JP2015172466A - セラミックスファイバーブロック及びこれを用いた炉内ライニング構造 - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比べて経時劣化が抑制され、長期に亘って断熱性を維持することが可能なセラミックスファイバーブロック及びこれを用いた炉内ライニング構造を提供する。
【解決手段】シート状のセラミックスファイバーブランケットを葛折り状に折り畳んでなるブロック体１０と、折り目部１０ａが形成されている、ブロック体１０の一方の面に装着された取付け用部材２１とを備え、取付け用部材２１を介して工業炉の内面に設置されるセラミックスファイバーブロック３１であって、取付け用部材２１は、平面視して矩形状の金具２５と、金具２５の長辺方向に延在し、金具２５の短辺方向に１列又は複数列配設された棒状体２７とを備え、各列の棒状体２７は、２０ｍｍ以上の長さを有するセラミックス焼結体１本又は複数本から構成され、各列の棒状体２７の長さが金具２５の長辺長さの６０％以上１００％以下とされている。
【選択図】図２

Description

本発明は、加熱炉や熱処理炉等の工業炉の耐火断熱材として使用されるセラミックスファイバーブロック及びこれを用いた炉内ライニング構造に関する。

加熱炉や熱処理炉等の工業炉の断熱性を高めるため、セラミックスファイバーブロック（以下、本明細書では、「セラミックスファイバー」を「ＣＦ」と記すことがある。）を炉壁や天井の内面に碁盤目状に並べて設置することが一般的に行われている。

ＣＦブロック３０は、図１３に示すように、シート状のＣＦブランケットを葛折り状に折り畳んで直方体状としたブロック体１０と、ＣＦブロック３０を炉内面に固定するための平面視矩形状の金具２５と、タブ１１ａをブロック体１０から突出させた状態でブロック体１０内に挿入されるビーム材１１とから概略構成されている。金具２５に形成されたスリット２５ｂにビーム材１１のタブ１１ａを挿入し、金具２５から突出する部分を折り曲げることで、金具２５がブロック体１０に固定される。

ＣＦブロック３０を工業炉の内面に取り付ける方式には、内止方式、外止方式、及びディスク方式の３方式がある。ここでは、内止方式について簡単に説明する。
図１４に示すように、内止方式では、先ず、工業炉の外殻を構成する鉄皮１２の内面に所定の間隔でスタッドボルト１４を溶接する。次いで、鉄皮１２の内面に厚さ２５ｍｍ程度のＣＦブランケット１３を貼り付け、ＣＦブロック３０をＣＦブランケット１３に向けて押込み、ＣＦブロック３０の金具２５に形成されたボルト孔２５ａにスタッドボルト１４を挿入させる。金具２５を貫通するスタッドボルト１４に、ボックスレンチ１６を用いてナット１５を螺合し、ＣＦブロック３０を炉内面に固定する。

なお、背面ライニング材であるＣＦブランケット１３の厚みは、状況に応じて２５ｍｍとは異なる場合もある。また、不定形耐火物、耐火れんが、断熱れんが、ボード等を併用する場合もあるが、ＣＦブロック３０と接する面にはＣＦブランケット１３を配置するのが一般的である。これは、柔軟性のあるＣＦブランケット１３をＣＦブロック３０の背面と鉄皮１２の間に挟み込むことにより、ＣＦブロック３０取付け後にその背面に隙間が生じないようにするためである。

ＣＦブランケットは、比重が０．２弱と低く、断熱性に優れた断熱材である。そのため、ＣＦブランケットを使用したブロック体１０は、断熱性が高く熱慣性が低い優れた特性を備えている。また、ビーム材１１と金具２５は、ブロック体１０の背面側（炉内稼働面の反対側）に配置され、炉内雰囲気温度よりも大幅に低い温度環境に置かれることに加え、ＳＵＳ３１０Ｓ等の耐熱金属が一般に使用されているので、非常に劣化しにくく耐久性に優れている。

このように、ＣＦブロックは非常に優れた特性を備えているが、経時劣化に伴って断熱性が低下する。そのため、ＣＦブロックの断熱性低下防止を目的とする種々の文献が公開されている。
例えば、特許文献１では、使用に伴うＣＦブロックの劣化は炉内稼働面側のＣＦの劣化が原因であるとしている。具体的には、高温用ＣＦブロック（結晶質ＣＦブロック）の場合、結晶質ファイバーが堅いため、折り目部で繊維の切断が発生し、施工性の悪化と共に使用後の劣化が早くなるとし、低温用ＣＦブロック（非晶質ＣＦブロック）では、折れ目部に凹凸があるため、耐スケール性改善目的のコーティング材の塗布が困難となり、コーティング材の剥離や局部変質が発生するとしている。
そこで、特許文献１では、ＣＦブロックの稼働面側を平たく切除して切断面を炉内稼働面側に露出させる発明が開示されている。

また、特許文献２には、従来のＣＦブロックは耐風速性等が劣るため、加熱炉内のガス流によってＣＦが徐々に剥離し、ＣＦブロックの厚みが減少していくと記載されている。この問題に対して、ＣＦブロックにコーティング材を塗布したり、ＣＦブロックを耐熱クロスで被覆したりする方法があるが、塗布や被覆をしてもＣＦが剥離するおそれがあり、施工工程も煩雑になるとしている。
そこで、特許文献２では、アルミナ含有率を適切な量とした結晶質ＣＦを用いてＣＦブロックを形成することで、耐風速性を向上する発明が開示されている。

実開昭６２−０５２８９５号公報 特開２００９−１１５４１４号公報

特許文献１及び２の発明は、ＣＦブロックの稼働面の形状やＣＦの材質を改良することでＣＦの劣化を抑制する。即ち、特許文献１及び２の発明は、ＣＦの劣化を抑制することによってＣＦブロックの経時劣化を抑制しようとする技術であり、一定の効果は認められるが、根本的な解決はできておらず、ＣＦブロックのさらなる改善が望まれている。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、従来に比べて経時劣化が抑制され、長期に亘って断熱性を維持することが可能なセラミックスファイバーブロック及びこれを用いた炉内ライニング構造を提供することを目的とする。

［セラミックスファイバーブロック経時劣化のメカニズム］
本願発明者らは、ＣＦブロックの経時劣化は、ＣＦブロック背面に装着されている取付け用部材の変形が大きな要因であることを発見した。具体的には、ブロック体の複数の折り目部から高温の炉内雰囲気ガスがブロック体内に進入することで金具が部分的に加熱されて歪みが発生することを発見した。

以下、ＣＦブロックが経時劣化するメカニズムについて説明する。
［ＳＴＥＰ１］工業炉内の高温雰囲気に曝されたブロック体１０の稼働面側ＣＦが焼けて変形することにより、ブロック体１０の復元力が失われ、ブロック体１０の稼働面側から焼結収縮Ｓが始まる（図１（Ａ）参照）。
［ＳＴＥＰ２］ブロック体１０の焼結収縮Ｓが進行して、ブロック体１０の折り目部１０ａ（図１（Ｂ）の折り目部１０ａの焼結収縮Ｓ箇所における、隣接する折り目部１０ａとの境界部）における通気性が高まり、高温ガスがブロック体１０の背面側に到達する。その結果、金具２５の複数箇所が局部加熱Ｈされて、局部的な温度差に起因する座屈が金具２５の複数箇所で発生し、金具２５が立体変形する（図１（Ｂ）参照）。
［ＳＴＥＰ３］ブロック体１０の折り目部１０ａや隣接するＣＦブロック３０との境界部の隙間が拡大し、高温ガスの通気が促進される（図１（Ｃ）参照）。その結果、ＣＦブロック３０が変形して金具２５背面への高温ガスの通気が促進され、ブロック体１０全体（稼働面、背面、側面）並びに金具２５が劣化する。
［ＳＴＥＰ４］ブロック体１０並びに金具２５の経時劣化が顕在化する。

ブロック体１０は、ＣＦブランケットを積層圧縮して弾性変形させた際に発生する復元力によって折り目部１０ａを密着させる構造である。そのため、ブロック体１０の稼働面側ＣＦが焼けて変形することにより、ブロック体１０の復元力が失われると、折り目部１０ａの密着性が低下する。その結果、ブロック体１０の折り目部１０ａは、他のＣＦ部分より通気性が悪化する（通気しやすくなる）。

ＣＦの劣化によってブロック体１０の通気性が高まると、炉内高温ガスが浸透しやすい浸透部位がブロック体１０の複数箇所に生成し、当該浸透部位を通過した炉内高温ガスによって、ブロック体１０の背面（炉内稼動面の反対側）の複数箇所で、金具２５の温度が局部的に上昇する。金具２５は、局部的な温度差に起因する応力によって局部座屈し、立体的に変形する。

金具２５の立体変形に伴って、金具２５と接続されているブロック体１０が変形し、ブロック体１０の折り目部１０ａや隣接するＣＦブロック３０との境界部の隙間が拡大する。これにより、ブロック体１０の折り目部１０ａや隣接するＣＦブロック３０との境界部を通して、ブロック体１０の背面側への炉内高温ガスの通気が促進される。その結果、通気部分（ブロック体１０の稼動面以外に、側面、背面や内部の通気部位）の劣化が進み、ブロック体１０全体の劣化が顕著となって目視検査でブロック体１０の劣化が確認される。また、金具２５の背面への通気が促進され、金具２５の劣化が進行して、炉内ライニングの断熱性が低下し、鉄皮の温度が上昇してゆく。

［セラミックスファイバーブロックの経時劣化を抑制する手段］
そこで、第１の発明は、シート状のセラミックスファイバーブランケットを葛折り状に折り畳んでなるブロック体と、折り目部が形成されている、前記ブロック体の一方の面に装着された取付け用部材とを備え、前記取付け用部材を介して工業炉の内面に設置されるセラミックスファイバーブロックであって、
前記取付け用部材は、平面視して矩形状の金具と、前記金具の長辺方向に延在し、前記金具の短辺方向に１列又は複数列配設された棒状体とを備え、
前記各列の棒状体は、２０ｍｍ以上の長さを有するセラミックス焼結体１本又は複数本から構成され、前記各列の棒状体の長さが前記金具の長辺長さの６０％以上１００％以下とされていることを特徴としている。

第１の発明では、取付け用部材がセラミックス焼結体からなる棒状体で補強されているので、取付け用部材の複数箇所で局部的に温度が上昇しても、取付け用部材の局部的な温度差に起因する座屈変形が発生しても、取付け用部材全体の立体的な変形が抑制される。

取付け用部材の複数箇所における局部的な温度上昇により、当該箇所において局部的な温度差に起因する座屈変形が発生するが、当該箇所の内、セラミックス焼結体からなる棒状体で補強されている箇所では、棒状体の補強度合いに応じて、立体的な変形が抑制される。従って、棒状体で補強されている箇所の比率が大きくなると、取付け用部材全体の立体的な変形がより抑制される。

また、第２の発明は、シート状のセラミックスファイバーブランケットを葛折り状に折り畳んでなるブロック体と、折り目部が形成されている、前記ブロック体の一方の面に装着された取付け用部材とを備え、前記取付け用部材を介して工業炉の内面に設置されるセラミックスファイバーブロックであって、
前記取付け用部材が帯板状のセラミックス焼結体であることを特徴としている。

第２の発明では、取付け用部材がセラミック焼結体で形成されているので、取付け用部材の熱間強度が大きく、取付け用部材の複数箇所で局部的に温度が上昇しても、取付け用部材の局部的な温度差に起因する座屈変形が起きず、取付け用部材全体の立体的な変形が抑制される。

また、第３の発明は、第１の発明に係るセラミックスファイバーブロックを用いた炉内ライニング構造であって、
前記ブロック体に接触している前記取付け用部材の接触面の裏側の面と工業炉の内面に設置されたライニング材との間の空隙全部に不定形耐火物又はセラミックスファイバーが充填されていることを特徴としている。

第３の発明では、ブロック体に接触している取付け用部材の接触面の裏側の面（背面）と工業炉の内面に設置されたライニング材との間の空隙全部に不定形耐火物又はセラミックスファイバーが充填されているので、取付け用部材の背面側が炉内雰囲気ガスに接触することがない。そのため、取付け用部材の劣化をさらに遅延させることができる。

本発明では、セラミックスファイバーブロックを構成する取付け用部材の局部的な温度差に起因する座屈変形を防止又は抑制することにより、セラミックスファイバーブロックの経時劣化を従来に比べて大幅に抑制することができる。その結果、長期に亘ってセラミックスファイバーブロックの断熱性を維持することができる。

セラミックスファイバーブロックの経時劣化を説明するための模式図であり、（Ａ）は焼結収縮が始まった状態、（Ｂ）は金具が局部加熱している状態、（Ｃ）は折り目部の隙間が拡大した状態をそれぞれ示している。 本発明の一実施の形態に係るセラミックスファイバーブロックの斜視図である。 同セラミックスファイバーブロックに使用される取付け用部材の斜視図である。 第１の変形例に係る取付け用部材の斜視図である。 第２の変形例に係る取付け用部材の斜視図である。 第３の変形例に係る取付け用部材の斜視図である。 同実施の形態に係るセラミックスファイバーブロックを用いた炉内ライニング構造の部分断面図である。 第３の変形例に係る取付け用部材を用いた炉内ライニング構造の部分断面図である。 第３の変形例に係る取付け用部材を用いた炉内ライニング構造の変形例を示す部分断面図である。 ラボ試験及び実機試験に使用した試験用ブロック体の模式図である。 取付け用部材を構成する棒状体の補強長さ比率と取付け用部材の変形量との関係を示すグラフである。 セラミック焼結体１本の長さと取付け用部材の変形量との関係を示すグラフである。 従来のセラミックスファイバーブロックの分解斜視図である。 従来のセラミックスファイバーブロックを炉内に設置する方法を説明するための組立図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。

［セラミックスファイバーブロック］
本発明の一実施の形態に係るセラミックスファイバーブロック（ＣＦブロック）３１の形状を図２に示す。ＣＦブロック３１は、セラミックスファイバー（ＣＦ）からなるブロック体１０と、ＣＦブロック３１を工業炉の内面に固定するための取付け用部材２１と、取付け用部材２１をブロック体１０に装着するためのビーム材１１とから概略構成されている。

ブロック体１０は、シート状のセラミックスファイバーブランケット（ＣＦブランケット）を葛折り状に折り畳んで直方体状としたものであり、ブロック体１０の一辺の長さは２００ｍｍ〜６００ｍｍ程度とされている。なお、用途によっては、直方体ではなく、平面視台形等の異形ブロックとする場合もある。
取付け用部材２１は平面視して矩形状とされ、複数の折り目部１０ａからなるブロック体１０の一方の面に装着されている。なお、取付け用部材２１は、折り目部１０ａの折り目方向と直交する方向に配置されている。

取付け用部材２１をブロック体１０に装着するためのビーム材１１は、概略逆Ｔ字状とされ、中央部に設けられた帯板状のタブ１１ａがブロック体１０から突出した状態でブロック体１０の折り目部１０ａ内（谷折り部）に挿入されている。取付け用部材２１に形成されたスリット２５ｂに、ブロック体１０から突出するタブ１１ａを挿入して折り曲げることで、ビーム材１１を介して取付け用部材２１がブロック体１０に固定される。
なお、ビーム材１１には、ＳＵＳ３１０Ｓ等の耐熱金属が使用されている。

取付け用部材２１の形状を図３に示す。本実施の形態における取付け用部材２１は、短辺がわ断面がＣ字状とされたチャンネルと呼ばれる平面視矩形状の金具２５と、金具２５を補強するため、金具２５の長辺方向に延在し、金具２５の短辺方向に１列又は複数列（本実施の形態では、２列）配設された棒状体２７とから構成されている。

金具２５にはＳＵＳ３１０Ｓ等の耐熱金属が使用されており、ブロック体１０と接触する面の中央部にはボルト孔２５ａ、その両側には複数のスリット２５ｂが形成されている。金具２５の長辺がわ両縁部は、それぞれ内側に折り曲げられて凹部２５ｃとされ、棒状体２７が挿入されている。

取付け用部材２１の長辺の長さは、ＣＦブロック３１を工業炉の内面に固定する都合から、ブロック体１０の一辺の長さの５０％以上であることが好ましい。また、取付け用部材２１の長辺の長さの上限は、ブロック体１０の一辺の長さである１００％とすると良い。
一方、取付け用部材２１の短辺の長さは、ＣＦブロック３１を工業炉の内面に固定するボルト等の固定治具の配置の都合より、２５ｍｍ以上であることが好ましい。本実施の形態における取付け用部材２１の短辺の長さは４５ｍｍ（一部６５ｍｍ）である。なお、取付け用部材２１の短辺の長さが、長辺の長さの１／４以下であると、取付け用部材２１の短辺方向の撓み（変形量）が長辺方向の変形量に比べて極めて小さくなるので、取付け用部材２１の短辺方向の補強を省略することができる。

棒状体２７の各列は、２０ｍｍ以上の長さを有するセラミックス焼結体１本又は複数本から構成されている。また、各列の棒状体２７の長さは、金具２５の長辺長さの６０％以上１００％以下とされている。
なお、本明細書では、棒状体一列の長さ／金具の長辺長さを、「棒状体の補強長さ比率」と呼ぶことがある。

ＣＦブロック３１では、局所的な通気によって生じる局所的な温度差に起因する座屈変形が取付け用部材２１の複数箇所で発生する。そのため、棒状体２７の補強長さ比率が大きいほど、即ち、棒状体２７で補強されている箇所が多いほど、局部的な座屈変形に起因する取付け用部材２１の立体的な変形を抑制することができる。

図１１は、取付け用部材を構成する棒状体の補強長さ比率と取付け用部材の変形量との関係を示したものである。本試験は、後述する試験用ＣＦブロックを連続加熱炉（炉内雰囲気温度１２８０℃）の天井部に半年間張り付けて実施した暴露試験の結果を示したものである。取付け用部材の材質はＳＵＳ３１０Ｓ、棒状体は１列配置とし、１本の長さが２０ｍｍのＡｌ_２Ｏ_３系セラミック焼結体を使用した。なお、試験の詳細は、後述する実施例を参照されたい。
同図より、棒状体の補強長さ比率を６０％以上にすると、取付け用部材の変形量が９ｍｍ以下となることがわかる。取付け用部材の変形量が９ｍｍ以下の場合、ＣＦブロックの折り目部の隙間や隣接するＣＦブロックとの境界部における隙間が拡大しないことがわかっている。そこで、棒状体の補強長さ比率は６０％以上とする。
一方、棒状体の補強長さ比率の上限については、取付け用部材の長辺方向の全長を棒状体によって補強できれば十分なので、１００％とする。

取付け用部材の長辺方向を、棒状のセラミックス焼結体を連設して補強した場合、接続部では、棒状体による取付け用部材の立体変形抑制効果が低下する。そのため、セラミックス焼結体の１本の長さは長く、接続部の数は少ない方が好ましい。

図１２は、セラミック焼結体１本の長さと取付け用部材の変形量との関係を示したものである。棒状体の補強長さ比率は１００％とし、棒状体を構成するセラミックス焼結体１本の長さは１０ｍｍ、２０ｍｍ、２６０ｍｍの３種類とした。その他の試験条件は図１１の試験と同様である。
取付け用部材の座屈の原因となる温度上昇は局部的と考えられるが、図１２に示すように、セラミック焼結体の１本の長さが２０ｍｍ以上であれば、実炉天井部暴露試験における取付け用部材の変形量は９ｍｍ以下となる。従って、棒状体を構成するセラミックス焼結体１本の長さは２０ｍｍ以上とする。

なお、取付け用部材の変形量の測定は以下の手順で行った。
（１）上面が平坦な定盤を用意し、その上に取付け用部材を置く。その際、取付け用部材の両端近傍が定盤に接地し、取付け用部材の中央近傍が定盤から浮くように、取付け用部材を定盤上に置く。
（２）定盤と取付け用部材との間の隙間をノギスで測定し、その最大値を取付け用部材の変形量とする。

また、棒状体２７の断面寸法としては、最小厚さが３ｍｍ、最小断面積は直径３ｍｍの円の面積とすれば良い。棒状体の断面形状は、四角、円、楕円等さまざまな形状とすることができる。なお、棒状体２７の断面寸法は、その厚さ及び断面積が大きいほうが望ましいが、金具２５の短辺側の断面形状や凹部２５ｃの幅及び深さ、金具２５とスタッドボルト１４との寸法上の取り合い等で、棒状体２７の最大寸法が制限される。通常、棒状体２７には、最大厚さ６ｍｍ、最大矩形断面積６ｍｍ×１５ｍｍ程度のものが用いられる。本実施の形態では、棒状体２７の断面を４ｍｍ×７ｍｍの矩形断面としている。

なお、取付け用部材２１の複数箇所で局部的に温度が上昇し、当該箇所で局部的な温度差に起因する座屈が発生した際に、取付け用部材２１の立体的な変形を抑制できる強度が棒状体２７には必要となる。そのため、棒状体２７に使用するセラミック焼結体は、ＪＩＳ Ｒ２６５６「耐火れんが及び耐火断熱れんがの熱間曲げ強さ試験方法」による曲げ強さ（応力）が８００℃で６０ＭＰａ以上であるものが好ましく、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）を主成分とするＡｌ_２Ｏ_３系セラミック焼結体などを使用することができる。

次に、取付け用部材の変形例について説明する。
図４に第１の変形例に係る取付け用部材２２を示す。本例における取付け用部材２２は、短辺がわ断面が逆Ω字状とされた平面視矩形状の金具２６（チャンネルの長辺がわ両縁部に鍔２６ｃが形成された金具２６）と、金具２６の長辺がわ両縁部に配設された棒状体２７とから構成されている。鍔２６ｃの長辺方向中間部には、棒状体２７を保持するため、金具２６の長辺がわ縁部をＬ字状に折り曲げた保持部２６ｄが形成されている。棒状体２７は、鍔２６ｃと保持部２６ｄで画成された空間に挿入されている。

金具２６は、前述した金具２５と同様、ＳＵＳ３１０Ｓ等の耐熱金属で形成されており、ブロック体１０と接触する面の中央部にはボルト孔２６ａ、その両側には複数のスリット２６ｂが形成されている。

図５に第２の変形例に係る取付け用部材２３を示す。本例における取付け用部材２３は、セラミックス焼結体を帯板状に成形したものである。ブロック体１０と接触する、取付け用部材２３の面の中央部にはボルト孔２３ａ、その両側には複数のスリット２３ｂが形成されている。
セラミックス焼結体としては、棒状体２７と同様、Ａｌ_２Ｏ_３系セラミック焼結体などを使用することができる。

図６に第３の変形例に係る取付け用部材２４を示す。本例における取付け用部材２４は、前述した、短辺がわ断面がＣ字状とされた平面視矩形状の金具２５と、金具２５を補強するため、金具２５の長辺方向に延在し、金具２５の短辺方向に２列配設された棒状体２７とから構成された取付け用部材２１の金具２５の内側の空隙全部に、不定形耐火物又はセラミックスファイバーからなる充填材２８を充填したものである。なお、取付け用部材２４の中央部にはボルト孔２４ａが形成されている。

［ＣＦブロックを用いた炉内ライニング構造］
図７は、ＣＦブロック３１を用いた炉内ライニング構造の部分断面図である。本ライニング構造は、工業炉の外殻を構成する鉄皮１２の内側に張り付けられた厚さ２５ｍｍ程度のＣＦブランケット１３（ライニング材の一例）と、ＣＦブランケット１３上に碁盤目状に配設されたＣＦブロック３１とから構成されている。

ＣＦブロック３１は、鉄皮１２に取り付けられたボルト（図示省略）を、ＣＦブロック３１の取付け用部材２１に形成されたボルト孔２５ａに挿通してナット（図示省略）で締め付けることによりＣＦブランケット１３上に固定される。

図８は、第３の変形例に係る取付け用部材２４を用いた炉内ライニング構造を示したものである。本ライニング構造は、鉄皮１２の内側に張り付けられたＣＦブランケット１３と、取付け用部材２４が装着されたＣＦブロック３２とから構成されている。
また、図９は、取付け用部材２４を用いた炉内ライニング構造の変形例を示したものである。本ライニング構造では、ＣＦブロック３２の取付け用部材２４とＣＦブランケット１３との間に、不定形耐火物又はＣＦからなる充填材２９の層が形成されている。

図８及び図９に示す炉内ライニング構造では、ブロック体１０に接触している金具２５の接触面の裏側の面とＣＦブランケット１３との間の空隙全部に充填材２８、２９が充填されている。その際、取付け用部材２４の背面側に炉内雰囲気ガスが進入しないように、金具２５の接触面の裏側の面とＣＦブランケット１３との間の空隙に加えて、図９に示すように、金具２５の長辺側端面とブロック体１０とＣＦブランケット１３で囲まれた空隙に充填材２９を充填してもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、上記実施の形態では、金具の長辺方向のみに棒状体を配設しているが、金具の長辺方向に加えて短辺方向に棒状体を配設してもよい。

本発明に係るセラミックスファイバーブロックの効果を検証するため、ラボ試験及び実機試験を実施した。
ラボ試験及び実機試験では、ブロック体の折り目部からの炉内雰囲気ガスの進入を模擬するため、内止方式に使用されるガイドパイプを折り目部に挟み込むことで隙間を設けた試験用ブロック体を作製した。ラボ試験及び実機試験に使用した試験用ブロック体（寸法：３００ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍ）を図１０に示す。
なお、試験用ブロック体には、新日本サーマルセラミック(株)製のＺ−ＢＬＯＫ（登録商標）に用いられているＣＦブランケット（最高使用温度：１４００℃、密度：１３０ｋｇ／ｍ^３）を使用した。

試験用ブロック体に装着される取付け用部材は以下の６種類とした。
ａ）取付け用部材Ａ：板厚１ｍｍのＳＵＳ３１０Ｓ材を折り曲げて作製した短辺がわ断面がＣ字状とされた金具（長辺長さ：２６０ｍｍ、短辺長さ：４５ｍｍ、厚さ：６．５ｍｍ）からなる取付け用部材
ｂ）取付け用部材Ｂ：取付け用部材Ａの空隙にＣＦを充填した取付け用部材
ｃ）取付け用部材Ｃ：取付け用部材Ａの一方又は両方の凹部に棒状体を嵌め込んだ取付け用部材
ｄ）取付け用部材Ｄ：取付け用部材Ｃの空隙にＣＦを充填した取付け用部材
ｅ）取付け用部材Ｅ：帯板状のセラミックス焼結体（長辺長さ：２６０ｍｍ、短辺長さ：４５ｍｍ、厚さ：６．５ｍｍ）からなる取付け用部材
ｆ）取付け用部材Ｆ：板厚１ｍｍのＳＵＳ３１０Ｓ材を折り曲げて作製した短辺がわ断面がＣ字状とされた金具（長辺長さ：２６０ｍｍ、短辺長さ：６５ｍｍ、厚さ：６．５ｍｍ）の一方の凹部に棒状体を嵌め込んだ取付け用部材

取付け用部材Ｃ、Ｄ、Ｆを構成する棒状体及び取付け用部材Ｅを構成するセラミックス焼結体には、Ａｌ_２Ｏ_３系セラミックスを使用した。
また、棒状体の補強長さ比率は、５４％、６２％、１００％の３種類、セラミックス焼結体１本の長さは、２６０ｍｍ、２０ｍｍ、１０ｍｍの３種類とした。

ラボ試験では、試験用ＣＦブロックを実験炉の天井部分に取付け、１４００℃で３時間焼成した後、自然放冷する工程を１０回繰り返し、前述した方法により取付け用部材の変形量を測定した。
また、実機試験では、試験用ＣＦブロック（試験用ブロック体＋取付け用部材Ａ〜Ｆ）を連続加熱炉の天井に半年間張り付けて暴露試験を行った。その間における当該部位の炉内雰囲気温度は１２８０℃であった。試験終了後、試験用ブロック体の折り目部に設けた隙間の拡大の有無について点検した後、試験用ＣＦブロックを解体し、前述した方法により取付け用部材や棒状体の変形量を測定した。
棒状体で補強されていない取付け用部材Ａ、Ｂ、Ｅを使用した結果を表１に、棒状体で補強された取付け用部材Ｃ、Ｄ、Ｆを使用した結果を表２にそれぞれ示す。

これらの表より以下のことがわかる。
・セラミックス焼結体からなる取付け用部材は、ラボ及び実機試験における取付け用部材の変形量が０．１ｍｍ以下となり、折り目部にも異常は認められなかった。
・取付け用部材が金具のみ並びに金具に充填材を充填しただけのものは、実機試験における取付け用部材の変形量が９ｍｍ超となり、折り目部の隙間拡大が認められた。
・棒状体の補強長さ比率が６０％以上且つセラミックス焼結体１本の長さが２０ｍｍ以上の取付け用部材は、棒状体の列数にかかわらず、ラボ及び実機試験における取付け用部材の変形量が９ｍｍ以下となり、折り目部にも異常は認められなかった。
・棒状体の列が増加すると、取付け用部材の変形量が減少する。
・金具に充填材を充填すると、取付け用部材の変形量が減少する。

なお、比較例１の試験用ＣＦブロック内に予め熱電対を埋め込んでおき、焼成試験中の取付け用部材の両端及び中央部の３点の温度を測定したところ、最高温度は約７３０℃であった。従って、取付け用部材には、７３０℃×３０時間、３．５ｋｇ(試験用ＣＦブロックの自重＝３０×３０×３０ｃｍ×比重０．１３)のクリープ試験に相当する変形が起こっていた可能性があった。
そこで、取付け用部材のクリープ変形量を求めるため、比較例１の取付け用部材について、当該取付け用部材の両端を煉瓦で支えて橋状とし、その中央に荷重３．５ｋｇを掛けて７３０℃×３０時間のクリープ試験を実施したところ、取付け用部材の変形量は１．５ｍｍであった。一方、ラボ試験における比較例１の取付け用部材の変形量は４．１ｍｍであり、クリープ試験結果の約３倍の変形量を示している。
従って、表１及び表２の試験結果は、本願発明者らが発見したＣＦブロックの経時劣化メカニズムによるものであり、クリープ変形ではないことが確認された。

１０：ブロック体、１０ａ：折り目部、１１：ビーム材、１１ａ：タブ、１２：鉄皮、１３：ＣＦブランケット（セラミックスファイバーブランケット）、１４：スタッドボルト、１５：ナット、１６：ボックスレンチ、２１、２２、２３、２４：取付け用部材、２５、２６：金具、２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａ：ボルト孔、２３ｂ、２５ｂ、２６ｂ：スリット、２５ｃ：凹部、２６ｃ：鍔、２６ｄ：保持部、２７：棒状体、２８、２９：充填材、３０、３１、３２：ＣＦブロック（セラミックスファイバーブロック）

Claims (3)

1. シート状のセラミックスファイバーブランケットを葛折り状に折り畳んでなるブロック体と、折り目部が形成されている、前記ブロック体の一方の面に装着された取付け用部材とを備え、前記取付け用部材を介して工業炉の内面に設置されるセラミックスファイバーブロックであって、
   前記取付け用部材は、平面視して矩形状の金具と、前記金具の長辺方向に延在し、前記金具の短辺方向に１列又は複数列配設された棒状体とを備え、
   前記各列の棒状体は、２０ｍｍ以上の長さを有するセラミックス焼結体１本又は複数本から構成され、前記各列の棒状体の長さが前記金具の長辺長さの６０％以上１００％以下とされていることを特徴とするセラミックスファイバーブロック。
2. シート状のセラミックスファイバーブランケットを葛折り状に折り畳んでなるブロック体と、折り目部が形成されている、前記ブロック体の一方の面に装着された取付け用部材とを備え、前記取付け用部材を介して工業炉の内面に設置されるセラミックスファイバーブロックであって、
   前記取付け用部材が帯板状のセラミックス焼結体であることを特徴とするセラミックスファイバーブロック。
3. 請求項１記載のセラミックスファイバーブロックを用いた炉内ライニング構造であって、
   前記ブロック体に接触している前記取付け用部材の接触面の裏側の面と工業炉の内面に設置されたライニング材との間の空隙全部に不定形耐火物又はセラミックスファイバーが充填されていることを特徴とするセラミックスファイバーブロックを用いた炉内ライニング構造。

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