JPH02136692A - 熱放射筒 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 く産業上の利用分野〉 この発明は、加熱炉等において、炉内の雰囲気を汚染す
ることなく加熱するために炉内へ挿入される熱放射筒に
関し、特に燃焼ガスの熱を炉内雰囲気に伝達するための
熱放射筒に関する。

〈従来の技術〉 炉内の雰囲気を汚染することなく高温に加熱するために
、炉内へ熱放射筒を挿入することが行われている。熱放
射筒は、内部に電気抵抗発熱体を設けて加熱する場合も
あるが、運転経費を節減するだめに、内部に燃焼ガスを
吹込んで加熱することも行われている。

熱放射筒の材料としては、従来、耐熱鋼、耐熱鋳鋼、耐
熱合金、セラミック等が用いられており、これらのうち
、遠心鋳造による耐熱鋳鋼管か最も多く用いられている
。

〈発明が解決しようとする課題〉 例えば上記耐熱鋳鋼管は、耐高温強度が優れ、殊に０．
４５Ｇ　−３５Ｎｉ　−２５Ｃｒ　−Ｆｅ系合金鋳鋼（
ＨＰＰＪ鋼）は極めて高い高温強度を示す。しかし、こ
れを熱放射筒として使用する場合、燃焼ガスに接触する
内面の耐高温酸化性が十分でないことが問題になる。こ
の点は、セラミックを除けば、他の耐熱鋼や耐熱合金も
同様である。セラミックについては、耐高温酸化性の問
題は起こらないか、その反面に、脆くて割れ易く、取扱
いが困難で、価格も高価である問題が発生する。

一方、耐高温酸化性か極めて大きい材料として、Ｎｉ　
−２２Ｃｒ　−１０ＡＪ２系合金や、Ｇｏ　−２２Ｃｒ
　−１０ＡＪ２系合金が知られており、高温強度が高い
材料の表面を、この種の耐高温酸化性合金層によって被
覆すれば、材料の耐高温酸化性を高めることができる。

しかし、この種の耐高温酸化性合金は脆くて全く圧延加
工を行い得ないので、溶射による以外に材料表面に被着
させることができなか９た。そして、溶射によりこの種
の耐高温酸化性合金層を被着することは、熱放射筒の外
面に対しては容易であるか、燃焼ガスに接触する内面に
対しては極めて困難であり、殊に熱放射筒の内径が小さ
い場合は殆ど不可能であった。

これに加え、遠心鋳造による熱放射筒の場合は、肉厚が
大きいため、その分だけ熱の伝達の効率が悪くなる。

〈課題を解決するための手段〉 この発明は、粉末冶金技術と熱間押出加工技術の併用に
より、熱間押出加工によって製造される耐熱性金属筒体
の表面、特に内面に、前記Ｎｉ　−ＣｒＡ９系合金また
はＧｏ−Ｃｒ−Ａｆｌ系合金よりなる被覆層を、粉末冶
金的手段によって上記熱間押出加工時に被着することに
成功したものである。

即ち、この発明による熱放射筒は、前記の熱間押出加工
による耐熱性金属筒体の内面、または内外両面に、前記
の耐高温酸化性の合金の均一な厚さの被覆層か設けられ
ている。

このような熱放射筒は、次のようにして製造することか
できる。

（ｉ）内面にのみ耐高温酸化性合金層を有する場合ａ　
第５図（ａ）のように、前記耐熱性金属製の厚肉外筒１
と、適当な可鍛性材料の薄肉内筒２と同様な可鍛性材料
の底３とからなるカプセルを製作し、内外筒間の空間に
前記耐高温酸化性合金の粉末４を充填し、第５図（ｂ）
のように可鍛性材料よりなる蓋５を溶接してカプセルを
密封し、ビレットとする。

ｂ　第６図（ａ）のように、何れも可鍛性材料からなる
薄肉の外筒６、内筒２及び底３によりカプセルを製作し
、内外筒間の空間に適当な薄肉の円筒形セパレータ７を
置いて空間を内外に２分し、外方の空間には前記耐熱性
金属の粉末８を充填し、内方の空間には前記耐高温酸化
性合金の粉末４を充填する。次いて、セパレータ７を引
抜いて粉末８と４とを接触させ、第６図（ｂ）のように
可鍛性材料よりなる蓋５を溶接してカプセルを密封し、
ビレットとする。

（ｉｉ）内外両面に耐高温酸化性合金層を有する場合ａ
　第７図（ａ）のように、何れも可鍛性材料からなる薄
肉の内筒２、外筒６及び底３によりカプセルを製作し、
内外筒間の空間に前記耐熱性金属製の厚肉円筒９を置き
、円筒９の内外の円筒形空間にそれぞれ前記耐高温酸化
性合金粉末４ａ及び４ｂを充填し、第７図（ｂ）のよう
に可鍛性材料よりなる蓋５を溶接してカプセルを密封し
、ビレットとする。

ｂ　第８図（ａ）に示すように、何れも可鍛性材料から
なる薄肉の内筒２、外筒６及び底３によりカプセルを製
作し、内外筒間の空間に径を異にする薄肉の円筒形セパ
レータ７ａ及び７ｂを置いて空間を３重円筒形に３分割
し、中央の円筒形空間には前記耐熱性金属の粉末８を充
填し、内外の円筒形空間にはそれぞれ前記耐高温酸化性
合金の粉末４ａ及び４ｂを充填する。次いで、セパレー
タ７ａ及び７ｂを引抜いて粉末４ａ、８及び４ｂを互に
接触させ、第８図（ｂ）のように可鍛性材料よりなるＭ
５を溶接してカプセルを密封し、ビレットとする。

このようにして得たビレットを、必要に応し脱気、常温
等方圧圧縮、予備加熱等の処理を行った後、押出加工温
度にまで誘導加熱し、これを熱間押出機に装填して筒状
に押出し、カプセル材層な除去して製品とする。

く作用〉 上述の熱放射筒は、熱間押出によって製造されるために
、例えば前述の遠心鋳造による製品に較べて、薄肉軽量
のもの及び小径のものを得ることができる。しかも内面
に耐高温酸化性合金の被覆層を有しているので、燃焼ガ
スによる消耗を抑制することかできる。

更に、内外面に耐高温酸化性合金の被覆層を有する熱放
射筒は、二重筒型の熱放射筒の内筒として好適であるこ
とに加え、炉内が酸化性雰囲気の場合にも適している。

また、Ｎ１−Ｃｒ−Ａｆｉ系及びＣ０−Ｃｒ−Ａｊ２系
の耐高温酸化性の合金は、硬さがＨＶ６００と極めて硬
いために摩耗が少ないので、流動層処理炉における熱媒
体としての流動粉末の加熱にも適している。

〈実施例〉 第１図に示すように、熱間押出によつて形成された耐熱
性金属筒１１の内面には、均一な厚さの耐高温酸化性合
金の被覆層１２が設けられている。このような熱放射筒
１０は、第５図（ｂ）または第６図（ｂ）に示すような
ビレットを熱間押出加工することによって形成される。

このような熱放射筒ｌＯは、炉の両側壁を貫通して炉内
を通過させ、内部に燃焼ガスを流通させることにより、
炉内雰囲気を加熱するものである。

第２図に示すように、熱間押出によって形成された耐熱
性金属筒２１．２２の内面には、均一な厚さの耐高温酸
化性合金の被覆層２３．２４がそれぞれ設けられて、ク
ラツド筒２０ａ、２θｂを構成している。

これらのクラツド筒も、第５図（ｂ）または第６図（ｂ
）に示すようなビレットの熱間押出により製造される。

これらのクラツド筒の各一端は半円弧形の耐熱性金属製
の結合部材２５により結合されている。結合部材２５の
内面にも耐高温酸化性合金の被覆層２６を設けることが
望ましい。このようなＵ字形熱放射筒は、炉の天井を貫
通して炉内に垂下させ、燃焼ガスを筒内な流通させて、
炉内雰囲気を加熱する。

第３図に示すように、熱間押出によって形成された比較
的小径の耐熱性金属筒３１の内外両面には、均一な厚さ
の耐高温酸化性合金の被覆層３２．３３が設けられ、内
筒３０ａを構成している。また、熱間押出によって形成
された比較的大径の耐熱性金属筒３４の内面には、均一
な厚さの耐高温酸化性合金の被覆層３５が設けられて、
外筒３０ｂを構成しており、その一端は、耐高温酸化性
合金の被覆層３７を有する端蓋３５によって閉塞されて
いる。内筒３０ａは外筒３０ｂ内に挿入され、支持部材
３８．３８及び３９．３９により、外筒３０ｂ及び端蓋
３６に固定されている。なお、内筒３０ａは第７図（ｂ
）または第８図（ｂ）に示すようなビレットの熱間押出
によって製造され、外筒３０ｂは第５図（ｂ）または第
６図（ｂ）に示すようなビレットの熱間押出によって製
造される。熱放射筒は、炉の天井を貫通して炉内に垂下
させ、内筒３０ａ内へ図示の矢印のように燃焼ガスを吹
込んで、炉を加熱する。

第４図に示すように、熱間押出によって形成されたクラ
ット筒４０ａ及び４０ｂは、それぞれ耐熱性金属筒４１
及び４２の内外面に、均一な厚さの耐高温酸化性合金の
被覆層４３．４４及び４５．４６を有し、クラツド筒４
０ａ及び４０ｂの各一端は、半円弧形の耐熱性金属製の
結合部材４７によって結合されている。結合部材４７の
内外面も、それぞれ耐高温酸化性合金の被覆層４８．４
９で覆われている。クラツド筒４０ａ及び４０ｂは、第
７図（ｂ）または第８図（ｂ）に示すようなビレットの
熱間押出によって製造される。この熱放射筒も、第２図
示の熱放射筒と同様に使用されるが、特に炉内雰囲気が
酸化性の場合に有効である。また、流動層熱処理炉にお
ける流動粉体中に浸漬して使用する場合、外面の被覆層
４４及び４６は、流動粉末の研摩作用に対する＃摩硬質
層として働く。

製造例１乃至４として、第１表に示すように母材層の内
面または内外両面に被覆層を有する円筒を製造した。そ
の製造に際しては、母材材料として第２表に示す耐熱性
金属の粉末（平均粒径１５０終、最大粒径５００μ）と
、被覆層材料として第３表に示す耐高温酸化性合金の粉
末（平均粒径１５０終、最大粒径５００ｐ）とを用い、
第６図または第８図に示す構造のビレットを製作し、熱
間押出加工により円筒に成形した。

また、比較のために、第２表に示す材料Ｃの遠心鋳造に
より円筒を製造し、その内面に第３表に示す材料りの溶
射被覆を行った。

第１表 製造例 第９図は製造例２による製品の層境界部分の４００倍顕
微鏡写真であり、左側は耐熱性金属材料Ａよりなる母材
層、右側は耐高温酸化性合金材料りよりなる被覆層を示
す。また、第１０図は上記比較例における耐高温酸化性
合金材料りの溶射被覆層の４００倍顕微鏡写真である。

両者を対比すると、この発明における耐高温酸化性合金
の被覆層は、結晶粒か極めて小さく、粉末の熱間押出加
工によって造らた組織と、溶射によって造られた組織と
の違いかよく判る。

上記製造例１．３による内筒と、上記製造例２．４また
は比較例による外筒とにより、第３図に示した二重型の
熱放射筒を組立て、実際の炉に挿入して実機テストを行
った。各テスト機の構成は第４表の通りである。

第４表 テスト機の構成 また、テストの条件は次の通りである。

炉　　　　　温・・・・・・・・１１００〜１２００　
’Ｃ燃料ガス・・・・・・・・都市ガス 炉内雰囲気・・・・・・・・大気 テスト期間・・・・・・・・６ケ月 上記テストによる各部の寸法変化の状況を第５表に示す
。なお、同表における内径及び外径の測定部位は、使用
前と使用後とで同一部位である。

上記テスト結果から明らかなように、この発明による熱
放射筒の酸化減量は０．１ｍｍ程度にすぎないか、耐高
温酸化性合金の溶射被覆を行ったテスト機３の外筒は、
約１ｍ＋ｉも酸化により減量し、被覆層か殆ど消滅して
いることが判る。

〈発明の効果〉 以上のように、この発明によるときは、薄肉軽量で熱の
伝達効率が良い熱放射筒か得られるばかりてなく、その
高温下での酸化による損耗を減じ、特に筒内面の酸化に
よる損耗を従来実現できなかった細径の熱放射筒におい
ても実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図はこの発明の実施例を示し、第１図は
直管型熱放射筒の断面図、第２図はＵ字管型熱放射筒の
断面図、第３図は二重管型熱放射筒の断面図、第４図は
Ｕ字管型熱放射筒の断面図、第５図は内面被覆を有する
熱放射筒の製造の際のビレットの製造過程を示す断面図
、第６図は内面被覆を有する熱放射筒の製造の際のビレ
ットの製造過程の別の例を示す断面図、第７図は両面被
覆を有する熱放射筒の製造の際のビレットの製造過程を
示す断面図、第８図は両面被覆を有する熱放射筒の製造
の際のビレット製造過程の別の例を示す断面図、第９図
はこの発明の実施例の金属組織の４００倍顕微鏡写真、
第１０図は比較のためのＮｉ−Ｃｒ−１２系合金溶射層
の金属組織の４００倍顕微鏡写真である。 １１．２１．２２．３１．３４．４１及び４２・・・・
耐熱性金属筒体、１２．２３，２４．３２．３５．４３
及び４５・・・・耐高温酸化性合金被覆層。 糖１ 図 特許出願人山陽特殊製鋼株式会社 同　　　　日本ウエルデインク・ロッド株式会社代　　
理　　人　　清　　水　　　　　哲　　（ほか２名）図 （ａ） （ｂ） 第６ 図 （ａ） （ｂ） 第ｑ　区〕 図 （ｂ） Ｍ８　図 （ａ） （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱間押出加工による耐熱性金属筒体の内面または
   内外両面に、ＮｉまたはＣＯにＣｒ及びＡｌを主要成分
   として添加してなる耐高温酸化性合金の均一な厚さの被
   覆層を設けたことを特徴とする熱放射筒。