JPS591984A - 工業炉の炉壁構造 - 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】 本発明は繊維状物質を断熱材とした工業炉の炉壁構造、
特に高温雰囲気の工業炉の炉壁構造に関する。

従来工業炉の炉壁は鉄皮の内側に耐火煉瓦、キャスタブ
ル耐火物、プラスチック耐火物等の断熱材を使用する方
法が用いられていたが、ロックウール、セラミックファ
イバー及び結晶質アルミナ系繊維等の繊維状物質からな
る耐火材が用いられるようになった。

その理由は、繊維状物質の耐火材が断熱性が良いこと及
び蓄熱損失が小さいため従来の耐火材に比べて省エネル
ギー効果が大きいからである。

しかしながら繊維状物質の耐火物のみによる炉壁構造は
、繊維状物質の加熱による収縮の問題及び取り付は方法
の問題から炉内温度約１２００°Ｃ以下の工業炉にしか
使用されていなかった。これは炉内温度１２００℃をこ
える炉においては耐久性の問題があったからである。

さらに繊維状物質の耐火物を用いた炉壁について図面に
従って説明する。

第１図は、ロックウール及びセラミックファイバーを用
いた炉壁の断面図である。

第１図に示すように鉄皮１の炉内側に鉄皮に取り付けた
金属スタット２で支持するようにしてロックウール４、
セラミックファイバー５の各層を各温度条件による設計
値に従って積層している。

第１図の場合ロックウール層を１層、セラミックファイ
バ一層を３層としたものを示した。

第１図０１炉壁構造のものは１０００℃以下の炉におい
ては実用化されているが、１０００℃釘こえる炉ではセ
ラミックファイバーの収縮及び金属スタッド、ワッシャ
ーの酸化のため炉壁の耐久性が無く実用化されていない
。

第２図は第１図の炉壁を改良したもので炉内高温部に耐
熱性の大きい結晶質アルミナ系繊維（フェルト）の層を
設け、金属のスタット及びワ・ンシャーの代りにセラミ
ックのスタット及びワッシャーを用いたものである。

第２図の炉壁構造のものは、第１図のものに比べて高温
に耐えうるが、１２ＣＩＯ℃以上の炉では結晶質アルミ
ナ系繊維（フェルト）が収縮により亀裂を生じ脱落する
。従って、第２図のものは１２００℃以下の炉内湿度の
炉にしか使用できない。

第１図及び第２図の炉壁構造のものはいずれもセラミッ
クファイバー及び結晶質アルミナ系繊維の繊維一本一本
が炉壁面と平行方向に配列（以下レイヤーライニングと
いう）したものである。

又他の従来例として、第６図に示す炉壁構造がある。こ
れは前記のレイヤーライニングと異なり、繊維質耐火材
の繊維一本一本が炉壁と垂直方向に配列（以下スタック
ライニングという）した繊維質耐火材を取り付ける方法
である。

これは第６図に示すようにセラミックファイ／マーブラ
ンケットが鉄皮に固定されたＬ字型の金属スタッドで串
刺し状にされて取り付けられているので、炉内側表面部
分は自由端を形成され、炉内側表面部分が加熱収縮によ
り亀裂が生じてもセラミックファイバーブランケットが
直ちに脱落することはない。

これに対し、第１図及び第２図に示すレイヤーライニン
グでは炉内側表面のセラミックファイバー又は結晶質ア
ルミナ系繊維層に亀裂が生ずると直ちに垂れや脱落を生
ずる。このためスタックライニングはレイヤーライニン
グよりも高温で使用可能であるが、セラミックファイバ
ーを使用したスタックライニングは、セラミックファイ
バ自体の耐熱性の点から１２００°Ｇ以上の炉では使用
困難であり耐久性を考えると１１００℃が使用限界温度
である。耐熱性の大きい結晶質アルミナ系繊維を用いて
第６図と同じスタックライニングを行えば１５００℃に
耐える断熱壁が可能となるがこの場合の最大の欠点は鉄
皮側の低温部分まで耐熱性の大きい結晶質アルミナ系繊
維を用いることとなり、結晶質アルミナ系繊維が高価な
ことから断熱壁の経済性が失われることになる。本発明
におＡｔ、Ｏ。

いてセラミックファイバーとは酢カ４５〜５５重量％残
部は５１０２と不可避的に含まれる不純物たはＭｇＯと
不可避的に含まれる不純物よりなり、ある。又、セラミ
ック質スタッド及びワッシャーの材質としては、アルミ
ナ質、アルミナシリカ質、炭化珪素質、窒化珪素質等の
ものがあるが、窒化珪素質のもの耐熱性、耐スポール性
の点で良好で多く使用される。

本発明者は、結晶質アルミナ系繊維の耐熱性を生かしか
つ紗済的に優れた断熱方法を研究した結果、１５００℃
の温度に耐える繊維質耐火材のみによる断熱方法を見出
した。すなわち、本発明は、鉄皮から炉内方向に向って
ロックウール、セラミックファイバー、及び結晶質アル
ミナ系繊維の各層を順に設けこれをセラミック質スタッ
ド及びワ直に配置し積層したものからなり、しかも前記
角柱状成形体が予め鉄皮に取り付けたセラミック質スタ
ットの間に圧縮状態で配置されるように構成してなるこ
とを特徴とする工業炉の炉壁構造である。

以下図面に従って本発明の詳細な説明する。

第４図は本発明の実施例の炉壁構造の断面図である。第
４図に示すように鉄皮１の炉内側にロックウール４、セ
ラミックファイバーブランケット５、及び結晶質アルミ
ナ系繊維角柱状成形体６を順に取り付け、鉄皮１に固定
した金属スタット２をセラミックファイバーブランケッ
ト５の第１層と第２層との間の位置においてセラミック
質スタットγと接続し、このスタットとセラミック質ワ
ッシャー８により固定する。この場合結晶質アルミナ系
繊維角柱状成形体６は繊維方向が炉壁面と垂直になるよ
うに配列されセラミック質スタッドの間に圧縮して取り
付けられている。結晶性アルミナ系繊維成型体６がその
繊維方向が炉壁面と垂直方向になるよう配列されるのは
繊維方向を炉壁面と平行に配列した場合には加熱収縮等
により炉内表面に亀裂が入った時層剥離により、該成型
体が脱落するので、これを防止するためである。

本発明で結晶質アルミナ繊維は角柱状成型体として使用
され、この角柱状成型体は結晶質アルミナ繊維のフェル
トを切断して製造され、その嵩比重は０，１０〜０．１
５の範囲のものが用いられる。

その成型体の外観は第５図に示す形状のもので矢印はそ
の繊維方向を示す。その寸法は通常ａ　　：　　３００
〜６００ｗｎ　；　ｂ　　：　　２５〜１　００ｍｍ；
ｃ：５０〜１５０膿のものが用いられる。本発明の炉壁
構造は、鉄皮側にロッグナール中間部にセラミックファ
イバー、炉内高温側に結晶質アルミナ繊維が使用され、
その各々の厚みは炉内温度と設定鉄皮温度によって決定
され、ロックウールは６００℃以下、セラミックファイ
バーは１ｉｏｏ’ｃ以下の温度になるようその厚みが設
計される。断熱壁構成の設計例を示すと、炉内温度１６
００°Ｃ鉄皮温度１０５°Ｃとした場合、ロックウール
厚み５０ｍ、セラミックファイバーブランケット厚み１
００ｍｍ、結晶質アルミナ繊維厚み７５咽となり断熱壁
の総厚みは２２５叫となる。ロックウール、セラミック
ファイバー及び結晶質アルミナ繊維全鉄皮に固定するた
めセラミック質スタッドワッシャー及び金属スタッドが
用いられる。鉄皮に金属スタッドが溶接され、金属スタ
ッドにセラミック質スタッドを捩じ込んでセラミック質
スタッドが取り付けられ、セラミック質ワッシャが取り
つけら１また時、断熱壁厚さと等しくなるようセラミッ
ク質スタンドと金属スタッドの長さが決められる。

この場合セラミック質スタッドは炉内温度により１５０
咽又は１００間が通常使用される。金属スタッドとして
は通常ステンレス又は耐熱鋼のものが用いられる。

セラミック質スタッドの平面配置は天井の場合と側壁の
場合に大別され、標準のスタッド配置は天井で２００閣
Ｘ２００咽、側壁で２０［ＩＸろ００箇の千鳥配置とさ
れる。天井と側壁のスタッド配置の例を第６図及び第７
図に示した。第６図は天井のスタッド配置の例を示す正
面図である。６は結晶質アルミナ繊維の成型体、７及び
８はセラミック質スタッド及びワッシャーを示しており
、スタッドは２００　Ｘ　２００　ｍｍ間隔の千鳥配置
に配置されている。

第７図は側壁のスタッド配置の例を示す正面図で６は結
晶質アルミナ繊維成型体、７及び８はセラミック質スタ
ッド及びワッシャーを示しておりスタッドは２００　Ｘ
　３００　ｍｍ間隔の千鳥配置に配置されている。第６
図及び第７図の例は、結晶質アルミナ繊維の角柱状成型
体として第５図の寸法記号で、ａ　：　４５０＋＋＋ｍ
、　ｂ　：　５５ｍ５　ｃ　：　７５ｍｍの大きさのも
のを使用したものである。又結晶性アルミナ系繊Ｉｎ　
成型体６をセラミック質スタッド間にｂ：５５ｍｍが５
０ｍｍに圧縮して取り付けられる。セラミック質スタッ
ド配置は、間隔を短くすれば結晶性アルミナ系繊維成型
体６の固定はより確実になるが、単位面積当りのセラミ
ック質スタッドの本数、スタッドの材料費及び取り付は
工数が多くなり経済性の点で望ましくない。しかしなが
ら非常に振動の多い炉とか扉等可動の炉壁部分は前記標
準スタッド配置よりもスタッド間隔を短くして結晶質ア
ルミナ系繊維成型体６の固定を充分確実にすることがで
きる。結晶質アルミナ系繊維成型体６の取り付けはスタ
ッド間へ圧縮して取り付けることが必要で、スタッド間
隔が２００ｍｍの間に結晶性アルミナ系繊維成型体６を
４本取り付ける場合は、第５図のｂが５６〜６０ｍｍの
ものを用い６〜２０％圧縮して取り付けられる。この圧
縮による反撥力により該成型体はスタッド間に確実に固
定され脱落することは無い。

以上述べた通り、本発明は繊維質耐火材を用いた工業炉
の断熱方法であって、鉄皮側の低温部にロックウール、
中間部分にセラミックファイバーブランケット、炉内側
の高温部に結晶質アルミナ系繊維の各層を配置しその結
晶質アルミナ系繊維角柱状成型体の繊維方向が炉壁面と
垂直になるよう配列し、セラミック質スタッドの間に圧
縮して取り付けるものである。

本発明により高温部分のみに高価な結晶質アルミナ系繊
維を使うことによって、経済性のある断熱方法が達成さ
れた。さらに本発明では、結晶質アルミナ系繊維の角柱
状成型体を用い該成型体をセラミック質スタッドの間に
圧縮し繊維方向が炉壁面に垂直になるよう取り付けるこ
とにより脱落のない繊維質耐火材による工業炉の断熱壁
が達成された。本発明の断熱壁は、結晶質アルミナ系繊
維の高耐熱性によって炉内温度１２００〜１５０００Ｃ
の工業炉に使用可能なものである。

実際の工業炉に本発明を適用した結果では炉内最高温度
１４００°Ｃ１平均温度１ろ５０’Ｃの鉄鋼用加熱炉の
側壁及び天井に本発明による断熱壁を用い、１年間稼動
後も何ら異常はなく、従来のプラスチック耐火物を用い
た炉に比較し２０％の省エネルギーが達成された。尚、
スタックライニングにおいては炉壁表面にアルミナ−シ
リカ質等のコーテイング材を塗布することが通常行われ
ており、本発明においても結晶質アルミナ系繊維成型体
の炉内側表面にアルミナ−シリカ質等のコーティングを
施すことは何ら差支えるものではない。

このようなコーティングを施すことにより本発明による
断熱壁の耐久性はさらに増進される場合があるが、コー
テイング材を用いなくても充分耐久性がある場合もあり
、コーテイング材の塗布は本発明の必須要件とするもの
ではない。

以上説明したように本発明は、繊維状物質を炉材とする
炉壁構造であり、従来のものに比べて高温炉に適用する
ことができ、炉材等の脱落や亀裂等を生ずる恐れのない
すぐれた炉壁構造であるので省エネルギー、省資源の要
望に寄与すること大である。

【図面の簡単な説明】

″第１図、第２図及び第３図は従来例の炉壁構造の断面
図、第４図、第５図、第６図、及び第７図は本発明の実
施例を示すもので、第４１図は炉壁構造の断面図、第５
図は結晶質アルミナ繊維角柱状成形体の斜視図、第６図
は工業炉の天井の正面図及び第７図は工業炉の側壁の正
面図である。 符号 １・・・鉄皮、２・・・金属スタット、３・・・金属ワ
ッシャー、４・・・ロックウール、５・・・セラミック
ファイバー、 ６・・・結晶性アルミナ系繊維成形体、７・・・セラミ
ック質スタット、 ８・・・セラミック質ワッシャー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鉄皮から炉内方向に向って、ロック６−ル、セラミック
   ファイバー、及び結晶質アルミナ系繊維の各層を順に設
   けこれをセラミック質スタッド及と垂直に配置し積層し
   たものからなり、しかも前記角柱状成形体が予め鉄皮に
   取り付けたセラミック質スタッドの間に圧縮状態で配置
   されるように構成してなることを特徴とする工業炉の炉
   壁構造