JP2019524454A - 封入金属層を有する冶金容器のライニング - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、簡単で信頼性があり経済的な手段で冶金容器中の内在性介在物の生成を実質的に低減させる、従来とは異なる解決法を提案する。【解決手段】耐火性容器のためのライニング構造３０は、第１の層３４と；該第１の層と連通し、金属層又は金属部分を含有する第２の層４２と；該第２の層４２と連通する第３の層５０と、を含有する。該第２の層の中の該金属部分６４は、第１の層４４と接触する第２の層の面と、第３の層４６と接触する第２の層の面との間に充填孔を含有して、そこに、使用中に該耐火性容器の構造を維持するための支持構造６８を形成していてもよい。【選択図】図２

Description

本発明は、連続金属鋳造ラインなどの金属形成ラインに関する。特に本発明は、溶融金属中の酸化介在物の形成を実質的に低減することが可能な、タンディッシュなどの冶金容器のライニングに関する。

金属形成工程では、溶融金属が、一方の冶金容器から別の冶金容器や、鋳型や、工具などまで輸送される。例えば大容量のタンディッシュは、炉からタンディッシュまでレードルにより、溶融金属が通常供給される。これにより、タンディッシュから冶工具又は鋳型までの連続鋳造が可能になる。冶金容器からの溶融金属の流れは、通常は容器の底に配置されたノズルシステムを通って重力で流れるようになっており、ゲートシステムにより溶融金属の流れを制御（開放又は閉鎖）するようになっている。溶融金属の高温に耐えるように、容器の壁は、耐火性材料でライニングされている。

溶融金属、特に鋼は、酸化に対して反応性が高く、それゆえ酸素の供給源から遮蔽されなければならない。酸素源が溶融金属に接触する場合に備えて、少量のアルミニウムを添加して鉄を不動態化することが多い。実際にはこれは多くの場合、溶融金属中の酸化介在物の生成を予防するには充分でなく、溶融金属から製造された最終部品に欠陥が生じることがある。鋼１０ｋｇの鋳造物は、最大１０億個の非金属介在物を含有する可能性があり、そのほとんどが酸化物であることが観察されている。凝集した介在物は、欠陥を形成する。該欠陥は、粉砕又は切断により最終部品から除去されなければならない。これらの手順が生産コストを上乗せし、多量のスクラップを生じる。

介在物は、溶融金属との反応の結果の場合もあることから、これらの介在物は、内在性介在物としても知られている。外来性介在物は、砂、スラグ、及びノズルの破片など、溶融金属の反応から生じておらず、外来性介在物は一般に、内在性介在物よりも厚い。

内在性介在物は、ほとんどが金属中に存在する、又は金属と接触している、酸化鉄（ＦｅＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）及び他の化合物の酸化物、例えばＭｎＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２を含む。他の介在物は、硫化物、並びに微量の窒化物及びリン化物を含む場合がある。溶融金属は非常に高温であるため（低炭素鋼で１６００℃程度）、鉄原子と酸化物の反応性が非常に高く、反応を抑制できないことは明らかである。

今日まで、鋼鋳造における介在物の存在を減少させるためのほとんどの処理は、それらが生成される冶金容器中に介在物を保持することであった。本発明は、簡単で信頼性があり経済的な手段で冶金容器中の内在性介在物の生成を実質的に低減させる、従来とは異なる解決法を提案する。

本発明は、独立クレームにより定義される。従属クレームは、様々な実施形態を定義している。詳細には本発明は、溶融金属を鋳造するための冶金容器のライニングに関係する。そのような冶金容器の例は、周囲を壁で取り囲まれた底板と、前記底板に配置された１つ又は複数の吐出口を有している。該底板及び／又は該壁の少なくとも一部が、鋳造の際に、溶融金属と該冶金容器の該壁や底板との界面から延びた溶融金属の境界層に酸化緩衝層を形成するための手段を有することを特徴とし、鋳造の際の、前記酸化緩衝層の中の溶融金属の流速が実質的に零になり、前記酸化緩衝層の中の内在性介在物、特に酸化物の濃度が、該溶融金属中よりも実質的に高くなる。

一つの実施形態として、鋳造の際に酸化緩衝層を形成するための構造は、固定化層を有し、その固定化層は、金属を含み、該容器の前記底板及び少なくとも一部の壁をライニングしており、前記固定化層は、耐火性材料の層によって封入されている。このため該構造は、該容器中の溶融金属と接触する耐火性材料の第１の層又は加工層から構築され；該第１の層の下部に存在するのは、金属を含有する第２の層であり、該第２の層の下には、耐火性材料を含む第３の層が存在する。使用の際、該金属は、第２の層の中で固相のままであっても、又は第２の層の中で一部若しくは完全に液相になっていてもよい。穿孔部は、層の一方の側から他方の側へ流体を通過させる、層の中の溝又は通路である。本発明の一つの実施形態として、該容器中に含まれる溶融金属は、この固定化層中の第１の層に含まれる孔又は穿孔内に浸透して、第２の層に組み込まれるようになってもよい。第２の層は、冶金容器の壁及び底板のライニングとなる耐火性材料と密に接触していて、前記耐火性材料は、周辺の空気の拡散により、又はその成分の一部の反応により、内在性介在物の形成のための元素の主な供給源として同定されるため、第２の層の中の金属は、固相では、内在性介在物の形成元素のバリアとして作用することができ、又は液相では、溶融金属のバルクよりもかなり高い内在性介在物濃度を保持することができる。

第１の層は、マグネシア、アルミナ、ジルコニア、ムライト、及びこれらの材料のいずれかの組み合わせなどの材料で形成されてもよい。

第２の層は、鋼、アルミニウム、合金又はこれらのいずれかの組み合わせで形成されてもよい。

本発明の様々な実施形態を、添付の図に示す。
典型的な金属の連続鋳造ラインの様々な構成要素を示す概要図である。 本発明による冶金容器の幾何学的形状を説明する示す際に使用される用語の定義を示す概要図である。 本発明によるライニング構造を含む冶金容器の一例の斜視図である。 本発明による冶金容器の壁又は底板からの距離の関数としての金属流速Ｑ及び酸化鉄濃度を示す概要図である。 本発明による冶金容器の幾何学的形状を説明する際に使用される用語の定義を示す概要図である。

図１の鋳造装置１０の描写で認められる通り、タンディッシュには通常容器の一方又は両方の端部に、溶融金属１２をレードル１４から供給するポイントから離れて配置された、１つ又は複数の出口が概して設けられている。溶融金属は、レードル１４を出て、レードルバルブ１６及びレードルノズルシステム１８を通ってタンディッシュ２０に入り、タンディッシュ２０を出てタンディッシュバルブ２４及びタンディッシュノズルシステム２６を通って鋳型２８に入る。タンディッシュは、開放された蛇口及び解放された出口を有するバスタブとかなり類似した働きがあり、タンディッシュ内に溶融金属の流れを生成する。これらの流れは、溶融金属の均質化に、そして任意の介在物のバルク内の拡散にも寄与する。内在性介在物に関しては、反応速度（ほとんどが酸化）が反応分子の拡散により強く律速されることを見出した。この仮説を、低炭素鋼の溶鋼を無酸素にしたチャンバー内に入れられたるつぼに保持する実験により確証した。パイプを前記溶融金属中に入れ、酸素を低速で射出した。一定時間の後、該溶融金属を放置して固化させ、こうして得られた鋳塊の組成を分析した。予測通り、酸化された領域は、酸素パイプの出口周辺の小さな領域に限定され、こうして酸化反応が強力に拡散律速されるという仮説が確証された。金属の流れを停止することができれば、酸化もまた停止することになる。もちろんこれは、その名が示す通り溶融金属の連続流を特徴とする連続鋳造では、起こらない。

本発明を導いた２番目の仮説は、酸素源が冶金容器の壁及び底板で発生する、というものであった。詳細には、酸素源は２つの主な供給源がある。
（ａ）耐火性のライニングの反応性酸化物、特にカンラン石（（Ｍｇ，Ｆｅ）_２ＳｉＯ_４）などのケイ酸塩；並びに
（ｂ）冶金容器の耐火性ライニングを通って周辺から拡散し、前記容器（例えば、タンディッシュ）の底板及び壁の面に出現する空気及び水分、
から生じると考えられる。

この２番目の仮説は、ラボテストで検証された。

それゆえ解決法は、これら２つの出発となった仮説から得られた。
（ａ）金属酸化反応速度が拡散律速であり、そして
（ｂ）金属酸素源が冶金容器の壁及び底板から溶融金属に供給される、
ことから進めた。

本発明者らは、溶融金属のバルク中の内在性介在物の形成を抑制するための以下の解決法を開発した。溶融金属を形成する原子を、酸化種の供給源、即ち冶金容器の壁及び底板の付近に固定することが可能ならば、「不動態化層」又は「緩衝層」が形成され、それは放置すると酸化されるだろうけれども、拡散が非常に緩徐であって著しい流れも存在しないため、酸化反応が溶融金属のバルクにまで広がらない。この原理を、図４に略図で示しており、溶融金属の流速Ｑは、耐火性材料でライニングされた壁又は底板からの距離δの上は実質的に零である。厚さδのこの境界層は、本明細書では「酸化緩衝層」と呼ばれる。前記層において、酸化物の濃度は、溶融金属のバルクよりも実質的に高い。その理由は、酸素の供給源が冶金容器の壁及び底板であるためである。酸化緩衝層の中の流速は、ほぼ零であるため、酸化反応は、拡散律速され、それゆえ急速に広がらない。しかし前記酸化緩衝層の上では、溶融金属の流速が上昇して、酸化反応がより急速に広がるが、いずれの酸素源も存在せず、非常にわずかの酸化反応のみが緩衝層の上で起こる。

酸化反応が先の説明で言及されたが、これに必要な変更を加えて、硫化物、窒化物及びリン化物の形成などの他の反応に適用すると、Ｆｅなどの原子との反応速度もまた拡散律速されることは、明白である。

酸化緩衝層を形成させるための様々なデバイス又は手段を、本発明により用いることができる。第１の実施形態において、該デバイスは、ライニング構造をとり、この中で金属層又は金属部分が２層の耐火材料の間に挟まれて、又は封入されている。該金属が封入されたライニング構造は、耐火性容器の底板の一部又は全てをライニングするのに用いられてもよく、耐火性容器の壁の一部又は全てをライニングするのに用いられてもよい。該金属が封入されたライニング構造の外部層又は封入層は、溶融金属に対する実質的に非酸化性の材料で形成される。

該封入された金属ライニング構造の外部層又は封入層は、溶融金属、特に低炭素鋼との反応性がない材料で形成されるとよい。本発明の一つの実施形態は、ケイ酸塩の非存在を特徴とする。タンディッシュの多孔性フィルターを形成するために用いられる材料は、本発明の外部層又は封入層を形成するのに適する。特にジルコニア、アルミナ、マグネシア、ムライト及びこれらの材料の組み合わせは、本発明の外部層又は封入層を形成するのに適する可能性があり、市場で即座に入手可能である。

第２の層は、該容器の壁に平行な平面内にある金属の面積を最大にするように構成される。第２の層の金属が、固相である場合、それは、酸化剤が第３の層から第１の層へ、そして結果的に溶融金属の塊の中まで通過するのを物理的に予防する。第２の層の中の金属が、部分的又は完全に液相になると、耐火性のライニングと接触する金属原子は、拡散する酸素又は耐火性ライニングの成分などの酸素源と接触し、急速に反応して酸化物、特に低炭素鋼の溶鋼中でＦｅＯを形成する。しかしいずれの溶融金属も、本質的には第２の層の中に封じ込められていて、該容器に含まれる溶融金属のバルク中に多量に流れ込むことができない。酸化反応の拡散律速された広がりは、溶融金属中でも非常に緩徐であるため、反応は、ライニング構造の厚さδの中を極めて緩徐に拡大することになる。それゆえライニング構造の上を流れる溶融金属は、酸化反応が層の厚さδの中を進みきるまでは酸素源と接触せず、それには鋳造よりも長時間かかる可能性がある。

鋳造で用いられる耐火性材料が本発明のライニング構造の第１の層及び第３の層に用いられ得ることは、先の説明から明白である。第１の層及び第３の層は、モノリシックであっても、又は複数のパネルで構成されていてもよい。

第２の層に組み込まれる金属は、厚さなどの３番目の次元の寸法よりも大きな２つの直交する次元を有する任意の形態、例えばホイル、シート、パネル、スラリー又は圧縮粉末の形態であってもよい。第１の層が冶金的形成作用の間に第３の層に対して確実に固定されたままになるように、第２の層の中の金属は、耐火性材料が配置され得る距離だけ離れたシート又はパネルの形態を有していてもよい。本発明の一つの実施形態において、金属シート若しくはパネルが第３の層に押し込まれると、又は第１の層の耐火性材料が該シート若しくはパネルの上に塗布されると、耐火性材料が穴を透過して、第３の層に対する第１の層の位置を固定する突起を形成するように、第２の層を構成する該金属シート又はパネルに、第１の層を構成する耐火性材料などの耐火性材料が入るように、横断する穴が設けられていてもよい。本発明の一つの実施形態において、第２の層を形成する金属シート若しくはパネルにはくぼみ又は突出部が設けられていてもよく、それにより、金属シートやパネルが第３の層に押し込まれた時や、第１の層の耐火性材料が該シート若しくはパネルの上に塗布されると、そのくぼみ又は突出部の受け手側形状が、第１の層又は第３の層に形成される。

第１の層の溶融金属とは反対側の主要面と、第３の層の溶融金属側の面との距離、又は第２の層の厚さは、０．０１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、０．０１ｍｍ以上２０ｍｍ以下、０．０１ｍｍ以上５０ｍｍ以下、０．０１ｍｍ以上１００ｍｍ以下、０．０１ｍｍ以上１５０ｍｍ以下、０．０５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、０．０５ｍｍ以上２０ｍｍ以下、０．０５ｍｍ以上５０ｍｍ以下、０．０５ｍｍ以上１００ｍｍ以下、０．０５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下、０．１ｍｍ以上５０ｍｍ以下、０．１ｍｍ以上１００ｍｍ以下、０．１ｍｍ以上１５０ｍｍ以下、０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、０．５ｍｍ以上２０ｍｍ以下、０．５ｍｍ以上５０ｍｍ以下、０．５ｍｍ以上１００ｍｍ以下、０．５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下、１ｍｍ以上３０ｍｍ以下、１ｍｍ以上５０ｍｍ以下、１ｍｍ以上１００ｍｍ以下、１ｍｍ以上１５０ｍｍ以下、２ｍｍ以上３０ｍｍ以下、２ｍｍ以上５０ｍｍ以下、２ｍｍ以上１００ｍｍ以下、及び２ｍｍ以上１５０ｍｍの範囲内であってもよい。

本発明によれば、耐火性容器のためのライニング構造は、（ａ）第１の層の第１の主要面と、該第１の層の第１の主要面の反対側に配設された第１の層の第２の主要面と、を有する第１の層と、（ｂ）第２の層の第１の主要面と、該第２の層の第１の主要面の反対側に配設された第２の層の第２の主要面と、を有する第２の層であって、該第１の層の第２の主要面が該第２の層の第１の主要面と接触又は連通する、第２の層と、（ｃ）第２の層の第２の主要面と連通する第３の層の第１の主要面を有する非穿孔の第３の層と、を含んでいてもよく、該第２の層は、第２の層の第１の主要面に、又は第３の層の第１の主要面に平行な、又は隣接する、主要面を有する金属部分を含む。第１の層、第２の層及び第３の層は、全てが平行に配列されていてもよい。非穿孔の層とは、層の中に溝又は通路を生成し、流体を層の一方の側から他方の側まで通過させることができない層である。主要面は、対象物の全ての面の中央値よりも大きな面積を有する面である。第３の層の第１の主要面に、又は第２の層の第１の主要面に平行な、又は隣接する金属部分の面積は、第３の層の第１の主要面又は第２の層の第１の主要面の面積の５０％以上１００％以下、５０％以上９９％以下、５０％以上９５％以下、８０％以上９５％以下、又は８０％以上９９％以下の値を有していてもよい。ライニング構造の第１の層は、マグネシア、アルミナ、ジルコニア、ムライト、及びこれらの材料の組み合わせなどの耐火性材料を含んでいてもよい。ライニング構造の第３の層は、マグネシア、アルミナ、ジルコニア、ムライト、及びこれらの材料の組み合わせなどの耐火性材料を含んでいてもよい。第２の層の金属部分は、第２の層の第１の主要面と第２の層の第２の主要面の間に通路を含んでいてもよい。該通路に耐火性材料が充填されていて、第１の層と第３の層の間の支持構造を形成していてもよい。金属部分中の通路の断面積の合計、又は金属部分を通過する支持構造の断面積の合計は、第２の層の第１の主要面の面積の０．１％以上１０％以下、０．５％以上１０％以下、１％以上１０％以下、０．１％以上３０％以下、０．５％以上３０％以下、１％以上３０％以下の値を有していてもよい。

ライニング構造の第２の層は、第２の層の第１の主要面と平行に配列された、３つの直交する次元のうちのより大きな２つの次元を有するホイル、シート、パネル又は一定容積のスラリー若しくは圧縮粉末から構築された金属部分を含んでいてもよく、第２の層の中の金属部分における全ての途切れ又は遮断部の、第２の層の主要面に平行な平面での合計面積は、第２の層の中の金属部分の、第２の層の主要面に平行な平面での合計面積よりも小さい。本発明の一つの実施形態において、第２の層の金属部分における全ての途切れ又は遮断部の、第２の層の主要面に平行な平面での合計面積（「ａ１」と定義）、及び第２の層の中の金属部分の、第２の層の主要面に平行な平面での合計面積（「ａ２」と定義）は、その比率ｒ＝ａ１／ａ２としたとき、ｒが１．０以下、０．５以下、０．１以下、０．０５以下、０．０２以下、０．０１以下、０．００７以下、０．００５以下、又は０．００２以下あればよい。

本発明の一つの実施形態において、第２の層は、第２の層の金属部分を保持するように配設された、第３の層の第１の主要面から突出した複数の突起構造を含んでいてもよい。本発明の一つの実施形態において、第２の層は、第２の層の金属部分を保持するように配設された、第１の層の第２の主要面から突出した複数の突起構造を含んでいてもよい。該突起構造は、球、円筒、円錐部分、又は多角柱などの任意の適切な幾何学的形状で形成されてもよい。第１の層が第３の層に対して取り付けられると該突起構造が固定されるように、第１の層及び第３の層に、受容形状が設けられていてもよい。

本発明の一つの実施形態において、第２の層は、第２の層の金属部分と接触した犠牲構造を含んでいてもよい。該犠牲構造が、燃焼、熱、化学的又は物理的作用により除去されると、第２の層の中の前記金属が、接触する耐火層の構造的完全性を損なわずに温度上昇により膨張し得るように、該犠牲構造が構成されている。本発明の幾つかの実施形態において、第２の層の中の金属シート又は他の金属部分中の穿孔又は穴の幾つか又は全てに、加熱による金属の体積膨張を収容する犠牲材料が充填されていてもよい。犠牲構造は、セルロース、プラスチック又は他の有機材料、グラファイト材料、ガラス、透過性鉱物、ガス又は金属、及びそれらの組み合わせで構築されていてもよい。該犠牲構造中で用いられる材料は、シート、粉末、噴霧されたスラリー又はゲルの形態をとっていてもよい。該犠牲構造は、本発明によるライニングの調製において第２の層を組み立てる工程の一部として、第２の層の中の金属と接触して配置される。その後、１種又は複数の耐火性材料が、該犠牲構造に塗布され、該犠牲構造の除去の後に本発明による第１及び第２の層を提供する。

該犠牲構造は、連通する金属の体積の０．０５％以上２０％以下、０．０５％以上１５％以下、０．０５％以上１０％以下、０．０５％より多く５％以下、０．０５％以上２％以下、０．０５％以上１％以下、０．０５％以上０．５％以下、０．１％以上２０％以下、０．１％以上１５％以下、０．１％以上１０％以下、０．１％以上５％以下、０．１％以上２％以下、０．１％以上１％以下、０．１％以上０．５％以下、０．２％以上２０％以下、０．２％以上１５％以下、０．２％以上１０％以下、０．２％以上５％以下、０．２％以上２％以下、０．２％以上１％以下、０．２％以上０．５％以下の範囲内の体積を有していてもよい。

本発明の一つの実施形態において、第１の層は、１ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲内、１ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲内、１ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内、５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲内、５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲内、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内、１０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲内、１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲内、又は１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内の厚さを有していてもよい。

本発明の一つの実施形態において、第２の層は、０．０１ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲内、０．０１ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲内、０．０１ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内、０．０５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下、０．０５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲内、０．０５ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内、０．１ｍｍ以上１５０ｍｍ以下、０．１ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲内、０．１ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内、０．５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲内、０．５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲内、０．５ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内、１ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲内、１ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲内、１ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内、５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲内、５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲内、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内、１０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲内、１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲内、又は１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内の厚さを有していてもよい。

本発明は、耐火性容器内の前記のライニング構造の用途にも関し、そして内部及び外部を有する冶金容器であって、該冶金容器の該内部が、前記のライニング構造を含む、冶金容器にも関する。

本発明は、（ａ）溶融金属を前記のライニング構造を有する容器に移動させること、及び（ｂ）該溶融金属を該容器から移動させること、を含む、移動の際の溶融金属の酸化を最小限にするための工程にも関する。

図２は、本発明によるライニング構造３０を表す。第１の層３４は、第１の層の第１の主要面３６と、該第１の層の第１の主要面３６の反対側に配設された第１の層の第２の主要面３８と、を有する。第２の層４２は、第２の層の第１の主要面４４と、該第２の層の第１の主要面４４の反対側に配設された第２の層の第２の主要面４６と、を有する。第１の層の第２の主要面３８は、第２の層の第１の主要面４４と接触又は連通している。第３の層５０は、第３の層の第１の主要面５２と、該第３の層の第１の主要面５２の反対側に配設された第３の層の第２の主要面５４と、を有する。本発明の一つの実施形態において、第１の層３４は、第１の層の第１の主要面３６から第１の層の第２の主要面３８まで通過する複数の穿孔６０を含む。要素６２は、図面の平面内の穿孔の断面である。第２の層４２は、少なくとも１つの第１の層の穿孔６０と連通する第２の層の金属部分６４を含有するように示されている。金属部分６４は、第２の層の第２の主要面４６と連通している。要素６６は、金属部分６４の面積の寸法である。要素６８は、ライニング構造３０の構築の際に金属部分６４の位置づけを可能にして、第１の層３４と第３の層５０の間の空間を維持する、支持構造である。支持構造６８は、金属部分６４が押圧されて第３の層５０と接触すると、第２の層４２に付勢される第３の層５０からの耐火性材料を含んでいてもよい。支持構造６８は、第２の層の第１の主要面への耐火性材料の塗布と、第２の層の第１の主要面４４と第２の層の第２の主要面４６の間の金属部分６４の中の開口部又は通路の充填と、から生じた第１の層３４からの耐火性材料を含有していてもよい。支持構造６８は、金属部分６４を構成する別々の金属片の間の容積を含んでいてもよい、又は第２の層の第１の主要面４４から第２の層の第２の主要面４６まで延びた金属部分６４の中の開口部若しくは通路を含んでいてもよい。支持構造の断面の寸法７０は、該支持構造の断面積を数学的にもたらす寸法である。

図３は、本発明によるライニング構造を含有し、内部容量８２を有する、冶金容器８０を表す。要素８４は、外殻の絶縁層と、ライニング構造を含有する耐火性安全層と、である。要素８４は、第３の層又は裏層５０と連通している。第３の層又は裏層５０は、第２の層４２と連通している。第２の層４２は、第１の層３４と連通している。第２の層４２は、金属部分容量６４を有する。第１の層３４の露出した第１の層の第１の主要面３６は、冶金容器８０の使用の間は溶融金属と接触している。使用の際、溶融金属が、内部容量８２に導入される。第２の層４２の中の金属は、全体若しくは一部が固体のままであっても、又は一部若しくは全体が溶融状態へ相転移してもよい。第２の層４２の中の溶融金属は、拘束されることになる。溶融金属は、裏層５０により放出された酸素源と反応して該酸素源が内部容量８２に侵入するのを予防し、固体金属は、裏層５０により放出された酸素源への物理的バリアになるため、どちらの相の金属も本発明の作用に寄与すると考えられる。

図４は、本発明によるライニングを含有する冶金容器内の特性のグラフを表し、第２の層４２の中の金属は、少なくとも部分的に溶融されていると仮定されている。その特性は、本発明のライニングの第３の層５０からの距離に関して示されており、溶融金属の流速Ｑは、耐火性材料でライニングされた壁又は底板であり得るライニングの第３の層５０からの距離δの上は、実質的に零である。厚さδのこの境界層は、「酸化緩衝層」と呼ばれる。この実施形態において、それは、第２の層４２により支持される第１の層３４の厚さに対応する。第１の層３４は、冶金容器の内部容量８２と連通している。プロットした線９０は、第３の層５０からの距離に関する金属の流速を表し、値が左から右に向かって増加する。プロットした線９２は、第３の層５０からの距離に関する酸化物の濃度を表し、値が左から右に向かって増加する。

図５は、本発明のライニングの断面１００を表す。第１の層３４は、第２の層４２により支持され、その一方で第２の層４２は、第３の層５０の第１の主要面５２上で支持されている。第１の層の内部主要面１０２は、第１の層３４内に含まれ、第３の層５０の第１の主要面５２に平行な平面である。第２の層の内部主要面１０４は、第２の層４２内に含まれ、第３の層５０の第１の主要面５２に平行なる平面である。要素６８は、ライニング構造３０の構築の間に金属部分６４の位置合わせを可能にし、第１の層３４と第３の層５０の間の空間を維持する支持構造である。それは、ライニングの構築の間に第３の層５０に対する金属部分６４の圧力により、金属部分６４の中の通路を通って押し出された耐火性材料から形成されてもよい。又はライニングの構築の間に第３の層５０に向けた金属部分６４の圧力により金属部分６４の一部の周辺に押し出された耐火性材料から形成されてもよい。

極低アルミナセメントキャスタブルなどの耐火性材料のベースパネルを準備すること、及び該ベースパネル上に７０重量％以上１００重量％以下のマグネサイトを含有するマグネサイト噴霧材料などのタンディッシュライニング材料を噴霧して第３の層を形成させること、により本発明の構成された構造が形成されてもよい。その後、金属部分シートを、ベースパネル上のマグネサイト噴霧材料に対してしっかりと押圧して、第２の層を形成させる。その後、８０重量％以上１００重量％以下のアルミナを含有する材料などのアルミナを基剤とする材料を第２の層に噴霧して、第１の層を形成させる。第３の層の材料が金属部分シートを取り囲むように、又は第３の層の材料が金属シート中の横断する開口部に付勢されるように、金属部分シートを第３の層に対して押圧することにより、金属部分のための支持構造を形成させてもよい。本発明の別の実施形態において、金属粉末が、金属部分又は層を形成させるのに用いられてもよく、第１及び第３の層の中の耐火性材料が、乾式振動可能な耐火性ライニングの形態で提供されてもよい。本発明のさらに別の実施形態において、金属含有スラリーが、第３の層に噴霧されて、該金属部分又は層を形成させてもよい。

該耐火性材料は、ガンニング、噴霧、鏝塗り、鋳造、乾燥振動塗布、吹付け、グラウチング、鋳込み、射出、又はプリフォームされた切片の設置により塗布されてもよい。その後、該耐火性材料は、必要に応じて、乾燥、効果又は安定化されてそれらを硬化させてもよい。その後、得られた積層構造を物理的又は化学的作用に暴露して、任意の犠牲構造を除去又は変形させて、金属部分の熱膨張を収容する体積を提供する。

第２の層は、０．０１ｍ、０．０２ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．１０ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．５０ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ又は１０ｍｍ以上で、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍ、６０ｍｍ、７０ｍｍ、８０ｍｍ、９０ｍｍ又は１００ｍｍ以下の厚さを有していてもよい。

本発明により構築された容器が、冶金工程で用いられてもよい。使用方法は、本発明によるライニングを有する容器に溶融金属を導入すること、そして次にノズルを通して該容器から溶融金属を除去すること、を含んでいてもよい。

実施例Ｉ

テストのために、ベースパネルを、鋼製タンディッシュの内側のセーフティーライニングとして用いられる材料と同等の極低アルミナセメントキャスタブルで製造した。ベースパネルの各寸法は、３６インチ×２４インチ×５インチ（９０ｃｍ×６０ｃｍ×１２．５ｃｍ）である。最初に、タンディッシュライニング材料（バシライト、７０重量％より多くのマグネシアを含有する軽量マグネサイトを基材とする噴霧材料）を、バシライト噴霧器を用いてベースパネルの上に約１インチ（２．５ｃｍ）厚に噴霧する。異なる開口形態を有する金属部分シート（２０インチ×１２インチ、又は５０ｃｍ×３０ｃｍ）を、バシライトライニングにしっかりと押圧する。その後、アルミナを基材とする材料（アルミナ＞８０重量％）を、該面に約１インチ（２ｃｍ）の厚さに噴霧する。

選択されたパネルの製造に当たって、通路又は開口部を、金属部分シートの中に設ける。金属部分シートの各面と接触するライニングの間に、該開口部を通して直接接触するように、これらの開口部の内部に該パネルの製造している間に耐火性材料が充填される。

金属部分を大気乾燥し、その後、１０００°Ｆ（約５３８℃）で３時間燃焼して、ライニングの乾燥挙動及び構造完全性に関する情報を提供する。

実施例ＩＩ

ＭｇＯるつぼ（高さ１２インチ（約３０ｃｍ）及び内径７．５インチ（約１９ｃｍ））を、テストに用いる。所望の厚さ及び外形５．５〜６インチ（約１４〜約１５ｃｍ）及び高さ１０．５インチ（約２７ｃｍ）の金属製中空円筒を、るつぼの中央に配置させる。該金属製中空円筒は、内側面と外側面の間に穿孔が設けられていてもよい。るつぼの構築の間、これらの穿孔に犠牲材料が充填されてもよい。該ＭｇＯるつぼの内壁と該金属円筒の外壁の間の空間に、タンディッシュライニング材料（バシライトなど）が充填される。その後、円筒形金属マンドレルを、該中空金属円筒を予め配置したるつぼの中央に配置させる。その後、該金属円筒の内壁とマンドレルの間の空間に、タンディッシュライニング材料（大部分は高濃度アルミナ質）を充填する。るつぼを２３０°Ｆ（１１０℃）で１時間乾燥させた後に、該マンドレルを除去する。その後、るつぼを４５０°Ｆ（約２３２℃）で２４時間乾燥させ、その後、２７００°Ｆ（約１４８２℃）で５時間燃焼する。その後、るつぼを評価する。

本発明は、多くの改良及び変更が、可能である。それゆえ、本願の特許請求の範囲の範囲内であれば、上記に記載されたもの以外の方法で実践されたものであっても本発明に含まれることは、理解されなければならない。

１０．鋳造装置
１２．溶融金属
１４．レードル
１６．レードルバルブ
１８．レードルノズルシステム
２０．タンディッシュ
２４．タンディッシュバルブ
２６．タンディッシュノズルシステム
２８．鋳型
３０．ライニング構造
３４．第１の層
３６．第１の層の第１の主要面
３８．第１の層の第２の主要面
４２．第２の層
４４．第２の層の第１の主要面
４６．第２の層の第２の主要面
５０．第３の層
５２．第３の層の第１の主要面
５４．第３の層の第２の主要面
６０．穿孔
６２．穿孔の断面の寸法
６４．金属部分
６６．第３の層の金属部分の面積の寸法
６８．支持構造
７０．支持構造の断面の寸法
８０．冶金容器
８２．冶金容器の内部容量
８４．冶金容器の外殻
９０．第３の層の距離に関する金属の流速
１００．本発明のライニングの断面
１０２．第１の層の内部主要面
１０４．第２の層の内部主要面

Claims (16)

1. （ａ）第１の層の第１の主要面３６と、前記第１の層の第１の主要面３６の反対側に配設された第１の層の第２の主要面３８と、を有する第１の層３４と、
   （ｂ）第２の層の第１の主要面４４と、前記第２の層の第１の主要面４４の反対側に配設された第２の層の第２の主要面４６と、を有する第２の層４２であって、前記第１の層の第２の主要面３８が前記第２の層の第１の主要面４４と連通する、第２の層４２と、
   （ｃ）前記第２の層の第２の主要面４６と連通する第３の層の第１の主要面５２を有する非穿孔の第３の層５０と、
   を含み、
   前記第２の層４２が、第３の層の第１の主要面５２に隣接する主要面を有する金属部分６４を含む、耐火性容器のためのライニング構造３０。
2. 前記第３の層の第１の主要面５２に隣接する金属部分６４の面積が、前記第３の層の第１の主要面５２の面積の５０％以上１００％以下の値を有する、請求項１に記載のライニング構造３０。
3. 前記第３の層の第１の主要面５２に隣接する金属部分６４の面積が、前記第３の層の第１の主要面５２の面積の５０％以上９９％以下の値を有する、請求項２に記載のライニング構造３０。
4. 前記第３の層の第１の主要面５２に隣接する金属部分６４の面積が、前記第３の層の第１の主要面５２の面積の５０％以上９５％以下の値を有する、請求項３に記載のライニング構造３０。
5. 前記第３の層の第１の主要面５２に隣接する金属部分６４の面積が、前記第３の層の第１の主要面５２の面積の８０％以上９９％以下の値を有する、請求項１に記載のライニング構造３０。
6. 前記ライニング構造の前記第１の層３４が、マグネシア、アルミナ、ジルコニア、ムライト、及びこれらの材料のいずれかの組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載のライニング構造３０。
7. 前記ライニング構造の前記第１の層３４が、アルミナを含む、請求項６に記載のライニング構造３０。
8. 前記ライニング構造の前記第３の層５０が、マグネシア、アルミナ、ジルコニア、ムライト、及びこれらの材料のいずれかの組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載のライニング構造３０。
9. 前記ライニング構造の前記第３の層５０が、マグネシアを含む、請求項８に記載のライニング構造３０。
10. 前記金属部分６４が、前記第２の層の第１の主要面４４と前記第２の層の第２の主要面４６の間に通路を含んでいてもよい、請求項１に記載のライニング構造３０。
11. 前記金属部分６４の中の前記通路の断面積の合計が、前記第２の層の第１の主要面４４の面積の１％以上３０％以下の値を有する、請求項１０に記載のライニング構造３０。
12. 前記第１の層３４が、１ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内の厚さを有する、請求項１に記載のライニング構造３０。
13. 前記第２の層４２が、０．０１ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内の厚さを有する、請求項１に記載のライニング構造３０。
14. 耐火性容器に使用する、請求項１に記載のライニング構造３０。
15. 内部及び外部を有する冶金容器であって、前記冶金容器の前記内部が、請求項１に記載のライニング構造３０を有する、冶金容器。
16. （ａ）請求項１に記載のライニング構造３０を有する容器に溶融金属を移すこと、及び
    （ｂ）前記溶融金属を前記容器から移すこと、
    を含む、溶融金属の酸化を最小限にするための方法。

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