JP3432996B2 - 無機繊維ブロックの製造方法と断熱構造体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、セラミックファ
イバーブランケット又はアルミナファイバーブランケッ
トを用いて形成した無機繊維ブロックの製造方法と断熱
構造体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】工業炉の内張用耐火断熱材として無機繊
維製品が多く使用されている。無機繊維製品の一つに無
機繊維ブロックがある。

【０００３】炉の内張に使用される無機繊維ブロック
は、そのほどんどが次の２通りのやり方で製造されてい
る。１つは、ブランケットを同じ大きさに切断して小片
とし、これらの小片を積層して積層体とするやり方であ
る。もう１つは、細長いブランケットを葛折りにして積
層体として、この積層体を圧縮しつつバンド締めや縫製
によって所定の形状に固定するやり方である。

【０００４】このようにして製造された無機繊維ブロッ
クを用いて断熱構造体が形成される。その際、ブロック
は、ブランケットの切断面あるいは折り曲げられた部分
の端面が炉の内面側にくるように、炉の側壁や天井部分
に設定される。

【０００５】ブランケットの材料としては、セラミック
ファイバーが多く使用される。また、特別な用途の場合
には、アルミナファイバーが使用されることもある。

【０００６】一般に、無機繊維ブロックは、高温下で使
用すると収縮を起こす。収縮を防ぐ対策の一つとして、
予め無機繊維ブロックを圧縮して嵩密度を大きくするこ
とが提案されている。

【０００７】例えば、特公平１−５３２３１号公報は、
ブランケットを圧縮しながら縫製して嵩密度を０．１６
ｇ／ｃｍ³ とした無機繊維ブロックを示している。

【０００８】また、特開昭６３−２５６５７５号公報
は、嵩密度が０．０４ないし０．０６ｇ／ｃｍ³ のブラ
ンケットを積層及び圧縮して、嵩密度が０．０８ないし
０．１６ｇ／ｃｍ³ の無機繊維ブロックを製造すること
を開示している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ブランケットを圧縮し
て作った従来の無機繊維ブロックは、ブランケット自体
よりは強固である。

【００１０】しかし、人がブロックの上に乗って作業で
きる程の強度は有していない。このため、従来の無機繊
維ブロックは、内張施工の後で炉内作業を必要とする炉
の床材としては使用できなかった。

【００１１】また、無機繊維ブロックに誤って堅い物が
接触した場合にも、容易にその部分が変形したり破損す
ることが多かった。

【００１２】ブロックが部分的に変形したり破損する
と、当該部分の断熱性や耐熱性が著しく低下し、装置全
体に支障をきたす恐れもある。

【００１３】前述の特公平１−５３２３１号公報や特開
昭６３−２５６５７５号公報の無機繊維ブロックも、炉
床に使用するには強度が不足していた。

【００１４】このように、従来の無機繊維ブロックは十
分な強度を有しておらず、それゆえ変形や破損が生じ易
く、安定した断熱性能や耐熱性能を長期に渡って維持す
ることができなかった。

【００１５】本発明は、高強度で外力に対する抵抗性が
大きく、優れた断熱性や耐熱性を備えた無機繊維ブロッ
クの製造方法と、そのような無機繊維ブロックを用いて
構成した、長寿命の断熱構造体を提供することを目的と
している。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本願第１発明は、０．１
３ｇ／ｃｍ ³ 以上の嵩密度を有するセラミックファイバ
ーブランケットを積層し、これを圧縮、固定して形成
し、嵩密度が０．２２〜０．３０ｇ／ｃｍ³であり、変
形荷重が１２０ｋｇ以上である無機繊維ブロック を製造
することを特徴とする無機繊維ブロックの製造方法を要
旨としている。

【００１７】本願第２発明は、０．１３ｇ／ｃｍ ³ 以上
の嵩密度を有するアルミナファイバーブランケットを積
層し、これを圧縮、固定して形成し、嵩密度が０．１９
〜０．３０ｇ／ｃｍ³であり、変形荷重が１２０ｋｇ以
上である無機繊維ブロックを 製造することを特徴とする
無機繊維ブロックの製造方法を要旨としている。

【００１８】本願第３発明は、第１及び第２発明の方法
によって製造された無機繊維ブロックを用いて形成した
断熱構造体を特徴としている。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の無機繊維ブロックは、変
形荷重が１２０ｋｇ以上となるように、ブランケットが
圧縮、固定（保持）されている。

【００２０】変形荷重とは、無機繊維ブロックを圧縮し
て一定量変形させるのに必要な荷重である。本明細書で
は、変形荷重を次のように定義する。

【００２１】すなわち、直径１５０ｍｍの台に寸法１０
０×３００×３００ｍｍの無機繊維ブロックの３００×
３００ｍｍの面を乗せ、無機繊維ブロックの上に直径１
５０ｍｍの円盤をおいて、この円盤に鉛直下方に荷重を
加えて無機繊維ブロックを２０ｍｍ変形させるのに要す
る荷重を変形荷重とする。

【００２２】変形荷重が１２０ｋｇ以上の無機繊維ブロ
ックを用いて炉壁を構成すると、通常予想される外力に
対する変形が殆どない炉壁構造体を得ることができる。

【００２３】このような炉壁構造体は、その上に人が乗
って作業しても変形が少なく、前述のように通常の外力
で破損することはない。従って、本発明の断熱構造体
は、炉床としても充分に使用可能である。

【００２４】本発明で用いるセラミックファイバーブラ
ンケットは、Ａｌ₂ Ｏ₃ とＳｉＯ₂、又は、Ａｌ₂ Ｏ₃
とＳｉＯ₂ とＺｒＯ₂ を主成分とする非晶質繊維からな
るブランケットである。

【００２５】また、前述のブランケットにアルミナファ
イバーを３０重量％以下含有させたブランケット、及
び、Ａｌ₂ Ｏ₃ とＳｉＯ₂ を主成分とする非晶質繊維を
熱処理して非晶質繊維の一部をムライト化させたブラン
ケットを用いることもできる。

【００２６】他方、本発明で用いるアルミナファイバー
ブランケットは、Ａｌ₂ Ｏ₃ が７０重量％以上であり、
他にＳｉＯ₂ を含有し主にコランダムやムライトの多結
晶繊維からなり、これらの単繊維が二次元あるいは三次
元に絡み合った積層体からなる。これらの積層体には、
ニードリングや無機長繊維製の糸によって縫製が施され
ると取扱いが容易となり好ましい。

【００２７】アルミナファイバーブランケットは、その
用途によって組成を次のように設定すると有利である。

【００２８】すなわち、酸化性雰囲気で使用するとき
は、ムライトを主成分とする繊維を使用する。ムライト
は、結晶成長がコランダムよりも遅く、繊維自体の強度
が低下しにくいからである。

【００２９】また、アルカリ性雰囲気、還元性雰囲気、
または真空中で使用するときは、シリカの蒸発が起こり
易いため、コランダムを主成分とする繊維を使用する。

【００３０】本発明で使用するブランケットは、嵩密度
が０．１３ｇ／ｃｍ³ 以上であることが好ましい。

【００３１】ブランケットの嵩密度が０．１３ｇ／ｃｍ
³ 未満であると、高強度の無機繊維ブロックを製造する
ために、圧縮率を非常に大きくしなければならない。と
ころが、圧縮率をある限度以上に大きくすると、ブロッ
クが変形したり均一な嵩密度のブロックを製造すること
が難しくなる。また、製造に際し大きな圧縮力が必要と
なり、作業性も悪くなり、コスト高になってしまう。

【００３２】本発明の無機繊維ブロックは、前述のよう
なブランケットをさらに圧縮、固定（保持）して形成さ
れる。

【００３３】セラミックファイバーブランケットから形
成される無機繊維ブロックは、嵩密度が０．２２〜０．
３０に設定される。

【００３４】嵩密度が０．２２ｇ／ｃｍ³ 未満の場合に
は変形荷重が小さく強度が不足するため、通常の外力で
も損傷を受け易く、炉床に設定することが難しい。反対
に、嵩密度が０．３０ｇ／ｃｍ³ を超えると、製造の際
に繊維が折れて強度が低下し、ブロックに成形すること
も難しくなる。

【００３５】アルミナファイバーブランケットから形成
される無機繊維ブロックは、嵩密度が０．１９〜０．３
０ｇ／ｃｍ³ に設定される。

【００３６】嵩密度が０．１９ｇ／ｃｍ³ 未満では変形
荷重が小さく強度が不足するため、通常の外力でも損傷
を受け易く、炉床に設定することが難しい。また、嵩密
度の上限値の限定理由は、前述した通りである。

【００３７】本発明で使用するブランケットの厚さは、
作業性を向上するため、２５〜５０ｍｍとするのが好ま
しい。

【００３８】また、ブランケットを圧縮、固定（保持）
して無機繊維ブロックを形成する際の固定方法は、通常
用いられている種々の方法を採用できる。好適には、加
熱された際に焼失する物質を用いて固定する。例えば、
有機系のバンドを使用して周囲を包装して固定する方
法、木綿のような有機繊維糸を使用して縫製する方法、
段ボール紙とゴムで固定する方法等がある。

【００３９】本発明の断熱構造体は、前述の無機繊維ブ
ロックを用いて構成される。

【００４０】

【実施例】厚さ２５ｍｍ又は３３ｍｍのブランケットを
１００×３００ｍｍの大きさに切断して小片とした。こ
の小片を多数積層して圧縮し、木綿糸で縫製して、大き
さが１００×３００×３００ｍｍの無機繊維ブロックを
製作した。これらの無機繊維ブロックに既知の固定用金
具を取り付け、炉壁ケーシングに千鳥構造に施工して断
熱構造体を得た。

【００４１】無機繊維ブロック及びブランケットの特性
を表１に示す。

【００４２】表１で、ブランケット材質のＡＳは、化学
成分がＡｌ₂ Ｏ₃ ４８重量％、ＳｉＯ₂ ５２重量％のセ
ラミックファイバーブランケットを示している。同じ
く、ＡＭは化学成分がＡｌ₂ Ｏ₃ ７２重量％、ＳｉＯ₂
２８重量％であり、ムライト結晶を主体とするアルミナ
ファイバーブランケットを示している。また、Ａは、化
学成分がＡｌ₂ Ｏ₃ ９５重量％、ＳｉＯ₂ ５重量％であ
り、コランダム結晶を主体とするアルミナファイバーブ
ランケットを示している。

【００４３】表１に示した各特性の測定方法を説明す
る。

【００４４】変形荷重は、前述の方法で測定した。

【００４５】収縮率は、２４時間加熱し、加熱前後の寸
法変化を測定した。加熱温度は実施例１〜３及び比較例
１〜２が１１００℃であり、実施例４〜５及び比較例３
が１４００℃であった。

【００４６】熱伝導率は非定常熱線法ＪＩＳ Ｒ２６１
８に従って測定した。

【００４７】引っ張り強度は、大きさ３００×３００×
３００ｍｍの無機繊維ブロックを作り、ブランケットの
切断面である相対する２面に取付金具を設けて測定し
た。

【００４８】実施例１〜５は、いずれも嵩密度が０．１
３ｇ／ｃｍ³ 以上のブランケットを使用し、無機繊維ブ
ロックの嵩密度が０．１９ｇ／ｃｍ³ 以上または０．２
２ｇ／ｃｍ³ 以上であった。そして、変形荷重は、１２
０ｋｇ以上であった。

【００４９】また、実施例１〜５の無機繊維ブロックを
床面に施工して断熱構造体を構成したところ、その上に
人が乗って作業しても破損や凹み等の変形はなく良好で
あった。

【００５０】一方、比較例１及び３は、それぞれ嵩密度
が０．１３ｇ／ｃｍ³ 及び０．１０ｇ／ｃｍ³ のセラミ
ックファイバーブランケットを積層した従来の無機繊維
ブロックである。いずれの比較例も、変形荷重は小さか
った。

【００５１】比較例２は、嵩密度が０．１０ｇ／ｃｍ³
のセラミックファイバーブランケットを積層し、圧縮率
を大きくした無機繊維ブロックである。この比較例で
は、ブロック自体が変形したり、積層方向に嵩密度のば
らつきが生じた。

【００５２】

【表１】

【００５３】

【発明の効果】本発明の無機繊維ブロックは、ファイバ
ーの高密度化によって、耐圧縮性・耐熱性に優れ、か
つ、高強度を有している。

【００５４】それゆえ、本発明の無機繊維ブロックは、
例えば、炉床等の大きな荷重の掛かる場所にも使用可能
である。

【００５５】また、本発明の無機繊維ブロックは、圧縮
方向の熱収縮が小さいので特に千鳥構造で施工した場合
には、高温で繰り返し使用してもブロック間の目地が開
き難くかつ熱伝導率も小さく長期間安定した断熱性能を
享受することができる。

【００５６】さらに、本発明の無機繊維ブロックは、引
張強度も大きいので、天井に使用したときに脱落の危険
が少ない。

【００５７】また、本発明の断熱構造体は、前述のよう
な無機繊維ブロックを用いて構成されているため、長期
間に渡り安定した断熱性能を維持することが可能であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−196381（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−151269（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−330459（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−17198（ＪＰ，Ａ) 実開 平６−4038（ＪＰ，Ｕ) 特公 平１−53231（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C04B 30/02 C04B 32/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ０．１３ｇ／ｃｍ ³ 以上の嵩密度を有す
   るセラミックファイバーブランケットを積層し、これを
   圧縮、固定して形成し、嵩密度が０．２２〜０．３０ｇ
   ／ｃｍ³であり、変形荷重が１２０ｋｇ以上である無機
   繊維ブロック を製造することを特徴とする無機繊維ブロ
   ックの製造方法。
2. 【請求項２】 ０．１３ｇ／ｃｍ ³ 以上の嵩密度を有す
   るアルミナファイバーブランケットを積層し、これを圧
   縮、固定して形成し、嵩密度が０．１９〜０．３０ｇ／
   ｃｍ³であり、変形荷重が１２０ｋｇ以上である無機繊
   維ブロックを 製造することを特徴とする無機繊維ブロッ
   クの製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１〜２のいずれか１項に記載の製
   造方法によって製造された無機繊維ブロックを用いて形
   成したことを特徴とする断熱構造体。