JP2005299022A

JP2005299022A - 金属繊維フェルト

Info

Publication number: JP2005299022A
Application number: JP2004117965A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Saito; 藤嘉一斎; Masahiko Kido; 戸賢彦城
Original assignee: Nippon Felt Co Ltd
Current assignee: Nippon Felt Co Ltd
Priority date: 2004-04-13
Filing date: 2004-04-13
Publication date: 2005-10-27

Abstract

【課題】４００℃以上の高温で使用でき、金属繊維の脱落がなく、通気性の良好な金属繊維フェルトを提供する。
【解決手段】（Ａ）鉄および／または鉄合金からなる繊維と、（Ｂ）少なくとも表面の一部がケイ素６．５〜１３．０重量％を含むアルミニウム合金であるブレージング材繊維を、好ましくは６０：４０〜９５：５（重量比）の混合比とした混合金属繊維集合体であり、、必要によりニードリングにより一体化してから、５５０〜７００℃に加熱してなる。この混合金属繊維集合体は、鉄および／または鉄合金鋼の薄板と、ブレージング材薄板を合わせてコイル状にしてその端面を切削して繊維状にしたコイル材切削法により製造するのがよい。
【選択図】なし

Description

本発明は焼却炉やボイラなど高温ガス中のダストを捕集するフィルター材、ガスの清澄化を行うガスフィルター、高温部と接触するパッド材などに用いられる耐熱金属フェルトに関するものである。

有害物質による大気汚染、さらにダイオキシン類による環境汚染は深刻な地球環境問題となり世界的に規制が強化され、ボイラ、焼却炉など産業燃焼炉における集塵、および窒素酸化物、硫黄酸化物の除去が義務付けられている。特にダイオキシン類は、毒性、発ガン性の非常に高い有害物質として、世界的に厳しい規制が設けられ、新設既設を問わずに排ガスの高度な集塵装置の設置が義務づけられ、これに対応する除去装置の低コスト化が求められている。

ダイオキシン類は、燃焼温度の低い不完全燃焼時に炭化水素と塩素が金属化合物の触媒作用で生成し、燃焼室より温度が下がった後続設備における温度が２００〜４００℃において特に多いといわれている。従って、焼却室で厳格な管理の下に完全燃焼を行っても、排ガスの冷却過程で飛灰中の金属類を触媒として極微量の前駆物質から再合成されてくる。そこで、ダイオキシン類の生成を抑えるには、２００℃以下あるいは４００℃以上の温度で集塵することが望まれる。

集塵設備は、電気集塵器による方法とバグフィルターによる方法が主流であるが、電気集塵器は、設備費が大きく保全性が良くなく、しかもその操作温度が３００℃前後であることが多く、ダイオキシン類の抑制には限界がある。そこで今では２００℃以下の温度でダストの捕集を行うバグフィルター方式が主流となっている。

２００℃以下の処理では、有機系の耐熱繊維をフィルター材に用いて行うことができる。しかし、高温度の排ガスを２００℃以下に迄下げる過程において、ダイオキシン類の生成温度領域である２００〜４００℃の範囲にある時間を短かく抑えなくてはならず、このための冷却水など冷却設備により強制冷却が必要となる。さらに排ガス中の水分とガス中の酸性物質により関連設備の金属部位に腐食を与える問題、さらに焼却灰が固着し易いという問題があった。

これに対し４００℃以上の高温で除塵することができれば、ダイオキシン類を生成する原因物質はここで取り除かれるので、フィルター通過後のガスは緩やかに冷却してもよく、強制冷却を緩くすることができてエネルギー的にも有利であり、さらに酸性物質を発生する粒子も取り除かれて腐食が大幅に緩和される。

４００℃以上の高温で除塵を行うには、その温度で使用可能なフィルターが必要であり、例えばステンレス繊維またはカーボン繊維をベースにした高温集塵層とステンレス繊維をベースにした高温強度層、さらにリテーナ（支持器）を組合せたろ過集塵装置（特許文献１参照）などの提案がある。

また、鉄やステンレスなどの鉄合金はそれ自体ガス中のＮＯｘと反応し、さらに発生したダイオキシン類を分解する機能を有しており、鉄および／または鉄合金からの繊維を用いたガスフィルターではダイオキシン類の分解機能を付与するという利点もある。

また、鉄鋼、窯業、非鉄金属分野の製造工程においては、高温製品に傷を与えることなく高温の製品を支持する必要があり、クッション材料として耐熱フェルトが望まれている。

金属繊維の製造は、多数本の鋼線を外装材で包み、これを束にして引抜き加工し、次いで外装材を化学的に除去する、所謂「集束伸線法」によるのが一般的である。しかし、この方法で製造可能な鋼材材料は限られており、これまでに製造された金属繊維の使用可能温度は５００℃が限界であり、さらに繊維断面が円形であることから繊維集合体としたとき金属繊維同志が滑って集合体が崩れ易く、さらに価格が高いという欠点があった。その改良として、コイル切削法による金属繊維を用いてのフェルト〔特許文献２参照〕が提案された。コイル切削については、別途その方法は報告されている〔非特許文献１参照〕。

無機繊維や金属繊維を用いたフェルトは、高い温度で使用でき、他の材料では得られない大きな特徴を有している。しかし、無機繊維は価格が高く、さらに無機繊維や金属繊維は、繊維に柔軟性がないために繊維が脱落し易いという欠点があった。そこで、ニードルパンチングした金属繊維の集合体を金網で挟み込んだ筒型の金属フィルター〔特許文献３参照〕のように、外部から金属繊維の脱落を抑えるか、あるいは、金属フェルトにしてからその表面を樹脂加工して繊維の脱落を防止するなどの方法が採られる。金網などによる挟み込みは用途に限界があり、バグフィルターに不向きであり、また樹脂加工では、有機系樹脂は耐熱性に限界があり、無機系樹脂は柔軟性に欠け、いずれもフェルトの性能を損ない、さらに樹脂加工の際に金属繊維フェルトの表面から押し付けることからフェルトの通気性が損なわれるという問題点があった。

特開昭６１−２８４１５号公報特開２００３−１８１２２５号公報特開平９−２７６６３６号公報兼子正生、柳沢章、繊維機械学会誌、第５１卷、第２号、１０６〜１１２頁（１９９８年）

かかる問題点に鑑み、本発明の目的は、４００℃以上の高温で使用でき、金属繊維の脱落がない金属繊維フェルトを提供することにある。

上記目的を達成すべく、耐熱性フェルト材料を幅広く求め検討した結果ケイ素を含有させたアルミニウム合金が比較的低い温度で溶融し、そのときこれと接触する他の金属を接合することに着目し、本発明を完成させるに至った。すなわち、請求項１の発明は金属繊維フェルトに係り、（Ａ）鉄および／または鉄合金からなる繊維と、（Ｂ）少なくとも表面の一部がケイ素６．５〜１３．０重量％を含むアルミニウム合金であるブレージング材繊維とを構成成分として含む混合金属繊維集合体を、５５０〜７００℃に加熱してなることからなっている。

請求項２の発明は請求項１に記載の金属繊維フェルトに係り、混合金属繊維集合体は、ニードリングにより一体化されてから、５５０〜７００℃に加熱するものである。

請求項３の発明は請求項１に記載の金属繊維フェルトに係り、混合金属繊維集合体は、基布の両面または片面に配置され、ニードリングにより一体化された後に５５０〜７００℃に加熱するものである。

請求項４の発明は請求項１に記載の金属繊維フェルトに係り、鉄および／または鉄合金からなる繊維集合体を内層にし、前記混合金属繊維集合体を外層に積層構造として、５５０〜７００℃に加熱するものである。

請求項５の発明は請求項４に記載の金属繊維フェルトに係り、鉄および／または鉄合金からなる繊維集合体と混合金属繊維集合体の積層構造は、ニードリングにより一体化された後に５５０〜７００℃に加熱するものである。

請求項６の発明は請求項１ないし５いずれか１項に記載の金属繊維フェルトに係り、混合金属繊維集合体は、（Ａ）鉄および／または鉄合金からなる繊維と（Ｂ）ブレージング材繊維が６０：４０〜９５：５（重量比）の混合比とするものである。

請求項７の発明は請求項１ないし６いずれか１項に記載の金属繊維フェルトに係り、混合金属繊維集合体は、鉄および／または鉄合金鋼の薄板と、ブレージング材薄板を合わせてコイル状にしてその端面を切削して繊維状にしたコイル材切削法によるものである。

請求項８の発明は請求項１ないし７いずれか１項に記載の金属繊維フェルトに係り、鉄合金鋼がステンレス鋼であるものである。

請求項９の発明は請求項８に記載の金属繊維フェルトに係り、ステンレス鋼がＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１０、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ４３０から選ばれる一種以上である。

請求項１０の発明は請求項１ないし７いずれか１項に記載の金属繊維フェルトに係り、ブレージング材薄板は、ケイ素６．５〜１３．０重量％を含むアルミニウム合金単独でなるものである。

請求項１１の発明は請求項７に記載の金属繊維フェルトに係り、ブレージング材薄板は、アルミニウム系合金を心材としてその片面または両面にケイ素６．５〜１３．０重量％を含むアルミニウム合金を皮材とした複合材である。

請求項１２の発明は請求項１０または１１に記載の金属繊維フェルトに係り、ブレージング材におけるケイ素６．５〜１３．０重量％を含むアルミニウム合金は、日本工業規格ＪＩＳＺ３２６３記載の合金番号：４３４３、４０４５、４００４、４００５、４Ｎ０４、４１０４、４Ｎ４３、４Ｎ４５、４１４５、４０４７から選ばれる一種以上である。

本発明による効果として、金属繊維の脱落が抑えられ、かつ繊維集合体としての風合いが損なわれず通気性が良好な金属繊維フェルトが提供される。

本発明は、鉄および／または鉄合金からなる繊維とブレージング材繊維とを構成成分として含む混合金属繊維集合体である。金属を繊維状にするには、前述したように引抜法で製造した単線を束にしてさらに引抜き加工する集束伸線法、直径３ｍｍ程度の鋼線を案内溝のついた左右一対のロールに数十回巻き付けロールの回転により素材を供給して工具で切削加工するワイヤー切削法、金属薄板をコイル状に巻きその端面を切削し細径、長尺な金属繊維とするコイル材切削法などが知られている。本発明の金属繊維は、好ましくはコイル材切削法で製造される。コイル材切削法は、薄板相互の溶着現象があって商業的に実用化するのが難しかったが、分離膜を被覆して切削して繊維化し、その後でその分離膜を洗浄除去する方法が開発されて以来実用性が各段に向上した〔非特許文献１参照〕。コイル材切削法は、繊維化ができる鋼材種の選択幅が広く、さらにいろいろな径の繊維にすることができ、製造設備も簡単であることから他の方法に比べて低価格で金属繊維を得ることができ、さらにコイル切削法による繊維は、その断面形状が略長方形であり、繊維集合体としたときに繊維同志の絡み合いがよく、繊維が滑り難くフェルトとして都合がよい。

鉄および／または鉄合金からなる繊維とブレージング材繊維は、それぞれ別々に繊維状にしてから混合してもよいが、好ましくは、鉄および／または鉄合金鋼の薄板とアルミニウム合金材薄板を所定の割合で合わせてコイル状にし、コイル材切削法により繊維状にする。このようにそれぞれの薄板を合わせてコイルにしてから繊維状にすることで、それぞれの繊維を混合する工程が不必要になるばかりでなく、それぞれが均一に混合されて製造されてくるので、均一な金属集合体とすることができる利点がある。

鉄および／または鉄合金鋼の鋼種は、スチール鋼、ステンレス鋼などであり、ステンレス鋼は、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１０、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ４３０などであり、その他「ＹＵＳシリーズ」〔新日鉄住金ステンレス（株）〕、「ＪＳＬシリーズ」〔ＪＦＥスチール（株）〕など各社から市販されている耐熱ステンレスなど各種ステンレス群からも任意に選択使用できる。鉄および／または鉄合金鋼の鋼種は、１種でもよく、あるいは２種以上組合わせて用いてもよい。

ブレージング材は、その表面の少なくとも一部がケイ素６．５〜１３．０重量％を含むアルミニウム合金〔以降、特に断りのない限り「ケイ素系アルミニウム合金」と記す〕であり、ケイ素系アルミニウム合金単独でもよく、あるいはアルミニウム系合金を心材としてその表面の一部にケイ素系アルミニウム合金を皮材とした複合材であってもよい。ブレージング材については、日本工業規格ＪＩＳＺ３２６３に記載されており、本発明におけるケイ素系アルミニウム合金は、同規格における「ろう材」である合金番号：４３４３、４０４５、４００４、４００５、４Ｎ０４、４１０４、４Ｎ４３、４Ｎ４５、４１４５、４０４７を包含しており、好ましくはこれらの群から選ばれる。ケイ素６．５〜１３．０重量％を含むアルミニウム合金は、純粋のアルミニウム〔溶融温度：６６０．４℃〕に比して溶融温度が低い特徴があり、組成によるが５８０〜６１５℃で溶融する特性を有している。また、「心材」として用いるアルミニウム系合金は、同規格において記載されている合金番号：３００３、３Ｎ０３、３Ｎ３３、３００５、３Ｎ４３、６９５１、７０７２、７Ｎ８２などが包含され、好ましくはこれらの群から選ばれる。

鉄および／または鉄合金の繊維およびブレージング材繊維の形状は、本発明で特に限定するものではないが、それぞれ繊維径を好ましくは２５〜１００μｍ、さらに好ましくは２５〜５０μｍにして、これを繊維長５０〜１００ｍｍ程度に切断して繊維集合体とする。コイル材切削法による場合には、繊維径は、コイル状に巻く金属薄板の厚さと、切削工具の送り量を変えることによって決めることができ、本発明においては換算直径（断面積を同じくする円形としてその断面の直径）で上記範囲のものが選ばれる。

鉄および／または鉄合金の繊維とブレージング材繊維の混合割合は、鉄および／または鉄合金鋼、ブレージング材それぞれの種類、製造されるフェルトの性状、使用目的などにより異なり、一律に定義できないが、代表的には鉄および／または鉄合金の繊維とブレージング材繊維を６０：４０〜９５：５（重量比）、好ましくは７０：３０〜８０：２０（重量比）である。この混合比は、金属繊維集合体より繊維の脱落が防止でき、かつ鉄および／または鉄合金鋼が有する優れた特性を生かせる範囲として求められたものであり、この範囲の外でもそれなりの混合効果があるのはいうまでもない。

本発明の金属繊維フェルトは、上記金属繊維集合体よりなるものであるが、必要によりニードリングにより絡ませて一体化させることもできる。鉄および／または鉄合金の繊維集合体を内層にし、混合金属繊維集合体を外層に積層構造として、さらに必要によりニードリングにより絡ませて一体化させてもよい。このように金属フェルトの外層部のみを本発明における繊維脱落の少ない構造にすることで金属フェルト全体の繊維の脱落を抑えるに充分であることがある。

また、織布を基布として基布の片面に金属繊維集合体を置いた二層構造、あるいは基布の両面に金属繊維集合体を置いた三層構造とし、ニードリングにより絡ませて積層させて一体化した形態とすることもできる。このとき基布に用いる織布は、高温に耐えるフェルトを目標としているので耐熱性の高いものが要求され、ステンレス繊維、セラミック繊維などが好ましい。セラミック繊維は、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、シリカ、アルミナシリカ、窒化ホウ素などがある。織布は、繊維径が５〜１５μｍのマルチフィラメントを、朱子織、平織したもので、織布の目付は好ましくは３００〜１４００ｇ／ｍ^２、さらに好ましくは４００〜８００ｇ／ｍ^２である。基布を用いた構造にすることで、金属フェルトの強度が確保され、バグフィルターなど強度が要求される用途には適している。

金属繊維集合体を所定の形状にした後、さらに必要によりニードリングした後、これを５５０〜７００℃、好ましくは５７０〜６２０℃に加熱する。加熱は大気中でよいが、必要により真空下で行う。加熱時間は、加熱温度により異なるが、代表的には１０〜９０分、好ましくは３０〜６０分である。この加熱処理によりブレージング材繊維におけるケイ素系アルミニウム合金材が部分的に溶融して、ケイ素系アルミニウム合金材と接触する鉄および／または鉄合金の繊維を接合する。これにより金属繊維集合体の中で個々の金属繊維が部分的に溶融接合されて金属繊維集合体が一体化し、金属繊維集合体からの繊維脱落がなくなる。

加熱処理後の金属繊維集合体の性能は、金属繊維集合体の目付け、鉄および／または鉄合金の繊維とブレージング材繊維の混合比、加熱温度、加熱時間などによって決まる。ブレージング材繊維の混合割合が多く、加熱温度が高く、加熱時間が長い程繊維間の接合点が多く、網目構造が発達することになる。

ステンレス鋼〔新日本製鉄（株）製、概略成分が２０Ｃｒ−５Ａｌであるフェライト系ステンレス「ＹＵＳ２０５Ｍ−１」〕とブレージング材〔ＪＩＳＺ３２６３に規定する合金番号：３００３を心材として、その両表面に合金番号：４００４のアルミニウム合金をクラッドしたもの〕それぞれの薄板を合わせコイル状にし、コイル材切削法により混合金属繊維集合体（目付２００ｇ／ｍ^２）とした。同様のコイル材切削法によりステンレス鋼〔上と同じ〕のみから金属繊維集合体（目付４００ｇ／ｍ^２）を作成した。ステンレス鋼のみから金属繊維集合体を挟んで両面に、ステンレス鋼とブレージング材からなる混合金属繊維集合体を配置し、ニードリング〔植針密度６０本／ｃｍ^２〕をしたものとしないものを用意し、それぞれを、空気中所定温度に保持して金属繊維フェルトとして完成させた。製作したフェルトを３０ｃｍ×３０ｃｍ（約５４ｇ）の大きさに切り、３０ｃｍの高さから硬い金属板の上に自然落下させ、金属繊維フェルトから脱落した繊維の量を計測して脱落繊維の重量％を求めた。テストは、一つの試料について１０回行い、その平均値を表１に記した。

本発明の金属繊維フェルトは、４００℃以上の高温で使用でき、繊維の脱落がなく、通気性の良好であるので、脱塵システム等の高温化でのフィルターとしてまた同類のバグフィルターへの素材として高温に晒される場所におけるガス中の微粒子を取除くのに適している。

Claims

（Ａ）鉄および／または鉄合金からなる繊維と、（Ｂ）少なくとも表面の一部がケイ素６．５〜１３．０重量％を含むアルミニウム合金であるブレージング材繊維とを構成成分として含む混合金属繊維集合体を、５５０〜７００℃に加熱してなることを特徴とする金属繊維フェルト。
前記混合金属繊維集合体は、ニードリングにより一体化されてから、５５０〜７００℃に加熱してなることを特徴とする請求項１に記載の金属繊維フェルト。
前記混合金属繊維集合体は、基布の両面または片面に配置され、ニードリングにより一体化された後に５５０〜７００℃に加熱してなることを特徴とする請求項１に記載の金属繊維フェルト。
鉄および／または鉄合金からなる繊維集合体を内層にし、前記混合金属繊維集合体を外層に積層構造として、５５０〜７００℃に加熱してなることを特徴とする請求項１に記載の金属繊維フェルト。
前記積層構造は、ニードリングにより一体化された後に５５０〜７００℃に加熱してなることを特徴とする請求項４に記載の金属繊維フェルト。
前記混合金属繊維集合体は、（Ａ）鉄および／または鉄合金からなる繊維と（Ｂ）ブレージング材繊維が６０：４０〜９５：５（重量比）の混合比でなることを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項に記載の金属繊維フェルト。
前記混合金属繊維集合体は、鉄および／または鉄合金鋼の薄板と、ブレージング材薄板を合わせてコイル状にしてその端面を切削して繊維状にしたコイル材切削法によるものであることを特徴とする請求項１ないし６いずれか１項に記載の金属繊維フェルト。
前記鉄合金鋼は、ステンレス鋼であるにことを特徴とする請求項１ないし７いずれか１項に記載の金属繊維フェルト。
前記ステンレス鋼は、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１０、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ４３０から選ばれる一種以上からなることを特徴とする請求項８に記載の金属繊維フェルト。
前記ブレージング材は、ケイ素６．５〜１３．０重量％を含むアルミニウム合金単独でなることを特徴とする請求項１ないし７いずれか１項に記載の金属繊維フェルト。
前記ブレージング材薄板は、アルミニウム系合金を心材としてその片面または両面にケイ素６．５〜１３．０重量％を含むアルミニウム合金を皮材とした複合材であるであることを特徴とする請求項７に記載の金属繊維フェルト。
前記ブレージング材におけるケイ素６．５〜１３．０重量％を含むアルミニウム合金は、日本工業規格ＪＩＳＺ３２６３記載の合金番号：４３４３、４０４５、４００４、４００５、４Ｎ０４、４１０４、４Ｎ４３、４Ｎ４５、４１４５、４０４７から選ばれる一種以上であることを特徴とする請求項１０または１１に記載の金属繊維フェルト。