JP6287383B2 - Ceramic fiber block and in-furnace lining structure using the same - Google Patents
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Description
本発明は、加熱炉や熱処理炉等の工業炉の耐火断熱材として使用されるセラミックスファイバーブロック及びこれを用いた炉内ライニング構造に関する。 The present invention relates to a ceramic fiber block used as a refractory heat insulating material for an industrial furnace such as a heating furnace or a heat treatment furnace, and an in-furnace lining structure using the same.
加熱炉や熱処理炉等の工業炉の断熱性を高めるため、セラミックスファイバーブロック(以下、本明細書では、「セラミックスファイバー」を「CF」と記すことがある。)を炉壁や天井の内面に碁盤目状に並べて設置することが一般的に行われている。 In order to enhance the heat insulation of industrial furnaces such as heating furnaces and heat treatment furnaces, ceramic fiber blocks (hereinafter referred to as “ceramic fibers” may be referred to as “CF” in this specification) are provided on the inner surfaces of furnace walls and ceilings. It is common practice to install them side by side in a grid pattern.
CFブロック30は、図13に示すように、シート状のCFブランケットを葛折り状に折り畳んで直方体状としたブロック体10と、CFブロック30を炉内面に固定するための平面視矩形状の金具25と、タブ11aをブロック体10から突出させた状態でブロック体10内に挿入されるビーム材11とから概略構成されている。金具25に形成されたスリット25bにビーム材11のタブ11aを挿入し、金具25から突出する部分を折り曲げることで、金具25がブロック体10に固定される。
As shown in FIG. 13, the
CFブロック30を工業炉の内面に取り付ける方式には、内止方式、外止方式、及びディスク方式の3方式がある。ここでは、内止方式について簡単に説明する。
図14に示すように、内止方式では、先ず、工業炉の外殻を構成する鉄皮12の内面に所定の間隔でスタッドボルト14を溶接する。次いで、鉄皮12の内面に厚さ25mm程度のCFブランケット13を貼り付け、CFブロック30をCFブランケット13に向けて押込み、CFブロック30の金具25に形成されたボルト孔25aにスタッドボルト14を挿入させる。金具25を貫通するスタッドボルト14に、ボックスレンチ16を用いてナット15を螺合し、CFブロック30を炉内面に固定する。
There are three methods for attaching the
As shown in FIG. 14, in the internal stop method, first,
なお、背面ライニング材であるCFブランケット13の厚みは、状況に応じて25mmとは異なる場合もある。また、不定形耐火物、耐火れんが、断熱れんが、ボード等を併用する場合もあるが、CFブロック30と接する面にはCFブランケット13を配置するのが一般的である。これは、柔軟性のあるCFブランケット13をCFブロック30の背面と鉄皮12の間に挟み込むことにより、CFブロック30取付け後にその背面に隙間が生じないようにするためである。
Note that the thickness of the
CFブランケットは、比重が0.2弱と低く、断熱性に優れた断熱材である。そのため、CFブランケットを使用したブロック体10は、断熱性が高く熱慣性が低い優れた特性を備えている。また、ビーム材11と金具25は、ブロック体10の背面側(炉内稼働面の反対側)に配置され、炉内雰囲気温度よりも大幅に低い温度環境に置かれることに加え、SUS310S等の耐熱金属が一般に使用されているので、非常に劣化しにくく耐久性に優れている。
The CF blanket is a heat insulating material having a specific gravity as low as 0.2 and an excellent heat insulating property. Therefore, the
このように、CFブロックは非常に優れた特性を備えているが、経時劣化に伴って断熱性が低下する。そのため、CFブロックの断熱性低下防止を目的とする種々の文献が公開されている。
例えば、特許文献1では、使用に伴うCFブロックの劣化は炉内稼働面側のCFの劣化が原因であるとしている。具体的には、高温用CFブロック(結晶質CFブロック)の場合、結晶質ファイバーが堅いため、折り目部で繊維の切断が発生し、施工性の悪化と共に使用後の劣化が早くなるとし、低温用CFブロック(非晶質CFブロック)では、折れ目部に凹凸があるため、耐スケール性改善目的のコーティング材の塗布が困難となり、コーティング材の剥離や局部変質が発生するとしている。
そこで、特許文献1では、CFブロックの稼働面側を平たく切除して切断面を炉内稼働面側に露出させる発明が開示されている。
As described above, the CF block has very excellent characteristics, but the heat insulating property is lowered with deterioration with time. For this reason, various documents for the purpose of preventing the heat insulating property of the CF block from being lowered are disclosed.
For example, in
Therefore,
また、特許文献2には、従来のCFブロックは耐風速性等が劣るため、加熱炉内のガス流によってCFが徐々に剥離し、CFブロックの厚みが減少していくと記載されている。この問題に対して、CFブロックにコーティング材を塗布したり、CFブロックを耐熱クロスで被覆したりする方法があるが、塗布や被覆をしてもCFが剥離するおそれがあり、施工工程も煩雑になるとしている。
そこで、特許文献2では、アルミナ含有率を適切な量とした結晶質CFを用いてCFブロックを形成することで、耐風速性を向上する発明が開示されている。
Therefore,
特許文献1及び2の発明は、CFブロックの稼働面の形状やCFの材質を改良することでCFの劣化を抑制する。即ち、特許文献1及び2の発明は、CFの劣化を抑制することによってCFブロックの経時劣化を抑制しようとする技術であり、一定の効果は認められるが、根本的な解決はできておらず、CFブロックのさらなる改善が望まれている。
The inventions of
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、従来に比べて経時劣化が抑制され、長期に亘って断熱性を維持することが可能なセラミックスファイバーブロック及びこれを用いた炉内ライニング構造を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a ceramic fiber block that can be prevented from deterioration over time as compared with the prior art and can maintain heat insulation over a long period of time, and an in-furnace lining structure using the same. The purpose is to do.
[セラミックスファイバーブロック経時劣化のメカニズム]
本願発明者らは、CFブロックの経時劣化は、CFブロック背面に装着されている取付け用部材の変形が大きな要因であることを発見した。具体的には、ブロック体の複数の折り目部から高温の炉内雰囲気ガスがブロック体内に進入することで金具が部分的に加熱されて歪みが発生することを発見した。
[Mechanism of deterioration of ceramic fiber block over time]
The inventors of the present application have found that the deterioration with time of the CF block is largely caused by deformation of the mounting member attached to the back surface of the CF block. Specifically, it has been discovered that high-temperature furnace atmosphere gas enters the block body from a plurality of folds of the block body, whereby the metal fitting is partially heated and distortion occurs.
以下、CFブロックが経時劣化するメカニズムについて説明する。
[STEP1]工業炉内の高温雰囲気に曝されたブロック体10の稼働面側CFが焼けて変形することにより、ブロック体10の復元力が失われ、ブロック体10の稼働面側から焼結収縮Sが始まる(図1(A)参照)。
[STEP2]ブロック体10の焼結収縮Sが進行して、ブロック体10の折り目部10a(図1(B)の折り目部10aの焼結収縮S箇所における、隣接する折り目部10aとの境界部)における通気性が高まり、高温ガスがブロック体10の背面側に到達する。その結果、金具25の複数箇所が局部加熱Hされて、局部的な温度差に起因する座屈が金具25の複数箇所で発生し、金具25が立体変形する(図1(B)参照)。
[STEP3]ブロック体10の折り目部10aや隣接するCFブロック30との境界部の隙間が拡大し、高温ガスの通気が促進される(図1(C)参照)。その結果、CFブロック30が変形して金具25背面への高温ガスの通気が促進され、ブロック体10全体(稼働面、背面、側面)並びに金具25が劣化する。
[STEP4]ブロック体10並びに金具25の経時劣化が顕在化する。
Hereinafter, the mechanism by which the CF block deteriorates with time will be described.
[STEP 1] When the working surface side CF of the
[STEP 2] The sintering shrinkage S of the
[STEP 3] The gap between the
[STEP 4] Deterioration with time of the
ブロック体10は、CFブランケットを積層圧縮して弾性変形させた際に発生する復元力によって折り目部10aを密着させる構造である。そのため、ブロック体10の稼働面側CFが焼けて変形することにより、ブロック体10の復元力が失われると、折り目部10aの密着性が低下する。その結果、ブロック体10の折り目部10aは、他のCF部分より通気性が悪化する(通気しやすくなる)。
The
CFの劣化によってブロック体10の通気性が高まると、炉内高温ガスが浸透しやすい浸透部位がブロック体10の複数箇所に生成し、当該浸透部位を通過した炉内高温ガスによって、ブロック体10の背面(炉内稼動面の反対側)の複数箇所で、金具25の温度が局部的に上昇する。金具25は、局部的な温度差に起因する応力によって局部座屈し、立体的に変形する。
When the air permeability of the
金具25の立体変形に伴って、金具25と接続されているブロック体10が変形し、ブロック体10の折り目部10aや隣接するCFブロック30との境界部の隙間が拡大する。これにより、ブロック体10の折り目部10aや隣接するCFブロック30との境界部を通して、ブロック体10の背面側への炉内高温ガスの通気が促進される。その結果、通気部分(ブロック体10の稼動面以外に、側面、背面や内部の通気部位)の劣化が進み、ブロック体10全体の劣化が顕著となって目視検査でブロック体10の劣化が確認される。また、金具25の背面への通気が促進され、金具25の劣化が進行して、炉内ライニングの断熱性が低下し、鉄皮の温度が上昇してゆく。
With the three-dimensional deformation of the
[セラミックスファイバーブロックの経時劣化を抑制する手段]
そこで、第1の発明は、シート状のセラミックスファイバーブランケットを葛折り状に折り畳んでなるブロック体と、折り目部が形成されている、前記ブロック体の一方の面に装着された取付け用部材とを備え、前記取付け用部材を介して工業炉の内面に設置されるセラミックスファイバーブロックであって、
前記取付け用部材は、平面視して矩形状の金具と、前記金具の長辺方向に延在し、前記金具の短辺方向に1列又は複数列配設された棒状体とを備え、
前記各列の棒状体は、20mm以上の長さを有するセラミックス焼結体1本又は複数本から構成され、前記各列の棒状体の長さが前記金具の長辺長さの60%以上100%以下とされていることを特徴としている。
[Means for suppressing deterioration of ceramic fiber block over time]
Therefore, the first invention comprises a block body formed by folding a sheet-like ceramic fiber blanket in a fold-like manner, and a mounting member mounted on one surface of the block body, in which a fold portion is formed. Comprising a ceramic fiber block installed on the inner surface of an industrial furnace through the mounting member,
The mounting member includes a rectangular metal fitting in plan view, and a rod-like body extending in the long side direction of the metal fitting and arranged in one or more rows in the short side direction of the metal fitting,
Each row of rod-like bodies is composed of one or more ceramic sintered bodies having a length of 20 mm or more, and the length of each row of rod-like bodies is 60% or more of the long side length of the metal fitting 100 % Or less.
第1の発明では、取付け用部材がセラミックス焼結体からなる棒状体で補強されているので、取付け用部材の複数箇所で局部的に温度が上昇しても、取付け用部材の局部的な温度差に起因する座屈変形が発生しても、取付け用部材全体の立体的な変形が抑制される。 In the first invention, since the mounting member is reinforced with a rod-shaped body made of a ceramic sintered body, even if the temperature rises locally at a plurality of locations of the mounting member, the local temperature of the mounting member Even if buckling deformation caused by the difference occurs, the three-dimensional deformation of the entire mounting member is suppressed.
取付け用部材の複数箇所における局部的な温度上昇により、当該箇所において局部的な温度差に起因する座屈変形が発生するが、当該箇所の内、セラミックス焼結体からなる棒状体で補強されている箇所では、棒状体の補強度合いに応じて、立体的な変形が抑制される。従って、棒状体で補強されている箇所の比率が大きくなると、取付け用部材全体の立体的な変形がより抑制される。 Buckling deformation due to local temperature differences occurs at the location due to local temperature rises at multiple locations on the mounting member, but the location is reinforced with a rod-shaped body made of a ceramic sintered body. In the place where it exists, a three-dimensional deformation | transformation is suppressed according to the reinforcement degree of a rod-shaped body. Therefore, when the ratio of the portions reinforced with the rod-shaped body is increased, the three-dimensional deformation of the entire mounting member is further suppressed.
また、第2の発明は、第1の発明に係るセラミックスファイバーブロックを用いた炉内ライニング構造であって、
前記ブロック体に接触している前記取付け用部材の接触面の裏側の面と工業炉の内面に設置されたライニング材との間の空隙全部に不定形耐火物又はセラミックスファイバーが充填されていることを特徴としている。
The second invention is an in-furnace lining structure using the ceramic fiber block according to the first invention,
The entire space between the back surface of the contact surface of the mounting member in contact with the block body and the lining material installed on the inner surface of the industrial furnace is filled with an amorphous refractory or ceramic fiber. It is characterized by.
第2の発明では、ブロック体に接触している取付け用部材の接触面の裏側の面(背面)と工業炉の内面に設置されたライニング材との間の空隙全部に不定形耐火物又はセラミックスファイバーが充填されているので、取付け用部材の背面側が炉内雰囲気ガスに接触することがない。そのため、取付け用部材の劣化をさらに遅延させることができる。 In the second invention, the amorphous refractory or ceramics is formed in the entire gap between the back surface (back surface) of the contact surface of the mounting member in contact with the block body and the lining material installed on the inner surface of the industrial furnace. Since the fiber is filled, the back side of the mounting member does not come into contact with the furnace atmosphere gas. Therefore, the deterioration of the attachment member can be further delayed.
本発明では、セラミックスファイバーブロックを構成する取付け用部材の局部的な温度差に起因する座屈変形を防止又は抑制することにより、セラミックスファイバーブロックの経時劣化を従来に比べて大幅に抑制することができる。その結果、長期に亘ってセラミックスファイバーブロックの断熱性を維持することができる。 In the present invention, the deterioration with time of the ceramic fiber block can be significantly suppressed as compared with the prior art by preventing or suppressing the buckling deformation caused by the local temperature difference of the mounting member constituting the ceramic fiber block. it can. As a result, the heat insulating property of the ceramic fiber block can be maintained over a long period of time.
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings to provide an understanding of the present invention.
[セラミックスファイバーブロック]
本発明の一実施の形態に係るセラミックスファイバーブロック(CFブロック)31の形状を図2に示す。CFブロック31は、セラミックスファイバー(CF)からなるブロック体10と、CFブロック31を工業炉の内面に固定するための取付け用部材21と、取付け用部材21をブロック体10に装着するためのビーム材11とから概略構成されている。
[Ceramic fiber block]
The shape of a ceramic fiber block (CF block) 31 according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. The
ブロック体10は、シート状のセラミックスファイバーブランケット(CFブランケット)を葛折り状に折り畳んで直方体状としたものであり、ブロック体10の一辺の長さは200mm〜600mm程度とされている。なお、用途によっては、直方体ではなく、平面視台形等の異形ブロックとする場合もある。
取付け用部材21は平面視して矩形状とされ、複数の折り目部10aからなるブロック体10の一方の面に装着されている。なお、取付け用部材21は、折り目部10aの折り目方向と直交する方向に配置されている。
The
The
取付け用部材21をブロック体10に装着するためのビーム材11は、概略逆T字状とされ、中央部に設けられた帯板状のタブ11aがブロック体10から突出した状態でブロック体10の折り目部10a内(谷折り部)に挿入されている。取付け用部材21に形成されたスリット25bに、ブロック体10から突出するタブ11aを挿入して折り曲げることで、ビーム材11を介して取付け用部材21がブロック体10に固定される。
なお、ビーム材11には、SUS310S等の耐熱金属が使用されている。
The
The
取付け用部材21の形状を図3に示す。本実施の形態における取付け用部材21は、短辺がわ断面がC字状とされたチャンネルと呼ばれる平面視矩形状の金具25と、金具25を補強するため、金具25の長辺方向に延在し、金具25の短辺方向に1列又は複数列(本実施の形態では、2列)配設された棒状体27とから構成されている。
The shape of the mounting
金具25にはSUS310S等の耐熱金属が使用されており、ブロック体10と接触する面の中央部にはボルト孔25a、その両側には複数のスリット25bが形成されている。金具25の長辺がわ両縁部は、それぞれ内側に折り曲げられて凹部25cとされ、棒状体27が挿入されている。
A heat-resistant metal such as SUS310S is used for the
取付け用部材21の長辺の長さは、CFブロック31を工業炉の内面に固定する都合から、ブロック体10の一辺の長さの50%以上であることが好ましい。また、取付け用部材21の長辺の長さの上限は、ブロック体10の一辺の長さである100%とすると良い。
一方、取付け用部材21の短辺の長さは、CFブロック31を工業炉の内面に固定するボルト等の固定治具の配置の都合より、25mm以上であることが好ましい。本実施の形態における取付け用部材21の短辺の長さは45mm(一部65mm)である。なお、取付け用部材21の短辺の長さが、長辺の長さの1/4以下であると、取付け用部材21の短辺方向の撓み(変形量)が長辺方向の変形量に比べて極めて小さくなるので、取付け用部材21の短辺方向の補強を省略することができる。
The length of the long side of the mounting
On the other hand, the length of the short side of the mounting
棒状体27の各列は、20mm以上の長さを有するセラミックス焼結体1本又は複数本から構成されている。また、各列の棒状体27の長さは、金具25の長辺長さの60%以上100%以下とされている。
なお、本明細書では、棒状体一列の長さ/金具の長辺長さを、「棒状体の補強長さ比率」と呼ぶことがある。
Each row of the rod-shaped
In the present specification, the length of one row of rod-like bodies / the length of the long side of the metal fitting may be referred to as a “reinforcing length ratio of rod-like bodies”.
CFブロック31では、局所的な通気によって生じる局所的な温度差に起因する座屈変形が取付け用部材21の複数箇所で発生する。そのため、棒状体27の補強長さ比率が大きいほど、即ち、棒状体27で補強されている箇所が多いほど、局部的な座屈変形に起因する取付け用部材21の立体的な変形を抑制することができる。
In the
図11は、取付け用部材を構成する棒状体の補強長さ比率と取付け用部材の変形量との関係を示したものである。本試験は、後述する試験用CFブロックを連続加熱炉(炉内雰囲気温度1280℃)の天井部に半年間張り付けて実施した暴露試験の結果を示したものである。取付け用部材の材質はSUS310S、棒状体は1列配置とし、1本の長さが20mmのAl2O3系セラミック焼結体を使用した。なお、試験の詳細は、後述する実施例を参照されたい。
同図より、棒状体の補強長さ比率を60%以上にすると、取付け用部材の変形量が9mm以下となることがわかる。取付け用部材の変形量が9mm以下の場合、CFブロックの折り目部の隙間や隣接するCFブロックとの境界部における隙間が拡大しないことがわかっている。そこで、棒状体の補強長さ比率は60%以上とする。
一方、棒状体の補強長さ比率の上限については、取付け用部材の長辺方向の全長を棒状体によって補強できれば十分なので、100%とする。
FIG. 11 shows the relationship between the reinforcing length ratio of the rod-shaped body constituting the mounting member and the deformation amount of the mounting member. This test shows the results of an exposure test conducted by attaching a test CF block, which will be described later, to the ceiling of a continuous heating furnace (furnace atmosphere temperature 1280 ° C.) for six months. The material of the mounting member was SUS310S, the rod-shaped bodies were arranged in a row, and one Al 2 O 3 ceramic sintered body having a length of 20 mm was used. For details of the test, refer to Examples described later.
From the figure, it can be seen that when the reinforcement length ratio of the rod-shaped body is 60% or more, the deformation amount of the mounting member is 9 mm or less. It is known that when the amount of deformation of the mounting member is 9 mm or less, the gap between the folds of the CF block and the gap between the adjacent CF blocks do not expand. Therefore, the reinforcement length ratio of the rod-shaped body is set to 60% or more.
On the other hand, the upper limit of the reinforcing length ratio of the rod-shaped body is 100% because it is sufficient if the entire length in the long side direction of the mounting member can be reinforced by the rod-shaped body.
取付け用部材の長辺方向を、棒状のセラミックス焼結体を連設して補強した場合、接続部では、棒状体による取付け用部材の立体変形抑制効果が低下する。そのため、セラミックス焼結体の1本の長さは長く、接続部の数は少ない方が好ましい。 When the long-side direction of the mounting member is reinforced by connecting a rod-shaped ceramic sintered body, the effect of suppressing the three-dimensional deformation of the mounting member by the rod-shaped body is reduced at the connecting portion. Therefore, it is preferable that one ceramic sintered body is long and the number of connecting portions is small.
図12は、セラミック焼結体1本の長さと取付け用部材の変形量との関係を示したものである。棒状体の補強長さ比率は100%とし、棒状体を構成するセラミックス焼結体1本の長さは10mm、20mm、260mmの3種類とした。その他の試験条件は図11の試験と同様である。
取付け用部材の座屈の原因となる温度上昇は局部的と考えられるが、図12に示すように、セラミック焼結体の1本の長さが20mm以上であれば、実炉天井部暴露試験における取付け用部材の変形量は9mm以下となる。従って、棒状体を構成するセラミックス焼結体1本の長さは20mm以上とする。
FIG. 12 shows the relationship between the length of one ceramic sintered body and the amount of deformation of the mounting member. The reinforcement length ratio of the rod-shaped body was 100%, and the length of one ceramic sintered body constituting the rod-shaped body was three types of 10 mm, 20 mm, and 260 mm. Other test conditions are the same as in the test of FIG.
Although the temperature rise that causes the buckling of the mounting member is considered to be local, as shown in FIG. 12, if the length of one ceramic sintered body is 20 mm or more, the actual furnace ceiling exposure test The amount of deformation of the mounting member is 9 mm or less. Therefore, the length of one ceramic sintered body constituting the rod-shaped body is set to 20 mm or more.
なお、取付け用部材の変形量の測定は以下の手順で行った。
(1)上面が平坦な定盤を用意し、その上に取付け用部材を置く。その際、取付け用部材の両端近傍が定盤に接地し、取付け用部材の中央近傍が定盤から浮くように、取付け用部材を定盤上に置く。
(2)定盤と取付け用部材との間の隙間をノギスで測定し、その最大値を取付け用部材の変形量とする。
The measurement of the deformation amount of the mounting member was performed according to the following procedure.
(1) Prepare a surface plate with a flat upper surface, and place a mounting member on it. At that time, the mounting member is placed on the surface plate so that the vicinity of both ends of the mounting member is grounded to the surface plate and the vicinity of the center of the mounting member floats from the surface plate.
(2) The gap between the surface plate and the mounting member is measured with a caliper, and the maximum value is taken as the amount of deformation of the mounting member.
また、棒状体27の断面寸法としては、最小厚さが3mm、最小断面積は直径3mmの円の面積とすれば良い。棒状体の断面形状は、四角、円、楕円等さまざまな形状とすることができる。なお、棒状体27の断面寸法は、その厚さ及び断面積が大きいほうが望ましいが、金具25の短辺側の断面形状や凹部25cの幅及び深さ、金具25とスタッドボルト14との寸法上の取り合い等で、棒状体27の最大寸法が制限される。通常、棒状体27には、最大厚さ6mm、最大矩形断面積6mm×15mm程度のものが用いられる。本実施の形態では、棒状体27の断面を4mm×7mmの矩形断面としている。
Further, as the cross-sectional dimension of the rod-shaped
なお、取付け用部材21の複数箇所で局部的に温度が上昇し、当該箇所で局部的な温度差に起因する座屈が発生した際に、取付け用部材21の立体的な変形を抑制できる強度が棒状体27には必要となる。そのため、棒状体27に使用するセラミック焼結体は、JIS R2656「耐火れんが及び耐火断熱れんがの熱間曲げ強さ試験方法」による曲げ強さ(応力)が800℃で60MPa以上であるものが好ましく、例えば、Al2O3(アルミナ)を主成分とするAl2O3系セラミック焼結体などを使用することができる。
In addition, when the temperature rises locally at a plurality of locations on the mounting
次に、取付け用部材の変形例について説明する。
図4に第1の変形例に係る取付け用部材22を示す。本例における取付け用部材22は、短辺がわ断面が逆Ω字状とされた平面視矩形状の金具26(チャンネルの長辺がわ両縁部に鍔26cが形成された金具26)と、金具26の長辺がわ両縁部に配設された棒状体27とから構成されている。鍔26cの長辺方向中間部には、棒状体27を保持するため、金具26の長辺がわ縁部をL字状に折り曲げた保持部26dが形成されている。棒状体27は、鍔26cと保持部26dで画成された空間に挿入されている。
Next, a modified example of the mounting member will be described.
FIG. 4 shows a mounting
金具26は、前述した金具25と同様、SUS310S等の耐熱金属で形成されており、ブロック体10と接触する面の中央部にはボルト孔26a、その両側には複数のスリット26bが形成されている。
The
図5に第2の変形例に係る取付け用部材23を示す。本例における取付け用部材23は、セラミックス焼結体を帯板状に成形したものである。ブロック体10と接触する、取付け用部材23の面の中央部にはボルト孔23a、その両側には複数のスリット23bが形成されている。
セラミックス焼結体としては、棒状体27と同様、Al2O3系セラミック焼結体などを使用することができる。
FIG. 5 shows a mounting
As the ceramic sintered body, like the rod-
図6に第3の変形例に係る取付け用部材24を示す。本例における取付け用部材24は、前述した、短辺がわ断面がC字状とされた平面視矩形状の金具25と、金具25を補強するため、金具25の長辺方向に延在し、金具25の短辺方向に2列配設された棒状体27とから構成された取付け用部材21の金具25の内側の空隙全部に、不定形耐火物又はセラミックスファイバーからなる充填材28を充填したものである。なお、取付け用部材24の中央部にはボルト孔24aが形成されている。
FIG. 6 shows a mounting
[CFブロックを用いた炉内ライニング構造]
図7は、CFブロック31を用いた炉内ライニング構造の部分断面図である。本ライニング構造は、工業炉の外殻を構成する鉄皮12の内側に張り付けられた厚さ25mm程度のCFブランケット13(ライニング材の一例)と、CFブランケット13上に碁盤目状に配設されたCFブロック31とから構成されている。
[In-furnace lining structure using CF block]
FIG. 7 is a partial cross-sectional view of the in-furnace lining structure using the
CFブロック31は、鉄皮12に取り付けられたボルト(図示省略)を、CFブロック31の取付け用部材21に形成されたボルト孔25aに挿通してナット(図示省略)で締め付けることによりCFブランケット13上に固定される。
The
図8は、第3の変形例に係る取付け用部材24を用いた炉内ライニング構造を示したものである。本ライニング構造は、鉄皮12の内側に張り付けられたCFブランケット13と、取付け用部材24が装着されたCFブロック32とから構成されている。
また、図9は、取付け用部材24を用いた炉内ライニング構造の変形例を示したものである。本ライニング構造では、CFブロック32の取付け用部材24とCFブランケット13との間に、不定形耐火物又はCFからなる充填材29の層が形成されている。
FIG. 8 shows an in-furnace lining structure using the mounting
FIG. 9 shows a modification of the in-furnace lining structure using the mounting
図8及び図9に示す炉内ライニング構造では、ブロック体10に接触している金具25の接触面の裏側の面とCFブランケット13との間の空隙全部に充填材28、29が充填されている。その際、取付け用部材24の背面側に炉内雰囲気ガスが進入しないように、金具25の接触面の裏側の面とCFブランケット13との間の空隙に加えて、図9に示すように、金具25の長辺側端面とブロック体10とCFブランケット13で囲まれた空隙に充填材29を充填してもよい。
In the in-furnace lining structure shown in FIGS. 8 and 9, the
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、上記実施の形態では、金具の長辺方向のみに棒状体を配設しているが、金具の長辺方向に加えて短辺方向に棒状体を配設してもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the configurations described in the above-described embodiments, and is considered within the scope of the matters described in the claims. Other embodiments and modifications are also included. For example, in the above embodiment, the rod-shaped body is arranged only in the long side direction of the metal fitting, but the rod-like body may be arranged in the short side direction in addition to the long side direction of the metal fitting.
本発明に係るセラミックスファイバーブロックの効果を検証するため、ラボ試験及び実機試験を実施した。
ラボ試験及び実機試験では、ブロック体の折り目部からの炉内雰囲気ガスの進入を模擬するため、内止方式に使用されるガイドパイプを折り目部に挟み込むことで隙間を設けた試験用ブロック体を作製した。ラボ試験及び実機試験に使用した試験用ブロック体(寸法:300mm×300mm×300mm)を図10に示す。
なお、試験用ブロック体には、新日本サーマルセラミック(株)製のZ−BLOK(登録商標)に用いられているCFブランケット(最高使用温度:1400℃、密度:130kg/m3)を使用した。
In order to verify the effect of the ceramic fiber block according to the present invention, a laboratory test and an actual machine test were performed.
In the laboratory test and the actual machine test, in order to simulate the entry of atmospheric gas in the furnace from the crease part of the block body, a test block body provided with a gap by sandwiching the guide pipe used for the internal stop method in the crease part is used. Produced. FIG. 10 shows a test block (dimensions: 300 mm × 300 mm × 300 mm) used for the laboratory test and the actual machine test.
For the test block body, a CF blanket (maximum operating temperature: 1400 ° C., density: 130 kg / m 3 ) used in Z-BLOK (registered trademark) manufactured by Shin Nippon Thermal Ceramic Co., Ltd. was used. .
試験用ブロック体に装着される取付け用部材は以下の6種類とした。
a)取付け用部材A:板厚1mmのSUS310S材を折り曲げて作製した短辺がわ断面がC字状とされた金具(長辺長さ:260mm、短辺長さ:45mm、厚さ:6.5mm)からなる取付け用部材
b)取付け用部材B:取付け用部材Aの空隙にCFを充填した取付け用部材
c)取付け用部材C:取付け用部材Aの一方又は両方の凹部に棒状体を嵌め込んだ取付け用部材
d)取付け用部材D:取付け用部材Cの空隙にCFを充填した取付け用部材
e)取付け用部材E:帯板状のセラミックス焼結体(長辺長さ:260mm、短辺長さ:45mm、厚さ:6.5mm)からなる取付け用部材
f)取付け用部材F:板厚1mmのSUS310S材を折り曲げて作製した短辺がわ断面がC字状とされた金具(長辺長さ:260mm、短辺長さ:65mm、厚さ:6.5mm)の一方の凹部に棒状体を嵌め込んだ取付け用部材
The following six types of attachment members are mounted on the test block body.
a) Mounting member A: Fitting made of a SUS310S material with a thickness of 1 mm bent and having a short side cross-section of a C shape (long side length: 260 mm, short side length: 45 mm, thickness: 6) .5 mm) mounting member b) mounting member B: mounting member B in which the gap of mounting member A is filled with CF c) mounting member C: a rod-like body in one or both recesses of mounting member A Inserted mounting member d) Mounting member D: Mounting member C in which the gap of mounting member C is filled with CF e) Mounting member E: Band-plate-shaped ceramic sintered body (long side length: 260 mm, Mounting member consisting of short side length: 45 mm, thickness: 6.5 mm f) Mounting member F: Bracket with a short side cross-section made by bending a SUS310S material with a plate thickness of 1 mm and having a C shape (Long side length: 260 mm, short side length: 5 mm, thickness: 6.5 mm) member for mounting to fitting the rod-like body in one of the recesses of
取付け用部材C、D、Fを構成する棒状体及び取付け用部材Eを構成するセラミックス焼結体には、Al2O3系セラミックスを使用した。
また、棒状体の補強長さ比率は、54%、62%、100%の3種類、セラミックス焼結体1本の長さは、260mm、20mm、10mmの3種類とした。
Al 2 O 3 -based ceramics were used for the rod-shaped body constituting the mounting members C, D, and F and the ceramic sintered body constituting the mounting member E.
Further, the reinforcement length ratio of the rod-shaped body was three types of 54%, 62%, and 100%, and the length of one ceramic sintered body was three types of 260 mm, 20 mm, and 10 mm.
ラボ試験では、試験用CFブロックを実験炉の天井部分に取付け、1400℃で3時間焼成した後、自然放冷する工程を10回繰り返し、前述した方法により取付け用部材の変形量を測定した。
また、実機試験では、試験用CFブロック(試験用ブロック体+取付け用部材A〜F)を連続加熱炉の天井に半年間張り付けて暴露試験を行った。その間における当該部位の炉内雰囲気温度は1280℃であった。試験終了後、試験用ブロック体の折り目部に設けた隙間の拡大の有無について点検した後、試験用CFブロックを解体し、前述した方法により取付け用部材や棒状体の変形量を測定した。
棒状体で補強されていない取付け用部材A、B、Eを使用した結果を表1に、棒状体で補強された取付け用部材C、D、Fを使用した結果を表2にそれぞれ示す。
In the laboratory test, the test CF block was mounted on the ceiling of the experimental furnace, fired at 1400 ° C. for 3 hours, and then allowed to cool naturally 10 times, and the deformation of the mounting member was measured by the method described above.
In the actual machine test, a test CF block (test block body + mounting members A to F) was attached to the ceiling of a continuous heating furnace for half a year to conduct an exposure test. During that period, the furnace atmosphere temperature of the part was 1280 ° C. After the test, the test CF block was disassembled after checking whether or not the gap provided in the fold portion of the test block body was enlarged, and the deformation amount of the mounting member and the rod-shaped body was measured by the method described above.
Table 1 shows the results of using the mounting members A, B, and E that are not reinforced with the rod-shaped body, and Table 2 shows the results of using the mounting members C, D, and F reinforced with the rod-shaped body.
これらの表より以下のことがわかる。
・セラミックス焼結体からなる取付け用部材は、ラボ及び実機試験における取付け用部材の変形量が0.1mm以下となり、折り目部にも異常は認められなかった。
・取付け用部材が金具のみ並びに金具に充填材を充填しただけのものは、実機試験における取付け用部材の変形量が9mm超となり、折り目部の隙間拡大が認められた。
・棒状体の補強長さ比率が60%以上且つセラミックス焼結体1本の長さが20mm以上の取付け用部材は、棒状体の列数にかかわらず、ラボ及び実機試験における取付け用部材の変形量が9mm以下となり、折り目部にも異常は認められなかった。
・棒状体の列が増加すると、取付け用部材の変形量が減少する。
・金具に充填材を充填すると、取付け用部材の変形量が減少する。
From these tables, the following can be understood.
The mounting member made of a ceramic sintered body had a deformation amount of 0.1 mm or less in the laboratory and actual machine tests, and no abnormality was observed in the crease portion.
-When the mounting member was only the metal fitting and the metal fitting was only filled with the filler, the deformation amount of the mounting member in the actual machine test was more than 9 mm, and the gap in the crease was enlarged.
-Mounting members with a rod-shaped body reinforcement length ratio of 60% or more and a ceramic sintered body length of 20 mm or more are deformed mounting members in laboratory and actual machine tests regardless of the number of rows of rod-shaped bodies. The amount was 9 mm or less, and no abnormality was observed in the folds.
-When the number of rows of rod-shaped bodies increases, the amount of deformation of the mounting member decreases.
-Filling the metal fittings reduces the amount of deformation of the mounting member.
なお、比較例1の試験用CFブロック内に予め熱電対を埋め込んでおき、焼成試験中の取付け用部材の両端及び中央部の3点の温度を測定したところ、最高温度は約730℃であった。従って、取付け用部材には、730℃×30時間、3.5kg(試験用CFブロックの自重=30×30×30cm×比重0.13)のクリープ試験に相当する変形が起こっていた可能性があった。
そこで、取付け用部材のクリープ変形量を求めるため、比較例1の取付け用部材について、当該取付け用部材の両端を煉瓦で支えて橋状とし、その中央に荷重3.5kgを掛けて730℃×30時間のクリープ試験を実施したところ、取付け用部材の変形量は1.5mmであった。一方、ラボ試験における比較例1の取付け用部材の変形量は4.1mmであり、クリープ試験結果の約3倍の変形量を示している。
従って、表1及び表2の試験結果は、本願発明者らが発見したCFブロックの経時劣化メカニズムによるものであり、クリープ変形ではないことが確認された。
A thermocouple was previously embedded in the test CF block of Comparative Example 1, and the temperature at the three points of both ends and the center of the mounting member during the firing test was measured. The maximum temperature was about 730 ° C. It was. Therefore, there is a possibility that deformation corresponding to the creep test of 3.5 kg (self weight of test CF block = 30 × 30 × 30 cm × specific gravity 0.13) occurred in the mounting member at 730 ° C. × 30 hours. there were.
Therefore, in order to determine the amount of creep deformation of the mounting member, for the mounting member of Comparative Example 1, both ends of the mounting member are supported by bricks to form a bridge, and a load of 3.5 kg is applied to the center at 730 ° C. × When a 30-hour creep test was performed, the amount of deformation of the mounting member was 1.5 mm. On the other hand, the deformation amount of the mounting member of Comparative Example 1 in the laboratory test is 4.1 mm, which is about three times the deformation amount of the creep test result.
Therefore, it was confirmed that the test results in Tables 1 and 2 were due to the time-degradation mechanism of the CF block discovered by the inventors of the present application and not creep deformation.
10:ブロック体、10a:折り目部、11:ビーム材、11a:タブ、12:鉄皮、13:CFブランケット(セラミックスファイバーブランケット)、14:スタッドボルト、15:ナット、16:ボックスレンチ、21、22、23、24:取付け用部材、25、26:金具、23a、24a、25a、26a:ボルト孔、23b、25b、26b:スリット、25c:凹部、26c:鍔、26d:保持部、27:棒状体、28、29:充填材、30、31、32:CFブロック(セラミックスファイバーブロック) 10: Block body, 10a: Crease part, 11: Beam material, 11a: Tab, 12: Iron skin, 13: CF blanket (Ceramic fiber blanket), 14: Stud bolt, 15: Nut, 16: Box wrench, 21, 22, 23, 24: mounting members, 25, 26: metal fittings, 23a, 24a, 25a, 26a: bolt holes, 23b, 25b, 26b: slits, 25c: recesses, 26c: scissors, 26d: holding parts, 27: Rod-shaped body, 28, 29: Filler, 30, 31, 32: CF block (ceramic fiber block)
Claims (2)
前記取付け用部材は、平面視して矩形状の金具と、前記金具の長辺方向に延在し、前記金具の短辺方向に1列又は複数列配設された棒状体とを備え、
前記各列の棒状体は、20mm以上の長さを有するセラミックス焼結体1本又は複数本から構成され、前記各列の棒状体の長さが前記金具の長辺長さの60%以上100%以下とされていることを特徴とするセラミックスファイバーブロック。 A block body formed by folding a sheet-like ceramic fiber blanket in a fold-like manner, and a mounting member formed on one surface of the block body, in which a fold portion is formed, Ceramic fiber block installed on the inner surface of an industrial furnace,
The mounting member includes a rectangular metal fitting in plan view, and a rod-like body extending in the long side direction of the metal fitting and arranged in one or more rows in the short side direction of the metal fitting,
Each row of rod-like bodies is composed of one or more ceramic sintered bodies having a length of 20 mm or more, and the length of each row of rod-like bodies is 60% or more of the long side length of the metal fitting 100 A ceramic fiber block characterized by being less than or equal to%.
前記ブロック体に接触している前記取付け用部材の接触面の裏側の面と工業炉の内面に設置されたライニング材との間の空隙全部に不定形耐火物又はセラミックスファイバーが充填されていることを特徴とするセラミックスファイバーブロックを用いた炉内ライニング構造。 A furnace lining structure using the ceramic fiber block according to claim 1,
The entire space between the back surface of the contact surface of the mounting member in contact with the block body and the lining material installed on the inner surface of the industrial furnace is filled with an amorphous refractory or ceramic fiber. In-furnace lining structure using ceramic fiber block.
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