JP2687458B2 - 加熱炉用断熱材 - Google Patents
加熱炉用断熱材Info
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- JP2687458B2 JP2687458B2 JP63173525A JP17352588A JP2687458B2 JP 2687458 B2 JP2687458 B2 JP 2687458B2 JP 63173525 A JP63173525 A JP 63173525A JP 17352588 A JP17352588 A JP 17352588A JP 2687458 B2 JP2687458 B2 JP 2687458B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は加熱炉用断熱材に関するものである。より詳
しくは、セラミックの焼結、炭素材料の炭化および黒鉛
化するのに用いられる非酸化雰囲気で使用される加熱炉
に用いられる断熱材に関するものである。
しくは、セラミックの焼結、炭素材料の炭化および黒鉛
化するのに用いられる非酸化雰囲気で使用される加熱炉
に用いられる断熱材に関するものである。
従来より非酸化雰囲気でのセラミックの焼結や炭素材
料の炭化および黒鉛化に使用される焼成炉の断熱材とし
ては、カーボンブラック、黒鉛粉、コークスブリーズ、
炭素繊維のフェルト、炭素繊維のウェッブやフェルトを
炭素質のバインダーで固めた所謂炭素繊維成形体、セラ
ミックファイバーやアルミナファイバーあるいはこれら
を組合せたものが使用されていた。
料の炭化および黒鉛化に使用される焼成炉の断熱材とし
ては、カーボンブラック、黒鉛粉、コークスブリーズ、
炭素繊維のフェルト、炭素繊維のウェッブやフェルトを
炭素質のバインダーで固めた所謂炭素繊維成形体、セラ
ミックファイバーやアルミナファイバーあるいはこれら
を組合せたものが使用されていた。
〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、従来の技術においては、次のような問
題点があった。すなわち カーボンブラック、黒鉛粉およびコークスブリーズ
等の粉体を使用した場合は取扱いが不便であり、またこ
れら粉体が通電部に侵入し、電気的絶縁を阻害し、装置
停止の原因となる。
題点があった。すなわち カーボンブラック、黒鉛粉およびコークスブリーズ
等の粉体を使用した場合は取扱いが不便であり、またこ
れら粉体が通電部に侵入し、電気的絶縁を阻害し、装置
停止の原因となる。
セラミックファイバーの場合は使用出来る温度範囲
が1200℃以下と低く、高温で使用出来ない。
が1200℃以下と低く、高温で使用出来ない。
アルミナファイバー（ムライトファイバーも含む）
の場合も使用出来る温度範囲が1600℃以下と低く、それ
以上の高温で使用出来ない。
の場合も使用出来る温度範囲が1600℃以下と低く、それ
以上の高温で使用出来ない。
炭素繊維のフェルトを使用した場合はフェルト自体
に自立性がないため、断熱材として保持することが困難
である。
に自立性がないため、断熱材として保持することが困難
である。
またフェルトから飛散した短繊維が通電部に付着し短
絡等の原因となる。
絡等の原因となる。
炭素繊維成形体を使用した場合は上記のような問題
点は少ないが、低温部では嵩比重の差によりセラミック
ファイバーやアルミナファイバーを用いた場合に比較し
断熱性の点で劣る。
点は少ないが、低温部では嵩比重の差によりセラミック
ファイバーやアルミナファイバーを用いた場合に比較し
断熱性の点で劣る。
炭素繊維フェルトおよび炭素繊維成形体を最内層と
し、アルミナファイバーフェルトおよびアルミナファイ
バーのボードを第２層として使用した場合アルミナファ
イバー中のα−アルミナやバインダーとしてのSiO2が炭
素質断熱材のカーボンと反応して炭素質断熱材およびア
ルミナファイバー系断熱材が劣化する。このため断熱材
の耐久性が著しく劣る。
し、アルミナファイバーフェルトおよびアルミナファイ
バーのボードを第２層として使用した場合アルミナファ
イバー中のα−アルミナやバインダーとしてのSiO2が炭
素質断熱材のカーボンと反応して炭素質断熱材およびア
ルミナファイバー系断熱材が劣化する。このため断熱材
の耐久性が著しく劣る。
そこで本発明者等はこれら従来の問題点を解決するべ
く鋭意検討した結果、特定材料からなる断熱材を組み合
わせて積層して構成することによりこれらの問題点が一
挙に解決できることを見い出し本発明に到達した。
く鋭意検討した結果、特定材料からなる断熱材を組み合
わせて積層して構成することによりこれらの問題点が一
挙に解決できることを見い出し本発明に到達した。
すなわち、本発明の目的は高温下での使用において極
めて耐久性の優れた加熱炉用断熱材を提供することにあ
る。
めて耐久性の優れた加熱炉用断熱材を提供することにあ
る。
そして、その目的は 高温側の炭素質系断熱材層と低温側のアルミナ質系断
熱材層からなる二層によって積層構成された加熱炉用断
熱材であって、該炭素質系断熱材が嵩密度0.5g/cm3以下
の多孔性炭素材であり、またアルミナ質系断熱材が実質
的にα−アルミナを含有しないムライト質ファイバーか
らなることを特徴とする加熱炉用断熱材、 により容易に達成される。
熱材層からなる二層によって積層構成された加熱炉用断
熱材であって、該炭素質系断熱材が嵩密度0.5g/cm3以下
の多孔性炭素材であり、またアルミナ質系断熱材が実質
的にα−アルミナを含有しないムライト質ファイバーか
らなることを特徴とする加熱炉用断熱材、 により容易に達成される。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で用いる炭素質断熱材層は嵩密度0.5g/cm3以下
の多孔性炭素材からなるものであれば特に限定されるも
のではなく、カーボンのバルーンをバインダー成分等で
かためた後焼成を行った成形体やあるいは炭素繊維を短
繊維化した集合体からなる炭素繊維フェルトあるいは炭
素繊維成形体等が挙げられる。
の多孔性炭素材からなるものであれば特に限定されるも
のではなく、カーボンのバルーンをバインダー成分等で
かためた後焼成を行った成形体やあるいは炭素繊維を短
繊維化した集合体からなる炭素繊維フェルトあるいは炭
素繊維成形体等が挙げられる。
好ましくは炭素繊維フェルトあるいは炭素繊維成形体
を用いるのがよく、かかる炭素繊維フェルトは長さ１〜
10cm程度の炭素繊維を常法により集合化したウェッブを
ニードリングしてフェルトとしたものであり、嵩密度と
しては0.5g/cm3以下、好ましくは0.06〜0.13g/cm3のも
のが用いられる。
を用いるのがよく、かかる炭素繊維フェルトは長さ１〜
10cm程度の炭素繊維を常法により集合化したウェッブを
ニードリングしてフェルトとしたものであり、嵩密度と
しては0.5g/cm3以下、好ましくは0.06〜0.13g/cm3のも
のが用いられる。
また炭素繊維成形体としては、上記の炭素繊維ウェッ
ブやフェルトを炭素質バインダー、具体的にはフェノー
ル樹脂、フラン樹脂あるいはピッチ等の炭化収率の高い
樹脂 等により各短繊維を結着させて嵩密度0.5g/cm3以下、好
ましくは0.13〜0.30g/cm3のものが用いられる。
ブやフェルトを炭素質バインダー、具体的にはフェノー
ル樹脂、フラン樹脂あるいはピッチ等の炭化収率の高い
樹脂 等により各短繊維を結着させて嵩密度0.5g/cm3以下、好
ましくは0.13〜0.30g/cm3のものが用いられる。
そしてかかる炭素繊維成形体の製造法としては、炭素
繊維のウェッブあるいはフェルトに炭化する樹脂を含
浸、成形、硬化、その後焼成、黒鉛化することにより製
造することが出来る。
繊維のウェッブあるいはフェルトに炭化する樹脂を含
浸、成形、硬化、その後焼成、黒鉛化することにより製
造することが出来る。
樹脂の含浸を均一に行わせるには含浸溶液の粘度（20
℃）を10cps以下、好ましくは4cps以下にすることが望
ましい。このために、沸点100℃以下のアルコール又は
水100重量部に対して５〜25重量部の炭化する樹脂する
樹脂を溶解させた希薄溶液を使用する。
℃）を10cps以下、好ましくは4cps以下にすることが望
ましい。このために、沸点100℃以下のアルコール又は
水100重量部に対して５〜25重量部の炭化する樹脂する
樹脂を溶解させた希薄溶液を使用する。
成形体における炭素繊維と炭化及び黒鉛化した樹脂の
割合は6:4〜9:1（重量比）が望ましく、7:3〜8:2が特に
望ましい。
割合は6:4〜9:1（重量比）が望ましく、7:3〜8:2が特に
望ましい。
樹脂の割合いが上記割合いより多い場合は、樹脂が炭
化黒鉛する時に大きな収縮を生じるために成形体が大き
な変形収縮をおこすことがあるので好ましくない。
化黒鉛する時に大きな収縮を生じるために成形体が大き
な変形収縮をおこすことがあるので好ましくない。
このような観点から、上記希薄溶液の含浸（付着）
は、上記ウェッブ100重量部に対して250〜450重量部か
ら選ぶのが好適である。
は、上記ウェッブ100重量部に対して250〜450重量部か
ら選ぶのが好適である。
また、樹脂を炭素繊維中に均一に保持するために、10
0℃以下で溶媒のアルコールや水を徐々に除去しておい
た含浸ウェッブを積層、圧縮し、所望の厚さや形状を有
する成形体となし、次いで硬化させるとより良好な成形
体が得られる。
0℃以下で溶媒のアルコールや水を徐々に除去しておい
た含浸ウェッブを積層、圧縮し、所望の厚さや形状を有
する成形体となし、次いで硬化させるとより良好な成形
体が得られる。
硬化後、常法に従い、焼成、黒鉛化処理することによ
り成形体が得られる。
り成形体が得られる。
炭素繊維成形体の形状としては、円筒状、平板状など
一般に使用される断熱材の形状が可能である。
一般に使用される断熱材の形状が可能である。
又、炉内の被焼成物に炭素繊維等の粉塵が混入する恐
れがある場合には、成形体の表面にグラファイトセメン
ト等のコーティング剤の塗布や、膨張黒鉛のシート、炭
素繊維のペーパー等を貼ることが出来る。
れがある場合には、成形体の表面にグラファイトセメン
ト等のコーティング剤の塗布や、膨張黒鉛のシート、炭
素繊維のペーパー等を貼ることが出来る。
尚、炭素繊維としては特に限定されるものではなく、
ピッチ系炭素繊維、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、
レーヨン系炭素繊維あるいはフェノール繊維を原料とし
た炭素繊維等が挙げられる。
ピッチ系炭素繊維、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、
レーヨン系炭素繊維あるいはフェノール繊維を原料とし
た炭素繊維等が挙げられる。
次に、アルミナ質系断熱材層としてはα−アルミナを
実質的に含有していないムライト質ファイバーからなる
ものであり、通常、長さ30mm以上のムライト質ファイバ
ーを多数集合させたものである。
実質的に含有していないムライト質ファイバーからなる
ものであり、通常、長さ30mm以上のムライト質ファイバ
ーを多数集合させたものである。
その製造法としては常法により行なわれるが、例えば
特開昭60−173151号公報、60−252717号公報に示されて
いるように前駆体繊維化法で得られるファイバーをニー
ドリングした後焼成する方法の様にして製造することが
できる。
特開昭60−173151号公報、60−252717号公報に示されて
いるように前駆体繊維化法で得られるファイバーをニー
ドリングした後焼成する方法の様にして製造することが
できる。
その際、アルミナゾル、シリカゾル等の無機質バイン
ダーやスチレン−ブタジエン系ラテックス、アクリロニ
トリル−ブタジエン系ラテックスあるいはアクリレート
ラテックス等の一般的なラテックスの有機質バインダー
成分により各繊維同士を結着させてもよいが、好ましく
はこの様なバインダー成分を全く使用せずブランケット
状としたものを使用するのがよい。
ダーやスチレン−ブタジエン系ラテックス、アクリロニ
トリル−ブタジエン系ラテックスあるいはアクリレート
ラテックス等の一般的なラテックスの有機質バインダー
成分により各繊維同士を結着させてもよいが、好ましく
はこの様なバインダー成分を全く使用せずブランケット
状としたものを使用するのがよい。
尚、本発明ではアルミナ質系断熱材層の材質としてα
−アルミナを実質的に含有しないムライト質ファイバー
を用いるが、ここで実質的に含有しないとはＸ線回折に
よりα−アルミナのピークを示さないものである。
−アルミナを実質的に含有しないムライト質ファイバー
を用いるが、ここで実質的に含有しないとはＸ線回折に
よりα−アルミナのピークを示さないものである。
最も好ましくは（Al2O3/SiO2）の組成比が72/28のム
ライト質ファイバーを用いるのがよい。
ライト質ファイバーを用いるのがよい。
また、かかるアルミナ質系断熱材層の嵩密度としては
通常0.05〜0.20g/cm3、好ましくは0.08〜0.15g/cm3のも
のを用いるのがよい。
通常0.05〜0.20g/cm3、好ましくは0.08〜0.15g/cm3のも
のを用いるのがよい。
本発明では、以上の様にして得られた炭素質系断熱材
及びアルミナ質系断熱材の２種類の断熱材を組み合わせ
て配置した加熱炉用断熱材であって、かかる炭素質系断
熱材層を高温側とし、かつアルミナ質系断熱材層を低温
側とした二層に積層構成してなることが重要である。
及びアルミナ質系断熱材の２種類の断熱材を組み合わせ
て配置した加熱炉用断熱材であって、かかる炭素質系断
熱材層を高温側とし、かつアルミナ質系断熱材層を低温
側とした二層に積層構成してなることが重要である。
そして、各断熱材の層厚としてはその使用形態より種
々異なるものの、ムライト質ファイバーからなるアルミ
ナ質系断熱材はその使用し得る耐熱温度が最大限度1600
℃であることから、界面温度が1600℃以下となるように
炭素質系断熱材の層厚を設計するのが好ましい。
々異なるものの、ムライト質ファイバーからなるアルミ
ナ質系断熱材はその使用し得る耐熱温度が最大限度1600
℃であることから、界面温度が1600℃以下となるように
炭素質系断熱材の層厚を設計するのが好ましい。
また、これら二層の界面に空隙層を設けることも可能
であるが、窒素やアルゴン等の不活性雰囲気下での本発
明の焼成炉での使用ではこの空隙層で熱の対流が生じ、
断熱対果が半減することがあるので、好ましくはかかる
界面を密着して構成するのがよい。
であるが、窒素やアルゴン等の不活性雰囲気下での本発
明の焼成炉での使用ではこの空隙層で熱の対流が生じ、
断熱対果が半減することがあるので、好ましくはかかる
界面を密着して構成するのがよい。
本発明における焼成炉の加熱機構としては、抵抗加熱
方式、誘導加熱方式等の一般的な機構を採用することが
でき、1600℃以上の高温下でも安定して表期に使用可能
である。
方式、誘導加熱方式等の一般的な機構を採用することが
でき、1600℃以上の高温下でも安定して表期に使用可能
である。
次に実施例、比較例を示して本発明を説明する。
実施例−１ 黒鉛をヒーターとする抵抗加熱式の炉において、断熱
材として嵩密度が0.16g/cm3の炭素繊維成形体75mmtを最
内層とし、その外側に嵩密度が0.10g/cm3のムライト質
ファイバーのブランケットを厚み50mmに施工した。
材として嵩密度が0.16g/cm3の炭素繊維成形体75mmtを最
内層とし、その外側に嵩密度が0.10g/cm3のムライト質
ファイバーのブランケットを厚み50mmに施工した。
炉内を排気した後Ar雰囲気中で2500℃に昇温し４時間
保持した。このときの炭素質断熱材とムライト質断熱材
の境界温度は1400℃であった。
保持した。このときの炭素質断熱材とムライト質断熱材
の境界温度は1400℃であった。
冷却後、断熱材の変化をみたところ何ら変化はなかっ
た。
た。
実施例−２ 実施例１と同様な炉において、Ar中にて、内温を2800
℃に昇温し４時間保持した。この時の境界温度は1600℃
であった。冷却後、断熱材の変化をみたところ何ら変化
はなかった。
℃に昇温し４時間保持した。この時の境界温度は1600℃
であった。冷却後、断熱材の変化をみたところ何ら変化
はなかった。
比較例−１ 実施例−１と同様な炉において、断熱材として、嵩密
度が0.16g/cm3の炭素繊維成形体75mmtを最内層とし、そ
の外側に嵩密度0.20g/cm3ムライトとα−アルミナを含
むAl2O3/SiO2＝80/20のアルミナファイバーに骨材とし
てα−アルミナやバインダーとしてシリカゾルを含有す
るアルミナファイバーの成形体を厚み65mmに施工した。
度が0.16g/cm3の炭素繊維成形体75mmtを最内層とし、そ
の外側に嵩密度0.20g/cm3ムライトとα−アルミナを含
むAl2O3/SiO2＝80/20のアルミナファイバーに骨材とし
てα−アルミナやバインダーとしてシリカゾルを含有す
るアルミナファイバーの成形体を厚み65mmに施工した。
実施例−１と同様にAr中にて2500℃に昇温し４時間保
持した。このときの境界温度は1400℃であった。
持した。このときの境界温度は1400℃であった。
冷却後、断熱材の変化をみたところ、炭素質断熱材の
重量が2wt％増加しており、アルミナファイバー成形体
の重量が12％減少しており、この成形体はもろくなって
いた。
重量が2wt％増加しており、アルミナファイバー成形体
の重量が12％減少しており、この成形体はもろくなって
いた。
比較例−２ 比較例−１の炉を比較例−１と同様に2800℃に昇温し
４時間保持した。このときの境界温度は1600℃であっ
た。同様に冷却後、断熱材を観察すると、炭素質断熱材
が５％重量が増加し、アルミナファイバー成形体は19％
重量減少をおこしており、もろくなっていた。
４時間保持した。このときの境界温度は1600℃であっ
た。同様に冷却後、断熱材を観察すると、炭素質断熱材
が５％重量が増加し、アルミナファイバー成形体は19％
重量減少をおこしており、もろくなっていた。
本発明によって得られた真空炉は、断熱材の損傷もな
い。このため断熱材の交換を殆ど必要とせず、永続的に
使用出来る。
い。このため断熱材の交換を殆ど必要とせず、永続的に
使用出来る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−58987（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−4193（ＪＰ，Ａ) 特公 昭50−35930（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭59−9512（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭63−4941（ＪＰ，Ｙ２)
Claims (3)
- 【請求項１】高温側の炭素質系断熱材層と低温側のアル
ミナ質系断熱材層からなる二層によって積層構成された
加熱炉用断熱材であって、該炭素質系断熱材層が嵩密度
0.5g/cm3以下の多孔性炭素材であり、またアルミナ質系
断熱材層が実質的にα−アルミナを含有しないムライト
質ファイバーからなることを特徴とする加熱炉用断熱
材。 - 【請求項２】炭素質系断熱材層が炭素短繊維集合体から
なる炭素繊維フェルトあるいは炭素繊維成形体である請
求項１記載の加熱炉用断熱材。 - 【請求項３】アルミナ質系断熱材層がAl2O3/SiO3の組成
比が72/28であるムライト質短繊維集合体からなるアル
ミナファイバーブランケットである請求項１記載の加熱
炉用断熱材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63173525A JP2687458B2 (ja) | 1988-07-12 | 1988-07-12 | 加熱炉用断熱材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63173525A JP2687458B2 (ja) | 1988-07-12 | 1988-07-12 | 加熱炉用断熱材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0225686A JPH0225686A (ja) | 1990-01-29 |
| JP2687458B2 true JP2687458B2 (ja) | 1997-12-08 |
Family
ID=15962139
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63173525A Expired - Lifetime JP2687458B2 (ja) | 1988-07-12 | 1988-07-12 | 加熱炉用断熱材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2687458B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101639322B (zh) * | 2009-05-15 | 2011-08-17 | 西安超码科技有限公司 | 高温冶金炉及高温处理炉用复合保温结构的制作方法 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4493881B2 (ja) * | 2001-06-04 | 2010-06-30 | Ｄｏｗａホールディングス株式会社 | 真空熱処理炉 |
| WO2009118863A1 (ja) * | 2008-03-27 | 2009-10-01 | イビデン株式会社 | 断熱層用止め具、焼成炉及び該焼成炉を用いたハニカム構造体の製造方法 |
| CN108517619A (zh) * | 2018-06-07 | 2018-09-11 | 吉林市圣赢碳纤维制品科技有限公司 | 一种混杂纤维毡体 |
| CN114959885A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-08-30 | 眉山博雅新材料股份有限公司 | 一种保温装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5241970B2 (ja) * | 1973-07-12 | 1977-10-21 | ||
| JPH0444522Y2 (ja) * | 1986-06-26 | 1992-10-20 |
-
1988
- 1988-07-12 JP JP63173525A patent/JP2687458B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101639322B (zh) * | 2009-05-15 | 2011-08-17 | 西安超码科技有限公司 | 高温冶金炉及高温处理炉用复合保温结构的制作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0225686A (ja) | 1990-01-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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