JP3909455B2 - ポーラスプラグの成形方法、ポーラスプラグの成形装置、ポーラスプラグ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はポーラスプラグの成形方法、ポーラスプラグの成形装置、ポーラスプラグに関する。ポーラスプラグは、取鍋の壁体に埋設され取鍋に保持されている溶湯内に気体を吹き込むものである。
【０００２】
【従来の技術】
ポーラスプラグは、取鍋の壁体に埋設されて使用され、取鍋に保持されている溶湯内に気体を吹き込むものであり、一般的には気体を透過できるように多孔質構造とされている。従来より、図７に示すように、縦軸形の成形キャビティ５１０を有する成形型５００を用い、成形キャビティ５１０の縦軸形の中心軸線Ｐ１０に沿って加圧体６００を降下させることにより、成形キャビティ５１０内の成形材料７００を加圧し、これによりポーラスプラグ６００を縦軸形に成形することにしていた。このポーラスプラグ６００では、これの中心軸線に沿った方向における一端部、他端部、中間部とを比較したとき、一端部の気孔率と他端部の気孔率とは同じ程度であるものの、一端部の気孔率と中間部の気孔率とはかなり相違する傾向がある。同様に、中心軸線に沿った方向における一端部のかさ比重と他端部のかさ比重とは同じ程度であるものの、一端部のかさ比重と中間部のかさ比重とはかなり相違する傾向がある。このためポーラスプラグ６００の軸長方向では均質性が充分ではなく、ポーラスプラグ６００のガス透過性能を十分に発揮するには限界があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、軸長方向における均質性を高めてガス透過性能を発揮するのに有利なポーラスプラグを製造するポーラスプラグの成形方法、ポーラスプラグの成形装置、ポーラスプラグを提供することを解決すべき課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るポーラスプラグの成形方法は、取鍋の壁体に埋設され取鍋に保持されている溶湯内に気体を吹き込むポーラスプラグを成形する方法であって、
中心軸線が横方向に沿って配向された横軸形の円錐筒形状の成形キャビティを区画すると共に横軸形のポーラスプラグの下半分を成形する円弧面で規定された成形下型面を有する下型と、中心軸線が横方向に沿って配向された横軸形の前記成形キャビティを区画すると共に横軸形の前記ポーラスプラグの上半分を成形する円弧面で規定された成形上型面を有する上型とを備えていると共に、型閉じ時に互いに離間している加圧用の平坦面を成形下型面および成形上型面の端側に有する成形装置を用い、
成形装置の成形キャビティ内に成形材料を収容した状態で、成形キャビティの中心軸線に対して軸直角方向に沿って成形キャビティ内の成形材料を上型の成形上型面および下型の成形下型面により加圧することにより、加圧用の平坦面により成形され横断面において互いに背向する位置に径外方向に突き出る耳部を備える円錐台形状の周壁面をもつポーラスプラグを横軸形で成形するものである。本発明に係る成形方法によれば、成形キャビティの中心軸線が横方向に沿うように横軸形に成形装置は設けられており、成形キャビティの中心軸線に対して軸直角方向に沿って成形キャビティ内の成形材料を上型の成形上型面および下型の成形下型面により加圧することにより、ポーラスプラグを横軸形で成形する。
【０００５】
本発明に係るポーラスプラグの成形装置は、取鍋の壁体に埋設され取鍋に保持されている溶湯内に気体を吹き込むポーラスプラグを成形する成形装置であって、
中心軸線が横方向に沿って配向された横軸形の成形キャビティを区画すると共に横軸形のポーラスプラグの下半分を成形する円弧面で規定された成形下型面を有する下型と、中心軸線が横方向に沿って配向された横軸形の成形キャビティを区画すると共に横軸形のポーラスプラグの上半分を成形する円弧面で規定された成形上型面を有する上型とを備えており、
下型の成形下型面および上型の成形上型面の端側は、型閉じ時に互いに離間している耳部形成のための加圧用の平坦面を有することを特徴とするものである。
【０００６】
本発明に係る成形方法で成形されたポーラスプラグ、本発明に係る成形装置で成形されたポーラスプラグによれば、ポーラスプラグの中心軸線に沿った方向の一端部、他端部、中間部を比較したとき、一端部の気孔率と中間部の気孔率と他端部の気孔率とを近似させることができる。かさ比重についても同様である。これによりポーラスプラグの軸長方向における均質性を高めて良好なガス透過性能を発揮するのに有利となる。
【０００７】
本発明に係るポーラスプラグは、中心軸線に対して軸直角方向に沿って成形材料を加圧することにより成形されており、横断面において互いに背向する位置に径外方向に突き出る耳部を備える円錐台形状の周壁面をもつことを特徴とするものである。これによりポーラスプラグの軸長方向における均質性を高めてガス透過性能を発揮するのに有利となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図１〜図３を参照しつつ説明する。図１（Ａ）〜（Ｃ）は目標とするポーラスプラグ６の形状を模式的に示す。ポーラスプラグ６はガスを透過できるように多孔質性を有しており、中心軸線Ｐ２を有する円錐台形状の周壁面６ａと、軸長方向の一方に設けられた大径側の平坦な軸端面６ｂと、軸長方向の他方に設けられた小径側の平坦な軸端面６ｃとをもつ。軸端面６ｃの外径は軸端面６ｂの外径よりも小さい。図２に示すように、成形装置１は、上記したポーラスプラグ６を横軸形で成形するものであり、下型２及び上型３と、下型２及び上型３を外側から保持するライナ４とを有する。下型２及び上型３は、中心軸線Ｐ１が横方向に沿って配向された横軸形の円錐筒形状をなす成形キャビティ５を有する。下型２は、横軸形で成形されるポーラスプラグ６の下部を成形する成形下型面２ｘを有する。加圧体として機能できる上型３は、横軸形で成形されるポーラスプラグ６の上部を成形する成形上型面３ｘを有する。型閉じ状態では、図２に示すように、成形下型面２ｘ及び成形上型面３ｘは、成形キャビティ５の中心軸線Ｐ１をほぼ中心とする円弧面で形成されている。換言すれば、成形装置１は、成形キャビティ５の中心軸線Ｐ１の回りで円形状に沿った円弧面で規定された型面をもつ。前記したようにポーラスプラグ６の周壁面６ａは円錐台形状であるため、型閉じ状態の成形下型面２ｘ及び成形上型面３ｘは、円錐台形状の成形空間を形成する。図２に示すように下型２は成形下型面２ｘの端側に連設され成形キャビティ５の径方向の端側に位置する加圧用の平坦面２ｃをもつ。上型３は、成形上型面３ｘの端側に連設され成形キャビティ５の径方向の端側に位置する加圧用の平坦面３ｃをもつ。平坦面３ｃと平坦面２ｃとは互いに対向している。型締め状態において平坦面３ｃと平坦面２ｃとは高さ方向において互いに離間しており、図２に示すように平坦面３ｃと平坦面２ｃとの間の距離（高さ寸法）はＫとして規定されている。この構造により上型３の横端部及び下型２の横端部において鋭角型部分の発生が抑えられ、上型３及び下型２の保護性が高められて耐久性が高まる。ポーラスプラグ６の大径側の軸端面６ｂの径が１４０ミリメートルのときには、Ｋは例えば３〜２０ミリメートルにした方が好ましいが、これに限定されるものではない。
【０００９】
成形の際には、粉粒状のアルミナ系を主要成分とすると共に無機バインダ（例えばリン酸系バインダ）を含む成形材料を用いる。この成形材料を成形装置１の成形キャビティ５内に収容した状態で、成形キャビティ５の中心軸線Ｐ１に対して軸直角方向に沿ってつまり矢印Ｙ方向に沿って上型３を降下させることにより、成形キャビティ５内の成形材料を上型３及び下型２により加圧する。これによりポーラスプラグ６をこれの中心軸芯Ｐ２が横方向に沿うように横軸形に成形する。成形直後のポーラスプラグ６は径方向の端側において互いに背向する位置に一対の耳部６０を有する。耳部６０は径外方向に突出しており、平坦面３ｃと平坦面２ｃとにより形成される。耳部６０は成形後に研削等により除去しても良いし、取鍋の壁部内にポーラスプラグ６を設置する際に位置決め突部として使用しても良い。なお、ポーラスプラグ６は成形後には焼成することが好ましい。
【００１０】
本実施形態によれば、ポーラスプラグ６の中心軸線Ｐ２に沿った方向の一端部６１、他端部６２、中間部６３を比較したとき、気孔率やかさ比重などの物性値については、従来技術に比較して、一端部６１と中間部６３と他端部６２とをそれぞれ近似させることができる。これによりポーラスプラグ６の軸長方向における気孔率やかさ比重等の物性値の均質性を高めることができ、ポーラスプラグ６のガス透過性能を良好に発揮するのに有利となる。
【００１１】
また、上型３が平坦面３ｃを有する本実施形態では、平坦面３ｃに相当する型部分を鋭利なピン角形状にせずとも良く、上型３の耐久性の向上を図り得る。同様に下型２も平坦面２ｃを有するため、平坦面２ｃに相当する型部分を鋭利なピン角形状にせずとも良く、下型２の耐久性の向上を図り得る。このポーラスプラグ６は、図３に示すように、炭素鋼や合金鋼といった溶鋼等の溶湯２００を保持する取鍋１００の壁体１１０の内部に埋設されて使用される。埋設されている状態では、ポーラスプラグ６の小径側が上側に、大径側が下側に向くようにポーラスプラグ６が配置されている。ポーラスプラグ６はガス源１５０に流路１５０ａを介して接続され、取鍋１００の溶湯２００内に気体（アルゴンガス、酸素、空気等）を吹き込み、攪拌処理等の溶湯処理を行うことができる。
【００１２】
（試験例）上記したポーラスプラグの軸長方向における各部位１ｋ〜４ｋ（図６参照）の物性値について、軸長方向のばらつきを測定した。この試験例では、ポーラスプラグの大径側の径を１００ミリメートル、小径側の径を６０ミリメートル、全長Ｌを２９０ミリメートルとしたとき、大径側の部位１ｋと小径側の部位４ｋとの間の距離Ｌ１を２４０ミリメートル、部位２ｋと部位３ｋとの間の距離Ｌ２を８０ミリメートルとした。更に、従来品として、縦軸とした中心軸線に沿って加圧することにより成形した縦軸形のポーラスプラグについても、同様に物性値を測定した。試験結果を図４及び図５に示す。図４の横軸はポーラスプラグの軸長方向における部位１ｋ〜部位４ｋを示し、縦軸は気孔率を示す。図４の特性線に示すように、気孔率については、従来品では軸長方向におけるばらつきが大きかったが、発明品では軸長方向のばらつきがかなり低減されていた。即ち、図４に示すように、従来品ではポーラスプラグの端部である部位１ｋ、４ｋの気孔率よりも、中間部である部位２ｋ、３ｋの気孔率が高かったが、発明品ではポーラスプラグの端部である部位１ｋ、４ｋの気孔率と、中間部である部位２ｋ、３ｋの気孔率とはかなり近似していた。図４に示す試験結果によれば、ポーラスプラグの端部である部位４ｋの気孔率をＡとし、中間部である部位２ｋ、３ｋの気孔率をＢとしたとき、発明品の場合には、（ＡとＢとの差の絶対値）／Ａ=（２４．９−２４．４）／２４．９=０．５／２４．９≒０．０２となった。なお発明品では、中間部である部位２ｋ、３ｋの気孔率Ｂとしては、部位２ｋの気孔率（２４．３％）と部位３ｋの気孔率（２４．５％）の平均値とし、２４．４％を採用した。また従来品の場合には、（ＡとＢとの差の絶対値）／Ａ=（２６．１５−２３．３）／２３．３=２．８５／２３．３≒０．１２である。なお従来品では、中間部である部位２ｋ、３ｋの気孔率Ｂとしては、部位２ｋの気孔率（２５．７％）と部位３ｋの気孔率（２６．６％）の平均値とし、２６．１５％を採用した。
【００１３】
図５の横軸はポーラスプラグの軸長方向における部位１ｋ〜部位４ｋを示し、縦軸はかさ比重を示す。図５の特性線に示すように、かさ比重についても、従来品では軸長方向におけるばらつきが大きかったが、発明品では軸長方向におけるばらつきがかなり低減されていた。即ち、図５に示すように、従来品ではポーラスプラグの端部である部位１ｋ、４ｋのかさ比重よりも、中間部である部位２ｋ、３ｋのかさ比重が低かったが、発明品では一端部である部位１ｋ、４ｋのかさ比重と、中間部である部位２ｋ、３ｋのかさ比重とはかなり近似していた。
【００１４】
ポーラスプラグの端部である部位４ｋのかさ比重をＣとし、中間部である部位２ｋ、３ｋのかさ比重をＤとしたとき、本発明品では、（ＣとＤとの差の絶対値）／Ｃ=（２．８４５−２．８２）／２．８２=０．０２５／２．８２≒０．００９である。発明品の場合には、中間部である部位２ｋ、３ｋのかさ比重としては、部位２ｋのかさ比重（２．８５）と部位３ｋのかさ比重（２．８４）の平均値とし、２．８４５を採用した。また従来品の場合には、中間部である部位２ｋ、３ｋのかさ比重Ｄとしては、部位２ｋのかさ比重（２．８）と部位３ｋのかさ比重（２．７６）の平均値とし、２．７８を採用した。従来品では、（ＣとＤとの差の絶対値）／Ｃ=（２．８７−２．７８）／２．８７=０．０９／２．８７≒０．０３である。
【００１５】
本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、例えば成形材料はアルミナに限定されるものではなく他の耐火物でも良く、またバインダも上記したものに限定されるものではなく、更にポーラスプラグのサイズ、形状も上記したものに限定されるものではない等、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。上記した実施形態に記載の語句は一部であっても各請求項に記載できるものである。
（付記）上記した記載から次の技術的思想も把握できる。
・各請求項において、ポーラスプラグの端部の気孔率をＡとし、中間部の気孔率をＢとしたとき、（ＡとＢとの差の絶対値）／Ａの値は、０．０８以下に設定されていることを特徴とするポーラスプラグの成形方法、ポーラスプラグの成形装置、ポーラスプラグ。
・各請求項において、ポーラスプラグの端部のかさ比重をＣとし、中間部のかさ比重をＤとしたとき、（ＣとＤとの差の絶対値）／Ｃの値は、０．０２以下に設定されていることを特徴とするポーラスプラグの成形方法、ポーラスプラグの成形装置、ポーラスプラグ。
・請求項２において、成形装置は横断面で、成形キャビティの中心軸線の回りで円形状に沿った円弧面で規定された型面をもつことを特徴とするポーラスプラグの成形装置。
・請求項３において、成形装置の上型及び下型は、型閉じ時に互いに離間している平坦面を型面の端側に有することを特徴とするポーラスプラグの成形装置。
・請求項３において、横断面において径外方向に突き出る耳部をもつことを特徴とするポーラスプラグ。成形装置の成形型の保護性が確保される。殊に上型及び下型の保護性が確保される。耳部は例えば一対にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は横軸形に配置したポーラスプラグの一方の端面図、（Ｂ）は横軸形に配置したポーラスプラグの側面図、（Ｃ）は横軸形に配置したポーラスプラグの他方の端面図である。
【図２】成形装置で成形している状態を示す断面図である。
【図３】ポーラスプラグを取鍋の壁体に埋設して使用している状態を示す断面図である。
【図４】ポーラスプラグの軸長方向の部位と気孔率との関係を示すグラフである。
【図５】ポーラスプラグの軸長方向の部位とかさ比重との関係を示すグラフである。
【図６】ポーラスプラグの測定部位を示す図である。
【図７】従来技術に係り、成形装置で成形している状態を示す断面図である。
【符号の説明】
図中、１は成形装置、２は下型、３は上型、５は成形キャビティ、６はポーラスプラグ、１００は取鍋を示す。

Claims (4)

1. 取鍋の壁体に埋設され取鍋に保持されている溶湯内に気体を吹き込むポーラスプラグを成形する方法であって、
   中心軸線が横方向に沿って配向された横軸形の円錐筒形状の成形キャビティを区画すると共に横軸形のポーラスプラグの下半分を成形する円弧面で規定された成形下型面を有する下型と、前記中心軸線が横方向に沿って配向された横軸形の前記成形キャビティを区画すると共に横軸形の前記ポーラスプラグの上半分を成形する円弧面で規定された成形上型面を有する上型とを備えていると共に、型閉じ時に互いに離間している耳部成形用の平坦面を前記成形下型面および前記成形上型面の端側に有する成形装置を用い、
   前記成形装置の成形キャビティ内に成形材料を収容した状態で、成形キャビティの中心軸線に対して軸直角方向に沿って成形キャビティ内の成形材料を上型の成形上型面および下型の成形下型面により加圧することにより、耳部成形用の平坦面により成形され横断面において互いに背向する位置に径外方向に突き出る耳部を備える円錐台形状の周壁面をもつポーラスプラグを横軸形で成形するポーラスプラグの成形方法。
2. 請求項１において、焼成されているポーラスプラグの成形方法。
3. 取鍋の壁体に埋設され取鍋に保持されている溶湯内に気体を吹き込むポーラスプラグを成形する成形装置であって、
   中心軸線が横方向に沿って配向された横軸形の成形キャビティを区画すると共に横軸形のポーラスプラグの下半分を成形する円弧面で規定された成形下型面を有する下型と、前記中心軸線が横方向に沿って配向された横軸形の前記成形キャビティを区画すると共に横軸形の前記ポーラスプラグの上半分を成形する円弧面で規定された成形上型面を有する上型とを備えており、
   前記下型の前記成形下型面および前記上型の前記成形上型面の端側は、型閉じ時に互いに離間している耳部形成のための加圧用の平坦面を有することを特徴とするポーラスプラグの成形装置。
4. 中心軸線に対して軸直角方向に沿って成形材料を加圧することにより成形されており、横断面において互いに背向する位置に径外方向に突き出る耳部を備える円錐台形状の周壁面をもつことを特徴とするポーラスプラグ。

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