JP3643923B2 - 断熱取鍋及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳造工場において各種の金属溶湯を受湯するために使用される断熱取鍋に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に鋳鉄工場で使用されている取鍋は、鋼板製ケーシング内に耐火材がライニングされた形式のものであり、ライニングは、溶湯と接する内側に耐火煉瓦,キャスタブル,ラミング材等の高温耐食性の耐火材が、外側に断熱材が使用されている。
【０００３】
このようなライニング構成の取鍋では、溶解炉または前炉から受湯した溶湯は、生産ラインに供する約１０分の間に約１００℃の温度降下が生じる。このため生産ラインで必要な鋳造温度より１００℃高い温度で出湯する必要があり、キュポラ等溶解炉はより苛酷な操業を強いられる等、多くの問題をかかえていた。そこで取鍋ライニングの断熱を強化し、溶湯温度の降下に対処しようという考えが出てきた。
【０００４】
しかしながら、従来採用されてきたライニング構成では、断熱を強化すると耐火材と断熱材の界面温度が上昇して耐火材の平均使用温度が上昇するという問題が生じ、耐火材は溶湯やスラグにより大きな溶損を受けたり、煉瓦目地やライニングの亀裂部に溶銑が差し込み漏銑の危険性が増大した。
【０００５】
また一般の耐火材は溶銑の濡れ性の問題から地金の付着が大きく、除去に際し生じる耐火材の剥離損傷も決して無視しうるものではない。
【０００６】
このような損傷が軽微なうちは、パッチング等により一時的に補修を行うことは可能であるが、損傷が進むにつれてライニング全体の取り替えが必要となり、現在の鋳造工場では取鍋ライニングの全面取り替え頻度はかなり激しい。
【０００７】
そこでこのような損傷と修理の簡便を考慮し、溶湯に接するライニングの最内層に高アルミナ質,シリカ質等の白色坩堝を使用する考えが浮上した。白色坩堝は高圧で一体成形又は鋳込み成形したのち乾燥又は焼成された均質で高品位のものであり、その背面側の間隙に砂等のドライ材を充填してセットされる。
【０００８】
この方式による利点は、白色坩堝の使用による寿命の延長と、溶損が生じた場合、坩堝のみ取り替えればよいという点にあった。たしかにこの方式のものは、従来法に比べて改善の跡はみられたが、白色坩堝は使用頻度が重なるにつれてクラックが多発し、更に充填されたドライ材及び断熱材は取鍋取り替えの際、その都度際施工が必要になる等、パーマネントライニングとしての役目を果たすには、尚、充分なものでなかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本来、取鍋の断熱強化は省エネルギーの観点から溶湯温度の低下防止を目的としているが、これまでに使用されてきた耐火物は断熱強化と共に操業温度域における熱間強度が低下し、損耗が激しく寿命の低下が著しい。
【００１０】
本発明はこのような断熱強化に伴うライニング寿命低下の問題点を解決する断熱取鍋を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、金属筒状ケーシングとその内側に施工されたライニングから構成される断熱取鍋に於いて、ライニングは、金属溶湯と直接接する最内層を構成する黒鉛坩堝と、該黒鉛坩堝のバックアップライニングとを備え、黒鉛坩堝とバックアップライニングとの界面に、セラミックファイバー質の断熱材層が介装されていることを特徴とする断熱取鍋に係る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態を添付図面に基づき説明する。
【００１３】
図１は従来使用されている最も一般的な取鍋の縦断面を示す。図中、１は鋼板製円筒状ケーシングを、２は断熱質煉瓦層を、３は耐火煉瓦、キャスタブル、ラミング材等の高温耐食性耐火煉瓦層を示す。
【００１４】
図２は、図１の改善型取鍋の縦断面を示す。図中、１は鋼板製の円筒状ケーシングを、２は断熱質煉瓦層を、４はドライラミング材充填等によるバックアップライニングを、６は白色坩堝を示す。
【００１５】
図３は本発明による断熱取鍋の縦断面を示す。
【００１６】
図中、１は鋼板製円筒状ケーシングを、２は断熱質煉瓦層を、７はバックアップライニングを、９は黒鉛坩堝を、８は黒鉛坩堝９とバックアップライニング７の界面に介装された断熱材層を示す。
【００１７】
本発明に於いて、バックアップライニング７はキャスタブル耐火物,プラスチック耐火物,耐火煉瓦等から構成される。
【００１８】
また黒鉛坩堝９は黒鉛から構成されるものであれば特に制限されないが、高圧で一体成形後、高温焼成して得られれた黒鉛坩堝は、均質で高品位であり特に好ましい。
【００１９】
また断熱材層８はセラミックファイバー質のフェルトやボードその他ドライ材,モルタル等の断熱材料から構成されている。
【００２０】
以下に、図１、２、３により具体的な使用方法を説明する。
【００２１】
図１に示す従来型取鍋では、ケーシング１の内側にまず断熱系耐火材２、例えば断熱煉瓦や耐火断熱質煉瓦が、次に耐火煉瓦３が施工される。耐火煉瓦に代わりキャスタブルやラミング材を使用する場合は、型枠を使用して施工したのち脱枠し加熱脱水する。
【００２２】
受湯に先立ち５００〜８００℃に予熱したのちキュポラ等から受湯して生産ラインに搬送するが、溶湯は熱伝導により多くの熱をライニングに奪われ、１０分間に約１００℃の温度降下が生じる。
【００２３】
断熱を強化するため断熱層の厚みを厚くすることは取鍋容量の減少を意味し、更に界面温度の上昇によるライニングの損傷を招く。
【００２４】
図２に示す改善型取鍋では、ケーシング１の内側に断熱系耐火材層２を形成し、その内部に白色坩堝６をセットし、白色坩堝６と耐火材層２の間隙に砂等のドライ材を充填し、該充填層４により坩堝６を固定する。
【００２５】
この改善型は、白色坩堝６の使用により改善はもたらされたが、該坩堝６に熱履歴の繰り返しによるクラックが多発し、ドライ材充填層４は溶銑の浸入に対し防壁の役目を果たし得ず、断熱系耐火層２等の取鍋ライニングは必ずしもパーマネントライニングとして期待できない。
【００２６】
図３に示す本発明の断熱取鍋では、まずケーシング１の内側に断熱系耐火材２が施工されたのち、断熱材層８により外表面を被覆された黒鉛坩堝９が取鍋内の所位置に正しくセットされ、断熱系耐火材２との間隙にバックアップライニング７として例えばキャスタブル耐火物が施工される。バックアップライニング７が硬化すると断熱材層８により被覆された坩堝９を取り出し、上記ライニング７を加熱して水分を除去したのち再び坩堝９をセットする。
【００２７】
本発明断熱取鍋は断熱系耐火材２と断熱材層８により従来品よりも強く断熱されており、溶湯から放散される熱量は軽減されるので、溶湯温度の低下防止がもたらされる。
【００２８】
しかし一方では各層の界面温度は上昇するので耐火物にとっては決してよい条件ではないが、黒鉛坩堝９は、黒鉛質耐火物の鋳造工場での実績から判るように、熱間強度が非常に大きく溶銑の浸食やクラックの発生が少ないので、寿命が延長し且つバックアップライニング７への溶銑の差し込みも無くなるので該ライニング７は殆ど損傷を受けることがなくなり、繰り返しの使用が可能であり、パーマネントライニングとしての役目を充分に果たしうる。
【００２９】
以下に、本発明を比較試験等に基づき更に詳しく説明する。
【００３０】
本発明は高断熱取鍋の使用による搬送中の溶湯温度の低下を防止することを目的とする。
【００３１】
従来使用されていた取鍋は、普通５００〜８００℃に予熱されたのち溶解炉や前炉から受湯し、溶湯処理場を経て生産ラインに搬送されるが、この間約１０分で約１００℃の溶湯温度の低下が生じる。この温度降下の原因は溶湯表面からの熱放散と取鍋ライニングの炉壁損失である。前者は取鍋上面に蓋を設置することにより、後者は一般にライニングの断熱強化により改善される。
【００３２】
ライニングの断熱強化に伴い溶湯に接するライニングの最内層に黒鉛坩堝を使用した、本発明による取鍋の使用効果は大要次の通りである。
【００３３】
１．溶湯温度の降下防止
２．スラブ等の付着防止
３．寿命の延長
４．施工の容易性
５．修理日数の短縮
今、従来構成のライニングと本発明による断熱強化ライニング内の温度分布に関し、比較を簡便にするため、ライニング内の温度分布が定常状態にあるものとして計算すると、図４に示すようになる。
【００３４】
以上の計算から本発明のライニング構成は、従来型ライニング構成に比べて約６０％の放散熱量が節減される。
【００３５】
参考までに従来型取鍋と本発明の取鍋を使用し温度低下を実験した処、下記の結果が得られた。使用した取鍋の容量は５００kg用のもので、ライニング構成は図４の通りである。
【００３６】
実験に当っては先ず取鍋を上部からバーナーによって加熱し、取鍋内温度が８００℃に達するまで１０℃／minの速度で昇熱したのち８００℃で３０分間保持し、バーナーを除去後、１５００℃の溶銑を５００kg受湯の上、１０分間放置して溶銑温度を測定した。
【００３７】

尚、参考のため上記実験と同じ条件で行った従来型取鍋では、溶湯の温度降下は１０３℃であった。これらの実験から本発明の取鍋の使用効果が明らかとなった。
【００３８】
次に、従来型取鍋のライニングでは、ライニングの上部近くにスラグや地金が付着して口径を縮小せしめたり容量の減小をもたらすので、これらを除去する事が必要となる。しかしスラグはライニングと反応して強固に付着しているので、除去に際してはライニングに大きな損傷を与える。これに対し本発明の取鍋ライニングでは溶湯に接する最内層に黒鉛坩堝が使用されており、スラグ等の付着が防止できる。
【００３９】
周知の如く黒鉛質耐火物は高温における強度が非常に大きく、且つ溶湯に濡れにくいと云う性質のため溶湯が耐火物に浸透することもなく、他の如何なる耐火物よりも耐スポーリング性に勝れている等特筆すべき多くの特性を持っている。従って黒鉛坩堝は従来の如何なる高温用耐火物よりも溶銑に対する耐蝕性に勝れ寿命の延長が得られる。
【００４０】
黒鉛坩堝の耐用性が極めて勝れているので、溶銑が坩堝の背面に差し込む事がなく、バックアップライニングはパーマネントライニングとして長年に亘り使用することができる。多方面からの検討の結果、パーマネントライニングは１年に１乃至２回の取りかえですむ事が予想され、従来の取鍋ライニングに比べ飛躍的に寿命の延長が期待できる。
【００４１】
本発明の取鍋ライニングの更なる効果は施工の容易性である。溶湯に接する黒鉛坩堝は一体製品としてバックアップライニングの内部にセラミックファイバーを介してセットされているので、坩堝はバックアップライニングと関係なく取り出すことができる。即ち、この取鍋では単に坩堝を取りかえると云う簡単な作業により修理を行う事ができる。
【００４２】
図５は従来型取鍋と本発明取鍋ライニングの修理手順を示す。図５から明らかな如く、従来型取鍋では６工程の作業が必要であり、修理には３〜４日を要するのに対し、本発明の取鍋では３工程の作業が僅か半日で終了する。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、溶湯温度の降下防止、スラグ等の付着防止、寿命の延長、施工の容易性、修理日数の短縮等が可能な高品質,高性能の断熱取鍋を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来使用されている取鍋の概略を示す縦断面図である。
【図２】図１の改良型取鍋の概略を示す縦断面図である。
【図３】本発明による断熱取鍋の概略を示す縦断面図である。
【図４】従来構成のライニングと本発明による断熱強化ライニング内の温度分布と放散熱量の比較を示す図である。
【図５】従来型取鍋と本発明取鍋ライニングの修理手順を示す図である。
【符号の説明】
１ ケーシング
２ 断熱質煉瓦層
３ 耐火煉瓦層
４ ドライ材充填層
６ 白色坩堝
７ バックアップライニング
８ 断熱材層
９ 黒鉛坩堝

Claims (3)

1. 金属筒状ケーシングとその内側に施工されたライニングから構成される断熱取鍋に於いて、ライニングは、金属溶湯と直接接する最内層を構成する黒鉛坩堝と、該黒鉛坩堝のバックアップライニングとを備え、黒鉛坩堝とバックアップライニングとの界面に、セラミックファイバー質の断熱材層が介装されていることを特徴とする断熱取鍋。
2. ケーシングの内側に断熱系耐火材を施工するステップと、
   セラミックファイバー質の断熱材層により外表面を被覆された黒鉛坩堝を前記ケーシング内の所定位置にセットするステップと、
   前記断熱系耐火材と前記断熱材層との間隙にバックアップライニングを施工するステップとを備える断熱取鍋の製造方法。
3. 前記バックアップライニングを施工するステップの後、
   前記断熱材層により被覆された前記黒鉛坩堝を取り出すステップと、
   前記バックアップライニングを加熱して水分を除去するステップと、
   前記断熱材層により被覆された前記黒鉛坩堝を前記ケーシング内に再びセットするステップとを更に備える請求項２に記載の断熱取鍋の製造方法。

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