JPH0243316A - ウォーキングビーム式加熱炉用スキッドボタンおよびその製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、加熱炉内の被加熱鋼材搬送用ウオーキングビ
ームの固定ビームおよび移動ビームを形成するためのス
キッドパイプに取付けられるスキッドボタンとその製造
方法に関する。

〔従来の技術〕

鋼材加熱炉内の被加熱鋼材（ｔｌｉｉ１片、スラブ等）
を炉の入側から出側に向かって搬送するためのウオーキ
ングビームコンベアを構成する固定ビームと移動ビーム
は、第５図に示すように耐熱合金鋼製スキッドパイプ（
１）とその頂面に一定の間隔をおいて固定されたスキッ
ドボタン（１０）とで形成されている。パイプ（１）と
ボタン（１０）は、パイプ（１）内を流送する冷却水の
冷却作用と、パイプ（１）外周面に塗設された不定形耐
火物層（２）による炉内雰囲気の遮断と断熱効果により
炉内の高温雰囲気（約１２００〜１３５０°Ｃ）から保
護されている。

スキッドボタン（１０）は、その頂面に被加熱鋼材が担
持される鋼材骨は台であるから、被加熱鋼材の高荷重や
機械衝撃に耐える高温強度や靭性を必要とすることはも
ちろん、高温鋼材との接触面における反応、所謂ビルド
アップの生じにくいこと、および鋼材にスキッドマーク
（スキッドボタンとの接触面を介して鋼材が熱を奪われ
ることにより生じる局所的低温部）を生じさせない断熱
特性等を備えていること等が要求される。

近時、そのスキントポタンとして、従来の耐熱合金銅に
代え、セラミックを利用することが試みられている。具
体的には、セラミックからなる所定形状の焼結体ブロッ
クをスキッドボタンとして使用する方法、およびセラミ
ック粉末と耐熱合金粉末との混合物を肉盛材料とし、プ
ラズマ粉体溶接等によりスキッドパイプ表面にスキッド
ボタンを肉盛形成する方法等が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

セラミック焼結体のブロックをスキッドボタンとして使
用する場合、従来の耐熱合金鋼製スキシトボタンと異な
ってスキンドパイブへの取付けを溶接で行うことができ
ず、第６図のように筒形状の押え合金（３）を使用し、
これをスキッドボタン（１０）に被せて該金具（３）を
スキンドパイブ（１）に溶接止めするという方法によら
ざるを得ない。しかるに、セラミックと金属とは熱膨張
係数が大きく異なるので、炉内での使用時の温度変化に
伴うスキッドボタン（セラミック）の熱膨張・収縮が押
え金具（３）に拘束され、割れや欠けが生じ易いという
問題がある。そのセラミックのスキッドボタンを、ガタ
ッキが生じないように、しかも熱膨張収縮の拘束をうけ
ないようなりリアランスを以て押え金具で固定すること
は極めて困難である。

また、そのセラミックのスキッドボタンは、単品として
１個ずつ原料セラミック粉末の圧粉成形と焼結処理とを
経て製造されるので、製造能率が著しく低い。しかもそ
の１つひとつについて上記のように押え金具を用いて厳
密な寸法精度でスキッドパイプに取付けるには、極めて
煩わしく非能率な作業を必要とする。

他方、セラミック粉末と耐熱合金粉末との混合物を肉盛
材料としてスキンドパイブ面にスキッドボタンを形成す
る方法は、上記セラミック焼結体のブロックを使用する
場合のような取付けに関する問題はないが、その反面、
施工形状の関係から、局部入熱による熱応力発生を考慮
した熱管理が重要となり、生産効率が低いという難点が
ある。

本発明は、スキッドボタンに関する上記問題点を解決す
るためになされたものである。

〔課題を解決するための手段および作用］本発明のスキ
ッドボタンは、スキンドパイブの表面に溶接により固定
されるボタン基部と各ボタン基部の上部の被加熱鋼材が
担持されるボタン天面部とからなり、前記ボタン基部は
、上向突起を有する耐熱合金ブロックであり、前記ボタ
ン天面部は、ボタン基部の上向突起を包摂して形成され
たセラミックと耐熱合金との均一な混合物の熱間静水圧
加圧焼結体であることを特徴としている。

本発明のスキッドボタンについて実施例を示す図面を参
照して説明すると、第１図において、（１１）はボタン
基部、（１３）はその上部に形成されたボタン天面部で
ある。ボタン基部（１１）はその上面に上向突起（１２
）を有し、底部はスキッドパイプの周面に略一致する円
弧面が形成された耐熱合金のブロックであり、ボタン天
面部（１３）は、上記ボタン基部（１１）の上向突起（
１２）を包摂して熱間静水圧加圧焼結により形成された
セラミックと耐熱合金とからなる複合焼結体である。そ
のボタン基部（１１）とボタン天面部（１３）とからな
るスキッドボタン（１０）の形状・サイズは従来のそれ
と特に異ならず、また異なる必要もない。

ボタン基部（１１）の上面に形成されている上向突起（
１２）は、ボタン基部（１１）とボタン天面部（１３）
との結合関係を安定・強化すると共に、ボタン天面部（
１３）の高温圧縮強度を高める効果を有している。

そのボタン基部の材質は、従来の耐熱合金鋼製スキッド
ボタンのそれと同様のＣＯ系合金鋼（例えば、ＵＭＣｏ
−５０相当）、またはＣｏ−Ｎｉ系合金鋼（例えば、２
７Ｃｒ　−１７Ｎ　ｉ　−４０Ｃｏ合金）等であってよ
い。

ボタン天面部（１３）である複合焼結体は、耐熱合金の
マトリックスにセラミック粒子が分散相として均一に混
在する複合組織を有している。その複合焼結体は熱間静
水圧加圧焼結体であるので、溶接肉盛層として形成され
るボタンと異なって、セラミック配合量の制限が緩やか
であり、セラミック粒子を豊富に含む複合組織とするこ
とができ、その複合効果として、被加熱鋼材の高荷重に
耐える高温強度や、被加熱鋼材との反応性の少ない耐ビ
ルドアツプ性、および被加熱鋼材のスキンドマークを防
止するための良好な断熱特性等が与えられる。その複合
焼結体の構成成分である耐熱合金の好ましい例としてＣ
ｏ基合金、特に、Ｃｒ：２５〜３０％、Ｎｉ：１５〜１
９％、Ｆｅ：１６％以下、Ｃ：０．２％以下、Ｓｉ：２
％以下、残部実質的にＣ。

からなる合金が挙げられ、また分散相粒子であるセラミ
ックの例として、炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）、ジルコニ
ア（ＺｒＯｚ）、アルミナ（Ａ　ｌ　２０３）、チタニ
ア（Ｔ　ｉ　Ｏ□）、炭化けい素（Ｓ　ｉＣ）等が挙げ
られる。上記セラミックのうち、特にＣｒ、Ｃ２ＺｒＯ
７，Ａｔ２０３は、高温安定性、分散強化作用等にすぐ
れた好適な分散相粒子である。そのセラミック粒子とし
てＣｒ５Ｃｚを使用する場合は、分散効果を十分ならし
めるために、複合組織中に含める割合を５０重量％以上
とするのが好ましい。その割合を多くする程、分散効果
が増強されるが、９０重量％をこえると、焼結体の靭性
が乏しくなり、また高温圧縮強度等の低下傾向をみるの
で、９０重量％を上限とするのがよい。Ａ１□０３やＺ
ｒＯ２を使用する場合は、その分散効果を確保するため
の複合組織に占める割合は好ましくは５重量％以上であ
るが、約５０重量％をこえても、効果の増加は少なく、
また複合焼結体の靭性の低下による割れや欠けが生じ易
くなるので、５０重量％を上限とするべきである。

本発明の上記スキッドボタンの製造方法は、上面に上向
突起が形成された耐熱合金からなる所定形状を有するボ
タン基部（１１）の複数個を１組とし、その隣合う側面
同士間に分割用セラミックシート（２０）を狭み込んで
ボタン基部集積体としてカプセル（３０）内に装填し、
そのボタン基部集積体が装填されたカプセル（３０）内
の上部空間をセラミックシートにより各ボタン基部毎の
空間に分画したうえ、分画された各空間内に、ボタン天
面部を形成するための焼結材料としてセラミックと耐熱
合金の混合粉末（Ｐ）を充填し、脱気・密封した後、熱
間静水圧加圧焼結処理に付し、焼結完了後、カプセル材
を除去し、ボタン基部（１１）とその上部に複合焼結体
として形成されたボタン天面部（１３）とからなる複数
個のスキントポタン（１０）に分割することを特徴とし
ている。

上記製造方法について図面を参照して説明すると、第２
図は予め所定の形状に加工された耐熱合金からなるボタ
ン基部（１１）の複数個を１組とし、その隣合う側面同
士間に分割用セラミックシート（２０）を介装して集積
したボタン基部集積体の例を示している。第３図はカプ
セル（３０）内に、１組のボタン基部（１１）を上記の
ように集積体（ｌｌａ）として装填した状態を示してい
る。カプセル（３０）は、熱間静水圧加圧焼結処理時に
割れや破損を生じない金属材料（例えば、耐熱鋼等）か
らなり、これに装填されたボタン基部（１１，１１，・
・・）の集積体（１１ａ　）の上部空間（ボタン天面部
を形成するための焼結原料充填空間）を、分割用セラミ
ックシート（２０゜２０、・・・）を以て各ボタン基部
毎の空間に分画し、分画された各空間に焼結原料粉末で
あるセラミックと耐熱合金との混合物（Ｐ）を充填する
。図ではボタン基部（ＩＬＩＬ・・・）の隣接側面間に
介装したセラミックシート（２０，２０，・・・）の上
方の余長部分を伸直に延在させて各ボタン基部（１１，
ＩＬ・・・）ごとの空間に分画し焼結原料粉末を充填し
ている。セラミックシー）　（２０）は熱間静水圧加圧
焼結処理における各ボタン基部（１１）の隣合う側面同
士間の融着、および焼結体として形成されるボタン天面
部（１３）の隣合う側面同士の結着を防止し、焼結処理
後の各スキントポタンの分割を容易にするための離形層
をなすものであり、その材質として、例えばジルコニア
を主体とするセラミックからなるベーパ、フェルト、ブ
ランケット等が使用される。なお、カプセル（３０）お
よびその蓋材（３１）の内側面にも図示のようにセラミ
ックシートのライニング（２０）を設けておけば、熱間
静水圧加圧焼結処理後のカプセル材（３０）　（３１）
の除去を容易に行うことができる。

上記のようにカプセル（３０）内にボタン基部集積体（
１１ａ　）とボタン天面部形成用焼結原料粉末（Ｐ）を
キャニングし、蓋材（３１）を被せ、カプセル内を真空
脱気し、密封した後、熱間静水圧加圧焼結処理に付す。

その焼結処理は、温度：約１４５０〜１６００°Ｃ１加
圧カニ約３００〜６００ｋｇ／　ｃｒＭで適当時間（例
えば、約１〜５Ｈｒ）保持することにより好適に達成さ
れる。この熱間静水圧加圧焼結処理により、カプセル内
の各ボタン基部（１１，１１，・・・）の上面に複合焼
結体であるボタン天面部（１３）が形成される。焼結処
理完了後、カプセル材を機械加工により除去し、セラミ
ックシート（２０）を分割界面として分割することによ
り、前記第１図のようなボタン基部（１１）とボタン天
面部　（１３）との一体結合品である複数個のスキント
ポタン（１０）が得られる。

上記説明では、ボタン基部（１１）を複数個集積してカ
プセル（３０）に装填することとしているが、それに代
えて、第４図に示すように、複数個のボタン基部に切断
分離される長尺の耐熱合金ブロックの上面に所定間隔を
おいて上向突起（１２）を形成したボタン基部母材（ｌ
ｌｂ）を使用することもできる。

これをカプセル（３０）内に装填し、カプセル内の上部
空間をセラミックシー）　（２０）を以て、予定された
各ボタン基部ごとの空間に分画して焼結原料粉末（Ｐ）
を充填し、焼結処理を行うことにより、セラミンクシー
ト（２０，２０，・・・）で分画された複合焼結体であ
るボタン天面部（１３）を形成する。焼結完了後、カプ
セル材を除去し、ボタン基部母材（ｌｌｂ）を予定され
た切断線（４２）にそって切断すると共に、隣合うボタ
ン天面部間土間をセラミックシート（２０）層を分離面
として分割することにより、前記と同じように複数個の
スキッドボタン（ｌＯ）を同時に得ることができる。

かくして得られる本発明のスキッドボタンのスキッドパ
イプに対する取付態様は従来のそれと異ならず、管軸方
向に一定の間隔をおいて取付けると共に、パイプ表面お
よびボタン基部を被覆保護するためのキャスタブル等の
不定形耐火物層（２）を第５図等のように塗設すること
によりスキッドビームに仕上げられる。

〔発明の効果〕

本発明のスキントポタンはスキッドパイプに当接する側
の基部が金属材料で形成されているので、溶接によるス
キッドパイプへの取付けが可能であり、押え金具を使用
する場合のような取付は作業の煩わしさや押え金具の使
用に関連した割れ・欠けの問題は全くない。また、被加
熱鋼材が当接する側のボタン天面部は、セラミック粒子
を豊富に含む緻密性・均一性にずくれた熱間静水圧加圧
焼結体であるので、被加熱鋼材の高荷重や衝撃に耐える
高強度・高靭性を有すると共に、耐ビルドアツプ性にず
くれ、かつ被加熱鋼材のスキッドマークを防止するに必
要な良好な断熱性をも備えている。更に、本発明方法に
よれば、カプセル内へのボタン基部の装填および焼結原
料の充填と、それにつづく熱間静水圧加圧焼結処理から
なるーサイクルの工程を以て同時に多数個のスキッドボ
タンを得ることができ、製造能率が極めて高く、単品ご
との製造に比し製造コストの大幅な低減効果も得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図（１）は本発明のスキントポタンの例を示す斜視
図、同図〔■〕および〔■］はそれぞれ同図〔Ｉ〕の管
径方法断面図および管軸方向断面図、第２図は本発明例
におけるボタン基部集積状態を示す斜視図、第３図およ
び第４図はそれぞれ本発明におけるカプセル内へのボタ
ン基部および焼結原料のキャニング状態を示す断面図、
第５図〔Ｉ〕は従来のスキッドボタンとそのスキンドパ
イブへの取付は状態を示す管径方向断面図、同図（ＩＩ
）はその管軸方向断面図、第６図は従来のスキッドボタ
ンとそのスキッドパイプへの取付は状態の他の例を示す
管径方向断面図である。１０：スキンドホタン、１１：
ボタン基部、１３：ボタン天面部２０：セラミックシー
）、３０：カプセル、１ニスキツドパイプ、２：不定形
耐火物、３：押え金具。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、スキッドパイプの表面に溶接により固定されるボタ
   ン基部と、該ボタン基部の上部の被加熱鋼材が担持され
   るボタン天面部とからなり、前記ボタン基部は、上向突
   起を有する耐熱合金ブロックであり、前記ボタン天面部
   は、ボタン基部の上向突起を包摂して形成されたセラミ
   ックと耐熱合金との均一な混合物の熱間静水圧加圧焼結
   体であることを特徴とするウォーキングビーム式加熱炉
   用スキッドボタン。 ２、上面に上向突起が形成された耐熱合金からなる所定
   形状のボタン基部の複数個を１組とし、その隣合う側面
   同士間に分割用セラミックシートを狭み込んでボタン基
   部集積体としてカプセル内に装填するか、または複数個
   のボタン基部に切断分離される耐熱合金からなる長尺ブ
   ロックの上面に上向突起が所定間隔をおいて形成されて
   いるボタン基部母材をカプセル内に装填し、そのボタン
   基部集積体またはボタン基部母材が装填されたカプセル
   内の上部空間をセラミックシートにより各ボタン基部毎
   の空間に分画したうえ、分画された各空間内にボタン天
   面部を形成するため焼結材料としてセラミックと耐熱合
   金の混合粉末を充填し、脱気・密封した後、熱間静水圧
   加圧焼結処理に付し、焼結完了後、カプセル材を除去し
   、ボタン基部とその上部に複合焼結体として形成された
   ボタン天面部とからなる複数個のスキッドボタンに分割
   することを特徴とする請求項１に記載のスキッドボタン
   の製造方法。