JPH10194863A - 無機繊維成形体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱中にクラックが発生しにくく、耐スポー
リング特性に優れ、安定した断熱性を有する無機繊維成
形体を提供する。 【解決手段】 内層と中間層と外層の３層からなる一体
構造の成形体であり、内層と外層が、それぞれ無機繊維
と、結合剤と、必要に応じて耐火粉末からなり、結合剤
は、無機結合剤と、必要に応じて有機結合剤からなり、
中間層が無機繊維のマット又はブランケットからなり、
無機繊維がアルミナシリカ繊維及びアルミナ繊維の一方
又は両方からなる無機繊維成形体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内層と中間層と外
層の３層からなる無機繊維成形体に関する。

【０００２】

【従来の技術】高温用の耐火断熱材として無機繊維の製
品が多く使用されている。無機繊維の製品の一つに成形
体がある。

【０００３】無機繊維成形体の多くは、真空成形法と呼
ばれる方法により製造される。この方法においては、水
中に無機繊維及び結合剤、場合により耐火粉末を分散さ
せてスラリーを作り、メッシュを表面に設けた中空のモ
ールドをこのスラリーの中に入れて、モールド内部を真
空ポンプで吸引し、モールド上にこれらの均一な混合物
を堆積させて成形体を得る。

【０００４】この他の成形方法としては、ペースト状に
した混合物をプレスして成形するプレス法、押し出し成
形機を使用する押し出し成形法などが知られている。

【０００５】このような方法によって作られた無機繊維
成形体は、均一な混合物で形成されている。形状は、主
に平板状であるボードや、円筒状であるスリーブであ
り、一般に高温用の電気炉の耐火断熱材として使用され
ている。

【０００６】しかし、無機繊維成形体は、過酷な条件で
使用されると、劣化が著しい。そこで劣化を抑制するた
めに種々の工夫がされている。

【０００７】例えば特開平５−２１５４７３号には、電
気炉に使用される３層構造を持つ耐火断熱材が提案され
ている。この断熱材の構造は、密度の異なる成形体の間
に補強のために無機繊維クロスを入れた構造となってい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の無機繊維成形体
には次のような欠点があった。

【０００９】無機繊維成形体が加熱されると、膨脹或い
は収縮を起こす。無機繊維成形体を断熱材として使用し
た際には、内側と外側に温度差を生じる。温度差によっ
て膨脹率或いは収縮率が異なり、その結果、温度差によ
り無機繊維成形体に応力が発生する。温度差が大きい
と、応力も大きくなって、ついにはクラックが発生す
る。特に耐火粉末を含有した無機繊維成形体は、柔軟性
に乏しく、クラックが発生しやすい。いわゆるスポーリ
ングを起こしやすい。

【００１０】均一な単層からなる成形体では、クラック
が大きい場合には、内側から外側へ貫通したり破断した
りして、その隙間から熱が逃げて、断熱材としての性能
が極端に低下する。

【００１１】特開平５−２１５４７３号に提案された３
層構造のものにも、次の欠点がある。分割して製作して
いるので、作業能率が悪い。中間層に無機繊維クロスを
使用しているので、高温で結晶化が進行して、強度が低
下しやすい。内層の密度が高いために、クラックの防止
が不十分である。

【００１２】このような従来技術に鑑み、本発明は、加
熱中にクラックが発生しにくく、耐スポーリング特性に
優れ、安定した断熱性を有する無機繊維成形体を提供す
ることを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、内層と中間層と外層の３層からなる一体
構造の成形体であり、内層と外層は、無機繊維と、結合
剤と、必要に応じて耐火粉末からなり、結合剤は、無機
結合剤と、必要に応じて有機結合剤からなり、中間層
は、無機繊維のマット又はブランケットからなり、無機
繊維は、アルミナシリカ繊維及びアルミナ繊維の一方又
は両方であることを特徴とする無機繊維成形体を要旨と
している。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明においては、内層と、外層
と、それらの間の中間層が、それぞれアルミナシリカ繊
維及び／又はアルミナ繊維を含む。内層とは使用の際に
炉内側に位置する層であり、外層とは炉外側に位置する
層をいう。本発明で使用するアルミナシリカ繊維として
は、Ａｌ₂ Ｏ₃ とＳｉＯ₂ 、またはＡｌ₂ Ｏ₃ とＳｉＯ
₂ とＺｒＯ₂ を主成分とする非晶質繊維が好ましい。こ
のアルミナシリカ繊維は、１０００℃以上で熱処理して
ムライト結晶を析出させると、耐熱性が向上して好まし
い。アルミナ繊維を併用する場合は、アルミナシリカ繊
維に含まれるアルカリ、重金属などの不純物は少い方
が、耐熱性が向上して好ましい。

【００１５】本発明で使用するアルミナ繊維とは、Ａｌ
₂ Ｏ₃ が７０重量％以上であり、他にＳｉＯ₂ を含有
し、主にコランダムやムライトの多結晶の繊維が好まし
い。

【００１６】本発明で使用する無機繊維マットは、アル
ミナシリカ繊維やアルミナ繊維の単繊維が二次元或いは
三次元に絡み合ったものが好ましい。

【００１７】本発明で使用する無機繊維ブランケット
は、無機繊維マットにニードリングや無機長繊維製の糸
による縫製を行ったものが好ましい。

【００１８】本発明で使用する耐火粉末は、例えばアル
ミナ、ムライト等の粉末である。

【００１９】本発明で使用する有機結合剤としては、例
えば澱粉、アクリル、ラテックスなどが好ましい。

【００２０】本発明で使用する無機結合剤としては、シ
リカゾル、アルミナゾルが好ましい。アルカリ含有量の
少ない結合剤を使用すると、耐熱性が向上して好まし
い。

【００２１】これらの無機繊維と耐火粉末と無機結合剤
の割合は、重量比でそれぞれ３０〜９５対０〜６５対３
〜１５が好ましい。

【００２２】本発明でいう無機繊維成形体を、真空成形
法を用いて作ると、中間層にスラリーが入り込むので、
成形体は剥離することなく強固な一体構造になりやす
い。

【００２３】また、中間層の一部分に開口部を設ける
と、内層と外層の接着力が向上して好ましい。

【００２４】内外層と中間層は各々全体的にほぼ均一な
厚みとし、内層及び外層の厚みは、各２〜５０ｍｍと
し、中間層の厚さは、成形体の大きさにより変化する
が、１ｍｍから８ｍｍ程度が良い。中間層の厚みが１ｍ
ｍより薄いと、スポーリングを起こしやすく、補強の効
果が期待できない。中間層の厚みが８ｍｍより厚いと、
一体構造になりにくく、加熱により内層と外層がずれや
すくなる。

【００２５】内層と外層の密度は、無機繊維の長さ、無
機繊維と耐火粉末の混合比、結合剤の添加量などにより
調整できる。耐スポーリング性及び高温での断熱性を優
れたものとするためには、密度を０．２〜０．８ｇ／ｃ
ｍ³ とするのが好ましい。

【００２６】内層に数箇所スリットを設けると、加熱の
際の膨脹或いは収縮を吸収して、クラックの防止に有効
である。

【００２７】有機結合剤を嫌う炉などに使用する場合
は、予め８００℃ないし１６００℃で熱処理しておくと
良い。８００℃未満であれば、有機結合剤を処理するの
に長時間要する。温度が１６００℃を越えると、成形体
の強度が劣化する。

【００２８】１５００℃以上で熱処理すると、シリカと
アルミナが反応して、成形体にムライトが生成する。こ
の際、シリカが消費されて、成形体の収縮が抑えられる
ので、耐熱性が向上する。つまり、最も好ましい熱処理
温度は１５００〜１６００℃である。

【００２９】本発明の３層構造によれば、中間層が緩衝
帯として機能して、内層と外層がある程度自由に膨脹及
び収縮することができる。この理由により、成形体に生
じる応力が減少して、クラックの発生を抑えることがで
きる。さらに内層や外層にクラックが発生しても、クラ
ックはその層だけで止まり、貫通せず、成形体が破断す
ることはない。

【００３０】

【実施例】外径１１０ｍｍ、長さ３００ｍｍのモールド
を使用し、真空成形法によりスリーブを成形した。

【００３１】種々の配合のスラリーを作製し、モールド
をスラリーに浸漬して吸引し、図１に示すように、厚さ
５ｍｍの内層１を形成した。そのうえから中間層２を巻
き付け、さらに、同種又は異種のスラリー中で吸引し、
外層３を形成し、全体の厚さを２０ｍｍとした。その
後、脱型し、乾燥した。次に、実施例２、３、５は成形
体の内側に長さ方向に幅２ｍｍ、深さ３ｍｍのスリット
４を等間隔に４か所設けた。最後に、全てを１５００℃
でそれぞれ６時間熱処理した。

【００３２】スラリーの配合を表１に示す。成形体の構
成と特性を表２に示す。

【００３３】

【表１】 表１において、ＡＳについては、無機繊維が、Ａｌ₂ Ｏ
₃ ５３重量％、ＳｉＯ₂ ４７重量％のアルミナシリカ繊
維である。ＡＭについては、無機繊維がＡｌ₂Ｏ₃ ７２
重量％、ＳｉＯ₂ ２８重量％のアルミナ繊維である。Ａ
については、無機繊維がＡｌ₂ Ｏ₃ ９５重量％、ＳｉＯ
₂ ５重量％のアルミナ繊維である。

【００３４】成形品の密度は、各スラリーを真空成形法
で成形した成形品の密度を示す。

【００３５】

【表２】 表２の中間層の種類に関して説明すると、ＡＭについて
は、化学成分がＡｌ₂Ｏ₃ ７２重量％、ＳｉＯ₂ ２８重
量％で、密度が０．１０ｇ／ｃｍ³ のアルミナ繊維ブラ
ンケットである。Ａについては、化学成分がＡｌ₂ Ｏ₃
９５重量％、ＳｉＯ₂ ５重量％で、密度が０．０８ｇ／
ｃｍ³ のアルミナ繊維マットである。ＡＭＣについて
は、アルミナ繊維クロスである。

【００３６】作製したスリーブの特性を調べるために、
その内側に発熱体を入れて昇温速度４℃／分で１２００
℃まで加熱して、クラック発生の温度、１２００℃での
クラック幅、クラックの状態および外観の異状を測定及
び観察した。その結果を表２に特性として示す。

【００３７】実施例１〜５は、本発明の範囲内にあり、
比較例１〜２は、本発明の範囲外にある。

【００３８】比較例１は、中間層に無機繊維クロスを設
けた例である。比較例１では、クラックが貫通した。中
間層を取り出して調べたところ、比較例１の無機繊維ク
ロスは脆くなって粉化しやすかった。

【００３９】これに対して、実施例１〜５のマット及び
ブランケットは柔軟性があった。

【００４０】比較例２は、一般にクラックが発生しにく
いとされる低密度の成形体を内層に採用した例である。
しかし、中間層を設けないために貫通クラックが発生し
た。

【００４１】

【発明の効果】本発明の無機繊維成形体は、昇温中に内
層と外層が中間層を隔てて別々に膨脹あるいは収縮する
ことができる。従って、内層または外層のどちらかにク
ラックが発生しても、クラックがその層だけで止まって
３層にわたって貫通せず、成形体は全体的に破断しな
い。そのため、熱の放散や局所の加熱がなく、安定した
断熱性能を維持できる。

【００４２】熱処理した無機繊維成形体は有機結合剤を
含まないので、炉の雰囲気を汚染しない。さらに、加熱
による収縮が抑制できて、耐熱性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す斜視図。

【符号の説明】

１ 内層 ２ 中間層 ３ 外層 ４ スリット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米倉 豊 東京都中央区日本橋久松町４番４号 糸重 ビル 東芝モノフラックス株式会社内 (72)発明者 寺田 浩之 東京都中央区日本橋久松町４番４号 糸重 ビル 東芝モノフラックス株式会社内 (72)発明者 五十嵐 昇 千葉県東金市小沼田1573番地８号 東芝セ ラミックス株式会社東金工場内 (72)発明者 安藤 和 千葉県東金市小沼田1573番地８号 東芝セ ラミックス株式会社東金工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内層と中間層と外層の３層からなる一体
   構造の成形体であり、内層と外層は、無機繊維と、結合
   剤と、必要に応じて耐火粉末からなり、結合剤は、無機
   結合剤と、必要に応じて有機結合剤からなり、中間層
   は、無機繊維のマット又はブランケットからなり、無機
   繊維は、アルミナシリカ繊維及びアルミナ繊維の一方又
   は両方であることを特徴とする無機繊維成形体。
2. 【請求項２】 ８００〜１６００℃で熱処理されたこと
   を特徴とする請求項１に記載の無機繊維成形体。
3. 【請求項３】 真空成形法により成形されたことを特徴
   とする請求項１又は２に記載の無機繊維成形体。