JP6838606B2 - 断熱保護部材、その製造方法、施工方法、炉内部材及び加熱炉 - Google Patents
断熱保護部材、その製造方法、施工方法、炉内部材及び加熱炉 Download PDFInfo
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Description
該ニードルブランケットの折り返し部分側の該積層体の1つの面に取り付けられたアルミナ繊維のニードルブランケットからなる基材部とを有する断熱保護部材であって、
該ニードルブランケットの折り返し部分と該基材部とが結合され、
該積層体と該基材部の少なくとも一部に、酸化物前駆体含有液が未乾燥状態で付着している含浸部が設けられており、
該含浸部の水分量が、該含浸部の無機繊維100質量部に対して50〜400質量部であり、
該断熱保護部材全体の水分量が断熱保護部材全体の無機繊維100質量部に対して50〜400質量部であり、
前記酸化物前駆体含有液は、焼成により酸化アルミニウム及び酸化カルシウムを含むアルミナ・カルシア系組成物を生じさせる成分を含有しており、
前記含浸部においては、酸化物前駆体含有液が酸化物換算量として該含浸部の無機繊維100質量部に対して2〜50質量部となるように付着している断熱保護部材。
前記積層体を構成するためのニードルブランケットと前記基材部とを重ね合わせ、前記折り返し部となる部分で接合する工程と、
前記積層体を構成するためのニードルブランケットをこの接合部分で基材部と垂直方向に折り立てる工程と
を有する断熱保護部材の製造方法。
前記断熱保護部材は、アルミナ繊維のニードルブランケットの折り返し体が積層された積層体と、該ニードルブランケットの折り返し部分側の該積層体の1つの面に取り付けられたアルミナ繊維のニードルブランケットからなる基材部とを有し、
該ニードルブランケットの折り返し部分と該基材部とが結合され、
該積層体と該基材部の少なくとも一部に、酸化アルミニウム及び酸化カルシウムを含むアルミナ・カルシア系組成物を含有することを特徴とする炉内部材。
前記断熱保護部材は、アルミナ繊維のニードルブランケットの折り返し体が積層された積層体と、該ニードルブランケットの折り返し部分側の該積層体の1つの面に取り付けられたアルミナ繊維のニードルブランケットからなる基材部とを有し、
該ニードルブランケットの折り返し部分と該基材部とが結合され、
該積層体と該基材部の少なくとも一部に、酸化アルミニウム及び酸化カルシウムを含むアルミナ・カルシア系組成物を含有することを特徴とする加熱炉。
積層体2の嵩密度は、通常0.10〜0.75g/cm3、好ましくは0.15〜0.60g/cm3、特に好ましくは0.20〜0.45g/cm3程度である。
本発明に用いられる無機繊維のニードルブランケット(以下、単に「ブランケット」又は「ニードルブランケット」と称す場合がある。)は、実質的に繊維径3μm以下の繊維を含まない無機繊維の繊維集合体にニードリング処理が施されたものが好ましい。このようなニードルブランケットを用いることにより、本発明の断熱保護部材の耐風食性を高めることができる。
ニードルブランケットを構成す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、チタニア及びカルシア等の単独、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。
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−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及びニードリングの制御等により得ることができる。
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、ニードルブランケット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おそれがある。
上記のニードルブランケットに含浸させる酸化物前駆体含有液は、酸化物前駆体として、焼成により酸化アルミニウム(Al2O3)及び酸化カルシウム(CaO)を含むアルミナ・カルシア系組成物を生じさせる成分を含む。このアルミナ・カルシア系組成物にあっては、Al2O3及びCaOは、単体であってもよく、Al2O3とCaOの複酸化物であってもよい。Al2O3とCaOの複酸化物としては、CaO・Al2O3、CaO・2Al2O3、CaO・6Al2O3等が例示されるが、これに限定されない。
(ii) Al2O3単体とCaO単体と複酸化物
(iii) Al2O3単体と複酸化物
(iv) CaO単体と複酸化物
(v) 複酸化物のみ
上記のような酸化物前駆体含有液を無機繊維のニードルブランケットに含浸させるには、ニードルブランケットを酸化物前駆体含有液中に浸して、酸化物前駆体含有液をニードルブランケットの無機繊維間に浸透させればよい。
本発明の断熱保護部材は、上記のようにして、断熱保護部材の少なくとも積層体2と該基材部3の少なくとも一部に、好ましくは積層体2の基材部との結合部を有する端部、その対向端部及び基材部3側に、より好ましくは積層体2及び基材部3全体に酸化物前駆体含有液が含浸され、かつ未乾燥状態となっている含浸部(以下、単に「含浸部」と称す場合がある。)が形成されているものである。
本発明の断熱保護部材において、該含浸部の水分量は、当該含浸部の無機繊維100質量部に対して50〜400質量部である。含浸部の水分量が過度に少ない場合は、バインダー効果により可撓性がなくなる。また、繊維の発塵も多くなる。逆に含浸部の水分量が過度多い場合は、無機繊維成形体に少しの圧をかけただけで、無機繊維から液が漏れ出る。また、自重によって無機繊維成形体が押し潰され、このために端面の剥離が大きくなるという課題がある。また、含浸部の水分量が多過ぎると、使用時の加熱でマイグレーションと呼ばれる、水の乾燥に伴うゾルの物質移動が激しくおき、乾燥表面近傍での付着量が著しく高くなり、内部の付着量が低下することとなるため、耐熱衝撃性、加熱収縮率が悪化する。つまり含浸部全体の均一性を保つには含浸部の水分量は、400質量部を超えないことが重要である。好ましくは、該含浸部の水分量は、含浸部の無機繊維100質量部に対して80〜350質量部である。
酸化物前駆体含有液は、含浸部において、焼成後の酸化物(CaO及びAl2O3)付着量(以下、単に「酸化物付着量」と称す場合がある。)が含浸部の無機繊維100質量部に対して2〜50質量部となるように断熱保護部材のニードルブランケットに含浸される。この酸化物付着量は、含浸部の無機繊維100質量部に対して好ましくは5〜30質量部、最も好ましくは10〜25質量部である。酸化物付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、含浸部の密度が高くなり、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。また、カルシウム成分が繊維表面に多量に存在する場合は、カルシウム成分と無機繊維で、低融点成分を多量に生成するため、含浸部の耐熱性が低下する。
含浸部を有する本発明の断熱保護部材が炉内で加熱され、酸化物前駆体含有液が高温で焼成された場合、酸化物前駆体含有液から生成したCaO成分の一部が無機繊維内部に拡散する。含浸部全体におけるAlとCaのモル比率(Al/Ca)が上記範囲にあることで、高温まで焼成した時に、無機繊維内部に適量のCaOが拡散する。無機繊維内部に適量のCaOが存在することで、無機繊維中にFeOが拡散しにくくなる。つまり無機繊維とFeOとの反応が抑制される。このため、断熱保護部材の耐スケールが向上する。含浸部におけるAlとCaのモル比率(Al/Ca)が10より少ない場合は、無機繊維とその内部に拡散したCaOにより、無機繊維との低融点化合物を大量に生成するため、耐熱性、耐熱衝撃性が低下するおそれがある。また、含浸部におけるAlとCaのモル比率(Al/Ca)が330より多い場合は、CaOの拡散が不十分で、耐スケールが向上しないおそれがある。特にムライト(3Al2O3・2SiO2)組成の無機繊維を用いた場合は、高温で焼成されると、ムライトの結晶相と、ムライト成分にCaOが拡散した結晶相が生成する。この場合、耐熱衝撃性、耐熱性、耐機械衝撃性に優れるムライト結晶相を残したまま、CaOが繊維内部に拡散しているため、耐FeO性が向上すると考えられる。
本発明の断熱保護部材は、乾燥による水分量の減少を防ぐため、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。
断熱保護部材含浸部の水分率は、断熱保護部材を150℃で12時間乾燥し、乾燥前の断熱保護部材の質量W1と乾燥後の断熱保護部材の質量W2との差(W1−W2)から水分量を求め、無機繊維100質量部に対する水分の質量比として算出した。
断熱保護部材含浸部の酸化物付着率は、断熱保護部材を1200℃で8時間焼成した後、断熱保護部材の質量を測定し、断熱保護部材中の無機繊維のニードルブランケットの質量を差し引いて酸化物付着量を求め、断熱保護部材中の無機繊維100質量部に対する酸化物付着量の質量比として算出した。
断熱保護部材に3mm厚程度モルタルを塗り、直径340mm、高さ800mmの不定形耐火物の筒に施工し、昇温時間5℃/分、1400℃、8時間の条件で焼成し、脱落するかしないかを試験した。
<評価基準>
○:脱落せず、隙間もなかった
×:脱落した
断熱保護部材を150℃で12時間乾燥し、R=34(弦長=145mm、矢向=40mm)の不定形耐火物にモルタルを3mm厚程度塗り、積層体の対向端部側を接着した。基材部の上に、5mm角で厚さ1mmの鉄ペレットを載せた状態で電気炉に入れ、1400℃まで5時間で昇温し、この温度に5時間保持した後、降温後取り出して、酸化鉄による深さ方向の浸食度合いから下記基準で評価した。
<評価基準>
○:浸食深さが0mmを超え10mm以下
×:浸食深さが10mmを超える
断熱保護部材を150℃で12時間乾燥し、3mm厚程度モルタルを塗り、直径340mm、高さ800mmの不定形耐火物の筒に施工し、昇温時間5℃/分、1400℃、8時間の条件で焼成した後の不定形耐火物と断熱保護部材との隙間を観察した。
<評価基準>
○:隙間なし
△:隙間がごくわずか存在する
×:隙間が無数に存在する
平均繊維径が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(三菱ケミカル株式会社製 商品名 MAFTECTM MLS、厚さ12.5mm、ニードル痕密度5打/cm2、嵩密度128kg/m3、面密度1600g/m2)を奥行き600mm×幅1800mmに加工したものを基材部とした。前記ニードルブランケットを奥行き600mm×幅100mmに加工したものを2つ折りにし、谷部分を基材部にアルミナ糸で縫合し、無機繊維成形体を得た。(H=50mm)
実施例1と同様の形状に加工をした後、積層体の対向端部側を吸引口に接地させたこと以外は同様にして断熱保護部材を作製し、実施例1同様の評価を行った。結果を表1及び表2に示す。
実施例1と同様の形状に加工をした後、前駆体液を含浸以降の工程しないこと以外は同様にして断熱保護部材を作製し、実施例1同様の評価を行った。結果を表1及び表2に示す。
表1及び表2に記載の結果より、本願の断熱保護部材である実施例1及び実施例2は、比較例1と比較して、脱落確認試験、耐スケール性試験及び外観検査について良好であった。一方、比較例1は酸化物前駆体含有液を含浸させていないため、断熱保護部材がスケールに浸食されてしまい、耐スケール試験及び外観観察が不良であった。
本出願は、2016年5月13日付で出願された日本特許出願2016−097230に基づいており、その全体が引用により援用される。
2,2A〜2C 積層体
3 基材部
4 縫糸
5 ニードルブランケット
7 凹所
10 施工対象物
11 接着剤層
21 スキッドポスト
22 スキッドビーム
Claims (20)
- アルミナ繊維のニードルブランケットの折り返し体が積層された積層体と、
該ニードルブランケットの折り返し部分側の該積層体の1つの面に取り付けられたアルミナ繊維のニードルブランケットからなる基材部とを有する断熱保護部材であって、
該ニードルブランケットの折り返し部分と該基材部とが結合され、
該積層体と該基材部の少なくとも一部に、酸化物前駆体含有液が未乾燥状態で付着している含浸部が設けられており、
該含浸部の水分量が、該含浸部の無機繊維100質量部に対して50〜400質量部であり、
該断熱保護部材全体の水分量が断熱保護部材全体の無機繊維100質量部に対して50〜400質量部であり、
前記酸化物前駆体含有液は、焼成により酸化アルミニウム及び酸化カルシウムを含むアルミナ・カルシア系組成物を生じさせる成分を含有しており、
前記含浸部においては、酸化物前駆体含有液が酸化物換算量として該含浸部の無機繊維100質量部に対して2〜50質量部となるように付着している断熱保護部材。 - 前記含浸部におけるAlとCaのモル比(Al/Ca)が10〜330である、請求項1に記載の断熱保護部材。
- 前記積層体の高さHが30〜150mmである、請求項1又は2に記載の断熱保護部材。
- 前記積層体の嵩密度が0.10〜0.75g/cm3である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の断熱保護部材。
- 前記積層体と基材部とはアルミナ質の糸によって縫着されて接合されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の断熱保護部材。
- 前記積層体の基材部と垂直方向における基材部との結合部を有する端部とその対向端部において、該基材部との結合部を有する端部の酸化物前駆体含有液量が該対向端部よりも多い、請求項1〜5のいずれか1項に記載の断熱保護部材。
- 前記積層体の基材部と垂直方向における基材部との結合部を有する端部とその対向端部において、該基材部との結合部を有する端部の水分量が該対向端部よりも多い、請求項1〜6のいずれか1項に記載の断熱保護部材。
- 前記積層体の基材部と垂直方向における基材部との結合部を有する端部とその対向端部において、該基材部との結合部を有する端部の嵩密度が該対向端部と比較して高い、請求項1〜7のいずれか1項に記載の断熱保護部材。
- 前記基材部、該基材部と垂直方向における基材部との結合部を有する端部とその対向端部において、各部における無機繊維の嵩密度が、基材部、該基材部との結合部を有する端部、該対向端部の順に高くなる、請求項1〜8のいずれか1項に記載の断熱保護部材。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の断熱保護部材を製造する方法であって、
前記積層体を構成するためのニードルブランケットと前記基材部とを重ね合わせ、前記折り返し部となる部分で接合する工程と、
前記積層体を構成するためのニードルブランケットをこの接合部分で基材部と垂直方向に折り立てる工程と
を有する断熱保護部材の製造方法。 - 請求項1ないし9のいずれか1項に記載の断熱保護部材を、炉体の内面又は炉内部材の表面に取り付ける工程を有する断熱保護部材の施工方法。
- 前記断熱保護部材の基材部と反対側の面を、炉体の内面又は炉内部材の表面に取り付ける工程を有する、請求項11に記載の断熱保護部材の施工方法。
- 前記炉内部材の施工対象面が凸曲面である、請求項11又は12に記載の断熱保護部材の施工方法。
- 前記炉内部材は、スキッドポスト又はスキッドビームである、請求項13に記載の断熱保護部材の施工方法。
- 請求項1ないし9のいずれか1項に記載の断熱保護部材が表面に装着されている炉内部材。
- 前記炉内部材はスキッドポスト又はスキッドビームである、請求項15に記載の炉内部材。
- 前記断熱保護部材は、アルミナ・カルシア系組成物を含有する、請求項15又は16に記載の炉内部材。
- 請求項1ないし9のいずれか1項に記載の断熱保護部材が炉体内面又は炉内部材の表面に装着されている加熱炉。
- 前記炉内部材はスキッドポスト又はスキッドビームである、請求項18に記載の加熱炉。
- 前記断熱保護部材は、アルミナ・カルシア系組成物を含有する、請求項18又は19に記載の加熱炉。
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