JP2016524683A - 耐火性セラミックレンガから成る複合物系における損耗インジケータ - Google Patents

Abstract

本発明は、耐火性（耐熱性）セラミックレンガから成る複合物系における損耗インジケータ（ディスプレイ）に関する。

Description

本発明は、耐火性（耐熱性）セラミックレンガから成る複合物系における損耗インジケータ（損耗表示器）に関する。

耐火性セラミックレンガは、例えば加熱炉等の産業用高温集合体の内張り用に数十年間使用されてきた。本分野の技術水準及び本発明について、冶金溶融槽を用いて、以下で更に説明する。このような冶金溶融槽、例えばタンディッシュ（ｔｕｎｄｉｓｈ）や取鍋（ｌａｄｌｅ）は、金属溶融物を受容し、処理し、また移動させる役割を果たす。通常、当該溶融槽そのものに、金属コーティング（エンベロープ）が施されている。当該金属コーティングは、少なくとも基部領域及び壁部領域に施され、耐火性セラミックレンガから成る上述の内張りにより保護されている。

当該耐火性セラミックレンガには、熱的損耗、機械的損耗、及び冶金的損耗が起こる。当該溶融槽の安全性のためには、溶融物が制御不能に漏出するリスクを避けるため、コーティング保護を１００パーセント維持することが重要である。

同時に、設置作業者は、費用をできる限り安価に抑えると共に稼働停止時間（ｄｏｗｎｔｉｍｅｓ）をできる限り短く保つために、修復又は交換が必要となるまで、内張りをできる限り長期間維持しようとするのが常である。

いつ修理するか／修理するかどうか、及びいつ交換するか／交換するかどうかは、依然として今日まで、設置担当の職員が目で見て判断している。

測定機器を用いて、内張り（上述の耐火性レンガ）の損耗状態の測定が試みられてきた。しかしながら、これらの測定機器は、耐火性内張り内に配置する必要があり、通常十分な温度耐性がなく、また高価である。

従って、本発明は、セラミックレンガの複合物系内の損耗を単純な方法で示すための解決策を見出すという目的の根底をなすものである。

この課題を解決するために、本発明は次の考えに由来する。即ち、当該損耗インジケータは、監視される耐火性内張りの内側に配置されなければならない。当該内張り内で生じている高温のため、当該損耗インジケータは、耐熱性材料から成るものとしなければならない。このための最も容易で最も有効な解決策は、当該損耗インジケータを耐火性（耐熱性）内張りと同じ材料で作ることである。

当該損耗インジケータが耐火性内張りの一部であり、このため耐火性内張りの機能をも果たすものである場合に、これらの特性が最適化され得る。

損耗インジケータの機能を果たすためには、当該損耗インジケータの構成要素は、内張り中の他のレンガと幾何学的に異なるものでなければならない。このことは、必ずしも各構成要素の幾何学的形状全体に対して成立する必要はない。むしろ上記態様は、損耗している旨を示すべき損耗状態に達した時点で、当該損耗した設備の構成要素の幾何学的形状が異なっていることを認識（視認）できるようになっている必要があるという点のみにおいて関連するものである。

言い換えれば、従来の冶金容器壁部の内張りレンガは、通常次のように規定される。即ち、当該レンガは、金属溶融物に隣接する側である高温面と、当該容器の外側金属コーティングに隣接する側である低温面と、を有する。当該レンガの長さ（以下では単に座標系のＹ方向とする）により、高温面と低温面との間の距離が定まる。損耗により、当該距離は、損耗の報告がされる損耗臨界点（ａ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｗｅａｒ）まで、Ｙ方向に減少する。

本発明のアイデアは、損耗した設備の構成要素の幾何学的形状を、当該損耗臨界点に達した後の最新の時点で、これに隣接する通常の内張りレンガの幾何学的形状と明確に区別され得るものにする、というものである。関連する幾何学的形状の変化は特定の損耗度合いに対応するため、上記の幾何学的形状の差異は、作業要員により、実際に極めて正確に視認され得る。

最も一般的な実施形態においては、本発明は、以下の特性を有する耐火性セラミックレンガから成る複合物系（レンガ造りの設備）における（のための）損耗インジケータに関する：
− 当該損耗インジケータは、少なくとも２つのセラミック構成要素（部品）の組から成り、
− 各構成要素は、３次元的外形（ｐｒｏｆｉｌｅ）を有する少なくとも１つの表面セグメントを含み、隣接する構成要素両方の対応する表面セグメントの外形は、互いにフィットする形状であり、
− 当該構成要素の損耗方向において、当該外形は、全長の一部のみにわたって延在するか、又は異なる幾何学的形状を有して延在するか、又は異なる幾何学的形状を有して、全長の一部のみにわたって延在する。

当該損耗方向（Ｙ）は、一般に、当該耐熱性内張りの内面に対して、又はむしろ対応する加熱炉壁部に対して、垂直な（直交する）方向に相当する。

特に略円筒状の内張りを有する冶金容器において、少なくとも１つの構成要素について、当該構成要素中の損耗が起こるセグメントの断面積が、当該構成要素の低温側端部に対応するセグメントの断面積よりも小さくなるように設計することは理に適っている。

あるいは、高温側端部と低温側端部との間で構成要素の向きを変えることも可能である。例えば、高温側端部での断面は略Ｚ方向に向いている（座標系のＸ方向に細く、Ｚ方向に長い）が、低温側端部での断面はＸ方向に最も長く延在するように、構成要素（レンガ）を設計することが可能である。これは例えば、構成要素の低温側端部のセグメント（一部）が、構成要素の高温側端部に隣接するセグメントと比較して、Ｘ方向において一側又は両側に突出するようにすることにより実現され得る。

この断面の変化は、外形の変化に対応するが、当然ながら、作業要員が当該幾何学的形状の変化を問題なく目視で見つけることができる程度に顕著なものでなければならない。

上述の外形は２つのグループ、即ちオス部（隣接面に対して突出している）及びメス部（隣接面に対して凹んでいる）に分けることができる。

このようにする場合、外形により定まる最小面積か、それよりもむしろ最大面積が、Ｙ方向後方又は前方に配置された構成要素の表面セグメントに対して、少なくとも１０％、より好ましくは少なくとも２０％又は少なくとも３０％異なるものとすべきである。

当該外形は、様々な幾何学的形状で設計され得る。例えば、バー、段差、スパイク、ボルト、ピン、リブ、ピラミッド、鋸歯、孔、チャンネル、溝、角柱、ピッチ円、楕円から成るグループから選択された幾何学的形状とすることができる。

個々の各外形は、損耗方向（Ｙ）において、損耗方向（Ｙ）に垂直な方向（Ｘ、Ｚ）に大きくなるように設計され得る。例えば、Ｙ方向に延在するバー状外形の場合、損耗方向における第１セグメントは断面積ａを有し、これに続くセグメントは断面積Ｆａを有するものとすることができる。ここで、Ｆの値は１．１、より好ましくは１．２又は１．３とすることができるが、好ましくはＦの値は少なくとも２、３、又は４とすることができる。

逆の外形、即ち、損耗方向（Ｙ）において、損耗方向（Ｙ）に垂直な方向（Ｘ、Ｚ）に小さくなるものとすることも可能である。

構成要素のうち少なくとも１つは、損耗方向（Ｙ）において、その（Ｘ方向における）幅が変化するものとすることができる。当該幅の変化は特に、損耗方向（Ｙ）に対して垂直な方向で起こる。当該変化は、外形の形成とは独立に施されてもよく、外形の形成と同時に施されてもよい。

少なくとも１つの構成要素において、損耗方向（Ｙ）に垂直なその（Ｚ方向における）高さが損耗方向（Ｙ）において変化する実施形態もまた可能である。

この場合も、これらの変化はそれぞれ、少なくとも１０％、より好ましくは少なくとも２０％又は少なくとも３０％とすべきものであり、好ましくは当初の大きさの少なくとも２倍、３倍、又は４倍とすべきものでもある。

当該損耗インジケータは、相互作用する２つの構成要素を備えることができる。一般に、一方の構成要素のみが所望の損耗インジケータの働きをすればよく、他方の構成要素は、これらの少なくとも２つの構成要素の組を耐熱性内張りに組み込む際に形状をフィットさせて組み込むことができるように、当該一方の構成要素と当該他方の構成要素との結合を形状がフィットしたものにするという目的を果たすだけのものである。

３つ以上の構成要素の組も考えられる。中央（中間）の構成要素は、反対向きに配置された同一構成の２つの構成要素で囲まれたものとすることができる。

当該構成要素は特に、互いに対して上下方向に、又は互いに横並びで水平方向に配置することができる。

損耗インジケータに加えて、本発明はまた、耐火性セラミックレンガが並べられた産業用集合体であって、上記の種類の損耗インジケータを少なくとも１つ有する産業用集合体に関するものである。

このような損耗インジケータは、例えば異なる損耗状態を表示するために、集合体内に複数配置されてもよい。

冶金容器内では、内張りの部分に応じて、受ける損耗の程度も異なることが知られている。従って、当該集合体が相異なる設計の複数の損耗インジケータを備える限りにおいて、これらの損耗部分それぞれに、対応する損耗インジケータを配置することも可能である。これらの各損耗インジケータは、他の損耗インジケータとは独立に機能する。上記の損耗インジケータの相異なる設計とは、損耗インジケータの構成要素の損耗方向（Ｙ方向）における外形及び／又は断面が異なる場所に配置されるようなものであってよい。

本発明の更なる特徴は、従属請求項及びその他の出願書類に記載された特徴から見出される。

本発明について、異なる実施形態を参照することにより、以下で更に説明する。当該各実施形態は、添付図面において極めて概略的に表される。

３つの部分から成る損耗インジケータの分解斜視図である。 ３つの部分から成る損耗インジケータの第２実施形態の分解斜視図である。 図２に記載の損耗インジケータを冶金容器の耐火性セラミック内張りの一部として示す。 ２つの部分から成る損耗インジケータの分解斜視図である。

図面では、損耗インジケータの類似する構成要素（部品）又は類似の働きをする構成要素（部品）を同じ参照符号で示す。

図１は、３つの構成要素１０．１、１０．２、１０．３から成る、本発明に係る損耗インジケータを示す。更なる説明のため、直交座標系を併せて示す。

構成要素１０．２は、その一面Ｓが十字形状である。長方形断面の外形Ｐが、Ｚ方向に延在する中央セグメントＭから左右に、Ｘ方向に延びている。

Ｙ方向においては、中央セグメントＭがＹ方向に円錐状に広がっている。バー状外形Ｐは、Ｘ方向には変化しないが、Ｚ方向には円錐状に上下に広がっており、実際段差Ｓｔ１まで広がり続けている。この段差Ｓｔ１は、構成要素１０．２をＹ方向において約２／３：１／３の比に分けたところに位置する。

Ｙ方向に長いセグメント、即ち面Ｓから段差Ｓｔ１まで延在するセグメントは、構成要素１０．２の高温側に位置しており、構成要素１０．２の損耗が起こり得るセグメントを形成する。一方、短いセグメント、即ちＸ方向に幅広なセグメントは、構成要素１０．２の低温面を定めており、構成要素１０．２に残る最小厚さ（Ｙ方向における厚さ）を表す。

図１で左右に配置されている構成要素１０．１及び構成要素１０．３は、構成要素１０．２にあてがわれる構成要素１０．１、１０．３の側面が構成要素１０．２の側面と対応するように形成される。このため、構成要素１０．１、１０．２及び構成要素１０．２、１０．３はそれぞれ、互いに形状をフィットさせて組み立てることができる。構成要素１０．１と１０．２とが互いにフィットするように組み立てられた状態で示されているが、構成要素１０．２と１０．３とは、対応する外形をより明確に表すために、「折り開かれた」状態で示されている。例えば構成要素１０．３は、構成要素１０．２の外形Ｐに対応する溝Ｎを有する。同様に、段差Ｓｔ２の形状は段差Ｓｔ１の形状に類似している。

図２に記載の実施形態は、構成要素１０．２のバー状外形Ｐ並びにこれに対応する構成要素１０．１及び１０．３の畝間（ｆｕｒｒｏｗｓ）Ｎが設けられていない点のみにおいて、図１に記載の実施形態と異なっている。この点を別にすれば、損耗インジケータの設計及び機能は同一である。

構成要素１０．１、１０．２、及び１０．３の組は、冶金容器の耐火性内張りの一部を形成することができる。この様子が、図３にタンディッシュ壁面の内張りの部分図として示されている。従来の内張りレンガＡが構成要素１０．１の左側及び構成要素１０．３の右側に示されている。構成要素１０．１、１０．２、１０．３は、当該内張りの隣接するレンガＡの２倍の高さ（垂直方向、即ち座標系のＺ方向における高さ）であることがわかる。一般に、構成要素（１０．１、１０．２、１０．３等）の高さ又は幅は、通常の内張りレンガの高さ又は幅の倍数、特に整数倍とすることが可能である。

構成要素１０．２の高温側端部における（Ｘ方向の）幅ｂが、構成要素１０．２の低温側端部では幅Ｂに広がるため、波線Ｖで印を付けた損耗ゾーンまで内張りが損耗した場合、作業要員がこれを認識するのは容易である。

図４に記載の実施形態では、構成要素１０．２の損耗部分は、面Ｓから段差Ｓｔ１の領域までが異なる設計となっており、実際、（垂直方向断面において）三角形状に設計されている。このため、当該セグメントのために角柱の幾何学的形状全体が作成され、構成要素１０．２の低温側端部では、当該セグメントに続いて長方形断面のセグメントが設けられている。

損耗レンガ１０．２の幾何学的形状が三角形から長方形に変わると、予め定めた損耗限界を光学的に検知することができる

この損耗インジケータを用いると、もう１つレンガがあれば当該損耗インジケータセットには十分である。当該もう１つのレンガは、上記の実施形態と同様に１０．３の番号で表され、その幾何学的形状は、構成要素１０．２の幾何学的形状に対応するものである。即ち、図１に記載の畝間Ｎと比較して遥かに大きな畝間Ｎが設けられており、当該畝間Ｎは三角形断面のチャンネルとして設計されている。

１０．１、１０．２、１０．３ 構成要素

Claims (9)

1. 耐火性セラミックレンガ（Ａ）から成る複合物系における損耗インジケータであって、
   ａ）前記損耗インジケータは、少なくとも２つのセラミック構成要素（１０．１、１０．２、１０．３）の組から成り、
   ｂ）各構成要素（１０．１、１０．２、１０．３）は、３次元的外形（Ｐ、Ｎ）を有する少なくとも１つの表面セグメントを含み、隣接する構成要素（１０．１、１０．２、１０．３）の対応する表面セグメントの前記外形（Ｐ、Ｎ）は、互いにフィットする形状であり、
   ｃ）前記構成要素（１０．１、１０．２、１０．３）の損耗方向（Ｙ）において、前記外形（Ｐ、Ｎ）は、
   ｃ１）全長の一部のみにわたって延在するか、又は
   ｃ２）異なる幾何学的形状を有して延在するか、又は
   ｃ３）異なる幾何学的形状を有して、全長の一部のみにわたって延在する
   ことを特徴とする損耗インジケータ。
2. バー、段差、スパイク、ボルト、ピン、リブ、ピラミッド、鋸歯、孔、チャンネル、溝、角柱、楕円、ピッチ円から成るグループから選択された少なくとも１つの外形（Ｐ、Ｎ）を有することを特徴とする、請求項１に記載の損耗インジケータ。
3. 前記損耗方向（Ｙ）において、前記損耗方向（Ｙ）に垂直な方向（Ｘ、Ｚ）に大きくなる少なくとも１つの外形（Ｐ、Ｎ）を有することを特徴とする、請求項１に記載の損耗インジケータ。
4. 前記損耗方向（Ｙ）において、前記損耗方向（Ｙ）に垂直な方向（Ｘ、Ｚ）に小さくなる少なくとも１つの外形（Ｐ、Ｎ）を有することを特徴とする、請求項１に記載の損耗インジケータ。
5. 少なくとも１つの構成要素（１０．１、１０．２、１０．３）は、前記損耗方向（Ｙ）において、前記損耗方向（Ｙ）に垂直な方向における幅（Ｂ）が変化するものであることを特徴とする、請求項１に記載の損耗インジケータ。
6. 少なくとも１つの構成要素は、前記損耗方向（Ｙ）において、前記損耗方向（Ｙ）に垂直な方向における高さが変化するものであることを特徴とする、請求項１に記載の損耗インジケータ。
7. ３つの構成要素（１０．１、１０．２、１０．３）の組を有する、請求項１に記載の損耗インジケータ。
8. 耐火性セラミックレンガが並べられた産業用集合体であって、請求項１に記載の損耗インジケータを少なくとも１つ有することを特徴とする産業用集合体。
9. 異なる形状の複数の損耗インジケータを有する、請求項８に記載の集合体。

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