JP6791677B2

JP6791677B2 - プレキャストブロック構造体

Info

Publication number: JP6791677B2
Application number: JP2016153866A
Authority: JP
Inventors: 哲則池部
Original assignee: Krosaki Harima Corp
Current assignee: Krosaki Harima Corp
Priority date: 2016-08-04
Filing date: 2016-08-04
Publication date: 2020-11-25
Anticipated expiration: 2036-08-04
Also published as: JP2018021726A; WO2018025718A1; TW201809569A; KR20180118751A; TWI642889B; KR102052663B1

Description

本発明は、加熱炉などの熱設備において、特に抜熱損失の顕著な部位、例えば、水冷スキッドパイプ、炉殻内壁等の金属製の被覆対象物を耐火被覆するためのプレキャストブロック構造体に関する。

金属製の被覆対象物として、加熱炉のウォーキングビームを構成する水冷スキッドパイプを例に説明すると、従来一般的には、金属製の水冷スキッドパイプに金属製のスタッド（金属スタッド）を溶接し不定形耐火物を施工することで、水冷スキッドパイプを不定形耐火物で覆い、これにより耐熱性及び断熱性を確保するようにしていた。しかし、このような従来技術では、耐火物の解体→スタッド除去→スキッドのケレン→スタッド溶接→不定形耐火物の枠掛け、流し込み→養生→脱枠などの工程の多さ、スタッド本数の多さ（一般には２０〜３０本／ｍであるから数千本／炉））といった事情から、多大な労力と時間を要するという問題があった。

この問題を解消するために、例えば特許文献１には、金属板に金属スタッドを設けてプレキャストブロック化した断熱ブロックを事前成形し、溶接によってスキッドパイプに現地施工する方法が提案されている。また、本願出願人は、特許文献２において、「金属製の被覆対象物の外周を被覆可能な金属板と、この金属板に連結されたセラミック製のスタッドと、このスタッドに保持された不定形耐火物材料からなるプレキャストブロックとを備えたプレキャストブロック構造体において、前記スタッドは、前記金属板に対して動きうるように連結されていることを特徴とするプレキャストブロック構造体」を提案している。

このように金属板とプレキャストブロックを一体化したプレキャストブロック構造体によれば、金属板を被覆対象物の外周に溶接するだけで当該被覆対象物を耐火被覆することができるので、金属スタッドを被覆対象物に溶接する場合に比べ、施工性が格段に向上する。

しかし、本発明者らがこのプレキャストブロック構造体について試験を重ねたところ、その製造時あるいは使用時にプレキャストブロックに亀裂が生じる問題があることがわかった。

韓国公開特許第２００１−００４８０８７号公報特開２０１６−１０４８９９号公報

本発明が解決しようとする課題は、金属板とプレキャストブロックを一体化したプレキャストブロック構造体において、その製造時あるいは使用時にプレキャストブロックに亀裂が生じることを抑制することにある。

上記課題を解決するため、本発明者らが金属板とプレキャストブロックの一体化の条件に着目し検討を重ねた結果、プレキャストブロックに亀裂が生じることを抑制するにはプレキャストブロックの厚みと金属板の長さの比が重要であることが判明した。

すなわち、本発明の一観点によれば、「円筒状又は楕円筒状の金属製の被覆対象物の外周を被覆可能な１枚の金属板と、この金属板の外周側にスタッドを介して一体となっており、かつＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３を鉱物組成とした多孔質な断熱性骨材が配合されたプレキャストブロックと、を備えたプレキャストブロック構造体において、前記金属製の被覆対象物の長手方向に対して直交する断面において、前記プレキャストブロックの厚みと前記金属板の長さの比（プレキャストブロックの厚み／金属板の長さ）が０．２以上０．４以下であることを特徴とするプレキャストブロック構造体」が提供される。

本発明によれば、金属板とプレキャストブロックを一体化したプレキャストブロック構造体において、その製造時あるいは使用時にプレキャストブロックに亀裂が生じることを抑制することができる。これにより、従来技術に比べ施工性が格段に向上するというプレキャストブロック構造体の効果を実用上いかんなく発揮することができる。

本発明の一実施形態に係るプレキャストブロック構造体を示す斜視図である。本発明の他の実施形態に係るプレキャストブロック構造体を示す斜視図である。図１及び図２のプレキャストブロック構造体により耐火被覆した水冷スキッドパイプを示す斜視図である。図３のＩ−Ｉ断面図である。図３のII−II断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
図１及び図２に本発明のプレキャストブロック構造体の実施形態を示す。また、図３には図１及び図２のプレキャストブロック構造体により耐火被覆した水冷スキッドパイプを示し、図４及び図５にはそれぞれ図３のＩ−Ｉ断面及びII−II断面を示している。

図１に示すプレキャストブロック構造体Ａ及び図２に示すプレキャストブロック構造体Ｂは、いずれも金属板１とプレキャストブロック２を一体化したものである。実施形態において金属板１とプレキャストブロック２の一体化には金属スタッド３を使用している（図４及び図５参照）。ただし、一体化の手段はこれに限定されず、例えば特許文献２に開示されているようにセラミックスタッドを使用して一体化することもできる。

金属板１は金属製の被覆対象物の外周を被覆可能な形状を有する。具体的には、図１のプレキャストブロック構造体Ａの金属板１は被覆対象物である円筒状のスキッドポスト１１（図４参照）を被覆可能な半円状の形状を有し、図２のプレキャストブロック構造体Ｂの金属板１は被覆対象物である楕円筒状のスキッドビーム１２（図５参照）を被覆可能な部分楕円状の形状を有する。一方、プレキャストブロック２は、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３を鉱物組成とした多孔質な断熱性骨材が配合された不定形耐火物材料（ＣＡ６軽量キャスタブル）からなる。このＣＡ６軽量キャスタブルは軽量でかつ熱伝導率が低く、耐スケール溶損性に優れるという特徴を有しており、プレキャストブロック構造体Ａ，Ｂの断熱効果を向上することができる。

これらプレキャストブロック構造体Ａ，Ｂを使用して、図３に示すように水冷スキッドパイプ１０を耐火被覆する。具体的には、水冷スキッドパイプ１０のスキッドポスト１１は図４に示すように周方向に２個のプレキャストブロック構造体Ａを使用して耐火被覆する。このとき、金属板１をスキッドポスト１１に溶接するが、この溶接は金属板１の端部１ａにより設けられた隙間（溶接するために設けられた隙間）を利用することで容易かつ確実に実施することができる。溶接後、金属板１の端部１ａにより設けられた隙間にはパッチング材４が充填される。一方、水冷スキッドパイプ１０のスキッドビーム１２は図５に示すように周方向に２個のプレキャストブロック構造体Ｂを使用して耐火被覆する。このとき、金属板１をスキッドビーム１２に溶接するが、この溶接も金属板１の端部１ａにより設けられた隙間を利用することで容易かつ確実に実施することができ、溶接後、金属板１の端部１ａにより設けられた隙間にはパッチング材４が充填される。なお、周方向に隣接するプレキャストブロック構造体Ｂ，Ｂ同士の間隙部分はスキッドビーム１２の上部となり、このスキッドビーム１２の上部はパッチング材４で構成され、鋼材を支持するための金属製のスキッドボタン１３が適宜間隔で設置されている。また、スキッドポスト１１とスキッドビーム１２の接合部分もパッチング材４で構成されている。

なお、本実施形態において長手方向に隣り合うプレキャストブロック構造体ＡとＡの間、プレキャストブロック構造体ＢとＢの間には、Ａｌ_２Ｏ_３成分を７０質量％以上含有する繊維（アルミナ繊維）Ｃ（図３中のＣ参照）が設置されている。この繊維Ｃが設置されている部分は、いわゆる膨張代であり、最初の使用時の加熱によりＣＡ６軽量キャスタブル中のＣａＯ成分と、繊維中のアルミナ成分とが反応してＣＡ２（ＣａＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３）又はＣＡ６（ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３）を生成することによって膨張する。しかも、前記の反応により生成したＣＡ２及びＣＡ６は、ＣＡ６軽量キャスタブルと同じような膨張収縮の挙動を示す。これらにより、隣り合うプレキャストブロック構造体間に設けた膨張代に使用時に隙間が生じることを抑制することができる。また、膨張代自体は確保されるので、熱膨張による応力によりプレキャストブロックに亀裂や割れが生じることも抑制することができる。
なお、周方向に隣り合うプレキャストブロック構造体ＡとＡの間、プレキャストブック構造体ＢとＢの間にも繊維Ｃを設置してもよい。

以上の構成において本発明のプレキャストブロック構造体Ａ，Ｂは、金属製の被覆対象物（スキッドポスト１１，スキッドビーム１２）の長手方向に対して直交する断面、すなわち図４，５において、プレキャストブロック２の厚みと金属板１の長さの比（プレキャストブロックの厚み／金属板の長さ）が０．２以上０．４以下であることを特徴とする。この比の数値が大きい（プレキャストブロック２の厚みが大きすぎる）と、使用時にプレキャストブロック２に亀裂が生じやすくなり耐スポール性が低下する。これは、プレキャストブロック２の厚みが大きくなるに従い、プレキャストブロック２の内周側と外周側との温度勾配が大きくなるためであると推定される。また、プレキャストブロック２の厚みが大きくなるに従い、プレキャストブロック構造体の重量が増加するため施工性が低下する。この点からも、前記の比は０．４以下とする必要がある。一方、前記の比が小さい（プレキャストブロック２の厚みが小さすぎる）と、強度不足により特に製造時にプレキャストブロック２に亀裂が生じやすくなる。

なお、本発明において「プレキャストブロックの厚み」とは、金属製の被覆対象物の長手方向に対して直交する断面において、金属板に直交する方向の厚みをいい、「金属板の長さ」とは、金属製の被覆対象物の長手方向に対して直交する断面において、金属製の被覆対象物の周方向に沿った金属板の長さをいう。

図１に示す半円筒状のプレキャストブロック構造体Ａ（以下「タイプＡ」という。）、及び図２に示す部分楕円筒状のプレキャストブロック構造体Ｂ（以下「タイプＢ」という。）において、表１に示すようにプレキャストブロックの厚みと金属板の長さを変化させたプレキャストブロック構造体について、製造時の亀裂有無、施工性及び耐スポール性を評価した。なお、表１では、プレキャストブロックを単にブロックと表記している。

製造時の亀裂有無については、不定形耐火物材料（ＣＡ６軽量キャスタブル）を所定の水分量で混練して、各例のプレキャストブロック形状に鋳込んだ後に養生、脱枠、乾燥の工程を実施した際の亀裂の有無により評価した。表１では、亀裂なしを○、亀裂ありを×で表記した。
施工性については、プレキャストブロック構造体の重量により評価した。表１では、重さが４０ｋｇ未満を○、４０ｋｇ以上を×で表記した。
耐スポール性については、プレキャストブロック構造体の外周面を１３００℃に加熱した後、強制空冷する加熱冷却のサイクルを５回繰り返した際の亀裂の有無により評価した。表１では、亀裂なしを○、亀裂ありを×で表記した。なお、この耐スポール性の評価は、使用時の亀裂有無を想定したものである。

表１に示すとおり、プレキャストブロックの厚みと金属板の長さの比（プレキャストブロックの厚み／金属板の長さ）が０．２以上０．４以下の範囲内にある実施例１から４（タイプＡ）及び実施例５、６（タイプＢ）では、いずれも製造時に亀裂は生じず、施工性及び耐スポール性も良好であった。

これに対して、前記の比が０．２を下回る比較例１、３（タイプＡ）及び比較例５（タイプＢ）では、製造時に亀裂が生じた。また、前記の比が０．４を上回る比較例２、４（タイプＡ）及び比較例６（タイプＢ）では、耐スポール性が悪く、使用時にプレキャストブロックに亀裂が生じやすいと判断された。なお、製造時に亀裂が生じた比較例１、３、５については耐スポール性の評価はできなかった。

Ａ，Ｂプレキャストブロック構造体
Ｃ繊維（アルミナ繊維）
１金属板
１ａ金属板の端部
２プレキャストブロック
３金属スタッド
４パッチング材
１０水冷スキッドパイプ
１１スキッドポスト
１２スキッドビーム
１３スキッドボタン

Claims

円筒状又は楕円筒状の金属製の被覆対象物の外周を被覆可能な１枚の金属板と、
この金属板の外周側にスタッドを介して一体となっており、かつＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３を鉱物組成とした多孔質な断熱性骨材が配合されたプレキャストブロックと、を備えたプレキャストブロック構造体において、
前記金属製の被覆対象物の長手方向に対して直交する断面において、前記プレキャストブロックの厚みと前記金属板の長さの比（プレキャストブロックの厚み／金属板の長さ）が０．２以上０．４以下であることを特徴とするプレキャストブロック構造体。