JP2001355972A - 金属溶解/保持炉用浸漬型バーナーヒーターの二重構造保護管 - Google Patents

金属溶解/保持炉用浸漬型バーナーヒーターの二重構造保護管

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JP2001355972A
JP2001355972A JP2000181501A JP2000181501A JP2001355972A JP 2001355972 A JP2001355972 A JP 2001355972A JP 2000181501 A JP2000181501 A JP 2000181501A JP 2000181501 A JP2000181501 A JP 2000181501A JP 2001355972 A JP2001355972 A JP 2001355972A
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JP
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cylinder
inner cylinder
outer cylinder
protective tube
heat
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JP2000181501A
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Hiroshi Yamaguchi
宏 山口
Yasuhiko Horibe
康彦 堀部
Jiro Tsuchida
二朗 土田
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Kubota Corp
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Kubota Corp
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  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
  • Furnace Details (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】非鉄金属の加圧鋳造装置の保持炉等における溶
融金属浴の加熱保温に使用されるバーナー燃焼方式の浸
漬型ヒーターの保護管を提供する。 【解決手段】この保護管は、セラミックスからなる有底
筒体(外筒)(11)と、耐熱合金からなる有底筒体
(内筒)(12)とからなり、外筒(11)の肉厚は
0.05D〜0.15D(Dは外筒の外径)、内
筒(12)の肉厚は0.05D〜0.10D(D
は内筒の外径)であると共に、外筒の内壁面と内筒の外
壁面との間に、C> (ΔD−ΔD)/2(ΔD
は外筒の熱膨張による内径増量、ΔDは内筒の熱膨張
による外径増量)のクリアランスCを有する。外筒(1
1)は内筒(12)により燃焼火炎の直接被爆を遮断さ
れ、内筒(12)の壁面からの熱輻射で均一に加熱さ
れ、亀裂損傷を生じずヒーターの長期連続使用を可能に
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属の溶解炉、保
持炉等に使用されるバーナー燃焼方式の浸漬型ヒーター
の保護管に関する。
【0002】
【従来の技術】金属の溶解/保温設備、代表的にはアル
ミニウム,銅,マグネシウム等又はそれらの合金等の非
鉄金属の溶解炉や圧力鋳造装置における保持炉等のヒー
ターとして、浸漬型ヒーターと反射型ヒーターとが実用
されている。図3は浸漬型ヒーターが設置された溶融金
属(金属溶湯)保持炉(2)を示している。浸漬型ヒー
ター(1)は、溶融金属浴(4)の浴面から浴中に浸漬
設置され、または鎖線で示すように炉壁(3)を貫通し
て設置される。浸漬型ヒーターは、反射型ヒーター(炉
蓋に取付けられ溶融金属浴面に熱輻射する)に比し熱効
率が高く、また浴面の酸化物の生成も少ない等の利点を
有し、近年その採用が増加しつつある。
【0003】浸漬型ヒーターは、電気抵抗発熱方式とバ
ーナー燃焼方式とに大別される。バーナー燃焼方式のヒ
ーターは、図4に示すように、有底筒状部材である保護
管(10)の開口端にバーナー(15)が装着された構
造を有する。電気抵抗発熱方式のヒーターでは抵抗発熱
体が保護管(10)内に設けられる。近時、保護管材料
として耐熱性、溶融金属に対する腐食抵抗性等にすぐれ
たファインセラミックスの適用が進められている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】電気抵抗発熱方式の浸
漬型ヒーターの場合は、保護管内面の熱分布が均一で極
めて安定しており、保護管材料としてファインセラミッ
クスを適用することにより、炉体寿命に匹敵する耐用寿
命が得られることも実証されている。他方、バーナー燃
焼方式における保護管は、バーナーの高温燃焼炎に直接
曝されるため、局部加熱とそれに伴う熱応力を生じ易
い。このため、ファインセラミックスを適用しても短期
間で亀裂・割損を生じ易く、耐用寿命は電気抵抗発熱方
式の1/5〜1/10程度と著しく低い。バーナー燃焼
方式はエネルギー効率等の点で電気抵抗発熱方式に比し
優れているが、上記のように耐用寿命は実用レベルから
ほど遠い状況にある。本発明は、上記に鑑み、バーナー
燃焼方式のヒーターの実機使用を可能とするための改良
された保護管を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の浸漬型ヒーター
の保護管は、セラミックスからなる有底筒体である外筒
と、その内側に装着される耐熱合金からなる有底筒体で
ある内筒とからなり、セラミックスからなる外筒の肉厚
は、0.05D〜0.15D(Dは外筒の外
径)、耐熱合金からなる内筒の肉厚は、0.05D
0.10D(D は内筒の外径)であると共に、外筒
の内壁面と内筒の外壁面とのクリアランスCが、 C > (ΔD−ΔD)/2 [式中、ΔDは外筒の熱膨張による内径増量、ΔD
は内筒の熱膨張による外径増量]である二重構造を有し
ている。
【0006】本発明の保護管は、溶融金属に接触する外
側層(外筒)をセラミックスとし、バーナーの燃焼炎等
と接触する内側層(内筒)を耐熱合金としている。内筒
(耐熱合金)は、外筒(セラミックス)を高温燃焼炎等
の直接被曝から遮断して、その局部加熱昇温と熱応力の
発生を抑制防止する。外筒は、内筒の壁面から放射され
る輻射熱により均一に加熱される。このセラミックス/
耐熱合金の二重構造により、溶融金属と接触するセラミ
ックス外筒の熱的損傷を防止され、溶融金属への熱供給
が安定に維持される。
【0007】セラミックスの外筒の肉厚を0.5D
0.15D(Dは外筒の内径)の範囲に規定してい
るのは、0.5Dより薄い肉厚では、耐熱衝撃性に乏
しく、例えば溶融金属の浴面付近における熱応力に起因
して湯境部に亀裂が生じ易くなり、他方0.15D
り厚くすると、肉厚方向の温度勾配による熱応力が大き
くなることに伴って亀裂を生じ易くなり、いずれの場合
もセラミックス外筒を長期に亘って亀裂等のない健全な
状態に維持することが困難となるからである。
【0008】耐熱合金の内筒の肉厚を0.5D〜0.
10D(Dは内筒の外径)の範囲に規定しているの
は、0.5Dより薄い肉厚では、バーナー火炎の熱影
響および酸化損耗とそれに伴う筒形状の変形(膨れ等)
を生じ易く、外筒に対する燃焼炎の遮断機能を安定に維
持することが困難となるからであり、他方0.10D
を上限とするのは、それを超える厚肉とする利益はない
ことによる。
【0009】セラミックスの熱膨張率は一般に金属の熱
膨張率よりかなり小さい。実機使用時に外筒(セラミッ
クス)と内筒(耐熱合金)の熱膨張量の差異により両筒
体の壁面同士が押圧し応力を生じると、筒体の変形・破
損をきたすと共に、外筒に対する内筒からの熱輻射によ
る均一加熱の効果が損なわれ、外筒に熱亀裂を生じる原
因となる。そこで、本発明は両筒体間に下式のクリアラ
ンスCを与えることにより、このような不具合を回避し
ている。なお、式中のΔDとΔDは、それぞれΔD
、ΔD、と表されるので、式の
右辺は、(ΔD −ΔD)/2=(α−α
)/2、と書き換えることができる。
【0010】
【数1】 C[=(D−D)/2] >(ΔD−ΔD)/2 [α:外筒セラミックスの線膨張率、α:内筒耐熱
合金の線膨張率、D:外筒の内径(常温)、D:内
筒の外径(常温)、ΔD:実機使用(熱間)における
外筒の熱膨張による内径増量 ΔD:実機使用(熱間)における内筒の熱膨張による
外径増量 ]
【0011】
【発明の実施の形態】図1は、本発明のヒーター保護管
を模式的に示している。11はセラミックスからなる外
筒、12は耐熱合金からなる内筒である。内筒(12)
は外筒(11)の内側空間内に隙間(13)をおいて内
装され、その開口部に燃焼バーナー(15)が装着され
る。保護管(10)をセラミックスの外筒(11)と耐
熱合金の内筒(12)からなる2重構造とする点を除い
て、ヒーターの構成は従来のそれと異ならない。
【0012】外筒(1)をセラミックスとするのは、浸
漬型ヒーターの保護管として必要な溶融金属に対する腐
食抵抗性、耐熱性等の耐溶融金属性を確保するためであ
り、その材種は窒化物系(Si等)、炭化物系
(等SiC等)、酸化物系(Al等)など広範囲
に選択されるが、保護管の長期使用に耐え得る安定性の
点から、高緻密質の焼結製品が好ましい。特に、緻密質
窒化珪素(相対密度95%以上)の焼成品(サイアロン
を含む)は、耐溶融金属腐食性、耐熱性、耐熱衝撃性等
の優れた物性を具備し本発明の保護管材として極めて好
適である。
【0013】内筒(2)は、セラミックス外筒(1)に
対するバーナーの高温燃焼炎の直接被爆を遮断する部材
であるから、高温燃焼炎の直接作用を受けても溶損しな
い高融点、耐熱性、耐酸化性、高温強度等の耐高温燃焼
炎性を備えた耐熱合金が適用される。耐熱合金は、例え
ばCr基合金、高NiCr耐熱合金鋼等である。Cr基
合金の好ましい例としてCr含有量40重量%以上のC
r−Fe合金が挙げられる。高NiCr耐熱合金鋼は、
Ni含有量20重量%以上、Cr含有量25重量%以上
の組成を有するものが適用され、好ましい例としてHK
40(20%Ni-25%-Fe),「NA22H」(48%Ni-27%Cr-Fe)
等が挙げられる。
【0014】
【実施例】セラミックスからなる外筒と耐熱合金からな
る内筒とを組み合わせて保護管とし、開口部にガスバー
ナーを装着してヒーターを構成する。これを加圧鋳造装
置(ダイカストマシン)の溶融金属保持炉に浸漬型ヒー
ターとして設置する。 (2)使用試験 溶融金属:アルミニウム合金(JIS H5302 ADC12)、
浴温720℃ バーナー燃焼温度:1150℃
【0015】表1に供試保護管の諸元と使用試験結果を
示す。「使用試験結果」欄の保護管の性状は、発明例に
ついては1年使用後、比較例は6ヶ月使用後におけるそ
れぞれの検査結果である。なお、比較例(No.11〜1
5)は、内/外両筒体のそれぞれの構成材料は発明例の
ものと同一であるが、筒体の肉厚又はクリアランス(表
中下線)が本発明の規定から外れている例である。
【0016】
【表1】
【0017】表1に示したように比較例の保護管は短期
間の使用で異状をきたしている。比較例No.11の保護
管における外筒のひび割れは、外筒の肉厚が厚過ぎるた
めに、肉厚方向の温度勾配に起因する熱応力により発生
したものである。比較例No.12の内筒に熱変形が発生
しているのは、内筒の肉厚不足により、燃焼火炎に対す
る内筒の耐熱性が不足していることによる。比較例No.
13における外筒の割れ発生(湯境い部)は、外筒の肉
厚不足によるものである。比較例No.14の外筒に割れ
が発生しているのは、クリアランスの不足のために、内
筒の熱膨張変形に伴う膨出力を受けたことによる。ま
た、比較例No.15の内筒は肉厚の不足のために、バー
ナー燃焼火炎の熱影響で膨れ変形をきたしている。他
方、発明例の保護管は、そのいずれも亀裂・変形などの
ない健全な形態を維持し、長期の反復使用に耐え得る良
好な健全性を保持している。
【0018】
【発明の効果】本発明のヒーター保護管は、溶融金属と
接触するセラミックス筒体の内側に耐熱合金の内筒を設
けてセラミックス筒体を高温燃焼火炎の直接被爆から遮
断する二重構造の効果として、セラミックス外筒の亀裂
損傷が抑制防止され、浸漬型バーナーヒーターの耐用寿
命を高め、メンテナンスの軽減、効率的な加熱溶解、溶
融浴温の維持管理を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の保護管の構造を模式的に示す正面断面
図である。
【図2】本発明の保護管の諸元寸法説明図である。
【図3】溶融金属保持炉における浸漬型ヒーターと配置
を示す模式的説明図である。
【図4】浸漬型バーナーヒーター従来の構造を模式的に
示す正面断面図である。
【符号の説明】
1:浸漬型バーナーヒーター 2:保持炉 3:炉壁 4:溶融金属 10:ヒーター保護管 11:保護管の外筒(セラミックス) 12:保護管の内筒(耐熱合金) 13:外筒と内筒との隙間 15:バーナー D:外筒の外径 t:外筒の肉厚 D:内筒の外径 t:内筒の肉厚 C :外筒/内筒のクリアランス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F23D 14/12 F23D 14/12 Z 4K063 F27B 3/20 F27B 3/20 (72)発明者 土田 二朗 大阪府枚方市中宮大池1丁目1番1号 株 式会社クボタ枚方製造所内 Fターム(参考) 3K017 BB05 BC05 BE03 BG03 3K091 AA18 BB07 BB25 EA12 EA18 4E014 AA01 4K001 AA02 AA09 AA38 DA14 FA14 GB11 4K045 AA03 AA06 BA03 RB19 4K063 AA04 BA02 BA03 CA01 CA05 DA08 DA11

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミックスからなる有底筒体である外
    筒と、その内側に装着される耐熱合金からなる有底筒体
    である内筒とからなり、 セラミックスからなる外筒の肉厚は、0.05D
    0.15D(Dは外筒の外径)、耐熱合金からなる
    内筒の肉厚は、0.05D〜0.10D(D は内
    筒の外径)であると共に、 外筒の内壁面と内筒の外壁面との間に、 C > (ΔD−ΔD)/2 [式中、ΔDは外筒の熱膨張による内径増量、ΔD
    は内筒の熱膨張による外径増量]を満たすクリアランス
    Cを有する金属溶解/保持炉用浸漬型バーナーヒーター
    の二重構造保護管。
  2. 【請求項2】 外筒が緻密質窒化珪素焼結体からなる請
    求項1に記載の金属溶解/保持炉用浸漬型バーナーヒー
    ターの二重構造保護管。
  3. 【請求項3】 内筒が、Cr含有量40重量%以上のC
    r−Fe合金、またはNi含有量20重量%以上、Cr
    含有量25重量%以上の高NiCr耐熱合金鋼からなる
    請求項1又は2に記載の金属溶解/保持炉用浸漬型バー
    ナーヒーターの二重構造保護管。
JP2000181501A 2000-06-16 2000-06-16 金属溶解/保持炉用浸漬型バーナーヒーターの二重構造保護管 Pending JP2001355972A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2923404A1 (fr) * 2007-11-14 2009-05-15 Lethiguel Soc Par Actions Simp Dispositif de chauffage d'un bain de metal liquide.
WO2015056287A1 (ja) * 2013-10-18 2015-04-23 株式会社大紀アルミニウム工業所 アルミニウム溶湯用取鍋の予熱方法及び予熱装置
CN106041025A (zh) * 2016-07-26 2016-10-26 辽宁伊菲科技股份有限公司 一种惰性气体保护浸入式加热双功能低压铸造炉

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