JP6862123B2

JP6862123B2 - 断熱構造体

Info

Publication number: JP6862123B2
Application number: JP2016153867A
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: 2021-04-21
Anticipated expiration: 2036-08-04
Also published as: TWI655403B; WO2018025719A1; JP2018021624A; TW201809568A

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被覆して断熱するための断熱構造体に関する。

かかる断熱構造体として、特許文献１に、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（スキッド）を複数のプレキャストブロック（分割ブロック）により被覆するものが開示されている。そしてこの特許文献１の断熱構造体では、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ないように、長手方向に隣り合うプレキャストブロック間に膨張代を設け、この膨張代にセラミックファイバー等の膨張吸収材を設置している。

しかし、本発明者らの試験によると、膨張吸収材としてセラミックファイバーを設置した場合、そのセラミックファイバーが最初の使用時の加熱により収縮する結果、隣り合うプレキャストブロック間に隙間が生じて断熱効果が低下する問題があることがわかった。

特開２０１３−１１２８３２号公報

本発明が解決しようとする課題は、複数のプレキャストブロックにより金属製の被覆対象物を被覆する断熱構造体において、隣り合うプレキャストブロック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にある。

上記課題を解決するため、本発明者らが隣り合うプレキャストブロック間の膨張代に設置する膨張吸収材の材質とプレキャストブロックの材質との関係に着目し検討を重ねた結果、プレキャストブロックの材質を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）としたうえで、膨張吸収材の材質をＡｌ_２Ｏ_３成分を７０質量％以上含有する繊維（アルミナ繊維）とすることで、最初の使用時の加熱により両者が反応して膨張し、これにより隣り合うプレキャストブロック間に設けた膨張代に使用時に隙間が生じることを抑制できることが判明した。

すなわち、本発明の一観点によれば、「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を、金属製の被覆対象物を被覆するように複数設置している断熱構造体において、隣り合うプレキャストブロック間に、Ａｌ_２Ｏ_３成分を７０質量％以上含有する繊維を設置していることを特徴とする断熱構造体」が提供される。

本発明の断熱構造体においては、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。

本発明の断熱構造体を適用した水冷スキッドパイプを示す斜視図である。図１のＩ−Ｉ断面図である。図１のII−II断面図である。図１の断熱構造体に使用したプレキャストブロックＡを示す斜視図である。図１の断熱構造体に使用したプレキャストブロックＢを示す斜視図である。

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に本発明の一実施形態として本発明の断熱構造体を適用した水冷スキッドパイプを示す。また、図２及び図３にはそれぞれ図１のＩ−Ｉ断面及びII−II断面を示し、図４及び図５にはそれぞれ図１の断熱構造体に使用したプレキャストブロックＡ及びＢを示している。

水冷スキッドパイプ１０は、鉛直方向に伸びる２本のスキッドポスト１１と水平方向に伸びる１本のスキッドビーム１２とからなり、スキッドポスト１１はプレキャストブロックＡで耐火被覆され、スキッドビーム１２はプレキャストブロックＢで耐火被覆されている。そして、隣り合うプレキャストブロックＡとＡの間、プレキャストブロック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が配置されている。

本実施形態においてプレキャストブロックＡ，Ｂは、いずれも金属板１とプレキャストブロック本体２を一体化したもので、金属板１とプレキャストブロック本体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）。

プレキャストブロックＡ，Ｂにおいて金属板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４のプレキャストブロック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２参照）を被覆可能な半円状の形状を有し、図５のプレキャストブロック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３参照）を被覆可能な部分楕円状の形状を有する。また、プレキャストブロックＡ，Ｂにおいてプレキャストブロック本体２は、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３を鉱物組成とした多孔質な断熱性骨材と、結合剤としてアルミナセメント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Ａ，Ｂを使用して、図１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２に示すように周方向に２個のプレキャストブロック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３に示すように周方向に２個のプレキャストブロック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、スキッドビーム１２の上部となるプレキャストブロックＢ，Ｂ間の間隙部分にはパッチング材４が充填され、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。

以上の構成において長手方向に隣り合うプレキャストブロックＡとＡの間、プレキャストブロックＢとＢの間には、前述のとおり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１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。繊維Ｃの厚みは２ｍｍ以上６ｍｍ以下程度が好ましい。
なお、周方向に隣り合うプレキャストブロックＡとＡの間、プレキャストブロックＢとＢの間にも繊維Ｃを設置してもよい。

また、本実施形態において繊維Ｃは、隣り合うプレキャストブロック間の全ての膨張代に設置したが、プレキャストブロックの実際の熱膨張挙動等を考慮して、一部の膨張代にのみ繊維Ｃを設置し、他の膨張代には通常の目地材を設置することもできる。

また、本実施形態においてプレキャストブロックは、金属板１とプレキャストブロック本体２を一体化したものとしたが、単純にプレキャストブロック本体のみからなるものとすることもできる。ただし、本実施形態のように金属板１とプレキャストブロック本体２を一体化したものを使用する場合、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２，３において、プレキャストブロック本体２の厚みと金属板１の長さの比（プレキャストブロック本体の厚み／金属板の長さ）は０．２以上０．４以下であることが好ましい。この比の数値が大きい（プレキャストブロック本体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本体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本体２の厚みが大きくなるに従い、プレキャストブロック本体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本体の厚みが大きくなるに従い、プレキャストブロック全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本体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本体２に亀裂が生じやすくなる。なお、「プレキャストブロック本体の厚み」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４と同じ半円筒状の２個のプレキャストブロックの上下間に厚み３ｍｍの繊維を挟み込んだ断熱構造体の試験体（表１の実施例１，２及び比較例１，２）について、１４００℃に加熱後４００℃に冷却する加熱冷却のサイクルを３回繰り返す試験を実施し、試験後にプレキャストブロックと繊維の隙間を測定した。表１では、隙間が１ｍｍ未満の場合を○、隙間が１ｍｍ以上の場合を×で表記した。

表１に示すように、ＣＡ６軽量キャスタブル（表１では単に「ＣＡ６」と表記した。）からなるプレキャストブロック間にＡｌ_２Ｏ_３成分を７０質量％以上含有する繊維を設置した実施例１，２では、隙間が１ｍｍ未満と良好であった。

これに対して、ＣＡ６軽量キャスタブルからなるプレキャストブロック間に設置した繊維のＡｌ_２Ｏ_３成分含有量が３５質量％以上と低い比較例１では、隙間が１ｍｍ以上となった。また、プレキャストブロックの材質としてＣＡ６軽量キャスタブルではなくアルミナ−シリカキャスタブルを使用した比較例２でも隙間が１ｍｍ以上となった。これらより、プレキャストブロックの材質とプレキャストブロック間の膨張代に設置する膨張吸収材としての繊維の材質との組合せが重要であることがわかる。

Ａ，Ｂプレキャストブロック
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
４５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

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を、金属製の被覆対象物を被覆するように複数設置している断熱構造体において、
隣り合うプレキャストブロック間に、Ａｌ_２Ｏ_３成分を７０質量％以上含有する繊維を設置していることを特徴とする断熱構造体。