JP3663024B2

JP3663024B2 - Inorganic fiber molded products

Info

Publication number: JP3663024B2
Application number: JP01771197A
Authority: JP
Inventors: 安雄三須; 豊米倉; 浩之寺田
Original assignee: Saint Gobain TM KK
Current assignee: Saint Gobain TM KK
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1997-01-17
Publication date: 2005-06-22
Anticipated expiration: 2017-01-17
Also published as: JPH10203858A

Description

【０００１】
【発明の属する技術】
本発明は、内層と外層の２層からなる無機繊維成形品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高温用の耐火断熱材として無機繊維の製品が多く使用されている。無機繊維製品の一つに成形品がある。
【０００３】
無機繊維成形品の多くは、真空成形法と呼ばれる方法により製造される。この方法においては、水に無機繊維と、結合剤と、必要に応じて耐火粉末とを分散させてスラリーを作り、メッシュを表面に設けたモールドを、そのスラリーに入れて、モールド内部を減圧し、これらの混合物をモールド上に堆積させる。
【０００４】
この他の成形方法としては、ペースト状にした混合物をプレスして成形するプレス法、押し出し成形機を使用する押し出し成形法などが知られている。
【０００５】
このようにして作られた無機繊維成形品は、均一な混合物で形成されている。無機繊維成形品の形状は、主に平板状であるボードや、円筒状であるスリーブである。無機繊維成形品は、一般に高温用の電気炉の耐火断熱材として使用されている。
【０００６】
しかし、無機繊維成形品は、過酷な条件で使用されると、劣化が著しい。そこで、劣化を抑制するために種々の工夫がされている。
【０００７】
例えば、特公平７−３９９０８号には、電気炉に使用される２層構造を持つ耐火断熱材が提案されている。この耐火断熱材の構造は、高密度の成形品の内層と低密度の成形品の外層を一体に成形した構造となっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の無機繊維成形品には次のような欠点があった。
【０００９】
無機繊維成形品が加熱されると、膨脹或いは収縮を起こす。無機繊維成形品を断熱材として使用した際には、内側と外側に温度差を生じる。温度差によって膨脹率或いは収縮率が異なり、その結果、無機繊維成形品に応力が発生する。温度差が大きいと、応力が大きくなって、ついにはクラックが発生する。特に耐火粉末を含有した無機繊維成形品は、柔軟性に乏しく、クラックが発生しやすい。いわゆるスポーリングを起こしやすい。
【００１０】
均一な単層からなる成形品では、クラックが大きい場合には、内側から外側へ貫通したり破断したりして、断熱材としての性能が極端に低下する。
【００１１】
さらに、耐火粉末を含有した無機繊維成形品は、アルカリ等の不純物の多い炉に使用すると、表面が劣化して、剥離することもある。
【００１２】
特公平７−３９９０８号に提案された２層構造の成形品にも、次のような欠点がある。
【００１３】
内層は、耐火粉末を含んだ高密度の層であるため、クラックが発生しやすい。内層にクラックが発生すると、外層にも伝わり、クラックが内外層を貫通する。
【００１４】
また、アルカリ等の不純物が多い炉に使用すると、成形品の表面に不純物が凝集して、ついには表面が剥離する。
【００１５】
このような従来技術に鑑み、本発明は、スポーリングに強く、安定した断熱性を有し、さらに表面剥離を起こしにくい無機繊維成形品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】
この目的を達成するために、本発明は、内層と外層の２層からなる一体構造の成形品であり、内層は柔軟性があってクラックが発生しにくい無機繊維ブランケットからなる層であり、外層は、無機繊維と、結合材と、必要に応じて耐火粉末からなる層であり、結合材は、無機結合剤と、必要に応じて有機結合剤からなり、無機繊維は、アルミナシリカ繊維及びアルミナ繊維の一方又は両方であることを特徴とする無機繊維成形品を要旨としている。
【００１７】
ここで、内層とは、使用の際に、より高温となる炉内側に位置する層を意味し、外層とは、使用の際に、より低温となる炉外側に位置する層を意味する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明のアルミナシリカ繊維としては、Ａｌ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２を主成分とする繊維、またはＡｌ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２とＺｒＯ_２を主成分とする繊維が好ましい。これらの繊維は、１０００℃以上で熱処理すると、耐熱性が向上して好ましい。アルミナシリカ繊維に含まれるアルカリ、重金属などの不純物は少ない方が、耐熱性が向上して好ましい。
【００１９】
本発明で使用するアルミナ繊維とは、Ａｌ_２Ｏ_３が７０重量％以上であり、他にＳｉＯ_２を含有し、主にコランダムやムライトの多結晶繊維である。
【００２０】
本発明で使用する無機繊維ブランケットは、アルミナシリカ繊維やアルミナ繊維の繊維積層体にニードリングや無機長繊維製の糸により縫製したものが好ましい。通常、これらのブランケットにはショットとよばれる繊維化されない粒子が含まれている。このショットは落下し易くて、被加熱物を汚染するので、少ない方が好ましい。
【００２１】
本発明で使用する耐火粉末は、例えばアルミナ、ムライト等の粉末である。
【００２２】
本発明で使用する有機結合剤としては、例えば澱粉、アクリル、ラテックス等が好ましい。
【００２３】
本発明で使用する無機結合剤としては、シリカゾル、アルミナゾルが好ましい。アルカリ含有量の少ない結合剤を使用すると、耐熱性が向上して好ましい。
【００２４】
本発明の２層構造体は、真空成形法で作製するのが好ましい。この方法では、最初に、水に無機繊維と、無機結合剤と、必要に応じて耐火粉末および有機結合剤を加えて、攪拌機で混合して分散させたスラリーを作る。この際、無機繊維は切断されて、最初の長さよりも短くなる。一方、メッシュを設けたモールドを用意して、このモールドの表面に無機繊維ブランケットを置く。この際、水で無機繊維ブランケットを湿らせておくと、密着して好都合である。そして、このモールドをスラリーの中に入れて、モールド内部を真空ポンプで吸引し、所定の厚さの無機繊維成形品を得る。
【００２５】
真空成形の際、無機繊維ブランケットの内部にスラリーが入り込むので、内層と外層は強く接合する。無機繊維ブランケットに適当な開口部を設けると、２層の接合力をさらに高めるので好ましい。
【００２６】
無機繊維ブランケットの厚さは、成形品の大きさにもよるが、２ｍｍから１５ｍｍが好ましい。２ｍｍより薄いと、スポーリングを起こし易く、クラック防止の効果が少ない。１５ｍｍより厚いと、成形品の形状を維持しにくくなる。無機繊維ブランケットとしてアルミナ繊維ブランケットを使用すると、耐熱性が向上して好ましい。
【００２７】
有機結合剤を嫌う炉などに使用する場合は、予め８００℃〜１６００℃で熱処理しておくと良い。温度が８００℃未満であれば、有機結合剤を処理するのに長時間を要する。１６００℃を越えると、無機繊維成形品の強度が劣化する。
【００２８】
１５００℃以上で熱処理すると、シリカとアルミナが反応して、成形品にムライトが生成する。この際、シリカが消費されて、無機繊維成形品の収縮が抑えられるので、耐熱性が向上する。
【００２９】
本発明の２層構造体によれば、柔軟性を維持している無機繊維ブランケットが内層として存在するために、内層にクラックが発生しにくい。また、内層が断熱性に優れているので、外層に生じる温度差を小さくして、クラックが発生するのを抑制できる。外層にクラックが発生した場合でも、内層が柔軟性を維持しているので、クラックが貫通せず、無機繊維成形品は破断しない。
【００３０】
本発明の無機繊維成形品を使用すれば、アルカリ等の不純物が多い炉に設置しても、内層の無機繊維ブランケットにアルカリ等の不純物が浸透して拡散するので、表面が剥離することはない。
【００３１】
【実施例】
図１に一例を示すように、スリーブ１は、内層３と外層２の二層構造の一体物である。
【００３２】
製造に際しては、外径１５０ｍｍ、長さ３００ｍｍのモールド（図示せず）を使用して、真空成形法によりスリーブ１を成形した。
【００３３】
無機繊維ブランケットをモールドの表面に巻き付け、モールド内部を吸引しながら水をかけてモールドに密着させて内層３を形成した。そして、あらかじめ配合物を攪拌して作製したスラリーにモールドを浸漬して吸引し、厚さ３０ｍｍの外層２を形成した。その後、内層３と外層２の一体物を脱型して、乾燥した。最後に、実施例１、２、３及び比較例１、２を電気炉中で１５００℃に昇温して６時間保持する処理をした。
【００３４】
スラリーの配合を表１に重量部として示す。スラリーは他に水を５０００部含む。
【００３５】
【表１】

表１において、ＡＳは、無機繊維が、Ａｌ_２Ｏ_３５３重量％、ＳｉＯ_２４７重量％のアルミナシリカ繊維である。ＡＭは、無機繊維が、Ａｌ_２Ｏ_３７２重量％、ＳｉＯ_２２８重量％のアルミナ繊維である。Ａは、無機繊維が、Ａｌ_２Ｏ_３９５重量％、ＳｉＯ_２５重量％のアルミナ繊維である。
【００３６】
成形体の密度は、各スラリーで成形した場合の成形体の密度を示す。
【００３７】
本発明の無機繊維成形品の構成と特性を表２に示す。
【００３８】
【表２】

表２の内層の種類に関して説明すると、ＡＢは、化学成分がＡｌ_２Ｏ_３７２重量％、ＳｉＯ_２２８重量％のアルミナ繊維ブランケットである。ＡＳＢは、化学成分がＡｌ_２Ｏ_３５３重量％、ＳｉＯ_２４７重量％のアルミナシリカ繊維ブランケットである。
【００３９】
耐スポーリング性は、スリーブの内側に発熱体を入れて、昇温速度４℃／分で１２００℃まで加熱して、クラック発生の温度、１２００℃でのクラック幅、クラックの状態および外観を測定及び観察した。
【００４０】
耐アルカリ性に関しては、無機繊維成形品の内層の上にＮａ_２ＣＯ_３試薬５ｇを置き、１１００℃で２４時間加熱して、試薬の状態を観察した。
【００４１】
実施例３、４は、無機粉末を含まず、内層が厚いために、クラックが発生しなかった。
【００４２】
比較例１は、実施例１において内層の無機繊維ブランケットが無い例である。比較例１は、クラック発生の温度が低い。１２００℃では、幅８ｍｍの貫通クラックに発達した。耐アルカリ性試験では、試薬が浸透せずに表面に凝集している。
【００４３】
比較例２は、内層の厚さを２０ｍｍとした例である。内層の強度が弱く、取扱性が悪い。形状の維持が困難である。
【００４４】
比較例３は、実施例３において内層の無機繊維ブランケットが無い例である。クラックが発生して、１２００℃では幅２ｍｍの貫通クラックに発達した。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の無機繊維成形品は、無機繊維ブランケットが内層として存在するために、使用の際にクラックが発生しにくく、耐スポーリング性に優れ、安定した断熱性能を維持できる。アルカリ等の不純物の多い炉に使用しても、表面に剥離が生じない。
【００４６】
熱処理した無機繊維成形品は、有機結合剤を含まないので、炉の雰囲気を汚染しない。さらに、加熱による収縮が抑制できて、耐熱性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す斜視図。
【符号の説明】
１スリーブ
２外層
３内層[0001]
[Technology to which the invention belongs]
The present invention relates to an inorganic fiber molded article comprising two layers of an inner layer and an outer layer.
[0002]
[Prior art]
Inorganic fiber products are often used as refractory insulation for high temperatures. One of the inorganic fiber products is a molded product.
[0003]
Many inorganic fiber molded articles are manufactured by a method called a vacuum forming method. In this method, a slurry is prepared by dispersing inorganic fibers, a binder, and, if necessary, a refractory powder in water. A mold having a mesh on the surface is placed in the slurry, and the inside of the mold is decompressed. These mixtures are deposited on the mold.
[0004]
As other molding methods, there are known a pressing method in which a paste-like mixture is pressed and molding, an extrusion molding method using an extrusion molding machine, and the like.
[0005]
The inorganic fiber molded article thus produced is formed of a uniform mixture. The shape of the inorganic fiber molded product is mainly a flat board or a cylindrical sleeve. Inorganic fiber molded articles are generally used as refractory heat insulating materials for high-temperature electric furnaces.
[0006]
However, when an inorganic fiber molded article is used under severe conditions, the deterioration is remarkable. Therefore, various devices have been devised to suppress deterioration.
[0007]
For example, Japanese Patent Publication No. 7-39908 proposes a refractory heat insulating material having a two-layer structure used for an electric furnace. The structure of the refractory heat insulating material is a structure in which an inner layer of a high-density molded product and an outer layer of a low-density molded product are integrally molded.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Conventional inorganic fiber molded articles have the following drawbacks.
[0009]
When an inorganic fiber molded article is heated, it expands or contracts. When an inorganic fiber molded product is used as a heat insulating material, a temperature difference is generated between the inside and the outside. The expansion rate or shrinkage rate varies depending on the temperature difference, and as a result, stress is generated in the inorganic fiber molded article. If the temperature difference is large, the stress increases and eventually cracks occur. In particular, an inorganic fiber molded article containing a refractory powder is poor in flexibility and easily cracks. It is easy to cause so-called spalling.
[0010]
In a molded product composed of a uniform single layer, when the crack is large, the molded article penetrates from the inside to the outside or breaks, and the performance as a heat insulating material is extremely lowered.
[0011]
Furthermore, when an inorganic fiber molded article containing a refractory powder is used in a furnace having a large amount of impurities such as alkali, the surface may deteriorate and peel off.
[0012]
The two-layer molded article proposed in Japanese Patent Publication No. 7-39908 also has the following drawbacks.
[0013]
Since the inner layer is a high-density layer containing a refractory powder, cracks are likely to occur. When a crack occurs in the inner layer, it is transmitted to the outer layer, and the crack penetrates the inner and outer layers.
[0014]
Further, when used in a furnace having a large amount of impurities such as alkali, the impurities aggregate on the surface of the molded product, and finally the surface peels off.
[0015]
In view of such a conventional technique, an object of the present invention is to provide an inorganic fiber molded article that is resistant to spalling, has stable heat insulation properties, and hardly causes surface peeling.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the present invention is a molded article having an integral structure consisting of two layers, an inner layer and an outer layer, and the inner layer is a layer made of an inorganic fiber blanket that is flexible and hardly cracks. Is a layer made of inorganic fiber, a binder, and optionally a refractory powder, the binder is made of an inorganic binder and, if necessary, an organic binder, and the inorganic fibers are alumina silica fiber and alumina. The gist is an inorganic fiber molded product characterized by being one or both of the fibers.
[0017]
Here, the inner layer means a layer located on the inner side of the furnace that becomes higher in use, and the outer layer means a layer located on the outer side of the furnace that becomes lower in use.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The alumina-silica fiber of the present invention, _Al 2 _{O 3} and fibers of SiO ₂ as a main component, or fibers mainly composed of _Al 2 _{O 3} and SiO ₂ and ZrO ₂ are preferred. These fibers are preferably heat-treated at 1000 ° C. or higher because of improved heat resistance. A smaller amount of impurities such as alkali and heavy metal contained in the alumina silica fiber is preferable because the heat resistance is improved.
[0019]
The alumina fiber used in the present invention is 70% by weight or more of Al ₂ O ₃ , contains SiO ₂ in addition, and is mainly a corundum or mullite polycrystalline fiber.
[0020]
The inorganic fiber blanket used in the present invention is preferably one which is sewn to a fiber laminate of alumina silica fiber or alumina fiber with needling or inorganic long fiber yarn. These blankets usually contain non-fibrotic particles called shots. This shot is easy to fall and contaminates the object to be heated.
[0021]
The refractory powder used in the present invention is, for example, a powder of alumina, mullite or the like.
[0022]
As the organic binder used in the present invention, for example, starch, acrylic, latex and the like are preferable.
[0023]
As the inorganic binder used in the present invention, silica sol and alumina sol are preferable. Use of a binder having a low alkali content is preferred because heat resistance is improved.
[0024]
The two-layer structure of the present invention is preferably produced by a vacuum forming method. In this method, first, an inorganic fiber, an inorganic binder, and, if necessary, a refractory powder and an organic binder are added to water, and a slurry is mixed and dispersed with a stirrer. At this time, the inorganic fibers are cut and become shorter than the initial length. On the other hand, a mold provided with a mesh is prepared, and an inorganic fiber blanket is placed on the surface of the mold. At this time, if the inorganic fiber blanket is moistened with water, it is convenient to adhere closely. And this mold is put in a slurry and the inside of a mold is attracted | sucked with a vacuum pump and the inorganic fiber molded article of predetermined thickness is obtained.
[0025]
Since the slurry enters the inside of the inorganic fiber blanket during vacuum forming, the inner layer and the outer layer are strongly bonded. Providing an appropriate opening in the inorganic fiber blanket is preferable because it further increases the bonding force of the two layers.
[0026]
The thickness of the inorganic fiber blanket is preferably 2 mm to 15 mm, although it depends on the size of the molded product. If it is thinner than 2 mm, spalling is likely to occur, and the effect of preventing cracks is small. When it is thicker than 15 mm, it becomes difficult to maintain the shape of the molded product. It is preferable to use an alumina fiber blanket as the inorganic fiber blanket because heat resistance is improved.
[0027]
When used in a furnace that dislikes an organic binder, heat treatment is preferably performed in advance at 800 ° C. to 1600 ° C. If the temperature is less than 800 ° C., it takes a long time to treat the organic binder. If the temperature exceeds 1600 ° C., the strength of the inorganic fiber molded article deteriorates.
[0028]
When heat treatment is performed at 1500 ° C. or higher, silica and alumina react to generate mullite in the molded product. At this time, silica is consumed and the shrinkage of the inorganic fiber molded product is suppressed, so that the heat resistance is improved.
[0029]
According to the two-layer structure of the present invention, since the inorganic fiber blanket that maintains flexibility exists as the inner layer, cracks are unlikely to occur in the inner layer. Moreover, since the inner layer is excellent in heat insulation, it is possible to reduce the temperature difference generated in the outer layer and suppress the occurrence of cracks. Even if the crack in the outer layer is generated, the inner layer maintains flexibility Runode, cracks do not penetrate, the inorganic fiber molded article is not broken.
[0030]
If the inorganic fiber molded product of the present invention is used, even if it is installed in a furnace having a large amount of impurities such as alkali, the surface does not peel off because impurities such as alkali penetrate and diffuse into the inorganic fiber blanket of the inner layer. .
[0031]
【Example】
As shown in FIG. 1 as an example, the sleeve 1 is an integral body of a two-layer structure of an inner layer 3 and an outer layer 2 .
[0032]
In manufacturing, the sleeve 1 was formed by a vacuum forming method using a mold (not shown) having an outer diameter of 150 mm and a length of 300 mm.
[0033]
An inner layer 3 was formed by winding an inorganic fiber blanket around the surface of the mold and applying water while sucking the inside of the mold to bring it into close contact with the mold. Then, the mold was immersed in a slurry prepared by stirring the composition in advance and sucked to form the outer layer 2 having a thickness of 30 mm. Thereafter, the integrated body of the inner layer 3 and the outer layer 2 was removed from the mold and dried. Finally, Examples 1, 2, and 3 and Comparative Examples 1 and 2 were treated in an electric furnace by raising the temperature to 1500 ° C. and holding for 6 hours.
[0034]
The composition of the slurry is shown in Table 1 as parts by weight. The slurry additionally contains 5000 parts of water.
[0035]
[Table 1]

In Table 1, AS is an alumina silica fiber whose inorganic fibers are 53% by weight of Al ₂ O _{3 and} 47% by weight of SiO ₂ . AM is an alumina fiber whose inorganic fibers are 72% by weight of Al ₂ O _{3 and} 28% by weight of SiO ₂ . A is an alumina fiber whose inorganic fibers are 95% by weight of Al ₂ O _{3 and} 5% by weight of SiO ₂ .
[0036]
The density of the molded body indicates the density of the molded body when molded with each slurry.
[0037]
Table 2 shows the configuration and characteristics of the inorganic fiber molded product of the present invention.
[0038]
[Table 2]

Referring to the types of inner layers in Table 2, AB is an alumina fiber blanket having chemical components of Al ₂ O ₃ 72 wt% and SiO ₂ 28 wt%. ASB is an alumina silica fiber blanket having chemical components of Al ₂ O ₃ 53 wt% and SiO ₂ 47 wt%.
[0039]
For spalling resistance, a heating element is placed inside the sleeve and heated to 1200 ° C. at a heating rate of 4 ° C./min, and the crack generation temperature, crack width at 1200 ° C., crack state and appearance are measured. And observed.
[0040]
Regarding alkali resistance, 5 g of Na ₂ CO ₃ reagent was placed on the inner layer of the inorganic fiber molded article, heated at 1100 ° C. for 24 hours, and the state of the reagent was observed.
[0041]
In Examples 3 and 4, no inorganic powder was contained, and the inner layer was thick, so that no crack was generated.
[0042]
Comparative Example 1 is an example in which the inorganic fiber blanket of the inner layer is not provided in Example 1. Comparative Example 1 has a low cracking temperature. At 1200 ° C., it developed into a through crack with a width of 8 mm. In the alkali resistance test, the reagent aggregates on the surface without penetrating.
[0043]
Comparative Example 2 is an example in which the thickness of the inner layer is 20 mm. The strength of the inner layer is weak and the handleability is poor. It is difficult to maintain the shape.
[0044]
Comparative Example 3 is an example in which there is no inorganic fiber blanket in the inner layer in Example 3. A crack was generated and developed into a through crack having a width of 2 mm at 1200 ° C.
[0045]
【The invention's effect】
In the inorganic fiber molded product of the present invention, since the inorganic fiber blanket is present as an inner layer, cracks are unlikely to occur during use, the spalling resistance is excellent, and stable heat insulation performance can be maintained. Even when used in a furnace having a large amount of impurities such as alkali, the surface does not peel off.
[0046]
Since the heat-treated inorganic fiber molded article does not contain an organic binder, it does not contaminate the furnace atmosphere. Furthermore, shrinkage due to heating can be suppressed, and heat resistance is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 sleeve 2 outer layer <br/> 3 inside layer

Claims

It is a molded article with an integral structure consisting of two layers, an inner layer and an outer layer, the inner layer is a layer made of an inorganic fiber blanket, the outer layer is a layer made of inorganic fibers and a binder, and the binder is made of an inorganic binder. The inorganic fiber is one or both of an alumina silica fiber and an alumina fiber.

It is a molded article having an integral structure consisting of two layers, an inner layer and an outer layer, the inner layer is a layer made of an inorganic fiber blanket, the outer layer is a layer made of inorganic fibers and a binder, and the binder is made of an inorganic binder. An inorganic fiber molded article comprising an organic binder, wherein the inorganic fiber is one or both of an alumina silica fiber and an alumina fiber.

It is a molded product of an integral structure consisting of two layers of an inner layer and an outer layer, the inner layer is a layer made of an inorganic fiber blanket, the outer layer is a layer made of inorganic fibers, a binder, and a refractory powder. An inorganic fiber molded article comprising an inorganic binder, wherein the inorganic fiber is one or both of an alumina silica fiber and an alumina fiber.

It is a molded product of an integral structure consisting of two layers of an inner layer and an outer layer, the inner layer is a layer made of an inorganic fiber blanket, the outer layer is a layer made of inorganic fibers, a binder, and a refractory powder. An inorganic fiber molded article comprising an inorganic binder and an organic binder, wherein the inorganic fiber is one or both of an alumina silica fiber and an alumina fiber.

The inorganic fiber molded article according to any one of claims 1 to 4, which has been heat-treated at 800 ° C to 1600 ° C.

The inorganic fiber molded article according to any one of claims 1 to 5, which is molded by a vacuum molding method.