JPH0230366B2 - Kanetsuroyosukitsudobotankozo - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、ウオーキングビーム式加熱炉におけ
る被加熱材を担持するスキツドボタンに関する。 〔従来の技術〕 ウオーキングビーム式加熱炉の炉床は、固定ビ
ームと移動ビームとで構成され、移動ビームの上
下および水平往復動作により、スラブ、ビレツト
等の被加熱材を固定ビームと移動ビームに交互に
置換えながら搬送する。これらのビームは、スキ
ツドパイプ上に、一定の間隙を置いてスキツドボ
タンを固着したものであつて、被加熱材はスキツ
ドボタンの天面に載置される。 このスキツドボタンとしては、従来より耐熱合
金（例えば、SCH12相当）からなるものが広く
使用されているが、炉内雰囲気温度は通常1300〜
1350℃に設定され、被加熱材は約1200〜1300℃に
加熱されるので、耐熱合金にとつてもその使用条
件は極めて苛酷である。このため、一般にはスキ
ツドパイプ内に冷却水を送通し、伝導伝熱により
スキツドボタンを強制的に冷却するようにしてい
る。 上記のようにスキツドボタンは冷却水により冷
却されているので、その天面に載置される被加熱
材は、スキツドボタンとの接触面から熱を奪わ
れ、温度ムラが生じる。この温度ムラは、被加熱
材の在炉時間を長くすることにより軽減するが、
その効果は十分でなく、スラブ、ビレツト等が圧
延された場合の板厚および板幅の精度に大きく影
響する。また操業能率の低下を余儀なくされる。 また、スキツドパイプ内に多量の冷却水を送通
してスキツドボタンを冷却することは、炉内の熱
が冷却水により常時炉外に持ち出されていること
であり、熱経済上の損失も大きい。 この対策として、特公昭60−9566号の提案にも
あるように、セラミツク焼結体をスキツドボタン
として使用し、これを第９図に示すように、スキ
ツドパイプＰ上に係止具９０にて固定するように
したものが試みられている。 〔解決しようとする問題点〕 しかし、このものは使用時の熱膨張に伴う歪み
によりスキツドボタン１０′に割れが生じ易く、
安定した操業を維持することが困難である。 本発明は、上記に鑑み、セラミツク焼結体をス
キツドボタン本体とし、使用時に割れが発生する
ことがなく、安定な加熱炉操業を維持することが
できるスキツドボタン構造を提供する。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の加熱炉用スキツドボタン構造は、セラ
ミツク焼結体からなる柱状芯体と、該柱状芯体に
外嵌された、該柱状芯体と同一もしくはそれより
大きい熱膨張係数を有する耐熱合金またはセラミ
ツク焼結体であるサイドリングとからなる、円錐
台状頂部を有する軸対称形状のスキツドボタン本
体と、 スキツドボタン本体を載置するための耐熱合金
製底板部材と、 スキツドボタン本体を底板部材上に保持するた
めの、頂部にスキツドボタン本体の円錐台状頂部
のテーパに対応するテーパ部を内面に有する耐熱
合金製筒状押え金具とを主構成部材とし、 筒状押え金具は、下端部にその外側または内側
周縁を切欠して形成された円周突起を有する一
方、底板部材は、その上面に、筒状押え金具の円
周突起が嵌め合わされる環状突起を有し、かつ筒
状押え金具と底板部材とは、互いの突起が嵌め合
わされた状態においてその嵌め合わせ部の外側周
面に溶接接合のための略Ｕ字型開先溝を成す開先
部を備えており、 スキツドボタン本体を、台盤部材を介してもし
くは介することなく底板部材上、その環状突起の
内側に載置し、これに筒状押え金具をかぶせて底
板部材との嵌め合わせ部を溶接により接合するよ
うにしたものである。 〔作用〕 本発明によれば、スキツドボタン本体が、セラ
ミツク焼結体である柱状芯体とこれを囲繞するセ
ラミツク焼結体または耐熱合金製サイドリングと
からなる二層構造とし、これに筒状押え金具をか
ぶせて底板部材上に保持せしめているので、熱変
形等による割れが生じ難く、また該スキツドボタ
ン本体上に載置される被加熱材は温度ムラがなく
均一に焼上げられる。 本発明スキツドボタン構造を図面により説明す
ると、第１図において、１０はセラミツク焼結体
からなる軸対称形状を有するスキツドボタン本体
であり、この例では頂部の円錐台形状部１１とそ
の下部に連続する円柱形状部１２とからなる。 スキツドボタン本体１０は、セラミツク焼結体
である柱状芯体１３と、その側面を囲繞する筒状
のセラミツク焼結体または耐熱合金製サイドリン
グ１４とからなる。 スキツドボタン本体１０を、柱状芯体１３とこ
れを囲繞するサイドリング１４との二層構造とす
るのは、スキツドボタン本体１０に加わる被加熱
材からの衝撃に対する抵抗性をサイドリング１４
により強化するためである。このサイドリング１
４は耐熱合金またはセラミツク焼結体からなる。
耐熱合金製サイドリングは、高靭性を有するの
で、スキツドボタン本体１０の耐衝撃性を大きく
高める。一方、サイドリング１４がセラミツク焼
結体である場合においても、その形状が筒状であ
つて肉厚も比較的薄いので、通常の焼結工程によ
り緻密性が高く靭性のすぐれた焼結品として製作
することができ、これを柱状芯体１３に嵌着する
ことにより、スキツドボタン本体１０の耐衝撃性
が高められる。また、スキツドボタン本体１０を
単体品として製作する場合に比し、柱状芯体１３
は、サイドリング１４の占める分だけ、小容量と
なるので、その焼結工程において組織の緻密化が
進み、強度、靭性等の機械的性質のすぐれた焼結
体となる。 上記サイドリング１４は、熱膨張係数が柱状芯
体１３のそれと同一かもしくはそれより大きいも
のであることを要する。そうでないと、使用時の
熱膨張率の差により柱状芯体１３に破損が生じる
おそれがあるからである。 サイドリング１４は比較的薄肉であり、例え
ば、スキツドボタン本体１０の外径が50〜90mmで
ある場合に、その肉厚は10〜30mmであつてよい。
また、サイドリング１４が耐熱合金製である場合
は、スキツドボタン本体上に載置される被加熱材
との接触を避けるために、その頂部高さは、柱状
芯体１３の天面よりずわずかに低いことが望まし
い。 ２０は耐熱合金製底板部材であり、その上面の
周縁部に環状突起２１を有している。 ３０は耐熱合金製筒状押え金具であり、その頂
部に、スキツドボタン本体１０の円錐台形状部の
テーパに対応するテーパ部３１を有している。ス
キツドボタン本体１０の頂部を円錐台形状とし、
これに対応して筒状押え金具３０の頂部にテーパ
部３１を設けるのは、スキツドボタン本体１０を
筒状押え金具３０内に押え込み、該金具３０内か
ら抜け出るのを防ぐためである。 筒状押え金具３０の下端縁部には、底板部材２
０の環状突起２１との嵌め合わせのために、外側
周縁を切欠して形成された円周突起３２が設けら
れている。この筒状押え金具３０の下端部の円周
突起３２は、第２図に示すように、該下端部の内
側周縁を切欠して形成されたものであつてもよ
い。筒状押え金具３０と底板部材２０とに各々突
起３２および２１を形成して両者を嵌め合わせる
こととしたのは、溶接時の筒状押え金具３０のず
れ・変形を防止するためである。 また、筒状押え金具３０の下端縁部の外側周面
および底板部材２０の環状突起２１の外側周面に
は溶接のための開先加工が施されており、互いの
突起２１と３２とが嵌め合わされると、嵌め合わ
せ部の外周面に略Ｕ字型開先溝４０が形成され
る。 なお、前記説明におけるスキツドボタン本体１
０は、柱状芯体１３の外形状が、それを囲繞する
サイドリング１４の外形状と略相似形である例を
示したが、必ずしもその必要はなく、要するに柱
状芯体１３がサイドリング１４から抜け出ること
なく両者の嵌着一体関係が保たれるならば、その
形状に制限はなく、例えば第２図に示すように、
頂面から下端面まで一定の傾斜角度をなす円錐台
形状を有するものであつてよい。 更に、スキツドボタン本体１０は、その外形が
第３図に示すように、頂部のみならずその底部に
到るまでテーパをなす円錐台形状を有するもので
あつてもよい。この場合の筒状押え金具３０は、
その内面形状がスキツドボタン本体１０のテーパ
に対応して、その頂部から底部にかけてテーパ部
３１を有するものであつてよい。 スキツドボタン本体１０を構成する柱状芯体１
３およびサイドリング１４のセラミツクは、例え
ば、炭化クロム（Cr₃C₂とCr₇C₃の混合物等）系、
炭化けい素（SiC）系、酸化ジルコニウム
（ZrO₂）系、アルミナ（Al₂O₃）系、窒化けい素
（Si₃N₄）系等であつてよいが、特に炭化クロム
系セラミツクである場合には、スキツドボタン本
体の天面に載置される被加熱材の表面スケールと
の反応が生じにくく、従つて被加熱材の表面の保
護、およびスキツドボタン本体自体の耐久性にす
ぐれる点で好ましい。 また、サイドリング１４がセラミツク焼結体で
ある場合、その成分組成は、柱状芯体１３のそれ
と同じであつてもよく、異なるものであつてもよ
い。 上記スキツドボタンは、スキツドボタン本体１
０を底板部材２０上に載置し、これに筒状押え金
具３０をかぶせ、その下端縁部の円周突起３２を
底板部材２０の環状突起２１に嵌合したのち、そ
の嵌め合わせ部の外周面の開先溝４０を溶接Ｗす
ることにより組み立てられる。 本発明のスキツドボタン構造において、スキツ
ドボタン本体１０と筒状押え金具３０とは、次式
〔〕および〔〕で示される条件を満たす形状
を有するものであることが望ましい。〔〕式は
加熱炉内での使用時の熱変形によるスキツドボタ
ン本体１０の応力集中を緩和するためであり、
〔〕式は筒状押え金具３０からのスキツドボタ
ン本体１０の抜け出し防止を確実ならしめるため
である。 Δt≧d₁×ｔ×α／２ ……〔〕 d_1B≧d_2T＋d_2B／２ ……〔〕 〔式中、d₁：スキツドボタン本体の直径（mm） d_1B：スキツドボタン本体の下部直径（mm） d_2T：筒状押え金具の頂部内径（mm） d_2B：筒状押え金具の下部内径（mm） Δt：筒状押え金具とスキツドボタン本体との間
隙（mm）〔（d₂−d₁）／２、d₂は筒状押え金具の
内径（mm）〕 ｔ：スキツドボタン本体の使用時最高温度（℃） α：スキツドボタン本体のサイドリングの熱膨張
係数（概ね、３×10^-6〜12×10^-6／℃）〕。 また、スキツドボタンを所定の形状に組み立て
るためには、底板部材２０と筒状押え金具３０と
の嵌め合わせ部の溶接接合に起因する変形を防止
することが必要であるが、溶接熱により嵌め合せ
部に局部変形が生じ易い。これを防止するには、
筒状押金具３０の円周突起３２が第１図等に示す
ように底板部材２０の環状突起２１に内嵌される
場合には、円周突起３２の肉厚を2.0mm以上とし、
逆に円周突起３２が第２図に示すように環状突起
２１に外嵌される場合には、環状突起２１の肉厚
を2.0mm以上とするとよい。 スキツドボタン本体１０と筒状押え金具３０と
の間隙には、所望により、断熱および／または緩
衝層として、第４図、第５図に示されるように、
セラミツク繊維層５０が装填される。セラミツク
繊維層５０は、スキツドボタン本体１０の形状に
よる抜け出し防止の点から、あまり厚くすべきで
なく、加圧状態（加圧力：約20Kgｆ／cm²）での層
厚が0.2mm以下であるのが好ましい。この場合、
筒状押え金具３０とスキツドボタン本体１０との
間隙（Δt）については前記〔〕式に代えて、
下式〔′〕が適用される。 Δt≧d₁×ｔ×α／２＋t_f ……〔′〕 〔式中、t_f：セラミツク繊維層５０の加圧状態で
の層厚（mm）。d₁、ｔ、αは前記と同じ〕。 上記セラミツク繊維層５０はアルミナ系、シリ
カ系、酸化ボロン系、炭化けい素系、窒化けい素
系、酸化ジルコニウム系等各種の繊維で形成する
ことができるが、特にアルミナ、酸化ボロンおよ
びシリカの３成分より成る繊維は、耐熱温度が高
く、かつ繊維の柔軟性が長期間保持される点で好
適である。セラミツク繊維層５０はセラミツク繊
維からなるペーパ、フエルトなどの成形品をスキ
ツドボタン本体１０の周面に捲回して形成する
か、またはセラミツク繊維バルクをスキツドボタ
ン本体１０と、筒状押え金具３０との間隙に挿入
することにより形成してもよい。 ところで、スキツドボタン本体１０は、前記の
ように底板部材１０上に直接載置されるほか、第
６図に示すように、台盤部材６０を介して載置さ
れる。台盤部材６０は、スキツドボタン本体１０
の底部に連続する形状であつてよい。台盤部材６
０を介在させると、スキツドボタン本体１０に生
じる上下方向の温度勾配による熱応力が緩和され
る。すなわち、スキツドボタン本体１０は、炉内
において、その頂部が高温雰囲気に曝される一
方、底部はスキツドパイプＰからの冷却作用をう
けるため、上下方向の温度勾配が生じ、しかもス
キツドパイプＰの周面には、該パイプを保護する
ために、第７図に示すように、耐火・断熱材層
（層厚は、通常約30〜50mm程度）Ｒが被覆される
ので、スキツドボタン本体１０は、耐火・断熱材
層Ｒの外表面レベルを境にして、上部と下部との
間に大きな温度差とそれによる熱応力が発生す
る。かかる熱応力の発生は、スキツドボタン本体
１０に割れが生じる原因となる。この対策とし
て、上記のように台盤部材６０を介在させると、
スキツドボタン本体１０を上部と下部とに２分割
した場合と同様の効果により、スキツドボタン本
体１０に生じる熱応力が緩和される。むろん、こ
の場合、スキツドボタン本体１０と台盤部材６０
との合わせ面を、スキツドパイプＰの耐火・断熱
材層Ｒの外表面レベルに一致させると最も効果的
である。上記台盤部材６０は、セラミツク焼結
品、耐火煉瓦、耐熱合金などであつてよい。 台盤部材６０とスキツドボタン本体１０との界
面には、所望により断熱層として、第６図に示す
ようにセラミツク繊維層７０が介装される。その
セラミツク繊維層７０には、筒状押え金具３０と
スキツドボタン本体１０との間隙に装填されるも
のと同種の繊維を用いてよい。なお、図示はしな
いが、所望により、台盤部材６０と底板部材２０
との界面に、また前記第１図〜第４図のようにス
キツドボタン本体１０を直接底板部材２０上に載
置する場合は、底板部材２０とスキツドボタン本
体１０との界面に、上記と同様のセラミツク繊維
層が断熱層として介装される。 本発明により構成されるスキツドボタンは、第
７図に示すように底板部材２０をスキツドパイプ
Ｐの周面に直接当接させてスキツドパイプに溶接
（W1）するか、または第８図に示すように、スキ
ツドパイプＰの表面に、略Ｔ字断面形状を有する
耐熱合金製支持部材８０を溶接にて取付け、その
天面に載置して支持部材８０と底板部材１０とを
溶接（W1）することにより設置される。スキツ
ドボタンを第７図のように直線スキツドパイプＰ
上に溶接する場合において、溶接熱により底板部
材２０の周縁部が上方に反り返る変形が生じる
と、取付け精度が悪くなり、炉操業中、スキツド
ボタン本体１０に無理な負荷が生じ、割れの原因
となる。これを防止するには、底板部材２０の下
面を、スキツドパイプＰの周面の湾曲に対応し
て、中央部が上向に凸である湾曲形状、好ましく
は中央部が両端縁より0.5〜3.0mm上向に凸である
湾曲面に加工しておくことが効果的である。 〔実施例〕 次の構成部材を用いて第６図に示すスキツドボ
タンを組み立て、加熱炉（常用温度：1300℃）の
ウオーキングビームのスキツドパイプ上に取付
け、スキツドパイプの周面を耐火物層（層厚：約
50mm）で被覆する。スキツドボタン本体１０の使
用時最高温度は1230℃である。 〔〕 スキツドボタン本体１０ (1) 材質：柱状芯体１３およびサイドリング１
４のいずれも、炭化クロム系セラミツク。 (2) 熱膨張係数（α）：11.6×10^-6／℃（柱状
芯体１３とサイドリング１４と同一） (3) 寸法：頂部外形80mm、円錐台形状部の高さ
45mm、下部外形110mm、円柱形状部の高さ10
mm、サイドリング肉厚14mm（全周全長にわた
り一定）。 〔〕 台盤部材６０ (1) 材質：耐熱合金（27Cr−40Co−20Ni−
Fe） (2) 形状・寸法：円盤形状・直径110mm、高さ
25mm。 〔〕 底板部材２０ (1) 材質：ステンレス鋼（SUS304） (2) 寸法：環状突起２１の内径119mm、突起高
さ５mm、板厚15mm。 〔〕 筒状押え金具３０ (1) 材質：耐熱合金（27Cr−40Co−20Ni−
Fe） (2) 寸法：頂部内径97.3mm、下部内径115mm、
テーパ部高さ25mm、全高63mm、円周突起肉厚
10mm。 〔〕 セラミツク層５０および７０ (1) 材質：アルミナ−酸化ボロン−シリカ３成
分系 (2) 層厚：0.12mm（加圧力20Kgｆ／cm²加圧時の
厚さ） 上記スキツドボタンを取付けたウオーキングビ
ームを前記加熱炉にて使用した結果、24カ月以上
の連続使用後も、スキツドボタン本体に割れ等の
損傷はなく、更に長期の継続使用が可能な状態で
あることが確認された。なお、被加熱材の抽出時
の温度ムラは±20℃以下と、加熱ムラのない焼上
げ状態が得られた。 〔発明の効果〕 本発明によれば、スキツドボタン本体の熱変形
等による割れ等のトラブルが生じにくく、またス
キツドボタン本体を柱状芯体とサイドリングの二
層構造としているので、耐衝撃性にもすぐれてお
り、長期にわたり安定した加熱炉操業を維持する
ことができる。 更に、セラミツク焼結体からなるスキツドボタ
ン本体は、(イ)断熱性にすぐれているので、スキツ
ドパイプからの冷却作用に起因する被加熱材の加
熱ムラが解消される、(ロ)耐火・断熱性にすぐれて
いるので、従来の耐熱合金製スキツドボタンの場
合のような強い冷却は不要であり、従つてスキツ
ドパイプ内の冷却水による熱損失を少なくするこ
とができる。この場合に、スキツドパイプの周面
を耐火断熱材層で炉内雰囲気から十分に保護すれ
ば、スキツドパイプ内の冷却水の送通を省略する
こともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す縦断面図、第２
図〜第６図は本発明の他の実施例を示す半裁断面
図、第７図および第８図は本発明のスキツドボタ
ンの取付け態様の例を示す縦断面図、第９図は従
来例の縦断面図である。 １０：スキツドボタン本体、１３：柱状芯体、
１４：サイドリング、２０：底板部材、２１：環
状突起、３０：筒状押え金具、３２：円周突起、
５０，７０：セラミツク繊維層、６０：台盤部
材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ セラミツク焼結体からなる柱状芯体と、該柱
   状芯体に外嵌された、該柱状芯体と同一もしくは
   それより大きい熱膨張係数を有するセラミツク焼
   結体または耐熱合金製サイドリングとからなる、
   円錐台状頂部を有する軸対称形状のスキツドボタ
   ン本体と、 スキツドボタン本体を載置するための耐熱合金
   製底板部材と、 スキツドボタン本体を底板部材上に保持するた
   めの、頂部にスキツドボタン本体の円錐台状頂部
   のテーパに対応するテーパ部を有する耐熱合金製
   筒状押え金具とを主構成部材とし、 筒状押え金具は、下端部にその外側または内側
   周縁を切欠して形成された円周突起を有する一
   方、底板部材は、その上面に、筒状押え金具の円
   周突起が嵌め合わされる環状突起を有し、かつ筒
   状押え金具と底板部材とは、互いの突起が嵌め合
   わされた状態においてその嵌め合わせ部の外側周
   面に溶接接合のための略Ｕ字型開先溝を成す開先
   部を備えており、 スキツドボタン本体を、台盤部材を介してもし
   くは介することなく底板部材上、その環状突起の
   内側に載置し、これに筒状押え金具をかぶせて底
   板部材との嵌め合わせ部を溶接により接合するよ
   うにしたことを特徴とする加熱炉用スキツドボタ
   ン構造。 ２ スキツドボタン本体と筒状押え金具との間〓
   にセラミツク繊維層が装填されることを特徴とす
   る上記第１項に記載の加熱炉用スキツドボタン構
   造。 ３ スキツドボタン本体と筒状押え金具とが、下
   式〔〕および〔〕： Δt≧d₁×ｔ×α／２ ……〔〕 d_1B≧d_2T＋d_2B／２ ……〔〕 〔式中、d₁：スキツドボタン本体の直径（mm） d_1B：スキツドボタン本体の下部直径（mm） d_2T：押え金具の頂部内径（mm） d_2B：押え金具の下部内径（mm） Δt：押え金具とスキツドボタン本体との間〓
   （mm） ｔ：スキツドボタン本体の使用時最高温度（℃） α：スキツドボタン本体のサイドリングの熱膨張
   係数（／℃）〕 で示される条件を満たすことを特徴とする上記第
   １項に記載の加熱炉用スキツドボタン構造。 ４ スキツドボタン本体、筒状押え金具、および
   その両者の間〓に装填されるセラミツク繊維層
   が、下式〔′〕、〔〕および〔〕式 Δt≧d₁×ｔ×α／２＋t_f ……〔′〕 d_1B≧d_2T＋d_2B／２ ……〔〕 t_f≦0.2 ……〔〕 〔式中、d₁：スキツドボタン本体の直径（mm） d_1B：スキツドボタン本体の下部直径（mm） d_2T：押え金具の頂部内径（mm） d_2B：押え金具の下部内径（mm） Δt：押え金具とスキツドボタン本体との間〓
   （mm） t_f：セラミツク繊維層の加圧状態での層厚（mm） ｔ：スキツドボタン本体の使用時最高温度（℃） α：スキツドボタン本体のサイドリングの熱膨張
   係数（／℃）〕 で示される条件を満たすことを特徴とする上記第
   ２項に記載の加熱炉用スキツドボタン構造。 ５ 筒状押え金具の下端縁部円周突起が、底板部
   材の環状突起に内嵌される場合において、該円周
   突起の肉厚が2.0mm以上であることを特徴とする
   上記第３項または第４項に記載の加熱炉用スキツ
   ドボタン構造。 ６ 筒状押え金具の下端縁部円周突起が、底板部
   材の環状突起に外嵌される場合において、該環状
   突起の肉厚が2.0mm以上であることを特徴とする
   上記第３項または第４項に記載の加熱炉用スキツ
   ドボタン構造。 ７ 底板部材は、下面の中央部が両縁部に対して
   0.5〜3.0mm上向に凸の湾曲形状に加工されている
   ものであることを特徴とする上記第３項ないしは
   第６項のいずれか一つに記載の加熱炉用スキツド
   ボタン構造。 ８ スキツドボタン本体の柱状芯体が炭化クロム
   系焼結体であることを特徴とする上記第１項ない
   しは第７項のいずれか一つに記載の加熱炉用スキ
   ツドボタン構造。 ９ スキツドボタン本体のサイドリングが炭化ク
   ロム系焼結体であることを特徴とする上第１項な
   いしは第８項のいずれか一つに記載の加熱炉用ス
   キツドボタン構造。 １０ スキツドボタン本体が台盤部材を介するこ
   となく底板部材に載置される場合において、スキ
   ツドボタン本体と底板部材との間にセラミツク繊
   維層が介装されることを特徴とする上記第１項な
   いしは第９項のいずれか一つに記載の加熱炉用ス
   キツドボタン構造。 １１ スキツドボタン本体が台盤部材を介して底
   板部材に載置される場合において、スキツドボタ
   ン本体と台盤部材との間にセラミツク繊維層が介
   装されることを特徴とする上記第１項ないしは第
   ９項のいずれか一つに記載の加熱炉用スキツドボ
   タン構造。 １２ 台盤部材と底板部材との間にセラミツク繊
   維層が介装されることを特徴とする上記第１１項
   に記載の加熱炉用スキツドボタン構造。