(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内層と外層の２層からなる一体構造の成形品であり、内層は無機繊維ブランケットからなる層であり、外層は、無機繊維と、結合材からなる層であり、結合材は、無機結合剤からなり、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品。
【請求項２】
内層と外層の２層からなる一体構造の成形品であり、内層は無機繊維ブランケットからなる層であり、外層は、無機繊維と、結合材からなる層であり、結合材は、無機結合剤と、有機結合材からなり、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品。
【請求項３】
内層と外層の２層からなる一体構造の成形品であり、内層は無機繊維ブランケットからなる層であり、外層は、無機繊維と、結合材と、耐火粉末からなる層であり、結合材は、無機結合剤からなり、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品。
【請求項４】
内層と外層の２層からなる一体構造の成形品であり、内層は無機繊維ブランケットからなる層であり、外層は、無機繊維と、結合材と、耐火粉末からなる層であり、結合材は、無機結合剤と、有機結合材からなり、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品。
【請求項５】
８００℃〜１６００℃で熱処理されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の無機繊維成形品。
【請求項６】
真空成形法により成形されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の無機繊維成形品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術】
本発明は、内層と外層の２層からなる無機繊維成形品に関する。
【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。無機繊維製品の一つに成形品がある。
【０００３】
無機繊維成形品の多くは、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、水に無機繊維と、結合剤と、必要に応じて耐火粉末とを分散させてスラリーを作り、メッシュを表面に設けたモールドを、そのスラリーに入れて、モールド内部を減圧し、これらの混合物をモールド上に堆積させる。
【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】
このようにして作られた無機繊維成形品は、均一な混合物で形成されている。無機繊維成形品の形状は、主に平板状であるボードや、円筒状であるスリーブである。無機繊維成形品は、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、無機繊維成形品は、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、特公平７−３９９０８号には、電気炉に使用される２層構造を持つ耐火断熱材が提案されている。この耐火断熱材の構造は、高密度の成形品の内層と低密度の成形品の外層を一体に成形し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品には次のような欠点があった。
【０００９】
無機繊維成形品が加熱されると、膨脹或いは収縮を起こす。無機繊維成形品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、無機繊維成形品に応力が発生する。温度差が大きいと、応力が大きくなって、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品は、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品では、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、断熱材としての性能が極端に低下する。
【００１１】
さらに、耐火粉末を含有した無機繊維成形品は、アルカリ等の不純物の多い炉に使用すると、表面が劣化して、剥離することもある。
【００１２】
特公平７−３９９０８号に提案された２層構造の成形品にも、次のような欠点がある。
【００１３】
内層は、耐火粉末を含んだ高密度の層であるため、クラックが発生しやすい。内層にクラックが発生すると、外層にも伝わり、クラックが内外層を貫通する。
【００１４】
また、アルカリ等の不純物が多い炉に使用すると、成形品の表面に不純物が凝集して、ついには表面が剥離する。
【００１５】
このような従来技術に鑑み、本発明は、スポーリングに強く、安定した断熱性を有し、さらに表面剥離を起こしにくい無機繊維成形品を提供することを目的としている。
【００１６】
【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、内層と外層の２層からなる一体構造の成形品であり、内層は柔軟性があってクラックが発生しにくい無機繊維ブランケットからなる層であり、外層は、無機繊維と、結合材と、必要に応じて耐火粉末からなる層であり、結合材は、無機結合剤と、必要に応じて有機結合剤からなり、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品を要旨としている。
【００１７】
ここで、内層とは、使用の際に、より高温となる炉内側に位置する層を意味し、外層とは、使用の際に、より低温となる炉外側に位置する層を意味する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明のアルミナシリカ繊維としては、Ａｌ２Ｏ３とＳｉＯ２を主成分とする繊維、またはＡｌ２Ｏ３とＳｉＯ２とＺｒＯ２を主成分とする繊維が好ましい。これらの繊維は、１０００℃以上で熱処理すると、耐熱性が向上して好ましい。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ない方が、耐熱性が向上して好ましい。
【００１９】
本発明で使用するアルミナ繊維とは、Ａｌ２Ｏ３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繊維である。
【００２０】
本発明で使用する無機繊維ブランケットは、アルミナシリカ繊維やアルミナ繊維の繊維積層体にニードリングや無機長繊維製の糸により縫製したものが好ましい。通常、これらのブランケットにはショットとよばれる繊維化されない粒子が含まれている。このショットは落下し易くて、被加熱物を汚染するので、少ない方が好ましい。
【００２１】
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。
【００２２】
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、ラテックス等が好ましい。
【００２３】
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。
【００２４】
本発明の２層構造体は、真空成形法で作製するのが好ましい。この方法では、最初に、水に無機繊維と、無機結合剤と、必要に応じて耐火粉末および有機結合剤を加えて、攪拌機で混合して分散させたスラリーを作る。この際、無機繊維は切断されて、最初の長さよりも短くなる。一方、メッシュを設けたモールドを用意して、このモールドの表面に無機繊維ブランケットを置く。この際、水で無機繊維ブランケットを湿らせておくと、密着して好都合である。そして、このモールドを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、所定の厚さの無機繊維成形品を得る。
【００２５】
真空成形の際、無機繊維ブランケットの内部にスラリーが入り込むので、内層と外層は強く接合する。無機繊維ブランケットに適当な開口部を設けると、２層の接合力をさらに高めるので好ましい。
【００２６】
無機繊維ブランケットの厚さは、成形品の大きさにもよるが、２ｍｍから１５ｍｍが好ましい。２ｍｍより薄いと、スポーリングを起こし易く、クラック防止の効果が少ない。１５ｍｍより厚いと、成形品の形状を維持しにくくなる。無機繊維ブランケットとしてアルミナ繊維ブランケットを使用すると、耐熱性が向上して好ましい。
【００２７】
有機結合剤を嫌う炉などに使用する場合は、予め８００℃〜１６００℃で熱処理しておくと良い。温度が８００℃未満であれば、有機結合剤を処理するのに長時間を要する。１６００℃を越えると、無機繊維成形品の強度が劣化する。
【００２８】
１５００℃以上で熱処理すると、シリカとアルミナが反応して、成形品にムライトが生成する。この際、シリカが消費されて、無機繊維成形品の収縮が抑えられるので、耐熱性が向上する。
【００２９】
本発明の２層構造体によれば、柔軟性を維持している無機繊維ブランケットが内層として存在するために、内層にクラックが発生しにくい。また、内層が断熱性に優れているので、外層に生じる温度差を小さくして、クラックが発生するのを抑制できる。外層にクラックが発生した場合でも、内層が柔軟性を維持しているので、クラックが貫通せず、無機繊維成形品は破断しない。
【００３０】
本発明の無機繊維成形品を使用すれば、アルカリ等の不純物が多い炉に設置しても、内層の無機繊維ブランケットにアルカリ等の不純物が浸透して拡散するので、表面が剥離することはない。
【００３１】
【実施例】
図１に一例を示すように、スリーブ１は、内層３と外層２の二層構造の一体物である。
【００３２】
製造に際しては、外径１５０ｍｍ、長さ３００ｍｍのモールド（図示せず）を使用して、真空成形法によりスリーブ１を成形した。
【００３３】
無機繊維ブランケットをモールドの表面に巻き付け、モールド内部を吸引しながら水をかけてモールドに密着させて内層３を形成した。そして、あらかじめ配合物を攪拌して作製したスラリーにモールドを浸漬して吸引し、厚さ３０ｍｍの外層２を形成した。その後、内層３と外層２の一体物を脱型して、乾燥した。最後に、実施例１、２、３及び比較例１、２を電気炉中で１５００℃に昇温して６時間保持する処理をした。
【００３４】
スラリーの配合を表１に重量部として示す。スラリーは他に水を５０００部含む。
【００３５】
【表１】
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表１において、ＡＳは、無機繊維が、Ａｌ２Ｏ３５３重量％、ＳｉＯ２４７重量％のアルミナシリカ繊維である。ＡＭは、無機繊維が、Ａｌ２Ｏ３７２重量％、ＳｉＯ２２８重量％のアルミナ繊維である。Ａは、無機繊維が、Ａｌ２Ｏ３９５重量％、ＳｉＯ２５重量％のアルミナ繊維である。
【００３６】
成形体の密度は、各スラリーで成形した場合の成形体の密度を示す。
【００３７】
本発明の無機繊維成形品の構成と特性を表２に示す。
【００３８】
【表２】
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表２の内層の種類に関して説明すると、ＡＢは、化学成分がＡｌ２Ｏ３７２重量％、ＳｉＯ２２８重量％のアルミナ繊維ブランケットである。ＡＳＢは、化学成分がＡｌ２Ｏ３５３重量％、ＳｉＯ２４７重量％のアルミナシリカ繊維ブランケットである。
【００３９】
耐スポーリング性は、スリーブ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を測定及び観察した。
【００４０】
耐アルカリ性に関しては、無機繊維成形品の内層の上にＮａ２ＣＯ３試薬５ｇを置き、１１００℃で２４時間加熱して、試薬の状態を観察した。
【００４１】
実施例３、４は、無機粉末を含まず、内層が厚いために、クラックが発生しなかった。
【００４２】
比較例１は、実施例１において内層の無機繊維ブランケットが無い例である。比較例１は、クラック発生の温度が低い。１２００℃では、幅８ｍｍの貫通クラックに発達した。耐アルカリ性試験では、試薬が浸透せずに表面に凝集している。
【００４３】
比較例２は、内層の厚さを２０ｍｍとした例である。内層の強度が弱く、取扱性が悪い。形状の維持が困難である。
【００４４】
比較例３は、実施例３において内層の無機繊維ブランケットが無い例である。クラックが発生して、１２００℃では幅２ｍｍの貫通クラックに発達した。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の無機繊維成形品は、無機繊維ブランケットが内層として存在するために、使用の際にクラックが発生しにくく、耐スポーリング性に優れ、安定した断熱性能を維持できる。アルカリ等の不純物の多い炉に使用しても、表面に剥離が生じない。
【００４６】
熱処理した無機繊維成形品は、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    スリーブ
２    外層
３    内層
【図１】
0003663024.tif 000004