WO2004111516A1

WO2004111516A1 - 耐熱性保護管およびその製造方法ならびに耐熱性保護管の製造装置

Info

Publication number: WO2004111516A1
Application number: PCT/JP2004/008341
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Iwamura; Yukio Terauchi; Hiroaki Kosaka; Haruo Kitamura; Tomohiro Furuya
Original assignee: Heraeus Electro-Nite Japan, Ltd.; Miyagawa Kasei Industry Co., Ltd.
Priority date: 2003-06-16
Filing date: 2004-06-15
Publication date: 2004-12-23
Also published as: JP3716280B2; KR100847622B1; JP2005009882A; KR20060013555A

Abstract

　耐熱性保護管（１）は、ウォラストナイトまたは該ウォラストナイトを２０重量％以上含む耐熱性無機粉末を、１．５重量％以上１５重量％以下の添加剤を用いて結合した材料からなる。該耐熱性保護管（１）は、ウォラストナイトまたは上記の耐熱性無機粉末と、添加剤と、適当量の水または有機溶剤とを混合して混合材料を作製し、該混合材料を管状に成形して管状成形体を作製し、この管状成形体を乾燥させることで製造することができる。

Description

明細書

耐熱性保護管およびその製造方法ならびに耐熱性保護管の製造装置技術分野

[0001] 本発明は、たとえば熱電対のような計測手段を高温力保護するなどの用途に使用可能な耐熱性保護管およびその製造方法ならびに耐熱性保護管の製造装置に関する。

背景技術

[0002] 従来から、溶融金属の温度測定は、約 1000°C— 1700°Cの溶融金属中にプロ一ブを 5— 10秒間浸漬して行われている。このプローブには一般的には紙管が用いられてきたが、紙管に含まれる水分や有機成分が高温下で急激に気化'燃焼し、その際に発生するガスにより溶融金属が飛散し、作業者が危険に晒されることがあった。さらに、紙管は燃焼しやすぐ短時間で消失するため、特に 1600°C以上の高温下ではホルダーが破損するなど充分な機能を果たさない場合も多々あった。

[0003] そこで、紙管の外装材として、セラミックファイバに粘土鉱物を分散させた抄造品や、セラミックファイバにバインダを混練して筒状に成形したものや、焼成珪藻土やアルミナ、シリカ、力ルシアを主成分としたものにガラス繊維やロックウールを混合して補強したものが用レ、られている。なお、溶融金属浸漬用保護管の一例が、たとえば実公平 3— 45152号公報に記載されている。

特許文献 1：実公平 3 - 45152号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 上記の抄造品は紙管の外周上に巻き付けられるが、卷付け端部に抄造品の肉厚分の段差が生じ、また卷付け回数が場所により変動し、紙管の外装材の肉厚変動が大きくなることがあった。

[0005] また、セラミックファイバ成形品は紙管と接着されるが、その際にセラミックファイバ成形品と紙管との間に隙間が生じ、強度的に脆くなる。そのため、輸送時の衝撃や、自動投入機への装着時に固定クランプで挟み込む際の圧力で破損することがあった。 [0006] また、珪藻土などを用いた場合、未焼成では結晶水を持っため、溶融金属に浸漬した際にこれが急激に気化して放出され、スプラッシュと呼ばれる溶融金属の飛散現象が発生する場合がある。このため、 1000°C以上程度の温度で焼成した珪藻土が多く使用されるが、焼成した珪藻土も大気中の水分を吸収しやすぐ梅雨のような多湿の時期には大気中の水分を吸収してしまう。したがって、スプラッシュを充分に防止することが困難であった。

[0007] さらに近年では、セラミックや人造非晶質の繊維や粉末などが人体に悪影響を及ぼすことが指摘され、 IARC (国際癌研究機関： International

Agency for Research on Cancer)より、セラミックファイバや焼成した珪藻土中などに含まれるクリストバライト粉末、ガラス繊維、ロックウールなどの発癌性が指摘されている。

[0008] 本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、高温の被測定対象に浸潰して温度および酸素濃度などを測定する際の保護管として使用した場合には被測定対象の飛散を抑制することができ、耐熱性、断熱性および耐衝撃性にも優れ、さらには人体に対する悪影響の少ない材質で構成される耐熱性保護管およびその製造方法ならびに該耐熱性保護管の製造装置を提供することを目的とする。課題を解決するための手段

[0009] 本発明に係る耐熱性保護管は、ウォラストナイトまたは該ウォラストナイトを 20重量 %以上含む耐熱性無機粉末を、固形分換算で 1. 5重量％以上 15重量％以下の添加剤を用いて結合した材料からなる。

[0010] ウォラストナイトは、結晶水をほとんど持たず、大気中の水分を吸収し難い材料であるので、スプラッシュを効果的に抑制することができる。また、ウォラストナイトは耐熱性および断熱性に優れた材料でもあり、該ウォラストナイトを用いて作製した保護管は従来所定以上の強度をも有する。さらにはウォラストナイトに関して人体に悪影響を及ぼすという指摘もなされていない。したがって、被測定対象に浸潰した際の被測定対象の飛散 (スプラッシュ）を抑制することができ、耐熱性、断熱性および耐衝撃性に優れ、さらには人体に対する悪影響の少ない耐熱性保護管が得られる。

[0011] 上記添加剤は、たとえば有機分散剤、有機系バインダーおよび無機系バインダーの少なくとも 1種を含む。また、ウォラストナイトは、好ましくは、針状ウォラストナイトである。

[0012] 本発明に係る耐熱性保護管の製造方法は、次の各工程を備える。ウォラストナイトまたはウォラストナイトを 20重量％以上含む耐熱性無機粉末と、固形分換算で 1. 5 重量％以上 15重量％以下の添加剤と、水または有機溶剤とを混合して混合材料を作製する。該混合材料を管状に成形して管状成形体を作製する。管状成形体を乾燥させる。

[0013] 本願発明者は、上記の方法により、ウォラストナイトを含む材料を用いて、前述のような優れた特性を有する耐熱性保護管を作製できることを知得した。

[0014] 上記管状成形体を押出し成形にて作製することが好ましい。また、耐熱性保護管は紙管の外周面上に形成されるものであってもよい。この場合、管状成形体の作製ェ程は、混合材料を紙管の外周面上に押出しながら紙管を軸方向に移動させることで紙管の外周面上に管状成形体を作製する工程を含み、管状成形体の乾燥工程は、紙管の外周面上で管状成形体を乾燥させる工程を含む。また、混合材料の流路において流路面積を減じた箇所を設けることで、混合材料の流れを局所的に絞るようにすることが好ましい。

[0015] 本発明に係る耐熱性保護管の製造装置は、紙管の外周面上に耐熱性保護管を形成するものであって、内部で材料を混合および供給するシリンダと、該シリンダの先端部と接続され、紙管を受け入れる空間部と、シリンダから供給される材料を紙管の外周面上に導く流路とを有する成形金型とを備える。そして、成形金型内に位置する材料の流路に、該流路の面積を局所的に減じる絞り部を設ける。

[0016] 上記のように耐熱性保護管の製造装置が、紙管を受け入れる空間部と、シリンダから供給される材料を紙管の外周面上に導く流路とを有する成形金型を備えているので、該成形金型の空間部に紙管を揷入した状態で、成形金型内の流路を介してシリンダから紙管の外周面上に材料を供給することができる。それにより、紙管の外周面上に耐熱性保護管を成形することができる。このとき、成形金型内の流路に上記のような絞り部を設けることにより、材料を緻密な状態とすることができ、該緻密な状態となつた材料を紙管の外周面上に供給することができる。発明の効果

[0017] 本発明によれば、ウォラストナイトを用いて耐熱性保護管を作製するようにしたので、被測定対象に浸漬した際の被測定対象の飛散 (スプラッシュ)を抑制することができ、耐熱性、断熱性および耐衝撃性にも優れ、さらには人体に対する悪影響の少ない耐熱性保護管を得ることが可能となる。

図面の簡単な説明

[0018] [図 1]本発明の 1つの実施の形態における耐熱性保護管の平面図である。

[図 2]図 1に示す耐熱性保護管を使用したランス熱電対の部分断面図である。

[図 3]図 2に示すランス熱電対用のホルダーの一例を示す断面図である。

[図 4]本発明の 1つの実施の形態における耐熱性保護管の製造装置のヘッド部の拡大断面図である。

[図 5]添加剤の量と耐熱性保護管用材料の曲げ強度との関係を示す図である。

[図 6]ウォラストナイトの含有率と耐熱性保護管用材料の曲げ強度との関係を示す図である。

符号の説明

[0019] 1 耐熱性保護管、 2 紙管、 3 温度検出端、 4 キャップ、 5 コネクタブロック、 6 ポール、 7 銅シース補償導線、 8 エクステンションパイプ、 9 キヤブタイヤ補償導線、10 ノヽンドル、 11 メタノレコネクタ、 12 シリンダ、 13 混合材料、 14 成形金型、 1 5 空間部、 16 上部押え板、 17 内管、 18 流路、 19 口金、 20 絞り部、 21 下部押え板。

発明を実施するための最良の形態

[0020] 以下、図 1一図 4を用いて、本発明の実施の形態について説明する。

[0021] 本実施の形態における耐熱性保護管は、ウォラストナイトまたは該ウォラストナイトを 20重量％以上 (好ましくは 40重量％以上)程度含む耐熱性無機粉末を、 1. 5重量 %以上 15重量％以下（好ましくは 3重量％以上 10重量％以下、さらに好ましくは 3重量％以上 5— 7重量％以下)程度の添加剤を用いて結合した材料からなる。

[0022] なお、本願明細書において、ウォラストナイト、耐熱性無機粉末および添加剤の量は、固形分換算による量である。また、耐熱性無機粉末とウォラストナイトとを混合した場合に加える添加剤の量は、耐熱性無機粉末とウォラストナイトとの合計量に対する量である。

[0023] また、耐熱性無機粉末におけるウォラストナイトの含有量が 20重量％未満の場合であっても、後述する効果が得られる限り、本実施の形態における耐熱性保護管と等価なものであると解釈されるべきである。また、添加剤の量についても同様に、添加剤の量が 1. 5重量％未満あるいは 15重量％よりも多い場合であっても、後述する効果が得られる限り、本実施の形態における耐熱性保護管と等価なものであると解釈されるべきである。

[0024] ウォラストナイト（融点：約 1500°C、硬度（モース）：4. 5-5. 0程度）は、化学式 Ca SiOで表わされる珪酸塩鉱物である。天然鉱物として産出されるウォラストナイトは、

3

石灰石と花崗岩の接触部で変成作用を受けて発達した鉱物で、色はガラス光沢のある白色、帯灰色、帯褐色を呈する。ウォラストナイトの結晶形態は、針状、塊状である。ウォラストナイトは、主成分として Si〇と CaOをほぼ等量含有し、微量成分として A1

2 2

O、 Fe〇等を含有している。

3 2 3

[0025] ウォラストナイトは吸湿性をほとんど有していないので、該ウォラストナイトを含む材料で作製した耐熱性保護管を、溶融金属などの高温の被測定対象に浸潰した際に、該耐熱性保護管に含有される水分が急激に気化するのを抑制することができ、これに伴う被測定対象の飛散 (スプラッシュ）を効果的に抑制することができる。また、ゥオラストナイトは耐熱性および断熱性にも優れているので、耐熱性保護管内部のセンサ一部および紙管の焼損などをも抑制することができる。

[0026] さらに、耐熱性保護管の材料としてウォラストナイトを使用することにより、耐熱性保護管の強度をも確保することができ、輸送時に力、かる外力やクランプ時の圧力などによって耐熱性保護管が破損するのをも抑制することができる。

[0027] その上、国際癌研究機関 (IARC)は、慢性毒性に関する研究結果からウォラストナイトは腫瘍を誘発せず、ウォラストナイトを発癌物質として分類できなレ、と報告してレ、る。このこと力、ら、ロックウールなどと比較してウォラストナイトは安全な物質であるといえる。 [0028] 本実施の形態の耐熱性保護管には、針状 (繊維状)ウォラストナイトを使用することが好ましい。それにより、耐熱性保護管の強度を向上することができるば力りでなぐ補強のためにロックウールやガラス繊維を添加する必要がなくなる。したがって、人体への悪影響をさらに効果的に抑制することができる。

[0029] 本実施の形態において使用可能な耐熱性無機粉末としては、たとえば珪藻土、ァノレミナ、ジルコユア、ムライト、コージエライト、ジノレコン、マグネシア、力ルシア、ステアタイト、タルク、炭化ケィ素、窒化ケィ素、粘土鉱物などのアスペクト比が 1に近い粒子状のセラミックス粉を単独または複合したものを挙げることができる。

[0030] アスペクト比が 1に近い粒子状のセラミックス粉を使用することにより、耐熱性保護管の成形性を向上することができ、かつ耐熱性保護管の表面の滑らかさを向上することができる。また、耐熱性に優れたセラミックス粉を選択することで、耐熱性保護管の耐熱性を向上することができ、結晶水のないセラミックス粉を選択することで、スプラッシュを抑制することができる。さらに、発癌性を指摘されていない、アスペクト比が 1に近い粒子状のセラミックス粉を使用することにより、人体に害の少ない耐熱性保護管を得ること力 Sできる。

[0031] 本実施の形態において使用可能な添加剤は、たとえば有機分散剤、有機系バインダーおよび無機系バインダーの少なくとも 1種を含む。有機分散剤としては、たとえばポリアクリル酸塩、ポリカルボン酸塩、リグニンスルホン酸塩、へキサメタ燐酸塩などをが用可能である。有機系バインダーとしては、たとえばポリビエルアルコール、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、乳化酢酸ビエルなどが使用可能である。無機系バインダーとしては、たとえばシリカゾル、アルミナゾル、シリカゾル 'アルミナゾル混合物、リチウムシリケート、ケィ酸塩、リン酸塩などが使用可能である。

[0032] 次に、本実施の形態における耐熱性保護管の構造例について、図 1を用いて説明する。図 1は、本実施の形態における耐熱性保護管の構造例を示す図である。

[0033] 図 1に示すように、耐熱性保護管 1は、たとえば紙管 2の外周面上に形成される。該耐熱性保護管 1は、溶融金属に浸漬して溶融金属の温度および酸素濃度などを測定する際の保護管として使用可能である。より具体的には、ランス熱電対の保護管として使用可能である。 [0034] 異種金属の両端を電気的に接続し、この両端に温度差を与えると、ゼーベック効果により回路中に電流が流れる。この原理を利用し、溶融金属中に直接浸漬して温度を測定するようにしたのがランス熱電対である。

[0035] 図 2に、図 1に示す耐熱性保護管 1を使用したランス熱電対の部分断面図を示す。

図 2に示すように、ランス熱電対は、紙管 2の内部に設置された温度検出端 3と、耐熱性保護管 1の先端に取付けられたキャップ 4とを備える。

[0036] ランス熱電対を溶融金属に浸漬する場合には、ホルダーと呼ばれる器具が使用されることが多レ、。このホルダーの一例を図 3に示す。図 3に示すように、ホルダーは、コネクタブロック 5と、ポーノレ 6と、銅シース補償導線 7と、エクステンションパイプ 8と、キヤブタイヤ補償導線 9と、ハンドル 10と、メタルコネクタ 11とを備える。このホルダーの先端に上記の耐熱性保護管 1とともにランス熱電対を装着し、これらを溶融金属中に直接浸漬して溶融金属の温度を測定する。

[0037] なお、本実施の形態の耐熱性保護管は、上記のように溶融金属浸漬用保護管 (熱電対保護管）として使用可能であるが、これ以外の用途にも使用可能である。たとえば、押湯保温材、溶融金属などの高温の流体を流す耐熱管、高温の流体が流れる管の外側に設置する断熱材、各種燃焼筒、高温ダクトのライニングなど耐熱性が要求される筒状部分に使用可能である。

[0038] 一般に、金属を铸造により成形する際には、金属が収縮するので、余分に溶融金属を型内に流し込むようにする。この余分に溶融金属を流し込んだ部分が製品になる部分よりも先に固まると、製品が損傷してしまう。そこで、余分に溶融金属を流し込んだ部分を保温しておき、その部分の溶融金属が最後に固まるようにする。このように余分に溶融金属を流し込んだ部分の周囲に設置し、溶融金属を保温する際に使用するのが上記の押湯保温材である。この用途に使用する場合、溶融金属は保護管内部と接触するため、紙管を取り除ぐもしくは撥水性の材質、またはこの材質を表面に配した物を用いて成形した後、これを取り除く必要がある。

[0039] 次に、本実施の形態における耐熱性保護管の製造方法について説明する。本実施の形態における耐熱性保護管を作製するには、まずウォラストナイトまたはウォラストナイトを 20重量％以上 (好ましくは 40重量％以上)程度含む耐熱性無機粉末と、 1 . 5重量％以上 15重量％以下（好ましくは 3重量％以上 10重量％以下、さらに好ましくは 3重量％以上 5— 7重量％以下)程度の添加剤と、適当量の水または有機溶剤とを混合 (混練)して混合材料を作製する。該混合材料は、典型的には、粘土状であり、該混合材料を管状に成形して管状成形体を作製する。そして、この管状成形体を乾燥させる。

[0040] 上記の管状成形体は、押出し成形にて作製することが好ましい。それにより、均一な厚みの管状成形体を容易に作製することができる。また、耐熱性保護管は紙管の外周面上に形成されるものであってもよい。この場合、たとえば混合材料を紙管の外周面上に押出しながら紙管を軸方向（長手方向）に移動させることで紙管の外周面上に管状成形体を作製し、紙管の外周面上で管状成形体を乾燥させればよい。

[0041] このとき、混合材料の流路において流路面積を減じた箇所を設けることで、混合材料の流れを局所的に絞ることが好ましい。それにより、混合材料を緻密にすることができ、高品質な耐熱性保護管が得られる。

[0042] 次に、本実施の形態における耐熱性保護管の製造装置について説明する。耐熱性保護管を紙管の外周面上に形成する場合、たとえば図 4に示すヘッド部を有する製造装置を用いて耐熱性保護管を成形することができる。

[0043] 図 4に示すように、本実施の形態における耐熱性保護管の製造装置は、内部で材料を混合および供給するシリンダ 12と、成形金型 14とを備える。成形金型 14は、シリンダ 12の先端部と接続され、紙管 2を受け入れる空間部 15と、シリンダ 12から供給される混合材料 13の流路 18とを有する。

[0044] シリンダ 12は、図 4に示す例では、成形金型 14の長手方向（紙管 2の軸方向）と交差する方向に延在し、内部にスクリュー（図示せず）を有する。該スクリューを回転させることで、材料を混合 (混練)して混合材料 13を作製しながら混合材料 13をシリンダ 12の先端側へ送り、シリンダ 12の先端力、ら成形金型 14内に供給することができる

[0045] シリンダ 12の先端は成形金型 14に嵌め込まれ、混合材料 13を収容するシリンダ 1 2内の空間と、成形金型 14内部に設けられた混合材料 13の流路 18とが連通する。それにより、シリンダ 12内から成形金型 14内の流路 18に混合材料 13を送り込むことができる。

[0046] 図 4の例では、成形金型 14の長手方向の両端に、上部押え板 16と下部押え板 21 とを設置し、この上部押え板 16と下部押え板 21とで成形金型 14を挟持している。また、成形金型 14の内側に内管 17を装着し、該内管 17の内周面によって空間部 15 の一部を規定するようにしている。この内管 17の外周面と成形金型 14の内面との間に流路 18が形成される。

[0047] 下部押え板 21の内側には、管状の口金 19を装着する。該口金 19の内周面にテーパ部を設け、該テーパ部と内管 17の先端部との間に、流路 18の面積を局所的に減じた箇所を設ける。つまり、成形金型 14内に位置する混合材料 13の流路 18に、混合材料 13の流路面積を局所的に減じた絞り部 20を設ける。なお、これ以外の手法で混合材料 13の流路 18に絞り部 20を設けてもよい。

[0048] 次に、本実施の形態における耐熱性保護管の製造装置を用いて、紙管 2の外周面上に耐熱性保護管を形成する手法について説明する。

[0049] 図 4に示すように、内管 17の内側、つまり成形金型 14の空間部 15内に紙管 2を挿入する。この状態でシリンダ 12を作動させ、シリンダ 12内力成形金型 14内の流路 1 8に、混練後の混合材料 13を供給する。

[0050] 混合材料 13は、図 4の右側から左側に流動してシリンダ 12内から押し出され、成形金型 14内に送り込まれる。成形金型 14内に送り込まれた混合材料 13は、内管 17の外周面に衝突し、流動方向が略 90度を変わる。その後、混合材料 13は、図 4の上側力下側に内管 17の外周面に沿って移動し、絞り部 20によって絞られた後、紙管 2 の外周面上に供給される。

[0051] このように絞り部 20によって流路面積を絞った後に紙管 2の外周面上に混合材料 1 3を供給することにより、緻密な混合材料 13を均一に紙管 2の外周面上に供給することができる。したがって、均一な厚みで滑らかな表面を有する耐熱性保護管を紙管 2 の外周面上に成形することができる。

[0052] 上記のように紙管 2の外周面上に混合材料 13を供給しながら、紙管 2をその軸方向（図 4の上側から下側）に移動させる。それにより、紙管 2の外周面上に耐熱性保護管を連続的に成形することができる。このようにして耐熱性保護管を成形した後、紙管 2の外周面上で耐熱性保護管を乾燥させることにより、紙管 2の外周面上に耐熱性保護管を作製することができる。

[0053] 以下、表 1一表 4および図 5、図 6を用いて本発明の実施例について説明する。

[0054] (実施例 1)

平均粒子径 17. 6 _M m、アスペクト比 10 20程度のウォラストナイトに、有機分散剤であるポリカルボン酸ナトリウム水溶液、有機バインダーであるカルボキシメチルセルロース、無機バインダーであるシリカゾルを添加剤として固形分換算で 10重量％程度添加したものを 100重量％として、その 80重量％に相当するイオン交換水を加えてヘンシェルミキサーで攪拌、混合して粘土状成形材料を作製する。作製した成形材料を 20mm X 20mm X 80mmの型に嵌め込み、加熱して乾燥させ試験片を作製した。この試験片についてオートグラフにより 3点曲げ試験を行レ、、破断強度を測定した。

[0055] また、下記の表 1の配合で同様に試験片を作製し、 3点曲げ試験を行い、破断強度を測定した。その結果を図 5に示す。なお、図 5における従来品 2としては珪藻土に添加剤として有機分散剤であるポリカルボン酸ナトリウム水溶液、有機バインダーであるカルボキシメチルセルロース、無機バインダーであるシリカゾルを 10重量⁰ /₀添加したものを採用した。

[0056] [表 1]

[0057] 図 5の結果より、いずれの試験片も従来品 2よりも高い曲げ強度を有することがわかる。従来品 2については実際の使用上強度的に問題がないことが判明しているので、従来品 2よりも高い曲げ強度を有する各試験片も当然に実際の使用上強度的に問題がないといえる。つまり、ウォラストナイト単体に対し添加剤を 1. 5重量。 /₀程度以上添加した材料を使用することで、強度上問題なく使用できる耐熱性保護管が得られるものと推察される。

[0058] なお、図 5の結果より、添加剤の量が 1. 0重量％付近でも、従来品 2と同様の曲げ強度が得られることが充分に予想されることから、この程度の添加剤の量でも使用可能な場合があるものと考えられる。また、今回の試験では添加剤の量が 15重量％の場合まで確認したが、バインダー量が増大するにつれて試験片の曲げ強度が高くなる傾向にあることは図 5の結果より明ら力、であり、添加剤の量が 15重量％を超える場合でも、強度上問題なく使用できる耐熱性保護管が得られるものと推察される。

[0059] (実施例 2)

平均粒子径 17. 6 x m、アスペクト比 10 20程度のウォラストナイト 80重量⁰ /₀程度と珪藻土 20重量％程度に、有機分散剤であるポリカルボン酸ナトリウム水溶液、有機バインダーであるカルボキシメチルセルロース、無機バインダーであるシリカゾルを添加剤として固形分換算で 7重量％ (ウォラストナイトと珪藻土の合計量に対する割合）程度添加したものを 100重量％として、その 70重量％に相当するイオン交換水を加えてヘンシェルミキサーで攪拌、混合して粘土状成形材料を作製する。作製した成形材料を 20mm X 20mm X 80mmの型に嵌め込み、加熱して乾燥させ試験片を作製した。この試験片についてオートグラフにより 3点曲げ試験を行レ、、破断強度を測定した。

[0060] また、下記の表 2の配合で同様に試験片を作製し、 3点曲げ試験を行い、破断強度を測定した。その結果を図 6に示す。なお、図 6における従来品 2としては珪藻土に添加剤として有機分散剤であるポリカルボン酸ナトリウム水溶液、有機バインダーであるカルボキシメチルセルロース、無機バインダーであるシリカゾルを 10重量⁰ /₀添加したものを採用した。

[0061] [表 2] ウォラスト

ナイト 100 80 60 40 20

(重量割合）

珪藻土

0 20 40 60 80

(重 i割合）

無機粉末

合計量 93 95 97 93 95 97 93 95 97 93 95 97 93 95 (重量％)

添加剤暈

7 5 3 7 5 3 7 5 3 7 5 3 7 5

(重量％) [0062] 図 6に示すように、ウォラストナイトの含有率が高くなるほど試験片の強度が高くなることがわかる。具体的には、ウォラストナイトが 20重量％程度以上であれば従来品 2 以上の強度が得られることがわかる。

[0063] また、添加剤の量によって試験片の強度にばらつきがあることもわかる。つまり、添加剤の量が多くなるにつれて試験片の強度が高くなることがわかる。したがって、添加剤の量をできるだけ少なくしながら従来品以上の強度を得るには、添加剤の量が 7 重量％程度の場合にはウォラストナイトが 20重量％程度以上、添加剤の量が 5重量 %程度の場合にはウォラストナイトが 30 40重量％程度以上、添加剤の量が 3重量 %程度の場合にはウォラストナイトが 70 80重量％程度以上必要であることがわかる。

[0064] (実施例 3)

平均粒子径 17. 6 x m、アスペクト比 10 20程度のウォラストナイトに、有機分散剤であるポリカルボン酸ナトリウム水溶液、有機バインダーであるカルボキシメチルセルロース、無機バインダーであるシリカゾルを添加剤として固形分換算で 10重量％程度添加したものに、該重量に対して 80重量％に相当するイオン交換水を加え、ヘンシェルミキサーで攪拌、混合して粘土状成形材料を作製する。作製した成形材料を 5 °C程度に冷却した真空押出し成形機に投入し、パイプ状成形体を得る。その後、パイブ状成形体を加熱して乾燥し、耐熱性保護管を作製する。この耐熱性保護管の内周部と紙管の外周部とをケィ酸ソーダで接着することにより、耐熱性保護管である溶融金属浸漬用保護管を作製することができる。

[0065] (実施例 4)

平均粒子径 17. 6 x m、アスペクト比 10 20程度のウォラストナイトに、有機分散剤であるポリカルボン酸ナトリウム水溶液、有機バインダーであるカルボキシメチルセルロース、無機バインダーであるシリカゾルとアルミナゾルを添加剤として固形分換算で 5重量％程度添加したものに、該重量に対して 70重量％に相当するイオン交換水を加え、ヘンシェルミキサーで攪拌、混合して粘土状成形材料を作製する。作製した成形材料を 5°C程度に冷却した真空押出し成形機に投入する。

[0066] 本実施例 4で使用する真空押出し成形機は、図 4に示すヘッド部を有する。該真空押出し成形機のヘッドの口金中央に設けた空間部に紙管を挿入し、ヘッド内の流路を通して真空押出し成形機のシリンダから混合材料を紙管の外周面上に供給する。そして、混合材料を紙管の外周面上に供給しながら紙管をその軸方向（長手方向）に移動させる。それにより、紙管の外周面上に筒状成形体を形成することができる。これを 60°Cの乾燥機に 8時間入れて乾燥させることで、本実施例 4における耐熱性保護管である溶融金属浸漬用保護管を得ることができる。なお、乾燥は自然乾燥であってもよぐ 2日力 4日放置しておいても同様の保護管を得ることができる。

[0067] 本実施例 4の保護管は、上記のように紙管の外周面上に直接材料を塗布して乾燥することにより作製されるので、接着剤を使用することなく紙管との間に高い密着性が得られ、かつ高い強度を有するものとなる。

[0068] (実施例 5)

平均粒子径 17. 6 x m、アスペクト比 10 20程度のウォラストナイト 80重量⁰ /₀程度と、平均粒子径 10— 20 μ ΐη珪藻土 20重量％程度とを含む耐熱性無機粉末に、有機分散剤であるポリカルボン酸ナトリウム水溶液、有機バインダーであるカルボキシメチルセルロース、無機バインダーであるシリカゾノレとアルミナゾルを添加剤として固形分換算で 3重量％ (ウォラストナイトと珪藻土の合計量に対する割合)程度添加し、この重量に対して 60重量％に相当するイオン交換水を加え、ヘンシェルミキサーで攪拌、混合して粘土状成形材料を作製する。作製した成形材料を 5°C程度に冷却した真空押出し成形機に投入する。

[0069] 本実施例 5の場合も、上述の実施例 4と同様のヘッド部を有する真空押出し成形機を使用し、該真空押出し成形機のヘッドに紙管を挿入し、ヘッド内の流路を通して真空押出し成形機のシリンダ力混合材料を紙管の外周面上に供給する。そして、混合材料を紙管の外周面上に供給しながら紙管をその軸方向（長手方向）に移動させ、紙管の外周面上に筒状成形体を形成する。これを 60°Cの乾燥機に 8時間入れて乾燥させることで、本実施例 5における耐熱性保護管を得ることができる。なお、乾燥は自然乾燥であってもよぐ 2日力 4日放置してぉレ、ても同様の耐熱性保護管を得ること力 Sできる。

[0070] (実施例 6) 従来より使用されている抄造品を紙管に巻き付けたもの（従来品 1)と、珪藻土成形品（従来品 2)と、セラミックファイバー成形品（従来品 3)と、下記の表 4に示す配合比で実施例 4, 5の方法により作製した本発明品とを準備し、それぞれについて性能評価を行ったので、その結果について表 3と表 4とを用いて説明する。

[0071] 今回の評価では、上記の各保護管を用いて消耗型のランス熱電対を各 ₃本作製し、これらの性能評価を行った。また、今回の評価では、最も過酷な製鋼現場を想定し、ランス熱電対を 1700°Cの溶鋼に 15秒浸漬し、スプラッシュの度合いと、引き上げ後の残骸の観察を行って耐熱性、断熱性をチェックした。その結果を表 3, 4に示す。

[0072] [表 3]

[0073] [表 4]

[0074] 表 3に示すように、従来品では、スプラッシュ、耐熱性、断熱性、耐衝撃性の 4つの性能の全てを満足するものはなかったが、表 4に示すように、本発明品では該 4つの性能の全てを満足するものが多く存在することがわかる。

[0075] 具体的には、ウォラストナイトが 100重量％の場合には、添加剤を 3重量％以上 5重量％以下とし、ウォラストナイトが 90重量％で珪藻土が 10重量％の場合には、添カロ剤を 5重量％以下とし、ウォラストナイトが 40重量％以上 80重量％以下で珪藻土が 6 0重量％以上 20重量％以下の場合には、添加剤を 3重量％以上 5重量％以下とすることで、上述の 4つの性能の全てを満足する優れた性能の保護管が得られることがわ力る。

[0076] なお、上記の数値範囲外であっても、該数値範囲近傍であれば同様の効果を期待すること力 Sできるものと考えられる。たとえば、ウォラストナイトが 100重量％の場合に、添加剤の量を 3重量％未満とした場合や、 5重量％よりも高くした場合でも、上述の 4 つの性能の全てを満足する優れた性能の保護管が得られる場合があり得るものと考えられる。したがって、上記の数値範囲外であっても、本実施例の耐熱性保護管と同様の効果が得られる場合は、本実施例の耐熱性保護管と等価なものであると解釈されるべきである。

[0077] (実施例 7)

次に、従来品と本発明品について曲げ試験による強度評価を行ったので、その結果について表 5および表 6を用いて説明する。表 5には各従来品と本発明品の材質と添加剤量とをそれぞれ記載し、表 6には試験結果を記載している。曲げ試験としては、支点間距離 260mmでの 3点曲げ試験を行った。

[0078] 従来品としては、抄造無機シートを紙管に巻き付けたもの（従来品 1)と、珪藻土成形品 (従来品 2)と、セラミックファイバー成形品（従来品 3)を準備した。なお、従来品 1、従来品 3としては他社製のものを使用したため、これらに含まれる添加剤の量は不明であり、表 5にその旨記載している。本発明品としては、表 5の A— Eに示す材質および添加剤量のものを作製した。

[0079] 試験品のサイズは、外径 31mm、内径 18. 5mm (内側に外径 25mm、内径 18. 5 mmの紙管を有する）である。セラミックファイバー成形品については、外径 39mm、内径 31mmの製品に外径 30mm、内径 17. 6mmの紙管を揷入したものを使用した [0080] [表 5]

[0081] [表 6]

[0082] 表 6に示すように、本発明品の曲げ強度が、従来品 1一 3の曲げ強度よりも高いことがわかる。より詳しくは、ウォラストナイト 100重量。 /₀のものは、添加剤の量が増大するにつれて強度が高くなり、添加剤の量力 ¾重量％のものでも従来品より強度が高くなる。

[0083] 表 6の結果より、ウォラストナイト 100重量％の場合に添加剤の量を 3重量⁰ /₀以上 10 重量％以下程度とすることによって、耐熱性保護管の強度を従来品よりも高くすることができる。なお、添加剤の量が増大するにつれて耐熱性保護管の強度が高くなることが明らかなので、添加剤の量が 10重量％を超えた場合でも、耐熱性保護管の強度を従来品よりも高くすることができるものと推察される。

[0084] ウォラストナイトに珪藻土を添加した本発明品では、添加剤の量が 3重量％でゥオラストナイトが 80重量％の場合や、添カ卩剤の量が 5重量％でウォラストナイトが 40重量

%の場合に、従来品と同等の強度を確保できることがわかる。

[0085] なお、表 6に示すように、従来品 1 , 2の曲げ強度に対し従来品 3の曲げ強度が極端に低くなつている力これは従来品 3において外装材と紙管との間に隙間が存在することが影響しているものと考えられる。従来品 3は実用上も強度的に問題があると言える。

[0086] 以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、各実施の形態および実施例の特徴を適宜組合せることも当初から予定されている。

[0087] また、今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

産業上の利用可能性

[0088] 本発明は、耐熱性保護管およびその製造方法ならびに耐熱性保護管の製造装置に有効に適用され得る。

Claims

請求の範囲

[1] ウォラストナイトまたは前記ウォラストナイトを 20重量％以上含む耐熱性無機粉末を、固形分換算で 1. 5重量％以上 15重量％以下の添加剤を用いて結合した材料からなる耐熱性保護管。

[2] 前記添加剤は、有機分散剤、有機系バインダーおよび無機系バインダーの少なくとも 1種を含む、請求項 1に記載の耐熱性保護管。

[3] 前記ウォラストナイトは、針状ウォラストナイトである、請求項 1に記載の耐熱性保護管。

[4] ウォラストナイトまたは前記ウォラストナイトを 20重量％以上含む耐熱性無機粉末と、固形分換算で 1. 5重量％以上 15重量％以下の添加剤と、水または有機溶剤とを混合して混合材料を作製する工程と、

前記混合材料を管状に成形して管状成形体を作製する工程と、

前記管状成形体を乾燥させる工程と、

を備えた耐熱性保護管の製造方法。

[5] 前記管状成形体を押出し成形にて作製する、請求項 4に記載の耐熱性保護管の製造方法。

[6] 前記耐熱性保護管（1)は紙管（2)の外周面上に形成され、

前記管状成形体の作製工程は、前記混合材料を前記紙管（2)の外周面上に押出しながら前記紙管（2)を軸方向に移動させることで前記紙管（2)の外周面上に管状成形体を作製する工程を含み、

前記管状成形体の乾燥工程は、前記紙管（2)の外周面上で前記管状成形体を乾燥させる工程を含む、請求項 5に記載の耐熱性保護管の製造方法。

[7] 前記混合材料の流路（18)において、該流路（18)の面積を減じた箇所を設けることで、前記混合材料の流れを局所的に絞るようにした、請求項 6に記載の耐熱性保護管の製造方法。

[8] 紙管（2)の外周面上に耐熱性保護管（1)を形成する耐熱性保護管（1)の製造装置であって、

内部で材料を混合および供給するシリンダ（12)と、前記シリンダ（12)の先端部と接続され、紙管（2)を受け入れる空間部（15)と、前記シリンダ（12)から供給される前記材料を紙管（2)の外周面上に導く流路（18)とを有する成形金型（14)とを備え、

前記成形金型（14)内に位置する前記材料の流路（18)に、該流路（18)の面積を局所的に減じる絞り部（20)を設けた、耐熱性保護管の製造装置。