JP5422123B2 - 炉断熱材、及びそれを含む炉 - Google Patents

Description

本発明は電気抵抗要素により加熱される炉の為の炉断熱材に関する。

きわめて高温で加熱される炉の場合には、炉内の加熱される容積の断熱に使用される材料に対して高度の要件が課される。断熱材は炉内の加熱される容積を囲繞するため、断熱材もきわめて高温となる。

一定のタイプの電気的に加熱される炉の温度は、一般的条件下では、数時間に亘り摂氏１７００度に達する。使用される断熱材は、例えば、断熱ファイバ若しくは高級煉瓦により構成される。

そのような炉に関して適用される技法に存在する１つの知られている問題は、それらの高温圧力に対して有効に使用されるのに十分な時間に亘り耐え得るものとして知られている材料は多くないということである。知られている材料は通常高温で収縮し、その結果それらの材料が使用される炉に関してシーリングの問題を生起する。

適切な材料は、本質的に酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）及び二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）から成るものとされる。この材料は熱に対して有効な耐性を有するとされるが、高温で収縮する。この収縮は高温に伴って増加する。収縮は材料が加熱されて焼結するという事実による。その結果、材料は操業中数時間、例えば１乃至１０時間に亘って連続的に収縮する。

当出願人のいわゆるｓｕｐｅｒｔｈａｌモジュールにおいては、２つの半円筒状要素として設計されたファイバ・モジュールが使用され、同半円筒状要素は相互に当接されて円筒体を形成し、同円筒体は炉空間を構成する。各半円筒状要素は相互に半径方向外向きに位置する２つの層、即ち内側層及び外側層を備えることが多い。

内側層は、例えば、真空成形されたファイバから成り、最高使用温度は摂氏１７００度及び密度は４００ｋｇ／ｍ^３とされる。この内側層は８０％のＡｌ_２Ｏ_３及び２０％のＳｉＯ_２により構成することが可能とされる。外側層は、例えば、ファイバから成り、最高使用温度は摂氏１６００度及び密度は３００ｋｇ／ｍ^３とされる。この外側層は５０％のＡｌ_２Ｏ_３及び５０％のＳｉＯ_２により構成することが可能とされる。

ＳＭＵ（Ｓｕｐｅｒｔｈａｌマッフル・ユニット）タイプのモジュールの場合は、内側層の厚さは２５ｍｍ且つ外側層の厚さは７５ｍｍとされることが最も多い。内側層はその内面に螺旋状の電気抵抗要素を収容する溝を含む。内側層の内径が１５０及び２００ｍｍとされる場合には、抵抗要素の溝内における位置はファスナによって確保される。

ＳＨＣ（Ｓｕｐｅｒｔｈａｌ半円筒体）タイプのモジュールの場合は、内側層の厚さは７５ｍｍ且つ外側層の厚さは２５ｍｍとされることが最も多い。抵抗要素は断熱材にファスナによって取り付けられる。

前述のタイプの断熱材を含む炉が加熱されるときには、断熱材はしたがって高温で収縮する。断熱材の亀裂は炉の消勢時に観察される。最悪の場合には、断熱材部材全体が弛緩しやすくなる。

炉空間の内径を１００乃至１２５ｍｍ台の大きさとする場合は、問題は一層審美的性質を帯びる。問題は直径が大きいほど増大し、その結果、内側断熱材の亀裂及び歪みが拡大し、断熱材部材同士が弛緩するリスクも生じる。

断熱材は斯くして亀裂の形成によって効果が減少する。

断熱材の収縮から出来する１つの深刻な問題は、既に述べたように抵抗要素が断熱材の内面に締着されるという事実によって、脱離しがちになることである。断熱材が収縮するにつれて亀裂が形成され、それによって断熱材部分同士が相互に変位する。抵抗要素は断熱材に点と点を繋ぐように締着されるため、締着点同士が相互に対して変位することによって、抵抗要素はその脱離を生じる程の大きさの引張応力及び曲げ応力を受ける。

これらの問題は、本発明によって解決される。

本発明は、したがって、相互に当接されて円筒体を形成し、同円筒体の内容積は炉空間を構成する、少なくとも２つの円筒状分節として設計されたファイバ・モジュールを備える炉断熱材に関し、これにおいて前記モジュールは電気抵抗要素を前記円筒体の内面に当着且つ締着可能とするのに適し、且つ本発明は１つ又は複数の半径方向に伸長若しくは概ね半径方向に伸長する間隙が前記円筒体の内側部分に配置されることを特徴とする。

本発明を以下により詳細に、部分的には添付図面に示す本発明の例示的実施例を参照して説明する。

図面はＳＭＵタイプの炉を示すが、ＳＨＣタイプの炉にも適用可能とされる。

図１はファイバ・モジュール２、３を備える炉断熱材を含む炉１を示す。ファイバ・モジュール２、３は半円筒状要素として形成され、その一方の半円筒状要素を図２に示す。少なくとも２つの半円筒状要素２、３が相互に当接されて円筒体を形成し、その内容積４が炉空間を構成する。

一方の内側ファイバ・モジュールのみを図２から５に示し、このファイバ・モジュールは、図１に示すように、別の対応するファイバ・モジュールに当接されて円筒体を形成する。同円筒体に更に別の半円筒状要素としてのファイバ・モジュールが当着され、２つの相互に同心の層を含む炉が得られる。

断熱材は、概ね酸化アルミニウム及び二酸化ケイ素によって構成される。

炉は、円筒体の内面１１に当接及び／又は締着される電気抵抗要素５を含む。同電気抵抗要素に電力を送る為の電力接続要素６も設けられる。

図１は、２つの外側円筒状要素２、３が２つの相互に対面する内側半円筒状要素７、８を囲繞する実施例を示す。抵抗要素は螺旋形状若しくは他の形状とすることが可能とされ、円筒体の内面にファスナ９によって締着される。抵抗要素は、図２に示す円筒体の内面１１に形成された溝１０内に延在することが好ましい。

本発明によれば、図２に示すように、１つ又は複数の半径方向に向かう間隙１２が円筒体の内側部分７、８内に設けられる。

本発明の好ましい実施例によれば、半径方向の間隙は切込み状亀裂インジケータ１４から成るとすることが可能とされる（図５参照）。

代替の且つ好ましい実施例によれば、半径方向の間隙は、例えば図４に示すように、半径方向に向かう溝又はスロット１３から成る。それらの溝１３は半円筒状のファイバ・モジュール２、３、７、８内に僅かに伸長する。

間隙は円錐形若しくは丸形等、他の形状とすることも可能とされる。

図２の実施例の場合は、間隙１２は内側の半円筒状ファイバ・モジュール８のほぼ半ばまで伸長する。

好ましい実施例においては、半径方向の間隙は前記相互に同心の層の内側層の厚さのほぼ半ばまで伸長する。

半径方向の間隙は、実際の亀裂形成の防止若しくは少なくとも亀裂形成の減少に寄与する伸縮継手として機能する。亀裂が形成される場合には、それらの亀裂は半径方向間隙が存在するために制御状態で形成される。

ＳＨＣ炉の場合には、炉に曲折要素が装備され、これにおいて半径方向の間隙は曲折要素が曲折する位置に配置される。

半径方向の間隙は、特に図２に示すように、円筒体に沿って軸方向に延在することが好ましい。

別の好ましい実施例によれば、ファイバ・モジュールの炉断熱材は、相互に当接されて円筒体を形成する３つ又はそれ以上の円筒体分節１５、１６を備える（図４参照）。

本発明のきわめて好ましい実施例によれば、断熱材は相互に同心のファイバ・モジュールの層１、２、７、８を含む。

間隙は各円筒体半体若しくは円筒体分節内の周方向に概ね一様に配分されることがきわめて枢要とされる。

間隙１２若しくは切込み状亀裂インジケータ１４は、しかし、円筒体の内面に対して角度Ｖ１、Ｖ２若しくはＶ３を画定することが可能とされる（図３参照）。

更に、間隙１２若しくは切込み状亀裂インジケータ１４は、図４の一点鎖線１７により示すように、円筒体の長手軸に対して軸方向に角度Ｖ４を画定することが可能とされる。

以上に本発明を幾つかの例示的実施例に関して説明したが、炉空間の形状及び寸法は変更可能とされること、及び炉断熱材は１層若しくは相互に同心の数層から成るとしてよいことが理解されよう。

本発明はしたがって、変更が付属の特許請求範囲の保護範囲内で可能とされ、それ故に、前述の実施例に限定されると見なされてはならない。

進歩性を備える炉の斜視図である。 本発明によるファイバ・モジュールの実施例を示す図である。 本発明によるファイバ・モジュールの実施例を示す図である。 本発明によるファイバ・モジュールの実施例を示す図である。 本発明によるファイバ・モジュールの実施例を示す図である。

Claims (7)

1. 相互に当接されて円筒体を形成し、同円筒体の内容積は炉空間を構成する少なくとも２つの円筒状分節（２、３、７、８）としてのファイバ・モジュールであって、高温で収縮する材料から成るファイバ・モジュールと、前記円筒体の内面（１１）にファスナー（９）により当着且つ締着された電気抵抗要素（５）又は、ファスナー（９）により締着され、前記円筒体の内面（１１）に形成された溝（１０）に延在する電気抵抗要素（５）を更に備える炉断熱材において、
   前記円筒体の内側部分は１つ又は複数の半径方向に伸長若しくは概ね半径方向に伸長する間隙（１２、１４）を前記円筒状分節（２、３、７、８）の長さ沿いに含むことと、
   前記半径方向に伸長する間隙は半径方向に伸長する溝（１２）から成ることと、
   前記断熱材はファイバ・モジュールの少なくとも２つの相互に同心の層（２、３、７、８）を備えることと、
   前記半径方向の溝（１２）は前記同心の層（２、３、７、８）の最も内側の層の厚さの約半分まで伸長することとを特徴とする炉断熱材。
2. 前記半径方向に伸長する間隙は、前記円筒体の前記内面に対して直角から逸れた角度（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３）を画定する半径方向向きの溝（１２）から成ることを特徴とする請求項１に記載の炉断熱材。
3. 前記半径方向に伸長する間隙（１２）は前記円筒体に沿って軸方向に延在することを特徴とする請求項１又は２に記載の炉断熱材。
4. 前記炉断熱材は相互に当接されて円筒体を形成するファイバ・モジュールの３つ以上の円筒体分節（１５、１６）を含むことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載の炉断熱材。
5. 前記間隙（１２、１４）は各円筒体半体若しくは円筒体分節の内周に均等に配分されるように概ね配置されることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載の炉断熱材。
6. 前記断熱材は概ね酸化アルミニウム及び二酸化ケイ素から成ることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一項に記載の炉断熱材。
7. 請求項１から６までのいずれか一項に記載の炉断熱材を含み、前記炉空間は前記円筒体の内容積から成ることを特徴とする炉。

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