(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒュームドシリカを主材とする微孔性断熱材で水冷管の外周を被覆するとともに、前記水冷管と微孔性断熱材との間に金属箔を介挿し、さらに前記微孔性断熱材の外周をセラミックファイバー成形体で包囲してなることを特徴とする加熱炉用水冷管の断熱構造。
【請求項２】
ヒュームドシリカを主材とし表面を金属箔をもって被覆した微孔性断熱材で水冷管の外周を被覆し、さらにその外周をセラミックファイバー成形体で包囲してなることを特徴とする加熱炉用水冷管の断熱構造。
【請求項３】
前記金属箔による前記微孔性断熱材の表面の被覆は、表面を樹脂フィルムで補強したアルミニウム箔の袋により前記微孔性断熱材を真空パックすることにより得られるものである請求項２に記載の加熱炉用水冷管の断熱構造。
【請求項４】
前記セラミックファイバー成形体による包囲は、ドーナツ状またはひも状のセラミックファイバー成形体を水冷管の長さ方向に積層することによりなされる請求項１〜３のいずれかに記載の加熱炉用水冷管の断熱構造。
【請求項５】
前記水冷管と金属箔との間に耐熱性クッション層が介挿される請求項１に記載の加熱炉用水冷管の断熱構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鉄および非鉄金属産業における加熱炉のスキッドパイプ、ライザーパイプ等に使用される加熱炉用水冷管の断熱構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、鋼塊を炉内に連続的に挿入して加熱する連続加熱炉においては、加熱物を移送するためのスキッドレール等が付設され、このスキッドレール等を支持するためにスキッドパイプ、ライザーパイプ等が使用されている。これらのパイプは１０００℃以上の高温に曝されることから、パイプ内に冷却水を通過させる水冷管構造にし、かつその水冷管の外周に断熱層が施した断熱構造が採用される。
【０００３】
図５には、この種の一般的な水冷管の断熱構造が示されている。この従来構造では、図示のように、水冷管５１の外周にはキャスタブル耐火物５２よりなる断熱層が施され、このキャスタブル耐火物５２は水冷管５１の外周面に溶接されて突出される金属製のスタッド５３により支持されている。
【０００４】
しかし、この従来構造では、スタッド５３が金属製であるために熱伝導率が高く、このスタッド５３を伝って水冷管５１内を通過する冷却水へ熱放散されることになって、熱エネルギー効率の低下を招くという問題点がある。
【０００５】
このような問題点に対処するための改善策として、実公昭５０−４２０９８号公報においては、水冷管とスタッドとの間にセラミックファイバーよりなる断熱層を介在させ、水冷管とスタッドとを接触させないようにした構造が提案されている。
【０００６】
また、実公昭６１−４６３９３号公報においては、ドーナツ型のセラミックファイバー成形体を水冷管の長さ方向に積層した断熱構造のものが提案されている。この場合、隣接するセラミックファイバー成形体同士はピンの挿通あるいは締め付け金具によって固定するようにされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記前者の公報（実公昭５０−４２０９８号公報）に記載の断熱構造では、スタッドおよびスタッド取り付け金物に対する冷却機能を有していないために、これらの金物の熱変形や酸化によってキャスタブル耐火物の破壊・脱落を招いてしまうという問題点がある。
【０００８】
一方、前記後者の公報（実公昭６１−４６３９３号公報）に記載の断熱構造では、ピンあるいは締め付け金具の熱変形でセラミックファイバー成形体の切れ目や積層界面に隙間が生じ、断熱効果が低下するとともに、水冷管の熱損傷も懸念されるという問題点がある。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、加熱炉のスキッドパイプ、ライザーパイプ等に適用され、過酷な使用条件下においても優れた断熱効果を得ることのできる加熱炉用水冷管の断熱構造を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前記目的を達成するために、本発明に係る加熱炉用水冷管の断熱構造は、第１に、
ヒュームドシリカを主材とする微孔性断熱材で水冷管の外周を被覆するとともに、前記水冷管と微孔性断熱材との間に金属箔を介挿し、さらに前記微孔性断熱材の外周をセラミックファイバー成形体で包囲してなることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明に係る加熱炉用水冷管の断熱構造は、第２に、
ヒュームドシリカを主材とし表面を金属箔をもって被覆した微孔性断熱材で水冷管の外周を被覆し、さらにその外周をセラミックファイバー成形体で包囲してなることを特徴とするものである。
この第２の特徴を有する発明において、前記金属箔による前記微孔性断熱材の表面の被覆は、表面を樹脂フィルムで補強したアルミニウム箔の袋により前記微孔性断熱材を真空パックすることにより得られるものであるのが良い。
【００１２】
本発明においては、水冷管を被覆する断熱材として、熱伝導率が極めて低いヒュームドシリカを主材とする微孔性断熱材が用いられ、この微孔性断熱材に所要の断熱機能を持たせるようにされ、さらにその微孔性断熱材の外周をセラミックファイバー成形体で包囲するようにされていて、前記微孔性断熱材が管状体から脱離するのが防止される。前記微孔性断熱材は断熱性に優れる反面、微孔性のために高温下での使用で焼結が進むと微孔が消失し、断熱機能が失われ、また微孔性のために組織強度に劣るという欠点を有しているが、この微孔性断熱材をセラミックファイバー成形体にて包囲することで、微孔性断熱材の過焼結と物理的損傷とを防止することができ、水冷管に対する断熱効果は安定的なものとなる。また、セラミックファイバー成形体を固定するのにピンあるいは締め付け金具等の固定具を使用した場合、これら固定具の熱変形でセラミックファイバー成形体の切れ目や積層界面に隙間が生じたとしても、前記微孔性断熱材の存在によって断熱効果が低下することはなく、この結果、水冷管が熱損傷することがない。
【００１３】
本発明で使用する微孔性断熱材は、１００ｎｍ以下の微孔を有し、常温における熱伝導伝率が０．０５ｗ・ｍ−１・ｋ−１以下であるのが好ましい。この条件を満たすために、一般にはインク、タイヤ等の添加物として知られているヒュームドシリカが使用される。このヒュームドシリカは、例えば四塩化ケイ素を水素−酸素の火炎気流中に通すことで製造される。
【００１４】
前記微孔性断熱材を適用することにより、熱伝導率が通常の断熱材の１／３から１／１０と極めて低くなる。これにより、断熱層は薄く、且つコンパクトな構造となる。
【００１５】
シリカ超微粉としてのヒュームドシリカは、通常、次式の結合組織を有する。
【化１】
0003830707.tif 000002
このヒュームドシリカはＯＨ基を有することで、結露等からくる水分との反応で次式の組織に変化し、その際の体積収縮で、断熱材の組織をぜい弱化させる。
【化２】
0003830707.tif 000003
【００１６】
製鉄業の加熱炉の場合、定期修理または故障による修理の際には炉内温度を常温まで下げることがある。このとき、耐火物で被覆した水冷管表面に多量の結露が発生する。微孔性断熱材は、この結露による水分との反応で組織がぜい弱化し、断熱機能が低下する。シリカ超微粉を主材とした微孔性断熱材の場合、結露による組織のぜい弱化はより顕著である。
【００１７】
本発明においては、前記水冷管と微孔性断熱材との間に金属箔が介挿されているので、水冷管表面の結露による水分を金属箔によって遮断することができ、これによって微孔性断熱材の断熱効果の劣化を防止することができる。こうして、優れた断熱効果と信頼性によって、加熱炉のスキッドパイプ、ライザーパイプ等のように過酷な使用条件下で使用される管体においても、その断熱効果を長期にわたって安定的に発揮することができる。
【００１８】
本発明において、前記セラミックファイバー成形体による包囲は、ドーナツ状またはひも状のセラミックファイバー成形体を水冷管の長さ方向に積層することによりなされるのが好ましい。
【００１９】
また、前記水冷管と金属箔との間に耐熱性クッション層が介挿されるのが好ましい。こうすることで、この耐熱性クッション層が金属箔の破損を防止する役目をする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による加熱炉用水冷管の断熱構造の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る加熱炉用水冷管の断熱構造を示す断面斜視図、図１（ｂ）は、セラミックファイバー成形体の斜視図である。
【００２２】
本実施の形態において、水冷管１は、その外周部が微孔性断熱材２で被覆され、さらにその外周がセラミックファイバー成形体３で包囲されている。微孔性断熱材２の具体例としては、シリカ超微粉として粒子径１０〜１００ｎｍ程度のヒュームドシリカを主材とし、必要に応じてチタニア粉、ジルコニア粉、セラミックファイバーを組合わせる。各組成の割合は、例えばチタニア粉：０〜２０質量％、ジルコニア粉：０〜５０質量％、セラミックファイバー：０〜５質量％、残部をシリカ超微粉主体とする。粒子径１０〜１００ｎｍのシリカ超微粉を使用すると、断熱材組織に微細な空隙が形成されることになり、優れた断熱効果を発揮する。
【００２３】
微孔性断熱材２は、前述の粉体よりなる配合組成を袋詰めにした状態での成形体、あるいは前述の粉体よりなる配合組成を成形した後、焼成したもの等である。このうち、粉体を袋詰めにした状態での成形体を用いれば、曲げや切断加工が容易であることから現場合わせも可能であり、より精度の高い断熱構造を得ることができる。
【００２４】
また、セラミックファイバー成形体３による包囲は、例えばドーナツ状またはひも状のセラミックファイバー成形体３を水冷管の長さ方向に積層して行われる。図１の例では、ドーナツ状のセラミックファイバー成形体３が示されている。このセラミックファイバー成形体３には、微孔性断熱材２の外周に嵌合させるために切れ目４が入れられる。この切れ目４については、微孔性断熱材２の外周に嵌合させた後に、締付け金具または固定ピン等で係止するのが好ましい。
【００２５】
なお、図示されていないが、ひも状のセラミックファイバー成形体の場合には、このセラミックファイバー成形体を微孔性断熱材２の外周に巻き付けることによって積層させる。
【００２６】
前記セラミックファイバー成形体３は図に示す一重に限らず、材質の異なるセラミックファイバー成形体をもって多層にしてもよい。また、セラミックファイバーの材質は、アルミナ質あるいはアルミナ−シリカ質が一搬的である。アルミナ質はアルミナ−シリカ質に比べて耐熱性に優れる反面、価格が高い。このため、セラミックファイバー成形体を、例えば上層にアルミナ質、下層にアルミナ−シリカ質の多層構造にしてもよい。
【００２７】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る加熱炉用水冷管の断熱構造を示す断面斜視図である。
【００２８】
本実施の形態においては、水冷管１と微孔性断熱材２との間に金属箔５が介挿されている。ここで、金属箔５の材質例としては、アルミニウム、ステンレス、鉄等である。中でも加工性、耐酸性および経済性を兼ね備えるアルミニウムを用いるのが好ましい。なお、アルミニウム箔等の金属箔５をもって表面を被覆した微孔性断熱材２を使用した場合にも、水冷管１と微孔性断熱材２との間に金属箔５を介挿させた構造を得ることができる。例えば表面をポリエチレン等の樹脂フィルムで補強したアルミニウム箔の袋で真空パックした微孔性断熱材を用いることができる。
【００２９】
本実施の形態において、金属箔５、特にアルミニウム箔は水冷管１の付着物、突起物等と接触して破損することが懸念される。そこで、この金属箔５を使用した場合には、図３に示されるように水冷管１と金属箔５との間にセラミックファイバーシート等の耐熱性クッション層６を介挿し、これによって金属箔５の破損を防止するようにするのが好ましい。ここで、セラミックファイバーシートの材質としては、アルミナ質、アルミナ−シリカ質等を選択するのが良い。また、その厚さは１〜１０ｍｍ程度の薄層とするのが良い。
【００３０】
【実施例】
次に、製鉄業の連続加熱炉において使用されるスキッドパイプに適用した実施例および比較例について説明する。
【００３１】
実施例：
シリカ超微粉としてヒュームドシリカを使用し、このヒュームドシリカを主材とした、厚さ１０ｍｍで常温における熱伝導率０．０２１ｗ・ｍ−１・ｋ−１の微孔性断熱材をもって外径１６５ｍｍの水冷管を被覆し、さらにその上を、厚さ６５ｍｍのアルミナ質セラミックファイバー成形体で包囲した。
比較例：
外径１６５ｍｍの水冷管を、厚さ７５ｍｍのアルミナ質セラミックファイバー成形体のみで包囲した（従来の断熱構造に相当）。
ここで、実施例、比較例ともにセラミックファイバー成形体は厚さ６５ｍｍのドーナツ型とし、水冷管の長さ方向に積層して設けた。
【００３２】
図４は、前述の実施例および比較例の断熱構造において、その計算境界温度を示すグラフである。実施例の断熱構造（実線）においては、従来の断熱構造に相当する比較例（破線）に比べ、放散熱量が２５％低減していることが確認できた。また、実施例においては、セラミックファイバー成形体による保護作用で、微孔性断熱材はその優れた断熱効果を長期にわたって発揮することができた。
【００３３】
前記実施例の構造において、さらに水冷管と微孔性断熱材との間にアルミニウム箔を介在させた例では、水冷管に生じる結露からの水分を遮断し、微孔性断熱材がもつ断熱効果がより確実なものになった。
【００３４】
また、アルミニウム箔を介在させた前記実施例において、水冷管とアルミニウム箔との間に、耐熱性クッション層として厚さ１０ｍｍのアルミナ質ファイバー層を設けた例では、前記アルミニウム箔の破損防止効果によって、断熱構造の信頼性がさらに向上した。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る加熱炉用水冷管の断熱構造を示す断面斜視図、図１（ｂ）は、セラミックファイバー成形体の斜視図である。
【図２】  図２は、本発明の第２の実施の形態に係る加熱炉用水冷管の断熱構造を示す断面斜視図である。
【図３】  図３は、第２の実施の形態の変形例を示す断面斜視図である。
【図４】  図４は、断熱における計算境界温度を示したグラフである。
【図５】  図５は、従来の断熱キャスタブル用いた断熱構造の断面斜視図である。
【符号の説明】
１  水冷管
２  微孔性断熱材
３  セラミックファイバー成形体
４  切れ目
５  金属箔
６  耐熱性クッション層
【図１】
0003830707.tif 000004
【図２】
0003830707.tif 000005
【図３】
0003830707.tif 000006
【図４】
0003830707.tif 000007
【図５】
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