会社のニュース 耐火性セラミック繊維はハイテンプ産業で普及

温度が極端なレベルに達する製鉄所の轟音を立てる炉の横に立っているところを想像してみてください。この強烈な熱を効果的にブロックできる、軽量でありながら極端な熱に耐えることができる素材が存在します。熱処理や工業炉建設において重要な役割を担う高性能断熱材、リフラクトリーセラミックファイバー（RCF）です。この記事では、RCF の特性、種類、および省エネルギーの顕著な可能性を示す幅広い産業用途について探ります。

耐火性セラミック繊維 (RCF) は、グラスウール、ロックウール、スラグウール、および特殊ガラス繊維を含む人工ガラス繊維 (MMVF) ファミリーに属する非晶質の無機人造アルミノケイ酸塩繊維です。 RCF 製品は、軽量な性質、取り扱いの容易さ、高温耐性、熱衝撃耐性、化学的腐食耐性、低い熱伝導率、最小限の熱損失で高く評価されています。このような特性により、熱処理装置や工業炉の建設や断熱に欠かせないものとなっています。

RCF は、炉の断熱、防火、自動車の排気システムなど、高温に耐えられる軽量断熱を必要とする商業用途で幅広く使用されています。これらの繊維は、金属加工、熱処理、ガラスとセラミック、化学と石油化学、自動車、航空宇宙、発電、さらには家庭用電化製品など、高温用途を扱う数多くの業界で重要な役割を果たしています。

さまざまな RCF タイプの最高使用温度は、大気条件によって異なります。通常、高密度耐火材料を RCF 製品に完全に置き換えることで、最大のエネルギー節約が得られます。バックアップ断熱材として、または既存の耐火物ライニング上のホットフェイスベニヤとして使用した場合でも、RCF はエネルギー消費を大幅に削減できます。

耐火性セラミック繊維は、焼成カオリン、またはアルミナ (Al2O3)、シリカ (SiO2)、またはその他の酸化物の組み合わせ (通常は重量比 50:50) を溶融し、吹き込みまたは紡糸することによって製造される合成繊維です。米国市場で最も一般的なグレードは「高純度」RCF で、最大約 1260°C または連続使用可能温度は約 1180°C です。

約 15% の ZrO₂ を含む高温グレードは、標準の高純度グレードよりも若干コストが高くなりますが、最大 1427°C または連続使用温度約 1343°C (最も一般的なジルコニア グレードの場合) までの耐熱性が向上します。

もう 1 つのカテゴリは、生体溶解性 AES (アルカリ土類ケイ酸塩) 繊維です。これは、CaO、MgO、SiO₂ の混合物から作られた非晶質繊維です。これらの繊維は最大約 1260°C または連続使用温度 1150°C に耐える定格があり、人体液により容易に溶解するため、「生体溶解性」と呼ばれています。ただし、AES 製品は耐薬品性が低く、再結晶する傾向が大きいため、熱処理用途での可能性が制限されます。その主な用途は、家庭用電化製品および 1100°C 未満の工業プロセスです。

多結晶ウール (PCW) は、最高温度の RCF カテゴリーに相当し、Al₂O₃ 含有量が 63 重量％を超え、SiO₂ 含有量が 37 重量％未満の繊維で構成されています。ほとんどのメーカーは、ゾルゲル法で水性紡糸溶液を使用して PCW 繊維を製造しています。これらのファイバーは、最大約 1800°C または 1650°C の連続使用に耐える定格があります。

RCF ファイバーの実際の連続使用温度は、通常、最大定格 (安全マージン) より 150 ～ 200 °C 低いことに注意することが重要です。短期暴露 (24 時間) の理想的な中性燃焼条件下で決定される分類温度とは異なり、現場での使用では製品が追加の化学的および物理的ストレスにさらされるため、より保守的な温度制限が必要になります。

バルクの RCF ウールは一部の用途で直接使用できますが、一般的にはブランケット、モジュール、紙、ボード、真空成形部品、織物、フォーム、パテ、接着剤、コーティングなどのさまざまな物理的形状に変換されます。この変換は、RCF 生産施設、コンバーター プラント、またはエンド ユーザーの操業のいずれかで行われます。

RCF ブランケットは、水ベースの RCF 繊維スラリーを使用したフェルト化プロセスを通じて製造され、両面からニードルで繊維とフェルト層を噛み合わせた後、連続オーブンで乾燥させます。これにより、バインダーフリーで、柔軟性と優れた取り扱い強度を備えた多孔質のブランケットが生まれます。ブランケットの寸法 (厚さ: 1/8 インチ～2 インチ、密度: 4～8 lb/ft3、幅: 12 インチ～48 インチ) は繊維の種類によって異なります。

RCF ウェット フェルトはユニークな製品です。標準的なバインダーフリーのブランケットを水性無機バインダーで事前に湿らせ、湿気を維持するためにポリエチレン袋に梱包しています。この柔軟な断熱材は、現場で複雑な形状に成形したり、空気乾燥して剛構造にしたり、すぐに高温にさらして硬化したりすることができます (乾燥密度: 12 ～ 18 lb/ft3)。

箔面またはラップされた RCF ブランケットは、耐摩耗性の向上、湿気からの保護、繊維損失の減少で人気を博しており、特に家電製品、自動車用途、煙突修理、ガスケット シールにおいて価値があります。

RCFモジュールは、折り畳まれた/圧縮されたブランケットを金属ストラップで束ねて、折り畳まれた金属取り付け機構を含む標準的なブロック形状で構成されています。これらのモジュールは炉の構成要素として機能し、バンドを外すと横方向に拡張して隙間をシールします。セラミックファイバーモジュールシステムは、アニーリング/焼き戻し炉、燃焼室、酸化装置、バーンオフオーブン、炭化水素コンバーター、キルン、焼却炉、ダクト、および煙道で一般的に使用される、設置後の制御された起動要件を最小限に抑えるエネルギー効率の高いソリューションを提供します。

セラミックファイバーペーパーは、繊維の不織布マトリックス、水ベースの有機結合剤 (~10%)、および柔軟で均一なランダム配向の繊維連続フェルトを形成する添加剤を作成する繊維洗浄プロセスを通じて製造されます。 RCF および PCW グレードがあり、紙の幅は通常 24 インチと 48 インチです (カスタムは最大 60 インチまで)。バインダー含有量が高いと初期加熱中に発煙が発生し、焼成後に壊れやすい粉末状の製品になることに注意してください。

バインダーフリー紙は、有機バインダーシステムを使用せずに製造され、高コストで煙の出ない代替品を提供します。

RCF 多孔質硬質ボードは、RCF 繊維と無機/有機バインダーを組み合わせたスラリーから真空鋳造され、ほぼ厚さまで成形され、オーブンで乾燥され、最終的な厚さまでサンディングされます。標準の鋳造厚さは 6 インチに達します (ただし、4 インチを超える場合は通常、積層アセンブリが含まれます)。ボードには標準の低/高密度があり、最大直径 60 インチが利用可能です。低密度ボードは断熱性がわずかに優れていますが、高密度バージョンは耐久性が優れています。

カスタム形状は、真空成型することも、セメント接着された小さなコンポーネントから組み立てることもできます。硬質 RCF 成形可能な混合物は、ボルト締めパイプ、マニホールド、エルボ、トランジション、カスタム フィッティング、バーナー ブロック、のぞき窓、特殊な炉コンポーネントなど、さまざまな形状に機械加工および加工できます。発熱体は、ボード本体/バッキングに組み込まれた接続機構を使用して、断熱ホット面に埋め込むことができます。

さまざまな RCF セラミック成形混合物は、わずかに粘性のある耐火バインダー システムに分散された繊維を組み合わせており、振動または手動による充填鋳造が可能です。パテ状の粘稠度により、コーキング、こて塗り、手成形、または圧力成形によって簡単に塗布できます。鋳造されると、混合物は最小限の収縮で乾燥/硬化し、非常に多孔質で剛性が高く、強力で機械加工可能な構造が形成されます。

ファイバーボード接着剤 – コロイダルシリカ/アルミナベースの RCF 混合物 – は、セラミックファイバーボードを最適に接着したり、小さな領域にパッチを当てたりします。この粘性のある製品は、こてや手で成形することで簡単に広がります。完全に乾燥すると、その優れた機械的強度により、従来の仕上げ方法（サンディング/切断）が可能になります。追加のコーティングを適用したり、すべての RCF 温度範囲に適合するファイバーボード形状コーティングとして使用したりすることができます。

RCF 繊維と PCW 繊維から製造された繊維は、同一の温度定格を維持します。ほとんどの製品には、燃焼時に発煙する有機担体が約 15% 含まれています (製造性や取り扱いの向上のため)。テキスタイルには、設置時の取り扱い強度を高め、繊維の耐久性を向上させるために、インコネル ワイヤーまたは連続ガラス フィラメントの補強材が組み込まれている場合があります。強化温度制限 (インコネル: 1093°C、ガラス: 649°C) により、ファイバーの性能が制限される可能性があることに注意してください。

RCF クロス、テープ、スリーブは、非常に強力で柔軟な生地を代表します。組み込まれたインコネル ワイヤー/ガラス フィラメントにより、熱暴露前後の引張強度が向上します。一般的な用途には、ガスケット、シール、パイプラッピング、炉、溶接カーテンなどがあり、さまざまなサイズ/直径が用意されています。

円形/四角形の RCF 編組は、セラミック ファイバー コアの周囲を編組することにより、機械的酷使に対する耐性を最大化します。優れた強度に加えて、これらの組紐は切断時のほつれが最小限に抑えられます。

3 ストランド セラミック ファイバー ロープは、粗い RCF ヤーン ストランドを撚って 3 層コードにしたものです。ブレードとロープ (直径 1/8 インチ～2 インチで入手可能) は両方とも、炉のガスケット/シールとして機能し、より大きな RCF フォームの補強として機能します。

オタマジャクシ ガスケットは、RCF 生地、ブランケット、ロープ、テープを組み合わせてカスタム縫製されたものです。設計 (シングル/ダブル バルブまたはテール構成) は、高温シール用途 (ドア、フランジ、エアハンドリング バルブ ガスケット) に優れたソリューションを提供します。

セラミックファイバー製品には、軽量、優れた絶縁性、熱的/化学的安定性、加工の容易さなどの利点がありますが、耐摩耗性/耐衝撃性が低く、高速ガス流/精練やスラグ腐食に対する脆弱性などの制限があります。さまざまなセラミック コーティング材料および硬化剤 (コロイダル シリカ/アルミナ) により、RCF コンポーネントの熱収縮を低減し、機械的強度を向上させることができます。

耐火セラミックファイバーは、炉の断熱や防火から自動車の排気システムに至るまで、高温に耐えられる軽量断熱を必要とする商業用途に役立ちます。取り扱いが容易な高温断熱製品に製造された RCF 繊維は、優れた耐熱衝撃性、耐薬品性、低熱伝導率、最小の熱損失、および軽量を示します。

利用可能な形態には、バルクファイバー、ブランケット、モジュール、紙、ボード、真空成形部品、織物、フォーム、パテ、接着剤、およびコーティングが含まれます。 RCF 製品は、金属加工、熱処理、ガラス/セラミック、化学/石油化学、自動車、航空宇宙、発電、家庭用電化製品など、数多くの業界にわたる高温用途に使用されています。

高密度耐火材料を RCF 製品に完全に置き換えることで、大幅な燃料節約と効率の向上が得られます。既存の耐火物ライニング上のバックアップ断熱材またはホットフェイスベニヤとして使用した場合でも、RCF は大幅な省エネ効果をもたらします。