WO2014119632A1

WO2014119632A1 - 不定形耐火物構造体

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Publication number: WO2014119632A1
Application number: PCT/JP2014/052010
Authority: WO
Inventors: 河野　幸次; 弘樹月ヶ瀬; 石川　隆一
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2014-01-29
Publication date: 2014-08-07
Anticipated expiration: 2015-07-29
Also published as: US20150362253A1; KR20180007003A; EP2952844A1; EP2952844B1; ES2754404T3; KR102069156B1; EP2952844A4; CA2898425A1; KR20150101468A; CN104956172B; BR112015017253A2; US10247478B2; BR112015017253B1; CA2898425C; JP5578247B2; JP2014145529A; CN104956172A

Abstract

この不定形耐火物構造体は、不定形耐火物と；前記不定形耐火物を支持する支持体と；前記支持体に設けられた支持面に接続された状態で前記不定形耐火物の内部に埋設される耐熱繊維製支持材と；を備える。前記耐熱繊維製支持材は、無機質繊維で形成され、前記支持面に直交するＸ軸方向に沿って延びる耐熱繊維ロープを有し、前記耐熱繊維ロープの前記Ｘ軸方向の長さＬ１と、前記不定形耐火物の前記Ｘ軸方向の長さＬ２との比Ｌ１／Ｌ２が、０．３５以上０．９５以下である。

Description

不定形耐火物構造体

本発明は、不定形耐火物構造体に関する。
本願は、２０１３年０１月２９日に、日本に出願された特願２０１３－０１４５０４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

製鉄所などにおいて高温下で使用される各種工業炉や設備には、使用環境や必要とされる機能に応じて耐火煉瓦や不定形耐火物、セラミックファイバーなど各種耐火物が施工されている。近年、その中でも施工や形状の自由度、品質の高性能化から不定形耐火物（キャスタブル、プラスチック等）の使用率が増大している。

不定形耐火物の内部には、通常、アンカー又はスタッドと呼ばれるＬ形、Ｖ形、Ｙ形になどに加工された金属製支持材が埋設されている。この金属製支持材の端部は、不定形耐火物の支持体である鉄皮やパイプに固定される。この金属製支持材は、不定形耐火物が鉄皮やパイプ等の支持体から剥離、または脱落するのを防止したり、不定形耐火物に生じる亀裂の伸展を抑制する役割を担っている。

具体的には、図１６に示すように、従来の不定形耐火物構造体は、支持体１と、この支持体１に対して溶接等で固定された金属製のスタッドやアンカー等の金属製支持材２と、不定形耐火物３とを備える。

支持体１を被覆する不定形耐火物３は、単層構造または複層構造を有する。不定形耐火物３の他に、セラミックスファイバーや断熱ボード、断熱シート等の定形耐火物が併用される場合もある。支持体１は、金属製やセラミックス製の部材を組み合わせて得られた構造物であり、炉殻、パイプ、梁、柱等である。例えば、鉄鋼プロセスに用いられる支持体１としては、加熱炉の炉殻、スキッドの水冷パイプ、二次精錬の浸漬管、又はガス吹き込み用のランス等が挙げられる。

金属製支持材２が溶接等にて支持体１に一定間隔で固定された後、支持体１の周囲に設置された任意の形状の型枠にスラリー状の不定形耐火物の原料が流し込まれる。その後、養生及び乾燥等の仕上げ工程を経て、図１６に示すような不定形耐火物構造体が得られる。

上記のような一般的な不定形耐火物構造体では、高温に曝される不定形耐火物の稼働面近くに金属製支持材が存在する。金属製支持材は、熱膨張率が不定形耐火物よりも大きい。そのため、金属製支持材と不定形耐火物との熱膨張差が原因で不定形耐火物に亀裂が発生する。また、熱伝導率が高い金属製支持材を介して、熱が炉殻鉄皮や水冷パイプ等に逃げることにより、大きな熱損失が生じる。また、金属製支持材が酸化雰囲気下で長期間使用された場合、酸化によって金属製支持材の強度が低下する。その結果、不定形耐火物の保持力が低下し、特に金属製支持材の先端から不定形耐火物が剥離するという問題もある。

工業炉の不定形耐火物の施工には、炉の大きさや構造によって違いはあるが、数千から数万さらには数十万本もの金属製支持材が使用されている。高温下での稼働後の不定形耐火物においては、金属製支持材が設置された位置から発生した亀裂が多く存在する。これらの亀裂が伸展し、個々が繋がることで不定形耐火物の剥離及び脱落の可能性が高くなる。よって、亀裂の発生量が不定形耐火物構造体の寿命を決定付ける要因の一つとなる。

従来では、上記問題の対策として、金属製支持材の膨張代を確保するために、金属製支持材の表面に樹脂皮膜を形成したり、ビニールテープを巻き付けた後に、金属製支持材を不定形耐火物に埋設する方法が採用されることが一般的であった。この方法によると、昇温によって上記の樹脂皮膜或いはビニールテープが焼失することにより、不定形体耐火物に埋設された金属製支持材の周囲に空間（つまり膨張代）が形成される。

しかしながら、このような金属製支持材の表面に樹脂皮膜を形成したり、ビニールテープを巻き付ける対策では、手間及びコストがかかるわりには亀裂の発生を十分に抑えることが困難であった。

そこで、従来から、金属製支持材の代わりに、無機質繊維で形成された耐熱繊維ロープを支持材として使用する技術が提案されている（下記特許文献１～３参照）。特許文献１及び２には、セラミックファイバーで形成された耐熱セラミックロープによって不定形耐火物を支持する技術が開示されている。また、特許文献３には、ガラスウール、岩綿、スラグウール、石綿、セラミック繊維、アルミナ繊維、或いは炭素繊維などの無機質繊維で形成されたロープ（支持紐）を支持材として使用する技術が開示されている。

無機質繊維は、不定形耐火物と同様に無機質材料で形成されており、熱膨張係数が低く、さらに弾性率も低い。従って、不定形耐火物の内部に耐熱繊維ロープを支持材として埋設した場合、不定形耐火物と耐熱繊維ロープとの間の熱膨張差が小さいため、不定形耐火物に亀裂が生じにくい。

一般的に金属製支持材に使用されるＳＵＳ鋼や耐熱鋳鋼の熱伝導率が１５～５０Ｗ／ｍＫ程度であるのに対して、例えばアルミナ繊維の熱伝導率は０．１～０．２Ｗ／ｍＫ程度である。そのため、熱が耐熱繊維ロープを介して炉殻鉄皮や水冷パイプ等に伝達されにくくなり、熱損失を低減することができる。
また、例えばセラミックファイバーは、主にＡｌ_２Ｏ_３やＳｉＯ_２といった酸化物で構成される。そのため、セラミックファイバーで形成された耐熱繊維ロープを高温酸化雰囲気下で長期間使用しても、金属製支持材と異なり、酸化による劣化が生じない。

日本国特開平０９－１４３５３５号公報日本国特開２００５－４２９６７号公報日本国実開平０７－３２４９３号公報

　上記のように、金属製支持材の代わりに、無機質繊維で形成された耐熱繊維ロープを支持材として使用することで、金属製支持材の使用によって生じるほとんどの問題を解決することができる。しかしながら、本願発明者による検証の結果、不定形耐火物の内部における耐熱繊維ロープの状態に依存して、不定形耐火物の支持力（不定形耐火物を支持体に固定する力）が変動することが判明した。

　つまり、不定形耐火物の内部における耐熱繊維ロープの状態によっては、不定形耐火物の支持力を十分に得られず、不定形耐火物が支持体から脱落する可能性がある。しかしながら、上記従来技術には、不定形耐火物の支持力に着目して、不定形耐火物の内部における最適な耐熱繊維ロープの状態を提案するものはなかった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、無機質繊維で形成された耐熱繊維ロープを、不定形耐火物を支持するための支持材として用いることで生じる問題（不定形耐火物の支持力低下）を解決することを目的とする。

　本発明は、上記課題を解決して係る目的を達成するために以下のような手段を採用する。
（１）本発明の一態様に係る不定形耐火物構造体は、不定形耐火物と；前記不定形耐火物を支持する支持体と；前記支持体に設けられた支持面に接続された状態で前記不定形耐火物の内部に埋設される耐熱繊維製支持材と；を備え、前記耐熱繊維製支持材は、無機質繊維で形成され且つ前記支持面に直交するＸ軸方向に沿って延びる耐熱繊維ロープを有し、前記耐熱繊維ロープの前記Ｘ軸方向の長さＬ１と、前記不定形耐火物の前記Ｘ軸方向の長さＬ２との比Ｌ１／Ｌ２が、０．３５以上０．９５以下である。
　ここで、「Ｘ軸方向に沿って延びる」という記述には、耐熱繊維ロープがＸ軸方向に平行となるように延びることだけでなく、Ｌ１／Ｌ２が０．３５以上０．９５以下であるという条件を満たす限りにおいて、耐熱繊維ロープがＸ軸方向から所定の角度傾斜した状態で延びることをも許容するという意味が含まれている。

（２）上記（１）に記載の不定形耐火物構造体において、前記耐熱繊維ロープが、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２－Ｂ_２Ｏ_３のうち１種又は２種以上の材質からなる無機質繊維で形成されてもよい。

（３）上記（１）に記載の不定形耐火物構造体において、前記耐熱繊維ロープが、硬化剤にて硬化されてもよい。

（４）上記（１）に記載の不定形耐火物構造体において、前記耐熱繊維ロープが、前記支持面に設置されたアンカーを介して前記支持体と接続されてもよい。

（５）上記（１）に記載の不定形耐火物構造体において、前記耐熱繊維製支持材が、前記耐熱繊維ロープと前記支持体とを接続する接続部材をさらに有し；前記接続部材が、前記支持体の前記支持面に固定されてもよい。

（６）上記（５）に記載の不定形耐火物構造体において、前記接続部材が、中空筒状の金属環であり；前記金属環の内部に前記耐熱繊維ロープが挿入及び固定され；前記耐熱繊維ロープに前記不定形耐火物の荷重が作用する方向と、前記耐熱繊維ロープが前記金属環から引き抜かれる方向とが同一方向であってもよい。

（７）上記（５）に記載の不定形耐火物構造体において、前記接続部材が、中空筒状の金属環であり；前記金属環の内部に前記耐熱繊維ロープが挿入及び固定され；前記耐熱繊維ロープに前記不定形耐火物の荷重が作用する方向と、前記耐熱繊維ロープが前記金属環から引き抜かれる方向とが異なる方向であってもよい。

（８）上記（１）に記載の不定形耐火物構造体において、前記耐熱繊維ロープが、１つ又は２つ以上の環状部を有していてもよい。

（９）上記（１）に記載の不定形耐火物構造体において、前記耐熱繊維ロープが、１つ又は２つ以上の結び目を有していてもよい。

（１０）上記（１）に記載の不定形耐火物構造体において、前記不定形耐火物が、前記Ｘ軸方向に沿って複数の層に分割されており；前記耐熱繊維ロープが、前記不定形耐火物の各層に対して１つずつ環状部を有していてもよい。

　上記態様において、耐熱繊維ロープのＸ軸方向（支持体の支持面に直交する方向：言い換えれば、不定形耐火物の荷重が作用する方向）の長さＬ１と、不定形耐火物のＸ軸方向の長さＬ２との比Ｌ１／Ｌ２が、０．３５以上０．９５以下である。
　上記のような条件を満たすように、不定形耐火物の内部における耐熱繊維ロープの状態を保持することにより、必要な不定形耐火物の支持力を得ることができ、その結果、不定形耐火物が支持体から脱落することを防止できる。

本発明の一実施形態に係る不定形耐火物構造体の平面図である。本発明の一実施形態に係る不定形耐火物構造体の側面図である。耐熱繊維ロープのＸ軸方向の長さＬ１と、不定形耐火物のＸ軸方向の長さＬ２との比Ｌ１／Ｌ２が０．３５以上０．９５以下の場合を示す図である。耐熱繊維ロープのＸ軸方向の長さＬ１と、不定形耐火物のＸ軸方向の長さＬ２との比Ｌ１／Ｌ２が０．３５未満の場合を示す図である。耐熱繊維製支持材の結び目部を表す図である。耐熱繊維ロープと金属環から構成される耐熱繊維製支持材を表す図である。耐熱繊維ロープと金属環から構成される耐熱繊維製支持材を表す図である。耐熱繊維ロープと金属環から構成される耐熱繊維製支持材を表す図である。耐熱繊維ロープと金属環から構成される耐熱繊維製支持材を表す図である。金属環から枝状に分岐する複数の耐熱繊維ロープを有する耐熱繊維製支持材を表す図である。不定形耐火物が複数の層に分割されている場合の耐熱繊維製支持材を示す図である。スキッドを表す図である。スキッドポストの構造を表す図である。耐熱繊維製支持材を用いた不定形耐火物構造体を表す図である。耐熱繊維製支持材を用いた不定形耐火物構造体を表す図である。耐熱繊維製支持材を用いた不定形耐火物構造体を表す図である。金属製支持材を用いた不定形耐火物構造体を表す図である。従来の金属製支持材を用いた不定形耐火物構造体を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
図１Ａは、本実施形態に係る不定形耐火物構造体の平面図である。図１Ｂは、本実施形態に係る不定形耐火物構造体の側面図である。これら図１Ａ及び図１Ｂに示すように、本実施形態に係る不定形耐火物構造体は、支持体１、不定形耐火物３、ピン４及び耐熱繊維製支持材５を備えている。

支持体１は、不定形耐火物３を支持する構造物であり、金属製やセラミックス製の部材を組み合わせて得られたものである。これら支持体１及び不定形耐火物３は、図１６で示した従来の不定形耐火物構造体と同様である。従って、説明の便宜上、本実施形態における支持体１及び不定形耐火物３に関しても図１６と同じ符号を使用する。

この支持体１の表面には、平面状の支持面１ａが設けられている。以下では、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、支持面１ａに直交する方向をＸ軸方向と定義する。また、支持面１ａに直交する平面内において、Ｘ軸方向と直交する方向をＹ軸方向と定義する。さらに、ＸＹ平面（支持面１ａに直交する平面）に直交する方向をＺ軸方向と定義する。
この支持面１ａには、Ｌ字形状のピン４が設置されている。このピン４は、支持体１と耐熱繊維製支持材５とを接続するためのアンカーとしての役割を担っている。

耐熱繊維製支持材５は、支持体１に設けられた支持面１ａに接続された状態で不定形耐火物３の内部に埋設されている。この耐熱繊維製支持材５は、無機質繊維で形成され、支持面１ａに直交する方向（図中のＸ軸方向）に沿って延びる耐熱繊維ロープ７を有する。この耐熱繊維ロープ７は、支持面１ａに設置されたピン４を介して支持体１と接続されている。なお、ピン４は、支持体１の一部を構成するものであり、耐熱繊維製支持材５の構成要素ではない。

図１Ａ及び図１Ｂでは、耐熱繊維ロープ７が環状部を有する（耐熱繊維ロープ７の形状が環形状である）場合を図示しているが、後述のように、耐熱繊維ロープ７の形状は環形状に限定されない。また、上記のように、ピン４に環形状の耐熱繊維ロープ７を引っ掛ける方法の他、支持体１の天井等の梁を利用して耐熱繊維ロープ７を結び付ける等の方法によって、耐熱繊維ロープ７を支持体１に固定してもよい。

耐熱繊維ロープ７は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２－Ｂ_２Ｏ_３のうち１種又は２種以上の材質からなる無機質繊維で形成されていることが好ましい。このような材質の無機質繊維で形成された耐熱繊維ロープ７は、従来の金属製支持材では熱損失の増加や強度の低下が生じる様な、例えば６００℃以上、更には、１０００℃以上の高温に耐えられる耐熱性及び強度を有する。

特に、Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２からなる無機質繊維は、耐高温性及びコストパフォーマンス等に優れる。Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２からなる無機質繊維のうち、Ａｌ_２Ｏ_３が７２質量％、ＳｉＯ_２が２８質量％の無機質繊維は、比較的入手しやすく、コストパフォーマンスに優れている。また、Ａｌ_２Ｏ_３が９０質量％、ＳｉＯ_２が１０質量％の無機質繊維は、より耐熱性に優れている。

複数本の無機質繊維をまとめて撚ることにより、ヤーンが得られる。更に、複数本のヤーンを束ねてロープ状に加工することにより、本実施形態に係る耐熱繊維製支持材５の要部である耐熱繊維ロープ７が得られる。

また、上述のような、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２－Ｂ_２Ｏ_３のうちの２種以上の無機質繊維を使用することにより、例えば、芯と外層とで材質が異なる多層構造を有する耐熱繊維ロープ７を得ることができる。

また、不定形耐火物構造体が低温下で使用される場合には、例えば、炭素からなる無機質繊維（炭素繊維）や、Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２－ＣａＯ、ＣａＯ－ＳｉＯ_２等からなる無機質繊維で形成された耐熱繊維ロープ７を用いてもよい。

耐熱繊維ロープ７は、上記の無機質繊維を用いて組紐されたロープ状の形態を有する。組紐の種類としては、８打ち（クロスロープ）、１６打ち（ブレードロープ）、金剛打ち（ソリッドコード）等が挙げられるが、特にその種類に限定されない。スリーブ等の中空形状のロープを使用できるが、好ましくはロープ内の空間ができるだけ少ないものが良い。

耐熱繊維ロープ７が、不定形耐火物３の支持材としての強度を確保するには、例えば１００ｍ以上の繊維長を有する長繊維で耐熱繊維ロープ７が形成されていることが好ましい。短繊維を使用した場合でも、ロープ形状に組紐することは可能ではあるが、繊維が絡み合っているだけで容易に引き抜けるため、支持材としての機能を果たさない。長繊維を用いた場合、支持材として必要な引張強度はロープ径を変化させることで調整可能である。なお、長繊維とは、メートルオーダー以上（通常はキロメートルオーダー以上が多い）の繊維長を有する繊維を指し、繊維長が１～５０ｍｍ程度である短繊維とは区別される。

図２Ａに示すように、本実施形態に係る不定形耐火物構造体において、耐熱繊維ロープ７のＸ軸方向の長さＬ１と、不定形耐火物３のＸ軸方向の長さＬ２との比Ｌ１／Ｌ２が、０．３５以上０．９５以下となるように、不定形耐火物３の内部における耐熱繊維ロープ７の状態が保持されている。

前述のように、本願発明者による検証の結果、不定形耐火物３の内部における耐熱繊維ロープ７の状態に依存して、不定形耐火物３の支持力（不定形耐火物を支持体に固定する力）が変動することが判明した。
耐熱繊維ロープ７（耐熱繊維製支持材５）が支持体１に固定された後、支持体１の周囲に設置された任意の形状の型枠にスラリー状の不定形耐火物３の原料が流し込まれる。その後、養生及び乾燥等の仕上げ工程を経て、本実施形態に係る不定形耐火物構造体が得られる。
ここで、図２Ｂに示すように、型枠に不定形耐火物３の原料が流し込まれる前に、耐熱繊維ロープ７は、自重でＺ軸方向の下方（鉛直下方向）へ向かって垂れ下がる。このように耐熱繊維ロープ７が垂れ下がった状態で、型枠に不定形耐火物３の原料が流し込まれると、不定形耐火物３の内部において耐熱繊維ロープ７が垂れ下がった状態で固定される。

本願発明者は、耐熱繊維ロープ７のＸ軸方向の長さＬ１と、不定形耐火物３のＸ軸方向の長さＬ２との比Ｌ１／Ｌ２が不定形耐火物３の支持力に及ぼす影響を検証した。その結果、図２Ｂに示すように、不定形耐火物３の内部において耐熱繊維ロープ７が垂れ下がった状態で固定されたことが原因で、耐熱繊維ロープ７のＸ軸方向の長さＬ１と、不定形耐火物３のＸ軸方向の長さＬ２との比Ｌ１／Ｌ２が０．３５未満になった場合、不定形耐火物３の支持力が大幅に低下することを発見した。

この理由として以下の点が挙げられる。すなわち、本実施形態に係る不定形耐火物構造体を実機で使用する場合、Ｘ軸方向（支持面１ａに直交する方向）は、不定形耐火物３の荷重が作用する方向となる。不定形耐火物３の支持力は、上記の荷重に対抗する力であるので、耐熱繊維ロープ７が垂れ下がり、耐熱繊維ロープ７のＸ軸方向の長さＬ１が減少すると、荷重に対抗する支持力（すなわち、Ｘ軸方向において荷重とは逆向きの力）が小さくなると考えられる。
耐熱繊維ロープ７のＸ軸方向の長さＬ１と、不定形耐火物３のＸ軸方向の長さＬ２との比Ｌ１／Ｌ２が０．３５未満の場合、不定形耐火物３において耐熱繊維ロープ７によって支持されていない部分が、不定形耐火物３のＸ軸方向の長さＬ２の２／３程度となるので、このような耐熱繊維ロープ７によって支持されていない部分が支持体１から容易に脱落する可能性がある。
また、耐熱繊維ロープ７のＸ軸方向の長さＬ１と、不定形耐火物３のＸ軸方向の長さＬ２との比Ｌ１／Ｌ２が０．９５より大きい場合、耐熱繊維ロープ７の先端（支持体１に対して反対側の端部）が、不定形耐火物３の稼働表面（支持体１に対して反対側の面）に近すぎるので、耐熱繊維ロープ７の耐熱性に問題が生じする可能性がある。
なお、上記条件（Ｌ１／Ｌ２が０．３５以上０．９５以下）を満たす限りにおいて、耐熱繊維ロープ７がＸ軸方向に対してＺ軸方向の下方（鉛直下方）に傾斜しても、耐熱繊維ロープ７とＸ軸方向との間の角度が４５°以下であれば、実用上問題がないことも確認された。

従って、上記のような条件（Ｌ１／Ｌ２が０．３５以上０．９５以下）を満たすように、不定形耐火物３の内部における耐熱繊維ロープ７の状態を保持することにより、必要な不定形耐火物３の支持力を得ることができ、その結果、不定形耐火物３が支持体１から脱落することを防止できる。

上記のような条件（Ｌ１／Ｌ２が０．３５以上０．９５以下）を満たすように、不定形耐火物３の内部における耐熱繊維ロープ７の状態を保持するためには、硬化剤などにより予め硬化された耐熱繊維ロープ７を使用することが好ましい。これにより、型枠に不定形耐火物３の原料が流し込まれる前に、耐熱繊維ロープ７が自重で垂れ下がることを防ぐことができる。

このように、本実施形態に係る不定形耐火物構造体の施工時に、耐熱繊維ロープ７が予め硬化剤にて硬化され、常温で耐熱繊維ロープ７の強度が発現している状態が好ましい。この強度とは、施工時に耐熱繊維ロープ７が自重により垂れ下がる、湾曲する、折れ曲がるといった変形に耐える強さを指す。硬化剤としては、昇温過程で揮発するような市販品の油性ニス等の樹脂が挙げられる。型枠等を用いて耐熱繊維ロープ７を固定し、硬化剤を用いて耐熱繊維ロープ７を硬化させることで、任意の形状に耐熱繊維ロープ７を成型してもよい。

また、高温域で炭化して強度を維持できるようなフェノール樹脂、コールタールピッチや、高温域でガラス質のネットワークを形成するリン酸、リン酸塩、ケイ酸塩、シリカゾル、アルミナゾル等を硬化剤として用いても良い。

耐熱繊維ロープ７は、その構造上内部に多くの空間を有しており、多くの水分を含有することが可能である。不定形耐火物３の品質精度を決定付ける要素の一つに添加水分量が挙げられるが、耐熱繊維ロープ７を用いた場合、前述の理由により、水分が耐熱繊維ロープ７に吸収され、不定形耐火物３の流動性がなくなる。硬化剤の使用は、耐熱繊維ロープ７の内部の空間を埋める効果があるので、不定形耐火物３の水分が耐熱繊維ロープ７に吸収されることを防ぐという効果も得られる。よって、硬化剤によって硬化させた耐熱繊維ロープ７を用いることで、不定形耐火物３の品質も向上する。

なお、上記従来技術文献（特許文献１～３）には、必要な支持力を得るために、上記のような条件を満たすように、不定形耐火物３の内部における耐熱繊維ロープ７の状態を保持することや、その状態を保持するための手段（硬化剤などで耐熱繊維ロープ７を硬化させた状態で不定形耐火物３に埋設すること）が開示されていない。従って、当業者が上記従来技術文献に基づいて本願発明を想到することは困難である。

耐熱繊維製支持材５は、耐熱繊維ロープ７のみを有していてもよいし（図１Ａ及び図１Ｂ参照）、又は、耐熱繊維ロープ７と接続部材とを有していてもよい（図４～図５参照）。接続部材は、耐熱繊維ロープ７と支持体１とを接続する機能を有するもので、後述する金属環８などがこれに該当する。

また、図１Ａ及び１Ｂに示すように、耐熱繊維ロープ７の両端を接続することで得られた環状の耐熱繊維ロープ７を不定形耐火物３内に埋設することで、直線状の耐熱繊維ロープを埋設する場合よりも、不定形耐火物３の支持力が大きくなる。なお、耐熱繊維ロープ７に環状部を設ける場合、図１Ａ及び１Ｂに示すように、耐熱繊維ロープ７の全体を環状にしてもよいし、後述する図５～図７のように、耐熱繊維ロープ７の少なくとも一部を環状にしてもよい。この耐熱繊維ロープ７の環状部の設置数は、１つ又は２つ以上の任意の数であってよい。例えば、環状部の設置数が２つであれば、耐熱繊維ロープ７は８の字形となる。

また、図３に示すように耐熱繊維ロープ７の任意の位置に結び目６を設けてもよい。この結び目６が抵抗部となり、不定形耐火物３の支持力をより大きくすることができる。結び目６の数は、特に限定されることはなく、一つの耐熱繊維ロープ７に対して１つ又は２つ以上の結び目６を設けても良い。

特に天井壁に耐熱繊維製支持材５を使用する場合、耐熱繊維製支持材５（つまり耐熱繊維ロープ７）には常に不定形耐火物３の荷重が作用する。耐熱繊維ロープ７の形状が直線状の場合、耐熱繊維ロープ７と不定形耐火物３との摩擦抵抗で不定形耐火物３の荷重を支えることになる。従って、この場合、耐熱繊維ロープ７と不定形耐火物３との間の剥離が生じ易くなる。一方、耐熱繊維ロープ７に結び目６を設けることで、耐熱繊維ロープ７は結び目６で荷重を受けることができる。その結果、不定形耐火物３の支持力が増大するので、不定形耐火物３が支持体１から剥離することを防止できる。

本実施形態に係る不定形耐火物構造体を各種工業炉や設備に適用する場合、鉄皮や水冷パイプ等の金属から成る支持体１に耐熱繊維製支持材５を固定する場合が多い。施工性や鉄皮に対する接着強度を考慮すると、耐熱繊維製支持材５が、耐熱繊維ロープ７と金属製の接続部材とから構成され、接続部材が鉄皮等の金属製の支持体１に溶接によって固定されることが好ましい。このように支持体１に対して溶接にて固定可能な材質の接続部材により耐熱繊維ロープ７の一端部若しくは両端部を挟んだ状態で、接続部材を支持体１に固定することにより、耐熱繊維ロープ７を支持体１に取り付けることができる。

例えば、図４に示すように、金属製の接続部材として金属環８が用いられる場合、金属環８の内部に耐熱繊維ロープ７の一端部が挿入及び固定されることが好ましい。金属環８は、内部に貫通孔を有する中空筒状の金属部材である。金属環８は、その貫通孔に挿入された耐熱繊維ロープ７の端部を締め付けることが可能な構造を有する。この金属環８は、溶接により支持体１に対して容易に固定できる。金属環８（又は折り曲げられた金属板でもよい）で耐熱繊維ロープ７の端部が囲まれた状態で、プレスによって耐熱繊維ロープ７と金属環８とを圧着させることにより、金属環８に圧着部９が形成される。これにより、不定形耐火物３内で耐熱繊維製支持材５に荷重や熱応力が作用する場合でも、耐熱繊維ロープ７の端部が金属環８等の接続部材から容易に引き抜けない構造の耐熱繊維製支持材５を得ることができる。

また、図５に示すように、環形状となるように曲げられた耐熱繊維ロープ７の両端部が金属環８（または折り曲げられた金属板）に挿入及び固定された構造を有する耐熱繊維製支持材５を使用してもよい。このように、環形状の耐熱繊維ロープ７を有する耐熱繊維製支持材５を使用することにより、図４に示す直線状の耐熱繊維ロープ７を有する耐熱繊維製支持材５を使用する場合と比較して、不定形耐火物３と耐熱繊維ロープ７との接触面積が増す。その結果、不定形耐火物３と耐熱繊維ロープ７との摩擦力も増すとともに、耐熱繊維ロープ７の形状安定性も増すといった効果が得られる。形状安定性とは、不定形耐火物３の施工時において耐熱繊維ロープ７の元の形状からの変形が少ないことを指す。また、不定形耐火物３が環状の耐熱繊維ロープ７を跨いで存在するので、耐熱繊維ロープ７が、不定形耐火物３の荷重を面で受けることができる。その結果、より大きな支持力を得ることが可能となる。

図５に示す実施形態も、図４に示す実施形態と同様に、金属製の接続部材を鉄皮等の金属製の支持体１に溶接して、耐熱繊維製支持材５を支持体１に固定することが好ましい。例えば、炉殻鉄皮やパイプ等の支持体１における不定形耐火物３を施工する部位に対して、上記耐熱繊維ロープ７の端部が圧着された金属環８の端部を溶接して固定することが好ましい。このように耐熱繊維製支持材５を支持体１に固定した後は、通常の金属製支持材２と同様に、不定形耐火物３を施工することが可能である。本手法を用いれば、金属製支持材２と同様の溶接作業を行うのみなので、支持部材の設置作業効率は同じである。

また、直接、耐熱繊維製支持材５の接続部材を支持体１に溶接するのではなく、別途の固定部材を用いて、接続部材を支持体１に間接的に固定してもよい。例えば、図６に示すように、ねじ山を有するボルト１０を鉄皮等の支持体１に予め溶接しておき、ボルト１０に対応する内溝を備える金属環８を使用した耐熱繊維製支持材５を、ボルト１０に螺合させることで、両者を固定しても良い。

また、図５に示す実施形態では、耐熱繊維ロープ７の金属環８との接続部において、耐熱繊維ロープ７に不定形耐火物３の荷重が作用する方向（Ｘ軸方向）と、耐熱繊維ロープ７が金属環８から引き抜かれる方向とが同一方向である。言い換えれば、金属環８の中心軸がＸ軸方向と平行となるように、金属環８が支持面１ａに固定される。
これに対し、図７に示す実施形態では、耐熱繊維ロープ７に不定形耐火物３の荷重が作用する方向（Ｘ軸方向）と、耐熱繊維ロープ７が金属環８から引き抜かれる方向（Ｙ軸方向或いはＺ軸方向）とが異なる。言い換えれば、金属環８の中心軸がＸ軸方向に直交する方向（Ｙ軸方向或いはＺ軸方向）と平行となるように、金属環８が支持面１ａに固定される。これにより、金属環８から耐熱繊維ロープ７が抜けにくくなり、その結果、耐熱繊維製支持材５の高耐用化を実現できる。特に、図７に示すように、耐熱繊維ロープ７に不定形耐火物３の荷重が作用する方向と、耐熱繊維ロープ７が金属環８から引き抜かれる方向とが互いに直交する場合、耐熱繊維ロープ７が金属環８からより抜けにくくなる。この場合、例えば、耐熱繊維ロープ７の両端部が、金属環８の左右両側に形成された開口部にそれぞれ挿入される。その後、金属環８の中心部で耐熱繊維ロープ７の両端部が重なった状態で、金属環８の中心部が締め付けられることで、耐熱繊維ロープ７が金属環８に固定される。

なお、上述した環状の耐熱繊維ロープ７の他にも、図８に示すように、金属環８から枝状に分岐する複数本の耐熱繊維ロープ７を使用してもよい。耐熱繊維ロープ７と不定形耐火物３との接触面積が大きいほど、不定耐火物３と耐熱繊維ロープ７との摩擦力も増す。従って、図８に示すような金属環８から枝状に分岐する複数本の耐熱繊維ロープ７を有する耐熱繊維製支持材５を用いることにより、不定形耐火物３の支持力を向上できる。

また、図９に示すように、不定形耐火物３が、Ｘ軸方向に沿って複数の層（例えば３つの層）に分割されている場合、耐熱繊維ロープ７が、不定形耐火物３の各層に対して１つずつ環状部を有していてもよい。具体的には、図９に示す耐熱繊維ロープ７は、不定形耐火物３の第１層３ａに対して第１環状部７ａを有し、不定形耐火物３の第２層３ｂに対して第２環状部７ｂを有し、不定形耐火物３の第３層３ｃに対して第３環状部７ｃを有する。
なお、図９において、符号７ｄは、第１環状部７ａと第２環状部７ｂとの間の結び目を示している。また、符号７ｅは、第２環状部７ｂと第３環状部７ｃとの間の結び目を示している。

上記のように、不定形耐火物３の各層に対して１つずつ環状部を有する耐熱繊維ロープ７を使用することにより、仮に、劣化等が原因で第３環状部７ｃが切断されたとしても、他の正常な第１環状部７ａ及び第２環状部７ｂによって不定形耐火物３の支持力を保持することができる。
なお、図９では、金属環８（接続部材）によって耐熱繊維ロープ７が支持体１に接続されている場合を図示したが、図１Ａ及び図１Ｂと同様に、支持体１に予め設置されたピン４等のアンカーに耐熱繊維ロープ７を直接接続してもよい。

また、本実施形態に係る耐熱繊維製支持材５は、他の従来の支持材と併用しても良い。例えば、天井等の支持体に不定形耐火物３の荷重が大きくかかる場合は、比較的高い支持力を得られる金属製支持材やハンガー煉瓦などと耐熱繊維製支持材５を併用してもよい。

本実施形態に係る耐熱繊維製支持材５、及び、それを用いた不定形耐火物構造体は、各工業炉や設備において、従来の金属製支持材、及び、それを用いた不定形耐火物構造体を適用していた箇所に、適用することができる。また、本実施形態に係る耐熱繊維製支持材５は、金属製支持材を従来用いていた位置に、これに置き換えて（全量又は一部）適用することが可能である。特に、水冷又は空冷で支持体１や支持体の冷却を行っている場合は、耐熱繊維製支持材５は金属製支持材に比べて炉体からの損失熱が低下するので効果的である。

このような設備の例として鋼片の圧延用加熱炉のスキッドが挙げられる。スキッドとは、加熱炉内で鋼片を支持・搬送するための設備である。スキッドは金属製のパイプからなり、熱間強度を保つ目的でパイプ内部が水冷されており、水冷損失を抑制するために外周を耐火断熱材で被覆した構造となっている。この際、水冷パイプの断熱を行わないと、加熱炉から冷却水への抜熱が大きくなり、莫大な熱損失が生じることになる。

スキッドの基本構造は図１０のように、梁に相当するビーム部１１と、柱に相当するポスト部１２からなる。例えば、ポスト部１２に本実施形態に係る不定形耐火物構造体を適用するためには、図１１に示すように、不定形耐火物３の支持体１である水冷パイプ１３に、図７で示すような耐熱繊維製支持材５を溶接し、水冷パイプ１３の周囲にこの耐熱繊維製支持材５を包み込むように不定形耐火物３を流し込み施工すればよい。

以下、本発明の実施例に係る耐熱繊維製支持材及び不定形耐火物構造体ついて、詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

Ａｌ_２Ｏ_３が７２質量％、ＳｉＯ_２が２８質量％の組成を有する長繊維を無機質繊維として用いて、直径５ｍｍの耐熱繊維ロープ７を形成した。耐熱繊維ロープ７の常温での引張強度は５０ＭＰａであった。１２００℃で５時間焼成後の耐熱繊維ロープ７の引張強度は４０ＭＰａであった。

（実施例１）
　図１２に示すように、耐熱繊維ロープ７の抜けを防ぐための抵抗部として、耐熱繊維ロープ７の片端部に結び目６を設けた。また、耐熱繊維ロープ７のもう一方の片端部に環状部を設け、その端部をＳＵＳ鋼からなる高さ２０ｍｍ、内径１０ｍｍの金属環８（金属製の接続部材に相当する）に挿入し、プレスすることで、耐熱繊維ロープ７のロープ部と金属環８の金属部を圧着させて、耐熱繊維製支持材５を製造した。この際、耐熱繊維製支持材５の高さは１４０ｍｍとした。予め加熱炉の天井鉄皮（支持体１に相当する）に設置したＬ字型のピン４に、耐熱繊維製支持材５の耐熱繊維ロープ７の環状部を引っ掛けて固定した。その後、周囲を型枠で囲った後、スラリー状の不定形耐火物３の原料を流し込み、養生及び乾燥工程を経て、厚さ２１０ｍｍの施工体が得られた（本発明例１）。

上記加熱炉を操業温度１３５０℃で半年間稼働後に、不定形耐火物３の施工体の状況を確認すると、耐熱繊維製支持材５が加熱炉の実機において亀裂発生等の問題がなく使用できることが確認できた。

（実施例２）
　環状部が形成されるように、上記の耐熱繊維ロープ７の両端部をＳＵＳ鋼からなる高さ２０ｍｍ、内径１０ｍｍの金属環８に挿入し、プレスすることでロープ部と金属部を圧着させて、図５に示す形態の耐熱繊維製支持材５を製造した。さらに、硬化剤として油性ニスを耐熱繊維ロープ７に含浸後、乾燥・硬化させることで、耐熱繊維ロープ７の強度を高めた。

耐熱繊維製支持材５を図１３に示すように操業温度が１３５０℃の加熱炉の側壁の内壁鉄皮（支持体１に相当する。）に縦横１５０ｍｍのピッチで溶接し、２１０ｍｍ厚みで不定形耐火物３を流し込み施工を行った（本発明例２）。

同様に、図１４に示すように、図７に示した形態の耐熱繊維製支持材５を用いて同様の施工を行った。図１４に示す耐熱繊維製支持材５は、図１３で示した耐熱繊維製支持材５の構成と比較して、金属環８の向きを９０°変えた構成である。図１４の例では、耐熱繊維ロープ７に不定形耐火物３の荷重が作用する方向と、耐熱繊維ロープ７が金属環８から引き抜かれる方向とが異なる（本発明例３）。

さらに、比較のために同条件で図１５に示すようにＳＵＳ３０４からなる直径５ｍｍのＹ字型の金属製支持材１４（Ｙ形スタッド）を用いて同様の施工を行った（比較例１）。

この際、本発明例１～３の各耐熱繊維製支持材５及び比較例１の金属製支持材１４の高さは全て、１４０ｍｍとした。

稼働中の加熱炉の鉄皮の背面温度をサーモビュアにて温度測定すると、耐熱繊維製支持材５を用いた本発明例２、３の場合は、鉄皮の背面温度が１３０℃であったのに対して、金属製支持材１４を用いた比較例１の場合は、鉄皮の背面温度が１６０℃であった。したがって、本発明例２、３における鉄皮の背面温度と、比較例１における鉄皮の背面温度との間には、約３０℃程度の温度差があり、耐熱繊維製支持材５を使用することで、鉄皮からの放散熱換算で約３割も熱損失を低減できることが確認できた。

また、加熱炉の稼働後のそれぞれの不定形耐火物構造体を観察すると、耐熱繊維製支持材５を使用した本発明例２、３の場合は、稼働面（不定形耐火物３の表面）に亀裂は確認できなかったが、金属製支持材１４を使用した比較例１の場合は、支持材１４を設置した位置を起点として不定形耐火物３に亀裂が発生し、十字形に伸展していた。加熱冷却を繰り返して亀裂が伸展すると、不定形耐火物３の剥離及び脱落が生じる。しかしながら、耐熱繊維製支持材５を使用すれば、不定形耐火物３の寿命が向上することが確認できた。

また、約１年間の実機使用後の耐熱繊維製支持材５を回収し、引っ張り試験にて耐熱繊維ロープ７を金属環８で締め付けた部分の強度を測定した。その結果、本発明例２は使用前と比較して、強度が２割程度低下していたのに対して、本発明例３は強度劣化がほぼなかった。したがって、実機において、図７に示す構造を有する耐熱繊維製支持材５の長期的な安定性が確認できた。勿論、本発明例２でも実用上問題ないが、本発明例３の方がより高い強度を得られる。

（実施例３）
　環状部が形成されるように、上記の耐熱繊維ロープ７の両端部をＳＵＳ鋼からなる高さ２０ｍｍ、内径１０ｍｍの金属環８に挿入し、プレスすることでロープ部と金属部を圧着させて図７に示す形態の耐熱繊維製支持材５を製造した。さらに、硬化剤として油性ニスを耐熱繊維ロープ７に含浸後、乾燥・硬化させることで、耐熱繊維ロープ７の強度を高めた。

その耐熱繊維製支持材５を、図１１に示すように操業温度が１３５０℃の加熱炉のスキッドポストの水冷パイプ１３に適用した。耐熱繊維製支持材５の配列については、水冷パイプ１３の円周方向に８本の耐熱繊維製支持材５を配置し、耐熱繊維製支持材５の高さ方向の間隔を１５０ｍｍ間隔とした。この際、水冷パイプ１３の周方向に配列される８本の耐熱繊維ロープ７の金属環８の向きを、交互に上下方向及び水平方向とした。また、耐熱繊維製支持材５の端部を水冷パイプ１３の外周面に溶接して固定した。不定耐火物３の厚みは１１０ｍｍに設定して流し込み施工を行った（本発明例４）。

また、比較のために同条件でＳＵＳ３０４からなる金属製支持材１４（Ｙ形スタッド）にて同様の施工を行った（比較例２）。

この際、本発明例４の耐熱繊維製支持材５及び比較例２の金属製支持材１４の高さはともに８０ｍｍとした。

稼働中のスキッドの水冷パイプ１３内の冷却水の入側と出側との温度差に基づいて冷却水抜熱量を算出した。耐熱繊維製支持材５を用いた本発明例４の場合は、金属製支持材１４を用いた比較例２と比べて、冷却水抜熱量が低減し、燃料原単位［Ｍｃａｌ／ｔｏｎ］は約１／２に下がった。ここで、燃料原単位とは、生産鋼片量１ｔｏｎ当たりの使用エネルギーを表すための指標であり、この燃料原単位が大きいほど、水冷パイプ１３を介した冷却水抜熱量、即ち、エネルギーロスが多いことを意味する。

また、比較例１の場合と同様に、金属製支持材１４を使用した比較例２では、金属製支持材１４を設置した位置を起点として不定形耐火物３に亀裂が発生したが、耐熱繊維製支持材５を使用した本発明例４では、稼働面（不定形耐火物３の表面）に亀裂は確認されなかった。

以上の結果から、本発明の適用により、熱損失エネルギーを減少することによるコストダウン化や省エネルギー化、不定形耐火物構造体の寿命向上に貢献できることが確認できた。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１　支持体
　２　金属製支持材
　３　不定形耐火物
　４　ピン（アンカー）
　５　耐熱繊維製支持材
　６　結び目
　７　耐熱繊維ロープ
　８　金属環（接続部材）
　９　圧着部
　１０　ボルト
　１１　ビーム部
　１２　ポスト部
　１３　水冷パイプ
　１４　金属製支持材

Claims

　不定形耐火物と；
　前記不定形耐火物を支持する支持体と；
　前記支持体の支持面に接続された状態で前記不定形耐火物の内部に埋設された耐熱繊維製支持材と；
を備え、
　前記耐熱繊維製支持材は、
無機質繊維で形成され、且つ前記支持面に直交するＸ軸方向に沿って延びる耐熱繊維ロープを有し、
　前記耐熱繊維ロープの前記Ｘ軸方向の長さＬ１と、前記不定形耐火物の前記Ｘ軸方向の長さＬ２との比Ｌ１／Ｌ２が、０．３５以上０．９５以下である
ことを特徴とする不定形耐火物構造体。
　前記耐熱繊維ロープは、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２－Ｂ_２Ｏ_３のうち１種又は２種以上の材質からなる無機質繊維で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の不定形耐火物構造体。
　前記耐熱繊維ロープは、硬化剤にて硬化されていることを特徴とする請求項１に記載の不定形耐火物構造体。
　前記耐熱繊維ロープは、前記支持面に設置されたアンカーを介して前記支持体と接続されていることを特徴とする請求項１に記載の不定形耐火物構造体。
　前記耐熱繊維製支持材は、
　前記耐熱繊維ロープと前記支持体とを接続する接続部材をさらに有し；
　前記接続部材が、前記支持体の前記支持面に固定される；
ことを特徴とする請求項１に記載の不定形耐火物構造体。
前記接続部材は、中空筒状の金属環であり；
前記金属環の内部に前記耐熱繊維ロープが挿入及び固定され；
前記耐熱繊維ロープに前記不定形耐火物の荷重が作用する方向と、前記耐熱繊維ロープが前記金属環から引き抜かれる方向とが同一方向である；
ことを特徴とする請求項５に記載の不定形耐火物構造体。
　前記接続部材は、中空筒状の金属環であり；
前記金属環の内部に前記耐熱繊維ロープが挿入及び固定され；
前記耐熱繊維ロープに前記不定形耐火物の荷重が作用する方向と、前記耐熱繊維ロープが前記金属環から引き抜かれる方向とが異なる方向である；
ことを特徴とする請求項５に記載の不定形耐火物構造体。
　前記耐熱繊維ロープは、１つ又は２つ以上の環状部を有することを特徴とする請求項１に記載の不定形耐火物構造体。
　前記耐熱繊維ロープは、１つ又は２つ以上の結び目を有することを特徴とする請求項１に記載の不定形耐火物構造体。
　前記不定形耐火物は、前記Ｘ軸方向に沿って複数の層に分割されており；
　前記耐熱繊維ロープは、前記不定形耐火物の各層に対して１つずつ環状部を有する；
ことを特徴とする請求項１に記載の不定形耐火物構造体。