(57)【要約】【課題】耐熱衝撃性、耐風食性、そして耐機械衝撃性等の諸特性に優れた、物性バランスの取れた優れたラジアントチューブ根元支持受け部分用ライニングの提供を目的とする。【解決手段】マット状無機繊維集合体を、当該マット厚み方向に積層してなり、ラジアントチューブ根元支持部に対する嵌合構造部を有するブロック状の第２断熱材と、第２断熱層の表面に設けられたマット状非晶質無機繊維集合体である第１断熱層とを有し、第１断熱層は、当該第２断熱層を構成するマットの積層方向が第１断熱層の無機繊維集合体マット厚み方向に対して略垂直となる面に設けられていることを特徴とする、ラジアントチューブ根元支持受け部分用ライニング。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マット状無機繊維集合体を、当該マット厚み方向に積層してなり、ラジアントチューブ根元支持部に対する嵌合構造部を有するブロック状の第２断熱材と、第２断熱層の表面に設けられたマット状非晶質無機繊維集合体である第１断熱層とを有し、第１断熱層は、当該第２断熱層を構成するマットの積層方向が第１断熱層の無機繊維集合体マット厚み方向に対して略垂直となる面に設けられていることを特徴とする、ラジアントチューブ根元支持受け部分用ライニング。
【請求項２】
第１断熱層が、放射率０．６０以下の無機質材料が担持された無機繊維集合体であることを特徴とする請求項１に記載のラジアントチューブ根元支持受け部分用ライニング。
【請求項３】
第２断熱層が、少なくとも一回はＵ字に折りたたまれたマット状無機繊維集合体を複数枚圧縮されて得られたブロック状断熱材であり、
第２断熱層を構成するブランケット同士が補強ピンにて固定されており、当該補強ピンはブランケットのＵ字部を介していることを特徴とする請求項１又は２に記載のラジアントチューブ根元支持受け部分用ライニング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続焼鈍炉などに用いられる無機繊維成型体およびこれを用いた耐熱部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続焼鈍炉とは、鋼板最終製品の機械的性質を調整する設備であり、該焼鈍炉では、炉内に配置した多数のロールの間を薄板鋼板が通過する間に、加熱、温度保持、冷却などの温度パターンを与えて、連続的に鋼板を焼鈍する。連続焼鈍炉では、鋼板を長手方向及び幅方向に均一に加熱・冷却する装置や、更に高温の環境下で、薄い鋼板を安定して高速走行させる技術が必要となる。
【０００３】
多くの焼鈍炉は、加熱中に鋼板表面が酸化しないように間接加熱方式を採用しており、この加熱方式では、耐熱鋳鋼等で構成されるラジアントチューブを加熱源として使用する。
【０００４】
ラジアントチューブ根元の炉内ライニングには、従来、最高使用温度が１４００℃程度までの、溶融法により製造されるセラミックファイバーブランケットが、安価である為、使用されてきた。しかしこの様な炉内ライニングは、高温で長時間使用した場合に繊維が粉化し、脱落する虞がある。また、その構造内にショットと呼ばれる粒子状の物質を含んでおり、このショットは該繊維径（数μｍ程度）と比較すると非常に大きく（直径数十μｍ〜数百μｍ）、粉化した繊維と同様に使用中に脱落する虞がある。
【０００５】
その為、上記セラミックファイバーを連続焼鈍炉等におけるラジアントチューブ根元の炉内ライニングに使用した場合、被加熱物である製品の上に上記繊維の粉化物やショットが落下し、表面疵（きず）などの品質欠陥を発生させるという問題が発生していた。
【０００６】
これらの問題を解消しようとするものとして、特許文献１には、セラミックファイバーブランケットの表層に金属板を内張りし、被加熱物への粉塵脱落を防止することが記載されている。
【０００７】
しかし、この方法では、炉内の加熱、冷却の繰り返しにより、金属内張りが固定スタッドピンの間をピッチとして湾曲し、その湾曲した変形部分からセラミックファイバーの粉塵が脱落し、長期間の使用においては被加熱物表面の疵を防ぐことが困難であった。
【０００８】
特許文献２には、セラミックファイバーブランケットの表面にアルミナ繊維クロスが配置され、熱による変形のないアルミナロープで固定する方法が記載されている。
【０００９】
しかしながら、アルミナ繊維クロスは、高温使用においてサイジング剤である有機成分が焼失する際に機械強度が低下するという問題がある。また、アルカリ物質や水素などが多く存在する雰囲気においては耐熱温度以下でも劣化することも問題となっていた。
【００１０】
特許文献３には、４５μｍ以上のショット含有率が３％以下である結晶性アルミナ繊維ブランケットを鉄皮に接触しないスタットピンでセラミックファイバーブロック上に固定するライニング方法が記載されている。
【００１１】
しかしながら、結晶性のアルミナ繊維ブランケットを使用している為、繊維が折れやすいという問題があった。即ちブランケットを炉壁へ挿填する際に繊維が折れてしまい、この折れた繊維が被加熱物に落下することが問題となっていた。更にラジアントチューブ根元用炉内ライニングは、炉内の他の箇所のライニングに比して交換頻度が低く、一度損傷してしまうと、一定期間、断熱性能に問題をも抱えたまま、炉の操業を継続することになるということも問題となっていた。
【００１２】
特許文献５には、鋼ライニングの変形抑制と断熱性向上を目的として、ラジアントチューブが立ち上がっている炉内壁面から、炉内面方向（ラジアントチューブの延伸方向）へセラミックファイバーブランケットまたはセラミックファイバーボードを当該炉内面に平行に幾重にも積層させてチューブ表面を覆い、最表面にアルミナファイバーを被覆する方法が記載されている。
【００１３】
しかしこの方法でも、セラミックファイバーボードまたはセラミックファイバーブランケットが炉内に対して平行に設置されている為に機械的衝撃に弱く、振動を始めとした様々な応力によりブランケットが破損して破片が生じやすいという問題があった。そしてこの破片によってラジアントチューブ表面に損傷が生ずる虞があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平８−１９３２５７号公報
【特許文献２】特開２００２−３６４９８５号公報
【特許文献３】特開２００６−１０１０７
【特許文献４】特開平６−２８１１３２号公報
【特許文献５】中国公開特許第１０２４１０７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、各種工業炉の炉内ライニング、特に炉内加熱用のチューブであるラジアントチューブの根元支持受け部用の炉内ライニングとして、炉内ガスに水素ガスやアルカリ成分が多く含まれていても長期間劣化せず、輻射による熱損失を低減し、さらにハンドリングが良好なライニングを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記問題を解決するために本発明者らが鋭意検討した結果、ラジアントチューブ根元支持受け部分用ライニングとして、特定の複数層の断熱層を組み合わせて用いることによって、上述の課題を解決できることを見出した。
【００１７】
即ち、ラジアントチューブ根元支持受け部分用ライニングとして、その最表面、即ち炉内側をマット状非晶質無機繊維集合体にて構成し（第１断熱層）、その内側、即ちラジアントチューブ根元支持受け部側に、該ブランケットの厚み方向に対する垂直方向に無機繊維ブランケットを積層してなる無機繊維集合体ブロック（第２断熱層）を設けてなる、ラジアントチューブ根元支持受け部分用ライニングが、スタッドによる炉壁への熱損失および固定ピンの劣化を防ぎ、耐熱衝撃性、耐風食性、そして耐機械衝撃性等の諸特性に優れた、物性バランスの良好なライニングとなることを見出した。
【００１８】
また、第１断熱層であるマット状非晶質無機繊維集合体には、アルミナゾルやチタニア等の、放射率数値の小さな物質を含有させることで断熱性を著しく向上させることを見出した。
【００１９】
また、第２断熱層に於いては、積層セラミックファイバーブランケットとして、少なくとも一部がＵ字状に折り返されて積層されたものを用い、該折り返し部位に補強ピンを設置し、該セラミックファイバーブロックの炉壁側で固定することにより、固定治具（スタッド）による炉壁への熱損失およびスタッドの劣化抑制効果が顕著となることを見出した。
【００２０】
本発明は、この様な知見に基づいて成されたものであり、以下を要旨とする。
【００２１】
［１］マット状無機繊維集合体を、当該マット厚み方向に積層してなり、ラジアントチューブ根元支持部に対する嵌合構造部を有するブロック状の第２断熱層と、第２断熱層の表面に設けられたマット状非晶質無機繊維集合体である第１断熱層とを有し、第１断熱層は、当該第２断熱層を構成するマットの積層方向が第１断熱層の無機繊維集合体マット厚み方向に対して略垂直となる面に設けられていることを特徴とする、ラジアントチューブ根元支持受け部分用ライニングに関する。
【００２２】
［２］本発明の第１断熱層が、放射率０．６０以下の無機質材料が担持された無機繊維集合体であることを特徴とする［１］に記載のラジアントチューブ根元支持受け部分用ライニング。
【００２３】
［３］第２断熱層が、少なくとも一回はＵ字に折りたたまれたマット状無機繊維集合体を複数枚圧縮されて得られたブロック状断熱材であり、且つ、該Ｕ字形状部分が炉内側へ向けて配置されていることを特徴とする［１］または［２］に記載のラジアントチューブ根元支持受け部分用ライニング。
【００２４】
［４］第２断熱層を構成するブランケット同士が補強ピンにて固定されており、当該補強ピンはブランケットのＵ字部を介していることを特徴とする［３］に記載のラジアントチューブ根元支持受け部分用ライニング。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のラジアントチューブ根元支持受け部分用ライニングは、耐熱衝撃性、耐風食性、そして耐機械衝撃性等の諸特性に優れた、物性バランスの取れた優れたライニングである。特にラジアントチューブ根元支持受け部分においては、炉内ガスに水素ガスやアルカリ成分が多く含まれる箇所であるが、本発明のライニングは長期間劣化せず、輻射による熱損失を低減し、さらにハンドリングが良好な、優れたライニングである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ラジアントチューブ根元支持受け部分用ライニングの製造途中の斜視図である。
【図２】ラジアントチューブ根元支持受け部分用ライニングの製造途中の斜視図である。
【図３】ラジアントチューブ根元支持受け部分用ライニングの斜視図である。
【図４】マット状無機繊維集合体の積層例を示す断面図である。
【図５】マット状無機繊維集合体の折り返しと積層構造の説明図である。
【図６】マット状無機繊維集合体の積層例を示す断面図である。
【図７】マット状無機繊維集合体の積層例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発明のラジアントチューブ根元支持受け部分用ライニングは、マット状無機繊維集合体をマット厚み方向に積層した第２断熱層と、マット状非晶質無機繊維集合体よりなる第１断熱層とを有する。第１断熱層は、第２断熱層のマット状無機繊維集合体の少なくとも一部の端面を覆っている。なお、マット状無機繊維集合体は１対の主板面を有した板状であり、端面とは該主板面同士をつなぐ側面である。マット状無機繊維集合体が方形の平板形状であれば、端面は４面存在する。
【００２８】
第１断熱層を構成するマット状非晶質無機繊維集合体は、シリカ繊維、アルミナ／シリカ繊維、シリカ及び／又はアルミナを含有したジルコニア繊維、スピネル繊維、チタニア繊維等の１種又は２種以上の非晶質無機繊維をマット状としたものである。なお、このマット状無機繊維集合体の好ましい構成については後述する。
【００２９】
第２断熱層を構成するマット状無機繊維集合体の無機繊維は、第１断熱層の無機繊維と同一であってもよく、異なっていてもよい。
【００３０】
第２断熱層のマット状無機繊維集合体同士は補強ピンにて固定されてもよい。マット状無機繊維集合体がＵ字状に折り返される場合、補強ピンはＵ字の折り返し部に設けられることが好ましい。
【００３１】
第２断熱層には、ラジアントチューブの根元支持部が嵌合する嵌合構造部が設けられる。本発明の一態様では、この嵌合構造部は半円筒形の凹部であり、２個の第２断熱層を、嵌合構造部が対面するように重ね合わせると、円筒形の孔が構成される。
【００３２】
第２断熱層がマット状無機繊維集合体を積層したものである場合、嵌合構造部はこの積層体に対し切削等の加工処理によって形成されることが好ましい。
【００３３】
第１断熱層で被包した第２断熱層又は第１断熱層を突き合わせた第２断熱層に嵌合構造部を形成してもよい。また、第２断熱層に嵌合構造部を形成した後、第１断熱層で被包するか又は第１断熱層を突き合わせてもよい。
【００３４】
実施の形態に係るラジアントチューブ根元支持受け部分用ライニング１の構成について図１〜３を参照して説明する。
【００３５】
図１の通り、Ｕ字状に折り返した第２断熱層としてのマット状無機繊維集合体２を複数枚（図示では４枚）積層してブロック４とする。なお、マット状無機繊維集合体２は、折り返し辺を揃えるようにして積層される。
【００３６】
図１の通り、複数枚のマット状無機繊維集合体２を積層した直方体状のブロック４の１つの板面を凹断するように半円筒形の嵌合構造部５が設けられている。嵌合構造部５は、マット状無機繊維集合体２の折り返し辺と直交方向に延在している。この嵌合構造部５を有する面を突き合わせるように４個のブロック４を組み合わせることにより、ラジアントチューブ根元支持受け部分用ライニングの素体６が構成される。
【００３７】
この素体６は直方体状であり、ラジアントチューブの根元部分の挿入孔７を有する。この挿入孔７は、半円筒形の嵌合構造部５同士が対面することにより形成されている。
【００３８】
この素体６を、第１断熱層としての無機繊維よりなる表面保護材８で被包する。この実施の形態では、表面保護材８は素体６の炉内面（図２の上面。即ち、マット状無機繊維集合体２のＵ字折り返し辺側と反対面）に被さる長方形状の中央面８ａと、該中央面８ａの１対の長辺から延出するフラップ８ｂと、１対の短辺から延出するフラップ８ｃと、フラップ８ｃの平行な１対の側辺に設けられた重なり代８ｄと、中央面８ａに設けられた円形孔８ｅとを有する。
【００３９】
この表面保護材８の中央面８ａで素体６の炉内面を覆い、それに隣接する４面の素体側面をフラップ８ｂ，８ｃで覆うことにより、図３に示すラジアントチューブ根元支持受け部分用ライニング１が構成される。図３の通り、表面保護材８の円形孔８ｅは挿入孔７と重なる。このラジアントチューブ根元支持受け部分用ライニング１は、表面保護材８の中央面８ａで覆われたマット状無機繊維集合体２のＵ字折り返し辺側と反対面が炉内側となるように設置される。なお、Ｕ字折り返し辺側が炉内側となるように設置されてもよい。
【００４０】
第１断熱層がマット状無機繊維集合体の少なくとも端面を覆う他の形態について図４〜７を参照して説明する。
【００４１】
図４では、１枚のマット状無機繊維集合体１２を第１断熱層（マット状非晶質無機繊維集合体）１１が被包している。即ち、マット状無機繊維集合体１２の各主板面と少なくとも一面の端面が第１断熱層１１で覆われている。この第１断熱層１１で覆われた端面が炉内側となるようにマット状無機繊維集合体１２が配置される。なお、残りの端面も第１断熱層１１で覆われてもよい。図４は、この第１断熱層１１で被包されたマット状無機繊維集合体１２を複数枚（図示では３枚）積層した積層体の断面図である。マット状無機繊維集合体１２の積層体が第２断熱層である。
【００４２】
図５では、（ａ）図のように、方形の１枚のマット状無機繊維集合体２をＵ字状に折り返したもの（即ち２つ折りしたもの）を（ｂ）図のように第１断熱層（マット状非晶質無機繊維集合体）１３で被包している。即ち、Ｕ字状折り返し体の各主板面と、少なくともマット状無機繊維集合体２の折り返し辺と反対側の端面とが第１断熱層１３により覆われている。なお、マット状無機繊維集合体２の折り返し辺及びそれと直交する辺に沿う端面も第１断熱層１３で覆われてもよい。
【００４３】
図５（ｂ）では、この第１断熱層１３で被包されたマット状無機繊維集合体２のＵ字状折り返し体が複数枚（図示では３枚）積層されている。
【００４４】
図６では、マット状無機繊維集合体２のＵ字状折り返し体を複数枚（図示では３枚）重ねた積層体１４を第１断熱層１５で被包している。この積層体１４（第２断熱層）にあっては、各マット状無機繊維集合体２は、折り返し辺を揃えるようにして積層されている。
【００４５】
なお、図５，６の場合、マット状無機繊維集合体２のＵ字状折り返し辺側が炉内側となるように配置される。
【００４６】
図５，６では、マット状無機繊維集合体２がＵ字状に１回だけ折り返されているが、つづら折り状に複数回折り返されてもよい。
【００４７】
図７では、複数枚（図示では４枚）の平板状のマット状無機繊維集合体１６が積層されて第２断熱層とされている。マット状無機繊維集合体１６の１辺に沿う端面に沿って平板状第１断熱層（マット状非晶質無機繊維集合体）１７の積層体が配置されている。マット状無機繊維集合体１６の主板面と、マット状非晶質無機繊維集合体１７の主板面とは平行であり、マット状無機繊維集合体１６及びマット状非晶質無機繊維集合体１７の端面同士が突き合わされている。なお、図７では、マット状無機繊維集合体１６とマット状非晶質無機繊維集合体１７の厚みは同一であるが、異なっていてもよい。
【００４８】
図７の場合、第１断熱層１７が炉内側となるように配置される。
【００４９】
以下、マット状非晶質無機繊維集合体及びマット状無機繊維集合体の好適例について説明する。
【００５０】
［マット状非晶質無機繊維集合体］
本発明の第１断熱層に用いるマット状無機繊維集合体は、マット状非晶質無機繊維集合体である。なお、本発明の効果を奏する限りは、結晶質無機繊維等の非晶質無機繊維以外の無機繊維を有していてもよい。本発明の非晶質無機繊維集合体とは、結晶質無機繊維（１５００℃で８時間熱処理した無機繊維）の粉末Ｘ線回折での２θ＝２６．１〜２６．２°に有するピークの最大強度を１００とした際の、該２θ＝２６．１〜２６．２°に有するピークの最大強度との比が１０％未満である無機繊維を示す。そして当該ピーク強度比が小さい方が好ましく、中でも７％以下、より好ましくは５％以下、特に好ましくは、３％以下であることが好ましい。本発明に用いるマット状無機繊維集合体を構成する無機繊維としては、上記特徴を有する限り特に制限がなく、シリカ、アルミナ／シリカ、これらを含むジルコニア、スピネル、チタニア等の単独、又は複合繊維が挙げられる。中でも耐熱性、繊維強度（靭性）、安全性の点で、アルミナ／シリカ系繊維であることが好ましい。
【００５１】
アルミナ／シリカ系繊維のアルミナ／シリカの組成比（質量比）は６５〜９８／３５〜２のムライト組成、又はハイアルミナ組成と呼ばれる範囲にあることが好ましく、さらに好ましくは７０〜９５／３０〜５、特に好ましくは７０〜７４／３０〜２６の範囲である。
【００５２】
本発明に用いるマット状非晶質無機繊維集合体を構成する無機繊維は、その８０質量％以上、中でも９０質量％以上、特にその全量が、上記ムライト組成の多結晶アルミナ／シリカ系繊維であることが好ましい。
【００５３】
また本発明に用いるマット状非晶質無機繊維集合体における無機繊維は、中でも繊維径３μｍ以下の繊維を実質的に含まないものが好ましい。ここで繊維径３μｍ以下の繊維を実質的に含まないとは、繊維径３μｍ以下の繊維が、全無機繊維質量の０．１質量％以下であることをさす。
【００５４】
また、本発明に用いるマット状非晶質無機繊維集合体における無機繊維の平均繊維径は任意だが、中でも５〜７μｍであることが好ましい。無機繊維の平均繊維径が太すぎると、マット状無機繊維集合体の反発力や靭性が低下し、逆に細すぎても空気中に浮遊する発塵量が多くなり、また繊維径３μｍ以下の無機繊維が含有される確率が高くなる。
【００５５】
上述の好適な平均繊維径を有し、かつ、繊維径３μｍ以下の無機繊維を実質的に含まないマット状非晶質無機繊維集合体は、後述のゾルーゲル法による非晶質無機繊維集合体の製造において、紡糸液粘度の制御、紡糸ノズルに用いる空気流の制御、延伸糸の乾燥の制御により得ることができる。
【００５６】
本発明に用いるマット状非晶質無機繊維集合体のショット率は、特段の制限はないが、通常７％以下であり、好ましくは５％以下、より好ましくは３％以下、特に好ましくは１％以下である。ショット率が上記範囲にあることで、  目視可能な鋼板傷が減少し、製品歩留り落ち量を低減できるので好ましい。
【００５７】
［ニードル密度］
本発明に用いるマット状非晶質無機繊維集合体は、ニードルブランケットであることが好ましい。
【００５８】
本発明に用いるニードルブランケットの密度は任意で有り、適宜選択して決定すればよい。通常は、嵩密度が０．２０ｇ／ｃｍ３以下であることを特徴とする。中でも嵩密度は０．０６〜０．１８ｇ／ｃｍ３、特に０．０８〜０．１６ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。
【００５９】
ニードルブランケットは、無機繊維前駆体の集合体にニードリング処理を施したものである。このニードリングによって、得られる無機繊維集合体を構成する無機繊維同士が絡んだ、強固な無機繊維集合体となるだけでなく、無機繊維集合体の厚みを調整することも可能となる。
【００６０】
ニードル密度は適宜選択して決定すればよいが、中でも２〜２００打／ｃｍ２、更には２〜１５０打／ｃｍ２、とりわけ２〜１００打／ｃｍ２、特に２〜５０打／ｃｍ２であることが好ましい。このニードル密度が低過ぎると、無機繊維成形体としての厚み均一性や耐熱衝撃性が低下する等の問題が生ずる恐れがある。逆に高過ぎても、繊維を傷め、焼成後に収縮し易くなる恐れがある。
【００６１】
［ニードルブランケットの面密度、厚さ］
本発明に用いるニードルブランケットの面密度は、特に制限は無く、適宜選択して決定すればよいが、通常、１０００〜４０００ｇ／ｍ２であり、中でも１１００〜３０００ｇ／ｍ２、特に１２００〜２５００ｇ／ｍ２であることが好ましい。このニードルブランケットの面密度が小さ過ぎると、無機繊維成形体における無機繊維含有量が低下し、極薄い成形体しか得られず、断熱用無機繊維成形体としての性能が低下する場合がある。逆に面密度が大き過ぎると、この無機繊維含有量が多すぎてしまい、ニードリング処理による厚み制御が困難となる。
【００６２】
本発明に用いるニードルブランケットの厚さは特に制限はなく、その用途に応じて適宜選択し徹底すればよいが、通常、その厚さ５〜５０ｍｍ程度のマット状である。また嵩密度は任意だが、各種無機質ゾルの含浸後に、密な無機繊維成形体となる為には嵩密度は高い方が好ましいので、通常、０．０５ｇ／ｃｍ３以上であり、中でも０．０６ｇ／ｃｍ３以上、特に０．１ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましい。
【００６３】
またその上限は、通常、０．２５ｇ／ｃｍ３である。尚、ニードルブランケットは複数枚を重ねたものを使用してもよく、この際、もちいる複数のニードルブランケットは、面密度や厚さの異なるものを用いてもよいが、先述のニードル密度や面密度を満足するものが好ましい。
【００６４】
この嵩密度が小さすぎると、無機繊維成形体における空隙が多くなるために加熱時における収縮率が高過ぎてしまい、そして成形体としての機械的強度が不足するので好ましくない。逆に嵩密度が大きすぎても、無機繊維成形体のクッション性や靭性が著しく低下し、剛直で割れ場合がある。
【００６５】
［マット状非晶質無機繊維集合体の製造方法］
本発明に用いるマット状非晶質無機繊維集合体、具体的には例えばニードルブランケットの製造方法には特に制限はなく、従来公知の任意の方法を採用することが出来る。中でもゾル−ゲル法により無機繊維前駆体の集合体を得る工程と、得られた無機繊維前駆体の集合体に、ニードリング処理を施す工程と、ニードリング処理された無機繊維前駆体の集合体を焼成して無機繊維の集合体とする焼成工程とを経て製造される。
【００６６】
以下、この様なニードルブランケットを例として、本発明に用いるマット状無機繊維集合体の製造方法を、アルミナ／シリカ系繊維集合体の製造方法を例示して説明するが、本発明に用いるニードルブランケットは、アルミナ／シリカ系繊維集合体に何ら限定されず、前述の如く、シリカ、ジルコニア、スピネル、チタニア或いはこれらの複合繊維よりなる集合体であってもよい。
【００６７】
アルミナ／シリカ系繊維前駆体の集合体は、紡糸気流に対して略直角となるように金網製の無端ベルトを設置し、無端ベルトを回転させつつ、これにアルミナ／シリカ系繊維前駆体を含む紡糸気流を衝突させる構造の集積装置により連続シート（薄層シート）として回収することができる。この薄層シートを積み重ねて、アルミナ／シリカ系繊維前駆体の集合体を得ることができる。
【００６８】
［ニードリング処理工程］
紡糸により得られたアルミナ／シリカ系繊維前駆体の集合体は、次いでニードリング処理を施す。本発明において、このニードリング処理を、前述のニードル密度を満たすような条件で行うことが好ましい。
【００６９】
［焼成工程］
ニードリング処理後の焼成は、通常９００℃以上、好ましくは１０００〜１３００℃、さらに好ましくは１１００℃〜１２００℃の温度で行う。焼成温度が９００℃未満の場合は結晶化が不十分なため強度の小さい脆弱なアルミナ／シリカ系繊維しか得られず、１２００℃を超える場合はアルミナ／シリカ系繊維の結晶化度が急激に増加し繊維強度が低下し、さらに焼成温度が１３００℃を超える場合は繊維の結晶の粒成長が進行して強度の小さい脆弱なアルミナ／シリカ系繊維しか得られない。
【００７０】
［無機繊維成形体への低放射率材料担持］
【００７１】
第１断熱層を構成する上述の非晶質無機繊維集合体に、放射率０．６０以下の無機質材料を担持させてもよい。これにより、輻射熱を低減させ、非晶質無機繊維集合体の耐熱性をさらに向上させることできる。
【００７２】
本発明における放射率とは、黒体の放射能を１としたときの該当材料の比率である。放射率の値が高くなる程、外部からの放射による熱を吸収し易くなると共に、外部へエネルギーを放射し易くなる。工業炉などの断熱材にあっては、熱は、高温である炉内側から低温である炉壁側へ向かって移動する。従って、断熱材の放射率が低いほど程、断熱層が炉内から吸収する輻射熱量が少なくなり、断熱層の昇温が抑制され、断熱性が向上する。
【００７３】
放射率０．６０以下の無機質材料としては、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化亜鉛、酸化錫、真鍮等が挙げられる。なお、これら１種または２種以上を任意の割合で含むものでもよい。具体的には、粒径等にもよるが、アルミナ（０．２〜０．４）、チタニア（０．４〜０．６）又は酸化亜鉛（０．１〜０．６）が、その放射率の低さから好ましい。
【００７４】
非晶質無機繊維集合体に放射率０．６０以下の無機質材料を担持させる方法には、特段の制限はないが、チタニア粒子等の放射率０．６０以下の無機質材料を含む溶液を吹付け後、乾燥させる方法、又はチタニア粒子等の放射率０．６０以下の無機質材料を含浸後、乾燥させる方法等があげられる。中でも、上記焼成後の無機繊維集合体に、チタニア粒子等の放射率０．６０以下の無機質材料を含浸後、乾燥させる方法が好ましい。
【００７５】
ニードルブランケットに対するチタニア粒子等の放射率０．６０以下の無機質材料の含浸量は、本発明に用いるマット状無機繊維集合体に所望される嵩密度、厚さ、硬さ、機械的強度、熱特性、製造コスト等により、適宜選択して決定すればよい。通常、ニードルブランケットの無機繊維１００質量部に対するチタニア粒子等の放射率０．６０以下の無機質材料の含浸量は、ゾル乾燥固形分の質量部換算として１０〜１００質量部であり、中でも１０〜５０質量部であることが好ましい。
【００７６】
なお、上記放射率０．６０以下の材料以外の無機質材料を含んでいてもよい。
【００７７】
＜乾燥＞
ゾルを含浸させた場合のニードルブランケットの乾燥は、通常８０〜１５０℃の条件下で行う。乾燥温度が低すぎると十分に乾燥することができず、逆に高過ぎると、ゾル含浸ニードルブランケットの表層近傍で、急激な水分の蒸発が起こり、固形分が表層に集中しやすく、厚み方向全体の含浸むらが発生する為に、本発明の無機繊維成形体において、厚み方向の耐スケール性にむらが発生する場合がある。
【００７８】
上述した様な、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、乾燥させて得られる、本発明の無機繊維成形体の嵩密度は、前述の通り、０．２０ｇ／ｃｍ３を超えて０．４５ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする。また、無機繊維成形体の厚さは、その用途に応じて適宜設定されるが、通常、５〜５０ｍｍ程度とされる。
【００７９】
［第２断熱層及びそのマット状無機繊維集合体及び第２断熱層］
本発明における第２断熱層の形態は、特段の制限はないが、マット状無機繊維集合体を、その厚み方向に積層してなり、ラジアントチューブ根元支持部に対する嵌合構造部を有するブロック状の断熱層である。
【００８０】
本発明の第２断熱層は、中でも、少なくとも一回はＵ字に折りたたまれたマット状無機繊維集合体を複数枚圧縮されて得られたブロック状断熱材であることが好ましく、中でもマット状無機繊維集合体がニードルブランケットであることが好ましい。更には、該Ｕ字形状部分が炉内側へ向けて配置されていることによって、本発明の効果が顕著になるので、好ましい。
【００８１】
また第２断熱層においては、それを構成するマット状無機繊維集合体同士が補強ピンにて固定されており、当該補強ピンはブランケットのＵ字部を介していることが好ましい。
【００８２】
第２断熱層を構成する無機繊維は、第１断熱層の無機繊維と同様のものであってもよく、別の無機繊維であってもよい。別の無機繊維としては、溶融法で製造されたセラミックファイバーなどが挙げられる。
【実施例】
【００８３】
以下に実施例を示し、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【００８４】
［実施例１］
＜第２断熱層の製作＞
１２６０℃グレードのセラミックファイバーブランケット（イソライト工業株式会社  イソウール１２６０ブランケット  ８Ｐ２５Ｔ）を１９４ｍｍ×８４０ｍｍのサイズに切出し、Ｕ字状に折り曲げたセラミックファイバーブランケット４個を積層し、１０Ｐの密度となるまで圧縮し、ブランケット積層面の方向においてφ２．３ｍｍのアルミナロープでソーイングして４９７ｍｍＬ×４１５ｍｍＷ×１９４ｍｍＴのセラミックファイバー製ブロックを作製した。そして、図５のように、該セラミックファイバー製ブロックの長さ方向中点にφ１５０ｍｍの半円筒形の凹部を形成し、２個１組でチューブ根元に装填可能な形状のブロックとした。
【００８５】
＜第１断熱層による被覆＞
次に、非晶性無機繊維ブランケット（三菱樹脂株式会社製  マフテック（登録商標）ＭＬＳ−２  厚さ１０ｍｍ）を用いて上記セラミックファイバーブランケット製ブロックの４面（マット状無機繊維集合体の端面が露出する面を含む。）を、Ｕ字状セラミックファイバーブランケットの開口部を覆う向きで被覆した。次いで、φ２．３ｍｍのアルミナロープでソーイングして、ラジアントチューブ根元支持受け部分用ライニング材を形成した。この様にして得られたライニング材について、以下の方法により評価した。結果を表１に示す。
【００８６】
［面密度の測定］
無機繊維集合体の重量を天秤にて測定する一方、集合体の長さ、幅をノギスにて、厚みは厚み計にて測定して体積を計算した後、重量を体積で割って求めた。
【００８７】
［結晶化度の測定］
非晶性無機繊維（三菱樹脂社製、マフテック（登録商標）ＭＬＳ−２）を１５００℃で８時間熱処理することで、結晶性無機繊維を得た。得られた結晶性無機繊維の粉末Ｘ線回折での２θ＝２６．１〜２６．２°に有するピークの最大強度を１００とし、サンプルの無機繊維における該２θ＝２６．１〜２６．２°に有するピークの最大強度との比（％）を、結晶化度とした。
【００８８】
［面圧測定］
抜き型を用いて５０ｍｍ×５０ｍｍの試験片を切り出し、試験片の重量を０．０１ｇの精度で測り取り、試験片の面積（Ｓ）と重量（Ｗ）から目標嵩密度（ＧＢＤ＝０．３０ｇ／ｃｍ３）に於ける厚み（ｔ：ｍｍ）を求める（ｔ（ｍｍ）＝（Ｗ／Ｓ）／０．３０×１０）。この試験片を、圧縮試験機で２５［ｍｍ／分］の速度で所定厚み（ｔ）まで圧縮し、１５秒後の圧力を面圧とした。
【００８９】
［熱衝撃試験］
１０００℃で前焼成した無機繊維成形体を、１５００℃の加熱炉で再加熱後、アルミニウム板上にて急冷させたときの外観変化を目視で観察した。
【００９０】
［ショット率測定］
サンプル１００ｇを１００℃にて６０分乾燥した後、１０トン荷重を２分間保持して粉砕する。そしてこの圧縮粉砕を３回繰り返して得られたサンプルを秤量した。この値をＷ０とする。次に当該サンプルを篩（４５μｍ≦）に乗せ、上水を用いて繊維形状物を除去した後、篩振とう機にセットし、上水を掛けながら更に１５分以上篩別して、繊維形状物を除去した。篩上の残ったショットを洗ビンで漏斗上にセットした濾紙に全量洗い出し、濾紙ごと１００℃、６０分乾燥した後、ショットを秤量した。この値をＷとする。ショット率は、以下の式：ショット率（ｗｔ％）＝Ｗ／Ｗ０×１００にて得られた数値を、少数点２桁目を四捨五入して求めた。
【００９１】
［放射材料の断熱効果確認の方法］
電気炉扉に５０ｍｍ×５０ｍｍの孔を開け、当該孔部分に断熱用ライニングを装填する。その後、電気炉を１０００℃に加熱し、炉内及び炉外温度を熱電対にて測定し、断熱効果を確認した。
【００９２】
［耐風食性試験］
無機繊維集合体を５０ｍｍ×１００ｍｍの個片の面積に打抜き、２ｍｍφのノズル先端から、０．４ＭＰａの風を２０ｍｍの距離で１０分間接触させ、表面孔の有無および深さを観察した。
【００９３】
［加熱線収縮］
無機繊維集合体を１００ｍｍ×１５０ｍｍの個片の面積に打抜き、白金針を長辺２０ｍｍおよび短辺１５ｍｍ位置から３０ｍｍ間隔で計６本差し込み、長手方向の平行位置にある各２本間の距離を測定し、１０００℃で３時間焼成した後の同距離との比を百分率として加熱収縮率とした。
【００９４】
［実施例２］
実施例１において、積層するセラミックファイバーを平板状としたこと以外は実施例１と同様にしてラジアントチューブ根元支持受け部分用ライニング構造を形成した。そして実施例１と同様に評価し、結果を表１に記した。
【００９５】
［実施例３］
実施例１において、非晶性繊維ブランケットよりなる第１断熱層でＵ字状セラミックファイバーの折り返し辺部を被覆したこと以外は実施例１と同様にしてラジアントチューブ根元支持受け部分用ライニング構造を形成した。そして実施例１と同様に評価し、結果を表１に記した。
【００９６】
［実施例４］
実施例１において、第１断熱層を構成する非晶性繊維ブランケットにチタニア（放射率：０．４〜０．６）を表１に示す添着量にて担持させたこと以外は実施例１と同様にしてラジアントチューブ根元支持受け部分用ライニング構造を形成した。なお表１中の添着量（重量％）とは下記式で算出される重量分率である。
【００９７】
添着量（重量％）＝［低放射率材料重量］／［第一断熱層に用いた無機繊維集合体重量］
そして実施例１と同様に評価し、結果を表１に記した。
【００９８】
［比較例１］
実施例１において、セラミックファイバーブランケットを厚さ１２．５ｍｍの結晶性繊維ブランケット（三菱樹脂株式会社製マフテック（登録商標）ＭＬＳ）で被覆したこと以外は実施例１と同様にしてラジアントチューブ根元支持受け部分用ライニング構造を形成した。そして実施例１と同様に評価し、結果を表１に記した。
【００９９】
［比較例２］
実施例１において、セラミックファイバーブランケットを厚さ５ｍｍのアルミナクロス（ニチビ社製４０１８−Ｄ）で被覆したこと以外は実施例１と同様にしてラジアントチューブ根元支持受け部分用ライニング構造を形成した。そして実施例１と同様に評価し、結果を表１に記した。
【０１００】
［比較例３］
実施例１において、セラミックファイバーブランケットを厚さ１ｍｍのステンレス板ＳＵＳ３１０Ｓで被覆したこと以外は実施例１と同様にしてラジアントチューブ根元支持受け部分用ライニング構造を形成した。そして実施例１と同様に評価し、結果を表１に記した。
【０１０１】
［比較例４］
比較例２において、セラミックファイバーブランケット製ブロックをセラミックファイバーブランケットの積層方向に被覆したこと以外は比較例１と同様にしてラジアントチューブ根元支持受け部分用ライニング構造を形成した。そして実施例１と同様に評価し、結果を表１に記した。
【０１０２】
【表１】
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【０１０３】
表１から明らかな通り、本発明のラジアントチューブ根元支持受け部分用ライニングは、断熱効果に優れるだけでなく、耐熱衝撃性、耐風食性にも優れる（比較例２，３との対比）。そして、その表面の断熱層は、例えば比較例１と比べて充分な面圧を有し、そして比較例２と比べても熱収縮率が低いので、脱落等の虞が低減されるだけでなく、ショット率も低いことから、断熱部材の粉落ち等による製鉄製品の低下の虞が低減されることが認められた。
【符号の説明】
【０１０４】
１  第１断熱層
２  マット状無機繊維集合体
４  ブロック
５  嵌合構造部
【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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