JPS62246870A - 溶融鋳込み耐火物及びその製造方法 - 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】 本発明は、製造されたままで所望の最終製品の寸法及び
形状に近い直接に製造された溶融鋳込み耐火物（ｆｕｓ
ｅｄ　ｃａｓｔ　ｒｅｆｒａｃｔｏｒｉｅｓ）、及び急
速な溶融と制御された急速な冷却を伴うその製造方法に
関する。

更に特定的には、本発明は正味の形状に近い（ｎｅａｒ
　ｎｅｔ　５ｈａｐｅ）溶融鋳込み耐火物、及び急速な
溶融、制御された急速な冷却方法から生じる新規な溶融
鋳込み耐火物を指向する。“正味の形状に近い”という
用語は鋳込み品又は成形品が鋳込み又は成形されたまま
の寸法及び形状に近いことを意味し、使用するために成
形品を調整するのに材料を殆ど又は全熱除去する必要が
ないことを意味する０本発明の直接溶融鋳込み耐火物は
全体にわたりランダムな微細構造及び本明細書で説明す
る他の特徴によって当業界で公知のそれとは区別される
。微細構造に関して本明細書で使用した“ランダム″′
という用語は微細構造がその結晶配向が一非方向性であ
ることを意味する。

溶融鋳込み耐火物は多年にわたり知られておりそして使
用されている。このような耐火物は、他の耐熱性材料と
共に所望の形状に結合した粒状耐熱性材料より成る古い
型の耐火物製品に対して成る用途で多くの利点を与えて
きた。これらの旧式の耐火物成形品は“焼成型″及び“
非焼成型としても知られている。これらの結合した耐火
物はそれらの間に多数の開放細孔を有する耐火物粒子を
一緒に詰め込むことによって製造される。これらの粒子
は結合相によって相互に結合している。

この耐火物マトリックスが侵食性又は腐食性材料、例え
ば、溶鉱炉スラグ、溶融ガラス又は同様なものの作用に
よって攻撃されるときマトリックスの微細粒子部分が主
として侵食される。相互に連結した細孔の性質により、
攻撃は耐火物製品の露出した面を越えて生じる。

第２の分類の耐火物は“溶融鋳込み′°（“ｆｕｓｅｄ
ｅａｓｔ”　ｏｒ″ｆｕｓｉｏｎ　ｃａｓｔ”）又は“
電鋳″（ｅｌｅｃｔｒｏｃａｓｔ”　）耐火物として知
られている。これらの耐火物は非常に蜜な構造、従って
高い強度及び耐侵食性を有する。それらは連続細孔を示
さないか又は含有していない。

慣用の溶融鋳込み耐火物は研摩剤に使用するための溶融
アルミナの製造に使用される電気炉と同様な電気炉にお
いて所望の組成の混合物を溶融することによって製造さ
れる。このような電気炉は、材料が炉に供給されるにつ
れて溶融されつつある材料によって構成されるライニン
グ以外の何等のライニングもなしの水冷式鉄又は鋼製シ
ェルを含む、溶融は最初鉄製シェルに挿入された２つ又
はそれより多くの電８ｉ間のアークからの熱により行な
われる。溶融材料の浴が形成された後、電流の通過に対
するこの材料の抵抗が熱を供給するのに使用される。溶
融されるべき材料は徐々に導入されそして溶融塊が蓄積
するにつれて徐々に電極は上昇する。この型の装置はエ
フ、ジエー、トーン（Ｆ、Ｊ、Ｔｏｎｃ）の米国特許第
９２９５１７号に示されそして説明されている。成分の
溶融に続いて溶融した材料は、溶融塊がモールドに流れ
込むように炉をタッピング又は傾けること（ｔｉｌｔｉ
ｎｇ）によって適当なモールドに鋳込みされる。溶融し
た材料は鋳込みの前にその融点より相当高い温度に加熱
される。モールドは普通はグラファイトがら作られるが
、他の適当な材料から形成することはできる。モールド
は、ヘッダーで凝固する材料によって妨害されることな
くモールドの完全な充てんを可能とするようにアンプル
サイズのライザー（ｒｉｓｅｒ）又はヘッダー（ｈｅａ
ｄｅｒ）を備えている。鋳込み部片は熱処理のためにそ
のそれぞれのモールドに残され、又は鋳込み品の外壁が
凝固した後モールドから取り出され、次いでそれ自身の
支持以外の支持なしで焼きなましされる（ａｎｎｅａｌ
ｅｄ）　、このような焼きなましは一般に数日間を要し
そして熱砂又は他の絶縁材料で鋳込み部分を覆うことに
より達成することができる。鋳込み部分は一般に相互に
密に詰め込まれ、それによりそれら自身の熱により焼き
なましされる。このような焼きなましは破断を生じるの
に十分な応力を生じる冷却時の過剰の局在収縮を防止す
るのに必要である。焼きなましは部片を炉に入れそして
徐々に温度を下げることによって達成することもできる
０部片が冷却した後、鋳込み部分を検査しそしてダイア
モンド切削及び／又は研削により仕上げることができる
。

ヘッダーは鋳込みの後又は焼きなましの後間もなく除去
することができる。ヘッダー中の材料の量はしばしば所
望の仕上げられた耐火物部片の材料の量にほぼ等しい。

ヘッダー材料は普通は再循環されるが、相当な費用がか
かる。鋳込み及び焼きなまし方法は米国特許第２，２７
９．２６０号に記載されている。

溶融鋳込み耐火物の公知の製造方法においては、溶融し
た材料は鋳込みされるときその溶融温度より十分上にあ
りそして完全な凝固が起こる前に長い冷却期間がある。

結果として慣用の溶融鋳込み製品は、鋳込み品の表面に
隣接したところでは微細なグレンであり、中心又は最後
に冷却されるべき部分に向けて方向性を持って漸次粗い
グレンになる、方向性のある結晶構造を有する。鋳込み
品の結晶構造及び化学的組成は、冷却速度及び鋳込みさ
れた組成についての液固相線図、そのすべては凝固前線
（ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｆｒｏｎｔ）の性質
及び進行速度を決定する、に従って表面から中心へと変
化する。更に、慣用の溶融鋳込み耐火物の化学的組成は
、重力によって底部に向けて沈降するＺｒＯ□及びＣｒ
２Ｏ，の如きより重い材料によって引き起こされる炉及
びモールドでの層形成（ｓｔｒａｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
）により均一ではない。慣用の溶融鋳込み耐火物の製造
に使用される典型的な冷却速度は約１０℃乃至約り０℃
／時間のオーダーである。電気アーク炉のグラファイト
電極により炭素も溶融物に導入される。この炭素は一酸
化炭素及び−酸化ケイ素発生を引き起こし、慣用の溶融
鋳込み製品に細孔を生じる。慣用の溶融鋳込み耐火物は
１／２％までの量の炭素を含有することも知られている
。耐火物がガラス製造タンクのライニングとして使用さ
れる場合に炭素は望ましくない。

溶融鋳込み耐火物のための多くの異なる組成物がこれま
でに示唆されそして特定の用途について成る組成物が優
れていることが見出だされた。かかる溶融鋳込み耐火物
は例えば、米国特許第２゜０６３．１５４号、第２，２
７９．２６０号、第２゜９１１．３１３号、第３，１８
８，２１９号、第３゜２３２．７７６号、第３．７５９
．７２８号、第３゜７７３．５３１号、第４．１５８，
５６９号、第４゜４９０．４７４号、他に示唆されてい
る。これらの組成物及び他の多くのものを本発明に関し
て使用することができる。

材料を加熱し又は処理するのにプラズマの使用は以下に
例示する如く成る用途について広く知られている。

米国特許第３，２５７．１９６号は粉末耐火物材料をプ
ラズマの流れと直接接触させることによって粉末耐火物
材料を処理する装置及び方法を開示している。

米国特許第３．４２９．９６２号及び第３，６４５．８
９４号は、金属マンドレル上に金属酸化物の実質的に球
形のアグロメレート粒子をプラズマ噴霧付着（ｐｌａｓ
ｍａ　５ｐｒａｙ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）させ、その
後金属マンドレルをエツチングすることにより、金属酸
化物から成る金属酸化物層及び金属酸化物体の製造を開
示している。この発明の方法は投入される粒子の捕捉を
助長するように作用する溶融層が維持されているという
理由で区別される。米国特許第３，４２９，９６２号及
び第３，６４５，８　　。

９４号に記載の慣用のプラズマ噴霧コーティングにおい
ては、例えば、投入される粒子の３０乃至４０％は捕捉
されない、何故ならば、表面が完全に固体でありそして
金属支持体の溶融を回避しなければならないからである
。先行技術のプラズマ噴霧法に従えば得られるセラミッ
ク層は高い多孔度である。

米国特許第３．７７７．０４４号は高い反応性の金属及
びそれらの合金のシート廃物材料の再溶融のためのプラ
ズマアーク炉を開示している。溶融されるべき廃物は消
費性電極の形態で与えられる。

米国特許第４，１１９，４７２号は再結合した溶融鋳込
みアルミナ／ジルコニア／シリカ耐火物グレンから形成
された焼成耐火物物品を指向する。

米国特許第４，４２６．７０９号は固体及び／又は液体
仕込み材料からの鋼の製造のための移動アークプラズマ
加熱炉（ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ　ａｒｃ　ｐｌａｓｍ
ａ　ｈｅａｔｅｄ　ｆｕｒｎａｃｅ）を指向する。

コシオ、カトウ（Ｋｏｓｈｉｏ、にａｔｏ）は、ｋ＋第
４巻、第２号、　１９８４　、（Ｔａｉｋａｂｕｔｓｕ
　０ｖｅｒｓｅａｓ。

Ｖｏｌ、４．Ｎｏ、２．１９８４）に公表された“プラ
ズマ溶融”（“Ｐｌａｓｍａ　Ｍｅｌｔｉｎｇ”）と題
する論説において、プラズマ溶融と多くのその用途及び
種々の型のプラズマ溶融炉について一般に記載している
。これらの中でも溶融プロセスが進むにつれて底部が降
下して溶融した金属を底部から連続的に（ｇｕＢ６ｓｓ
ｉｖｅｌｙ）冷却するようになっている水冷式るつぼに
おいて粗原料を溶融するための１９又はそれより多くの
トーチを使用するプラズマ漸進性鋳込み炉（ｐｌａｓｅ
ａ　ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｆｕｒ
ｎａｃｅ）が記載されている。結論において著者はセラ
ミックの如きより高い融点の材料は将来これらの炉によ
り加工されるであろうということを示している。

本発明に従えば、耐火物粒子をプラズマにさらすことに
より耐火物粒子を急速に加熱することと、該加熱された
耐火物粒子をモールドに付着させることと、該加熱した
粒子を該モールドにある間に少なくとも部分的に合着さ
せて（ｃｏａｌｅｓｃｅ）溶融塊にすることと、該溶融
塊を該モールドにおいて制御された方法で冷却して全体
にわたり一般にランダムな微細構造を有する十分に凝固
した成形品を形成することによって耐火物溶融鋳込み成
形品を直接製造することができることが見出だされた。

本明細書において使用されるランダムな微細構造は、成
形品の中心又は最後に凝固する部分を含む断面図を、耐
火物の表面から中心又は最後に凝固する部分まで一般に
半径方向に配向した結晶成長パターンを有する慣用の溶
融鋳込み耐火物のそれと比較して、結晶成長配向が非方
向性であることを意味する０本発明の耐火物溶融鋳込み
成形品は更に全体にわたり一般に微細な微細構造、ヘッ
ダーが存在しないこと及び全体に分布した閘じた細孔（
ｃｌｏｓｅｄ　ｐｏｒｅｓ）により特徴付けられる。こ
れらの特徴は鋳込み製品全体にわたり均一であることが
でき又は設計者又は製造者の要望に応じて変えることが
できる。対照的に、慣用の溶融鋳込み耐火物においては
、微細構造はモールド表面及びモールド表面の近くでの
急速な冷却によりモールドに隣接したところでは微細で
あるが、縁から鋳込み品の中心又はｆｉｆ＆に凝固する
部分に行くにつれて非常に■くなる。本発明は特定の化
学に限定されるものではない０本発明は溶融鋳込みする
ことができる組成の範囲を広げる１本発明は全く炭素を
含まない溶融鋳込み成形品の製造を可能とする。

溶融したときに電気伝導性である組成物を加工すること
ができると考えられる。

第１図乃至第５図は５０％アルミナ／３４％ジルコニア
７１４％シリカ、残りはアルカリ及び酸化アルカリ、か
ら製造された耐火物溶融鋳込み成形品を表すと理解され
るべきである。アルミナ／ジルコニウム／シリカは以後
ＡＺＳと呼ぶことにする１本明細書及び特許請求の範囲
においては、すべての百分率、割合及び分率（ｆｒａｃ
ｔｉｏｎ）は重量基準で与えられる。第３図乃至第５図
に示された慣用の溶融鋳込み製品はニューヨーク州、ナ
イアガラフォールズ市、ソハイオエンジニアードマテリ
アルズ社、（前カーポランダム社）　　（Ｓｏｈｉｏ　
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｃｏｍｐ
ａｎｙ、Ｎｉａｇａｒａ　Ｆａｌｌｓ、ＮＹ（ｆｏｒｍ
ｅｒｌｙ　Ｔｈｅ　Ｃａｒｂｏｒｕｎｄｕｍ　Ｃｏｍｐ
ａｎｙ）］から市販されており、モノフラックス＠Ｓ　
　３　（Ｈｏｎｏｆｒａｘ＠５−３）として知られてい
る。第１図乃至第２図においては耐火物成形品は同じバ
ルク組成物から形成された。各微、ｓａｇｓ造の白色区
域は樹枝状（ｄｅｎｄｒ　ｉ　ｔｉｃ）ジルコニアであ
る。より明るい灰色区域は共沈ジルコニアを有するコラ
ンダムである。より暗い灰色区域は高シリカガラスであ
る。黒色区域は空隙を表す。

第１図及び第２図を参照すると、本発明に従う直接に製
造された耐火物溶融鋳込み成形品の微細構造が示されて
いる。これらの成形品は、第３図乃至第５図に示された
如き同様な組成の慣用の溶融鋳込み耐火物に存在する高
度に方向性のある微細構造とは対照的に、全体にわたっ
て大体ランダムな微細構造によって特徴付けられる。第
１図及び第２図に示された如く、本発明に従う耐火物成
形品は全体にわたり一般に微細な構造と、全体にわたり
分布した閉じた細孔によっても特徴付けられる。これら
の特性は、鋳込み期間の加工バラメーターを変えること
により意図的に変えることはできるけれども、全体とし
て見て、そのままの直接溶融鋳込み体（ｅｎｔｉｒｅ　
ｄｉｒｅｃｔｌｙ　ｆｕｓｉｏｎ　ｃａｓｔ　ｂｏｄｙ
）全体にわたり一般に均一である。

対照的に、先行技術の溶融鋳込み耐火物においては、微
細構造はモールド表面に隣接したところでは非常に速い
冷却により非常に微細なグレンになっているが、鋳込み
品の表面からの距離と共に急に粗くなっている。第３図
に示された微細構造はモールドの表面から約１インチ以
下の範囲に及んでいる。第４図に示された如く、鋳込み
品の表面から１−１／２インチの距離のところでは、微
細構造は第３図に示された如きモールド又は鋳込み品の
表面に隣接した微細構造と比較してはるかに粗くなって
いる。第５図に示された如き鋳込み品の表面から２−１
／２インチの距離のところでは、微細構造は更に粗くな
っている。

本発明に従う溶融鋳込み耐火物成形品と先行技術のそれ
との更にある差は成形品全体にわたり組成の均一性にあ
る０本発明に従う成形品においては、組成は、故意に変
えない限りは一般に全体にわたり均一であるが、これに
対して先行技術に従う成形品においては徐冷及び結晶化
が起こるため及び前記した如き層形成により必ず変わる
。慣用の溶融鋳込み耐火物の場合に存在する徐冷の期間
に温度が徐々に降下するにつれて、より高い凝固点の組
成が最初に結晶化し、かくして残りの液体の化学的性質
を変える。対照的に、本発明に従う成形品においては化
学的性質のこのような変化が起こるのに又は重力による
液体の層形成には不十分な時間しかない。

本発明に従う溶融鋳込み耐火物成形品と先行技術のそれ
との他の差は内部に炭素を全く含まない本発明に従う成
形品の純度である。グラファイトモールドに接触する表
面又はそれに隣接したところでは僅かな炭素汚染が存在
することがある。

慣用の溶融鋳込み耐火物における機構は、成形品の表面
から中心又は最後に冷却される部分へと最も低い融点の
相を通りすぎる（ｓｗｅｅｐ）前進する凝固前線（ａｃ
ｌｖａｎｃｉｎｇ　５ｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｆ
ｒｏｎｔ）として思い浮かべることができる。凝固速度
は成形品の表面では速いが凝固前線が内方に進行するに
つれて顕著に遅くなる。慣用の鋳込み品においては成形
品の表面が最初に凝固し、その後内部が凝固しそして収
縮するので、最後に冷却される鋳込み品の部分には大き
な空隙が生じる。この空隙は当業者には“がま”（“ｖ
ｕｇ”）として知られている。

本発明に従う成形品はがまを含むこともあるが、その寸
法は減じることができる。

第１図乃至第５図に示された特定のＡＺＳ系について、
第５図の空隙の量及びシリカガラスの量は、本発明を使
用するこの同じ供給流の化学的性質を代表している第１
図及び第２図の場合よりも相当大きく且つ異なった分布
をしている。

本発明に従う溶融鋳込み耐火物成形品はそれらの慣用の
溶融鋳込み対抗品と比較して微細な方向性のない微細構
造を有する。第１図及び第２図に示された特定のＡＺＳ
系については、ケイ質ガラス中にジルコニアでまだらに
なったラス（ｍｏｔｔｌｅｄｌａｔｈ）を含有する同じ
組成の慣用の溶融鋳込み製品の微細構造と対照的に粗い
樹枝状ジルコニアは存在しない、これは移動アークＤＣ
プラズマ（ｔｒｎｓｆｅｒｒｅｄ　ａｒｃ　ＤＣｐｌａ
ｓｍａ）がらの非常に強い熱による速い溶融及び同時に
モールドへの急な冷却による所定の時間に存在する液体
の量が少ないことによる０本発明に従う製品のガラス相
は慣用の溶融鋳込み製品に存在するジルコニアでまだら
になったコランダムのラスと対照的にランダムである。

本発明に従う溶融鋳込みＡＺＳ成形品はパーライト系構
造を有する０本発明に従う溶融鋳込み成形品は、慣用の
溶融鋳込み耐火物において気泡がヘッダーに向かって上
昇するにつれて集中されるのではなくて、むしろ全体に
一般に一様に分布した閉じた細孔を含む、これらの細孔
の寸法は制御することができ；それらはプロセスの緊密
な制御によって殆ど排除することができる。いくらかの
細孔は鋳込みされる組成物に固有の収縮の量により自然
に生じる。対照的に、同じバルク組成の慣用の溶融鋳込
み耐火物においては、中心又は最後に凝固する領域に多
くの集合した細孔がある。細孔の分布は高い費用の大き
いヘッダーを使用してこの効果を相殺すること以外には
制御することはできない６本発明に従う溶融鋳込み成形
品においてはヘッダーは必要がない、対照的に、慣用の
溶融鋳込み法に固有な収縮を相殺するために、鋳込みさ
れる部分に質量が等しい大きなヘッダーが必要である。

大きい面積の薄い切片、例えば、１インチ×１２インチ
×１２インチのタイルは本発明に従って直接製造するこ
とができる。対照的に、慣用の溶融鋳込み法を使用する
場合には、大きなブロックを作り、後にこれをタイルに
切り分けることが必要である。その理由はモールドによ
る急な熱の抜き取りが確実な完全光てんを妨げるからで
ある。

これらの慣用のタイルはそれらが大きいブロックの何処
から取られるかに従って微細構造が変わり又は大きいブ
ロックに特有なこととして縁から中心へと変わっていく
。

第１図乃至第５図に示された特定の微細構造は特定のＡ
ＺＳ化学を使用した場合に得られる結果を示す、異なる
化学品系が鋳込みされる場合には異なる微細構造が期待
されるが、本発明に従って製造される微細構造と先行技
術の方法に従って製造された微細構造との間の方向性及
び均一性に関する一般的な観察は常に存在する。

第６図においては、本発明に使用するための鋳込み装置
１０を略図で示す、この装置は“プラズマ漸進性鋳込み
炉″（ｐｌａｓｍａ　ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ　ｃａｓ
ｔｉＢ　ｆｕｒｎａｃｅ″）と呼ぶことができる。装置
１０はプラズマトーチ１２及びその支持手段（示されて
いない）と、電力源（示されていない）と、電気的エネ
ルギーにより高温プラズマに変換するためのプラズマト
ーチ１２に導入されるべきガス源１４を含む、トーチ１
２自体は慣用のデザインであり、本発明の一部を構成す
るものではない。トーチ１２は移動アークＤＣプラズマ
を発生するように意図した構造であることが好ましいが
、他の型のプラズマ、例えば、ＲＦプラズマ及びＤＣ非
移動アークプラズマも使用可能であると考えられる。酸
素−炭化水素ガストーチを使用することができる。

ＤＣ移動アークプラズマはその非常に高いエネルギー集
中及びモールド２０に投射された（ｐｒｏ　ｊｅｃ　ｔ
ｅｄ）帯電した耐火物粒子の高い捕捉効率により高度に
好ましい０例えば、１００ＫＷ）−チは３乃至６平方イ
ンチの面積にその出力を投射するように集中する（ｆｏ
ｃｕｓ）ことができる、このような熱強度は英国特許公
報第２１０４０５６Ａに記載の如きプロパンガストーチ
の使用によっては達成できない。

耐火物粉末１６は耐火物粉末源１５からトーチ１２に導
入される。操作期間にトーチ１２から放出されるのは耐
火物粒子を含有する高温プラズマの流れ１７であり、耐
火物粒子はモールド底部プレート２３に向けてトーチか
ら投射されるにつれて加熱される。モールド２０は電力
源の陽！（正電極〉に接続されている水冷式モールドカ
ラー２２も含む、プラズマトーチ１２は電力源の陰極（
負電極）に接続される。モールド底部プレート２３は降
下機構２６に取り付けられており、降下機構２６は鋳込
みが水冷式モールドカラー２２中に進行するにつれてゆ
っくりと降下する。耐火物成形品４０の最上部実線４１
は、耐火物粒子がモールド底部プレート２３に向けて投
射されそして耐火物成形品４０の頂部の溶融した相に捕
捉され且つ溶融した相に転換されるにつれての耐火物粒
子の物理的輪郭を示す、この溶融した相はその表面で普
通はきわめて流動性であり、即ち、低粘度であり、そし
て高度に密な成形品の形成期間に波が観察されつる。Ｗ
通伴われる温度、即ち１０００℃より高い温度では、熱
エネルギーは急速に外方に放射されそして水冷式モール
ドカラー２２により吸収されそして下向きに放射されて
ブレーＩ・２３により吸収される０点１１４２は最初の
層がその上の溶融した層から凝固する等温線プロフィル
を示す、冷却は成形品の中心よりも側部で幾分速いので
、線４２はその端部に対してその中心で下がっている。

線４３は製造期間の充分に凝固した耐火物成形品４０の
頂部の等温線プロフィルを示す。耐火物成形品４０の線
４３の下のすべての材料は充分に凝固している。成形品
の製造においては耐火物粉末投入から２分以内に完全な
凝固が得られうる。より長い凝固時間は本発明の範囲内
にあるけれども、時間が増加するにつれて層形成の危険
が増加する。凝固時間は層形成を最小にするために１０
分以下、望ましくは５分以下に保持されるべきである。

ＡＺＳの３インチ×９インチ断面成形品は１００ＫＷ）
−チを使用して約０．４乃至０．８インチ深さ７分の速
度で製造することができる。液相線の深さは形成期間に
約１インチの最大値である。

６インチの線寸法（ｌｉｎｅａｌ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ
）の投影面積より大きい寸法の溶融鋳込み耐火物成形品
を製造することが望ましい場合には、プラズマトーチ１
２及びその供給システムは、示されてはいないが、トラ
バース機構に取り付けることができ、又はモールド２０
を示されていないトラバース機構に取り付けることがで
きる。この場合にプラズマトーチ１２は、例えば金属の
構造的裏打ち部材１９に接合された水冷式放射シールド
１８を備えていることが望ましい、大面積寸法の成形品
が製造されるべき場合には溶融鋳込み品の溶融した層の
熱の多くは放射シールド１８により保持される。

耐火物成形品４０は、モールドカラー２２の底部開口を
出るにつれて、完全に凝固される。この点で、空気中で
冷却させることができ、又は場合により更に強制急速冷
却に付すことができる。このような２次冷却は、耐火物
成形品４０から外方に間隔を置いて配置されている第２
冷却カラー２８を設けることにより達成されうる。第２
冷却は第２冷却ガスノズル２９を通して冷却流体３０を
注入することによって達成される。冷却流体は耐火物成
形品４０に衝突しそして耐火物成形品４０と第２冷却カ
ラー２８間を流れる。流体は空気の如きガス又は水であ
ることができる。カラー２８は水冷することができる。

前記した如く、ＤＣ移動アークプラズマを使用するのが
高度に好ましい、プラズマに転換されるべきガスは任意
のガスであることができる。しかしながら、公知の耐火
物組成物の工業的製造のためには、このガスは普通は窒
素の如き酸素非含有ガス又は酸素含有空気であり、その
選択は作ることが所望される特定の耐火物の組成に依存
する。

微細構造が第１図及び第２図に示されているＡＺＳ耐大
物成形品の製造においては、流れ１４には窒素ガスが使
用され、粉末流１６には空気が使用される。放射シール
ド１８に好適な材料はカーボンフェルト又はＡＺＳを含
めて他の耐火物を包含する。水冷式モールドカラー２２
は好ましくは、水冷式モールド底部プレート２３と同様
にグラファイトから作られる。第２冷却カラー２８はグ
ラファイト又は耐火物材料又は金属から形成することが
できる。

溶融した鋳込み品からのガス放出は熱収縮によってのみ
誘発される多孔度を越える多孔度の形成を防止するため
に望まれる。ガス、例えば５ｉＯ１Ｎａ、Ｏ及びｃｏの
放出は本発明に従う溶融鋳込み成形品の製造期間に容易
に達成される。その理由は存在する唯一の液体は成形品
の上部表面に又はその近くにあるからである。更に、窒
素又は他の炭素不含有ガスが金属トーチにおいてプラズ
マに電気的に転化される場合に炭素は導入されないので
、より少ない量のガスが発生する。対照的に、標準の溶
融鋳込み耐火物においては、液相線とヘッダーの大きい
容積によりガス放出は困難である。

モールドはガスが鋳込みされた部分を通ってヘッダーに
上昇することができるように構成され且つ配置されなけ
ればならず、そして大菫の廃棄物が付随する割り増しコ
ストと共に許容されない限りはせいぜい部分的にのみ有
効である。又、慣用の溶融鋳込み法においては、耐火物
材料を溶融するのにグラファイト電極が使用される。溶
融の間、これらの電極からの炭素は溶融物に導入され、
その一部は一酸化炭素に転換されそしてシリカ５ｉ０２
は一酸化ケイ素に転換される。

更に、本発明の方法は慣用の溶融鋳込み法より相当エネ
ルギー効率が良い、これは主として本発明の方法が実施
される場合にヘッダーがないことによる。

本発明の方法は従来不可能又は実施できなかった複合直
接接合溶融鋳込み耐火物（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｄｉｒ
ｅｃｔｌｙ　ｊｏｉｎｅｄ　、ｆｕｓｅｄ　ｅａｓｔ　
ｒｅｆｒａｅｔｏｒｉｅｓ）を製造するのに使用するこ
とができる。第２耐火物組成物は先に鋳込みされた第１
耐火物組成物の上に直接投射することができ、又は第２
トーチシステムから並べて同時に投射してそれらを直接
接合することができる。第１組成物の耐火物粒子は少な
くとも部分的に凝固される成形品を形成するのに充分な
時間モールドに付着することができ、その後第２組成物
の耐火物粒子は該成形品に付着して、第１の溶融鋳込み
耐火物材料が第２溶融鋳込み耐火物材料に直接接合した
複合層状成形品を形成することができる０組成の勾配又
は転移ゾーン（ｇｒａｄｉｅｎｔ　ｏｎ　ｔｒａｎｓｉ
ｔｉｏｎ　ｚｏｎｅ）がこのような積層複合成形品にお
いて予想される。第１耐火物材料が第２材料を包みそし
て第２材料に結合している複合成形品を製造することが
できる。このような複合層成形品は相当な経済的利益を
可能とする。慣用の溶融鋳込み耐火物の厚さの約３／４
のみの厚さで取替えまで安全に使用できる。このような
複合耐火物は炉の製造タンクの再生利用又は早期の停止
なしでＣｒ、Ｏコの如き高価な材料の十分な利用を可能
とし、その際構造的統合性（ｓｔｒｕｅｔｕｒａｌｉｎ
ｔｅｇｒｉｔｙ）はより高い耐火物材料が消費されるに
つれてより安価な耐火物材料によって与えられる。

火東匠Ｌ ９９＋％純度のジルコン砂（ｚｉｒｃｏｎ　５ａｎｄ）
　　（Ｚｒｏ、：　Ｓ　ｉ　Ｏｘ）を９９．５％純度ア
ルミナ（Ａ１２０ｓ）とブレンドして下記の特性を有す
る乾燥粒状混合物を形成した： ５０アルミナ／３４ジルコニア／１４シリカ。

この粉末混合物を、溶融したＡＺＳのふく射能（ｅｍｉ
ｓｓｉｖｉｔｙ）を補償しないで光高温計により指示さ
れた約２１５０℃の液相線の表面温度を保持するように
加えられるパワーを制御しながら、約４０ボンド／時間
の速度でＤＣ移動アークプラズマ１−・−チの穴の下部
に導入した。トーチの公称パワーレベルは約７０ＫＷで
あった。プラズマ及び加熱された耐火物粒子の流れは、
内壁寸法が平面図で３インチ×９インチでありそして正
面図で４−１／２インチである水冷式グラファイトモー
ルドに下向きに投射された。

寸法及び形状がモールドの内側に対応する耐火物成形品
は約２４分で製造された。鋳込みの後成形品をグラファ
イトモールドから除去し、周囲の空気中で約２分間冷却
させ、ついで水に浸漬することにより急冷した。得られ
る冷却した耐火物成形品は全体にわたり微細で均一な非
方向性微細構造を示した。

尺度λｉ 成形品を周囲の空気中で冷却させたことを除いて実施例
１を繰り返した。冷却した耐火物鋳込みの品の分析は微
細で均一な非方向性微細構造を示した。がまは実施例１
の場合よりも相当大きかった。

大ｍと トーチに加えられるパワーを約１９５０℃の液相線表面
温度を保持するように減じたことを除いて実施例１を繰
り返した。トーチの公称パワーレベルは約６０ＫＷであ
った。得られる水で急冷した成形品は全体にわたり一般
に一様な寸法及び分布の閉じた多孔度（ｃｌｏｓｅｄ　
ｐｏｒｏｓｉｔｙ）を有する微細で均一な非方向性微細
構造を有していた。この多孔度は、液相線の粘度が余り
にも高すぎそして鋳込みの間のその存在期間が余りにも
短すぎるために、凝固前に逃げることができなかった捕
捉されたガスによると考えられる。

前記説明及び態様は本発明を限定することなく本発明を
説明することを意図するものである。詳細に説明された
態様から明らかな種々の修正が本発明においてなされる
ことは理解されるであろう。

これらの変更は本明細書及び特許請求の範囲に包含され
ることを意図する。多数のプラズマトーチを使用するこ
とができる。耐火物粉末材料はトーチを通して長手方向
に通すことができ、又はトーチの長さに沿って種々の異
なる点で導入することができ又はトーチからのプラズマ
出口に続いてプラズマに導入することができる。ガス移
送よりはむしろ耐火物粉末はベルト又はスクリュー型又
は振動式コンベヤーを介して導入することができる。

異なる組成を有する多数のトーチ及び多数の供給流を使
用することができる。第２冷却カラーは、それ自体、第
２冷却流体を導入するための開口を含むことができる。

第２冷却カラーは液体冷却することができる。モールド
カラーは高さを製造されるべき成形品の深さにつり合わ
せることができそして底部プレートは可動であるよりも
むしろ固定することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図及び第２図は本発明に従う耐火物成形品の微細構
造を５０倍の倍率で示し、第１図はモールドの壁から約
３７４インチの微細構造を示し、第２図はモールド壁か
ら約３インチの最も粗い又は最も悪い場合の微細構造を
示す。 第３図、第４図及び第５図はモールド表面からそれぞれ
約１／２インチ、１−１／２インチ及び２−１／２イン
チの距離のところの先行技術に従う溶融鋳込み耐火物の
微細構造を５０倍の倍率で示す。 第６図は本発明の直接溶融鋳込み耐火物体を製造するた
めの好ましい装置及び方法の態様を示す部分断面略正面
図である。 図において、１０・・・鋳込み装置、１２・・・プラズ
マトーチ、１４・・・ガス源、１５・・・耐火物粉末源
、１６・・・耐火物粉末、２０・・・モールド、２２・
・・水冷式モールドカラー、２３・・・モールド底部プ
レート、２６・・・降下機構、４０・・・耐火物成形品
である。 手続補正書（自発） 昭和６２年４月２３日 特許庁長官　黒１１１　　明雄殿 １、８件の表示 昭和６２年特許願第２１’Ｊ１８号 ２、発明の名称 溶融鋳込み耐火物及びその製造方法 ３、補Ｉ【ニをする者 事件との関係　　　　　　　　特許出願人名　称　　　
ケネコット・コーポレーション４、代理人 住　所　〒１０７　　東京都港区赤坂１丁目９番１５号
日本０転車会館 ６、補正の対象 （１）願書の特許出願人の住所及び代表者の１１」（２
）委任状及びその訳文 （：（）図面　ｐ鹿゛ （１）明細書第３３頁１６行、第３３頁１７行、手続補
正書（方幻 昭和６２年５月１５日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、全体にわたり一般にランダムな微細構造を有するこ
   とを特徴とする耐火物溶融鋳込み成形品。 ２、全体にわたり一般に微細な微細構造を有することを
   更に特徴とする特許請求の範囲第１項記載の成形品。 ３、ヘッダーが存在しないことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の成形品。 ４、全体にわたり一般に一様に分布した閉じた細孔を有
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の成形
   品。 ５、全体にわたり一般に均一な微細構造であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の成形品。 ６、全体にわたり一般に均一な化学的性質であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の成形品。 ７、その内部に炭素を含まないことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の成形品。 ８、第１の溶融鋳込み耐火物材料が第２溶融鋳込み耐火
   物材料に直接接合されていることを特徴とする複合溶融
   鋳込み耐火物。 ９、Ａ、冷却手段を有するモールドにプラズマを向ける
   ことと、 Ｂ、耐火物粒子を該プラズマにさらすことにより耐火物
   粒子を急速に加熱することと、 Ｃ、耐火物粒子が加熱されるにつれて該加熱された耐火
   物粒子を該モールドに付着させることと、Ｄ、該加熱し
   た粒子を該モールドにある間に少なくとも部分的に合着
   させて溶融塊にすることと、Ｅ、該溶融塊を該モールド
   において制御された方法で冷却して全体にわたり一般に
   ランダムな微細構造を有する十分に凝固した成形品を形
   成することを特徴とする耐火物溶融鋳込み成形品の製造
   方法。 １０、耐火物粒子の急速な加熱は該耐火物粒子をプラズ
   マにさらすことにより達成される特許請求の範囲第９項
   記載の方法。 １１、プラズマを移動式ＤＣアークにより生成する特許
   請求の範囲第１０項記載の方法。 １２、十分に凝固した成形品を更に急速に冷却する特許
   請求の範囲第９項記載の方法。 １３、該粒子を並流で該プラズマに導入することにより
   該急速な加熱を達成する特許請求の範囲第９項記載の方
   法。 １４、工程Ａ乃至Ｅを該溶融鋳込み成形品の製造全体に
   わたり連続的に且つ均一に実施する特許請求の範囲第９
   項記載の方法。 １５、耐火物粒子はＵＳ標準ふるいで−５メッシュであ
   る特許請求の範囲第９項記載の方法。 １６、プラズマが窒素、空気及びその混合物から成る群
   より選ばれたものである特許請求の範囲第９項記載の方
   法。 １７、耐火物粒子を十分に溶融した状態に加熱し、次い
   で２分以内に十分に固体の状態に冷却する特許請求の範
   囲第９項記載の方法。 １８、耐火物粒子を、低多孔度の凝固した成形品を生成
   するようにガスの放出を可能とするのに十分な温度に及
   び十分な時間溶融し、溶融塊を層形成が防止されるよう
   に十分急速に冷却する特許請求の範囲第９項記載の方法
   。 １９、少なくとも部分的に凝固した成形品を形成するの
   に十分な時間第１組成物の粒子を該モールドに付着させ
   ることと、次いで該成形品上に第２組成物の耐火物粒子
   を付着させて複合層状成形品を形成することを含む特許
   請求の範囲第９項記載の方法。 ２０、成形品を製造しながら異なる組成の耐火物粒子を
   該モールドに付着させることを含む特許請求の範囲第９
   項記載の方法。 ２１、該モールドの異なる区域に異なる組成の耐火物粒
   子を同時に付着させることを含む特許請求の範囲第９項
   記載の方法。 ２２、プラズマの第１流と第２流とを該モールドに同時
   に向けることと、第１組成の耐火物粒子を該第１プラズ
   マ流に導入し且つ第２組成の耐火物粒子を該第２プラズ
   マ流に導入して、第２溶融鋳込み耐火物材料に直接接合
   された第１溶融鋳込み耐火物材料により特徴付けられる
   複合成形品を形成することを含む特許請求の範囲第２１
   項記載の方法。