KR20140140071A - 교반기 축 파이프 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 샤프트와 상기 샤프트에 돌출 설치된 교반 날개로 이루어지는 유리 제조용 교반기의 상기 샤프트를 구성하는 교반기 축 파이프에 있어서, n층(n=2 내지 5)의 복수의 파이프가 적층하는 다층 구조를 갖고, 다층 구조를 구성하는 상기 복수의 파이프 가운데 적어도 1층의 파이프가, 길이 방향 단면의 재료 조직에 있어서의 결정립 애스펙트비(길이 방향/직경 방향)가 10 내지 100인 것과 함께, 원주 방향 단면의 재료 조직에 있어서의 결정립 애스펙트비(원주 방향/단면 방향)가 5 내지 100인 것을 특징으로 하는 교반기 축 파이프이다.

Description

교반기 축 파이프 및 그 제조 방법{STIRRER SHAFT PIPE AND METHOD FOR PRODUCING SAME}

본 발명은, 각종 유리 제품의 제조 공정에 있어서, 용융 상태의 유리를 교반ㆍ균질화하기 위한 유리 제조용 교반기를 구성하는 교반기 축 파이프 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

각종 유리 제품의 제조 공정에 있어서는, 조정ㆍ혼합된 유리 원료를 용융하고, 용융 상태의 유리를 교반함으로써 그 성분의 균질화, 굴절률의 균일화를 행한 후, 성형을 해서 유리 제품으로 하고 있다. 그리고, 품질이 우수한 유리를 제조하기 위해서는, 교반 공정이 특히 중요하다.

용융 유리의 교반 공정에 있어서는, 통상, 용융 유리조에 유리 제조용 교반기를 삽입해서 회전시킴으로써 행하여진다. 이 유리 제조용 교반기는, 회전축이 되는 샤프트에 교반 날개가 돌출 설치되어 있다. 또한, 이들의 유리 제조에 제공되는 기기(용융 유리조, 제조용 교반기)는, 산화물 분산 강화형 백금 합금이나 백금-로지움 합금 등의 백금 재료(일반적으로, 강화 백금이라고 함)로 구성되는 것이 주류로 되어 있다. 백금 재료는, 고온에 있어서의 기계적 특성, 특히 고온 크리프 강도가 우수하기 때문이다. 또한, 백금 재료는, 화학적으로도 안정되고, 용융 유리에 의한 침식도 적어, 고품질의 유리 제조에 적합하기 때문이다.

일본 특허 공개 제2004-149338호 공보

도 6은, 일반적인 유리 제조용 교반기의 제조 공정을 설명하는 도면이다. 먼저, 합금 잉곳을 압연 가공 등 하여 직사각형의 판재를 준비하고, 이것을 권회하여 양단부의 맞댐을 접합하여 관 형상으로 한다. 이어서, 이 파이프를 드로 벤치 등으로 인발 가공함으로써, 소정의 치수, 두께의 샤프트를 제조한다. 그리고, 이 샤프트에 소정 형상의 교반 날개를 접합함으로써 교반기로 하고 있다.

유리 제조용 교반기는, 고온에 의해 점성이 있는 용융 유리에 노출되고, 또한, 장시간의 회전 운동을 하는 구조체이다. 그로 인해, 유리 제조용 교반기는, 상기한 제조 공정에 있어서 그 부재 치수는 물론 재료 조직에 대해서도 충분한 설계가 이루어져 있다. 이 점, 회전축이 되는 교반기 샤프트는, 교반 날개의 중량이나, 가동 중에 교반 날개가 받는 응력을 고온 하에서 지지한다고 하는 큰 부하를 받는다. 그로 인해, 상응의 두께로 설계됨과 함께, 상기와 같이 백금계 재료라고 하는 고강도의 재료를 사용하는 동시에 그 재료 조직의 조정이 행하여지고 있다.

그러나, 상기와 같이 해서 충분한 배려 하에 제조되는 유리 제조용 교반기에서도, 장기 사용에 의한 변형ㆍ파손이 발생하는 경우가 있다. 특히, 설계상 상정되는 내용 기간에 도달하기 전의 변형은 문제이다. 이 변형은, 교반 날개에도 발생하는 경우가 있지만, 교반기 샤프트에서의 발생 빈도도 높고, 구부러짐, 비틀림과 같은 변형이 보여진다. 여기서, 교반기 샤프트의 강도 향상에는, 그 두께를 증가시키는 것이 유효하지만, 이것은 장치 사이즈의 관점에서 대응이 곤란하고, 또한, 다량의 재료가 필요해져 비용면에서도 바람직한 대응이 아니다.

그래서 본 발명은, 유리 제조용 교반기의 교반기 샤프트를 구성하는 파이프에 대해서, 종래보다도 고강도이고 변형의 우려가 적은 것을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같이, 종래의 교반기 축 파이프의 설계에 있어서는, 치수 설계 외에, 재료 조직의 검토도 이루어져 왔다. 교반기 샤프트가 받는 응력은, 교반 날개의 중량 외에, 교반기의 가동시 용융 유리의 점성력 등이다. 이 응력은 주로 수직 방향(교반기 샤프트의 길이 방향)으로 작용한다고 생각되어 왔다. 이것으로부터, 종래의 교반기 축 파이프는, 길이 방향의 강도 향상이 착안되어 왔다. 그로 인해, 재료 조직도 길이 방향의 단면이 중시되고 있고, 가공 조직에 의해 결정립 애스펙트비(길이 방향/직경 방향)를 조정한다고 하는 배려가 이루어져 있었다. 그리고, 길이 방향에 있어서의 재료 조직에의 관심이 높았던 만큼, 원주 방향의 재료 조직에 관해서는 관심이 적어, 이 방향에 있어서의 강도 상의 설계는 두께의 조정 정도밖에 이루어져 있지 않았다. 따라서, 본 발명자들은, 교반기 샤프트의 강도 향상에는, 파이프의 길이 방향뿐만 아니라, 원주 방향의 재료 조직의 조정을 행하여, 쌍방향의 결정립 애스펙트비를 균형있게 강화하는 것이 바람직하다고 생각했다.

여기서, 결정립 애스펙트비의 조정은, 재료 가공에 의해 행하는 것이 일반적이고, 일정 방향으로 가공하여 그 가공율을 높임으로써 가공 방향으로 가늘고 긴 고애스펙트비의 결정 조직을 형성할 수 있다. 이 점, 종래의 교반기 축 파이프의 제조에 즈음하여는, 파이프에 성형하기 전의 판재를 압연 가공 등에 의해 제조할 때, 파이프 가공 후에 있어서의 길이 방향에 관한 결정립 애스펙트비의 조정만이 행하여지고 있어, 이 방향에서의 가공율을 높게 하고 있었다. 이것은, 상기와 같이 종래는, 길이 방향에 있어서의 재료 조직에만 주의를 기울이고 있었기 때문이다.

한편, 본 발명자들이 검토한 바와 같이, 교반기 축 파이프의 강도 향상을 위하여는, 그 길이 방향과 원주 방향의 양쪽 결정립 애스펙트비를 조정하는 것이 바람직하다. 그러나, 종래와 동일한 구성의 파이프에 대해서 이것을 행하는 것은 곤란하다. 원주 방향의 결정립 애스펙트비를 높게 하기 위해서는, 파이프 성형 전의 판재의 제조 공정에 있어서 원주 방향의 가공율을 높게 하는 것이 필요해지지만, 길이 방향으로 가해서 원주 방향의 가공율도 높게 하면 제조되는 판재가 얇아져, 파이프의 두께가 부족하게 되기 때문이다. 이 점에 대해서는, 가공율을 확보하기 위해서 잉곳의 치수를 크게 하고, 필요한 가공율을 확보한 후에 필요한 치수로 판재를 절단해서 사용함으로써 대응 가능하지만, 이것은 가공 설비와의 관계에서 곤란하다고 말할 수 있다.

따라서, 본 발명자들은, 교반기 축 파이프의 구조에 관해 복수의 파이프를 적층시킨 다층 구조를 채용함과 함께, 이것을 구성하는 파이프로서, 그 길이 방향과 원주 방향의 양쪽의 결정립 애스펙트비를 조정한 것을 조합함으로써, 상기의 상반된 요구를 충족할 수 있다고 하여 본 발명에 상도했다.

상기 과제를 해결하는 본 발명은, 샤프트와 상기 샤프트에 돌출 설치된 교반 날개로 이루어지는 유리 제조용 교반기의 상기 샤프트를 구성하는 교반기 축 파이프에 있어서, n층(n=2 내지 5)의 복수의 파이프가 적층하는 다층 구조를 갖고, 다층 구조를 구성하는 상기 복수의 파이프 가운데 적어도 1층의 파이프가, 길이 방향 단면의 재료 조직에 있어서의 결정립 애스펙트비(길이 방향/직경 방향)가 10 내지 100인 것과 함께, 원주 방향 단면의 재료 조직에 있어서의 결정립 애스펙트비(원주 방향/단면 방향)가 5 내지 100인 것을 특징으로 하는 교반기 축 파이프이다.

이하, 본 발명에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명에서는, 파이프의 각 단면에 있어서의 결정립 애스펙트비를 구하기 위한 각 방향(길이 방향, 직경 방향, 원주 방향, 단면 방향)의 의의를 명확히 하기 위해서, 도 1에 도시한 바와 같이 정의한다.

본 발명은, 박육의 파이프를 조합함으로써 필요한 두께를 확보하는 것이며, 그 층수는 2 내지 5로 한다. 단층에서는, 파이프의 두께를 유지하면서, 원주 방향의 결정립 애스펙트비를 적합한 범위로 하는 것이 곤란하다. 또한, 너무 많은 층으로 구성해도 효과는 없으며, 5층을 초과하는 파이프를 제조하고자 하면, 공정이 많아져 제조 비용에 영향을 미치기 때문이다.

그리고 나서 본 발명은, 적어도 1층의 파이프에 대해서 길이 방향과 원주 방향의 양쪽 결정립 애스펙트비가 조정된 파이프를 조합한다. 여기서, 길이 방향 단면의 재료 조직에 있어서의 결정립 애스펙트비(길이 방향/직경 방향)를 10 내지 100으로 하지만, 이것은 교반 날개의 중량 등의 교반기 샤프트가 주로 받는 응력에 견디기 위한 범위이며, 종래 기술에서도 고려되어 온 범위이다. 한편, 원주 방향 단면의 재료 조직에 있어서의 결정립 애스펙트비(원주 방향/단면 방향)를 5 내지 100으로 하는 것은, 종래의 교반기 샤프트의 원주 방향 단면의 결정립 애스펙트비를 고려하여, 강도를 향상시키기 위해서 설정한 것이다. 즉, 5미만에서는 종래 기술과 그다지 차는 없다. 또한, 원주 방향에 대해서도 결정립 애스펙트비가 높을 수록 바람직하다고 말할 수 있지만, 제조상의 관점에서 100을 상한으로 하는 것이다. 이 결정립 애스펙트비에 대해서, 보다 바람직한 범위는, 양쪽을 10 내지 60으로 한 것이다.

상기와 같이 길이 방향과 원주 방향의 양쪽 결정립 애스펙트비가 조정된 파이프는, 적어도 1층의 파이프에 대하여 적용한다. 이렇게 적어도 1층의 파이프에 적용함으로써 종래 이상의 강도를 기대할 수 있다. 단, 교반기 샤프트에 있어서 열적ㆍ구조적으로 가장 부하가 걸리는 것은, 용융 유리에 직접 접촉하고, 교반 날개 등이 접합되는 최외층의 파이프이다. 따라서, 상기 결정립 애스펙트비가 조정된 파이프를 최외층에 적용하는 것이 특히 바람직하다.

단, 전체적으로 결정립 애스펙트비가 상기의 적합 범위에 있는 것이 바람직하다. 교반기 축 파이프 전체에 있어서 적합한 강도를 갖는 쪽이, 장기의 내구성을 확보하는 것이 가능하기 때문이다. 즉, 각 층을 구성하는 파이프에 있어서의 길이 방향 및 원주 방향의 결정립 애스펙트비의 평균값이 길이 방향 단면에서 10 내지 100인 것과 함께, 원주 방향 단면의 결정립 애스펙트비의 평균값이 5 내지 100인 것이 바람직하다. 또한, 여기서의 평균이란 각 층의 두께를 고려한 두께 가중 평균이다. 구체적인 산출 방법으로서는, 각 층의 파이프 두께와 결정립 애스펙트비와 곱한 값의 전체층의 합계 값을 교반기 축 파이프 전체의 두께로 나눈 값이다.

그리고, 가장 바람직한 것은, 각 층을 구성하는 파이프의 모두가, 길이 방향의 결정립 애스펙트비가 10 내지 100인 것과 함께, 원주 방향 단면의 결정립 애스펙트비가 5 내지 100인 것이다. 교반기 축 파이프 전체에서 대략 균일한 강도를 갖기 때문이다.

각 파이프의 두께에 대해서는, 모두 동일할 필요는 없으며, 복수의 두께의 파이프를 조합해서 적층시켜도 좋다. 또한, 조합하는 각 파이프의 실용상 바람직한 두께로서는, 1.5mm 이하가 바람직하다. 또한, 최종적인 교반기 축 파이프의 두께 조정을 위해서, 1mm 이하의 파이프를 조합해도 좋다.

또한, 각 파이프의 구성 재료로서는, 종래의 유리 제조용 교반기와 마찬가지의 것을 적용할 수 있다. 바람직하게는, 각종 백금 재료[산화물 분산형 백금 합금, 백금 합금(백금-로지움 합금 등)]이다. 또한, 각 층을 구성하는 파이프의 재질이 완전하게 동일한 조성일 필요은 없으나, 동일한 조성의 것이 바람직하다. 각 파이프의 구성 재료가 상이하면, 열팽창량의 상이 등으로 변형될 우려가 있기 때문이다.

또한, 본 발명에 관한 교반기 축 파이프는, 유리 침식성이나 내열성 등을 고려한 보호를 위해, 최외층의 파이프의 외측(용융 유리에 접촉하는 면)에 금속층을 구비하고 있어도 좋다. 예를 들어, 각 파이프의 구성 재료로서 산화물 분산형 백금 합금을 적용하고, 그 외측에 순백금의 층을 형성해도 좋다. 이 경우, 교반기 축 파이프의 강도면은 본 발명의 다층 구조의 파이프가 담당하고, 내식성 등을 보호 금속층이 담당하게 된다. 보호 금속층으로서는, 순백금 외에, 백금-로지움 합금, 백금-금합금, 순금 등이 바람직하고, 이들에 대해서는 애스펙트비의 조정은 이루어져 있지 않아도 좋다. 또한, 그 두께는 특별히 한정되지 않고 본 발명을 구성하는 파이프와 동등한 것이어도 좋다.

본 발명에 관한 교반기 축 파이프를 구성하는 각 파이프 간의 접합의 필요 여부에 대해서는, 각 파이프의 치수 맞춤을 정밀하게 함으로써 무접합으로 할 수 있다. 즉, 내측의 파이프 외경과 외측의 파이프 내경이 대략 동등하게, 겹쳤을 때의 간극이 미소하면, 경납땜이나 용접 등의 접합 없이 적용할 수 있다. 단, 치수 맞춤이 정밀하여도 각 파이프를 접합해도 좋다. 각 파이프의 접합으로서는, 확산 접합, 단접에 의한 것이 바람직하고, 이것들 접합에 의해 일체화되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 후술하는 바와 같이, 각 파이프는 판재를 관상으로 권회해서 접촉하는 판재 양단부를 접합해서 제조된 것을 적용할 수 있지만, 각 파이프를 적층시켰을 때, 샤프트 파이프 단면에 있어서, 샤프트 중심축과 각 파이프의 접합선을 연결하는 선이 서로 중복하지 않는 것이 바람직하다. 접합부는, 다른 개소에 대하여, 열 이력이 국소적으로 다른 부위이다. 교반기로 한 후에 고온으로 가열되었을 경우, 발생하는 열 왜곡의 불균일함에 의해 변형될 우려가 있다. 예를 들어, 교반기를 제조하고, 샤프트의 센터링을 한 후에 어닐링하는 경우나, 유리 교반 공정에서 용융 유리에 의해 가열된 경우 등, 열변형이 발생하는 경우가 있다. 따라서, 각 파이프의 접합선이 중복하지 않도록 함으로써, 전체적인 변형을 상쇄하고, 또한, 일부의 파이프에 균열 등이 발생해도 전체로서의 파손을 방지할 수 있다.

본 발명에 관한 교반기 축 파이프의 제조 공정으로서는, 종래의 공정에 따라, 잉곳을 압연 가공 등 하여 직사각형의 판재를 준비하고, 이것을 권회해서 양단부의 맞댐을 접합하여 관형상으로 하고, 이것을 적절하게 인발 가공한다. 단, 본 발명에 있어서는, 적어도 1개의 판재 제조에 있어서, 파이프로 했을 때에 있어서의 길이 방향 및 원주 방향의 양방향에 대해서 75 내지 95％의 가공율을 부여해서 판재를 제조하는 점에서 상이하다. 그리고, 판재 제조 공정을 복수 회 반복하여, 복수의 판재를 제조하고 파이프를 제조하여, 각 파이프를 적층시킨다. 또한, 판재의 가공 방향에 대해서, 파이프로 했을 때에 있어서의 길이 방향 및 원주 방향이란, 도 2에서 나타낸 바와 같이, 판재를 파이프에 성형한 상태를 상정했을 때의 가공 방향이다.

판재 제조에 있어서, 가공율을 75 내지 95％로 하는 것은, 판재의 길이 방향 및 원주 방향의 양 방향에 관한 단면의 결정 조직을 조정하여, 그 결정립 애스펙트비를 적합 범위로 하기 위해서이다. 이 가공은, 압연 가공이 적용된다. 압연 가공은, 가공율이나 목표로 하는 판 두께에 따라 복수 회 행해도 좋다. 또한, 이 판재 가공의 공정에서, 가공 장치에 맞춰 적절하게 절단을 행해도 좋다. 제조하는 판재의 수는, 사용하는 파이프의 수에 대응하지만, 파이프마다 판재의 종류(판 두께)를 제조할 필요는 없으며, 공통되는 판 두께의 판재를 사용할 수 있다. 파이프의 제조는, 미리 원하는 직경이 되도록 판재의 치수를 조정하여, 판재를 권회하여 판재의 양단부를 접합해서 파이프로 한다. 파이프 성형을 위한 접합은, 열확산 접합, 용접, 단접을 적용할 수 있다.

또한, 판재 제조 후에 파이프를 제조하는 방법으로서는, 상기 외에, 판재를 딥 드로잉 가공해도 좋다. 딥 드로잉 가공에 의한 파이프 제조에서는, 각 층의 파이프가 접합선이 없는 연속적인 것이 되어, 접합선의 존재에 의한 강도ㆍ내식성 저하를 억제할 수 있는 점에서 유용하다.

적층하는 파이프(2 내지 5개)의 제조 후, 소직경의 파이프를 대직경의 파이프에 순차 삽입하여, 다층 구조의 파이프를 형성한다. 그리고, 이 다층 구조의 파이프를, 필요에 따라 드로 펜치 등으로 인발 가공하여 교반기 축 파이프로 한다. 인발 가공을 행하는 것은, 교반기 축 파이프가 최종적인 치수 맞춤을 행함과 함께, 각 층의 파이프를 보다 긴밀히 밀착시키기 위해서이다. 이 인발 가공의 가공율은, 5 내지 20％로 하는 것이 바람직하다. 단, 인발 가공은 필수적인 공정은 아니다.

다층 구조의 파이프 제조에 있어서는, 각 층의 파이프를 서로 접합해도 좋다. 이 경우의 접합은, 용접으로도 좋지만, 확산 접합이 바람직하다. 각 파이프의 겹침 부분을 균일하게 접합할 수 있기 때문이다. 확산 접합을 행하는 경우, 그 조건으로서는, 가열 온도를 1400 내지 1600℃로 하여 0.5 내지 5시간 가열하는 것이 바람직하다.

이상 설명한 제조 공정에 의해, 제조한 교반기 축 파이프는, 필요에 따라 인발 가공 등으로 치수 조정해도 좋다. 그리고, 그 후, 교반 날개를 접합함으로써 유리 교반용 교반기로 할 수 있다. 또한, 접합하는 교반 날개에 대해서는 특별히 한정은 없으며, 용도에 따른 형상, 재질의 교반 날개가 설치된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 관한 교반기 축 파이프는, 종래의 것보다도 고강도이며, 사용 중에 받는 응력에 의한 변형에 대한 내력을 갖는다. 또한, 요구 강도가 동일한 것에 대해서 교반기 축 파이프를 박육화할 수 있어 재료비 저감의 효과도 있다. 또한, 본 발명에 관한 교반기 축 파이프는, 비교적 제조도 용이하고, 그 치수에도 융통성이 있기 때문에, 대규모의 유리 제조 장치에도 대응 가능하게 된다.

도 1은 본 발명에 있어서의 결정립 애스펙트비의 측정 방향을 설명하는 도면.
도 2는 본 발명에 있어서의 가공 방향을 설명하는 도면.
도 3은 본 실시 형태로 제조한 판재의 제조 조건을 설명하는 도면.
도 4는 크리프 시험편의 개략도.
도 5는 제3 실시예 및 비교예의 길이 방향 및 원주 방향의 단면 조직을 나타내는 사진.
도 6은 종래의 유리 교반용 교반기의 제조 공정을 설명하는 개략도.

이하, 본 발명의 적합한 실시예를 설명한다.

제1 실시 형태: 여기에서는, 1종의 잉곳으로부터 수종의 가공 공정을 거친 복수의 판재를 제조하고 이것을 가공해서 파이프로 한 후, 다층 구조를 갖는 교반기 축 파이프를 제조했다. 여기서 사용한 잉곳은, 강화 백금 합금(다나까기긴조꾸 고교제 상품명:Nano-Plat-BPR)의 잉곳(치수:폭 170㎜×길이 130㎜×두께 50㎜)이다. 그리고, 이 잉곳을 원료로 하여, 표 1에 5종의 판재를 제조했다. 판재의 치수는, 폭 200㎜×길이 900㎜이며, 두께는 판재마다 상이하다. 각 판재의 가공 이력의 상세에 대해서 도 3에 도시하고, 그 최종 가공율, 단면 결정립 애스펙트비를 표 1에 나타낸다.

[표 1]

상기에서 제조한 판재 A 내지 E를 사용해서 파이프에 성형하고, 적절하게 적층시켜 합계 두께 3.5mm의 교반기 축 파이프를 제조했다. 제조한 것은, 판재 A를 2장 사용한 2층의 교반기 축 파이프(제1 실시예), 판재 B, C를 각각 3장, 1장 사용한 4층의 교반기 축 파이프(제2 실시예), 판재 D를 5장 사용한 5층의 교반기 축 파이프(제3 실시예)이다. 또한, 판재 E를 1장 사용해서 단층의 교반기 축 파이프도 제조했다(비교예).

도 5는, 제3 실시예 및 비교예의 교반기 축 파이프의 단면 조직(길이 방향 및 원주 방향)을 나타내는 것이다. 도 5로부터, 비교예의 교반기 축 파이프는, 길이 방향 단면의 애스펙트비는 높아지고 있지만, 원주 방향 단면의 애스펙트비가 낮아지고 있다. 한편, 실시예는, 원주 방향 단면의 애스펙트비도 높아지고 있다.

그리고, 제조한 교반기 축 파이프에 대해서, 크리프 강도 시험을 행했다. 크리프 시험은, 하중 방향이 원주 방향으로 되도록 도 4에서 나타낸 바와 같이 시험편을 잘라내 가공하고, 하중 25MPa, 시험 온도 1400℃로 하여, 파단 시간을 측정했다. 이 결과를 표 2에 나타낸다.

[표 2]

표 2로부터, 각 실시예에 관한 다층 구조를 갖는 교반기 축 파이프는, 단층의 비교예보다도 크리프 파단 시간이 증대하는 것을 알 수 있다. 특히, 제2, 제3 실시예에 있어서는 비교예의 10배 이상으로 연장되는 것을 알 수 있다.

제2 실시 형태: 여기에서는, 제3 실시예, 비교예에서 제조한 교반기 축 파이프 및 딥 드로잉 가공으로 제조한 교반기 축 파이프(제4 실시예라고 함)의 3종의 교반기 축 파이프로부터 교반봉을 제조하여, 용융 유리의 교반 시험을 행했다.

제4 실시예의 교반기 축 파이프는, 제1 실시 형태의 판재 D와 동일한 조건으로 제조한 판재(두께 0.7mm)를 딥 드로잉 가공하여 파이프로 하고, 이들을 적층시켜 교반기 축 파이프로 했다. 또한, 교반봉은, 각 교반기 축 파이프에 환봉 형상의 교반 날개 4개를 동일 간격으로 용접해서 제조했다.

용융 유리의 교반 시험은, 교반조에 용융 유리를 투입해서 이것을 교반봉으로 소정 시간 교반하고, 그 후의 교반봉 변형을 평가했다. 또한, 용융 유리의 온도는 1450℃ 내지 1500℃ 사이가 되도록 제어했다. 또한, 교반봉의 회전수는 15rpm으로 하고, 교반 시간을 400시간으로 했다.

교반 시험 후, 교반봉을 취출해서 냉각, 부착한 유리를 제거하여, 교반기 축 파이프의 변형을 조사한바, 제3, 제4 실시예의 교반기 축 파이프에는 변형의 흔적은 전히 보이지 않았다. 한편, 비교예의 단층 교반기 축 파이프는 큰 변형은 없었지만, 밀리 오더에서의 구부러짐, 비틀림이 발생하고 있었다. 비교예의 교반기 축 파이프에서도 파단이나 대 변형과 같은 조업을 급정지시킬 정도의 문제는 발생하지 않는다고 생각되나, 장시간의 사용에 수반하여 용융 유리류를 불규칙하게 하는 등의 문제가 발생할 우려가 있다고 예측된다.

본 발명에 관한 교반기 축 파이프는, 다층 구조를 채용해서 길이 방향 단면 외에 원주 방향 단면의 재료 조직에 있어서의 결정립 애스펙트비를 조정하고 있기 때문에, 고강도의 것으로 되어 있다. 본 발명을 적용하는 유리 교반봉은, 장기간 형상 변화도 적어 안정되게 사용할 수 있다. 또한, 그 치수 조정도 용이하여 소규모의 유리 제조 장치로부터 대규모의 것까지 폭 넓게 대응할 수 있다.

Claims (8)

1. 샤프트와 상기 샤프트에 돌출 설치된 교반 날개로 이루어지는 유리 제조용 교반기의 상기 샤프트를 구성하는 교반기 축 파이프에 있어서,
   n층(n=2 내지 5)의 복수의 파이프가 적층하는 다층 구조를 갖고,
   다층 구조를 구성하는 상기 복수의 파이프 가운데 적어도 1층의 파이프가, 길이 방향 단면의 재료 조직에 있어서의 결정립 애스펙트비(길이 방향/직경 방향)가 10 내지 100인 것과 함께, 원주 방향 단면의 재료 조직에 있어서의 결정립 애스펙트비(원주 방향/단면 방향)가 5 내지 100인 것을 특징으로 하는, 교반기 축 파이프.
2. 제1항에 있어서, 다층 구조를 구성하는 복수의 파이프에 대해서, 길이 방향 단면의 재료 조직에 있어서의 결정립 애스펙트비(길이 방향/직경 방향)의 두께 가중 평균이 10 내지 100인 것과 함께, 원주 방향 단면의 재료 조직에 있어서의 결정립 애스펙트비(원주 방향/단면 방향)의 두께 가중 평균이 5 내지 100인, 교반기 축 파이프.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다층 구조를 구성하는 복수의 파이프의 모두에 있어서, 길이 방향 단면의 재료 조직에 있어서의 결정립 애스펙트비(길이 방향/직경 방향)가 10 내지 100인 것과 함께, 원주 방향 단면의 재료 조직에 있어서의 결정립 애스펙트비(원주 방향/단면 방향)가 5 내지 100인, 교반기 축 파이프.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 최외층이 되는 파이프의 외측에, 보호 금속층을 구비하는, 교반기 축 파이프.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 다층 구조를 구성하는 복수의 파이프가, 확산 접합 또는 단접에 의해 일체화된, 교반기 축 파이프.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 다층 구조를 구성하는 복수의 파이프는, 판재를 관상으로 권회하고, 접촉하는 판재 양단부를 접합함으로써 성형되는 것이며,
   샤프트 단면에 있어서, 샤프트 중심축과 각 파이프의 접합선을 연결하는 선이 서로 중복하지 않도록 각 파이프가 적층하여 이루어지는, 교반기 축 파이프.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 교반기 축 파이프의 제조 방법이며,
   잉곳으로부터 복수의 판재를 제조하는 공정과, 상기 판재를 관상으로 권회하고, 접촉하는 판재 양단부를 접합해서 복수의 파이프를 제조하는 공정과, 제조한 복수의 파이프를 적층시켜 다층 구조를 갖는 파이프로 하는 공정을 포함하고,
   상기 복수의 판재를 제조하는 공정은, 적어도 하나의 판재에 대해서, 파이프로 했을 때에 있어서의 길이 방향 및 원주 방향의 양방향에 대해서 75 내지 95％의 가공율을 부여해서 판재를 제조하는 것인, 교반기 축 파이프의 제조 방법.
8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 교반기 축 파이프의 제조 방법이며,
   잉곳으로부터 복수의 판재를 제조하는 공정과, 상기 판재를 딥 드로잉 가공해서 복수의 파이프를 제조하는 공정과, 제조한 복수의 파이프를 적층시켜 다층 구조를 갖는 파이프로 하는 공정을 포함하고,
   상기 복수의 판재를 제조하는 공정은, 적어도 하나의 판재에 대해서, 파이프로 했을 때에 있어서의 길이 방향 및 원주 방향의 양방향에 대해서 75 내지 95％의 가공율을 부여해서 판재를 제조하는 것인, 교반기 축 파이프의 제조 방법.

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