JP6835002B2 - 耐火物構造体 - Google Patents

Description

本発明は、例えばウォーキングビーム型等の加熱炉内のスキッドパイプやスキッドポール等を構成する金属パイプを被覆する耐火物構造体に関するものである。

一般に、加熱炉内のスキッドパイプ等は、耐熱性、断熱性および、スラブスケール等に対する耐食性を付与するために、内部を冷却水等が通流するとともに周囲を耐火物構造体で被覆された金属パイプで構成されており、その耐火物構造体は、金属パイプを被覆する耐火物と、その耐火物を金属パイプに支持する支持材とを具えている。

ところで、従来の上述の如き耐火物構造体としては、例えば特許文献１記載のものが知られており、この耐火物構造体は、図５に示すように、金属パイプ１を取り巻くリング状金物１１を金属パイプ１に複数本のボルト１２を介して摺動自在に支持し、そのリング状金物１１に複数本のスタッド１３を固定してそのスタッド１３を埋め込むように耐火物２を円筒状に流し込み施工することで、固化後の耐火物２に対して金属パイプ１が自由に動けるようにして熱応力の緩和を図り、リング状金物１１と金属パイプ１との間に断熱材１４を入れることで、断熱性能の向上を図っている。従ってリング状金物１１とボルト１２とスタッド１３とは、耐火物２を金属パイプ１に支持する支持材３を構成している。

また、従来の上述の如き耐火物構造体としては、例えば特許文献２記載のものも知られており、この耐火物構造体は、水冷スキッドパイプを構成する金属パイプの周囲を被覆可能な金属板と、この金属板に緩く連結されたセラミック製のスタッドと、このスタッドを埋め込まれた半割り円筒状のプレキャスト耐火物とからなり、その金属板を金属パイプに溶接することで施工時間の短縮を図るとともに、スタッドをセラミック製にすることで断熱性能の向上を図っている。従って金属板とセラミック製のスタッドとは、耐火物を金属パイプに支持する支持材を構成している。

特開平０８−１２０３２８号公報 特開２０１６−１０４８９９号公報

しかしながら従来の耐火物構造体では、支持材を構成するボルトや金属板が金属パイプに直接接触するためエネルギーロスが大きくなる。さらに、特許文献１記載のものでは実際の施工時には支持材だけでなく断熱材も配管に固定する必要があるため、また、特許文献２記載のものでは金属板を全て金属パイプ溶接する必要があるため、何れも施工性が悪く、時間や人件費が多く必要となる。そして特許文献２記載のものでは、プレキャスト耐火物を具えるので、あらかじめ製造あるいは購入しておく必要があるため、補修時に備えて大量の在庫を保管する必要があるという不都合もある。

それゆえ本発明の課題は、断熱性能を向上させ、施工時間を短縮するとともに施工コストを削減し、かつ大量の在庫の保管を不要にする耐火物構造体を提案することにある。

上記課題を有利に解決する本発明の耐火物構造体は、
金属パイプを被覆する耐火物と、
前記耐火物を前記金属パイプに支持する支持材と、
を具えるものであって、
前記支持材が、
前記耐火物の内側で前記金属パイプを被覆する断熱部材と、
前記断熱部材を囲繞して前記金属パイプの周囲に固定する囲繞部材と、
前記囲繞部材に突設されて前記耐火物に埋め込まれるスタッドと、
を有し、
前記囲繞部材は、耐熱性を持つとともに、一端部と他端部とに掛合部を持つ有端の部材であり、
前記囲繞部材は、１つの囲繞部材の前記一端部と他端部との掛合部が互いに掛合することで前記断熱部材を締め付けて前記金属パイプの周囲に固定することを特徴としている。

本発明の耐火物構造体にあっては、耐火物が金属パイプを被覆し、支持材を構成する部材のうち、断熱部材が耐火物の内側で金属パイプを被覆し、囲繞部材が断熱部材を囲繞して金属パイプの周囲に固定し、囲繞部材に突設されたスタッドが耐火物に埋め込まれてその耐火物に一体的に結合されることで、支持材が耐火物を金属パイプに支持する。

従って、本発明の耐火物構造体によれば、金属パイプに直接接触するのは断熱部材だけであるので、断熱性能を向上させることができ、また、スタッドが突設された囲繞部材で断熱部材を囲繞して金属パイプの周囲に固定し、そのスタッドを埋め込むように耐火物を施工すればよいので、施工時間を短縮するとともに施工コストを削減することができ、しかも必要に応じて、囲繞部材に突設されたスタッドを埋め込むように耐火物を施工すればよいので、大量の在庫の保管を不要にすることができる。

さらに、本発明の耐火物構造体においては、前記囲繞部材は、耐熱性を持つとともに、一端部と他端部とに互いに掛合する掛合部を持つ有端の部材であるので、金属パイプの周囲に囲繞部材で断熱部材を固定する際に確実かつ容易に固定することができる。

なお、前記囲繞部材は、帯状もしくは紐状の部材であると、金属パイプの周囲に囲繞部材で断熱部材を固定する際に確実かつ容易に固定できるので好ましい。
ここで、前記帯状の部材の互いに掛合する掛合部は、互いに掛合するかぎ爪状部であってもよく、また、一方が穴部であるとともに他方がその穴部への挿通状態で折曲される舌状部であってもよい。

本発明の一実施形態の耐火物構造体を模式的に示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記実施形態の耐火物構造体における支持材を構成する支持帯およびスタッドの例をそれぞれ示す斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、上記実施形態の耐火物構造体における支持帯へのスタッドの固定方法をそれぞれ示す平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、従来の耐火物構造体および上記実施形態の耐火物構造体の断熱性能をそれぞれ示す説明図である。 従来の耐火物構造体の一例を模式的に示す断面図である。

図１は、本発明の一実施形態の耐火物構造体を模式的に示す断面図、また図２（ａ）および図２（ｂ）は、上記実施形態の耐火物構造体における支持材を構成する支持帯およびスタッドの例をそれぞれ示す斜視図であり、この実施形態の耐火物構造体は例えばウォーキングビーム型等の加熱炉内のスキッドパイプやスキッドビーム等を構成する金属パイプを被覆するために用いられるもので、金属パイプ１を被覆する耐火物２と、その耐火物２を金属パイプ１に支持する支持材３とを具えている。

ここで、支持材３は、耐火物２の内側で金属パイプ１をその長手方向および周方向に全体的に被覆する断熱部材としての層状の断熱材４と、その断熱材４を囲繞して金属パイプ１の周囲に固定する囲繞部材としての支持帯５と、その支持帯５に互いに間隔を空けて複数本、金属パイプ１の半径方向外方へ向けて突設され、耐火物２に埋め込まれてその耐火物に一体的に結合されるスタッド６と、を有している。断熱材４の材料としては、例えばアルミナファイバーやセラミックファイバー等のファイバーを用いることができる

図２（ａ）に示す支持帯５は、耐熱性を有するように例えば薄鋼板等で形成された有端の帯状板からなり、その長手方向の両端部には掛合部として、互いに掛合するかぎ爪状部５ａがそれぞれ形成されている。この支持帯５を、金属パイプ１の所定長さに亘って金属パイプ１の周囲を被覆した断熱材４の上に複数本、各々スタッド６を金属パイプ１の半径方向外方へ向けて突出させて、概略一定間隔をおいて巻き付け、両端部のかぎ爪状部５ａを互いに引き寄せて掛合させることで、この支持帯５は、断熱材４を金属パイプ１の周囲に適度な締付け力で固定することができる。

図２（ｂ）に示す支持帯５は、これも例えば薄鋼板等で形成された有端の帯状板からなり、その長手方向の一端部には掛合部として穴部５ｂが形成され、他端部には掛合部として差し込み型の舌状部５ｃが形成されている。この支持帯５を、同様に金属パイプ１の周囲を被覆した断熱材４の上に複数本、各々スタッド６を金属パイプ１の半径方向外方へ向けて突出させて、概略一定間隔をおいて巻き付け、一端部の穴部５ｂ内に他端部の舌状部５ｃを差し込んだ後にその舌状部５ｃの中間部をその舌状部５ｃの基部側に折曲してそれら穴部５ｂと舌状部５ｃとを互いに掛合させることで、この支持帯５も、断熱材４を金属パイプ１の周囲に適度な締付け力で固定することができる。

スタッド６は、各々例えば棒鋼あるいは鋳鋼等で例えばＹ字状に形成されて、互いに間隔を空けて支持帯５に突設されており、支持帯５へのこれらのスタッド６の基部の固定は、例えば図３（ａ）〜（ｃ）に示す如き方法で行うことができる。

図３（ａ）に示す方法では、支持帯５にスタッド６の基部よりも多少小径に開けた穴５ｄに雌ネジ５ｅを形成するとともにスタッド６の基部にその雌ネジ５ｅと螺合する雄ネジを形成し、そのスタッド６の基部の雄ネジを支持帯５の穴５ｄの雌ネジ５ｅにねじ込んで螺着する。

図３（ｂ）に示す方法では、支持帯５にスタッド６の基部と概略同径に開けた穴５ｄ内にスタッド６の基部を密に嵌合させた後、その基部と支持帯５とを溶接５ｆで固着する。

そして図３（ｃ）に示す方法では、支持帯５にスタッド６の基部より僅かに小径に開けた穴５ｄから支持帯５の縁まで切込み５ｇを形成し、その切込み５ｇを開くことで穴５ｄを拡径させながら穴５ｄ内にスタッド６の基部を圧入して固定する。

耐火物２は、キャスタブル耐火物が、断熱材４および支持帯５の周囲に設けられた図示しない型枠内に、支持帯５に金属パイプ１の半径方向外方へ向けて突設された複数本のスタッド６を埋め込むように流し込まれ、その後、養生されて固化することで、金属パイプ１および断熱材４を被覆する概略円筒状に施工され、これによりスタッド６は、その施工された耐火物２内に埋設される。

この実施形態の耐火物構造体にあっては、支持材３を構成する部材のうち、断熱材４が耐火物２の内側で金属パイプ１を被覆し、支持帯５が断熱材４を囲繞して金属パイプ１の周囲に固定し、支持帯５に突設されたスタッド６が耐火物２に埋め込まれてその耐火物２に一体的に結合されるので、支持材３が耐火物２を金属パイプ１に支持する。

そしてこの実施形態の耐火物構造体によれば、金属パイプ１に直接接触するのは断熱材４だけであるので、断熱性能を向上させることができ、また、スタッド６が突設された支持帯５で断熱材４を囲繞して金属パイプ１の周囲に固定し、そのスタッド６を埋め込むように耐火物１を施工すればよいので、施工時間を短縮するとともに施工コストを削減することができ、しかも必要に応じて、支持帯５に突設されたスタッド６を埋め込むように耐火物２を施工すればよいので、大量の在庫の保管を不要にすることができる。

さらに、この実施形態の耐火物構造体によれば、前記囲繞部材は、耐熱性を持つとともに、その一端部と他端部とに互いに掛合する掛合部としてのかぎ爪状部５ａを持ち、あるいは一端部に穴部５ｂを持つとともに他端部にその穴部５ｂと掛合する舌状部５ｃを持つ有端の支持帯５であることから、その支持帯５で、金属パイプ１の周囲に断熱材４を確実かつ容易に固定することができる。

（実施例）
図４（ａ）および図４（ｂ）は、従来の耐火物構造体および上記実施形態の一実施例の耐火物構造体の断熱性能をそれぞれ示す説明図である。この実施例では、図２（ｂ）に示す穴部５ｂと舌状部５ｃとを掛合部として持つ支持帯５を囲繞部材として準備した。断熱材４を巻きつけた金属パイプ１を準備し、その断熱材４の周囲に支持帯５を巻き付け、穴部５ｂと舌状部５ｃとを掛合させて断熱材４を締め付けた。締め付け後、金属パイプ１を持ち上げると断熱材４も同時に持ち上がることから、支持帯５のみで断熱材４を固定でき、耐火物構造体の施工時間が約半分に短縮できることを確認した。

また、断熱効果に関しては金属パイプに支持材が接触している場合としない場合で伝熱計算を行って比較した。伝熱計算時の従来の耐火物構造体は、特許文献１に記載のものと同様の構造とし、支持材として長さ１００[ｍｍ]で基部に雄ネジを持つＳＵＳ３１０製スタッド（熱伝導率１６[Ｗ／ｍ・Ｋ]）を、また耐火物として厚さ５０[ｍｍ]の不定形キャスタブル耐火物（熱伝導率１．０[Ｗ／ｍ・Ｋ]）を使用した（図４（ａ）参照）。一方、実施例の耐火物構造体は、断熱材として厚さ５０[ｍｍ]のアルミナファイバー層（熱伝導率０．２[Ｗ／ｍ・Ｋ]）を、また支持材として長さ５０[ｍｍ]のＳＵＳ３１０製スタッド（熱伝導率１６[Ｗ／ｍ・Ｋ]）を、そして耐火物として厚さ５０[ｍｍ]の不定形キャスタブル耐火物（熱伝導率１．０[Ｗ／ｍ・Ｋ]）を使用した(図４（ｂ）参照)。

支持材が金属パイプと直接接触している従来の耐火物構造体は、熱通過率が１７．８[Ｗ／ｍ^２・Ｋ]となる。これに対し、支持材が金属パイプに直接接触しない上記実施例の耐火物構造体は、熱通過率が３．３[Ｗ／ｍ^２・Ｋ]となる。従って、上記実施例の耐火物構造体は従来の耐火物構造体よりも断熱性能が優れていることがわかり、このことから、支持材が金属パイプに直接接触しない上記実施例の耐火物構造体では、耐火物の支持に使用されている支持材（スタッド）が多いものほど大きな効果が得られることがわかる。

以上、図示例に基づき説明したが、本発明の耐火物構造体は、上記例に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更し得るものであり、例えば囲繞部材は、耐熱性を持つ例えばカーボンファイバーやアルミナファイバー等の可撓性材料からなる有端の紐状部材であって、その両端部同士が例えば結び合わされたり一端部に設けた輪に他端部が通されて縛られたりすることで互いに掛合されて環状になるものでもよく、その場合に例えば縄状に編まれた紐状部材の編み目にスタッドの基部を挿通して固定してもよい。

また、例えば断熱部材は、囲繞部材やスタッドよりも熱伝導率が低い材料からなるものであれば足り、アルミナファイバーやセラミックファイバー等からなる通常の断熱材でなくてもよい。

本発明の耐火物構造体によれば、金属パイプに直接接触するのは断熱部材だけであるので、断熱性能を向上させることができ、また、スタッドが突設された囲繞部材で断熱部材を囲繞して金属パイプの周囲に固定し、そのスタッドを埋め込むように耐火物を施工すればよいので、施工時間を短縮するとともに施工コストを削減することができ、しかも必要に応じて、囲繞部材に突設されたスタッドを埋め込むように耐火物を施工すればよいので、大量の在庫の保管を不要にすることができる。

１ 金属パイプ
２ 耐火物
３ 支持材
４，１４ 断熱材
５ 支持帯
５ａ かぎ爪状部
５ｂ 穴部
５ｃ 舌状部
５ｄ 穴
５ｅ 雌ネジ
５ｆ 溶接
５ｇ 切込み
６，１３ スタッド
１１ リング状金物
１２ ボルト

Claims (5)

1. 金属パイプを被覆する耐火物と、
   前記耐火物を前記金属パイプに支持する支持材と、
   を具える耐火物構造体において、
   前記支持材が、
   前記耐火物の内側で前記金属パイプを被覆する断熱部材と、
   前記断熱部材を囲繞して前記金属パイプの周囲に固定する囲繞部材と、
   前記囲繞部材に突設されて前記耐火物に埋め込まれるスタッドと、
   を有し、
   前記囲繞部材は、耐熱性を持つとともに、一端部と他端部とに掛合部を持つ有端の部材であり、
   前記囲繞部材は、１つの囲繞部材の前記一端部と他端部との掛合部が互いに掛合することで前記断熱部材を締め付けて前記金属パイプの周囲に固定することを特徴とする耐火物構造体。
2. 前記囲繞部材は、帯状部材であることを特徴とする、請求項１記載の耐火物構造体。
3. 前記囲繞部材は、紐状部材であることを特徴とする、請求項１記載の耐火物構造体。
4. 前記互いに掛合する掛合部は、互いに掛合するかぎ爪状部であることを特徴とする、請求項２記載の耐火物構造体。
5. 前記互いに掛合する掛合部は、一方が穴部であるとともに他方がその穴部への挿通状態で折曲される舌状部であることを特徴とする、請求項２記載の耐火物構造体。

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