JP2525250C

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Publication number: JP2525250C
Authority: JP
Original assignee: 金剛紙工株式会社; 株式会社佐田洋紙店; ヘレウス・エレクトロナイト株式会社
Publication date: 1998-12-09

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は溶融金属等の試料採取並びに測温、成分測定といった場合に使用され
るプローブの耐熱保護管の改良に関し、更に詳しくはその耐熱性能、遮熱性能と
いった諸性能を向上させる方法及びそのような耐熱性能、遮熱性能を著しく向上
させた耐熱保護管に関する。〔従来の技術〕従来、前記のような耐熱保護管としては石綿管、又はセラミックファイバー管
等が用いられてきた。しかし、石綿については発癌性があることが指摘されてそ
の使用が禁止される傾向にある。又、セラミックファイバー管については、本出
願人は先の出願に係る特開昭 63−190992 号に示されるセラミックシートを焼成
せずこれに加熱発泡材を介在せしめる方法や、多孔質粉体である珪藻土の熱遮断
効率の高さを利用した耐熱保護管を提案している。上記のような耐熱保護管は耐スプラッシュ性に優れ、安定して使用でき、且つ
相当時間の耐火、断熱性能が知見されている反面、断熱性に優れる材料、即ち耐
火層を構成する材料の導熱が悪いということは、言い変えるとそれだけ保熱性が
よいということであり、溶銑、溶鋼への浸漬時は何ら問題はないが、使用後これ
を放置しておくと、保温性がよいだけに保護管は冷却されにくく、高温状態が続
くことによる二次加熱により、特に紙管を内在する場合には該紙管表面を炭化さ
せ、耐火層部材を紙管から剥落せしめてしまい再使用は不可能となる。又、スプ
ラッシュ防止のために耐火層自体を不活性にしているため、使用後溶融金属から
引き抜く時にスラグや溶融金属等を付着させたまま取り出されてくるので、これ
ら付着物により保護管の重量が増大して引き抜き時の作業負荷が増大するだけで
なく、前記付着物により保護管の外径が極端に大きくなったりして作業性や危険
性にも問題があるうえに、これらの付着物の熱容量により保温性が更に高められ
、内部の紙管の炭化をより助長せしめてしまう結果となる。又、経済的にも1300
℃〜1500℃程度の比較的低温度の範囲で使用される場合、複数回の使用に対応で
きることが要望されるが、前記のような理由により反復使用は不可能であった。〔発明が解決しようとする課題〕本発明は上記のような問題点に鑑み、高耐熱性であり高温条件下での使用に充分耐えうるとともに、高断熱性に基づく保温作用による二次加熱及び内部への
熱の伝播を防止し、且つスラグや溶融金属等が付着し難くすることにより、紙管
を内在させたときにも該紙管の炭化を防止して反復使用可能とした経済的な耐熱
保護管を提供せんとするものである。〔課題を解決するための手段〕上記の如く、従来においては溶融金属の破壊的な高温に対し、これら溶融金属
と耐火層を構成する耐火断熱材料との間の諸反応、特に耐火断熱材料と溶融金属
との界面におけるスプラッシュ現象を抑制させ、耐火断熱材料の断熱傾斜角を大
きくすることに保護管改良の主眼が置かれていた。しかし、多くの場合、前述の
如く断熱材の断熱傾斜角を大きくする程、耐火断熱材料の保温性が高められ、相
当量の高熱が二次加熱として耐火層内部に伝播され、紙管を耐火層に内在する場
合、紙の層が燃損してしまう程の乾留温度が伝播されている。ところが、石綿管
では内在紙管には乾留温度が伝播されず耐火層表面の剥落のみが知見されており
、溶銑等の比較的溶融温度の低い場合には複数回の使用が可能である。このよう
に石綿の場合、物性破壊温度をはるかに超越する温度雰囲気のなかで実際使用に
対応しうるのに対し、石綿よりも耐火度の高いセラミックファイバー等が対応で
きていない。この原因としては、石綿の加熱減量（17〜20％）が考えられる。即
ち、石綿の結晶構造中には多量の結晶水及び水酸基を含有しており、そのうえシ
ート抄造時の分散媒体としての水、石綿管造管時の吸湿等の様々な水の関与によ
り成りたっている。そしてこの石綿管は、その使用時においては抄紙等、造管時
等の一次、二次加工の水は発散されているものの、結晶構造中の結晶水等は脱水
されず使用にあたっても保持されたままであり、この結晶水が使用時における溶
融金属等の高温雰囲気下で始めて脱水される。即ち、石綿は常温から物性破壊温
度まで非常に効率よく脱水し、溶融金属との界面で発水によるスプラッシュ現象
も誘発し、このスプラッシュのつくる空気層により効果的に断熱するとともに、
耐火層内部に対しては脱水吸熱作用を奏していると理解される。前記石綿におけ
る結晶水の脱水は、石綿のグラス転位温度に近く約 900 ℃以上においても前述
の如き機能を有する。そして脱水完了後の石綿結晶体は、破壊的雰囲気にさらさ
れてバライカに転位して飛散してしまう。このことは使用後の石綿耐火層の痩せを観察しても理解される。このような現象はセラミックファイバー或いは珪藻土
等の耐火物では認められず、石綿におけるスプラッシュ等の活性な反応による界
面断熱効果が、これらセラミックファイバー等と石綿との間の断熱性能における
差異を生じしめていると理解できる。そのうえ、高温溶融金属より引き上げたセ
ラミックファイバー管或いは珪藻土管にはスラグ等の不純物が附着し、前述の如
く二次的に加熱時間が延長され、紙管を内在させた時には紙の層を炭化させてし
まうが、石綿においては前記の如きスプラッシュによる界面のクリーニング効果
があり、スラグの附着がみられず、従って二次加熱による紙管の炭化といった問
題も起こらない。このように石綿の場合は脱水された結晶水の水蒸気が、外に向かっては溶融金
属の強熱に反応してスプラッシュ現象として発現する膨張気体によって溶融金属
と耐火層との界を遮断する間隙を形成し、この界面に発生した間隙で溶融金属の
保持している破壊的な強熱が断層的に遮断され、耐火層内部への伝熱を遮断する
。一方、耐火層内部に向かった水蒸気は、石綿の孔質繊維状結晶体の間隙、或い
は孔質部分にとり込まれて再蒸発することにより吸熱効果を招来して石綿本体の
破壊より保護じ、更に紙管部分を内在する場合は紙管の有機質繊維の乾留を妨げ
る原因ともなっている。本発明は上記のような石綿の有する優れた長所の機構を知見したことに基づき
、これらの長所を安全、且つ無害なセラミックファイバー管又は珪藻土管等の耐
火材に応用しようとするものである。即ち、不活性で耐火断熱性が高く、且つ石
綿のように健康上の問題もなく安全なセラミックファイバー、グラスァイバー或
いは珪藻土等の耐火材に、上記石綿において知見される脱水吸熱作用、並びにス
プラッシュ現象による界面断熱効果、及び阻スラグ性を付与することにより、こ
れらセラミックファイバー、グラスファイバー、或いは珪藻土等の本来有する高
不反応性、高傾斜断熱性を合わせ持つ、高性能の耐熱保護管を提供せんとするも
のであり、その要旨とするところは、上記のような耐熱保護管における耐火層、
又は該耐火層を構成するセラミックファイバー、グラスファイバー或いは珪藻土
等の耐火断熱材料に、紙の乾留温度以下の低温度で脱水する加熱脱水材を介在せ
しめることにより、該耐熱保護管を高温状態下においたときに生ずる加熱脱水材の脱水吸熱作用、並びに耐火材表面における溶融金属との界面のスプラッシュ現
象による界面断熱効果及びクリーニング効果により、耐熱保護管の耐熱性能及び
遮熱性能を向上させてなることを特徴とする耐熱保護管の性能向上方法である。そして、前記低温度で脱水する加熱脱水材としては、水酸化アルミニウム、沸
石等が用いられる。更に、この低温度で脱水する加熱脱水材に加えて、紙の乾留
温度以上の高温度で脱水開始する加熱脱水材を組み合わせることで、加熱脱水材
による脱水吸熱時間、及びスプラッシュ現象を調節することができる。この高温
度で脱水する加熱脱水材としては、非焼成カオリン、生タルク等の結晶水及び水
酸基を有する無機粉体等が用いられる。又、前記方法において、耐火層を構成する耐火断熱材料に、前記加熱脱水材と
ともに不活性な多孔質粉体又は無機発泡体を介在させることにより、この多孔質
粉体又は無機発泡材の気泡による断熱効果を利用して加熱脱水材の急激な脱水を
抑制し、継続した脱水吸熱作用と耐熱保護管表面における溶融金属との界面で適
度のスプラッシュ現象を誘発させることも有効である。そして具体的な耐熱保護管の構成としては、サンプラー又は熱電対等を内装す
る紙管の外周面に、上記の如き加熱発泡材を介在せしめてなる耐火断熱材料を一
体に形成したり、又はこの耐火断熱材料としてシート材を用い、これを前記紙管
に巻回する等の方法がある。そして、前記シート状耐火材に加熱脱水材を介在さ
せる方法としては、シート材に加熱脱水材を適宜含浸してシート材繊維間に加熱
脱水材を介在させたり、又はシート材の抄造時に加熱脱水材を同時に抄き込んだ
り、或いはシート材表面に適宜加熱脱水材を塗布等の方法により附着させる、更
には耐火断熱材料にて構成される耐火層と該耐火層に内在させた紙管との間に加
熱脱水材層を形成する等、各種の方法が採用されうる。〔作用〕前記の如き加熱脱水材としての水酸化アルミニウム（Al₂O₃・3H₂O）は、これ
を耐熱保護管の耐火層に介在させて強熱雰囲気におくと、約 300 ℃で脱水開始
して耐火層内部で激しい吸熱現象をひき起こす。次に脱水の完了した水酸化アル
ミニウムはアルミン酸塩等に転換するが、耐熱保護管における耐火層を構成する
耐火断熱材料としてセラミックファイバー（Al₂O₃・SiO₂）又は珪藻土を用い、これら耐火材のバインダーとしてコロイダルシリカ、ケイ酸ソーダ等を用いると
、前記脱水完了後の水酸化アルミニウムはこれらバインダー成分のケイ素（Si）
分と結合し、かなりの部分がケイ酸アルミニウムに転換することにより、前記セ
ラミックフィイバー、珪藻土等の高不活性な耐火断熱材料とともに、この生成さ
れたケイ酸アルミニウムが耐火層における溶融金属との界面直下での高耐熱性に
貢献することとなる。この事は、このものが、石綿のように脱水後不活性な物質
に転移し、界面でのスプラッシュ反応により飛散して外径が減退するといった現
象がみられず、又、珪藻土単体で用いた場合に起こる耐火層表面のかなりのガラ
ス質化よりもはるかに程度が低い、といったことからも、このものの耐火性能が
優れていることがわかる。上記の如く耐火断熱材料としてのセラミックファイバー、グラスァイバー等の
無機繊維あるいは珪藻土等の無機粉体等の不活性な耐火材料の繊維・粉体の担体
あるいはこれらの混合体に、前記の如き加熱することにより脱水する機能を有す
る物質を配合し、これを溶融金属等の高温雰囲気下におくと、例えば水酸化アル
ミニウムは前記の如く膨大な量の水を脱水し、又、沸石は結晶構造中の沸石水を
発水し、吸熱効果をもたらす。そして、これら脱水された水分子は耐火断熱材料
としての無機繊維の繊維間あるいは無機粉体の粒子間、多孔質繊維状結晶体、又
は板状結晶体、珪藻土のような石化多孔質体の場合であればその細孔部分に捕捉
されることにより、急激な脱水による大スプラッシュを誘発することを防止して
再蒸散によるこれら無機耐火材料の吸熱をすることで本来ガラス質に転移すべき
破壊的温度到達を飛躍的に遅延せしめることとなるのである。又、前記の如き加熱脱水材料と、高温域で脱水開始する物質を適宜配合するこ
とによって、更に前記諸反応を調節し、これを長時間持続させることが可能とな
る。石綿の場合は前述の如く常温より物性破壊温度まで効率よく脱水し、界面断熱
効果、紙管部分の吸熱といった結果を表しているが、比較的低温度では結晶水の
脱水によってその効果を保存しているがガラス転移点を通過する温度になると分
子レベルでの水酸基の脱水により前記諸反応が引き継がれることになる。水酸化
アルミニウムの水分子にしても、又、沸石の水にしても比較的低温度にて脱水完了してしまうので、石綿のように長時間の脱水効果はない。そこで高温にて脱
水開始する非焼成無機物質等を配合することで広い領域の温度の範囲でこれら諸
反応を発揮することができるものであり、本発明においてはこのような高温脱水
材として非焼成カオリン、生タルク等を用いている。又、更に耐火断熱材料に、上記した加熱脱水材とともに珪藻土等の不活性な多
孔質粉体を同時に介在させることにより、その気孔による断熱効果により、又は
珪酸ソーダの如き無機発泡材を介在させたときにはこれを高温条件下におくこと
でこれら無機発泡材が加熱発泡されて発生する気泡の断熱効果により、耐火層に
おける断熱効果を向上させるとともに、加熱脱水材の急激な脱水を防止して適当
なスプラッシュ現象と脱水吸熱効果とを効果的に持続させうるものである。〔実施例〕以下、実施例を説明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものでは
ない。配合例下記に示すものは、本発明に係る耐熱保護管の耐火層の構成成分の配合例である
。第１配合例珪藻土 37.5％水酸化アルミニウム 23.0％非焼成カオリン 23.0％コロイダルシリカ 11.0％セラミックファイバー 4.2％グラスァイバー 1.7％第２配合例沸石（ゼオライト） 70％セラミックファイバー 10％グラスファイバー 3％コロイダルシリカ 15％アタバルジャイト（コロイダルウィスカー） 2％第３配合例沸石 60％グラスファイバー 10％コロイダルシリカ 20％アタパルジャイト 3％第４配合例珪藻土 70％コロイダルシリカ 15％セラミックファイバー 10％グラスファイバー 3％アタパルジャイト 2％第５配合例珪藻土 60％セラミックファイバー 10％グラスファイバー 3％ケイ酸ソーダ 23％アタパルジャイト 3％そして第１図〜第５図は上記の如き配合で構成される耐火層を紙管に外装した
状態の実施例説明図である。第１図、第２図は、水酸化アルミニウム、沸石、又は非焼成カオリン等の加熱
脱水材１を含浸又は混抄したセラミックシート等の耐火シート材２を紙管３に巻
回したものであり、第６図はその断面説明図である。第３図、第４図は同じく紙
管３とセラミックシート等の耐火シート材２との間に、加熱脱水材１を混抄等し
てなるシート材等にて加熱脱水材層５を形成してなるものであり、第７図はその
断面説明図である。そして第５図に示したものは、加熱脱水材１を混合した耐火
断熱材層６を射出成形により紙管３外周面に一体成形したものであり、第８図が
その断面説明図である。上記の如くして製作した耐熱保護管を、1640℃の溶鋼に浸漬したところ石綿と
同程度のスプラッシュが誘発され、６秒経過後、観察したところ、表面輝度の減退も従来のセラミックファイバー管及び珪藻土管より遥かに迅速であり、且つ
耐火層表面へのスラグ等の不純物の付着もなく、又、石綿管のように耐火断熱層
の痩せも観察されなかった。〔発明の効果〕以上のように、本発明によれば、耐熱保護管の耐火層、又はこれを構成する耐
火断熱材料に、加熱脱水材を介在させ、従来より極力回避されて来た溶融金属と
耐火層との間の諸反応、特にスプラッシュ現象を制御しながら発現させることに
より、これを高温条件下においたときに耐火層内部における前記加熱脱水材の脱
水吸熱作用、並びに耐火層と溶融金属等との界面における適度のスプラッシュ現
象により発生する空気層による断熱効果及び該スプラッシュによる耐火層表面の
クリーニング作用による阻スラグ性により、耐熱性能及び遮熱性能といった諸性
能を高度に向上させた耐熱保護管を提供しうるものである。

【図面の簡単な説明】第１図〜第５図は本発明に係る耐熱保護管の実施例説明用斜視図、第６図は第
１図又は第２図に示した耐熱保護管の縦断面説明図、第７図は第３図又は第４図
に示した耐熱保護管の縦断面説明図、第８図は第５図に示した耐熱保護管の縦断
面説明図である。 1:加熱脱水材、2:耐火シート材 3:紙管、5:加熱脱水材層 5:耐火断熱材層

Claims

【特許請求の範囲】１）耐熱保護管の耐火層又は該耐火層を構成する耐火断熱材料に、紙の乾留温度
以下の低温度で脱水する加熱脱水材を介在させることにより、該耐熱保護管を高
温状態下においたときに生ずる前記加熱脱水材の耐火層内部における脱水吸熱作
用及び耐火層表面における溶融金属との界面のスプラッシュ現象による界面断熱
効果及びクリーニング効果を利用してなる耐熱保護管の性能向上方法。２）加熱脱水材として、水酸化アルミニウム、又は沸石を用いてなる特許請求の
範囲第１項記載の耐熱保護管の性能向上方法。３）前記低温度で脱水する加熱脱水材に加えて、紙の乾留温度以上の高温度で脱
水開始する加熱脱水材を組み合わせることにより、脱水吸熱時間及びスプラッシ
ュ現象を調節することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の耐熱保護管の性
能向上方法。４）前記高温度で脱水開始する加熱脱水材として、非焼成カオリン、又は生タル
クを用いてなる特許請求の範囲第３項記載の耐熱保護管の性能向上方法。５）耐火層を構成する耐火断熱材料に加熱脱水材とともに不活性な多孔質粉体又
は無機発泡材を介在させることにより、前記多孔質粉体又は無機発泡材の気泡に
よる断熱効果を利用して加熱脱水材の急激な脱水を抑制し、加熱脱水材による耐
火層内部における継続した脱水吸熱作用と耐火層表面における溶融金属との界面
で適度のスプラッシュ現象を誘発することを特徴とする特許請求の範囲第１項〜
第４項のいずれかに記載の耐熱保護管の性能向上方法。６）耐火層を構成する耐火断熱材料に、紙の乾留温度以下の低温度で脱水する加
熱脱水材を介在させてなり、その加熱脱水材が、該耐熱保護管を高温状態下にお
いたときに生ずる前記加熱脱水材の耐火層内部における脱水吸熱作用並びに耐火
層表面における溶融金属との界面のスプラッシュ現象による界面断熱効果及びク
リーニング効果を有するものであることを特徴とする耐熱保護管。７）加熱脱水材として、水酸化アルミニウム、又は沸石を用いてなる粋許請求の範囲第６項記載の耐熱保護管。８）加熱脱水材として、前記低温度で脱水する加熱脱水材に加えて、紙の乾留温
度以上の高温度で脱水開始する加熱脱水材を組み合わせて用いてなる特許請求の
範囲第６項記載の耐熱保護管。９）前記高温度で脱水開始する加熱脱水材として、非焼成カオリン、又は生タル
クを用いてなる特許請求の範囲第８項記載の耐熱保護管。１０）耐火断熱材料に、加熱脱水材とともに不活性な多孔質粉体又は無機発泡材
を介在させてなる特許請求の範囲第６項〜第９項のいずれかに記載の耐熱保護管
。１１）加熱脱水材を介在させた耐火断熱材料を紙管外周面に一体成形してなるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第６項〜第10項のいずれかに記載の耐熱保護管。１２）耐火断熱材料として、セラミックファイバーシート又はグラスファイバー
シートの耐火シート材を用い、これに適宜加熱脱水材を含浸してシート材繊維間
に加熱脱水材を介在させ、該耐火シート材繊維間に加熱脱水材を介在させ、該耐
火シート材を紙管に巻回してなることを特徴とする特許請求の範囲第６項〜第10
項のいずれかに記載の耐熱保護管。１３）耐火断熱材料として、セラミックファイバーシート又はグラスファイバー
シートの耐火シート材を用い、該セラミックファイバー又はグラスファイバーを
抄造する際に加熱脱水材を抄き込んでシート材繊維間に加熱脱水材を介在させ、
これを紙管に巻回してなることを特徴とする特許請求の範囲第６項〜第10項のい
ずれかに記載の耐熱保護管。１４）耐火断熱材として、セラミックファイバーシート又はグラスファイバーシ
ートの耐火シート材を用い、その表面に適宜液状とした加熱脱水材を塗布により
附着させ、これを紙管に巻回してなることを特徴とする特許請求の範囲第６項〜
第10項のいずれかに記載の耐熱保護管。１５）耐火断熱材料にて構成される耐火層と該耐火層に内在させた紙管との間に
、加熱脱水材層を形成してなる特許請求の範囲第６項〜第10項のいずれかに記載
の耐熱保護管。