JP2006071230A - 金属溶融用ルツボ及びその製造方法 - Google Patents

金属溶融用ルツボ及びその製造方法 Download PDF

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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SiC 83(%)
SiO 6(%)
Al 9(%)
Fe 0.5(%)
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
900℃ 850Kg/cm
1200℃ l150Kg/cm
曲げ強さ
110℃ 140Kg/cm
900℃ 150Kg/cm
1200℃ 170Kg/cm
熱間曲げ強さ(@1260℃)
1200℃ 120Kg/cm
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 (6)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
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CN104673192A (zh) * 2013-11-29 2015-06-03 中广核太阳能开发有限公司 一种太阳能高温蒸汽发电用储热材料及其制备方法

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