【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
産業上の利用分野
この発明は、内張材にセラミツクフアイバーモ
ジユールを用いる加熱炉等窯炉の内張構造に係
り、モジユール間パツキンにアルミナ質フアイバ
ーブランケツトを用いることによつて、モジユー
ルの容積変化（収縮）による隙間の発生を完全に
防止する内張構造に関する。
発明の背景
セラミツクフアイバーは断熱性（低熱伝導）、
小蓄熱性（小熱容量）、熱応答性（温度変化に対
する追随性）、軽量等の特性を備えていることか
ら、セラミツクフアイバーを素材としたブランケ
ツトが各種雰囲気炉内張材として著しく普及し
た。しかしながら、ブランケツトの支持固定方法
がボルト・ナツト方式であるため高温での耐熱性
に弱点があり、内張材のセラミツクフアイバー化
は概して低温雰囲気炉に限られていた。そこで、
高温雰囲気炉への適用を可能とするため、支持部
材にセラミツクスの使用も試みられたが、熱的ス
ポーリング損傷とブランケツトの素材の基本的性
質、すなわち高温域における再結晶化による収
縮、脆化に問題が生じた。この問題を解決したの
がセラミツクフアイバー製のモジユールである。
この技術は米国で開発されたもので、エツジグ
レンシステムでブランケツトを切断し積層してモ
ジユール化することで、繊維が加熱面に垂直とな
りかつ支持金物が裏面鉄皮側約30mmに位置し炉内
に露出しない方法である。この方法により、高温
での再結晶化、脆化、収縮も加熱面側の繊維に先
端のみで止まり内張全体への影響が軽減され、さ
らに収縮が従来の1/2以下と小さくなることによ
り高温での使用が可能となり、近年では加熱炉等
1200℃以上の高温雰囲気炉の内張材としてセラミ
ツクフアイバーモジユールを適用する傾向にあ
る。
従来の技術
第３図は従来高温雰囲気炉の内張材として使用
されているＹモジユールを示す斜視図である。こ
のＹモジユール１はセラミツクフアイバーブラン
ケツト１−１を積層して形成したもので、内部に
モジユール支持用のステンレス製パイプ２とスタ
ツドボルト３のセツトされたヨーク金物４が組込
まれている。鉄皮への取付けは、モジユールに内
蔵のスタツドボルト３に接続しているアルミニウ
ムパイプ５を介して通電溶接した後、アルミニウ
ムパイプを回転させてナツト締付けを行ない、Ｙ
モジユール１を鉄皮側へ押付け固定し、しかる後
アルミニウムパイプ５を抜取り、穴を塞ぎ、取付
けが完了する。
第４図は従来の一般的なモジユールライニング
のパーケツト配列を示す模式図である。しかし、
この配列は荷重によるモジユールの“ヘタリ”と
モジユールコーナーの密着性の問題で使用中に鉄
皮の赤熱を生じるため好ましくない。この“ヘタ
リ”が生じる原因は、セラミツクフアイバーブラ
ンケツトの繊維の向きがモジユール積層面に対し
て平行な方向であることから、この方向の荷重に
対しては強いが、垂直な方向の荷重に対して弱い
ためである。
そこで、モジユールの配向性と“ヘタリ”の関
係に基づいて、モジユール１を縦に使用するソル
ジヤー配列に変更することが、前記“ヘタリ”と
モジユールコーナー隙間対策として有効であるこ
とが確認された。
第５図はセラミツクフアイバーモジユールを内
張材として縦に使用した場合のソルジヤー配列を
例示したもので、モジユール１とモジユール１の
間にはアルミナシリカ質フアイバーのブランケツ
ト片からなるバツキン６が挿入されている。すな
わち、ソルジヤー配列の場合はモジユールの積層
方向には圧縮施工による復元力が作用するが、縦
方向には復元力が期待できないため、ブランケツ
ト片からなるパツキンを圧縮することでその復元
力により隙間発生を抑制している。
発明が解決しようとする課題
しかし、アルミナシリカ質のブランケツト片を
パツキンとして用いた内張構造では、モジユール
素材の有している高温域での再結晶化に伴う加熱
面側の容積変化（収縮）を完全に改善することが
できず、モジユール間の隙間の発生を防止するこ
とができなかつた。
モジユール間に隙間が生じると、炉内の熱によ
りさらに隙間が進展し、鉄皮とモジユールとの間
にまで隙間が生じるとモジユールを鉄皮に固定し
ているヨーク金物が高熱により損傷され、ついに
はモジユールが鉄皮より脱落するという事態を招
く。このため、モジユール間の隙間は可及的に防
止する必要がある。
この発明は、炉体保護の観点から前記の隙間発
生の問題を解決するためになされたもので、復元
力の大きい材質のモジユール間パツキンを用いる
ことによつて、セラミツクフアイバーモジユール
間の隙間をほぼ完全に防止できる内張構造を提供
しようとするものである。
課題を解決するための手段
この発明は、窯炉鉄皮内面にセラミツクフアイ
バーモジユールを内張施工して構成する内張構造
において、セラミツクフアイバーモジユール間に
荷重変形や収縮が少なく復元力の大きい結晶質の
アルミナ質フアイバーブランケツトからなるパツ
キンを設けたことを要旨とするものである。
作 用
アルミナ質フアイバーは紡糸後、加熱処理によ
り微小なα−Al2O3とムライトに結晶化させた多
結晶フアイバーであり、Al2O3含有量により数種
類の品質があるが、いずれも加熱による結晶の析
出等と、それに伴う収縮はほとんど生じないとい
う特徴と有している。
一方、セラミツクフアイバーモジユールには、
安価なアルミナシリカ質フアイバーブランケツト
が一般的に用いられる。
第１表にアルミナ質フアイバーブランケツトと
アルミナシリカ質フアイバーブランケツトの加熱
後復元率を比較して示す。この表から明らかなよ
うに、アルミナ質フアイバーブランケツトの方が
アルミナシリカ質フアイバーより圧縮復元力はは
るかに大きい。なお、第１表の復元率は試料を
1200℃の温度下で５時間加圧保持して得られたも
のである。
Industrial Application Field The present invention relates to the lining structure of a furnace such as a heating furnace using ceramic fiber modules as the lining material, and by using an alumina fiber blanket for the packing between the modules, the volume of the module can be reduced. It relates to a lining structure that completely prevents the occurrence of gaps due to change (shrinkage). Background of the invention Ceramic fiber has thermal insulation properties (low thermal conductivity),
Blankets made of ceramic fiber have become extremely popular as lining materials for various atmospheric furnaces because of their characteristics such as small heat storage capacity (small heat capacity), thermal responsiveness (ability to follow temperature changes), and light weight. However, since the blanket is supported and fixed using bolts and nuts, it has a weakness in heat resistance at high temperatures, and the use of ceramic fiber as the lining material has generally been limited to low-temperature atmosphere furnaces. Therefore,
In order to make it possible to apply it to high-temperature atmosphere furnaces, attempts have been made to use ceramics for support members, but thermal spalling damage and the basic properties of the blanket material, such as shrinkage and embrittlement due to recrystallization in high-temperature ranges, have been attempted. A problem arose. A module made of ceramic fiber solved this problem. This technology was developed in the United States, and by using the Edgegrain system to cut and stack blankets into modules, the fibers are perpendicular to the heating surface, and the supporting hardware is located approximately 30 mm from the back side of the steel shell, allowing the fibers to be placed within the furnace. This is a way to avoid exposure to With this method, recrystallization, embrittlement, and shrinkage at high temperatures are limited to only the tips of the fibers on the heating surface side, reducing the effect on the entire lining.Furthermore, the shrinkage is reduced to less than half that of conventional methods. It has become possible to use it at high temperatures, and in recent years heating furnaces etc.
There is a tendency to use ceramic fiber modules as lining materials for high-temperature atmosphere furnaces at temperatures above 1200℃. BACKGROUND ART FIG. 3 is a perspective view showing a Y module conventionally used as a lining material for high-temperature atmosphere furnaces. This Y module 1 is formed by laminating ceramic fiber blankets 1-1, and a yoke metal fitting 4 having a stainless steel pipe 2 and stud bolts 3 set therein for supporting the module is incorporated therein. To attach it to the steel shell, after electrically welding the aluminum pipe 5 connected to the stud bolt 3 built into the module, rotate the aluminum pipe and tighten the nut.
The module 1 is pressed and fixed against the steel shell side, and then the aluminum pipe 5 is pulled out and the hole is plugged to complete the installation. FIG. 4 is a schematic diagram showing the packet arrangement of a conventional general modular lining. but,
This arrangement is undesirable because it causes the steel shell to become red hot during use due to problems such as "sagging" of the module due to load and poor adhesion of the module corners. The cause of this "sagging" is that the fibers of the ceramic fiber blanket are oriented parallel to the module lamination plane, so it is strong against loads in this direction, but against loads in the perpendicular direction. This is because they are weak. Therefore, based on the relationship between the module orientation and "sagging," it was confirmed that changing the solder arrangement to use module 1 vertically is an effective way to counter the "sagging" and module corner gaps. . Fig. 5 shows an example of the solder arrangement when ceramic fiber modules are used vertically as lining material, and a bag 6 made of alumina-silica fiber blanket is inserted between modules 1. ing. In other words, in the case of the solder arrangement, the restoring force due to compression works in the module stacking direction, but no restoring force can be expected in the vertical direction, so by compressing the packing made of blanket pieces, the restoring force causes gaps to occur. is suppressed. Problems to be Solved by the Invention However, in the lining structure using alumina-silica blanket pieces as packing, the volume change (shrinkage) on the heating surface side due to recrystallization in the high temperature range of the module material. It was not possible to completely improve this, and it was not possible to prevent the occurrence of gaps between modules. If a gap occurs between the modules, the gap will grow further due to the heat in the furnace, and if a gap occurs between the steel shell and the module, the yoke hardware that fixes the module to the steel shell will be damaged by the high heat, and eventually This will cause the module to fall off from the iron skin. For this reason, it is necessary to prevent gaps between modules as much as possible. This invention was made in order to solve the above-mentioned problem of gap generation from the viewpoint of protecting the furnace body, and by using an inter-module packing made of a material with high restoring force, the gap between ceramic fiber modules is reduced. The aim is to provide a lining structure that can almost completely prevent this. Means for Solving the Problems This invention provides a lining structure constructed by lining the inner surface of a furnace shell with ceramic fiber modules, which has a large restoring force with little load deformation or shrinkage between the ceramic fiber modules. The gist is that a packing made of a crystalline alumina fiber blanket is provided. Function Alumina fiber is a polycrystalline fiber that is crystallized into minute α-Al 2 O 3 and mullite by heat treatment after spinning.There are several types of quality depending on the Al 2 O 3 content, but all of them are heated. It is characterized by the fact that precipitation of crystals and shrinkage associated with it hardly occur. On the other hand, the ceramic fiber module has
Inexpensive alumina-siliceous fiber blankets are commonly used. Table 1 shows a comparison of the recovery rates after heating of an alumina fiber blanket and an alumina silica fiber blanket. As is clear from this table, the compression recovery force of the alumina fiber blanket is much greater than that of the alumina silica fiber. In addition, the recovery rate in Table 1 is based on the sample
It was obtained by holding under pressure for 5 hours at a temperature of 1200°C.
【表】
したがつて、高温での復元力が大きいアルミナ
質フアイバーブランケツトを使用することによ
り、高温での再結晶化に伴う加熱面側の収縮を完
全に吸収でき、モジユール間の隙間を皆無にする
ことができるのである。
すなわち、通常のセラミツクフアイバーモジユ
ールは昇温によつて熱膨脹し1150℃で最大0.5％
となり、1300℃ではセラミツクフアイバーの再結
晶により逆に、0.1％収縮の状態となる。冷却す
ると加熱後収縮が約１％発生する。したがつて、
モジユールと同材質のものをパツキンに使用した
場合、熱間では0.3mm表面に隙間が生じた状態で
使用されていることになり、加熱冷却後は約3.4
mm隙間が発生しパツキンの復元力で１mm程度の隙
間に減少するも、モジユールの収縮をカバーする
ことはできない。
しかし、パツキンにアルミナ質フアイバーブラ
ンケツトを使用すると、熱間では0.8％の膨脹に
よりモジユールの収縮をカバーし隙間発生のない
状態で使用され、冷却後はアルミナ質フアイバー
ブランケツトは収縮をカバーし強い復元力が働い
て隙間が生じないのである。
なお、モジユールの容積変化（収縮）は主に高
温域である炉内側で大きく生じ、鉄皮側の低温域
ではほとんど生じないので、高温域に復元力の大
きいアルミナ質フアイバーブランケツトを使用
し、低温域にはモジユールと同材質の通常のブラ
ンケツトを用いるのがコスト的に有利である。
実施例
第１図はこの発明の一実施例における炉壁の一
部を示す縦断側面図である。ここでは、高温域と
低温域の材質を変えたパツキンを用いた場合を示
す。
すなわち、鉄皮１１に固定されたＹモジユール
１間には、ＹモジユールＹの容積変化の生じない
鉄皮１１側にモジユールと同材質のブランケツト
片からなるパツキン６−２を用い、モジユールの
容積変化の大きい炉内側にアルミナ質フアイバー
ブランケツト６−１を使用する。この場合、アル
ミナ質フアイバーブランケツト６−１を使用する
範囲としては、特に限定するものではないが、再
結晶化の始まる約1100℃以上の温度となる炉内側
の範囲とするのが好ましい。
上記のごとくセラミツクフアイバーモジユール
を内張施工すると、熱間におけるモジユールの収
縮がアルミナ質フアイバーブランケツト６−１の
膨脹によりカバーされる結果、Ｙモジユール１間
に隙間のない状態で使用されるのである。また、
冷却後はこのアルミナ質フアイバーブランケツト
６−１が復元するので隙間が生じることはない。
さらに、安全対策として炉内側表面に接着モル
タルを使用してベニアリングモジユール１２を貼
り付ける（フアイバーオンフアイバー工法）と、
Ｙモジユール１の表面温度が下がりモジユールの
収縮低下、パツキンの復元力の増加がはかられ隙
間抑制により大きな効果を奏する。
実施例 １
50T／Ｈのウオーキングビーム式加熱炉の加熱
帯にこの発明を適用した。内張施工面積はm2、炉
内温度は1250〜1300℃であつた。
本実施例における施工後モジユールの加熱・冷
却による挙動を第２図に示す。
第２図Ａは第１図で示されるベニアリングモジ
ユール１２を用いない例であり、Ｙモジユール１
の厚さは350mm、アルミナ質フアイバーブランケ
ツト６−１は厚さ25mmのものを20mmに圧縮して炉
内面より100mmの位置まで施工した。また、パツ
キン６−２はＹモジユール１と同じくアルミナシ
リカ質フアイバーブランケツトを用い、前記と同
様厚さ25mmのものを20mmまで圧縮して残りの部分
に施工した。
第２図Ｂは第１図と同じく、炉内面に厚さ50mm
のベニアリングモジユール１２を用いた例であ
り、Ｙモジユールの厚さは300mm、アルミナ質フ
アイバーブランケツト６−１はベニアリングモジ
ユール１２と接する位置より炉外壁に向つて100
mmの位置まで施工し、残りの部分は第２図Ａの実
施例と同様の条件で施工した。
第２図Ｃは従来例であり、モジユール間パツキ
ン６にＹモジユール１と同材質のアルミナシリカ
質フアイバーブランケツトを用いた。
第２図より、従来のモジユールパツキン使用
（図Ｃ）では熱間で0.3mm表面に隙間が生じた状態
で使用され、加熱冷却後は約3.4mm隙間が発生し
パツキンの復元力で１mm程度の隙間に減少した
が、モジユールの収縮をカバーすることはできな
かつた。
これに対し、本発明例（図Ａ）、（図Ｂ）はいず
れも熱間ではパツキンのアルミナ質フアイバーブ
ランケツトの膨脹によりモジユールの収縮が完全
にカバーされ、隙間のない状態で使用された。ま
た、冷却後は同パツキンの強い復元力により隙間
は皆無であつた。
発明の効果
以上説明したごとく、この発明に係る内張構造
は、セラミツクフアイバーモジユール間の隙間を
完全に防止できるので、セラミツクフアイバーモ
ジユールの耐久性を著しく増大できる結果、炉壁
寿命の大幅延長がはかられる。したがつて、操業
条件の苛酷な連続式加熱炉をはじめ各種高温雰囲
気炉の炉体寿命の延長に大なる効果を期待できる
ものである。[Table] Therefore, by using an alumina fiber blanket that has a large restoring force at high temperatures, it is possible to completely absorb the shrinkage on the heated surface side due to recrystallization at high temperatures, and there is no gap between modules. It can be done. In other words, a normal ceramic fiber module thermally expands by a maximum of 0.5% at 1150°C.
At 1300℃, the ceramic fiber shrinks by 0.1% due to recrystallization. When cooled, about 1% shrinkage occurs after heating. Therefore,
If the same material as the module is used for the packing, there will be a gap of 0.3 mm on the surface during hot use, and about 3.4 mm after heating and cooling.
Although a mm gap is generated and the restoring force of the packing reduces the gap to about 1 mm, it cannot compensate for the shrinkage of the module. However, when an alumina fiber blanket is used for the packing, it expands by 0.8% during hot conditions to cover the shrinkage of the module and is used without creating gaps.After cooling, the alumina fiber blanket covers the shrinkage and is strong. The restoring force works to prevent gaps from forming. In addition, the volume change (shrinkage) of the module mainly occurs in the high-temperature region inside the furnace, and hardly occurs in the low-temperature region on the shell side. Therefore, an alumina fiber blanket with a large restoring force is used in the high-temperature region In the low temperature range, it is cost effective to use a normal blanket made of the same material as the module. Embodiment FIG. 1 is a longitudinal sectional side view showing a part of a furnace wall in an embodiment of the present invention. Here, we will show a case where packings made of different materials for the high-temperature region and the low-temperature region are used. That is, between the Y modules 1 fixed to the steel shell 11, a packing 6-2 made of a blanket piece made of the same material as the modules is used on the side of the steel shell 11 where the volume of the Y module Y does not change. Alumina fiber blanket 6-1 is used inside the large furnace. In this case, the range in which the alumina fiber blanket 6-1 is used is not particularly limited, but it is preferably the range inside the furnace where the temperature is about 1100° C. or higher, where recrystallization begins. When the ceramic fiber module is lined as described above, the shrinkage of the module during hot heating is covered by the expansion of the alumina fiber blanket 6-1, and as a result, the Y module 1 is used without any gaps between them. be. Also,
After cooling, this alumina fiber blanket 6-1 is restored to its original state, so that no gaps are created. Furthermore, as a safety measure, if the veneering module 12 is attached to the inner surface of the furnace using adhesive mortar (fiber-on-fiber construction method),
The surface temperature of the Y module 1 is lowered, the shrinkage of the module is reduced, and the restoring force of the packing is increased, which is more effective in suppressing gaps. Example 1 This invention was applied to a heating zone of a 50T/H walking beam heating furnace. The lining construction area was m 2 , and the temperature inside the furnace was 1250 to 1300°C. FIG. 2 shows the behavior of the module after construction in this example due to heating and cooling. FIG. 2A is an example in which the veneering module 12 shown in FIG. 1 is not used, and the Y module 1 is
The thickness of the alumina fiber blanket 6-1 was 350 mm, and the 25 mm thick alumina fiber blanket 6-1 was compressed to 20 mm and was applied to a position 100 mm from the inner surface of the furnace. Also, the packing 6-2 used an alumina-silica fiber blanket like the Y module 1, and was compressed from a 25 mm thick blanket to 20 mm and applied to the remaining part. Figure 2B is the same as Figure 1, with a thickness of 50mm on the inner surface of the furnace.
The thickness of the Y module is 300 mm, and the alumina fiber blanket 6-1 extends 100 mm from the position where it contacts the veneering module 12 toward the outer wall of the furnace.
The work was carried out up to the position of mm, and the rest of the work was carried out under the same conditions as in the example shown in Fig. 2A. FIG. 2C shows a conventional example, in which an alumina-silica fiber blanket made of the same material as the Y module 1 is used for the packing 6 between the modules. From Figure 2, when using the conventional modular packing (Figure C), a gap of 0.3 mm is created on the surface when hot, and after heating and cooling, a gap of approximately 3.4 mm is generated, and the restoring force of the packing is approximately 1 mm. gap was reduced, but it was not possible to cover the shrinkage of the module. On the other hand, in both the examples of the present invention (Figure A) and (Figure B), the shrinkage of the module was completely covered by the expansion of the alumina fiber blanket of the packing during hot operation, and the module was used without any gaps. Furthermore, after cooling, there were no gaps due to the strong restoring force of the packing. Effects of the Invention As explained above, the lining structure according to the present invention can completely prevent gaps between the ceramic fiber modules, so the durability of the ceramic fiber modules can be significantly increased, and as a result, the life of the furnace wall can be significantly extended. can be measured. Therefore, it can be expected to have a great effect on extending the life of various high-temperature atmosphere furnaces, including continuous heating furnaces with severe operating conditions.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]
第１図はこの発明の一実施例における炉壁の一
部を示す縦断側面図、第２図はこの発明の実施例
における施工後モジユールの加熱・冷却による挙
動を示す図で、図Ａ，Ｂは本発明例、図Ｃは従来
例、第３図は従来高温雰囲気炉の内張り材として
使用されているＹモジユールを示す斜視図、第４
図は従来の一般的なモジユールライニングのパー
ケツト配列を示す模式図で、Ａは正面図、Ｂは図
ＡのＢ−Ｂ線上の縦断側面図、第５図はセラミツ
クフアイバーモジユールを内張り材として縦に使
用した場合の配列を示す模式図で、Ａは正面図、
Ｂは側面図である。
１…Ｙモジユール、６−１…アルミナ質フアイ
バーブランケツト、６−２…セラミツクフアイバ
ーブランケツト。
Fig. 1 is a longitudinal side view showing a part of the furnace wall in an embodiment of the present invention, and Fig. 2 is a diagram showing the behavior of the module after construction due to heating and cooling in the embodiment of the invention. Figure C is an example of the present invention, Figure C is a conventional example, Figure 3 is a perspective view showing a Y module conventionally used as a lining material for high-temperature atmosphere furnaces, and Figure 4
The figure is a schematic diagram showing a conventional general modular lining parquet arrangement, where A is a front view, B is a vertical side view taken along line B-B in figure A, and Figure 5 shows a ceramic fiber module as a lining material. A schematic diagram showing the arrangement when used vertically, A is a front view,
B is a side view. 1...Y module, 6-1...Alumina fiber blanket, 6-2...Ceramic fiber blanket.