JP2006517507A

JP2006517507A - 工業用炉に内装される断熱煉瓦、及びその製造方法

Info

Publication number: JP2006517507A
Application number: JP2006500624A
Authority: JP
Inventors: ヒュングベウム、ジン
Original assignee: チョースンリフラクトリーズカンパニーリミテッド
Priority date: 2003-01-13
Filing date: 2004-01-13
Publication date: 2006-07-27
Also published as: WO2004063652A3; WO2004063652A2

Abstract

【課題】各種の工業炉の内部に接する断熱煉瓦の内部側の黒度を高くすることで、輻射率を高めて、エネルギーを節約することのできる断熱煉瓦、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る工業用炉に内装される断熱煉瓦には、高温加熱を要する各種の工業用炉に内装される断熱煉瓦において、炉の内部に接する断熱煉瓦の内部側の黒度が０．８５以上の黒化皮膜層が形成されることを特徴とする。

Description

本発明は、高温加熱を要する工業用炉に用いられる断熱煉瓦に関するもので、より詳細には、炉の内面に接する断熱煉瓦の内部側の面の黒度を高くすることで、輻射率を高めてエネルギーを節約するに適した断熱煉瓦、及びその製造方法に関する。

高温加熱を要する熱風炉、焼却炉、加熱炉などのような各種の工業用炉の内部の築造には断熱煉瓦が用いられる。各種の工業用炉に用いられる断熱煉瓦は、シャモート質、アルミナ質、アルミナ−シリケート質、ジルコニア質のような金属酸化物を主原料にした断熱材が用いられており、このような断熱材は、断熱効果は高い反面、輻射率が低いため、輻射エネルギーを用いる加熱炉の場合には多量のエネルギーを使用しなければならない。

上記のような金属酸化物を用いた大部分の断熱煉瓦は、黒度が０．６〜０．８の水準である。この際、黒度は、黒色が完全に１００％の輻射率又は放射率を有するとする時、この１００％輻射率を有するものを黒度１として算定する。

既存の断熱煉瓦は、上記のような原料を用いて製造し、これをそのまま炉の内部に築造して用いている。
一般的な工業用炉のナプタクラッカー(naptha cracker)の分解炉は、１機当たり約３０Ｇｃａｌ/ｈｒのエネルギーを消耗しており、これをバンカーＣ油に換算すると、約７０億ウォンに当たる。
大韓民国所在の会社の大韓油化の場合、８機の分解炉を有しており、この分解炉から約５６０億ウォン相当のエネルギーが消耗されていると推定される。

工業炉においての熱放射エネルギーの大きさは、温度の上昇と共に急激に増大し、高温においては熱放射による伝導率が主となる。また、工業用の加熱炉では、炉内の温度が８００℃の付近で近赤外線と遠赤外線の比率は約半分である。炉内の温度が１０００〜１３００℃に上昇すると、近赤外線の占める比率が９０％以上となり、その他に５％前後の光成分（可視光）が発生する。したがって、近赤外線を吸水する物質でなければ、輻射率による熱効果は期待できない。

本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、各種の工業炉の内部に接する断熱煉瓦の内部側の黒度を高くすることで、輻射率を高めて、エネルギーを節約することのできる断熱煉瓦、及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る工業用炉に内装される断熱煉瓦には、高温加熱を要する各種の工業用炉に内装される断熱煉瓦において、炉の内部に接する断熱煉瓦の内部側の黒度が０．８５以上の黒化皮膜層が形成されることを特徴とする。

また、本発明は、前記黒化皮膜層を含む断熱煉瓦の製造方法を提供する。

図１は、本発明に係る断熱煉瓦の構造を示すもので、本発明に係る断熱煉瓦は、炉の内面に接する断熱煉瓦の内部側に黒度が０．８以上、好ましくは０．８５〜１．０の黒化皮膜層２を有することを特徴とする。

本発明においてエネルギーの吸収と色との関係を見てみると、一般的に氷は、光が透過するので無色透明であるが、これを破砕すると真白色となる。物体が白く光ることは可視光の全波長を取り戻すこと、つまり反射するとのことで、物体が黒く見えることは可視光の全波長を取り入れること、つまり吸収するとのことである。

一例として、雪は初春になってもなかなか溶けないが、雪の上に砂をかけるとよく溶ける。これは、雪は太陽光を反射するが、砂は光を吸収して温度を上げるからである。このような原理を用いて本発明に係る特定の黒度の黒化皮膜層を形成した。

熱輻射は、物質を構成する原子集団が熱によって励起され、その結果、電磁気波を輻射する現像をいう。このような熱輻射の強度は、物体の種類や温度によって決定されるが、温度が高いほど熱輻射の強度が増加する。したがって、高温の物体付近に低温の物体があると、低温の物体が輻射線の一部を吸収して、熱に変わる。この熱を輻射熱、又は放射熱という。

本発明で用いる断熱煉瓦は、本発明の属する技術分野で用いられているものであればその材質に特に制限されず、上記のアルミナ質、アルミナ−シリケート質、ジルコニア質など、如何なる材質のものでも使用可能であり、黒度が０．８以下であれば全て適用可能である。

本発明は、既存の断熱煉瓦に黒度が０．８０以上となるように、好ましくは０．８５以上となるように着色原料を被覆することで完成される。黒度が０．８５以上となるようにすることができる物質は、金属酸化物、炭化物などの各種の無機質として、５００℃以上の高温で着色が可能な原料である。

このような各種の無機質原料としては、酸化鉄(FeO、Fe₂O₃)、酸化クロム(Cr₂O₃)、酸化マンガン、酸化チタニウム、コバルトのうち、少なくとも１種(以下、主成分と称する)を２〜１００重量％使用できる。

また、本発明は、前記主成分のみを使用したり、この主成分を酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化ジルコニア、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ナトリウム、炭化珪素、炭素のうち、少なくとも１種（以下、副成分、９８重量％以下）と混合して使用できる。
この際、主成分と副成分の間の混合比率は、黒度が０．８５以上となる限り、特別な制限はない。主成分の黒度を高めることによって輻射率を高めることができ、副成分は、主成分との反応時に着色の効果を高める作用をする。

本発明に係る断熱煉瓦は、５００℃以上の耐熱性を有する無機質の原料を主成分として、耐火断熱煉瓦の一方以上の面を黒体に近接するように処理して、既存の断熱効果をそのまま維持しながら輻射率を高めて、省エネルギーの効果が得られる。

以下、本発明の好適な実施例について説明する。

本発明の断熱煉瓦は、断熱煉瓦の原料を混合した後成型し、これを乾燥した後、酸化鉄（FeO、Fe₂O₃）、酸化クロム(Cr₂O₃)、酸化マンガン、酸化チタニウム、コバルトのうち、少なくとも１種の主成分を２〜１００重量％の範囲で酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化ジルコニア、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ナトリウム、炭化珪素、炭素のうち、少なくとも１種の副成分と混合した着色原料を塗布し、これを焼成して製造できる。

また、本発明の断熱煉瓦は、断熱煉瓦の原料を混合した後成型し、これを乾燥した後、焼成して１次製品の断熱煉瓦を製造した後、前記主成分及び副成分を含む着色原料を前記断熱煉瓦に塗布した後、これを焼成する方法によって製造できる。
即ち、シャモート質、アルミナ質、アルミナ−シリケート質、ジルコニア質など、広く用いられている既存の断熱煉瓦の原料を用いて、一定の形態の煉瓦を製造するために、公知の方法にて成型し、乾燥する。

次いで、前記乾燥された断熱煉瓦の内面のうち何れか一面に、前記主成分（場合によっては副成分と共に）の着色原料を石油、アルコール、水などの溶媒と混合した後、これを塗布する。塗布方法として、スプレー、ブラシング、浸漬、ローリングなどの方法が用いられる。

それから、前記塗布された断熱煉瓦を、５００〜１７００℃の温度で１〜７時間の間焼成する。焼成によって黒化皮膜層を形成する着色原料の成分が断熱煉瓦の内部に拡散され、一体をなし、前記断熱煉瓦の一部分が黒体を有するようになり、その結果、耐久性及び輻射率を高めることができる。また、このような焼成によって断熱煉瓦の使用過程中に発生しえる黒化皮膜層の脱落も防止できる。

焼成温度の決定は、黒化皮膜層を形成する前記着色原料の成分によって異なるが、断熱煉瓦の最高使用温度よりは低くすることが好ましい。最も良好な温度は、最高使用温度より２００〜３００℃程度低い温度である。一方、断熱煉瓦が用いられる温度より５０〜１００℃程度高い温度で焼成した時には、黒度が高く、輻射率及び耐久性の点で有利である。

焼成温度が５００℃より低いと、焼結現象が起こらず、黒化皮膜層の成分が断熱煉瓦と反応しないため一体とならず、その結果、結合力が低くて脱落しやすい。また、各成分の相互反応が起こらず、着色の効果も落ちるという問題点がある。

超高温用の断熱煉瓦に主成分５〜１０重量％、アルミナ９０〜９５重量％を混合して黒化皮膜層を形成する時、１６５０℃で取り付け強度が発現され、断熱層と黒化皮膜層が一体を形成することを観察した。

焼成温度が１７００℃を超過する場合、液状が形成され、黒度が低くなり、輻射率が落ちるという問題点がある。

また、焼成時間は、焼成温度と相関関係のあるものとして、温度が高いと時間を短くし、温度が低いと時間を長くする。焼成時間が１時間未満の場合、焼成が起こらず、結合力が低く、その結果、黒化皮膜層の脱力が起こり易いばかりでなく、各成分間の相互反応が起こらず、着色効果も落とる問題がある。また、焼成時間が７時間を超過する場合、液状が生成され、黒度が低くなり、輻射率が落ちる問題がある。

本発明によって製造された断熱煉瓦は、黒度が０．８５以上となって、３〜５％のエネルギーの節減が得られ、分解炉１機当たり約１〜１．５Ｇｃａｌ/ｈｒを節減することができ、これは約２〜３．５億ウォンに当たる金額である。

本発明に係る断熱煉瓦のエネルギー節減効果を表１に示す。表１は、ナプタクラッカー分解炉１機を基準に黒度が０．６程度の断熱煉瓦の炉の内面に、表示された成分で黒化皮膜層を形成した後、焼成処理したものに対する結果である。

また、表１の実施例１，２，３，５，７，８，１０及び１２に対する焼成による接着性を試験した。その結果を表２に示す。

上記表２から分かるように、黒化皮膜層は、熱処理条件によって結合強度が異なるもので、９００℃の使用温度を有した実施例５において黒度０．９９の断熱煉瓦を高い温度(１３００℃)で焼成する場合、７５ｋｇ/ｃｍ^２の高い結合強度を表すが、低い温度(５５０℃)で焼成した場合にも３２ｋｇ/ｃｍ^２以上の高い結合強度を表す。

また、実施例５に係る原料をローリングによって塗布した後、表２に従う焼成条件にて組成した黒化皮膜層を、最高使用温度１５００℃の断熱煉瓦に形成させたナプタクラッカー分解炉で試験した結果を表３に示した。表３の比較例は、実施例５による原料をナプタクラック分解炉の断熱煉瓦にスプレーした後、試験したものである。

この他にも本発明がその趣旨と範疇から外れない限り、他に多様な形態に具体化され得ることは該当技術に通常の技術を有するものには自明なことである。したがって、上述した実施例は制限的なものでなく、例示的なものに見なされ、これによって本発明は上述した詳細な説明に限定されず、添付した請求項の範疇、及びその同等範囲内で変更可能である。

本発明の各実施例による断熱煉瓦によれば、０．８以下の黒度を有する従来の断熱煉瓦の表面に黒度が０．８以上、好ましくは０．８５以上となるようにする黒化皮膜層を含むことで、輻射率の増大をもたらし、省エネルギーの産業用加熱炉などの断熱煉瓦を提供するため、産業上利用可能である。

本発明の耐火断熱煉瓦の構造図である。符号１は断熱煉瓦を、符号２は黒化皮膜層を示す。

Claims

高温加熱を要する工業用炉に内装される断熱煉瓦において、炉の内部に接する断熱煉瓦の内部側の黒度が０．８５以上の黒化皮膜層を含んでなる工業用炉に内装される断熱煉瓦。
前記黒化皮膜層が酸化鉄、酸化クロム、酸化マンガン、酸化チタニウム、コバルトのうち、少なくとも１種を２〜１００重量％、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化ジルコニア、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ナトリウム、炭化珪素、炭素のうち、少なくとも１種を９８重量％以下に含む請求項１に記載の工業用炉に内装される断熱煉瓦。
酸化鉄、酸化クロム、酸化マンガン、酸化チタニウム、コバルトのうち、少なくとも１種を２〜１００重量％及び残り量の酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化ジルコニア、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ナトリウム、炭化珪素、炭素のうち、少なくとも１種を含む着色原料に水、アルコール、石油などの溶媒を混合する段階と、
前記混合物を炉の内部に接する断熱煉瓦の内部側に塗布して、黒化皮膜層を形成する段階と、
黒化皮膜層が形成された断熱煉瓦を、５００〜１７００℃の温度で１〜７時間焼成する段階とを備える工業用炉に内装される断熱煉瓦の製造方法。
黒化皮膜層の黒度が０．８５以上である請求項３に記載の工業用炉に内装される断熱煉瓦の製造方法。