JP2004168565A - 加熱炉の耐スケール性コーティング材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】a)結晶質ファイバー、b)無機バインダー、c)有機バインダー及びd)アルミナ粉を必須成分として含有し、加熱炉内に設けたセラミックファイバーブランケットから形成された耐火断熱材表面に塗布されるコーティング材において、a)結晶質ファイバーがアルミナ系又はアルミナ分80質量%以上のムライト系結晶質ファイバーであり、d)アルミナ粉が中心粒径20〜100μmの粗粒アルミナと中心粒径1〜40μm細粒アルミナ(但し、粗粒アルミナ/細粒アルミナの中心粒径の比は1.5以上である)の1:4〜4:1混合物であり、a)結晶質ファイバーとd)αアルミナ粉の合計が全焼成残分の90質量%以上である加熱炉の耐スケール性コーティング材。
【選択図】 なし
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は鋼片等を加熱する均熱炉等において炉壁・天井、スキッドポスト等に施工されるセラミックファイバー質耐火断熱材に使用されるコーティング材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
均熱炉等の各種の高温炉(以下、加熱炉という)の断熱性向上、加熱温度変更時の温度追随性向上を目的に耐火断熱ライニング材としてセラミックファイバーを用いることが多い。セラミックファイバーは、1400℃以上の高温にも耐えるため、セラミックファイバーブランケットの圧縮積層材や、セラミックファイバーブランケットを折りたたんで取付け金具と一体化したモジュール状ブロックを炉壁やスキッドポストに固定する方法が多く用いられている。
しかしながら、セラミックファイバーの積層材やブロックを加熱炉炉壁に施工した場合には、鋼片が加熱された場合に生成する酸化鉄等で構成されるスケールとの反応によってセラミックファイバーの収縮・焼結が促進されて断熱厚みが減少したり、目地開きを生じ、断熱性が低下するという問題があった。また、炉内のガス流によりセラミックファイバーが徐々に剥離していくという問題もあった。
【0003】
特公昭60−108295号公報には、セラミックファイバー表面にコーティング材を塗布する方法が開示されている。また、特開2000−283656号公報には、セラミックファイバー表面にセラミックファイバー含有吹付け材を吹付け、その上にコーティング材を塗布する方法が開示されている。しかしながら、これらのコーティング材は加熱炉の最も高温側に位置するだけでなく、炉内で生じるスケールや気流に直接触れるため、より高い耐熱性、耐スケール性、高剥離強度が望まれている。
【特許文献1】
特公昭60−108295号公報
【特許文献2】
特開2000−283656号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、加熱炉ライニングにセラミックファイバーを使用する際において炉内ガス流によるファイバー損傷及びスケールの付着等による損傷を十分に減少できるコーティング材を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、a)結晶質ファイバー、b)無機バインダー、c)有機バインダー及びd)アルミナ粉を必須成分として含有し、加熱炉内に設けたセラミックファイバーブランケットから形成された耐火断熱材表面に塗布されるコーティング材において、a)結晶質ファイバーがアルミナ系又はアルミナ分80質量%以上のムライト系結晶質ファイバーであり、d)アルミナ粉が中心粒径20〜100μmの粗粒アルミナと中心粒径1〜40μm細粒アルミナ(但し、粗粒アルミナ/細粒アルミナの中心粒径の比は1.5以上である)の1:4〜4:1混合物であり、a)結晶質ファイバーとd)アルミナ粉の合計が全焼成残分の90質量%以上であることを特徴とする加熱炉の耐スケール性コーティング材である。また、本発明は、コーティング材中のd)アルミナ粉が、αアルミナ粉であり、その含有量が全焼成残分の80wt%以上である前記の加熱炉の耐スケール性コーティング材である。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明の加熱炉のコーティング材は、加熱炉内に設けたセラミックファイバーブランケットから形成された耐火断熱材表面に塗布されるコーティング材である。加熱炉としては、燃焼炉、電気炉、均熱炉等の1000℃以上の高温となる炉であって、耐火材又は断熱材としてセラミックファイバーブランケットから形成された耐火断熱材を使用した炉であれば制限はない。しかし、耐スケール性に優れるため、鋼材用の加熱炉に使用した場合効果が優れる。
セラミックファイバーブランケットから形成された耐火断熱材は、取付け金具と共にモジュールとなったものでもよいし、単純に積層されてブロック状となったものでもよい。セラミックファイバーの材質は、低温用、高温用ファイバーの何れも使用可能である。
【0007】
また、本発明の加熱炉のコーティング材は、セラミックファイバーブランケットのブロック表面に直接塗布してもよいし、予めセラミックファイバーブランケットのブロック表面にセラミックファイバーを含有する吹付材を吹付けたものであってもよい。かかる吹付け材としては、前記特開2000−283656号公報に記載されたようなセラミックファイバー、バインダーとしての珪酸塩、リン酸塩、スラリー状にした粘土又はセメントからなる吹付け材が使用できる。
【0008】
本発明のコーティング材は、a)結晶質ファイバー、b)無機バインダー、c)有機バインダー及びd)アルミナ粉を必須成分として含有する。
【0009】
そして、a)結晶質ファイバーはアルミナ系又はアルミナ分80質量%(重量%)以上のムライト系結晶質ファイバーである必要がある。シリカ含量が多い非晶質セラミックファイバーでは耐熱性や耐スケール性が十分ではない。結晶質ファイバーは、粉砕されたものであっても、繊維状のものであってもよいが、短繊維状のものが好ましい。結晶質ファイバーの配合量は、全焼成残分の0.1質量%以上であることがよく、好ましくは0.5〜5質量%である。ここで、全焼成残分は、コーティング材を空気中で、1000℃以上の温度で焼成したとき、残る残分である。
【0010】
また、d)アルミナ粉は、中心粒径20〜100μm、好ましくは30〜80μmの粗粒アルミナと中心粒径1〜40μm、好ましくは1〜20μm細粒アルミナ(但し、粗粒アルミナ/細粒アルミナの中心粒径の比は1.5以上、好ましくは2.0以上である)である。また、粗粒アルミナ/細粒アルミナの比は1:4〜4:1混合物であるが、好ましくは1:2〜2:1混合物である。a)結晶質ファイバーとd)アルミナ粉の合計は、全焼成残分の90質量%以上、好ましくは95〜98質量%とすることがよい。また、アルミナ粉は、αアルミナであることが熱安定性の点で好ましい。更に、d)アルミナ粉の配合量は、全焼成残分の80質量%以上、好ましくは80〜95質量%とすることがよい。なお、上記に該当しないセラミックファイバー又はアルミナ粉の混入は排除するものではないが、それぞれに対し少量であることがよく、それぞれの20質量%以下であることが望ましい。
【0011】
b)無機バインダーとしては、耐熱性が優れるアルミナゾル又はシリカゾルが好ましいものとして挙げられる。これらは、水溶液として使用される。この無機バインダーは、焼成後も残存して結合効果を保持するため、焼成残分として2〜15質量%、好ましくは3〜10質量%を配合することがよい。
【0012】
c)有機バインダーとしては、CMCやPVA等の水溶性の接着材が好ましく使用されるが、これらに限らず澱粉やニカワ、アクリル系ポリマー等の通常の接着材も使用可能である。c)有機バインダーは、塗布又は吹付け時のダレ等を防止し、所定の強さで接着させるために使用されるが、焼成時に焼失するため、多量に使用すると空隙等が発生し、クラック等が生じる恐れがある。したがって、その配合量は本発明のコーティング材中の固形分(100℃で乾燥後残存する成分)中の0.1〜5質量%、好ましくは0.2〜3質量%がよい。
【0013】
本発明のコーティング材は、上記a)〜d)を必須成分とするが、塗布する際は所定の粘度にするため水が使用される。乾燥前の水の含有量は、通常10〜40質量%である。上記a)〜d)からなる必須成分の配合割合は、水分を除いた固形分中に95質量%以上含まれることがよい。本発明のコーティング材には、必要により上記成分の他、ベントナイト等の耐火材を配合したり、界面活性剤等の微量調整剤を配合して、塗布又は吹付け性、保存安定性等を向上させたりすることができる。しかし、耐火材の配合量は固形分中の5質量%以下、好ましくは2質量%以下とすることがよく、界面活性剤等の微量調整剤の配合量は、コーティング材中の5質量%以下、好ましくは3質量%以下とすることがよい。
【0014】
a)結晶質ファイバーはコーティング材のクラック発生を抑制すると共に、塗布するセラミックファイバーブロックとの結合力を高めるが、高価であるので、上記範囲とすることがよい。b)無機バインダーは乾燥、焼成後も残存して接着力を与えるものが使用され、アルミナゾル又はシリカゾルが有利に使用される。これらの無機バインダーは高価であるだけでなく耐スケール性等に問題を生じさせるので、上記範囲とすることがよい。なお、アルミナゾル又はシリカゾルに含まれる水分は上記の計算では水分として計算する。c)有機バインダーは、増粘剤としての作用も有し、塗布性、初期接着力を向上させるために使用され、CMC等が使用される。しかし、有機バインダーは焼成後は消失するので、上記範囲とすることがよい。d)アルミナ粉は安価であるばかりでなく、耐熱性や耐スケール性も優れるので、主成分として含有される。そして、アルミナ粉は、粗粒子と微粒子の混合物からなり、少なくとも2つの粒度分布を有する。このようにすることにより、流動性や焼成後の被覆密度が高まると共に、乾燥、加熱時のクラック発生を抑制し、セラミックファイバーブロックを保護する能力が高まる。
【0015】
本発明のコーティング材のセラミックファイバーブロック表面への塗布方法には制限はないが、スプレーを使用する吹付け法やはけを使用する塗布法が有利である。また、セラミックファイバーブロック表面ではなく、隙間やレンガ等の他の耐火材表面にも本発明のコーティング材を塗布することもできる。塗布厚みは任意であるが、1〜10mm程度である。塗布後はこれを乾燥して、焼成して使用する。
【0016】
【実施例】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
実施例1〜2
結晶質ファイバー5重量部、無機バインダー10重量部、有機バインダー3重量部、粗粒αアルミナ粉(中心粒径40μm)25重量部、細粒αアルミナ粉(中心粒径2.5μm)25重量部、水32重量部、及び界面活性剤0.01重量部を混合して、コーティング材を得た。なお、結晶質ファイバーとしては、アルミナ分82質量%のムライト系結晶質ファイバー短繊維を使用し、無機バインダーとしては、固形分濃度20質量%のアルミナゾル(A)又は固形分濃度30質量%のシリカゾル(B)を使用し、有機バインダーとしては、CMCを使用した。
【0017】
このコーティング材表面に酸化鉄スケールを直径8×高さ8mmに成形して載せた試料を、1400℃−24hrの加熱処理を行い、反応変色深さ(mm)を測定して耐スケール性の評価を行った。
また、このコーティング材について、1300℃及び1400℃に加熱時の収縮率を測定した。併せて、セラミックファイバーブランケットから形成されたブロックについても1300℃及び1400℃に加熱時の収縮率を測定したところ、セラミックファイバーブランケットがアルミナファイバーブランケットである場合の収縮率は0.5%(1300℃)及び1.0%(1400℃)であり、最高使用温度1400℃のシリカ−アルミナ系のセラミックファイバーブランケットである場合の収縮率は2.5%(1300℃)であった。
【0018】
比較例1〜3
比較のため実施例2の結晶質ファイバーを非晶質セラミックファイバーとし、他は同配合として得たコーティング材(比較例1)、結晶質ファイバーを使用せず、中心粒径40μmのアルミナ粉50重量部を使用して得たコーティング材(比較例2)、及び結晶質ファイバーを使用せず、中心粒径2.5μmのアルミナ粉50重量部を使用して得たコーティング材(比較例3)について同様な実験を行った。
ファイバーの種類及びアルミナの中心粒径、その配合割合(重量部)及び耐スケール性、収縮率、塗布乾燥後の性状を観察した結果を表1に示す。なお、無機バインダーとしては、実施例1ではアルミナゾル(A)を使用し、その他の実施例及び比較例ではシリカゾル(B)を使用した。
【0019】
比較例4〜6
比較のため市販されているコーティング材(比較例4:日本特殊陶業社製パーマタイト、比較例5:イソライト工業社製ネオコート、比較例6:テルニック工業社製ベタック)について、同様な実験を行った。
結晶質ファイバーとαアルミナ含有率(結晶質ファイバーとαアルミナ粉の合計が全焼成残分に占める割合:質量%)、αアルミナ粉含有率(αアルミナ粉の含有量が全焼成残分に占める割合:質量%)及び耐スケール性、収縮率を測定した結果を表2に示す。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】
加熱によって相変態を生じない結晶質ファイバーとαアルミナ粉の合計を90質量%以上とすることによって、耐スケール性が格段に向上することが判明した。更に、アルミナ粉を、粗粒子と微粒子の混合物とすることにより、乾燥、加熱時のクラック発生を抑制し、セラミックファイバーブロックを保護する能力が高まることが判明した。
なお、セラミックファイバーブランケットのブロックの収縮率は、セラミックファイバーの種類(耐熱度)にもよるが1300℃で0.5〜2.0%、1400℃で1.0%程度であるので、それに相応する収縮率を示すことは付着性が高まる点で有利でもある。
【0023】
【発明の効果】
本発明により、炉壁にセラミックファイバーをライニングした加熱炉において鋼片等からのスケールによるセラミックファイバーの損耗が防止される。また、耐熱性、耐剥離性等も向上する。更に、セラミックファイバーブロックの表面の損傷に対しても容易に補修可能となり、修理コストの大幅な削減が可能となる。
Claims (2)
- a)結晶質ファイバー、b)無機バインダー、c)有機バインダー及びd)アルミナ粉を必須成分として含有し、加熱炉内に設けたセラミックファイバーブランケットから形成された耐火断熱材表面に塗布されるコーティング材において、a)結晶質ファイバーがアルミナ系又はアルミナ分80質量%以上のムライト系結晶質ファイバーであり、d)アルミナ粉が中心粒径20〜100μmの粗粒アルミナと中心粒径1〜40μm細粒アルミナ(但し、粗粒アルミナ/細粒アルミナの中心粒径の比は1.5以上である)の1:4〜4:1混合物であり、a)結晶質ファイバーとd)アルミナ粉の合計が全焼成残分の90質量%以上であることを特徴とする加熱炉の耐スケール性コーティング材。
- コーティング材中のd)アルミナ粉が、αアルミナ粉であり、その含有量が全焼成残分の80質量%以上である請求項1記載の加熱炉の耐スケール性コーティング材。
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JP2011032118A (ja) * | 2009-07-31 | 2011-02-17 | Shin-Nippon Thermal Ceramics Corp | 耐FeO性コーティング材 |
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2002
- 2002-11-18 JP JP2002333425A patent/JP2004168565A/ja active Pending
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