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この項目の情報は公開日時点(2002年4月10日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

本発明は、復元性の優れているアルミナ繊維ブロックを提供することを目的としている。

解決手段

アルミナ繊維からなるマットによって形成されたアルミナ繊維ブロックにおいて、アルミナ繊維が、三次元ランダム配向し、かつ、相互に絡み合う状態にあり、圧縮前の嵩密度が20〜60kg/m3であるマットが、積層されて300〜500%圧縮されており、圧縮後のブロックの嵩密度が60〜200kg/m3であることを特徴とするアルミナ繊維ブロック。

概要

背景

従来から、無機繊維で形成したマットブランケット又はフェルトを積層して作られた無機繊維ブロックが、工業炉炉壁材として広く使用されている。

このようなブロックを構成する無機繊維としては、アルミナシリカ繊維が多く用いられている。最近では、より高温で使用できるアルミナ繊維の使用が増加している。

この種のブロックは、主に次の方法で製造される。

まず、ブランケットを同じ大きさに切断して小片とし、これらの小片を積層して、積層体とする。また、細長いブランケットを折りに積層して積層体とする。このようにして得られた積層体を圧縮しつつ、バンド締めや縫製によって所定の形状に固定してブロックとする。

このブロックを炉壁材として用いる際には、ブランケットの切断面あるいは折り曲げられた部分の端面が炉の内面側にくるように、炉の側壁天井に取り付けられる。

しかし、無機繊維ブロックは、長時間高温で使用されると、徐々に復元性耐熱性が低下し、その結果、無機繊維ブロックの目地が開いて、炉壁材としての性能が低下する。また、長時間の使用により結晶成長して繊維が脆くなり、粉塵となって炉内を汚染する。

この目地開きを防ぐ対策の一つとして、無機繊維ブロックの復元性を大きくすることが提案されている。例えば、特開平8−174687号公報は、圧縮したアルミナ繊維の集積体有機バインダーが均一に含有されており、有機バインダーの分解後、元の厚さの1.05倍以上に復元する無機繊維成形体を開示している。

また、特開昭62−69870号公報には、アルミナ繊維が三次元ランダム配向し、緊張した状態で結合した復元性に優れたマットが開示されている。

概要

本発明は、復元性の優れているアルミナ繊維ブロックを提供することを目的としている。

アルミナ繊維からなるマットによって形成されたアルミナ繊維ブロックにおいて、アルミナ繊維が、三次元ランダムに配向し、かつ、相互に絡み合う状態にあり、圧縮前の嵩密度が20〜60kg/m3であるマットが、積層されて300〜500%圧縮されており、圧縮後のブロックの嵩密度が60〜200kg/m3であることを特徴とするアルミナ繊維ブロック。

目的

本発明は、復元性に優れているアルミナ繊維ブロックを提供することを目的としている。さらに、本発明は、炉内を汚染しにくいアルミナ繊維ブロックを提供することを目的としている。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

アルミナ繊維からなるマットによって形成されたアルミナ繊維ブロックにおいて、アルミナ繊維が、三次元ランダム配向し、かつ、相互に絡み合う状態にあることを特徴とするアルミナ繊維ブロック。

請求項2

アルミナ繊維からなるマットによって形成されたアルミナ繊維ブロックにおいて、圧縮前の嵩密度が20〜60kg/m3であるマットが、積層されて300〜500%圧縮されており、圧縮後のブロックの嵩密度が60〜200kg/m3であることを特徴とするアルミナ繊維ブロック。

請求項3

アルミナ繊維からなるマットによって形成されたアルミナ繊維ブロックにおいて、アルミナ繊維が、三次元ランダムに配向し、かつ、相互に絡み合う状態にあり、圧縮前の嵩密度が20〜60kg/m3であるマットが、積層されて300〜500%圧縮されており、圧縮後のブロックの嵩密度が60〜200kg/m3であることを特徴とするアルミナ繊維ブロック。

請求項4

アルミナ繊維の一部は、平面に投影した形が、環状になることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載のアルミナ繊維ブロック。

請求項5

1200℃で8時間加熱後の復元率が150%以上であることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載のアルミナ繊維ブロック。

請求項6

不純物として、Na+Kの合計が300ppm以下であり、Feが200ppm以下であり、Cuが2ppm以下であり、Niが2ppm以下であることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載のアルミナ繊維ブロック。

技術分野

0001

本発明は、復元性に優れたアルミナ繊維ブロックに関し、さらに炉内を汚染しにくいアルミナ繊維ブロックに関する。

背景技術

0002

従来から、無機繊維で形成したマットブランケット又はフェルトを積層して作られた無機繊維ブロックが、工業炉炉壁材として広く使用されている。

0003

このようなブロックを構成する無機繊維としては、アルミナシリカ繊維が多く用いられている。最近では、より高温で使用できるアルミナ繊維の使用が増加している。

0004

この種のブロックは、主に次の方法で製造される。

0005

まず、ブランケットを同じ大きさに切断して小片とし、これらの小片を積層して、積層体とする。また、細長いブランケットを折りに積層して積層体とする。このようにして得られた積層体を圧縮しつつ、バンド締めや縫製によって所定の形状に固定してブロックとする。

0006

このブロックを炉壁材として用いる際には、ブランケットの切断面あるいは折り曲げられた部分の端面が炉の内面側にくるように、炉の側壁天井に取り付けられる。

0007

しかし、無機繊維ブロックは、長時間高温で使用されると、徐々に復元性、耐熱性が低下し、その結果、無機繊維ブロックの目地が開いて、炉壁材としての性能が低下する。また、長時間の使用により結晶成長して繊維が脆くなり、粉塵となって炉内を汚染する。

0008

この目地開きを防ぐ対策の一つとして、無機繊維ブロックの復元性を大きくすることが提案されている。例えば、特開平8−174687号公報は、圧縮したアルミナ繊維の集積体有機バインダーが均一に含有されており、有機バインダーの分解後、元の厚さの1.05倍以上に復元する無機繊維成形体を開示している。

0009

また、特開昭62−69870号公報には、アルミナ繊維が三次元ランダム配向し、緊張した状態で結合した復元性に優れたマットが開示されている。

発明が解決しようとする課題

0010

しかし、これらの従来技術には、次のような課題があった。

0011

特開平8−174687号公報に示された無機繊維成形体では、バインダー含浸する工程が必要であり、そのため生産性が劣るとともに、有機物嫌う炉には使用できない。

0012

また、特開昭62−69870号公報に示されたマットは、緊張した状態で結合しているため、300%以上に圧縮すると繊維が折れて復元性が低下してしまう。

0013

さらに、従来のアルミナ繊維は、長時間高温で使用すると、不純物の影響により、繊維の結晶が成長し、強度や耐熱性が低下したり、繊維が粉塵となって炉内を汚染する。

0014

本発明は、復元性に優れているアルミナ繊維ブロックを提供することを目的としている。さらに、本発明は、炉内を汚染しにくいアルミナ繊維ブロックを提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0015

本発明の解決手段は、好ましくは、次に示す特徴を有するアルミナ繊維ブロックである。

0016

(1)アルミナ繊維からなるマットによって形成されたアルミナ繊維ブロックにおいて、アルミナ繊維が、三次元ランダムに配向し、かつ、相互に絡み合う状態にある。

0017

(2)アルミナ繊維からなるマットによって形成されたアルミナ繊維ブロックにおいて、圧縮前の嵩密度が20〜60kg/m3であるマットが、積層されて300〜500%圧縮されており、圧縮後のブロックの嵩密度が60〜200kg/m3である。

0018

(3)アルミナ繊維の一部は、平面に投影した形が、環状になる。

0019

(4) 1200℃で8時間加熱後の復元率が150%以上である。

0020

(5)不純物であるNa、K、Fe、Cu、Niの含有量は、Na+Kの合計が300ppm以下であり、Feが200ppm以下であり、Cuが2ppm以下であり、Niが2ppm以下である。

発明を実施するための最良の形態

0021

本発明のアルミナ繊維は、所謂ゾルゲル法製作することができる。この方法は、まず、一定の温度及び湿度に制御した雰囲気中で、粘度を調整した紡糸液を繊維化し、前駆体繊維を得る。次に、この前駆体繊維を焼成し、繊維に含まれる有機物、水分などを分解し、それぞれの組成に応じた結晶質繊維を得る。アルミナ繊維は、アルミナの含有量が70%以上であり残部がシリカである、主にムライト結晶またはコランダム結晶からなる。

0022

繊維化方法は、メルトブロー法スピニング法が採用できる。

0023

メルトブロー法は、紡糸液を小穴から押し出して、これに高圧エアーを吹き付けて繊維化する。

0024

スピニング法は、小穴を設けたカップに紡糸液を入れて、カップを回転させ、遠心力で紡糸液を押し出し、これに高圧のエアーを吹き付けて繊維化する。スピニング法は、平面に投影した形が環状となる繊維を製作する場合に好ましい方法である。

0025

本発明でいう環状とは、輸のように完全に閉じるている形状のみでなく、輪の一部が欠落した半円弧状のような形状も含む。環状部分は、バネのような働きがあり、圧縮された際に反発力が大きい。環状部分を有する繊維を用いれば、小さな嵩密度でも大きな復元が得られる。

0026

図1は、本発明の1つの実施態様による、複数の環状部分を有する繊維の一例を示す。図2は、本発明の別の実施態様による、環状部分のない繊維の例を示す。

0027

図1から明らかなように、アルミナ繊維の複数部分が、平面に投影した形でみたとき、環状になっている。

0028

三次元ランダムに配向する状態とは、繊維が特定の方向のみに配向するのではなく、三次元のあらゆる方向にランダムに、つまり秩序なく配向している状態である。

0029

例えば、繊維化直後の前駆体繊維を集綿する際に、金網を通して吸引すると、繊維は繊維単体で落下し、金網と平行に二次元に配向する。しかし、吸引力を調整し、外力を受けることなく堆積させると、前駆体繊維は三次元ランダムに配向する。このように繊維が三次元ランダムに配向することにより、嵩密度が小さいマットを製作することが可能になる。

0030

アルミナ繊維が相互に絡み合う状態とは、繊維同士が交点接着することなく互いに絡んでいる状態である。

0031

前駆体繊維の積層体は、40%以下の相対湿度中で取り扱うことが好ましい。40%を越えると、前駆体繊維が水分を吸着して繊維の交点で接着し、焼成の際に繊維同士が融着してしまう可能性が大きくなる。繊維同士が融着すると、繊維が緊張した状態になり、圧縮率を300%以上に圧縮したとき繊維が折れやすくなる。

0032

このようにして製作した前駆体繊維の積層体を焼成してマットとする。

0033

圧縮前のマットの嵩密度は20〜60kg/m3である。マットの嵩密度は、小さい方が好ましい。嵩密度の小さいマットを大きく圧縮することにより復元率の大きいブロックが得られる。しかし、20kg/m3未満では、マットの強度が弱く、取り扱い性が悪くなる。また、60kg/m3を越えると、ブロックの嵩密度が上がりすぎる。さらに、繊維が折れやすくなる。

0034

本発明のアルミナ繊維ブロックを成形する方法としては、マットを小片の形で多数枚用意し、それらを積層させ、圧縮した状態で有機あるいは無機長繊維で縫製する方法や、大きなマットを葛折り状に又はアコーデオン状に積層させ、その後圧縮してバンド等で固定する方法、或は、予め300mmにマットを切り出して所定の厚さに圧縮してバンドで固定する方法等が採用できる。

0035

本発明のアルミナ繊維ブロックの圧縮率は、300〜500%が好ましい。

0036

圧縮率は、{(圧縮前の厚さ)÷(圧縮後の厚さ)}×100(%)で表す。圧縮率が300%未満では、ブロックの熱伝導率が大きく断熱性に劣るとともに復元性も劣る。圧縮率が500%を越えると、繊維が折れやすくなり、加熱後の復元性が悪くなる。

0037

復元率は、次のようにして測定する。ブロックの圧縮方向が所定の寸法を維持するように、荷重をかける。この寸法を保持前の厚さとする。荷重をかけたブロックを所定の温度で、所定の時間保持する。その後荷重を取り除き、このときの寸法を保持後の厚さとする。ここで復元率は、{(保持後の厚さ)÷(保持前の厚さ)}×100(%)で表す。

0038

本発明のアルミナ繊維ブロックは、復元率が150%以上であるのが好ましい。復元率が大きいほど加熱された際の収縮が小さく、目地開きが生じにくい。本発明のアルミナ繊維ブロックを炉壁材として使用した際に、目地開きを防止するには、復元率が150%以上であることが好ましい。

0039

本発明のアルミナ繊維ブロックにおいて、繊維に含まれる不純物としては、Na、K、Fe、Cu、Niが重要である。これらの不純物が多いと、繊維の結晶成長が進行しやすく、その結果、繊維の強度が低下し、繊維が粉塵となって炉内に飛散しやすくなる。この理由により、アルミナ繊維ブロックに含まれる不純物としては、好ましくは、NaとKの合計が300ppm以下、Feが200ppm以下、Cuが2ppm以下、Niが2ppm以下である。

0040

以下、本発明の実施例1〜3を説明する。

0041

まず、塩基性塩化アルミニウム溶液コロイド状シリカをアルミナに換算して72wt%となるように混合し、この混合液100重量部に対し20重量部の乳酸を加え、加熱濃縮して粘度150ポイズの紡糸液を得た。この紡糸液を直径0.3mmのノズル孔を持つカップに一定量供給しながら3000rpmで回転させた。カップから流出する紡糸液を相対湿度10%の高圧エアーで吹精して前駆体繊維を得た。この前駆体繊維は、ゆっくり落下し、三次元ランダムに配向し、嵩高い状態で堆積した。このときの雰囲気は、相対湿度が30%であった。この堆積した繊維を1250℃で40分加熱してマットを得た。このマットの繊維は、ムライト結晶を析出し、三次元ランダムに配向し、相互に絡み合う状態であった。繊維同士の結合はなかった。

0042

このマットを300mm角の小片に切断し、多数枚重ねて圧縮し、バンドで固定して300×300×300mmのブロックを製作した。

0043

このブロックを加熱炉に炉壁材として施工して評価を行った。施工方法は、ブロックの圧縮方向が1個置きに直角になる千鳥施工で行った。

0044

実施例1〜3の特性を表1に示す。

0045

ID=000003HE=060 WI=139 LX=0355 LY=1200
復元率の測定は、300×300×300mmのブロックを試料として、室温及び1200℃でそれぞれ8時間保持して行った。

0046

目地開きは、各条件のブロックを施工した炉で、1400℃で1ケ月加熱し、加熱後のブロックの目地開きを測定した。目地開きが小さいほど、耐熱性に優れている。

0047

石英ガラス汚染性は、繊維0.3gを粉砕して石英ガラス板上の30mm角に置いて、1300℃で6時間加熱し、その後、石英ガラスの失透を観察した。

0048

比較例1および2は、実施例1〜3と同様にしてブロックを製作し、その特性を測定した。その結果を表1に示す。

0049

比較例1は、二次元に配向した、嵩密度100kg/m3の素材を130%圧縮して製作した従来品の例である。復元率が小さく、目地開きが大きい。

0050

比較例2は、実施例1〜3で作製した前駆体繊維の積層体を、相対湿度50%の雰囲気中で10分間保持し、その後焼成してマットとしたものである。このマットを用いてブロックを製作した。マットが三次元に配向し緊張した状態で繊維同士が結合しており、圧縮の際に繊維が折れてブロックの復元性が劣る。

発明の効果

0051

本発明のアルミナ繊維ブロックは、復元性に優れており、炉壁材として使用した際に、目地開きが少なく、耐熱性に優れている。従って、本発明のブロックを炉壁材として使用すれば、炉を安全に長時間使用できる。

0052

さらに、不純物の少ないブロックを用いれば、炉内の汚染が少なく、高品質熱処理が可能である。

図面の簡単な説明

0053

図1本発明の1つの実施態様による、環状部分を含むアルミナ繊維の一例を示す顕微鏡写真
図2本発明の別の実施態様による、環状部分を含まないアルミナ繊維の一例を示す顕微鏡写真。

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