JP6340780B2 - 六角レンガ用金型および六角レンガ成型方法 - Google Patents

Description

本発明は六角レンガ用金型および六角レンガ成型方法に関し、窯炉や取鍋などの耐火物ライニングとして利用される六角レンガに関する。

製鉄所においては、高炉をはじめ転炉など様々な窯炉が用いられる。また、各窯炉間で溶銑を搬送するために、取鍋その他の搬送用耐熱容器が用いられる。これらの窯炉あるいは取鍋などにおいては、外殻をなす鉄皮を内部の溶銑の高熱から保護するために、鉄皮の内側に耐火物ライニングを形成している。
このような耐火物ライニングとして、耐火レンガが用いられている。

従来の耐火レンガは、炉内面側および炉外面側の端面形状が矩形である四角錐台形状のものが一般的であった。
このような四角錐台形状の耐火レンガを積む場合、同じ階層の耐火レンガを密接配置し、上面を平坦にしたうえで、その上に次の階層の耐火レンガを配列していた。このような四角錐台形状の耐火レンガを用いた耐火物ライニングは、炉内面側および炉外側面が矩形を交互に重ねたいわゆるレンガ目地となるように形成される。

これに対し、本願の出願人により、炉内面側および炉外面側の端面形状が六角形をなす六角錐台形状の耐火レンガが提案されている（特許文献１参照）。
前述した特許文献１において、六角レンガは、炉内側面および炉外側面がそれぞれ六角形とされ、炉内側から炉外側まで高さ（厚み）が一定であり、六角レンガの上面および下面は幅（炉の周方向の長さ）が炉内側から炉外側に向かって拡がるテーパ状（細長い等脚台形状）に形成されている。
六角レンガの両側面には、それぞれ上面に沿った上向き斜面と下面に沿った下向き斜面とが形成され、各々が接続される稜線が六角レンガの平面形状における最大輪郭となっている。これらの上向き斜面および下向き斜面は、それぞれ炉内側から炉外側まで同じ幅で連続した細長い短冊状に形成され、４つの斜面は互いに同寸法とされている。

このような六角レンガを積む場合、下の階層の上向きの斜面に上の階層の下向き斜面が密接するように、いわば上下の階層が入れ子状に配列される。その結果、六角レンガで形成される耐火物ライニングの炉内面側および炉外面側には、六角レンガの端面形状によるいわゆるハニカム形状が現れる。
このような六角レンガで耐火物ライニングを形成することで、六角レンガの下の階層と上の階層とが各々の斜面どうしで噛み合うことになり、相互の連結性が向上できるとともに、築造時の作業性の向上も図ることができる。

特許５０３７７２５号公報

ところで、前述した特許文献１のような六角レンガを、円筒状の窯炉に周方向に設置する場合、六角レンガの平面形状におけるテーパ角度（炉心における中心角α）は、炉内全周に配列されるレンガの数（分割数Ｎ）で決まる（α＝３６０度／Ｎ）。また、六角レンガの幅Ｗは、炉心からの距離（半径Ｒ）で決まる（Ｗ＝２πＲ／Ｎ）。
従って、適用する炉ごとに六角レンガの形状が異なり、これを成型する金型は専用設計となり、製造期間および製造コストがかさむ原因となる、という問題があった。

さらに、特許文献１では、直胴（半径が一定の円筒状の部分）に積む例が示されていたが、転炉の上部開口近傍の絞り部などの円錐形状部分では、半径に応じてレンガの形状が異なることになり、膨大な種類のレンガが必要となる。
このような膨大な種類のレンガ成型には、膨大な種類の専用の金型が必要になり、実用化を諦めざるを得ない、という問題もあった。

本発明の目的は、専用部分を最小限に抑制しつつ、窯炉の形状に応じた複数種類の六角レンガを成型できる六角レンガ用金型および六角レンガ成型方法を提供することにある。

本発明の六角レンガ用金型は、互いに平行に配置された等脚台形状の上面および下面と、前記上面の両側に接続された一対の上向き斜面および前記下面の両側に接続された一対の下向き斜面と、前記上面、前記下面、一対の前記上向き斜面および一対の前記下向き斜面にそれぞれ接続された六角形状の炉内側端面および炉外側端面とを有する六角錐台形状の六角レンガを成型するための六角レンガ用金型であって、前記上面および前記下面を成型するための互いに平行配置された第１平面部材および第２平面部材と、前記上向き斜面および前記下向き斜面を成型するためのＶ字溝を有する第１側面部材および第２側面部材と、前記六角形状の炉内側端面および炉外側端面を成型するための炉内側端面部材および炉外側端面部材とを有することを特徴とする。

このような本発明では、Ｖ字溝を有する第１側面部材および第２側面部材により、六角レンガの両側のそれぞれ上向き斜面および下向き斜面を、所定の角度および寸法で成型することができる。
従って、これらの第１側面部材および第２側面部材を六角レンガの幅方向寸法に応じた所定の距離で配置し、その際に第１平面部材から第２平面部材までの距離を上面から下面までの高さに合わせ、六角形状の炉内側端面から炉外側端面までの距離を炉内側端面部材から炉外側端面部材までの長さに合わせることで、これらに囲まれた内部には六角レンガに相当する空間が形成され、この空間に杯土を充填することで、六角レンガを成型することができる。
そして、六角レンガの上向き斜面および下向き斜面、つまり六角レンガでは最も複雑な形状をなす部分の成型を同じ第１側面部材および第２側面部材で行うようにし、この部分を複数種類の六角レンガで共用するとともに、上面、下面、炉内側端面および炉外側端面など他の部分は単純な平面の成型とすることで、汎用の金型部分の調整で対応することもでき、あるいは専用の金型部分としてもコストを十分に抑制することができる。
以上により、本発明の六角レンガ用金型では、専用部分を最小限に抑制しつつ窯炉の形状に応じた複数種類の六角レンガを成型することができる。

本発明の六角レンガ用金型において、前記第１平面部材、前記炉内側端面部材、前記第２平面部材および前記炉外側端面部材が順次接続されて筒状に形成され、その筒状の一方の開口に前記第１側面部材が固定されるとともに、前記筒状の内部には前記第２側面部材が前記第１側面部材に向けて近接可能かつ離隔可能に配置された構成とすることができる。

このような本発明においては、第１平面部材、第２平面部材、炉内側端面部材、炉外側端面部材および第１側面部材が有底筒状の構造を形成し、その内部に杯土を充填して第２側面部材で圧縮することで、内部に六角レンガを成型することができる。
この際、第１平面部材および第２平面部材の距離は、六角レンガの上面から下面までの設計上の高さＨで固定しておく。炉内側端面部材および炉外側端面部材の距離は、六角レンガの上面および下面の炉内側から炉外側までの設計上の長さＬで固定しておく。そして、第２側面部材を第１側面部材に向けて移動させ、互いの距離が、六角レンガの上面および下面の炉内側端または炉外側の設計上の幅寸法Ｗｎとなる位置で停止させることで、所期の六角レンガを成型することができる。
このような本発明によれば、同じ金型で寸法が異なる複数の六角レンガを成型できるとともに、第１平面部材、第２平面部材、第１側面部材、第２側面部材、炉内側端面部材および炉外側端面部材の全てを共用化することができる。

本発明の六角レンガ用金型において、前記第１平面部材、前記第１側面部材、前記第２平面部材および前記第２側面部材が順次接続されて筒状に形成され、その筒状の炉内側となる開口端に前記炉内側端面部材が固定されるとともに、前記筒状の内部には前記炉外側端面部材が前記炉内側端面部材に向けて近接可能かつ離隔可能に配置された構成とすることもできる。

このような本発明においては、第１平面部材、第２平面部材、第１側面部材、第２側面部材および炉内側端面部材が有底筒状の構造を形成し、その内部に杯土を充填して炉外側端面部材で圧縮することで、内部に六角レンガを成型することができる。
この際、第１平面部材および第２平面部材の距離は、六角レンガの上面から下面までの設計上の高さＨで固定しておく。第１側面部材および第２側面部材の距離は、六角レンガの上面および下面の炉内側端または炉外側の設計上の幅寸法Ｗｎとなるように固定しておく。そして、炉外側端面部材を炉内側端面部材に向けて移動させ、互いの距離が、六角レンガの上面および下面の炉内側から炉外側までの設計上の長さＬとなる位置で停止させることで、所期の六角レンガを成型することができる。なお、移動する炉外側端面部材の輪郭形状および寸法は、前述した停止位置において第１平面部材、第２平面部材、第１側面部材、第２側面部材が形成する筒状の内周形状に準じて設計しておく。
このような本発明によれば、同じ金型で寸法が異なる複数の六角レンガを成型できるとともに、第１平面部材、第２平面部材、第１側面部材、第２側面部材、炉内側端面部材および炉外側端面部材の全てを共用化することができる。

本発明の六角レンガ用金型において、前記炉内側端面部材および前記炉外側端面部材の少なくとも何れかに沿って設置された端部調整部材を有する構成とすることができる。
このような本発明によれば、成型される六角レンガの炉内側端面および炉内側端面の傾きや形状を端部調整部材によって調整することができる。そして、端部調整部材のみを専用部材とすることで、端部形状が異なる六角レンガに対して他の金型各部材を共用化することができ、本発明の共用化の効果を更に促進することができる。

なお、端部調整部材としては、金型各部材（第１平面部材、第２平面部材、第１側面部材、第２側面部材、炉内側端面部材および炉外側端面部材）と同様な材質で形成された部材が利用できる。
さらに、端部調整部材としては、成型する六角レンガの端部形状に準じた形状の隔壁を、成型品となる部分との境界に設置し、この隔壁と炉内側端面部材または炉外側端面部材との間に、成型する六角レンガの杯土と同様だがバインダを含まないバインダなし杯土を充填し、これらにより端部調整部材を形成してもよい。
このようなバインダなし杯土を用いた端部調整部材では、杯土は再利用することができ、隔壁のみが専用品となり、金型各部材の共用化を一層促進することができる。

本発明の六角レンガ成型方法は、互いに平行に配置された等脚台形状の上面および下面と、前記上面の両側に接続された一対の上向き斜面および前記下面の両側に接続された一対の下向き斜面と、前記上面、前記下面、一対の前記上向き斜面および一対の前記下向き斜面にそれぞれ接続された六角形状の炉内側端面および炉外側端面とを有する六角錐台形状の六角レンガを成型するための六角レンガ成型方法であって、前記上面および前記下面を成型するための互いに平行配置された第１平面部材および第２平面部材と、前記上向き斜面および前記下向き斜面を成型するためのＶ字溝を有する第１側面部材および第２側面部材と、前記六角形状の炉内側端面および炉外側端面を成型するための炉内側端面部材および炉外側端面部材とを用い、前記六角レンガの前記上面から前記下面までの設計上の高さＨ、前記上面および前記下面の炉内側端または炉外側の幅寸法Ｗｎ、前記上面および前記下面の炉内側から炉外側までの長さＬとして、前記第１平面部材および前記第２平面部材の距離を前記高さＨで固定し、前記炉内側端面部材および前記炉外側端面部材の距離を前記長さＬで固定し、前記第１平面部材、前記炉内側端面部材、前記第２平面部材および前記炉外側端面部材を順次接続して筒状に形成し、その筒状の一方の開口に前記第１側面部材を固定して有底筒状に形成しておき、これらの内側に杯土を充填し、前記第２側面部材を前記第１側面部材に向けて距離が前記幅寸法Ｗｎとなるまで近接させ、前記第１平面部材、前記第２平面部材、前記第１側面部材、前記第２側面部材、前記炉内側端面部材および前記炉外側端面部材で囲われた空間内で前記杯土を圧縮成型することを特徴とする。

このような本発明によれば、同じ金型で寸法が異なる複数の六角レンガを成型できるとともに、第１平面部材、第２平面部材、第１側面部材、第２側面部材、炉内側端面部材および炉外側端面部材の全てを共用化することができる。

本発明の六角レンガ成型方法は、互いに平行に配置された等脚台形状の上面および下面と、前記上面の両側に接続された一対の上向き斜面および前記下面の両側に接続された一対の下向き斜面と、前記上面、前記下面、一対の前記上向き斜面および一対の前記下向き斜面にそれぞれ接続された六角形状の炉内側端面および炉外側端面とを有する六角錐台形状の六角レンガを成型するための六角レンガ成型方法であって、前記上面および前記下面を成型するための互いに平行配置された第１平面部材および第２平面部材と、前記上向き斜面および前記下向き斜面を成型するためのＶ字溝を有する第１側面部材および第２側面部材と、前記六角形状の炉内側端面および炉外側端面を成型するための炉内側端面部材および炉外側端面部材とを用い、前記六角レンガの前記上面から前記下面までの設計上の高さＨ、前記上面および前記下面の炉内側端または炉外側の幅寸法Ｗｎ、前記上面および前記下面の炉内側から炉外側までの長さＬとして、前記第１平面部材および前記第２平面部材の距離を前記高さＨで固定し、前記第１側面部材および前記第２側面部材の距離を前記幅寸法Ｗｎで固定し、前記第１平面部材、前記第１側面部材、前記第２平面部材および前記第２側面部材を順次接続して筒状に形成し、その筒状の炉内側となる開口端に前記炉内側端面部材を固定して有底筒状に形成しておき、これらの内側に杯土を充填し、前記炉外側端面部材を前記炉内側端面部材に向けて距離が前記長さＬとなるまで近接させ、前記第１平面部材、前記第２平面部材、前記第１側面部材、前記第２側面部材、前記炉内側端面部材および前記炉外側端面部材で囲われた空間内で前記杯土を圧縮成型することを特徴とする。

このような本発明によれば、同じ金型で寸法が異なる複数の六角レンガを成型できるとともに、第１平面部材、第２平面部材、第１側面部材、第２側面部材、炉内側端面部材および炉外側端面部材の全てを共用化することができる。

本発明の六角レンガ成型方法において、前記杯土を充填する際に、前記炉内側端面部材および前記炉外側端面部材の少なくとも何れかに沿って端部調整部材を設置することができる。
このような本発明によれば、成型される六角レンガの炉内側端面および炉内側端面の傾きや形状を端部調整部材によって調整することができる。そして、端部調整部材のみを専用部材とすることで、端部形状が異なる六角レンガに対して他の金型各部材を共用化することができ、本発明の共用化の効果を更に促進することができる。
なお、端部調整部材としては、本発明の六角レンガ用金型の説明で述べた通りである。

本発明の六角レンガは、設置対象の窯炉における前記炉内側端面または前記炉外側端面の設置半径Ｒ、周方向の分割数Ｎ、前記上向き斜面および前記下向き斜面の幅方向寸法Ｗｅとして、先ず、設置半径Ｒから求まる周長２πＲを分割数Ｎで除算して炉内側端または炉外側端のピッチＰｎ＝２πＲ／Ｎを計算し、次に、前記ピッチＰｎから前記幅方向寸法Ｗｅを減算して前記上面および前記下面の炉内側端または炉外側端の上下面幅Ｗｎｆを計算し、前記ピッチＰｎに前記幅方向寸法Ｗｅを加算して炉内側端または炉外側端での最大幅Ｗｎｃを計算することが好ましい。

このような設計方法によれば、例えば異なる仕様の窯炉や同じ窯炉でも半径が漸次変化する絞り部等に設置されるなど、設置半径Ｒが変化する場合であっても、六角レンガ両側の幅方向寸法Ｗｅを一定とすることで上向き斜面および下向き斜面を共通化することができる。そして、設置半径Ｒに応じたピッチＰｎの変化に対しては、幅寸法（上下面幅Ｗｎｆおよび最大幅Ｗｎｃ）の増減で専ら対応することができ、つまり六角レンガの上面、下面、炉内側端面および炉外側端面の幅寸法を一様に増減することで対応できる。
このため、形状が比較的複雑な上向き斜面および下向き斜面の成型に必要な金型部分は共用化し、単純な形状の上面、下面、炉内側端面および炉外側端面を専用化することで済み、前述した本発明の六角レンガ用金型による製造に好適な六角レンガの設計を行うことができる。

このような本発明の六角レンガ用金型および六角レンガ成型方法によれば、成型金型において専用部分を最小限に抑制しつつ、窯炉の形状に応じた複数種類の六角レンガを成型することができる。

本発明の前提となる第１実施形態である成型装置を示す側面図。 前記第１実施形態で成型する六角レンガを示す斜視図。 前記第１実施形態で用いる成型金型を示す分解斜視図。 前記第１実施形態で成型する六角レンガの設計手順を示す平面図。 前記第１実施形態で成型する六角レンガの設計手順を示す正面図。 前記第１実施形態で成型する六角レンガの設計手順を示す模式図。 本発明の第２実施形態で成型する六角レンガを示す側面図。 前記第２実施形態における成型金型の準備段階を示す断面図。 前記第１実施形態における端部調整部材の設置段階を示す断面図。 前記第１実施形態における杯土の充填段階を示す断面図。 本発明の第３実施形態の成型金型を示す分解斜視図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１〜図８を用いて本発明の前提となる第１実施形態を説明する。
図１において、本実施形態では、六角レンガ１０を成型するために、成型金型２０が装着された成型装置１を用いる。

成型装置１は、既存のプレス装置を利用したものであり、ベース２の上にコラム３が設置され、このコラム３にはシリンダ４が支持されている。シリンダ４からベース２に向けてロッド５が延びており、外部からの油圧供給によりロッド５が昇降される。
成型金型２０は、成型装置１のベース２の上面に固定されている。成型金型２０の一部（本実施形態では後述する第２側面部材２４）は、有底筒状に一体化された成型金型２０の他の部分に対して移動可能とされている。移動可能とされた一部は、成型装置１のロッド５に接続され、シリンダ４で昇降駆動される。
成型装置１においては、シリンダ４で成型金型２０の前述した一部を駆動することで、成型金型２０の内部で六角レンガ１０の成型が行われる。

図２に示すように、本実施形態で成型する六角レンガ１０は、互いに平行に配置された等脚台形状の上面１１および下面１２と、上面１１の両側に接続された一対の上向き斜面１３１，１４１および下面１２の両側に接続された一対の下向き斜面１３２，１４２と、上面１１、下面１２、一対の上向き斜面１３１，１４１および一対の下向き斜面１３２，１４２にそれぞれ接続された六角形状の炉内側端面１６および炉外側端面１５とを有する六角錐台形状とされている。

六角レンガ１０においては、上向き斜面１３１と下向き斜面１３２とからなる山形形状１３０により側面１３が形成され、上向き斜面１４１と下向き斜面１４２とからなる山形形状１４０により側面１４が形成されている。
これらの上向き斜面１３１，１４１および下向き斜面１３２，１４２は、それぞれ同寸法の長方形とされ、互いに全周が重なるように密接可能である。

六角レンガ１０において、上面１１と下面１２との距離、つまり六角レンガ１０の高さは、設計上の高さＨで一定とされる。六角形状の炉外側端面１５と炉内側端面１６との距離、つまり六角レンガ１０の長さは、設計上の長さＬとされている。
上面１１および下面１２の側縁（側面１３，１４に接続される辺縁）は、六角レンガ１０の長さ方向（炉外側端面１５および炉内側端面１６に垂直な方向）に対して角度α／２だけ傾いている。

炉外側端面１５および炉内側端面１６の上縁および下縁の長さは、炉内側端（炉内側端面１６と接続する位置）で上下面幅Ｗｉｆ、炉外側端（炉外側端面１５と接続する位置）で上下面幅Ｗｏｆとされている。炉外側端面１５の最大幅Ｗｉｃ、炉内側端面１６の最大幅Ｗｏｃとされている。
ここで、角度αは六角レンガ１０のテーパ角度あるいは扇形中心角であり、上面１１および下面１２の側縁の互いのなす角、あるいは側面１３，１４の稜線（六角レンガ１０の最大幅Ｗｉｃ，Ｗｏｃとなる部分）の互いになす角は、それぞれこのテーパ角度αとなる。

本実施形態においては、六角レンガ１０のサイズを識別するための公称寸法として、上面１１および下面１２の幅寸法Ｗｎを用いる。この幅寸法Ｗｎとしては、上述した炉内側の上下面幅Ｗｉｆまたは炉外側の上下面幅Ｗｏｆの何れか、あるいはその中間値とすることができる。
これらの六角レンガ１０の形状寸法に関しては、異なる寸法の六角レンガ１０を同じ成型金型２０を用いて成型するための設計手順と併せて、後に図４〜図６を参照して詳細に説明する。
このような六角レンガ１０を成型するために、成型金型２０が用いられる。

図３において、成型金型２０は、一対の第１平面部材２１および第２平面部材２２と、同じく一対の第１側面部材２３および第２側面部材２４と、同じく一対の炉内側端面部材２６および炉外側端面部材２５とを備えている。
これらの各部材２１〜２６は、それぞれ鋼製の板材またはブロックで形成され、各対の対向面は金型として必要な平滑性が得られるように処理されている。

第１平面部材２１および第２平面部材２２は、六角レンガ１０の上面１１および下面１２（図２参照）を成型するために、互いの距離が高さＨとなるように平行配置される。
炉内側端面部材２６および炉外側端面部材２５は、炉内側端面１６および炉外側端面１５（図２参照）を成型するために、互いに距離が長さＬとなるように平行配置される。
これらの第１平面部材２１、第２平面部材２２、炉内側端面部材２６および炉外側端面部材２５は、互いに矩形筒状に連結される。

第１平面部材２１、第２平面部材２２、炉内側端面部材２６および炉外側端面部材２５で囲われた空間には、当該空間の一方の端部開口面に沿って、第１側面部材２３が配置されている。
第１側面部材２３は、その全周をそれぞれ第１平面部材２１、第２平面部材２２、炉内側端面部材２６および炉外側端面部材２５に密着するように固定されている。
第１側面部材２３と、第１平面部材２１、第２平面部材２２、炉内側端面部材２６および炉外側端面部材２５との固定には、溶接あるいはボルト等による締結が利用される。
これにより、成型金型２０を構成する各部材のうち、第１平面部材２１、第２平面部材２２、炉内側端面部材２６、炉外側端面部材２５および第１側面部材２３が一体化され、有底筒状に形成されている。
第２側面部材２４は、前述した有底筒状の残された開口側から内部へと挿入され、有底筒状に組み込まれている第１側面部材２３と対向配置することができる。

第１側面部材２３および第２側面部材２４は、それぞれの対向面にＶ字溝２３０，２４０を有する。Ｖ字溝２３０，２４０は、それぞれ所定角度をなす斜面２３１，２３２あるいは斜面２４１，２４２を有する。斜面２３１〜２４２は、前述した六角レンガ１０の上向き斜面１３１，１４１および下向き斜面１３２，１４２（図２参照）に対応した形状寸法とされ、第１側面部材２３および第２側面部材２４の反対側の面に対しても角度α／２の傾きとされている。
第１側面部材２３および第２側面部材２４においては、このような斜面２３１〜２４２に六角レンガ１０となるべき胚土を押し付けることで、この胚土に三角山形状の側面１３，１４を成型することができる。

このような本実施形態においては、次のような手順で六角レンガ１０の成型を行う。
先ず、図３のように、成型金型２０においては、第１平面部材２１、第２平面部材２２、炉内側端面部材２６、炉外側端面部材２５および第１側面部材２３を一体化して有底筒状としておき、図１のように、この有底筒状の構造をベース２の上に固定する。
これにより、第１平面部材２１と第２平面部材２２とは六角レンガ１０の設計上の高さＨを隔てて固定され、炉内側端面部材２６と炉外側端面部材２５とは六角レンガ１０の設計上の長さＬを隔てて固定される。

次に、有底筒状とされた第１平面部材２１、第２平面部材２２、炉内側端面部材２６、炉外側端面部材２５および第１側面部材２３の内部に、六角レンガ１０となるべき胚土を所定量だけ充填する。
続いて、成型装置１のシリンダ４を作動させ、第２側面部材２４を有底筒状の内部へ導入するとともに、更に第２側面部材２４を第１側面部材２３に向けて移動させる。これにより、有底筒状の内部の胚土が徐々に圧縮され、第１平面部材２１、第２平面部材２２、炉内側端面部材２６、炉外側端面部材２５、第１側面部材２３および第２側面部材２４により賦形されてゆく。
そして、第２側面部材２４と第１側面部材２３との距離が、六角レンガ１０の設計上の幅寸法Ｗｎとなる所定の位置で停止させることで、内部には所期の六角レンガ１０が成型される。

このような本実施形態においては、同じ成型金型２０を用いつつ、第２側面部材２４の移動位置を変更するだけで、幅寸法Ｗｎが異なる複数の六角レンガ１０を成型することができる。つまり、寸法が異なる六角レンガ１０を成型する場合でも、第１平面部材２１、第２平面部材２２、第１側面部材２３、第２側面部材２４、炉内側端面部材２６および炉外側端面部材２５の全てを共用化することができる。
とくに、六角レンガ１０のなかでも形状が比較的複雑な部分である上向き斜面１３１，１４１および下向き斜面１３２，１４２を、それぞれ第１側面部材２３および第２側面部材２４を用いて一括して成型できるとともに、これらの第１側面部材２３および第２側面部材２４を複数サイズの六角レンガ１０に共用することができ、金型コストを大幅に低減させ、かつ製作期間を短縮することができる。

〔第１実施形態に適したレンガ設計手順〕
ところで、本実施形態の成型装置１は、前述した通り、同じ成型金型２０を用いつつ寸法が異なる複数の六角レンガ１０の成型に適用できる。ただし、成型金型２０を共用するためには、寸法が異なる複数の六角レンガ１０が、成型金型２０に対応した設計手順で設計されている必要がある。
この設計手順を、図４、図５および図６に基づいて説明する。

設計の前提として、六角レンガ１０には、図２でも説明した通り、高さＨ、長さＬ、テーパ角度αが設定されているとともに、炉内側の上下面幅Ｗｉｆおよび最大幅Ｗｉｃ、炉外側の上下面幅Ｗｏｆおよび最大幅Ｗｏｃが設定されている（図４および図５参照）。
さらに、六角レンガ１０においては、側面１３，１４を構成する上向き斜面１３１，１４１および下向き斜面１３２，１４２が、それぞれ上面１１および下面１２に対して角度Ａの傾きとされている（図５参照）。

側面１３，１４は、上向き斜面１３１，１４１および下向き斜面１３２，１４２が側方に張り出しており、この張り出した斜面部分の幅方向寸法はＷｅとされている。
斜面部分の幅方向寸法Ｗｅは、上向き斜面１３１，１４１および下向き斜面１３２，１４２が接続する稜線（最大幅Ｗｏｃ，Ｗｉｃを与える部分）と、各斜面が接続する上面１１および下面１２の側縁との幅方向の距離で与えられる。
斜面部分の幅方向寸法Ｗｅは、Ｗｅ＝（Ｗｉｃ−Ｗｉｆ）／２＝（Ｗｏ−Ｗｏｆ）／２であり、炉内側でも炉外側でも同じである。

六角レンガ１０においては、上向き斜面１３１，１４１および下向き斜面１３２，１４２における角度Ａおよび斜面部分の幅方向寸法Ｗｅが、六角レンガ１０の炉内側端面１６から炉外側端面１５までのどの部分でも同一である。
これにより、六角レンガ１０は、その幅寸法（炉内側の上下面幅Ｗｉｆおよび最大幅Ｗｉｃ、炉外側の上下面幅Ｗｏｆおよび最大幅Ｗｏｃ）が異なる場合でも、側面１３，１４における角度Ａおよび斜面部分の幅方向寸法Ｗｅが同じであり、隣接する（階層も上下に隣接する）六角レンガ１０どうしが側面１３，１４を介して互いに接続することができる。

このような前提のもと、六角レンガ１０の設計は以下のように行われる。
六角レンガ１０の設計条件として、設置対象の窯炉における炉内側端面または炉外側端面の設置半径Ｒ、分割数Ｎ、上向き斜面および下向き斜面の幅方向寸法Ｗｅを決定しておく。

設置半径Ｒは、六角レンガ１０の炉内側端面１６における設置半径Ｒｉまたは炉外側端面１５における設置半径Ｒｏの何れかが利用できる。これらの設置半径Ｒｉ，Ｒｏは、窯炉の設計情報から、鉄皮内側の耐火物ライニングの炉内側端面または炉外側端面の設置半径として取得することができる。これらの設置半径Ｒｉ，Ｒｏの差から六角レンガ１０の長さＬ＝Ｒｏ−Ｒｉが計算できる。この長さＬは耐火物ライニングの厚み寸法となる。

分割数Ｎは、窯炉における耐火物ライニングの一周に対して割り当てられる六角レンガ１０の数であり、耐火物ライニングの周長と六角レンガ１０の一般的な大きさとを考慮して決定される。
幅方向寸法Ｗｅは、六角レンガ１０の一般的な大きさに基づいて側面１３，１４の上向き斜面１３１，１４１および下向き斜面１３２，１４２の形状から決定される。ただし、既に確定している成型金型２０を用いる場合、その成型金型２０に設定された値が用いられる。

これらの設計条件が決定したら、次のような手順で六角レンガ１０の形状寸法を確定する。
図４において、前述した設置半径Ｒ、分割数Ｎから、六角レンガ１０のテーパ角度α＝３６０度／Ｎ、六角レンガ１０を周方向に配列するピッチＰｎ＝２πＲ／Ｎとなる。
具体的には、炉内側端面１６では炉内側設置半径Ｒｉであり、炉内側ピッチＰｉｎ＝２πＲｉ／Ｎとなる。また、炉外側端面１５では炉外側設置半径Ｒｏであり、炉外側ピッチＰｏｎ＝２πＲｏ／Ｎとなる。これらは、内外両方の値を用いる必要はなく、何れか一方だけ用いてもよい。

図６において、例えば第１の窯炉における設置半径Ｒ１とすると、配列ピッチＰ１＝２πＲ１／Ｎとなる。このため、第１の窯炉で用いる六角レンガ１０では上下面幅Ｗｆ１＝Ｐ１−Ｗｅ、最大幅Ｗｃ１＝Ｐ１＋Ｗｅとなる。
一方、第２の窯炉における設置半径Ｒ２とすると、配列ピッチＰ２＝２πＲ２／Ｎとなり、第２の窯炉で用いる六角レンガ１０では上下面幅Ｗｆ２＝Ｐ２−Ｗｅ、最大幅Ｗｃ２＝Ｐ２＋Ｗｅとなる。

なお、これらの計算は、前述した炉内側端（設置半径Ｒｉ）あるいは炉外側端（設置半径Ｒｏ）の何れかで行えばよい。
例えば、第１の窯炉で用いる六角レンガ１０について炉内側端での計算を行う場合、設置半径Ｒｉ１から配列ピッチＰｉ＝２πＲｉ１／Ｎを計算したうえで、図５において、上下面幅Ｗｉｆ＝Ｐｉ−Ｗｅ、最大幅Ｗｉｃ＝Ｐｉ＋Ｗｅのように計算することができる。
または、第２の窯炉で用いる六角レンガ１０について炉外側端での計算を行う場合、設置半径Ｒｏ２から配列ピッチＰｏ＝２πＲｏ２／Ｎを計算したうえで、図５において、上下面幅Ｗｏｆ＝Ｐｏ−Ｗｅ、最大幅Ｗｏｃ＝Ｐｏ＋Ｗｅのように計算することができる。

このように、本実施形態の成型金型２０を用いる際には、成型金型２０に応じた斜面部分の幅方向寸法Ｗｅを固定値として計算することで、六角レンガ１０の各部寸法を確定することができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明に基づく第２実施形態について説明する。
前述した第１実施形態では、六角レンガ１０の炉外側端面１５および炉内側端面１６が上面１１および下面１２に対して直角に形成されていた。
これに対し、本実施形態では、図７に示すように、六角レンガ１０の炉外側端面１５および炉内側端面１６が上面１１および下面１２に対して角度Ｂで傾斜している。
このように端面が傾斜した六角レンガ１０を成型する場合、成型金型２０の炉内側端面部材２６および炉外側端面部材２５を角度Ｂで傾斜させた専用の金型とすることができるが、本実施形態では前述した第１実施形態の成型金型２０をそのまま利用して傾斜した端面を成型する。

図８において、成型金型２０は、前述した第１実施形態で説明したものと同じである。このため、各部には同じ符号を用い、重複する説明は省略する。
成型金型２０の内部には、炉外側端面部材２５および炉内側端面部材２６に沿って、端部調整部材２５０，２６０が設置されている。

端部調整部材２５０，２６０は、炉外側端面部材２５あるいは炉内側端面部材２６の表面から間隔をおいて設置された隔壁２５１，２６１を有する。
隔壁２５１，２６１は、周囲を成型金型２０の第１側面部材２３、第２平面部材２２、第１平面部材２１（図８では図示省略）に固定されるとともに、第２側面部材２４を閉じた際にその内面に密接するように形成されている。固定にあたって、隔壁２５１，２６１は、第２平面部材２２および第１平面部材２１に対して傾斜され、その角度は、成型する六角レンガ１０の角度Ｂとされている。

図９において、隔壁２５１，２６１と炉外側端面部材２５あるいは炉内側端面部材２６の表面との間には、それぞれバインダなし杯土２５２，２６２が充填される。
バインダなし杯土２５２，２６２は、六角レンガ１０の成型に用いられる杯土と同じであるが、バインダを含まず、圧縮成型された後も容易に破壊して杯土として再利用できるものである。
本実施形態においては、これらの隔壁２５１，２６１とバインダなし杯土２５２，２６２とにより端部調整部材２５０，２６０が構成されている。

このような本実施形態においては、次のような成型手順により、炉内側および炉外側の端面が傾斜した六角レンガ１０を成型する。
先ず、図８のように、成型金型２０を設置するとともに、その内部に隔壁２５１，２６１を設置する。
次に、図９のように、バインダなし杯土２５２，２６２を充填し、端部調整部材２５０，２６０を設置する。

続いて、図１０のように、成型金型２０内に、バインダを含む成型用の杯土１９を充填する。
さらに、第２側面部材２４を下降させ、成型金型２０を閉じるとともに、杯土１９を圧縮し、六角レンガ１０を成型する。
成型された六角レンガ１０は、第１平面部材２１および第２平面部材２２により上面１１および下面１２が成型され、第１側面部材２３および第２側面部材２４により斜面部分を有する側面１３，１４が成型される。さらに、端部調整部材２５０，２６０により、角度Ｂで傾斜した炉外側端面１５および炉内側端面１６が形成される。
これにより、図７のような、炉内側および炉外側の端面が傾斜した六角レンガ１０を成型することができる。

〔第３実施形態〕
前述した第１実施形態では、成型金型２０のうち、第１平面部材２１、第２平面部材２２、炉内側端面部材２６、炉外側端面部材２５および第１側面部材２３を有底筒状に一体化し、第２側面部材２４を別途有底筒状の内部へ導入していた。
これに対し、本実施形態では、図１１に示すように、第１平面部材２１、第２平面部材２２、第１側面部材２３および第２側面部材２４が順次接続されて筒状に形成され、その筒状の一方の開口に炉内側端面部材２６が固定されるとともに、炉内側端面部材２６と対向する炉外側端面部材２５が筒状の内部に導入される構成とされている。

本実施形態において、第１平面部材２１、第２平面部材２２、第１側面部材２３および第２側面部材２４は、前述した第１実施形態と同様に構成されたものである。
一方、炉外側端面部材２５および炉内側端面部材２６は、前述した第１実施形態とは異なる形状とされている。
前述した第１実施形態では、炉外側端面部材２５および炉内側端面部材２６がそれぞれ板状に形成され、その表面に第１平面部材２１、第２平面部材２２、第１側面部材２３および第２側面部材２４の端縁が突き当てられて固定されていた。
これに対し、本実施形態の炉外側端面部材２５および炉内側端面部材２６は、それぞれ六角形状に形成され、第１平面部材２１、第２平面部材２２、第１側面部材２３および第２側面部材２４で形成される筒状の内側の六角形の空洞内に挿入可能である。

このうち炉内側端面部材２６は、第１平面部材２１、第２平面部材２２、第１側面部材２３および第２側面部材２４で形成される筒状の炉内側となる開口端に固定され、全周をこの筒状に固定されている。
一方、炉外側端面部材２５は、第１平面部材２１、第２平面部材２２、第１側面部材２３および第２側面部材２４で形成される筒状の内部の所定位置で、全周をこの筒状に固定される。この所定位置は、炉内側端面部材２６の内面から、成型される六角レンガ１０の長さＬ（炉内側端面１６から炉外側端面１５までの距離）だけ隔てた位置とされる。

このような本実施形態においては、第１平面部材２１、第２平面部材２２、第１側面部材２３、第２側面部材２４および炉内側端面部材２６が有底筒状の構造を形成し、その内部に杯土を充填して炉外側端面部材２５で圧縮することで、内部に六角レンガ１０を成型することができる。
成型にあたっては、第１平面部材２１および第２平面部材２２の距離を、六角レンガ１０の上面１１から下面１２までの設計上の高さＨで固定しておく。また、第１側面部材２３および第２側面部材２４の距離は、六角レンガ１０の上面１１および下面１２の炉内側端の上下面幅Ｗｉｆ、最大幅Ｗｉｃ、あるいは炉外側端の上下面幅Ｗｏｆ、最大幅Ｗｏｃが設計上の寸法となるように固定しておく。

このような設定の後、内部に杯土を充填し、炉外側端面部材２５を炉内側端面部材２６に向けて移動させ、互いの距離が、六角レンガ１０の設計上の長さＬとなる位置で停止させることで、内部の杯土が圧縮され、所期の六角レンガ１０を成型することができる。
このような本実施形態によれば、同じ成型金型２０で寸法が異なる複数の六角レンガ１０を成型できるとともに、第１平面部材２１、第２平面部材２２、第１側面部材２３、第２側面部材２４、炉内側端面部材２６および炉外側端面部材２５を共用化することができる。

〔変形例〕
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形等は本発明に含まれるものである。
成型金型２０の可動部分について、第１実施形態および第２実施形態では第２側面部材２４を可動とし、他の部分を有底筒状に一体化しており、第３実施形態では炉外側端面部材２５を可動とし、他の部分を有底筒状に一体化していた。

これに対し、他の部材、例えば第１側面部材２３、第１平面部材２１、第２平面部材２２あるいは炉内側端面部材２６を可動としてもよい。ただし、第１平面部材２１または第２平面部材２２を可動とする場合、第１側面部材２３および第２側面部材２４のＶ字溝内に杯土を確実に充填するための配慮が必要である。さらに、炉内側端面部材２６を可動とする場合、テーパ角度αにもよるが奥側の寸法が拡大することになるため、周囲のシール等に配慮が必要である。
さらに、成型金型２０の可動部分は、１部材に限らず、例えば、対向する第１側面部材２３および第２側面部材２４の２部材をともに可動とし、第１平面部材２１、第２平面部材２２、炉内側端面部材２６および炉外側端面部材２５を両端が開口する筒状に一体化するようにしてもよい。

六角レンガ１０の上向き斜面１３１，１４１および下向き斜面１３２，１４２のなす角度Ａは適宜設定すればよく、上向き斜面１３１，１４１の傾斜角と下向き斜面１３２，１４２の傾斜角を異なる設定としてもよい。この場合、六角レンガ１０の積み上げにあたっては、同じ角度のものを向かい合わせるようにする必要があるが、上下に隣接する階層毎に六角レンガ１０を反転させることで対応が可能である。

第２実施形態では、六角レンガ１０の炉内側端面１６および炉外側端面１５に傾斜を設けたが、それぞれ同じ角度Ｂであることは必須ではなく、異なる傾斜角度としてもよい。あるいは、何れかは傾斜せず、端部調整部材２５０，２６０の何れかを省略してもよい。
このほか、各部の細部形状および材質等は、実施にあたって適宜選択すればよい。

本発明は六角レンガ用金型および六角レンガ成型方法に関し、窯炉や取鍋などの耐火物ライニングとして利用できる。

１…成型装置
２…ベース
３…コラム
４…シリンダ
５…ロッド
１０…六角レンガ
１１…上面
１２…下面
１３，１４…側面
１５…炉外側端面
１６…炉内側端面
１９…杯土
１３０，１４０…山形形状
１３１，１４１…上向き斜面
１３２，１４２…下向き斜面
２０…成型金型
２１…第１平面部材
２２…第２平面部材
２３…第１側面部材
２４…第２側面部材
２５…炉外側端面部材
２６…炉内側端面部材
２３０，２４０…Ｖ字溝
２３１，２３２，２４１，２４２…斜面
２５０，２６０…端部調整部材
２５１，２６１…隔壁
２５２，２６２…バインダなし杯土
Ａ…上向き斜面および下向き斜面の傾斜角度
Ｂ…炉内側端面および炉外側端面の傾斜角度
Ｌ…長さ
Ｎ…分割数
α…テーパ角度
Ｐｎ，Ｐ１，Ｐ２…ピッチ
Ｒ，Ｒ１，Ｒ２，Ｒｉ１，Ｒｏ２…設置半径
Ｒｉ…炉内側設置半径
Ｒｏ…炉外側設置半径
Ｗｎ…幅寸法
Ｗｎｃ…最大幅
Ｗｎｆ…上下面幅
Ｗｅ…上向き斜面および下向き斜面の幅方向寸法
Ｗｉｃ…炉内側の最大幅
Ｗｉｆ…炉内側の上下面幅
Ｗｏｃ…炉外側の最大幅
Ｗｏｆ…炉外側の上下面幅

Claims (7)

1. 互いに平行に配置された等脚台形状の上面および下面と、前記上面の両側に接続された一対の上向き斜面および前記下面の両側に接続された一対の下向き斜面と、前記上面、前記下面、一対の前記上向き斜面および一対の前記下向き斜面にそれぞれ接続された六角形状の炉内側端面および炉外側端面とを有する六角錐台形状の六角レンガを成型するための六角レンガ用金型であって、
   前記上面および前記下面を成型するための互いに平行配置された第１平面部材および第２平面部材と、前記上向き斜面および前記下向き斜面を成型するためのＶ字溝を有する第１側面部材および第２側面部材と、前記六角形状の炉内側端面および炉外側端面を成型するための炉内側端面部材および炉外側端面部材とを有し、
   前記第１平面部材、前記炉内側端面部材、前記第２平面部材および前記炉外側端面部材が順次接続されて筒状に形成され、その筒状の一方の開口に前記第１側面部材が固定されるとともに、前記筒状の内部には前記第２側面部材が前記第１側面部材に向けて近接可能かつ離隔可能に配置され、
   前記炉内側端面部材および前記炉外側端面部材の少なくとも何れかに沿って端部調整部材が設置されていることを特徴とする六角レンガ用金型。
2. 互いに平行に配置された等脚台形状の上面および下面と、前記上面の両側に接続された一対の上向き斜面および前記下面の両側に接続された一対の下向き斜面と、前記上面、前記下面、一対の前記上向き斜面および一対の前記下向き斜面にそれぞれ接続された六角形状の炉内側端面および炉外側端面とを有する六角錐台形状の六角レンガを成型するための六角レンガ用金型であって、
   前記上面および前記下面を成型するための互いに平行配置された第１平面部材および第２平面部材と、前記上向き斜面および前記下向き斜面を成型するためのＶ字溝を有する第１側面部材および第２側面部材と、前記六角形状の炉内側端面および炉外側端面を成型するための炉内側端面部材および炉外側端面部材とを有し、
   前記第１平面部材、前記第１側面部材、前記第２平面部材および前記第２側面部材が順次接続されて筒状に形成され、その筒状の炉内側となる開口端に前記炉内側端面部材が固定されるとともに、前記筒状の内部には前記炉外側端面部材が前記炉内側端面部材に向けて近接可能かつ離隔可能に配置されたことを特徴とする六角レンガ用金型。
3. 請求項２に記載された六角レンガ用金型において、
   前記炉内側端面部材および前記炉外側端面部材の少なくとも何れかに沿って設置される端部調整部材を有することを特徴とする六角レンガ用金型。
4. 互いに平行に配置された等脚台形状の上面および下面と、前記上面の両側に接続された一対の上向き斜面および前記下面の両側に接続された一対の下向き斜面と、前記上面、前記下面、一対の前記上向き斜面および一対の前記下向き斜面にそれぞれ接続された六角形状の炉内側端面および炉外側端面とを有する六角錐台形状の六角レンガを成型するための六角レンガ成型方法であって、
   前記上面および前記下面を成型するための互いに平行配置された第１平面部材および第２平面部材と、前記上向き斜面および前記下向き斜面を成型するためのＶ字溝を有する第１側面部材および第２側面部材と、前記六角形状の炉内側端面および炉外側端面を成型するための炉内側端面部材および炉外側端面部材とを用い、
   前記六角レンガの前記上面から前記下面までの設計上の高さＨ、前記上面および前記下面の炉内側端または炉外側の幅寸法Ｗｎ、前記上面および前記下面の炉内側から炉外側までの長さＬとして、
   前記第１平面部材および前記第２平面部材の距離を前記高さＨで固定し、前記炉内側端面部材および前記炉外側端面部材の距離を前記長さＬで固定し、前記第１平面部材、前記炉内側端面部材、前記第２平面部材および前記炉外側端面部材を順次接続して筒状に形成し、その筒状の一方の開口に前記第１側面部材を固定して有底筒状に形成しておき、
   前記炉内側端面部材および前記炉外側端面部材の少なくとも何れかに沿って端部調整部材を設置した後、
   これらの内側に杯土を充填し、前記第２側面部材を前記第１側面部材に向けて距離が前記幅寸法Ｗｎとなるまで近接させ、前記第１平面部材、前記第２平面部材、前記第１側面部材、前記第２側面部材、前記炉内側端面部材および前記炉外側端面部材で囲われた空間内で前記杯土を圧縮成型することを特徴とする六角レンガ成型方法。
5. 互いに平行に配置された等脚台形状の上面および下面と、前記上面の両側に接続された一対の上向き斜面および前記下面の両側に接続された一対の下向き斜面と、前記上面、前記下面、一対の前記上向き斜面および一対の前記下向き斜面にそれぞれ接続された六角形状の炉内側端面および炉外側端面とを有する六角錐台形状の六角レンガを成型するための六角レンガ成型方法であって、
   前記上面および前記下面を成型するための互いに平行配置された第１平面部材および第２平面部材と、前記上向き斜面および前記下向き斜面を成型するためのＶ字溝を有する第１側面部材および第２側面部材と、前記六角形状の炉内側端面および炉外側端面を成型するための炉内側端面部材および炉外側端面部材とを用い、
   前記六角レンガの前記上面から前記下面までの設計上の高さＨ、前記上面および前記下面の炉内側端または炉外側の幅寸法Ｗｎ、前記上面および前記下面の炉内側から炉外側までの長さＬとして、
   前記第１平面部材および前記第２平面部材の距離を前記高さＨで固定し、前記第１側面部材および前記第２側面部材の距離を前記幅寸法Ｗｎで固定し、前記第１平面部材、前記第１側面部材、前記第２平面部材および前記第２側面部材を順次接続して筒状に形成し、その筒状の炉内側となる開口端に前記炉内側端面部材を固定して有底筒状に形成しておき、
   これらの内側に杯土を充填し、前記炉外側端面部材を前記炉内側端面部材に向けて距離が前記長さＬとなるまで近接させ、前記第１平面部材、前記第２平面部材、前記第１側面部材、前記第２側面部材、前記炉内側端面部材および前記炉外側端面部材で囲われた空間内で前記杯土を圧縮成型することを特徴とする六角レンガ成型方法。
6. 請求項５に記載された六角レンガ成型方法において、
   前記杯土を充填する際に、前記炉内側端面部材および前記炉外側端面部材の少なくとも何れかに沿って端部調整部材を設置することを特徴とする六角レンガ成型方法。
7. 請求項４または請求項６に記載された六角レンガ成型方法において、
   前記端部調整部材が、前記炉外側端面部材あるいは前記炉内側端面部材の表面から間隔をおいて設置された隔壁と、前記杯土と同質だがバインダを含まないバインダなし杯土とで構成されることを特徴とする六角レンガ成型方法。

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