(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内側に配置する内層と炉外側に配置する外層からなる成形品であり、内層は、アルミナシリカ繊維及びアルミナ繊維の一方または両方からなる無機繊維が成形品の厚さ方向に配向した無機繊維ブランケットの層であり、外層は、前述の無機繊維と、無機結合材と、有機結合剤と、耐火粉末からなる層であり、材料の異なる内層と外層が互いに接合されていることを特徴とする無機繊維質の複合成形品。
【請求項２】
アルミナシリカ繊維及びアルミナ繊維の一方または両方からなる無機繊維、無機結合剤、耐火粉末および有機結合剤を水に加えたスラリーを作り、一方、無機繊維ブランケットの切断面がモールドに接するように、モールドの表面に無機繊維ブランケットを置き、このモールドをスラリーに浸漬し、モールド内部を真空ポンプで吸引して、内層の内部にスラリーを入り込ませて内層と外層を接合することを特徴とする、請求項１に記載の無機繊維質の複合成形品の製造方法。
【請求項３】
内層に開口部を設けて、接触する層間の接合力を高めることを特徴とする、請求項２に記載の無機繊維質の複合成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内層と外層からなる複合成形品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高温用の耐火断熱材として無機繊維の製品が多く使用されている。無機繊維製品の一つに成形品がある。
【０００３】
無機繊維成形品の多くは、真空成形法と呼ばれる方法により製造される。真空成形法では、水に、無機繊維と、結合剤と、必要に応じて耐火粉末を分散させてスラリーを作り、メッシュを表面に設けたモールドを、スラリーに浸漬して、モールド内部を減圧し、これらの混合物をモールド上に堆積させる。
【０００４】
この他の成形方法としては、ペースト状にした混合物をプレスして成形するプレス法、押し出し成形機を使用する押し出し成形法などが知られている。
【０００５】
無機繊維成形品は、均一な組織を有し、主に平板状であるボードや、円筒状であるスリーブとして、一般に高温用の電気炉の耐火断熱材として使用されている。
【０００６】
しかし、無機繊維成形品は、過酷な条件で使用されることが多く、劣化が著しい。そこで、劣化を抑制するために種々の工夫がされている。
【０００７】
例えば、特公平７−３９９０８号には、電気炉に使用される２層構造を持つ耐火断熱材が提案されている。この耐火断熱材は、高密度の内層と低密度の外層を一体に成形した構造となっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の無機繊維成形品には次のような欠点があった。
【０００９】
無機繊維成形品を炉に使用した際には、内側と外側に温度差を生じる。温度差によって膨脹或いは収縮の度合が異なり、応力が発生する。温度差が大きいと、応力が大きくなって、クラックが発生する。特に耐火粉末を含有した無機繊維成形品は、柔軟性に乏しく、クラックが発生しやすい。いわゆるスポーリングを起こしやすい。クラックが大きい場合には、内側から外側へ貫通したり破断したりして、耐火断熱材としての性能が極端に低下する。
【００１０】
さらに、耐火粉末を含有した無機繊維成形品は、アルカリ等の不純物の多い炉に使用すると、表面が劣化して剥離することがある。
【００１１】
前述の特公平７−３９９０８号に提案された２層構造の成形品にも、次のような欠点がある。
【００１２】
内層は、耐火粉末を含んだ高密度の層であるために、クラックが発生しやすい。内層にクラックが発生すると、それが外層にも伝わり、クラックが成形品を貫通する。さらに、アルカリ等の不純物が多い炉に使用すると、不純物が成形品の表面に凝集して、表面が劣化して剥離する。
【００１３】
このような従来技術に鑑み、本発明は、スポーリングに強く、安定した断熱性を有し、表面剥離を起こさない無機繊維質の複合成形品を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明による複合成形品は、炉内側に配置する内層と炉外側に配置する外層からなる成形品であり、内層は、アルミナシリカ繊維及びアルミナ繊維の一方または両方からなる無機繊維が成形品の厚さ方向に配向した無機繊維ブランケットの層であり、外層は、前述の無機繊維と、無機結合材と、有機結合剤と、耐火粉末からなる層であり、材料の異なる内層と外層が互いに接合されていることを特徴とする無機繊維質の複合成形品である。本発明による複合成形品の製造方法は、アルミナシリカ繊維及びアルミナ繊維の一方または両方からなる無機繊維、無機結合剤、耐火粉末および有機結合剤を水に加えたスラリーを作り、一方、無機繊維ブランケットの切断面がモールドに接するように、モールドの表面に無機繊維ブランケットを置き、このモールドをスラリーに浸漬し、モールド内部を真空ポンプで吸引して、内層の内部にスラリーを入り込ませて内層と外層を接合することを特徴とする、前述の無機繊維質の複合成形品の製造方法である。
【００１５】
ここで、内層とは、使用の際に、炉内側に位置し、外層とは、使用の際に、炉外側に位置する層を意味する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の無機繊維としては、アルミナシリカ繊維及びアルミナ繊維が好適に使用できる。
【００１７】
アルミナシリカ繊維は、Ａｌ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 、またはＡｌ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 とＺｒΟ2 を主成分とする。この繊維は、１０００℃以上で予め熱処理しておくと、耐熱性が向上して好ましい。アルミナシリカ繊維に含まれるアルカリ金属や重金属などの不純物は、少ない方が耐熱性が向上して好ましい。
【００１８】
アルミナ繊維は、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繊維である。
【００１９】
本発明で使用する無機繊維ブランケットは、アルミナシリカ繊維やアルミナ繊維の積層体にニ−ドリングや無機長繊維製の糸により縫製したものが好ましい。
【００２０】
このブランケットは、複数枚を積み重ねたり、折り畳んだり、渦巻状に巻いて積層体を作り、この積層体を、有機繊維或いは無機繊維の糸で縫製、又はバンド等により圧縮して、固定する。これを、ブランケットの積層方向に切断して使用する。
【００２１】
本発明で使用する耐火粉末は、例えばアルミナ、ムライト等の粉末である。
【００２２】
本発明で使用する有機結合剤としては、例えば澱粉、アクリル、ラテックスなどが好ましい。
【００２３】
本発明で使用する無機結合剤としては、シリカゾル、アルミナゾルが好ましい。アルカリ含有量の少ない結合剤を使用すると、耐熱性が向上して好ましい。
【００２４】
本発明の複合成形品は、真空成形法で作製するのが好ましい。この方法は、最初に、無機繊維と、無機結合剤と、必要に応じて耐火粉末および有機結合剤を水に加えて、均一に分散させたスラリーを作る。一方、メッシュを表面に設けたモールドを用意して、モールドの表面に、例えば、無機繊維ブランケットを置く。このとき無機繊維ブランケットの切断面（端面）がモールドに接するように置く。このモールドをスラリーに浸漬して、モールド内部を真空ポンプで吸引して、所定の厚さの複合成形品を得る。
【００２５】
真空成形によると、内層の内部に、スラリーが入り込むので、内層と外層は強く接合する。内層に適当な開口部を設けると、接触する層間の接合力をさらに高めるので好ましい。
【００２６】
【実施例】
図１は、本発明の１つの実施例による複合成形品の一部を示している。
【００２７】
図１に示すように、外層２の繊維が炉内面３に平行に配列しているのに対して、内層１を構成する大部分の繊維は、炉内面３に垂直に配列している。このように繊維が配列した内層１は、炉内に発生するアルカリ等の不純物が付着しても、不純物は浸透、拡散しやすい。すると、境界面が形成されずに、表面が劣化して剥離するのを防止できる。
【００２８】
内層１の厚さは１０ｍｍ以上が好ましい。１０ｍｍより薄いと、スポーリングを起こし易く、クラック防止の効果が少ない。
【００２９】
無機繊維としてアルミナ繊維を使用すると、耐熱性が向上して好ましい。
【００３０】
有機結合剤を嫌う炉などに使用する場合は、予め８００℃〜１６００℃で熱処理しておくと良い。温度が８００℃未満であれば、有機結合剤を処理するのに長時間を要する。１６００℃を越えると、成形品の強度が劣化する。
【００３１】
１５００℃以上で熱処理すると、シリカとアルミナが反応して、成形品にムライトが生成する。この際、シリカが消費されて、成形品の収縮が抑えられるので、耐熟性が向上する。
【００３２】
前述の複合成形品は次の作用効果がある。
【００３３】
耐スポーリング性に優れている内層が存在するために、クラックが発生しにくい。内層が断熱性に優れているので、外層に生じる温度差を小さくして、外層にクラックが発生するのを抑制する。外層にクラックが発生した場合でも、内層に柔軟性があるので、クラックが貫通せず、複合成形品は破断しない。
【００３４】
アルカリ等の不純物が多い炉に使用しても、不純物は内層に浸透して拡散するので表面が劣化して剥離することはない。
【００３５】
実施例１〜４と比較例１〜２
真空成形法により、厚さ５０ｍｍ、幅２００ｍｍ、長さ２００ｍｍの複合成形品を図１に示すように成形した。
【００３６】
まず、無機繊維ブランケットの切断品を、無機繊維ブランケットの切断面がモールド表面と接するように、モールドに置き、モールド内部を吸引しながら水を無機繊維ブランケットに散布してモールドとブランケットを密着させた。そして、あらかじめ作製したスラリーにモールドを、吸引しながら浸漬して成形した。その後、脱型して、乾燥した。最後に、実施例１、２及び比較例１を電気炉中で１５００℃に昇温して６時間保持する処理をした。
【００３７】
スラリーの配合を表１に重量部として示す。スラリーは他に水を５０００重量部含む。
【００３８】
【表１】
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表１において、ＡＳは、無機繊維が、Ａｌ2 Ｏ3 ５３重量％、ＳｉＯ2 ４７重量％のアルミナシリカ繊維である。ＡＭは、無機繊維が、Ａｌ2 Ｏ3 ７２重量％、ＳｉＯ2 ２８重量％のアルミナ繊維である。Ａは、無機繊維が、Ａｌ2 Ｏ3 ９５重量％、ＳｉＯ2 ５重量％のアルミナ繊維である。
【００３９】
成形体密度は、各スラリーで成形した場合の成形体の密度を示す。
【００４０】
本発明の複合成形品の構成と特性の一例を表２に示す。
【００４１】
【表２】
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表２の内層の種類において、ＡＢは、化学成分がＡｌ2 Ｏ3 ７２重量％、ＳｉＯ2 ２８重量％のアルミナ繊維ブランケットである。ＡＳＢは、無機繊維がＡｌ2 Ｏ3 ５３重量％、ＳｉＯ2 ４７重量％のアルミナシリカ繊維ブランケットである。
【００４２】
耐スポーリング試験は、１００×２００ｍｍに切断した複合成形品を所定の温度の電気炉に挿入して、１５分保持後、炉外に取り出して急冷した。試験は、温度を８００℃から１５００℃迄１００℃毎に上げて、クラックが発生するまで繰り返した。
【００４３】
耐アルカリ性試験は、複合成形品の内層の上にＮａ2 ＣＯ3 試薬５ｇを置き、１１００℃で２４時間加熱して、試薬の状態を観察した。
【００４４】
実施例３、４は、外層に無機粉末を含まず、内層が厚い例である。
【００４５】
比較例１は、実施例１において、内層が無い例である。クラック発生の温度が低く、数個に割れた。耐アルカリ性試験では、試薬が表面に凝集した。
【００４６】
比較例２は、実施例４において、内層が無い例である。クラックが実施例４よりも低温で発生した。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の複合成形品は、内層が存在するために、使用の際にクラックが発生しにくく、耐スポーリング性に優れ、安定した断熱性能を維持できる。
【００４８】
本発明の複合成形品は、アルカリ等の不純物の多い炉に使用しても、表面が劣化によって剥離することはなく、長期間使用できる。
【００４９】
本発明の、熱処理した複合成形品は、有機結合剤を含まないので、炉の雰囲気を汚染しない。さらに、加熱による収縮が抑制できて、耐熱性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による複合成形品の一例を示す斜視図。
【符号の説明】
１    内層
２    外層
３    炉内面
【図１】
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