JP6507774B2 - 連続焼鈍炉用炉床及び連続焼鈍炉 - Google Patents

Description

本発明は、連続焼鈍炉用炉床に係り、特に耐火材として無機繊維ブランケットを用いた炉床に関するものである。また、本発明は、この炉床を有する連続焼鈍炉に関する。

鉄鋼用の連続焼鈍炉において、天井及び側壁の耐火材は無機繊維ブロックが広く使用されているが、炉床は、耐荷重の制約から、耐火断熱レンガ又はボード等の耐火材成形品が多く使用されている。従来の炉床では、最下層にシリカボードを置き、その上に断熱モルタルを塗り、耐火断熱レンガを載せ、さらに断熱モルタルと耐火断熱レンガを交互に積層させ、最表面をステンレス板で覆った構造としている。

炉床の耐火材料を耐火断熱レンガから無機繊維ブロックに置き換えようとする試みがある。例えば、特許文献１には、炉床にも使用可能な、変形荷重が１２０ｋｇ以上である高密度無機繊維ブロックが提案されている。

上記の通り、従来の連続焼鈍炉の炉床は、耐火断熱レンガ、ボード等の耐火材成形品を断熱モルタル等の水分を含有する接着剤を用いて構築している。この炉床では、焼鈍炉の立ち上げ時に、接着剤中の水分が徐々に蒸発し、焼鈍炉内の炉殻の隅などの低温部に凝縮する。この炉殻の隅などの低温部は、連続焼鈍炉の運転を開始しても昇温が遅いため、凝縮水が長期にわたって残留し、連続焼鈍炉の運転後、焼鈍炉内の露点がなかなか下がらない等の問題が生じていた。

即ち、従来の連続焼鈍炉の加熱帯や均熱帯の炉床では、鉄皮の温度を低くするために、最下層に、熱伝導率の低いシリカボードを設置し、その上に断熱レンガを積むことが多い。このため、最下層のシリカボード部は、当然のことながら、低温になる。焼鈍炉の運転開始時に、断熱モルタル中の水分が蒸発し、低温のシリカボード内に水分が凝縮し、付着する。このため、焼鈍炉の運転開始後、該シリカボードから徐々に水分が蒸発し、連続焼鈍炉内の露点がいつまでたっても下がらない。

特許文献１では、ブランケットの切断面又は折り曲げられた部分の端面が炉の内側に来るように設置された（スタックライニングという場合もある）工業炉の炉床に使用可能な高圧縮かつ高密度（０．２〜０．３ｇ／ｃｍ^３）の無機繊維ブロックが提案されている。しかし、スタックライニングで無機繊維ブランケットを高圧縮かつ高密度（０．２〜０．３ｇ／ｃｍ^３）にして無機繊維ブロックを施工する場合、炉内側から取り付ける際に、必要な金具取り付け用の紙管を挿入することができないため、無機繊維ブロックの固定に問題が生じる虞がある。また、炉殻側から取り付ける外付け金具を取り付けることも容易ではない。

上記高密度無機繊維ブロックを炉床に使用した場合、耐火断熱レンガを用いた際に生じる水分発生源防止対策には有効に働くものの、大気開放時に雰囲気中の水分又は無機繊維ブロック自身に含まれる水分が低温部となる鉄皮と無機繊維ブロックの境界に残存する。この結果、施工後長期間たっても連続焼鈍炉内の露点が下がらないという問題が生じる虞がある。

また、連続焼鈍炉内は、鋼板傷に影響するような４５μｍ以上の異物がないことが好ましい。従来の断熱レンガ等を用いた連続焼鈍炉の炉床は、その表面をステンレス板で被覆しているものの、ステンレス板の歪み又は撓みにより、ステンレス板の重なり部分から、断熱レンガ等の残骸由来である４５μｍ以上の粒子状異物が飛散する問題があった。

また、特許文献１の高密度無機繊維ブロックでは、無機繊維ブランケットの端面が炉床面にむき出しとなっているため、無機繊維ブロックに荷重がかかることで相対的に荷重強度の弱い無機繊維ブランケットの端面が破損し、炉内中に４５μｍ以上の粒子状異物が飛散する虞がある。

特開平９−２４９４４５号公報

本発明は、上記従来の課題を解決し、水分の蒸発がないと共に、耐荷重機能を備え、４５μｍ以上の粒子状異物の発生が防止される炉床と、この炉床を有した連続焼鈍炉を提供することを目的とする。

本発明の連続焼鈍炉用炉床は、鉄皮上に無機繊維ブランケットが配置され、その上に金属板が設置された炉床であって、該無機繊維ブランケットは炉床面に平行に配置積層され、無機繊維ブランケットの嵩密度が０．１８〜０．２３ｇ／ｃｍ^３であり、該無機繊維ブランケットの水分含有率が１％以下であり、前記鉄皮から立設された棒状体に前記金属板が固定されていることを特徴とするものである。

本発明の連続焼鈍炉は、かかる炉床を備えたものである。

本発明の一態様では、前記無機繊維ブランケットの最上層は、４５μｍ以上のショット含有率が２％以下のアルミナ繊維ブランケットであり、その下層は、複数のセラミック繊維ブランケットである。

本発明の一態様では、該無機繊維ブランケットの水分含有率が０．５％以下である。

本発明の一態様では、前記棒状体は、下端が前記鉄皮に溶接され、上端側に雄ネジを有したスタッドボルト又はスタッドピンであり、該スタッドボルト又はスタッドピンは前記金属板を貫通しており、該スタッドボルト又はスタッドピンに螺着された１対のナットによって該金属板が上下から挟持されており、該ナットと該金属板との間にワッシャが介在されている。

本発明の炉床は、モルタル等の含水接着剤を用いることなく構築されるため、炉の運転開始後、炉内の露点が速やかに低下する。特に、本発明では、無機繊維ブランケットの上面を被覆する金属材を、鉄皮から起立する棒状体で支承しており、炉内の熱が該棒状体を介して鉄皮側に伝わるので、鉄皮側の無機繊維棒状体からも付着水分が速やかに蒸発する。

また、本発明では、該金属材を棒状体を介して鉄皮に支承させているので、人がその上を歩くことや資機材を置くこともできる耐荷重を備える。また、鋼板傷の影響する４５μｍ以上の粒子状異物が飛散することが防止される。

実施の形態に係る炉床の縦断面図である。 図１のII付近における炉床の斜視図である。 実施の形態における評価方法を示す斜視図である。 比較例における評価方法を示す斜視図である。

以下、図１，２を参照して実施の形態に係る炉床１について説明する。

この炉床１は、炉床最底面部の炉殻を構成する鉄皮２と、該鉄皮２上にペーパーライニング法により敷設された、複数枚の水分含有率が１％以下、好ましくは０．５％以下のセラミック繊維ブランケット３と、最上層の該セラミック繊維ブランケット３上に敷設された、水分含有率が１％以下、好ましくは０．５％以下のアルミナ繊維ブランケット４と、該アルミナ繊維ブランケット４の上面を被覆する金属板５等を有する。アルミナ繊維ブランケット４は、４５μｍ以上のショット含有率が２％以下のものである。なお、前記炉床１では金属板５の直下にアルミナ繊維ブランケット４を有するが、アルミナ繊維ブランケット４を有しない形態も本発明に含まれる。

該金属板５を支承するために、鉄皮２から棒状体が立設されている。この実施の形態では、棒状体はスタッドボルト６またはスタッドピンであり、スタッドボルト６の頭部６ａが鉄皮２に対しＴＩＧ溶接などの溶接により固着されている。スタッドボルト６は鉛直に立設されている。スタッドボルト６の上端側に雄ネジが設けられている。スタッドボルト６は、金属板５を貫通している。金属板５を挟み付けるように金属板５の上下にワッシャ７，８を介してナット９，１０が締め込まれている。

この炉床１を構築するには、鉄皮２上にボルト６を溶接により立設、固定する。次いで、セラミック繊維ブランケット３を１枚又は複数枚ずつ鉄皮２上に敷設する。この際、セラミック繊維ブランケット３がスタッドボルト６と当たる箇所付近では、セラミック繊維ブランケット３を下方に押し、スタッドボルト６をセラミック繊維ブランケット３に刺し通す。

所要枚数のセラミック繊維ブランケット３を敷設した後、その上に１枚又は複数枚のアルミナ繊維ブランケット４を同様にして敷設する。スタッドボルト６をこのアルミナ繊維ブランケット４にも刺し通す。次いで、スタッドボルト６にナット１０を螺着し、ナット１０上にワッシャ８を配置する。この際、ナット１０は、ワッシャ８の上面が規定の金属板５の設置高さとなるように螺着位置が調整される。位置調整後、スタッドボルト６とナット１０とを溶接してナット１０を固定するのが好ましい。なお、ナット１０は、予めスタッドボルト６の規定位置に螺着及び溶接しておき、このナット１０付きのスタッドボルト６を鉄皮２に立設してもよい。

その後、アルミナ繊維ブランケット４上に金属板５を配置する。金属板５には、予めスタッドボルト６と対応する位置に小孔が設けられており、スタッドボルト６はこの孔に挿通される。金属板５は、アルミナ繊維ブランケット４上に重なり、かつワッシャ８を介してナット１０に載荷される。

金属板５は、１辺が６０〜１００ｃｍ程度の正方形又は長方形である。アルミナ繊維ブランケット４上面の全面を被覆するように必要枚数の金属板５がアルミナ繊維ブランケット４上に配設される。金属板５上に重りを載せたりすることにより金属板５を下方に押圧し、アルミナ繊維ブランケット４及びセラミック繊維ブランケット３を厚み方向に圧縮し、金属板５をワッシャ８に当接させる。次いでワッシャ７を介して上側のナット９を締め込み、金属板５をナット９，１０間で挟み付ける。

金属板５の周縁部は図１の通り、隣接する金属板５の周縁部に重ね合わされる。この金属板５，５の重なり合う部分には小孔が設けられており、スタッドボルト６が貫通され、ワッシャ７，８を介してナット９，１０で上下から挟み付けることにより、金属板５，５の周縁部同士を密着させる。

その後、ナット９から上方に突出するスタッドボルト６の上端部分を切断し、スタッドボルト６の上端面をナット９の上面と面一状とする。次いで、スタッドボルト６とナット９とを溶接する。

この炉床１では、セラミック繊維ブランケット３の上側に４５μｍ以上のショット含有率が２％以下のアルミナ繊維ブランケット４を配置しているので、金属板５上に物体が落下し、その衝撃が加えられても、アルミナ繊維ブランケット４からは４５μｍ以上のショットが全く又は殆ど発生せず、炉内に４５μｍ以上のショットが飛散することが防止される。

なお、アルミナ繊維ブランケット４よりも下側に配置したセラミック繊維ブランケット３から、この衝撃により４５μｍ以上のショットが発生しても、このショットはアルミナ繊維ブランケット４によって捕捉され、炉内に入り込むことはない。

このセラミック繊維ブランケット３は、アルミナ繊維ブランケット４よりも安価であるため、炉床１の構築材料コストが安価となる。

このようにして構築された炉床１にあっては、モルタル等の含水接着剤は全く用いられておらず、ブランケット３，４に付着していた僅かな水分も炉の運転開始後、速やかに蒸発するので、炉内の露点が速やかに低下する。特に、この炉床１では、金属板５を支承するワッシャ７，８、ナット９，１０及びスタッドボルト６を介して炉内の熱が鉄皮２に伝播するので、下層側のセラミック繊維ブランケット３も炉の運転開始後、速やかに昇温し、付着水分が蒸発する。また、金属板５がスタッドボルト６によって鉄皮２に支承されており、金属板５の支承強度も高い。

本発明で用いる金属板５としてはステンレス板が好適である。ステンレス板の材質は、特に限定するものではないが、予熱帯、加熱帯、均熱帯、冷却帯等、それぞれの炉温に応じて、耐熱性及び耐食性を考慮し、ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３０９Ｓ又はＳＵＳ３１０Ｓ等から選定すれば良い。

金属板５の厚みは、ブランケット３，４を圧縮する必要があるため、好ましくは、０．３〜５ｍｍ、さらに好ましく、０．５〜３ｍｍである。

スタッドボルト６またはスタッドピンとしては、特に限定するものではないが、φ６〜φ１０のスタッドボルトが、さらに好ましくは、φ８のスタッドボルトが好適に使用される。ナット９，１０は、特に限定するものではないが、Ｍ６〜Ｍ１０が好適である。ワッシャ７，８は、特に限定するものではないが直径が３０〜７０ｍｍ、厚みは、１〜２ｍｍ程度のものが好適である。

本発明で用いるアルミナ繊維ブランケット４は、実質的に繊維径３μｍ以下の繊維を含まず、かつニードリング処理が施されたものが好ましい。なお、このニードルブランケットを用いることにより、耐荷重の点からも、好ましい。ここで、繊維径３μｍ以下の繊維を実質的に含まないとは、繊維径３μｍ以下の繊維が、全繊維重量の０．１ｗｔ％以下であることを表わす。

アルミナ繊維の平均繊維径は、５〜７μｍであることが好ましい。アルミナ繊維の平均繊維径が大きすぎると、ブランケットの反発力、靱性が失われ、小さすぎると、空気中に浮遊する発塵量が多くなり、繊維径３μｍ以下の繊維が含有される確率が高くなる。

本発明で用いるアルミナ繊維ブランケットは、アルミナ／シリカの組成比（ｗｔ％）が、７０〜７４／３０〜２６のムライト組成の範囲にあることが、好ましい。また、８０ｗｔ％以上、好ましくは、９０ｗｔ％以上、特に好ましくは、全量が、ムライト組成の多結晶アルミナ繊維であることが好ましい。

本発明で用いるアルミナ繊維ブランケット４の厚みとしては、好ましくは、６〜２５ｍｍ、さらに好ましくは、７〜１３ｍｍである。アルミナ繊維ブランケット４は１層のみ配置すれば足りるが、２〜３層設けられてもよい。

連続焼鈍炉内で、鋼板傷に影響する４５μｍ以上の粒子状異物がないことが好ましいので、最上層に用いるアルミナ繊維ブランケット４は、４５μｍ以上のショット含有率が２％以下のものが好ましい。アルミナ繊維ブランケットに含まれる４５μｍ以上のショット含有率の測定は、ＪＩＳ Ｒ３３１１のセラミックファイバーブランケットに含まれるショット含有率の測定（ふるい ＪＩＳ Ｚ ８８０１の呼び寸法 ２１２μｍ）に準拠して、３２５メッシュの４５μｍのふるいを用いて、測定する。

本発明で用いるセラミック繊維ブランケット３は、アルミナ、シリカまたは、アルミナ、シリカ、ジルコニアを主成分とする非晶質繊維からなるブランケットである。また、セラミック繊維ブランケットとして、主成分のアルミナ、シリカにマグネシアまたはカルシアを添加した生体溶解性繊維（バイオソルブル繊維）ブランケットも使用できる。

本発明で用いるセラミックス繊維ブランケット３の厚みは、好ましくは、１０〜６０ｍｍ、さらに好ましくは、２０〜５０ｍｍである。

アルミナ繊維ブランケット及びセラミック繊維ブランケットの水分含有率は好ましくは１．０％以下特に好ましくは０．５％以下である。なお、ブランケットの水分含有率は、１５０℃、２４時間で乾燥し、乾燥前の重量と比較し、水分含有率を求めた。

炉床１におけるセラミック繊維ブランケット３及びアルミナ繊維ブランケット４の合計の積層の厚みは、特に限定するものではないが、１５０〜４００ｍｍで、予熱帯、加熱帯、均熱帯、冷却帯等、それぞれの炉温に応じて、設定すれば良い。

十分な耐荷重を得るため、嵩密度が０．０８〜０．１５ｇ／ｃｍ^３のアルミナ繊維ブランケットを、嵩密度が０．１８〜０．２３ｇ／ｃｍ^３となるまで圧縮して、固定することが好ましい。嵩密度が０．２５ｇ／ｃｍ^３以上になるまで圧縮すると、繊維が粉化し、積層構造体として、十分な強度が得られない。

セラミック繊維ブランケットについても、十分な耐荷重を得るため、嵩密度が０．０８〜０．１５ｇ／ｃｍ^３のセラミック繊維ブランケットを、嵩密度が、０．１８〜０．２３ｇ／ｃｍ^３となるまで、圧縮して、固定することが好ましい。嵩密度が０．２５ｇ／ｃｍ^３以上になるまで、圧縮すると、繊維が粉化し、積層構造体として十分な強度が得られない。

前述の通り、炉床１では炉殻炉底部の鉄皮２にスタッドボルト６を溶接しているので、炉内の熱が鉄皮２に伝播する。鉄皮２への伝熱量を過大としないようにするために、スタッドボルト６の周囲を硬質断熱ボードで被覆し、外側から円柱状金属カバーを設け、この円柱状金属カバーを、鉄皮と溶接することにより、スタッドボルト６を鉄皮２に直接固定しない構造としてもよい。

上記実施の形態では、アルミナ繊維ブランケットを用いているが、本発明では、アルミナ繊維ブランケットは省略され、セラミック繊維ブランケットのみが用いられてもよい。アルミナ繊維ブランケットを用いる場合、前述の通り、複数枚用いてもよい。

［実施例１］
炉床１の構築材料として、以下の材料を用意した。

炉床の鉄皮として、厚み６ｍｍのＳＳ４００の鋼板、金属板５として、ＳＵＳ３０４製の厚さ１ｍｍのステンレス板、スタッドボルト６として、長さ４００ｍｍのＳＵＳ３０４製のφ８のスタッドボルト、ワッシャとして、厚み２ｍｍのＳＵＳ３０４製のＭ８のφ６０のワッシャ、アルミナ繊維ブランケットとして、４５μｍ以上のショット含有率が０．５ｗｔ％である三菱樹脂製ＭＡＦＴＥＣ ＭＬＳ ６ｐ（嵩密度０．１ｇ／ｃｍ^３）１２．５ｍｍ厚、セラミック繊維ブランケットとして、イソライト工業製＃１２６０ ６ｐ（嵩密度０．１ｇ／ｃｍ^３） ５０ｍｍ厚を使用した。

これらの材料を用いて、図３に示す模擬炉床耐火構造体を作製した。アルミナ繊維ブランケット４とセラミック繊維ブランケット３は、水分含有率が０．５％以下のものを使用した。

即ち、図３のような、９００ｍｍ×９００ｍｍ×３００ｍｍの箱状の金属枠２０の中に、スタッドボルト６を３００ｍｍ間隔で立設した。スタッドボルト６と鉄皮２の溶接は、ＴＩＧ溶接とした。

セラミック繊維ブランケット３を１１枚、アルミナ繊維ブランケット４を１枚、スタッドボルト６に刺し、金属板５を載せ、金属板５の上に、作業者が乗り、さらに荷重を加え、アルミナ繊維ブランケット４とセラミック繊維ブランケット３の嵩密度が０．２２ｇ／ｃｍ^３となるように、圧縮度合を調整し、ワッシャ７，８とナット９，１０で固定し、スタッドボルト６の余分な長さ分を切断し、スタッドボルト６とナット９をＴＩＧ溶接した。アルミナ繊維ブランケット４とセラミック繊維３との合計の厚みは２５６ｍｍとなった。

この炉床耐火構造体の上を作業者が歩いても、まったく変形しないことが確認された。この炉床耐火構造体は、基本的に水分を含まないため、露点の心配をすることなく、連続焼鈍炉の運転をすることができる。

炉床に、落下物による衝撃が加わった場合を想定し、４５μｍ以上の粒子状異物の飛散の有無を次のような方法で試験した。

図３のような、９００ｍｍ×９００ｍｍ×３００ｍｍの箱状の金属枠２０の中に、上記炉床と同一構造の耐火構造体を形成し、荷重２ｔの衝撃落下試験によるステンレス板の変形・歪み時の異物の飛散実験を行った。重なり部の歪んだステンレス板間から、異物は、飛散しなかった。

［比較例１］
セラミック繊維ブランケットとして、イソライト工業製＃１２６０ ８ｐ（嵩密度０．１３ｇ／ｃｍ^３）の２５ｍｍブランケットを、２５０ｍｍ×３００ｍｍにカットし、嵩密度が０．２５ｇ／ｃｍ^３まで圧縮して、２ｍｍの木綿糸で縫いあわせて、高圧縮繊維ブロック（２５０ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍ）を作製した。

図４の通り、この高圧縮繊維ブロック３０を、ブランケット積層部の端面が上になるように、高さが２５０ｍｍになる向きに、ブロック３０を並べ、実施例１と同様な箱状の金属枠２０の中に設置した。これらのブロック３０の上面に、厚さ１ｍｍのＳＵＳ３０４のステンレス板よりなる金属板５を載せ、実施例１と同様に、３００ｍｍピッチのスタッドボルト６で、固定した。

このようにして製作した耐火構造体を用い、荷重２ｔの衝撃落下試験によるステンレス板の変形・歪み時の異物の飛散実験を行ったところ、重なり部の歪んだ金属板５間の隙間より、セラミック繊維が飛散した。飛散したセラミック繊維をサンプリングし、走査型電子顕微鏡観察を行ったところ、４５μｍ以上の粒子が多数確認された。

［比較例２］
実施例１と同様な箱状の金属枠２０の中に、耐火断熱レンガとして、Ｂ５耐火断熱レンガ、Ｂ２耐火断熱レンガを用い、底から、６５ｍｍ厚みのＢ２耐火断熱レンガを、モルタルを使い、２ｍｍの目地で、３層積み上げ、その上層の１層を６５ｍｍ厚みのＢ５耐火断熱レンガとして、高さ２６０ｍｍまで積み上げ、最上層に、厚さ１ｍｍのＳＵＳ３０４製のステンレス板を敷き、実施例１と同様に、スタッドボルト６とナット９，１０で、固定して、炉床耐火構造体を作製した。

実施例１と同様にして荷重２ｔの衝撃落下試験によるステンレス板の変形・歪み時の異物の飛散実験を行ったところ、重なり部の歪んだステンレス板間の隙間より、レンガ屑が飛散した。飛散したレンガ屑をサンプリングし、走査型電子顕微鏡観察を行ったところ、４５μｍ以上の粒子が多数確認された。

１ 炉床
２ 鉄皮
３ セラミック繊維ブランケット
４ アルミナ繊維ブランケット
６ スタッドボルト
７，８ ワッシャ
９，１０ ナット

Claims (5)

1. 鉄皮上に無機繊維ブランケットが配置され、その上に金属板が設置された炉床であって、
   該無機繊維ブランケットは炉床面に平行に配置積層され、無機繊維ブランケットの嵩密度が０．１８〜０．２３ｇ／ｃｍ^３であり、該無機繊維ブランケットの水分含有率が１％以下であり、
   前記鉄皮から立設された棒状体に前記金属板が固定されており、
   前記鉄皮から立ち上り、前記無機繊維ブランケットを囲む金属枠を有しており、
   該金属枠の上端が前記金属板よりも上側にある
   ことを特徴とする連続焼鈍炉用炉床。
2. 前記無機繊維ブランケットの最上層は、４５μｍ以上のショット含有率が２％以下のアルミナ繊維ブランケットであり、その下層は、複数のセラミック繊維ブランケットであることを特徴とする請求項１の炉床。
3. 該無機繊維ブランケットの水分含有率が０．５％以下であることを特徴とする請求項１又は２の炉床。
4. 前記棒状体は、下端が前記鉄皮に溶接され、上端側に雄ネジを有したスタッドボルト又はスタッドピンであり、
   該スタッドボルト又はスタッドピンは前記金属板を貫通しており、
   該スタッドボルト又はスタッドピンに螺着された１対のナットによって該金属板が上下から挟持されており、
   該ナットと該金属板との間にワッシャが介在されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項の炉床。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の炉床を有する連続焼鈍炉。

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