JP2010236782A

JP2010236782A - 耐火物ライニング層の施工方法

Info

Publication number: JP2010236782A
Application number: JP2009084845A
Authority: JP
Inventors: Sadakimi Kiyota; 禎公清田; Kimiharu Yamaguchi; 公治山口
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2010-10-21

Abstract

【課題】熱伝導率が低く、断熱性能に優れた断熱材を鉄皮と永久耐火物との間に配置した耐火物ライニング構造において、ワーク耐火物及び永久大耐火物の全てを張り替える場合は当然として、ワーク耐火物の損傷によりワーク耐火物のみを張り替える場合であっても、断熱材の水分吸収を効果的に防止し、断熱効果を維持させる。
【解決手段】本発明に係る耐火物ライニング層の施工方法は、外殻である鉄皮の内側に、鉄皮側から、断熱材、永久耐火物、ワーク耐火物をこの順に有する耐火物ライニング層を施工するにあたり、断熱材及び／または永久耐火物に耐水性塗料材料を塗装し、その後、ワーク耐火物を施工することを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、耐火物ライニング層の一部に、熱伝導率が低く、高断熱性能の断熱材を配置した耐火物ライニング層の施行方法に関するものである。

鉄、アルミニウムなどの溶融金属用として、鉄皮の内側に耐火物ライニング層を有する容器が使用されている。この耐火物ライニング層は、一般的に、溶融金属と直接接触するワーク耐火物と、溶融金属とは接触しない永久耐火物とから構成される。ワーク耐火物は高温溶融物と接触することによって損耗するため、一定厚さまで損耗すると新品に交換される。一方、永久耐火物は、高温溶融物と接触することがないため、その劣化は少なく、一度施行すると、割れなどによる損傷が起こらない限り、ワーク耐火物の複数回の張り替え期間にわたって使用される。

これらの容器において、耐火物ライニング層を通過する熱エネルギーの損失を低減することは、重要な課題であり、熱エネルギー損失低減のために、耐火物ライニング層の永久耐火物と鉄皮との間に、断熱煉瓦などの低熱伝導率材料を配置することが一般的に行われている。但し、断熱煉瓦などを配置することで、耐火物ライニング層の厚みが増加し、結果として容器容量が低下することが問題となる場合がある。そのために、断熱材料の厚みを薄くすることが要求される場合には、より低い熱伝導率を有する多孔質の断熱材が使用されている（例えば、特許文献１を参照）。

この多孔質の断熱材としては、数１０ｎｍ程度のフュームドシリカに代表される金属酸化物（「エアロジル」という）を０．３〜０．５ｇ／ｃｍ³程度の比重に圧縮成形したもので、０．０２〜０．０５Ｗ／ｍ・Ｋ程度の低い熱伝導率を持つことが特長であり（例えば、特許文献２を参照）、厚み３〜２０ｍｍ程度のシートが溶融金属用に使用されている。しかし、エアロジル断熱材は、吸水後に乾燥すると２０％前後収縮し、熱伝導率が数倍に増加してしまうという欠点がある。

溶融金属用容器に施行されるエアロジル断熱材は、その施行時に、永久耐火物またはワーク耐火物に含まれる水分を吸収する可能性がある。永久耐火物またはワーク耐火物が不定形耐火物の場合は３〜２０質量％の水分を含み、また、永久耐火物またはワーク耐火物が成形煉瓦（定形耐火物）の場合は、併用する接合用のモルタルが１０〜３０質量％の水分を含有する。これらの水分が、耐火物施行後から乾燥処理が終了するまでの期間に、エアロジル断熱材に浸入する恐れがある。特に、永久耐火物またはワーク耐火物が不定形耐火物の場合は、これらが成形煉瓦である場合に比べて総水分量が多く、エアロジル断熱材が吸水する危険性が高い。

エアロジル断熱材の吸水に起因する劣化を防止するために、従来、エアロジル断熱材と永久耐火物との間に金属製または樹脂製の保護板を配置したり（例えば、特許文献３を参照）、エアロジル断熱材をアルミ蒸着フィルムで真空封入したり、エアロジル断熱材の表面を有機物で撥水処理したりすることが一般的であった。

しかしながら、溶融金属用容器の使用時には、エアロジル断熱材の高温側表面は、通常、４００〜１０００℃程度の高温となるため、アルミニウム板などからなる金属製の保護板は溶融し、ポリエチレンなどの樹脂からなる樹脂製の保護板は焼失する。同様に、アルミ蒸着フィルムは溶融し、また、エアロジル表面の撥水用有機物は分解する。そのため、これらの対策では、エアロジル断熱材、永久耐火物及びワーク耐火物を同時に交換する場合には、エアロジル断熱材の吸水防止に効果があるが、溶融金属用容器の所定回数の使用後、エアロジル断熱材を交換せずに、永久耐火物の一部やワーク耐火物を交換する場合には、その時点では既に吸水防止効果が消失しており、エアロジル断熱材は水分を吸水し、断熱効果が低下してしまうという問題があった。

特開２０００−１０４１１０号公報特公昭５１−４００８８号公報特開２００３−４２６６７号公報

以上説明したように、従来のエアロジル断熱材の吸水防止方法では、エアロジル断熱材を交換せずに、永久耐火物の全部または一部やワーク耐火物を交換すると、ワーク耐火物や永久耐火物に含まれる水分、或いは施工時に併用するモルタルに含まれる水分により、エアロジル断熱材が劣化し、それ以降は、断熱性能が劣化し、放熱量の多い状態を余儀なくされていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、熱伝導率が低く、断熱性能に優れたエアロジル断熱材を鉄皮と永久耐火物との間に配置した耐火物ライニング構造において、ワーク耐火物及び永久耐火物の全てを張り替える場合は当然のこととして、ワーク耐火物の損傷によりワーク耐火物のみを張り替える場合であっても、エアロジル断熱材の水分吸収を効果的に防止することのできる、耐火物ライニング層の施工方法を提供することである。

上記課題を解決するための第１の発明に係る耐火物ライニング層の施工方法は、外殻である鉄皮の内側に、鉄皮側から、断熱材、永久耐火物、ワーク耐火物をこの順に有する耐火物ライニング層を施工するにあたり、断熱材及び／または永久耐火物に耐水性塗料材料を塗装し、その後、ワーク耐火物を施工することを特徴とするものである。

第２の発明に係る耐火物ライニング層の施工方法は、第１の発明において、前記断熱材が、エアロジル断熱材であることを特徴とするものである。

第３の発明に係る耐火物ライニング層の施工方法は、第１または第２の発明において、前記耐水性塗料材料が、１００℃以上で耐水性を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、鉄皮側から、断熱材、永久耐火物、ワーク耐火物の順に構成される耐火物ライニング層を施行するに際し、ワーク耐火物或いは永久耐火物の張り替えの都度、張り替えの対象となる耐火物に接触する部位である、断熱材の表面または永久耐火物の表面に耐水性塗料材料を塗装するので、永久耐火物やワーク耐火物として使用する不定形耐火物に含有される水分、或いは、施工時に併用するモルタルに含有される水分の断熱材への吸収が防止され、これにより、断熱材は、劣化することなく長期間にわたって断熱効果を発揮することが実現される。その結果、鉄皮からの放熱ロスが低減されて溶湯温度の降下量が減少し、更には、鉄皮の温度が低減して、鉄皮における亀裂や変形が抑制され、容器の長寿命化が実現されるなど、工業上有益な効果がもたらされる。

以下、本発明を具体的に説明する。

本発明に係る耐火物ライニング層の施工方法は、外殻である鉄皮の内側に、鉄皮側から、断熱材、永久耐火物、ワーク耐火物をこの順に有する耐火物ライニング層を施工するにあたり、断熱材または永久耐火物に耐水性塗料材料を塗装し、その後、ワーク耐火物を施工することを特徴とする。この場合、永久耐火物及びワーク耐火物は、成形煉瓦（定形耐火物）であってもまた不定形耐火物であってもどちらでも構わず、それぞれの使用条件に基づき、最も適する形態を選択すればよい。また、永久耐火物が成形煉瓦により構成される場合、成形煉瓦を２層以上に積み重ねた煉瓦積み構造であっても構わない。以下、断熱材がエアロジル断熱材の例で説明する。

本発明の施工方法は、エアロジル断熱材、永久耐火物、ワーク耐火物の全てを新品で施行する場合（施工条件１）、エアロジル断熱材、永久耐火物は一度以上使用したものをそのまま使用し、ワーク耐火物だけを新品として施行する場合（施工条件２）、更に、エアロジル断熱材は一度以上使用したものをそのまま使用し、永久耐火物の全部または一部とワーク耐火物とを新品として施行する場合（施工条件３）の３種類の施工条件に適用することができる。尚、ワーク耐火物の施工とは、全てのワーク耐火物の張り替えを意味している。

この３種類の施工条件に応じて、耐水性塗料材料を塗装する位置を変化させる。つまり、全てを新品で施行する施工条件１の場合には、鉄皮の内面にエアロジル断熱材を設置した後、このエアロジル断熱材の稼働面側（溶湯が収容される側であり、エアロジル断熱材では永久耐火物と接触する側に相当）に耐水性塗料材料を塗装し、その後、永久耐火物、ワーク耐火物をこの順に施工する。

ワーク耐火物だけを新品として施行する施工条件２の場合には、エアロジル断熱材及び永久耐火物は施工された状態であり、従って、この永久耐火物の稼働面側に耐水性塗料材料を塗装し、その後、ワーク耐火物を施工する。

施工条件３の場合には、永久耐火物の張り替え条件に応じて、以下のように耐水性塗料材料を塗装する。即ち、永久耐火物の全てとワーク耐火物とを施工する場合には、エアロジル断熱材だけが施工された状態であり、このエアロジル断熱材の稼働面側に耐水性塗料材料を塗装し、その後、永久耐火物、ワーク耐火物をこの順に施工する。また、永久耐火物の一部とワーク耐火物とを施工する場合には、永久耐火物が取り除かれて稼働面側が露出したエアロジル断熱材の表面、及び、再使用する永久耐火物の稼働面側に耐水性塗料材料を塗装し、その後、先ず永久耐火物の補充の必要な箇所に永久耐火物を施工し、次いで、ワーク耐火物を施工する。永久耐火物が２層以上の成形煉瓦層で構成される場合には、再使用のために残留させた永久耐火物の稼働面側に耐水性塗料材料を塗装すればよい。

つまり、何れの場合も、新しく施工する永久耐火物またはワーク耐火物と接触する鉄皮側の永久耐火物またはエアロジル断熱材の稼働面側に耐水性塗料材料を塗装すればよい。耐水性塗料材料の塗装後は、従来どおり、煉瓦積みまたは不定形耐火物を施行して永久耐火物またはワーク耐火物を施工し、施工後に乾燥処理を施す。

本発明において、耐水性塗料材料は、施行されるワーク耐火物または永久耐火物に含有される水分のエアロジル断熱材への接触を抑制する役割を担っており、施行されるワーク耐火物または永久耐火物に含有される水分の揮発が完了する乾燥処理終了段階までその効果が持続されることが好ましい。この観点から、耐水性塗料材料は、ワーク耐火物または永久耐火物の乾燥処理終了時の温度となる１００℃においても耐水性を維持することが重要となる。即ち、耐水性塗料材料（以下、「耐熱・耐水性塗料材料」とも記す）としては、新たに施工される耐火物に含有される水分の揮発が完了する段階まで効果が持続されるように、１００℃以上でも水の透過を抑えられるものが好ましい。耐火物の乾燥処理では温度のばらつきが生じるので、耐熱・耐水性塗料材料の耐熱性は高いほど好ましく、実用上は１５０℃以上でも耐水性を有することが好ましい。

使用する耐熱・耐水性塗料材料は、永久耐火物に塗装する場合には、水性でも油性でも構わないが、エアロジル断熱材に塗装する場合には、耐熱・耐水性塗料材料からエアロジル断熱材への吸水の危険があるので油性が好ましい。エアロジル断熱材は、吸水・乾燥によって収縮し、熱伝導率が増加するが、アルコール、トルエンなどの油性溶媒に対しては吸収・乾燥によっての収縮及び熱伝導率増加は無に等しいか、仮に影響があったとしても水に比べて劣化程度が遥かに小さい。

このような耐熱・耐水性塗料材料としては、アミノ・アルキド樹脂塗料、熱硬化性アクリル樹脂塗料、エポキシ樹脂塗料、ポリウレタン塗料などが好適である。その他、耐水性のある樹脂、高分子、ワックス類、コールタールなども耐熱・耐水性塗料材料として使用できる。耐熱性の目安としては、融点、軟化点、ガラス転移点など、物性の変化する温度が挙げられ、耐水性としては、有機物の骨格に親水基の少ない組成が好ましい。また、耐水性塗料材料の塗布する膜厚は、その塗料の耐水性の度合いにより適宜選択すればよく、０．１〜１ｍｍ程度の通常のペンキ塗装程度で耐水性を確保できる塗料を使用するのが、実用上好ましい。

永久耐火物及びワーク耐火物は、どのような組成の耐火物であっても構わず、例えば、アルミナ質煉瓦、粘土質煉瓦、炭化珪素質煉瓦、マグネシア質煉瓦、マグネシア−クロム質煉瓦、マグネシア−炭素質煉瓦、アルミナ−炭素質煉瓦などの全ての耐火物に適用することができる。また、また、溶銑、溶鋼、溶融アルミニウムなどの溶融金属の精錬用容器や保持用容器のみならず、加熱炉などでも本発明を適用することができる。

断熱材としては、必要な断熱性能にあわせて適宜選択できるが、熱伝導率の低い高性能な断熱材としては、エアロジル断熱材が好適であり、例えば、日本マイクロサーム株式会社の“マイクロサーム”などが挙げられる。

以上説明したように、本発明によれば、鉄皮側から、断熱材、永久耐火物、ワーク耐火物の順に構成される耐火物ライニング層を施行するに際し、ワーク耐火物或いは永久耐火物の張り替えの都度、断熱材の表面または永久耐火物の表面に耐水性塗料材料を塗装するので、永久耐火物やワーク耐火物として使用する不定形耐火物に含有される水分、或いは、施工時に併用するモルタルに含有される水分の断熱材への吸収が防止され、これにより、断熱材は、劣化することなく長期間にわたって断熱効果を発現する。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。

取鍋の鉄皮内側に、常温での熱伝導率が０．０３Ｗ／ｍ・Ｋであるエアロジル断熱材が配置され、その内側に厚みが２０ｍｍの成形煉瓦が永久耐火物として２層施工され、この永久耐火物の内側に、５０ｍｍ厚みのＡｌ₂Ｏ₃−７質量％ＭｇＯ系キャスタブルがワーク耐火物として施工された、容量が５００ｋｇ規模の小型取鍋において、耐熱・耐水性塗料材料及び耐熱・耐水性塗料材料の塗装箇所を変更してライニング施工した。ライニング施工後、乾燥処理を施し、その後、誘導炉で溶解された溶鋼を所定回数受鋼させた後、取鍋を解体してエアロジル断熱材を回収し、回収したエアロジル断熱材の熱伝導率を調査した。また、比較のために、耐熱・耐水性塗料材料を塗装しないでライニング層を施工する試験（比較例１）も実施した。表１に試験条件を示す。

本発明例１は、エアロジル断熱材、２層の永久耐火物、及びワーク耐火物の全てを新たに施工するときに、新品のエアロジル断熱材の稼働面側に、耐熱・耐水性塗料材料としてコールタールを塗装した試験である。

本発明例２は、エアロジル断熱材を再使用し、２層の永久耐火物の全てとワーク耐火物とを新たに施工するときに、再使用するエアロジル断熱材の稼働面側に、耐熱・耐水性塗料材料としてコールタールを塗装した試験であり、本発明例３は、２層の永久耐火物のうちの稼働面側の永久耐火物（ハイアルミナ煉瓦）とワーク耐火物とを新たに施工するときに、再使用する鉄皮側の永久耐火物（ロウ石煉瓦）の稼働面側に、耐熱・耐水性塗料材料としてコールタールを塗装した試験であり、また、本発明例４は、ワーク耐火物のみを新たに施工するときに、再使用する稼働面側の永久耐火物（ハイアルミナ煉瓦）の稼働面側に、耐熱・耐水性塗料材料としてコールタールを塗装した試験である。

本発明例５及び本発明例６は、２層の永久耐火物のうちの稼働面側の永久耐火物（ハイアルミナ煉瓦）とワーク耐火物とを新たに施工するときに、再使用する鉄皮側の永久耐火物（ロウ石煉瓦）の稼働面側に、耐熱・耐水性塗料材料を塗装した試験であり、本発明例５は、融点が１４２℃のワックスを耐熱・耐水性塗料材料として使用し、本発明例６は、耐熱温度が１５０℃のエポキシ樹脂を耐熱・耐水性塗料材料として使用した試験である。尚、本発明例２〜６は、本発明例１と同様に、新品のエアロジル断熱材を施工する際には、エアロジル断熱材の稼働面側にコールタールを塗布し、このエアロジル断熱材を再使用に供したものである。

一方、比較例１は、新品のエアロジル断熱材を鉄皮の内側に配置し、耐熱・耐水性塗料材料を何れの場所にも塗装せずに、新品のエアロジル断熱材の稼働面側に、２層の永久耐火物及びワーク耐火物を新たに施工した試験である。

回収したエアロジル断熱材の熱伝導率の調査結果を表１に併せて示す。本発明例１〜６では、回収したエアロジル断熱材の熱伝導率は０．０３Ｗ／ｍ・Ｋであり、使用する前と変わらず、一方、比較例１では熱伝導率が２倍以上に大きくなっていた。これらの結果から、本発明を適用することにより、エアロジル断熱材は、ワーク耐火物や永久耐火物に含有される水分及び併用するモルタルに含有される水分によって劣化しないことが確認できた。

Claims

外殻である鉄皮の内側に、鉄皮側から、断熱材、永久耐火物、ワーク耐火物をこの順に有する耐火物ライニング層を施工するにあたり、断熱材及び／または永久耐火物に耐水性塗料材料を塗装し、その後、ワーク耐火物を施工することを特徴とする、耐火物ライニング層の施工方法。
前記断熱材が、エアロジル断熱材であることを特徴とする、請求項１に記載の耐火物ライニング層の施工方法。
前記耐水性塗料材料が、１００℃以上で耐水性を有することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の耐火物ライニング層の施工方法。