JP5239846B2 - 管の外周にライニングされた断熱耐火材の端部養生方法 - Google Patents

Description

本発明は管の外周にライニングされた断熱耐火材の端部養生方法に関するものである。

スラブやビレット等の鋼片など金属材料を熱間圧延する際、あるいは熱処理する際の加熱装置として、被加熱材をつぎつぎに通過させて所定温度に加熱する連続加熱装置が使用される。連続加熱装置は、例えば図１に示す構造を有している。加熱源には一般的にバーナ１による燃焼火炎が採用され、被加熱材通過ラインに沿って、両側壁に多数本のサイドバーナが設置されている。これらのバーナ口が側壁の上下に並べて配設され、予熱帯、加熱帯、均熱帯等からなる多帯式連続加熱装置を構成している。連続加熱装置内に導入された被加熱材２は、炉内でサポートパイプ３により支持されたスキッドビーム４上を図の左から右へと移送される間に所定温度に加熱される。

サポートパイプ３は水冷されており、燃焼ガスなどの燃料原単位の低減の観点から、加熱炉内のサポートパイプ３には断熱耐火材がライニングされている。従来の耐火材ライニング方法は、図１に示すように、例えば、５０ｍｍ厚の嵌合構造を持つ半割形状定型セラミックファイバ（以下、ＶＦリング、ＶＦはVacuum Formig（真空成形）の略）５をサポートパイプ３の外周に重ねてセットする方法が一般的であった。しかし、図２に示すように、サポートパイプ３の上端部にはリブ６が設けられているため嵌合ができず、当該リブ下端には定型の前記ＶＦリング５を施工することができない。また、ライニングしたＶＦリング５の最上端部には、通常５０ｍｍに満たない隙間７が生じる。この隙間へのＶＦリング５を嵌合あるいは装入は困難で、当該隙間には５０ｍｍ厚のＶＦリング５を施工することができない。従って、当該隙間７部分にはセラミック・ファイバ製リング（以下、ＣＦリング）を手詰めしていたが、当該手法では隙間７への充填密度が不十分であり、時間の経過と共にセラミックファイバが収縮し、サポートパイプ３の上端部に再び隙間が生じる現象が観察される。

当該サポートパイプ３の上端部の隙間発生により、燃料原単位が年々悪化している問題があった。また、加熱炉内でスラグが移動する際、サポートパイプ３にはスラブやビレットの荷重が負荷されるが、当該隙間のある状態で荷重が負荷されると、当該隙間近傍のサポートパイプ３の表面温度上昇による材料強度低下に伴い、その変形が発生し、当該隙間を起点としてサポートパイプにライニングした断熱耐火材に緩みや破損が発生し、当該部分から炉内の高温の熱風と共に浮遊スケールが侵入し、サポートパイプ３を損傷（高温腐食）させ、サポートパイプ３からの炉内への水漏れや損傷事故に繋がる危険性の問題もあった。

管の断熱施工に関し、例えば特許文献１は、断熱材をジャバラ構造とする技術が開示されているが、断熱材自体に特殊なジャバラ加工を施す工程が必要となる問題があった。
特開２００２−６１７９３号公報

本発明の目的は前記問題を解決し、ライニング後の断熱耐火材端部に耐火材収縮に起因する隙間が発生することなく、かつ、断熱材自体に特別な加工を施す工程を必要としない、管の外周にライニングされた断熱耐火材の端部養生方法を提供することである。

上記課題を解決するためになされた本発明に係る管の外周にライニングされた断熱耐火材の端部養生方法は、半割形状セラミックファイバー製耐火材の上下面にプレス用固定板を配置してプレス用固定板の外側から外圧を加えて４０〜６０％圧縮させる工程と、前記圧縮状態の半割形状セラミックファイバー製耐火材を管の外周にライニングされた断熱耐火材の端部に重ねてライニングする工程と、圧縮を解いて半割形状セラミックファイバー製耐火材を復元させる工程とを有することを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の断熱耐火材の端部養生方法において、プレス用固定板が、円盤の半径方向にバンド挿入用のスリットを形成したプレス用固定板であって、半割形状セラミックファイバー製耐火材とプレス用固定板の間に、半割形状とした拘束板を配置して圧縮を行い、４０〜６０％圧縮された半割形状セラミックファイバー製耐火材と拘束板をまとめて保持手段で保持した状態で、管の外周にライニングされた断熱耐火材の端部に重ねてライニングし、ライニング後に前記保持手段の保持状態を解放して拘束板を引き抜くことを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の断熱耐火材の端部養生方法において、半割形状セラミックファイバー製耐火材と拘束板をまとめて保持する保持手段が結束バンドであって、ライニング後に結束バンドを切断して保持状態を解放することを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の断熱耐火材の端部養生方法において、拘束板に取っ手が形成されていることを特徴とするものである。

本発明では、半割形状セラミックファイバー製耐火材の上下面にプレス用固定板を配置してプレス用固定板の外側から外圧を加えて４０〜６０％に圧縮させた状態で、管の外周にライニングされた断熱耐火材の上端部に生じる間隙の充填を行う。このように、予め４０〜６０％に圧縮させた状態で隙間に充填することにより、その後に自然にセラミックファイバー製耐火材を膨張・復元させることができ、ライニング後の断熱耐火材端部に耐火材収縮に起因する隙間が発生する問題を回避可能とした。また、本発明に用いる半割形状セラミックファイバー製耐火材は、圧縮状態で間隙の養生に用いるものであり、断熱材自体に特別な加工を施すことなく前記問題を解決可能としている。

請求項２記載の発明によれば、拘束板に挟まれた上で保持手段で圧縮状態を安定的に維持した半割形状セラミックファイバー製耐火材を用いて間隙への施工を行うことができるため、作業効率が上昇し、間隙補修の工期を短縮することができる。なお、請求項３記載の発明のように、保持手段を結束バンドとし、該結束バンドを切断して保持状態を解放することで、より作業効率が上昇し、間隙補修の工期を短縮することができる。

請求項４記載の発明によれば、拘束板の引き抜き作業が容易になる。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図３には、本発明の断熱耐火材の端部養生方法に用いる半割形状セラミックファイバー製耐火材の圧縮工程の説明図を示している。本実施形態例では、厚さが２５ｍｍの半割形状セラミックファイバー製耐火材８を４層重ねて用いている。また上下の拘束板９には、１ｍｍ厚程度の鋼板やステンレス板を、プレス用固定板１０にはダンボールやベニヤ板などの軟質材を使用する。半割形状セラミックファイバー製耐火材８は、サポートパイプを中心にして両側面から嵌め込む形状を有するものである。本実施形態では、半割形状セラミックファイバー製耐火材８は中心に空洞があるドーナツの半割形状を有している。圧縮時には、図３に示すように、該半割形状を合わせたドーナツ形状として圧縮工程の作業効率を上げることが好ましい。上下の拘束板９の片方又は両方を切断し開放しておく。これにより開放部を押し広げて容易にドーナツ形状の半割形状セラミックファイバー製耐火材８をサポートパイプ３へ施工できるようになる。また必要に応じてプレス用固定板１０も同様の処理を行うものとする。さらに最初からドーナツ半割形状に合わせて、上下の拘束板９やプレス用固定板１０も半割にした形状のものを使用しても構わない。

図３に示す圧縮工程では、２５ｍｍ厚のドーナツ半割形状セラミックファイバー製耐火材８を４層重ねて１００ｍｍ厚のドーナツ型半割形状セラミックファイバー製耐火材８として用いている。当該ドーナツ型半割形状セラミックファイバー製耐火材８の上下面には、ドーナツ半割形状を合わせてドーナツ形状とした拘束板９が配置される。次に拘束板９の上下に更にプレス用固定板１０が配置された後、プレス用固定板１０の上からプレス圧が加えられ、１００ｍｍ厚の半割形状セラミックファイバー製耐火材が５０ｍｍ厚まで５０％圧縮される。プレス用固定板１０は、円盤の半径方向にバンド挿入用のスリットを形成した構造を有しており、図６に示すように、加圧状態で該スリット部分に結束バンド１１を挿入して半割形状セラミックファイバー製耐火材と拘束板をまとめて保持することができる。

半割形状セラミックファイバー製耐火材の最適な圧縮率に関し検討した結果を図４に示している。圧縮率の検討は、セラミックファイバーの熱伝導率（ａｔ１３００℃）の観点と、使用中のセラミックファイバーの収縮率の観点から行った。尚、圧縮率と素材の密度の関係を図５に示す。一般に、素材密度が高くなると熱伝導率が上昇するが、セラミックファイバーの場合も同様で熱伝導率の上昇は断熱効率の観点から好ましくない。さらに低圧縮率（例えば４０％未満）でも、使用中の収縮率が大きくなり、熱伝導率が上昇する。省エネの経済効果を考えた場合には０．５ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ／℃未満が好ましく、急激に熱伝導率が上昇しない範囲の６０％の圧縮率を上限とする。また、発明者らの観察から、６０％超の圧縮率で製作した場合には、圧縮されたセラミックファイバーの復元力により拘束板９が結束バンド１１を起点に波打ったような変形が発生し、実用使用が困難となる。この理由からも圧縮率の上限を６０％としている。

また使用中の収縮率については、圧縮率４０％未満では収縮率が大きく、[背景技術]に記載したように収縮して隙間が発生した部分にスケール等の異物が入り込み、サポートパイプ３を劣化させたり、前述のように熱伝導率を上昇させたりすることから、４０％の圧縮率を下限とする。

図６にはプレス加工時の前面説明図を示し、図７には図４のＡ−Ａ矢視図を示している。本実施形態では、４５％圧縮された半割形状セラミックファイバー製耐火材８と拘束板９をまとめて、結束バンド１１で簡易に保持している。このように圧縮保持された半割形状セラミックファイバー製耐火材８を用いて間隙への施工を行い、施工後結束バンド１１を切断することにより、作業効率が上昇し、間隙補修の工期を短縮することができる。拘束板９に取っ手１２を形成しておくことにより、拘束板の引き抜き作業が容易になり、更に作業性の向上が図られる。

図８には、加熱炉の熱量原単位の経年変化を示している。加熱炉の熱量原単位が５０Ｍｃａｌ/ｔに悪化した年に大補修を行い熱量原単位が３０Ｍｃａｌ/ｔに改善したが、大補修から５年経過後から、熱量原単位が再び悪化し、従来技術（セラミックファイバイの手詰め）により端部養生の小補修を行っても効果が見られず年々悪化していた。大補修から７年経過後には熱量原単位が７０Ｍｃａｌ/ｔにまで悪化していたが、ここで、本発明による端部養生を行ったところ、熱量原単位が３８Ｍｃａｌ/ｔに改善された。

連続加熱装置の説明図である。 従来のサポートパイプへの耐火材ライニング方法の説明図である。 本発明の半割形状セラミックファイバー製耐火材の圧縮工程の説明図である。 半割形状セラミックファイバー製耐火材の圧縮率と使用中の収縮率、熱伝導率の関係を表すグラフである。 半割形状セラミックファイバー製耐火材の圧縮率と密度の関係を表すグラフである。 プレス加工時の前面説明図である。 図４のＡ−Ａ矢視図である。 加熱炉の熱量原単位の経年変化を示すグラフである。

符号の説明

１ バーナ
２ 被加熱材
３ サポートパイプ
４ スキッドビーム
５ ＶＦリング
６ リブ
７ 隙間
８ 半割形状セラミックファイバー製耐火材
９ 拘束板
１０ プレス用固定板
１１ 結束バンド
１２ 取っ手

Claims (4)

1. 半割形状セラミックファイバー製耐火材の上下面にプレス用固定板を配置してプレス用固定板の外側から外圧を加えて４０〜６０％圧縮させる工程と、
   前記圧縮状態の半割形状セラミックファイバー製耐火材を管の外周にライニングされた断熱耐火材の端部に重ねてライニングする工程と
   圧縮を解いて半割形状セラミックファイバー製耐火材を復元させる工程とを有することを特徴とする管の外周にライニングされた断熱耐火材の端部養生方法。
2. プレス用固定板が、円盤の半径方向にバンド挿入用のスリットを形成したプレス用固定板であって、半割形状セラミックファイバー製耐火材とプレス用固定板の間に、半割形状とした拘束板を配置して圧縮を行い、４０〜６０％圧縮された半割形状セラミックファイバー製耐火材と拘束板をまとめて保持手段で保持した状態で、管の外周にライニングされた断熱耐火材の端部に重ねてライニングし、ライニング後に前記保持手段の保持状態を解放して拘束板を引き抜くことを特徴とする請求項１記載の断熱耐火材の端部養生方法。
3. 半割形状セラミックファイバー製耐火材と拘束板をまとめて保持する保持手段が結束バンドであって、ライニング後に結束バンドを切断して保持状態を解放することを特徴とする請求項２記載の断熱耐火材の端部養生方法。
4. 拘束板に取っ手が形成されていることを特徴とする請求項２または３記載の断熱耐火材の端部養生方法。