JP2016211824A - 耐火物被覆メタルアンカーおよびこれを用いた炉構造 - Google Patents

Abstract

【課題】耐火材層と断熱材層の境界部でのアンカーの腐食に基づくキャスタブル耐火物の倒壊と脱落の防止に有効なメタルアンカーおよびそのメタルアンカーを用いた炉構造の提供。【解決手段】メタルアンカーを予めキャスタブル耐火物で被覆したものとし、腐食を無くす構造とし、被覆耐火物の形状を円錐台とし、ケーシング方向への引っ張り効果を出させるメタルアンカーをケーシングに溶接止めし、断熱材と耐火キャスタブルを施行してなる炉構造。【選択図】図２

Description

本発明は、キャスタブル耐火物の側壁からの剥落と倒壊の防止、あるいはキャスタブル耐火物の天井からの脱落の防止に有効なアンカーおよびこれを用いた炉構造に関するものである。

従来、焼却炉やボイラ、金属溶解炉ほか各種高温炉においては、耐火材と断熱材で金属製ケーシングを保護する構造を採っている例が多い。これらは外壁温度の上昇などを目安に、一定期間ごとに耐火材及び断熱材を張り替えながら運転されている。耐火材としては、低セメント質高強度キャスタブル耐火物とかプラスチック耐火物等が使用されている。断熱材としては、軽量断熱キャスタブル耐火物とかセラミックファイバーブランケット、セラミックボード等が使用されている。その際、耐火材と断熱材はアンカー煉瓦とかメタルアンカーによって、ケーシングに保持させる構造が採られている。

一般的に、アンカー煉瓦は、耐熱性は高いが、割れやすい欠点がある。一方、メタルアンカーは、可撓性はあるが、耐熱性と耐食性に劣る欠点がある。

上記問題に対して、特許文献1においては、ステンレスファイバー含有ローセメントキャスタブルを用いて製造したアンカー煉瓦が提案されている。特許文献2においては、
芯金を埋設したアンカー煉瓦が提案されている。特許文献3においては、コーチングで高温酸化防止を図ったメタルアンカーが提案されている。しかし、それらの効果は必ずしも充分なものではなかった。

耐火材と断熱材をメタルアンカーで保持する構造の炉、中でも腐食性ガスの関係する廃棄物処理炉等においては、耐火材と断熱材の境界の部分からメタルアンカーの腐食が進行し、その部分が折損して、側壁の倒壊とか天井耐火物の脱落を生起し、炉が短命に終わる例が多かった。対策として、メタルアンカーにセラミックコーチングを施した例もあるが、その改善効果は僅かであった。

また、アンカーが煉瓦であってもメタルであっても、アンカーとその周囲の耐火物の熱膨張係数の違いによって、アンカーを起点にクラックを発生する現象がよく見られた。

特開平１０−３１０４７８号公報 特開２００９−４７３７１号公報 特開平０８−２８８６３号公報

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、メタルアンカーの可撓性大の特性を活かすと共に、耐火材と断熱材の境界層部分からのメタルアンカー腐食の問題を無くし、更にはクラックの発生と拡大および拡散を抑制することが可能な耐火物被覆メタルアンカーおよびこれを用いた炉構造を提供することを目的とする。

本発明にかかる炉構造は、耐火キャスタブルと断熱材で金属製ケーシングを保護する炉構造において、施工時に低セメント質高強度キャスタブル耐火物等で被覆されたメタルアンカーを使用することを特徴とする。

前記の耐火物で被覆されたメタルアンカーの形状が、耐火キャスタブルと断熱材を金属製ケーシングの側に引っ張るように、炉内側に拡がっている形状であることを特徴とする。

前記の耐火物で被覆されたメタルアンカーの脚部は金属製ケーシングに密着するように平滑であり、その密着性を阻害しない方向の脚部外周に、内蔵メタルの先端を突出させていることを特徴とする。

前記内蔵メタルの脚部先端を金属製ケーシングに溶接することによりアンカーを設置することを特徴とする。

本発明にかかる耐火物被覆メタルアンカーおよびこれを用いた炉構造により、キャスタブル耐火物の側壁からの剥落・倒壊あるいは天井からの脱落を抑制することが出来る。

本発明の耐火物被覆メタルアンカーの一例を示す概略図であり、(a) は正面図、 (b) は側面図、 (c)は平面図である。 本発明の耐火物被覆メタルアンカーを用いた炉構造の一例を示す側壁の断面図である。 従来の炉構造による側壁における、耐火キャスタブルに発生したクラック及び耐火材-断熱材間に生じた空隙(隙間)と炉内ガスの浸入方向を示す説明図である。 本発明の耐火物被覆メタルアンカーを用いた炉構造の一例を示す概略図であり、炉内から見た正面図である。クラックの進展状況を説明する図でもある。 本発明の耐火物被覆メタルアンカーを用いた炉構造の他の例であり、側壁耐火材一層張りの例である。 、 本発明の耐火物被覆メタルアンカーの他の例を示す正面概略図である。

以下、本発明を詳細に説明する。図1(a)は本発明の一実施形態に係る耐火物被覆メタルアンカー1の正面断面図を示す。図1(b)は、その側面断面図、図1(c)は、その平面図である。

図1に、平面図において円形であるものを例示したが、六角形も有効である。平面図において矩形であるものは、コーナー部分を起点にクラックを発生しやすいので好ましくない。

いずれの場合も、使用時に炉内面になる側(上面2)のサイズを、ケーシングに接する側(脚部基底面3)に比べて大きく、逆テーパーとしたものである。これにより、ケーシング側への引っ張り効果が生まれる。円形の場合は円錐台である。

前記逆テーパーの代わりに、縦断面が波形となっている提灯型であっても良い。

耐火物被覆メタルアンカーをケーシングに密着させるために脚部基底面3は平滑なものとする。

耐火物被覆メタルアンカーは、ケーシングに止めるための策をとっている。図1はその一例であり、溶接止めのために内蔵アンカー4の先端5を基底部の外周に突出させている。内蔵アンカーは、V字型、Y字型他各種形状のものが適用可能であるが、図1(a)に図示の如く、丸棒二本でY字型を形成し、Y字の直立した脚の部分の長い範囲で溶接したものが強い。

前記とは別の止め方として、耐火物被覆メタルアンカーの基底面より内蔵アンカーを突出させ、突出部に螺子を切って、ケーシングにナットで止める例もある。ボルトとナットによる固定方式は、新設時は取り付け容易であるが、耐用年数が過ぎた時の補修交換が容易でない。ケーシングが水冷構造になっている場合は、特に困難を伴う。

図２は、本発明の耐火物被覆メタルアンカー1を側壁に適用した場合の炉構造を示す断面図である。耐火物被覆メタルアンカー1はケーシング7に溶接止めされている。図2は耐火キャスタブル8と断熱キャスタブル9の二層構造の例であるが、この例に限らず、二層以上の多層であっても良い。また、断熱材の部分が、断熱キャスタブルでなくセラミックファイバーブランケットとかセラミックボードであっても良い。

図3は、従来の炉構造での炉壁における、稼働後のクラック10および空隙11の発生状況と炉内ガスの浸入経路を示し、浸入ガス12によるメタルアンカー13の腐食メカニズムを説明する図である。

各種工業炉に共通の現象であるが、炉の稼働に伴い、炉内側耐火キャスタブル耐火物層8とケーシング側断熱材層9との境界面に空隙(隙間)11を生じる。原因は熱膨張係数の違い等である。また、各種原因によって炉内側耐火キャスタブル耐火物8に発生したクラック10は成長して前記空隙11に到達し、炉内14とアンカー13を結ぶ経路が完成する。炉の運転条件によって異なるが、ある期間を経ると負荷に耐えられなくなって、アンカーが折損し炉壁が剥離したり倒壊したりすることになる。

図4は、本発明の耐火物被覆メタルアンカー1を用いてなる炉の、炉内側から見た図であり、クラックの進展状況を示す図でもある。クラックa15は通常のクラックの進展方向の例を示すものである。クラックb16は本発明の耐火物被覆メタルアンカー1に突き当たったものである。クラックb16は耐火物被覆メタルアンカーの表面を迂回する間にエネルギーが消費されて、その後の進展が抑えられる。従来の炉構造においては、全てのクラックがaタイプで進展するので広く拡散し易かった。

クラック発生の原因はいくつかある。1.炉内温度が不均一であることによる部位間の膨張差によるストレス。2.炉内温度の急変によるスポーリング。3.変質層生成による構造的スポーリング。4.アンカーと周囲耐火材の熱膨張差によるもの。等が原因となる。
図1(a)の内蔵アンカーの先端に図示されたキャップ19はプラスチックス製であり、上記四番目の原因(アンカーと耐火材の膨張差)によるクラックを防止するためのものである。

本発明を各種工業炉に適用するにあたって、広い壁面のうち、前記クラックを発生させ易い場所のみを選んでも良い。また、通常の従来アンカーと本発明の耐火物被覆メタルアンカーを混ぜて、適宜な比率で使っても良い。

耐火物被覆メタルアンカーは、ケーシングからの距離を一定にする上面2を有するので、その上面2を基準に型枠板をセットすれば、耐火キャスタブルの施工が安楽容易である。

耐火物被覆メタルアンカー作製の際に使用するキャスタブル耐火物は、本発明の耐火構造における周囲の耐火キャスタブルと同じ膨張挙動を示す類似材質乃至同一材質が良い。

図5は耐火材一層張りの例である。耐火材と断熱材の境界部の問題は元々無いが、本発明の耐火物被覆メタルアンカー1によるケーシング7方向への引っ張り効果と、クラック進展防止効果は同様に有るので発明の範囲内に含まれる。
以下、本発明の実施例を説明する。

図6は本発明の耐火物被覆メタルアンカーをボルト17とナット18でケーシングに固定する場合の例である。

図7は被覆耐火物の縦断面の形状を提灯型とした例である。

産業廃棄物を処理するリサイクルキルンの二次燃焼室の側壁に本発明を適用した例を示す。キルン出口の排ガス突き当たり部において、従来の炉構造の場合、図3に示した現象によりアンカーが腐食折損し、約3ヶ月の運転での張り替え補修を繰り返していた。図2に示した本発明の炉構造に転換することにより、約１年の耐用に改善された。

焼却炉、溶融炉など金属腐食性ガスを発生する各種工業炉の壁および天井に好適に適用可能である。

1耐火物被覆メタルアンカー
2上面
3脚部基底面
4内蔵アンカー
5内蔵アンカーの先端
6側壁
7ケーシング
8耐火キャスタブル
9断熱キャスタブル
10クラック
11空隙
12浸入ガス
13メタルアンカー
14炉内
15クラックa
16クラックb
17ボルト
18ナット
19キャップ
20炉外

Claims (3)

1. 各種高温炉の炉壁または天井部の不定形耐火物を保持するメタルアンカーであって、メタルアンカー全体が耐火物で被覆されており、なお且つ被覆耐火物の形状が円錐台であることを特徴とするメタルアンカー
2. 耐火物被覆メタルアンカーの脚部外周に内蔵アンカー4の先端5が突出していることを特徴とする請求項1記載のメタルアンカー
3. 請求項目1および2に記載のメタルアンカーをケーシングに溶接止めし、次いで断熱材と耐火キャスタブルを施工してなる炉構造
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

Images