JP6176056B2 - 無機繊維質断熱材ブロック及びこれを内壁に施工した炉 - Google Patents
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Description
本発明は、無機繊維成形体よりなる断熱材ブロックに係り、特に加熱炉や溶鉱炉等の高温炉における炉壁や天井の断熱部材等として用いるのに好適な無機繊維質断熱材ブロック及びこれを施工した炉に関する。詳しくは、無機繊維マット積層体を圧縮し、保形手段によりこの圧縮状態を維持した圧縮無機繊維質成形体からなる断熱材ブロックに関する。また、本発明は、この無機繊維質断熱材ブロックを施工した炉に関する。
鉄鋼業の加熱炉、熱処理炉などの高温炉等の各種耐火炉の炉壁を覆う無機繊維質断熱材ブロックとして、無機繊維を積層して不織布様にした無機繊維集合体を用いた無機繊維断熱材が用いられている。中でもニードリング加工された無機繊維集合体（ニードルブランケット）は、その軽量性、易加工性、耐熱衝撃性、耐風食性、低熱伝導率性に優れるといった特性を利用し、多く用いられている。
特開２０１１−２２６７７１には、無機繊維ニードルブランケットを積層し、圧縮状態を維持した無機繊維断熱材ブロックを、高温炉等の炉壁や天井に隙間なく施工した後、圧縮を開放し、無機繊維ニードルブランケット自体の積層方向の反発力と復元力を利用して断熱材ブロック同士を密に突き合わせるライニング方法が記載されている。
この無機繊維質断熱材ブロックは、上記の通り、軽量で断熱性に優れる等の長所を有する反面、炉内から発生するスケールやアルカリガスによる腐食が問題になっている。中でも鉄鋼業の加熱炉においては、炉内の酸化鉄と無機繊維が低融点化合物を生成し、そこを起点として浸食、脆性化が起こり、ライニングを短命化さえるための問題があった。
特開平１１−２１１３５７には、ブランケット積層方向の一面に、アルミナゾル、またはアルミナゾルとシリカゾルの混合ゾルを固形分換算で５５〜３００ｇ／ｍ２塗布して塗布層を形成した後、乾燥（００３１段落）することにより耐食性を高めた無機繊維ブロックが記載されている。
特開２０１１−３２１１９の００２９段落には、耐ＦｅＯ性コーティング材を炉内の無機繊維ブロックの表面にスプレーして２ｍｍ厚のコーティング層を形成することが記載されている。このコーティング層が炉内で加熱されると、ＣａＯ・６Ａｌ２Ｏ３が生成する。
特開２０１１−２０８３４４には、無機繊維のニードルブランケットに、無機質ゾルを含浸後、乾燥させてなる無機繊維成形体であって、嵩密度が０．０８〜０．２０ｇ／ｃｍ３である軽量無機繊維成形体が記載されている。
特許文献２，３に記載の無機繊維ブロックでは、塗布ないしスプレーにより形成した塗布層又はコーティング層が無機繊維成形体から剥離し易い。例えば、熱衝撃や機械的衝撃等によりコーティング層が剥離し、無機繊維が曝露するなどの問題があった。さらに、特許文献３では、無機繊維成形体を炉壁に施工した後に、スプレーガンで吹付けて施工するため、施工作業が煩雑になるといった問題もあった。
特許文献４に記載の無機繊維質断熱材ブロックは、無機質ゾルがニードルブランケット全体に含浸され乾燥されているため、圧縮無機繊維質断熱材ブロックに適用した場合には、断熱材ブロックの可撓性と反発力が低くなる。
本発明は、上記従来の問題点を解決し、耐ＦｅＯ性などの耐食性が向上し、しかも反発力（復元性）に優れた無機繊維質断熱材ブロックと、この無機繊維質断熱材ブロックが施行された炉を提供することを目的とする。
本発明の無機繊維質断熱材ブロックは、炉内被加熱面のライニング施工に用いられる無機繊維質断熱材ブロックであって、無機繊維のニードルブランケット又はマットの積層体が積層方向に圧縮され、保形手段により圧縮状態に保形された無機繊維質断熱材ブロックにおいて、該無機繊維質断熱材ブロックの、炉内に向けて配置される加熱面側に、酸化物前駆体含有液が含浸され、かつ未乾燥状態である含浸部が形成されており、該含浸部の該加熱面からの範囲が３〜６０ｍｍであり、該含浸部における水分量が、含浸部無機繊維１００質量部に対し水分５０〜７００質量部であり、前記酸化物前駆体含有液は、該含浸部においては、焼成後の酸化物添着量が含浸部無機繊維１００質量部に対して２〜５０質量部となるように含浸されると共に、無機繊維質断熱材ブロックの炉内加熱面側から炉壁面側の深さ方向への深さ方向６０ｍｍ超の部分においては、焼成後の酸化物添着量が含浸部無機繊維１００質量部に対して１質量部以下となるように含浸されていることを特徴とする。
前記酸化物前駆体含有液が含浸された含浸部の前記加熱面からの範囲が５〜６０ｍｍであることが好ましい。
前記酸化物前駆体含有液を含浸させた含浸部における水分量が、無機繊維１００質量部に対し水分５０〜７００質量部であることが好ましい。
前記酸化物前駆体含有液は、焼成によりＡｌ２Ｏ３を生じさせる成分と、焼成によりＣａＯを生じさせる成分とを含んでいることが好ましい。
前記酸化物前駆体含有液は、焼成により生じるＡｌ２Ｏ３と、焼成により生じるＣａＯとの質量比Ａｌ２Ｏ３／ＣａＯが３０〜３００であることが好ましい。
前記酸化物前駆体含有液は、焼成後の酸化物添着量が２〜５０質量％となるように含浸されていることが好ましい。
前記酸化物前駆体含有液が着色されており、これにより前記含浸部が着色されていてもよい。
本発明の炉は、かかる本発明の無機繊維断熱材ブロックが、前記保形手段による保形が解除された形態にてライニング施工されたものである。
本発明の無機繊維質断熱材ブロックにあっては、無機繊維のニードルブランケット又はマットの積層体を圧縮してなる圧縮無機繊維成形体の加熱面側に酸化物前駆体含有液を含浸させているので、無機繊維質断熱材ブロックの耐食性（特に耐ＦｅＯ性）が向上する。また、この酸化物前駆体含有液を加熱面側にのみ含浸させると共に、含浸させた酸化物前駆体含有液を未乾燥状態としているので、無機繊維質断熱材ブロックの反発性（復元性）に優れている。従って、この無機繊維質断熱材ブロックを炉内に施工した後、保形手段による保形を解除すると、隣接無機繊維質断熱材ブロック同士が密着状に当接し、断熱性が著しく高いものとなる。
本発明の無機繊維質断熱材ブロックは、好ましくは、ニードルブランケット又はマットの積層体を積層方向に圧縮後、固定手段により圧縮状態を維持したブロック状断熱材であり、炉内加熱面側から炉壁面側の深さ方向へ、施工時まで液状物質が含浸されている。含浸深さは、炉内加熱面側から炉壁面側の深さ方向へ、少なくとも３ｍｍ以上で６０ｍｍ以下、好ましくは３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下とする。
本発明の無機繊維質断熱材ブロックは、ニードルブランケット又はマットを圧縮したものであるので、圧縮力の開放後反発力を有し、ライニングを行うことができる。ニードルブランケット又はマットの圧縮後の嵩密度は、使用するニードルブランケット又はマットの嵩密度を超えて０．３ｇ／ｃｍ３以下が望ましい、圧縮しすぎることで、繊維が圧壊するおそれがあり、また嵩密度が高すぎると高温使用時や急冷急昇温時の耐熱衝撃性が低下するおそれがある。
圧縮状態に維持する保形手段としては、圧縮無機繊維成形体の加圧面のそれぞれの少なくとも一部を覆う加圧面当接部、及び前記加熱面当接部と繋がり、且つ繊維質断熱材ブロックが炉内にライニング施工された状態で加熱を受ける加熱面の少なくとも一部を覆う加熱面保護部を有し、前記加圧面当接部と前記加熱面保護部との境界部が、前記加圧面と前記加熱面とがなす前記単位ブロックの角部を覆っている保形板と結束バンドとで固定する手段が良い。かかる保形手段で圧縮状態を維持したのち、ブロック工法で施工し、バンド切断後断熱部材同士の反発力で圧縮状態を維持するなどの方法を選択しても良い。
前記保形板の前記加熱面保護部には手掛り部が設けられていることが望ましい。
前記保形板は、加熱面側や側面側に穴が開いていたり、保形性を損なわない程度で部分的に切り取られていても良い。これにより、保形板の裏側の無機繊維にも酸化物前駆体含有液を含浸することが容易になるため、無機繊維質断熱材ブロックの含浸状態をより均一にすることができる。
以下、本発明の実施の形態について図１〜３を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
図１は第１の実施の形態に係る無機繊維質断熱材ブロックの斜視図、図２はその一部を拡大した側面図である。
図１は第１の実施の形態に係る無機繊維質断熱材ブロックの斜視図、図２はその一部を拡大した側面図である。
この無機繊維質断熱材ブロック１は、無機繊維成形体２の折り畳み体３と、この折り畳み体３の加圧面（図１の上面及び下面）に重ね合された保形板４，４と、該保形板４，４及び折り畳み体３を固縛する結束バンド５とを有する。折り畳み体３は、所定幅の帯状のマット状無機繊維成形体２をつづら折り状に交互に折り返して積層した略直方体形状のものであり、積層方向（図１では上下方向）の一端側の面と他端側の面にそれぞれ保形板４が重ね合されている。
この折り畳み体３の保形板４，４が重なっていない側面であって、無機繊維成形体２の折り返し部が存在する一方の側面（図１の左側面）に臨む領域が、酸化物前駆体含有液が含浸された含浸部６となっている。
無機繊維成形体２としては、無機繊維のマットにニードリング加工を施したニードルブランケットが好適であるが、ニードリング加工を施していないマットであってもよい。なお、ニードルブランケットの好適な構成及び含浸部６に含浸される酸化物前駆体含有液の組成については後述する。
保形板４は、折り畳み体３を両側から挟圧するための強度及び剛性を有した合成樹脂、紙、合板等の材料よりなる。保形板４の寸法は、折り畳み体３の加圧面と同等であることが好ましい。結束バンド５は、保形板４，４及び両者間の折り畳み体３を取り巻くように巻き掛けられている。結束バンド５としては、ポリプロピレン等の合成樹脂テープが好適である。
保形板４，４で挟まれた折り畳み体３を、無加圧状態の厚みの５０〜９０％特に６０〜８０％程度となるように前記積層方向に圧縮して押し縮めた後、結束バンド５を巻き掛け、この圧縮状態に保形する。従って、この実施の形態では、保形板４，４と結束バンド５とによって保形手段が構成されている。
結束バンド５で固縛して保形した後の無機繊維質断熱材ブロック１の奥行き方向の寸法ａは１００〜４００ｍ特に２００〜３００ｍｍ、これと直交方向の寸法ｂは１００〜４００ｍｍ特に２００〜３００ｍｍ、積層方向の寸法ｃは１００〜４００ｍｍ特に２００〜３００ｍｍ程度であることが好ましい。
この実施の形態に係る無機繊維質断熱材ブロック１は、無機繊維成形体２を酸化物前駆体含有液を含浸する前に折り畳んで折り畳み体３とし、保形板４，４を重ねて圧縮し、結束バンド５を巻き掛けた後、酸化物前駆体含有液を含浸させて含浸部６を形成したものである。ただし、折り畳み体３を圧縮する前に含浸処理してもよい。また、無機繊維成形体２をつづら折状に折り畳む前に含浸処理し、その後折り畳んでもよい。ただし、規定の含浸厚みｄとするためには、折り畳んで圧縮した後、含浸処理するのが好ましい。
この含浸部６は、無機繊維質断熱材ブロック１が炉内に施工された状態において炉内を向く、無機繊維質断熱材ブロック加熱面の全面に設けられている。含浸部６は、好ましくは、折り畳み体３を酸化物前駆体含有液に浸し、次いで必要に応じ余剰の水分を吸引除去することにより形成される。ただし、スプレー等によって含浸部６を形成してもよい。このように含浸部６を形成した後、含浸部６は、乾燥処理されることなく、未乾燥状態とされる。
折り畳み体３を酸化物前駆体含有液に浸すときの深さを調整することにより、含浸部６の厚みｄが好ましくは３〜６０ｍｍ特に好ましくは３０〜５０ｍｍとなるようにする。ｄが３ｍｍよりも小さいと、耐食性改善効果が低くなり、焼成後含浸部６が剥離しやすいといった問題点がある。６０ｍｍを超えると、折り畳み体３の復元性が低くなるおそれがある。
この無機繊維質断熱材ブロック１の結束バンド５を切断すると、折り畳み体３はその弾力性により積層方向（図１の上下方向）の厚みを増大させるように復元する。この無機繊維質断熱材ブロック１にあっては、含浸部６に付着した酸化物前駆体が未乾燥状態となっているため、折り畳み体３の復元力が強い。そのため、複数の無機繊維質断熱材ブロック１を炉内壁に沿って配列した後、結束バンド５を切断した場合、隣接する無機繊維質断熱材ブロック１同士が強く密着し、両者間に隙間が生じることが防止される。
この無機繊維質断熱材ブロック１を炉にライニング施工する場合、無機繊維質断熱材ブロック１の加熱面すなわち含浸部６を有する面（図１の左側面）が炉内を向き、それと反対側の背面（図１の右側面）が炉壁、炉天井部等の炉体に対面するように配置される。
各無機繊維質断熱材ブロック１をいわゆる市松工法によってライニングする場合、特許文献１のように、隣り合う無機繊維質断熱材ブロック１の積層方向（すなわち復元方向）が一致しないように、その加熱面から見て９０°回転させた姿勢にて炉内面に沿って配列した後、結束バンド５を切断し、結束バンド５及び保形板４を撤去する。なお、市松工法以外のソルジャー工法などによってライニング施工されてもよい。
含浸部６における水分含有量は、無機繊維１００質量部に対し５０〜７００質量部であることが好ましい。含水量が過度に少ない場合は、バインダー効果により機繊維成型体同士の固着が起こり、反発力が小さくなる。逆に過度に多い場合は、無機繊維から液が漏れ出たり、含浸深さが過大となって、反発力が低下するおそれがある。
含浸部６における無機繊維１００質量部に対する酸化物前駆体の添着量は、好ましくは焼成後の酸化物添着量換算で２〜５０質量部、更に好ましくは、５〜３０質量部、最も好ましくは１０〜２５質量部である。添着量が少ない場合は、所望の耐スケール性が得られない場合がある。逆に多すぎると、熱収縮率の悪化や耐熱衝撃性、耐機械衝撃性の低下が見られる場合がある。
反発力部７は、無機繊維成形体２の含浸部６以外の部分である。反発力部７の焼成後の酸化物添着量は、含浸部６の無機繊維１００質量部に対して１質量部以下（０（ゼロ）を含む。）、好ましくは０．５質量部以下、より好ましくは０．２質量部以下である。反発力部７の焼成後の酸化物添着量が上記範囲にあることで、無機繊維ニードルブランケットの反発力を保つことができ、好ましい。
本発明では、酸化物前駆体含有液の酸化物前駆体としては、焼成により酸化カルシウムを生成させる物質、具体的には、カルシウムの水酸化物、塩化物、酢酸化物、乳酸化物、又は硝酸化物を含むことが好ましい。また、酸化物前駆体としては、焼成により酸化アルミニウムを生成させる物質、具体的には、アルミニウムの水酸化物、塩化物、酢酸化物、乳酸化物、硝酸化物特にアルミナゾルを含むことが好ましい。
酸化物前駆体としては、上記各物質を、焼成によりＣａＯ：Ａｌ２Ｏ３の重量比が１：９９〜１０：９０特に５：９５〜９：９１となるように含むものが好ましい。この配合比とした場合、炉内で加熱されたときに、耐スケール性の高いＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ・６Ａｌ２Ｏ３等のアルミナ・カルシア系耐火性酸化物が生成する。
酸化物前駆体含有液中の酸化物成分濃度は２〜３０質量％特に５〜２０質量％が好ましい。この濃度が低すぎると無機繊維成形体に対する酸化物前駆体成分の付着量（添着量）が低くなる恐れがある。また、濃度が高すぎると、酸化物前駆体含有液の粘性が高くなり、含浸しにくくなる恐れがある。
酸化物前駆体含有液は、ゾル、スラリー、溶液のいずれでもよい。分散媒体や溶媒としては、水、アルコール等の有機溶媒またはこれらの混合物、好ましくは水が使用される。またポリビニルアルコール等のポリマー成分が含有されていても良い。またゾル、スラリー、又は溶液中の化合物の安定性を高めるために、分散安定剤を加えてもよい。分散安定剤としては、例えば、酢酸、乳酸、塩酸、硝酸、硫酸等が挙げられる。
酸化物前駆体含有液は着色剤が配合されても良い。着色をすることにより、含浸部の厚みｄを目視で観察することができる。着色の色は黒色や青色が好ましい。着色剤としては水溶性インクなどを用いることができる。
酸化物前駆体含有液を含浸させた後、必要に応じ吸引又は圧縮などにより余剰な液を脱離させてもよい。吸引により余剰な液を脱離させるには、含浸部６に被さるアタッチメントを装着し、該アタッチメントに設けた吸引口を吸引するのが好ましい。
未乾燥状態の含浸部６を有する無機繊維質断熱材ブロック１は、乾燥を防ぐため、真空梱包やシュリンク梱包などで梱包して保管、輸送されることが好ましい。
次に、本発明において好適に用いられる無機繊維ニードルブランケットについて説明する。このニードルブランケットは、前記特許文献４に記載されたものであり、実質的に繊維径３μｍ以下の繊維を含まず、かつニードリング処理が施されたものが好ましい。なお、このニードルブランケットを用いることにより、無機繊維質断熱材ブロックの耐風食性を高めることができる。
｛無機繊維｝
無機繊維としては、特に制限がなく、シリカ、アルミナ／シリカ、これらを含むジルコニア、スピネル、チタニア等の単独、又は複合繊維が挙げられるが、特に好ましいのは耐熱性、繊維強度（靭性）、安全性の点で、アルミナ／シリカ系繊維、特に多結晶質アルミナ／シリカ系繊維である。
無機繊維としては、特に制限がなく、シリカ、アルミナ／シリカ、これらを含むジルコニア、スピネル、チタニア等の単独、又は複合繊維が挙げられるが、特に好ましいのは耐熱性、繊維強度（靭性）、安全性の点で、アルミナ／シリカ系繊維、特に多結晶質アルミナ／シリカ系繊維である。
アルミナ／シリカ系繊維のアルミナ／シリカの組成比（質量比）は６５〜９８／３５〜２のムライト組成、又はハイアルミナ組成と呼ばれる範囲にあることが好ましく、さらに好ましくは７０〜９５／３０〜５、特に好ましくは７０〜７４／３０〜２６の範囲である。
本発明においては、無機繊維の８０質量％以上、好ましくは９０質量％以上、特に好ましくはその全量が上記ムライト組成の多結晶アルミナ／シリカ系繊維であることが好ましい。
この無機繊維は、好ましくは繊維径３μｍ以下の繊維を実質的に含まない。ここで繊維径３μｍ以下の繊維を実質的に含まないとは、繊維径３μｍ以下の繊維が全繊維重量の０．１質量％以下であることをさす。
無機繊維の平均繊維径は５〜７μｍであることが好ましい。無機繊維の平均繊維径が太すぎると繊維集合体の反発力、靭性が失われ、細すぎると空気中に浮遊する発塵量が多くなり、繊維径３μｍ以下の繊維が含有される確率が高くなる。
上述の好適な平均繊維径を有し、かつ、繊維径３μｍ以下の繊維を実質的に含まない無機繊維集合体は、ゾルーゲル法による無機繊維集合体の製造において、紡糸液粘度の制御、紡糸ノズルに用いる空気流の制御、延伸糸の乾燥の制御により得ることができる。
｛ニードル痕密度｝
ニードルブランケットのニードル痕密度については、２〜２００打／ｃｍ２、特に２〜１５０打／ｃｍ２、とりわけ２〜１００打／ｃｍ２、中でも２〜５０打／ｃｍ２であることが好ましい。このニードル痕密度が低過ぎると、無機繊維成形体としての厚みの均一性が低下し、かつ耐熱衝撃性が低下する等の問題があり、高過ぎると、繊維を傷め、焼成後に飛散し易くなる恐れがある。
ニードルブランケットのニードル痕密度については、２〜２００打／ｃｍ２、特に２〜１５０打／ｃｍ２、とりわけ２〜１００打／ｃｍ２、中でも２〜５０打／ｃｍ２であることが好ましい。このニードル痕密度が低過ぎると、無機繊維成形体としての厚みの均一性が低下し、かつ耐熱衝撃性が低下する等の問題があり、高過ぎると、繊維を傷め、焼成後に飛散し易くなる恐れがある。
｛嵩密度、面密度、厚さ｝
ニードルブランケットの嵩密度は、０．０５〜０．２０ｇ／ｃｍ３であることが好ましく、０．０８〜０．１５ｇ／ｃｍ３であることがより好ましい。嵩密度が低すぎると脆弱な無機繊維成形体しか得られず、また、嵩密度が高すぎると無機繊維成形体の嵩密度が増大するとともに反発力が失われ、靭性の低い成形体となる。
ニードルブランケットの嵩密度は、０．０５〜０．２０ｇ／ｃｍ３であることが好ましく、０．０８〜０．１５ｇ／ｃｍ３であることがより好ましい。嵩密度が低すぎると脆弱な無機繊維成形体しか得られず、また、嵩密度が高すぎると無機繊維成形体の嵩密度が増大するとともに反発力が失われ、靭性の低い成形体となる。
ニードルブランケットの面密度は、１０００〜４０００ｇ／ｍ２、特に１５００〜３８００ｇ／ｍ２、とりわけ２０００〜３６００ｇ／ｍ２であることが好ましい。この無機繊維集合体の面密度が小さ過ぎると、繊維量が少なく、極薄い成形体しか得られず、断熱用無機繊維成形体としての有用性が低くなり、面密度が大き過ぎると繊維量が多すぎることにより、ニードリング処理による厚み制御が困難となる。
ニードルブランケットの厚さは、好ましくは２〜３５ｍｍ程度である。
このニードルブランケットは、前記特許文献４に記載の通り、ゾル−ゲル法により無機繊維前駆体の集合体を得る工程と、得られた無機繊維前駆体の集合体に、ニードリング処理を施す工程と、ニードリング処理された無機繊維前駆体の集合体を焼成して無機繊維の集合体とする焼成工程とを経て製造される。
［第２の実施の形態］
上記第１の実施の形態では、無機繊維成形体２をつづら折り状に交互に折り畳んだ折り畳み体３を用いているが、無機繊維成形体２を上記寸法ａ×ｂの大きさに切断して単板とし、この単板を積層してもよい。図３はかかる無機繊維質断熱材ブロック１’の斜視図である。
上記第１の実施の形態では、無機繊維成形体２をつづら折り状に交互に折り畳んだ折り畳み体３を用いているが、無機繊維成形体２を上記寸法ａ×ｂの大きさに切断して単板とし、この単板を積層してもよい。図３はかかる無機繊維質断熱材ブロック１’の斜視図である。
なお、図３の無機繊維質断熱材ブロック１’では、無機繊維成形体２の単板同士のすべての重なり面が加熱面に露呈する。これに対し、図１の無機繊維質断熱材ブロック１では、折り重ねた重なり面のうち半数のもののみが加熱面に露呈する。スケールによる腐食は目地から起こることが多く、目地の数を減らすことで断熱部材の寿命を延ばすことができる。従って、目地の少ない図１の無機繊維質断熱材ブロック１の方が好ましい。
［その他の実施の形態］
上記実施の形態では、保形板４として平板状のものを用いたが、特許文献１のように、平板（加圧面当接部）の側縁から折り畳み体３の側縁に回り込む起立片（加熱面当接部）を有するＬ字形板状体を用い、折り畳み体３の角縁を保護するようにしてもよい。また、特許文献１のように、無機繊維質断熱材ブロックの加熱面に重なる起立片に、作業者が手を掛けるための手掛り部を設けてもよい。折り畳み体３の背面側（図１の右側面）に、無機繊維質断熱材ブロック１を炉壁に係止させるための係止部材を設けてもよい。
上記実施の形態では、保形板４として平板状のものを用いたが、特許文献１のように、平板（加圧面当接部）の側縁から折り畳み体３の側縁に回り込む起立片（加熱面当接部）を有するＬ字形板状体を用い、折り畳み体３の角縁を保護するようにしてもよい。また、特許文献１のように、無機繊維質断熱材ブロックの加熱面に重なる起立片に、作業者が手を掛けるための手掛り部を設けてもよい。折り畳み体３の背面側（図１の右側面）に、無機繊維質断熱材ブロック１を炉壁に係止させるための係止部材を設けてもよい。
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に何ら限定されるものではない。
［実施例１］
平均繊維径５.５μｍであり、実質的に繊維径３μｍ以下の繊維を含まない、アルミナ７２質量％とシリカ２８質量％とを含む多結晶質アルミナ／シリカ系繊維を集積してニードリングしてなるニードルブランケット（商品名：三菱樹脂 ＭＡＦＴＥＣ ＭＬＳ、厚さ２５ｍｍ、嵩密度９６ｋｇ／ｍ３）を幅３００ｍｍ×長さ４８００ｍｍに加工し、長さ３００ｍｍで交互に折り畳み、１６層に積層して折り畳み体３とした。この折り畳み体３の積層方向両端側の面に３００ｍｍ×３００ｍｍ×３２０ｍｍのポリプロピレン製保形板４を重ね、積層方向に圧縮し、圧縮後結束バンド５で固定し、３００ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍの無機繊維成形体を得た。
平均繊維径５.５μｍであり、実質的に繊維径３μｍ以下の繊維を含まない、アルミナ７２質量％とシリカ２８質量％とを含む多結晶質アルミナ／シリカ系繊維を集積してニードリングしてなるニードルブランケット（商品名：三菱樹脂 ＭＡＦＴＥＣ ＭＬＳ、厚さ２５ｍｍ、嵩密度９６ｋｇ／ｍ３）を幅３００ｍｍ×長さ４８００ｍｍに加工し、長さ３００ｍｍで交互に折り畳み、１６層に積層して折り畳み体３とした。この折り畳み体３の積層方向両端側の面に３００ｍｍ×３００ｍｍ×３２０ｍｍのポリプロピレン製保形板４を重ね、積層方向に圧縮し、圧縮後結束バンド５で固定し、３００ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍの無機繊維成形体を得た。
酸化物前駆体含有液として、アルミナゾル溶液に、酢酸カルシウム一水和物を焼成後の酸化物質量比が９１.６：８.４になるように添加し酸化物換算の固形分濃度を７．０％に調整した液を作製した。この液４Ｌを加熱面側からｄ＝５０ｍｍまで含浸させた後、加熱面にアタッチメントを装着し、吸引力３.０ｍ３／ｍｉｎとして加熱面から液を吸引し、無機繊維質断熱材ブロック１を製作した。
この無機繊維質断熱材ブロック１において、耐スケール性、反発力、含浸部６における含水率及び添着量を後述の方法により測定した。結果を表１に示す。なお、反発力部７における酸化物前駆体含有液の含浸量は０（ゼロ）であった。
［実施例２］
実施例１において、液の吸引力を１０ｍ３／ｍｉｎとしたこと以外は同様にして無機繊維質断熱材ブロックを作成した。耐スケール性等の測定結果を表１に示す。
実施例１において、液の吸引力を１０ｍ３／ｍｉｎとしたこと以外は同様にして無機繊維質断熱材ブロックを作成した。耐スケール性等の測定結果を表１に示す。
［実施例３］
実施例１において、液の吸引力を０．５ｍ３／ｍｉｎとしたこと以外は同様にして無機繊維質断熱材ブロックを作成した。耐スケール性等の測定結果を表１に示す。
実施例１において、液の吸引力を０．５ｍ３／ｍｉｎとしたこと以外は同様にして無機繊維質断熱材ブロックを作成した。耐スケール性等の測定結果を表１に示す。
［比較例１］
酸化物前駆体の液状物質を含浸させなかったこと以外は、実施例１と同様にして無機繊維質断熱材ブロックを作製した。耐スケール性等の測定結果を表１に示す。
酸化物前駆体の液状物質を含浸させなかったこと以外は、実施例１と同様にして無機繊維質断熱材ブロックを作製した。耐スケール性等の測定結果を表１に示す。
［比較例２］
実施例１において、無機繊維断熱ブロックを１５０℃で２４時間乾燥させたこと以外は同様にして無機繊維質断熱材ブロックを作製した。耐スケール性等の測定結果を表１に示す。
実施例１において、無機繊維断熱ブロックを１５０℃で２４時間乾燥させたこと以外は同様にして無機繊維質断熱材ブロックを作製した。耐スケール性等の測定結果を表１に示す。
［比較例３］
実施例１において、無機繊維断熱ブロックを１２０℃で１２時間乾燥させたこと以外は同様にして無機繊維質断熱材ブロックを作成した。耐スケール性等の測定結果を表１に示す。
実施例１において、無機繊維断熱ブロックを１２０℃で１２時間乾燥させたこと以外は同様にして無機繊維質断熱材ブロックを作成した。耐スケール性等の測定結果を表１に示す。
［参考例１］
実施例１において、含浸液を６.０Ｌ含浸させたこと以外は実施例１と同様にして無機繊維質断熱材ブロックを製作したが、液が加熱面側からもれ出てきた。なお、このときの添着量は５１質量％、含浸部厚みｄは７０ｍｍであった。
実施例１において、含浸液を６.０Ｌ含浸させたこと以外は実施例１と同様にして無機繊維質断熱材ブロックを製作したが、液が加熱面側からもれ出てきた。なお、このときの添着量は５１質量％、含浸部厚みｄは７０ｍｍであった。
［実施例４］
実施例１において、酸化物前駆体液状物質をアルミナゾル溶液と酢酸マグネシウム四水和物を焼成後の酸化物質量比が７２：２８になるように調整したこと以外、実施例１と同様にして無機繊維質断熱材ブロックを作製した。耐スケール性等の測定結果を表１に示す。
実施例１において、酸化物前駆体液状物質をアルミナゾル溶液と酢酸マグネシウム四水和物を焼成後の酸化物質量比が７２：２８になるように調整したこと以外、実施例１と同様にして無機繊維質断熱材ブロックを作製した。耐スケール性等の測定結果を表１に示す。
≪特性の測定方法≫
［耐スケール性］
鉄鋼業の熱延加熱炉に設置し、１３５０℃の操業温度で６ヶ月間使用し、スケールによる侵食の状態を確認した。
［耐スケール性］
鉄鋼業の熱延加熱炉に設置し、１３５０℃の操業温度で６ヶ月間使用し、スケールによる侵食の状態を確認した。
［積層方向の反発性］
無機繊維質ブロックの結束バンド５を切断し、復元力により積層方向に伸長させ、伸長後の積層方向寸法を計測した。反発性に優れているといえるのは、無機繊維断熱ブロックの結束バンド切断後の長さが、切断前の長さより＋２０％以上になる場合（すなわち３６０ｍｍ以上になる場合）である。
無機繊維質ブロックの結束バンド５を切断し、復元力により積層方向に伸長させ、伸長後の積層方向寸法を計測した。反発性に優れているといえるのは、無機繊維断熱ブロックの結束バンド切断後の長さが、切断前の長さより＋２０％以上になる場合（すなわち３６０ｍｍ以上になる場合）である。
［含水量］
無機繊維質断熱材ブロックを、加熱面と平行な切断面によって１０ｍｍ毎に切断し、１５０℃で２時間乾燥した。乾燥前後の質量を測定し、含浸部の含水量を求めた。この含水量は、無機繊維１００質量部に対する水分の質量である。
無機繊維質断熱材ブロックを、加熱面と平行な切断面によって１０ｍｍ毎に切断し、１５０℃で２時間乾燥した。乾燥前後の質量を測定し、含浸部の含水量を求めた。この含水量は、無機繊維１００質量部に対する水分の質量である。
［添着量］
無機繊維質断熱材ブロックから、酸化物前駆体含有液が含浸されていない部分を切断し無機繊維質断熱材ブロックを構成している無機繊維ニードルブランケット一枚辺りの面比重を５点求め、その平均値を添着前の面比重ｒ１とした。酸化物前駆体含有液含浸後の無機繊維質断熱材ブロックを１２５０℃で２時間で焼成した後、含浸部６の部分を切り出し同様の方法で面比重ｒ２を測定した。ｒ１、ｒ２を用いて計算式（ｒ２−ｒ１）/ｒ１により添着量を求めた。この添着量は、含浸部６における酸化物の添着量（質量％）を表わす。
無機繊維質断熱材ブロックから、酸化物前駆体含有液が含浸されていない部分を切断し無機繊維質断熱材ブロックを構成している無機繊維ニードルブランケット一枚辺りの面比重を５点求め、その平均値を添着前の面比重ｒ１とした。酸化物前駆体含有液含浸後の無機繊維質断熱材ブロックを１２５０℃で２時間で焼成した後、含浸部６の部分を切り出し同様の方法で面比重ｒ２を測定した。ｒ１、ｒ２を用いて計算式（ｒ２−ｒ１）/ｒ１により添着量を求めた。この添着量は、含浸部６における酸化物の添着量（質量％）を表わす。
酸化物前駆体含有液が含浸されていない部分の面比重（反発力部７）については、実施例で使用したニードルブランケット（商品名：三菱樹脂 ＭＡＦＴＥＣ ＭＬＳ、厚さ２５ｍｍ、嵩密度９６ｋｇ／ｍ３）と同等である。面比重は下記式により算出される。
面比重＝原反重量/面積=原反重量/密度×厚み
面比重＝原反重量/面積=原反重量/密度×厚み
表１の通り、Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ系の含浸剤を適量含浸させ、かつ含浸後に未乾燥状態とした実施例１〜３の無機繊維質断熱材ブロックは、反発性に優れ、また耐スケール性に優れる。実施例４は、含浸剤がＡｌ２Ｏ３−ＭｇＯ系であるため、反発性には優れるが、耐スケール性に若干劣る。Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ系の含浸剤の含浸後に乾燥を施した比較例２，３は、耐スケール性には優れるが反発性が低い。比較例１は、何も含浸させなかったものであり、反発力は高いが、耐スケール性に劣る。
１，１’ 無機繊維質断熱材ブロック
２ 無機繊維成形体
３ 折り畳み体
４ 保形板
５ 結束バンド
６ 含浸部
７ 反発力部
２ 無機繊維成形体
３ 折り畳み体
４ 保形板
５ 結束バンド
６ 含浸部
７ 反発力部
Claims (5)
- 炉内被加熱面のライニング施工に用いられる無機繊維質断熱材ブロックであって、
無機繊維のニードルブランケット又はマットの積層体が積層方向に圧縮され、保形手段により圧縮状態に保形された無機繊維質断熱材ブロックにおいて、
該無機繊維質断熱材ブロックの、炉内に向けて配置される加熱面側に、酸化物前駆体含有液が含浸され、かつ未乾燥状態である含浸部が形成されており、
該含浸部の該加熱面からの範囲が３〜６０ｍｍであり、
該含浸部における水分量が、含浸部無機繊維１００質量部に対し水分５０〜７００質量部であり、
前記酸化物前駆体含有液は、該含浸部においては、焼成後の酸化物添着量が含浸部無機繊維１００質量部に対して２〜５０質量部となるように含浸されると共に、
無機繊維質断熱材ブロックの炉内加熱面側から炉壁面側の深さ方向への深さ方向６０ｍｍ超の部分においては、焼成後の酸化物添着量が含浸部無機繊維１００質量部に対して１質量部以下となるように含浸されていることを特徴とする
無機繊維質断熱材ブロック。 - 前記酸化物前駆体含有液は、焼成によりＡｌ２Ｏ３を生じさせる成分と、焼成によりＣａＯを生じさせる成分とを含む、請求項１に記載の無機繊維質断熱材ブロック。
- 無機繊維質断熱材ブロック含浸部の焼成後の組成は、焼成により生じるＡｌ２Ｏ３と無機繊維のＡｌ２Ｏ３と、焼成により生じるＣａＯとの質量比Ａｌ２Ｏ３／ＣａＯが３０〜３００である、請求項２に記載の無機繊維質断熱材ブロック。
- 前記酸化物前駆体含有液が着色されており、これにより前記含浸部が着色されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の無機繊維質断熱材ブロック。
- 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の無機繊維断熱材ブロックが、前記保形手段による保形が解除された形態にてライニング施工されている炉。
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