JPH0463122B2

JPH0463122B2 -

Info

Publication number: JPH0463122B2
Application number: JP60173667A
Authority: JP
Inventors: Manabu Seguchi; Kazuo Okamura
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1985-08-06
Filing date: 1985-08-06
Publication date: 1992-10-08
Also published as: JPS6233715A

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ツドの
上面に設けられて鋼材を直接支持するスキツドボ
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ツドボタンは、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。従つて、従来はその材料として、UMCo50，
HS−21，SCH13等、あるいは、Co基またはNi
−Cr基の耐熱合金、セラミツクス単体あるい
は中実セラミツクスと金属の複合材、を使用した
スキツドボ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ツ
ドボタンでは、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。従つて、寿命が短かく、早い
ものでは半年で取替えが必要となる。前記の
高温圧縮クリープ変形を少なくするためにスキツ
ドパイプ内に冷却を流して水冷しているが、その
ためスキツドボタンの、鋼材と接触する部分の温
度が低下し、鋼材にスキツ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
ツドマークを発生させることなく高温での圧縮ク
リープ強度を高めるために後者のスキツドボタン
が提案されたのであるが、従来のセラミツクス単
体あるいはセラミツクスと金属との複合製のスキ
ツドボタンは、被加熱材料である鋼材と接する面
が、セラミツクスが露出する構造となつているた
め（特公昭60−9566号、実公昭58−35640号、実
開昭59−449号）、セラミツクスが酸化スケール
や炉内雰囲気と反応して損耗する。使用による
損耗でスキツドボタン高さに高低差が生じたり、
また鋼材にそりがあつたりすると鋼材の移送時に
スキツドボタンに衝撃荷重が作用し、これによつ
てセラミツクスが破損し飛散する。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、セラミツクス単体あるいはセラミツ
クスが露出した従来の複合製のスキツドボタンで
は、破損や反応による損耗のため試験終了時には
スキツドパイプ上にセラミツクスが全く残らなか
つた。更に、セラミツクス単体のスキツドボタンで
は、スキツ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、コスト高となつていた。また、前記したスキツドボタンの他に、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、いわゆるホツト型と称されるものも
あるが、このスキツドボタンでも以下に述べる次
点がある。すなわち、このスキツドボタンは、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
材の重量によつて筒体が外側に押し拡げられてス
キツドボタンが偏平し、スキツドマークが大きく
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、耐熱合金製のスキツドボタンの欠点であ
る、スキツドマーク発生、および高温圧縮クリー
プ変形、特にスキツドボタン上面のへたり、等を
防止し、セラミツクス単体やセラミツクスが露
出した従来の複合製のスキツドボタンの欠点であ
る、酸化スケールや炉内雰囲気との反応によるセ
ラミツクスの損耗、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ツクスの破
壊や当該破壊したセラミツクスの飛散、等の防
止、更にはホツト型のスキツドボタンの欠点で
ある、偏平によるスキツドマーク拡大、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、粒径がφ1〜φ5mmのセラミツクス粒
を、その含有率が体積比で50〜80％の範囲内で耐
熱合金内部に分散含有させたセラミツクスと耐熱
合金の組成物、または直径が５〜10mmのセラミツ
クス棒を、横断面における面積率が25〜75％の範
囲内で耐熱合金で鋳ぐるんだセラミツクスと耐熱
合金の組成物、若しくは気孔率が60〜80％の多孔
体セラミツクスであるセラミツクスフオームの通
気孔内に耐熱合金を含浸させたセラミツクスと耐
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、外周残部全面を耐
熱合金またはセラミツクス粒を分散含浸させた耐
熱合金、若しくは多孔体セラミツクスであるセラ
ミツクスフオームの通気孔内に耐熱合金を含浸さ
せたセラミツクスで夫々被覆して成ることを要旨
とするスキツドボタンである。すなわち前記した構成の本発明スキツドボタン
は、以下に説明する理由によつてスキツドボタン
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
ツドマークの発生に大きな影響を及ぼす。従つ
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
ミツクスを主成分とする支持骨材として使用する
ことによつて本発明スキツドボタンは良好な断熱
性を得るのである。なお、使用するセラミツクス
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1/3以
下のものを使用した場合にスキツドマークの軽減
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ツクス
の複合率は、スキツドボタン横断面におけるセラ
ミツクスの面積占有率が高さ方向に平均して50％
以上であることが望ましい。この50％という値
は、スキツドボタンの強度と断熱性に基づいて得
られた値であり、50％未満で所要の強度および断
熱性が得られずスキツドマークの軽減にも効果が
少ない。次に、一般に言われているセラミツクスと断熱
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、
内部生成している気孔が大幅に異なり、気孔率で
述べるとセラミツクスは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。従つて、圧縮強度は、セラ
ミツクスが非常に大きいのに対し断熱材は小さ
い。よつて、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つていたのであ
る。これに対し、本発明スキツドボタンに使用する
セラミツクスは、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、本発明スキツドボタンにあつて
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ツクスを使用し
た為、何等問題はない。耐衝撃強度および反応によるセラミツクスの
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ツ
クスではあるが、このセラミツクスは先に述べた
ように、衝撃力に弱い、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、本発明スキツドボタンは支持骨材の主
成分であるセラミツクスの下端コーナ部外周全面
を耐熱合金で、また、外周残部全面を耐熱合金ま
たはセラミツクス粒を分散含有させた耐熱合金、
若しくは多孔体セラミツクスであるセラミツクス
フオームの通気孔内に耐熱合金を含浸させたセラ
ミツクス（以下、これらを本明細書では総括的に
「耐衝撃性物質」という）で夫々被覆しているの
である。この耐衝撃性物質は、被覆部全域を同一
物質で行なつても、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
著しいスキツドボタン上部、または、上部および
下部に多孔体セラミツクスであるセラミツクスフ
オームの通気孔内に耐熱合金を含浸させたセラミ
ツクス（以下「耐熱合金含浸セラミツクス」と略
す）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ツクスは、
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％の多孔体セラミツクスで
あるセラミツクスフオームの前記通気孔内に、鋳
造によつて耐熱合金を含浸せしめた構造、すなわ
ちセラミツ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、セラミツ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ツ
クスの損耗が著しく軽減するからである。なお、本発明スキツドボタンに使用する耐熱合
金含浸セラミツクスのセラミツクスフオームとし
ては、気孔率60〜80％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。前記セラミツクス粒を分散含有せしめて耐熱合
金とは、粒径φ1〜φ5mmのセラミツクス粒を耐熱
合金内部に含有せしめたものであり、セラミツク
ス粒の含有率も体積比で50〜80％とする。この体
積比の範囲内とした理由は、50％未満では耐圧縮
性、断熱性が悪くなり、80％を超えた場合は耐衝
撃性が下がるためである。また、前記したセラミツクス棒の集合体を耐熱
合金で鋳ぐるんでなるものとは、例えば高強度緻
密質Al₂O₃の直径５mm〜10mmの棒を束ねたり、分
散させたりしたものを耐熱合金で鋳ぐるんだもの
であり、この場合のセラミツクス棒の面積率は25
〜75％とする。すなわち、スキツドボタン１個当
り受ける荷重を約１トンと考えて、最悪の場合を
考慮し、セラミツクス棒１本で前記１トンの荷重
を受けるとすると最小５mmの径が必要となり、ま
た最大径については衝撃損傷を考慮すれば10mm程
度が限界である。また、前記面積率の範囲内とし
た理由は、衝撃力をできるだけ分散させて衝撃に
よる損傷を抑制するためには最小25％の面積率が
必要であり、最大を75％としたのは、断熱効果を
上げるためおよび束ねられたセラミツクス棒を外
周の耐衝撃性物質により十分拘束しておくために
はある程度の耐熱合金層が必要だからである。スキツ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、2.0cmを超えた場合にはスキツドボタン上面
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ツドボタンと同様の
欠点を生じるからであり、また、0.5cm未満では
セラミツ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、本発明スキツドボタンのスキツドパイプ
への溶接を可能とするため、スキツドボタンの下
部は、従来の耐熱合金製スキツドボタンと同様の
形状とし、溶接部と内蔵セラミツクスとの距離は
最短位置で15mm以上であることが望ましい。（作用）本発明に係るスキツドボタンは、支持骨材の主
成分としてセラミツ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、外周残部全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性並びに耐衝撃強度を有し、
しかも反応によるセラミツクス損耗もなく、か
つ、スキツ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、第２図は、本発明に係るスキツドボタ
ンの一実施例を示す正面図中央縦断面図であり、
図中１が本発明スキツドボタンの支持骨材であ
る。この支持骨材１はセラミツクスと耐熱合金の
組成物から成り、本実施例では多数のセラミツク
ス棒２を束ねて耐熱合金で鋳ぐるんだものを示し
ている。そして前記支持骨材１の下端コーナ部外
周全面が耐熱合金３で、また、外周残部全面が耐
衝撃性物質４で夫々被覆されている。本実施例の
場合、耐衝撃性物質４は外周部側面にのみ被覆
し、上面は被覆していないものを示しているが、
上面にも耐衝撃性物質４を被覆したほうが更によ
いことは勿論である。なお、本実施例の場合には上面に露出したセラ
ミツクス棒２が、耐衝撃強度および反応によるセ
ラミツ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、仮にセラミツクス棒２の上端
が破損あるいは損耗した場合には、これらセラミ
ツクス棒２を鋳ぐるんでいる耐熱合金がスキツド
ボタンの使用によつて前記セラミツクス棒２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ツクスの損耗は防止でき、
何等問題はないのである。なお図中５は台座、６
は断熱材である。本実施例に係るスキツドボタンを製造するに際
しては下記の如く行う。先ず、多数のセラミツクス棒を束ねて鋳型内に
セツトし、これを、例えば1300℃以上に予熱可能
な電気炉に設置して前記セラミツクス棒が熱衝撃
損傷しない昇温速度（200℃／hr以下）で加熱す
る。このようにして、1300℃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、
1500℃の温度で電気炉の上部から鋳込みを行な
う。冷却後に鋳型を解体し、支持骨材を得る。次に、前記支持骨材を鋳型内にセツトし、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、スキツドボタン
の上下面に若干の機械加工を施して本実施例に係
るスキツドボタンを製造する。第３図および第４図は本発明に係るスキツドボ
タンの他の実施例を示す正面図中央縦断面図であ
り、これら実施例は、耐熱合金中にセラミツクス
粒を分散含有せしめたものを支持骨材１としたも
のであり、残部の構成は前記第１図および第２図
に示す実施例と同じである。なお、第４図に示す
実施例は、前記支持骨材１の上面を例えば耐熱合
金含浸セラミツクス７で被覆したものである。第５図〜第８図は同じく本発明に係るスキツド
ボタンの他の実施例を示す正面図中央縦断面図で
あり、このうち第５図〜第７図に示す実施例は、
支持骨材１、及び、下端部全域を除く外周部全面
を被覆する耐衝撃性物質４を耐熱合金中にセラミ
ツクス粒を分散含浸せしめたもので形成したもの
である。そして、この第５図〜第７図に示す実施
例では、先ず第５図に示すものは、高さ方向の略
中央位置より下方の中心部と下端部全域に夫々耐
熱合金３を配設したもので、ある程度の断熱性を
犠牲にしても耐衝撃強度を向上したものである。
また、第６図に示すものは下端部全域にのみ耐熱
合金３を配設したもので、単に溶接性の向上を図
るものである。更に、第７図に示すものは下端部
全域に配設する耐熱合金３と支持骨材１との境界
部を、あり嵌合可能な形状に形成したものであ
り、支持骨材１の抜け防止と、スキツドボタンの
溶接性の向上を図るものである。一方、第８図に示す実施例は、セラミツクス棒
２を分散含有せしめた耐熱合金３で支持骨材１を
形成し、この支持骨材１の外周側面を前記耐熱合
金３で被覆して成る構成である。（実験結果）支持骨材１、耐熱合金３および耐衝撃性物質４
の構造や成分等を異ならせて本発明に係るスキツ
ドボタンを各種製造し、実炉の加熱炉において試
験を行なつた。その結果を第１表に示す。比較と
して、耐熱合金製スキツドボタン、セラミツクス
単体のスキツドボタン等を使用した場合の結果も
併せて第１表に示す。なお、本実験の操業条件は、○イ能力：
200TON／Hr、被加熱材のサイズ：320^tmm×
2000^wmm）×4000^lmm）、加熱温度1180℃であつた。

【表】第１表より明らかなごとく、本発明スキツドボ
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ツドボタンは以下
に列挙する効果を有する。本発明スキツドボタンの平均熱伝導率は、従
来の耐熱合金製スキツドボタンの場合の1/2〜
１／３であるため、スキツ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、従つて
被加熱材にスキツドマークが発生せず、従来の
ようにスキツ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ツ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、本発明スキツド
ボ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1/5以下である。このことに
より、本発明スキツドボタンの寿命は前記従来
のスキツドボタンの３倍以上となることが確認
できた。本発明スキツドボタンは、セラミツクスを主
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、セラミツクス
の短所である耐衝撃性が大幅に改善される。仮
に、セラミツクスが破壊した場合でも、前記被
覆層によつて外部へ飛散することがなく、従つ
て、負荷に対する性能は変わらない。なお、実
炉試験では破損はほとんど生じなかつた。本発明スキツドボタンは、セラミツクスが耐
熱合金や耐衝撃性物質によつて一体化されてい
る為、セラミツ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５
％のコスト減となつた。本発明スキツドボタンは、前記と同様の理
由によつて、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ツクスの損耗を
防止できる。なお、実炉テストではセラミツク
スの反応による損耗は全く見られなかつた。本発明スキツドボタンは、前記と同様の理
由により、スキツドパイプに溶接によつて容易
に固定できる。また、本発明スキツドボタンは前記に説明
した効果により、従来のセラミツクスを用いた
スキツドボタンと比較して約20％の軽量化が図
れる。本発明スキツドボタンは、セラミツクスが外
部雰囲気と完全に隔離されている為、耐高温酸
化に劣るセラミツ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
は強度面はセラミツクスに依存できる為、セラ
ミツクス、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ツクスを
支持骨材の主成分としたものについてのみ行なつ
たが、他のセラミツクス、例えば窒化珪素質、ジ
ルコニア質、炭化珪素質のセラミツクスや、アル
ミナ質の高強度レンガ等を使用してもよい。ま
た、本実験では耐衝撃性物質として、アルミナ質
のセラミツクスフオームにCo基の耐熱合金を含
浸せしめた耐熱合金含浸セラミツクスと、Co基
の耐熱合金を使用したものについて行なつたが、
ジルコニア質のセラミツクスフオームを用いて熱
伝導率を低くする等の対策を施してもよく、ま
た、耐熱合金もCo基のHS21，UMCo50，S816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図は本発明スキツドボタンの一実施例を示
す正面図中央縦断面図、第２図は同様の平面図、
第３図〜第８図は本発明スキツドボタンの他の実
施例を示す正面図中央縦断面図、である。１は支持骨材、２はセラミツクス棒、３は耐熱
合金、４は耐衝撃性物質。

Claims

【特許請求の範囲】

１粒径がφ1〜φ5mmのセラミツクス粒を、その
含有率が体積比で50〜80％の範囲内で耐熱合金内
部に分散含有させたセラミツクスと耐熱合金の組
成物、または直径が５〜10mmのセラミツクス棒
を、横断面における面積率が25〜75％の範囲内で
耐熱合金で鋳ぐるんだセラミツクスと耐熱合金の
組成物、若しくは気孔率が60〜80％の多孔体セラ
ミツクスであるセラミツクスフオームの通気孔内
に耐熱合金を含浸させたセラミツクスと耐熱合金
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、外周残部全面を耐熱合金
またはセラミツクス粒を分散含浸させた耐熱合
金、若しくは多孔体セラミツクスであるセラミツ
クスフオームの通気孔内に耐熱合金を含浸させた
セラミツクスで夫々被覆して成ることを特徴とす
るスキツドボタン。