JP7394558B2 - 金属体を昇温するための金属体昇温炉 - Google Patents

Description

本発明は、鋼材や鋳物等の金属製の物体（以下、金属体という）の温度を上昇（以下、昇温という）させるための金属体昇温炉に関するものである。

なお本発明において、昇温は、高温で金属体を加工（たとえば熱間圧延等）するのに先立って金属体を加熱するための昇温、あるいは、金属体に熱処理（たとえば焼入れ、焼戻し、焼鈍し等）を施すための昇温など、金属体の製造工程において行なわれる様々な昇温を意味する。

金属体の一連の製造工程において、金属体を昇温するために用いる金属体昇温炉は、炉床の上に複数の耐火物製架台を配列し、その耐火物製架台上に金属体を載置して炉内で保持することによって、金属体の昇温を行なう構成になっている。図２は、従来の耐火物製架台の例を模式的に示す断面図である。

従来から使用されている金属体昇温炉の耐火物製架台１は、図２に示すように、耐火物製架台１の支柱となる支柱用耐火物が炉床４上に配設される。図２(a)は、支柱用耐火物を上下２分割（すなわち支柱用上部耐火物3aと支柱用下部耐火物3b）して耐火物製架台１を構成する例、図２(b)は一体的に成形した単体の支柱用耐火物３を使用する例である。

支柱用上部耐火物3a（図２(a)参照）あるいは支柱用耐火物３（図２(b)参照）の上端には上端耐火物２が配設される。上端耐火物２の中央部は凸状に突起しており、炉内の金属体（図示せず）は、その上端耐火物２の凸部に載置される。したがって、金属体の下面と上端耐火物２の凸部とが接触する。

そして、金属体昇温炉内で昇温されることによって金属体が膨張し、上端耐火物２の凸部との摩擦によって、水平方向に摩擦力が発生する。金属体昇温炉の操業が長期間にわたると、その摩擦力によって炉内の耐火物製架台１が徐々に移動し、操業開始時に配設された位置からずれるという問題が生じる。

昇温する前に金属体を装入する際、あるいは昇温が終了して金属体を搬出する際には、金属体を下から持ち上げる機器（いわゆるエキストラクター）を使用するが、耐火物製架台１の位置がずれた場合は、互いに隣り合う耐火物製架台１の間にエキストラクターが進入できなくなり、金属体昇温炉の操業停止を引き起こす。

その後、鉤棒等を使用し、耐火物製架台１を正常な位置に戻す、あるいは耐火物製架台１を崩壊させて炉外に排出する等の処置を講じて、エキストラクターの進入が可能となった後に操業を再開することは可能であるが、金属体昇温炉の稼働率低下を招くのは避けられない。しかも、高温環境での作業であるから、作業員の安全のための対策に多大なコストが必要となる。

また、位置ずれした耐火物製架台１を崩壊させて炉外に排出する場合は、その作業中に健全な（すなわち正常な位置にある）耐火物製架台１に及ぼす金属体の荷重が増加するので、金属体の膨張に起因する摩擦力も増加する。その結果、健全な耐火物製架台１も位置がずれ易くなる。さらに、上端耐火物２の凸部と接触する金属体の下面に疵（たとえば擦り疵等）が発生するという問題も生じる。このようにして、位置ずれした耐火物製架台１が増えたり、金属体の下面に疵が発生したりするようになると、金属体昇温炉を消火して大規模な補修工事を行なう必要がある。

耐火物製架台１を炉床４上で強固に固定すれば、耐火物製架台１の位置ずれを防止することは可能である。しかし、金属体の膨張に起因する摩擦による疵が、金属体の下面に発生する頻度は大幅に高くなる。

そこで、金属体昇温炉を用いて金属体を昇温する際に、耐火物製架台１の位置ずれを防止し、かつ金属体の下面に疵が発生するのを防止する技術が種々検討されている。

たとえば特許文献１には、煉瓦同士あるいは煉瓦と炉床を固着せず単に接触させる（非固着のフリー接触とする）ことによって、受台（本発明の耐火物製架台に相当する）を構成するバッチ炉が開示されている。この技術は、金属体の下面に疵が発生するのを防止することは可能であるが、金属体の膨張に起因する摩擦力が受台に作用することによって受台の位置ずれが発生する。さらに、金属体の膨張が大きい場合は、受台が倒壊する惧れがある。

特許文献２には、煉瓦同士の接触面にすべり層を設ける箱型炉が開示されている。この技術を適用して炉床と耐火物製架台の間にすべり層を設けると、金属体の下面に疵が発生するのを防止することは可能であるが、金属体の膨張に起因する摩擦力が耐火物製架台に作用することによって受台の位置ずれが発生する。しかも、すべり層を設けることによって位置ずれが拡大する惧れがある。

特開平9-49014号公報 特公平5-45644号公報

本発明は、従来の技術の問題点を解消し、金属体を昇温する際に、耐火物製架台の位置ずれを防止し、かつ金属体の下面に疵が発生するのを防止することが可能な金属体昇温炉を提供することを目的とする。

本発明者は、耐火物製架台を構成する上端耐火物が金属体の下面に接触する部位の形状に着目して、耐火物製架台の位置ずれ防止および金属体の疵防止を両方とも達成するための技術について検討した。そして、金属体の下面に接触する部位に円柱状または球状の金属体載置用耐火物を配置し、その金属体載置用耐火物を自在に回転させることによって、上記の課題を解決できることを見出した。つまり、金属体の膨張に追随して金属体載置用耐火物が回転するので、金属体の膨張に起因する摩擦力を軽減することができ、ひいては耐火物製架台の位置ずれを防止し、かつ金属体の下面に疵が発生するのを防止することが可能となる。

さらに、金属体載置用耐火物の表面に酸化物（たとえばAl₂O₃、Al₂O₃－SiO₂等）のコーティング層を形成することによって、金属体載置用耐火物と金属体の固着を防止できることが判明した。

本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
すなわち本発明は、金属体の温度を上昇させて加熱あるいは熱処理を行なう金属体昇温炉であって、金属体を載置する円柱状または球状の金属体載置用耐火物と、金属体載置用耐火物を回転可能に保持するための凹部を備えた回転保持用耐火物と、を有し、金属体に接触する金属体載置用耐火物の表面にAl₂O₃系コーティング層またはAl₂O₃－SiO₂系コーティング層を備えた金属体昇温炉である。

本発明によれば、金属体を昇温する際に、耐火物製架台の位置ずれを防止することによって金属体昇温炉の稼働率を向上し、かつ金属体の下面に疵が発生するのを防止することによって金属体の歩留りを向上することが可能となり、産業上格段の効果を奏する。

なお本発明は、エキストラクターを用いて金属体の装入および搬出を行なう型式の昇温炉（いわゆるバッチ炉）に適用すれば、金属体昇温炉の稼働率向上と金属体の歩留り向上の効果が顕著になるので好ましい。ただし、金属体を連続的に装入して搬出する型式の昇温炉（たとえばウォーキングビーム炉等）にも適用できる。

本発明に係る耐火物製架台の例を模式的に示す断面図である。 従来の耐火物製架台の例を模式的に示す断面図である。 金属体を装入あるいは抽出する例を簡略化して模式的に示す斜視図である。

図１は本発明に係る耐火物製架台１の例を模式的に示す断面図であり、本発明においては、耐火物製架台１の支柱となる支柱用耐火物が炉床４上に配設される。図１(a)は、支柱用耐火物を上下２分割（すなわち支柱用上部耐火物3aと支柱用下部耐火物3b）して耐火物製架台１を構成する例、図１(b)は一体的に成形した単体の支柱用耐火物３を用いて耐火物製架台１を構成する例である。

支柱用上部耐火物3a（図１(a)参照）あるいは支柱用耐火物３（図１(b)参照）の上端には回転保持用耐火物９が配設される。回転保持用耐火物９の中央部は凹状に窪んでおり、その凹部に円柱状または球状の金属体載置用耐火物８が脱落することのないように収納され、回転保持用耐火物９の凹部内で金属体載置用耐火物８が自在に回転する。

金属体載置用耐火物８の材質は、特に限定しない。たとえば、SiCを主成分とする耐火煉瓦、SiO₂を主成分とする珪石煉瓦、Al₂O₃を主成分とする高アルミナ煉瓦等の従来から知られている材質の耐火物を使用する。金属体載置用耐火物８の直径は、円柱状または球状いずれの場合も、100～200mmの範囲内が好ましい。金属体載置用耐火物８の直径が100mm未満では、後述するように金属体を載置した時に、金属体載置用耐火物８が破損しやすくなる。金属体載置用耐火物８の直径が200mmを超えると、後述するような金属体の膨張によって金属体載置用耐火物８が回転する際に、回転保持用耐火物９から脱落しやすくなる。

金属体載置用耐火物８の表面には、Al₂O₃を主成分としたコーティング材でコーティング層を形成する。そのコーティング層は、Al₂O₃と溶媒の混合材をスプレーして膜厚を均一にし、さらに焼付けを行なって強固に定着させたもの（以下、Al₂O₃系コーティング層という）、あるいは、Al₂O₃とSiO₂との化合物と溶媒の混合材をスプレーして膜厚を均一にし、さらに焼付けを行なって強固に定着させたもの（以下、Al₂O₃－SiO₂系コーティング層という）である。

金属体載置用耐火物８の表面に、Al₂O₃系コーティング層またはAl₂O₃－SiO₂系コーティング層を形成することによって、金属体昇温炉内に装入された金属体（図示せず）と金属体載置用耐火物８の固着を防止できるので、金属体昇温炉を長期間にわたって安定して稼働することが可能になる。

回転保持用耐火物９の凹部の断面形状は特に限定しないが、最も深い部位（以下、底部という）の断面形状はＵ字形状またはＶ字形状が好ましい。凹部の底部がＵ字形状を呈する場合は、円弧状の底部の内径と金属体載置用耐火物８の直径とを同一にすることによって、回転保持用耐火物９の凹部内で金属体載置用耐火物８が安定して回転するので、好ましい。凹部の底部がＶ字形状を呈する場合は、楔状の底部の角度が70～120°の範囲内が好ましい。角度が70°未満では、凹部内に収納できる金属体載置用耐火物８の直径が小さくなるので、後述するように金属体を載置した時に、金属体載置用耐火物８が破損しやすくなる。角度が120°を超えると、後述するような金属体の膨張によって金属体載置用耐火物８が回転する際に、回転保持用耐火物９から脱落しやすくなる。

回転保持用耐火物９の材質は、特に限定しない。たとえば、SiCを主成分とする耐火煉瓦、SiO₂を主成分とする珪石煉瓦、Al₂O₃を主成分とする高アルミナ煉瓦等の従来から知られている材質の耐火物を使用する。ただし、金属体載置用耐火物８と同じ材質のものを使用することが好ましい。回転保持用耐火物９と金属体載置用耐火物８の材質が異なる場合は、回転保持用耐火物９と金属体載置用耐火物８のいずれか片方（すなわち高温強度の低い材質からなる耐火物）が著しく損耗し、ひいては耐火物製架台１の耐用性が損なわれる。

そして、図３に示すように、耐火物製架台１が複数の列を形成するように配列し、耐火物製架台１に金属体を載置すると、金属体の下面は金属体載置用耐火物８に接触する。そして、昇温によって金属体が膨張すると、金属体の下面との摩擦によって金属体載置用耐火物８が、回転保持用耐火物９の凹部内で回転する。その結果、金属体の膨張に起因して発生する摩擦力が金属体載置用耐火物８の回転によって吸収されるので、耐火物製架台１の位置がずれるのを防止でき、しかも、金属体の下面に疵（たとえば擦り疵等）が発生するのを防止することが可能となる。

したがって本発明によれば、長期間にわたって金属体昇温炉を連続して稼働しても、エキストラクター７を安定して操作でき、ひいては、金属体の装入および搬出を円滑に行なうことができる。しかも、金属体の下面に疵を生じさせずに、金属体昇温炉としてのバッチ炉を稼働することができる。

また、金属体昇温炉としてウォーキングビーム炉を使用する場合は、その固定ビームと移動ビームに、本発明に係る金属体載置用耐火物８と回転保持用耐火物９を配設すれば、各々のビームの位置ずれを防止できる。つまり、固定ビームと移動ビームとの干渉を防止できるので、金属体の炉内への装入、炉内での移動、および炉内からの搬出を円滑に行なうことができる。しかもウォーキングビーム炉において、金属体の下面に疵を生じさせずに装入、移動、搬出を行なうことができる。

図１(a)に示すように、炉床４上に支柱用下部耐火物3bと支柱用上部耐火物3aを配設し、支柱用上部耐火物3aの上端に回転保持用耐火物９を配設し、さらに回転保持用耐火物９の凹部に円柱状の金属体載置用耐火物８（直径119mm、長さ295mm）を収納して、耐火物製架台１を構成した。金属体載置用耐火物８と回転保持用耐火物９は同一成分（SiC：78質量％、Si₃N₄：16質量％、SiO₂：５質量％）のものを使用した。

金属体載置用耐火物８の表面は、Al₂O₃と水と少量の結合剤と分散材とを混合しスラリー状の懸濁液を製作した。この懸濁液をスプレーして皮膜を形成し、さらに焼付けを行なって、厚さ50μｍのAl₂O₃系コーティング層を形成した。

このような耐火物製架台１が複数の列をなすように配列した金属体昇温炉６（いわゆるバッチ炉）を用いて、鋼板を600～1100℃に昇温する操業を３ケ月間連続して行なった。回転保持用耐火物９の凹部の底部は、内径119mmの円弧状を呈するＵ字形状とした。これを発明例１とする。なお鋼板の装入および搬出は、エキストラクター７を用いて行なった（図３参照）。

次に、図１(b)に示すように、炉床４上に支柱用耐火物３を配設し、支柱用耐火物３の上端に回転保持用耐火物９を配設し、さらに回転保持用耐火物９の凹部に円柱状の金属体載置用耐火物８（直径119mm、長さ295mm）を収納して、耐火物製架台１を構成した。金属体載置用耐火物８と回転保持用耐火物９は同一成分（SiC：78質量％、Si₃N₄：16質量％、SiO₂：５質量％）のものを使用した。

金属体載置用耐火物８の表面は、Al₂O₃とSiO₂との化合物（３Al₂O₃・２SiO₂）と水と少量の結合剤と分散材を混合しスラリー状の懸濁液を製作した。この懸濁液をスプレーして皮膜を形成し、さらに焼付けを行なって、厚さ50μｍのAl₂O₃－SiO₂系コーティング層を形成した。

このような耐火物製架台１が複数の列をなすように配列したバッチ炉を用いて、鋼板を600～1100℃に昇温する操業を３ケ月間連続して行なった。回転保持用耐火物９の凹部の底部は、角度90°のＶ字形状とした。これを発明例２とする。なお鋼板の装入および搬出は、エキストラクター７を用いて行なった。

こうして３ケ月間操業した後、バッチ炉内を点検したところ、発明例１、２は、いずれも耐火物製架台の位置ずれは認められなかった。したがって、３ケ月間にわたってエキストラクターを円滑に操作することができた。また発明例１、２ともに、バッチ炉を操業した３ケ月の期間中に昇温した鋼材の下面に、金属体載置用耐火物との摩擦に起因する擦り疵は発生しなかった。

１ 耐火物製架台
２ 上端耐火物
３ 支柱用耐火物
3a 支柱用上部耐火物
3b 支柱用下部耐火物
４ 炉床
５ 炉蓋
６ 金属体昇温炉
７ エキストラクター
８ 金属体載置用耐火物
９ 回転保持用耐火物

Claims (2)

1. 金属体の温度を上昇させて加熱あるいは熱処理を行なう金属体昇温炉であって、前記金属体を載置する円柱状または球状の金属体載置用耐火物と、該金属体載置用耐火物を回転可能に保持するための凹部を備えた回転保持用耐火物と、を有し、前記金属体に接触する前記金属体載置用耐火物の表面はAl₂O₃系コーティング層またはAl₂O₃－SiO₂系コーティング層を備えたことを特徴とする金属体昇温炉。
2. 前記Al ₂ O ₃ 系コーティング層または前記Al ₂ O ₃ －SiO ₂ 系コーティング層は、スプレーコートであることを特徴とする請求項１に記載の金属体昇温炉。

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