JP4669632B2 - 電鋳レンガ用鋳型およびそれを使用した電鋳レンガの製造方法 - Google Patents
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- C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電鋳レンガ、特には角柱形状を有する大型品であって、引け巣がなく、表面や隅に実用上問題となる亀裂がなく、加工代がいらないか加工代があっても数mm以下である、形状精度に優れた電鋳レンガ製造用鋳型およびそれを使用した電鋳レンガの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
本明細書において、電気溶融鋳造(以下、単に電鋳と略す)とは、レンガ原料を電気溶融(以下、電融という)し、溶融物(以下、溶湯という)を鋳型に流し込んで冷却させレンガとする製造方法をいう。電鋳レンガは、通例、鋳型に溶湯を注入し、冷却、固化させて型から取り出し、押し湯部分を切断除去し電鋳レンガとする。
【0003】
近年、主にガラス窯において築炉期間の短縮や耐用延長、さらには目地部からの汚染等を低減させるため、従来よりサイズの大きい(以下、超大型サイズという)の電鋳レンガが要求されるようになってきた。超大型サイズの電鋳レンガを従来のケイ砂や黒鉛板からなる鋳型で製造すると、電鋳レンガの表面、特に、隅部や面内に大きな亀裂が発生し、製品を得ることができなかった。本明細書では、超大型サイズとはおおむね300×600×1000mm以上をいうが、必ずしも厳密なものではない。
【0004】
亀裂の防止対策(以下、単に亀裂対策という)の一つとして、亀裂分を見込んたサイズの電鋳レンガを製造し、亀裂箇所を機械加工で除去して製品を得ることが考えられるが、亀裂が大きく、深さもあるため、亀裂を完全に除去することは容易ではない。
【0005】
たとえば亀裂を除去するために、電鋳レンガの表面を20mm以上、研削・研磨するような場合には、セラミックスが難加工性であることと、被加工物である電鋳レンガが超大型品であることを考えると、加工設備面の制約が厳しいほか、生産性が著しく低下するため実質上加工することが困難であった。仮に、20mm以上、研削・研磨して電鋳製造時の亀裂を除去することができたとしても、機械加工の段階で新たに亀裂が生成するおそれもある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、亀裂や引け巣などの欠陥のない超大型サイズの電鋳レンガの製造方法およびそれに使用する電鋳用鋳型の提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、角柱形状を有する電鋳レンガ用鋳型であって、溶湯と接する面の内、少なくとも2面以上について、当該面の中央部の型材料を当該面の隅部の型材料より熱拡散率の大きい材料で構成することを特徴とする電鋳レンガ用鋳型を提供する。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明の電鋳レンガ用鋳型(以下、本鋳型という)は、角柱形状を有する電鋳レンガ用の鋳型であって、溶湯と接する面の内、少なくとも2面以上について、各面の中央部の型材料(以下、中央部型材と略す)を隅部の型材料(以下、隅部型材と略す)より熱拡散率の大きい材料で構成(以下、本構成という)する。
【0009】
本発明は、超大型サイズの電鋳レンガに発生する亀裂の発生原因を調べていく過程で、従来サイズでは問題とならなかった、場所による冷却速度の差が亀裂発生原因に関係しているとの知見に基づくものである。
【0010】
本鋳型の構成の一例を図1に示す。図1は、電鋳レンガが4角柱である場合の本鋳型の縦断面図である。図中、1が中央部型材、2が隅部型材、3が押し湯部分、4が電鋳レンガ、5が注入口、7が断熱材をそれぞれ示す。なお、7の断熱材は本鋳型において必ずしも必要なものではなく、必要に応じて適宜使用できるものである。なお、本明細書において断熱材とは、多孔質組織を有し、気孔率がおおむね40〜50%以上のものをいう。
図2は図1のA−A部横断面図である。比較のため、従来技術の電鋳レンガ用鋳型の縦断面図を図6に、B−B部断面図を図7にそれぞれ示す。
【0011】
本発明において、角柱とは必ずしも正4角柱などの正角柱に限定されるものではなく、概ね角柱であればよい。また、本鋳型において、溶湯と接する面の数は注入口を除いた、側面の数に底面を足したものとなる。すなわち、電鋳レンガがn角柱であれば、溶湯と接する面の数はn+1となる。例えば、4角柱では溶湯と接する面の数は5である。
【0012】
本発明において、溶湯と接する面の内、少なくとも2面以上について、本構成とする。さらに、好ましくは、溶湯と接する面の全てについて本構成とする。
【0013】
溶湯と接する面の内、溶湯との接触面積が広い面を本構成とすると、特に温度差のつきやすい広い面内の温度差を小さくできるため好ましい。このような場合としては、薄板形状の角柱が例示される。薄板形状の場合、溶湯との接触面積の大きい、2つの側面に対して本構成を採用すると好ましい。なお、薄板形状の場合の横断面図を図3示す。
【0014】
本鋳型においては、中央部型材の熱拡散率を隅部型材の熱拡散率より大きくする。ここで熱拡散率とは、熱伝導率を比熱と密度の積で除したものをいい、物理的には温度の伝わる速さに相当し、この値が大きいほど温度変化が速いことを意味する。
【0015】
本鋳型において、中央部型材の熱拡散率としては、80(m2/s)以上であり、隅部型材の熱拡散率としては40〜70(m2/s)であると型材の中央部と隅部との冷却速度の差が小さくなるため好ましい。
【0016】
本鋳型において、熱拡散率に加え、中央部型材の熱伝導率を隅部型材の熱伝導率より大きくすると型材の面中央部と隅部との冷却速度の差が小さくなるため好ましい。
【0017】
本鋳型において、中央部型材の熱伝導率としては2(W/(m・K))以上であり、隅部型材の熱伝導率としては0.5〜1(W/(m・K))であると型材の面中央部と型材の隅部との冷却速度の差が小さくなるためさらに好ましい。
【0018】
隅部型材としては、ケイ砂、アルミナ、酸化クロムと金属酸化物の化合物であるクロマイト、ジルコン、黒鉛などが挙げられる。中央部型材としては、アルミナ、黒鉛、Al2O3−ZrO2−SiO2(AZS)などが挙げられる。
【0019】
これらの材質は、電鋳レンガの種類、形状、溶湯の温度などにより選択されるが、隅部型材としてケイ砂を、中央部型材としてアルミナまたはAZSを選ぶと入手しやすく、原価面でも有利であるため好ましい。また、一部をアルミナとし、一部をAZSとするような異種材料を組み合わせてもよい。なお、型材料の材質の純度は必ずしも高純度でなくともよく、要求される熱特性を満足する範囲で他のものを含んでいてもよい。
【0020】
本鋳型において、溶湯と接する面の内、側面を構成する鋳型については、レンガ断面積A1と鋳型断面積A2との間にA2/A1=0.5〜1.0の関係があると本構成を実現しやすいため好ましい。ただし、A1、A2は図4において、A1=t1×w1、A2=t2×w2−t1×w1で与えられる。さらに好ましくはA2/A1=0.65〜0.85である。
【0021】
また、本鋳型において、図4の中央部型材の隅からの距離Lは中央部型材の厚さSとの間にL=0.5S〜2.0Sの関係があると本構成を実現しやすいため好ましい。
【0022】
なお、本鋳型において、中央部型材は直接溶湯を接するように表面に配置されるほか、図5に示されるように、溶湯と接する面を別の材料で被覆してもよい。
このような被覆構造とすると中央部型材が、溶湯と反応して電鋳レンガを汚染するような場合にはそれを防止できるため好ましい。このような被覆材料としては、隅部型材を使用すると、鋳型製作の生産性の点で好ましい。
【0023】
【実施例】
以下に、本発明の実施例(例1、例3、例5、例7)と比較例(例2、例4、例6、例8)を示す。
【0024】
[例1]
250mm×450mm×1200mmの4角柱のAl2O3−ZrO2系電鋳レンガを製造するため、t1=250mm、t2=350mm、w1=450mm、w2=550mmの横断面形状を有する本鋳型を準備した。
【0025】
本鋳型の中央部型材は、厚さ30mmのアルミナ板(熱拡散率100(m2/s)、熱伝導率3.3(W/(m・K)))を使用し、隅部型材としては厚さ50mmのケイ砂(熱拡散率65(m2/s)、熱伝導率0.8(W/(m・K)))を使用した。
【0026】
また、隅からアルミナ板までの距離L=50mmとし、側面4面と底面を本構成とした。なお、本鋳型の押し湯部分を除いた高さは、1400mmとした。
【0027】
本鋳型に溶融したAl2O3−ZrO2系電鋳レンガの溶湯を注入し、充分冷却したのち本鋳型を分解し、さらに押し湯部分を切断して評価用サンプルとした。
【0028】
[例2]
例1において、鋳型のアルミナ板の部分をケイ砂に変更する以外は例1と同様にした。
【0029】
[例3]
例1において、電鋳レンガのサイズを250mm×450mm×1200mmから300mm×600mm×1200mmに変更し、また本鋳型の横断面形状をt1=300mm、t2=440mm、w1=600mm、w2=740mmに、アルミナ板の厚さを40mmに変更する以外は例1と同様にした。
【0030】
[例4]
例3において、鋳型のアルミナ板の部分をケイ砂に変更する以外は例3と同様にした。
【0031】
[例5]
例1において、電鋳レンガのサイズを250mm×450mm×1200mmから450mm×580mm×1300mmに変更し、また本鋳型の横断面形状をt1=450mm、t2=610mm、w1=580mm、w2=740mm、アルミナ板の厚さを50mmに変更し、本鋳型の押し湯部分以外の高さを1400mmに変更する以外は例1と同様にした。
【0032】
[例6]
例5において、鋳型のアルミナ板の部分をケイ砂に変更する以外は例5と同様にした。
【0033】
[例7]
例1において、電鋳レンガのサイズを250mm×450mm×1200mmから500mm×500mm×1000mmに変更し、また本鋳型の横断面形状をt1=500mm、t2=660mm、w1=500mm、w2=660mm、アルミナ板の厚さを50mmに変更し、本鋳型の押し湯部分以外の高さを1100mmに変更する以外は例1と同様にした。
【0034】
[例8]
例7において、鋳型のアルミナ板の部分をケイ砂に変更する以外は例7と同様にした。
【0035】
[評価結果]
例1〜例8において得られた各電鋳レンガの表面を3mm程度、研削・研磨した。加工後の電鋳レンガの外観を目視で観察し、所定サイズの亀裂の有無で合否を判断した。隅部亀裂については、幅が0.5mm以上で長さ20mm以上の亀裂が電鋳レンガ中に1個以上あるものを不合格とし、面内亀裂については長さ200mm以上の亀裂が電鋳レンガ中に1個以上あるものを不合格とした。なお、隅部亀裂および面内亀裂の模式図を図8、図9にそれぞれ示す。
【0036】
観察結果を表1に示すが、表中、隅部亀裂および面内亀裂の各個数は、製作した電鋳レンガ中、不合格の個数を示し、総合評価の合格数は、隅部亀裂および面内亀裂とも合格したものの電鋳レンガの個数を示す。合格数/製作数で合格率を算出した。
【0037】
【表1】
【0038】
【発明の効果】
本鋳型を使用することにより、従来、製造できなかった、亀裂のない超大型サイズの電鋳レンガを製造できるようになった。また、仮に小さな亀裂があったとしても少ない加工代で除去できるため生産性も優れている。さらに、本鋳型は構造が単純なため簡便に製作できる。
【0039】
本鋳型は、サイズに関係なく適用できるが、超大型サイズの電鋳レンガの製造に採用すると特に効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本鋳型の縦断面図。
【図2】本鋳型のA−A部横断面図。
【図3】薄板形状の本鋳型の横断面図。
【図4】断熱材7のない本鋳型の横断面図。
【図5】中央部型材に表面被覆のある場合の横断面図。
【図6】従来鋳型の縦断面図。
【図7】従来鋳型のB−B部横断面図。
【図8】隅部亀裂の模式図。
【図9】面亀裂の模式図。
【符号の説明】
1:中央部型材
2:隅部型材
3:押し湯部分
4:電鋳レンガ
5:注入口
7:断熱材
8:本鋳型
9:中央部型材の表面被覆
10:隅部亀裂
11:面内亀裂
Claims (7)
- 角柱形状を有する電鋳レンガ用鋳型であって、溶湯と接する面の内、少なくとも2面以上について、当該面の中央部の型材料を当該面の隅部の型材料より熱拡散率の大きい材料で構成することを特徴とする電鋳レンガ用鋳型。
- 前記中央部の型材料の熱拡散率を前記隅部分の型材料の熱拡散率の1.5倍以上とする請求項1記載の電鋳レンガ用鋳型。
- 前記中央部の型材料を前記隅部の型材料より熱伝導率の大きい材料とする請求項1記載の電鋳レンガ用鋳型。
- 前記中央部の型材料の熱伝導率を前記隅部の型材料の熱伝導率の1.5倍以上とする請求項3記載の電鋳レンガ用鋳型。
- 溶湯と接する面の全てについて、中央部の型材料を隅部の型材料より、熱拡散率と熱伝導率の大きい材料で構成する請求項1記載の電鋳レンガ用鋳型。
- 前記中央部の型材料がアルミナおよび/またはAl2O3−ZrO2−SiO2であり、かつ前記隅部の型材料がケイ砂である請求項1〜5のいずれか記載の電鋳レンガ用鋳型。
- 請求項1〜6のいずれか記載の電鋳レンガ用鋳型に電気溶融した溶湯を鋳込み・冷却して凝固させる電鋳レンガの製造方法。
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