JPH0476387A - 高温炉用ジルコニア質ライニング構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は高温炉の耐火ライニング材、より詳細には、
断面形状において同一であるジルコニア成形体を互に嵌
合して一体平板状に組合わせて接合面からの熱リークを
防止しうるようにしたジルコニア質ライニング材に関す
る。

〔従来の技術〕

ジルコニアＺ　ｒ　０２は、約２７１５℃という高融点
をもち、熱伝導性が非常に低く、高温において低い電気
抵抗度を、低温において高い電気抵抗度を有し、化学的
安定性に優れて塩基性及び酸性鉱滓に濡れず、揮発性が
低く、更にモース硬度が７以上であることなど他のセラ
ミックスにない優れた特性を有している。

これらの特性を活かしてジルコニアが研磨、研削材、電
子材料、陶磁器用顔料、ガラス添加剤、センサー用材料
などの用途の他、耐火成形物に使用されている。

一般に高温用の電気炉では最近省エネルギーの見地から
Ａ　１２０３質フアイバーボードが使われているが、そ
の耐熱温度は通常１７００℃であり１８００℃を越える
ような場合は塩基性煉瓦やジルコニア煉瓦を使わざるを
得ない。これらの煉瓦は炉の熱容量を大きくし、昇温に
多くのエネルギーを必要とし、また熱スポーリングに弱
く、急激な昇降温は不可能である。またジルコニアファ
イバーボードではジルコニア本来の熱間クリープ性のた
めに撓み易くあまり長尺物の天井板はむずかしい。また
、従来のライニング材形状は短冊状の部材の組合わせか
らなるもので、各部材の接合面からの熱り−クが生じや
すかった。

かくて本発明は１８００℃を越える高温で使用でき煉瓦
のような大きな熱容量をもたず、かつ熱スポーリングに
強く、熱リークを防止できる断熱性ランニング材料を提
供することを目的とするものである。

本発明者は先にジルコニアファイバー成形体とジルコニ
ア質複合耐火物について特許出願した（特開昭６２−２
６０７８０号公報と同６３２９７２６７号公報）が、そ
こで得られたジルコニア質材料を改良して用いることに
よって上記目的を良好に達成し得ることを見出して本発
明、に至ったものである。

〔発明の概要〕

かくて本発明は、ジルコニア質の受熱面側部材とジルコ
ニア質の背面側部材とからなり、該受熱面側部材と該背
面側部材が配列方向において同一の断面形状を有し、該
受熱面側部材と該背面側部材を交互に向き合わせて嵌合
させ一体平板状に組合わせた高温炉用ジルコニア質ライ
ニング材を提供するものである。

この発明の好ましい態様として、受熱面側部材が高密度
部材からなり、背面側部材が低密度部材からなるものと
することができる。

この発明の好ましい他の態様として、受熱面側部材がジ
ルコニア粉末とジルコニアファイバーとから構成され、
その嵩比重が３．０〜５．５であり、背面側部材がジル
コニアファイバー、またはジルコニアファイバーとジル
コニア粉末とから構成され、その高比重が１．０〜４．
５であるものとすることができる。

〔発明の詳細な説明〕

以下、本発明について詳しく説明する。

本発明のライニング材は互に同一の断面形状を有し嵌合
して一体平板状に組合わせつるジルコニア質受熱面側部
材とジルコニア質背面側部材とからなるものであり、そ
の受熱面側部材としては通常高密度部材が用いられる。

その高密度部材としてはジルコニアファイバーとジルコ
ニア粉末とから構成され、その嵩比重が３．　０〜５．
５の範囲のものを用いるのが好ましい。

ジルコニアファイバーとしては純ジルコニアファイバー
の外に各種安定化剤で安定化されたジルコニアファイバ
ー、たとえばライム安定化ジルコニアファイバー、マグ
ネシア添加ジルコニアファイバー、イツトリア安定化ジ
ルコニアファイバーなどを用いることができる。この中
ではイツトリア安定化ジルコニアファイバーが好んで用
いられる。その繊維長及び繊維径は各々たとえば０．１
〜５０ｍｍと０．１〜２．０μｍの範囲のものである。

このジルコニアファイバーは、種々の方法により製造す
ることができ、たとえばジルコニウム塩の水溶液を出発
原料（紡糸液）としてこれを繊維化して、繊維前駆体（
プリカーサ−）を形成し、繊維前駆体を高温で焼成して
製造することができ、ジルコニア耐火物の用途、形状な
どに応じて適宜選択することができる。

ジルコニア粉末は化学式Ｚ「０２を有する酸化ジルコニ
ウムから本質的になるものであり、この他目的に応じて
炭酸ジルコニウム、水酸化ジルコニウム化合物やそれら
に酸化物Ｙ　２０３、ＭｇＯ１ＣａＯなどの安定化材を
添加したものも含まれる。

このジルコニア粉末の粒度は特に制限されないが、通常
０．１〜１０００μｍ１好ましくは０，５〜５μｍの範
囲のものが用いられ、一定粒度のもののみを用いてもよ
く、また粗いものと細かいものなど別異の粒度のものを
混合して用いることもできる。

ジルコニアファイバーとジルコニア粉末の混合割合はジ
ルコニア粉末１００重量部に対しジルコニアファイバー
を５〜２００重量部、好ましくは１０〜１００重量部の
範囲である。

これら両者の外に各種添加剤、たとえばバインダー、多
孔化剤、界面活性剤、分散剤、凝集剤を添加することが
できる。バインダーとしてはたとえばポリエチレンオキ
シド等の合成高分子、メチルセルロース等のセルロース
誘導体、デンプンまたはその誘導体、ペクチンなどの動
植物性粘質物の外にジルコニアゾル、ジルコニウム塩水
溶液を用いることができる。このジルコニアゾルとジル
コニウム塩水溶液はジルコニアファイバーとジルコニア
粉末合計量１００重量部に対して２〜３０重量部の範囲
用いるのが好ましい。

また多孔化剤は成形物の軽量化をはかるためで、たとえ
ば発泡スチロールビーズなどの有機球や各種繊維が上記
合計量１００重量部に対して５〜１００重量部用いるこ
とができる。

このように、ジルコニアファイバーとジルコニア粉末に
必要に応じて加える各種添加剤を加えよく混練したのち
適宜形状に成形し、焼成する。その形状については後で
説明するが、成形には鋳込み、一方向プレス、アイソス
タチックプレス、押出しなどの各種方法を用いることが
できるが、オーガーマシンによる押出し成形が能率的で
ある。

焼成温度は１８００〜２２００℃か好ましく、１８００
℃未満では使用時変形を生じ、２２００℃を越えると、
過焼結となり焼成時の変形を生じ易くなる。

高密度部材は自身の重さや上部ライニング材の荷重に耐
え、特に熱間のクリープ変形を実用上問題のない範囲に
抑制させるためにある程度の密度が必要である。発明者
等は種々の実験より木材としては嵩比重３．　０〜５．
５ｇ／ｃｍ３の複合材が適することを見きわめた。

次に、本発明のライニング材の背面側部材としては通常
低密度部材が用いられるが、本発明のライニング材の低
密度部材としては、ジルコニアファイバー、又はジルコ
ニアファイバーとジルコニア粉末とから構成され、その
高比重が１．　０〜４．５の範囲のものを用いるのが好
ましい。

ジルコニアファイバーから構成されるジルコニアファイ
バーボードは通常上述のようなジルコニアファイバーと
その結晶安定化剤または加熱によりこの結晶安定化剤に
なる前駆体からなる結合剤を水やアルコール等に懸濁せ
しめ、その懸濁液から抄造成形して板状成形体を形成し
、乾燥し、焼成してつくられる。

その結合剤はマグネシウム、イツトリウム、カルシウム
、サマリウム、カドミウム、ランタン、及びネオジムの
酸化物、炭酸塩、塩基性炭酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、
硝酸塩、塩化物、及び硫酸塩から選ばれた少なくとも１
種の結晶安定化剤またはその前駆体である。その結合剤
は、通常０．１μｍ〜０．３ｍｍの粒度をもっている。

結合剤の添加量は、ジルコニアファイバー１００重量部
に対して酸化物換算で１〜３０重量部、好ましくは４〜
１０重量部である。

ジルコニアファイバー及び結合剤以外に、必要に応じて
種々の添加剤を含めることができる。例えば、アルミナ
、ジルコニア、シリカなどの通常の耐火物粉末を添加し
て複合材とすることができるとともに、最終製品の成形
体に各種の性能を付与するために種々の補助材を添加し
うる。

抄造成形以外にも、目的とする最終製品の形態に応じて
種々の手法によって実施することができる。

焼成温度は、添加する結合剤の金属塩や金属酸化物の種
類によって適宜変更することが望ましい。

例えば、その温度は１０００〜１５００℃である。

焼成温度に加熱し、所定時間維持して、ジルコニアファ
イバー成形体を得る。

または低密度部材は、上述のジルコニアファイバーとジ
ルコニア粉末とから構成される複合体において、軽量化
材を増量して低密度化したものである。具体的には、上
述の多孔化剤をジルコニアファイバーとジルコニア粉末
合計量１００重量部に対して５〜１００重量部用いるこ
とができる。

これらの低密度部材の嵩比重は１．０〜４，５の範囲で
ある。嵩比重が１．０未満では、使用時収縮が大きく、
反り変形が起き易い。一方、４．５を越える場合には、
断熱性不良、蓄熱量大となり、急昇温炉用ライニング材
として不適となる。

本発明のライニング材はジルコニア質の受熱面側部材と
背面側部材、好ましくは上述のジルコニア質の高密度部
材とジルコニア質の低密度部材とを組合わせてなる複合
体である。すなわち、受熱面側部材と背面側部材が同一
断面形状を有し、該受熱面側部材と該背面側部材を交互
に向き合わせて嵌合させ一体平板状に組合わせてなるも
のである。その組合わせの数例を示せば第１図〜第７図
に示すような組合わせが挙げられる（各図中、下方を受
熱面側、上方を背面側とする）が、これらに限定される
ものではない。第８図は断面長方形をなす従来例のライ
ニング材を短冊状に配列した状態を示している。

以下各図について順次説明する。まず第１図には、配列
方向の断面が「工」の字状で同一形状の受熱面側部材１
と背面側部材２を交互に向き合わせて嵌合させ一体平板
状に組合わせたライニング材を示す。ここで配列方向と
は、図中で左右の方向をいう。

第２図（ａ）、（ｂ）は第１図に示した各部材をさらに
詳しく説明する分解斜視図で、第２図（ａ）において「
工」字形の断面を有する受熱面側部材１は下方長辺状の
受熱部３と上方短辺状の係合部４とそれぞれをその中央
部で垂直方向に結ぶ接続部５とからなり、一方第２図（
ｂ）において逆「工」字形の断面の背面側部材２は上方
長辺状の背面部６と下方短辺状の係合部７とそれぞれを
中央部で垂直方向に結ぶ接続部８とからなる。

受熱部３と背面部６、部材１の係合部４と部材２の係合
部７、部材１の接続部５と部材２の接続部８とは夫々互
に同一の寸法を有しており、部材１と部材２は全体に同
一の寸法形状を有するようにつくられている。しかも部
材】の接続部５において形成される凹部９に部材２の係
合部７が嵌合され、部材２の接続部８において形成され
る四部１０において部材１の係合部４が嵌合されるよう
につくられている。

両部材はこのように形成されているので、つぎつぎと受
熱面側部材１と背面側部材２とが交互に対向して嵌合さ
れて一体平板状に組合わすことができる。

なお、部材１と部材２は互に嵌合できる範囲で互に一部
寸法を変えることができる。たとえば図に示したものは
受熱部３と背面部６とが同一形状で同じ厚さ（図中の上
下方向）のものを示しであるが、その厚さを適宜変える
ことができる。

第３図は受熱面側部材１の受熱部３と係合部４の水平方
向の辺（但し受熱面を成す辺を除く）にある角度のテー
パー１１をつけ係合部４を略六角形状に形成し、背面側
部材２をこれと対応するような寸法形状に形成した例を
示すものである。又第４図は上記第３図のテーパー１１
の方向をそれと反対の方向１２とした形状をなし、係合
部４はあたかも蝶かはねを拡げた如き形状をなしている
例を示している。

第５図は受熱面側部材１と背面側部材２が断面口の字状
乃至はＴの字状のものを、第６図は第５図の凸の字状の
ものを２つ並べた形状のものを、第７図は断面凹の字状
のものを、それぞれ示す。

これら第３図〜第７図に示したものも、第１図および第
２図において説明したように、受熱面側部材１と背面側
部材２とを交互に向き合わせて嵌合させ一体平板状に組
合わされる。

第１図〜第７図に示すような組合わせによれば、受熱面
側部材と背面側部材の接合面は第８図に示すように短冊
状に組合わされた従来のものとは異なり単純な平面では
ないので、接合面に沿って起こる熱リークを小さく押え
ることができる。また、受熱面側の接合面からリークし
た熱は断熱性の良好な背面側部材に接して熱の伝導が妨
げられるため背面側への熱の伝導を小さく押さえること
ができる。

ジルコニア質高密度部材は蓄熱量が多くかつ断熱性に劣
るが、撓み変形し難い。一方、ジルコニア質低密度部材
は断熱性は良好であるが、撓み変形し易い。このような
撓み変形し易いが断熱性の良い低密度部材と断熱性に劣
るが撓み変形し難い高密度部材とを、受熱面側には高密
度部材を、背面側には低密度部材を組合わせ複合化する
ことにより、両部材の欠点が相殺され利点を併せ持つ、
すなわち、断熱性が良好であって撓み変形し難く、しか
も熱リークを防止できるライニング材を得ることができ
る。各部材の形状は断面形状において縦長とすると撓み
変形を軽減させることができるので好ましい。

〔実施例〕

以下に実施例と比較例と、それらについて試験を行って
得られた結果を示す。勿論、本発明がこの実施例に限定
されるものではない。

実施例１ （ａ）受熱面側部材（高密度部材） 平均径１〜０．３ｍｍのイツトリア安定化ジルコニア粉
末（Ｙ　　Ｏ７９６、Ｚ　ｒ　Ｏ２９３％）５０重量部
、−０，３ｔａ／ｒＡのイツトリア安定化ジルコニア粉
末５０重量部、平均径５μ、平均長２０〜３Ｃ）＋７ｍ
のイツトリア安定化ジルコニアファイバー（品用自煉瓦
社製）１００重量部、メチルセルロース５重量部、水７
０重量部を添加配合し、押出し成形機にて第１図受熱面
側部材１の如き断面形状に成形した。受熱部の長さと厚
みは夫々３０ｍ＋＊、１０醜讃、係合部の長さと厚みは
夫々２０＋ｎ、１０龍、接続部の長さと幅は夫々ＩＣ１
ｆｆｉ＋＊。

１０ｍ１１であった。また、部材１の奥行は２５０＋ｍ
であった。成形後１００℃にて２時間乾燥後、１８００
℃で焼成した。得られた焼成品の嵩比重は３．５であっ
た。

（ｂ）背面側部材（低密度部材） 前記特開昭６２−２６０７８０号公報の実施例１に従っ
てジルコニアファイバーボードを製造した。すなわち、
平均径５μｍ１平均長２０〜３０ａｍのジルコニア１０
０％ファイバー（品用白煉瓦社製）１００重量部に対し
、平均粒度１〜５μｍの炭酸マグネシウム粉末１０重量
部を媒液である水に添加して抄造用懸濁液を調製した。

この懸濁液から抄造成形して板状成形体を形成した。成
形後１００℃で２４時間乾燥し、次いて１６００℃テ焼
成して嵩比重１．５のジルコニアファイバーボードを製
造し、上記受熱面側部材と対応する形状、寸法を有する
背面側部材に加工した。

（Ｃ）これらの高密度部材及び低密度部材を互に第１図
の如く嵌合し一体平板状に組合わせた。

これらを炉内の温度が１８００℃の電気炉（発熱体コニ
珪化モリブデン）及び２０００℃の電気炉（発熱体二品
用白煉瓦社製ジルコニア発熱体）内壁にライニングしそ
の耐用性を調査し、結果を第１表に示した。

比較例１ 材質として実施例１の（ａ）（高密度部材、嵩比重３．
５）又は（ｂ）（低密度部材、嵩比重１．５）を第８図
の如く短冊状に施工しく各部材の形状２０Ｘ４０Ｘ２５
０龍）、実施例１におけると同一の条件でその耐用性を
比較した。結果を第１表に示した。

なお、耐熱リーク性の比較は、それぞれ実施例１及び比
較例１のライニング材の背面側接合部（図中のＡ及びＢ
部）における温度を比較することにより行った。

部 表 トを行なったところほぼ同様な結果が得られた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、受熱面側部材と背面側部材が配列方向
において同一の断面形状を有し、該受熱面側部材と背面
側部材を交互に向き合わせて嵌合させ一体状に組合せた
ので、熱リーク防止効果の大きいライニング材を得るこ
とができる。

また、本発明のライニング材は、特にライニング材の受
熱面側には高密度部材を、背面側には低密度部材を組合
わせて一体化したときは、断熱性が良好であって撓み変
形し難く、高温炉の天井板に用いてもよく長期の使用に
耐え高温炉用ライニング材として好適に使用できるもの
である。

尚、実施例１に示す材料を用いて第３図〜第７図に示す
形状のライニング材をつくり同様なテス

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のライニング材の実施例の断面を示す斜
視図、第２図（ａ）、（ｂ）は第１図に示したライニン
グ材の各部材を説明する分解斜視図、第３図〜第７図は
本発明のライニング材の他の実施例の断面を示す斜視図
、第８図は比較例のライニング材の断面を示す斜視図で
ある。 １・・・受熱面側部材、２・・・背面側部材、Ａ、背面
側接合部。 Ｂ・・・

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ジルコニア質の受熱面側部材とジルコニア質の背面
   側部材とからなり、該受熱面側部材と該背面側部材が配
   列方向において同一の断面形状を有し、該受熱面側部材
   と該背面側部材を交互に向き合わせて嵌合させ一体平板
   状に組合わせた高温炉用ジルコニア質ライニング材。 ２、受熱面側部材が高密度部材からなり、背面側部材が
   低密度部材からなる請求項１に記載の高温炉用ジルコニ
   ア質ライニング材。 ３、受熱面側部材がジルコニア粉末とジルコニアファイ
   バーとから構成され、その嵩比重が３．０〜５．５であ
   り、背面側部材がジルコニアファイバー、またはジルコ
   ニアファイバーとジルコニア粉末とから構成され、その
   嵩比重が１．０〜４．５である請求項１または２に記載
   の高温炉用ジルコニア質ライニング材。