JPS61261422A - 加熱炉用スキツドボタン - 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、ウオーキングビーム式加熱炉における被加熱
材を担持するスキッドボタンに関する。

〔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、ビレット等の被加熱材を固定ビ
ームと移動ビームに交互に置き換えながら搬送する。こ
れらのビームは、スキッドバイブ上に、一定の間隙を置
いてスキントポタンを固着したものであって、被加熱材
はスキッドボタンの天面に載置される。

このスキッドボタンとしては、従来より耐熱合金（例え
ば、５ＣＨ１２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、耐熱合金にとってもその使用条件は極め
て苛酷である。このため、一般にはスキッドパイプ内に
冷却水を送通し、伝導伝熱によりスキッドボタンを強制
的に冷却するようにしている。

上記のようにスキッ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、スキッド
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
ット等が圧延された場合の板厚および板幅寸法の精度に
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、スキンドパイブ内に多量の冷却水を送通して、ス
キッ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、セラミック焼結体をスキントポタンとして使
用し、これを第１１図に示すように、スキッドパイプ（
Ｐ）上に係止具（９０）にて固定するようにしたものが
試みられてはいる。

〔解決しようとする問題点〕

しかし、その使用時に、スラブ等の重量物である被加熱
材による上下方向あるいは横方向の荷重がかかるため、
スキッドボタン本体（１０）に割れが生じ易く、安定し
た炉操業を維持することは困難である。

本発明は、上記実情に対処すべくなされたものであり、
セラミック焼結体をスキッドボタン本体とし、使用時に
割れが生じることなく、安定した加熱炉操業を維持する
ことができるスキッドボタンを提供しようとするもので
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係るスキッドボタンは、円錐台状頂部を有する
軸対称形状のセラミック焼結体からなるスキッドボタン
本体と、 スキッドボタン本体を載置するための耐熱合金製底板部
材と、 該底板部材に載置されたスキッドボタン本体に外嵌され
てスキッドボタン本体を底板部材上に保持するための、
頂部内面にスキントポ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、スキッドボタン本体の高さをＨ（鶴
）、スキッドボタン本体の天面から筒状押え金具の天頂
部までの距離をＸ（ｍ）とするとき、該距離Ｘは、（ｉ
）スキッドボタン本体の天面に略等分布荷重がかかる状
態で使用される場合は、 Ｘ≦ＨＸ１０”’　（４，４Ｘｌ０−”ＸＨ＋１．２）
・・（Ｉ）を満たし、また、 ＜　ｉｉ　）スキッドボタン本体に横方向の荷重がかか
る状態で使用される場合には、 Ｘ　：５ＨｘｌＯ−’　（５，９Ｘｌ０−’ｘ　Ｈ＋２
．４）　・・（Ｉｆ）を満たしていることを特徴とする
ものである。

〔作用〕

本発明によれば、セラミック焼結体からなるスキントポ
タン本体は、該本体に外嵌された筒状押え金具により底
板部材上に保持されているので、スキッドボタン本体上
に載置される被加熱材の上下方向・横方向の荷重による
割れが生じ難く、また被加熱材は、スキッドボタン本体
の断熱効果により温度ムラがなく均一に焼上げられる。

本発明スキッ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）はセラミック焼結体からなる軸
対称形状を有するスキッドボタン本体であり、この例で
は天面から底面に到る一定のテーパを有する円錐台形を
有している。

（２０）は耐熱合金製底板部材であり、その上面にスキ
ッドボタン本体（１０）が載置される。

（３０）は耐熱合金製筒状押え金具であり、その頂部に
、スキントポタン本体（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。スキントポ
タン本体（ｌＯ）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）にテーパ部（３１）を設ける
のは、スキントポタン本体（１０）を筒状押え金具（３
０）内に押え込み、該金具（３０）内から抜は出るのを
防ぐためである。

上記スキッドボタンは、スキッドボタン本体（１０）を
底板部材（２０）上に載置し、これに筒状押え金具（３
０）をかぶせ、その下端部（３２）を底板部材（２０）
に溶接することにより組み立てられる。この場合・溶接
熱による筒状押え金具（３０）の変形・位置ずれを防止
するために、図示のように、筒状押え金具（３０）の下
端部に外周縁を切欠して円周突起（３２）を設けると共
に、底板部材（２０）の上面の周縁に、上記円周突起（
３２）に対応する環状突起（２１）を設け、これに筒状
押え金具（３０）の円周突起（３２）を嵌め合わせ、か
つその嵌め合わせ部の外周面に略Ｕ字型開先導（４０）
を設けておき、その開先溝（４０）部を溶接（Ｗ）によ
り接合することが好ましい。

上記のように組み立てられたスキッドボタンは、第５図
に示すようにスキンドパイブ（Ｐ）上に溶接（Ｗｌ）に
より取付けられ、加熱炉内においてスキッドボタン本体
（１０）の天面上に被加熱材を担持する。

本発明においては、上記のように組み立てられるスキッ
ドボタン本体（１０）とこれを囲繞する筒状押え金具（
３０）とは、その組み立てられた状態において、スキッ
ドボタン本体（１０）の天面から筒状押え金具（３０）
の天頂部までの距離（Ｘ）が、前記（Ｉ）式または（ｎ
）式を満たすように、その高さ寸法が規定される。これ
について説明すると、第７図は、スキッドボタン本体（
１０）の天面に載置される被加熱材の上下方向の等分布
荷重によりスキッドボタン本体（１０）に発生する主応
力をＦＥＭ（ＮＡＳＴＲＡＮ）（有限要素法）を用いて
計算した結果を示す。但し、スキッドボタン本体（１０
）の高さく）１）は５５鶴（底面と側面とのなす角度：
４５〜８０　”　）であり荷重は１ｋｇｆ／ｌａｒ”で
ある。その主応力は天面側領域で圧縮応力、下部領域で
引張応力であり、天面からの距離（Ｘ）：約２０ｍｍの
位置において、圧縮応力から引張応力に変化している。

第８図は、スキッドボタン本体（１０）の高さくＨ）が
８０ｆｉである場合について、被加熱材の上下方向の等
分布荷重（１ｋｇｆ／ｆｉ”）により発生する主応力の
計算結果を示す。この場合の主応力は、スキッドボタン
本体（１０）の天面からの距離（Ｘ）：約３５１ｍの位
置において圧縮応力から引張応力に変化している。

上記荷重によるスキッドボタン本体（１０）の割れを防
止するには、引張の主応力が作用する領域の周囲を筒状
押え金具（３０）で被包することが必要である。即ち、
筒状押え金具（３０）は、その天頂部が圧縮応力と引張
応力との境界部より低くてはならない、従って、スキッ
ドボタン本体（１０）の高さくＨ）が５５ｆｉ〔その等
分布荷重による主応力は第７図〕の場合、その天面から
筒状押え金具（３０）の天頂部までの距離（Ｘ）は２０
ｍ以下であることを要する。このスキッドボタン本体（
１０）を用いて、例えばスキッドボタン高さ〔スキッド
パイプ（Ｐ）の表面からスキッドボタン本体（１０）の
天面までの高さ）が１５０鶴であるスキッドボタンを構
成する場合には、筒状押え金具（３０）として、その天
頂部がスキッドパイプの表面から１３０　ＭＩＡ（＝１
５０　２０）以上の高さに位置する長さのものを使用す
ることが必要である。

また、スキッドボタン本体（１０）の高さくＨ）が８０
鶴〔その等分布荷重による主応力は第８図）である場合
は、その天面から筒状押え金具（３０）の天頂部までの
距離（Ｘ）は３８龍以下であることを要し、従ってこの
スキッドボタン本体（１０）を用いて、スキッドボタン
高さが１００鶴のスキッドボタンを構成する場合の筒状
押え金具（３０）は、スキッドパイプ表面から天頂部ま
での高さが６２ｍ　（＝１００−３８）以上となるもの
でなければならないことがわかる。

一方、スキッドボタン本体（１０）に被加熱材による横
方向荷重がかかる場合に発生する主応力について上記と
同じ手法による計算結果を示すと、第９図のごとくであ
る。但し、荷重はｌ　ｋｇｆであり、スキッドボタン本
体（１０）の天面部近傍において、図の右側端部から左
方向にかかっている。また、スキッドボタン本体（１０
）の高さくＨ）は８０ｎである。この場合、荷重作用点
と反対側における主応力は、スキッドボタン本体（１０
）の天面からの距離（ｘ）２３鶴の位置において圧縮応
力から引張応力に変化している。従って、この場合の天
面から筒状押え金具（３０）の天頂部までの距離（Ｘ）
は２３鰭以下であればよいことがわかる。

上記の等分布荷重または横方向荷重がかかる場合のスキ
ッドボタン本体（１０）の高さくＨ）と発生する主応力
の引張から圧縮への変化の境界面までの距離（ｘ）との
関係を第１０図に示す。曲線（ｉ）は上下方向等分布荷
重の場合、曲線（１１）は横方向荷重の場合である。こ
の関係式を求めると前記（１）および（ＩＩ）のごとく
であり、スキッドボタン本体（１０）の天面から筒状押
え金具（３０）の天頂部までの距離（Ｘ）は、略等分布
荷重がかかる状態で使用される場合には、前記（１）式
を、また横方向荷重がかかる状態で使用される場合には
、前記（ｎ）式を各々満たすように設計することが必要
である。

スキッドボタン本体（１０）および筒状押え金具（３０
）のサイズは適宜法められるものであるが、筒状押え金
具（３０）によるスキッドボタン本体（１ｏ）の横方向
荷重により発生する主応力を小さくするためには、スキ
ッドボタン本体の高さくＨ）および筒状押え金具（３０
）の高さを高くすることが望ましい。第１表に、この主
応力のＦＥＭによる計算結果を示す。但し、スキントポ
タン本体（１０）は円錐台形であり、天面直径（ｄｌ）
は６０＋ｎ、底面直径（ａ　Ｚ）は１１０　ｔｍである
。表中、ｈはスキッドボタン本体（１０）の底面から固
定点（筒状押え金具（３ｏ）の天頂部に相当）までの高
さを表す。また、横方向荷重点はスキッドボタン本体（
１０）の天面端部（固定点の反対側）であり、その荷重
は１ｋｆｆである。

第１表 上記表に示すように、スキッドボタン本体（１ｏ）およ
び筒状押え金具（３ｏ）の高さが高い程、筒状押え金具
（３０）によりスキントポタン本体（１ｏ）に生じる横
方向荷重による主応力は小さくなる。また筒状押え金具
（３０）の高さは、スキッドボタン本体（１０）の天面
の高さを越えない範囲内でできるだけ高いことが望まし
い。但し、筒状押え金具（３ｏ）の耐用温度は、約１３
００℃であり、その下端部を水冷スキッＦパイプ（Ｐ）
により冷却する場合において、筒状押え金具（３０）の
天頂部までこの温度をこえないように冷却するには、筒
状押え金具（３０）の筒長は約１８０　＋ｕを越えない
ことが必要である。従って、筒状押え金具（３０）の筒
長が約１８０ｗ以下の範囲において前記条件を満たすよ
うに筒状押え金具（３ｏ）の筒長とスキントポタン本体
（１０）の高さとの関係を設定することが望ましい。

ところで、前記第１図に示したスキッドボタン本体（１
０）はその天面から底面に到るまで一定の傾斜角を有す
る円錐台形状を有しているが、必ずしもそうである必要
はなく、例えば第２図に示すように頂部が円錐台形状で
あって下部が円柱形状を有するものであってもよい。こ
の場合の筒状押え金具（３０）はその頂部（３１）にス
キッドボタン本体（ｌＯ）の円錐台状頂部のテーバに対
応するテーバ内面を有するものが使用される。

スキッドボタン本体（１０）を構成するセラミックは、
例えば炭化クロム系（ｃ　ｒ　？　Ｃ３、Ｃｒ＋Ｃｚ等
）、炭化けい素系（ＳｉＣ）、酸化ジルコニウム系（Ｚ
ｒＯｚ）、アルミナ系（Ａ１２Ｃｈ）、窒化けい素系（
ＳｉｚＮｎ）等であってよいが、特に炭化クロム系セラ
ミックである場合には２、スキッ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＜
＜、従って被加熱材の表面の保護、およびスキッドボタ
ン本体自体の耐久性にすぐれる点で好ましい。

スキッドボタン本体（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゛３図に示されるように、セラミック繊維層（
５０）が装填される。このセラミック繊維層（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、酸化ジルコニウム糸環各種の繊維で形
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、耐用温度が高く、し
かも繊維の柔軟性が長期にわたり保持される点で好適で
ある。セラミック繊維層（５０）はセラミック繊維から
なるペーパ、フ王ルトなどの成形品をスキッドボタン本
体（１０）の周面に捲回して形成するか、またはセラミ
ック繊維バルクをスキッドボタン本体（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。その層厚は約０．２ｍｓ以下（加圧圧縮状態
での層厚）であってよい。

また、スキッドボタン本体（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４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、スキッドボタン本体（１０）の底
部に連続する形状であってよい。台盤部材（６０）を介
在させると、スキントポタン本体（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、
スキッドボタン本体（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、底部はスキッドパイプ
（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、しかもスキンドパイブ（Ｐ）の周面には、該
パイプを保護するために、第５図に示すように、耐火・
断熱材層（層厚は、通常３０〜５０ｔｍ程度）（Ｒ）が
被覆されるので、スキッドボタン本体（１０）は、耐火
・断熱層（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、スキッドボタン本体（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、スキッドボタン本
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、スキッドボタン本体（１０）に生じる熱応力
が緩和される。むろん、この場合、スキッドボタン本体
（１０）と台盤部材（６０）との合わせ面を、スキッド
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、セラミック焼結晶、耐火煉瓦、耐熱合金などであっ
てもよい。

台盤部材（６０）とスキッドボタン本体（１０）との界
面には、所望より断熱層として、第４図に示すようにセ
ラミック繊維層（７０）が介装される。そのセラミック
繊維層（７０）には、筒状押え金具（３０）とスキント
ポタン本体（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３図のようにスキッドボタン本体（１
０）を直接底板部材（２０）上に載置する場合は、底板
部材（２０）とスキッドボタン本体（１０）との界面に
、上記と同様のセラミック繊維層が断熱層として介装さ
れる。

なお、本発明のスキッドボタンは、第５図に示すように
、底板部材（２０）を直接スキンドパイブ（Ｐ）の上面
に溶接（Ｗ、）することにより取付けられるほか、第６
図に示すように、スキッドパイプ（Ｐ）に略Ｔ字断面形
状を有する耐熱合金製支持部材（８０）を溶接し、その
天面に底板部材（２０）を溶接（Ｗ＋）することにより
取付けられる場合ある。

〔実施例〕

下記の構成部材を用いて第４図に示すスキッドボタンを
組み立て、加熱炉（常用温度：　１３００℃）のスキッ
ドパイプに取付け、スキンドパイブの周面を耐火物層（
層厚：約５０ｆｉ）で被覆してウオーキングビームを構
成する。被加熱材は主としてスラブ（単重１５０００　
ｋｇ）であり、スキッドボタン本体（１０）の略等分布
荷重は約０．１〜０．４ｋｉｒｆ／鶴２、横方向荷重は
約Ｏ〜０．６ｋｇｆである。

ＣＩ）スキッドボタン本体（１０） （１）　　材質：炭化クロム系セラミック（２）熱膨張
係数：　１１．６　Ｘ　１Ｏ−６（３）寸法：円錐台形
状部天面直径８０鶴、円柱状部底面直径１１０鶴、高さ
くＨ）５５鶴（ＩＩ）台盤部材（６０） （１）　　材質：耐熱合金４０ＣＭ　（２７Ｃｒ　−４
０Ｃｏ　−２ＯＮｉ−Ｆｅ） （２）　　形状・寸法：円盤形、直径１１０ｆｌ、高さ
２５重謙 （Ｉ［Ｉ）底板部材（２０） （１）　　材質ニステンレス鋼（Ｓ　Ｕ　Ｓ　　３０４
）（２）　　寸法：板厚１５１麿 （ＩＶ）筒状押え金具（３０） Ｔｌ）　　材質：耐熱合金４０ＣＭ　（２７Ｃｒ　−４
０Ｃｏ　−２ＯＮｉ−Ｆｅ） （２）寸法：頂部内径９７．３鶴、下部内径１１５鶴、
筒長６３ｆｉ （３）スキン・トポタン天面から天頂部までの距離（Ｘ
）　　：１５．（ｈｎ　（（１）式によるＸ＝１９．９
Ｍ以下、（ｎ）式によるＸ＝１５．Ｏｎ以下） （Ｖ）セラミック繊維層（５０）・（７０）（１）　　
材質：アルミナーシリカー酸化ボロン３成分系 （２）　　層厚：１．２ｆｌ（加圧カニ　２０ｋｇ　ｆ
　／ｃｄ）上記ウオーキングビームを使用した結果、２
４力月以上の連続使用後においても、スキッドボタン本
体に割れ等の損傷は全くなく、更に引き続き長期の継続
使用が可能な状態にあることが確認された。また、被加
熱材の抽出時の温度ムラは±２０℃以下と、加熱ムラの
少ない焼上げ状態が得られた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、スキッドボタン本体に割れ等のトラブ
ルが生じることなく、長期にわたり安定した加熱炉操業
が維持される。

更に、セラミック焼結体からなるスキッドボタン本体は
、（イ）断熱性にすぐれているので、スキッドパイプか
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・耐熱性にすぐれているので、従来の耐
熱合金製スキントポタンの場合のような強い冷却は不要
であり、従ってスキッドパイプ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、スキッドパイプ
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、スキッ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図は本発明スキッドボタンの実施例を示す縦断面図
、第２図〜第４図は本発明スキッドボタンの他の例の半
裁断面図、第５図、第６図は本発明スキッドボタンのス
キンドパイブへの取付は態様の例を示す縦断面図、第７
図〜第９図はスキッドボタン本体に発生する主応力分布
説明図、第１０図はスキッドボタン天面から主応力境界
までの距離（Ｘ）とスキッドボタン本体高さくＨ）との
関係を示すグラフ、第１１図は従来のスキントポタンと
そのスキッドパイプへの取付は態様を示す縦断面図であ
る。 ｌＯニスキッドボタン本体、２０：底板部材、２１：環
状突起、３０：筒状押え金具、３２：円周突起、５０．
７０：セラミック繊維層、６０：台盤部材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）円錐台状頂部を有する軸対称形状のセラミック焼
   結体からなるスキッドボタン本体と、スキッドボタン本
   体を載置するための耐熱合金製底板部材と、 該底板部材に載置されたスキッドボタン本体に外嵌され
   てスキッドボタン本体を底板部材上に保持するための、
   頂部内面にスキッ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、スキッドボタン本体の高さをＨ（ｍ
   ｍ）、スキッドボタン本体の天面から筒状押え金具の天
   頂部までの距離をＸ（ｍｍ）とするとき、該距離Ｘは、
   （ｉ）スキッドボタン本体の天面に略等分布荷重がかか
   る状態で使用される場合は、 Ｘ≦Ｈ×１０＾−＾１（４．４×１０＾−＾２×Ｈ＋１
   ．２）（ｉｉ）スキッドボタン本体に横方向の荷重がか
   かる状態で使用される場合は、 Ｘ≦Ｈ×１０＾−＾１（５．９×１０＾−＾３×Ｈ＋２
   ．４）で示される関係式を満たすことを特徴とする加熱
   炉用スキッドボタン。