(57)【要約】【課題】耐風速性や耐スケール性に優れ、また、施工の煩雑さの少ない耐火断熱ライニング材用セラミックファイバーモジュールおよびこのモジュールを用いた加熱炉の耐火断熱ライニング施工方法を提供する。【解決手段】モジュールは、δアルミナを含有するムライト系結晶質からなりアルミナ含有率が６０〜８０質量％である結晶質セラミックファイバーの成形加工品をモジュール化したものである。モジュールは、４５μｍ以上のショット含有率が５質量％以下である。また、モジュールは、結晶質セラミックファイバーの成形加工品１０がブランケットであり、ブランケットの複数枚を積層して、モジュール化したものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
δアルミナを含有するムライト系結晶質からなりアルミナ含有率が６０〜８０質量％である結晶質セラミックファイバーの成形加工品をモジュール化したものであることを特徴とする耐火断熱ライニング材用セラミックファイバーモジュール。
【請求項２】
前記結晶質セラミックファイバー中の４５μｍ以上のショット含有率が５質量％以下であることを特徴とする請求項１記載の耐火断熱ライニング材用セラミックファイバーモジュール。
【請求項３】
前記結晶質セラミックファイバーの成形加工品にアルミナ−シリカ系非晶質セラミックファイバー成形加工品を積層した積層品をモジュール化したものであることを特徴とする請求項１または２記載の耐火断熱ライニング材用セラミックファイバーモジュール。
【請求項４】
前記結晶質セラミックファイバーの成形加工品または前記積層品がブランケットであり、該ブランケットの複数枚を積層して、モジュール化したものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐火断熱ライニング材用セラミックファイバーモジュール。
【請求項５】
前記結晶質セラミックファイバーの成形加工品または前記積層品がブランケットであり、該ブランケットの１枚を折り畳んで圧縮して、モジュール化したものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐火断熱ライニング材用セラミックファイバーモジュール。
【請求項６】
前記結晶質セラミックファイバーの成形加工品または前記積層品がブランケットであり、該ブランケットの１枚を折り畳んで折り目を設けるとともに、該折り目の１または２以上の箇所にアルミナ−シリカ系非晶質セラミックファイバーブランケットを挿入したものを圧縮して、モジュール化したものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐火断熱ライニング材用セラミックファイバーモジュール。
【請求項７】
加熱炉の高温の部位に請求項１〜６のいずれか１項に記載の耐火断熱ライニング材用セラミックファイバーモジュールをライニング施工し、該高温の部位よりも温度の低い部位にアルミナ-シリカ系非晶質セラミックファイバーブランケットをモジュール化した非晶質セラミックファイバーモジュールをライニング施工することを特徴とする加熱炉の耐火断熱ライニング施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は加熱炉の耐火断熱用ライニング材として汎用されるセラミックファイバーモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄プラント、化学プラント等の各種加熱炉の内部ライニングとして、不定形耐火物、耐火煉瓦、セラミックファイバーなどの耐火断熱性材料を用いたモジュールが用いられる。
これらのうち、セラミックファイバーを用いたモジュール（以下、セラミックファイバーモジュールという。）としては、ブランケットやボード等の適宜の形態に加工したものをモジュール化したものが使用される。
【０００３】
セラミックファイバーモジュールを用いたライニングは、不定形耐火物や耐火煉瓦をモジュール材料とするライニングに比べ、蓄熱量が小さく低熱慣性（温度変化に対する抵抗の度合いが低い性質）であるため加熱温度変更時の温度コントロールが容易である。また、セラミックファイバーモジュールは熱伝導率が低いため炉外への放散熱量も小さいという有利性がある。
【０００４】
セラミックファイバーとしては、主として１２５０℃以下で使用されるアルミナ-シリカ系の非晶質セラミックファイバーと、主として１２５０℃以上の高温で使用されるアルミナ（ムライトを含む）系の結晶質セラミックファイバーが利用される。
それらセラミックファイバーのブランケット品をさらに積層圧縮したものや、ブランケット品を折りたたんで取付け金具と一体化したもの等のブロック状モジュールが、炉壁や天井に固定して用いられている。
【０００５】
しかしながら、これらのセラミックファイバーを用いたブロック状モジュールは、耐風速性や耐スケール性が必ずしも十分ではないため、種々の問題を生じうる。
すなわち、耐風速性が十分ではないため、加熱炉内の高温のガス流により、セラミックファイバーが徐々に炉壁から剥離し断熱厚みが減少することで断熱性が低下するという問題がある。また、このとき、剥離した繊維やショット（繊維化の際に副生する粒子状の非繊維物）が被加熱物である製品に混入し製品歩留が低下し、あるいは熱処理工程以降において加工機械に噛み込み、機械および製品を損耗するという問題もある。また、製鉄プラントにおいては、鋼片が加熱された場合に生成する酸化鉄等で構成されるスケールとの反応による劣化（耐スケール性不足）のためにセラミックファイバーの収縮・焼結が促進されて断熱厚みが減少し、あるいは目地開きを生じて断熱性が低下するという問題がある。
【０００６】
上記の問題を解決する手段として、セラミックファイバーの表面にコーティング材等を被覆する種々の技術が提案されている。
例えば、積層体の層間または表面にアルミナまたはムライトファイバーおよび結合剤を含む樹脂コーティング材を塗布したセラミックファイバーが提案されている（特許文献１参照）。そして、これよれば、良好な耐熱収縮性および耐風速性を有するセラミックファイバーが得られるとされている。
【０００７】
また、セラミックファイバーからなるブランケット心材を耐熱クロスのシートで包む耐熱被覆材が提案されている（特許文献２参照）。そして、これによれば、クロスの落下が防止できるとされている。
【０００８】
また、アルミナ分の含有量の高い結晶質ファイバーと粒径を特定したアルミナ粉を必須成分として含有し、セラミックファイバーからなるブランケットの表面に塗布して用いる加熱炉の耐スケール性コーティング材が提案されている（特許文献３参照）。そして、これによれば、炉内ガス流によるファイバー損傷およびスケールの付着、浸潤を防止できるとされている。
【０００９】
また、耐熱性無機繊維質断熱材層の炉内側表面に、アルミナファイバー等の耐熱性無機繊維クロスによって補強されたセラミックス層からなる保護層を設けた炉壁のライニング構造が提案されている（特許文献４参照）。そして、これによれば、還元性ガスやアルカリに対する耐性が強く、耐風速性に優れ、十分な耐久性を有するライニング構造が得られるとされている。
【特許文献１】特公昭６０−１８２９５号公報
【特許文献２】特開平１０−２８８４６７号公報
【特許文献３】特開２００４-１６８５６５号公報
【特許文献４】特開平８−４９９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、これらセラミックファイバーの表面にコーティング材を被覆等する技術は、いずれも、繰り返し加熱によってコーティング材等それら自体に亀裂を生じ、また、セラミックファイバー境界面での剥離を生じるおそれが十分に改善されず、耐風速性や耐スケール性が必ずしも十分ではない。
また、これらセラミックファイバーの表面にコーティング材を被覆等する技術は、いずれも、基材となるセラミックファイバーモジュールを施工した後にコーティング材等の施工作業を行うことが必要である。このため、コーティング材等を用いることなくセラミックファイバーのみを単独で用いる場合に比べて施工が２重３重となって煩雑であり、さらにまた、施工品質のバラツキを生じるおそれがある。
【００１１】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、耐風速性や耐スケール性に優れる耐火断熱ライニング材用セラミックファイバーモジュールおよびこのモジュールを用いた加熱炉の耐火断熱ライニング施工方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、セラミックファイバーの表面にコーティング材等を被覆する技術において避けられない施工の煩雑さのない耐火断熱ライニング材用セラミックファイバーモジュールおよびこのモジュールを用いた加熱炉の耐火断熱ライニング施工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る耐火断熱ライニング材用セラミックファイバーモジュールは、δアルミナを含有するムライト系結晶質からなりアルミナ含有率が６０〜８０質量％である結晶質セラミックファイバーの成形加工品をモジュール化したものであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る耐火断熱ライニング材用セラミックファイバーモジュールは、好ましくは、前記結晶質セラミックファイバー中の４５μｍ以上のショット含有率が５質量％以下であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る耐火断熱ライニング材用セラミックファイバーモジュールは、好ましくは、前記結晶質セラミックファイバーの成形加工品にアルミナ−シリカ系非晶質セラミックファイバーの成形加工品を積層した積層品をモジュール化したものであることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る耐火断熱ライニング材用セラミックファイバーモジュールは、好ましくは、前記結晶質セラミックファイバーの成形加工品または前記積層品がブランケットであり、該ブランケットの複数枚を積層して、モジュール化したものであることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る耐火断熱ライニング材用セラミックファイバーモジュールは、好ましくは、前記成形加工品または前記積層品がブランケットであり、該ブランケットの１枚を折り畳んで圧縮して、モジュール化したものであることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る耐火断熱ライニング材用セラミックファイバーモジュールは、好ましくは、前記結晶質セラミックファイバーの成形加工品または前記積層品がブランケットであり、該ブランケットの１枚を折り畳んで折り目を設けるとともに、該折り目の１または２以上の箇所にアルミナ−シリカ系非晶質セラミックファイバーブランケットを挿入したものを圧縮して、モジュール化したものであることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る加熱炉の耐火断熱ライニング施工方法は、加熱炉の高温の部位に上記の耐火断熱ライニング材用セラミックファイバーモジュールをライニング施工し、該高温の部位よりも温度の低い部位にアルミナ-シリカ系非晶質セラミックファイバーブランケットをモジュール化した非晶質セラミックファイバーモジュールをライニング施工することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る耐火断熱ライニング材用セラミックファイバーモジュールおよびこのモジュールを用いた加熱炉の耐火断熱ライニング施工方法は、セラミックファイバーモジュールとしてδアルミナを含有するムライト系結晶質からなりアルミナ含有率が６０〜８０質量％である結晶質セラミックファイバーの成形加工品をモジュール化したものを用いるため、耐風速性および耐スケール性に優れる。
また、耐火断熱ライニング材用セラミックファイバーモジュールおよびこのモジュールを用いた加熱炉の耐火断熱ライニング施工方法は、セラミックファイバーの表面にコーティング材等を被覆する技術において避けられない施工の煩雑さがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施の形態について、以下に説明する。
【００２１】
本実施の形態に係る耐火断熱ライニング材用セラミックファイバーモジュール（以下、これを本実施の形態に係るモジュールあるいは単にモジュールと略すことがある。）は、δアルミナを含有するムライト系結晶質からなりアルミナ含有率が６０〜８０質量％である結晶質セラミックファイバーの成形加工品をモジュール化したものである。
本実施の形態に係るモジュールのライニング施工対象設備は、耐火断熱性能を必要とするものである限り特に限定するものではないが、高温の加熱炉に好適に用いることができる。
本実施の形態において、δアルミナは微結晶の形態で存在する。
【００２２】
また、本実施の形態において、アルミナ含有率は６０〜８０質量％であり、アルミナ含有率が６０質量％を下回るときは耐熱性が十分でないおそれがあり、一方８０質量％を上回ると結晶粒が粗大化し易く耐久性に問題を生じるおそれがある。なお、以下に記載する他の組成において単に％表示しているものも全て質量％のことである。
アルミナ含有率等の化学組成は、適宜の化学分析により分析することができる。なお、δアルミナを含有するムライト系結晶質の鉱物組成は、ＸＲＤ法により分析することができる。
このような本実施の形態のアルミナを含有するムライト系結晶質からなりアルミナ含有率が６０〜８０質量％である結晶質セラミックファイバーは、例えば三菱化学産資株式会社製Maftec MLS-2等の市販品を入手することができる。
【００２３】
また、本実施の形態において、成形加工品の種類は特に限定するものではなく、例えばブランケットであってもよく、また、ボード等であってもよい。また、ここでモジュール化とは、成形加工品を所定の寸法、形状に加工し、あるいは、成形加工品に必要に応じて所定の付属部品を取り付ける等して施工用ライニング材として好適な形態に加工することをいう。
【００２４】
本実施の形態に係るモジュールは、高温の加熱炉にライニング施工すると、風速に対する剥離抵抗に優れる（耐風速性）とともに、モジュールとスケールとの反応性を抑制する（耐スケール性）ことができる。これは、単繊維の大きな引張強度によるものと考えられる。
すなわち、δアルミナを含有するムライト結晶からなるファイバー（以下、他のファイバーと混乱しない限りこれを単にセラミックファイバーということがある。）は、δアルミナを含有しないことを除いて同組成のムライト結晶からなるファイバーと比べて単繊維の引張強度が大きい。例えばアルミナ含有率が７０質量％程度のもので、δアルミナを含有するファイバーの引張強度は約1500MPaであり、ムライト結晶からなるファイバーの引張強度約1000MPaの値の１．５倍である。この本実施の形態に係るモジュールの単繊維の大きな引張強度が耐風速性および耐スケール性の向上に寄与しているものと考えられる。
【００２５】
また、本実施の形態に係るモジュールは、上記のように耐風速性等に優れるため、加熱炉の耐火断熱ライニング施工を行う際に、セラミックファイバーあるいはセラミックファイバーモジュールの表面にコーティング材等を被覆することなくセラミックファイバーあるいはセラミックファイバーモジュール単独で用いることができるため、コーティング材等を被覆する場合に避けられない施工の煩雑さがない。
なお、本実施の形態に係るモジュールは、高温の加熱炉にライニング施工する際に、耐風速性および耐スケール性の双方が求められるときに限らず、耐風速性および耐スケール性のいずれか一方のみが求められるときにも適用可能であることはいうまでもない。
また、本実施の形態に係るモジュールは、耐風速性および耐スケール性の双方またはいずれか一方が求められる限り、加熱炉の低温部に適用できることも勿論である。
【００２６】
本実施の形態に係るモジュールは、密度を80〜160kg/m3の範囲で任意に選択できるが、密度が高い程ファイバー間の拘束力が高まるため耐風速性は良好となる。
また、本実施の形態に係るモジュールの施工厚みは、特に限定するものではなく、例えば１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度の適宜の厚みとすることができる。
【００２７】
本実施の形態に係るモジュールは、４５μｍ以上のショット含有率が５質量％以下であると、耐風速性の点でより好ましい。ここで、ショットは粒状の形状であり、４５μｍは粒径をいう。
セラミックファイバー中に含まれるショットは、ファイバーによって拘束されていないため風速あるいは振動によってブランケットから飛び出しやすく、したがってショットは極力少ないことが好ましいためである。
ショット含有率（ショット率）は、ＪＩＳ−Ｒ−３３１１により測定することができる。また、セラミックファイバー中のショット含有率は、前駆体法によって結晶質セラミックファイバーが得られる際の紡糸液の条件および繊維化の条件により調整、制御することができる。
【００２８】
また、本実施の形態に係るモジュールは、図１に示すように、成形加工品（結晶質セラミックファイバー成形加工品）がブランケット（セラミックファイバーブランケット）１０であり、ブランケット１０の長尺な１枚を折り畳んで圧縮して、モジュール化したものであると、ライニング材として好適である。
また、本実施の形態に係るモジュールは、図２に示すように、成形加工品（結晶質セラミックファイバー成形加工品）がブランケット（セラミックファイバーブランケット）１０であり、ブランケット１０の複数枚を積層圧縮して、モジュール化したものであってもよい。
なお、成形加工品としてブランケットに変えて例えば真空成型品ボード等を用いる場合は、適宜必要に応じて接着や機械的接合を行う。
【００２９】
加熱炉の炉内温度が高温でなく非晶質セラミックファイバーの耐熱性で十分な場合、上記の成形加工品（結晶質セラミックファイバー成形加工品）にアルミナ−シリカ系非晶質セラミックファイバー成形加工品を積層した積層品であるコンビネーション構造の耐火断熱ライニング材用セラミックファイバーモジュールを用いることも好ましい。
アルミナ−シリカ系非晶質セラミックファイバーは、例えば、電気炉で溶融した原料を細流として取り出し、これをエアーで吹き飛ばすか回転体の遠心力によって繊維化する製法により得られるアルミナ45-50％、シリカ50-55％の組成のアルミナ-シリカ繊維や、アルミナ34-36％、シリカ49-51％、ジルコニア14-16％程度の組成のアルミナ-シリカージルコニア繊維を用いることができる。
【００３０】
これにより、モジュールの結晶質セラミックファイバー成形加工品側を炉内に向けアルミナ−シリカ系非晶質セラミックファイバー成形加工品側を炉壁に向けて配置してライニング施工することで、ライニング材に耐風速性および耐スケール性を付与することができる。このとき、必要に応じて、ブランケット等の形態の結晶質セラミックファイバー成形加工品の厚みを3〜10mm程度にまで減じることが可能であり、これにより、モジュールが結晶質セラミックファイバー成形加工品を単独でモジュール化した場合に比べて安価となる。
【００３１】
上記コンビネーション構造のモジュールは、例えば、結晶質セラミックファイバー成形加工品（ブランケット）にアルミナ−シリカ系非晶質セラミックファイバー成形加工品（ブランケット）を積層して接合した積層品であってもよく、また、これらの積層品の複数をさらに積層して、モジュール化したものであってもよい。
また、上記コンビネーション構造のモジュールは、例えば、結晶質セラミックファイバー成形加工品（例えばブランケット）にアルミナ−シリカ系非晶質セラミックファイバー成形加工品（例えばブランケット）を積層した積層品のアルミナ−シリカ系非晶質セラミックファイバー成形加工品の方を内側にして折り畳んで折り目（プリーツ）を設けたモジュール構造とすることができる。
このとき、モジュールは、例えば図３に示すように、必要に応じて、アルミナ−シリカ系非晶質セラミックファイバー成形加工品１２の端部を切除してもよく、さらにまた、結晶質セラミックファイバー成形加工品１０の１枚を折り畳んで折り目（プリーツ）を設けるとともに、折り目の１または２以上の箇所にアルミナ−シリカ系非晶質セラミックファイバー成形加工品１０を挿入したものを圧縮してモジュール化したものであってもよい。
またさらに、結晶質セラミックファイバー成形加工品にアルミナ−シリカ系非晶質セラミックファイバー成形加工品を積層した積層品のアルミナ−シリカ系非晶質セラミックファイバー成形加工品の方を内側にして折り畳んで折り目を設けるとともに、折り目の１または２以上の箇所にアルミナ−シリカ系非晶質セラミックファイバー成形加工品（例えばブランケット）を挿入したものを圧縮し、モジュール化したものであってもよい。
【００３２】
上記の本実施の形態に係る耐火断熱ライニング材用セラミックファイバーモジュールを用いて加熱炉の耐火断熱ライニング施工方法を行う場合、通常行われる適宜の施工方法を採用することができる。
このとき、加熱炉の高温の部位、例えば１２５０℃以上の部位に本実施の形態に係る耐火断熱ライニング材用セラミックファイバーモジュールをライニング施工し、この高温の部位よりも温度の低い例えば１２５０℃未満の部位にアルミナ-シリカ系非晶質セラミックファイバーブランケットをモジュール化した非晶質セラミックファイバーモジュールをライニング施工（コンビネーション施工）すると、炉体全面あるいは炉壁全面に本実施の形態に係る耐火断熱ライニング材用セラミックファイバーモジュールをライニング施工する場合に比べて、加熱炉の耐火断熱ライニング施工方法を安価に行うことができる。
例えば、高温の炉内表面（炉内壁表面）のみに本実施の形態に係る耐火断熱ライニング材用セラミックファイバーモジュールをライニング施工し、低温の炉外（炉壁）を非晶質セラミックファイバーモジュールで施工することは好ましい一態様である。さらにまた、炉内表面であっても比較的低温の部位について、本実施の形態に係る耐火断熱ライニング材用セラミックファイバーモジュールに代えて非晶質セラミックファイバーモジュールを用いて施工することも好ましい。
【実施例】
【００３３】
実施例および比較例を挙げて、本発明をさらに説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではない。
【００３４】
（実施例１）
密度８０kg/m3、厚み25mmのアルミナ含有率が７２質量％でムライトおよびδアルミナ結晶質からなるファイバーブランケット（三菱化学産資株式会社製  Maftec MLS-2）を８折りに折り畳み、圧縮して一辺が300mmの立方体形状のセラミックファイバーモジュールを作成した。
【００３５】
このモジュールについて耐風速性を評価した。耐風速性の評価は、モジュールを1300℃×8hr加熱処理を行った後、常温にて最大風速30m/secの圧縮空気をモジュール表面に風向30°で最大７日間曝露した後の外観観察により実施した。
また、このモジュール表面に直径８mm×高さ８mmに成形した酸化鉄スケールペレットを載せ、1250℃および1300℃で2hrの加熱処理を行い、定規をモジュール表面から差し込んで反応深さ（mm）を測定して耐スケール性の評価を行った。
【００３６】
（実施例２）
実施例１で用いたものと同じファイバーブランケットを１６層積層し、圧縮して一辺が300mmの立方体形状のセラミックファイバーモジュールを作成し、実施例１と同様の方法で耐風速性および耐スケール性を評価した。
【００３７】
（実施例３）
密度１５２kg/m3、厚み8mmのアルミナ含有率が７２質量％でムライトおよびδアルミナ結晶質からなるファイバーブランケット（三菱化学産資株式会社製  Maftec MLS-2）を４折りに折り畳み、その折り込みプリーツの中に、密度１００kg/m3、厚み37.5mmの非晶質ファイバーブランケット（新日化サーマルセラミックス株式会社製  SC1400ブランケット）を挿入後、圧縮して一辺が300mmの立方体形状のセラミックファイバーモジュールを作成し、実施例１と同様の方法で耐風速性および耐スケール性を評価した。
【００３８】
（比較例１、２）
比較のため、セラミックファイバーとして密度８０kg/m3、厚み25mmのアルミナ含有率が７２質量％でムライト結晶質ファイバーブランケット（三菱化学産資株式会社製  Maftec M）（比較例１）を、および密度１００kg/m3、厚み25mmの非晶質ファイバーブランケット（新日化サーマルセラミックス株式会社製  SC1260ブランケット）（比較例２）を使用したほかは実施例１と同様の条件でセラミックファイバーモジュールを作成し, 耐風速性および耐スケール性を評価した。
【００３９】
表１に、実施例１〜３および比較例１、２のセラミックファイバーモジュールの構成とその耐風速性、耐スケール性の評価結果をまとめて示す。
【００４０】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施の形態に係る折り畳み構造のモジュールの概略構成を示す図である。
【図２】本実施の形態に係る積層圧縮構造のモジュールの概略構成を示す図である。
【図３】本実施の形態に係る結晶質セラミックファイバー成形加工品にアルミナ−シリカ系非晶質セラミックファイバー成形加工品を積層した積層品の折り畳み構造のモジュールの概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  結晶質セラミックファイバー成形加工品（ブランケット）
１２  アルミナ−シリカ非晶質セラミックファイバー成形加工品（ブランケット）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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