JPH0514151U - 加熱炉用スキツドボタン - Google Patents
加熱炉用スキツドボタンInfo
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- JPH0514151U JPH0514151U JP6876691U JP6876691U JPH0514151U JP H0514151 U JPH0514151 U JP H0514151U JP 6876691 U JP6876691 U JP 6876691U JP 6876691 U JP6876691 U JP 6876691U JP H0514151 U JPH0514151 U JP H0514151U
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- Heat Treatments In General, Especially Conveying And Cooling (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 スキッドボタンの高温強度、耐酸化性を高め
てボタン頂部に対する強制冷却を緩和することにより、
被加熱鋼材の加熱ムラ(スキッドマーク)の軽減、およ
び炉の熱経済性の改善を図る。 【構成】 スキッドボタンを、Cr−Fe合金(Cr:
60〜95%,融点:1600℃以上,平均結晶粒径:
50μm以上)からなる上部層11と、セラミック焼結
体からなる中間層(断熱層)12と、耐熱合金からなる
下部層13の三層積層体とする。
てボタン頂部に対する強制冷却を緩和することにより、
被加熱鋼材の加熱ムラ(スキッドマーク)の軽減、およ
び炉の熱経済性の改善を図る。 【構成】 スキッドボタンを、Cr−Fe合金(Cr:
60〜95%,融点:1600℃以上,平均結晶粒径:
50μm以上)からなる上部層11と、セラミック焼結
体からなる中間層(断熱層)12と、耐熱合金からなる
下部層13の三層積層体とする。
Description
【0001】
本考案は、加熱炉内の被加熱鋼材支持部材であるスキッドボタンの改良に関す る。
【0002】
加熱炉内の被加熱鋼材移送手段であるスキッドビームは、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ッドボタンを取付 けた構造を有している。図4において、Pはスキッドパイプ、10はパイプPに 溶接W1により取付けられているスキッドボタンである。スキッドボタン10は ニッケル・クロム系合金鋼(SCH 12等)に代表される耐熱合金鋼からなる 円柱・円錐台形状ないし角柱・角錐台形状を有するブロックであり、その頂面に 被加熱鋼材Sが接触載置される。 スキッドパイプP内には冷却水が流送され、その冷却作用によりスキッドボタ ン10に対する炉内高温酸化性雰囲気の熱影響を緩和し、被加熱鋼材の荷重に耐 える強度を保持させると共に、その表面の酸化損傷を防止するようにしている。 なお、スキッドボタン10の側周面には、炉内高温酸化雰囲気との接触を遮断す るための不定形耐火物層Rが塗設されるのが通常である。
【0003】
近時は加熱炉操業効率の向上等を目的として、1300℃ないしはそれを越え る高温操業が一般化しつつある。これに伴ってスキッドボタンは、被加熱鋼材の 荷重による圧縮変形や、表面の酸化損傷が加速され、耐用寿命の低下、メンテナ ンス負担の増大等が著しくなっている。 この高温操業下のスキッドボタンの強度低下や酸化損傷は、スキッドパイプ内 の冷却水による強制冷却作用を強化することによってある程度抑制緩和すること も可能ではあるが、強制冷却を強化することは、それだけ冷却水により炉外に持 出される炉内熱量の損失増大を余儀なくされることであり、また被加熱鋼材の加 熱ムラ(スキッドボタンとの接触面に生じる局所的低温部である所謂スキッドマ ーク)の発生が助長され、その後の鋼材の圧延品質の低下を免れない。
【0004】 その対策として、セラミックの焼結体ブロックをスキッドボタンとして使用す る試みもなされている。しかし、セラミックは脆性材料であるので、被加熱鋼材 の搬送操作過程で繰返し衝撃が加わることによる割れや欠損を生じ易く、安定な 使用は期し難い。 本考案は上記問題点を解決するための改良されたスキッドボタンを提供する。
【0005】
本考案は、頂面を被加熱鋼材支持面としてスキッドパイプに取付けられるスキ ッドボタンにおいて、 頂面側の上部層と、スキッドパイプ側の下部層と、これらの層間の中間層とか らなり、 上部層は、Cr含有量が60〜95%で、0.8%以下のCおよび5%以下の Siの混在が許容され、残部は実質的にFeである化学組成を有し、融点160 0℃以上、平均結晶粒径50μm以上であるCr−Fe合金、 中間層は、セラミック焼結体、 下部層は、耐熱合金鋼からなる三層積層体であることを特徴としている。
【0006】 以下、本考案について詳しく説明する。 本考案のスキッドボタンは、上部層と、中間層と、下部層とからなる三層積層 体である。図1において、11は上部層、12は中間層、13は下部層である。
【0007】 上部層11は、Cr含有量が60〜95%で、融点は1600℃以上、結晶粒 径(平均)は、50μm以上であるCr−Fe合金で形成されている。C,Si 等は、1600℃以上の融点が確保される範囲内で混在が許容され、Cは約0. 5%以下、Siは約5%以下混在してさしつかえない。
【0008】 上部層11を前記Cr−Fe合金で形成しているのは、このものが、1300 ℃を越える高温度の酸化雰囲気において、被加熱鋼材の高荷重が反復作用しても 殆んど変形を生じない高い圧縮変形強度と、長期に亘り殆んど酸化損傷をうけな い耐酸化性を有しているからである。その耐酸化性は、上記の高Cr含有(60 %以上)と高融点(1600℃以上)であることにより、また圧縮変形強度は、 高Cr含有および高融点と、平均粒径50μm以上の粗粒結晶組織であることの 効果として与えられる。なお、Cr含有量の上限を95%としているのは、靱性 を確保するためである。
【0009】 上部層11であるCr−Fe合金は、高周波溶解等による所定組成のCr−F e合金溶湯を鋳型に注入し凝固させて得られる鋳造体ブロック、あるいは所定組 成のCr−Fe合金粉末を焼結原料とし、熱間静水等方圧加圧焼結法等により製 造される焼結体ブロックである。そのCr−Fe合金ブロックの粗粒結晶組織( 平均粒径:50μm以上)は、鋳造体ブロックでは、例えばその鋳造に砂型鋳型 を用いて比較的緩徐の冷却速度で凝固させることにより形成することができ、ま た焼結体ブロックの場合は、焼結原料であるCr−Fe合金粉末として粗粒のも の(平均粒子径:約200μm以上)を使用するか、または焼結の後、焼結処理 温度(約1000〜1500℃)より高い適当な温度(例えば1300〜160 0℃)に適当時間(例えば10〜20Hr)保持する熱処理を施すことにより、 その結晶組織を平均粒径50μm以上の粗粒組織とすることができる。
【0010】 上部層11を形成する前記Cr−Fe合金は、1300℃ないしそれ以上の高 温に耐える強度と耐酸化性を有するので、従来の耐熱合金製スキッドボタンの場 合のような強い強制冷却を必要としない。そのCr−Fe合金層の下面側に、中 間層として介在させたセラミック焼結体は、Cr−Fe合金層の過度の冷却降温 を回避するべく、Cr−Fe合金層に対するスキッドパイプからの強制冷却を抑 制するための断熱層の役目を有している。
【0011】 すなわち、上部層11のCr−Fe合金の熱伝導率κは、約30〜40kca l/m・hr・℃と高熱伝導性(これは、従来のスキッドボタン材料であるSC H12等の耐熱合金の熱伝導率 約20〜30kcal/m・hr・℃よりも高 い)であるのに対し、セラミックのそれは、材種にもよるが、概ね2〜8kca l/m・hr・℃と、低熱伝導性である。このセラミックを中間層とする断熱効 果により、スキッドパイプから上部層のCr−Fe合金層に対する冷却作用が効 果的に緩和され、上部層を1300℃ないしそれ以上の高温状態に保持すること が可能となる。
【0012】 中間層12を形成するセラミックは、酸化物系(ジルコニア,アルミナ等)、 窒化物系(窒化けい素等)、または炭化物系(炭化けい素等)等であり、材種の 選択は任意であるが、その焼結体は、熱間静水等方圧焼結法等のように高加圧力 (例えば1000〜2000kgf/cm2 )の均一な作用下に製造された高緻 密質のものが機械強度等の点から好ましく用いられる。
【0013】 セラミックからなる中間層12の下面側に、下部層13として耐熱合金の層を 設けているのは、これによりスキッドパイプに対するスキッドボタンの取付けに 溶接を適用することができ、強固で安定した固定状態を確保することが容易とな るからである。 なお、下部層13はスキッドパイプからの強制冷却作用が十分に加わるので、 その耐熱合金の材質の選択に困難はなく、従来のスキッドボタン材料として使用 されているニッケル−クロム系耐熱鋳鋼等で十分である。
【0014】 上部層11であるCr−Fe合金ブロックと、中間層12であるセラミック焼 結体ブロックとの接合、およびセラミック焼結体ブロックと下部層13の耐熱合 金ブロックとの接合は、例えば熱間静水等方圧加圧法を適用し、加圧・加熱下に 処理(例えば、1200〜1300℃×1000〜1200kgf/cm2 × 2〜8Hr)することにより十分に達成することができる。
【0015】 別法として、遷移金属もしくはその合金(Cr,Fe,Ni,Cr−Fe,C r−Ni,Fe−Ni,Cr−Ni−Fe等)の粉末を接着剤としてブロックの 重ね合せ面に塗布して重ね合せたうえ、酸化雰囲気(大気)炉中、接合剤金属の 融点より低い温度(例えば、融点−30〜400℃)に適当時間(例えば1〜3 Hr)加熱保持する方法を適用することもできる。その接合剤金属の具体例とし て、15〜25%Cr−15〜25%Fe−Ni合金等が挙げられる。
【0016】 上部層11、中間層12、および下部層13の各ブロック間の重ね合せ面の形 状について、図1では、その重ね合せ面が平坦な水平面である例を示しているが 、それに限定されず、例えば円錐形状等の斜面を有する上向きもしくは下向に凸 の重ね合せ面とすることにより、実使用時に水平方向の外力が加わった場合の接 合面の損傷剥離に対する抵抗性を強化することもできる。
【0017】 本考案のスキッドボタンは三層積層形態を有する点を除いて、その外観形態は 通常のスキッドボタンのそれと特に異ならず、高さ寸法 約100〜200mm 程度の柱状体であり、また各層の層厚は特に限定されないが、例えばCr−Fe 系合金の上部層11は40〜60mm、セラミック焼結体の中間層12は20〜 60mm、耐熱合金の下部層13は60〜150mmである。
【0018】
本考案のスキッドボタンのCr−Fe合金からなる上部層11は、1300℃ 前後の高温状態での使用に十分に耐える。使用時の温度が1300〜1350℃ 程度であれば実質的に強制冷却の付加は必要としない。この高温保持により被加 熱鋼材のスキッドマークの緩和、および冷却水による熱量損失が減少する。 セラミック焼結体からなる中間層12は、その断熱効果により、上部層11に 対するスキッドパイプからの強制冷却の作用を抑制し、上部層11を高温状態に 保持することを可能とする。 耐熱合金からなる下部層13は、スキッドパイプPに対するスキッドボタン1 0の取付けに溶接の適用を可能とし、また被加熱鋼材支持面部材として必要な強 固な取付け状態を容易に確保することができる。
【0019】
(1)スキッドボタンの構成部材上部層 Cr−Fe合金(Cr:84.5%,C:0.02%,Si:2.5%,Ba l:Fe)の砂型鋳造による鋳造体ブロック。融点:1680℃,平均結晶粒径 :200μm。中間層 下記のa,b2種のセラミック焼結体ブロック(熱間静水等方圧焼結品) a:ジルコニア(焼結処理:1500℃×1100kgf/cm2 ×2Hr) b:アルミナ(焼結処理:1600℃×1100kgf/cm2 ×2Hr)下部層 27%Cr−20%Ni−40%Co−Fe系耐熱鋳鋼の鋳造体ブロック
【0020】 (2)上部層(Cr−Fe合金ブロック)の材料特性 高温圧縮変形強度: 0.5kgf/mm2 の荷重を反復作用させる高温圧縮変形試験(負荷4秒間 −無負荷4秒間の繰返し・試験温度:1350℃)における反復回数104 回後 の圧縮変形量を、従来のスキッドボタン材料である耐熱鋳鋼SCH12と比較す ると、SCH12の変形量が約4.5%であるのに対し、約1.5%(以下)と 、約1/3以下である。
【0021】 耐酸化性: 1350℃の大気雰囲気中に100時間保持したときの酸化減量は、SCH1 2の約70g/m2 ・Hrに対し、約4g/m2 ・Hr以下と、1/10以下で ある。
【0022】 (3)スキッドボタンの組立 熱間静水等方圧加圧処理(1300℃×1100kgf/cm2 ×2Hr)に より各ブロックを互いの重ね合せ面間で接合して供試スキッドボタンA,Bを製 作した。スキッドボタンA :中間層にジルコニア焼結体ブロックを使用スキッドボタンB :中間層にアルミナ焼結体ブロックを使用 いずれも高さH:160mm、上部層厚h1 :40mm、中間層厚h2 :40 mm、下部層厚h3 :80mmで、頂面径dは90mmである(図2)。
【0023】 また比較例として次の2つのスキッドボタンCおよびDを用意した。Cr−F e合金および耐熱合金は上記と同一組成である。供試スキッドボタンC :Cr−Fe合金ブロックの上部層と耐熱合金の下部層の 二層積層体。供試スキッドボタンD :上部から下部に亘って全体をCr−Fe合金ブロックの 単層体として形成。
【0024】 (4)加熱試験 各供試スキッドボタンを、図2に示すように溶接によりスキッドパイプP上に 溶接により取付け、耐火物被覆層Rを塗設し、1350℃の雰囲気中における表 面の温度分布を測定する。図中の符号イ〜ヌは測温位置を示している。イ〜ヘは 頂面における中心から半径方向の各位置、ト〜ヌは頂面稜部から中間層との境界 部までの側面に沿った上下方向の各位置である。
【0025】 上記加熱試験結果を図3に示す。各図中のグラフの符号は、供試スキッドボタ ンの符号である。図示のように、スキッドボタンC(Cr−Fe合金ブロックと 耐熱合金ブロックの二層積層体)およびスキッドボタンD(Cr−Fe合金ブロ ック単層体)では、頂面中央部付近の温度が1250℃以下と、炉内雰囲気に対 し100℃以上の温度差を呈しているのに対し、考案例のスキッドボタンA(中 間層:ジルコニアセラミック)およびスキッドボタンB(中間層:アルミナセラ ミック)は、三層構造における中間層の断熱効果により、頂面温度は約1330 ℃以上の高温状態を有している。
【0026】
本考案のスキッドボタンは、1300℃ないしそれ以上の高温酸化性雰囲気炉 中において従来のスキッドボタンを凌ぐ安定な使用が可能であり、被加熱鋼材の スキッドマークを軽減し、より均一な加熱を達成することができる。また、スキ ッドボタンの強制冷却抑制効果として、冷却水により炉外に持ち出される熱損失 量が減少する。従って、被加熱鋼材の品質向上、および熱経済性の改善等の効果 が得られる。
【図1】本考案のスキッドボタンの実施例を示す縦断面
図
図
【図2】実施例関係のスキッドボタンの形状および測温
位置説明図
位置説明図
【図3】スキッドボタンの表面の温度分布を示すグラフ
【図4】従来のスキッドボタンを示す縦断面図
10 スキッドボタン,11:上部層,12:中間層,
13:下部層,P:スキッドパイプ,R:耐火物被覆
層,S:被加熱鋼材。
13:下部層,P:スキッドパイプ,R:耐火物被覆
層,S:被加熱鋼材。
Claims (1)
- 【請求項1】 頂面を被加熱鋼材支持面としてスキッド
パイプに取付けられるスキッドボタンにおいて、 頂面側の上部層と、スキッドパイプ側の下部層と、これ
らの層間の中間層とからなり、 上部層は、Cr含有量が60〜95%で、0.8%以下
のCおよび5%以下のSiの混在が許容され、残部は実
質的にFeである化学組成を有し、融点1600℃以
上、平均結晶粒径50μm以上であるCr−Fe合金、 中間層は、セラミック焼結体、 下部層は、耐熱合金鋼からなる三層積層体であることを
特徴とする加熱炉用スキッドボタン。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6876691U JPH0514151U (ja) | 1991-08-02 | 1991-08-02 | 加熱炉用スキツドボタン |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6876691U JPH0514151U (ja) | 1991-08-02 | 1991-08-02 | 加熱炉用スキツドボタン |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0514151U true JPH0514151U (ja) | 1993-02-23 |
Family
ID=13383188
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6876691U Pending JPH0514151U (ja) | 1991-08-02 | 1991-08-02 | 加熱炉用スキツドボタン |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0514151U (ja) |
-
1991
- 1991-08-02 JP JP6876691U patent/JPH0514151U/ja active Pending
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