JPS6283417A - 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、鋼材加熱炉における炉内スキッドの上面に設
けられて鋼材を直接支持するスキッドボタンに関するも
のである。

（従来の技術） 加熱炉に使用されるスキントポタンは、高温雰囲気の中
で被加熱材である鋼材の重量を支持しなければならない
為、高温における大なる圧縮クリープ強度が必要である
。

従って、従来はその材料として、００ＭＣＯ５０、）（
Ｓ−２１，５ＣＨ１３等、あるいは、Ｃ。

基またはＮｉ−Ｃｒ基の耐熱合金、■セラミックス単体
あるいは中実セラミックスと金属の複合材を使用したス
キントポタンが採用されていた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、前者の耐熱鋼を使用したスキントポタン
では、（ａｌいかに耐熱鋼といえども高温雰囲気中にお
ける長時間の使用では上面にクリープ変形が発生する。

（ｂｌ従って、寿命が短かく、早いものでは半年で取替
えが必要となる。（Ｃ）前記ｆａｔの高温圧縮クリープ
変形を少なくするためにスキッドパイプ内に冷却水を流
して水冷しているが、そのためスキッドボタンの、鋼材
と接触する部分の温度が低下し、鋼材にスキッドマーク
を発生させる原因となる。等の欠点がある。

この前者の欠点を解消するため、すなわちスキッドマー
クを発生させることなく後者のスキッドボタンが従業さ
れたのであるが、従来のセラミックス単体あるいはセラ
ミックスと金属との複合製のスキッドボタンは、被加熱
材である鋼材と接する面が、セラミックスが露出する構
造となっているため（特公昭６０−９５６６号、実公昭
５８−３５６４０号、実開昭５！ｌｌ−４４９号）　、
（ａｌセラミックスが酸化スケールや炉内雰囲気と反応
して損耗する。（ｂ）使用による損耗でスキッドボタン
高さに高低差が生じたり、また鋼材にそりがあったりす
ると鋼材の移送時にスキッドボタンに衝撃荷重が作用し
、これによってセラミックスが破損し飛散する。（Ｃ１
取付け、あるいは金属材との複合化（多くは「嵌合」に
よる）をする為、機械加工が必要であり、コスト高とな
る。等の欠点がある。

ちなみに、本発明者の半年間における実炉内試験による
と、セラミックス単体あるいはセラミックスが露出した
従来の複合製のスキントポタンでは、破損や反応による
損耗のため試験終了時にはスキッドボタン上にセラミッ
クスが全く残らなかった。

更に、セラミックス単体のスキッドボタンでは、スキッ
ドパイプ上に固定する手段として溶接を用いることがで
きない為、固定用の特別な構造を必要とし、コスト高と
なっていた。

また、前記したスキッドボタンの他に、筒体の内部に断
熱材を充填せしめ、その上部開口に蓋体を冠着した、い
わゆるホット型と称されるものもあるが、このスキッド
ボタンでも以下に述べる欠点がある。

すなわち、このスキッドボタンは、前記筒体と蓋体とが
一体と成されていない為、炉内の熱と鋼材の重量によっ
て筒体が外側に押し拡げられてスキッドボタンが偏平し
、スキッドマークが大きくなるのである。

本発明は、上記した従来の欠点の解消、すなわち、■耐
熱合金製のスキッドボタンの欠点である、スキッドマー
ク発生、および高温圧縮クリープ変形、特にスキントポ
タン上面のへたり、等を防止し、■セラミックス単体や
セラミックスが露出した従来の複合製のスキントポタン
の欠点である、酸化スケールや炉内雰囲気との反応によ
るセラミックスの損耗、および鋼材の移送時に作用する
衝撃荷重に起因して発生するセラミックスの破損や当該
破損したセラミックスの飛散、ならびに、機械加工によ
るコスト高、等の防止、更には■ホット型のスキントポ
タンの欠点である、偏平によるスキッドマーク拡大、の
防止を図ることを目的として成されたものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、複数の板状あるいは円筒状・棒状のセラミッ
クスとこれらセラミックス間に介在せしめられる耐熱合
金の組成物からなる支持骨材の下端コーナ部外周全面を
耐熱合金で、また、少なくとも外周残部全側面を耐衝撃
性物質で夫々被覆して成ることを要旨とするスキッドボ
タンである。

ここで、板状のセラミックスとは、平板状および波板状
の両方を含むものである。

すなわち前記した構成の本発明スキッドボタンは、以下
に説明する理由によってスキッドボタンが備えていなけ
ればならない諸要件を十分満足し得るのである。

■断熱性について 先に説明したように、断熱性の良否は鋼材スキッドマー
クの発生に大きな影響を及ぼす。従って、金属より断熱
性の優れた、すなわち、熱伝導率が小さく、しかも耐高
温圧縮性にすぐれたセラミックスを主成分とする支持骨
材として使用することによって本発明スキッドボタンは
良好な断熱性を得るのである。なお、使用するセラミッ
クスの熱伝導率は小さいもの程望ましいのであるが、本
発明者の実験によれば少なくとも金属の１７３以下のも
のを使用した場合にスキッドマークの軽減について高い
効果を発揮した。

また、支持骨材の主成分としてのセラミックスの複合率
は、スキッドボタン横断面におけるセラミックスの面積
占有率が高さ方向に平均して３０％以上８０％以下であ
ることが望ましい。この３０％および８０％という値は
、スキッドボタンの強度と断熱性に基づいて得られた値
であり、３０％未満では所要の強度および断熱性が得ら
れずスキッドマークの軽減にも効果が少ない。また、８
０％を超えるとセラミックスの拘束力が低下してスキン
トポタンの強度が低下する。

次に、一般に言われているセラミックスと断熱材の相違
について説明する。

材質においては両者に差は認められないが、ｆａ）内部
生成している気孔が大幅に異なり、気孔率で述べるとセ
ラミックスは０．１％以下、これに対して断熱材は１０
％以上である。これは原料の粒子が異なるからである。

従って、（ｂｌ圧縮強度は、セラミックスが非常に大き
いのに対し断熱材は小さい。よって、従来のように耐熱
合金材内に断熱材を介在させたものは、断熱性は良好で
あるものの圧縮強度が小さく寿命が短かくなっていたの
である。

これに対し、本発明スキッドボタンに使用するセラミッ
クスは、材質が断熱材と同じであるため断熱性にも優れ
、また圧縮強度が大であるため支持骨材となり得るので
ある。

■高温圧縮クリープ強度について 高温圧縮クリープ強度は前記■の断熱性のところで説明
したように寿命に影響を及ぼす。

しかしながら、本発明スキッドボタンにあっては、支持
骨材の主成分として前記したように高温圧縮クリープ強
度の大なるセラミックスを使用した為、何等問題はない
。しかし、セラミックスの厚さが３Ｈ未満の場合には、
鋼材より受ける荷重に抗する十分なりリープ強度が得ら
れないことから３ｆ１以上とすることが望ましい。

■耐衝撃強度および反応によるセラミックスの損耗防止
について 以上説明したように断熱性および高温圧縮クリープ強度
については良好な効果を有するセラミックスではあるが
、このセラミックスは先に述べたように、（ａｌ衝撃力
に弱い、（ｂｌ被加熱材の酸化スケールや炉内雰囲気と
反応して損耗する、等の欠点がある。

そこで、本発明スキッドボタンは支持骨材の主成分であ
るセラミックスの下端コーナ部外周全面を耐熱合金で、
また、少なくとも外周残部全側面を耐衝撃性物質で夫々
被覆しているのである。

ここで、スキッドボタンを被覆する耐衝撃性物質の種類
としては何等限定されるものではないが、耐熱合金、セ
ラミックス粒を分散含有せしめた耐熱合金あるいは、耐
熱合金含浸セラミックスが好ましい。また、この耐衝撃
性物質は、被覆部全域を同一物質で行なっても、また、
一部分を異種物質としてもよい。例えば、特に高温圧縮
クリープ変形の著しいスキッドボタン上部、または、上
部および下部に耐熱合金含浸セラミックスを被覆し、他
は耐熱合金で被覆する等の如くである。

すなわち、前記耐熱合金含浸セラミックスは、３次元骨
格構造で、かつ、連続した通気孔を有する例えば気孔率
６０〜８０％の多孔体セラミックスであるセラミックス
フオームの前記通気孔内に、鋳造によって耐熱合金を含
浸せしめた構造、すなわちセラミックスと金属との複合
構造である為、耐熱合金等に比べて高温圧縮クリープ強
度が良好であり、また、セラミックス単体の場合に比べ
て酸化スケールや炉内雰囲気との反応によるセラミック
スの損耗が著しく軽減するからである。

なお、本発明スキントポタンに使用する耐熱台金含浸セ
ラミックスのセラミックスフオームとしては、気孔率６
０〜８０％のものが望ましい。つまり、６０％未満では
耐衝撃性が下がり、８０％を超えた場合には耐圧縮性が
悪くなることによる。

前記セラミックス粒を分散含有せしめた耐熱合金とは、
例えば粒径Φ１〜Φ５ｍのセラミックス粒を耐熱合金内
部に含有せしめたものであり、セラミックス粒の含有率
も体積比で５０〜８０％程度が望ましい。この体積比の
範囲内が好ましい理由は、５０％未満では耐圧縮性、断
熱性が悪（なり、８０％を超えた場合は耐衝撃性が下が
るためである。

スキッドボタン上面の耐衝撃性物質層の厚さは０．５〜
２．０ｃｍの範囲内であることが望ましい。

これは、２．０（２）を超えた場合にはスキッドボタン
上面の耐衝撃性物質層部が高温圧縮クリープ変形をおこ
して従来の耐熱合金製スキッドボタンと同様の欠点を生
じるからであり、また、０．５０未満ではセラミックス
を耐衝撃性物質層で被覆した効果が発揮されないからで
ある。

なお、耐衝撃性物質層の被覆性を考慮すれば、支持骨材
の角部は、面取りを施しておくことが望ましい。

また、本発明スキッドボタンのスキンドパイブへの溶接
を可能とするため、スキッドボタンの下部は、従来の耐
熱合金製スキッドボタンと同様の形状とし、溶接部と内
蔵セラミックスとの距離は最短位置で１５１１以上であ
ることが望ましい。

（作　　　用） 本発明に係るスキッドボタンは、支持骨材の主成分とし
てセラミックスを使用すると共に、この支持骨材の下端
コーナ部外周全面を耐熱合金で、また、少なくとも外周
残部全側面を耐衝撃性物質で夫々被覆した構成を採用し
たものである為、優れた断熱性、高温圧縮クリープ強度
並びに耐衝撃強度を有し、しかも反応によるセラミック
ス損耗もなく、かつ、スキッドパイプに溶着可能で取付
けが容易である。

（実　施　例） 以下本発明を添付図面に示す実施例に基づいて説明する
。

第１図は本発明に係るスキッドボタンの第１実施例を示
すもので、イは正面図中央縦断面図、口はイのローロ断
面図である。　第１図中１が波板状セラミックスであり
、例えばこの波板状セラミックス１を複数枚適宜間隔を
存して配置せしめ、これらを耐熱合金２で鋳ぐるんで支
持骨材３を構成している。そして、本発明スキッドボタ
ン４では、前記支持骨材３の下端コーナ部外周全面を耐
熱合金で、また、外周残部全面を耐衝撃性物質で夫々被
覆しているのであるが、本実施例では前記耐熱合金と耐
衝撃性物質を支持骨材３を構成する耐熱合金２で兼ねさ
せたものを示している。

なお、図中５は台座、６はスキッドパイプ、７は断熱材
である。

第２図は同じく第２実施例を示す横断面図であり、この
場合には支持骨材３として、径の異なる円筒状セラミッ
クス８を回忌に配置し、これらを耐熱合金２で鋳ぐるん
だものを使用している他は前記第１実施例と同じである
。

第３図は同じく第３実施例を示す横断面図であり、この
場合には支持骨材３として、円筒状セラミックス８の内
部に波板状セラミックス１を複数枚適宜間隔を存して配
置せしめ、これらを耐熱合金２で鋳ぐるんだものを使用
している。

第４図は同じく第４実施例を示す横断面図であり、これ
は前記第２実施例の支持骨材３の中心部にセラミックス
棒９を配したものである。

なお、図示省略したが第１図および第３図における波板
状セラミックスに替えて平板状セラミックスを使用した
ものも、本発明の技術的範囲に含まれることは勿論であ
る。また、本実施例の場合には外周全面を耐熱合金２で
被覆したものを示したが、上面を被覆せずに外周部側面
のみを被覆してもよい。この場合には上面に露出したセ
ラミックス１又は８又は９が、耐衝撃強度および反応に
よるセラミックスの損耗防止の点で問題が存すると考え
られるのであるが、仮にセラミックス１又は８又は９の
上端が破損あるいは損耗した場合には、これらセラミッ
クス１又は８又は９を鋳ぐるんでいる耐熱合金２がスキ
ントポタン４の使用によって前記セラミックス１又は８
又は９の上端を覆うごとくなる為、それ以後は衝撃によ
る破損や反応によるセラミックスの損耗は防止でき、何
等問題はないのである。

次に本実施例に係るスキントポタンを製造する方法を説
明する。

鋳型内にセラミックスを配置し、湯道よりこの鋳型内に
加熱ガスを給送せしめて前記セラミックスを１２００℃
程度に予熱する。なお、この際セラミックスが熱衝撃損
傷しない昇温速度（２００℃／時間以下）で加熱するこ
とは勿論である。

このようにして、１２００℃にて２時間保持した後、別
炉で溶解した例えばＣＯ基の耐熱合金を前記鋳型内に鋳
込みを行なう。

そして、冷却後に鋳型を解体し、支持骨材を得る。本実
施例の場合は、支持骨材を構成する耐熱合金で支持骨材
の外周面を被覆する耐衝撃性物質および耐熱合金を兼ね
させている為、前記支持骨材をスキントポタンの大きさ
に形成すればよい。

なお、支持骨材の外周面を被覆する耐衝撃性物質および
耐熱合金が支持骨材を構成する耐熱合金と別材質の場合
には、前記セラミックスを鋳型内にセットし、先に説明
したのと同様の順序で耐熱合金を鋳込み、しかる後、冷
却後に鋳型を解体し、また更に、同様に耐衝撃性物質を
鋳込む等し、最後にスキントポタンの上下面に若干の機
械加工を施してスキントポタンを製造すればよい。

（実　験　結　果） 第１図および第２図に示す実施例のスキッドボタンサイ
ズを異ならせて夫々２種類製造し、実炉の加熱炉におい
て試験を行なった。

その結果を第１表に示す。比較として、耐熱合金スキン
トポタン、セラミックス単体のスキントポタン等を使用
した場合の結果を第２表に示す。

なお、本実験の操業条件は、（イ）能力２００ＴＯＮ／
時間、被加熱材の代表的サイズ＝３２０鶴Ｘ２１００酊
Ｘ４０００ｎ＋、加熱温度１１８０℃であった。

第１表 上記第１表および第２表より明らかな如く、本発明スキ
ントポタンの優秀さが確認できた。

（発明の効果） 以上説明した如く本発明スキントポタンは以下に列挙す
る効果を有する。

■本発明スキッドボタンの平均熱伝導率は、従来の耐熱
合金製スキッドボタンの場合の１７２〜１／３であるた
め、また、耐高温圧縮クリープ強度に優れるという理由
からスキッドボタン高さを通常より高くすることができ
るため、スキッドボタン上部の温度を炉内雰囲気と大差
なく保つことができ、従って被加熱材にスキッドマーク
が発生せず、従来のようにスキッドマーク除去のために
加熱炉出口で前記被加熱材を再加熱する必要がない。

■従来の耐熱合金製スキッドボタンの場合には１２００
℃以上での高温圧縮クリープ変形が特に上部において大
きいのであるが、本発明スキントポタンでは高温圧縮ク
リープ変形はほとんどなく、前記従来の約１７１０以下
である。このことにより、本発明スキッドボタンの寿命
は前記従来スキンドア ボタンの４倍以上となることが確認できた。

■本発明スキントポタンは、セラミックスを主成分とす
る支持骨材の外周全面を耐衝撃性物質及び耐熱合金で被
覆している為、セラミックスの短所である耐衝撃性が大
幅に改善される。仮に、セラミックスが破損した場合で
も、前記被覆層によって外部へ飛散することがなく、従
って、負荷に対する性能は変わらない。なお、実炉実験
では破損はほとんど生じなかった。

■本発明スキッドボタンは、セラミックスが耐熱合金や
耐衝撃性物質によって一体化されている為、セラミック
ス等の接合に要する加工は必要とせずに焼成のまま使用
でき、コスト低減となる。なお、本発明品は従来品と比
較して約１０％のコスト減となった。

■本発明スキッドボタンは、前記■と同様の理由によっ
て、被加熱材表面の酸化スケールや炉内雰囲気との反応
によるセラミックスの損耗を防止できる。なお、実炉テ
ストではセラミックスの反応による損耗は全く見られな
かった。

■本発明スキッドボタンは、前記■と同様の理由により
、スキッドパイプに溶接によって容易に固定できる。

■また、本発明スキントポタンは前記■に説明した効果
により、従来のセラミックスを用いたスキッドボタンと
比較して約２０％の軽量化が図れる。

■本発明スキッドボタンは、セラミックスが外部雰囲気
と完全に隔離されている為、耐高温酸化に劣るセラミッ
クスの使用も可能である。また、被覆部材についても耐
熱性さえ十分であれば強度面はセラミックスに依存でき
る為、セラミックス、被覆部材とも材質面での制約を排
除して使用目的に応じた任意の組合せによる複合化が可
能となる。

なお、本実験は、アルミナ質のセラミックスを支持骨材
の主成分としたものについてのみ行なったが、他のセラ
ミックス、例えば窒化珪素質、ジルコニア質、炭化珪素
質のセラミックスや、アルミナ質の高強度レンガ等を使
用してもよい。

また、耐熱合金もＣｏ基のＨ３２１、ＵＭＣ。

５０．５８１６等に限らず、他のＣｏ基、Ｆｅ基、Ｎｉ
基の耐熱合金を用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明スキントポタンの第１実施例を示すもの
で、イは正面図中央縦断面図、口はイのローロ断面図、
第２図〜第４図は同様の第２実施例〜第４実施例を示す
横断面図である。 １は波状セラミックス、２は耐熱合金、３は支持骨材、
４はスキントポタン、８は円筒状セラミックス、９はセ
ラミックス棒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の板状あるいは円筒状・棒状のセラミックス
   とこれらセラミックス間に介在せしめられる耐熱合金の
   組成物からなる支持骨材の下端コーナ部外周全面を耐熱
   合金で、また、少なくとも外周残部全側面を耐衝撃性物
   質で夫々被覆して成ることを特徴とするスキッドボタン
   。