JP2004515358A - 耐火プレート - Google Patents

Abstract

【解決手段】特に、溶融金属の流量調節系に用いられ、プレート面には次の少なくとも二つの領域、すなわち、少なくとも一つの溶融金属通過口（３）を有し、溶融金属通過口（３）を通過する溶融金属の影響に耐え得る組成物からなる少なくとも一つの通過領域（１）と、溶融金属の流れを止めるためのものであり、通過領域（１）の組成物とは異なり、溶融金属の流れを停止したときの熱衝撃に耐え得る組成物からなる一つの操作領域（２）とを有し、これらの領域はプレートの厚み全体に亘り、かつ、通過領域（１）と操作領域（２）の結合が、一つの同じ金型の中に予め少なくとも一つの通過領域（１）の組成物と操作領域（２）の組成物とをこれらの領域の配置にしたがって装入し、圧縮形成することによって行われ、次いで焼結熱処理が施される耐火プレート、およびその製造法。

Description

【０００１】
本発明は、耐火プレート、特に、溶融金属の流量調節系に用いられ、プレート面には次の少なくとも二つの領域：
少なくとも一つの溶融金属通過口を有し、溶融金属通過口を通過する溶融金属との接触時に受ける影響に耐え得る組成物からなる少なくとも一つの通過領域と、溶融金属の流れを止めるためのものであり、通過領域の組成物とは異なり、溶融金属の流れを停止したときこの領域上に接している溶融金属による熱衝撃に耐え得る組成物からなる溶融金属の流量調節と流れ停止を行う一つの操作領域と
を有し、かつ、これらの領域は結合されて一体化しており、この一体物の中では、例えばその操作領域に与えられる変位が確実に通過領域に、複数の通過領域がある場合はそれぞれの通過領域に伝達されるようになっている、耐火プレートに関する。
【０００２】
現行の耐火プレートの使用中の損傷形態を分析すると、次のようなさまざまな劣化が認められる。
・溶融金属通過口における、放射状亀裂と縁部のかなり強い溶損。
・閉じた位置における、溶融金属から垂直方向に大きな熱衝撃を受けて発生するプレート表面下の応力に起因する剥離。
したがって、耐火プレートは以下の特性を具備する必要がある。
・耐放射状亀裂性
・摩耗性と耐化学的溶損性
・耐熱衝撃性
・耐剥離性
【０００３】
今までのところ、全体を同一組成物で構成した耐火プレートには、技術的にも経済的にも十分に満足できるものはない。
【０００４】
複数の材料を組合せた冶金用バルブ向けのプレートに関して、多数の文献がある。
即ち、ＤＥ−Ａ−１，９３５，４２４には、断熱性の多孔質（５０−６０％）の耐火支持部材に囲まれたプレートを装備したゲートが特許請求されている。
ＥＰ−０８３２７０７は、冶金用鍋の流量制御系に用いられる耐火プレートの滑り面のところの摩耗を課題にしている。この特許は、一つの高密度の摩耗層と少なくとも一つの物理的性質の異なる層とからなり、両者の厚さの比が１：２〜１：５であるような多層構造の耐火物を対象にしている。
ＤＥ−Ａ−１，９３７，７４２には、高硬度の金属材料でできた挿入物（ジルコニア−モリブデン複合体）の収納部を備え、この収納部が弾性セメントで固定されているプレートが開示されている。この挿入物の役割は、閉じて流れを止めた時にその高い熱伝導性により金属の凝固を防ぐことにある。しかし、耐溶損性があまり良くないことが判明している。
こうした挿入物を用いる技術は、ＤＥ−Ａ−３，６１４，７３０にも述べられている。そこでは、プレートの基本構造部が、熱膨張接ぎ手の役割を果たしているモルタルを介して酸化物セラミックス製の挿入物を包囲し支持している。基本構造部自体はマグネシアコンクリートで構成されている。
一方、ＤＥ−Ａ−２，７１９，１０５では、セラミックス製の挿入物は、アルミナコンクリートに包囲されている。
挿入物とその接合にセメントやモルタルを用いるという技術思想では、プレートの主要部と挿入物との界面が、腐食とか溶融金属の侵入とか空気吸込みとかを受け易いために、著しい弱点となる。
【０００５】
本発明の目的は、このような界面の存在自体に起因する問題や、界面を形成するには時間がかかり、公知の特殊なセメントやモルタルを使用する必要があるが、結局のところ期待する良い結果が得られないといった問題を解決することにある。この目的のために、本発明は、プレート内においてすべての領域が、相互に緊密に結合して一体化し、それらの間には間隙が存在し得ないように、同時に成形されたプレートを提案する。
【０００６】
本発明によれば、上述の領域は、それぞれプレートの厚みを有し、かつ異なる領域間の結合は、共圧縮成形、即ち通過領域、複数の通過領域がある場合はそれぞれの通過領域を構成する組成物と操作領域を構成する別の組成物を同一の金型の中に、それぞれの領域の配置にしたがって装入しておいて同時に圧縮成形することによって行われる。この共圧縮成形に続いて焼結熱処理が施される。
【０００７】
本発明では、その通過領域は耐火プレートの厚み全体に亘っているので、順次裏返して使用できるという利点があるが、挿入物を用いたプレートの場合にはそのような利点がない。
【０００８】
本発明は、また、特に溶融金属の流量調節系に用いられ、プレート面には少なくとも二つの領域、即ち所定の第１の組成物を有する少なくとも一つの通過領域と所定の第２の組成物を有する一つの操作領域と、を有する本発明である耐火プレートの製造法にも関する。ここで、各領域はプレートの厚み全体に亘っている。
【０００９】
本発明の方法は、以下の工程：
金型の中に、少なくとも一つある通過領域用の組成物と操作領域用の別の組成物を、それぞれの領域にとって望ましい配置を考慮し、プレートの厚み全体に亘って同一組成となるように、所定量装入する工程；
金型中の二つの組成物を、所望の形状と緻密度のプレートとなるように、同時に圧縮成形する工程；
圧縮成形されたプレートに、焼結熱処理を施す工程；
を有する。
【００１０】
溶融金属の流量制御系において、本発明である耐火プレートは、上部そして／または下部の固定位置に設けられたり、下部または中間部の可動位置に設けられる。
【００１１】
本発明のその他の詳細や特徴は、従属請求項および本明細書の図面説明から明らかとなる。図面は、この実施例に本発明は限定されることはないが、本発明のプレートおよびその製造法を示している。なお、本文で用いられている“通過”および“操作”なる用語は、上述した二種類の異なる領域を区別するためのものであって、本発明の本質を限定するものではない。
【００１２】
これらの図の中で、同じ参照記号は同一または類似のものを表す。
本発明の耐火プレートにおいて、通過領域１は（以後部分１と呼ぶ）、溶融金属通過口３を備え、溶融金属およびそれに伴うスラグの流れに耐えるように特に検討された組成物からなる。一方、操作領域２は（以後主要部２と呼ぶ）、これは溶融金属の連続流には曝されないが、バルブ閉鎖の際に生じる熱衝撃に耐え、かつ、例えば耐火プレートの位置そして／または動きを確保することができなければならない。領域１および２の夫々は、プレートの厚み全体に亘っている。
【００１３】
部分１は、アルミナ、ムライト、ジルコンおよびその化合物のグループの中から選定された極上の耐火粒子と、黒鉛、無煙炭、コークスおよびカーボンブラック等々の遊離炭素と、酸化防止剤および熱硬化性樹脂とから構成される。
【００１４】
部分１に連結する主要部２は、主としてボーキサイト，アンダルサイト，カイヤナイトおよびシャモットのようなシリカ−アルミナ系の耐火粒子、そして／またはリサイクル処理、特に同じ耐火プレートのリサイクルによって生じた耐火粒子から構成される。これらの粒子は、部分１の粒子を結合させるために用いられる炭素系バインダーと併用可能なバインダーによって結合される。
【００１５】
その他、鋳造条件や金属の性質により、部分１の耐火粒子は、マグネシアそして／またはＭｇＯＡｌ_２Ｏ_３スピネルから選定された極上の耐火粒子と、遊離炭素と、酸化防止剤および熱硬化性樹脂とから構成される場合もある。また、主要部２の耐火粒子は、同じ系に属する部分１より低品位のもの、そして／またはリサイクル処理、特に同じ耐火プレートのリサイクルによって生じたものによって構成されるのが好ましい。なお、主要部２の粒子は、部分１の粒子の炭素系バインダーと併用可能な炭素系バインダーによって結合される。
【００１６】
本発明の一体型耐火プレートを製造するには、それぞれの機能を確保するために異なる組成物が用いられる部分１と主要部２とは、それらが十分に結合して、使用時に一体物として作動するように、製造時、特に各製造工程（共圧縮成形、乾燥、焼結）において互換性がなければならない。
【００１７】
特に、部分１と主要部２の原料である二つの組成物は、共圧縮成形を受けるために、比較的に近い充填密度および圧縮密度を有する必要がある。したがって、主要部２の原料の一部あるいは全部に、同じ用途のプレートを再処理して得られた材料を用いるのが好ましい。
【００１８】
構成要素１および２の耐火粒子を結合させるにあたっては、同じ炭素系バインダー、即ち同じ熱硬化性樹脂あるいはレオロジー的および熱的に互換性のある二種の樹脂を用いるのが好ましい。この方法は、部分１と主要部２との間に構造的結合を得るための一つの方法である。
【００１９】
部分１と主要部２とは使用時に異なる熱的および化学的影響を受けるので、それぞれの影響に適切な酸化防止剤あるいは複合酸化防止剤が用いられなければならない。
【００２０】
本発明のプレートの特徴は、耐火プレートの製造コストの上昇を抑え、実際に影響を受ける領域のみを高級酸化防止剤で強化することにある。一体物におけるプレートの配置や溶融金属通過口３の位置に応じて、異なる組成物で形成された異なる一体物を適用できる。
【００２１】
一つあるいは複数の部分１は、主要部２に包囲されたり（図１）、図２のように、主要部２に隣接して存在する。
【００２２】
同様に、少なくとも一つの溶融金属通過口３ を有し、直線的に移動するプレートの場合には、図３に示すように、部分１が包囲された位置にあるのが好ましい。
【００２３】
液圧プレスやフリクションプレスによる圧縮成形時における本発明の好ましい実施形態として、部分１と主要部２の二つの組成物を金型中に装入するときに、両者の界面に一時的に薄いが剛性の高い隔壁を挿入できる。二つの組成物がそれぞれの場所に装填されたならば、圧縮成形前にこの隔壁を取去って、部分１と主要部２の界面の接触と両者の密接な混合を図る。
【００２４】
このような方法により、部分１においても、主要部２においても、それらが個別に圧縮成形された場合と同じような高い物理的性質（密度および多孔性）が得られる。
【００２５】
さらに、本発明法により製造された複合材から採取された棒状試験片を用いて顕微鏡試験と曲げ試験を行ったところ、部分１と主要部２の界面には弱点がなくて、曲げ破断が最もしばしば起きたのは、機械的に最も弱い部分（場合に応じて、部分１あるいは主要部２）であった。
【００２６】
所要の直径の溶融金属通過口３をあけるには、圧縮成形時にこの通過口３形成用の中子を予め備えておいたり、圧縮成形によって製造された複合材にコアボーリング加工を行ったりする。
【００２７】
この中子利用方式には 以下のようないくつかの利点がある。
・部分１用の高価な混合物を節約できる。
・コアボーリング加工が不要で、この加工時に発生する離脱や剥離などの欠陥を解消できる。
・溶融金属通過口３の内壁の表面状態が改善され、使用時の耐溶損性の向上を図れる。
【００２８】
成形工程が終了すると、複合部品には、通常の乾燥、保護雰囲気下での焼結、（必要により、後処理としてのピッチ含浸、）および研削仕上げが施される。
【００２９】
もちろん、本発明は上記の形状のプレートに限定されることはなく、請求の範囲内で修正を加えることができる。
【００３０】
なお、少なくとも一つの通過領域には、各々の溶融金属通過口３のところに、鋳造システムに接続する耐火部品（図には示されていない）用の挿入・芯出し系を備えることができる。
【００３１】
以下に、実施例をもって本発明の特徴を示す。
実施例１（図１）
この例は、二つの溶融金属通過口３を備えたロータリーゲート用鋳造プレートの例である。
二つの部分１が一つの主要部２に包囲されて局在しており、それぞれの部分１に溶融金属通過口３が設けられている。
部分１の製造には、下記の構成の混合物を用いた。

部分１および主要部２は、液圧プレスで共圧縮成形される。得られた一体型プレートは、二つの構成要素１および２が共有する平面で構成された互に平行な二つの面を有する。乾燥および保護雰囲気下での焼成の後、得られた複合耐火プレートは、密着性に全く問題がなく、また十分に使用に耐えるものであった。
【００３２】
実施例２（図２）
この例では、部分１および主要部２に実施例１と同じ組成物が用いられており、部分１が主要部２に隣接している。
この複合プレートも、使用上全く問題が生じない。
【００３３】
実施例３（図３）
この例は、部分１が主要部２に包囲されている直線的スライドゲート用の耐火プレートの例である。
二つの構成要素１および２を製造するために用いられる組成物は、実施例１の場合と同じである。
【００３４】
実施例４
この例では、プレートの全般的形状および思想は、実施例１（図１）の場合と同じであるが、主要部の組成物が、プレートのリサイクル処理から得られた粒子と、それに添加された４％以下の黒鉛、酸化防止剤、樹脂からなる炭素系バインダーで構成されている。
リサイクル粒子を用いているので、得られたプレートの二つの構成要素間の結合が強化される。
【００３５】
実施例５
この例は、カルシウムアルミネートの生成を避けなければならない特殊鋼の鋳造用で、骨材および微粉（９０重量％）としてのマグネシアと黒鉛としての炭素 （５％）、残部が樹脂および酸化防止剤からなる部分１を有するプレートの例である。
主要部２は、リサイクル処理で得られたマグネシア骨材（７５重量％）と新品の微粉マグネシア（１５重量％）で構成されており、使用される炭素系バインダーは部分１と同じものである。
【００３６】
本発明は、主として、付図の紙面に平行な面内で結合している異なる組成物からなる領域について説明してある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプレートの一実施例の平面図であって、二つの通過領域が操作領域と名付けられた領域に包囲されている。
【図２】本発明のプレートの別の実施例の平面図であって、一つの操作領域の両側に二つの通過領域が隣接している。
【図３】本発明のプレートのさらに別の実施例の平面図であって、一つの所定の組成物からなる通過領域が、一つの別の組成物からなる操作領域に包囲されている。

Claims (15)

1. 特に、溶融金属の流量調節系に用いられ、プレート面には次の少なくとも二つの領域：
   少なくとも一つの溶融金属通過口（３）を有し、溶融金属通過口（３）を通過する溶融金属との接触時に受ける影響に耐え得る組成物からなる少なくとも一つの通過領域（１）と、
   溶融金属の流量調整したり流れを止めるためのものであり、通過領域（１）の組成物とは異なり、溶融金属の流れを停止したとき領域（２）上に滞留している溶融金属による熱衝撃に耐え得る組成物からなる一つの操作領域（２）と、
   を有し、かつ、これらの領域は結合されて一体化している耐火プレートであって、
   これらの領域が、いずれもプレートの厚み全体に亘っており、かつ、通過領域（１）と操作領域（２）との結合が、少なくとも一つの通過領域（１）を構成する組成物と操作領域（２）を構成する異なる組成物を、予め同一の金型の中にそれらの各領域の配置にしたがって装入し、共圧縮成形により行われ、続いて焼結熱処理が施されることを特徴とする耐火プレート。
2. 少なくとも一つの通過領域（１）と操作領域（２）とが、構造的に直接接合されることを特徴とする請求項１の耐火プレート。
3. 少なくとも一つの通過領域（１）の少なくとも一つの溶融金属通過口（３）が、共圧縮成形後コアボーリング加工によって製作されることを特徴とする請求項１の耐火プレート。
4. 少なくとも一つの通過領域（１）の少なくとも一つの溶融金属通過口（３）が、共圧縮成形時に中子を用いることによって直接製造されることを特徴とする請求項１の耐火プレート。
5. 少なくとも一つの通過領域（１）が、操作領域（２）によって包囲されていることを特徴とする請求項１の耐火プレート。
6. 包囲された通過領域（１）が、複数の溶融金属通過口（３）を有することを特徴とする請求項５の耐火プレート。
7. 少なくとも一つの通過領域（１）と操作領域（２）が、隣接していることを特徴とする請求項１の耐火プレート。
8. 少なくとも一つの通過領域（１）には、各々の溶融金属通過口３のところに、出湯系に隣接する耐火部品用の挿入・芯出し系が備えられていることを特徴とする請求の範囲１の耐火プレート。
9. 少なくとも一つの通過領域（１）の組成物が、
   アルミナ，ムライト，ジルコンおよびその化合物のグループの中から選定された高級耐火粒子と、
   黒鉛，無煙炭，コークスおよびカーボンブラック等々の遊離炭素と、
   酸化防止剤と、
   熱硬化性樹脂と、
   からなることを特徴とする請求項１の耐火プレート。
10. 操作領域（２）の組成物が、
    ボーキサイト，アンダルサイト，カイヤナイト 及び シャモットのようなシリカ−アルミナ系の耐火粒子、そして／または
    全部あるいは一部分が、リサイクル処理から得られた耐火粒子からなり、
    これらの耐火粒子が、通過領域（１）の炭素系バインダーと併用可能な炭素系バインダーによって結合されていることを特徴とする請求項１の耐火プレート。
11. 通過領域（１）の組成物が、マグネシアそして／またはＭｇＯＡｌ_２Ｏ_３スピネルから選定された高級耐火粒子と、遊離炭素と、酸化防止剤および熱硬化性樹脂とを含み、操作領域（２）の組成物が、同じ系に属する部分１より低位の耐火粒子と、全部または一部にリサイクル処理で得られた耐火粒子とを含み、かつ、操作領域（２）の耐火粒子が、通過領域（１）粒子の炭素系バインダーと併用可能な炭素系バインダーによって結合されていることを特徴とする請求項１の耐火プレート。
12. 特に、溶融金属の流量調節系に用いられ、プレート面には次の少なくとも二つの領域：
    所定の第１の組成物を有する少なくとも一つの通過領域（１）と、
    プレートの残余の部分を構成し、所定の第２の組成物を有する一つの操作領域（２）と、を有する耐火プレートの製造法であって、
    金型の中に、少なくとも一つある通過領域（１）用の組成物と操作領域（２）用の別の組成物を、それぞれの領域にとって望ましい配置を考慮し、プレートの厚み全体に亘って同一組成となるように、所定量装入する工程と、
    金型中の二つの組成物を、所望の形状と密度のプレートとなるように、同時に圧縮成形する工程と、
    圧縮成形されたプレートに、焼結熱処理を施す工程と、
    を有する耐火プレートの製造法。
13. 組成物を分けて装入するために、金型中に領域区画用の隔壁を設ける工程と、圧縮成形前にこの隔壁を取去る工程とを有することを特徴とする請求項１２の耐火プレートの製造法。
14. 圧縮成形後、少なくとも一つの溶融金属通過口（３）をコアボーリング加工によって製造することを特徴とする請求の範囲１２または１３の耐火プレートの製造法。
15. 少なくとも一つの溶融金属通過口（３）を形成するために、中子を用いることを特徴とする請求の範囲１２または１３の耐火プレートの製造法。