(57)【要約】【課題】優れた耐スケール性材料である無機繊維のニードルブランケットに、無機質ゾルを含浸後、乾燥させてなる無機繊維成形体を用いた保護・断熱部材を提供する。とりわけ、上下が閉塞している状態の、例えば略円柱状等の被保護部材への適用に優れた、断熱部材となる無機繊維成形体を提供する。【解決手段】無機繊維成形体１０は円筒を筒軸心線方向の第１分割面１１と第２分割面１２とによって半割した略半円筒形である。第２分割面１２の上端からは、無機繊維成形体の上端に係合凸部１３が延出しており、係合凸部１３と第１分割面１１との間が係合凹部１４となっている。２個の無機繊維成形体１０，１０を係合させて円筒形の断熱材とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機繊維のニードルブランケットに、無機質ゾルを含浸後、乾燥させてなる無機繊維成形体であって、
筒状体を筒軸心線方向の分割面によって複数個に分割した分割筒形状を有し、
複数個の該無機繊維成形体同士を組み合わせて筒状体を形成した状態において、無機繊維成形体同士の離反を阻止するための係合凸部と係合凹部とが該無機繊維成形体の各分割面に設けられている無機繊維成形体において、
該分割面は筒軸心線方向一端側の第１分割面と他端側の第２分割面とを有しており、
前記係合凸部は、該第２分割面から該一端側に延出し、該係合凸部と第１分割面との間に前記係合凹部が形成されていることを特徴とする無機繊維成形体。
【請求項２】
請求項１において、無機繊維成形体の一辺側の係合凸部と他辺側の係合凸部とが同方向を指向していることを特徴とする無機繊維成形体。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記分割面は、前記筒状体の放射方向に対して斜交していることを特徴とする無機繊維成形体。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記無機繊維の平均繊維径が５〜７μｍであり、実質的に繊維径３μｍ以下の繊維を含まないことを特徴とする無機繊維成形体。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記無機繊維が、アルミナ６５〜９８質量％とシリカ２〜３５質量％とを含む多結晶質アルミナ／シリカ系繊維であることを特徴とする無機繊維成形体。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、前記無機質ゾルが、アルミナ、スピネル、ジルコニア、マグネシア、チタニア、カルシア、及び前記無機繊維と同質の組成を有する材料よりなる群から選ばれる１種または２種以上を含むことを特徴とする無機繊維成形体。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の無機繊維成形体からなる断熱材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機繊維成形体及びこの無機繊維成形体よりなる断熱部材に係り、特にバーナーや溶鉱炉等の高温装置における付帯設備・部材や、高温配管等の被断熱部材等として用いるのに好適な無機繊維成形体及び断熱部材に関する。詳しくは、円柱形状、とりわけ両端部が閉鎖された円柱状被保護部材の様な、断熱材施工と強度維持が困難な形状、状態の被断熱部材に対して容易に施工が可能である無機繊維成形体及び断熱部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温配管等の略円柱状物を保護、断熱する部材として無機繊維成形体が用いられている。例えば、可撓性を有するアルミナ繊維、シリカ繊維、ムライト（アルミノシリケート）繊維等やこれらを圧縮した成形体を、薄円盤状（リング状）やそれに切り込みを入れた形状とし、これらを円柱形状の被対称物へ多数嵌め込んで段積みする。
【０００３】
上記断熱部材は、収縮率が大きいために、断熱部材間に間隙が発生し易い。また、耐スケール性（酸化鉄による低融点生成を起点とする侵食、脆性化。）の問題があった。
【０００４】
この様な課題を解決する方法として、上述した様な可撓性の断熱部材に対して、真空成形された、剛直な、無機繊維成形体を用いる方法が提案されている（例えば特許文献１、２参照。）。
【０００５】
特許文献２には、図５，６のように、パイプ本体１に装着されるリング状断熱材２として、リングを半割した形状のＣ字形分割片２ａ，２ｂを２個組み合わせるものが記載されている。各Ｃ字形分割片２ａ，２ｂには鉤状の係合凸部３ｂと係合溝３ａとが設けられており、該係合凸部３ｂと係合溝３ａとを嵌合させることにより、分割片２ａ，２ｂ同士が連結され、分割片２ａ，２ｂ同士の離反が阻止される。図６はこの断熱材２が装着されるウォーキングビーム式加熱炉５を示している。固定パイプ１ａとパイプ本体１の上端にそれぞれビーム４，４ａが設けられており、鋼板６が矢印の通り順次に移載搬送される。
【０００６】
耐スケール性を改善させた材料としては、無機繊維成形体表面に耐スケール性に優れるスピネルを含んだコーティング剤を塗布しコート層を設け、断熱材を保護する技術が提案されている（例えば特許文献３参照。）。
【０００７】
スピネル相を含んだ不定形耐火物を、流し込み施工や吹付け施工に用いることで、炉内の内張り用耐火物として用いる技術も提案されている（例えば特許文献４参照。）。
【０００８】
特許文献５には、無機繊維のニードルブランケットに無機質ゾルを含浸後、乾燥させてなる無機繊維成形体を用いる方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】実公昭５７−４０２９５号公報
【特許文献２】特開２００４−４３９１８号公報
【特許文献３】特開２０１１−３２１１８号公報
【特許文献４】特開２００２−２４１１８２号公報
【特許文献５】特開２０１１−２０８３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１、２に記載の方法は、従前の薄板上の無機繊維成形体（分割体２ａ，２ｂ）を被保護部材（パイプ本体１）の長手方法に積み重ねるものであり、施工が煩雑になるという問題があった。また、これらの材料でも、単に硬質化させただけでは耐スケール性は改善されていない。
【００１１】
図５に示す特許文献２の分割体２ａ，２ｂは、一方の分割体２ａを他方の分割体２ｂに対し上方から納め込むようにして嵌合させるため、分割体２ａを分割体２ｂに係合させるには分割体２ｂの上側に分割体２ａ，２ｂの厚さｄ以上のスペースが必要である。そのため、パイプ１のように上端にビーム４が設けられると共に下側に床面が存在しており、パイプ１の上部付近に十分なスペースが存在しないとき（以下、本明細書では、この状況を「上下が閉塞している場合」と称す。）には、パイプ１の上部に対して分割体２ａ，２ｂを装着できない。
【００１２】
即ち、一方の分割体２ｂをパイプ１の外面に当てがい、他方の分割体２ａを該分割体２ｂに装着する場合、分割体２ａを分割体２ｂの上方に配置し、分割体２ａをパイプ１に沿って下方にスライドさせ、係合凸部３ａと係合溝３ｂとを係合させるのであるが、分割体２ｂの上面がビーム４に当接又は近接していると、分割体２ｂの上面とビーム４との間のスペースがｄ未満となってしまい、分割体２ａを分割体２ｂよりも上位に配置させることができない。このため、分割体２ａを分割体２ｂに対して装着することが不可能となる。従って、分割体２ａ，２ｂをパイプ１に外装した場合、パイプ１の長さが寸法ｄの整数倍でない限り、パイプ１の上部が断熱材２で覆われないようになる。
【００１３】
特許文献３に記載の方法では、用いるコート層と無機繊維成形体との固着を強固にすることは困難であった。また、熱衝撃や機械的衝撃等によりコート層が剥離してスケールに弱い無機繊維が曝露するなどの問題もあった。さらに、無機繊維成形体を施工した後に、スプレーガンで吹付けて施工するため作業が煩雑になるといった問題もあった。
【００１４】
特許文献４に記載の施工方法により得られる不定形耐火物は、空隙が多いので脆く、熱衝撃や機械的衝撃により亀裂等が発生するという問題があった。また、現場にて吹付けや流し込みという煩雑な作業が必要となるだけでなく、微粉状の無機繊維が大量に空気中に舞うなど、作業環境を著しく低下させるという問題があった。
【００１５】
特許文献５に記載の方法では、耐スケール性の改善が期待できる反面、例えば平板状とした際に、その厚み方向の収縮率が大きく、従前のような積み重ねる使用形態とした場合には、やはり間隙の発生が問題となることが考えられており、実用的ではないという問題があった。
【００１６】
また、このニードルブランケットに無機質ゾルを含浸後、乾燥させるために略円筒状等の被保護部材の形状に合わせて作製可能であるが、成形後は可撓性が低い為に、端部が解放していない状況、例えば、構造支柱の様に、その上下が閉塞している被保護部材に適用しようとした場合、成形体を変形させることができないので被保護部材へ保護部材を嵌め込むことによる施工が困難であった。
【００１７】
本発明の目的は、優れた耐スケール性材料である無機繊維のニードルブランケットに、無機質ゾルを含浸後、乾燥させてなる無機繊維成形体を用いた保護・断熱部材を提供することにある。特に、本発明は、上下が閉塞している状態の、例えば略円柱状等の被保護部材への適用に優れた断熱部材となる無機繊維成形体の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の無機繊維成形体は、無機繊維のニードルブランケットに、無機質ゾルを含浸後、乾燥させてなる無機繊維成形体であって、筒状体を筒軸心線方向の分割面によって複数個に分割した分割筒形状を有し、複数個の該無機繊維成形体同士を組み合わせて筒状体を形成した状態において、無機繊維成形体同士の離反を阻止するための係合凸部と係合凹部とが該無機繊維成形体の各分割面に設けられている無機繊維成形体において、該分割面は筒軸心線方向一端側の第１分割面と他端側の第２分割面とを有しており、前記係合凸部は、該第２分割面から該一端側に延出し、該係合凸部と第１分割面との間に前記係合凹部が形成されていることを特徴とするものである。
【００１９】
無機繊維成形体の一辺側の係合凸部と他辺側の係合凸部とが同方向を指向していることが好ましい。
【００２０】
分割面は、前記筒状体の放射方向に対して斜交していることが好ましい。ここで筒軸心線方向の分割面とは、当該分割面が、筒軸心線と平行であることのみを示すものではない。即ち、当該分割面が筒の長手方向に存在することを示し、軸心線とは、ある程度の角度を有する関係にあってもよい。
【００２１】
この様に当該分割面が筒軸心線と角度を有する場合、例えば本発明の無機繊維成形体を複数係合した際に生ずる、係合凹凸部への荷重を、当該角度を有する分割面全体でも受けることとなり、本発明に係る無機繊維成形体の破損防止効果が期待できる。この分割面の角度は、例えば筒軸心線に対して±１０°程度である。
【００２２】
無機繊維は、平均繊維径が５〜７μｍであり、実質的に繊維径３μｍ以下の繊維を含まないことが好ましい。
【００２３】
無機繊維は、アルミナ６５〜９８質量％とシリカ２〜３５質量％とを含む多結晶質アルミナ／シリカ系繊維であることが好ましい。
【００２４】
無機質ゾルは、アルミナ、スピネル、ジルコニア、マグネシア、チタニア、カルシア、及び前記無機繊維と同質の組成を有する材料よりなる群から選ばれる１種または２種以上を含むことが好ましい。
【００２５】
本発明の断熱材は、上記本発明の無機繊維成形体からなるものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明により耐スケール性に優れた無機繊維成形体を、より多くの部材に適用することが可能となる。例えば、上下が閉鎖された状態の被保護部材、具体的には例えば、高温配管やスキッドポスト等の被保護部材に対しても、その外周部に対して容易に設置が可能である。また、経時的な間隙の発生や脱落を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態に係る無機繊維成形体の斜視図である。
【図２】図１の無機繊維成形体の平面図である。
【図３】図１の無機繊維成形体を組み合わせた円筒状断熱材を示す斜視図である。
【図４】別の実施の形態に係る無機繊維成形体を組み合わせた円筒状断熱材の斜視図である。
【図５】従来の無機繊維成形体の斜視図である。
【図６】ウォーキングビーム式加熱炉の側面図である。
【図７】実施の形態に係る無機繊維成形体の斜視図である。
【図８】図７の無機繊維成形体を組み合わせた円筒状断熱材の斜視図である。
【図９】実施の形態に係る無機繊維成形体の平面図である。
【図１０】実施の形態に係る無機繊維成形体の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照して実施の形態に係る無機繊維成形体について説明する。
【００２９】
図１〜３に示す無機繊維成形体１０は、円筒を筒軸心線方向の第１分割面１１と第２分割面１２とによって半割した略半円筒形である。第１分割面１１は図１の上半側（筒軸心線方向一端側）に位置し、第２分割面１２は図１の下半側（筒軸心線方向他端側）に位置している。第２分割面１２は、第１分割面１１よりも円筒の周方向に突出している。第２分割面１２の上端（無機繊維成形体１０の筒軸心線方向の中間付近）からは、無機繊維成形体１０の上端側（前記一端側）に向って係合凸部１３が延出しており、係合凸部１３と第１分割面１１との間が係合凹部１４となっている。
【００３０】
１個の無機繊維成形体１０の一辺部と他辺部にそれぞれ１個ずつ係合凸部１３が設けられており、各係合凸部１３は互いに同方向（図１の上方向）を指向している。
【００３１】
この実施の形態では、図２に明示の通り、分割面１１，１２は、いずれも円筒の径方向Ｄに対し斜交している。分割面１１，１２と径方向Ｄとの交差角度θは５〜８５°特に１５〜４５°程度であることが好ましい。
【００３２】
係合凸部１３の筒軸心線方向長さ（係合凹部１４の筒軸心線方向深さ）Ｌ１は、無機繊維成形体１０の筒軸心線方向長さＬ０の５〜５０％特に１０〜３０％程度であることが好ましい。
【００３３】
図３の通り、２個の無機繊維成形体１０，１０を係合させて円筒形の断熱材とする。２個の無機繊維成形体１０，１０のうち一方（図３では右側の無機繊維成形体１０）は、他方（図３では左側の無機繊維成形体１０）と上下逆とされている。そして、右側の無機繊維成形体１０の係合凸部１３が左側の無機繊維成形体１０の係合凹部１４に対し上方から係合している。左右の無機繊維成形体１０，１０の上端面同士及び下端面同士は面一状となっている。
【００３４】
右側無機繊維成形体１０を左側無機繊維成形体１０に対して係合させる場合、右側無機繊維成形体１０を左側無機繊維成形体１０よりもＬ１以上上位に位置させ、右側無機繊維成形体１０の第２分割面１２を左側無機繊維成形体１０の第１分割面１１に当接又は近接させ、右側無機繊維成形体１０を下降させて係合凸部１３と係合凹部１４同士を係合させる。
【００３５】
このため、左側無機繊維成形体１０の上側にＬ１以上のスペースが存在すれば右側無機繊維成形体１０を左側無機繊維成形体１０に対して係合させることができる。従って、パイプ等の上下が閉塞している状況であっても、無機繊維成形体１０を施工することができる。無機繊維成形体が可撓性を有しているときには、右側無機繊維成形体１０を略水平に移動させ、係合凸部１３を弾性的に撓ませて係合凹部１４に係合させることもできる。この場合には、左側無機繊維成形体１０の上側にスペースがない場合でも右側無機繊維成形体１０を左側無機繊維成形体１０に係合させて施工することができる。
【００３６】
なお、無機繊維成形体を現場寸法に合わせて短く切断してパイプ等に装着することもできる。長さの異なる複数種類の無機繊維成形体を用いて施工を行ってもよい。
【００３７】
図３の状態にあっては、右側無機繊維成形体１０の係合凸部１３が左側無機繊維成形体１０の係合凹部１４に対して上側から重なっており、各無機繊維成形体１０の上下方向の動きが拘束され、両者の上下方向のズレが防止される。また、係合凸部１３が係合凹部１４に入り込んでいるので、左右の無機繊維成形体１０，１０同士の離反も阻止される。さらに、この実施の形態では、分割面１１，１２が径方向Ｄに対し斜交しているので、分割面１１，１２同士の重なり合い面積が大きく、該合わせ面からの放熱も少ないものとなる。
【００３８】
図１〜３の無機繊維成形体１０では、係合凸部１３は先端部が尖った鋭角形状となっており、係合凹部１４の奥底部はこれと同じ鋭角形状となっているが、図４の無機繊維成形体１０Ａのように係合凸部１３Ａの先端及び係合凹部１４の奥底部が丸みを帯びた形状であってもよい。図４の無機繊維成形体１０Ａのその他の構成は図１〜３の無機繊維成形体１０と同一であり、同一符号は同一部分を示している。
【００３９】
上記実施の形態では無機繊維成形体１０，１０Ａの筒軸心線方向と平行な一辺側及び他辺側の双方にそれぞれ係合凸部及び係合凹部が設けられているが、一辺側にのみ係合凸部及び係合凹部が設けられてもよい。ただし、図１〜４のように双方の辺にそれぞれ係合凸部及び係合凹部を設け、係合凸部及び係合凹部よりなる係合部を無機繊維成形体の筒軸心線方向の中間に配置することにより、左右同一形状の無機繊維成形体同士を係合させて筒状体を構成することができるので、好ましい。
【００４０】
本発明においては、図７，８の無機繊維成形体１０Ｂ，１０Ｂ’の様に、係合凸部１３及び係合凹部１４よりなる係合部を無機繊維成形体１０Ｂの筒軸心線方向の中間以外の箇所に配置することにより、左右非同一の形状としてもよい。
【００４１】
上記実施の形態では分割面１１と径方向Ｄとの交差角度θは、分割面１２と径方向Ｄとの交差角度θと等しいように図示されているが、図９に示す無機繊維成形体１０Ｃ，１０Ｃ’のように、分割面１１と径方向との交差角度θ１が分割面１２と径方向Ｄとの交差角度θ２と異なっていてもよい。
【００４２】
上記実施の形態では、図の左側の無機繊維成形体と右側の無機繊維成形体とは周方向長さが等しいものとなっているが、図１０の無機繊維成形体１０Ｄ，１０Ｄ’のように一方の無機繊維成形体１０Ｄの周方向長さが他方の無機繊維成形体１０Ｄ’の周方向長さよりも小さいものとなっていてもよい。
【００４３】
なお、図９（ａ）及び図１０（ａ）は無機繊維成形体１０Ｃ，１０Ｃ’同士及び１０Ｄ，１０Ｄ’同士を離反させた状態の平面図であり、図９（ｂ）、図１０（ｂ）はそれら同士を組み合わせた円筒状断熱材の平面図である。
【００４４】
上記実施の形態では、無機繊維成形体１０〜１０Ｄ’の一辺側及び他辺側にそれぞれ係合凸部及び係合凹部が１組ずつ設けられているが、２組以上設けられてもよい。
【００４５】
上記実施の形態では、無機繊維成形体の各辺の係合凸部を互いに同方向としているが、逆方向としてもよい。
【００４６】
上記実施の形態では、１対の無機繊維成形体同士を組み合わせると、図３，４，８，９（ｂ），１０（ｂ）の通り円筒状断熱材が形成されるが、角筒状断熱材が形成されるように無機繊維成形体を角筒の分割形状としてもよい。
【００４７】
無機繊維成形体同士を組み合わせて筒状体を形成するに際し、合わせ面同士をモルタル、接着剤などによって接着してもよい。
【００４８】
無機繊維成形体を組み合わせて形成した筒状体は、その内周面がパイプ等の部材の外周面に密着してもよく、該外周面との間に空隙が存在してもよい。該外周面と該内周面との間にウール状断熱材を介在させてもよい。
【００４９】
本発明の無機繊維成形体の製造方法は、特に限定されるものではない。図１〜４、７〜１０の無機繊維成形体においては、略円柱状の被保護部材（パイプ等）に対して、無機繊維集合体としてニードルブランケットを用い、これを所望厚みとなるよう、単層または複数枚積層した積層体にゾル含浸した後、円筒状とし、加熱、乾燥し、その後、得られた円筒状成形体に切り込み加工して製造することができる。成形体を焼成してもよい。
【００５０】
この製造方法においては、ニードルブランケットの最大面方向を、被保護部材の円周面方向と同方向として用いてもよい。
【００５１】
この様に、無機繊維成形体のニードルブランケットの最大面方向が、被保護部材の円周面方向と同方向とすることにより、無機繊維成形体の打抜き等をせずとも断熱材を製造することができ、切り残し等のロス低減が可能となる。また、ニードルブランケットは、一般的に無機繊維をベルトコンベア等に集積し長尺状物として得られた無機繊維集合体にニードリング加工を施すので、得られるニードルブランケットは長尺状である。そのため、被保護部材の円柱軸方向の長さに応じて、任意の長さの無機繊維成形体を作製することが出来る。
【００５２】
無機繊維成形体の製造に際して、任意のゾル種や含浸量を選定することができる。無機繊維成形体のニードルブランケットの積層方向が被保護部材の面方向と同方向に向いていることで、保護部材の円周方向にゾル含浸量の傾斜を持たせやすい。これにより曝露側の耐スケール性や、内周の断熱性能向上や重量調整が容易となり、適用範囲が広がる。
【００５３】
例えば無機繊維成形体中の含浸ゾル分布に傾斜を持たせて、外側に向けてゾル含浸量を増加させるか又は表面近傍にのみ無機質ゾルを含浸させることで、曝露側である外周側は耐スケール性の向上、それより内部は断熱層である空隙を多く確保でき断熱効果の向上が期待できる。
【００５４】
無機繊維は、平均繊維径が５〜７μｍであり、実質的に繊維径３μｍ以下の繊維を含まないことが好ましい。
【００５５】
無機繊維は、アルミナ６５〜９８質量％とシリカ２〜３５質量％とを含む多結晶質アルミナ／シリカ系繊維であることが好ましい。
【００５６】
無機質ゾルは、アルミナ、スピネル、ジルコニア、マグネシア、チタニア、カルシア、及び前記無機繊維と同質の組成を有する材料よりなる群から選ばれる１種または２種以上を含むことが好ましい。
【実施例】
【００５７】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００５８】
平均繊維径５．５μｍであり、実質的に繊維径３μｍ以下の繊維を含まない、アルミナ７２質量％とシリカ２８質量％とを含む多結晶質アルミナ／シリカ系繊維を集積してニードリングしてなるニードルブランケット（商品名：三菱樹脂  ＭＡＦＴＥＣ  ＭＬＳ、厚さ２５ｍｍ、嵩密度１３０ｋｇ／ｍ３）を幅２００ｍｍ、長さ６００ｍｍに加工し、無機質ゾル（商品名：日産化学  アルミナゾル−２００）を２０ｋｇ／ｍ２の割合で含浸し、ニードルブランケットの長手方向を直径３００ｍｍの円柱状の鉄板の長手方向へ沿わせて半円筒状に賦形した固定した。その後乾燥機内で１２時間乾燥し、ニードルブランケットが接合する部分を、図１〜２に示すような係合凸部、係合凹部に対応する切り込み加工を施したのち、図１〜２に示す半円筒状の無機繊維成形体を得た。そしてもう一つ同様に作業を行い、同様の無機繊維成形体を得た。
【００５９】
この無機繊維成形体を２個組み合わせると、図３に示す内径３００ｍｍ、高さ２００ｍｍの円筒形状の断熱材となる。
【００６０】
この無機繊維成形体は、上下が閉鎖している、直径３００ｍｍの円柱に左右から嵌合させることができた。
【符号の説明】
【００６１】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｂ’，１０Ｃ，１０Ｃ’，１０Ｄ，１０Ｄ’  無機繊維成形体
１１  第１分割面
１２  第２分割面
１３，１３Ａ  係合凸部
１４，１４Ａ  係合凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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