JPS5829135Y2 - 耐火性／断熱性モジュ−ル - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 考案の分野 この考案は高温度の囲繞体の壁を構築、すなわち内貼り
するために使用することができる耐火性／断熱性モジュ
ールに関する。

この囲繞体はダクト、かまど、キルンおよびその他の種
々の型の炉の形とすることができるが、ここでは便宜上
炉とする。

この考案のモジュールは、露出される温度にお−いて劣
化しないで耐えることができて、かつ断熱材としても作
用することができる材料という意味の耐火物によって構
成しなければならないことを認識すべきである。

従って断熱材料というときは、当該材料を使用すること
が要求される温度において耐火性をも有することを理解
すべきである。

従来技術 従来の耐火物炉内張は耐火煉瓦または単一体耐火物から
構成されていた。

耐火物は密度が１２０〜１５０１ ｂ／ｆｔ３と高く、
シかも断熱性に乏しいので厚くする必要があり、これら
の内張は非常に重く、従って実質的な基礎と支持構造物
とを必要とし、さらに熱容量が大きいために、使用後に
長い冷却時間を必要とし、かつ使用前に内張を動作温度
まで上げるのに大量の無駄な熱量を必要とした。

また内張は温度の上昇に伴って膨張し、これに適合する
ように支持構造物を構築する必要があった。

最近一般にセラミック繊維として知られる耐火性の優れ
た耐火物繊維が開発された。

このようなセラミック繊維は通常けい酸アルミニウムか
らなり、所望の最高動作温度に応じて種々の等級のもの
が市販されている。

たとえばアルミナ約４３〜５５％とシリカ約４２〜５４
％とを含む繊維が１２６０℃までの使用に適当であり、
またシリカを減らしてアルミナ含量を６０〜６２％に増
加させると１４００℃までの使用に適当となる。

さらに最近はほとんど純粋なアルミナまたはジルコニア
をベースとするセラミック繊維が得られて、これは１６
００℃までの使用に耐える。

このようなセラミック繊維から作られた耐火物は質量対
体積の比が非常に小さく、熱容量が小さく、その密度は
ブランケットおよびフェルトが６１ｂ／ｆｔ３．ボード
が１５〜２０１ ｂ／ｆｔ”であり、また断熱性が大き
く、かつ熱膨張が無視できるので、炉の内張用に非常に
適しており、ブランケット、フェルトまたはボードの形
状で使用することができる。

しかしこれらの形状では構築するのに重大な困難を伴な
う。

さらにブランケット、フェルトおよびボードは熱収縮と
いう大きな欠点があり、さらにブランケットとフェルト
との軟かい面は侵食性ガスによって侵食され易い。

従って高圧高温のガス流において使用できず、実際に炉
ケーシングから剥れることが多かった。

さらに基本的な問題として炉ケーシングへの固定方法が
問題である。

１２００℃までの比較的低温度においては、ケーシング
の金属スタッド、金属ワッシャおよび金属ファスナによ
って取り付ける。

さらに高温度においては、これらの金属部材を高温面か
ら隔てるのに複雑なセラミック構造体が必要であす、シ
かも高温度のためにセラミックが破損したり、たとえば
振動によって脱落したりすることがあつまた。

またセラミック繊維ボードは炉の高温度において、曲り
たり捩れたりする傾向があるので、露出した金属ファス
ナを使用しないと取付は位置に固定できない。

またセラミック繊維を使用した塊状の低密度モジュール
を作り、これを炉の内張を構築するために使用すること
も提案された。

考案の概要 この考案の目的は、比較的高価なセラミック繊維材料を
より効果的に使用するのみでなく、高温面の温度と、高
温面と低温面との間で要求される温度傾斜との異なる使
用条件に適合することができる改良されたモジュールを
提供することである。

ここで使用する高温面という語は炉の温度に暴露される
モジュールの端面を意味し、一方低温面という語はモジ
ュールのその反対面を意味する。

この考案によって、改良された耐火性／耐熱性モジュー
ルは、開いた箱形の本体ａと、分離した後壁すと、耐火
性断熱材料Ｃとからなり、前記本体ａが、モジュールの
高温面を構成する前壁と、少なくとも外面が本体ａの前
面から後方に向かって内側に傾斜している側壁とからな
る、セラミック繊維を真空成形してなる一体物であり、
前記分離した後壁すが、本体ａの前壁から隔たるごとく
本体ａの側壁に取りつけられた、本体ａよりも耐火度の
低い耐火性断熱材料からなるブロックであり、かつ前記
耐火性断熱材料Ｃが、本体ａの側壁および前壁と、分離
した後壁すとによって囲まれる空間に入れられている。

この考案によるモジュールの本体は、前壁、すなわち高
温面と、側壁とをセラミック繊維の真空成形によって成
形する、高温壁と低温壁との間の温度傾斜を制御するた
めに、モジュールの内部を種々の方法で処理する。

内部にたとえば粉末または発泡状態の適当な断熱材料を
充填する。

またモジュールは閉塞部材として作用する後壁を設ける
。

この後壁、すなわち閉塞部材はセラミック繊維または他
の低級断熱材料からなるボードを使用することができる
。

こうして囲繞された空間を、たとえば粉末状の断熱材料
で充填したり、または二つの側壁の間を前壁に平行に延
びる一つまたはそれより多い中間層によって、多数の空
気空間を区割することかで゛きる。

この中間層はセラミック繊維ボード、バーミキュレート
ボードまたは他の断熱性ボードを、単一、または必要に
応じて選択し組み合わせて構成することができる。

こうして形成された空気空間の全部またはいくつかに、
断熱材料を充填することができる。

また熱の大部分は放射によって伝達されるので断熱材料
の少なくとも一部分に放射熱伝達を減少させるように作
用するルチルのような物質を含ませることが適当である
。

上記のモジュールは、その低温面にモジュールの後面と
しても作用するロックウールまたはけい酸カルシウムの
ような低級断熱材料からなるブロックを取り付ける。

好ましい実施態様の説明 第１図はこの考案によるモジュールの本体を示す。

モジュール本体は真空成形されたセラミック繊維からな
り、開いた箱形の構造２を有し、前壁４（図では底面）
が高温面を形成し、側壁６（図では正面、背面および側
面）が前壁の周縁の周りに延びている。

構造上の便宜のために側壁６の内面と外面とは二つとも
僅かに傾斜していて、各壁の厚みは外端に向かって減少
している。

前壁４と側壁６とによって限られる空間を断熱材料で充
填することによって断熱性を改良することができる。

このような材料はたとえば、セラミック繊維ブランケッ
トまたは発泡耐火物であり、前者は適当な結合剤ととも
に使用してもよく、また後者は最初に結合剤と発泡剤と
を添加したセラミック繊維のスラリーを作り次に乾燥し
て固化させてもよい。

第２図は第１図のモジュールの変形を示す。

ここでは側壁６の厚みは外端に向かって減少して段８を
形成し、段は後壁１０（ふた）を載せる。

これはセラミック繊維または他の適当な耐火性断熱材料
のボードから作り、適当な耐火性セメントによって位置
に固着させることができる。

前壁、側壁および後壁の間に囲繞された空間は、性能上
の要求に応じて適当な耐火性断熱材料を充填してもよい
し、または高熱面（前壁）に平行に延びる一つまたはそ
れより多い空気間隙を形成するように分割してもよい。

第３図は第２図のモジュールの断面図であって、前壁４
、側壁６および後壁１０の間に囲繞された空間は、発泡
状または粉末状の断熱材料１２を充填する。

第４図はこの考案による組み立てられたモジュールの一
つの形を示し、第２図のモジュール本体に後壁（ふた）
を設け、本体の中に隅部１６によって側壁４の内面と後
壁との間に中間層、すなわちボード１４を固着する。

ボード１４と後壁１０との間の空間は空として空気間隙
を形成するが、前壁４の内面とボード１２との間の空間
は適当な断熱体１８を充填する。

また図のモジュールは、その低温面（図では底面）にロ
ックウールのような低級断熱材料のブロック２０を取り
付ける。

前記のようにセラミック繊維材料は加熱されると収縮す
る傾向があり、使用時の温度においては約４％収縮する
。

この収縮は隣接するモジュールの間に間隙を生じさせ、
炉壁を炉の高温ガスに露出することになるので望ましく
ない。

この収縮の効果は第４図に示すようにして減少させるこ
とができる。

すなわちモジュールの高温面の約１０ｃｍの間隙をおい
た格子状の溝２２を設け、これは鋸で切るか、または下
記のようにしてモジュールの製造中に形成する。

溝２２は前壁４の厚みの半分よりやや大きい深さとする
。

さらに前壁の内面に同様な格子状の溝２３を設け、これ
は少なくとも側壁６の内面の一部分に連続していて、内
面の溝と外面の溝とを干烏足のようにずらせて設けるこ
とが好ましい。

これとは別に、またはこれに加えて、前壁４をやや外方
に曲げて、前壁の外面が凸面となり、内面が凹面となる
ように形成することが適当である。

第５図は第４図のモジュールの変形であって、側壁６に
形成した段の上に中間層、すなわちボード２４を載せ、
ボードの両側に空気間隙を残す。

この構造において、ボード２４は放射熱に対する遮蔽物
として作用する材料で作ることが好ましい。

第２．３．４および５図にモジュールの種々の部分は、
必要であれば適当は耐火セメントを使って固着すること
ができる。

第５図は炉に内張すした配置において、隣接するモジュ
ールの側壁と側壁とを隣接させた３個のモジュールを示
す。

各モージュールは第４図について記載したように低温面
に低級断熱材料のブロック２０を取り付けている。

かりにモジュールが収縮したとしても、モジュールの間
の結合部を通って高温ガスが流れないように、セラミッ
ク繊維の充填物２８を隣接するモジュールの側壁の間に
充填する。

この充填物は、モジュールの間に中位の圧力でセラミッ
ク繊維ブランケットをストリップ状として充填すること
ができる。

これとは別に充填物は、樹脂で接着したセラミック繊維
をくさび状として充填してもよい。

このような材料は炉温で繊維がその接着された体積を数
回収縮するとき、接着が破壊される。

どの場合でも充填物の固有の弾力性は、モジュールが収
縮したときでも結合部を有効に保持する。

ある環境において特に大型のモジュールの場合には、側
壁６の内面を、通常の耐火物ブロックにおいて知られた
形状とし、隣接するモジュールの間で重なり合った結合
部を設けることもできる。

この考案のモジュール本体は公知の真空成形法によって
製造する。

この製法の一種として、少なくとも表面の一部分に孔を
開けるか、または他の方法で透過できるようにした適当
な形状の鋳型に吸引管を連結した後、セラミック繊維の
短かいステーブルのスラリー中に浸す。

繊維が十分な厚みに形成されるまで吸引し続ける。

次に成形したモジュール本体を鋳型から取りはずして、
約１５０℃で循環する空気のなかで乾燥する。

スラリーは、コロイド状シリカおよび／または殿粉のよ
うな適当な結合剤を含むことが適当である。

完成したモジュール本体の密度は１５〜１８１ｂｓ／ｆ
ｔ３程度が好ましい。

もつとも断熱値が対応して低下しても構わないときは、
これよりもやや高い密度であってもよい。

この製法で使用する適当な鋳型を第６図に示す。

図示のようにこの鋳型はその開放端において内方折曲げ
フランジ３２を有するトレー３０を有し、その縁に型板
３４の周縁を固着する。

もし第４図のように高温面に格子状の溝２２を有するモ
ジュールを成形するときは、トレー３０の開放端に金属
ストリップ片からなる格子３６を配置して吸引操作を行
なえばよい。

図示しない手段によってフランジ３２に着脱可能に格子
を装着するか、または蝶合させ、モジュール本体を成形
した後に、格子を図示の位置から取りはずして、モジュ
ール本体を鋳型から取りはずすことができる。

第４図の溝２３は型板３４の面に同様な格子を固着させ
て形成させることができる。

この考案のモジュールは本体を真空成形するときに、ス
ラリーとして使用するセラミック繊維の性質とか、等級
は、モジュールの目的とする用途に応じて選択する。

従って炉の動作温度、雰囲気の物理的または化学的条件
を考慮して、高級または低級のセラミック繊維、または
その混合物を選択して、前記の条件にもつとも適合した
モジュールを製造することができる。

この考案のモジュールは、煉瓦のように炉に内張すする
ことができて、たとえばセメントによるような通常の結
合方法によって炉壁または他の支持構造物に固着させる
ことができる。

しかしモジュールの重量が軽いために固着方法を改良す
ることができ、次にその二つの方法を記載する。

第７および８図は炉壁を示す。

炉壁４０には下方にすで゛にモジュール４１が固着され
ていて、これにモジュール４２を固着する。

これらのモジュールは、第４および５図に示すモジュー
ルについて記載したように低温面に低級断熱材料ブロッ
クを取り付けている。

固着手段は、便宜上２本のワイヤを溶接したＶ形部材４
４からなる。

この部材はその自由端が反対方向を指向しているスパイ
ク４６．４８を有し、その頂点にＶ形部材のアームを含
む平面に直角に延びて、スロット５２を設けるように形
成された脚部５０を有する。

ねじ付スタッドを公知の方法で壁旬に溶接し、脚部５０
を壁４０に圧着させたＶ形部斜射をモジュール４２に向
かって前進させ、スロット５２をスタッド５４と係合さ
せ、スパイク４６をモジュールの側壁に圧入させる。

最後にワッシャ５６をスタッド５４にはめて、ナツト５
８をねじ込むと、第８図に示すように組み立てられる。

ねじ付スタッドの代りに平滑スタッドとこれに協働する
スピードナツト、または一体化したカラー付スタッドを
使用することができる。

その後で次に固着すべきモジュール６０を矢印の方向に
モジュール４２に向かって前進させて、スパイク４８に
止める。

次にすでに記載したように、■形部材間を使ってモジュ
ール６０の他側を固着させる。

第９図に示すように他の取付方法として、通常はステン
レス鋼のストリップ片６２の一端を製造中にモジュール
６６の側壁６４に埋め込む。

図示のようにストリップ片６２は側壁の端から出て、次
にモジュール６６の低温面に固着された低級断熱材料の
ブロック６８のスロットを通してねじ込む。

次にストリップ片の自由端を直角に曲げて、ブロックの
縁から延び出るようにする。

ストリップ片の先端に開口部７０を設け、第７および第
８図について記載したように、スタッドはこの開口部を
通って（図示しない）炉壁に溶接される。

上記の取付方法のいずれも作業員が完全に見えるところ
で炉にスタッドを溶接するので、溶接の質を見ることが
でき、必要であれば試験することができる。

この考案のモジュールは図示のように直方形の高温面を
有するが、この面は正方形であってもよいし、また場合
によっては三角形でもまた六角形であってもよい。

前記のように、この考案の耐火性／断熱性モジュールは
非常に有益であって、モジュール本体の所定のサイズを
種々の用途に適合するように充填物を選択することがで
きる。

さらに高温面、すなわちモジュール本体前壁の厚みを必
要に応じて変化させることができる。

この考案のモジュールが軽量であることと、断熱性が改
良されていることは、炉およびその他の囲繞体を設計し
直すことを考慮することができ、これによって通常使用
する重い支持構造物および基礎を非常に減少させ、また
その代わりにモジュール支持体とすることを最初から意
図した軽量枠組を設けることができる。

この考案の耐火性／断熱性モジュールの利益を要約すれ
ば次の如くである。

（ａ）開いた箱体の本体を使用することによって、最高
級の耐火性繊維の必要量を減少する。

その原価はかなり高いものであり、最高動作温度ととも
に増加する。

（ｂ）箱形の本体の内部は箱の前壁と側壁とによって高
温度の炉ガスと接触することを防止されるので、充填す
る耐火材は比較的低級なものでもよい （Ｃ）セラミック繊維を真空成形することによって、箱
の形状を正確にし、密度を制御し、従って断熱性を高め
るとともに重量を軽減し、かつ炉内での加圧または減圧
および高速度のガス流に対して適当な抵抗性を有する強
さとすることができる。

（ｄ）真空成形によって製造した箱体の本体は、本来形
状が安定であって、かつ剛性を有するので、セラミック
繊維ボードのごとく曲ったり捩れたりすることがない。

（ｅ）種々の所望の品質のセラミック繊維またはその混
合物から箱形の本体を真空成形できるので、所望の最高
動作温度に応じて適当な箱を容易に製造することができ
る。

（ｆ）真空成形で使用する鋳型を変更することによって
種々の厚みおよび壁高を有する箱を簡単に製造すること
ができる。

（ｇ）箱形の本体の側壁はアンカ一部材の鋭い点によっ
て穿孔しても破壊されない密度および強さを有するので
、高温面から離れた距離に金属部分を保持する簡単で・
効果的カリ新規なアンカ一方法に改良することができる
。

アンカ一方法はモジュールの外において、作業員に見え
る点において炉のケーシングにスタッドを溶接するだけ
でよい。

これは信頼できるアンカ一方法を得るのに実際に最も重
要なことである。

（ｈ）箱形の本体、充填物および低級耐火物後壁から組
立てたモジュールは、所要の動作温度、および高温面と
低温面との間の所要の温度傾斜に応じて容易に設計する
ことができる。

（ｉ）組み立てたモジュールは重量が軽いので、重い耐
火材に比べると、■人で容易に取り扱うことができ、か
つ所要の支持鋼材構造物を最小にすることができる。

（ｊ）組み立てたモジュールは実際にプレハブブロック
であって、厳密に制御された工場環境において製造し、
かつその強さは取り扱い、運送および取りつけ中の損害
を防止するのに適当である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案のモジュール本体の部分切欠き斜視図
であり、第２図は後壁（ふた）を有するモジュールの部
分切欠き斜視図であり、第３図は後壁を有するモジュー
ルの断面図であり、第４図は内部の配置を示すモジュー
ルの部分切欠き斜視図であり、第５図は隣接モジュール
に並置して組み立てた他の形のモジュール断面図であり
、第６図はモジュール本体を作るときに使用する一つの
形の鋳型の断面斜視図であり、第７図はこの考案の一つ
の方法によって取り付けたモジュールの斜視図であり、
第８図は第７図のモジュールの平面図である。 第９図はこの考案の他の方法によって取り付けたモジュ
ールの斜視図である。 ２・・・・・・モジュール本体、４・・・・・・前壁、
６，６４・・・・・・側壁、８・・・・・・段、１０・
・・・・・後壁、１２・・・・・・断熱材料、１４゜２
４・・・・・・中間層、１６・・・・・・隅部、１８・
・・・・・断熱体、２０・・・・・・低級断熱材料ブロ
ック、２２，２３・・・・・・溝、２６，４１．４２゜
６０．６６・・・・・・モジュール、２８・・・・・・
充填物、３０・・・・・・トレー、３２・・・・・・フ
ランジ、３４・・・・・・鋳型、３６・・・・・・格子
、４０・・・・・・炉壁、４４・・・・・・Ｖ型部材、
４６．４８・・・・・・スパイク、５０・・・・・・脚
部、５２・・・・・・スロット、５４・・・・・・スタ
ッド、５６・・・・・・ワッシャ、５８・・・・・・ナ
ツト、６２・・・・・・ストリップ、７２・・・・・・
開口部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 高温度の包囲体の壁を構築または内張すするために使用
   する耐火性／断熱性モジュールであって、開いた箱体の
   本体ａと、分離した後壁すと、耐火性断熱材料Ｃとから
   なり、前記本体ａが、前面がモジュールの高温面を構成
   する前壁と、少なくとも外面が本体ａの前面から後方に
   向かって内側に傾斜している側壁とからなる、セラミッ
   ク繊維を真空成形してなる一体物であり、前記分離した
   後壁すが、本体ａの前壁から隔たるごとく本体ａの側壁
   に取りつけられた、本体ａよりも耐火度の低い耐火性断
   熱材料からなるブロックであり、がっ前記耐火性断熱材
   料Ｃが、本体ａの側壁および前壁と、分離した後壁すと
   によって囲まれる空間に入れられている耐火性／断熱性
   モジュール。