JPH06172834A - 高炉羽口およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐溶損性、耐摩耗性に優れた高炉羽口および
その製造方法を提供する。 【構成】 少なくとも先端部表面に複数のセラミックス
のチップが埋め込まれており、前記セラミックスのチッ
プは一部分がくびれた形状であって、このくびれた部分
は羽口本体の銅に鋳込まれている高炉羽口。また前記セ
ラミックスのチップに貫通孔を設け、該孔にピンを貫通
し、このピンを鋳型の砂に突き刺してセラミックスのチ
ップを鋳型の内面に固定した後鋳込む高炉羽口の製造方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高炉送風羽口およびその
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から高炉の熱風吹き込みに使用され
ている高炉送風羽口（以下羽口）は一般に純度の高い銅
を母材として内部に冷却水を供給する水冷式となってお
り、炉内の高温による溶損を防止している。しかし炉内
に突き出た羽口の先端は炉内の溶銑、溶滓、炉内装入物
に接触する等の過酷な溶損・摩耗の環境下にある。従っ
て溶銑などの接触によって羽口が溶損、摩耗し易く、こ
れによって羽口冷却水の漏れに起因する炉内の冷え込み
や爆発の危険性を有することになる。

【０００３】このような問題を防止するため、従来Ｎｉ
基自溶性合金の肉盛りを羽口の表面に施す手段が多く採
用されてきた。しかしながら、前記Ｎｉ基自溶性合金に
よって羽口は溶銑、溶滓のアタックの他、炉内装入物に
よる機械的摩耗も加わって寿命が短いという問題があっ
た。

【０００４】また、一方において特開昭５３−１３８９
０号公報に記載されているように、高炉羽口の銅母材表
面を自溶性合金層、サーメット層、セラミックス層で順
次被覆することによって耐熱衝撃性及び高温耐摩耗性を
向上させた高炉羽口も提案されているが、比較的コスト
が高くなり、使用中に割れや剥離が生じるため大きな効
果が得られていないのが現状である。この原因として
は、耐摩耗性のある自溶性合金、セラミックス等は通常
熱伝導率が悪いので、溶銑、溶滓等の接触によって表面
の温度が急激に上昇し、これによって繰り返し熱応力が
作用するために自溶性合金、セラミックス等に割れや剥
離が生じることが挙げられる。

【０００５】またセラミックスそのものを羽口に直接取
り付ける方法もある。例えば銅母材に溝加工や穴加工し
て取り付ける場合、セラミックスと銅母材が密着しにく
くセラミックスの冷却が不均一で不十分であった。また
セラミックスを母材に蝋付する方法もあるが機械的な強
度が不十分であり装入物による摩擦力で剥離し易かっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題に鑑み過酷な条件下においても従来より比較的長期の
寿命が得られる高炉羽口およびその製造方法を提供する
ものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するものであって、高炉羽口の少なくとも先端部表面ま
たはその一部に複数のセラミックスのチップが埋め込ま
れており、前記セラミックスのチップは一部分がくびれ
た形状であって、前記くびれた部分は羽口本体の銅に鋳
込まれていることを特徴とする高炉羽口である。またこ
こにおいて、セラミックスの少なくとも銅と接する界面
にはメタライズ層が形成されていることも特徴とする。
またセラミックスのチップは厚みが３〜３０ｍｍ、一辺
が５〜５０ｍｍの角形であること、セラミックスのチッ
プは隣接するチップとの間隔が１〜２０ｍｍで埋め込ま
れていることも特徴とする。

【０００８】また高炉羽口の少なくとも先端部表面また
はその一部に複数のセラミックスのチップが埋め込まれ
ている高炉羽口の製造方法において、前記セラミックス
のチップに貫通孔を設け、該孔にピンを貫通し、このピ
ンを鋳型の砂に突き刺してセラミックスのチップを鋳型
の内面に固定した後、溶融銅を注いでセラミックスチッ
プと銅を一体的に鋳込み、セラミックスのチップ表面よ
り突き出したピンの部分を除去して仕上げることを特徴
とする高炉羽口の製造方法である。

【０００９】

【作用】本発明においては高炉羽口の少なくとも先端部
表面、すなわち炉内装入物による溶損、摩耗のおそれが
大きい部位に複数のセラミックスのチップを配置する。
セラミックスのチップを配置するのは先端部表面のさら
に一部、たとえば装入物の接触の激しい上面のみに行う
こともある。

【００１０】セラミックスの形状は銅の羽口本体への保
持を良好ならしめ、剥離を防止するため一部分がくびれ
た形状にし、このくびれの部分が羽口本体の銅に埋めこ
まれる形にする。このようなセラミックスのチップを配
置した羽口を実現するにはセラミックスを鋳込みにより
取り付ければよい。

【００１１】セラミックスの種類は、サイアロン、窒化
珪素、ＢＮなど熱衝撃で割れにくい材質であれば良い。
またセラミックスの大きさは、厚みが３〜３０ｍｍ、縦
横の一辺が５〜５０ｍｍの範囲が好ましい。厚みが３ｍ
ｍ以下であると銅による保持力が弱く使用中脱落する。
３０ｍｍ以上であると鋳込み時に割れやすくなり製品と
しての歩留りが悪い。また、セラミックスの表と裏で温
度差が大きくなり使用中の割れの原因となる。一辺の大
きさは５ｍｍ以下だと銅による保持力が弱く使用中脱落
する。５０ｍｍ以上だと鋳込み時に割れやすくなり製品
としての歩留りが悪い。また、溶銑に接触した場合局部
的に高温部が生じて割れたり剥離し易くなる。

【００１２】セラミックスの間隔は１〜２０ｍｍが好ま
しい。１ｍｍ以下ではセラミックス同士が熱膨張で接触
して割れる可能性がある。また、２０ｍｍ以上では銅の
露出部が大きくセラミックスの耐摩耗性を発揮できなく
なる。

【００１３】また、セラミックスの表面にメタライズ層
を設けると銅と化学的な接合層が形成できセラミックス
の冷却性能が向上する。メタライズは酸化銅と珪酸を混
合してペースト状にしてセラミックスに塗布し１２００
℃で３０分焼成する方法等がある。メタライズ層による
接合は銅との接触が良好であり、銅から効率よく冷却さ
れる。従って、セラミックスの温度上昇が抑制されるの
で割れや銅母材との膨張差による熱応力が緩和できる。

【００１４】上記のように本発明の高炉羽口は鋳造によ
りセラミックスのチップをその表面に配置するものであ
るが、単にセラミックスのチップを鋳型に貼りつけて鋳
造するだけでは、溶湯を注いだときにセラミックスが浮
き上がりうまく鋳込めないことが多かった。そこで本発
明はさらにこの問題を解決した高炉羽口の製造方法も提
供するものである。

【００１５】セラミックスを砂型に取り付ける場合、接
着剤で取り付ける方法が考えられるが、溶融銅の注入時
に接着剤が劣化してセラミックスが砂型から剥離してし
まいセラミックスと銅の一体的な鋳込みが不可能であっ
た。本発明はこの点を解決したものである。図１は鋳型
にセラミックスのチップをセットした状態の一部分断面
図である。この図に示すようにセラミックス１の表面か
ら裏面に貫通する孔２を設け、該孔２に一方が孔２より
も大きい例えばフランジ状の形状を有するピン３を差し
込み、更に前記ピン３のもう一方を砂型４に差し込んで
セラミックス１を砂型４に固定する方法である。鋳造後
型から取り出してセラミックスのチップ表面より突き出
したピンの部分は切断除去すればよい。なお、図中５は
チップのくびれ部分である。

【００１６】ピン孔２の大きさは１〜１０ｍｍが好まし
い。１ｍｍ以下であるとセラミックス１の孔開け加工が
困難である。１０ｍｍ以上であるとセラミックス１の露
出部分が大きすぎて十分に耐熱、耐摩耗性を発揮できな
くなる。一方、ピン３の太さは０．５〜９．５ｍｍが好
ましい。０．５ｍｍ以下であるとセラミックス１を砂型
に固定する強度が不足する。９．５ｍｍ以上であると鋳
込み後にピン３を切断除去するのが困難となる。またピ
ン３の長さは砂型４に１０ｍｍ以上突き刺すのが好まし
い。砂との固定を強固にするためピンの表面に溝を付け
たりすれば効果的である。

【００１７】砂型４の砂は通常ケイ砂が使用される。ケ
イ砂を珪酸ソーダと十分に混練し、砂型用の砂を作る。
砂型用砂を木型に合わせて砂型４を作る。この後、砂型
４の中にセラミックス１の中に通したピン３を砂型４の
中に突き刺し固定する。この後、砂型４に炭酸ガスを吹
き込み珪酸ソーダをガラス質に変えて砂型を強固に固め
る。または、砂型４の珪酸ソーダをガラス質に変えてか
ら、ドリル等で砂型４に小穴をあけて、セラミックス１
の中に通したピン３を差し込んでも可能である。このよ
うにして製作した砂型４に１２００℃の溶融銅６を流し
込んで、セラミックス１を羽口表面に鋳込む。

【００１８】ピン３の材質は純銅、真鍮、ステンレス
鋼、鉄、セラミックスなど耐熱性と機械的強度があれば
使用可能である。また鋳型の材料も上記の炭酸ガス硬化
型のものの他にアミン硬化型のものや通常の焼き型も当
然使用可能である。

【００１９】

【実施例】本発明の実施例として図１から図２に示す手
順で鋳造し、図３に示す高炉羽口を製造した。すなわち
図２は図１と同様であるが、溶湯を注入して本体の銅６
が凝固し鋳造が終了した状態を示している。また図３は
高炉羽口の一部分の断面図で、８が先端部分、７は冷却
路である。

【００２０】セラミックスの種類はサイアロンでセラミ
ックスの大きさは、厚みが８ｍｍで縦×横が２０×２０
ｍｍである。また、ピン孔の大きさは３．２０ｍｍ、ピ
ンの太さは３．０ｍｍでピンの材質は純銅にした。また
セラミックス同士の間隔は３ｍｍにした。セラミックス
は表面処理しないものと表面にメタライズとして酸化銅
と珪酸を混合してペースト状にしてセラミックスに塗布
し１２００℃で３０分焼成したものとを用いた。

【００２１】以上のようにして製作したセラミックスの
操業中の表面温度は最高で４００℃であり、銅により十
分冷却されることが確認できた。また、この羽口は連続
２０ケ月使用した後取り外して観察したところセラミッ
クスの剥離や割れは全く生じておらず銅の摩耗も無かっ
た。

【００２２】

【発明の効果】本発明の高炉羽口はその表面を保護する
セラミックスのチップが強固に保持され、また銅とセラ
ミックスの密着性が良好なのでセラミックスは銅から均
一に冷却され、セラミックスの一部分に高い熱応力が発
生することもない。また、セラミックスの表面にメタラ
イズ層を形成しておくとセラミックスと銅が化学的な金
属結合層を形成するので、セラミックスと銅間の熱伝導
が向上し銅の冷却効果が向上できセラミックスの温度上
昇が抑制されるので割れや銅母材との膨張差による熱応
力が緩和できる。また本発明の製造方法によれば、セラ
ミックスを砂型に強固に固定でき、１２００℃の高温の
溶融銅に接しても砂型から浮き上がることがないのでセ
ラミックスと銅を密着して接合できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】砂型にセラミックスチップを差し込み固定した
際の部分断面図

【図２】図１の砂型に銅を鋳込んだ状態の部分断面図

【図３】本発明の高炉羽口の部分断面図

【符号の説明】

１ セラミックス ２ 孔 ３ ピン ４ 砂型 ５ くびれ部分 ６ 銅 ７ 冷却路 ８ 先端部分

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高炉羽口の少なくとも先端部表面または
   その一部に複数のセラミックスのチップが埋め込まれて
   おり、前記セラミックスのチップは一部分がくびれた形
   状であって、前記くびれた部分は羽口本体の銅に鋳込ま
   れていることを特徴とする高炉羽口。
2. 【請求項２】 セラミックスの少なくとも銅と接する界
   面にはメタライズ層が形成されていることを特徴とする
   請求項１記載の高炉羽口。
3. 【請求項３】 セラミックスのチップは厚みが３〜３０
   ｍｍ、一辺が５〜５０ｍｍの角形であることを特徴とす
   る請求項１または２記載の高炉羽口。
4. 【請求項４】 セラミックスのチップは隣接するチップ
   との間隔が１〜２０ｍｍで埋め込まれていることを特徴
   とする請求項１ないし３記載の高炉羽口。
5. 【請求項５】 高炉羽口の少なくとも先端部表面または
   その一部に複数のセラミックスのチップが埋め込まれて
   いる高炉羽口の製造方法において、前記セラミックスの
   チップに貫通孔を設け、該孔にピンを貫通し、このピン
   を鋳型の砂に突き刺してセラミックスのチップを鋳型の
   内面に固定した後、溶融銅を注いでセラミックスチップ
   と銅を一体的に鋳込み、セラミックスのチップ表面より
   突き出したピンの部分を除去して仕上げることを特徴と
   する高炉羽口の製造方法。