JPH0375560A - 耐熱保護管の性能向上方法及び耐熱保護管 - 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〕 本発明は溶融金属等の試料採取並びに測温、成分測定と
いった場合に使用されるプローブの耐熱保護管の改良に
関し、更に詳しくはその耐熱性能、遮熱性能といった諸
性能を向上させる方法及びそのような耐熱性能、遮熱性
能を著しく向上させた耐熱保護管に関する。

〔従来の技術〕

従来、前記のような耐熱保護管としては石綿管、又はセ
ラくツクファイバー管等が用いられてきた。

しかし、石綿については発癌性があることが指摘されて
その使用が禁止される傾向にある。又、セラミックファ
イバー管については、本出願人は先の出願に係る特開昭
６３−１９０９９２号に示されるセラ主ツタシートを焼
成せずこれに加熱発泡材を介在せしめる方法や、多孔質
粉体である珪藻土の熱遮断効率の高さを利用した耐熱保
護管を提案している。

上記のような耐熱保護管は耐スプラッシュ性に優れ、安
定して使用でき、且つ相当時間の耐火、断熱性能が知見
されている反面、断熱性に優れる材料、即ち耐火層を構
成する材料の導熱が悪いということは、言い変えるとそ
れだけ保熱性がよいということであり、溶銑、溶鋼への
浸漬時は何ら問題はないが、使用後これを放置しておく
と、保温性がよいだけに保護管は冷却されに＜＜、高温
状態が続くことによる二次加熱により、特に紙管を内在
する場合には咳紙管表面を炭化させ、耐火層部材を紙管
から剥落せしめてしまい再使用は不可能となる。又、ス
プラッシュ防止のために耐火層自体を不活性にしている
ため、使用後溶融金属から引き抜く時にスラグや溶融金
属等を付着させたまま取り出されてくるので、これら付
着物により保護管の重量が増大して引き抜き時の作業負
荷が増大するだけでなく、前記付着物により保護管の外
径が極端に大きくなったりして作業性や危険性にも問題
があるうえに、これらの付着物の熱容量により保温性が
更に高められ、内部の紙管の炭化をより助長せしめてし
まう結果となる。又、経済的にも１３００℃〜１５００
℃程度の比較的低温度の範囲で使用される場合、複数回
の使用に対応できることが要望されるが、前記のような
理由により反復使用は不可能であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記のような問題点に鑑み、高耐熱性であり高
温条件下での使用に充分耐えうるとともに、高断熱性に
基づく保温作用による二次加熱及び内部への熱の伝播を
防止し、且つスラグや溶融金属等が付着し難くすること
により、紙管を内在させたときにも咳紙管の炭化を防止
して反復使用可能とした経済的な耐熱保護管を提供せん
とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記の如く、従来においては溶融金属の破壊的な高温に
対し、これら溶融金属と耐火層を構成する耐火断熱材料
との間の諸反応、特に耐火断熱材料と溶融金属との界面
におけるスプラッシュ現象を抑制させ、耐火断熱材料の
断熱傾斜角を大きくすることに保護管改良の主眼が置か
れていた。しかし、多くの場合、前述の如く断熱材の断
熱傾斜角を大きくする程、耐火断熱材料の保温性が高め
られ、相当量の高熱が二次加熱として耐火層内部に伝播
され、紙管を耐火層に内在する場合、紙の層が燃損して
しまう程の乾留温度が伝播されている。ところが、石綿
管では内在紙管には乾留温度が伝播されず耐火層表面の
剥落のみが知見されており、溶銑等の比較的熔融温度の
低い場合には複数回の使用が可能である。このように石
綿の場合、物性破壊温度をはるかに超越する温度雰囲気
のなかで実際使用に対応しうるのに対し、石綿よりも耐
火度の高いセラミックファイバー等が対応できていない
。この原因としては、石綿の加熱減量（１７〜２０％）
が考えられる。即ち、石綿の結晶構造中には多量の結晶
水及び水酸基を含有しており、そのうえシート抄造時の
分散媒体としての水、石綿管造管時の吸湿等の様々な水
の関与により成りたっている。そしてこの石綿管は、そ
の使用時においては抄紙時、造管時等の一次、二次加工
の水は発散されているものの、結晶構造中の結晶水等は
脱水されず使用にあたっても保持されたままであり、こ
の結晶水が使用時における溶融金属等の高温雰囲気下で
始めて脱水される。即ち、石綿は常温から物性破壊温度
まで非常に効率よく脱水し、熔融金属との界面で発水に
よるスプラッシュ現象を誘発し、このスプラッシュのつ
くる空気層により効果的に断熱するとともに、耐火層内
部に対しては脱水吸熱作用を奏していると理解される。

前記石綿における結晶水の脱水は、石綿のグラス転位温
度に近く約９００℃以上においても前述の如き機能を有
する。そして脱水完了後の石綿結晶体は、破壊的雰囲気
にさらされてバライカに転位して飛散してしまう。この
ことは使用後の石綿耐火層の痩せを観察しても理解され
る。このような現象はセラミックファイバー或いは珪藻
上等の耐火物では認められず、石綿におけるスプラッシ
ュ等の活性な反応による界面断熱効果が、これらセラミ
ックファイバー等と石綿との間の断熱性能における差異
を生ぜしめていると理解できる。そのうえ、高温溶融金
属より引き上げたセラミックファイバー管或いは珪藻土
管にはスラグ等の不純物が附着し、前述の如く二次的に
加熱時間が延長され、紙管を内在させた時には紙の層を
炭化させてしまうが、石綿においては前記の如きスプラ
ッシュによる界面のクリーニング効果があり、スラグの
附着がみられず、従って二次加熱による紙管の炭化とい
った問題も起こらない。

このように石綿の場合は脱水された結晶水の水蒸気が、
外に向かっては溶融金属の強熱に反応してスプラッシュ
現象として発現する膨張気体によって溶融金属と耐火層
との界を遮断する間隙を形成し、この界面に発生した間
隙で溶融金属の保持している破壊的な強熱が断層的に遮
断され、耐火層内部への伝熱を遮断する。一方、耐火層
内部に向かった水蒸気は、石綿の孔質繊維状結晶体の間
隙、或いは孔質部分にとり込まれて再蒸発することによ
り吸熱効果を招来して石綿本体の破壊より保護し、更に
紙管部分を内在する場合は紙管の有機質繊維の乾留を妨
げる原因ともなっている。

本発明は上記のような石綿の有する優れた長所の機構を
知見したことに基づき、これらの長所を安全、且つ無害
なセラ主ツクファイバー管又は珪藻土管等の耐火材に応
用しようとするものである。

即ち、不活性で耐火断熱性が高く、且つ石綿のように健
康上の問題もなく安全なセラ主ツクファイバー、グラス
ファイバー或いは珪藻上等の耐火材に、上記石綿におい
て知見される脱水吸熱作用、並びにスプラッシュ現象に
よる界面断熱効果、及び阻スラグ性を付与することによ
り、これらセラミックファイバー、グラスファイバー、
或いは珪藻上等の本来有する高不反応性、高傾斜断熱性
を合わせ持つ、高性能の耐熱保護管を提供せんとするも
のであり、その要旨とするところは、上記のような耐熱
保護管における耐火層、又は該耐火層を構成するセラミ
ックファイバー、グラスファイバー或いは珪藻上等の耐
火断熱材料に、加熱脱水材を介在せしめることにより、
該耐熱保護管を高温状態下においたときに生ずる加熱脱
水材の脱水吸熱作用、並びに耐火材表面における溶融金
属との界面のスプラッシュ現象による界面断熱効果及び
クリーニング効果により、耐熱保護管の耐熱性能及び遮
熱性能を向上させてなることを特徴とする耐熱保護管の
性能向上方法である。

そして、前記加熱脱水材料としては、比較的低温度で脱
水する水酸化アルミニウム、沸石等、或いは高温で脱水
する非焼成カオリン、生タルク等の結晶水及び水酸基を
有する無機粉体等が用いられる。更に、前記の如く比較
的低温度で脱水するものと高温度で脱水するものとを組
み合わせることにより、加熱脱水材による脱水吸熱時間
、及びスプラッシュ現象を調節することができる。

又、前記方法において、耐火層を構成する耐火断熱材料
に、前記加熱脱水材とともに不活性な多孔質粉体又は無
機発泡体を介在させることにより、この多孔質粉体又は
無機発泡材の気泡による断熱効果を利用して加熱脱水材
の急激な脱水を抑制し、継続した脱水吸熱作用と耐熱保
護管表面における溶融金属との界面で適度のスプラッシ
ュ現象を誘発させることも有効である。

そして具体的な耐熱保護管の構成としては、サンプラー
又は熱電対等を内装する紙管の外周面に、上記の如き加
熱発泡材を介在せしめてなる耐火断熱材料を一体に形成
したり、又はこの耐火断熱材料としてシート材を用い、
これを前記紙管に巻回する等の方法がある。そして、前
記シート状耐火材に加熱脱水材を介在させる方法として
は、シート材に加熱脱水材を適宜含浸してシート材繊維
間に加熱脱水材を介在させたり、又はシート材の抄造時
に加熱脱水材を同時に抄き込んだり、或いはシート材表
面に適宜加熱脱水材を塗布等の方法により附着させる、
更には耐火断熱材料にて構成される耐火層と該耐火層に
内在させた紙管との間に加熱脱水材層を形成する等、各
種の方法が採用されうる。

〔作　用〕

前記の如き加熱脱水材としての水酸化アル主ニウム（Ａ
１２０□　・３　Ｈ２０）は、これを耐熱保護管の耐火
層に介在させて強熱雰囲気におくと、約３００℃で脱水
開始して耐火層内部で激しい吸熱現象をひき起こす。次
に脱水の完了した水酸化アルミニウムはアルミン酸塩等
に転換するが、耐熱保護管における耐火層を構成する耐
火断熱材料としてセラＥ７タフアイバー（４１２０ｍ　
−３ｉＯ２）又は珪藻土を用い、これら耐火材のバイン
ダーとしてコロイダルシリカ、ケイ酸ソーダ等を用いる
と、前記脱水完了後の水酸化アルミニウムはこれらバイ
ンダー成分のケイ素（Ｓｔ）分と結合し、かなりの部分
がケイ酸アルミニウムに転換することにより、前記セラ
ミックファイバー、珪藻上等の高不活性な耐火断熱材料
とともに、この生成されたケイ酸アルミニウムが耐火層
における溶融金属との界面直下での高耐熱性に貢献する
こととなる。この事は、このものが、石綿のように脱水
後不活性な物質に転移し、界面でのスプラッシュ反応に
より飛散して外径が減退するといった現象がみられず、
又、珪藻土単体で用いた場合に起こる耐火層表面のかな
りのガラス質化よりもはるかに程度が低い、といったこ
とからも、このものの耐火性能が優れていることがわか
る。

上記の如く耐火断熱材料としてのセラミックファイバー
、グラスファイバー等の無機繊維あるいは珪藻土等の無
機粉体等の不活性な耐火材料の繊維・粉体の担体あるい
はこれらの混合体に、前記の如き加熱することにより脱
水する機能を有する物質を配合し、これを熔融金属等の
高温雰囲気下におくと、例えば水酸化アル主ニウムは前
記の如く膨大な量の水を脱水し、又、沸石は結晶構造中
の沸石水を完本し、吸熱効果をもたらす。そして、これ
ら脱水された水分子は耐火断熱材料としての無機繊維の
繊維間あるいは無機粉体の粒子間、多孔質繊維状結晶体
、又は板状結晶体、珪藻土のような石化多孔質体の場合
であればその細孔部分に捕捉されることにより、急激な
脱水による大スプラッシュを誘発することを防止して再
蒸散によるこれら無機耐火材料の吸熱をすることで本来
ガラス質に転移すべき破壊的温度到達を飛躍的に遅延せ
しめることとなるのである。

又、前記の如き加熱脱水材料と、高温域で脱水開始する
物質を適宜配合することによって、更に前記諸反応を調
節し、これを長時間持続させることが可能となる。

石綿の場合は前述の如く常温より物性破壊温度まで効率
よく脱水し、界面断熱効果、紙管部分の吸熱といった結
果を表しているが、比較的低温度では結晶水の脱水によ
ってその効果を保存しているがガラス転移点を通過する
温度になると分子レベルでの水酸基の脱水により前記諸
反応が引き継がれることになる。水酸化アルミニウムの
水分子にしても、又、沸石の水にしても比較的低温度に
て脱水完了してしまうので、石綿のように長時間の脱水
効果はない。そこで高温にて脱水開始する非焼成無機物
質等を配合することで広い領域の温度の範囲でこれら諸
反応を発揮することができるものであり、本発明におい
てはこのような高温脱水材として非焼成カオリン、生タ
ルク等を用いている。

又、更に耐火断熱材料に、上記した加熱脱水材とともに
珪藻土等の不活性な多孔質粉体を同時に介在させること
により、その気孔による断熱効果により、又は珪酸ソー
ダの如き無機発泡材を介在させたときにはこれを高温条
件下におくことでこれら無機発泡材が加熱発泡されて発
生する気泡の断熱効果により、耐火層における断熱効果
を向上させるとともに、加熱脱水材の急激な脱水を防止
して適当なスプラッシュ現象と脱水吸熱効果とを効果的
に持続させうるものである。

〔実施例〕

以下、実施例を説明するが、本発明はこれら実施例に何
ら限定されるものではない。

随立班 下記に示すものは、本発明に係る耐熱保護管の耐火層の
構成成分の配合例である。

■第１配合例 珪藻上　　　　　　　　　　３７．５％水酸化アルミニ
ウム　　　　２３．０％非非焼カカオリン　　　　　２
３．０％コロイダルシリカ　　　　　１１．０％セラ主
ラックファイバー　　　４．２％グラスファイバー　　
　　　　１．７％■第２配合例 沸石（ゼオライト）　　　　　　７０％セラミックファ
イバー　　　１０％ グラスファイバー　　　　　　３％ コロイダルシリカ　　　　　１５％ アタパルジャイト （コロイダルウィスカー）　　　２％ ■第３配合例 沸石 グラスファイバー コロイダルシリカ アタパルジャイト ■第４配合例 珪藻上 コロイダルシリカ セラ主ツタファイバー グラスファイバー アクパルジャイト ■第５配合例 珪藻土 セラ主ツタファイバー グラスファイバー ケイ酸ソーダ アクパルジャイト ６０％ １０％ ２０％ ３％ ７０％ １５％ １０％ ３％ ２％ ６０％ １０％ ３％ ２３％ ３％ そして第１図〜第５図は上記の如き配合で構成される耐
火層を紙管に外装した状態の実施例説明図である。

第１図、第２図は、水酸化アルミニウム、沸石、又は非
焼成カオリン等の加熱脱水材１を含浸又は混抄したセラ
ミックシート等の耐火シート材２を紙管３に巻回したも
のであり、第６図はその断面説明図である。第３図、第
４図は同じく紙管３とセラミックシート等の耐火シート
材２との間に、加熱脱水材１を混抄等してなるシート材
等にて加熱脱水材層５を形成してなるものであり、第７
図はその断面説明図である。そして第５図に示したもの
は、加熱脱水材１を混合した耐火断熱材層６を射出成形
により紙管３外周面に一体成形したものであり、第８図
がその断面説明図である。

上記の如くして製作した耐熱保護管を、１６４０℃の溶
鋼に浸漬したところ石綿と同程度のスプラ・ノシュが誘
発され、６秒経過後、観察したところ、表面輝度の減退
も従来のセラミ・ンクファイノマー管及び珪藻土管より
遥かに迅速であり、且つ耐火層表面へのスラグ等の不純
物の付着もなく、又、石綿管のように耐火断熱層の痩せ
も観察されなかつた。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、耐熱保護管の耐火層、
又はこれを構成する耐火断熱材料に、加熱脱水材を介在
させ、従来より極力回避されて来た溶融金属と耐火層と
の間の諸反応、特にスプラッシュ現象を制御しながら発
現させることにより、これを高温条件下においたときに
耐火層内部における前記加熱脱水材の脱水吸熱作用、並
びに耐火層と溶融金属等との界面における適度のスプラ
ッシュ現象により発生する空気層による断熱効果及び該
スプラフシュによる耐火層表面のクリーニング作用によ
る阻スラグ性により、耐熱性能及び遮熱性能といった諸
性能を高度に向上させた耐熱保護管を提供しうるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明に係る耐熱保護管の実施例説明
用斜視図、第６図は第１図又は第２図に示した耐熱保護
管の縦断面説明図、第７図は第３図又は第４図に示した
耐熱保護管の縦断面説明図、第８図は第５図に示した耐
熱保護管の縦断面説明図である。 １：加熱脱水材　　　２：耐火シート材３：紙管　　　
　　　５：加熱脱水材層５：耐火断熱材層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）耐熱保護管の耐火層又は該耐火層を構成する耐火断
   熱材料に加熱脱水材を介在させることにより、該耐熱保
   護管を高温状態下においたときに生ずる前記加熱脱水材
   の耐火層内部における脱水吸熱作用及び耐火層表面にお
   ける溶融金属との界面のスプラッシュ現象による界面断
   熱効果及びクリーニング効果を利用してなる耐熱保護管
   の性能向上方法。 ２）加熱脱水材として、水酸化アルミニウム、沸石等を
   用いてなる特許請求の範囲第１項記載の耐熱保護管の性
   能向上方法。 ３）加熱脱水材として、高温で脱水する非焼成カオリン
   、生タルク等の結晶水及び水酸基を有する無機粉体を用
   いてなる特許請求の範囲第１項記載の耐熱保護管の性能
   向上方法。４）加熱脱水材として、比較的低温度にて脱
   水するものと高温度で脱水するものとを組み合わせるこ
   とにより、脱水吸熱時間及びスプラッシュ現象を調節す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の耐熱保
   護管の性能向上方法。 ５）耐火層を構成する耐火断熱材料に加熱脱水材ととに
   も不活性な多孔質粉体又は無機発泡材を介在させること
   により、前記多孔質粉体又は無機発泡材の気泡による断
   熱効果を利用して加熱脱水材の急激な脱水を抑制し、加
   熱脱水材による耐火層内部における継続した脱水吸熱作
   用と耐火層表面における溶融金属との界面で適度のスプ
   ラッシュ現象を誘発することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項〜第４項記載の耐熱保護管の性能向上方法。 ６）耐火層を構成する耐火断熱材料に加熱脱水材を介在
   させてなることを特徴とする耐熱保護管。 ７）加熱脱水材として、水酸化アルミニウム、沸石等を
   用いてなる特許請求の範囲第６項記載の耐熱保護管。 ８）加熱脱水材として、非焼成カオリン、生タルク等の
   結晶水及び水酸基を有し高温度で脱水するものを用いて
   なる特許請求の範囲第６項記載の耐熱保護管。 ９）加熱脱水材として比較的低温度で脱水するものと高
   温度で脱水するものとを組み合わせて用いてなる特許請
   求の範囲第６項記載の耐熱保護管。 １０）耐火断熱材料に、加熱脱水材とともに不活性な多
   孔質粉体又は無機発泡材を介在させてなる特許請求の範
   囲第６項記載の耐熱保護管。 １１）加熱脱水材を介在させた耐火断熱材料を紙管外周
   面に一体成形してなることを特徴とする特許請求の範囲
   第６項〜第１０項記載の耐熱保護管。 １２）耐火断熱材料としてセラミックファイバーシート
   又はグラスファイバーシート等の耐火シート材を用い、
   これに適宜加熱脱水材を含浸してシート材繊維間に加熱
   脱水材を介在させ、該耐火シート材を紙管に巻回してな
   ることを特徴とする特許請求の範囲第６項〜第１０項記
   載の耐熱保護管。 １３）耐火断熱材料としてセラックファイバー又はグラ
   スファイバー等の耐火シート材を用い、該セラミックフ
   ァイバー又はグラスファイバーシートを抄造する際に加
   熱脱水材を抄き込んでシート材繊維間に加熱脱水材を介
   在させ、これを紙管に巻回してなることを特徴とする特
   許請求の範囲第６項〜第１０項記載の耐熱保護管。 １４）耐火断熱材料としてセラミックファイバーシート
   又はグラスファイバーシート等の耐火シート材を用い、
   その表面に適宜液状とした加熱脱水材を塗布等により附
   着させ、これを紙管に巻回してなることを特徴とする特
   許請求の範囲第１０項記載の耐熱保護管。 １５）耐火断熱材料にて構成される耐火層と該耐火層に
   内在させた紙管との間に、加熱脱水材層を形成してなる
   特許請求の範囲第６項〜第１０項記載の耐熱保護管。