JPH11505206A - 溶融した鋳造耐火物を製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 溶融鋳造耐火物をつくる過程において炉（30）内で生成された溶融物（35）は、生成実施工程全体を通じて溶融物（35）の表面下に伸張した羽口（10）を通して、実質的に連続してガスを注入することにより、効果的に選鉱ガスで処理され、ガス注入は実施工程の間で維持される。

Description

【発明の詳細な説明】 溶融した鋳造耐火物を製造する方法 技術分野 本発明は、耐火物を製造するための方法に関する。特に、本発明は、耐火物を 製造するための溶融鋳造方法に関し、溶融装入物が選鉱剤で処理される方法に関 する。 背景技術 レンガ、ブロックのようなさまざまな形状の耐火物は、いくつかの方法により 、セラミック物質から製造することができる。例えば、セラミック物質は、高温 で焼結させることにより加工することができるし、マトリクス相を通じて、セラ ミック物質を互いに結合させることもできる。これに代えて、溶融鋳造方法にお いて、最初にセラミック物質は溶解され、所望のサイズおよび形状の鋳型へと鋳 込まれ、冷却後に鋳型から耐火物体が取り出される。セラミック物質は、例えば シリカ、アルミナ、ジルコニア、カルシア（calcia）、クロミア（chromia）、 マグネシア、アルカリ金属酸化物、並びにクロム鉱、ジルコンおよびこれらの混 合物のような酸化物を含む溶融鋳造生成物に適している。 溶融鋳造耐火物を製造する際に、電気アーク炉内でセラミック物質を融解する ことが工業上の慣例となっているが、他の溶融方法で行うこともできる。電気ア ーク工程において、アークは電極と溶融物との間に火炎を生じ る。セラミック物質を入れるための壁を有し、注ぎ口を備えており頂部の開放さ れた若しくは閉じられた湯だまり、またはとりべに入れられた溶融物の表面また は表面の上で、電極は作動する。 溶融鋳造耐火物にはいくつかの用途があるが、特に重要なのは、ガラス工業に おいてであり、ガラス工業では、このような耐火物は溶融ガラスを入れる炉およ びタンクの内張りおよび／または構造材料として使用される。 ガラスの製造において、耐火物の内張りと溶融ガラスとの間の反応は、ガラス 中の泡、ストーンおよびその他の欠陥を引き起こしうる。加えて、ガラス溶融物 への耐火物から分離したガラス相のしみ出しは、さらに溶融物の汚染を引き起こ し、耐火物の早期破損さえも引き起こしうる。 耐火物物質と溶融物との間の化学反応を最小限にしようとする試みは、数十年 続いてきた。1960年に、フランス特許第1,208,577号で、溶融鋳造耐火物体の極 端な多孔性と、一般的にアーク溶融のための電極として使用されているグラファ イトによる酸化溶融物の化学的還元との両方により、上記の効果と逆の効果が促 進されることが開示された。さらに、電極が溶融物から離れ、電極と溶融物との 間のアーク長が大きくなるようにして電極に火炎を生じさせることにより、溶融 鋳造耐火生成物の性 質が改良され得るということが開示された。このことは、“高アーク処理”とし て述べられている。高アークは、電極からの炭素または一酸化炭素により、溶融 物中の酸化物の還元を最小限にする。溶融物を通り抜けるアークは、表面をかき 混ぜ、耐火生成物の多孔性を低くする。'577号特許は、空気または酸素のような 酸化ガス流を、溶融物を通して送ることによってもまた、撹拌が得られることを 、広く開示している。 さらに、この方式に沿って、先の'577号特許と譲受人が同じである米国特許第 3,079,452号は、溶融物とグラファイト電極との間の反応により生成された一酸 化炭素を空気流により除くために、酸化物溶融物上の空気を新しくすることが有 益であるということを開示している。空気は、湯出し口のような空気オリフィス または脱気孔をもつ湯だまりを備えることにより、誘導することができる。譲受 人が同じである英国特許第1,036,893号は、空気が溶融物の表面下に引き入れら れ、溶融物が先述の'577号特許において開示されているのとは異なった手段によ り加熱される湯だまりについて簡単に述べている。米国特許第3,670,061号は、 溶融物を加熱するために使用される中空電極を通して誘導された乾燥アルゴン、 窒素、または炭酸ガスもまた、生成物の性質を改良することを開示している。 米国特許第3,703,391号は、ガスにより気圧を保つ水 冷金属ランスを装入することにより、金属へと酸化ガスを誘導する方法について 言及している。この、ランスが全体的に金属の中へと装入され、次に鋳込みの前 に除去されるという一般的な技術は、多くの溶融鋳造耐火物の製造で採用され、 今でも使われている。しかし、このような水冷ランスを使用すると、シールが破 損したり、または溶接に割れ目が入ったり、またはその他の水冷システムの故障 が起きた場合に、水が急速に蒸発して2000℃の溶融物へと漏れることにより、爆 発が起こる恐れがあるため、処理中に危険要素を導くことになる。 このため、在来のランス技術を使用するならば、たんねんな試験、再試験およ び安全チェックを行わなくてはならない。391'号特許は、溶融物が成形されてま だ鋳込まれていない後に湯だまりを傾ける時間だけ、溶融物中にガスを注入する ために使用される、タップで湯だまりに取り外し可能に係合された水冷ガス注入 ミニランスを取り付けることにより、これらの問題を処理している。他の方式と して、米国特許第3,868,241号は、溶融物が型の中にそそぎ込まれたときにだけ 、溶融物を炭酸ガスと接触させることにより、炭酸ガスを直接溶融物に注入する ことに関連させて、これらの問題を避けている。 溶融鋳造耐火物を製造するための典型的な生成実施を実行する上では、壁のあ る湯だまりにセラミック物質が充填され、電気アークが発火させられ、セラミッ ク物質 が溶解され、溶融物が湯だまりから型または他の形状デバイスへと鋳込まれ、湯 だまりに再びセラミック物質が充填され、新しいセラミック物質が溶解され型へ 注ぎ込まれ、と続く。溶融鋳造耐火物の生成実施は、典型的には数日または数週 間行われ、本質的には、反復的なバッチ処理である。生成実施の最後には、典型 的には電力は減少させられるかまたは切られるかされ、どちらの場合も、湯だま り内にかなりの量の溶融されたセラミック物質の残りが凝固する。次の実施は、 典型的には、再び電気アークを発火させることにより始まり、前回の実施からの セラミックの残りを再溶解させて続く。 発明の開示 選鉱ガスによる溶融鋳造溶融物の処理のための先述の技術の改良は、溶融物が 終始有害な酸化還元反応を続けるだろうという事実を記載していない。従来技術 において、選鉱ガスによる処理および溶融物の撹拌は、一般的に単一バッチを通 じて連続はしない。 ガス処理の不連続性は、溶融物を注ぐ前に大量のガスで勢いよく処理するため に、一部の当業者にとって望ましいように見えるが、これは溶融鋳造生成物にお いて、極端な気孔率を引き起こしうる。最近では当業者は、溶融物からガスの泡 を逃がせるよう、ガス処理が終わる時間と、溶融物が鋳込まれる時間との間で電 源を切るのを遅らせることにより、このことを補償する。しかし、撹 拌による分断により、溶融物のより密度の濃い構成要素が湯だまりの底部に沈殿 する傾向があり、不均一な溶融鋳造生成物ができてしまう。 このように、本発明の目的は、従来技術のこれらの欠点を修正することである 。この目的を達成するに当たり、水冷ガス装入デバイスを使用せずに、水冷ラン スに関連した危険がなく費用がかからないようにして、溶融鋳造生成物を選鉱ガ スにより処理することができるのが望ましい。 これらの目的を達成するに当たり、本発明は、単一または複数バッチの生成物 実施を通じて、溶融されたセラミック物質を、選鉱ガスにより実質的に連続した 方法で処理すること、並びに実施の間でガス処理を維持することを含む、溶融鋳 造方法の改良を提供する。 好適な実施例において、選鉱ガスは酸化剤であり、そのガスは湯だまりの溶融 物の表面下へと伸張している１つまたはそれ以上の羽口により、溶融物へと運搬 される。還元剤からの一定の保護に加えて、本発明は、鋳込み工程を含むそれぞ れのバッチを通して、溶融物の連続的で調整可能な撹拌を提供する。本発明にお いて、溶融物鋳込み工程の間においてさえ、電気アークは絶えず電気を流されて いることが可能であり（必ずしも必要ないではないが）、このことにより溶融物 を比較的均一な温度に保つ。アークはまた、注入されたガスにより与えら れる撹拌を増大させる。 撹拌は、溶融物の化学組成および温度の均一性を改良し、実施の間の溶融物プ ールの底部へのより濃い成分の沈降量を大きく減少させ、鋳込まれた溶融物中の 組成物および温度の変動性を減少させる。電源を入れて鋳込み、連続的に撹拌す ると、電源を切ったときよりも高い溶融温度が得られる。この工程において使用 されるガスの溶解性は、一般的に高温の方が低いため、より高い温度が望ましい 。溶融物中の残留ガスは、低密度およびしみだし傾向の増加のような、鋳造耐火 物の望ましくない性質を引き起こす。しかし、鋳込みの間に電源を入れていても 、連続的なガス注入およびその結果としての撹拌がないと、溶融物の温度は非常 に高くなってしまい、鋳型を製造するのに典型的に使用されている有機結合剤が 気体反応生成物へと分解されてしまい、やはり鋳造耐火物の密度の減少およびし みだし傾向を導く。 羽口は比較的単純でコストが低いため、生成実施を通じて実質的に連続した方 法でガスにより溶融鋳造物を処理すると同時に、ガス注入を維持することが可能 になる。電力を減少させるか、または遮ってしまうことによって湯だまりに大量 の溶融物の凝固を引き起こして生成実施を終えると、羽口の周りで残留溶融物が 凝固し得るため、実施の間でガス注入を維持することが必要である。残留溶融物 の凝固は羽口を固定してしまい、次の実 施の始動のときに、その羽口を再使用するのを妨げる。 本発明および本発明が行うことのできる方法および手段を含む本発明は、好適 実施例を図示した図面および発明の詳細な説明により明らかになる。 図面の簡単な説明 図１は、本発明で使用された好適な羽口アセンブリの平面図である。 図２は、図１の羽口アセンブリの側面図であって、本発明の実施に使用された 炉の一部分と組み合わせたもので、炉は点線と断面で示されている。 図３は、生成バッチのある段階の、電気の流れている本発明の溶融鋳造耐火物 炉の図式的な側面図であり、部分的に断面図になっている。 図４は、図３の同様の図であるが、図３より後の段階の生成バッチの図である 。 発明を実施するための最良の形態 本発明の方法は、生成実施を通して、溶融鋳造炉内において、選鉱剤で溶融物 を連続的に処理するための手段、および実施の間で処理を維持するための手段を 提供する。ガス以外の選鉱剤を使用することもできるが、本発明において使用さ れている選鉱剤は、ガスである。本発明に従って、例えばアルゴン、窒素などの （参照例として米国特許第3,670,061号）酸化ガス以外の選鉱ガスを使用するこ とができるが、酸化ガスを使用するのが好 適である。さまざまな酸化ガスの間でも、空気、酸素、一酸化二窒素、炭酸ガス およびこれらの混合物から選択されたガスが良好な結果を与えることが知られて おり、好適である。これらの酸化ガスの間で、酸素はそのコスト効果のために、 特に魅力的である。 溶融物へのガスの連続的な注入を容易に達成するために、従来技術ですでに良 く知られているランスを利用することができる。例えば、好適には冷却に関連し た妨げのないランスのようなものを、ガスの泡の発散が望ましい表面下、例えば 、ガスの泡に関連した撹拌が最も効果的な地点にまで、溶融物の表面を通して装 入することができる。 しかし、本発明に従うと、溶融物へのガスの連続的な注入は、湯だまりまたは とりべの壁を通して好適に装入されることにより、従来技術において一般に使用 されている“ランス”から有効に区別されている、少なくとも１つの適当に設計 された羽口を注入器として使用することにより、好適に達成される。歴史的には 、羽口は、例えば炉床または高炉のような炉に、ガス流を通して送り込むデバイ スである。羽口が適合しなくてはならない炉、注入されるガスのタイプ、羽口と 接触する媒質の性質、その温度などにより、羽口は無数の異なった設計で製造す ることができる。 羽口は、溶融物を含んだ湯だまりの壁のどこを通して も装入することができるが、溶融物の表面下に装入するのが好適である。多くの 場合、単一の羽口で十分だが、容量の大きな湯だまり、または例えば溶融物中に １種類以上のガスを装入したいときに、効果的に複数の羽口を使用することがで きる。羽口を装入するのに好適な場所は、突出した電極トライアングル、つまり 、セラミック物質を溶融するために一般的に利用されている３つの電極の先端を 頭の中で結合させることによりつくられてできるトライアングルが溶融物を通し て下方向に突出している、そのトライアングル内にガスを装入するために、湯だ まりの底部または底部付近である。 羽口がそのように湯だまりへと装入され、多量の溶融物が凝固し、生成物実施 の終了の信号が送られると、羽口はセラミック物質中で凍結する。このことは、 羽口の破損を引き起こしうる。例えば、セラミック物質が再溶解した場合、次の 実施の開始の際に、羽口を通るガス流は非常にしばしば再生することができない 。結果として、実施の間にガスの注入を維持するための手段を提供し、それによ り連続した実施の間は、ガスが連続的に注入されることを確実にすることが望ま しいということがわかってきた。 ガス注入を実施の間に維持することができる方法はいくつかある。例えば、羽 口は耐火金属（以下に挙げる）を含むことができる。適切に設計することで、こ のよう な羽口はセラミック物質中で凍結することがなく、広がっているスカルの上に羽 口オリフィスが突出している眼り、もし電源が切れていても、羽口からのガス流 は何回もの実施の間、十分に再生することができる。しかし、耐火金属でつくら れた羽口は非常に高価である。 これに代えて、単に炉を“緩速運転”すること、つまり溶融されたセラミック 物質のプールを最小化するように電力を減少させて羽口および最小化されたプー ルを通してガス流を送り続けることによっても、実施の間にガス注入を維持する ことができる。その他の場合、特に羽口が容易に手に入り、比較的安価ならば、 電源を切ることにより実施を終了させ、湯だまり内で溶融物を凝固させ、生成実 施の間で羽口を取り替えることが適している。実施の間でガス注入を維持するた めの後の方の技術は、後に詳述する。実施の間での羽口の交換は、次の実施のた めにガス注入を再生するのを確実にするので、好適である。 羽口が適切に設計され、適切な場所で湯だまりの壁を通して装入されたなら、 羽口のための冷却をする必要がないことがわかっている。しかし、特別な複雑性 および費用は別として、必要ならば羽口の冷却を排除するわけでなく、そのよう な羽口の設計は当業者の技術力によるものである。冷却が必要でも、先述の理由 より、水は伝熱媒質としては避けられるのが好適である。水ではな く、好適には羽口の作動温度において流体であるその他の伝熱媒質を利用するこ とができるし、蒸気圧または選択された流体の反応性により必要とされるならば 、閉鎖されて気圧を保たれたシステムをつくることができる。適当な伝熱媒質は 、例えば溶融アルミニウム、ビスマス、ホウ素、セリウム、コバルト銅、ゲルマ ニウム、ランタン、マンガン、ニッケル、ケイ素、スズおよびこれらの混合物を 含む。 羽口の設計の特定は重要ではなく、多くの異なった設計が効果的であることは 、当業者には明らかである。本発明において使用するためのハードウェアへの取 り付けに関して好適な羽口が、図１および図２に示されている。この羽口は、非 常に基本的な設計であり、比較的安価な物質により構成され、それぞれの製造実 施の後に捨てて必要ならば次の実施のために新しい羽口と取り替えることができ る。これに代えて、耐火金属で構成すると、この設計の羽口は、何回もの生成実 施で使用することができる。 図に、羽口アセンブリ10が、湯だまりの壁31を通して相補的な通路と取り外し 可能なように組み合わせるために、その一端にネジ山20を備えている湯だまりパ イプ19を含むものが示されている。湯だまりパイプ19は、そのもう一方の端部が 湯だまりフランジ15に溶接されている。装入パイプ13が、溶接部14により、運搬 チューブ11 に接合され、内径が装入パイプ13の外径よりも大きい湯だまりパイプ19を通って 伸張している。装入パイプ13は、羽口フランジ16に溶接され、テールパイプ17で 終わっている。羽口フランジ16は、ボルト／ナットの組み合わせである締結装置 18によって、湯だまりフランジ15に取り外し可能なように連結されている。選鉱 ガスは、テールパイプ17へと送られる。 選鉱ガスは運搬チューブ11のオリフィス12のところから出ていき、オリフィス 12は後述のように、耐火物の残りまたはスカル34の表面39の上、または表面39に あることに注目すべきである。作動中、テールパイプ17はガス圧を調整する手段 を含んだガスハンドリング装置のソースと連結されているが、これは簡易化のた めに示されておらず、当業者に周知のものである。 羽口アセンブリは、多くの異なった物質およびその組み合わせから構成するこ とができる。例えば、アルミナのようなセラミックおよびステンレス鋼のような 金属、またはモリブデン、イリジウム、ニオブ、オスミウム、レニウム、タンタ ルおよびタングステンのような耐火金属、並びにこれらの混合物を使用すること ができる。これらの物質の中で、300シリーズステンレス鋼のようなステンレス 鋼が最も安価なため、好適である。運搬チューブ11が商業的に入手可能なミクロ チューブから構成されると、運搬チューブ11のオリフィス12とスカルの 表面39との間の部分は、通常生成実施の間に消費され、そのため運搬チューフ11 は表面39のところで終わって、オリフィス12は表面39のところに位置する。装入 パイプ13にもステンレス鋼を使用するのが最も便利で費用効果があるが、これら および他の物質の選択は重要ではない。所望するならば、付加的な羽口を構成し 、湯だまりの壁31を通して装入することができることは明らかである。 ガス流の速度は、システムの形状寸法、溶融物の性質および使用するガスを考 慮して、ソースのところで調節することができる。溶融物の十分な処理は、ガス 流の速度の範囲全体に渡って達成することができる。 羽口アセンブリ10を湯だまりの壁31内に配置する手段の特定の性質は重要では ないが、羽口アセンブリが容易に取り外し、取り替えできるようにマウントを設 計することが好適である。図２は、後述のようにこのことを行うことができる１ つの方法を図示している。 溶融鋳造生成実施の最後のバッチは、一般的に、最終溶融物を湯だまりから１ つまたはそれ以上の型に鋳込み、次に電源を切り替え、ガス流を切ることにより 、多量（全部でも良い）の溶融物を湯だまり内で凝固させることで終了する。オ リフィス12がセラミック物質の表面下にあるなら、一般的にこの動作によりオリ フィス12に栓がされる。これに代えて、後述のように生成実施の 間、ガス流を残して単に炉を緩速運転してもよい。 運搬チューブ11のオリフィス12に栓がされると、次の生成実施の前に、締結装 置18を取り外した後に羽口フランジ16を回転させることにより、装入パイプ13を ひねることができる。このことは一般的に、特に運搬チューブ11がステンレス鋼 ミクロチューブで構成されているならば、溶接部14のところで装入パイプ13から 運搬チューブ11を外すことになる。次に、装入パイプ13および運搬チューブ11の 残りすべてが湯だまりから引き上げられる。装入パイプ13および引き上げられた 構成要素の残りは、必要な再調整をされ、再使用される。 スカル34を通して湯だまりの壁31に結果としてできた穴から続く湯道は、次に 、好適には第一に、湯だまりの壁31から湯だまりパイプ19および溶接された湯だ まりフランジ15を取り外すことにより掘られる。装入パイプ13および運搬チュー ブ11を囲んだスカルまたは湯だまりの打ち張りの少なくとも一部が耐火物タイル のかけらで構成されているならば、これは比較的容易に行うことができる。この タイプの打ち張りは、一連の生成実施の間溶融せず、そのため装入パイプ13と運 搬チューブ11の湯道は、１回の生成実施から次の生成実施へ、実質的に保持され る。耐火物スカルを掘るために、水冷の、選択的にダイヤモンド付け刃のドリル を使用することも効果的にできる。スカルが先の実施から熱いままなら、冷却水 は スカルと接触すると蒸発する。 次に運搬チューブ11をもつ新しい装入パイプ13が装入され、セラミック物質が 湯だまりに添加され、電源が入れられる。もちろん、運搬チューブ11が先の実施 で凝固した装入物により栓をされなければ、羽口アセンブリはそのままそこに残 されて再使用される。こういったことは、羽口が耐火金属を含んでいる場合、特 に運搬チューブ11がスカル34上に突出している場合に起こりうる。 図３および図４は、炉30内で行われる典型的な溶融鋳造耐火物バッチ工程の間 の本発明の適用を図示している。炉はリム33を備えているが、完全な覆いは必要 ない。炉30は当業者には周知のタイプのものであり、湯だまりのための冷却剤、 電極32のための吊り下げアセンブリなどのような、湯だまりのさまざまな構成要 素は、簡略化のため省略されている。電源は一般的に３つの電極をもつ３相交流 であり、図３および図４では、１つは他のものに隠れて見えない。好適には、電 極は独立して吊り下げられ、溶融物表面36に関するそれらの縦方向の位置は、相 から相への一定の電流を保つために、自動的に調整される。 炉30は、少なくとも１つのガス運搬チューブ11のオリフィス12が生成される溶 融物の表面下にあれば、単一の羽口または複数の羽口がその場所において湯だま りの壁31を入るようにも設計することができる。このことは、 図３および図４で示したように、羽口アセンブリ10を湯だまり31の底部または底 部付近に配置することにより好適に行われる。つまり、羽口アセンブリ10のガス 運搬チューブ11および装入パイプ13は、図２に示したように、湯だまりの底部の ところで湯だまりの壁31およびスカル34を通って通じている。しかし、羽口は、 湯だまりの側部または頂部、もしあるなら覆いを通って誘導され、ガスオリフィ ス12もそのように配置するのが適当である。 適所に羽口アセンブリ10を配置し、図３に示したように炉30がまっすぐにされ 、スカル34のちょうど上の湯だまり空間への選鉱ガスの送りこみが始まることに より、生成実施の第一のバッチが開始され、電気アークを生じさせるために電極 32が励起され、所望のセラミック物質が湯だまりに添加されるが、所望するのな らセラミックパウダーが添加された後に、最初の２つの動作のうちの一方または もう一方または両方を行うことができる。湯だまり内の装入物が溶融され、溶融 工程およびそれ以降の全体に渡って、溶融物35へのガス流が保持され、それによ りガスで溶融物35が撹拌され、処理される。この工程の間、図３および図４に概 略を示したように、入ってくるガス流は溶融物の回転／撹拌効果を引き起こす。 湯だまり内の装入物が溶融された後、湯だまりは図４に示したように傾けられ （使用される手段は図示せ ず）、溶融物は湯だし口37に入り、口38から所望のサイズおよび形状の鋳型また はその他の形状デバイス（図示せず）へと流出する。この一連の工程全体の間、 羽口アセンブリ10からのガス流は、実質的に維持され、電極32に対する電力は、 所望のように、入れたままでも切ってもよい。鋳混みが完成すると湯だまりは直 立させられ、湯だまり内のあらゆる残留溶融物はガスで処理され続ける。実施は 単一のバッチでもよいが、湯だまり内へ追加のセラミック物質が入れられると、 次の実施が開始される。これらの加工工程は、生成実施を完了させるのに必要な 回数だけ反復され、羽口アセンブリ10を通るガスと好適には電源とは、実施を通 じて維持される。実施の最後に、ガスおよび電源を切ることもできるし、または 電力を減少させて“緩速運転”することもできるが、羽口の周りに少量の液体の プールを保持し、選択的に実施の間にガス注入を維持するようにガス流を送り続 けることができる。 【産業上の利用性】 本発明の実施は、次の例にさらに詳しく図示されており、図１は、本発明の方 法を使用して実施されたアルミナ／ジルコニア／シリカ耐火生成物の製造のため の一連の２つの生成工程であり、ガス注入は実施の間、羽口を取り替えることに より維持されている。先の説明より、所望するならば、その他の手段によりガス 注入を保持す ることができることは明らかである。例２および例３は、同じ耐火物の製造のた めの生成実施だが、従来技術の方法および装置を使用したものを図示している。 ３つの実験の結果は表ＩからIVに示されており、これらには、それぞれの生成 実施の個々のバッチからのデータが含まれている。表IおよびIIは、溶融温度お よび組成物の均一性の比較を示しており、表IIIおよびIVはそれぞれ、溶融鋳造 耐火物の酸化レベルおよびしみ出し傾向の比較を示している。 表Ｉに示された溶融温度は、鋳型へと鋳込まれた溶融物流に直接高温計を使用 して計測した。バッチからバッチの間と、与えられたバッチからの鋳込みの間に は、比較的高温で、特に、均一な溶融温度が所望される。 各生成実施での何回かのバッチ鋳込みの間に得られた個々の試験コーンのジル コニア含有量が、表IIに示されている。それぞれの場合において、コーンのジル コニア含有量は当業者に良く知られた方法により決定される。実施毎に変化なく 、ジルコニア含有量が均一であることが望ましい。 表IIIに提示されたデータは、各生成実施での何回かのバッチ鋳込みの間に得 られたサンプルコーン内のセラミック物質の酸化の状態の計測である。コーンの 色は、段階１のグレー（酸化されていない）から、段階10のク リーム色（完全に酸化されている）に分類された、一連の基準色コーンと比較さ れた。一つの生成実施の鋳込みから得られた段階は、提示されている段階を得る ために平均された。このテストでは、高い値が望ましい。 表IVに示されたしみ出し率を得るために、例えばＡＳＴＭ Ｃ1223-92のような 、標準的な方法が利用される。この方法は、ガラス相のしみ出しによる基準サン プルのパーセント体積の増加を計測する。このテストにおいては、より小さい値 が望ましい。 例１ 本発明に従った生成実施 直径3.05ｍ（10フィート）の頂部の開いた湯だまりを含み、湯だし口および湯 口、湯だまり冷却装置および傾斜装置、および在来のアーク炉トランスにより電 源が入れられる３つのグラファイト電極のための吊り下げアセンブリを備え、電 極がそれぞれ吊り下げられ、それらの縦方向の位置は、一定の電流フェーズ−フ ェーズを保つために自動的に調整される、溶融鋳造炉が使用される。図１から４ に図示したように、湯だまりは新しいステンレス鋼の羽口を含む。酸素ガスのソ ースは羽口アセンブリに連結され、羽口を通した酸素の流れは、（1.25ＳＣＦＭ ）3.54×10^-2ｍ³/分の速度で始まり、この速度は生成実施を通じて保たれる。 湯だまりは、次にアルミナ、ジルコニアおよびシリカ を含んだセラミック物質のバッチで充填される。次に電源が入れられ、セラミッ ク物質が溶融される。約１時間後、鋳込みの間に残っている電力で、第一の鋳込 みがされ、湯だまりが再びセラミック物質で充填され、溶融され、鋳込まれる。 実施の間、“電源を入れて”鋳込みがつくられ、新しいバッチが毎時間開始され た。５日間の実施終了後、電源および酸素ガスが切られ、それにより溶融物が湯 だまり内でスカルへと凝固する。 先述の実施が終了した２日後、装入パイプ13はスパナで少し回され、使用され た羽口の構成要素が、湯だまりの壁の穴を通して湯だまりから除去される。次に 、穴を通して空気ドリルが湯だまり内に連結され、スカルを通してはっきりした 湯道が完全にあけられる。所望の長さおよび直径の新しい羽口が湯だまりの壁の 穴へと装入され、図に示したように固定される。 次の生成実施は、湯だまりをアルミナ、ジルコニアおよびシリカセラミック物 質のバッチで充填することにより開始される。実施が完了するまで、アークを発 火させるために電源が入れられ、セラミック物質が溶融し、溶融物が鋳型へと鋳 込まれ、湯だまりが再充填されるというように続く。 例２ 水冷ランスを使用した生成実施 例１で述べたような溶融鋳造炉が利用されるが、この 炉には酸素注入のための羽口アセンブリが湯だまりに備わっておらず、代わりに 湯だまりの頂部から、溶融物へと装入することのできる水中に沈められる水冷銅 ランスを備えている。炉は、例１で使用したものと同じセラミック物質で充填さ れ、１時間続くバッチの中で、セラミック物質は同じように溶融され、鋳込まれ 、そして湯だまりが再充填されるというように続く。しかし、この実験において は、それぞれの溶融物サイクルの最後に電源が切られ、ランスは次に溶融物中に 装入されるだけで、酸素はランスを通して、ほぼ４分間、（15 ＳＣＦＭ）4.25 ×10^-1ｍ³/分の速度で溶融物中に注入される。ランスが抽出された後、溶融物は ２〜３分間ガス抜きをされ、次に鋳込まれる。 例３ 酸素処理しない生成実施 例１および２で述べたような炉が利用され、実施の間の１時間のバッチサイク ルで、同じセラミック物質が同量使用された。しかし、この実験では、溶融物を 酸素処理せず、鋳込みは電源を切って行われた。 本発明を特定の実施例によって図示してきたが、本発明はこれらの実施例によ って制眼されるものではなく、請求の範囲によってその範囲が定まる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス、ディーン・エム アメリカ合衆国ペンシルバニア州16345、 ラッセル、グリーンブライア・サークル 1232

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．溶融鋳造耐火物を製造するための方法であって、 少なくとも２回の一連の生成実施工程を含み、 該生成実施工程のそれぞれは、少なくとも１回は実行されるバッチ法工程 を含み、 該バッチ法工程は、 （１）電気アーク炉の壁のある湯だまりをセラミック物質で充填する工程、 （２）電気アークに電気を流すことによりセラミック物質を溶融する工程、 （３）溶融されたセラミック物質を選鉱ガスで処理する工程、および （４）処理された溶融物を１つまたはそれ以上の鋳型に鋳込む工程、 を含み、 それぞれの実施工程は、前記湯だまり内で相当量の溶融物が凝固すること により終了し、この改良のために、 溶融物の表面下に装入された少なくとも１つの羽口から、それぞれの生成 実施工程を通じて、実質的に連続的して溶融物の表面下に選鉱ガスを注入し、実 施工程間でガス注入を維持する、 ところの方法。 ２．請求項１に記載の方法であって、 実施工程は電気アークの電源を切ることにより終了し、すでに使用された 前記少なくとも１つの羽口を前記湯だまりから除去し、新しい羽口と交換するこ とにより、実施工程の間でガス注入が維持される、 ところの方法。 ３．請求項２に記載の方法であって、 すでに使用された前記少なくとも１つの羽口は、前記湯だまりの中身の少 なくとも一部分を掘ることにより除去される、 ところの方法。 ４．請求項３に記載の方法であって、 前記湯だまりの中身の一部分は、前記湯だまりの壁を通して装入された水 冷ドリルにより掘られる、 ところの方法。 ５．請求項４に記載の方法であって、 羽口アセンブリの一部分は、前記湯だまりの壁の外側に取り外し可能なよ うに取り付けられ、これにより前記湯だまりの中身を掘るのが容易にされる、 ところの方法。 ６．請求項１に記載の方法であって、 前記炉を緩速運転することにより、実施工程の間でガス注入が維持される 、 ところの方法。 ７．請求項１に記載の方法であって、 イリジウム、モリブデン、ニオブ、オスミウム、レニウム、タンタル、タ ングステンおよびこれらの混合物から成る群より選択される耐火金属を含む前記 少なくとも１つの羽口を使用することにより、実施工程の間でガス注入が維持さ れる、 ところの方法。 ８．請求項１に記載の方法であって、 選鉱ガスは、酸化ガスを含む、 ところの方法。 ９．請求項８に記載の方法であって、 酸化ガスは、酸素、空気、一酸化二窒素、二酸化炭素およびこれらの混合 物から成る群より選択される、 ところの方法。 １０．請求項９に記載の方法であって、 酸化ガスは、酸素を含む、 ところの方法。 １１．請求項１に記載の方法であって、 前記少なくとも１つの羽口は、ステンレス鋼から成る、 ところの方法。 １２．請求項１に記載の方法であって、 前記少なくとも１つの羽口は、前記湯だまりの壁を通して装入され、その 長さは、前記湯だまりの内部に打ち張りされたあらゆる凝固した耐火物の残りを 貫く のに十分な長さである、 ところの方法。 １３．請求項１に記載の方法であって、 前記湯だまりの壁を通して装入された単一の羽口が利用される、 ところの方法。 １４．請求項１３に記載の方法であって、 前記羽口は、突出した電極トライアングル内にガスを運搬するために前記 湯だまり内へと装入されている、 ところの方法。 １５．請求項１に記載の方法であって、 改良は、さらに、 少なくとも１回の実施工程において、少なくとも１回のバッチを通して、 連続的に電気アークに電気を流すことを含む、 ところの方法。 １６．請求項１に記載の方法であって、 前記少なくとも１つの羽口は、あらゆる冷却手段から解放されている、 ところの方法。 １７．請求項１に記載の方法であって、 セラミック物質は、シリカ、アルミナ、ジルコニア、カルシア、クロミア 、マグネシア、アルカリ金属 酸化物、並びにクロム鉱、ジルコンおよびこれらの混合物から成る群より選択さ れる、 ところの方法。 １８．請求項１６に記載の方法であって、 セラミック物質は、アルミナ、ジルコニアおよびシリカの混合物を含む、 ところの方法。 １９．溶融鋳造耐火物を製造する方法であって、 （１）セラミック物質を入れるための壁のある湯だまり、セラミック物質の 表面近くに電気アークを生成するための電極手段、セラミック物質を溶融するた めに電気アークに電源を入れる電源手段、溶融物の表面下に選鉱ガスを注入する ために前記湯だまりへと装入される羽口、および溶融物を鋳型へと鋳込むための 手段の提供、 （２） （ａ）前記湯だまりをセラミック物質で充填する工程、 （ｂ）電気アークに電気を流し、セラミック物質を溶融する工程、 （ｃ）実質的に連続して、溶融物の表面下にガスを注入する工程、 （ｄ）溶融されたセラミック物質を、１つまたはそれ以上の鋳型に鋳込む 工程、 （ｅ）生成実施工程を完了するのに必要な場合の （ａ）から（ｄ）の工程の繰り返し、 による生成実施工程の完了、 （３）実施工程の間で実質的に連続的なガス注入を維持するための手段の提 供、および （４）少なくとも１回の（２）の繰り返し、 を含む、ところの方法。 ２０．アルミナ、ジルコニアおよびシリカセラミック物質を含む溶融鋳造耐火物 を製造する方法であって、 （１）セラミック物質を入れるための壁のある湯だまり、セラミック物質の 表面近くに電気アークを生成するための電極手段、セラミック物質を溶融するた めに電気アークに電源を入れる電源手段、一部分が前記湯だまりの壁の外側に取 り外し可能なように取り付けられ、溶融物の表面下に酸素を注入するために前記 湯だまりの壁を通して突出した電極トライアングル内に装入される、単一の非冷 却ステンレス鋼羽口を含む羽口アセンブリ、および溶融物を鋳型に鋳込むための 手段の提供、 （２） （ａ）前記湯だまりをセラミック物質で充填する工程、 （ｂ）実施の間、連続的に電気アークに電気を流し、セラミック物質を溶 融する工程、 （ｃ）実質的に連続して、溶融物の表面下に酸素を注入するために前記羽 口を使用する工程、 （ｄ）溶融されたセラミック物質を、１つまたはそれ以上の鋳型に鋳込む 工程、 （ｅ）生成実施工程を完了するのに必要な場合の、（ａ）から（ｄ）の工 程の繰り返し、および （ｆ）電気アークの電源を切ることによる実施工程の終了、 による生成実施工程の完了、 （３）前記湯だまりの壁から前記羽口アセンブリの取り外し可能な部分を取 り外すことによる羽口の交換、前記湯だまりの壁から装入された水冷ドリルによ る湯だまりの中身の一部分の採掘、スカルを通じて前記羽口を超えたラインに沿 った、使用された前記羽口および前記湯だまり内のあらゆる凝固されたセラミッ ク物質の穴あけ、新しい羽口の装入、および前記羽口アセンブリの除去された部 分の再取り付け、 （４）少なくとも１回工程（２）の繰り返し、および （５）それぞれの繰り返された工程（２）に続く工程（３）の繰り返し、 を含む、ところの方法。