JP7260732B2 - 高炉用羽口およびその製造方法 - Google Patents
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(b)保護層を三層構造とし、最外層(第三保護層)は、優れた耐摩耗性を付与するべく、NiまたはNi合金に、炭化物などの硬質粒子を含有させた保護層とする。
(c)第一保護層と第三保護層との間に設ける第二保護層として、熱伝導率が、第一保護層<第二保護層<第三保護層である材料を用いて、各界面における温度差を抑制して、ひずみ差を低減し、優れた熱疲労特性を付与する。具体的には、第二保護層は、純Niの肉盛溶接層とする。
〔A〕下記の(1)~(3)の工程を備える、高炉用羽口の製造方法。
(1)羽口本体部の少なくとも先端を含む外表面に純Niで構成される第一保護層を設ける工程、
(2)前記第一保護層の表面の少なくとも一部に、前記第一保護層よりも熱伝導率が低い第二保護層を設ける工程、および
(3)前記第二保護層の表面の少なくとも一部に、前記第二保護層よりも熱伝導率が低い第三保護層を設ける工程。
拡散接合により純Ni拡散接合層を設けて、前記第一保護層とする、
上記〔A〕の高炉用羽口の製造方法。
肉盛溶接により純Ni肉盛溶接層を設けて、前記第二保護層とする、
上記〔A〕または〔B〕の高炉用羽口の製造方法。
肉盛溶接により、NiまたはNi合金に、炭化物、窒化物、酸化物および硼化物から選択される一種以上の硬質粒子を分散させた肉盛溶接層を設けて、前記第三保護層とする、
上記〔A〕~〔C〕のいずれかの高炉用羽口の製造方法。
前記羽口本体部の少なくとも前記先端を含む外表面を覆う、純Niからなる第一保護層と、
前記第一保護層の表面の少なくとも一部を覆う、前記第一保護層よりも熱伝導率が低い第二保護層と、
前記第二保護層の表面の少なくとも一部を覆う、前記第二保護層よりも熱伝導率が低い第三保護層とを備える、
高炉用羽口。
前記第二保護層が、純Ni肉盛溶接層であり、
前記第三保護層が、NiまたはNi合金に、炭化物、窒化物、酸化物および硼化物から選択される一種以上の硬質粒子を分散させた肉盛溶接層である、
上記〔E〕の高炉用羽口。
上記〔E〕または〔F〕の高炉用羽口。
F=t1 */λ1 *+ t2 */λ2 * + t3 */λ3 * ≦2.26 ・・・(1)
ここで、λ1 *、λ2 *、λ3 *は第一保護層の熱伝導率に対する各保護層の熱伝導率比である。t1 *、t2 *、t3 *は保護層全体の板厚に対する各保護層の板厚比である。熱伝導率比および板厚比の下付き数字1、2、3はそれぞれ第一保護層、第二保護層、第三保護層を表す。
本発明に係る高炉用羽口の製造方法は、第一保護層を設ける工程、第二保護層を設ける工程、および、第三保護層を設ける工程を備える。以下、第一保護層を拡散接合によって設け、第二保護層および第三保護層を肉盛溶接によって設ける場合を例にとって、各工程について説明する。
図1(a)を参照して、この工程は、羽口本体部1の少なくとも先端(図示省略)を含む外表面に拡散接合により第一保護層3aを設ける工程である。第一保護層3aの材質は、羽口本体部1との密着性に優れるとともに、熱伝導率が高い材料である、純Niを用いる。拡散接合は、通常の方法を採用することができる。すなわち、拡散接合によって、羽口本体部1の形状に沿った形状に加工した純Niの薄板材を羽口本体部1に貼り付け、その状態で加熱し、界面を拡散接合するのがよい。
図1(b)を参照して、この工程は、第一保護層3aの表面の少なくとも一部に肉盛溶接により第二保護層3bを設ける工程である。第二保護層3bの材質は、第一保護層3aよりも熱伝導率が低い材料である。第一保護層3aが純Ni拡散接合層である場合には、第二保護層3bとして純Ni肉盛溶接層を設けるのがよい。
図1(d)を参照して、この工程は、第二保護層3bの表面の少なくとも一部に肉盛溶接により第三保護層3cを設ける工程である。第三保護層3cは、第二保護層3bの表面を覆う肉盛溶接層からなる層である。第三保護層3cの材質は、第二保護層3bよりも熱伝導率が低い材料である。そして、第三保護層3cは、保護層3の外層に位置するので、高炉の操業時に、炉内の鉱石やコークスとの衝突に耐えうる耐摩耗性(具体的には、ビッカース硬さで180Hv以上)に優れるとともに、熱伝導率が高い材料(具体的には10W/mK以上)を選択することができる。例えば、Niに硬質のTiCなどの炭化物を分散させた材料を用いることができる。具体的な材質については後段で説明する。
図3および図4を参照して、本実施形態に係る高炉用羽口10は、羽口本体部1と、純Niからなる第一保護層3aと、第一保護層3aよりも熱伝導率が低い第二保護層3bと、第二保護層3bよりも熱伝導率が低い第三保護層3cとを備える。
羽口本体部1は、先端1bが高炉の内壁から突出するよう、高炉内に配置され、先端1bは、高炉の操業時に高温に曝される。羽口本体部1の内部には、水路2が設けられており、水路2に冷却水を流すことによって、先端1b付近の温度を低減している。羽口本体部1は、円筒状であり、高炉の操業時には筒内に高温(例えば1200℃程度)の熱風が流される。羽口本体部の材質は、通常、熱伝導性に優れた銅または銅合金である。
第一保護層3aは、羽口本体部1の少なくとも先端1bを含む外表面1aを覆う拡散接合層からなる層である。第一保護層3aの材質は、羽口本体部1との密着性の観点からは、羽口本体部1に用いられる銅または銅合金の熱膨張率に近い材料、具体的には、熱膨張率(線膨張率)が13~16×10-6/℃の範囲である材料を用いるのがよく、本発明では純Niを用いる。第一保護層3aに用いることができる純Niとしては、JIS H 4551に規定されるものを使用することができ、Ni含有量が99質量%以上であるものを用いるのがよい。純Niにおける不純物としては、C、Si、Mn、S、Cu、Feなどが挙げられ、不純物の総量は1質量%以下であることが好ましい。
第二保護層3bは、第一保護層3aの表面を覆う肉盛溶接層からなる層である。第二保護層3bの材質は、第一保護層3aよりも熱伝導率が低い材料である。第一保護層3aが純Ni拡散接合層である場合には、第二保護層3bとして純Ni肉盛溶接層を設けるのがよい。これにより、熱疲労特性に優れる高炉用羽口が得られる。第二保護層3bに用いることができる純Niとしては、JIS Z 3224,JIS Z 3334に規定されるものを使用することができる。
第三保護層3cは、第二保護層3bの表面を覆う肉盛溶接層からなる層である。第三保護層3cの材質は、第二保護層3bよりも熱伝導率が低い材料である。これにより、熱疲労特性に優れる高炉用羽口が得られる。第三保護層3cは、保護層3の外層に位置するので、高炉の操業時に、炉内の鉱石やコークスとの衝突に耐えうる耐摩耗性(具体的には、ビッカース硬さで180Hv以上)に優れるとともに、熱伝導率が高い材料(具体的には10W/mK以上)を選択することができる。例えば、NiまたはNi合金に、炭化物、窒化物、酸化物および硼化物から選択される一種以上の硬質粒子を分散させた材料を用いることができる。炭化物としては、TiC、WC、NbC、VCなどが例示されるが、中でもTiCが好ましい。これは、TiCが、硬さが大きく、耐摩耗性の向上に極めて有効な材料だからである。
F=t1 */λ1 *+ t2 */λ2 * + t3 */λ3 * ・・・(1)
1 羽口本体部
1a 外表面
1b 先端
2 水路
3 保護層
3a 第一保護層
3b 第二保護層
3c 第三保護層
5 未溶着部
30 肉盛溶接層
31 肉盛溶接層
33 肉盛溶接層(一層目)
34 肉盛溶接層(二層目)
35 肉盛溶接層(三層目)
Claims (5)
- 下記の(1)~(3)の工程を備える、高炉用羽口の製造方法。
(1)羽口本体部の少なくとも先端を含む外表面に、拡散接合により、純Ni拡散接合層である第一保護層を設ける工程、
(2)前記第一保護層の表面の少なくとも一部に、肉盛溶接により、前記第一保護層よりも熱伝導率が低い純Ni肉盛溶接層である第二保護層を設ける工程、および
(3)前記第二保護層の表面の少なくとも一部に、肉盛溶接により、NiまたはNi合金に、炭化物、窒化物、酸化物および硼化物から選択される一種以上の硬質粒子を分散させた肉盛溶接層であり、前記第二保護層よりも熱伝導率が低い第三保護層を設ける工程。 - 前記(3)の工程において、
前記第二保護層の表面を研削または研磨して、平坦化した後に、前記第三保護層を設ける、
請求項1に記載の高炉用羽口の製造方法。 - 先端が高炉内に突出する銅または銅合金からなる羽口本体部と、
前記羽口本体部の少なくとも前記先端を含む外表面を覆う、純Niからなる第一保護層と、
前記第一保護層の表面の少なくとも一部を覆う、前記第一保護層よりも熱伝導率が低い第二保護層と、
前記第二保護層の表面の少なくとも一部を覆う、前記第二保護層よりも熱伝導率が低い第三保護層とを備え、
前記第一保護層が、純Ni拡散接合層であり、
前記第二保護層が、純Ni肉盛溶接層であり、
前記第三保護層が、NiまたはNi合金に、炭化物、窒化物、酸化物および硼化物から選択される一種以上の硬質粒子を分散させた肉盛溶接層である、
高炉用羽口。 - 第一保護層、第二保護層および第三保護層の厚さは、式(1)を満たす、
請求項3に記載の高炉用羽口。
F=t1 */λ1 *+ t2 */λ2 * + t3 */λ3 * ≦2.26 ・・・(1)
ここで、λ1 *、λ2 *、λ3 *は第一保護層の熱伝導率に対する各保護層の熱伝導率比である。t1 *、t2 *、t3 *は保護層全体の板厚に対する各保護層の板厚比である。熱伝導率比および板厚比の下付き数字1、2、3はそれぞれ第一保護層、第二保護層、第三保護層を表す。 - 前記第三保護層が、ビッカース硬さ180Hv以上で、熱伝導率10W/mK以上である、請求項3または4に記載の高炉用羽口。
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2018
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