なども挙げられる。

薄肉炭素質円筒をノズル孔に嵌合固定するには、外径が
ノズル孔の孔径よりやや大きい薄肉炭素質円筒をノズル
孔内に絞りながら単に挿入することによっても行なえる
が、このような方法に限られるわけではなく、適当なカ
ーボンセメントを用いるなどしてもよい。

以下、実施例により本発明を更に詳しく説明する。

実施例１ 高温電気炉内断熱材（材料は前記特公昭50-35930実施例
１によって得られた炭素繊維系断熱材で、肉厚30mmのも
の）にガスの導入・放出の目的で穴あけ加工により設け
られたノズル孔（直径90mm、長さ30mm）の表面保護のた
め、両端を開放した薄肉炭素質円筒（前記特願昭62-154
800実施例１に準じて製造したもので、肉厚0.6mm、外径
110mm、長さ30mm）を同孔に絞りながら挿入して嵌合さ
せた。

その結果、ノズル表面保護のため黒鉛材を機械加工して
使用した従来法による場合に比較して、コストは半減
し、時々発生していた熱膨張差に起因する破損もなく、
装着も容易となり、ノズル表面もよく保護することがで
きた。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図ともに本発明方法により表面を保護され
たノズル孔の断面図である。 １……薄肉炭素質円筒、２……断熱材、３……薄肉炭素
質円筒を嵌合したノズル孔、４……ノズル保護用断熱材
の炉心内への突出部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高温電気炉断熱材に設けたノズル孔に、実
   質的に炭素化された薄い紙状支持体と、偏光顕微鏡下に
   異方性を示す粒子の大きさが10μｍ以下の微細なモザイ
   ク状又は等方性の光学的構造を示す炭素質マトリックス
   との複合体から成り、炭素含有量が95重量％以上、嵩密
   度が1.4〜1.9g/cm³で肉厚が0.1〜1mmの薄肉炭素質円筒
   を嵌合させることを特徴とする高温電気炉断熱材のノズ
   ル孔表面保護法。