(57)【要約】  バックアップ断熱プレート(41-45；51-55)は、コロイド状無機酸化物で含浸され、プレスされ、かつ乾燥された耐高温性無機繊維ブランケット又はボードを含み、該プレート(41-45；51-55)は、少なくとも約1000℃なる使用温度を有し、また該使用温度に暴露した後に、機械的な保全性を維持しており、該プレート(41-45；51-55)は、約500kg/m3より大きいか又はそれに等しい密度及び少なくとも約4,900kPa(50kgf/cm2)なる耐圧縮性を有している。
2009539050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コロイド状無機酸化物で含浸し、加圧しかつ乾燥した耐高温性無機繊維ブランケット又はボードを含む断熱物品であって、該コロイド状無機酸化物が、ゲル化剤と組み合わせた該コロイド状無機酸化物の組成物であり、該物品が、少なくとも約1000℃までの使用温度を有し、また該使用温度に暴露した後に、機械的な保全性を維持しており、該物品が、約500kg/m3より大きいか又はそれに等しい密度及び少なくとも約4,900kPa(50kgf/cm2)なる耐圧縮性を有することを特徴とする、前記断熱物品。
【請求項２】
前記コロイド状無機酸化物が、ゲル化剤と組み合わせたコロイド状シリカの組成物であり、該物品が、約700kg/m3より大きいか又はそれに等しい密度及び少なくとも約7,800kPa(80kgf/cm2)なる耐圧縮性を有する、請求項1記載の断熱物品。
【請求項３】
前記コロイド状無機酸化物組成物が、約30〜100質量％のコロイド状シリカ、該ゲル化剤として、約0.01〜約10質量％の無機塩又は酸化物及び約0.01〜約10質量％の酸、及び該ゲル化剤を可溶化するのに十分な量、場合により組成物の約70質量％までの量の水を含む、請求項2記載の断熱物品。
【請求項４】
前記物品が、約900kg/m3より大きいか又はそれに等しい密度、少なくとも約11,800kPa(120kgf/cm2)なる耐圧縮性、及び約700〜約800℃の温度にて、約0.45W/mKより小さいか又はそれに等しい熱伝導率を有する、請求項3記載の断熱物品。
【請求項５】
約30〜約80質量％の繊維、及び約20〜約70質量％のコロイド状シリカを含む、請求項3記載の断熱物品。
【請求項６】
前記ゲル化剤の無機塩又は酸化物が、酢酸アンモニウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、又は酸化マグネシウムの少なくとも1種を含み、かつ前記酸が、酢酸、塩酸、又はリン酸の少なくとも1種を含む、請求項3記載の断熱物品。
【請求項７】
前記耐高温性の無機繊維ブランケット又はボードが、前記コロイド状無機酸化物組成物による最初の含浸後に、少なくともコロイド状シリカで再度含浸され、プレスされ、また場合により乾燥され、前記物品が、約1100kg/m3より大きいか又はそれに等しい密度及び少なくとも約29,000kPa(300kgf/cm2)なる耐圧縮性を持つ、請求項2記載の断熱物品。
【請求項８】
約20〜約60質量％の繊維、及び約40〜約80質量％のコロイド状シリカを含む、請求項7記載の断熱物品。
【請求項９】
コロイド状シリカで含浸し、減圧注型したセラミック-繊維ボードを含み、前記物品が約1300℃までの使用温度、約700kg/m3より大きいか又はそれに等しい密度及び少なくとも約6,800kPa(70kgf/cm2)なる耐圧縮性を有し、請求項1記載の断熱物品。
【請求項１０】
コロイド状シリカで含浸する前の、前記減圧注型セラミック繊維ボードが、約0.4〜約50質量％の高アルミナ繊維、約4〜約90質量％の平板状のアルミナ、及び約0.01〜約0.2質量％のデンプンを含む、請求項9記載の断熱物品。
【請求項１１】
約40〜約80質量％の繊維、及び約20〜約60質量％のコロイド状シリカを含む、請求項9記載の断熱物品。
【請求項１２】
前記減圧注型セラミック繊維ボードが、約0.1〜約2質量％のアルミノシリケート繊維、約0.01〜約1.25質量％の高アルミナ繊維、及び約0.1〜約1.9質量％の無機緻密化剤を含む水性スラリーから注型され、該緻密化剤が、場合により平板状アルミナであり、また該スラリーが、更に場合によりデンプン及びコロイド状シリカを含む、請求項9記載の断熱物品。
【請求項１３】
約700〜約800℃の温度にて、約0.2W/mKより小さいか又はそれに等しい熱伝導率を有する、請求項9記載の断熱物品。
【請求項１４】
前記耐高温性無機繊維が、耐火性セラミック繊維(RCF)、アルミノシリケート繊維、高アルミナ繊維、アルカリ土類金属シリケート繊維、アルミノシリカジルコニア繊維、又はこれらの混合物の少なくとも1種を含む、請求項2記載の断熱物品。
【請求項１５】
前記耐圧縮性が、前記物品全体に渡り実質上均一である、請求項1記載の断熱物品。
【請求項１６】
前記コロイド状無機酸化物が、コロイド状シリカ、コロイド状アルミナ、コロイド状ジルコニア、コロイド状チタニア、コロイド状セリア、又はコロイド状イットリアの少なくとも1種を含む、請求項1記載の断熱物品。
【請求項１７】
前記断熱物品が、コロイド状シリカで含浸した、耐高温性無機繊維ブランケットを含み、該ブランケットが、場合によりプレスする前に、コロイド状シリカで含浸し、減圧注型したセラミック繊維ボードと接触状態におかれ、プレスされ、また乾燥されて、複合断熱物品を生成する、請求項2記載の断熱物品。
【請求項１８】
前記断熱物品が、レードル、トーピードカー、トラフランナー、又はタンディッシュの少なくとも1種のための、バックアップ断熱材からなる、請求項1記載の断熱物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断熱物品、例えばバックアップ断熱プレート、及びこれらの製造方法を提供する。該バックアップ断熱プレートは、溶融金属取扱い装置又はその他の装置からの、あるいはその中への熱の伝播を防止するための一態様において使用することができる。
【背景技術】
【０００２】
溶融金属、例えば溶融鋼又は溶融アルミニウム等の加工において、該金属を取扱う装置、例えばレードル、トーピードカー、タンディッシュ又は金型等は、該溶融金属に対して耐性であり、適用された機械的な応力に対して耐性であり、また該系からの早期の熱損失を回避するものである必要があり、結果として、該溶融金属は、適当な温度にて装置を形成するために放出できる。
従って、該溶融金属取扱い装置は、該溶融金属と直接接触する材料、例えば該溶融金属に対して優れた非-濡れ性を示す、高温面(hot-face)を持ち、高密度かつ硬質の耐火材料を含む。この材料は、次いで、該装置に対して低温面(cold-face)断熱性を与える、高度に断熱性の耐火材料の層でバックアップされる。該断熱特性が高いほど、また該バックアップ断熱材の強度が高いほど、該バックアップ断熱層の厚みを小さくしても、その所定の性能を得ることができる。より薄いバックアップ断熱層は、該溶融金属取扱い装置、特に例えばレードル又はトーピードカーに対して、金属容量をより大きくすることを可能とする。
【発明の開示】
【０００３】
本発明は、断熱物品を提供するものであり、該断熱物品は、コロイド状無機酸化物で含浸し、プレスしかつ乾燥した耐高温性無機繊維ブランケット又はボードを含み、ここで該コロイド状無機酸化物は、ゲル化剤と組み合わせた該コロイド状無機酸化物の組成物であり、該物品は、少なくとも約1000℃までの使用(耐用)温度を有し、また該使用温度に暴露した後に、機械的な保全性を維持しており、また該物品は、約500kg/m3より大きいか又はそれに等しい密度及び少なくとも約4,900kPa(50kgf/cm2)なる耐圧縮性を持つ。
幾つかの態様において、本発明の断熱物品は、約700℃〜約800℃の温度にて、約0.45W/mKより小さいか又はそれに等しい熱伝導率を持つ。該断熱物品は、バックアップ断熱プレートとして使用することができる。
市販のセラミック繊維ブランケット又はボードを、出発物質として使用することができ、又はセラミック繊維ボードを、該コロイド状無機酸化物溶液で含浸する前に、公知の減圧注型法によって製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
本発明のバックアップ断熱材プレートは、競合する製品と比較して、1300℃までの断熱を可能とし、極めて高い耐圧縮性を有し、低い熱伝導性を有し、また極めて高い純度を持つ。
一般に、バックアップ断熱プレートの製造方法は、断熱性セラミック繊維ブランケット又はボードを、少なくとも1種のコロイド状無機酸化物、例えばコロイド状シリカ、アルミナ及び/又はジルコニアで含浸し、該含浸したブランケット又はボードを、金型内に配置し、該含浸したブランケット又はボードをプレスし、オーブン内で乾燥して、所定の諸特性を持つ乾燥ボードを製造する工程を含み、また必要ならば該乾燥されたボードを最終的なサイズに裁断する工程をも含む。
セラミック繊維ブランケット又はボードは、以下に記載するような方法に従って、該バックアップ断熱プレートを製造するために使用することができる。
【０００５】
該バックアップ断熱プレートを製造するのに有用な、該セラミック繊維ブランケット又はボードは、公知の方法を利用して製造することができ、あるいは市販品として入手することも可能である。適当な出発物質としてのセラミックブランケット又はボードは、通常商標ジュラブランケット(DURABLANKET)及びジュラボード(DURABOARD)の下で、ユニフラックス(Unifrax) I LLC (N.Y.州、ナイアガラフォール)から入手できる。
限定するものではなく、例示の目的で、このような市販品として入手できるセラミックブランケットは、セラミック繊維を含むことができ、また幾つかの態様においては、約43〜約47質量％のアルミナ含有率及び約53〜約57質量％のシリカ含有率を持つことができる。他の態様では、該セラミックブランケットは、約29〜約31質量％のアルミナ含有率、約53〜約55質量％のシリカ含有率及び約15〜約17質量％のジルコニア含有率を持つことができる。該ブランケットは、約30〜約192kg/m3程度の、幾つかの態様においては、約64〜約128kg/m3程度の密度及び約1260〜約1430℃の温度グレードを持つことができる。
【０００６】
同様に、限定するものではなく、例示の目的で、このような市販品として入手できるセラミックボードは、約42〜約50質量％のアルミナ含有率及び約50〜約58質量％のシリカ含有率を有する。他の態様では、該セラミックブランケットは、約28〜約32質量％のアルミナ含有率、約52〜約56質量％のシリカ含有率及び約14〜約18質量％のジルコニア含有率を持つことができる。該ボードは、約150〜約350kg/m3程度の密度、約3〜約10％の強熱減量(LOI)、及び約1260℃なる温度グレードを持つことができる。
アルミノシリケート(RCF)繊維及び/又はアルミノジルコニアシリケート(AZS)繊維を含有するセラミック繊維ブランケット及びボードに加えて、該ブランケット及びボードは、その代りに又はそれに加えて、アルカリ土類金属シリケート(AES)繊維、例えばイソフラックス(ISOFRAX)なる商標の下に、ユニフラックス(Unifrax) I LLC社から入手できるもの、及び/又は高温(耐高温性)セラミック繊維、例えばファイバーマックス(FIBERMAX)なる商標の下に、ユニフラックスI LLC社から入手できるもの等の高アルミナ繊維等を含むことができる。
【０００７】
セラミック繊維ブランケット及びボードは、様々な厚さ及び密度にて、市販品として入手できる。幾つかの態様において、該セラミック繊維ブランケット又はボードは、バックアップ断熱材プレートを製造するのに使用され、該バックアップ断熱材プレートは、完成された該プレートの厚みの約2〜4倍大きな厚みを有している。一態様において、該セラミック繊維ブランケット又はボードは、約4.54kg(10lb、45N)なる坪量を想定した場合に、完成された該バックアップ断熱材プレートの厚みの約3.3倍大きな厚みを持つ。
バックアップ断熱材の典型的な厚みは、該断熱材が使用される用途並びにその熱伝導性に応じて変動する。ここで論じる用途に対して、典型的な厚みは、10，12，16、及び25mmを含むが、該用途の必要性に応じて、任意の他の厚みで製造することも可能である。
【０００８】
該出発材料としてのセラミック繊維ブランケット又はボードは、意図した用途及び利用可能な加工装置のサイズによって決定される、任意の適当な幅又は長さを持つことができる。幾つかの態様において、長さ840mm×幅220ｍｍのものが、経済的に適している。含浸及び乾燥処理後、該高密度化された断熱物品は、商業的に望ましいサイズに裁断することができる。例えば、溶融金属レードル用途用のバックアップ断熱プレートの典型的なサイズは、約416×101mmであるが、任意の適当なサイズで調製することができる。
該セラミック繊維ブランケット又はボードを含浸するのに使用することのできる、該コロイド状無機酸化物の溶液状組成物は、少なくとも1種のコロイド状無機酸化物、例えばコロイド状シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、セリア、及び/又はイットリアを含むことができる。(この点に関連して、該用語「溶液」とは、該コロイド状無機酸化物を含有するスラリー又は分散液を含むものとする)。該コロイド状無機酸化物の、市販品として入手できる処方物を使用することができ、何ら限定するものではないが、その例は、40％の固形分を含有し、ナルコ社(Nalco Company；イリノイ州、ナパービル)から入手できるナルコ(NALCO)コロイド状シリカである。しかし、他のグレードのコロイド状シリカ、例えば30％以下の固形分含有率、あるいはまた40％を越える固形分含有率を持つものを使用することも可能である。
【０００９】
該コロイド状無機酸化物の溶液状組成物は、約30〜100質量％のコロイド状無機酸化物、例えばコロイド状シリカを含むことができる。幾つかの態様において、該コロイド状無機酸化物の溶液は、約50〜約90質量％のコロイド状無機酸化物、例えばコロイド状シリカを含むことができ、また他の態様では、約80〜100質量％のコロイド状無機酸化物、例えばコロイド状シリカを含むことができる。
該コロイド状無機酸化物の溶液の他の成分は、ゲル化剤及び該ゲル化剤を可溶化するのに十分な量の水を含むことができる。ゲル化剤成分は、該コロイド状無機酸化物の固化又はゲル化を促進する、無機塩又は酸化物、例えばコロイド状シリカの場合には、酢酸アンモニウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、酸化マグネシウム等、及び酸、例えば酢酸、塩酸、リン酸等を含むことができる。該ゲル化剤の型及び濃度は、該コロイド懸濁液を不安定化するように、また該耐高温性繊維ブランケット又はボードのプレス中に、該無機酸化物成分の、所定位置におけるゲル化又は固化を可能とするように選択される。
【００１０】
ゲル化時間は、一般的に温度の上昇に伴って減少するので、部分的に、該ゲル化剤の濃度によって、ゲル化時間を調節することができる。該ゲル化剤としての、無機塩又は酸化物の濃度は、該溶液の、約0.01〜約10質量％なる範囲で変えることができる。該酸の量は、約0.01〜約10質量％なる範囲で変えることができる。ゲル化時間は、温度の上昇に伴って減少するので、部分的に、該ゲル化剤の濃度によって、ゲル化時間を調節することができる。該ゲル化剤を可溶化するのに十分な水の量は、該溶液の、0〜約70％なる範囲で変えることができる。
該コロイド状無機酸化物の溶液は、付随的に幾つかの態様においては、最終製品を、その色彩によって識別可能とするために、約0.01〜約10質量％の量で、着色剤を含むことができる。
該バックアッププレート断熱性物品の製造方法において、未処理の断熱材ブランケット又はボードを、飽和点まで、該コロイド状シリカ溶液で含浸することができる。
【００１１】
該含浸したブランケット又はボードを、約5〜約100トン(40-900kN)の圧力にて、プレスすることができる。幾つかの態様においては、約20〜約40トン(180-360kN)の圧力を使用することができる。当業者は必要により、圧力を変更して、過度の実験を行うことなしに、含浸されたブランケット又はボードにとって望ましい特性を達成することができる。セラミック断熱材ボードをプレスするのに使用される任意の公知のプレスを使用することができる。セラミック断熱材ボードをプレスする際に、金型を使用することは公知である。該金型の形状及びサイズは、該プレスされる断熱材プレートの、所定の寸法に応じて変えることができる。
一態様においては、該含浸されたブランケット又はボードを、金型内に入れ、その最終的な厚みまでプレスする。該含浸されたブランケット又はボードを、約1〜約120分間なる期間に渡り、該プレス内に保持することができる。他の態様においては、該含浸されたブランケット又はボードを、約1〜約5分間の期間に渡り、プレスする。
【００１２】
該プレスされたブランケット又はボードを、約40〜約350℃の温度にて、オーブン内で乾燥することができる。別の態様では、約80〜約150℃の温度を使用することができる。
幾つかの態様において、該プレスされたブランケット又はボードは、約80〜約150℃の温度にて、約2〜約6分間の期間に渡り乾燥される。更に別の態様では、該プレスされたブランケット又はボードは、約40〜約350℃の温度にて、約10分〜約1時間の期間に渡り乾燥される。
【実施例】
【００１３】
実施例1：
本発明のバックアップ断熱プレートを製造するための例示的な(exempletive)態様においては、標準的な耐火セラミック繊維ブランケット又はボードを、コロイド状シリカで含浸した。この含浸操作は、該出発ブランケット又はボードを、コロイド状シリカ溶液と接触させ、完全に浸透させることにより達成された。一態様において、セラミック繊維ブランケットを、約98.2％のコロイド状シリカ(ナルコ(Nalco)、固形分40％)；約0.81％の酢酸アンモニウムと約0.18％の酢酸とを含むゲル化剤；及び該酢酸アンモニウムを可溶化するのに十分な、約0.81％の水で構成されるコロイド状シリカ溶液で含浸させた。
該セラミック繊維ブランケット又はボードを、コロイド状シリカで含浸した後、該含浸ブランケット又はボードを、金型内に配置し、25トン(220kN)の工業用プレスを用いて、その最終的な厚みまでプレスした。従来の方法を利用して、この操作を行うことができる。該含浸コロイド状シリカ溶液のゲル化を起こさせる。
【００１４】
該コロイド状シリカで含浸させたセラミック繊維ブランケット又はボードをプレスして、該出発ブランケット又はボードの厚みの、約25％〜約50％の厚みを持つボードとすることができる。一態様においては、該コロイド状シリカで含浸させたブランケット又はボードをプレスして、該出発セラミック繊維ブランケット又はボードの厚みの、約30％の厚みを持つボードとする。
該コロイド状シリカ溶液の幾分かは、該プレス操作中に回収することができ、またそのゲル化がまだ生じていない場合には、該含浸浴に再度戻すことができる。
該プレスしたボードを乾燥し、その後該バックアップ断熱プレート物品に対して望ましいサイズに裁断した。セラミック断熱ボードを裁断するための従来の方法は、周知であり、またこれら方法の何れかを使用することができ、その例は、円形ソー、ハンドソー等の使用を包含するが、これらに限定されない。
【００１５】
400mm×100mmなるサイズに裁断され、また10〜16mmの厚みを持つ、これらの最終的なバックアップ断熱プレートは、約900〜約1000kg/m3の密度、及び約11,800kPa(120kgf/cm2)なる耐圧縮性を有していた。
ホットワイヤ(hot wire)法(DIN 50146)によって測定された、該バックアップ断熱プレートの熱伝導率は、図1に示されており、またこれは約750℃において、約0.38W/mKであった。図2に示したように、約1200℃なる温度において、該断熱プレートは、約5.5％の線形収縮を有していた。これらの断熱プレートは、約1200℃までの耐用温度を有する。
【００１６】
実施例2：
もう一つの例示的な態様において、該セラミック繊維ブランケット又はボードは、完成されたバックアップ断熱プレートの厚みの3.3倍を越える厚みを有していた。この場合も、標準的なセラミック繊維ブランケット又はボードを、一態様においては、コロイド状シリカで含浸し、完全に浸透させた。一態様において、該セラミック繊維ブランケットは、約98.2％のコロイド状シリカ(ナルコ(Nalco)、固形分40％)；約0.81％の酢酸アンモニウムと約0.18％の酢酸とを含むゲル化剤；及び該酢酸アンモニウムを可溶化するのに十分な、約0.81％の水で構成されるコロイド状シリカ溶液で含浸させた。
該セラミック繊維ブランケット又はボードを、コロイド状シリカで含浸した後、該含浸ブランケット又はボードを、金型内に入れ、その最終的な厚みまでプレスした。該プレスしたボードを乾燥し、その後、400mm×100mmなるサイズ及び10〜16mmの厚みを持つ、所定サイズの該バックアップ断熱プレート物品に裁断した。
【００１７】
裁断に引き続き、該断熱プレートを、コロイド状シリカ溶液で再度含浸したが、この態様では、該溶液は、約50質量％の水中に、約50質量％のコロイド状シリカ(ナルコ(Nalco)、固形分40％)を含むものであった。その後、この再度含浸した断熱プレートを乾燥させて、約1100〜約1250kg/m3の密度、及び約49,000kPa(500kgf/cm2)なる耐圧縮性を有していた。
出発物質として、市販のセラミック繊維ボードを使用する別の例として、セラミック繊維ボードを、コロイド状無機酸化物溶液で含浸する前に、従来の減圧注型法によって製造することができる。限定するものではなく、例示の目的で、減圧注型したセラミック繊維ボードは、約0.1〜約2％の標準RCFアルミノシリケート繊維、約0.01〜約1.25％の高アルミナ繊維(例えば、ユニフラックスI LLC社から入手できるファイバーマックス(FIBERMAX))及び無機緻密化剤、例えば約0.1〜約1.9％の平板状アルミナを含む水性溶液又はスラリーから製造できる(全ての％は質量基準である)。減圧注型ボードを製造するのに典型的に使用される、デンプン及びコロイド状無機酸化物、例えばコロイド状シリカが、公知の量で存在し得る。
【００１８】
実施例3：
一例示的な態様においては、セラミック繊維ボードを使用して、バックアップ断熱プレートを製造した。即ち、減圧注型セラミック繊維ボードを、以下の組成を持つ溶液から減圧注型した：約97.54％の水、約0.10％のファイバーマックス(FIBERMAX)高アルミナ繊維、約1％のHP標準RCF(アルミノシリケート)繊維、約1％の平板上アルミナ、約0.08％のデンプン、及び約0.28％のコロイド状シリカ。
この断熱プレートを製造するのに使用した、該セラミック繊維の減圧注型ボードは、完成後のバックアップ断熱プレートの厚みの、約2倍(約1.9倍)の厚みを有していた。
該減圧注型ボードを、約80％のコロイド状シリカ(ナルコ(Nalco)、固形分40％)；約18.53％の水；約0.1％の着色剤；及び約1.25％の酢酸アンモニウムと約0.25％の酢酸とを含むゲル化剤で構成されるコロイド状シリカ溶液で含浸させた。この態様では、低密度の材料が望ましいものであった。
該減圧注型セラミック繊維ボードを、コロイド状シリカで含浸した後、該含浸ボードを、金型内に入れ、その最終的な厚みとなるまでプレス(60トンプレス-530kN)した。該プレスしたボードを乾燥し、その後400mm×100mmなるサイズ及び10〜16mmの厚みを持つ、所定サイズのバックアップ断熱プレート物品に裁断した。これらのバックアップ断熱物品は、約700〜約800kg/m3の密度、及び約7,800kPa(80kgf/cm2)なる耐圧縮性を有していた。
【００１９】
ホットワイヤ(hot wire)法(DIN 50146)によって測定された、該バックアップ断熱プレートの熱伝導率は、図1に示されており、またこれは約750℃において、約0.25W/mKであった。図2に示したように、約1300℃なる温度において、該バックアップ断熱プレートは、僅かに約2％の線形収縮を有していた。これらのバックアップ断熱プレートは、約1300℃までの耐用温度を持つ。
一態様において、実施例1及び3の含浸物品、例えばセラミックブランケット及び減圧注型セラミックボードを、場合によりプレス処理する前に、一緒に接触させ、プレスし、かつ乾燥して、複合バックアップ断熱物品を製造することができる。
幾つかの態様においては、コロイド状アルミナ及び/又はコロイド状ジルコニアを、コロイド状シリカと共に、又はその代りに使用することができる。
【００２０】
図1は、ホットワイヤ(hot wire)法(DIN 50146)によって測定された、℃単位の温度の関数としての、W/mK単位で表した熱伝導率を示すグラフである。このグラフは、別々の3群のサンプルに関するデータを表す。その第一群のサンプルは、実施例1に記載の方法に従って製造した、本発明のバックアップ断熱プレートを含む。図1は、一連の正方形を結んだ線として示された、該第一群のサンプル由来のデータを示す。第二群のサンプルは、実施例3に記載の方法に従って製造した、本発明のバックアップ断熱プレートを含む。図1は、一連の三角形を結んだ線として示された、該第二群のサンプル由来のデータを示す。第三群のサンプルは、競合する市販の製品を含む。図1は、一連の菱形を結んだ線として示された、該第三群のサンプル由来のデータを示す。
【００２１】
図1のグラフは、サンプリングした全ての温度に関して、該競合製品の熱伝導率が、実施例1に記載の方法に従って製造した、本発明のバックアップ断熱プレート又は実施例3に記載の方法に従って製造した、本発明のバックアップ断熱プレートの何れに対するよりも高かったことを明らかにしている。従って、本発明のバックアップ断熱プレートは、競合する製品よりも良好な断熱材である。このグラフは、またサンプリングした全ての温度に関して、実施例1に記載の方法に従って製造した、本発明のバックアップ断熱プレートの熱伝導率が、実施例3に記載の方法に従って製造した、本発明のバックアップ断熱プレートの値よりも高かったことをも示している。即ち、実施例3に記載の方法に従って製造した、本発明のバックアップ断熱プレートは、テストしたこれら3種のバックアッププレートの中で最良の断熱材である。
【００２２】
図2は、℃単位で表した温度の関数として、単位のない測定値としての、線形収縮の百分率を示すグラフである。このグラフは、3種の異なるサンプル群のデータを示す。その第一サンプル群は、実施例1に記載の方法に従って製造した、本発明のバックアップ断熱プレートを含む。図2は、一連の菱形を結ぶ線としての、該第一サンプル群由来のデータを示す。該第二のサンプル群は、実施例3に記載の方法に従って製造した、本発明のバックアップ断熱プレートを含む。図2は、一連の正方形を結ぶ線としての、該第二のサンプル群由来のデータを示す。該第三のサンプル群は、競合する製品である。図2は、一連の三角形を結ぶ線としての、該第三のサンプル群由来のデータを示す。
図3は、プレート31-35を示すものであり；図4は、プレート41-45を示すものであり；また図5は、プレート51-55を示すものである。図3のプレート31-35は、全て競合する製品としてのプレートであった。図4におけるプレート41-45は、全て実施例1の態様に従って製造した、本発明のプレートであった。図5におけるプレート51-55は、全て実施例3の態様に従って製造した、本発明のプレートであった。
【００２３】
図3-5において、該プレート31、41及び51は、単に周囲温度に暴露しただけのコントロールプレートである。該プレート32、42及び52は、1000℃なる温度に暴露された。該プレート33、43及び53は、1100℃なる温度に暴露された。該プレート34、44及び54は、1200℃なる温度に暴露された。該プレート35、45及び55は、1300℃なる温度に暴露された。
図3において、該プレート31は、平滑で、低光沢仕上げの、淡黄色を呈するものであり、該プレート32は、平滑で、低光沢仕上げの、淡橙色を呈するものであり、該プレート33は、低光沢仕上げの、淡赤褐色を呈するものである。該プレート33は、該コントロールプレート(プレート31)よりも著しく小さなものであり、該プレート34は、デコボコのある、高光沢仕上げの、褐色を呈するものであり、該プレート34も、また該コントロールプレート(プレート31)よりも著しく小さなものであり、該プレート35は、粗面及び低光沢仕上げの、暗褐色を呈するものであり、該プレート35は、該コントロールプレートよりも著しく小さなものである。
【００２４】
図4において、該プレート41は、平滑で、低光沢表面を持つ、黄白色を呈するものである。該プレート42、43、44及び45は、各々外観において該プレート1(41)に類似するものである。該プレート42、43、44及び45の何れも、高温に暴露した後の、色彩、表面の組織、又はサイズにおける検知し得る変化を示しておらず、このことは、これらプレートが、高温及び収縮に対して抵抗性であることを示している。
図5において、該プレート51は、平滑で、低光沢表面を持つ、黄白色を呈するものである。該プレート52、53、54及び55は、色彩、表面の組織、又は表面光沢に関する外観において、類似するものである。該プレート52、53、54及び55は、そのサイズにおいて該プレート51に類似するものである。該プレート55は、該プレート51よりもわずかに小さなものである。該プレート52-55は、耐高温性及び実質的な収縮抵抗性を示す。
【００２５】
本発明の組成物、即ち完成されたバックアップ断熱プレートは、セラミック繊維ブランケット又はボードから製造した場合、またコロイド状シリカ溶液で含浸した場合には、一般的に約30〜約80質量％の繊維、及び約20〜約70質量％のコロイド状シリカを含むことができる。該含浸し、かつ乾燥したセラミックブランケット又はボードを、コロイド状シリカで再度含浸した場合には、該完成されたバックアップ断熱プレートは、約20〜約60質量％の繊維、及び約40〜約80質量％のコロイド状シリカを含むことができる。該出発セラミックボードが、実施例3記載の方法に従って減圧注型された場合には、該完成されたバックアップ断熱プレートは、約40〜約80質量％の繊維、及び約20〜約60質量％のコロイド状シリカを含むことができる。該減圧注型されたセラミック繊維ボードは、コロイド状シリカによる含浸前には、約0.4〜約50質量％の高アルミナ繊維、約4〜約90質量％の平板状アルミナ、約0.01〜約0.2質量％のデンプン、及び場合によりコロイド状シリカを含むことができる。
【００２６】
該完成されたバックアップ断熱プレートは、セラミック繊維ブランケット又はボードから製造され、またコロイド状シリカで含浸された場合には、一般的に約900℃〜約1100℃の温度にて、約2〜約6％の％線形収縮を持つ。該出発セラミックボードが、実施例3記載の方法に従って減圧注型された場合には、該完成されたバックアップ断熱プレートは、約900℃〜約1100℃の温度にて、約0.1〜約2％の％線形収縮を持つ。
実施例4、5及び6
断熱プレートを、実施例1、2及び3に記載の手順に従って製造した。これらプレートの諸特性を、夫々実施例4、5及び6として、以下の表に報告する。
【００２７】
【表１】
2009539050.tif 000003
【００２８】
上記製法により製造したバックアップ断熱プレートは、約700〜約1250キログラム/立方メートル(kg/m3)なる範囲、又はそれ以上の密度を持つことができる。レードルに関連して、該課題とする断熱プレートの耐圧縮性は、典型的に7,800-11,800kPa(80~120kgf/cm2)なる範囲内にある。トーピードカーに対しては、該課題とする断熱プレートの耐圧縮性は、少なくとも20,000kPa(200kgf/cm2)である。
本発明のバックアップ断熱プレートの、このような極めて低い熱伝導率は、より薄い耐火ライニング、例えば溶融金属レードル又はトーピードカー内の耐火ライニングとしての使用を可能とし、結果として該レードル又はトーピードカーの、意図した用途に対する利用体積を増大することを可能とする。該課題としてのバックアップ断熱プレートは、該溶融金属処理装置の低温面側の温度を大幅に低下し、また該装置の熱損失を減じる。
【００２９】
実質上、該無機バックアップ断熱プレートは、高純度の出発物質、例えば無機繊維、無機繊維ブランケット又はボード、及びコロイド状無機酸化物組成物から製造することができる。市販品として入手できる出発物質の該純度は、約5％の酸化鉄を含む、競合する従来技術の製品と比較して、実質上鉄を含まない(幾つかの態様においては、1％未満にも満たない鉄を含む)という利点を持つ、課題とするバックアップ断熱プレートを与える。従って、該課題とするバックアップ断熱プレートは、高温にて接触する耐火材料と反応することはない。
【００３０】
ここに記載した態様は、単なる例であり、また当業者は、本発明の精神並びに範囲から逸脱することなしに、変更並びに改善を施すことができるものと理解されよう。全てのこのような変更並びに改善は、上記の如く本発明の範囲内に含まれるものとする。更に、開示した全ての態様は、本発明の様々な態様を組み合わせて、所望の結果を得ることができるので、必ずしも択一的なものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】競合する製品と比較して、本発明のバックアップ断熱プレートの、熱伝導率対温度の関係を示すグラフである。
【図２】競合する製品と比較して、本発明のバックアップ断熱プレートの、線形収縮対温度の関係を示すグラフである。
【図３】温度に暴露する前後の、競合する製品としての、一連のバックアッププレートを示す写真である。
【図４】温度に暴露する前後の、実施例1(上記)に従って製造した、一連のバックアッププレートを示す写真である。
【図５】温度に暴露する前後の、実施例3(上記)に従って製造した、一連のバックアッププレートを示す写真である。
【符号の説明】
【００３２】
３１、３２、３３、３４、３５・・・バックアップ断熱プレート；
４１、４２、４３、４４、４５・・・バックアップ断熱プレート；
５１、５２、５３、５４、５５・・・バックアップ断熱プレート
【図１】
2009539050.tif 000004
【図２】
2009539050.tif 000005
【図３】
2009539050.tif 000006
【図４】
2009539050.tif 000007
【図５】
2009539050.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成20年12月1日(2008.12.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コロイド状無機酸化物で含浸し、加圧しかつ乾燥した耐高温性無機繊維ブランケット又はボードを含む断熱物品であって、該コロイド状無機酸化物が、ゲル化剤と組み合わせた該コロイド状無機酸化物の組成物であり、前記コロイド状無機酸化物が、コロイド状シリカ、コロイド状アルミナ、コロイド状ジルコニア、コロイド状チタニア、コロイド状セリア、又はコロイド状イットリアの少なくとも1種を含み、該物品が、少なくとも約1000℃までの使用温度を有し、また該使用温度に暴露した後に、機械的な保全性を維持しており、該物品が、約500kg/m3より大きい密度及び少なくとも約4,900kPa(50kgf/cm2)なる耐圧縮性を持つことを特徴とする、前記断熱物品。
【請求項２】
前記耐高温性無機繊維が、耐火性セラミック繊維(RCF)、アルミノシリケート繊維、高アルミナ繊維、アルカリ土類金属シリケート繊維、アルミノシリカジルコニア繊維、又はこれらの混合物の少なくとも1種を含み、前記コロイド状無機酸化物が、ゲル化剤と組み合わせたコロイド状シリカの組成物であり、該物品が、約700kg/m3より大きいか又はそれに等しい密度及び少なくとも約7,800kPa(80kgf/cm2)なる耐圧縮性を持つ、請求項１記載の断熱物品。
【請求項３】
約30〜約80質量％の繊維、及び約20〜約70質量％のコロイド状シリカを含み、前記コロイド状無機酸化物組成物が、約30〜100質量％のコロイド状シリカ、該ゲル化剤として、約0.01〜約10質量％の無機塩又は酸化物及び約0.01〜約10質量％の酸、及び該ゲル化剤を可溶化するのに十分な量の水を含み、前記物品が、約900kg/m3より大きいか又はそれに等しい密度、少なくとも約11,800kPa(120kgf/cm2)の耐圧縮性、及び約700〜約800℃の温度にて、約0.45W/mKより小さいか又はそれに等しい熱伝導率を有する、請求項２記載の断熱物品。
【請求項４】
約20〜約60質量％の繊維、及び約40〜約80質量％のコロイド状シリカを含み、前記耐高温性の無機繊維ブランケット又はボードが、前記コロイド状無機酸化物組成物による最初の含浸後に、少なくともコロイド状シリカで再度含浸され、プレスされ、又はプレスされ、乾燥され、前記物品が、約1100kg/m3より大きいか又はそれに等しい密度及び少なくとも約29,000kPa(300kgf/cm2)なる耐圧縮性を持つ、請求項２記載の断熱物品。
【請求項５】
約40〜約80質量％の繊維、及び約20〜約60質量％のコロイド状シリカを含む、コロイド状シリカで含浸し、減圧注型したセラミック-繊維ボードを含み、前記物品が約1300℃までの使用温度、約700kg/m3より大きいか又はそれに等しい密度及び少なくとも約6,800kPa(70kgf/cm2)なる耐圧縮性を有する、請求項１記載の断熱物品。
【請求項６】
コロイド状シリカで含浸する前の、前記減圧注型セラミック繊維ボードが、約0.4〜約50質量％の高アルミナ繊維、約4〜約90質量％の平板状のアルミナ、及び約0.01〜約0.2質量％のデンプンを含む、請求項５記載の断熱物品。
【請求項７】
前記減圧注型セラミック繊維ボードが、約0.1〜約2質量％のアルミノシリケート繊維、約0.01〜約1.25質量％の高アルミナ繊維、及び約0.1〜約1.9質量％の無機緻密化剤を含む水性スラリーから注型された、請求項５記載の断熱物品。
【請求項８】
約700〜約800℃の温度にて、約0.2W/mKより小さいか又はそれに等しい熱伝導率を有する、請求項５記載の断熱物品。
【請求項９】
前記断熱物品が、コロイド状シリカで含浸した、耐高温性無機繊維ブランケットを含み、該ブランケットが、コロイド状シリカで含浸し、減圧注型したセラミック繊維ボードと接触され、プレスされ、また乾燥されて、複合断熱物品を生成する、請求項２記載の断熱物品。
【請求項１０】
前記断熱物品が、レードル、トーピードカー、トラフランナー、又はタンディッシュの少なくとも１種のための、バックアップ断熱材からなる、請求項１〜９のいずれかに記載の断熱物品。
【国際調査報告】
2009539050.tif 000009