耐火物キャスタブル用鋼繊維: 溶融抽出、グレードおよび熱衝撃

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2016 年 6 月 15 日

耐火繊維と構造繊維は基材から形状まで異なる製品です。キャスタブルにフック構造繊維を使用することは、このカテゴリで最も一般的で最も高価な間違いです。

リフラクトリーファイバーとストラクチャーファイバーは別の製品です

フック状の構造繊維を耐火物キャスタブルに落とし込むことは、この分野で最も一般的で最も高価な間違いです。構造繊維は 300 ～ 400℃ 付近で最高温度に達します。それを超えると強度が低下し、コーティングが剥がれます。耐火キャスタブルは 800 ～ 1400 C で動作し、ライニングにも急速な加熱と冷却が必要です。リフラクトリーファイバーは材質、成形、形状が異なります。ベースはステンレス鋼、プロセスは溶融抽出であり、形状は不規則な三次元クラスターです。目標は引張強さではなく、キャスタブルと連動しながら温度による酸化や発塵に耐えることです。

溶融抽出: 不規則な 3D 形状がより良く固定される理由

溶融抽出では、溶融ステンレス鋼を高速空気または回転ホイールで放り出し、飛行中に冷却して繊維にします。図面を使用していないため、その形状は湾曲していたり​​、時には枝分かれしていたり​​、太さが異なっていたりする不規則なものです。その不規則性が、直線ワイヤーの純粋な摩擦ではなく、キャスタブルに本物の三次元の連動を生み出すのです。比較試験では、溶融抽出された繊維は、同じ用量の直線繊維よりも著しく破断係数が上昇しました。その理由は、固定構造にあります。分散は 2 番目の利点です。溶融抽出された繊維は乾式または湿式混合で分離し、空隙を残さずにキャスタブルに結合します。ライニングの空隙は剥離が始まる場所です。

304、310S、および 446: 温度がグレードを決定します

3 つのグレードが 3 つの温度帯をカバーしており、これが最初の決定となります。 304 は 650℃ までの連続使用の標準グレードです。 310S は 2520 としても販売されており、1200 ℃ までの中高温をカバーします。 446 は 1400℃ までの高温耐酸化グレードです。選択が低すぎると繊維が酸化し、切断面が失われ、ライニングが早期に破損します。あまり高いものを選びすぎるとコストが無駄になってしまいます。問題は炉の最高温度ではなく、ファイバーが置かれている層の長期温度です。ライニングには勾配があり、加熱面で 1400℃、裏打ちでおそらく 800℃になるため、2 つの層で異なるグレードを使用できます。

熱衝撃: 1000℃から20回の水焼入れ

耐火物の破損の 80% は燃え尽きるのではなく、急速な加熱と冷却によって分解されます。熱衝撃における鋼繊維の価値は、亀裂の成長を阻止することです。母材に亀裂が入った後、繊維が亀裂を橋渡しし、亀裂の幅を小さく保ち、剥離を防ぎます。測定値は、1000℃から水中に入れて急冷し、亀裂や剥離が発生しないサイクルを20回繰り返したものです。シャットダウンは加熱よりも早く冷却されるため、このテストでは破壊係数よりも耐用年数について多くのことがわかります。

投与量は一般的な kg/m3 ではなく、ライニング システムに従います

構造用コンクリートの使用範囲は 30 ～ 80 kg/m3 です。耐火キャスタブルはそうではありません。投与量は、骨材の等級、水の需要、配置方法 (鋳造、打ち込み、ガンニング) およびライニングの厚さに依存し、通常は体積の 0.5% から 2% の間に収まります。多すぎると作業性が崩れ、作業員が水を追加し、水を追加すると耐火性が破壊されます。これは、この製品のフィールドで最も一般的な故障です。正しいプロセスは、耐火物サプライヤーが配合設計を発行し、繊維メーカーがそれに基づいて供給することであり、両方とも 1 つの技術協定に基づいて作業します。

爆発的剥離: 繊維がそれを軽減する理由

最初の加熱時にキャスタブル内の水が蒸気に変わり、逃げることができない場合は圧力によりライニングが裂けます。スチールファイバーは、蒸気の接続された経路を提供し、亀裂を橋渡しして亀裂が徐々に開き、破裂を亀裂に変えるのに役立ちます。厚いライニングや湿った低セメントのキャスタブルの場合、これは強度の向上よりも重要です。一部の混合物には、融点が 165℃ 付近の有機繊維も添加されており、これは早期に燃え尽きて通気路が残り、鋼繊維を補完します。 1 つの耐火物レシピに 2 種類の繊維が含まれることが多いのはこのためです。

キャスタブルの 0.5 ～ 2 パーセントという狭いウィンドウ

鋼繊維は、冷間強度を上げるためではなく、熱衝撃による剥離に耐えるために耐火物キャスタブルに入れられます。そのため、用量範囲は狭く、体積で 0.5 ～ 2 パーセントであり、ほとんどの用途では 1 パーセント近くです。 0.5 パーセント未満では、亀裂面上の繊維が少なすぎて亀裂を埋めることができません。 2%を超えると、混合中に繊維が干渉し、作業性が低下し、振動によって配向層が形成され、層間に弱い面が残ります。ファイバーの長さは最大集合体サイズに関係しており、通常はそのサイズの少なくとも 3 倍です。そうでない場合は集合体がファイバーをブロックし、連続的なネットワークが形成されません。しかし 40 mm を超えると、振動中に繊維が安定します。混合順序は、投与量よ​​りも多くの失敗を引き起こします。粉末と繊維を 2 ～ 3 分間ドライブレンドして、繊維が粉末中に分散した後、水を加えます。最初に水を加えてから繊維を振りかけることは決してしないでください。常にボールになります。乾燥曲線が結果を決定します。自由水を追い出すために摂氏 150 度に保持し、化学結合水を追い出すために摂氏 350 度に保持し、その後、使用温度まで 600 度を超えて上昇させます。各ステップの時間は厚さに応じて調整されます。加熱が速すぎると内部の蒸気圧が行き場を失い、表面が剥離します。これがファイバーが救済できない唯一の故障モードです。グレードは炉に従います。摂氏 650 度未満では 304、1000 度を超えると 310S、1400 付近のキルン ゾーンのみ 446 になります。

サプライヤーに尋ねるべき 3 つの質問

ほとんどの耐火繊維サプライヤーは 3 つの質問でフィルタリングされます。まず、ベース グレードが 304、310S、または 446 であり、材料証明書が入手可能かどうかです。次に、実際の直径と長さの範囲はどのくらいですか (通常、直径は 0.3 ～ 0.5 mm、長さは 15 ～ 20 mm)。ライニングの厚さに合わせて切断できるかどうか。第三に、熱衝撃サイクルのデータはありますか。グレードと温度の定格については、鋼繊維製品ページの耐火物セクションに 304、310S、446、430 と温度および熱衝撃データがリストされており、技術付録として問い合わせに直接添付できます。