(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製煙突の内側に該鋼材に接して設けられた断熱材と、該鋼材に取り付けられた座金付き溶接ピンと、前記断熱材に接して設けられた不定形耐火物とからなるライニング構造であって、座金付き溶接ピンは、断熱材を固定するために断熱材に後付け固定される断熱材の厚さと略同一または若干短い長さの第一の座金付き溶接ピンと、不定形耐火物を固定するために断熱材に後付け固定される断熱材より座金が内側に突出する長さの第二の座金付き溶接ピンからなることを特徴とする鋼製煙突ライニング構造。
【請求項２】
座金付き溶接ピンは、ピンの径が２ｍｍ以上で、その座金部分の面積が５〜２５ｃｍ2のものであることを特徴とする請求項１記載の鋼製煙突ライニング構造。
【請求項３】
鋼製煙突の鋼材の内側に断熱材を取り付け、前記断熱材の厚さと略同一または若干短い長さの第一の座金付き溶接ピンを使用して断熱材を貫通するように後付け固定させ、その後、前記断熱材より長い長さの第二の座金付き溶接ピンを使用して断熱材を貫通するように後付け固定させ、前記断熱材の内側に不定形耐火物を流し込み、コテ塗りまたは吹き付け固定させたことを特徴とする鋼製煙突ライニングの施工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼製煙突ライニング構造及びその施工方法に係り、高耐熱性を有する不定形耐火物と高断熱性を有する断熱材とを複合させた鋼製煙突ライニング構造及びその施工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼製煙突の鋼材の内側にライニング材を施工する場合、鋼材に溶接ピンを溶接した後に金網を溶接ピンに溶接し、不定形耐火物を流し込み固定した工法や鋼材にＹ字状の溶接ピンを溶接して不定形耐火物を流し込み固定した工法が知られている。
【０００３】
また、近年ビルの多様化により、非常用発電機を増設するケースが増え、その発電設備も大型化、高性能化しており、その排ガス温度が高温（４００〜７００℃）になってきている。
【０００４】
そのため、高耐火性を有するライニング材が必要になっており、また、限られた狭い煙道空間において、大風量排気ガスを通す空間を確保し、且つコンクリートが劣化しない温度まで断熱しなければならないため、高断熱性能を有するライニング材が求められている。
【０００５】
この要求に答えたものとして、溶接ピンを溶接した鋼材の内側にパーライト板などからなる断熱材を取り付け、その後、溶接ピンに金網を溶接して不定形耐火物を流し込み固定する工法が採用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記断熱材と不定形耐火物とを複合させて施工する場合、先に溶接された溶接ピンがあるため、断熱材に穴開け加工したり、断熱材をカットしなければ、取り付けることができず、内面の断熱材の施工がしにくいという問題がある。また、不定形耐火物を保持するために、溶接金網を用いると、溶接金網の熱膨張により加熱中に不定形耐火物に亀裂を発生させてしまい、長期に使用した場合には、不定形耐火物が脱落の要因になる可能性がある。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、高耐熱性を有する不定形耐火物と高断熱性を有する断熱材とを複合させた鋼製煙突ライニング材を施工する場合、その施工が簡易であり、不定形耐火物に亀裂が発生しにくい鋼製煙突ライニング構造及びその施工方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る請求項１の発明は、鋼製煙突の内側に該鋼材に接して設けられた断熱材と、該鋼材に取り付けられた座金付き溶接ピンと、前記断熱材に接して設けられた不定形耐火物とからなるライニング構造であって、座金付き溶接ピンは、断熱材を固定するために断熱材に後付け固定される断熱材の厚さと略同一または若干短い長さの第一の座金付き溶接ピンと、不定形耐火物を固定するために断熱材に後付け固定される断熱材より座金が内側に突出する長さの第二の座金付き溶接ピンからなることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、座金付き溶接ピンは、ピンの径が２ｍｍ以上で、その座金部分の面積が５〜２５ｃｍ2のものであることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、鋼製煙突の鋼材の内側に断熱材を取り付け、前記断熱材の厚さと略同一または若干短い長さの第一の座金付き溶接ピンを使用して断熱材を貫通するように後付け固定させ、その後、前記断熱材より長い長さの第二の座金付き溶接ピンを使用して断熱材を貫通するように後付け固定させ、前記断熱材の内側に不定形耐火物を流し込み、コテ塗りまたは吹き付け固定させたことを特徴とする。
【００１１】
【作用】
本発明に係る請求項１の発明によれば、後打ちの座金付き溶接ピンを使用して断熱材及び不定形耐火物を保持することができ、その施工が簡易となる。また、断熱材の厚さと略同一または若干短い長さの第一の座金付き溶接ピンを使用することで、断熱材と鋼材との遊びがなくなり、両者はしっかりした固定となる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、ピンの径が２ｍｍ未満であると、不定形耐火物を流し込むときにピンが曲がる可能性があり、座金部分の面積が５ｃｍ2未満では、不定形耐火物を保持する面積が小さく不定形耐火物が脱落することがあり、座金部分の面積が２５ｃｍ2をこえると座金部分を覆っている不定形耐火物が脱落することがある。
【００１３】
請求項３の発明によれば、何れの座金付き溶接ピンも後付け固定であり、断熱材の穴明け加工や各種の溶接などが省けるため、その施工が簡易となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の鋼製煙突ライニング構造は、断熱材と不定形耐火物とを複合させて施工する場合に、後打ちの座金付き溶接ピンを使用して断熱材及び不定形耐火物を保持することにより、鋼材に先に溶接された溶接ピン及び溶接ピンに溶接された金網を使用しないで、高耐熱性及び高断熱性を兼ね備えた鋼製煙突ライニング構造が作製でき、その施工が簡易となる。
【００１５】
しかも、従来は不定形耐火物を保持するために、溶接金網を用いると、溶接金網の熱膨張により、加熱中に不定形耐火物に亀裂が発生するが、本発明では、不定形耐火物に亀裂が発生しにくい構造となる。また、断熱材の厚さと略同一または若干短い長さの座金付き溶接ピンを使用することによって、断熱材と鋼材との遊びをなくし、両者はしっかりと強固に固定できる。
【００１６】
上記断熱材としては、ボード状、フェルト状のロックウール若しくはガラスウール、珪酸カルシウム、パーライト板など使用する溶接ピンを事前に下穴を明けることなく、無理なくスムースに貫通させることができる硬さ（デュロメータ硬さタイプＣ １００以下（ＳＲＩＳ日本ゴム協会規格０１０１）、ＪＩＳ Ｋ６２５３）の低熱伝導率（λ＝０．０６Ｗ／ｍ・Ｋ以下）の断熱材を使用する。
【００１７】
不定形耐火物は、水と混練し、水硬性によって強度を発生する耐火物であり、適当に粒度を調整した耐火骨材を用い、水硬性材料としてアルミナセメントを配して使用現場で水と混練し、流し込み、コテ塗りまたは吹き付けなどによって施工できるものである。好ましくは、水硬性としてアルミナセメントを配し、軽量耐火骨材として耐火軽量シャモット、バーミキュライト、珪藻土、粉砕耐火レンガなどが含まれて、密度が４００〜１５００ｋｇ／ｍ3（１１０℃乾燥後）程度、６５０℃×４時間での残存焼成収縮率が１％以内の耐熱性を有する耐火断熱用軽量キャスタブルがよい。また、断熱材と不定形耐火物の厚みの設定は、排気ガス温度と煙突周囲条件とにより決定される。
【００１８】
上記構成の断熱材及び不定形耐火物を施工するには、先ず、断熱材の厚さと略同一または若干短い長さの後付けの第一の座金付き溶接ピンを使用し、断熱材を貫通するように鋼材に止め付けて固定する。この場合、溶接ピンは最低４本／ｍ2とする。ここで、溶接ピンの数が４本／ｍ2未満であると、断熱材の重量を支えることができず、断熱材が脱落する可能性がある。
【００１９】
次に、不定形耐火物のかぶり厚さ（溶接ピンの座金部分を覆う不定形耐火物の厚さ（図１のａ））が最低１０ｍｍとなるような長さの第二の後付けの座金付き溶接ピンを使用し、断熱材を貫通させるように座金付き溶接ピンを最低９本／ｍ2の条件で止め付ける。溶接ピンの数が９本／ｍ2未満であると、不定形耐火物の重量を支えることができず、不定形耐火物が脱落する可能性がある。
【００２０】
ここで使用する座金付き溶接ピンとしては、ピンの径が２ｍｍ以上で、その座金部分の面積が５〜２５ｃｍ2のものが好ましく、座金部分の形状は、円形、楕円形、正方形、長方形、三角形など任意なものが使用できる。ピンの径が２ｍｍ未満であると、不定形耐火物を流し込むときにピンが曲がる可能性がある。座金部分の面積が５ｃｍ2未満では、不定形耐火物を保持する面積が小さく、図５（ア）に示すように不定形耐火物が脱落することがある。座金部分の面積が２５ｃｍ2をこえると、図５（イ）に示すように座金部分を覆っている不定形耐火物が脱落することがある。また、かぶり厚さが１０ｍｍ未満であると、図５（ウ）に示すように同様に座金部分を覆っている不定形耐火物が脱落することがある。
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の鋼製煙突ライニング構造を示す説明用断面図、図２は、従来例を示す説明用断面図、図３は、比較例を示す説明用断面図、図４は、内面加熱試験を行う試験装置の概要図、図５は、使用する座金による不定形耐火物の脱落例を示す説明図である。
【００２２】
図１に示す本発明の鋼製煙突ライニング構造１は、鉄製鋼材からなる角形の煙突２の内面にライニング加工を施した説明用断面図であり、一片が幅９５０ｍｍ×高さ１２５０ｍｍ、厚さ６ｍｍの鉄製鋼材３を複数用いて角形の煙突２が構成されている。
【００２３】
この鉄製鋼材３の内側に、厚さ５０ｍｍ、密度２００ｋｇ／ｍ3からなる断熱材の例としてロックウール４を鉄製鋼材３に接し、座金５を有する長さ５０ｍｍの第一の溶接ピン６をロックウール４を貫通するように後付け固定させる。この場合、第一の溶接ピン６の数は、７本／ｍ2としている。その後、長さ８５ｍｍ、座金７が直径３０ｍｍの第二の溶接ピン８を溶接ガンを使用して前記ロックウール４を貫通するように鉄製鋼材３に、第二の溶接ピン８の数を３６本／ｍ2として後付け固定させた後、組成が、Ａｌ2Ｏ3３０％、ＳｉＯ2４０％、Ｆｅ2Ｏ3４％を主材とし、比重が８００ｋｇ／ｍ3の不定形耐火物９を流し込んで厚さ７０ｍｍに固定させてライニング構造１を構成する。
【００２４】
このようにして作製した本発明の煙突ライニング構造のものと、次の構成の従来例及び比較例との施工性の比較と、図４に示す試験装置１０にセットし、不定形耐火物に生ずる亀裂発生状況を測定し比較した。試験装置１０は、架台１１に設置させたベンチュリーバーナー１２に、減圧弁１３を備えるＬＰガスボンベ１４からＬＰガスを導き、試験体Ｔの内部を加熱する。試験体Ｔには、排気口１５を有する蓋１６を被せ、内部に熱電対１７を配し、これに記録計１８が設けられている。
【００２５】
図２に示す従来例の構造２０は、次のような構成になっている。つまり、本発明と同様に一片が幅９５０ｍｍ×高さ１２５０ｍｍ、厚さ６ｍｍの鉄製鋼材３からなる角形の煙突２の内面に、外径８ｍｍ、長さ８５ｍｍの溶接ピン２１を、９本／ｍ2で溶接したものに、既に溶接ピン２１の通る穴を明けてある厚さ５０ｍｍ、密度２００ｋｇ／ｍ3からなるロックウール４を鉄製鋼材３に取り付けて、溶接ピン２１の先端に線径３ｍｍ、網目寸法５０ｍｍの溶接金網２２を溶接した後、本発明と同様な組成、Ａｌ2Ｏ3３０％、ＳｉＯ2４０％、Ｆｅ2Ｏ3４％を主材とし、比重が８００ｋｇ／ｍ3の不定形耐火物９を流し込んで厚さ７０ｍｍに固定させてライニング構造２０を構成する。
【００２６】
図３に示す比較例の構造２５は、次のような構成になっている。その構成は、本発明と同様に一片が幅９５０ｍｍ×高さ１２５０ｍｍ、厚さ６ｍｍの鉄製鋼材３からなる角形の煙突２の内面に、外径８ｍｍ、長さ８５ｍｍの溶接ピン２６を３６本／ｍ2で溶接し、既に溶接ピン２６の通る穴を明けてある厚さ５０ｍｍ、密度２００ｋｇ／ｍ3からなるロックウール４を鉄製鋼材３に取り付けた後、溶接ピン２６の先端に略Ｕ字状に折り曲げた鋼材２７を溶接で固定する。その後、同様な組成、Ａｌ2Ｏ3３０％、ＳｉＯ2４０％、Ｆｅ2Ｏ3４％を主材とし、比重が８００ｋｇ／ｍ3の不定形耐火物９を流し込んで厚さ７０ｍｍに固定させてライニング構造２５を構成する。
【００２７】
上記試験装置１０において、実施例（後打ち溶接ピン工法と称する）、従来例（溶接金網工法と称する）及び比較例（Ｙ型溶接ピン工法と称する）の各試験体Ｔを鋼材サイズ９５０ｍｍ幅×１２５０ｍｍ高さに定め、各試験体Ｔの中心温度６５０°×４時間保持、１０時間以上放冷を１サイクルとして、１０サイクル繰り返す内面加熱試験を行い、各試験体Ｔの亀裂発生状況を観察し比較した。その結果を表１に示す。この表１には、各例の施工性も併せて比較してある。
【表１】
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この表１から実施例の施工性は、従来例及び比較例に比べ、良好であること。また、その内面加熱試験では、従来例は、１００ｍｍ幅の亀甲状亀裂が生まれたが、実施例及び比較例は、ヘアーラック数本が発生し、亀裂発生がないことが確認できた。その結果、実施例と比較例が従来例より優れているが、施工性の点を勘案すると、総合点では、実施例が優れていることが判明した。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は、上記構成であるから、次のような効果がある。
（１）請求項１の発明によれば、後打ちの座金付き溶接ピンを使用して断熱材及び不定形耐火物を保持することができ、従来例のように先に溶接された溶接ピンが障害になることがなく、簡易に高耐熱性及び高断熱性を兼ね備えた鋼製煙突ライニング構造のものが作製できる。さらに、従来例のように溶接金網を使用しないため、溶接金網の熱膨張による不定形耐火物に亀裂が発生することがない。また、断熱材の厚さと略同一または若干短い長さの第一の座金付き溶接ピンを使用することによって、この断熱材と鋼材との遊びがなくなり、両者はしっかりと強固に固定できる。
（２）請求項２の発明によれば、ピンの径が２ｍｍ未満であると、不定形耐火物を流し込むときにピンが曲がる可能性があり、座金部分の面積が５ｃｍ2未満では、不定形耐火物を保持する面積が小さく不定形耐火物が脱落することがあり、座金部分の面積が２５ｃｍ2をこえると座金部分を覆っている不定形耐火物が脱落することがある。
（３）請求項３の発明によれば、何れの座金付き溶接ピンも後付け固定であり、従来例のように溶接ピンを所定の位置への事前溶接が不要となり、断熱材の穴明け加工や溶接ピンへの溶接などが省け、その施工性に優れる工法となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の鋼製煙突ライニング構造を示す説明用断面図。
【図２】従来例の説明用断面図。
【図３】比較例を示す説明用断面図。
【図４】内面加熱試験を行う試験装置の概要図。
【図５】使用する座金による不定形耐火物の脱落例を示す説明図であり、図５（ア）は座金部分が小面積の場合の脱落例を示し、図５（イ）は座金が大面積の場合の脱落例を示し、図５（ウ）はかぶり厚さによる脱落例を示す説明図である。
【符号の説明】
１  鋼製煙突ライニング
２  鋼製煙突
３  鋼材
４  ロックウール
７  座金
６  第一の座金付き溶接ピン
８  第二の座金付き溶接ピン
９  不定形耐火物
【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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