(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックファイバーが積層されたセラミックファイバーブロックを、加熱炉の内面に取付けてなる加熱炉の炉壁構造であって、
セラミックファイバーは積層面が炉室内側の表面から奥行方向に延びる方向となるように積層されたものであり、
外周に螺旋羽根が形成されたボルトが、セラミックファイバーブロック内部の前記積層面に埋設されていることを特徴とする加熱炉の炉壁構造。
【請求項２】
前記ボルトはセラミックボルトであることを特徴とする請求項１に記載の加熱炉の炉壁構造。
【請求項３】
前記螺旋羽根の直径が、圧縮前のセラミックファイバーの元厚の０.５〜１.５倍であることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱炉の炉壁構造。
【請求項４】
前記ボルトの長さが、セラミックファイバーブロックの奥行方向の厚みの２０〜１００％であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の加熱炉の炉壁構造。
【請求項５】
前記ボルトが、セラミックファイバーブロックの中心を挟む対称位置に、複数本埋設されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の加熱炉の炉壁構造。
【請求項６】
積層面が炉室内側の表面から奥行方向に延びる方向となるように積層された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ロックを、加熱炉の内面に取付けてなる加熱炉の炉壁の補修方法であって、
外周に螺旋羽根が形成されたボルトを、セラミックファイバーブロック内部の前記積層面に埋設することを特徴とする加熱炉の炉壁の補修方法。
【請求項７】
上記のボルトを打ち込む前に、セラミックファイバーブロックに、ボルト先端径の０.７倍以上、ボルト後端径以下の径のガイド穴を開けることを特徴とする請求項６に記載の加熱炉の炉壁の補修方法。
【請求項８】
前記ボルトはセラミックボルトであることを特徴とする請求項６または７に記載の加熱炉の炉壁の補修方法。
【請求項９】
前記螺旋羽根の直径が、圧縮前のセラミックファイバーの元厚の０.５〜１.５倍であることを特徴とする請求項６〜８の何れかに記載の加熱炉の炉壁の補修方法。
【請求項１０】
前記ボルトの長さが、セラミックファイバーブロックの奥行方向の厚みの２０〜１００％であることを特徴とする請求項６〜９の何れかに記載の加熱炉の炉壁の補修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば鋼片などの加熱や熱処理をするための加熱炉等に用いられる炉壁構造及び加熱炉の炉壁の補修方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記のような加熱炉の炉壁には、セラミックファイバーを積層したセラミックファイバーブロックが広く使用されている。セラミックファイバーブロックは、例えば加熱炉の天井の鉄皮の下側や、加熱炉の側壁の鉄皮の内側に金具等によって固定されている。
【０００３】
このようなセラミックファイバーブロックとして、特許文献１に示されるように、セラミックファイバーを圧縮状態で積層したものが広く使用されている。積層は、積層面が炉室内側の表面から奥行方向に延びる方向となるように行われており、天井に取付けた場合には積層面は上下方向となる。一つのセラミックファイバーブロックのサイズは、幅３００ｍｍ×長さ３００ｍｍ×厚さ（高さ）２５０ｍｍ程度である。
【０００４】
ところが永年使用していると、加熱炉の天井に取付けられたセラミックファイバーブロックの内部に亀裂が生じ、下側の部分が炉内に脱落することがあった。その理由は、加熱炉内で発生した金属蒸気がセラミックファイバー内で析出し、変質層を生じるためと考えられる。このような変質層はセラミックファイバーブロックの炉内側表面から１００〜２００ｍｍ程度の部分に生じることが多く、変質層よりも下側の表面層が落下することとなる。
【０００５】
なお特許文献２には、セラミックファイバーブロックに生じた亀裂（目開き）を、同材質のセラミックファイバーで埋めたうえ、セラミックブランケットを被せる補修方法が記載されている。しかしこの方法は亀裂が炉室内表面に開口している場合には適用できるが、上記したように内部に生じた変質層が原因の脱落に対しては適用することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２７８５９０号公報
【特許文献２】特開２０１５−４０６４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、セラミックファイバーブロックの内部に変質層が生じた場合にも表面層の脱落を防止することができる、加熱炉の炉壁構造及び加熱炉の炉壁の補修方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するためになされた請求項１に記載の加熱炉の炉壁構造は、セラミックファイバーが積層されたセラミックファイバーブロックを、加熱炉の内面に取付けてなる加熱炉の炉壁構造であって、セラミックファイバーは積層面が炉室内側の表面から奥行方向に延びる方向となるように積層されたものであり、外周に螺旋羽根が形成されたボルトが、セラミックファイバーブロック内部の前記積層面に埋設されていることを特徴とするものである。
【０００９】
なお請求項２のように、前記ボルトはセラミックボルトであることが好ましい。また請求項３のように、前記螺旋羽根の直径が、圧縮前のセラミックファイバーの元厚の０.５〜１.５倍であることが好ましい。また請求項４のように、前記ボルトの長さが、セラミックファイバーブロックの奥行方向の厚みの２０〜１００％であることが好ましい。さらに請求項５のように、前記ボルトが、セラミックファイバーブロックの中心を挟む対称位置に、複数本埋設されていることが好ましい。
【００１０】
また上記の課題を解決するためになされた請求項６に記載の加熱炉の炉壁の補修方法は、積層面が炉室内側の表面から奥行方向に延びる方向となるように積層された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ロックを、加熱炉の内面に取付けてなる加熱炉の炉壁の補修方法であって、外周に螺旋羽根が形成されたボルトを、セラミックファイバーブロック内部の前記積層面に埋設することを特徴とするものである。
【００１１】
なお請求項７のように、上記のボルトを打ち込む前に、セラミックファイバーブロックに、ボルト先端径の０.７〜１.０倍の径のガイド穴を開けることが好ましい。
【００１２】
また請求項８のように、前記ボルトはセラミックボルトであることが好ましい。また請求項９のように、前記螺旋羽根の直径が、圧縮前のセラミックファイバーの元厚の０.５〜１.５倍であることが好ましい。また請求項１０のように、前記ボルトの長さが、セラミックファイバーブロックの奥行方向の厚みの２０〜１００％であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の加熱炉の炉壁構造は、外周に螺旋羽根が形成されたボルトをセラミックファイバーブロック内部の積層面に埋設したものであるから、このボルトの周囲のセラミックファイバーは螺旋羽根によって捕捉され、変質層が存在しても脱落が防止される。しかもこのボルトは積層面に埋設されているので、螺旋羽根によって積層面の両側のセラミックファイバーを確実に保持することができる。このため、セラミックファイバーブロックの内部に変質層が生じた場合にも表面層の脱落を防止することができる。
【００１４】
これに対し、ボルトを積層面の間のセラミックファイバー層に打ち込んだ場合には、ボルトがセラミックファイバー層を損傷するうえ、螺旋羽根の保持効果が不十分となるので好ましくない。
【００１５】
また本発明の加熱炉の炉壁の補修方法によれば、外周に螺旋羽根が形成されたボルトを損傷したセラミックファイバーブロック内に埋設することにより、上記と同様に表面層の脱落を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】セラミックファイバーブロックの説明図である。
【図２】セラミックファイバーブロックの斜視図である。
【図３】ボルトのない炉壁構造の断面図である。
【図４】ボルトを埋設した炉壁構造の断面図である。
【図５】ボルトの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に本発明の実施形態を示す。
セラミックファイバーブロック１は、図１、図２に示すように、連続した帯状のセラミックファイバー２を折り畳み、圧縮状態で積層したものである。材質は特に限定されるものではないが、加熱炉の天井部には、アルミナ−シリカ質のセラミックファイバーが使用されている。実施形態では厚さ２５ｍｍのセラミックファイバー２を１６枚積層されるように折り畳み、全体厚さが３００ｍｍとなるように圧縮して、３００×３００×高さ２５０ｍｍのブロックとしている。図１では、積層面３は上下方向となっている。
【００１８】
図１のセラミックファイバーブロック１は、図３に示すように加熱炉の天井の内面に取付けられている。図３において４は鉄皮、５は耐火キャスタブル層である。図３に示すとおり、天井に取付ける場合には、セラミックファイバーブロック１の積層面３は炉室内側の表面から奥行方向に延びる方向、すなわち上下方向となる。しかし側壁に取付ける場合には、セラミックファイバーブロック１の積層面３は炉室内側の表面６から奥行方向に延びる方向、すなわち水平方向となる。以下の説明は、セラミックファイバーブロック１を天井に取付けた場合について行なう。
【００１９】
前記したように、図３に示す天井構造においては、加熱炉内で発生する金属蒸気がセラミックファイバーブロック１の内部に侵入し、表面６から１００〜２００ｍｍ程度の部分で析出して変質層７を生じ、セラミックファイバー２を損傷する。その結果、セラミックファイバーブロック１の変質層７より下方部分が炉室内に落下することがある。そこで本発明では図４に示すように、ボルト８をセラミックファイバーブロック１の内部に埋設した。
【００２０】
使用するボルト８はセラミックボルトであり、図５に示すように軸部９の外周に螺旋羽根１０が形成されたものである。軸部９は僅かなテーパ状となっている。ボルト８はねじ込みのための頭部１１を備えているが、市販のセラミックボルトに形成されているワッシャを無くし、セラミックファイバーブロック１の内部に埋設する際に、周囲のセラミックファイバー２を損傷しないようにしている。
【００２１】
この螺旋羽根１０の直径は、圧縮前のセラミックファイバー２の元厚の０.５〜１.５倍となっている。本実施形態ではこの元厚は２５ｍｍであるから、１２.５〜３７.５ｍｍとなる。螺旋羽根１０は左右のセラミックファイバー２を支持する役割を発揮する役割を持つもので、その直径がこの範囲よりも小さいと支持能力が不十分となり、この範囲よりも大きくなると螺旋羽根１０自体の強度が低下する。
【００２２】
このボルト８の長さは、セラミックファイバーブロック１の奥行方向の厚み（本実施形態では２５０ｍｍ）の２０〜１００％とするのが好ましい。この範囲よりも短いとセラミックファイバー２を支持する能力が不足することがあり、この範囲よりも長いと、支持能力に問題はないものの、セラミックファイバーブロック１から突出してしまうためである。
【００２３】
本発明では、ボルト８はセラミックファイバー２の内部ではなく、セラミックファイバーブロック１の内部の積層面３に埋設する。このようにボルト８をセラミックファイバー２、２の間に配置すれば、螺旋羽根１０の片側分の長さだけがセラミックファイバー２に食い込むのでセラミックファイバー２の断裂長さは小さくなり、強度低下は小さい。しかし、ボルト８をセラミックファイバー２の内部、例えば中心に打ち込むと螺旋羽根１０の両側が同一のセラミックファイバー２に食い込むため、断裂長さが２倍以上となり、強度が大きく低下する。
【００２４】
なおボルト８は、前記変質層７を跨ぐ上下両側に位置させる必要がある。セラミックファイバーブロック１の表面側が落下した炉壁を補修する場合には変質層７の位置は明確であるから、ボルト８の上半分が変質層７の上側、下半分が変質層７の下側となるようにボルトを埋設すればよいが、炉壁を新設する場合には予測される変質層７の発生位置を跨ぐように、ボルト８を埋設するものとする。これにより、セラミックファイバーブロック１の変質層７より下方部分が炉室内に落下することを防止することができる。
【００２５】
ボルト８を打ち込む前に、セラミックファイバーブロック１に、ボルト先端径の０.７倍以上、ボルト後端径以下の径のガイド穴１２を開けることが好ましい。このようなガイド穴１２を形成することにより、図４に示すようにボルト８をセラミックファイバーブロック１の任意の位置に埋設することが可能となる。ボルト８のねじ込みは、電動工具を用いずに人手によって行うことが好ましい。ガイド穴１２の径が小さすぎるとボルト８をねじ込むときに周囲のセラミックファイバー２が損傷され易く、大きすぎると周囲のセラミックファイバー２を支持する能力が低下する。なおガイド穴１２の開口部には、同質のセラミックファイバーを充填しておくことが好ましい。
【００２６】
セラミックファイバーブロック１の変質層７より下方部分をバランスよく支持するためには、ボルト８をセラミックファイバーブロック１の中心を挟む対称位置に、複数本埋設することが好ましい。本実施形態ではセラミックファイバーブロック１を平面視した対角線上の２位置に配置した。
【００２７】
以上に説明した加熱炉の炉壁構造を採用すれば、セラミックファイバーブロック１の内部に変質層７が生じた場合にも、内部に埋設されたボルト８が変質層７の下側のセラミックファイバー２を支持することにより、表面層の脱落を防止することができる。加熱炉の新設時からこの炉壁構造を採用することができることは勿論、補修時にこの炉壁構造とすることもできる。
本発明は加熱炉としているが、熱処理炉、焼鈍炉などセラミックファイバーの積層面が炉室内側の表面から奥行方向に延びる方向となるように積層されたセラミックファイバーブロックでライニングされた構造の工業炉にも適用できることはいうまでもない。
【実施例】
【００２８】
２５ｍｍ厚のセラミックファイバーを１６枚積層し、４００ｍｍを３００ｍｍまで圧縮して３００×３００×高さ２５０ｍｍとしたセラミックファイバーブロックを、天井に取付けた炉壁がある。この加熱炉は炉内温度が１２００〜１３５０℃となる鋼片の加熱炉であり、セラミックファイバーの積層面は上下方向である。建設後１５年を経過したセラミックファイバーブロックは、表面（下面）から約１７０ｍｍの位置に変質層７を生じ、水平方向の亀裂が発生した。
【００２９】
そこでセラミックファイバーブロックの対角線上の２位置に直径１０ｍｍのガイド穴を開け、先端直径１０ｍｍ、後端直径１２ｍｍ、ねじ部長さ１５０ｍｍ、羽根直径２０〜３５ｍｍ、ピッチ２６．５ｍｍ、羽根角度６０度の螺旋羽根付六角テーパーボルトを先端が深さ２５０ｍｍに達する図４の状態となるまで捩じ込んだ。このボルトはセラミック製である。ボルトの位置は、セラミックファイバーの積層面とした。ボルトの下部のガイド穴にはバルクのセラミックファイバーを詰め込んだ。
【００３０】
このように補修を行ったのち１０ケ月を経過したが全く異常はなく、過去の経験から、少なくとも数年間の延命効果があるものと想定される。
【符号の説明】
【００３１】
１  セラミックファイバーブロック
２  セラミックファイバー
３  積層面
４  鉄皮
５  耐火キャスタブル層
６  表面
７  変質層
８  ボルト
９  軸部
１０  螺旋羽根
１１  頭部
１２  ガイド穴
【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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