JP2021096052A - 熱処理炉扉の耐火構造および熱処理炉扉 - Google Patents
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Abstract
Description
・無機繊維集合体のマットを積層してなる断熱ブロックを、熱処理炉扉の炉体開口部側に配置し、該マットの積層面を炉体開口部との接触面に対して垂直に配置することで、炉体開口部との接触に対して強度を付与できる。
・断熱ブロックの裏側(炉体開口部との接触面とは反対側)に、折りたたまれた無機繊維集合体のマットからなる弾性構造を配置し、該折りたたみ構造の積層面が前記接触面に対して水平となるように配置することにより、上記断熱ブロックにクッション性を付与することができる。
・加熱炉扉の外殻を構成するケーシングと、上記断熱ブロックとを、所定の接続部材により接離自在に接続することにより、断熱ブロックのクッション性を維持しつつ、断熱ブロックがケーシングから脱離するのを防止できる。
第1の本発明は、積層された無機繊維集合体のマットを備えてなる断熱ブロック、折りたたまれた無機繊維集合体のマットからなる弾性構造、および、前記断熱ブロックと扉ケーシングとを接続する接続部材を備えた熱処理炉扉の耐火構造であって、前記断熱ブロックにおける前記無機繊維集合体のマットの積層面が、熱処理炉扉と炉体開口部との接触面に対して垂直となっており、前記弾性構造の無機繊維集合体のマットの積層面が、前記接触面に対して水平となっており、前記断熱ブロックが前記接触面側に配置され、前記弾性構造が前記扉ケーシング側に配置され、断熱ブロックと扉ケーシングとが前記接続部材により接離自在に接続されている、熱処理炉扉の耐火構造である。
なお、数値範囲を示す「a〜b」の記述は、特にことわらない限り「a以上b以下」を意味すると共に、「好ましくはaより大きい」及び「好ましくはbより小さい」の意を包含するものである。
また、本明細書における数値範囲の上限値及び下限値は、本発明が特定する数値範囲内から僅かに外れる場合であっても、当該数値範囲内と同様の作用効果を備えている限り本発明の均等範囲に包含するものとする。
熱処理炉扉としては、例えば、上下スライド式の扉、左右スライド式の扉、ヒンジ開閉式の扉など種々形態がある。図1にヒンジ開閉式の扉を備えた熱処理炉300の斜視図を示す。熱処理炉300は、扉100および炉体200を備えている。扉100は、鉄皮からなる扉ケーシング150の内側(炉体の開口部側)に断熱材130を備えている。炉体200は、鉄皮からなる炉殻250の内側に断熱材230を備えている。
本発明の熱処理炉扉の耐火構造は、積層された無機繊維集合体のマットを備えてなる断熱ブロック、折りたたまれた無機繊維集合体のマットからなる弾性構造、および、前記断熱ブロックと扉ケーシングとを接続する接続部材を備えた熱処理炉扉の耐火構造であって、前記断熱ブロックにおける前記無機繊維集合体のマットの積層面が、熱処理炉扉と炉体開口部との接触面に対して垂直となっており、前記弾性構造の無機繊維集合体のマットの積層面が、前記接触面に対して水平となっており、前記断熱ブロックが前記接触面側に配置され、前記弾性構造が前記扉ケーシング側に配置され、前記接続部材が、断熱ブロックと扉ケーシングとを接離自在に接続している。
断熱ブロック10は、無機繊維集合体のマットの積層面が、熱処理炉扉と炉体開口部との接触面P1に対して垂直となるように配置されている。また、弾性構造20は、無機繊維集合体のマットの積層面が、接触面P1に対して水平となるように配置されている。
接続部材30は、断熱ブロック10と扉ケーシング40とを、例えばボルトおよびナットにより、接離自在に接続している。「接離自在」とは、近接または離隔することが自在に可能であるという意味である。
図2の形態では、断熱ブロック10に一端が接続された棒状部材の他端にネジが切られており、この他端を扉ケーシング40に形成した孔から扉ケーシング40の外側に出して、該他端にナットが締結されている。これにより、断熱ブロック10は、弾性部材20が圧縮されることにより、図示下方向に移動可能となり、扉ケーシング40に接近することが可能となっている。また、ナットで締結されているので、弾性部材10が扉ケーシング40から脱落することが防止されている。
断熱ブロック10は、積層された無機繊維集合体のマットを備えており、無機繊維集合体のマットの積層面が、熱処理炉扉と炉体開口部との接触面P1に対して垂直となっている。
もし、断熱ブロック10の無機繊維集合体のマットの積層面が、炉体開口部との接触面P1に対して水平方向に配向している場合、炉内雰囲気やバーナーの炎にさらされると、継時的に劣化したり、風食作用により飛散しやすい。これに対して、本願発明では、断熱ブロック10の無機繊維集合体のマットの積層面が、炉体開口部との接触面P1に対して垂直方向に配向している。このため、耐熱性や耐熱耐久性に優れており、熱処理炉扉の内貼り構造に非常に適した構造になっている。
上記断熱ブロック10を構成する無機繊維集合体のマットを形成する無機繊維は、特に制限されないが、例えば、シリカ、アルミナ/シリカ、これらを含むジルコニア、スピネル、チタニア及びカルシアの単独、または複合繊維が挙げられる。中でも、特に好ましいのは、耐熱性、繊維強度(靱性)、安全性の点で、アルミナ/シリカ系繊維、特に多結晶質アルミナ/シリカ系繊維である。特に、アルミナ比が70〜80質量%でシリカ比が30〜20質量%のアルミナ/シリカ繊維が好ましい。
無機繊維集合体の嵩密度は特に限定されないが、形成される断熱ブロック10の耐熱性および強度の点から、50kg/m3〜200kg/m3が好ましく、80kg/m3〜160kg/m3がさらに好ましい。
無機繊維集合体のマットの厚みは適宜選択されるが、施工性や強度の点から5〜30mmが好ましく、10〜27mmがより好ましい。厚みが薄くなりすぎると、施工に手間がかかり、厚みが厚すぎると折りたたんだ時に、構造体を維持しずらいという問題点がある。
弾性構造20は、折りたたまれた無機繊維集合体のマットからなる。弾性構造20を構成する無機繊維集合体のマットの積層面は、接触面P1に対して水平となっている。また、弾性構造20は、断熱ブロック10よりも扉ケーシング40側に配置されている。
上記したように、断熱ブロック10における無機繊維集合体のマットの積層面は、接触面P1に対して垂直となっている。この場合、耐熱性や耐熱耐久性に優れているが、その反面、外部からの荷重に対しての厚みの変化量は小さい。そのため圧縮された際に粉化などをおこし、熱処理炉扉と炉体開口部との密着性を下げる原因になっていた。
弾性構造20のニードルブランケットの平均繊維径は、5〜7μmであることが好ましい。無機繊維の平均繊維径が太すぎると繊維集合体の反発力、靱性が失われ、細すぎると、繊維径3μm以下の繊維が含有される確率が高くなる。
また、図3(b)に示すように観音開き状に折りたたまれていてもよい。折りたたまれることで、圧縮反発に対してより強い耐久力を示す。また、折りたたむ場合は無機繊維集合体のマットの厚みT1に対して、折幅W1を3倍以上とすることが好ましい(W1≧3T1)。図3(b)のように、折りたたみ構造が長片と短片とを有する場合は、前記折幅W1は短片の幅をいう。無機繊維集合体のマットの厚みT1に対して、折幅W1を3倍以上とすることにより、無機繊維集合体の端部がめくれてマットの端面が断熱ブロック10と接触してクッション不良となることを防止できる。
なお、具体的には、弾性構造20の折幅W1は、70mm以上とすることが好ましい。これにより、端部のめくれを防止することができる。
弾性構造20の大きさは適宜選択することができるが、弾性構造20の有効面積の合計は、前記断熱ブロック10の底面積の合計よりも小さい方が好ましい。面積比で70〜100%が好ましく、85〜99%がより好ましい。
ここで、「有効面積」とは断熱材ブロック10と接触する面積のことを表す。有効面積をこのように設定することで、十分なクッション性と耐久性をえることができる。
本発明の熱処理炉扉の耐火構造は、断熱ブロック10と扉ケーシング40とを接続する接続部材30を備えている。接続部材30により、断熱ブロック10と扉ケーシング40とが接離自在に接続されている。
接続部材30の一例を図2に示す。図2においては、接続部材30の一端は、断熱ブロック10に接続されており、他端は扉ケーシング40に形成された孔から扉ケーシング40の外部に出され、該他端にはネジが切られており、ナットが締結される。これにより、断熱ブロック10は、図示上方向への移動が制限され、扉ケーシング40からの脱落が防止される。また、弾性構造20が圧縮されることにより、断熱ブロック10は一定の距離において下方向に移動することができる。これにより、断熱ブロック10にクッション性を付与することができる。
また、本発明の耐火構造が備える複数の断熱ブロック10において、互いの高さを異なるものとすることもできるし、一つの断熱ブロック10が備える複数の接続部材30の長さを異なる長さに調整することにより、接触面P1を適切な角度に調整することができ、炉体開口部との密着性をより高めることができる。
また、このように、断熱ブロック10は扉ケーシング40と接離自在に接続されており、脱落が防止されているので、本発明の耐火構造は、熱処理炉の側面側の扉として使用可能であるし、熱処理炉の上面側の扉としても使用可能である。
接続部材30の太さは、特に限定されないが、5mm以上16mm以下が好ましい。太さが細すぎると加重がかかった際に折れる問題があり、逆に太すぎると強度が過大となり高重量となる。
本発明の熱処理炉扉の耐火構造は、断熱ブロック10と弾性構造20との間に金属板50を備えていてもよい。図4に金属板50を備えた形態を示す。該形態においては、金属板50と断熱ブロック10とが固定されており、金属板50と扉ケーシング40とが接続部材30により接離自在に接続されている。
この形態では、接続部材30は金属板40に固定されている。固定方法は特に限定されないが、例えば、溶接により固定することができる。
金属板50の材質は、特に限定されないが、JIS SUS304やSUS310Sなどの耐熱ステンレスを使用することが好ましい。
本発明の加熱炉扉は、扉ケーシング40、および、扉ケーシング40内部に配置された上記の耐火構造を有する。
扉ケーシング40の材質は、特に限定されないが、JIS SUS304やSUS310Sなどの耐熱ステンレスを使用することが好ましい。
扉ケーシング40の厚みは、特に限定されないが、1mm以上が好ましく、3mm以上がより好ましい。薄すぎると強度が低くなるという問題がある。上限は特に限定されないが、高重量となる点から6mm以下が好ましい。扉ケーシングの形状は特に限定されないが、例えば、図2、4に示したような、炉体開口部側に開口を有する直方体の筐体を挙げることができる。
本発明の加熱炉扉は、複数の本発明の耐火構造を備えていてもよい。図5に、複数の耐火構造を備える本発明の加熱炉扉の一実施形態の断面図を示す。また、図6に断面図、図7に斜視図を示すように、本発明の耐火構造を加熱炉扉の一部の耐火構造として使用してもよい。図6、図7では、炉体開口部と接触する部分に本発明の耐火構造を配置している。つまり、本発明の耐火構造を、扉の外周部の耐火構造として使用している。このように、加熱炉扉と炉体開口部とを密着させたい箇所に対して、本発明の耐火構造を配置することが好ましい。
加熱炉扉における、断熱ブロック10の圧縮方向は特に制限されないが、加熱炉扉の長手側に圧縮させる方が好ましい。これにより、非圧縮方向の断熱ブロック10の間に使用することがある無機繊維マット(ホールブランケット)の使用量を削減できる。
三菱ケミカル社製 MAFTEC(登録商標) MLS 6pcf(96kg/m3) 25mmt(25mm厚)を、300mm×300mmの大きさで2枚切り出し、折幅(W1)がそれぞれ150mm幅となるように2つ折りして弾性構造20とし、図11(a)に示すように2つを並べた。
その上に、上記同様の三菱ケミカル社製、MAFTEC(登録商標) MLS 6pcf(96kg/m3) 25mmt(25mm厚)を300mm×4800mmの大きさで切り出し、これを300mm幅で葛折構造に折りたたみ、両面を6mmのベニア板で挟みPPバンドで固定して、重さ4.8kg、サイズ300mm×300mm×300mmの断熱ブロック10として、これを、上記の弾性構造の上に、図11(a)に示すように、配置した。
実施例1において、弾性構造を形成する三菱ケミカル社製 MAFTEC(登録商標) MLS 6pcf(96kg/m3) 25mmtを、300mm×300mmの大きさで2枚切り出したものを、図11(b)に示すように折らずに重ねて配置し、同様の試験を実施した。
実施例1において、弾性構造を形成する三菱ケミカル社製 MAFTEC(登録商標) MLS 6pcf(96kg/m3) 25mmtを、50mm×300mmの短冊状に12枚カットし、図11(c)に示すように、積層面を接触面に対して垂直方向にして、12枚並べ、同様の試験を行った。
10回目の圧縮時および解放時の差/1回目の圧縮時および解放時の差×100(%) (1)
実施例1では、1回目の圧縮時および解放時の差は14.7mmであり、10回目の圧縮時および開放時の差は13.3mmであった。クッション性の維持率は、91%であった。
これに対して、比較例1では、1回目の圧縮時および解放時の差は10.0mmであり、10回目の圧縮時および開放時の差は8.7mmであった。クッション性の維持率は、87%であった。比較例2では、1回目の圧縮時および解放時の差は2.1mmであり、10回目の圧縮時および開放時の差は1.8mmであった。クッション性の維持率は86%であった。
以上より、本願発明の耐火構造においては、炉体開口部に対する高い密閉性とその長期間における維持が可能であることが示された。
200:炉体
100;扉
10:断熱ブロック
20:弾性構造
30:接続部材
40:扉ケーシング
50:金属板
Claims (6)
- 積層された無機繊維集合体のマットを備えてなる断熱ブロック、折りたたまれた無機繊維集合体のマットからなる弾性構造、および、前記断熱ブロックと扉ケーシングとを接続する接続部材を備えた熱処理炉扉の耐火構造であって、
前記断熱ブロックにおける前記無機繊維集合体のマットの積層面が、熱処理炉扉と炉体開口部との接触面に対して垂直となっており、
前記弾性構造の無機繊維集合体のマットの積層面が、前記接触面に対して水平となっており、
前記断熱ブロックが前記接触面側に配置され、前記弾性構造が前記扉ケーシング側に配置され、
断熱ブロックと扉ケーシングとが前記接続部材により接離自在に接続されている、熱処理炉扉の耐火構造。 - 前記弾性構造の折幅が70mm以上である、請求項1に記載の熱処理炉扉の耐火構造。
- 前記弾性構造を構成する前記無機繊維集合体のマットが、アルミナ含有量が70〜80wt%でかつシリカ含有量が20〜30wt%のシリカ/アルミナ繊維のマットである、請求項1または2に記載の熱処理炉扉の耐火構造。
- 前記断熱ブロックと前記弾性構造との間に金属板を備え、前記金属板と前記断熱ブロックとが固定されており、前記金属板と前記扉ケーシングとが前記接続部材により接離自在に接続されている、請求項1〜3のいずれかに記載の加熱処理炉扉の耐火構造。
- 扉ケーシング、および、
前記扉ケーシング内部に配置された請求項1〜4のいずれかに記載の耐火構造を有する、熱処理炉扉。 - 前記断熱ブロックの一部が、前記扉ケーシングから接触面側に突出している、請求項5に記載の熱処理炉扉。
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