JP6675916B2 - 耐火物の保温構造 - Google Patents
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本発明は、耐火物の保温構造に関するものである。
従来、金属、ガラスを溶かした高温の溶湯を扱う場では耐火物が用いられている。当該耐火物は、耐火物本体と断熱材からなる。当該断熱材は、耐火物本体の壁面保護のためであったり、高温の溶湯を冷まさないためであったり、また作業員の事故防止のためであったりと用途目的に合わせて、耐火物本体の内側面側又は外側面側へ適宜貼り合せて使用されている。
ここで、たとえば、特開２００９−１０７０１２号公報に開示されている連続鋳造用ノズルは、ノズル本体の外側面に外装ヒーターと断熱材を設けている。当該断熱材は、現在、耐火セラミックファイバー（Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｆｉｂｅｒ：ＲＣＦ）が広く用いられている。
耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）は、シリカとアルミナを主成分とする非晶質の人造鉱物繊維からなり、発がん性又は呼吸器に対する反復曝露による毒性を有し、健康被害を引き起こす有害性を有しているとされている。そのため、使用を制限することが望ましい。そして、当該耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）の代替物として、近年、人体に対する影響が低い生体溶解性無機質繊維（Ｂｉｏ Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｆｉｂｅｒ：ＢＳＦ）又はアルミナ繊維（Ａｌｕｍｉｎａ Ｆｉｂｅｒ：ＡＦ）からなる断熱材が注目されている。
ここで、たとえば、特開２００９−１０７０１２号公報に開示されている連続鋳造用ノズルは、ノズル本体の外側面に外装ヒーターと断熱材を設けている。当該断熱材は、現在、耐火セラミックファイバー（Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｆｉｂｅｒ：ＲＣＦ）が広く用いられている。
耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）は、シリカとアルミナを主成分とする非晶質の人造鉱物繊維からなり、発がん性又は呼吸器に対する反復曝露による毒性を有し、健康被害を引き起こす有害性を有しているとされている。そのため、使用を制限することが望ましい。そして、当該耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）の代替物として、近年、人体に対する影響が低い生体溶解性無機質繊維（Ｂｉｏ Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｆｉｂｅｒ：ＢＳＦ）又はアルミナ繊維（Ａｌｕｍｉｎａ Ｆｉｂｅｒ：ＡＦ）からなる断熱材が注目されている。
たとえば、上記に例示した連続鋳造用ノズルは、使用時に熱衝撃によるスポーリングを防止するため、使用前に常温から約１４００℃まで予熱される。そして、使用時には、当該ノズルの内孔を約１５００℃乃至約１６００℃の金属溶湯が通過し、ノズル外側面もまた１０００℃以上に上昇する。このような高温環境下において、ノズル本体に含まれている黒鉛、カーボンは酸化され、ノズル本体が劣化するという問題があった。そこで、ノズル外側面に酸化防止剤を塗布することによって、ノズルの劣化を防止している。具体的には、塗布された酸化防止剤が高温環境下で溶融し、ノズル外側面を一様に覆う耐酸化層を形成することで、ノズル外側面の耐酸化性を向上させている。
このように耐火物本体の表面に酸化防止剤を塗布することは、例示した連続鋳造用ノズルに限らず、高温環境下で強い酸化雰囲気に晒される耐火物、特に黒鉛、カーボン質を含んでいる耐火物ではいずれも共通する解決方法である。また、常に酸化雰囲気に晒されるというわけではない耐火物は、釉薬を接着剤として用いて耐火物本体に断熱材を直接貼り合わせている場合がある。当該釉薬は、耐火物本体が高温になったとき、溶融する場合がある。
このように耐火物本体の表面に酸化防止剤を塗布することは、例示した連続鋳造用ノズルに限らず、高温環境下で強い酸化雰囲気に晒される耐火物、特に黒鉛、カーボン質を含んでいる耐火物ではいずれも共通する解決方法である。また、常に酸化雰囲気に晒されるというわけではない耐火物は、釉薬を接着剤として用いて耐火物本体に断熱材を直接貼り合わせている場合がある。当該釉薬は、耐火物本体が高温になったとき、溶融する場合がある。
上記の酸化防止剤を含むいわゆる釉薬が高温環境下で溶融した場合、従来の耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）からなる断熱材であっても、上記のような高温環境下では溶融して、断熱性を維持することが困難である。そのため、使用前に約１４００℃の高温で連続鋳造用ノズルを予熱したとしても、当該連続鋳造用ノズルを溶鋼取鍋又はタンディッシュへセットするまで理想的な高温で保温することが困難である。すなわち、使用するときには、連続鋳造用ノズルが冷えてしまう。これによって、連続鋳造用ノズルにスポーリングが発生するおそれがある。
また、断熱材に生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）又はアルミナ繊維（ＡＦ）を用いた場合、上記のような高温環境下で予熱して使用するとき、生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）又はアルミナ繊維（ＡＦ）からなる断熱材を用いた連続鋳造用ノズルは、従来の耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）からなる断熱材を用いた連続鋳造用ノズルよりも短時間で低温となる問題が生じた。これは、予熱の際に溶融して高温となった釉薬が生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）又はアルミナ繊維（ＡＦ）と反応して、断熱材が溶融し、当該断熱材が薄くなったことが原因である。
断熱材の多くは、無機質繊維をフェルト状に形成している。断熱材の断熱性・保温性に係る熱伝導率は、当該無機質繊維間に滞留する空気によって形成される空気層の厚さに大きく左右される。断熱材が溶融して薄くなると当該空気層もまた薄くなるので、断熱材は断熱性・保温性が悪化する。
ここで、生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）又はアルミナ繊維（ＡＦ）からなる断熱材は、従来の耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）からなる断熱材よりも、高温環境下で酸化防止剤を含む釉薬に容易に反応して溶融することが確認されている。すなわち、生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）又はアルミナ繊維（ＡＦ）からなる断熱材を用いた連続鋳造用ノズルは、従来の耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）からなる断熱材を用いた連続鋳造用ノズルよりも、高温環境下で断熱材が薄くなりやすい。そのため、生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）又はアルミナ繊維（ＡＦ）からなる断熱材を用いた連続鋳造用ノズルは、従来の耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）からなる断熱材を用いた連続鋳造用ノズルよりも短時間で低温となったと考えられる。
このように、生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）又はアルミナ繊維（ＡＦ）は、耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）よりも容易に釉薬、特に酸化防止剤と反応して溶融するおそれがあり、生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）又はアルミナ繊維（ＡＦ）からなる断熱材は、十分な耐熱性、断熱性を得ることができずに保温効果が低下するおそれがある。
また、断熱材に生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）又はアルミナ繊維（ＡＦ）を用いた場合、上記のような高温環境下で予熱して使用するとき、生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）又はアルミナ繊維（ＡＦ）からなる断熱材を用いた連続鋳造用ノズルは、従来の耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）からなる断熱材を用いた連続鋳造用ノズルよりも短時間で低温となる問題が生じた。これは、予熱の際に溶融して高温となった釉薬が生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）又はアルミナ繊維（ＡＦ）と反応して、断熱材が溶融し、当該断熱材が薄くなったことが原因である。
断熱材の多くは、無機質繊維をフェルト状に形成している。断熱材の断熱性・保温性に係る熱伝導率は、当該無機質繊維間に滞留する空気によって形成される空気層の厚さに大きく左右される。断熱材が溶融して薄くなると当該空気層もまた薄くなるので、断熱材は断熱性・保温性が悪化する。
ここで、生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）又はアルミナ繊維（ＡＦ）からなる断熱材は、従来の耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）からなる断熱材よりも、高温環境下で酸化防止剤を含む釉薬に容易に反応して溶融することが確認されている。すなわち、生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）又はアルミナ繊維（ＡＦ）からなる断熱材を用いた連続鋳造用ノズルは、従来の耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）からなる断熱材を用いた連続鋳造用ノズルよりも、高温環境下で断熱材が薄くなりやすい。そのため、生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）又はアルミナ繊維（ＡＦ）からなる断熱材を用いた連続鋳造用ノズルは、従来の耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）からなる断熱材を用いた連続鋳造用ノズルよりも短時間で低温となったと考えられる。
このように、生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）又はアルミナ繊維（ＡＦ）は、耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）よりも容易に釉薬、特に酸化防止剤と反応して溶融するおそれがあり、生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）又はアルミナ繊維（ＡＦ）からなる断熱材は、十分な耐熱性、断熱性を得ることができずに保温効果が低下するおそれがある。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、高温環境下で溶融した釉薬と断熱材が反応することを防止する耐火物の保温構造を提供することである。
請求項１に記載の耐火物の保温構造は、内側面側に金属溶湯からなる高温物が接する耐火物本体と、
当該耐火物本体を一様に覆う釉薬からなる被膜層と、
当該被膜層の外側面側に配した、断熱材とからなる耐火物の保温構造であって、
前記被膜層と、前記断熱材の間に、
厚さが２ｍｍ以上５ｍｍ以下で、前記断熱材に対する非反応性を有し、所定の割合で混合して形成したアルミナ及びシリカを主成分とするアルミナ・シリカ系耐火物である蓄熱層を設け、
高温環境下で前記被膜層の前記釉薬が溶融したとき、
溶融した当該釉薬が前記断熱材と反応しないように、前記蓄熱層が前記断熱材を保護すると共に、
高温環境下で熱せられた前記耐火物本体の熱を前記蓄熱層が蓄熱して、前記耐火物本体を保温するようにしたことを特徴とする。
当該耐火物本体を一様に覆う釉薬からなる被膜層と、
当該被膜層の外側面側に配した、断熱材とからなる耐火物の保温構造であって、
前記被膜層と、前記断熱材の間に、
厚さが２ｍｍ以上５ｍｍ以下で、前記断熱材に対する非反応性を有し、所定の割合で混合して形成したアルミナ及びシリカを主成分とするアルミナ・シリカ系耐火物である蓄熱層を設け、
高温環境下で前記被膜層の前記釉薬が溶融したとき、
溶融した当該釉薬が前記断熱材と反応しないように、前記蓄熱層が前記断熱材を保護すると共に、
高温環境下で熱せられた前記耐火物本体の熱を前記蓄熱層が蓄熱して、前記耐火物本体を保温するようにしたことを特徴とする。
請求項２に記載の耐火物の保温構造は、請求項１に記載の発明において、前記断熱材が、生体溶解性無機質繊維からなることを特徴とする。
請求項３に記載の耐火物の保温構造は、請求項１に記載の発明において、前記断熱材が、アルミナ繊維からなることを特徴とする。
請求項４に記載の耐火物の保温構造は、請求項２又は請求項３に記載の発明において、前記断熱材が、フェルト状に形成されていることを特徴とする。
請求項５に記載の耐火物の保温構造は、請求項１に記載の発明において、前記釉薬の溶融温度が、５００℃〜１４００℃であることを特徴とする。
請求項６に記載の耐火物の保温構造は、請求項５に記載の発明において、前記釉薬が、１％〜３０％のＮａ２Ｏ及び１％〜２０％のＫ２Ｏを含有する酸化防止剤であって、前記被膜層が、前記耐火物本体の酸化を防止する耐酸化層であることを特徴とする。
請求項７に記載の耐火物の保温構造は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発明において、前記耐火物が連続鋳造用ノズルであることを特徴とする。
本発明に係る耐火物の保温構造によれば、耐火物本体を覆う釉薬からなる被膜層と断熱材の間に、断熱材に対する非反応性を有する蓄熱層を設け、高温環境下で溶融した釉薬が断熱材と反応しないように、当該蓄熱層が断熱材を保護するようにした。さらに、当該蓄熱層が当該高温環境下で熱せられた耐火物本体の熱を蓄熱して耐火物本体を保温するようにした。
これにより、たとえば、耐火物本体と断熱材を貼り合せている釉薬、特に耐火物本体の酸化を防止するための酸化防止剤が高温環境下で溶融した場合であっても、蓄熱層は、酸化防止剤と断熱材が直接接触することを防ぎ、酸化防止剤が断熱材と反応することを防止することができる。そのため、本発明に係る耐火物の保温構造は、断熱材の断熱効果低減を防止することができる。そして、断熱材と耐火物本体の間で蓄熱層が耐火物本体から伝導する熱を蓄熱すると共に、断熱材は、蓄熱層の熱が空気中へ放熱されることを防止することができるので、本発明に係る耐火物の保温構造は、長時間に亘って耐火物本体を保温することができる。
さらに、本発明に係る耐火物の保温構造によれば、従来の耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）よりも高温環境下で釉薬、特に酸化防止剤と反応しやすい生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）又はアルミナ繊維（ＡＦ）からなる断熱材を、耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）からなる断熱材と同じ環境下で使用することができる。これにより、人体に悪影響を及ぼすとされる耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）が使用されている高温の溶湯を扱う環境において、当該耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）を人体に対する影響が低い生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）又はアルミナ繊維（ＡＦ）と入れ替えることができる。そのため、当該高温環境における環境負荷を軽減させることができる。
特に、頻繁に断熱材が高温環境下に晒される連続鋳造の工程、その中でも連続鋳造用ノズルの断熱材に、生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）又はアルミナ繊維（ＡＦ）からなる断熱材を用いた場合には、入れ替えた効果を大きくすることができる。
これにより、たとえば、耐火物本体と断熱材を貼り合せている釉薬、特に耐火物本体の酸化を防止するための酸化防止剤が高温環境下で溶融した場合であっても、蓄熱層は、酸化防止剤と断熱材が直接接触することを防ぎ、酸化防止剤が断熱材と反応することを防止することができる。そのため、本発明に係る耐火物の保温構造は、断熱材の断熱効果低減を防止することができる。そして、断熱材と耐火物本体の間で蓄熱層が耐火物本体から伝導する熱を蓄熱すると共に、断熱材は、蓄熱層の熱が空気中へ放熱されることを防止することができるので、本発明に係る耐火物の保温構造は、長時間に亘って耐火物本体を保温することができる。
さらに、本発明に係る耐火物の保温構造によれば、従来の耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）よりも高温環境下で釉薬、特に酸化防止剤と反応しやすい生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）又はアルミナ繊維（ＡＦ）からなる断熱材を、耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）からなる断熱材と同じ環境下で使用することができる。これにより、人体に悪影響を及ぼすとされる耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）が使用されている高温の溶湯を扱う環境において、当該耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）を人体に対する影響が低い生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）又はアルミナ繊維（ＡＦ）と入れ替えることができる。そのため、当該高温環境における環境負荷を軽減させることができる。
特に、頻繁に断熱材が高温環境下に晒される連続鋳造の工程、その中でも連続鋳造用ノズルの断熱材に、生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）又はアルミナ繊維（ＡＦ）からなる断熱材を用いた場合には、入れ替えた効果を大きくすることができる。
本発明の耐火物の保温構造を実施するための耐火物１０は、耐火物本体１１と、当該耐火物本体１１を一様に覆う釉薬からなる被膜層と、当該被膜層に積層される蓄熱層１３と、当該蓄熱層１３に重ね合わされる断熱材１４からなる。ここで、被膜層は、上記の課題で述べたように酸化防止剤からなる耐酸化層１２であるものとする。当該耐火物１０の構成の概略を図１に示す。以下、本発明を実施するための形態に係る例として、第１実施例を示し、本発明に係る耐火物の保温構造を説明する。
第１実施例は、まず耐火物の構成について説明し、続いて当該耐火物を使用して行った二つの実験について説明する。
第１の実験は、蓄熱層１３の不浸透性を示すものである。当該第１実験の概略を図２に示し、当該第１実験の結果を図３に示す。第１実験は、第１実施例に係る蓄熱層１３と従来の耐熱性無機接着剤からなる接着層１３Ａとを比較対照して行った。これによって、所定の高温環境下において、耐酸化層１２をなす酸化防止剤が蓄熱層１３に浸透しないことを示す。
第２の実験は、第１実施例に係る耐火物の保温構造の保温効果を示すものである。当該第２実験の結果を図４に示す。第２実験は、断熱材１４を貼らない場合、従来の耐熱性無機接着剤からなる接着層１３Ａを用いて断熱材１４を貼り付けた場合、第１実施例に係る蓄熱層１３を耐酸化層１２と断熱材１４の間に設けた場合と場合分けし、比較対照して行った。これによって、第１実施例に係る蓄熱層１３が従来の耐熱性無機接着剤を用いた場合よりも高い保温効果を有することを示す。
第１の実験は、蓄熱層１３の不浸透性を示すものである。当該第１実験の概略を図２に示し、当該第１実験の結果を図３に示す。第１実験は、第１実施例に係る蓄熱層１３と従来の耐熱性無機接着剤からなる接着層１３Ａとを比較対照して行った。これによって、所定の高温環境下において、耐酸化層１２をなす酸化防止剤が蓄熱層１３に浸透しないことを示す。
第２の実験は、第１実施例に係る耐火物の保温構造の保温効果を示すものである。当該第２実験の結果を図４に示す。第２実験は、断熱材１４を貼らない場合、従来の耐熱性無機接着剤からなる接着層１３Ａを用いて断熱材１４を貼り付けた場合、第１実施例に係る蓄熱層１３を耐酸化層１２と断熱材１４の間に設けた場合と場合分けし、比較対照して行った。これによって、第１実施例に係る蓄熱層１３が従来の耐熱性無機接着剤を用いた場合よりも高い保温効果を有することを示す。
本願発明の耐火物の保温構造に係る実施例について添付した図にしたがって説明する。図１は、本実施例に係る耐火物の保温構造の構成の概略を示す模式図である。
本実施例に係る耐火物１０は、高温度に耐え、化学的に安定な非金属無機物質からなる製品をいう。本実施例においては、連続鋳造用ノズルを例示するが、これに限定されるものでは無く、製鋼炉、溶鋼取鍋、タンディッシュ、坩堝のような製品であっても良い。
連続鋳造用ノズルに係る耐火物１０は、耐火物本体１１の外側に断熱材１４を配して形成されている。
なお、このように耐火物本体１１と断熱材１４をセットにして用いられる耐火物１０は、連続鋳造用ノズルに限定されず、たとえば、製銑・製鋼炉のライニング材又は絶縁材、熱遮蔽板、耐熱材、防火壁保護材等の高温に晒される箇所に使用されるものがあり、高温の熱源は、鋳造に係る溶融金属の他に、たとえば溶融スラグ、火炎、加熱ヒーターといったものがある。
耐火物１０は、図１に示すように、内側から外側に向かって耐火物本体１１、耐酸化層１２、蓄熱層１３、断熱材１４となるように積層されて形成されている。
連続鋳造用ノズルに係る耐火物１０は、耐火物本体１１の外側に断熱材１４を配して形成されている。
なお、このように耐火物本体１１と断熱材１４をセットにして用いられる耐火物１０は、連続鋳造用ノズルに限定されず、たとえば、製銑・製鋼炉のライニング材又は絶縁材、熱遮蔽板、耐熱材、防火壁保護材等の高温に晒される箇所に使用されるものがあり、高温の熱源は、鋳造に係る溶融金属の他に、たとえば溶融スラグ、火炎、加熱ヒーターといったものがある。
耐火物１０は、図１に示すように、内側から外側に向かって耐火物本体１１、耐酸化層１２、蓄熱層１３、断熱材１４となるように積層されて形成されている。
耐火物本体１１は、黒鉛（Ｃ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、炭化珪素（ＳｉＣ）、ジルコニア（ＺｒＯ２）等を所定の割合で混合して形成されている。これにより、耐火物本体１１は、使用態様、使用目的に合わせて、高い耐熱衝撃性、耐熱性、耐食性等の性能を有することができる。本実施例に係る耐火物本体１１は、連続鋳造用ノズルであるから、数時間の予熱に耐える耐久性、スポーリング防止のための耐熱衝撃性、高温の酸化雰囲気に耐える耐食性が向上するように形成されている。
本実施例に係る耐火物本体１１は、少なくとも１５００℃以上の高温に耐えることができるように形成されている。これにより、耐火物本体１１は、使用前の予熱において数時間高温環境下で晒されても、また使用時に内側面側に高温の溶鋼が接した場合であっても、当該高温による耐火物本体１１の溶損を防止することができる。
本実施例に係る耐火物本体１１は、少なくとも１５００℃以上の高温に耐えることができるように形成されている。これにより、耐火物本体１１は、使用前の予熱において数時間高温環境下で晒されても、また使用時に内側面側に高温の溶鋼が接した場合であっても、当該高温による耐火物本体１１の溶損を防止することができる。
耐酸化層１２は、耐火物本体１１の外側面に酸化防止剤を一様に塗布又は吹き付けてコーティングすることによって形成されている。酸化防止剤は、１％〜３０％の酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、及び１％〜２０％の酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）を含有している。これにより、耐火物本体１１の酸化消耗を防止することができる。
酸化防止剤は、溶融温度が５００℃〜１４００℃となるように形成されている。５００℃を下回る場合には、溶融した酸化防止剤の粘性が下がって耐火物本体の外側面にムラができるおそれがある。また、溶鋼の温度が約１５００℃であって、連続鋳造用ノズルを使用前に予熱するときの温度が約１４００℃であることから、酸化防止剤を１４００℃に熱した場合、耐火物本体の外側面を充分にコーティングすることができる。
なお、耐火物本体１１の組成によって耐火物本体１１自身が高い耐酸化性を有する場合、または耐火物を使用する環境が高温の酸化性雰囲気中でない場合には、耐酸化層１２を設けなくとも良く、たとえば、一般的な釉薬からなる被膜層を形成して、耐火物本体１１を保護するようにしたり、蓄熱層１３の下地として耐熱性無機接着剤を塗布するようにしても良い。
酸化防止剤は、溶融温度が５００℃〜１４００℃となるように形成されている。５００℃を下回る場合には、溶融した酸化防止剤の粘性が下がって耐火物本体の外側面にムラができるおそれがある。また、溶鋼の温度が約１５００℃であって、連続鋳造用ノズルを使用前に予熱するときの温度が約１４００℃であることから、酸化防止剤を１４００℃に熱した場合、耐火物本体の外側面を充分にコーティングすることができる。
なお、耐火物本体１１の組成によって耐火物本体１１自身が高い耐酸化性を有する場合、または耐火物を使用する環境が高温の酸化性雰囲気中でない場合には、耐酸化層１２を設けなくとも良く、たとえば、一般的な釉薬からなる被膜層を形成して、耐火物本体１１を保護するようにしたり、蓄熱層１３の下地として耐熱性無機接着剤を塗布するようにしても良い。
蓄熱層１３は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と、シリカ（ＳｉＯ２）を所定の割合で混合して形成したアルミナ・シリカ（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）系耐火物からなる。当該アルミナ・シリカ（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）系耐火物は、たとえば、重量比で７１．８％のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と、２８．２％のシリカ（ＳｉＯ２）からなるムライトが知られている。
本実施例に係るアルミナ・シリカ（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）系耐火物は、不浸透性を有し、高い強度と優れた耐熱性、耐熱衝撃性を備えているものが好ましい。
不浸透性をする蓄熱層１３は、耐酸化層１２又は耐火物本体１１の外側面に塗布した耐熱性無機接着剤が、耐火物１０の使用前、又は使用時の高温環境下で溶融したとき、溶融した酸化防止剤等が、断熱材１４の隙間に浸透することを防止することができる。
そして、耐熱性、耐熱衝撃性を有する蓄熱層１３は、耐火物本体１１からの熱を遮断して、当該熱が断熱材１４へ伝導することを防止することができる。
さらに、蓄熱層１３は、耐火物本体１１から伝導する熱を蓄熱するように形成されている。蓄熱層１３と断熱材１４によって耐火物本体１１を保熱することができ、スポーリングを防止することができる。また、たとえば、耐火物本体１１が連続鋳造用ノズルである場合、蓄熱層１３の高い保熱効果によって、当該連続鋳造用ノズルの温度を高く保ったまま維持することができるので、当該連続鋳造用ノズルが冷えてノズル内壁に不純物が付着してノズル内孔を閉塞することを防止することができる。
このように、高い不浸透性と耐熱性、耐熱衝撃性を有する蓄熱層１３は、高温環境下で耐酸化層１２から酸化防止剤を浸透させず、蓄熱層１３自身もまた高温環境下に耐え得るので、断熱材１４と反応しない非反応性を有している。そのため、蓄熱層１３は、断熱材１４を溶融した酸化防止剤等から保護して、当該断熱材１４の断熱性を維持することができ、さらには耐火物１０の耐熱性、耐熱衝撃性を向上させることができる。
蓄熱層１３は、アルミナ・シリカ（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）系耐火物を０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下の厚さで耐火物本体１１又は耐酸化層１２に塗布又は吹き付けて形成されている。蓄熱層１３が、０．１ｍｍ厚よりも薄い場合には十分な耐熱性、耐熱衝撃性を得ることができず、断熱材１４を保護することができないおそれがある。また蓄熱層１３が５ｍｍ厚よりも厚い場合には、耐火物本体１１又は耐酸化層１２に塗布した後、乾燥するまでに垂れたり、偏ったりして蓄熱層１３の厚さにムラが出るおそれがある。これを踏まえて、耐熱性、耐熱衝撃性を維持しつつ蓄熱層１３の蓄熱効果が最も期待できる厚さは、２ｍｍ以上５ｍｍ以下が好ましい。
本実施例に係るアルミナ・シリカ（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）系耐火物のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と、シリカ（ＳｉＯ２）の混合割合は、重量比でアルミナが５０％〜９０％、シリカが５０％〜１０％である。アルミナの混合割合が５０％を下回り、シリカの混合割合が増えると耐熱性が低下し、耐火物本体からの熱によって溶けるおそれがある。一方、アルミナの混合割合が９０％を上回ると熱伝導率が向上し、断熱材１４に対する蓄熱層１３としての働きが低減する。また、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と、シリカ（ＳｉＯ２）からなるアルミナ・シリカ（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）系耐火物に、マグネシア（ＭｇＯ）、又はジルコニア（ＺｒＯ２）といった無機質原料を添加して、断熱材１４と高温環境下で反応しない非反応性を高めても良い。
なお、蓄熱層１３はアルミナ・シリカ（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）系耐火物に限定されるものでは無く、高い不浸透性、耐熱性、耐熱衝撃性、及び低い熱伝導率を備えた無機質化合物であれば良い。たとえば、少なくとも重量比５０％以上のアルミナを含有しているアルミナ系耐火物であって、当該アルミナ系耐火物にシリカ（ＳｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ）、又はジルコニア（ＺｒＯ２）からなる群から選択される少なくとも１種又は２種以上を所定の割合で配合することによって、断熱材１４と高温環境下で反応しない非反応性を有するものであれば良い。ここで、たとえば、シリカ（ＳｉＯ２）とマグネシア（ＭｇＯ）を組み合わせてアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）に添加した場合、アルミナ・シリカ・マグネシア系耐火物を得ることができ、シリカ（ＳｉＯ２）とジルコニア（ＺｒＯ２）を組み合わせてアルミナに添加した場合、アルミナ・ジルコン系耐火物を得ることができる。これらはいずれも、本実施例に係るアルミナ・シリカ（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）系耐火物と同様な断熱材１４に対する非反応性を呈する。
本実施例に係るアルミナ・シリカ（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）系耐火物は、不浸透性を有し、高い強度と優れた耐熱性、耐熱衝撃性を備えているものが好ましい。
不浸透性をする蓄熱層１３は、耐酸化層１２又は耐火物本体１１の外側面に塗布した耐熱性無機接着剤が、耐火物１０の使用前、又は使用時の高温環境下で溶融したとき、溶融した酸化防止剤等が、断熱材１４の隙間に浸透することを防止することができる。
そして、耐熱性、耐熱衝撃性を有する蓄熱層１３は、耐火物本体１１からの熱を遮断して、当該熱が断熱材１４へ伝導することを防止することができる。
さらに、蓄熱層１３は、耐火物本体１１から伝導する熱を蓄熱するように形成されている。蓄熱層１３と断熱材１４によって耐火物本体１１を保熱することができ、スポーリングを防止することができる。また、たとえば、耐火物本体１１が連続鋳造用ノズルである場合、蓄熱層１３の高い保熱効果によって、当該連続鋳造用ノズルの温度を高く保ったまま維持することができるので、当該連続鋳造用ノズルが冷えてノズル内壁に不純物が付着してノズル内孔を閉塞することを防止することができる。
このように、高い不浸透性と耐熱性、耐熱衝撃性を有する蓄熱層１３は、高温環境下で耐酸化層１２から酸化防止剤を浸透させず、蓄熱層１３自身もまた高温環境下に耐え得るので、断熱材１４と反応しない非反応性を有している。そのため、蓄熱層１３は、断熱材１４を溶融した酸化防止剤等から保護して、当該断熱材１４の断熱性を維持することができ、さらには耐火物１０の耐熱性、耐熱衝撃性を向上させることができる。
蓄熱層１３は、アルミナ・シリカ（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）系耐火物を０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下の厚さで耐火物本体１１又は耐酸化層１２に塗布又は吹き付けて形成されている。蓄熱層１３が、０．１ｍｍ厚よりも薄い場合には十分な耐熱性、耐熱衝撃性を得ることができず、断熱材１４を保護することができないおそれがある。また蓄熱層１３が５ｍｍ厚よりも厚い場合には、耐火物本体１１又は耐酸化層１２に塗布した後、乾燥するまでに垂れたり、偏ったりして蓄熱層１３の厚さにムラが出るおそれがある。これを踏まえて、耐熱性、耐熱衝撃性を維持しつつ蓄熱層１３の蓄熱効果が最も期待できる厚さは、２ｍｍ以上５ｍｍ以下が好ましい。
本実施例に係るアルミナ・シリカ（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）系耐火物のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と、シリカ（ＳｉＯ２）の混合割合は、重量比でアルミナが５０％〜９０％、シリカが５０％〜１０％である。アルミナの混合割合が５０％を下回り、シリカの混合割合が増えると耐熱性が低下し、耐火物本体からの熱によって溶けるおそれがある。一方、アルミナの混合割合が９０％を上回ると熱伝導率が向上し、断熱材１４に対する蓄熱層１３としての働きが低減する。また、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と、シリカ（ＳｉＯ２）からなるアルミナ・シリカ（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）系耐火物に、マグネシア（ＭｇＯ）、又はジルコニア（ＺｒＯ２）といった無機質原料を添加して、断熱材１４と高温環境下で反応しない非反応性を高めても良い。
なお、蓄熱層１３はアルミナ・シリカ（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）系耐火物に限定されるものでは無く、高い不浸透性、耐熱性、耐熱衝撃性、及び低い熱伝導率を備えた無機質化合物であれば良い。たとえば、少なくとも重量比５０％以上のアルミナを含有しているアルミナ系耐火物であって、当該アルミナ系耐火物にシリカ（ＳｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ）、又はジルコニア（ＺｒＯ２）からなる群から選択される少なくとも１種又は２種以上を所定の割合で配合することによって、断熱材１４と高温環境下で反応しない非反応性を有するものであれば良い。ここで、たとえば、シリカ（ＳｉＯ２）とマグネシア（ＭｇＯ）を組み合わせてアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）に添加した場合、アルミナ・シリカ・マグネシア系耐火物を得ることができ、シリカ（ＳｉＯ２）とジルコニア（ＺｒＯ２）を組み合わせてアルミナに添加した場合、アルミナ・ジルコン系耐火物を得ることができる。これらはいずれも、本実施例に係るアルミナ・シリカ（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）系耐火物と同様な断熱材１４に対する非反応性を呈する。
断熱材１４は、フェルト状の無機質繊維からなる。当該フェルト状の無機質繊維は、断熱材１４の使用目的、使用態様、要求される断熱性能等に合せて所定の厚さとなるよう重ね合わせられる。これにより、断熱材１４は、シート状、平板状又はブロック状と所定形状に形成される。本実施例に係る断熱材１４は、連続鋳造用ノズルに巻回可能なシート状又は平板状に形成されている。
本実施例においては、耐火度が１２５０℃以上の生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）からなる無機質繊維を断熱材１４としている。
生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）は、高純度のアルミナ、シリカ、酸化カルシウム（ＣａＯ）、マグネシア（ＭｇＯ）を電気溶融させて所定の割合で混合し、繊維化して形成されている。当該生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）は、吸引等で人体に摂取されたとしても体内の水分によって分解・排出される特性を有している。生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）は、耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）と同程度の耐熱性を有しているが、高温環境下で、耐火物本体１１を被覆する釉薬、特に上記の耐酸化層１２を形成する酸化防止剤と容易に反応して溶融しやすく、その場合には耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）と同程度の耐熱性を維持できないという問題がある。
また、酸化防止剤にとどまらず、当該生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）からなる断熱材１４は、従来、耐火物本体を被覆する釉薬、たとえば耐熱性無機接着剤であっても、使用環境によっては当該耐熱性無機接着剤と生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）が熱によって反応して、生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）が溶融する場合がある。
しかしながら、図１に示すように、耐酸化層１２と断熱材１４との間に、高温環境下で当該断熱材１４に対する非反応性を有する蓄熱層１３を設けた。これによって、耐酸化層１２をなす酸化防止剤、又は従来の釉薬、或いは耐熱性無機接着剤は、蓄熱層１３で阻まれて断熱材１４へ浸透することができず、高温環境下で溶融した酸化防止剤等と生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）が直接接触することを防止することができる。すなわち、蓄熱層１３は、高熱環境下で生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）からなる断熱材１４を、耐酸化層１２等から保護することができる。
本実施例においては、耐火度が１２５０℃以上の生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）からなる無機質繊維を断熱材１４としている。
生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）は、高純度のアルミナ、シリカ、酸化カルシウム（ＣａＯ）、マグネシア（ＭｇＯ）を電気溶融させて所定の割合で混合し、繊維化して形成されている。当該生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）は、吸引等で人体に摂取されたとしても体内の水分によって分解・排出される特性を有している。生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）は、耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）と同程度の耐熱性を有しているが、高温環境下で、耐火物本体１１を被覆する釉薬、特に上記の耐酸化層１２を形成する酸化防止剤と容易に反応して溶融しやすく、その場合には耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）と同程度の耐熱性を維持できないという問題がある。
また、酸化防止剤にとどまらず、当該生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）からなる断熱材１４は、従来、耐火物本体を被覆する釉薬、たとえば耐熱性無機接着剤であっても、使用環境によっては当該耐熱性無機接着剤と生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）が熱によって反応して、生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）が溶融する場合がある。
しかしながら、図１に示すように、耐酸化層１２と断熱材１４との間に、高温環境下で当該断熱材１４に対する非反応性を有する蓄熱層１３を設けた。これによって、耐酸化層１２をなす酸化防止剤、又は従来の釉薬、或いは耐熱性無機接着剤は、蓄熱層１３で阻まれて断熱材１４へ浸透することができず、高温環境下で溶融した酸化防止剤等と生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）が直接接触することを防止することができる。すなわち、蓄熱層１３は、高熱環境下で生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）からなる断熱材１４を、耐酸化層１２等から保護することができる。
また、断熱材１４を構成する無機質繊維は、アルミナ繊維（ＡＦ）であっても良い。
アルミナ繊維（ＡＦ）は、アルミナとシリカの重量比が７０：３０〜９７：３であり、圧縮空気または遠心力を利用して生成される直径数μｍで長さ数百ｍｍ以下のコットン状の繊維である。アルミナ繊維（ＡＦ）と耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）は共にアルミナとシリカを主成分としているものではあるが、アルミナを多く含むアルミナ繊維（ＡＦ）が結晶質の繊維であることに対し、シリカを多く含む耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）は非晶質である点が相違している。これにより、アルミナ繊維（ＡＦ）は、耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）よりも融点が高く、耐熱性において優れている。しかしながら、アルミナ繊維（ＡＦ）は、第１実施例に記載した生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）と同様に、高温環境下で、耐酸化層１２を形成する酸化防止剤と容易に反応して溶融しやすく、その場合には耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）と同程度の耐熱性を維持できないという問題がある。また、酸化防止剤にとどまらず、当該アルミナ繊維（ＡＦ）からなる断熱材１４Ａは、従来の釉薬、たとえば耐火物本体１１と断熱材を貼り合わせる接着剤として用いている耐熱性無機接着剤であっても、使用環境によっては当該耐熱性無機接着剤とアルミナ繊維（ＡＦ）が熱によって反応して、アルミナ繊維（ＡＦ）が溶融する場合がある。
しかしながら、図１に示すように、耐酸化層１２と断熱材１４との間には、高温環境下で断熱材１４に対して非反応性を有する蓄熱層１３を設けた。これによって、耐酸化層１２をなす酸化防止剤、又は従来の耐熱性無機接着剤は、蓄熱層１３で阻まれて断熱材１４へ浸透することができず、高温環境下で溶融した酸化防止剤等とアルミナ繊維（ＡＦ）が直接接触することを防止することができる。すなわち、蓄熱層１３は、高熱環境下でアルミナ繊維（ＡＦ）からなる断熱材１４を、耐酸化層１２から保護することができる。
アルミナ繊維（ＡＦ）は、アルミナとシリカの重量比が７０：３０〜９７：３であり、圧縮空気または遠心力を利用して生成される直径数μｍで長さ数百ｍｍ以下のコットン状の繊維である。アルミナ繊維（ＡＦ）と耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）は共にアルミナとシリカを主成分としているものではあるが、アルミナを多く含むアルミナ繊維（ＡＦ）が結晶質の繊維であることに対し、シリカを多く含む耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）は非晶質である点が相違している。これにより、アルミナ繊維（ＡＦ）は、耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）よりも融点が高く、耐熱性において優れている。しかしながら、アルミナ繊維（ＡＦ）は、第１実施例に記載した生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）と同様に、高温環境下で、耐酸化層１２を形成する酸化防止剤と容易に反応して溶融しやすく、その場合には耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）と同程度の耐熱性を維持できないという問題がある。また、酸化防止剤にとどまらず、当該アルミナ繊維（ＡＦ）からなる断熱材１４Ａは、従来の釉薬、たとえば耐火物本体１１と断熱材を貼り合わせる接着剤として用いている耐熱性無機接着剤であっても、使用環境によっては当該耐熱性無機接着剤とアルミナ繊維（ＡＦ）が熱によって反応して、アルミナ繊維（ＡＦ）が溶融する場合がある。
しかしながら、図１に示すように、耐酸化層１２と断熱材１４との間には、高温環境下で断熱材１４に対して非反応性を有する蓄熱層１３を設けた。これによって、耐酸化層１２をなす酸化防止剤、又は従来の耐熱性無機接着剤は、蓄熱層１３で阻まれて断熱材１４へ浸透することができず、高温環境下で溶融した酸化防止剤等とアルミナ繊維（ＡＦ）が直接接触することを防止することができる。すなわち、蓄熱層１３は、高熱環境下でアルミナ繊維（ＡＦ）からなる断熱材１４を、耐酸化層１２から保護することができる。
上記の構成を有する耐火物１０の保温構造について、次に示すような実験を行った。
まず、第１の実験は、本実施例に係る蓄熱層１３の不浸透性を示すものである。当該第１実験は、２つのサンプルを用意した。
第１のサンプルは、図２に示すように、耐火物本体１１に耐酸化層１２と蓄熱層１３を同厚で積層して形成されている。第２のサンプルは、蓄熱層１３に替えて従来の耐熱性無機接着剤からなる接着層１３Ａを有している。図３は、第１サンプルと第２サンプルを比較対照した実験結果を示すものであって、サンプルを所定の高温環境下に置いたとき、耐酸化層１２をなす酸化防止剤が、蓄熱層１３へ浸透するか否か、従来の耐熱性無機接着剤と比較対照したものである。所定の高温環境下で浸透している場合を○で、浸透していない場合を×で示す。
まず、第１の実験は、本実施例に係る蓄熱層１３の不浸透性を示すものである。当該第１実験は、２つのサンプルを用意した。
第１のサンプルは、図２に示すように、耐火物本体１１に耐酸化層１２と蓄熱層１３を同厚で積層して形成されている。第２のサンプルは、蓄熱層１３に替えて従来の耐熱性無機接着剤からなる接着層１３Ａを有している。図３は、第１サンプルと第２サンプルを比較対照した実験結果を示すものであって、サンプルを所定の高温環境下に置いたとき、耐酸化層１２をなす酸化防止剤が、蓄熱層１３へ浸透するか否か、従来の耐熱性無機接着剤と比較対照したものである。所定の高温環境下で浸透している場合を○で、浸透していない場合を×で示す。
上記の実験の結果、図３に示した表の下段に示すように、従来の耐熱性無機接着剤を接着層１３Ａとして耐酸化層１２に積層した第２サンプルで行った比較実験例の場合、１１００℃〜１５００℃の各高温環境下では、いずれも○が表示されている。すなわち、耐酸化層１２をなす酸化防止剤は、１１００℃〜１５００℃の各高温環境下で接着層１３Ａへ浸透していることが解る。これによって、従来の耐熱性無機接着剤は、不浸透性を有していないことを確認することができた。
一方、図３に示した表の上段に示すように、蓄熱層１３を耐酸化層１２に積層した第１サンプルで行った実験例の場合、１１００℃〜１５００℃の各高温環境下では、いずれも×が表示されている。すなわち、耐酸化層１２をなす酸化防止剤は、１１００℃から１５００℃の各高温環境下で蓄熱層１３へ浸透していないことが解る。これによって、蓄熱層１３が高い不浸透性を有していることを、確認することが出来た。
したがって、上記の比較対照実験は、所定の高温環境下において蓄熱層１３が酸化防止剤に対する不浸透性を有していることを示すという本第１実験の課題を証明するものである。
一方、図３に示した表の上段に示すように、蓄熱層１３を耐酸化層１２に積層した第１サンプルで行った実験例の場合、１１００℃〜１５００℃の各高温環境下では、いずれも×が表示されている。すなわち、耐酸化層１２をなす酸化防止剤は、１１００℃から１５００℃の各高温環境下で蓄熱層１３へ浸透していないことが解る。これによって、蓄熱層１３が高い不浸透性を有していることを、確認することが出来た。
したがって、上記の比較対照実験は、所定の高温環境下において蓄熱層１３が酸化防止剤に対する不浸透性を有していることを示すという本第１実験の課題を証明するものである。
続く、第２の実験は、本実施例に係る耐火物１０の保温性を示すものである。
当該第２実験は、本実施例に基づく耐火物１０の実験例と、比較対象として第１比較実験例と第２比較実験例の２例との合計３例を比較対照することによって行う。図４に当該第２実験に係る実験結果を示す。
実験に用いた耐火物１０は、図１に示すように、連続鋳造用に形成された黒鉛質耐火物からなる耐火物本体１１と、当該耐火物本体１１の外側面側に、耐酸化層１２を有している。図１に示す耐火物本体１１の内側面側１１ａには、熱源が配置されている。当該熱源を所定の温度にして耐火物本体１１を加熱することによって、耐火物１０を所定の高温環境下に置いた場合と同様の状態にしている。耐火物１０は図１に示すように断熱材１４を有している。本実験において、断熱材１４は、１ｍｍ厚、２ｍｍ厚、３ｍｍ厚、６ｍｍ厚、１２ｍｍ厚、２５ｍｍ厚と厚さを変えたが、断熱材の厚さを変えたことによる実験結果の差異は保温時間の長短の他に認められなかった。そのため、図４の実験結果には２５ｍｍ厚の断熱材１４を使用した場合を示す。
実験例は、本実施例に係る蓄熱層１３を有する場合、第１比較実験例は、蓄熱層１３に替えて接着層１３Ａを有する場合、第２比較実験例は、蓄熱層１３及び接着層１３Ａのいずれも設けず、また断熱材１４も貼り付けていない場合である。
当該第２実験は、本実施例に基づく耐火物１０の実験例と、比較対象として第１比較実験例と第２比較実験例の２例との合計３例を比較対照することによって行う。図４に当該第２実験に係る実験結果を示す。
実験に用いた耐火物１０は、図１に示すように、連続鋳造用に形成された黒鉛質耐火物からなる耐火物本体１１と、当該耐火物本体１１の外側面側に、耐酸化層１２を有している。図１に示す耐火物本体１１の内側面側１１ａには、熱源が配置されている。当該熱源を所定の温度にして耐火物本体１１を加熱することによって、耐火物１０を所定の高温環境下に置いた場合と同様の状態にしている。耐火物１０は図１に示すように断熱材１４を有している。本実験において、断熱材１４は、１ｍｍ厚、２ｍｍ厚、３ｍｍ厚、６ｍｍ厚、１２ｍｍ厚、２５ｍｍ厚と厚さを変えたが、断熱材の厚さを変えたことによる実験結果の差異は保温時間の長短の他に認められなかった。そのため、図４の実験結果には２５ｍｍ厚の断熱材１４を使用した場合を示す。
実験例は、本実施例に係る蓄熱層１３を有する場合、第１比較実験例は、蓄熱層１３に替えて接着層１３Ａを有する場合、第２比較実験例は、蓄熱層１３及び接着層１３Ａのいずれも設けず、また断熱材１４も貼り付けていない場合である。
まず、実験例の蓄熱層１３は、図１に示すように、耐酸化層１２上に３ｍｍ厚で形成されている。さらに実験例の断熱材１４は、生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）からなり、図１に示すように、蓄熱層１３に貼着されている。当該実験例に係る耐火物本体１１の温度変化を示すグラフは、図４の▲マーク付き折れ線グラフである。
第１比較実験例の接着層１３Ａは、水ガラスからなり、図１に示すように、実験例の蓄熱層１３と同様に、耐酸化層１２上に３ｍｍ厚で形成されている。水ガラス（珪酸ナトリウム溶液）は、上述した耐熱性無機接着剤の一種であって、無機繊維・建材・鋳型の接着剤、コーティング剤・シーリング剤として広く使用されている。当該第１比較実験例に係る耐火物本体１１の温度変化を示すグラフは、図４の●マーク付き折れ線グラフである。
第２比較実験例は、蓄熱層１３及び接着層１３Ａのいずれも形成せず、また断熱材１４を貼り付けておらず、耐火物本体１１と耐酸化層１２からなる耐火物１０である。当該第２比較実験例に係る耐火物本体１１の温度変化を示すグラフは、図４の■マーク付きの折れ線グラフである。
第１比較実験例の接着層１３Ａは、水ガラスからなり、図１に示すように、実験例の蓄熱層１３と同様に、耐酸化層１２上に３ｍｍ厚で形成されている。水ガラス（珪酸ナトリウム溶液）は、上述した耐熱性無機接着剤の一種であって、無機繊維・建材・鋳型の接着剤、コーティング剤・シーリング剤として広く使用されている。当該第１比較実験例に係る耐火物本体１１の温度変化を示すグラフは、図４の●マーク付き折れ線グラフである。
第２比較実験例は、蓄熱層１３及び接着層１３Ａのいずれも形成せず、また断熱材１４を貼り付けておらず、耐火物本体１１と耐酸化層１２からなる耐火物１０である。当該第２比較実験例に係る耐火物本体１１の温度変化を示すグラフは、図４の■マーク付きの折れ線グラフである。
実験の結果、図４の■マークに示すように、蓄熱層１３又は接着層１３Ａと断熱材１４が無い第２比較実験例の場合、耐火物本体１１の温度は、計測開始から３分で約１３００℃から約９００℃と、約４００℃冷め、その後１５分経過したところで、約５００℃まで急速に冷えている。
これに対し、図４の●マークに示すように、接着層１３Ａを有する第１比較実験例の場合、耐火物本体１１の温度は、若干緩やかに冷めていくようになったものの、１５分後には約７００℃と、実験開始直後から半分の温度まで冷めている。
一方、図４の▲マークに示すように、蓄熱層１３を有する実験例の場合、耐火物本体１１の温度は、８分前後まで約１０００℃以上をキープし、１５分後も約９００℃と高い温度を維持していることが確認できる。これは、耐火物本体１１と断熱材１４との間に設けた蓄熱層１３が熱を蓄え、断熱材１４の保温効果と相まって耐火物本体１１からの放熱を抑えて高い蓄熱効果を発揮しているものと推測することができる。
すなわち、蓄熱層１３を設けた結果、長時間に亘って耐火物本体１１を保温できることが確認された。
ここで、連続鋳造用ノズルは、通常、使用前に約１４００℃の高温環境下に数時間置かれて予熱される。本実験において生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）からなる断熱材１４と蓄熱層１３によって、長時間耐火物本体１１を保温可能であることが確認できたので、従来の耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）からなる断熱材と置き換えて使用しても実用に十分耐え得るといえる。これによって、耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）を生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）に置き換えた場合には、人体への影響を極めて低くすることができ、作業者の健康被害を防止することができる。
これに対し、図４の●マークに示すように、接着層１３Ａを有する第１比較実験例の場合、耐火物本体１１の温度は、若干緩やかに冷めていくようになったものの、１５分後には約７００℃と、実験開始直後から半分の温度まで冷めている。
一方、図４の▲マークに示すように、蓄熱層１３を有する実験例の場合、耐火物本体１１の温度は、８分前後まで約１０００℃以上をキープし、１５分後も約９００℃と高い温度を維持していることが確認できる。これは、耐火物本体１１と断熱材１４との間に設けた蓄熱層１３が熱を蓄え、断熱材１４の保温効果と相まって耐火物本体１１からの放熱を抑えて高い蓄熱効果を発揮しているものと推測することができる。
すなわち、蓄熱層１３を設けた結果、長時間に亘って耐火物本体１１を保温できることが確認された。
ここで、連続鋳造用ノズルは、通常、使用前に約１４００℃の高温環境下に数時間置かれて予熱される。本実験において生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）からなる断熱材１４と蓄熱層１３によって、長時間耐火物本体１１を保温可能であることが確認できたので、従来の耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）からなる断熱材と置き換えて使用しても実用に十分耐え得るといえる。これによって、耐火セラミックファイバー（ＲＣＦ）を生体溶解性無機質繊維（ＢＳＦ）に置き換えた場合には、人体への影響を極めて低くすることができ、作業者の健康被害を防止することができる。
本実施例に係る耐火物１０の保温構造によれば、耐火物本体１１と断熱材１４の間に、高温環境下で断熱材１４に対する非反応性を有する蓄熱層１３を設けるようにした。
当該蓄熱層１３は、耐火物本体１１の酸化を防止するために高温環境下で耐酸化層１２を成す酸化防止剤が溶融したとき、溶融した酸化防止剤と反応せず溶融しないので、溶融した酸化防止剤が断熱材１４に浸透することを防止することができる。これによって、酸化防止剤と断熱材１４が高温環境下で接触することを防ぐことができるので、断熱材１４が溶融した酸化防止剤と反応して溶融することを防止することができ、断熱材１４の断熱性、耐久性を向上させることができる。
また、蓄熱層１３は、溶融した酸化防止剤が断熱材１４に浸透することを防ぐだけではなく、従来の耐熱性無機接着剤が、所定の高温環境下で溶融した場合にも断熱材１４へ浸透することを防ぐことができる。これにより、耐熱性無機接着剤を使用している場合であっても、断熱材１４の断熱性、耐久性を向上させることができる。
このように、断熱材１４の断熱性と耐久性を向上させつつ、蓄熱層１３自身が耐火物本体１１からの熱を蓄熱するようにした。これにより蓄熱された熱は、断熱材１４側へ放熱されることがないので、蓄熱層１３は、耐火物本体１１を長時間に亘って保温することができる。
当該蓄熱層１３は、耐火物本体１１の酸化を防止するために高温環境下で耐酸化層１２を成す酸化防止剤が溶融したとき、溶融した酸化防止剤と反応せず溶融しないので、溶融した酸化防止剤が断熱材１４に浸透することを防止することができる。これによって、酸化防止剤と断熱材１４が高温環境下で接触することを防ぐことができるので、断熱材１４が溶融した酸化防止剤と反応して溶融することを防止することができ、断熱材１４の断熱性、耐久性を向上させることができる。
また、蓄熱層１３は、溶融した酸化防止剤が断熱材１４に浸透することを防ぐだけではなく、従来の耐熱性無機接着剤が、所定の高温環境下で溶融した場合にも断熱材１４へ浸透することを防ぐことができる。これにより、耐熱性無機接着剤を使用している場合であっても、断熱材１４の断熱性、耐久性を向上させることができる。
このように、断熱材１４の断熱性と耐久性を向上させつつ、蓄熱層１３自身が耐火物本体１１からの熱を蓄熱するようにした。これにより蓄熱された熱は、断熱材１４側へ放熱されることがないので、蓄熱層１３は、耐火物本体１１を長時間に亘って保温することができる。
１０…耐火物、１１…耐火物本体、１２…耐酸化層、１３…蓄熱層、１３Ａ…接着層、１４…断熱材。
Claims (7)
- 内側面側に金属溶湯からなる高温物が接する耐火物本体と、
当該耐火物本体を一様に覆う釉薬からなる被膜層と、
当該被膜層の外側面側に配した、断熱材とからなる耐火物の保温構造であって、
前記被膜層と、前記断熱材の間に、
厚さが２ｍｍ以上５ｍｍ以下で、前記断熱材に対する非反応性を有し、所定の割合で混合して形成したアルミナ及びシリカを主成分とするアルミナ・シリカ系耐火物である蓄熱層を設け、
高温環境下で前記被膜層の前記釉薬が溶融したとき、
溶融した当該釉薬が前記断熱材と反応しないように、前記蓄熱層が前記断熱材を保護すると共に、
高温環境下で熱せられた前記耐火物本体の熱を前記蓄熱層が蓄熱して、前記耐火物本体を保温するようにしたことを特徴とする耐火物の保温構造。 - 前記断熱材が、生体溶解性無機質繊維からなることを特徴とする請求項１に記載の耐火物の保温構造。
- 前記断熱材が、アルミナ繊維からなることを特徴とする請求項１に記載の耐火物の保温構造。
- 前記断熱材が、フェルト状に形成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の耐火物の保温構造。
- 前記釉薬の溶融温度が、５００℃〜１４００℃であることを特徴とする請求項１に記載の耐火物の保温構造。
- 前記釉薬が、１％〜３０％のＮａ２Ｏ及び１％〜２０％のＫ２Ｏを含有する酸化防止剤であって、前記被膜層が、前記耐火物本体の酸化を防止する耐酸化層であることを特徴とする請求項５に記載の耐火物の保温構造。
- 前記耐火物が連続鋳造用ノズルであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の耐火物の保温構造。
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