JPH0347913A - 加熱炉用スキッドボタン - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、加熱炉内の被加熱綱材支持部材であるスキッ
ドボタンの改良に関する。

〔従来の技術〕

加熱炉内の被加熱鋼材移送手段であるスキッドパイプは
、スキッドパイプ（炭素鋼管等）の周面頂部に、管軸方
向に一定の間隔をおいてスキントポタンが取付けられた
構造を有している。スキントポクンは、円錐台形状ない
し角錐台形状を有するブロックであり、その天面に被加
熱鋼材が当接載置される。

上記スキッドボタンとして従来よりニッケルクロム合金
等の耐熱合金ブロックが使用されてきたが、近時の加熱
炉操業の高温化対策としてセラミック（炭化クロム、ア
ルミナ、窒化けい素等）の焼結体ブロックを使用するこ
とが提案され、その実用化が試みられている。

セラミック焼結体ブロックをスキッドボタンとして使用
する場合、耐熱合金からなる従来のスキッドボタンと異
なって、それ自身の溶接は不可能であるので、スキッド
パイプに取付けるには、溶接可能な金具に抱持させた構
造とすることが必要である。第６図および第７図にその
取付は構造を示す。（６０）は耐熱合金で形成された金
具、（７０）は金具（６０）に抱持された焼結体ブロッ
クである。金具（６０）は、焼結体ブロック（７０）の
側周面を被包する筒状部（６１）と、スキッドパイプΦ
）の頂部に着座する台座部（６２）とからなる。第６図
の例では、金具（６０）の筒状部（６１）と台座部（６
２）とを個別に製作し、筒状部（６１）を焼結体ブロッ
ク（７０）に被せて台座部（６２）に溶接（Ｗｚ）した
うえ、溶接（Ｗｌ）によりスキッドパイプ（ロ）に固定
している。第７図では、鋳包み鋳造あるいは熱間静水圧
加圧成形法等を利用して焼結体ブロック（７０）の表面
に密着した筒状部（６１）と台座部（６２）との一体物
として金具（６０）を形成したうえ、スキッドパイプ枦
）に溶接により固定している。なお、金具（６０）はス
キッドパイプ（ｐ）内を流通する冷却水による強制冷却
が施され、また炉内雰囲気との直接々触による酸化損傷
を防止するために、その表面には不定形耐火物層（４０
）が塗設される。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記第６図に示したスキッドボタンの構造では、その頂
面に担持される被加熱鋼材（Ｓ）（その表面は酸化スケ
ールで被覆されている）から剥落するスケール片が、焼
結体ブロック（７０）と金具の筒状部（６０）との隙間
に入り込むため、被加熱鋼材の搬送が繰り返される操炉
過程で筒状部（６１）に著しい変形（拡径変形）が生じ
、比較的短期間の使用で焼結体ブロック（７０）の固定
保持が不可能となる。

他方、第７図の構造においては、焼結体ブロック（７０
）を被包する金具（６０）が、焼結体ブロック表面に密
着結合していることにより、安定な固定機能が得られる
ようにみえるけれども、金具（６０）とセラミックの焼
結体ブロック（７０）との熱膨張係数が大きく異なるた
め、高温炉内において両者の界面に生じる剪断応力によ
り、焼結体ブロック（７０）に剥離、欠け、割れ等が生
じ易く、安定な使用を保証し難い。

本発明は焼結体ブロックを被加熱鋼材支持面部材とする
スキッドボタンに関する上記問題を解決しようとするも
のである。

〔課題を解決するための手段および作用〕本発明のスキ
ッドボタンは、 スキッドパイプの周面頂部に密着して溶接により固定さ
れる基盤部材と、その基盤部材に保持されるボタン頂部
材とからなり、 ボタン頂部材は、上面が被加熱鋼材当接面となる天板部
と、その天板部より垂下するネックとを有し、すくなく
ともその天板部が焼結体からなるブロックであり、 基盤部材は、スキッドパイプに当接する底面側に開口す
る空洞を有すると共に、天部に前記ボタン頂部材のネッ
クを挿通させるネック挿通孔が形成された耐熱合金から
なる外殻ブロックと、その外殻ブロックの空洞内の空間
を満たしてスキッドパイプ表面に接触する高熱伝導性金
属からなるコアブロックとの複合体であり、 前記ボタン頂部材は、その天板部が断熱材層を介して外
殻ブロックの天部上面に担持されていると共に、その大
部のネック挿通孔内に挿通されたネックの下端において
外殻ブロックに対し機械的に係合せしめられていること
を特徴としている。

以下、本発明のスキッドボタンについて実施例を示す図
面を参照して説明する。

第１図において、（１０）は基盤部材、（２０）はその
基盤部材（１０）に保持されたボタン頂部材、（３０）
はボタン頂部材（２０）と基盤部材（１０）との当接界
面に介装された断熱材層である。第４図は、そのスキッ
ドボタンを構成部材に分解して示している。

ボタン頂部材（２０）は、被加熱鋼材（Ｓ）が当接載置
される天板部（２１）と、天板部（２１）の下面より垂
下するネック（２３）とを有するブロックであり、少な
くともその天板部（２１）は焼結体で形成されている。

なお、この例におけるボタン頂部材（２０）は、基盤部
Ｉ４’（１０）との保合関係を形成するだめのビン差込
み孔（ビン孔）（２４）がネック（２３）の下端部に形
成されている。

ボタン頂部材（２０）を保持する基盤部材（１０）は、
その底面に開口した空洞（１２）を有する耐熱合金から
なる外殻ブロック（１１）と、その空洞（１２）内の空
間を満たす高熱伝導性金属からなるコアブロック（］６
）との複合体である。その下端着座部（１７）はスキッ
ドパイプ（ｐ）の表面と一致する円弧面（１８）が与え
られており、スキットパイプ（ｐ）の周面頂部に密着し
て溶接（Ｗｌ）により固定されている。

その基盤部材（１０）の外殻ブロック（１１）の天部（
１３）には、前記ボタン頂部材（２０）のネック（２３
）を挿通させるネック挿通孔（ネック孔）（１５）が設
けられている。ボタン頂部材（２０）は、その天板部（
２１）と外殻ブロックの天部（１３）との当接界面に与
えられた断熱材層（３０）を介して天部（１３）上面に
載置され、天板部（２１）より垂下するネ・ツク（２３
）の下端部は、ネック孔（１５）の下方に突出しそのビ
ン孔（２４）に係止用ピン（２５）が差込まれている。

そのピン（２５）と天部（１３）下面との機械的な保合
により、ボタン頂部材（２０）のガタッキや抜は落ちが
防止されている。

外殻ブロック（１１）とボタン頂部材（２０）とを」１
記のように組合せしたうえ、その外殻プロ・ツク（１１
）の空洞（１２）内に、別途準備した高熱伝導性金属の
コアブロック（１６）を嵌合密着させることにより第１
図に示したスキッドボタンが得られる。

第１図（および第４図）の例では、ボタン頂部材（２０
）のネック（２３）下端にピン（２５）を差込んでボタ
ン頂部材（２０）と基盤部材（１０）との連結関係を形
成しているが、ピン（２５）の使用に代え、例えば第２
図に示すようにリング（２６）をネック（２３）の下端
に嵌着接合するようにしてもよく、あるいはネ、ツク（
２３）の下端周面にねじを形成しておき、これにナツト
を取付けて締め着けるようにしてもよい。

また、別法として、第３図に示すように、ボタン頂部材
（２０）のネック（２３）の下端に鍔部（拡径膨出部）
　（２７）を形設しておき、その鍔部（２７）と外殻ブ
ロック（１１）の天部（１３）下面との保合による機械
的連結関係を形成することもできる。第５図は、その場
合の部材構成例を示している。この例における基盤部材
（１０）は、大部（１３）となる円環体（ＩＯＡ）とそ
の下部（ＩＯＢ）とが別体として製作され、かつその天
部（１３）となる円環体（ＩＯＡ）は、２つの半円環体
（１０Ａ・１）と（１０Ａ、２）とに分割されている。

その半円環体（１０Ａ・１）と（１０Ａ・２）の分割面
（ｆｌ）　（ｆｌ）同士を向い合わせ、ボタン頂部材（
２０）のネック（２３）を挟み込んで分割面（ｆｌ）（
ｆｌ、）を重ね合せたうえ両者を溶接により接合一体化
してネック（２３）を囲包する円環体（ＩＯＡ）となし
、ついでその円環体（ＩＯＡ）と下部（１０Ｂ）との分
割面（ｆ２）　（ｆ２）を重ね合せて溶接（Ｗ３）する
ことにより第２図のスキッドボタンに仕上げられる。

なお、前記図示の例では、ボタン頂部材（２０）の天板
部（２１）とネック（２３）とを一体品として示したが
、製作工程上の都合により、天板部（２１）とネック（
２３）とを別体として製作したうえ、両者を溶接、その
他の方法で接合一体化するよにしてもよい。

その場合のネック（２３）は必ずしも焼結晶に限られず
、例えば金属棒等を用いることも可能である。

また、第１図（および第４図）の例においても、必要に
応して第３図（および第５図）の例と同しように、その
基盤部材（１０）を天部（１３）と、その下部とに分割
した上下２体の部材として準備し、組立工程の適宜の段
階で両者を溶接等により接合−体化するようにしてもよ
い。

上記のように、ボタン頂部ｔ、ｌ’（２０）を、基盤部
材（１０）の天部（１３）の上面に載置して基盤部材（
１０）に保持させているので、前記第６図や第７図に示
した従来の組み立て構造と異なって、ボタン頂部祠（２
０）とこれを保持する基盤部材（１０）との間への酸化
スケールの差込みやそれに起因するボタン頂部０ 材（２０）の脱落等を生じることがない。

また、基盤部材（１０）とボタン頂部材（２０）とを、
機械的な係合関係により連結させることとしたので、両
者を溶接あるいは融着等により金属学的に結合させる構
造と異なって、熱応力とそれに因る毀損を生じることも
ない。

上記基盤部材（１０）とボタン頂部材（２０）の組合せ
になるスキッドボタンの形状は、従来のスキッドボタン
と同様、円錐台形ないし角錐台形状である。

その基盤部材（１０）の天部（１３）の上面（１４）と
これに当接するボタン頂部材（２０）の天板部（２１）
の下面（２２）は水平面であってもよいが、図示のよう
にテーパ面としておけば、ボタン頂部材（２０）に水平
方向の荷重が作用した場合の安定性が高められる点で好
ましい。

基盤部材（１０）の外殻ブロック（１１）の材質は、ボ
タン頂部材（２０）の担持固定部材として必要な強度を
保持する各種耐熱合金、例えば５ｃＨ１２等であればよ
い。その空洞（１２）内のコアブロック（１６）は、例
えば銅、またはアルミニウム、あるいはそれらの合金で
ある。

基盤部材（１０）を、耐熱合金からなる外殻ブロック（
１１）と高熱伝導性金属からなるコアブロック（１６）
との複合構造としたのは、基盤部材（１０）に対するス
キッドパイプ内の冷却水の強制冷却効果を強めるためで
ある。すなわち、外殻ブロック（１１）を形成している
ニッケルクロム合金等の耐熱合金の熱伝導率（に）が約
２５〜３０Ｋｃａｌ／ｍｈ″Ｃであるのに対し、コアブ
ロック（１６）の金属、例えば銅は約３５６Ｋｃａ　Ｉ
　／　ｍｈ　’Ｃ、アルミニウムは約１７５Ｋｃａｌ　
／　ｍｈ’ｃと極めて大きく、この高熱伝導性により、
複合体である基盤部材（１０）の十分な冷却がおこなわ
れ、結果としてボタン頂部材（２０）の保持固定部材と
しての安定性が高められる。コアブロック（１６）は、
炉内雰囲気と接触しないので、その材質は筒状ブロック
（１１）と異なって耐酸化性を必要としない。

なお、外殻ブロック（１１）の空洞（１２）内のコアブ
ロック（１６）は、機械的に嵌込んで空洞の側壁面に密
着させる方法のほか、その金属溶湯を外殻ブロック（１
１）の空洞（１２）内に与えて凝固させることに１ ２ より形成することもできる。

被加熱鋼材が載置されるボタン頂部材（２０）の焼結体
ブロックは、アルミナ、炭化クロム、窒化けい素等、そ
のセラミックの材質は任意であるが、高温圧縮強度や機
械衝撃特性等の点から、熱間静水圧加圧焼結により得ら
れる高緻密質焼結体ブロックが好ましい。

ボタン頂部材（２０）の特に好適な焼結体ブロックは、
Ｃｒ含有量５０〜９５重量％のＣｒ−Ｆｅ合金からなる
焼結体、またはそのＣｒ−Ｆｅ合金と８５重量％以下の
セラミック粒子とからなる混合組織を有する焼結体ブロ
ックである。この焼結体ブロックも熱間静水圧加圧焼結
体であるのが好ましい。従来のスキッドボタン材料であ
る耐熱合金、例えば５ＣＨ１２（０，３Ｃ−１ＯＮｉ−
２０Ｃｒ−Ｆｅ、融点：　１３５０°Ｃ）に比べて、上
記Ｃｒ−Ｆｅ合金焼結体は高融点（融点：　１６００°
Ｃ以上）を有し、１３００°Ｃを越える高温酸化雰囲気
炉中において、冷却水による強制冷却を必要とせず、被
加熱鋼材の荷重に耐える十分な圧縮強度・クリープ変形
抵抗性、および安定した耐酸化性を示す。しかも、その
焼結体ブロックは、セラミック焼結体に比し、著しく高
靭性で、機械衝撃に対する抵抗性にすぐれ、割れ、欠損
等を生じにくい。また、セラミック焼結体と異なって切
削加工により所要形状に仕上げることができ、製作上の
有利性をも備えている。

上記焼結体ブロックのＣｒ−Ｆｅ合金のＣｒ含有量を５
０重量％以上としているのは、高温酸化雰囲気炉中での
十分な強度および耐酸化性を確保するためである。Ｃｒ
含有量を高める程、高融点化し、強度および耐酸化性が
向上するが、９５重量％をこえると、焼結性が悪く、焼
結の不足による強度低下等をきたすので、９５重量％を
上限としている。

他方、上記のＣｒ−Ｆｅ合金とセラミック粒子との混合
組織を有する焼結体は、セラミック粒子の分散強化作用
により、Ｃｒ−Ｆｅ合金単相焼結体を凌ぐ高温強度を有
する。その分散強化作用を十分ならしめるための好まし
い混合量は５重量％以上であり、その増量に伴って効果
は増すが、反面靭性の低下を伴うので、８５重量％を上
限とすべきで３ ４ ある。なお、セラミック粒子の材質は、例えば炭化クロ
１１、炭化けい素、アルミナ、窒化けい素等、任意であ
り、粒径は例えば５〜４０μｍであってよい。

基盤部材（１０）の天部（１３）上面と、これに当接載
置されるボタン頂部材（２０）の天板部（２１）下面と
の間に断熱材層（３０）を介装するのは、ボタン頂部材
（２０）に対する冷却水の冷却作用を抑制するためであ
る。すなわち、基盤部材（１０）は、炉内高温雰囲気の
熱影響を緩和するためにスキッドパイプ（ｐ）内の冷却
水による強制冷却を必要とするのに対し、セラミックま
たは前記Ｃｒ−Ｆｅ合金焼結体ブロックからなるボタン
頂部材（２０）は、前述のように冷却水による強制冷却
を特に必要としない。従って、ボタン頂部材（２０）の
天板部（２１）と基盤部材（１０）の天部（１３）との
間を断熱材層（３０）で遮断しておくことにより、ボタ
ン頂部材（２０）の不要な冷却降温か抑制回避され、結
果として、ボタン頂部材（２０）上の被加熱鋼材（Ｓ）
の局部冷却（所謂スキッドマーク）が軽減し、また冷却
水により炉外に持出される熱損失量が減少する。この断
熱４４層（３０）は、２ｊζタン頂部材（２０）として
前記Ｃｒ−Ｆｃ合金焼結体ブロックを用いる場合に特に
有効である。

上記断熱材層（３０）は、例えばガラス綿（熱伝導率に
：　０．０３〜０．０７Ｋｃａｌ　／　ｍｈ″Ｃ）、気
泡コンクリートに：　０．０６〜０．２８Ｋｃａｌ／ｍ
ｈ’ｃ）、石綿フェルト（に：０．０４５−０．０７９
Ｋｃａｌ　／　ｍｈ″Ｃ）、または泥炭スレート（：　
０．０４〜０．０６Ｋｃａｌ　／ｍｈ’ｃ　）用いて形
成することができ、その層厚は例えば２〜５ｍｍであっ
てよい。

ボタン頂部材（２０）と基盤部ＩＪ’（１０）との界面
の熱伝導を抑制するための上記断熱材は、所望により天
部（１３）のネック孔（１５）と、ネック（２３）との
当接界面等にも介装される。また、同様の目的を以て、
ネック（２３）下端と、基盤部材（１０）のコアブロッ
ク（１６）との間に間隙（Ｇ）が所望により与えられ、
必要に応じその間隙（Ｇ）内にも断熱材が装填される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来のスキッドボタンにおけるような
スケールの差込みに因る金具の変形や、金具と焼結体ブ
ロックとの間の熱応力に因る毀損５ ６ 等を生じず、かつ焼結体ブロックであるボタン頂部材を
保持する基盤部材に十分な冷却効果が加わることにより
、長期に亘って安定な保持状態が維持され、そのメンテ
ナンスの軽減、操炉効率の向上環に大きな効果が得られ
る。また、被加熱網材が当接載置されるボタン頂部材に
対する冷却作用が抑制緩和されることにより被加熱鋼材
の加熱ムラが改善される。

【図面の簡単な説明】

第１図、第３図はそれぞれ本発明の実施例を示す断面図
、第２図は本発明におけるボタン頂部材と基盤部材との
連結の他の例を示す部分断面図、第４図、第５図は本発
明のスキントポタンの構成部材分解説明図、第６図、第
７図は従来例を示す一部切欠正面図である。 １０：基盤部材、１１：外殻ブロック、Ｉ２：空洞。 １３：天部、１５：ネック挿通孔、１６：コアブロツク
１７：着座部、２０：ボタン頂部材、２１：天板部、２
３：２ンク、２４：ピン孔、２５：ピン、２６：リング
。 ２７：鍔部、３０：断熱材層、４０：不定形耐火物塗設
層、Ｐニスキッドパイ７’＋Ｓ’被加熱鋼材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、スキッドパイプの周面頂部に密着して溶接により固
   定される基盤部材（１０）と、その基盤部材に保持され
   るボタン頂部材（２０）からなり、ボタン頂部材（２０
   ）は、上面が被加熱鋼材当接面となる天板部（２１）と
   、その天板部より垂下するネック（２３）とを有し、少
   なくとも天板部（２１）が焼結体からなるブロックであ
   り、 基盤部材（１０）は、底面側に開口する空洞（１２）を
   有し、天部（１３）には前記ボタン頂部材（２０）のネ
   ック（２３）を挿通させるネック挿通孔（１５）が形成
   された耐熱合金からなる外殻ブロック（１１）と、その
   外殻ブロック（１１）の空洞（１２）内の空間を満たし
   てスキッドパイプ表面に接触する高熱伝導性金属からな
   るコアブロック（１６）との複合体であり、前記ボタン
   頂部材（２０）は、その天板部（２１）が断熱材層（３
   ０）を介して外殻ブロック（１１）の天部（１３）の上
   面に担持されていると共に、その天部（１３）のネック
   挿通孔（１５）内に挿通されたネック（２３）の下端に
   おいて外殻ブロック（１１）に対し機械的に係合せしめ
   られていることを特徴とする加熱炉用スキッドボタン。 ２、ボタン頂部材（２０）は少なくともその天板部（２
   １）が、Ｃｒ含有量５０〜９５重量％のＣｒ−Ｆｅ合金
   の焼結体、またはそのＣｒ−Ｆｅ合金と８５重量％以下
   のセラミック粒子とからなる混合組織を有する焼結体で
   あることを特徴とする請求項１に記載の加熱炉用スキッ
   ドボタン。