JP4625341B2 - 再生セラミックファイバーを用いた施工方法及びこれを用いた成形体並びにその積層方法 - Google Patents
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Description
処理した使用済みセラミックファイバーの再利用方法としては、例えば、特許文献1に、未使用セラミックファイバーを成形体として成形する際、その一部に使用済みセラミックファイバーを混入して成形する成形体の製造方法が開示されている。
また、特許文献2には、繊維長を40mm以上50mm以下に解繊した使用済みセラミックファイバーをバインダーと混合して成形体とし、再生する方法が開示されている。
このため、解繊したセラミックファイバーを成形して、再生セラミックファイバーとして使用することで、未使用のセラミックファイバーを使用した場合よりも、その断熱性を約2割程度向上できる。これは、セラミックファイバー自体の繊維長さが短くなったため、セラミックファイバーを伝わる熱がその端部で断熱される確率が高まることに起因する。
(a)成形体のたわみ易さは、長い繊維が絡み合うことで確保されているため、繊維長が短くなることで、再生したセラミックファイバーの成形体を曲げると折れ易くなる。このため、成形体を配置する適用部位の形状によっては、その施工が困難であり、施工しても成形体の折れにより、目的とした断熱効果が得られないことがある。
(b)成形体を、例えば1000℃の高温雰囲気において用いる際に、成形体に添加している結合材成分が燃焼するなどして変質し、結合材の効果がなくなる。通常、再生したセラミックファイバーで構成した成形体は、解繊した使用済みセラミックファイバーを有機バインダーを用いて固め、その形状を保持している。このため、有機バインダー成分が焼失すると、成形体の使用中に繊維長の短い使用済みセラミックファイバーが脱落して、目的とした断熱性を得ることができず、また脱落した繊維が処理している製品に混入し、その品質を損なうという問題がある。
(c)再生したセラミックファイバーで構成した成形体を使用した後、この使用済みセラミックファイバーを更にリサイクルする際(2回以上のリサイクル使用)、使用後の成形体は、これを構成するセラミックファイバーの繊維長が短いため、成形体が分解して崩壊し一体として回収しにくく、2回以上のリサイクル使用がしにくいという問題がある。
また、特許文献2に開示された方法を、Al2 O3 −SiO2 を主成分とする使用温度が1000℃以上の耐火性のセラミックファイバーに適用する場合、前記したように、繊維長さを40mm以上50mm以下の範囲に解繊することが実質不可能であり、(a)〜(c)の各課題を解決できない。
ここで、セラミックファイバーは、その直径が例えば2μm以上5μm以下のものであり、その材質として、例えば、アルミナシリカ(Al2O3−SiO2)、アルミナ、又はムライトがある。
また、リサイクルして再生セラミックファイバーとして再使用する使用済みセラミックファイバーは、使用済みセラミックファイバーで構成される回収した使用済み成形体を機械的な力により解繊したものを用いることができる。ここで、機械的な力により解繊する方法としては、例えば、使用済み成形体を液体中に浸漬した後に攪拌する方法、又は使用済み成形体を破砕機や解繊機で破砕した後、更に風力、磁力、又は篩により、含まれる異物を使用済みセラミックファイバーから分離する方法のように、公知の方法を使用できる。
そして、未使用成形層と再生成形層との積層(結合)は、例えば、有機又は無機の結合材、モルタル、又は使用セラミックファイバーと同等の耐火性を備えるファイバーロープによる縫合を適用することが可能である。
更に、成形体を配置する適用部位としては、通常セラミックファイバーで構成される成形体が配置される部分であり、使用環境が高温で耐熱性が必要となる部分である。このような適用部位に配置された成形体として、例えば、電気炉又は熱処理炉の断熱材、又は製鉄プロセスの製鋼工程におけるタンディッシュカバーの断熱性シール部材がある。
ここで、成形体は、少なくとも3層の成形層を積層して構成される。
例えば、成形体を3層の成形層で構成する場合は、再生成形層を挟んでその両外側に未使用成形層を配置する。また、成形体を4層の成形層で構成する場合は、未使用成形層に再生成形層を積層し、これを挟んでその両外側に未使用成形層を配置できる。そして、成形体を5層以上の成形層で構成する場合は、成形体の稼働面側とその背面側に未使用成形層をそれぞれ配置し、この未使用成形層の間に未使用成形層の両側に再生成形層が積層された成形層を配置できる。
ここで、有機バインダーとしては、水の添加により膨潤又は溶解して、セラミックファイバーを相互に結合し、成形体に保形性を付与するものであり、例えば、ラテックス、スチレンブタジエンゴム、α化澱粉、高分子凝集剤、又は高分子分散剤を使用できる。
少なくとも熱影響を受ける稼働面側に配置される未使用のセラミックファイバーで構成した未使用成形層と、1000℃以上の高温環境の内壁の断熱材として使用され、解繊によって繊維長さが20mm以下となった使用済みのセラミックファイバーをリサイクルして構成し、前記未使用成形層に積層される再生成形層とを有する。
前記混濁液を、前記成形枠内に予め配置した未使用のセラミックファイバーで構成される未使用成形層を介して、前記成形枠内へ吸引することにより、前記未使用成形層上に前記再生セラミックファイバーを堆積させ再生成形層を積層する。
また、未使用成形層と再生成形層を併用することにより、成形体自体のたわみ易さを確保でき、施工時に再生成形層が折れることを防止できる。なお、未使用成形層と再生成形層を併用しているため、使用後の成形体を構成するセラミックファイバーを再度リサイクルする際は、再生成形層部分を未使用成形層部分と共に回収し易く、再生セラミックファイバーの回収率を従来よりも向上できる。
そして、熱影響を受ける稼働面側に未使用成形層を配置しているので、再生成形層を構成する繊維長さが短くなった再生セラミックファイバーが、稼働面側に脱落することもなく、処理している製品の品質を損なうことなく、再生セラミックファイバーの回収率も向上できる。
また、稼働面側の未使用成形層の厚みを設定することで、再生セラミックファイバーを結合する有機バインダーを変質させることなく、その効果を維持できる。従って、再生成形層を構成する短繊維の再生セラミックファイバーの脱落を防止でき、更にリサイクル使用する際の再生セラミックファイバーの回収も容易にできる。
ここで、図1(A)〜(D)はそれぞれ本発明の第1〜第4の実施の形態に係る再生セラミックファイバーを用いた成形体の側面図、図2は本発明の一実施の形態に係る再生セラミックファイバーを用いた成形体の積層方法の説明図である。
まず、成形体10について説明した後、その成形体10の積層方法、及び再生セラミックファイバーを用いた施工方法について、順次説明する。
ここで、成形体10は、平面視して矩形状(長方形又は正方形)となった直方体であるが、各辺の長さ及び厚みを同一として立方体とすることも可能である。
また、再生成形層12を構成するセラミックファイバーは、未使用成形層11を構成するセラミックファイバーと同質で再生したものを使用でき、その長さが例えば20mm以下、更には10mm以下のものである。
この未使用成形層11は、未使用のセラミックファイバー同士が互いに絡み合うことでその形状が保持され、再生成形層12は、再生セラミックファイバーを有機バインダーで結合することでその形状が保持されている。
図1(B)に示すように、成形体13は、未使用成形層16、17を、熱影響を受ける稼働面側とその背面側にそれぞれ配置し、この2層の未使用成形層16、17の間に、1層の再生成形層18を配置した3層構造となっている。なお、未使用成形層16、17及び再生成形層18の各厚みは、実質的に同一厚みとなっている。
ここで、再生成形層21の厚みは、熱影響を受けない背面側の未使用成形層20の厚みと同一になっているが、異なる厚みとすることも勿論可能である。この場合、背面側の未使用成形層の厚みを厚くすると、成形体の背面側の断熱を強化することになり、稼働面側から受けた熱が再生成形層に溜まり、再生成形層の温度が上昇することが考えられるため、未使用成形層の厚みを再生成形層の厚みよりも薄くすることもできる。
また、例えば、規格品である市販の未使用成形層を購入して使用する場合、その未使用成形層を2枚以上積層して、熱影響を受ける稼働面側に配置される未使用成形層の厚みを調整することも可能である。
まず、使用済みセラミックファイバーで構成される使用済み成形体、水、及び結合材の一例である有機バインダー(例えば、スチレンブタジエンゴム)を遠心分離槽(パルパーともいう)30内に投入する。
なお、例えば、pH調整等を行う機能を備えた凝集剤である硫酸バンド(硫酸アルミニウム、アラムともいう)を更に添加することも可能である。
なお、この遠心分離槽30で分離される異物としては、主として比重がセラミックファイバー(例えば0.1程度)より重い地金、スラグ、スケール、及び金物類(例えば3以上7以下)である。
このようにして、異物が少なくなるまで、所定時間(例えば、1分以上5分以下)攪拌翼を作動させ、異物が除去された混濁液31を作製した後、この混濁液31を供給配管32を介して成形槽33へ移送する。
この成形槽33内には、固定枠36が配置されている。固定枠36は、成形槽33の底面上方に設けられているので、成形槽33内で沈殿した残留異物が、固定枠36内へ侵入することを抑制できる。なお、固定枠36の下部には、下方へ向かって縮幅する2(複数)個の吸引口37、38が設けられ、この吸引口37、38が送液配管39を介して真空ポンプ40に接続されている。
この成形枠41の成形部42は、その深さが例えば、10cm以上50cm以下のものであり、その最下部に多数の開口部45を有する補助部材46が配置され、この補助部材46の上に、例えば20メッシュ以上50メッシュ以下の範囲内(ここでは30メッシュ程度)の目の大きさを備えた金網47が配置されている。なお、補助部材46の開口部45の大きさは、例えば10mm程度であり、金網47の目の大きさよりも大きくなっている。
この成形枠41の成形部42内の金網47上に未使用成形層11を配置した後、真空ポンプ40を作動させることで、成形槽33内の混濁液31を攪拌することにより生じた混濁液31の上澄みを、固定枠36側へ吸引する。
このように、真空ポンプ40を作動させ、未使用成形層11を構成するセラミックファイバー間の隙間、成形枠41の金網47、及び補助部材46の開口部45を介して混濁液31を吸引することで、未使用成形層11上に再生セラミックファイバーを堆積させ、再生成形層12を積層することができる。
なお、成形部42内には、予め未使用成形層11を配置するので、補助部材46及び金網47のいずれか一方又は双方を配置しなくても、未使用成形層11上に再生成形層12を積層できる。この場合、未使用成形層11は、縮幅した吸引口43、44の上端部で固定される。
この成形枠41の引き上げに際しては、成形枠41のみを引き上げることも、また成形枠41と固定枠36とを一体として引き上げることも可能である。
ここで、成形枠41のみを引き上げる場合は、昇降手段により成形枠41を混濁液31の上方へ引き上げ、例えば、未使用成形層11と共に再生成形層12中の水分を水切りしたり、また温風である程度まで乾燥させる。そして、未使用成形層11及び再生成形層12を成形枠41から脱枠して、成形体10を得る。
このように、真空ポンプ40を使用して脱水処理を行うことで、脱水作業を短時間に効率的に行うことができ、しかも後工程での成形体10の乾燥作業もより短時間に実施できる。
これにより、得られた成形体10を、例えば、マイクロ波加熱方式を利用した乾燥炉(図示しない)に装入して乾燥することで製品を製造できる。
これにより、未使用成形層11と再生成形層12との結合状態が良好で、しかも結合作業を改めて行うことなく成形体10を製造できる。
なお、再生成形層と未使用成形層との結合は、例えば、有機又は無機の結合材、モルタル、又は使用セラミックファイバーと同等の耐火性を備えるファイバーロープによる縫合により行うこともできる。
使用済みのセラミックファイバーをリサイクルし再生セラミックファイバーとして再使用した図1(A)に示す成形体10を、例えば、電気炉の内壁(適用部位)に取付ける。この場合、成形体10の未使用成形層11が熱影響を受ける稼働面側、即ち炉内側となるように、また、成形体10の再生成形層12が熱影響を受けない背面側、即ち電気炉の内壁面に密着するように配置する。
この場合、各成形体13〜15の未使用成形層16、19、25が、電気炉の炉内側となるように配置する。
ここでは、使用温度が1000℃の電気炉に25日間適用した各種成形体の使用前後の外観、及び使用後の再生セラミックファイバーの回収率に基づき、各成形体を評価した。なお、実施例1、3の成形体として、成形体の両面側に未使用成形層が配置され、その間に1層の再生成形層が配置された成形体、実施例2、4の成形体として、1層の未使用成形層に1層の再生成形層が積層された成形体を使用した。この各成形層の積層に際しては、無機系接着剤(アルミナ−シリカ系)を使用した。一方、比較例1、3の成形体として、未使用成形層のみからなる成形体と、比較例2、4の成形体として、再生成形層のみからなる成形体を使用した。
以上の成形体の各構成と、この各成形体を電気炉に適用した結果を表1に示す。
また、表1において、使用後の回収率とは、未使用セラミックファイバーのみを使用した成形体の場合、未使用セラミックファイバーを対象とした回収率を重量により算出(使用後に回収した重量/使用前重量×100%)し、再生セラミックファイバーを使用した成形体の場合は、再生セラミックファイバーのみを対象に、回収率を重量により算出(使用後に回収した重量/使用前重量×100%)している。
なお、前記した使用後に回収した重量とは、設置した成形体の使用後の回収の際、手でつかめる程度に成形体の形状を保ったものを回収対象としてその重量を計測したもので、回収の際に欠け落ちたもの、また回収の際又は使用中に既に下方に脱落したものは回収対象としていない。
そして、セラミックファイバー成形体の構成の稼働面側とは、電気炉の熱影響を受ける面側を意味する。
更に、未使用セラミックファイバーで構成される未使用成形層の間に、再生セラミックファイバーで構成される再生成形層を配置した実施例1、3の成形体を使用することにより、未使用セラミックファイバーのみを使用した比較例1、3の成形体と同等の回収率を得ることを確認できた。
以上のように、再生セラミックファイバーで構成される再生成形層を、未使用セラミックファイバーで構成される未使用成形層と併せて使用することで、成形体を折ることなく施工でき、使用後も再生セラミックファイバーの脱落が無く、その回収率を高めることができることを確認できた。
ここで、実施例2の成形体として、前記した表1の実施例2と同一の成形体を使用した。また、実施例5の成形体は、再生成形層の最高温度が250℃を超える温度(440℃)となるように、実施例2の成形体の未使用成形層の厚みを薄くした成形体である。そして、実施例6の成形体は、実施例2の成形体と同様の構成であるが、未使用成形層と再生成形層との積層に際して、無機系接着剤(アルミナ−シリカ系)を使用することなく、前記した成形枠を使用して未使用成形層上に再生セラミックファイバーを堆積させる方法を適用した成形体である。
一方、比較例2の成形体は、再生成形層のみからなる成形体である。
以上の各成形体の構成と、この各成形体を使用温度が1000℃の電気炉に25日間適用した結果を表2に示す。なお、使用後の回収率については、前記した方法で算定した。
また、成形枠内で吸引により未使用成形層に再生成形層を積層した場合、再生成形層の温度が同じでも、再生セラミックファイバーの回収率を更に上昇できることを確認できた。
Claims (6)
- 1000℃以上の高温環境の内壁の断熱材として使用され、解繊によって繊維長さが20mm以下となった使用済みのセラミックファイバーをリサイクルし再生セラミックファイバーとして再使用するに際し、少なくとも熱影響を受ける稼働面側に未使用のセラミックファイバーで構成される未使用成形層を配置し、これに前記再生セラミックファイバーで構成される再生成形層を積層した成形体を、使用環境が高温で耐熱性が必要となる適用部位に配置することを特徴とする再生セラミックファイバーを用いた施工方法。
- 請求項1記載の再生セラミックファイバーを用いた施工方法において、前記成形体の前記稼働面側とその背面側に前記未使用成形層をそれぞれ配置し、この2層の未使用成形層の間に、少なくとも1層の前記再生成形層を配置することを特徴とする再生セラミックファイバーを用いた施工方法。
- 請求項1及び2のいずれか1項に記載の再生セラミックファイバーを用いた施工方法において、前記再生セラミックファイバーの結合材として有機バインダーを使用し、前記稼働面側に配置される前記未使用成形層の厚みを、前記成形体の使用時における前記再生成形層の温度が250℃以下となるように設定することを特徴とする再生セラミックファイバーを用いた施工方法。
- セラミックファイバーで構成された成形層を積層した成形体であって、
少なくとも熱影響を受ける稼働面側に配置される未使用のセラミックファイバーで構成した未使用成形層と、1000℃以上の高温環境の内壁の断熱材として使用され、解繊によって繊維長さが20mm以下となった使用済みのセラミックファイバーをリサイクルして構成し、前記未使用成形層に積層される再生成形層とを有することを特徴とする再生セラミックファイバーを用いた成形体。 - 請求項4記載の再生セラミックファイバーを用いた成形体において、前記未使用成形層を前記稼働面側とその背面側にそれぞれ配置し、この2層の未使用成形層の間に、少なくとも1層の前記再生成形層を配置したことを特徴とする再生セラミックファイバーを用いた成形体。
- 1000℃以上の高温環境の内壁の断熱材として使用された使用済みのセラミックファイバーで構成される使用済み成形体を遠心分離槽内で解繊し、結合材と水と共に混合して混濁液を作製し、該混濁液を成形槽に移送して、該成形槽内に配置した成形枠内に吸引して成形する再生セラミックファイバーを用いた成形体の積層方法であって、
前記混濁液を、前記成形枠内に予め配置した未使用のセラミックファイバーで構成される未使用成形層を介して、前記成形枠内へ吸引することにより、前記未使用成形層上に前記再生セラミックファイバーを堆積させ再生成形層を積層することを特徴とする再生セラミックファイバーを用いた成形体の積層方法。
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