JP4535734B2 - Ceramic fiber module - Google Patents
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Description
本発明は、加熱炉、熱処理炉、鍛造炉等の工業炉の炉壁構成に用いられるセラミックファイバーモジュールである。 The present invention is a ceramic fiber module used for a furnace wall structure of an industrial furnace such as a heating furnace, a heat treatment furnace, or a forging furnace.
従来、各種工業炉の炉壁構成は、低温の炉壁側にはシリカとアルミナを主体とした低温用セラミックファイバーブランケットを、及び高温となる炉内側（高温雰囲気側とも言う）にはアルミナファイバーなどの高温用セラミックファイバーブランケットを用い、これらを炉壁と水平方向に積層していた。 Conventionally, the furnace wall configuration of various industrial furnaces has a low-temperature ceramic fiber blanket mainly composed of silica and alumina on the low-temperature furnace wall side, and alumina fiber etc. on the high-temperature furnace inside (also called the high-temperature atmosphere side). These were laminated in a horizontal direction with the furnace wall.
しかし、この方法では、低温用セラミックファイバーブランケットと高温用セラミックファイバーブランケットを順次積層するため、施工が面倒で手間がかかっていた。そこで最近では、複数枚のセラミックファイバーブランケットを積層して一体化したモジュールを予め作製しておき、このモジュールを炉壁に施工する方法が取られるようになっている。 However, in this method, since the low-temperature ceramic fiber blanket and the high-temperature ceramic fiber blanket are sequentially laminated, the construction is troublesome and troublesome. Therefore, recently, a method has been adopted in which a module in which a plurality of ceramic fiber blankets are laminated and integrated is prepared in advance, and this module is applied to the furnace wall.
ところが、このようなモジュールは、施工時に取付金具で炉壁に固定する必要から、一般にセラミックファイバーブランケットの積層面を炉壁と垂直に、即ち積層端面を炉壁と平行に配置して施工される。そのため、モジュールを構成するセラミックファイバーブランケットとして高価な高温用セラミックファイバーブランケットを低温の炉壁側まで使用しなければならず、モジュールの材料コストが高くなるという問題があった。 However, since such a module needs to be fixed to the furnace wall with a mounting bracket at the time of construction, it is generally constructed by placing the laminated surface of the ceramic fiber blanket perpendicular to the furnace wall, that is, the laminated end face parallel to the furnace wall. The Therefore, an expensive high-temperature ceramic fiber blanket must be used up to the low-temperature furnace wall side as a ceramic fiber blanket constituting the module, which raises a problem that the material cost of the module increases.
そこで、低温の炉壁側には低温用セラミックファイバーブランケットを用い、高温となる炉内側には高温用セラミックファイバーブランケットを使用したモジュールが提案されている。例えば、実開昭６２−５２８９３号公報には、低温用セラミックファイバーブランケットと高温用セラミックファイバーブランケットを重ねて複数段折り畳み、更に折り目の両ブランケット間の高温雰囲気側に高温用セラミックファイバーブランケットを充填した構造が記載されている。 Therefore, a module has been proposed in which a low-temperature ceramic fiber blanket is used on the low-temperature furnace wall side, and a high-temperature ceramic fiber blanket is used on the high-temperature furnace inside. For example, in Japanese Utility Model Publication No. 62-52893, a low-temperature ceramic fiber blanket and a high-temperature ceramic fiber blanket are overlapped and folded in a plurality of stages, and the high-temperature ceramic fiber blanket is filled on the high-temperature atmosphere side between both blankets. The structure is described.
また、特開平９−１１３１４８号公報には、低温用セラミックファイバーブランケットと高温用セラミックファイバーブランケットの突合せ面に嵌め合い部を形成し、互いに嵌め合わせて接合する方法が開示されている。更に、特開平１１−３１４９７３号公報には、低温用セラミックファイバーブランケットと高温用セラミックファイバーブランケットの突合せ面を、接着剤で接合した構造が記載されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-113148 discloses a method in which a fitting portion is formed on the abutting surfaces of the low temperature ceramic fiber blanket and the high temperature ceramic fiber blanket, and they are fitted together and joined. Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-314973 describes a structure in which the butt surfaces of a low-temperature ceramic fiber blanket and a high-temperature ceramic fiber blanket are joined with an adhesive.
上記した低温用セラミックファイバーブランケットと高温用セラミックファイバーブランケットを組み合わせた従来のセラミックファイバーモジュールでは、高価な高温用セラミックファイバーの削減量が不十分であるうえ、低温用と高温用のセラミックファイバーブランケットを嵌め合わせ又は接着しているため、その接合部分が高温下での長時間の使用に耐えられず、耐久性に乏しいなどの欠点があった。 In the conventional ceramic fiber module that combines the above-mentioned low temperature ceramic fiber blanket and high temperature ceramic fiber blanket, the amount of expensive high temperature ceramic fiber reduction is insufficient, and low temperature and high temperature ceramic fiber blankets are fitted. Since they are combined or bonded, the joint portion cannot withstand long-time use at high temperatures, and there are disadvantages such as poor durability.
本発明は、このような従来の事情に鑑み、高価な高温用セラミックファイバーの使用量を更に削減すると共に、炉壁に施工したとき耐久性に優れたセラミックファイバーモジュールを提供することを目的とする。 In view of such conventional circumstances, an object of the present invention is to further reduce the amount of expensive high-temperature ceramic fiber used and to provide a ceramic fiber module excellent in durability when applied to a furnace wall. .
上記目的を達成するため、本発明が提供するセラミックファイバーモジュールは、短冊状の低温用セラミックファイバーブランケットを所要枚数積層してなるブロックと、このブロックの高温雰囲気側となる表面を覆うように巻き付けて一体化した高温用セラミックファイバーブランケットとを備えるセラミックファイバーモジュールであって、前記高温用セラミックファイバーブランケットがアルミナファイバーブランケットであり、且つ１４００℃にて１００時間保持後の引張強度が３０ｋＰａ以上であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a ceramic fiber module provided by the present invention is wound around a block formed by laminating a required number of strip-shaped low-temperature ceramic fiber blankets and a surface on the high-temperature atmosphere side of the block. A ceramic fiber module comprising an integrated high-temperature ceramic fiber blanket, wherein the high-temperature ceramic fiber blanket is an alumina fiber blanket and has a tensile strength of 30 kPa or more after being held at 1400 ° C. for 100 hours. Features.
また、上記本発明のセラミックファイバーモジュールにおいては、前記ブロックの高温雰囲気側となる表面が低温用セラミックファイバーブランケットの積層面と垂直であり、且つ前記高温用セラミックファイバーブランケットが該ブロックの高温雰囲気側となる表面と共に、低温用セラミックファイバーブランケットの積層面と平行な側面を覆っていることが好ましい。 In the ceramic fiber module of the present invention, the surface of the block on the high temperature atmosphere side is perpendicular to the laminated surface of the low temperature ceramic fiber blanket, and the high temperature ceramic fiber blanket is on the high temperature atmosphere side of the block. It is preferable to cover the side surface parallel to the laminated surface of the low-temperature ceramic fiber blanket together with the surface.
本発明によれば、高価な高温用セラミックファイバーは、セラミックファイバーモジュールを炉壁に施工したとき高温となる炉内側（高温雰囲気側）に１枚配置するだけであるから、その使用量を従来よりも更に削減し、材料費の低減を図ることが可能である。また、セラミックファイバーモジュール全体に嵌め込みや接着剤による接合部分がなく、更には高引張強度の高温用セラミックファイバーブランケットで外側を覆っているため、高温下で長時間の使用に耐える信頼性の高い炉壁構造を得ることができる。 According to the present invention, the expensive high-temperature ceramic fiber is only disposed on the inside (high temperature atmosphere side) of the furnace that becomes high when the ceramic fiber module is applied to the furnace wall. It is possible to further reduce the material cost. In addition, since the entire ceramic fiber module is not fitted or bonded by an adhesive, and is covered with a high tensile ceramic fiber blanket with high tensile strength, it is a highly reliable furnace that can withstand long-term use at high temperatures. A wall structure can be obtained.
本発明のセラミックファイバーモジュールは、炉壁に施工する際に、ブロックの低温用セラミックファイバーブランケットが露出した面を炉壁側とし、その反対側（高温雰囲気側）を高温となる炉内側に向けて配置する。従って、低温の炉壁側は短冊状の低温用セラミックファイバーブランケットを所要枚数積層したブロックによって構成される一方、ブロックの炉壁と反対側の高温雰囲気側となる表面は、高温用セラミックファイバーブランケットで構成される。 When the ceramic fiber module of the present invention is applied to the furnace wall, the surface of the block where the low-temperature ceramic fiber blanket is exposed is the furnace wall side, and the opposite side (high temperature atmosphere side) is directed to the furnace inside where the temperature is high. Deploy. Therefore, the low-temperature furnace wall side is composed of a block in which a required number of strip-shaped low-temperature ceramic fiber blankets are stacked, while the surface on the high-temperature atmosphere side opposite to the furnace wall of the block is a high-temperature ceramic fiber blanket. Composed.
そのため、炉内に露出した高温用セラミックファイバーブランケットにより十分な耐熱性を確保できると同時に、高価な高温用セラミックファイバーブランケットは低温用セラミックファイバーブランケットのブロックの高温雰囲気側を覆うだけなので、その使用量を従来に比べて削減することができる。しかも、高温用セラミックファイバーブランケットはブロックの高温雰囲気側を覆うように巻きつけるだけなので、モジュールの製造も極めて簡単であるうえ、低温用セラミックファイバーブランケットと高温用セラミックファイバーブランケットには嵌め合わせや接着により接合した部分が存在しないため、高温下での長時間の使用にも耐える十分な耐久性を有している。 Therefore, sufficient heat resistance can be secured by the high temperature ceramic fiber blanket exposed in the furnace, and at the same time, the expensive high temperature ceramic fiber blanket only covers the high temperature atmosphere side of the low temperature ceramic fiber blanket block. Can be reduced as compared with the prior art. Moreover, since the high-temperature ceramic fiber blanket is only wrapped around the high-temperature atmosphere of the block, the module is extremely easy to manufacture, and the low-temperature ceramic fiber blanket and the high-temperature ceramic fiber blanket can be fitted and bonded together. Since there is no joined portion, it has sufficient durability to withstand long-time use at high temperatures.
次に、本発明のセラミックファイバーモジュールの一具体例を、図面に基づいて説明する。図１は本発明のセラミックファイバーモジュールの斜視図であり、図２はその断面図である。このセラミックファイバーモジュールは、短冊状の低温用セラミックファイバーブランケット１を所定の枚数（図では６枚）積層してなる２個のブロックと、各ブロックの高温雰囲気側となる表面を覆うように巻きつけて一体化した高温用セラミックファイバーブランケット２とを備えている。尚、図１及び図２において、３は２個のセラミックファイバーモジュールを互いに串刺しして一体化した状態で炉壁５に取り付けるための取付金具であり、４は取付金具３を炉壁５に固定する際に治具などを挿通させる紙筒である。
Next, a specific example of the ceramic fiber module of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a ceramic fiber module of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view thereof. This ceramic fiber module is wound so as to cover two blocks formed by laminating a predetermined number (six in the figure) of strip-shaped low-temperature
この図１及び図２のブロックでは、積層した複数枚の低温用セラミックファイバーブランケット１を取付金具３が貫通するように、低温用セラミックファイバーブランケット１の積層面が高温雰囲気側となる表面と垂直になるように配置してある。そして、高温用セラミックファイバーブランケット２は、このブロックの高温雰囲気側となる表面を覆うと共に、積層した低温用セラミックファイバーブランケット１の間が緩んだり、離れたりしないように、低温用セラミックファイバーブランケット１の積層面と平行なブロックの側面を覆っている。
1 and 2, the laminated surface of the low-temperature
セラミックファイバーモジュールを炉壁５に固定する際には、ブロックの低温用セラミックファイバーブランケット１が露出した面を炉壁５側に配置して、例えば、炉壁５に固定したスタッドボルトに取付金具３の穴を通し、治具（図示せず）を用いて紙筒４内からナット（図示せず）をスタットボルトに螺合する。その後、紙筒４を引き抜くことにより、セラミックファイバーモジュールが炉壁５に取り付けられる。
When the ceramic fiber module is fixed to the
高温用セラミックファイバーブランケットとしては、炉内温度以上の最高使用温度を有するセラミックファイバー、例えば耐熱性が高いアルミナを主成分とするファイバーをニードリングしたブランケットが好ましい。また、低温用セラミックファイバーブランケットとしては、シリカ−アルミナファイバー、シリカ−アルミナ−ジルコニアファイバー、シリカ−アルミナ−クロミアファイバーなどを用いることができ、最高使用温度が炉内温度以下であっても良い。 As the ceramic fiber blanket for high temperature, a ceramic fiber having a maximum use temperature equal to or higher than the furnace temperature, for example, a blanket obtained by needling a fiber mainly composed of alumina having high heat resistance is preferable. Moreover, as a low-temperature ceramic fiber blanket, silica-alumina fiber, silica-alumina-zirconia fiber, silica-alumina-chromia fiber, etc. can be used, and the maximum use temperature may be below the furnace temperature.
特に、高温用セラミックファイバーブランケットについては、アルミナファイバーブランケットであって、１４００℃で１００時間保持後の引張強度が３０ｋＰａ以上であるものが好ましい。高温用セラミックファイバーブランケットは低温用セラミックファイバーブランケットのブロックに巻きつけ、且つ弛まないように張った状態とするため、充分な引張強度がないと炉使用時の高温下でブランケットが裂けたり、下方へ垂れ下がったりするためである。尚、セラミックファイバーブランケットにおける１４００℃で１００時間保持後の引張強度は、従来品では１５〜２０ｋＰａ程度であったが、最近ではニードリングの改良などによって３０ｋＰａ以上の引張強度を有するものが提供されている。 In particular, the ceramic fiber blanket for high temperature is preferably an alumina fiber blanket having a tensile strength of 30 kPa or more after being held at 1400 ° C. for 100 hours. The ceramic fiber blanket for high temperature is wound around the block of the ceramic fiber blanket for low temperature and stretched so that it does not loosen. This is because it hangs down. The tensile strength after holding for 100 hours at 1400 ° C. in a ceramic fiber blanket was about 15 to 20 kPa in the conventional product, but recently, what has a tensile strength of 30 kPa or more has been provided by improving the needling. Yes.
本発明の高温用セラミックファイバーモジュールでは、施行にあたって、炉内温度からモジュールの温度勾配値を計算し、高温用セラミックファイバーブランケットの厚さを設計する。短冊状の低温用セラミックファイバーブランケットを複数枚数積層してなるブロックの厚み（各ブランケットの長さに相当する）は、定められたモジュール全体の厚みから上記高温用セラミックファイバーブランケットの厚さを減じたものである。 In the high temperature ceramic fiber module of the present invention, the temperature gradient value of the module is calculated from the furnace temperature, and the thickness of the high temperature ceramic fiber blanket is designed. The thickness of the block (corresponding to the length of each blanket) formed by laminating a plurality of strip-shaped low-temperature ceramic fiber blankets is obtained by subtracting the thickness of the high-temperature ceramic fiber blanket from the thickness of the entire module. Is.
図１及び図２に示すように、シリカ−アルミナファイバー（最高使用温度１５００℃）からなり、縦２７５ｍｍ×横３００ｍｍ×厚み２０ｍｍの短冊状に切断した低温用セラミックファイバーブランケット１を、６枚積層してなるブロックを作製した。このブロックの高温雰囲気側となる積層端面を覆うように、その積層端面と連続する両側面に、アルミナを主成分とするファイバーからなる横幅３００ｍｍ×厚み２５ｍｍの高温用セラミックファイバーブランケット２（最高使用温度１６００℃、１４００℃で１００時間保持後の引張強度が３０ｋＰａ以上）を巻き付け、一体化してセラミックファイバーモジュールとした。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, six pieces of low-temperature
このように作製したセラミックファイバーモジュール２個を、それぞれの側面から取付金具３の両端で串刺しして一体化した後、一体化された２個のセラミックファイバーモジュールの間に紙筒４を挿入して、その下端部内に取付金具３を収納した。更に、一体化した２個のセラミックファイバーモジュール全体を、プラスチックフィルムでシール包装した。
The two ceramic fiber modules thus manufactured were integrated by skewing from both sides of the
このセラミックファイバーモジュールを用い、取付金具３により工業炉に取り付けて炉壁をライニングした。その際、高温用セラミックファイバーブランケット２が裂けたり、下方へ垂れ下がったりすることがなく、各セラミックファイバーモジュールを隙間なく取り付けることができた。また、この炉壁構造は、通常の炉内温度１４００℃で使用しても、長期間の使用に十分耐えることができた。尚、セラミックファイバーモジュールを包装しているプラスチックフィルムは、炉の使用開始時に焼失する。
Using this ceramic fiber module, the furnace wall was lined by attaching it to an industrial furnace with the
１ 低温用セラミックファイバーブランケット
２ 高温用セラミックファイバーブランケット
３ 取付金具
４ 紙筒
５ 炉壁
1 Ceramic fiber blanket for
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