JPS584271B2 - セラミツクヨウソ オヨビ セラミツクヨウソオフクムダンネツクミタテタイ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 工業における高温装置の使用増加は、それに従って、使
用される高温に耐えることができる適切な断熱材の使用
増加を導いてきた。

炉や均熱炉や焼鈍炉等の従来の高温装置は、耐火レンガ
の壁や屋根で構成されていることが多い。

その結果、適切な金属構造物で支持されねばならない重
量のある構造物となる。

必要な耐火レンガの高コストと、レンガの正確な組立て
のための熟練労働の必要性のため、建造費は高い。

一度組立てられると、これらのレンガ型構造物は、高コ
ストおよび高重量にかゝわらず、元来極めてもろく、熱
膨張によって起こる機械的ひずみのために亀裂がはいり
破壊しやすい。

そのため、長時間の始動加熱期は熱衝撃を最小にする必
要があり、もし修理が必要ならば、修理開始前に長期の
冷却期間が必要である。

最近、レンガライニングにかわって、ファイバ製断熱材
が導入され、炉の構造や熱効率がかなり改良され、構造
物のコストを減少させ、熱衝撃による損失なしにより急
速な加熱・冷却サイクルを許すようになった。

現在、ファイバ製断熱体は入手可能であり、１２６０か
ら１４８２℃（２３００から２７００°Ｆ）の範囲の炉
の温度に耐えることができる。

たとえば、この型式の炉の構造システムは、米国特許第
３５２３３９５号に開示されていて、ファイバ製断熱材
は高温室の内壁に複合金属（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍｅ
ｔａｌ）と耐火ピンで固定されていて、その断熱体はピ
ンの頭と係合する適切なワツシャによってピンに保持さ
れている。

他の同様のシステムも知られており、炉操作の初期段階
にては満足できるものであるが、炉操作の長期間に渡っ
てのファイバ製断熱体の徐々の収縮にもかかわらず連続
的な確実な支持をなす断熱体取付け手段を提供すると言
う問題が残存している。

長期に渡って炉の熱に耐え、そして断熱体の収縮あるい
は炉壁の振動の影響にもかゝわらず、断熱体を所定の位
置に保持する取付け手段が望まれる。

本発明は炉の内面に可撓性断熱体を固定するための支持
要素、並びに構造支持部材が単層あるいは複層の断熱材
で床護されている炉の建造に使用される断熱体組立体に
関する。

本発明は、環状溝付き部と基部とを具備するセラミック
ピンと、このピンへの挿入のための開口を有し、このピ
ンに貫通される断熱材層を確実に保持するためにピンと
締付け係合するセラミック・ワツシャの使用から成る。

セラミックピンの基部は、スリット付き金属ピンソケッ
トへの挿入によって支持され、このソケットの基部は支
持部材に取付けられている。

ソケットは、セラミックピンのための確実で非脆性の支
持手段を与え、そして締付けセラミック・ワツシャは、
ピンの外側部との保合を保持し、これによって高温操作
の長期に渡ってさえ、断熱体が所定の位置に保持される
。

以下に、添付図面を参照して本発明の好適具体例につい
て説明する。

本発明の支持要素は、第１図にて全体として１０で示さ
れたセラミックピンから構成されている。

このピンは、一端に基部１２を、そして他端に外側部即
ち溝付き部１６を具備し、溝付き部１６はピン肩を形成
している一つあるいはそれ以上の広い環状溝１８を具備
している。

溝付き部１６は先端２０へ延びている。

溝１８は、第２図と第３図に全体として２２で示された
平セラミック・ワツシャの対応する開口２４と係合する
ための凹部として機能する。

ワツシャ２２は上面３３と下面３１とを具備する。

ワツシャは円形が好ましいが、この形に限らず、所望な
らば、正方形あるいは楕円形あるいは多角形でもよい。

ワツシャには、略円形の接している二つの口即ち孔２６
と２７を含む、全体として２４で示された開口が形成さ
れている。

全体として２６で示された第１の孔は、ワツシャ軸中心
に位置するのが好ましいが、所望ならば、中心からずれ
ていてもよい。

全体として２７で示された第２の孔は、ワツシャの中心
からずれているのが好ましく、第１の孔２６と接してい
る。

そして、二つの孔は２８および２８ａで示した共通交線
を有する。

第２の孔２７は、これにピン１０を容易に挿入し得るに
十分な大きさの直径を有す。

第１の孔２６は下部３０および上部３２から成り、上部
は下部３０と同軸状に表面３３からさら座ぐりすること
によって形成される。

孔２６のワツシャ２２を完全に貫通する部分は、ピン１
０の直径より小さくて溝１８の直径より大きい直径を有
す。

孔２６のさら座ぐりされた上部は、第３図に示されてい
るように、孔２６内に肩３４を形成する。

セラミック・ワツシャ２２は、先ず先端２０上に配置し
、ピンに沿って滑動せしめることによってピン１０と係
合せしめられるが、この時ピンは孔２７を通ってワツシ
ャ内にはいる。

ワツシャとピン溝１８との適切な係合のために、ピンを
ワツシャ２２の下面３１から入れなければならない。

次に、ワツシャが孔２６が広い環状溝１８の一つと並ぶ
までピン軸線に沿って動かされ、そして溝１８が孔２６
の下部３０に係合する位置まで横方向に動かされる。

ワツシャは、孔２７が孔２６の下方になるように位置付
けされるのが好ましい。

そして更に、ワツシャの反対方向へのわずかな移動によ
って、ワツシャ肩３４とピン骨１７とが接触する。

かくして、ピン部１６が孔２６の上部３２内に保持され
る。

ワツシャはピン上で回転できるが、交差部２８および２
８ａで規定される孔がピン部１６の直径より小さいため
、横方向に動くことはできない。

そのため、ワツシャは、セラミックピンに貫通されてい
る断熱体のための改良された保持手段を与え、機械的振
動や高温や断熱体の運動などの組合わされた影響下でさ
え、ピンとの係合を保持する。

ワツシャは、手で、その後方の断熱体の圧力に抗して後
方に押し、それからピン部１６との係合から解放するた
めに第２の孔２７へ横方向に滑動せしめるだけで取脱す
ことができる。

セラミックピン１０の基部１２は、第４図に全体として
４０で示された環状ピンソケットへ係合せしめることに
よって、構造支持部材に対して所定の位置に保持される
。

このソケットは、薄壁のカップ形状の複合金属、好まし
くは合せ鋼、製である。

ソケット４０は、基底５０とセラミックピン１０の基部
１２との係合に十分な内径の、開口端を有す外被を規定
している円筒状ソケット壁４２とから構成されている。

基部１２は、ソケットの環状リップ４８との係合によっ
て、ソケット４０内にピンを保持するのを補助するため
に、基部上に形成された浅い環状溝１４を具備している
。

壁４２は、ソケットの開口端から壁に切られた一つ或い
はそれ以上の長手方向スリット４４を有し、これらのス
リットは壁をセグメントに分割し、従ってピン１０の基
部１２がソケット４０に挿入される際に壁は限られた範
囲内にて弾性的に横方向に移動することができる。

ソケットの開口端４６には内側環状リップ４８が形成さ
れており、このリップ４８はセラミックピン１０がソケ
ット内に挿入される時に基部１２上の浅い環状溝１４に
締付け係合する。

ソケット基部５０は、溶接、ボルト締め、接着或いはそ
の他の適切な技術によって、構造支持部材に固定され得
る。

ソケット基部５０は閉じられているのが好ましいが、ソ
ケット構造はこれに限定されるものではなく、開口基底
或いは外方向に延びた放射状フランジを有す基底でもよ
い。

本発明の改良断熱体構造は第５図の断面図に示されてお
り、構造支持部材５２、たとえば外側金属炉壁は、ピン
ソケット４０を支持し、ソケットの基底は５４にて溶接
により部材５２に取付けられている。

ピン１０の基部１２はソケット４０内に挿入され保持さ
れて、ピン１０がこれに貫通する多層ファイバ製断熱体
５６のための支持として機能する。

断熱体５６の壁は、ピンの頭２０上にセラミックワツシ
ャ２２を配置し、ワツシャカ環状溝１８の一つに係合す
るまで後方に断熱体を押すことにより、所定の位置にし
っかりと保持される。

この時、前述のように、ワツシャは溝１８の肩１７と締
付け係合するまで移動せしめられる。

本発明の断熱体構造は、構造支持部材にしっかりと取付
けられる耐火性ピンを提供し、機械的応力あるいは熱応
力下で破壊する脆性取付けを排除する。

ピンソケットの可撓性壁内へのセラミック・ピンの保持
によって、ピン破壊を起こさずにその外部端２０にてピ
ンの限られた横方向への運動が可能となり、一方、ピン
１０とセラミック・ワツシャ２２との締付け係今によっ
て、長期に渡って高温にさらされた後のワツシャの減損
や、高温収縮中の断熱体の運動や、構造支持部材と断熱
体支持との間に起こる機械的応力が防止される。

ピンソケットが支持部材に迅速に取付けられ、セラミッ
ク・ピンがソケット内にスナップ止めされ得るので、建
造が促進される。

必要ならば、断熱体を取脱したり、ピンソケットを交換
することなく、長さの異なるピンに迅速に取り替えるこ
とができる。

ピンもワツシャもセラミックであり、金属部分或いは金
属挿入物を具備していないから、炉の雰囲気に、さらに
高温にさえ、長期に渡って直接さらされることに影響さ
れず、炉の振動によって起こる機械的応力のみならず温
度変動条件下での熱衝撃にも耐える。

この断熱体構造の有効性の例示として、１組のセラミッ
クピンとワツシャが、高温炉中での試験のために用意さ
れた。

このピンは、微細に分離されたアルミナ、ムル石（ｍｕ
ｌｌｉｔｅ） 、カオリン・クレー、結合剤として使用
されるアルコフオスＣ（登録商標；Ａｌｋｏｐｈｏｓ
Ｃ）の水溶液から成る湿り混合物（ｗｅｔ ｍｉｘｔｕ
ｒｅ）から押出された。

この結合剤はコロイド状リン酸アルミニウム、すなわち
リン酸アルミニウムとリン酸の混合物から成る水溶液で
ある。

（尚アルコフオス■ＣはＭｏｎ−ｓａｎｔｏ，Ｓｔ，Ｌ
ｏｕｉｓ，Ｍｏ，の登録商標である）押出し後、ピンは
２時間空気乾燥され、次に１４８℃（３００°Ｆ）で一
夜炉乾燥された。

さらに１時間３１６℃（６００°Ｆ）で焼成されると、
ピンはおおむね第１図に示された形状に加工するのに十
分な強さとなった。

それから、ピンは最大の強さとかたさを獲得するために
、５時間１０９３℃（２０００°Ｆ）で焼成された。

ワツシャは同様の構成のセラミック混合物で用意され、
おおむね第２図及び第３図に示された形状になるよう鋳
型内にプレスされ、１４８℃（３００°Ｆ）で乾燥され
、５時間１０９３℃（２０００°Ｆ）で焼成された。

ピンを所定の位置に確保するために、先ず、金属製ピン
ソケット４０がそれぞれのソケットの底を溶接すること
によって金属製試験パネルに取付けられた。

次に、ピン１０の基定がソケット内に押し込まれ、そし
て、ファイバ製断熱体のブランケットが突出ピンの先端
から貫通された。

この断熱体は金属製試験パネルにしっかりと接触するよ
うに押された。

数層の断熱体が加えられ、最上層の外面はセラミック・
ビンの先端から約２５ｍ（１ｉｎｃｈ）下方になった。

次に、ワツシャがピン上に配置され、ピン溝との締付け
係合が可能になるまで断熱体に対して押された。

使用された断熱体はケイ酸アルミニウムファイバで、こ
のセラミック・ファイバは１４２７℃（２６００°Ｆ）
の温度での長期に渡る使用に有効である。

このファイバはニューヨーク州ナイアガラフオールのカ
ーボランダム会社のファイバフラツクスＨ（登録商標；
Ｆｉｂｅｒｆｒａｘ Ｈ）を利用できる。

断熱体試験パネル装置は炉壁の一部をなし、炉は１０日
間１４２７℃（２６００°Ｆ）に熱せられた。

その後、断熱体試験パネルの試験のため冷却された。

断熱体のわずかな収縮はあったが、それでもセラミック
ピンとワッシャによって試験パネルにしっかりと取付け
保持されていた。

セラミックピンとワツシャは、長期の加熱期の後にわず
かの変形を見せたにすぎなかった。

ピンもワツシャもセラミックで構成され、セラミックは
使用温度よりかなり高い軟化点即ち溶融点を有す。

それゆえ、この試験の結果、計画された炉の温度が極め
て高くならないならば、ピンとワツシャが断熱体保持器
としての有効性を維持することが示された。

耐火性ファイバ製断熱体が支持された壁のすぐれた断熱
性のために、炉の外壁５２の温度は一般に約２０４℃（
４００°Ｆ）を越えないであろうということに注目され
たい。

このような低い温度においては、炉壁上にソケットを保
持している溶接或いはセラミックピン１０を保持するソ
ケットセグメントの弾性への有害な構造的影響はない。

全体の厚さが異なるファイバ製（可撓性）断熱体の壁に
対処するために、セラミック・ワツシャ２２がピン１０
の軸方向に種々の位置に位置付けられ得るように、セラ
ミック・ピン１０上に多数の環状溝１８が設けられてい
ることも明らかであろう。

尚、本発明の実施態様について説明すれば次の通りであ
る。

（１） ａ）少なくとも一つの環状溝が形成されている
外側部と、基部とを具備するセラミック・ピンと、 ｂ）該ピンに適合するに十分な直径の開口形成されたセ
ラミック・ワツシャであって、該開口が該ピンの該外側
部上にワツシャを保持するため該溝内に適合する小径の
さら座ぐり部を含んでいるセラミック・ワツシャと、 （ｅ） 構造支持部材への取付けのための基底と、該
ピンの該基部に係合してこれを支持する開口端を有する
外被を形成している円筒状壁とを具備する複合金属製の
ソケットとから成ることを特徴とする高温断熱組立体の
ための支持要素。

（２）前記セラミック・ピンの基部に環状溝が形成され
ている、第１項の支持要素。

（３） 前記ワツシャの開口がワツシャの中心に第１
の孔を形成し、この第１の孔が前記ワツシャの中心から
ずれた位置にある第２の孔に接している、第１項の支持
要素。

（４）前記第２の孔が前記ピンの直径よりわずかに大き
い直径を有し、前記第１の孔が前記ピンの直径よりわず
かに小さい直径の下部と前記ピンの直径よりわずかに大
きい直径のさら座ぐり上部とを有する、第３項の支持要
素。

（５）前記ソケットの壁が開口端から壁に切り込まれた
少なくとも一つの長手方向のスリットによって分割され
、前記ソケットが前記ピンの前記基部と係合するための
手段を具備する、第１項の支持要素。

（６）前記係合手段が前記ソケットの開口端に形成され
た内側環状リップから成る、第５項の支持要素。

（７） ａ）構造支持部材と、 ｂ）少なくとも、一つの環状溝が形成されている外側部
と基部とを具備する少くとも一つのセラミックピンと、 ｃ）該ピンに適合するに十分な直径の開口が形成された
セラミツク、ワツシャであって、該開口が該ピンの該外
側部上にワツシャを保持するため該溝内に適合する小径
のさら座ぐり部な含んでいるセラミック・ワッシャと、 ｄ）該構造支持部材への取り付けのための基底と、該ピ
ンの該基部に係合してこれを支持する開口端を有する外
被を形成している円筒状壁とを具備する複合金属製のソ
ケットと、ｅ）該セラミツク・ピンに貫通され、該セラ
ミック・ワツシャによって該構造支持部材に対して所定
の位置に保持される少なくとも一つの可撓性断熱材体と
から成ることを特徴とする高温断熱組立体。

（８）前記セラミック・ピンの基部に環状溝が形成され
ている、第７項の高温断熱組立体。

（９）前記ワッシャの開口がワッシャの中心に第１の孔
を形成し、この第１の孔が前記ワツシャの中心からずれ
た位置にある第２の孔に接している、第７項の高温断熱
組立体。

（１０）前記第２の孔が前記ピンの直径よりわずかに大
きい直径を有し、前記第１の孔が前記ピンの直径よりわ
ずかに小さい直径の下部と前記ピンの直径よりわずかに
大きい直径のさら座ぐり上部とを有する、第９項の高温
断熱組立体。

（１１）前記ソケットの壁が開口端から壁に切り込まれ
た少なくとも一つの長手方向のスリットによつて分割さ
れ、前記ソケットが前記ピンの前記基部と係合するため
の手段を具備する、第７項の高温断熱組立体。

（１２）前記係合手段が前記ソケットの開口端に形成さ
れた内側環状リップから成る、第１１項の高温断熱組立
体。

（１３）構造支持部材と、構造支持部材上に積載され且
つ断熱材を所定の位置に保持するための肩手段を有する
セラミック合成体のピンによって支持される断熱材体と
を具備する高温断熱構造体において、 ａ）少なくとも一つの環状溝を有する溝付き外側部と基
部とを具備する少なくとも一つのセラミック・ピンと、 ｂ）該ピンと適合するに十分な直径の開口が形成された
セラミック・ワツシャであって、該開口が該ピンの該外
部上にワツシャを保持するため該溝内に適合する小径の
さら座ぐり部を含んでいるセラミック・ワッシャと、 ｃ）該構造支持部材への取付けのための基底と、該ピン
の該基部に係合してこれを支持する開口端を有する外被
を形成している円筒状壁とを具備する複合金属製のピン
ソケットとを備えていることを特徴とする高温断熱構造
体。

（１４）前記ピンの基部に環状溝が形成されている、第
１３項の高温断熱構造体。

（１５）前記ワツシャの開口がワツシャの中心に第１の
孔を形成し、この第１の孔が前記ワツシャの中心からず
れた位置にある第２の孔に接している、第４３項の高温
断熱構造体。

（１６）前記第２の孔が前記ピンの直径よりわずかに大
きい直径を有し、前記第１の孔が前記ピンの直径よりわ
ずかに小さい直径の下部と前記ピンの直径よりわずかに
大きい直径のさら座ぐり部を有する、第１５項の高温断
熱構造体。

（１７）前記ピンソケットの壁が開口端から壁に切り込
まれた少なくとも一つの長手方向のスリットによって分
割され、前記ソケットが前記ピンの前記基部と係合する
ための手段を具備する、第１３項の高温断熱構造体。

（１８）前記係合手段が前記ソケットの開口端に形成さ
れた内側環状リップから成る、第１７項の高温断熱構造
体。

【図面の簡単な説明】

第１図はセラミック・ピンの等角図である。 第２図はセラミック・ワツシャの平面図である。 第３図はセラミック・ワツシャの断面図である。 第４図は金属製ピンソケットの等角図である。 第５図は断熱体壁面の部分断面図で、断熱材を所定の位
置に保持するための組合わされたソケットとピンとワツ
シャの機能を示している。 １０・・・セラミック・ピン、１２・・・基部、１６・
・・外側部、１８・・・溝、２２・・・セラミック・ワ
ツシャ、２４・・・開口、４０・・・ピンソケット、５
０・・・ピンソケット基底、５２・・・構造支持部材、
５６・・・ファイバ製断熱材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １（ａ）各々少なくとも一つの環状溝が形成されている
   端部と基部とを具備するほぼ円筒状のセラミック・ピン
   と、 （ｂ）一つの孔を有するセラミック・ワツシャであって
   、該孔が （１）該セラミック・ピンに適合するに十分な直径を有
   し、該ピンの端部上にワツシャを保持するため該端部の
   溝内に適合する小径のさら座ぐり部を含んでいる。 ワツシャの中心における第１の円形開口及び （２）該第１の開口に接し、ワツシャの中心からずれた
   位置にある、セラミック・ピンの端部の挿入を許すに十
   分な直径を有する第２の円形開口からなる、該ワツシャ
   と、 （ｃ） 平担な金属製炉壁への取付けのための基部と
   、該ピンの該基部に係合してこれを支持する開口端を有
   する外被を形成している円筒状壁と、該ピンの基部の環
   状溝に係合するための内側環状リップとを具備し、そし
   て開口端から円節状壁に切り込まれた少くとも一つの長
   手方向のスリットによって分割されている金属製のソケ
   ットとから成ることを特徴とする炉のための断熱材料取
   付け装置。 ２（■）構造支持部を形成する平担な金属製の壁と、 （■） （ａ） 各々少なくとも一つの環状溝が形
   成されている端部と基部とを具備するほぼ円筒状のセラ
   ミック・ピンと、 （ｂ）一つの孔を有するセラミック・ワツシャであって
   、該孔が （１）該セラミック・ピンに適合するに十分な直径を有
   し、該ピンの端部上にワツシャを保持するため該端部の
   溝内に適合する小径のさら座ぐり部を含んでいる、ワツ
   シャの中心における第１の円形開口及び （２）該第１の開口に接し、ワツシャの中心からずれた
   位置にある、セラミック・ピンの端部の挿入を許すに十
   分な直径を有する第２の円形開口からなる、該ワツシャ
   と、 （ｃ） 平担な金属製炉壁への取付けのための基部と
   、該ピンの該基部に係合してこれを支持する開口端を有
   する外被を形成している円筒状壁と、該ピンの基部の環
   状溝に係合するための内側環状リップとを具備し、そし
   て開口端から円筒状壁に切り込まれた少くとも一つの長
   手方向のスリットによって分割されている金属製のソケ
   ット とから成る複数の取付け装置と、 （■） 該取付け装置のセラミック・ピンに貫通され、
   該セラミック・ワツシャによって炉壁に対して所定の位
   置に保持される少なくとも一つの可撓性断熱材体 とから成ることを特徴とする炉。