JP2552694B2

JP2552694B2 - 多孔成形体

Info

Publication number: JP2552694B2
Application number: JP63002677A
Authority: JP
Inventors: 紳吾吉田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1988-01-09
Filing date: 1988-01-09
Publication date: 1996-11-13
Anticipated expiration: 2011-11-13
Also published as: JPH01179772A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は金属溶湯濾過材及び高温輻射板等の通気固体
として使用される多孔成形体に関する。

［従来の技術］従来の多孔成形体としては、セラミックフォームタイ
プ又はハニカムタイプのもの等があるが、これらはいず
れも熱衝撃に弱く、急に直火があたる等、熱衝撃が加わ
ると割れてしまうという欠点がある。

これに対し、成形体厚み方向に略々直交する同一平面
内で線径が0.5乃至6.0mmの素線を波形又はループ状に成
形し、その一部を相互に重ね一の方向にずらせて順次配
列した線状多孔成形体は、構造上の拘束力が少なく、熱
衝撃に比較的強い成形体として注目されている。

第７図は従来の線状多孔成形体を示す模式図である。
ダイスのノズルから押出された１本の素線がループ状に
巻かれて線輪１となり、この線輪１を一の方向にずらせ
てその一部が重なるように配列することにより線輪列２
が構成されている。そして、この線輪列２を相互に平行
に同一平面上に複数列配置すると共に、隣接する１対の
線輪列２にまたがるようにしてこの線輪列２上に次の上
層の線輪列２を積層する。このようにして複数層の線輪
列を積層することにより、線状多孔成形体が得られる。
なお、上述の如く、この線輪列２は成形体の厚さ方向に
重ねられる。従って、成形体の最下段の層においては、
各線輪列は同一の平面上に載置されるが、第２層目から
は下層の線輪列の上に重ねられる。このように、線輪列
上に重ねられた線輪列も、実質上、同一平面上に載置さ
れているものとみなすことができる。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、従来の線状多孔成形体においては、素
線を成形して得た線輪１により形成される面内におい
て、平行に配置された複数列の線輪列２の相互間で線輪
１は相互に重り合っていない。従って、各線輪列２は上
層又は下層に積層された線輪列２と接合しているのみで
ある。また、この線輪列２は上層又は下層において線輪
（又は波形）を形成する押出し素線と絡みあうことなく
積層されているため、成形体の用途において、特に成形
体の厚み方向で大きな温度分布が生じるような強い熱衝
撃が印加されたり、成形体の表面にある線輪列の一つに
局所的な外力が加わったりすると、成形体表面にある線
輪列が１列、そっくり剥離してしまうという問題点があ
る。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであっ
て、線状多孔成形体の利点を生かしつつ、熱衝撃又は局
所的な外力による表面層の剥離が防止された長寿命の多
孔成形体を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明に係る多孔成形体は、無機物質をループ状に押
出して成形された複数個の線輪を一の方向に配列して得
た複数列の線輪列を有し、この複数列の線輪列を同一平
面上に配置して、隣接する線輪列相互の線輪同士を線輪
の素線径以上であって線輪直径の1/2以下の長さで相互
に重ねて接合したことを特徴とする。

［作用］本発明においては、例えば、無機物質をループ状に押
出しすることにより複数個の線輪が成形され、各線輪が
その輪中心を一の方向にずらせて配列されている。

このようにして得られた線輪列が同一平面上に複数列
平行に配置されており、その隣接する線輪列における線
輪同士はその一部で相互に重ねられて接合されている。

この隣接する線輪列における重ね合わせた部分の長さ
Ｌは、線輪の素線径をｄ、線輪の直径をＤとすると、下
記不等式を満足する。

ｄ≦Ｌ≦D/2 これにより、同一平面上にある線輪列同士も相互に接
合されて補強され、線輪の剥離が防止されると共に、流
体の通流性が阻害されることはない。

なお、同一平面上に配置された複数の線輪列からなる
線輪成形層を複数層積層して多孔成形体を構成した場合
は、下層の線輪成形層は厳密には凹凸を有しているた
め、実際上この下層の成形層上に載置される上層の成形
層においては、各線輪列が同一平面上から若干外れるこ
とがあるが、本明細書においては、このような線輪列も
同一平面上にあるものとみなす。

［実施例］以下、添付の図面を参照して本発明の実施例について
具体的に説明する。第１図は本発明の実施例に係る多孔
成形体を示す平面図である。押出ダイス（図示せず）を
配列方向４に移動させつつこの押出ダイスから無機物質
をループ状に押し出し、得られた素線３をループ状に巻
回しながら平面状の受け面（図示せず）に着床させる。
そうすると、複数個の線輪１がその中心を配列方向４に
所定の配列ピッチだけずらせて配列される。これによ
り、複数個の線輪１がその一部を重ね合わせて配列方向
４に配列された線輪列２が形成される。

そして、このような線輪列２が１平面に複数列並置さ
れて無機物質の押出素線からなる１層の線輪成形層が構
成され、このような線輪成形層が複数層積層されて線状
多孔質成形体となる。各線輪１間、線輪列２間及び線輪
成形層間は、無機物質素線３が軟化状態で積み重ねられ
た後、この無機物質が固化することにより固着される。

無機物質としては、多孔性無機物質又は非多孔性無機
物質のいずれを使用してもよい。

先ず、多孔性無機物質としては、例えば、合成又は天
然のゼオライト、γ−アルミナ、シリカゲル、シリカ・
アルミナ、ベーマイト、活性チタニア、活性炭、モレキ
ュラシービンブカーボン等がある。また、非多孔性無機
物質としては、例えば、ムライト、コランダム、コージ
ェライト等の金属酸化物含有鉱物がある。これらの無機
物質は一般に粉粒体として入手することができる。

これら無機物質を粘弾性材料とするには、例えば、無
機物質にバインダーを添加して混練し、粘度調整してス
ラリー状とすればよい。

バインダーとしては、粉粒体に対して粘結機能を発揮
するものを使用すればよく、種々の材料を利用すること
ができる。代表的なバインダーとしては、MC、CMC、殿
粉、CM3（カルボキシメチルスターチ）、HEC（ヒドロキ
シエチルセルロース）、HPC（ヒドロキシプロピルセル
ロース）、リグニンスルホン酸ナトリウム、リグニンス
ルホン酸カルシウム、ポリビニルアルコール、アクリル
酸エステル、メタクリル酸エステル、フェノール樹脂、
メラミン樹脂等の有機系バインダー、水ガラス、コロイ
ダルシリカ、コロイダルアルミナ、コロイダルチタン、
ベントナイト、硝酸、アルミニウム等の無機系バインダ
ーがある。なお、これらのバインダーを、２種以上併用
してもよい。また、バインダーの配合率は乾燥重量で35
％（対全混練物）以下とするのが好ましい。配合率が35
％を超えると、最終製品の強度が低下するからである。

１平面に配置された各線輪列２は、その一部において
相互に重ね合わされている。第２図（ａ），（ｂ）はこ
の重ね合わせ距離（以下、重り代という）を説明するた
めの模式的平面図である。図示のように、線輪１の素線
径をｄ、線輪１の直径をＤ、重り代をＬとする。但し、
線輪直径Ｄは線輪１を構成する素線３の中心間の距離で
規定されたものであり、重り代Ｌは線輪１の外縁間の距
離として把握される。なお，第２図（ａ），（ｂ）には
各線輪列２について、１個のみの線輪１を図示してあ
る。

第２図（ａ）に示すように、隣接する線輪列２におい
て、線輪１同士が重り合う重り代Ｌは素線径ｄ以上であ
る。重り代Ｌが素線径ｄ未満であると、線輪１間の接合
面積が小さくなり、接合力が低いため、線輪列２の剥離
が発生しやすい。

線輪１は断面円形状をなしているから、線輪１同士を
重ねた場合には実質上点で両者が接合している。そし
て、この線輪１の重さと素線３の柔らかさとで接合の大
きさが決まる。この場合に、線輪１同士がその中心を一
致させて重ね合わされたときに接合面は線状になり、最
も接合面積が広くなる。そして、その中心間がずれてく
ると接合面積が減少し、特に、重り代Ｌが素線径ｄより
小さくなると、接合面積が著しく小さくなり、固着強度
が極めて低くなる。

第３図は横軸に線輪１の重り代をとり、縦軸に線輪列
の剥離が発生しない確率（非剥離率）と、圧力損失とを
とって、非剥離率及び圧損と、重り代との関係を示すグ
ラフ図である。このグラフ図は、ムライト質（3Al₂O₃・
2SiO₂）の成形体で重ね代を種々変化させて熱衝撃試験
及び圧損測定試験を実施した結果を示すものである。熱
衝撃試験は第４図に示す装置により行った。無底台車10
上に試験材11を載置し、台車10をレール12上で往復移動
させる。このレール12の下方には、バーナー13とブロア
14とが設置されており、試験材11が台車10と共にバーナ
ー13とブロア14との間を往復移動することにより、試験
材11にはバーナー加熱と冷風冷却とが繰り返される。こ
れにより、試験材11は第５図に示すような熱サイクルを
受ける。このようにして試験材11に20回の熱衝撃サイク
ルを印加した結果、線輪列の剥離が発生しなかった確率
を第３図の縦軸に非剥離率として示した。

一方、圧損測定試験は、第６図に示す装置により実施
した。つまり、送風ブロア15をダクト17に連結し、ダク
ト17内に整流部16を設け、この整流部16の下流側に試験
材18を設置する。そして、この試験材18の上流側及び下
流側における圧力差、つまり、試験材17の通過前後の差
圧を測定し、これにより圧損を求めた。

なお、第３図のデータは、素線径ｄが1mm、線輪直径
Ｄが８乃至10mmのものについて得られたものであるか
ら、ｄはＤの約10％である。また、第３図の横軸の重り
代は線輪の直径Ｄに対する割合である。従って、重り代
が約10％のときに、重り代が素線径ｄと略々一致する。
また、重り代Ｌが50％のときに、線輪は線輪直径Ｄの1/
2の部分において重り合っている。

この第３図の非剥離率を示す曲線から明らかなよう
に、重り代が10％より小さい場合、つまり重り代Ｌが素
線径ｄより小さくなると、非剥離率が急激に低下する。
従って、本願発明においては、重り代Ｌを10％以上確保
する。

次に、第２図（ｂ）に示すように、重り代Ｌは、線輪
の直径Ｄの1/2以下にする。各線輪１は円形に近いが、
実際には線輪の配列方向４又はこの配列方向に直交する
方向に歪んだ円形をなす。従って、線輪の直径といって
も、その測定方向によって多少のバラツキが存在する
が、本発明においては、図示の如く、この線輪１の直径
Ｄを線輪１の配列方向４に直交する方向について測定し
たものとする。線輪１の重り代Ｌがこの線輪１の直径Ｄ
の1/2を超えると（重り代が50％を超えると）、第３図
に示すように、圧力損失が大きくなり、通流流体の流動
性を損ない、通流抵抗が高くなる。このため、本発明に
おいては、隣接する線輪列２間の重り代Ｌを線輪直径Ｄ
の1/2以下とする。

なお、各線輪列２において、各線輪１はその配列方向
４の前後に位置する線輪１と相互に重なり合うようにす
ることが好ましい。これにより、剥離防止能力が一層高
くなり、製造上及び品質上好ましい。

また、１平面内に配置された複数の線輪列２から構成
される線輪成形層を別の平面内に構成される線輪成形層
上に順次積層していくことにより、所定の厚さの成形体
が得られる。この場合に、各線輪成形層が粘性を有して
いる間に上層の線輪成形層を重ね合わせることにより、
成形体の厚さを所定のものに調整することもできる。

更に、線輪成形層を成形体の厚さ方向に重ねる際に、
一の配列方向に配列された複数の線輪１からなる線輪列
２が複数列配置された第１の線輪成形層と、この一の配
列方向に略直交する他の配列方向に配列された線輪列を
有する第２の線輪成形層とを交互に積層することによ
り、上層と下層とで線輪の配列方向が略直交することに
なり、配列の方向性が解消される。これにより剥離が一
層起こりにくくなると共に、実際の作業上装着の方向性
に注意を要する必要がなく、取り扱いが容易になる。

次に、本発明の実施例に係る線状多孔質成形体を煙道
に設けた場合（適用例１）と、金属溶湯連続鋳造装置の
樋に設けた場合（適用例２）とについてその特性試験を
行った結果について、従来の線状多孔成形体（第７図参
照）を適用した場合と比較して説明する。

適用例１煙道の途中に通気性固体としてムライト質又はアルミ
ナ質の無機物質で形成した線状多孔成形体を設置し、こ
の多孔形成体を通過させて1100℃の熱風と室温の冷風と
を交互に流す熱衝撃試験を行った。その結果、剥離が発
生した数を下記第１表に示す。

但し、試験条件は以下のとおりである。

試験片サイズ；幅150mm、長さ250mm、厚さ30mm 素線径;1.5mm、実施例品重り代;50％ムライト質組成;3Al₂O₃・2SiO₂が99％以上アルミナ質組成;Al₂O₃が99％以上、残部SiO₂、Fe₂O₃、C
aO この煙道に設けられた線状多孔成形体は、成形体自身
のフィルタリング性能の劣化により、約200回の繰り返
し数で交換する必要があるが、従来品はこの20回目迄の
途中で剥離を起こしてしまうのに対し、本発明の実施例
に係る成形体の場合は使用期間中全く剥離を起こさなか
った。

適用例２ SiC質の無機材料からなる線状多孔成形体を金属溶湯
連続鋳造装置の樋に設置し、ガスバーナーの直火による
予熱試験を実施した。試験材の大きさは、幅及び長さが
300mm、厚さが50mmであり、予熱終了温度は1200℃であ
る。その結果、本発明の実施例品（第１図）の場合は、
50回の予熱試験中、剥離が発生しなかったのに対し、従
来品（第７図）の場合は、50回の予熱試験中、５回剥離
が発生した。

［発明の効果］以上説明した如く、本発明によれば、線状多孔成形体
の特性を生かしつつ、急激な熱衝撃又は局所的な外力の
付加による表面層の剥離を防止することができる。従っ
て、本発明に係る多孔成形体を金属溶湯の濾過に適用し
た場合は、機械的な破壊による使用の中断が回避され、
そのフィルタリング性能の劣化により決まる寿命を全う
することができる。

また、急激な熱衝撃に耐えることができるので、適応
温度範囲が広くなり、用途が拡大する。

更に、使用中における剥離による変換作業が回避され
るので、作業効率が向上する。

このように、本発明に係る多孔質成形体は極めて優れ
た効果を奏し、熱衝撃を受け易い分野に使用されるフィ
ルタ又は輻射板等として極めて有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る多孔成形体を示す平面
図、第２図（ａ），（ｂ）はその重り代を説明するため
の模式的平面図、第３図は非剥離率及び圧力損失と重り
代との関係を示すグラフ図、第４図は熱衝撃試験装置を
示す模式図、第５図はその試験材の温度の変化パターン
を示すグラフ図、第６図は圧損測定試験装置を示す模式
図、第７図は従来の多孔成形体を示す平面図である。 1;線輪、2;線輪列、3;素線、4;配列方向

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】無機物質をループ状に押出して成形された
複数個の線輪を一の方向に配列して得た複数列の線輪列
を有し、この複数列の線輪列を同一平面上に配置し、隣
接する線輪列相互の線輪同士を線輪の素線径以上であっ
て線輪直径の1/2以下の長さで相互に重ねて接合したこ
とを特徴とする多孔成形体。
【請求項２】各線輪列においてその配列方向に隣り合う
線輪は相互に重ねて接合してあることを特徴とする特許
請求の範囲第１項に記載の多孔成形体。
【請求項３】同一平面上に複数列の線輪列を配置して得
た線輪成形層を複数層積層したことを特徴とする特許請
求の範囲第１項に記載の多孔成形体。
【請求項４】上下に隣接する前記線輪成形層はその線輪
配列方向が相互に略直交することを特徴とする特許請求
の範囲第３項に記載の多孔成形体。