JP2006071230A

JP2006071230A - 金属溶融用ルツボ及びその製造方法

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Publication number: JP2006071230A
Application number: JP2004257652A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Fukumaru; 茂福丸
Original assignee: Ariake Ceramic Constructions Co Ltd
Current assignee: Ariake Ceramic Constructions Co Ltd
Priority date: 2004-09-03
Filing date: 2004-09-03
Publication date: 2006-03-16

Abstract

【課題】金属を溶融する際に、加熱冷却に対する耐久性や蓄熱性に優れた金属溶融用ルツボ及びその製造法を提供する。
【解決手段】繊維強化の耐熱性組成物を用いて成形したルツボ１の外側壁へハニカム状の立体凹凸部２を一体的に設置したことを特徴とする。繊維強化の耐熱組成物は骨材部にＳｉＣを含み、結合部がＳｉＣ、アルミナ、マイクロシリカ、アルミナセメントの中の少なくとも一種と無機質系長繊維のチョップで強化される。
【選択図】図１

Description

この発明は、金属溶融用ルツボの外壁にハニカム状の凹凸部を形成することを目的とした金属溶融用ルツボ及びその製造方法に関する。

従来金属溶融用ルツボの材料は、黒鉛が使用されていたが、その外壁は平滑であった。

従来金属（例えばアルミニウム）溶融炉、搬送炉又は低圧鋳造炉などにルツボ炉が使用されるが、その特徴としては、保温性が良好で、溶融金属の温度低下を阻止すると共に、均一かつ定温を保持することが求められている。

前記特性を維持し、かつ温度変化に対して十分の強度を保つ為に、黒鉛炉が多用されているが、更なる改良としてＳｉＣを含み、かつ繊維強化の耐熱性組成物が用いられるようになった。
特開２００１−８０９７０特開２００１−２０８４８１

前記従来使用している黒鉛は、加熱冷却（熱変化）に対する耐久性について改善の余地があった。そこで出願人は、繊維強化の耐熱性組成物及びこれを用いた成形体を提案し（引用文献１）、多大の評価を得て実用に供せられているが、蓄熱性において更なる向上を要望され、苦心研究の結果この発明を完成したのである。

この発明によれば、ルツボの側壁を補強すると共に、蓄熱量を飛躍的に向上させ、比較的長く高温かつ定温を保つことに成功して、前記従来の技術を更に改良したのである。

即ちこの発明は、繊維強化の耐熱性組成物を用いて成形したルツボであって、該ルツボの外壁へ、ハニカム状の凹凸部を設けたことを特徴とする金属溶融用ルツボであり、繊維強化の耐熱性組成物は、骨材部にＳｉＣを含み、結合部がＳｉＣ、アルミナ、マイクロシリカ、アルミナセメントの中の少なくとも一種と、無機質系長繊維のチョップで強化されているものであり、ハニカムの凹凸部は、立体のハニカム状であって、一辺を４０ｍｍ〜６０ｍｍ、深さ２０ｍｍ〜４０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ前後の凹凸部としたものである。

また製造方法の発明は、繊維強化の耐熱性組成物を用いて成形した外壁平滑な基本ルツボの外側に、外型を遊嵌し、前記基本ルツボと外型との間に、凹入部形成用の発泡合成樹脂製の中子を外型の内壁に固定して介装し、前記基本ルツボと外壁との間隙部へ、前記繊維組成物と水との混合物を充填して硬化させ、ついで前記外型の外壁を加熱して、前記中子と、外壁とを切り放した後、外型を脱型し、前記中子を除去することを特徴とした金属溶融用ルツボの製造方法である。更に、ルツボ型用の内型と、外型との間隙部へ凹凸部形成用の中子を並列固定し、前記内型と外型との間隙部へ、耐熱性組成物に、水を加えた充填物を加圧充填した後、該充填物を硬化させ、ついで外型を脱型して、中子を除去することを特徴とした金属溶融用ルツボの製造方法であり、中子の除去は、中子を加熱溶融させるものである。

この発明においては、ルツボの外壁にハニカム状の凹凸部を設けたが、この形状構造にこだわるものではない。然し乍らハニカムは、相互に均等形状で連結しているので、蓄熱量が多くなることは勿論、熱変化に対する強度が大きいので、最適の形態ということができる。

この発明におけるハニカム形状の寸法については、限定はない。けれども、例えば外径６７０ｍｍ、内径５６０ｍｍ、深さ７２０ｍｍのルツボの外壁に、一辺を５０ｍｍとし、深さ３０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのハニカムを連続して設けた場合に、蓄熱量は％〜％の向上が認められた。従って前記ルツボへ溶融アルミニウム４００ｋｇ収容した所、１時間の温度低下は１℃以下であった。

また定温を保つための加熱手段は、収容から使用終了までの時間が、６０分以下の場合は不必要であることが判明した。

この発明における繊維強化の耐熱性組成物は骨材部及び結合部からなり、例えば、骨材部としては、アルミナ、ムライト、などを用いることができる。また、結合部としては、ＳｉＣ、アルミナ、マイクロシリカ、アルミナセメントを用いることができるが、これらの中の少なくとも一種以上を結合部に含んでいる構成とすることが好ましい。

前記において、少なくとも骨材部にＳｉＣを含むこととしたのは、熱伝導率が高く、耐熱性に優れているという理由からであり、骨材部全体に対して、ＳｉＣが１５重量％〜８５重量％となるようにすることが好ましい。

前記のように結合部（マトリックス部）を無機質系長繊維のチョップで強化（ＣＦＲＭＣ）することにより、弾塑性破壊靭性値、破壊エネルギー、熱衝撃抵抗性が著しく向上された繊維強化複合不定形耐熱組成物を得ることができる
前記における無機質系長繊維のチョップは、直径５μ（マイクロメートル）〜２５μ（マイクロメートル）、長さ０．５ｍｍ〜２５ｍｍ、アスペクト比（長さ／直径）が１０００乃至１００の無機質系モノフィラメントの複数本を１ヤーンとし、有機系結合材を用いて、当該ヤーンを束ねて構成するようにすることができる。

また他の無機質系長繊維のチョップは、直径５μ（マイクロメートル）〜２５μ（マイクロメートル）、長さが骨材部における最大骨材粒の粒径に対して１〜２０倍の範囲、アスペクト比（長さ／直径）が１０００乃至１００の無機質系モノフィラメントの複数本を１ヤーンとし、有機系結合材を用いて、当該ヤーンを束ねて構成するようにすることができる。

前記無機質系モノフィラメントの直径として５μ（マイクロメートル）〜２５μ（マイクロメートル）が好ましい理由は、高弾性、高耐酸化性能を保ちつつ高度な紡織性を発揮させるためである。

前記無機質系長繊維のチョップを構成する無機質系モノフィラメントの長さとして０．５ｍｍ〜２５ｍｍが好ましい理由は、長繊維によるからみの効果を高め、補強効果を得るためであり、無機質系長繊維のチョップを構成する無機質系モノフィラメントの長さが、骨材部における最大骨材粒の粒径に対して１〜２０倍の範囲になるようにすることが好ましい理由も、長繊維によるからみの効果を高め、補強効果を得るためである。

請求項１の発明によれば、蓄熱量が飛躍的に向上すると共に、補強され、かつ吸熱量も向上するなどの諸効果がある。従って短時間（例えば１時間）の使用中に温度調整に関する配慮を殆んど必要としない効果がある。

また請求項４、５の発明によれば、所定寸法のハニカム状凹凸部を容易に成型できると共に、内外壁は多数回に亘り使用し得る効果がある。またハニカム寸法の大小に拘らず自動的に製造することができる効果がある。

またハニカム状凹凸部の深さに変化があっても、基本的技術は同一であって、特殊性がないので、製造コストの変動がない効果もある。

この発明は、ＳｉＣを含む骨材部と無機質系長繊維とからなる結合部とよりなる繊維強化複合耐熱組成物によりアルミ溶融用のルツボを成形し、該ルツボの外側壁へ、ハニカム状の立体的凹凸部を設けてこの発明の金属溶融用ルツボを構成した。

従って前記ルツボによれば、定温を保ち易く、短時間（例えば１時間〜６時間）に温度条件の変化が少ないという利点があり、僅かの加熱により、定温保持ができる。

繊維強化耐熱複合組成物により成形した本体ルツボ１の外側壁へ、ハニカム状の立体凹凸部２を一体的に設置して、この発明のアルミ溶融用のルツボ５を構成した。

図中３はルツボ５の口部に設けた環状鍔、４、４は吊具孔である（図１、２）。

この発明のルツボ５は、例えば図２のように、ルツボ炉７へ設置して使用する。図中６は蓋、８は開閉蓋、９はバーナー口である。

前記この発明で使用した繊維強化耐熱性組成物は、旭硝子株式会社製ＤＲＹＳｉＣ−８５に対し、ＳｉＣ長繊維５００本のモノフィラメントをＰＶＡで束ねたＳｉＣ長繊維（日本カーボン株式会社製、商品名ニカロン、２０ｍｍ長さのチョップ）を０．３％〜３％（重量）加入したものである。

前記ＤＲＹＳｉＣ−８５の化学成分、物理的性質は次のとおりである。

化学成分ＳｉＣ８３（％）
ＳｉＯ_２６（％）
Ａｌ_２Ｏ_３９（％）
Ｆｅ_２Ｏ_３０．５（％）
物理性質
嵩比重
１１０℃ ２．６５
９００℃ ２．６４
１２００℃ ２．６３
気孔率
１１０℃ ７．５％
９００℃ １３．０％
１２００℃ １３．５％
圧縮強さ
１１０℃ ６５０Ｋｇ／ｃｍ^２
９００℃ ８５０Ｋｇ／ｃｍ^２
１２００℃ ｌ１５０Ｋｇ／ｃｍ^２
曲げ強さ
１１０℃ １４０Ｋｇ／ｃｍ^２
９００℃ １５０Ｋｇ／ｃｍ^２
１２００℃ １７０Ｋｇ／ｃｍ^２
熱間曲げ強さ（＠１２６０℃）
１２００℃ １２０Ｋｇ／ｃｍ^２

前記ルツボ炉７のバーナー口から重油のバーナー（図示してない）を使用してルツボ５を加熱すると、ルツボ５の外囲へ火焔が廻り、ルツボ５内のアルミニウムを溶解する。この場合に、ルツボ５の外壁には多数のハニカム状の立体凹凸部２が設けてあるので、急速に蓄熱し、アルミニウムを効率よく溶解すると共に、前記バーナーを消した場合であっても、溶解アルミニウムを定温に保つことができる。

この発明の製造方法の実施例を図３に基づいて説明すると、内型１０と外型１１とを所定の間隙をおいて嵌合設置し、前記外型１１の内壁にハニカム状凹入部を成形する為の発泡合成樹脂製の中子１３を固着する。

次に内型１０の外壁と、外型１１の内壁との間隙部１５へ、繊維強化の耐熱性組成物に、その５％（重量）の水を加えて、流動性のある混合物１４を注入管１６から矢示１７のように充填し、硬化させる。この場合に型は口部を下向きにしてある。そこで口部を上向きにし、吊具で吊って、硬化物を型付きのまま加熱炉（２００℃）に入れると、前記外型１１と、固定してある中子１３が溶融するので、外型１１は自動的に脱型し、ついで中子１３が焼却され除去されると、この発明のルツボ５ができる。

この発明の製造方法の他の実施例を説明すると、繊維強化の耐熱性組成物にその５％（重量）の水を加えて、流動性のある混合物を作り、これを内型１０と外型１１の間隙部１５に流し込み、硬化を待って脱型すれば本体ルツボ１ができる（図４）。

次に本体ルツボ１の外側へ外型１２を配し、本体ルツボ１の外壁と、前記外型１２の内壁との間隙部にハニカム構成用の合成樹脂製の中子１３を配置し、本体ルツボ１の外壁と、外型１２の内壁との間に前記混合物１４を充填した後、硬化後外型１２の外側を加熱して、前記中子１３の外壁固定部を切り放した後、外型を外し、中子１３を焼却すれば、この発明のルツボ５を得ることができる。

前記実施例は、まず本体ルツボ１を成型し、ついで本体ルツボ１を内型とし、これに外型１２を配し、本体ルツボ１と外型１２の間に中子１３を配置して、ルツボ５を成型したものである。

この発明の実施例の斜視図。同じく使用状態を示す断面図。同じく製造時の流れ図。同じく他の実施例の流れ図。

符号の説明

１本体ルツボ
２立体凹凸部
３環状鍔
４ボルト孔
５ルツボ
６蓋
７ルツボ炉
９バーナー焚口
１０内型
１１、１２外型
１３中子

Claims

繊維強化の耐熱性組成物を用いて成形したルツボであって、該ルツボの外壁へ、ハニカム状の凹凸部を設けたことを特徴とする金属溶融用ルツボ。
繊維強化の耐熱性組成物は、骨材部にＳｉＣを含み、結合部がＳｉＣ、アルミナ、マイクロシリカ、アルミナセメントの中の少なくとも一種と、無機質系長繊維のチョップで強化されていることを特徴とした請求項１記載の金属溶融用ルツボ。
ハニカムの凹凸部は、立体のハニカム状であって、一辺を４０ｍｍ〜６０ｍｍ、深さ２０ｍｍ〜４０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ前後の凹凸部としたことを特徴とする請求項１記載の金属溶融用ルツボ。
ルツボ型用の内型と、外型との間隙部へ凹凸部形成用の中子を並列固定し、前記内型と外型との間隙部へ、耐熱性組成物に、水を加えた充填物を加圧充填した後、該充填物を硬化させ、ついで外型を脱型して、中子を除去することを特徴とした金属溶融用ルツボの製造方法。
繊維強化の耐熱性組成物を用いて成形した外壁平滑な基本ルツボの外側に、外型を遊嵌し、前記基本ルツボと外型との間に、凹入部形成用の発泡合成樹脂製の中子を外型の内壁に固定して介装し、前記基本ルツボと外壁との間隙部へ、前記繊維組成物と水との混合物を充填して硬化させ、ついで前記外型の外壁を加熱して、前記中子と、外壁とを切り放した後、外型を脱型し、前記中子を除去することを特徴とした金属溶融用ルツボの製造方法。
中子の除去は、中子を加熱溶融させることを特徴とした請求項４又は５記載の金属溶融用ルツボの製造方法。