(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非晶質のセラミックファイバーからなるセラミックファイバーブランケットの小片、または、非晶質のセラミックファイバーを加熱することによりその一部を結晶化させたセラミックファイバーからなる小片を積層することにより、または前記セラミックファイバーブランケットを折りたたむことにより形成されたセラミックファイバーブランケットの積層体の両側面に、積層面に沿う方向に多結晶質のアルミナファイバーからなるアルミナファイバーブランケットまたはアルミナファイバーマットが積層されて、セラミックファイバーブランケットの積層体がアルミナファイバーブランケットまたはアルミナファイバーマットで挟み込まれた状態でセラミックファイバーブランケットの積層体とアルミナファイバーブランケットまたはアルミナファイバーマットが積層方向に圧縮されてブロック状に固定されており、かつ、圧縮率が１５％以上であり、アルミナファイバーブランケットまたはアルミナファイバーマットの厚みが５ｍｍ以上であることを特徴とする無機繊維ブロック。
【請求項２】
請求項１に記載の無機繊維ブロックを上下左右に数多く互いに接触状態で配置し、かつ隣接する無機繊維ブロックは、積層方向が交差し、かつ、一方のブロックのセラミックファイバーブランケットの積層体が、そのブロックのアルミナファイバーブランケットまたはアルミナファイバーマットと、他方のブロックのアルミナファイバーブランケットまたはアルミナファイバーマットによって四方を囲まれるように配列したことを特徴とする断熱構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はセラミックファイバーブランケットの積層体の両側面にアルミナファイバーブランケットまたはアルミナファイバーマットを積層した無機繊維ブロックと、これらを数多く用いた断熱構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工業炉の内張用耐火断熱材として無機繊維製品が多く使用されている。無機繊維製品の一つに無機繊維ブロックがある。
【０００３】
炉の内張に使用される無機繊維ブロックの多くは、ブランケットを同じ大きさに切断して小片とし、これらの小片を積層して積層体とするか、または細長いブランケットを葛折りにして積層体とし、この積層体を圧縮し、バンド締めや縫製によってブロック状に固定して作製される。こうして作られた無機繊維ブロックはブランケットの切断面あるいは折り曲げらた部分の端面が炉内面となるように炉壁や炉ケーシングに取り付けて断熱構造体とする。
【０００４】
ブランケットの材料としては、セラミックファイバーが多く使用される。そのようなセラミックファイバー材料のブランケットから作製したブロックは、高温下で使用すると、収縮が起こる。この収縮はブランケットを積層した積層方向とこれに直角な積層面に沿う方向とで異なる。通常、積層面に沿う方向の収縮率は積層方向の約２倍である。この収縮は、それが大きい場合は、目地開きを生じ、炉壁を損傷する原因にもなる。
【０００５】
目地開きを防止するために、いろいろの工夫がされている。例えば、収縮を分散するために、隣り合うブロック同志の積層方向が互いに直角に交差する配置（これを千鳥構造という）とする。また、特公平５−７１８７０号公報では、ブロックとブロックの間にアルミナファイバーブランケットをスペーサーとして使用した断熱構造体が提案されている。さらに、セラミックファイバーに代えて、収縮の小さいアルミナファイバーのみを使用したブロックも提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来のブロックや断熱構造体には次のような欠点があった。
【０００７】
千鳥構造とした断熱構造体は、ブロックの収縮そのものを小さくしたり補ったりすることがないので、大きな改善はなかった。
【０００８】
特公平５−７１８７０号公報のように、アルミナファイバーブランケットをスペーサーとして使用する場合は、施工が繁雑になるとともに、スペーサーを取り扱う際に粉塵が発生して作業環境が悪くなる。
【０００９】
アルミナファイバーのみを使用して作ったブロックは、アルミナファイバーが非常に高価であるため、ブロックもまた大変高価となる。それゆえ、その使用は特種な用途に限られる。
【００１０】
このような従来技術に鑑み、本発明は、安価で、施工作業が簡単で、しかも耐熱性を向上できる無機繊維ブロックおよび断熱構造体を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決手段を例示すると、非晶質のセラミックファイバーからなるセラミックファイバーブランケットの小片、または、非晶質のセラミックファイバーを加熱することによりその一部を結晶化させたセラミックファイバーからなる小片を積層することにより、または前記セラミックファイバーブランケットを折りたたむことにより形成されたセラミックファイバーブランケットの積層体の両側面に、積層面に沿う方向に多結晶質のアルミナファイバーからなるアルミナファイバーブランケットまたはアルミナファイバーマットが積層されて、セラミックファイバーブランケットの積層体がアルミナファイバーブランケットまたはアルミナファイバーマットで挟み込まれた状態でセラミックファイバーブランケットの積層体とアルミナファイバーブランケットまたはアルミナファイバーマットが積層方向に圧縮されてブロック状に固定されており、かつ、圧縮率が１５％以上であり、アルミナファイバーブランケットまたはアルミナファイバーマットの厚みが５ｍｍ以上であることを特徴とする無機繊維ブロックである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の無機繊維ブロックは、高温下で復元性が高いアルミナファイバー製のブランケットまたはマットがセラミックファイバーブランケット積層体の両側面に配置されている。そして、本発明の無機繊維ブロックは、積層方向に圧縮されている。
【００１３】
この無機繊維ブロックを数多く使用して千鳥構造に施工すると、ブロックの積層面に沿う方向の収縮を隣の無機繊維ブロックのアルミナファイバーブランケットまたはマットの積層方向の復元で補い、結果として目地開きの少ない断熱構造体を提供できる。
【００１４】
また、長時間加熱され、結晶化したセラミックファイバーの熱間での膨脹収縮を柔軟なアルミナファイバー製のブランケットまたはマットが吸収することにより、安定な断熱構造体を長時間保持することができる。
【００１５】
本発明のセラミックファイバーブランケットは、Ａｌ２  Ｏ３  とＳｉＯ２  ，又はＡｌ２  Ｏ３  とＳｉＯ２  とＺｒＯ２  を主成分とし，その他数％以下（好ましくは１％未満、さらに好ましくは実質上０％）の不純物を有する非晶質繊維の積層体をニードリング処理したブランケットである。さらに、本発明のセラミックファイバーブランケットは、前記ブランケットにアルミナファイバーを３０重量％以下含有させたブランケット、および熱処理して非晶質繊維の一部をムライト化させたブランケットである。本発明のセラミックファイバーブランケットの最適例は、化学成分がＡｌ２  Ｏ３  ４０〜６０重量％で、ＳｉＯ２  ４０〜６０重量％のアルミナ・シリカ質ブランケットや、Ａｌ２  Ｏ３  ２８〜３４重量％で、ＳｉＯ２  ５０〜５６重量％で、ＺｒＯ２  １３〜１９重量％のアルミナ・シリカ・ジルコニア質ブランケットである。このブランケットは化学成分の異なる２種以上の繊維が混合されたブランケットでも良く、また、約１０００℃に加熱処理したブランケットも含む。
【００１６】
本発明のアルミナファイバーマットは、Ａｌ２  Ｏ３  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質繊維からなり、これらの単繊維が二次元あるいは三次元に絡み合って積層している積層体である。本発明のアルミナファイバーマットの最適例は、Ａｌ２  Ｏ３  を７２重量％含有し、主にムライトの結晶で構成されているアルミナファイバーの積層体である。
【００１７】
本発明のアルミナファイバーブランケットは、Ａｌ２  Ｏ３  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質繊維からなり、ニードリングや縫製が行なわれているブランケットである。本発明のアルミナファイバーブランケットの最適例は、Ａｌ２  Ｏ３  を７２重量％含有し、主にムライトの結晶で構成されているアルミナファイバーの積層体を形成し、それにニードリンクや無機長繊維の糸による縫製を行ったものである。
【００１８】
このようなアルミナファイバー製のマットやブランケットは、Ａｌ２  Ｏ３  の含有量が高いと、コランダムの結晶が析出してくる。このコランダムは結晶成長がムライトよりも速く、ファイバー自体の強度劣化が起きやすい。従って、化学成分について言えば、Ａｌ２  Ｏ３  が７２〜８０重量％で、ＳｉＯ２  が２０〜２８重量％であって、ムライトを主結晶とする繊維が特に好ましい。
【００１９】
アルミナファイバーブランケットまたはマットの厚さは５〜３０ｍｍが好ましい。厚さが５ｍｍよりも薄いと、圧縮率を大きくしなければならない。５ｍｍ未満では圧縮率を大きくしても復元が小さくなって収縮を補償できなくなるからである。厚さが３０ｍｍを越えると、使用量が増えて無機繊維ブロックが高価になる。
【００２０】
無機繊維ブロックの圧縮率は１５％以上が好ましい。１５％未満ではブランケットの復元が少なく、セラミックファイバーの収縮を補えない。圧縮率は次の式により計算する。
【００２１】
圧縮率＝（圧縮前の大きさ÷圧縮後の大きさ−１）×１００（％）
無機繊維積層体を圧縮し、その寸法に固定する方法は種々のものがあるが、好適には、加熱された際に焼失する物質を用いて固定する方法が採用できる。例えば、有機系のバンドを使用して、バンドで周囲を包装して固定する方法、木綿のような有機繊維糸を使用して縫製する方法、段ボール紙とゴムで固定する方法などがある。
【００２２】
【実施例】
本発明においては、図１に示すように、セラミックファイバーブランケットの小片１２を多数積層して積層体を形成したり、または、図２に示すように、セラミックファイバーブランケットの帯状材２２を葛折りにした積層体を形成する。その積層体の両側面に、積層面に沿う方向にアルミナファイバーブランケットまたはアルミナファイバーマット１３，２３を積層し、これらを縫製糸１４やバンド２５によって積層方向に圧縮して固定し、無機繊維ブロック１，２を作る。
【００２３】
図３に示すように、これらの無機繊維ブロック１，２を数多く千鳥構造に炉ケーシング３の表面に密に配列して断熱構造体を作る。その際、隣接する無機繊維ブロックの積層方向が交差するように配列する。
【００２４】
無機繊維ブロック１，２は、高温下で復元性が高いアルミナファイバー製のブランケットまたはマット１３，２３が、セラミックファイバーブランケットの小片１２又は帯状材２２からなる積層体の両側面に配置されて、縫製糸１４やバンド２５によって積層方向に圧縮されて所定形状に固定されている。
【００２５】
これらの無機繊維ブロック１，２を数多く使用して、図３に示す千鳥構造に施工すると、隣接する無機繊維ブロック１、２の収縮方向が互い違いになって異なるため、無機繊維ブロック１，２の積層面に沿う方向の収縮を隣の無機繊維ブロック１，２のアルミナファイバー製のブランケットまたはマット１３，２３の積層方向の復元で補うことができ、結果として目地開きの少ない断熱構造体が実現できるのである。
【００２６】
また、長時間加熱され、結晶化したセラミックファイバーの熱間での膨脹収縮を柔軟なアルミナファイバー製のブランケットまたはマット１３，２３が吸収することにより、安定な断熱構造体を長時間保持することができる。
【００２７】
実験例
セラミックファイバーブランケットを内側に、その両外側にアルミナファイバーブランケットを各１枚、計２枚を積層して、ブランケットの厚さ、枚数および材質をいろいろと変えて、大きさが３００×３００×３００ｍｍの種々の無機繊維ブロックを作製した。これらの無機繊維ブロックに既知の固定用金具を取り付け、炉壁ケーシングに千鳥構造に施工して断熱構造体を得た。炉内を１３００℃で１ヶ月間加熱し、加熱前後での、セラミックファイバーブランケット部分の寸法変化、アルミナファイバーブランケット部分の寸法変化、無機繊維ブロック間の目地開きを測定した。。
【００２８】
無機繊維ブロックを構成する各ブランケットの使用枚数、無機繊維ブロックの圧縮率および寸法変化を表１に示す。セラミックファイバーブランケット部分の寸法変化は測定値の２分の１を示す。
【００２９】
【表１】
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表１において、ブランケットの種類がＡＺＳのものは、化学成分がＡｌ2 Ｏ3 ３０重量％、ＳｉＯ2 ５３重量％、ＺｒＯ2 １６重量％、その他１重量％の    非晶質セラミックファイバーブランケットである。同じくＡＳＡのものは、化学成分がＡｌ2 Ｏ3 ５３重量％、ＳｉＯ2 ４７重量％の非晶質セラミックファイバーであるアルミナ・シリカ質繊維に、化学成分がＡｌ2 Ｏ3 ７２重量％、ＳｉＯ2 ２８重量％の多結晶質アルミナ質繊維を１０％混合して、まずブランケット状とし、その後、１０００℃で熱処理して非晶質セラミックファイバーであるアルミナ・シリカ質繊維の一部を結晶化して作製したセラミックファイバーブランケットである。同じくＡのものは、化学成分がＡｌ2 Ｏ3 ７２重量％、ＳｉＯ2 ２８重量％の多結晶質アルミナファイバーブランケットである。表１において、寸法変化の「−」は収縮を示し、「＋」は膨脹を示す。
【００３０】
実施例１〜４はいずれも圧縮率が１５％以上であり、アルミナファイバーブランケットの厚さは５ｍｍ以上とすることにより、目地開きが１．２ｍｍ以下（この数値はブロックの寸法３００ｍｍに対して０．４％以下）である。この目地開きは加熱した際にはブロックの膨脹によって十分に補える。
【００３１】
比較例１、２はアルミナファイバーブランケットを使用しない例である。いずれもアルミナファイバーブランケットの膨脹が小さいために目地開きが大きい。
【００３２】
アルミナファイバーブランケットは施工時に粉塵が発生しやすく、皮膚を刺激しやすいので、アルミナファイバーを使用した側面を有機繊維の布で覆うと無機繊維ブロックを施工する際に作業性が良くなる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は、高価なアルミナファイバーブランケットを最小限の使用量に抑えているので、全体としてみれば安価な無機繊維ブロックおよび断熱構造体を提供でるものである。特に、これを千鳥構造に施工することにより、安価で、施工作業が簡単で、高温で長時間使用しても目地開きの少ない、十分な耐熱性を有する安定した断熱構造体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による無機繊維ブロックの一例（小片を積層し糸で縫製した無機繊維ブロック）の斜視図。
【図２】本発明による無機繊維ブロックの他の例（葛折りしてバンドで固定した無機繊維ブロック）の斜視図。
【図３】本発明による断熱構造体（千鳥構造に施工した断熱構造体）の斜視図。
【符号の説明】
１，２    無機繊維ブロック
１２，２２    セラミックファイバーブランケット
１３，２３    アルミナファイバーブランケット
１４    縫製糸
２５    バンド
６    炉ケーシング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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