JPH02233576A - 高温雰囲気炉用炉壁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、焼成炉等の高温雰囲気炉に用いられる炉壁に
関する。

［従来の技術］ 焼成炉等の高温雰囲気炉内部は、苛酷な高温条件ドに曝
される。このため、炉自体を保護するための手段として
、耐熱性に優れた耐火レンガで形成された炉壁が内張リ
されている。この耐火レンガ製炉壁には、特に耐スポー
リング性および耐ガス成分侵入性が要求される。

スポーリングとは、耐火物が熱衝撃あるいは構造的な原
因により、割れを起こして損壊する現象をいう。熱衝撃
によるスポーリング（以下、熱的スポーリングという）
は、急熱急冷時の熱応力によって発生する。この熱応力
は、レンガの内外に生じる温度差に起因するものである
。また、構造，的原因によるスポーリング（以下、構造
的スポーリングという）は、主にガス成分の侵入によっ
て発生する。即ち、耐火物多孔体に侵入したガス成分は
、母材レンガによって冷却され凝縮し、耐火物多孔体中
に蓄積される。このガス成分凝縮物、あるいはガス成分
との反応生成物によって周囲の母材レンガに熱応力が発
生し、母材レンガの損壊が生じる。また、雰囲気中のナ
トリウムやカリウムが耐火物多孔体内に凝縮すると、こ
れらナトリウムまたはカリウムが周囲の母材レンガと反
応して低融点化合物を生成し、溶損を生じさせてしまう
。

このように、従来の高温雰囲気炉は、炉壁耐火物がスポ
ーリングあるいは溶損を起こすため寿命が短いという問
題点があった。

以前から、上記問題点を解決しようとする研究が数多く
なされ、アルミナ●シリカ質レンガなど耐熱的スポーリ
ング性が優れている耐火物が開発されてきた。現に、約
１５００乃至１６００℃に達する高温雰囲気炉の炉壁に
は、アルミナ拳シリカ質などのアルミナ系耐火物が、約
１７００℃以上の高温雰囲気炉にはグラフ７イトファイ
バー系耐火物が用いられ、かなりの成績をあげている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記耐火物の気孔率は約３５乃至６０容
積９６とかなり多孔質であるため、ガス成分が侵入・凝
縮し昂く、満足できる耐構造的スポーリング性は得られ
ていなかった。また、グラファイトファイバーなどは炭
素が酸化しやすいため、使用雰囲気が制限されるという
欠点があった。

一般的に、耐ガス成分侵入性を向上させるためには耐火
物をち密化すればよいが、ち密化すると熱的スポーリン
グが起り易くなってしまう。このように耐ガス成分侵入
性と耐スポーリング性の双方を向上させることは困難な
こととされている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、耐スポ
ーリング性および耐ガス成分侵入性に優れ、長期操業可
能な高温雰囲気炉用炉壁を提供することを目的とする。

［課題を解決するための千段］ 本発明の目的は、耐火物多孔体に、その耐火物の重量に
対して１乃至９０重量％の金属を含浸させた金属含浸耐
大物で形成されていることを特徴とする＾温雰囲気炉用
炉壁によって達成される。

なお、本発明において高温雰囲気炉とは、炉内が約５０
０℃以上のＡｍになる炉のことであり、例えばＣＡＬ，
セラミック焼成炉、および石灰焼成炉などがある。

［作１１１コ 本発明の高温雰囲気炉用炉壁は、金属含浸耐大物で形成
されているものである。金属含浸耐大物は、耐火物多孔
体に金属を含浸させたものであり、その見掛け気孔率は
通常の耐火物の見掛け気孔率より小さくすることができ
る。したがって、ガス成分の侵入を防ぐことができ、耐
構造的スポーリング性を向上させることができる。また
、ガス成分による溶損も抑制することができる。さらに
、金属を含浸させることによって耐火物の熱伝導性が向
上するので熱の分散性がよくなり、耐火物の内外に温度
差が生じ難いので、熱膨脹差による歪みも生じ難い。加
えて、耐火物に金属を含浸させることにより、加熱冷却
による耐火物の弾性率低下が抑制されるので、歪みに対
する抵抗力低下も小さい。これらの理由から、耐熱的ス
ポーリング性が向上する。

このように、本発明に係る高温雰囲気用炉壁は、耐スポ
ーリング性および耐ガス成分侵入性が改善された耐火物
で形成されているので、長期間の操業が可能となる。

［実施例〕 以下、図面を参照しながら、本発明をより具体的に説明
する。

第１図は、本発明の炉壁が適用される高温雰囲気炉の一
実施例を示した概略図である。

炉体１は、例えば鉄などの金属からなり、高忍雰囲気炉
の外形を形成している。炉体１の内側には、後で詳細に
説明する金属含浸耐大物で形成された炉壁２が内優りさ
れている。

炉体１の側壁下部には、ガス供給管３が設けられている
。このガス供給管３は、図示しないガス供給源に連結さ
れており、ヘリウムやアルゴンなどの不活性ガス、窒素
ガスまたは一酸化炭素ガスなどの雰囲気ガスを炉内に導
入するためのものである。また、炉体１の他方の側壁下
部には、炉内に導入されたガスを排出するためのガス排
出管４が設けられている。炉壁２の内側または内部には
、加熱手段としてのヒータ（図示せず）が設けられてお
り、このヒーターに電圧を供給することにより、炉内を
例えば１５００℃以上の高温に保持することができる。

このように構成された高温雰囲気炉においては、まず加
熱処理すべき物質を炉内に入れ、ガス供給源からガス供
給管３を介して適宜のガスを炉内に供給して炉内を所望
の雰囲気下に保持する。次いで、ヒーターによって炉内
を加熱して処理を行なう。

次に、炉壁２を構成する金属含浸耐大物について詳細に
説明する。

本明細書中において金属含浸耐火物とは、耐火物多孔体
中に金属を含浸させた耐火物のことをいう。

金属を含浸させる耐火物多孔体には、例えばマグネシア
質レンガやアルミナ・シリカ質レンガなど、いずれの耐
火物をも用いることができる。また、レンガは焼成され
たものであっても、不焼成のものでもよく、使用条件な
どを考慮して適宜選択すればよい。

含浸させる金属は、どのような金属でもよく、例えば鉄
、ステンレス、鉛、スズ、アルミニウム、銅、クロム、
ニッケルなどが挙げられる。また、これらの金属の混合
物であってもよい。

金属含浸量は、その耐火物の重量に対してＩ　Ｊ’＋至
９０！ｆｉｆｆｉ％の範囲内で、所望の効果が得られる
よう選択する。このような範囲に限定した理由は、一般
に耐火物は３容積％以上の気孔を有しており、その気孔
を充填するのに必要な含ｆｆｌｆｆｉが１重量％以上で
あり、また耐火物の成形強度を維持しつつ含浸し得る金
属の最大量が９０重量％だからである。

耐火物多孔体に金属を含浸させる方法は特に限定されな
いが、例えば以下の方法を用いることができる。

まず、耐火物を約１０００〜１３００℃に予熱して脱気
する。その後、溶融金属を含んだホットメタルバス中に
浸漬し加圧する。この方法により、耐火物多孔体に金属
を含浸させることができる。

例えば、気孔率５乃至２５９６の耐火物の気孔率を、上
述の方法により、約２％以下に低減することができる。

以下、本発明の高温雰囲気炉の炉壁として用いられる金
属含浸耐火物を実際に製造して試験した結果について詳
細に説明する。

金属含浸耐火物サンプルの製造方法 以下の試験においては、ア，ルミナ・シリカレンガを予
め約１４００〜１７００℃に加熱し、次いで、脱気を行
ない気孔内のガスを抜いた後、レンガを名鉄に浸漬し加
圧することによって金属含浸耐大物サンプルを得た。

耐ガス成分侵入性 第２図は、金属含浸耐火物サンプルにおける金属含浸量
と、その見掛け気孔率との関係を示した図である。

この図においては、見掛け気孔率がそれぞれ２２容積％
、１３容積９６および８容積％の耐火物に、上述の方法
により鉄を含浸させたサンプルについて示す。この図か
ら、金属含浸量が増加するほど金属含浸耐火物サンプル
の見掛け気孔率が低下することがわかった。とくに、鉄
含浸量が約１乃至２０重量％の範囲では、急激に見掛け
気孔率が低下することがわかった。

見掛け気孔率が小さいほどガス成分の侵入が困難となる
ので、鉄含浸量が多いほど耐ガス成分侵入性が向上し、
母材レンガの溶損を防止できることが期待される。

これとは別に、見掛け気孔率３０容積％アルミナ１シリ
カレンガに、０乃至６５重ｍ％の鉄を含浸させた複数の
耐火物サンプルを製造した。これら耐火物サンプルを焼
成炉の炉壁に用いた。焼成炉内に１０ｋｇのカリウムを
装入し、金属を含浸させた耐火物をカリウム雰囲気に暴
露した。

炉内側の温度は約１３５０℃であり、炉外側（鉄皮側）
の温度は約５００℃である。つまり、レンガの炉内側か
ら炉外側にかけて温度勾配は負となっている。炉内側の
温度ではカリウムは気体として存在することができるが
、耐火物多孔体内に佼大していくと、温度の低下により
凝縮し気孔内に蓄積される。このカリウム凝縮量と金属
含浸量との関係を調べ、結果を第３図に示した。この図
において、縦軸はカリウム凝縮量を耐火物に対するｆｆ
ｉ量％で表わしており、また横軸は金属含浸量を表わし
ている。第３図に示すように、金属含浸瓜が増加するほ
ど、カリウム凝縮量が低下することが確認された。これ
は、金属含浸量が増加することにより、耐火物の見掛け
気孔率が低下したためと考えられる。とくに、鉄含浸量
が２０乃至４０重量％の範囲内で急激にカリウム凝縮量
が低下する。カリウム凝縮量が低下することにより、レ
ンガ母材の溶損およびそれにけう損壊を防止することが
できる。

第２図および第３図から、耐火物多孔体に金属を含浸さ
せることにより、耐火物の見掛け気孔率を低下させるこ
とができ、それ故にガス成分の侵入・凝縮を防止できる
ことが確認された。

耐構造的スポーリング性および耐溶損性前述の方法に従
い、見掛け気孔率１８容積％のアルミナ・シリカレンガ
（シリカ含有ｆｉｌ：４０重量９６）に、それぞれ２０
重量％、４０蚤量％の鉄を含浸させた２つの金属含浸耐
火物サンプルを製造した。

これら鉄を含浸させたアルミナ争シリカレンガサンプル
を、セラミックス焼成炉の炉壁として使用した。また、
比較例として、鉄を含浸していないアルミナ・シリカレ
ンガサンプルも同様に使用した。

セラミックス焼成炉内は、一酸化炭素雰囲気であり、圧
力は１気圧、環境温度は約１２００℃であった。使用時
間はＯ乃至２００時間の範囲内で変化させ、サンプル中
に残っているシリカ含杓゜】を調べた。この結果を第４
図に示した。この図において、縦軸はサンプルに含有さ
れているシリカ含有量をｍ　Ｑ　％で表わしたものであ
り、横軸はサンプルをセラミックス焼成炉壁に使用した
時間である。

第４図によると、鉄を含浸させていないアルミナ佛シリ
カレンガサンプルは、時間の経過とともにシリカが溶損
していることがわかる。この比較例サンプルは、５４時
間使用後には炭素凝縮による亀裂の発生やシリカの溶損
による耐火物組織の脆化が認められた。

また、鉄を２０重瓜％含浸させたサンプルは、約１２０
乃至１３０時間までの使用では、シリカはほとんど溶損
していない。さらに、鉄を４０重量％含浸させたサンプ
ルは、２００時間使用してもシリカの溶損がほとんど起
らないことがわかった。

以上、耐火物多孔体に金属を含浸させることにより、耐
スポーリング性および耐ガス成分侵入性（すなわち、耐
溶損性）が向上することが確認された。

これらの金属含浸耐大物を高温雰囲気炉の内張りに用い
ることにより、長期間操業が可能になった。また、この
金属含浸耐大物を、例えば石炭液化用ガス配管などの高
温雰囲気に暴露される装置部分に適用することによって
、耐スポーリング性および耐ガス成分侵入性を向上させ
ることができる。

［発明の効果〕 本発明によれば、耐スポーリング性および耐ガス成分侵
入性に優れ、長期間操業司能な高温雰囲気炉用炉壁を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の炉壁が適用される高温雰囲気炉の一
例を示した概略図。 第２図は、金属含浸量と見掛け気孔率との関係を示した
図。 第３図は、金属含浸量と耐火物多孔体中のカリウム凝縮
口との関係を示した図。 第４図は、金属を含浸させたアルミナ・シリカレンガを
焼成炉壁に使用した時間と、アルミナ・シリカレンガに
含有されるシリカ含釘量との関係を示した図。 １・・・炉体、２・・・金属含浸耐火物出願人代理人　
弁理士　鈴注武彦 第 図 メタル含浸量（重量％） メタル含浸量（重量Ｘ） 第 図 加熱時間 （時間）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 耐火物多孔体に、その耐火物の重量に対して１乃至９０
   重量％の金属を含浸させた金属含浸耐火物で形成されて
   いることを特徴とする高温雰囲気炉用炉壁。