JP2001220258A - 耐火断熱材 - Google Patents

耐火断熱材

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JP2001220258A JP2000031765A JP2000031765A JP2001220258A JP 2001220258 A JP2001220258 A JP 2001220258A JP 2000031765 A JP2000031765 A JP 2000031765A JP 2000031765 A JP2000031765 A JP 2000031765A JP 2001220258 A JP2001220258 A JP 2001220258A
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inorganic
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正人 大沢
Yasuo Misu
安雄 三須
Mikiya Fujii
幹也 藤井
Shozo Seo
省三 瀬尾
Shuji Omiya
修史 大宮
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 １０００℃以上の高温域においても優れた耐
火性及び断熱性を発現する断熱材を提供する。 【解決手段】 無機繊維と無機粉体と結合材からなる断
熱材において、無機粉体は結晶質であり、無機粉体の固
体熱伝導率が室温で２５ｋｃａｌ／ｍｈ℃以下であり、
断熱材の熱伝導率が１２００℃において０．２２ｋｃａ
ｌ／ｍｈ℃以下であることを特徴とする耐火断熱材。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主に工業炉の炉壁
材として使用されるのに適した、耐熱性および断熱性に
優れた耐火断熱材に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、環境保全や省エネルギーのため、
工業材料として優れた断熱材の要求が非常に高まってい
る。断熱材の使用温度域は広範囲であり、それぞれの使
用温度での優れた断熱性が要求される。例えば、建材と
して使用される断熱材は常温であり、一方、燃料電池や
電気炉などに使用される断熱材は中高温において優れた
断熱性が要求される。
【０００３】中高温域で使用される断熱材として、無機
繊維と無機粉体と結合材からなり、かつ湿式成形法によ
り成形された断熱材が知られている。例えば、特開平５
−９０８３号公報には、無機繊維と酸化チタンと無機結
合材より構成され湿式抄造法により成形された断熱材が
開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】工業材料として中高温
域で使用される、特開平５−９０８３号公報に示された
断熱材は、１０００℃以下の中温度域では優れた断熱性
を発現する。
【０００５】しかしながら、優れた断熱性を発現するた
めに使用する酸化チタンは、平均粒径が０．４μｍ以下
と微細粒であり、１０００℃以上の高温域では焼結によ
る熱的な劣化が著しく、断熱材の収縮や撓みが顕著であ
る。このため、高温域では、この断熱材は優れた断熱性
を発現することが不可能である。
【０００６】また、湿式成形の際には、濾過抵抗が大き
く、成形に長時間を要し、厚い成形体を得ることが困難
である。
【０００７】以上のような問題があることから、前記特
開平５−９０８３号公報に示された断熱材は、工業用炉
の炉壁構成において、比較的外側にしか使用できなかっ
た。
【０００８】本発明は、前記問題点を解決するため、１
０００℃以上の高温域においても優れた耐火性及び断熱
性を発現する断熱材を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の解決手段は、前
掲の請求項１〜７に記載の耐火断熱材である。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明は、無機繊維と無機粉体と
結合材からなる。
【００１１】まず無機粉体について説明する。
【００１２】本発明において使用する無機粉体は、１０
００℃以上の高温における耐熱性を維持するために配合
するものであり、１４００℃までの加熱によって大きな
体積の膨張または収縮を伴う相転移のない結晶質のもの
が好ましい。無機粉体が非晶質であると、高温において
結晶が析出し耐熱性および断熱性が低下する。例えば、
非晶質シリカを無機粉体として使用すると、１０００℃
以上で結晶化が生じる。その結果、断熱材に顕著な収縮
が起こり、耐熱性および断熱性が低下する。
【００１３】また、無機粉体が結晶質であっても、相転
移により大きな体積変化を生じると、強度、耐熱性およ
び断熱性の低下を来す。この理由により、少なくとも１
４００℃までの加熱において体積変化の少ない結晶質の
無機粉体を使用することが好ましい。
【００１４】本発明で使用する無機粉体の固体熱伝導率
は、室温で２５ｋｃａｌ／ｍｈ℃以下である。２５ｋｃ
ａｌ／ｍｈ℃を越える無機粉体では、粉体を流れる熱量
が多くなって断熱性に劣る。
【００１５】このような無機粉体の好適な例としては、
ムライト、コーディエライト、石英、クリストバライ
ト、ジルコン、ルチルなどが挙げられる。たとえば、無
機粉体は、次のような態様がある。
【００１６】（Ａ）ムライト、石英、クリストバライ
ト、コーディエライト、ジルコンの中から選ばれる１種
以上である。
【００１７】（Ｂ）ルチルである。
【００１８】（Ｃ）ルチルと、ムライト、石英、クリス
トバライト、コーディエライト、ジルコンの中から選ば
れる１種以上との混合体である。
【００１９】また、カオリンクレーの焼成品は、その構
成結晶相がムライトおよびクリストバライトである。こ
のような無機粉体も好ましいものとして使用できる。
【００２０】ムライトやコーディエライトは、単成分酸
化物であるアルミナやマグネシアよりも結晶構造が複雑
であり、輻射伝熱の抑制だけでなく、フォノン伝導の抑
制に極めて大きな役割を果たし、優れた断熱性を発現さ
せて特に好ましい。
【００２１】ルチルは高屈折率を有し、輻射熱の散乱、
特に赤外線の散乱効果があり、優れた断熱性を発現させ
るのに有効である。
【００２２】酸化チタンにはルチル型とアナターゼ型の
結晶が存在する。アナターゼ型は９００℃前後でルチル
型に相転移することが知られている。アナターゼ型酸化
チタンは１０００℃以上の高温に加熱されると、相転移
によって断熱材に変質をもたらし、耐熱性および断熱性
が低下する。
【００２３】無機粉体の平均粒径は１〜４５μｍが望ま
しい。１μｍ未満であると、固体の接触点が多くなると
ともに高温において焼結が起こり、耐熱性および断熱性
が低下する。また、湿式抄造の際に、濾過抵抗が大きく
なって、成形が困難になる。無機粉体の平均粒径が４５
μｍを越えると、断熱材中に存在する気孔が大きくな
り、気体による対流伝熱が増大し断熱性が低下する。
【００２４】次は、無機繊維について説明する。
【００２５】本発明には、好ましくは、アルミナシリカ
繊維、アルミナシリカジルコニア繊維、シリカ繊維など
の非晶質繊維、および、ムライト繊維、アルミナ繊維、
ジルコニア繊維などの結晶質繊維を好ましく使用でき
る。また、非晶質繊維を１０００℃で熱処理してムライ
トやジルコニアの結晶を析出した繊維を使用すること
も、耐熱性を向上させるために好ましい。これらの繊維
を１種類以上使用する。
【００２６】無機繊維の含有量は５５〜８０重量％が好
ましい。５５重量％未満であると、繊維の補強効果が十
分に得られずに強度が小さいことがある。８０重量％を
越えると粉体の量が低下し断熱特性が低下してしまうこ
とがある。
【００２７】本発明の耐火断熱材の好ましい嵩密度は
０．１８〜０．５０ｇ／ｃｍ3 である。０．１８ｇ／ｃ
ｍ3 未満では、対流及び輻射による伝熱が大きくなり、
０．５０ｇ／ｃｍ3 を越えると、固体伝導による伝熱が
大きくなることがある。
【００２８】本発明においては、高温での強度維持を目
的として無機結合材を１〜１０重量％使用するのが好ま
しい。無機結合材としては、シリカゾル、チタニアゾル
などのコロイド溶液が望ましい。使用方法は、スラリー
に混合するか、あるいは得られた断熱材に含浸すると良
い。さらに、有機結合材を３〜１０重量％の範囲で使用
することができる。有機結合材としては、例えば、アク
リル樹脂エマルジョンや合成ゴムラテックスなどが挙げ
られる。
【００２９】本発明の耐火断熱材は、湿式抄造法により
成形されることが好ましい。この方法では、水に原料を
分散し、これを抄造する。この際、凝集剤を添加するの
が好ましい。凝集剤の好ましい例は、ポリアクリルアミ
ド、澱粉などがある。この湿式抄造法によると、無機繊
維及び無機粉体の流動性が増し、無機繊維及び無機粉体
が均一に充填され、その結果、空隙が小さくて均一な成
形体が容易に得られる。さらに、圧縮して脱水すると、
空隙は一層小さくて均一になる。
【００３０】
【実施例】実施例１〜１０ 水に、無機繊維、無機粉体および結合材の所定量を投入
し、撹拌混合し、さらに適宜凝集剤を添加してスラリー
を作製した。
【００３１】次に、このスラリーを１２０×１２０ｍｍ
の大きさの抄造用モールドにて、厚み２５ｍｍに抄造し
た。その後、１００℃で１２時間加熱して乾燥して成形
体を得た。
【００３２】無機繊維、無機粉体および結合材の配合割
合と成形体の特性を表１に示す。使用原料は次のとおり
である。
【００３３】
【表１】 アルミナシリカ繊維１は東芝モノフラックス株式会社製
エンジニアードファイバーＲＦ２００／９９を使用し、
アルミナシリカ繊維２は東芝モノフラックス株式会社製
エンジニアードファイバーＲＦ５００／８０を使用し、
ムライト繊維は東芝モノフラックス株式会社製ファイバ
ーマックスバルクファイバーを使用し、ムライト粉体は
稲垣鉱業株式会社製ＭＦＢ−３２５Ｆを使用し、石英粉
体は福島窯業株式会社製結晶珪石Ｒを使用し、ルチル粉
体はキンセイマテック株式会社製ルチルフラワーを使用
し、非晶質シリカ粉体はシオノギ製薬株式会社製カープ
レックスＣＳ５を使用した。
【００３４】表１において、各実施例１〜１０の下に示
されている数値（配合割合）は重量部で示している。粉
体の（ ）内は平均粒径を示す。
【００３５】熱伝導率は、１２００℃において非定常熱
線法で測定した。熱伝導率が小さいほど断熱性に優れて
いる。加熱線収縮率は、試料を１３００℃で２４時間加
熱し、加熱による収縮を測定して算出した。収縮率の小
さいほど、耐熱性に優れている。
【００３６】比較例１〜３ 実施例１〜１０と同様にして比較例１〜３の成形体を得
た。これらの比較例１〜３の配合割合および特性を表２
に示す。
【００３７】
【表２】 比較例１は無機粉体を含まない例である。熱伝導率が大
きい。
【００３８】比較例２は、無機粉体にコランダムを使用
した例である。コランダムは固体熱伝導率が２５ｋｃａ
ｌ／ｍｈ℃を越えるので、成形体の熱伝導率が大きい。
【００３９】比較例３は、無機粉体に非晶質シリカを使
用した例である。耐熱性に劣る。
【００４０】実施例９、比較例２および比較例３の熱伝
導率対温度を図１に示す。図１より次のことが明らかで
ある。
【００４１】比較例３は、無機粉体として非晶質シリカ
を使用したために、６００〜１０００℃では低い熱伝導
率を示すが、１０００℃以上では熱伝導率が急激に上昇
した。
【００４２】実施例９は、無機粉体として石英を使用し
ているため、６００〜１０００℃のみでなく、１０００
℃以上においても、熱伝導率の上昇が少ない。
【００４３】このように、熱的に不安定な非晶質シリカ
ではなく、熱的に安定な結晶質シリカを使用することに
よって、１０００℃以上での断熱材の微細構造の変質を
抑制し、高断熱性を維持することが可能である。
【００４４】比較例２は、使用したコランダムの固体熱
伝導率が２５ｋｃａｌ／ｍｈ℃を越えて大きいので、全
ての温度域において、高い熱伝導率を示している。
【００４５】
【発明の効果】本発明によれば、１０００℃以下の温度
のみでなく、１０００℃以上の高温度領域においても耐
熱性と断熱性の両方に優れた断熱材が容易に得られる。
【００４６】本発明の断熱材を使用すれば、耐熱性と断
熱性の両方に優れているので、断熱材の厚みが、従来に
比較して薄くでき、その結果、加熱炉などのサイズがコ
ンパクトにできる。また、耐熱性に優れているので、断
熱性の向上によって生じる断熱材の温度上昇に対して
も、断熱材を安全に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例９、比較例２及び比較例３における熱伝
導率と温度との関係を示す。
【符号の説明】
● 実施例９ ▲ 比較例２ ○ 比較例３
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 幹也 東京都中央区日本橋久松町４番４号 糸重 ビル 東芝モノフラックス株式会社内 (72)発明者 瀬尾 省三 東京都中央区日本橋久松町４番４号 糸重 ビル 東芝モノフラックス株式会社内 (72)発明者 大宮 修史 東京都中央区日本橋久松町４番４号 糸重 ビル 東芝モノフラックス株式会社内 Ｆターム(参考） 4G019 EA03 EA07 4K051 AA00 BC01 BE00 BE03

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 無機繊維と無機粉体と結合材からなる断
    熱材において、無機粉体は結晶質であり、無機粉体の固
    体熱伝導率が室温で２５ｋｃａｌ／ｍｈ℃以下であり、
    断熱材の熱伝導率が１２００℃において０．２２ｋｃａ
    ｌ／ｍｈ℃以下であることを特徴とする耐火断熱材。
  2. 【請求項２】 嵩密度が、０．１８〜０．５０ｇ／ｃｍ
    3 であることを特徴とする請求項１に記載の耐火断熱
    材。
  3. 【請求項３】 無機粉体は、平均粒径が１〜４５μｍで
    あることを特徴とする請求項１または２に記載の耐火断
    熱材。
  4. 【請求項４】 無機粉体が、ムライト、石英、クリスト
    バライト、コーディエライト、ジルコンの中から選ばれ
    る１種以上であるか、または、ルチルであるか、あるい
    は、ムライト、石英、クリストバライト、コーディエラ
    イト、ジルコンの中から選ばれる１種以上とルチルとの
    混合体であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
    か１項に記載の耐火断熱材。
  5. 【請求項５】 無機繊維の含有量が５５〜８０重量％で
    あることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に
    記載の耐火断熱材。
  6. 【請求項６】 無機繊維が、アルミナシリカ繊維、アル
    ミナシリカジルコニア繊維、ムライト繊維、アルミナ繊
    維、ジルコニア繊維の中から選ばれる１種以上であるこ
    とを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
    耐火断熱材。
  7. 【請求項７】 耐火断熱材が湿式成形法により成形され
    たものであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれ
    か１項に記載の耐火断熱材。
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