JPH06103153B2

JPH06103153B2 - ロータリーキルン用耐火物

Info

Publication number: JPH06103153B2
Application number: JP12365489A
Authority: JP
Inventors: 英文市川; 浩白川; 昭男伊藤
Original assignee: NGK Insulators Ltd; NGK Adrec Co Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd; NGK Adrec Co Ltd
Priority date: 1989-05-16
Filing date: 1989-05-16
Publication date: 1994-12-14
Anticipated expiration: 2009-12-14
Also published as: JPH02302582A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明はロータリーキルンの内張りに使用されるロータ
リーキルン用耐火物に関する。

（従来の技術）従来より、例えばセメントや石灰製造用のロータリーキ
ルンにおいては、円筒状のシェルの内壁に耐火れんがを
内張りすることが行われていた。ところが、耐火れんが
は断熱性が十分ではないために、耐火れんがによる内張
りでは熱損失が大きくなる問題点があった。

そこで、耐火層と断熱層との二層構造を備える二層れん
がが従来より供されており、その具体例としては実開昭
55−75637号公報に記載されたものがある。これは、第
５図に示すように、炭化珪素製の耐火層１とこれとは異
種材質の断熱材層２とからなり、それらの境界面Ａは断
面において鋸歯状を呈するようにされている。この二層
れんが３は、第６図に示すように耐火層１側を内周側に
してシェル４に内張りされ、これにより低熱伝導性を備
えた断熱層２にて外周側への熱損失を抑えることができ
て省エネルギーを図ることができる。

また、耐火層と断熱層との二層構造を備える二層れんが
としては、他に、両層の境界部をいわゆるぼかし構造と
したものも知られている（美濃窯業K.K製品）。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、ロータリーキルン内において被焼成物は
シェル内を軸方向に移動するから、内張レンガにはその
方向に応力が生じやすいという事情がある。しかるに、
上記した従来の二層れんが３は、耐火層１と断熱層２と
の境界面Ａが鋸歯状の波形とはいえ、その波頭部がシェ
ル４の軸方向に連なる形態となっており、被焼成物の移
動に伴う応力に対してはこれに抗する方向ではなかっ
た。このため、キルンの操業時に被焼成物から二層れん
が３に作用する摩擦力によって、両層1,2が剥離して耐
火層１が脱落してしまう問題点があった。

また、このような機械的な外力だけでなく、両層1,2の
材質の違いによる熱膨張率の差が大きい場合にも、前述
のような剥離現象が生じやすくなるため、両層1,2を熱
膨張率差の極力少ない材質の組合わせとする必要があっ
た。このため、断熱層２に、耐火層１との間での熱膨張
率差の大となる低嵩比重で低熱伝導率の材料を採用する
ことができず、この結果、省エネルギー効果を向上させ
る点でも限界があった。

さらに、いわゆるぼかしレンガの場合には、耐火層と断
熱層との境界面における凹凸に方向性がないから、被焼
成物の移動による損耗に対しては強いが、逆に両材質の
境界面での動きが細かく制約を受けることになるので、
熱膨張による両材質の動きを吸収できず、このための熱
衝撃損傷が多発するという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は、耐火層と断熱層との固着力を向上させることができ
ながら、実使用時の被焼成物の移動及び熱膨張の相違に
起因する両層の剥離を防止できると共に、材質の使い分
けにより省エネルギー効果を向上させることができるロ
ータリーキルン用耐火物を提供するにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明のロータリーキルン用耐火物は、耐火層と断熱層
との境界面を波頭部がシェルの周方向に連なり、且つ波
の立上がり・立下がり部が前記シェルに対して略垂直と
なる形態の波形となすと共に、その波の高さをの幅の0.
8〜1.8倍としたところに特徴を有する。

（作用）耐火層と断熱層との境界面を波形とすることにより、境
界面の面積は大きくなり、境界面が平坦な場合に比べて
両層の密着面積が広くなって固着力が向上する。

而して、このような構成の場合、その境界面の波形の方
向及び波の高さと幅との関係がどのようであれば実使用
時における両層の固着力の点で最も効果的であるのかが
問題となる。これに関しては、本発明者等が種々の実験
・研究を行った結果、波形の波頭部の連なり方向はシェ
ルの軸方向ではなく周方向に連なる形態とすると共に、
その波の高さを波の幅の0.8倍〜1.8倍とすれば、実使用
状態での被焼成物の移動に伴う摩擦応力に対して両層の
固着力が十分に抗することができ、実用上優れた効果が
得られることが明らかになった。

また、境界面の起伏形状としては、一般に鋸歯状形状が
考えられる他、三角波状の凹凸形状等様々な形状が考え
られるが、被焼成物との摩擦による外力と熱膨張に耐え
るためには、上記した波頭部の連なり方向及び波の高さ
と幅との関係のみならず、起伏形状自体の決定も非常に
重要である。本発明では、その点に鑑み、その起伏形状
を波の立上がり・立下がり部がシェルに対して略垂直と
なる形態の波形とした。これにより、熱膨張による応力
は互いに嵌合状態にある両層の立上がり・立下がり部に
略直角に作用することになる。このため、その応力はセ
ラミックスにとって最も望ましい圧縮力として作用する
ようになり、材質特有の熱膨張差に起因する応力はむし
ろ耐火層と断熱層の固着力の強化に転化される。

従って、耐火物の種類としては、熱膨張差の問題を考慮
することなく選択できるから、原料を加圧成形した後焼
成するれんが製品や、キャスタブル材料を型内に流し込
んで成形するプレキャスト製品等、あらゆる種類のもの
が適用可能と考えられる。しかし、一般には省エネルギ
ー効果とコストの点は、プレキャスト製品とするのが望
ましい。これは、成形法上の違い即ち加圧成形か流し込
みかの違いにより、断熱層側の材料選択の幅が異なり、
プレキャスト製品の方が一般により低い嵩比重の材料を
採用できるからである。

（実施例）以下本発明のいくつかの実施例について、第１図乃至第
４図を参照して説明する。

実施例１乃至実施例15は、特許請求の範囲に記載された
通りの構造を有するロータリーキルン用耐火物である。
第１図乃至第３図は、これらを代表させて実施例７の耐
火物11を示している。

この耐火物11は、上部側が耐火材製の耐火層12,下部側
が断熱材製の断熱層13の二層構造を備える略矩形状のブ
ロック状をなし、底面はロータリーキルンの円筒状をな
すシェル14（第２図参照）の内壁面形状に相当する円弧
面状とされている。また、この耐火物11は、第２図に示
すように、正面11aが等脚台形に近似した形状とされ、
その正面11aがシェル14の軸方向に向くと共に耐火層12
側が図示しない被焼成物が移動する内周側となるように
して、シェル14に内張りされる。

そして、前記耐火層12と断熱層13との境界面Ｂは、波頭
部15がシェル14の周方向に沿って連なる波形の起伏形状
とされている。この場合、耐火物11の正面11aの幅寸法
ａ（第２図参照）は284mm、一方、シェル14の周方向に
向く側面11bの幅寸法ｂ（第３図参照）は200mmとなって
おり、従って波形の起伏形状は、波形が側面11bに現れ
るように形成されている。また、この波の立上がり・立
下がり部は側面11bの全体にわたり計２組生ずるように
なっており、且つそれらはシェル14に対して略垂直とな
っている。尚、第３図に示す側面11bの高さ寸法ｃは200
mmとされており、このうち断熱層13の平均厚み寸法ｄは
約70mmとされているが、本発明が適用されるロータリー
キルン用耐火物はJISR2103に規定されている寸法は勿
論、それ以外の寸法のものにも適用可能である。

この波形の波の高さ及び幅の条件は、後に示す表１に示
される。また、耐火層と断熱層との境界面に波形の起伏
がない平坦な場合（後述する比較例７）及び波形の起伏
を設けたがその波頭部の連なり方向が従来と同様にシェ
ルの周方向となっている場合（後述する比較例8,9）に
ついても表１に示した。

例えば実施例７では、第３図に示す波の高さ寸法ｅは60
mm、波の幅寸法ｆは40mm（従って波の高さ寸法ｅは、そ
の幅寸法ｆに対して1.5倍となる）、断熱層13の最低厚
み寸法ｇは40mmとされ、さらに波頭部15及び最底部は半
径約20mmの丸みをもっている。

さて、実施例１〜15における耐火層12と断熱層13との固
着力を、次の三項目について調べた。尚、比較例７は実
施例１〜15と同様の耐火物を両層の境界面を平坦とした
ものであり、また、比較例8,9は境界面を波形にしたが
その波の波頭部の連なり方向を実施例１〜15とは90゜異
ならせてシェルの軸方向に沿うようにしたものである。
なお、比較例8,9については、断面に波形が現れるよう
に各実施例と同様な寸法に切り出した。

（ａ）耐火層と断熱層との境界部分の曲げ強度これは、第４図に示すように、各実施例及び比較例の耐
火物からサンプルを切取り、二点鎖線Ｃで示す波形の中
央線を抵抗位置として、ミハエリス試験機を用いて測定
した。

（ｂ）耐火層と断熱層との境界部分の打撃テストこれは、耐火層と断熱層との境界部分にハンマーで打撃
を与えて耐火物を折損させ、折損面の状態を観察したも
のである。表１では、境界面とは無関係の位置で折損し
たものを合格（〇）、境界面に沿って折損したものを不
合格（×）としている。

（ｃ）実機ロータリーキルンでの破損テスト外径3.0m、内径2.6m、長さ65mのロータリーキルンに耐
火層厚130mm、断熱層厚70mmである表１の実施例2,7及び
比較例8,9に示した構造を有する耐火レンガをキルンの1
/4円弧ずつにわたって施工し、炉内温度1400℃、回転速
度2m/sce.で半年間石灰泥の焼成テストを行った。予
め、略同位置、同条件になるよう設定した各20枚の各試
験種耐火レンガについて、耐火層の剥離の有無を調べ
た。

表１から明らかなように、特許請求の範囲に記載された
通りの境界面Ｂを有する実施例１〜15及び比較例8,9
は、耐火層12と断熱層13との境界部分の曲げ強度に優
れ、打撃によっても境界面Ｂに沿って折損することもな
かった。これは、実施例１〜15及び比較例8,9では、両
層12,13の固着力が良好であることを示している。

このように、実施例１〜15によれば、本発明特有形状の
境界面Ｂにより、耐火層12と断熱層13との固着力を向上
させることができる。しかも、波形の波頭部15の連なり
方向をシェル14の周方向に沿わせたから、実機試験にお
いて被焼成物の移動に伴う摩擦応力を受けても両層12,1
3の剥離を効果的に抑制することができた。また、この
ように両層12,13の固着力を十分に大きくすることがで
きるから、従来のものに比べて、断熱層13に、耐火層12
との間で熱膨張率差が大となる低熱伝導率の材料を採用
することができ、ひいては省エネルギー効果を向上させ
ることができる。

尚、上記実施例１〜15のような波形の起伏形状とする場
合には、次のようにするのが望ましい（以下第３図参
照）。

（イ）耐火層と断熱層との境界面Ｂにおいて、波の高さ
寸法ｅは波の幅寸法ｆの0.8倍〜1.8倍とする。

寸法ｅを少なくとも寸法ｆの0.8倍以上とすれば、両層
の安定した固着力が得られることが、本発明者等の実験
により明らかとなった。それを1.8倍以下とするのは、
耐火物は繰返し使用により表面（図で上部）から損耗し
ていき断熱材が露出すると使用できなくなるため、その
寿命との関係からである。

（ロ）波の幅寸法ｆは側面の幅寸法ｂの15％〜30％とす
る。

これは、断熱層は断熱性を要求されるゆえに強度は小さ
いため（一般に耐火層の５分の１程度）、断熱層の凸部
分が折損することを防止すべくある程度の厚みが必要と
なるからである。実寸法では20mm以上を確保することが
望ましい。

（ハ）一般的な寸法のレンガの場合、波の立上がり・立
下がり部は２組以上設ける。

１組では、被焼成物の移動に対する耐久性が不足勝ちと
なるからである。一方、その数を多くすると製作工数が
増大するから、コストの面からの制約を受ける。また、
波の間隔は、外力や熱応力の緩和の点から等間隔に設け
ることが好ましい。

（ニ）断熱層の最小厚み寸法ｇは10mm以上とする。

これは、断熱層の折損や角部の欠けを防止するためであ
る。

（ホ）波の波頭部及び最低部は丸みをつける。

これは、角があると、成形時及び使用時にクラックが入
りやすくなるからである。また、角状の場合には成形も
難しくなる。

尚、この耐火物11はプレキャスト製品とされている。そ
の製造方法について簡単に述べるに、まず耐火物11の外
周形状に相当する型枠内に断熱材のキャスタブル材料を
流し込み、波形形状の押し型でその上面に波形を付け
る。断熱材の層がある程度固化した後、その上に耐火材
のキャスタブル材料を流し込み、固化させて後脱型を行
うものである。

ところで、このようにプレキャスト製品とすることによ
り、れんが製品と比べて断熱層の熱伝導率を小さくする
ことができて、省エネルギー効果をより良好とすること
ができる。これは、れんが製品では、断熱材の層と耐火
材の層とを同一圧力で同時にプレス成形する方法にて製
造されるために、両層の材料に互にかさ比重の大きく異
なるものを使用できないからである。この点、上記した
キャスタブル材料の流し込み成形では、両層の材質の組
合わせが自由となり、断熱層のかさ比重を耐火層に対し
てはるかに小さくできるのである。一例を示すと、次の
表２のようになる。

この表２からも、耐火物11はプレキャスト製品とした方
が、材料の選定が自由となって省エネルギー効果の点で
より優れたものができることは明らかである。

また、次の表３及び表４は、本発明構造のロータリーキ
ルン用レンガが断熱層と耐火層との固着力に優れるのみ
ならず、熱特性においても優れることを示している。比
較例10及び実施例16は、断熱層及び耐火層ともに中性耐
火物であるアルミナ質耐火物により構成し、比較例11及
び実施例17は、それらを塩基性性耐火物であるスピネル
質耐火物により構成した。各材料組成は同表に掲げてあ
る。また、それらの形状は、各比較例10,11が両層間の
境界面を平坦にした前記比較例７と同じ構造で、各実施
例16,17はその境界面を波形にした前記実施例７と同じ
構造である。これらの４種の耐火レンガはすでに述べた
実際のロータリーキルンの内面に1/4円弧ずつ軸方向に1
0mにわたり施工し、炉内温度1400℃、外気温度20℃、回
転周速2m/sec.で、無負荷で14時間運転し、耐火物の剥
離状態及び熱計算データを得た。

上表から明らかなように、各実施例16,17の耐火物は比
較例の耐火物に比べ、優れた熱特性を示す。これは、本
発明構造の波形とすることにより、熱膨脹差を考慮する
ことなく広い範囲で耐火層及び断熱層の材質を選択で
き、それでいながら両層の剥離を長期間にわたり防止で
きるからである。また、上記実施例では、熱膨張差に起
因する熱衝撃による剥離現象も全く問題がなかった。

［発明の効果］以上の説明にて明らかなように、本発明のロータリーキ
ルン用耐火物によれば、耐火層と断熱層との固着力を向
上させることができると共に、実使用時に発生していた
両層の剥離を防止できると共に省エネルギー効果を向上
させることができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の一実施例を示すもので、第
１図はロータリーキルン用耐火物の斜視図、第２図は同
正面図、第３図は同側面図、第４図は曲げ強度試験に用
いられたサンプルの斜視図、第５図は従来例を示す正面
図、第６図は従来例を示す第２図相当図である。図面中、11は耐火物、12は耐火層、13は断熱層、14はロ
ータリーキルンのシェル、15は波頭部、Ｂは接触境界面
を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】耐火層及び断熱層からなる二層構造を備え
るブロック状をなし、ロータリーキルンに前記耐火層側
を内周側にしてシェルに内張りされて使用される耐火物
であって、前記両層の境界面を、波頭部が前記シェルの
周方向に連なり、且つ波の立上がり・立下がり部が前記
シェルに対して略垂直となる形態の波形となすと共に、
その波の高さを波の幅の0.8〜1.8倍としたことを特徴と
するロータリーキルン用耐火物。