JP3875896B2

JP3875896B2 - Inorganic fiber block and method for producing the same

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Publication number: JP3875896B2
Application number: JP2002024985A
Authority: JP
Inventors: 安雄三須; 孝司根本; 晃彦根岸
Original assignee: Saint Gobain TM KK
Current assignee: Saint Gobain TM KK
Priority date: 2002-02-01
Filing date: 2002-02-01
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2022-02-01
Also published as: JP2003225963A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミナ繊維積層体とマグネシアシリカ質繊維ブランケットからなるブロックと、その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、工業炉の断熱材として、無機繊維からなるマット、ブランケット、フェルトを積層して作られた無機繊維ブロックが多く使用されている。
【０００３】
無機繊維としては、アルミナシリカ繊維或いはアルミナシリカジルコニア繊維が多く使用されている。これらの繊維は、ガラス質であり、使用の際に１０００℃以上に加熱されると、ムライトやクリストバライト等の結晶が析出して、繊維は収縮する。そして、長時間使用すると、結晶が成長して、強度劣化や目地開きが進行する。そのため、使用温度に制限があった。
【０００４】
一方、より高温で使用できるアルミナ繊維の使用も増加している。このアルミナ繊維は、アルミナ含有量が７０ｗｔ％以上で残部がシリカからなる多結晶質の無機繊維である。この繊維は、予め結晶を含むため、結晶化による繊維の耐熱性の低下はない。
【０００５】
そこで、耐熱性の向上を目的として、アルミナシリカ繊維或いはアルミナシリカジルコニア繊維と、アルミナ繊維の両方を用いてブロックを構成することが、特開平９−１５６９８９号公報に提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
最近、アルミナシリカ繊維は人の健康に影響を及ぼすことがわかってきた。アルミナシリカ繊維は、１０００℃以上に加熱されると、クリストバライトを析出する。この結晶が析出した繊維は、珪肺の原因になると考えられている。しかし、このような健康への影響は、繊維が体内に取り込まれても、体内で繊維が溶解すれば、少なくなるものと考えられている。
【０００７】
このような観点から、生体内での溶解性に優れた無機繊維が求められ、開発されている。
【０００８】
例えば、特開２００１−１８０９７７号公報では、シリカ及びカルシアを主成分として、生体溶解性に優れた無機繊維が提案されている。
【０００９】
しかし、このような生体溶解性に優れた無機繊維は十分な耐熱性がなく、使用温度の高い炉には使用できない。
【００１０】
そこで、本発明は、生体溶解性に優れ、耐熱性に優れた無機繊維ブロックとその製造方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決手段を例示すると、請求項１〜４に記載の無機繊維ブロック及びその製造方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明による無機繊維ブロックは、アルミナ繊維と、マグネシアシリカ質繊維に注目して研究されたもので、特に生体溶解性及び耐熱性に優れた無機繊維ブロックである。
【００１３】
アルミナ繊維の積層体と、マグネシアシリカ質繊維のブランケットを積層することにより、生体溶解性及び耐熱性に優れた無機繊維ブロックが得られる。このブロックは、繊維を体内に吸い込んだ場合でも健康への影響が少なく、この無機繊維ブロックを炉壁に使用すれば、長期間、安全な炉の操業が可能になる。
【００１４】
本発明に使用するアルミナ繊維は、アルミナが７０重量％以上のアルミナシリカ質の繊維である。アルミナ繊維の積層体は、例えば、マットやブランケットのようにシート状に形成されていれば良い。この積層体は耐熱性及び復元性に優れている。アルミナ繊維の積層体を無機繊維ブロックにして用いることで、目地開きの少ないブロックが得られる。従って、炉壁の耐熱性が向上する。
【００１５】
アルミナ繊維の積層体は、１２００℃で８時間加熱後の復元率が１２０％以上であることが望ましい。目地開きの少ないブロックを得るためには、復元率が大きい方が好ましい。しかし、１２０％以上であれば、容易に目地開きの十分に少ないブロックが得られる。
【００１６】
復元率が１２０％以上の積層体を得るには、繊維がカール状であることが望ましい。カール状とは、たとえば、平面に投影した形が輪の形状や、輪の一部が欠落した半円弧の形状である。カール状部分は、バネのような作用があり、復元力の大きな積層体としての機能が得られる。
【００１７】
復元率は、積層体の嵩密度が１００ｋｇ／ｍ³となるまで荷重を加え、厚みを固定する。その後所定の温度で８時間維持し、そのときの積層体の厚みをａ、荷重を解放したときの厚みをｂとして、次式で算出する。
【００１８】
復元率（％）＝（ｂ／ａ）×１００
３種類のアルミナ繊維積層体Ａ，Ｂ及びＣの１２００℃で８時間加熱した際の復元率を表１に示す。
【００１９】
【表１】

本発明の無機繊維ブロックは、アルミナ繊維積層体が５重量％以上であることが好ましい。５重量％未満では、前述の効果が少なく、ブロックの収縮が大きくなる。
【００２０】
本発明のマグネシアシリカ質繊維ブランケットは、マグネシア及びシリカを主成分とする繊維からなる。この繊維は健康への安全性を確保するために、生理食塩水溶解率が１％以上であることが好ましい。また、この繊維はマグネシアが２０モル％以上含有することが好ましい。このような繊維は、生体溶解性に優れ、健康を害する恐れの少ない繊維である。
【００２１】
本発明の無機繊維ブロックは、このような繊維を構成材料としているので、健康に対して安全性が高い。
【００２２】
生理食塩水溶解率は次の方法により測定する。
【００２３】
繊維試料１ｇを２００メッシュの篩を通過するまで解砕し、精秤する。この試料を３００ｍｌのコニカルビーカーにとり、生理食塩水１５０ｍｌを加える。これを４０℃の恒温水槽中にて、毎分１２０回転の速度で５０時間水平振とうを行う。その後、試料を精秤して、繊維の減量を求める。減量から重量減少率を算出して、繊維の生理食塩水溶解率とする。
【００２４】
無機繊維の化学組成（モル％）と生理食塩水溶解率を表２に示す。
【００２５】
【表２】

生理食塩水に溶解する耐熱性の繊維として、他にも、カルシアを２０重量％以上含有する繊維がある。しかし、この繊維はアルミナ繊維と高温で反応を起こして、溶融して劣化するので、アルミナ繊維と共に使用できない。
【００２６】
本発明のマグネシアシリカ質繊維は、マグネシア及びシリカを主成分とし、これらの他に、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＳｒＯおよびＣａＯなどを第３成分として含有しても良い。ＣａＯは１５重量％以下であれば、影響は少なく、含有しても良い。
【００２７】
このような繊維は、アルミナ繊維と共に使用しても反応を起こさず、各々の繊維の特長を維持できる優れた特性を有している。
【００２８】
マグネシアシリカ質繊維は、微結晶を含むことが好ましい。微結晶とは、大きさが５００オングストローム以下である。微結晶を含むことにより耐熱性が向上する。微結晶が５００オングストロームを越えると、繊維が脆くなって繊維の取り扱い性が低下する。
【００２９】
微結晶を含む繊維は、熱処理することにより容易に製作できる。好ましい温度は、処理時間により変化するが、９００℃以上が有効である。
【００３０】
本発明に使用する繊維は、繊維径が３μｍ未満である繊維が１０％以下であることが好ましい。その理由は、繊維径が小さいと人の肺に吸入されやすく、３μｍ未満だと吸入され易いからである。このような繊維は少ないのが好ましい。
【００３１】
本発明の無機繊維ブロックは、アルミナ繊維積層体とマグネシアシリカ質繊維ブランケットが積層されたものである。積層とは、典型的には、各シート状物を積み重ねたものである。例えば、積層を形成するには、一枚ずつを重ねても良いし、蛇腹状やＵ字状に折り畳んで重ねても良い。また、これらを組み合わせても良い。マグネシアシリカ質繊維ブランケットの蛇腹状の間や、Ｕ字状の中にアルミナ繊維積層体を入れて積層すると、アルミナ繊維の飛散が防止できるので、より好ましい。
【００３２】
【実施例】
実施例１〜６を説明する。
【００３３】
アルミナが７２重量％、シリカが２８重量％の繊維を用いて、厚み２５ｍｍのアルミナ繊維積層体を作った。この積層体と、マグネシア２７．８モル％、シリカ７０．７モル％でかつ厚み２５ｍｍのマグネシアシリカ質繊維ブランケットを重ね合わせて、全体を圧縮し、有機繊維の糸で縫製し、その後切断して、大きさが３００×３００×３００ｍｍの立方体である無機繊維ブロックを作製した。
【００３４】
この無機繊維ブロックについて収縮率を測定した。収縮率は、１２００℃で２４時間加熱し、その後、ブロックの積層方向の収縮率を測定した。収縮の少ないほど耐熱性に優れている。
【００３５】
次は、比較例１を説明する。
【００３６】
マグネシアシリカ質繊維ブランケットのみを用いた他は前述の実施例１〜６と同様にして無機繊維ブロックを作製した。
【００３７】
実施例１〜６及び比較例１のアルミナ繊維積層体の含有量（重量％）と収縮率（％）を表３に示す。
【００３８】
【表３】

表３からも明らかなように、実施例１〜６においては、収縮率が１．２％以下であるのに対し、比較例１では、収縮率が１．８％である。この結果、本発明の実施例１〜６が耐熱性にすぐれていることが確認された。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の無機繊維ブロックは、耐熱性及び生体溶解性に優れている。従って、本発明の無機繊維ブロックを使用すれば、高温においても、炉を長時間安全に使用できる。また、繊維が粉塵となって、人の体内に取り込まれた場合でも、健康を害する恐れが少ないので、安全に取り扱える。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a block comprising an alumina fiber laminate and a magnesia siliceous fiber blanket and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, inorganic fiber blocks made by laminating mats, blankets, and felts made of inorganic fibers are often used as heat insulating materials for industrial furnaces.
[0003]
As inorganic fibers, alumina silica fibers or alumina silica zirconia fibers are often used. These fibers are glassy, and when heated to 1000 ° C. or higher during use, crystals such as mullite and cristobalite are precipitated and the fibers contract. And if it uses for a long time, a crystal will grow and intensity deterioration and joint opening will advance. Therefore, there was a limit to the use temperature.
[0004]
On the other hand, the use of alumina fibers that can be used at higher temperatures is also increasing. This alumina fiber is a polycrystalline inorganic fiber having an alumina content of 70 wt% or more and the balance being silica. Since this fiber contains crystals in advance, there is no decrease in the heat resistance of the fiber due to crystallization.
[0005]
Therefore, for the purpose of improving heat resistance, it is proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-156989 to construct a block using both alumina silica fibers or alumina silica zirconia fibers and alumina fibers.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Recently, alumina silica fibers have been found to affect human health. When the alumina silica fiber is heated to 1000 ° C. or higher, cristobalite is precipitated. It is believed that the fibers on which the crystals are deposited cause silicosis. However, such effects on health are considered to be reduced if fibers are taken into the body and the fibers dissolve in the body.
[0007]
From such a viewpoint, an inorganic fiber having excellent solubility in a living body has been demanded and developed.
[0008]
For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-180977, an inorganic fiber having silica and calcia as main components and excellent in biological solubility is proposed.
[0009]
However, such inorganic fibers excellent in biosolubility do not have sufficient heat resistance and cannot be used in furnaces with high operating temperatures.
[0010]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an inorganic fiber block having excellent biosolubility and excellent heat resistance and a method for producing the same.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
Examples of the solution of the present invention are the inorganic fiber block according to claims 1 to 4 and a method for producing the same.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The inorganic fiber block according to the present invention has been studied by paying attention to alumina fibers and magnesia siliceous fibers, and is an inorganic fiber block particularly excellent in biosolubility and heat resistance.
[0013]
By laminating a laminate of alumina fibers and a blanket of magnesia siliceous fibers, an inorganic fiber block having excellent biosolubility and heat resistance can be obtained. This block has little effect on health even when fibers are inhaled into the body, and if this inorganic fiber block is used for a furnace wall, it is possible to operate the furnace safely for a long period of time.
[0014]
The alumina fiber used in the present invention is an alumina siliceous fiber containing 70% by weight or more of alumina. The laminate of alumina fibers may be formed into a sheet shape such as a mat or a blanket. This laminate is excellent in heat resistance and restorability. By using the laminated body of alumina fibers as an inorganic fiber block, a block having a small joint opening can be obtained. Therefore, the heat resistance of the furnace wall is improved.
[0015]
The alumina fiber laminate preferably has a recovery rate of 120% or more after heating at 1200 ° C. for 8 hours. In order to obtain a block having a small joint opening, a larger restoration rate is preferable. However, if it is 120% or more, a block having a sufficiently small joint opening can be easily obtained.
[0016]
In order to obtain a laminate having a restoration rate of 120% or more, it is desirable that the fibers are curled. The curl shape is, for example, a shape projected onto a plane, or a semicircular arc shape with a part of the ring missing. The curled portion has a spring-like action, and a function as a laminate having a large restoring force can be obtained.
[0017]
The restoration rate is fixed by applying a load until the bulk density of the laminate reaches 100 kg / m ³ . Thereafter, it is maintained at a predetermined temperature for 8 hours, and the thickness of the laminated body at that time is set as a, and the thickness when the load is released is set as b.
[0018]
Restoration rate (%) = (b / a) × 100
Table 1 shows the restoration rates of the three types of alumina fiber laminates A, B, and C when heated at 1200 ° C. for 8 hours.
[0019]
[Table 1]

In the inorganic fiber block of the present invention, the alumina fiber laminate is preferably 5% by weight or more. If it is less than 5% by weight, the above-mentioned effects are small, and the shrinkage of the block increases.
[0020]
The magnesia siliceous fiber blanket of the present invention is composed of fibers mainly composed of magnesia and silica. This fiber preferably has a physiological saline dissolution rate of 1% or more in order to ensure safety for health. Moreover, it is preferable that this fiber contains 20 mol% or more of magnesia. Such a fiber is excellent in biosolubility and has little fear of health damage.
[0021]
Since the inorganic fiber block of the present invention uses such a fiber as a constituent material, it is highly safe for health.
[0022]
The physiological saline dissolution rate is measured by the following method.
[0023]
1 g of a fiber sample is crushed until it passes through a 200-mesh sieve and weighed accurately. Take this sample in a 300 ml conical beaker and add 150 ml of physiological saline. This is horizontally shaken in a constant temperature water bath at 40 ° C. at a speed of 120 revolutions per minute for 50 hours. Thereafter, the sample is precisely weighed to determine the fiber weight loss. The weight loss rate is calculated from the weight loss, and is defined as the fiber physiological saline dissolution rate.
[0024]
Table 2 shows the chemical composition (mol%) and the physiological saline dissolution rate of the inorganic fibers.
[0025]
[Table 2]

Other heat-resistant fibers that dissolve in physiological saline include fibers containing 20% by weight or more of calcia. However, since this fiber reacts with the alumina fiber at a high temperature and melts and deteriorates, it cannot be used with the alumina fiber.
[0026]
The magnesia siliceous fiber of the present invention contains magnesia and silica as main components, and may contain Al ₂ O ₃ , ZrO ₂ , SrO and CaO as the third component in addition to these. If CaO is 15 weight% or less, there is little influence and you may contain.
[0027]
Such fibers do not react even when used with alumina fibers, and have excellent characteristics capable of maintaining the characteristics of each fiber.
[0028]
The magnesia siliceous fiber preferably contains fine crystals. A microcrystal has a size of 500 angstroms or less. Heat resistance improves by including a microcrystal. If the microcrystal exceeds 500 angstrom, the fiber becomes brittle and the handleability of the fiber is lowered.
[0029]
Fibers containing microcrystals can be easily manufactured by heat treatment. The preferred temperature varies depending on the treatment time, but 900 ° C. or more is effective.
[0030]
As for the fiber used for this invention, it is preferable that the fiber whose fiber diameter is less than 3 micrometers is 10% or less. The reason is that if the fiber diameter is small, it is easy to inhale into the human lung, and if it is less than 3 μm, it is easy to inhale. Preferably there are few such fibers.
[0031]
The inorganic fiber block of the present invention is a laminate of an alumina fiber laminate and a magnesia siliceous fiber blanket. Lamination is typically a stack of sheets. For example, in order to form a stack, the sheets may be stacked one by one, or may be folded and stacked in a bellows shape or a U shape. Moreover, you may combine these. It is more preferable to stack the alumina fiber laminate between the bellows of the magnesia siliceous fiber blanket or in a U shape because the alumina fibers can be prevented from scattering.
[0032]
【Example】
Examples 1 to 6 will be described.
[0033]
An alumina fiber laminate having a thickness of 25 mm was made using fibers of 72 wt% alumina and 28 wt% silica. This laminate and magnesia siliceous fiber blanket of 27.8 mol% magnesia, 70.7 mol% silica and 25 mm thick are overlapped, the whole is compressed, sewn with yarn of organic fiber, and then cut An inorganic fiber block having a cubic size of 300 × 300 × 300 mm was produced.
[0034]
The shrinkage ratio was measured for this inorganic fiber block. The shrinkage was heated at 1200 ° C. for 24 hours, and then the shrinkage in the stacking direction of the blocks was measured. The smaller the shrinkage, the better the heat resistance.
[0035]
Next, Comparative Example 1 will be described.
[0036]
An inorganic fiber block was prepared in the same manner as in Examples 1 to 6 except that only the magnesia siliceous fiber blanket was used.
[0037]
Table 3 shows the content (% by weight) and shrinkage rate (%) of the alumina fiber laminates of Examples 1 to 6 and Comparative Example 1.
[0038]
[Table 3]

As is apparent from Table 3, in Examples 1 to 6, the shrinkage rate is 1.2% or less, while in Comparative Example 1, the shrinkage rate is 1.8%. As a result, it was confirmed that Examples 1 to 6 of the present invention were excellent in heat resistance.
[0039]
【The invention's effect】
The inorganic fiber block of the present invention is excellent in heat resistance and biosolubility. Therefore, if the inorganic fiber block of the present invention is used, the furnace can be used safely for a long time even at a high temperature. Even if the fibers are dusted and taken into the human body, they can be handled safely because there is little risk of harm to health.

Claims

An inorganic fiber block, wherein a laminate of alumina fibers and a blanket of magnesia siliceous fibers containing 15 wt% or less of CaO are laminated.

The inorganic fiber block according to claim 1, wherein the alumina fiber laminate has a restoration rate of 120% or more after heating at 1200 ° C for 8 hours.

The inorganic fiber block according to claim 1 or 2, wherein the magnesia siliceous fiber has a physiological saline dissolution rate of 1% or more.

A method of producing an inorganic fiber block by laminating a laminate of alumina fibers and a magnesia siliceous fiber blanket containing 15% by weight or less of CaO , compressing, sewing, and cutting.