KR102069156B1 - 부정형 내화물 구조체 - Google Patents

Abstract

이 부정형 내화물 구조체는, 부정형 내화물과; 상기 부정형 내화물을 지지하는 지지체와; 상기 지지체에 설치된 지지면에 접속된 상태에서 상기 부정형 내화물의 내부에 매설되는 내열 섬유제 지지재를 구비한다. 상기 내열 섬유제 지지재는, 무기질 섬유로 형성되고, 상기 지지면에 직교하는 X축 방향을 따라 연장되는 내열 섬유 로프를 갖고, 상기 내열 섬유 로프의 상기 X축 방향의 길이 L1과, 상기 부정형 내화물의 상기 X축 방향의 길이 L2의 비 L1/L2가 0.35 이상 0.95 이하이다.

Description

부정형 내화물 구조체{MONOLITHIC REFRACTORY STRUCTURE}

본 발명은 부정형 내화물 구조체에 관한 것이다.

본원은 2013년 1월 29일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2013-014504호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

제철소 등에 있어서 고온 하에서 사용되는 각종 공업로나 설비에는 사용 환경이나 필요해지는 기능에 따라 내화벽돌이나 부정형 내화물, 세라믹 파이버 등 각종 내화물이 시공되고 있다. 최근들어 그 중에서도 시공이나 형상의 자유도, 품질의 고성능화로부터 부정형 내화물(캐스터블, 플라스틱 등)의 사용률이 증대되고 있다.

부정형 내화물의 내부에는 통상 앵커 또는 스터드라고 불리는 L형, V형, Y형 등으로 가공된 금속제 지지재가 매설되어 있다. 이 금속제 지지재의 단부는, 부정형 내화물의 지지체인 철피나 파이프에 고정된다. 이 금속제 지지재는, 부정형 내화물이 철피나 파이프 등의 지지체로부터 박리 또는 탈락되는 것을 방지하거나, 부정형 내화물에 발생하는 균열의 신전을 억제하는 역할을 하고 있다.

구체적으로는, 도 16에 도시한 바와 같이 종래의 부정형 내화물 구조체는, 지지체(1)와, 이 지지체(1)에 대하여 용접 등으로 고정된 금속제의 스터드나 앵커 등의 금속제 지지재(2)와, 부정형 내화물(3)을 구비한다.

지지체(1)를 피복하는 부정형 내화물(3)은, 단층 구조 또는 복층 구조를 갖는다. 부정형 내화물(3) 이외에, 세라믹스 파이버나 단열 보드, 단열 시트 등의 정형 내화물이 병용되는 경우도 있다. 지지체(1)는 금속제나 세라믹스제의 부재를 조합하여 얻어진 구조물이며, 로각, 파이프, 빔, 기둥 등이다. 예를 들어, 철강 프로세스에 사용되는 지지체(1)로서는, 가열로의 로각, 스키드의 수냉 파이프, 2차 정련의 침지관, 또는 가스 흡입용 랜스 등을 들 수 있다.

금속제 지지재(2)가 용접 등으로 지지체(1)에 일정 간격으로 고정된 후, 지지체(1) 주위에 설치된 임의의 형상의 형틀에 슬러리상의 부정형 내화물의 원료가 유입된다. 그 후, 양생 및 건조 등의 마무리 공정을 거쳐, 도 16에 도시한 바와 같은 부정형 내화물 구조체가 얻어진다.

상기와 같은 일반적인 부정형 내화물 구조체에서는, 고온에 노출되는 부정형 내화물의 가동면 가까이에 금속제 지지재가 존재한다. 금속제 지지재는, 열팽창률이 부정형 내화물보다도 크다. 그로 인해, 금속제 지지재와 부정형 내화물의 열팽창차가 원인으로 부정형 내화물에 균열이 발생한다. 또한, 열전도율이 높은 금속제 지지재를 통하여, 열이 로각 철피나 수냉 파이프 등으로 빠져나감으로써, 큰 열손실이 발생한다. 또한, 금속제 지지재가 산화 분위기 하에서 장기간 사용된 경우, 산화에 의해 금속제 지지재의 강도가 저하된다. 그 결과, 부정형 내화물의 보유 지지력이 저하되고, 특히 금속제 지지재의 선단으로부터 부정형 내화물이 박리된다는 문제도 있다.

공업로의 부정형 내화물의 시공에는, 로의 크기나 구조에 따라 차이는 있지만, 수천부터 수만 나아가 수십만개나 되는 금속제 지지재가 사용되고 있다. 고온 하에서의 가동 후의 부정형 내화물에 있어서는, 금속제 지지재가 설치된 위치로부터 발생한 균열이 많이 존재한다. 이들 균열이 신전되어 개개가 이어짐으로써 부정형 내화물의 박리 및 탈락의 가능성이 높아진다. 따라서, 균열의 발생량이 부정형 내화물 구조체의 수명을 결정짓는 요인의 하나가 된다.

종래에는, 상기 문제의 대책으로서, 금속제 지지재의 팽창 여유부를 확보하기 위하여, 금속제 지지재의 표면에 수지 피막을 형성하거나, 비닐 테이프를 감은 후에, 금속제 지지재를 부정형 내화물에 매설하는 방법이 채용되는 것이 일반적이었다. 이 방법에 의하면, 승온에 의해 상기한 수지 피막 혹은 비닐 테이프가 소실됨으로써, 부정형체 내화물에 매설된 금속제 지지재의 주위에 공간(즉 팽창 여유부)이 형성된다.

그러나, 이러한 금속제 지지재의 표면에 수지 피막을 형성하거나, 비닐 테이프를 감는 대책으로는 수고 및 비용이 드는 것에 비하여 균열의 발생을 충분히 억제하는 것이 곤란했다.

따라서, 종래부터 금속제 지지재 대신에 무기질 섬유로 형성된 내열 섬유 로프를 지지재로서 사용하는 기술이 제안되고 있다(하기 특허문헌 1 내지 3 참조). 특허문헌 1 및 2에는 세라믹 파이버로 형성된 내열 세라믹 로프에 의해 부정형 내화물을 지지하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 3에는 유리 울, 암선, 슬래그 울, 석면, 세라믹 섬유, 알루미나 섬유, 혹은 탄소 섬유 등의 무기질 섬유로 형성된 로프(지지 끈)를 지지재로서 사용하는 기술이 개시되어 있다.

무기질 섬유는, 부정형 내화물과 마찬가지로 무기질 재료로 형성되어 있고, 열팽창 계수가 낮고, 또한 탄성률도 낮다. 따라서, 부정형 내화물의 내부에 내열 섬유 로프를 지지재로서 매설한 경우, 부정형 내화물과 내열 섬유 로프 사이의 열팽창차가 작기 때문에, 부정형 내화물에 균열이 발생하기 어렵다.

일반적으로 금속제 지지재에 사용되는 SUS강이나 내열 주강의 열전도율이 15 내지 50W/mK 정도인 것에 대하여, 예를 들어 알루미나 섬유의 열전도율은 0.1 내지 0.2W/mK 정도이다. 그로 인해, 열이 내열 섬유 로프를 통하여 로각 철피나 수냉 파이프 등으로 전달되기 어려워져, 열손실을 저감시킬 수 있다.

또한, 예를 들어 세라믹 파이버는 주로 Al₂O₃나 SiO₂와 같은 산화물로 구성된다. 그로 인해, 세라믹 파이버로 형성된 내열 섬유 로프를 고온 산화 분위기 하에서 장기간 사용해도 금속제 지지재와 달리, 산화에 의한 열화가 발생하지 않는다.

일본 특허 공개(평) 09-143535호 공보 일본 특허 공개 2005-42967호 공보 일본 실용신안 공개(평) 07-32493호 공보

상기한 바와 같이 금속제 지지재 대신에 무기질 섬유로 형성된 내열 섬유 로프를 지지재로서 사용함으로써, 금속제 지지재의 사용에 의해 발생하는 대부분의 문제를 해결할 수 있다. 그러나, 본원 발명자에 의한 검증의 결과, 부정형 내화물의 내부에 있어서의 내열 섬유 로프의 상태에 의존하여, 부정형 내화물의 지지력(부정형 내화물을 지지체에 고정하는 힘)이 변동되는 것이 판명되었다.

즉, 부정형 내화물의 내부에 있어서의 내열 섬유 로프의 상태에 따라서는, 부정형 내화물의 지지력을 충분히 얻지 못하여, 부정형 내화물이 지지체로부터 탈락할 가능성이 있다. 그러나, 상기 종래 기술에는 부정형 내화물의 지지력에 착안하여, 부정형 내화물의 내부에 있어서의 최적의 내열 섬유 로프의 상태를 제안하는 것은 없었다.

본 발명은, 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 무기질 섬유로 형성된 내열 섬유 로프를, 부정형 내화물을 지지하기 위한 지지재로서 사용함으로써 발생하는 문제(부정형 내화물의 지지력 저하)를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하고 이러한 목적을 달성하기 위하여 이하와 같은 수단을 채용한다.

(1) 본 발명의 일 형태에 관한 부정형 내화물 구조체는, 부정형 내화물과; 상기 부정형 내화물을 지지하는 지지체와; 상기 지지체에 설치된 지지면에 접속된 상태에서 상기 부정형 내화물의 내부에 매설되는 내열 섬유제 지지재를 구비하고, 상기 내열 섬유제 지지재는, 무기질 섬유로 형성되면서 또한 상기 지지면에 직교하는 X축 방향을 따라 연장되는 내열 섬유 로프를 갖고, 상기 내열 섬유 로프의 상기 X축 방향의 길이 L1과, 상기 부정형 내화물의 상기 X축 방향의 길이 L2의 비 L1/L2가 0.35 이상 0.95 이하이고, 상기 내열 섬유 로프는 1개 또는 2개 이상의 환상부를 갖는다.

여기서, 「X축 방향을 따라 연장되는」이라는 기술에는, 내열 섬유 로프가 X축 방향에 평행해지도록 연장되는 것뿐만 아니라, L1/L2가 0.35 이상 0.95 이하라는 조건을 만족하는 한, 내열 섬유 로프가 X축 방향으로부터 소정의 각도 경사진 상태로 연장되는 것도 허용한다는 의미가 포함되어 있다.

(2) 상기 (1)에 기재된 부정형 내화물 구조체에 있어서, 상기 내열 섬유 로프가, Al₂O₃, SiO₂, Al₂O₃-SiO₂, Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃ 중 1종 또는 2종 이상의 재질을 포함하는 무기질 섬유로 형성되어도 된다.

(3) 상기 (1)에 기재된 부정형 내화물 구조체에 있어서, 상기 내열 섬유 로프가 경화제로 경화되어도 된다.

(4) 상기 (1)에 기재된 부정형 내화물 구조체에 있어서, 상기 내열 섬유 로프가, 상기 지지면에 설치된 앵커를 통하여 상기 지지체와 접속되어도 된다.

(5) 상기 (1)에 기재된 부정형 내화물 구조체에 있어서, 상기 내열 섬유제 지지재가, 상기 내열 섬유 로프와 상기 지지체를 접속하는 접속 부재를 더 갖고; 상기 접속 부재가, 상기 지지체의 상기 지지면에 고정되어도 된다.

(6) 상기 (5)에 기재된 부정형 내화물 구조체에 있어서, 상기 접속 부재가, 중공 통 형상의 금속환이며; 상기 금속환의 내부에 상기 내열 섬유 로프가 삽입 및 고정되고; 상기 내열 섬유 로프에 상기 부정형 내화물의 하중이 작용하는 방향과, 상기 내열 섬유 로프가 상기 금속환으로부터 인발되는 방향이 동일한 방향이어도 된다.

(7) 상기 (5)에 기재된 부정형 내화물 구조체에 있어서, 상기 접속 부재가, 중공 통 형상의 금속환이며; 상기 금속환의 내부에 상기 내열 섬유 로프가 삽입 및 고정되고; 상기 내열 섬유 로프에 상기 부정형 내화물의 하중이 작용하는 방향과, 상기 내열 섬유 로프가 상기 금속환으로부터 인발되는 방향이 상이한 방향이어도 된다.

(8) 상기 (1)에 기재된 부정형 내화물 구조체에 있어서, 상기 내열 섬유 로프가, 1개 또는 2개 이상의 매듭을 갖고 있어도 된다.

(9) 상기 (1)에 기재된 부정형 내화물 구조체에 있어서, 상기 부정형 내화물이, 상기 X축 방향을 따라 복수의 층으로 분할되어 있고; 상기 내열 섬유 로프가, 상기 부정형 내화물의 각 층에 대하여 1개씩 환상부를 갖고 있어도 된다.

상기 형태에 있어서, 내열 섬유 로프의 X축 방향(지지체의 지지면에 직교하는 방향: 환언하면, 부정형 내화물의 하중이 작용하는 방향)의 길이 L1과, 부정형 내화물의 X축 방향의 길이 L2의 비 L1/L2가 0.35 이상 0.95 이하이다.

상기와 같은 조건을 만족하도록, 부정형 내화물의 내부에 있어서의 내열 섬유 로프의 상태를 보유 지지함으로써, 필요한 부정형 내화물의 지지력을 얻을 수 있고, 그 결과 부정형 내화물이 지지체로부터 탈락되는 것을 방지할 수 있다.

도 1a는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 부정형 내화물 구조체의 평면도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 부정형 내화물 구조체의 측면도이다.
도 2a는 내열 섬유 로프의 X축 방향의 길이 L1과, 부정형 내화물의 X축 방향의 길이 L2의 비 L1/L2가 0.35 이상 0.95 이하인 경우를 도시하는 도면이다.
도 2b는 내열 섬유 로프의 X축 방향의 길이 L1과, 부정형 내화물의 X축 방향의 길이 L2의 비 L1/L2가 0.35 미만인 경우를 도시하는 도면이다.
도 3은 내열 섬유제 지지재의 매듭부를 도시하는 도면이다.
도 4는 내열 섬유 로프와 금속환으로 구성되는 내열 섬유제 지지재를 도시하는 도면이다.
도 5는 내열 섬유 로프와 금속환으로 구성되는 내열 섬유제 지지재를 도시하는 도면이다.
도 6은 내열 섬유 로프와 금속환으로 구성되는 내열 섬유제 지지재를 도시하는 도면이다.
도 7은 내열 섬유 로프와 금속환으로 구성되는 내열 섬유제 지지재를 도시하는 도면이다.
도 8은 금속환으로부터 가지 형상으로 분기하는 복수의 내열 섬유 로프를 갖는 내열 섬유제 지지재를 도시하는 도면이다.
도 9는 부정형 내화물이 복수의 층으로 분할되어 있는 경우의 내열 섬유제 지지재를 도시하는 도면이다.
도 10은 스키드를 도시하는 도면이다.
도 11은 스키드 포스트의 구조를 도시하는 도면이다.
도 12는 내열 섬유제 지지재를 사용한 부정형 내화물 구조체를 도시하는 도면이다.
도 13은 내열 섬유제 지지재를 사용한 부정형 내화물 구조체를 도시하는 도면이다.
도 14는 내열 섬유제 지지재를 사용한 부정형 내화물 구조체를 도시하는 도면이다.
도 15는 금속제 지지재를 사용한 부정형 내화물 구조체를 도시하는 도면이다.
도 16은 종래의 금속제 지지재를 사용한 부정형 내화물 구조체를 도시하는 도면이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 일 실시 형태에 대하여 설명한다.

도 1a는 본 실시 형태에 관한 부정형 내화물 구조체의 평면도이다. 도 1b는, 본 실시 형태에 관한 부정형 내화물 구조체의 측면도이다. 이들 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 부정형 내화물 구조체는 지지체(1), 부정형 내화물(3), 핀(4) 및 내열 섬유제 지지재(5)를 구비하고 있다.

지지체(1)는 부정형 내화물(3)을 지지하는 구조물이며, 금속제나 세라믹스제의 부재를 조합하여 얻어진 것이다. 이들 지지체(1) 및 부정형 내화물(3)은, 도 16에 도시한 종래의 부정형 내화물 구조체와 마찬가지이다. 따라서, 설명의 편의상, 본 실시 형태에 있어서의 지지체(1) 및 부정형 내화물(3)에 관해서도 도 16과 동일 부호를 사용한다.

이 지지체(1)의 표면에는, 평면 형상의 지지면(1a)이 설치되어 있다. 이하에서는, 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, 지지면(1a)에 직교하는 방향을 X축 방향이라고 정의한다. 또한, 지지면(1a)에 직교하는 평면 내에서, X축 방향과 직교하는 방향을 Y축 방향이라고 정의한다. 또한, XY 평면(지지면(1a)에 직교하는 평면)에 직교하는 방향을 Z축 방향이라고 정의한다.

이 지지면(1a)에는 L자 형상의 핀(4)이 설치되어 있다. 이 핀(4)은, 지지체(1)와 내열 섬유제 지지재(5)를 접속하기 위한 앵커로서의 역할을 하고 있다.

내열 섬유제 지지재(5)는, 지지체(1)에 설치된 지지면(1a)에 접속된 상태로 부정형 내화물(3)의 내부에 매설되어 있다. 이 내열 섬유제 지지재(5)는, 무기질 섬유로 형성되고, 지지면(1a)에 직교하는 방향(도면 중의 X축 방향)을 따라 연장되는 내열 섬유 로프(7)를 갖는다. 이 내열 섬유 로프(7)는, 지지면(1a)에 설치된 핀(4)을 개재하여 지지체(1)과 접속되어 있다. 또한, 핀(4)은 지지체(1)의 일부를 구성하는 것이며, 내열 섬유제 지지재(5)의 구성 요소가 아니다.

도 1a 및 도 1b에서는, 내열 섬유 로프(7)가 환상부를 갖는(내열 섬유 로프(7)의 형상이 환 형상임) 경우를 도시하고 있지만, 후술하는 바와 같이 내열 섬유 로프(7)의 형상은 환 형상에 한정되지 않는다. 또한, 상기한 바와 같이 핀(4)에 환 형상의 내열 섬유 로프(7)를 거는 방법 외에, 지지체(1)의 천장 등의 빔을 이용하여 내열 섬유 로프(7)를 묶어매는 등의 방법에 의해, 내열 섬유 로프(7)를 지지체(1)에 고정해도 된다.

내열 섬유 로프(7)는, 예를 들어 Al₂O₃, SiO₂, Al₂O₃-SiO₂, Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃ 중 1종 또는 2종 이상의 재질을 포함하는 무기질 섬유로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 재질의 무기질 섬유로 형성된 내열 섬유 로프(7)는, 종래의 금속제 지지재에서는 열손실의 증가나 강도의 저하가 발생하는, 예를 들어 600℃ 이상, 또한 1000℃ 이상의 고온을 견딜 수 있는 내열성 및 강도를 갖는다.

특히, Al₂O₃-SiO₂를 포함하는 무기질 섬유는, 내고온성 및 코스트 퍼포먼스 등이 우수하다. Al₂O₃-SiO₂를 포함하는 무기질 섬유 중, Al₂O₃이 72질량％, SiO₂가 28질량％인 무기질 섬유는, 비교적 입수하기 쉽고, 코스트 퍼포먼스가 우수하다. 또한, Al₂O₃이 90질량％, SiO₂가 10질량％인 무기질 섬유는 보다 내열성이 우수하다.

복수개의 무기질 섬유를 한데 모아 꼬아냄으로써, 얀이 얻어진다. 또한, 복수개의 얀을 묶어 로프 형상으로 가공함으로써, 본 실시 형태에 관한 내열 섬유제 지지재(5)의 주요부인 내열 섬유 로프(7)가 얻어진다.

또한, 상술한 바와 같은, Al₂O₃, SiO₂, Al₂O₃-SiO₂, Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃ 중 2종 이상의 무기질 섬유를 사용함으로써, 예를 들어 심과 외층에서 재질이 상이한 다층 구조를 갖는 내열 섬유 로프(7)를 얻을 수 있다.

또한, 부정형 내화물 구조체가 저온 하에서 사용되는 경우에는, 예를 들어 탄소를 포함하는 무기질 섬유(탄소 섬유)나, Al₂O₃-SiO₂-CaO, CaO-SiO₂ 등을 포함하는 무기질 섬유로 형성된 내열 섬유 로프(7)를 사용해도 된다.

내열 섬유 로프(7)는, 상기한 무기질 섬유를 사용하여 꼬여진 로프 형상의 형태를 갖는다. 브레이드의 종류로서는, 8타(크로스 로프), 16타(브레이드 로프), 금강타(솔리드 코드) 등을 들 수 있지만, 특별히 그 종류에 한정되지 않는다. 슬리브 등의 중공 형상의 로프를 사용할 수 있지만, 바람직하게는 로프 내의 공간이 가능한 한 적은 것이 좋다.

내열 섬유 로프(7)가, 부정형 내화물(3)의 지지재로서의 강도를 확보하기 위해서는, 예를 들어 100m 이상의 섬유 길이를 갖는 장섬유로 내열 섬유 로프(7)가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 단섬유를 사용한 경우에도, 로프 형상으로 꼬는 것은 가능하지만, 섬유가 서로 얽혀 있을 뿐으로 용이하게 인발되기 때문에, 지지재로서의 기능을 해내지 못한다. 장섬유를 사용한 경우, 지지재로서 필요한 인장 강도는 로프 직경을 변화시킴으로써 조정 가능하다. 또한, 장섬유란, 미터 오더 이상(통상은 킬로미터 오더 이상이 많음)의 섬유 길이를 갖는 섬유를 가리키고, 섬유 길이가 1 내지 50㎜ 정도인 단섬유와는 구별된다.

도 2a에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 부정형 내화물 구조체에 있어서, 내열 섬유 로프(7)의 X축 방향의 길이 L1과, 부정형 내화물(3)의 X축 방향의 길이 L2의 비 L1/L2가 0.35 이상 0.95 이하로 되도록, 부정형 내화물(3)의 내부에 있어서의 내열 섬유 로프(7)의 상태가 보유 지지되고 있다.

전술한 바와 같이, 본원 발명자에 의한 검증의 결과, 부정형 내화물(3)의 내부에 있어서의 내열 섬유 로프(7)의 상태에 의존하여, 부정형 내화물(3)의 지지력(부정형 내화물을 지지체에 고정하는 힘)이 변동되는 것이 판명되었다.

내열 섬유 로프(7)(내열 섬유제 지지재(5))가 지지체(1)에 고정된 후, 지지체(1)의 주위에 설치된 임의의 형상의 형틀에 슬러리상의 부정형 내화물(3)의 원료가 유입된다. 그 후, 양생 및 건조 등의 마무리 공정을 거쳐, 본 실시 형태에 관한 부정형 내화물 구조체가 얻어진다.

여기서, 도 2b에 도시한 바와 같이, 형틀에 부정형 내화물(3)의 원료가 유입되기 전에, 내열 섬유 로프(7)는, 자중으로 Z축 방향의 하방(연직 하측 방향)을 향하여 현수된다. 이와 같이 하여 내열 섬유 로프(7)가 현수된 상태에서, 형틀에 부정형 내화물(3)의 원료가 유입되면, 부정형 내화물(3)의 내부에 있어서 내열 섬유 로프(7)가 현수된 상태로 고정된다.

본원 발명자는, 내열 섬유 로프(7)의 X축 방향의 길이 L1과, 부정형 내화물(3)의 X축 방향의 길이 L2의 비 L1/L2가 부정형 내화물(3)의 지지력에 미치는 영향을 검증했다. 그 결과, 도 2b에 도시한 바와 같이, 부정형 내화물(3)의 내부에 있어서 내열 섬유 로프(7)가 현수된 상태로 고정된 것이 원인으로, 내열 섬유 로프(7)의 X축 방향의 길이 L1과, 부정형 내화물(3)의 X축 방향의 길이 L2의 비 L1/L2가 0.35 미만으로 된 경우, 부정형 내화물(3)의 지지력이 대폭 저하되는 것을 발견했다.

이 이유로서 이하의 점을 들 수 있다. 즉, 본 실시 형태에 관한 부정형 내화물 구조체를 실기(實機)에서 사용하는 경우, X축 방향(지지면(1a)에 직교하는 방향)은, 부정형 내화물(3)의 하중이 작용하는 방향으로 된다. 부정형 내화물(3)의 지지력은, 상기한 하중에 대항하는 힘이므로, 내열 섬유 로프(7)가 현수되어, 내열 섬유 로프(7)의 X축 방향의 길이 L1이 감소되면, 하중에 대항하는 지지력(즉, X축 방향에 있어서 하중과는 역방향의 힘)이 작아진다고 생각되어진다.

내열 섬유 로프(7)의 X축 방향의 길이 L1과, 부정형 내화물(3)의 X축 방향의 길이 L2의 비 L1/L2가 0.35 미만인 경우, 부정형 내화물(3)에 있어서 내열 섬유 로프(7)에 의해 지지되어 있지 않은 부분이, 부정형 내화물(3)의 X축 방향의 길이 L2의 2/3 정도로 되므로, 이러한 내열 섬유 로프(7)에 의해 지지되어 있지 않은 부분이 지지체(1)로부터 용이하게 탈락될 가능성이 있다.

또한, 내열 섬유 로프(7)의 X축 방향의 길이 L1과, 부정형 내화물(3)의 X축 방향의 길이 L2의 비 L1/L2가 0.95보다 큰 경우, 내열 섬유 로프(7)의 선단(지지체(1)에 대하여 반대측의 단부)이, 부정형 내화물(3)의 가동 표면(지지체(1)에 대하여 반대측의 면)에 너무 가까우므로, 내열 섬유 로프(7)의 내열성에 문제가 발생할 가능성이 있다.

또한, 상기 조건(L1/L2가 0.35 이상 0.95 이하)을 만족하는 한, 내열 섬유 로프(7)가 X축 방향에 대하여 Z축 방향의 하방(연직 하방)으로 경사져도, 내열 섬유 로프(7)와 X축 방향 사이의 각도가 45° 이하이면 실용상 문제가 없는 것도 확인되었다.

따라서, 상기와 같은 조건(L1/L2가 0.35 이상 0.95 이하)을 만족하도록, 부정형 내화물(3)의 내부에 있어서의 내열 섬유 로프(7)의 상태를 보유 지지함으로써, 필요한 부정형 내화물(3)의 지지력을 얻을 수 있어, 그 결과, 부정형 내화물(3)이 지지체(1)로부터 탈락되는 것을 방지할 수 있다.

상기와 같은 조건(L1/L2가 0.35 이상 0.95 이하)을 만족하도록, 부정형 내화물(3)의 내부에 있어서의 내열 섬유 로프(7)의 상태를 보유 지지하기 위해서는, 경화제 등에 의해 미리 경화된 내열 섬유 로프(7)를 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 형틀에 부정형 내화물(3)의 원료가 유입되기 전에, 내열 섬유 로프(7)가 자중으로 현수되는 것을 방지할 수 있다.

이와 같이, 본 실시 형태에 관한 부정형 내화물 구조체의 시공 시에, 내열 섬유 로프(7)가 미리 경화제로 경화되어, 상온에서 내열 섬유 로프(7)의 강도가 발현되고 있는 상태가 바람직하다. 이 강도란, 시공 시에 내열 섬유 로프(7)가 자중에 의해 현수되고, 만곡되고, 절곡된다고 하는 변형에 견디는 강도를 가리킨다. 경화제로서는, 승온 과정에서 휘발되는 시판품의 유성 니스 등의 수지를 들 수 있다. 형틀 등을 사용하여 내열 섬유 로프(7)를 고정하고, 경화제를 사용하여 내열 섬유 로프(7)를 경화시킴으로써, 임의의 형상으로 내열 섬유 로프(7)를 성형해도 된다.

또한, 고온 영역에서 탄화되어 강도를 유지할 수 있는 페놀 수지, 콜타르 피치나, 고온 영역에서 유리질의 네트워크를 형성하는 인산, 인산염, 규산염, 실리카졸, 알루미나 졸 등을 경화제로서 사용해도 된다.

내열 섬유 로프(7)는, 그 구조상 내부에 많은 공간을 갖고 있으며, 많은 수분을 함유하는 것이 가능하다. 부정형 내화물(3)의 품질 정밀도를 결정짓는 요소 중 하나에 첨가 수분량을 들 수 있지만, 내열 섬유 로프(7)를 사용한 경우, 전술한 이유에 의해, 수분이 내열 섬유 로프(7)에 흡수되어, 부정형 내화물(3)의 유동성이 없어진다. 경화제의 사용은, 내열 섬유 로프(7)의 내부의 공간을 매립하는 효과가 있으므로, 부정형 내화물(3)의 수분이 내열 섬유 로프(7)에 흡수되는 것을 방지한다는 효과도 얻어진다. 따라서, 경화제에 의해 경화시킨 내열 섬유 로프(7)를 사용함으로써 부정형 내화물(3)의 품질도 향상된다.

또한, 상기 종래 기술 문헌(특허문헌 1 내지 3)에는, 필요한 지지력을 얻기 위하여, 상기와 같은 조건을 만족하도록, 부정형 내화물(3)의 내부에 있어서의 내열 섬유 로프(7)의 상태를 보유 지지하는 것이나, 그 상태를 보유 지지하기 위한 수단(경화제 등으로 내열 섬유 로프(7)를 경화시킨 상태에서 부정형 내화물(3)에 매설하는 것)이 개시되어 있지 않다. 따라서, 당업자가 상기 종래 기술 문헌에 기초하여 본원 발명을 상도하는 것은 곤란하다.

내열 섬유제 지지재(5)는, 내열 섬유 로프(7)만을 갖고 있어도 되고(도 1a 및 도 1b 참조), 또는 내열 섬유 로프(7)와 접속 부재를 갖고 있어도 된다(도 4 내지 도 5 참조). 접속 부재는, 내열 섬유 로프(7)와 지지체(1)를 접속하는 기능을 갖는 것으로, 후술하는 금속환(8) 등이 이것에 해당한다.

또한, 도 1a 및 1b에 도시한 바와 같이, 내열 섬유 로프(7)의 양단을 접속함으로써 얻어진 환상의 내열 섬유 로프(7)를 부정형 내화물(3) 내에 매설함으로써, 직선상의 내열 섬유 로프를 매설하는 경우보다도 부정형 내화물(3)의 지지력이 커진다. 또한, 내열 섬유 로프(7)에 환상부를 설치하는 경우, 도 1a 및 1b에 도시한 바와 같이, 내열 섬유 로프(7)의 전체를 환상으로 해도 되고, 후술하는 도 5 내지 도 7과 같이, 내열 섬유 로프(7)의 적어도 일부를 환상으로 해도 된다. 이 내열 섬유 로프(7)의 환상부의 설치수는, 1개 또는 2개 이상의 임의의 수이면 된다. 예를 들어, 환상부의 설치수가 2개이면, 내열 섬유 로프(7)는 8자형으로 된다.

또한, 도 3에 도시한 바와 같이 내열 섬유 로프(7)의 임의의 위치에 매듭(6)을 마련해도 된다. 이 매듭(6)이 저항부가 되어, 부정형 내화물(3)의 지지력을 보다 크게 할 수 있다. 매듭(6)의 수는, 특별히 한정되지 않고, 1개의 내열 섬유 로프(7)에 대하여 1개 또는 2개 이상의 매듭(6)을 마련해도 된다.

특히 천장벽에 내열 섬유제 지지재(5)를 사용하는 경우, 내열 섬유제 지지재(5)(즉 내열 섬유 로프(7))에는 항상 부정형 내화물(3)의 하중이 작용한다. 내열 섬유 로프(7)의 형상이 직선상인 경우, 내열 섬유 로프(7)와 부정형 내화물(3)의 마찰 저항으로 부정형 내화물(3)의 하중을 지지하게 된다. 따라서, 이 경우, 내열 섬유 로프(7)와 부정형 내화물(3) 사이의 박리가 발생하기 쉬워진다. 한편, 내열 섬유 로프(7)에 매듭(6)을 마련함으로써, 내열 섬유 로프(7)는 매듭(6)에 의해 하중을 받을 수 있다. 그 결과, 부정형 내화물(3)의 지지력이 증대되므로, 부정형 내화물(3)이 지지체(1)로부터 박리되는 것을 방지할 수 있다.

본 실시 형태에 관한 부정형 내화물 구조체를 각종 공업로나 설비에 적용하는 경우, 철피나 수냉 파이프 등의 금속으로 이루어지는 지지체(1)에 내열 섬유제 지지재(5)를 고정하는 경우가 많다. 시공성이나 철피에 대한 접착 강도를 고려하면, 내열 섬유제 지지재(5)가, 내열 섬유 로프(7)와 금속제의 접속 부재로 구성되고, 접속 부재가 철피 등의 금속제의 지지체(1)에 용접에 의해 고정되는 것이 바람직하다. 이렇게 지지체(1)에 대하여 용접으로 고정 가능한 재질의 접속 부재에 의해 내열 섬유 로프(7)의 일단부 혹은 양단부를 끼운 상태에서, 접속 부재를 지지체(1)에 고정함으로써, 내열 섬유 로프(7)를 지지체(1)에 설치할 수 있다.

예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같이, 금속제의 접속 부재로서 금속환(8)이 사용되는 경우, 금속환(8)의 내부에 내열 섬유 로프(7)의 일단부가 삽입 및 고정되는 것이 바람직하다. 금속환(8)은, 내부에 관통 구멍을 갖는 중공 통 형상의 금속 부재이다. 금속환(8)은, 그 관통 구멍에 삽입된 내열 섬유 로프(7)의 단부를 체결하는 것이 가능한 구조를 갖는다. 이 금속환(8)은, 용접에 의해 지지체(1)에 대하여 용이하게 고정할 수 있다. 금속환(8)(또는 절곡된 금속판이어도 됨)으로 내열 섬유 로프(7)의 단부가 둘러싸인 상태에서, 프레스에 의해 내열 섬유 로프(7)와 금속환(8)을 압착시킴으로써, 금속환(8)에 압착부(9)가 형성된다. 이에 의해, 부정형 내화물(3) 내에서 내열 섬유제 지지재(5)에 하중이나 열응력이 작용하는 경우에도, 내열 섬유 로프(7)의 단부가 금속환(8) 등의 접속 부재로부터 용이하게 인발될 수 없는 구조의 내열 섬유제 지지재(5)를 얻을 수 있다.

또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 환 형상으로 되도록 구부러진 내열 섬유 로프(7)의 양단부가 금속환(8)(또는 절곡된 금속판)에 삽입 및 고정된 구조를 갖는 내열 섬유제 지지재(5)를 사용해도 된다. 이와 같이, 환 형상의 내열 섬유 로프(7)를 갖는 내열 섬유제 지지재(5)를 사용함으로써, 도 4에 도시하는 직선상의 내열 섬유 로프(7)를 갖는 내열 섬유제 지지재(5)를 사용하는 경우와 비교하여, 부정형 내화물(3)과 내열 섬유 로프(7)의 접촉 면적이 증가된다. 그 결과, 부정형 내화물(3)과 내열 섬유 로프(7)의 마찰력도 증가됨과 함께, 내열 섬유 로프(7)의 형상 안정성도 증가된다는 효과가 얻어진다. 형상 안정성이란, 부정형 내화물(3)의 시공 시에 있어서 내열 섬유 로프(7)의 원래의 형상으로부터의 변형이 적은 것을 가리킨다. 또한, 부정형 내화물(3)이 환상의 내열 섬유 로프(7)에 걸쳐 존재하므로, 내열 섬유 로프(7)가, 부정형 내화물(3)의 하중을 면으로 받을 수 있다. 그 결과, 보다 큰 지지력을 얻는 것이 가능해진다.

도 5에 도시하는 실시 형태도, 도 4에 도시하는 실시 형태와 마찬가지로, 금속제의 접속 부재를 철피 등의 금속제의 지지체(1)에 용접하여, 내열 섬유제 지지재(5)를 지지체(1)에 고정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 로각 철피나 파이프 등의 지지체(1)에 있어서의 부정형 내화물(3)을 시공하는 부위에 대하여, 상기 내열 섬유 로프(7)의 단부가 압착된 금속환(8)의 단부를 용접하여 고정하는 것이 바람직하다. 이렇게 내열 섬유제 지지재(5)를 지지체(1)에 고정한 후는 통상의 금속제 지지재(2)와 마찬가지로, 부정형 내화물(3)을 시공하는 것이 가능하다. 본 방법을 사용하면, 금속제 지지재(2)와 마찬가지의 용접 작업을 행할 뿐이므로, 지지 부재의 설치 작업 효율은 동일하다.

또한, 직접 내열 섬유제 지지재(5)의 접속 부재를 지지체(1)에 용접하는 것이 아니고, 별도의 고정 부재를 사용하여, 접속 부재를 지지체(1)에 간접적으로 고정해도 된다. 예를 들어, 도 6에 도시한 바와 같이 나사산을 갖는 볼트(10)를 철피 등의 지지체(1)에 미리 용접해 두고, 볼트(10)에 대응하는 내부 홈을 구비하는 금속환(8)을 사용한 내열 섬유제 지지재(5)를 볼트(10)에 나사 결합시킴으로써, 양자를 고정해도 된다.

또한, 도 5에 도시하는 실시 형태에서는, 내열 섬유 로프(7)의 금속환(8)과의 접속부에 있어서, 내열 섬유 로프(7)에 부정형 내화물(3)의 하중이 작용하는 방향(X축 방향)과, 내열 섬유 로프(7)가 금속환(8)으로부터 인발되는 방향이 동일한 방향이다. 환언하면, 금속환(8)의 중심축이 X축 방향과 평행해지도록 금속환(8)이 지지면(1a)에 고정된다.

이에 대하여, 도 7에 도시하는 실시 형태에서는, 내열 섬유 로프(7)에 부정형 내화물(3)의 하중이 작용하는 방향(X축 방향)과, 내열 섬유 로프(7)가 금속환(8)으로부터 인발되는 방향(Y축 방향 혹은 Z축 방향)이 상이하다. 환언하면, 금속환(8)의 중심축이 X축 방향에 직교하는 방향(Y축 방향 혹은 Z축 방향)과 평행해지도록, 금속환(8)이 지지면(1a)에 고정된다. 이에 의해, 금속환(8)으로부터 내열 섬유 로프(7)가 빠지기 어려워져, 그 결과, 내열 섬유제 지지재(5)의 고내용화를 실현할 수 있다. 특히, 도 7에 도시한 바와 같이, 내열 섬유 로프(7)에 부정형 내화물(3)의 하중이 작용하는 방향과, 내열 섬유 로프(7)가 금속환(8)으로부터 인발되는 방향이 서로 직교하는 경우, 내열 섬유 로프(7)가 금속환(8)으로부터 더 인발되기 어려워진다. 이 경우, 예를 들어 내열 섬유 로프(7)의 양단부가, 금속환(8)의 좌우 양측에 형성된 개구부에 각각 삽입된다. 그 후, 금속환(8)의 중심부에서 내열 섬유 로프(7)의 양단부가 겹쳐진 상태에서, 금속환(8)의 중심부가 체결됨으로써, 내열 섬유 로프(7)가 금속환(8)에 고정된다.

또한, 상술한 환상의 내열 섬유 로프(7) 이외에도, 도 8에 도시한 바와 같이 금속환(8)으로부터 가지 형상으로 분기하는 복수개의 내열 섬유 로프(7)를 사용해도 된다. 내열 섬유 로프(7)와 부정형 내화물(3)의 접촉 면적이 클수록, 부정 내화물(3)과 내열 섬유 로프(7)의 마찰력도 증가된다. 따라서, 도 8에 도시한 바와 같은 금속환(8)으로부터 가지 형상으로 분기하는 복수개의 내열 섬유 로프(7)를 갖는 내열 섬유제 지지재(5)를 사용함으로써, 부정형 내화물(3)의 지지력을 향상시킬 수 있다.

또한, 도 9에 도시한 바와 같이, 부정형 내화물(3)이, X축 방향을 따라 복수의 층(예를 들어 3개의 층)으로 분할되어 있는 경우, 내열 섬유 로프(7)가, 부정형 내화물(3)의 각 층에 대하여 1개씩 환상부를 갖고 있어도 된다. 구체적으로는, 도 9에 도시하는 내열 섬유 로프(7)는, 부정형 내화물(3)의 제1층(3a)에 대하여 제1 환상부(7a)를 갖고, 부정형 내화물(3)의 제2층(3b)에 대하여 제2 환상부(7b)를 갖고, 부정형 내화물(3)의 제3층(3c)에 대하여 제3 환상부(7c)를 갖는다.

또한, 도 9에 있어서, 부호 7d는, 제1 환상부(7a)와 제2 환상부(7b) 사이의 매듭을 나타내고 있다. 또한, 부호 7e는, 제2 환상부(7b)와 제3 환상부(7c) 사이의 매듭을 나타내고 있다.

상기한 바와 같이 부정형 내화물(3)의 각 층에 대하여 1개씩 환상부를 갖는 내열 섬유 로프(7)를 사용함으로써, 가령, 열화 등이 원인으로 제3 환상부(7c)가 절단되었다고 해도, 다른 정상적인 제1 환상부(7a) 및 제2 환상부(7b)에 의해 부정형 내화물(3)의 지지력을 보유 지지할 수 있다.

또한, 도 9에서는, 금속환(8)(접속 부재)에 의해 내열 섬유 로프(7)가 지지체(1)에 접속되어 있는 경우를 도시했지만, 도 1a 및 도 1b와 마찬가지로, 지지체(1)에 미리 설치된 핀(4) 등의 앵커에 내열 섬유 로프(7)를 직접 접속해도 된다.

또한, 본 실시 형태에 관한 내열 섬유제 지지재(5)는, 다른 종래의 지지재와 병용해도 된다. 예를 들어, 천장 등의 지지체에 부정형 내화물(3)의 하중이 크게 가해지는 경우에는 비교적 높은 지지력이 얻어지는 금속제 지지재나 행거 벽돌 등과 내열 섬유제 지지재(5)를 병용해도 된다.

본 실시 형태에 관한 내열 섬유제 지지재(5) 및 그것을 사용한 부정형 내화물 구조체는, 각 공업로나 설비에 있어서, 종래의 금속제 지지재 및 그것을 사용한 부정형 내화물 구조체를 적용하고 있던 개소에 적용할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 관한 내열 섬유제 지지재(5)는, 금속제 지지재를 종래 사용하고 있던 위치에, 이것으로 치환하여(전량 또는 일부) 적용하는 것이 가능하다. 특히, 수냉 또는 공냉으로 지지체(1)나 지지체의 냉각을 행하고 있는 경우는, 내열 섬유제 지지재(5)는 금속제 지지재에 비하여 로체로부터의 손실열이 저하되므로 효과적이다.

이러한 설비의 예로서 강편의 압연용 가열로의 스키드를 들 수 있다. 스키드란, 가열로 내에서 강편을 지지·반송하기 위한 설비이다. 스키드는 금속제의 파이프로 이루어지고, 열간 강도를 유지할 목적으로 파이프 내부가 수냉되어 있고, 수냉 손실을 억제하기 위하여 외주를 내화 단열재로 피복한 구조로 되어 있다. 이때, 수냉 파이프의 단열을 행하지 않으면, 가열로로부터 냉각수로의 열 제거가 커져, 막대한 열손실이 발생하게 된다.

스키드의 기본 구조는 도 10과 같이, 빔에 상당하는 빔부(11)와, 기둥에 상당하는 포스트부(12)를 포함한다. 예를 들어, 포스트부(12)에 본 실시 형태에 관한 부정형 내화물 구조체를 적용하기 위해서는, 도 11에 도시한 바와 같이, 부정형 내화물(3)의 지지체(1)인 수냉 파이프(13)에, 도 7에서 도시한 바와 같은 내열 섬유제 지지재(5)를 용접하여, 수냉 파이프(13)의 주위에 이 내열 섬유제 지지재(5)를 감싸도록 부정형 내화물(3)을 유입하여 시공하면 된다.

실시예

이하, 본 발명의 실시예에 관한 내열 섬유제 지지재 및 부정형 내화물 구조체에 관하여, 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

Al₂O₃이 72질량％, SiO₂가 28질량％인 조성을 갖는 장섬유를 무기질 섬유로서 사용하여, 직경 5㎜의 내열 섬유 로프(7)를 형성했다. 내열 섬유 로프(7)의 상온에서의 인장 강도는 50MPa이었다. 1200℃에서 5시간 소성 후의 내열 섬유 로프(7)의 인장 강도는 40MPa이었다.

(실시예 1)

도 12에 도시한 바와 같이, 내열 섬유 로프(7)의 빠짐을 방지하기 위한 저항부로서, 내열 섬유 로프(7)의 편단부에 매듭(6)을 마련하였다. 또한, 내열 섬유 로프(7)의 다른 한쪽의 편단부에 환상부를 설치하고, 그 단부를 SUS강으로 이루어지는 높이 20㎜, 내경 10㎜의 금속환(8)(금속제의 접속 부재에 상당함)에 삽입하고, 프레스함으로써, 내열 섬유 로프(7)의 로프부와 금속환(8)의 금속부를 압착시켜, 내열 섬유제 지지재(5)를 제조했다. 이때, 내열 섬유제 지지재(5)의 높이는 140㎜로 했다. 미리 가열로의 천장 철피(지지체(1)에 상당함)에 설치한 L자형의 핀(4)에, 내열 섬유제 지지재(5)의 내열 섬유 로프(7)의 환상부를 걸어 고정했다. 그 후, 주위를 형틀로 둘러싼 후, 슬러리상의 부정형 내화물(3)의 원료를 유입하고, 양생 및 건조 공정을 거쳐, 두께 210㎜의 시공체가 얻어졌다(본 발명예 1).

상기 가열로를 조업 온도 1350℃에서 반년간 가동 후에, 부정형 내화물(3)의 시공체의 상황을 확인하면, 내열 섬유제 지지재(5)가 가열로의 실기에 있어서 균열발생 등의 문제가 없어 사용할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

(실시예 2)

환상부가 형성되도록, 상기한 내열 섬유 로프(7)의 양단부를 SUS강으로 이루어지는 높이 20㎜, 내경 10㎜의 금속환(8)에 삽입하고, 프레스함으로써 로프부와 금속부를 압착시켜, 도 5에 도시하는 형태의 내열 섬유제 지지재(5)를 제조했다. 또한, 경화제로서 유성 니스를 내열 섬유 로프(7)에 함침 후, 건조·경화시킴으로써, 내열 섬유 로프(7)의 강도를 높였다.

내열 섬유제 지지재(5)를 도 13에 도시한 바와 같이 조업 온도가 1350℃인 가열로의 측벽의 내벽 철피(지지체(1)에 상당함)에 종횡 150㎜의 피치로 용접하고, 210㎜ 두께로 부정형 내화물(3)을 유입하여 시공을 행했다(본 발명예 2).

마찬가지로, 도 14에 도시한 바와 같이, 도 7에 도시한 형태의 내열 섬유제 지지재(5)를 사용하여 마찬가지의 시공을 행했다. 도 14에 도시하는 내열 섬유제 지지재(5)는, 도 13에서 도시한 내열 섬유제 지지재(5)의 구성과 비교하여, 금속환(8)의 방향을 90° 바꾼 구성이다. 도 14의 예에서는, 내열 섬유 로프(7)에 부정형 내화물(3)의 하중이 작용하는 방향과, 내열 섬유 로프(7)가 금속환(8)으로부터 인발되는 방향이 상이하다(본 발명예 3).

또한, 비교를 위하여 동일한 조건에서 도 15에 도시한 바와 같이 SUS304로 이루어지는 직경 5㎜의 Y자형의 금속제 지지재(14)(Y형 스터드)를 사용하여 마찬가지의 시공을 행했다(비교예 1).

이때, 본 발명예 1 내지 3의 각 내열 섬유제 지지재(5) 및 비교예 1의 금속제 지지재(14)의 높이는 모두 140㎜로 했다.

가동 중인 가열로의 철피의 배면 온도를 서모 뷰어로 온도 측정하면, 내열 섬유제 지지재(5)를 사용한 본 발명예 2, 3의 경우에는, 철피의 배면 온도가 130℃이었던 것에 대하여, 금속제 지지재(14)를 사용한 비교예 1의 경우에는 철피의 배면 온도가 160℃이었다. 따라서, 본 발명예 2, 3에 있어서의 철피의 배면 온도와, 비교예 1에 있어서의 철피의 배면 온도 사이에는 약 30℃ 정도의 온도차가 있고, 내열 섬유제 지지재(5)를 사용함으로써, 철피로부터의 방산 열 환산으로 약 3할이나 열손실을 저감시킬 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 가열로의 가동 후의 각각의 부정형 내화물 구조체를 관찰하면, 내열 섬유제 지지재(5)를 사용한 본 발명예 2, 3의 경우에는, 가동면(부정형 내화물(3)의 표면)에 균열은 확인할 수 없었지만, 금속제 지지재(14)를 사용한 비교예 1의 경우에는, 지지재(14)를 설치한 위치를 기점으로 하여 부정형 내화물(3)에 균열이 발생하여, 십자형으로 신전되어 있었다. 가열 냉각을 반복하여 균열이 신전되면, 부정형 내화물(3)의 박리 및 탈락이 발생한다. 그러나, 내열 섬유제 지지재(5)를 사용하면, 부정형 내화물(3)의 수명이 향상되는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 약 1년간의 실기 사용 후의 내열 섬유제 지지재(5)를 회수하여, 인장 시험으로 내열 섬유 로프(7)를 금속환(8)으로 체결한 부분의 강도를 측정했다. 그 결과, 본 발명예 2는 사용 전과 비교하여, 강도가 2할 정도 저하되어 있던 것에 대하여, 본 발명예 3은 강도 열화가 거의 없었다. 따라서, 실기에 있어서, 도 7에 도시하는 구조를 갖는 내열 섬유제 지지재(5)의 장기적인 안정성을 확인할 수 있었다. 물론, 본 발명예 2에서도 실용상 문제는 없지만, 본 발명예 3이 보다 더 높은 강도를 얻을 수 있다.

(실시예 3)

환상부가 형성되도록, 상기한 내열 섬유 로프(7)의 양단부를 SUS강으로 이루어지는 높이 20㎜, 내경 10㎜의 금속환(8)에 삽입하고, 프레스함으로써 로프부와 금속부를 압착시켜 도 7에 도시하는 형태의 내열 섬유제 지지재(5)를 제조했다. 또한, 경화제로서 유성 니스를 내열 섬유 로프(7)에 함침 후, 건조·경화시킴으로써, 내열 섬유 로프(7)의 강도를 높였다.

그 내열 섬유제 지지재(5)를, 도 11에 도시한 바와 같이 조업 온도가 1350℃인 가열로의 스키드 포스트의 수냉 파이프(13)에 적용했다. 내열 섬유제 지지재(5)의 배열에 대해서는, 수냉 파이프(13)의 원주 방향으로 8개의 내열 섬유제 지지재(5)를 배치하고, 내열 섬유제 지지재(5)의 높이 방향의 간격을 150㎜ 간격으로 했다. 이때, 수냉 파이프(13)의 둘레 방향으로 배열되는 8개의 내열 섬유 로프(7)의 금속환(8)의 방향을, 교대로 상하 방향 및 수평 방향으로 했다. 또한, 내열 섬유제 지지재(5)의 단부를 수냉 파이프(13)의 외주면에 용접하여 고정했다. 부정 내화물(3)의 두께는 110㎜로 설정하여 유입 시공을 행했다(본 발명예 4).

또한, 비교를 위해 동일 조건에서 SUS304로 이루어지는 금속제 지지재(14)(Y형 스터드)로 마찬가지의 시공을 행했다(비교예 2).

이때, 본 발명예 4의 내열 섬유제 지지재(5) 및 비교예 2의 금속제 지지재(14)의 높이는 모두 80㎜로 했다.

가동 중인 스키드의 수냉 파이프(13) 내의 냉각수의 입구측과 출구측의 온도차에 기초하여 냉각수 열 제거량을 산출했다. 내열 섬유제 지지재(5)를 사용한 본 발명예 4의 경우에는, 금속제 지지재(14)를 사용한 비교예 2에 비하여, 냉각수 열 제거량이 저감되어, 연료원 단위[Mcal/ton]는 약 1/2로 떨어졌다. 여기서, 연료원 단위란, 생산 강편량 1ton당 사용 에너지를 나타내기 위한 지표이며, 이 연료원 단위가 클수록, 수냉 파이프(13)를 통한 냉각수 열 제거량, 즉 에너지 손실이 많은 것을 의미한다.

또한, 비교예 1의 경우와 마찬가지로, 금속제 지지재(14)를 사용한 비교예 2에서는, 금속제 지지재(14)를 설치한 위치를 기점으로 하여 부정형 내화물(3)에 균열이 발생했지만, 내열 섬유제 지지재(5)를 사용한 본 발명예 4에서는, 가동면(부정형 내화물(3)의 표면)에 균열은 확인되지 않았다.

이상의 결과로부터, 본 발명의 적용에 의해, 열손실 에너지를 감소시키는 것에 의한 비용 절감화나 에너지 절약화, 부정형 내화물 구조체의 수명 향상에 공헌할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명의 속하는 기술의 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 사람이면, 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명확하고, 이들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.

1 지지체
2 금속제 지지재
3 부정형 내화물
4 핀(앵커)
5 내열 섬유제 지지재
6 매듭
7 내열 섬유 로프
8 금속환(접속 부재)
9 압착부
10 볼트
11 빔부
12 포스트부
13 수냉 파이프
14 금속제 지지재

Claims (8)

1. 부정형 내화물과;
   상기 부정형 내화물을 지지하는 지지체와;
   상기 지지체의 지지면에 접속된 상태에서 상기 부정형 내화물의 내부에 매설된 내열 섬유제 지지재를 구비하고,
   상기 내열 섬유제 지지재는,
   무기질 섬유로 형성되고, 또한 상기 지지면에 직교하는 X축 방향을 따라 연장되는 내열 섬유 로프를 갖고,
   상기 내열 섬유 로프의 상기 X축 방향의 길이 L1과, 상기 부정형 내화물의 상기 X축 방향의 길이 L2의 비 L1/L2가 0.35 이상 0.95 이하이고,
   상기 내열 섬유 로프는 1개 또는 2개 이상의 환상부를 갖고,
   상기 내열 섬유제 지지재는,
   상기 내열 섬유 로프와 상기 지지체를 접속하는 접속 부재를 더 갖고;
   상기 접속 부재가, 상기 지지체의 상기 지지면에 고정되고,
   상기 접속 부재는, 중공 통 형상의 금속환이고,
   상기 금속환의 내부에 상기 내열 섬유 로프가 삽입 및 고정되고;
   상기 내열 섬유 로프에 상기 부정형 내화물의 하중이 작용하는 방향과, 상기 내열 섬유 로프가 상기 금속환으로부터 인발되는 방향이 상이한 방향인 것을 특징으로 하는, 부정형 내화물 구조체.
2. 제1항에 있어서, 상기 내열 섬유 로프는 Al₂O₃, SiO₂, Al₂O₃-SiO₂, Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃ 중 1종 또는 2종 이상의 재질을 포함하는 무기질 섬유로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 부정형 내화물 구조체.
3. 제1항에 있어서, 상기 내열 섬유 로프는 경화제로 경화되어 있는 것을 특징으로 하는, 부정형 내화물 구조체.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서, 상기 내열 섬유 로프는 1개 또는 2개 이상의 매듭을 갖는 것을 특징으로 하는, 부정형 내화물 구조체.
7. 제1항에 있어서, 상기 부정형 내화물은 상기 X축 방향을 따라 복수의 층으로 분할되어 있고;
   상기 내열 섬유 로프는, 상기 부정형 내화물의 각 층에 대하여 1개씩 환상부를 갖는 것을 특징으로 하는, 부정형 내화물 구조체.
8. 삭제

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