JPH0647009Y2

JPH0647009Y2 - 非鉄溶融金属用三層構造浸漬管

Info

Publication number: JPH0647009Y2
Application number: JP1989024080U
Authority: JP
Inventors: 祥司土肥; 茂信萬木; 博行前羽; 浩司佐野; 久男横山; 邦雄東出; 賀炯西平; 弘一朝田; 守今城
Original assignee: Nippon Crucible Co Ltd; Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Nippon Crucible Co Ltd; Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1989-03-02
Filing date: 1989-03-02
Publication date: 1994-11-30
Anticipated expiration: 2004-03-02
Also published as: JPH02115555U

Description

【考案の詳細な説明】産業上の利用分野本考案は、アルミニウム、亜鉛、銅、鉛などの非鉄金属
の溶融物に浸漬して使用されるセラミックス製浸漬管に
関する。以下においては、特に差支えない限り、溶融ア
ルミニウムをもって非鉄金属の溶融物を代表させるもの
とする。

本考案において、セラミックス製浸漬管とは、これらの
金属の溶湯に浸漬して使用される熱電対、ヒーター（液
体燃料、気体燃料、電気などの熱源とする）などのセラ
ミックス製の保護管；金属溶湯を汲み上げて搬送するた
めのポンプの溶湯浸漬先端部として使用されるセラミッ
クス製パイプなどを意味する。

従来技術とその問題点アルミニウムなどの非鉄金属を溶融させもしくは融解状
態で保持する炉においては、溶融金属を加熱するための
ヒーターおよび溶融金属の温度を測定するための熱電対
は、必須の要素であり、これらを保護するためには、セ
ラミックス製の浸漬管が使用されている。この様な浸漬
管としては、溶融金属に対する濡れ性が低く、耐熱性に
優れ、しかも加熱および冷却の繰り返しによる熱応力に
対する抵抗性が高いということから、含炭素炭化珪素、
炭化珪素、窒化珪素、窒化珪素結合炭化珪素などが主に
使用されている。

溶融金属に浸漬された状態で使用されるヒーターのセラ
ミックス製の保護管（以下ヒーターチューブとする）を
例にとれば、溶融金属に浸漬している部分と大気中に露
出している部分との間に一定の巾で上下に変動する液面
部位が位置している。溶融金属表面では、金属が酸化さ
れて酸化物が生成し、これがヒーターチューブの液面変
動部位の周囲に付着し始め、時間の経過とともに次第に
成長肥大していく。この付着生成物は、黒褐色の非常に
強固で緻密な層を形成している。

アルミニウム溶湯の場合には、この緻密な付着生成物
は、アルミニウムと酸化アルミニウムとの複合物（通常
Ａ13％、Al₂O₃85％程度）であり、その線膨脹係数
は、セラミックス材のそれよりも大きく、9.0×10^-6程
度である。

また、亜鉛溶湯の場合には、この緻密な付着生成物は、
亜鉛と酸化亜鉛との複合物（通常Zn11％、ZnO82％：亜
鉛溶湯中にはAlが２〜５％程度含まれているので、複合
物にはさらにAl₂O₃が数％含まれる）であり、その線膨
脹係数は、やはりセラミックス材のそれよりも大きく、
7.8×10^-6程度である。

これらのいずれの場合にも、ヒーターチューブへの付着
生成物である金属−金属酸化物の複合物の線膨脹係数
は、ヒーターチューブ材質の約２倍程度である。これら
の付着生成物は、一旦ヒーターチューブに付着すると、
除去することが事実上不可能であるため、そのまま使用
せざるを得ない。ヒーターチューブを使用する各種の溶
融炉では、修理などの目的で、年に２〜３回程度定期的
に炉の稼働を停止している。この際、ヒーターチューブ
周囲の付着生成物は、上述の様に線膨張係数がヒーター
チューブよりも大きいので、温度低下に伴って、大きく
収縮し、この収縮力が線膨脹係数のより小さいヒーター
チューブに対する外的応力となって、ヒーターチューブ
を破壊したり、亀裂を発生させたりする。従って、この
様な付着生成物の発生が、ヒーターチューブの寿命を著
るしく縮める要因となっている。

問題点を解決するための手段本考案者は、上記の如き技術の現状に鑑みて種々研究を
重ねた結果、浸漬管の溶湯金属との接触部位を特定の三
層構造とする場合には、従来技術の問題点が大幅に軽減
されることを見出した。

すなわち、本考案は、下記の浸漬管を提供するものであ
る；非鉄溶融金属中に浸漬して使用される浸漬管において、（１）溶融金属液面との接触部位を液面変動幅よりも上
方および下方にそれぞれ10mm以上にわたり最外層、中間
層および最内層からなる三層構造とし、（２）上記最外層と最内層との間の中間層を熱により焼
結することなく且つ溶融金属に濡れ難い非酸化物系硼素
化合物粉体により形成したことを特徴とする浸漬管。

以下図面に示す実施態様を参照しつつ、本考案をより詳
細に説明する。

第１図は、バーナー（１）および燃焼ガスを案内する耐
熱材料製内筒管（３）を保護する本考案のヒーターチュ
ーブの一例を示す断面図である。該ヒーターチューブ
は、チューブ本体（５）、溶湯液面の変動幅よりも上方
および下方にそれぞれ10mm以上にわたりチューブ本体
（５）を被覆保護するダミーリング（７）、およびチュ
ーブ本体（５）とダミーリング（７）との間に形成され
た熱応力を吸収する能力ある材料からなる中間層（９）
を備えている。チューブ本体（５）とダミーリング
（７）とは、その上端にフランジを形成されており、保
持具（11）により、吊支されている。通常金属溶融炉に
おける溶湯液面の変動は、余り大きくはないので、ダミ
ーリング（７）の高さは、溶湯液面の変動幅＋上方に最
小限10mm＋下方に最小限10mmとなる様にしておけば、溶
湯がチューブ本体（５）に直接接触することは、殆どな
い。また、成長した複合物がチューブ本体に付着するこ
ともない。

チューブ本体（５）とダミーリング（７）の材質として
は、特に制限されず、従来からヒーターチューブ用材料
としてとして使用されて来た含炭素炭化珪素、炭化珪
素、窒化珪素、窒化珪素結合炭化珪素、サイアロンなど
が使用される。チューブ本体（５）とダミーリング
（７）とは、溶融炉の稼働中および冷却時の熱応力が互
いに影響し合わない様に、線膨脹係数が同一乃至近似す
る材料により構成することが特に好ましい。チューブ本
体（５）とダミーリング（７）とは、常法に従って、所
定のセラミックス材料粉末にバインダー、水などを加
え、成形し、乾燥し、焼結することにより容易に得られ
る。バンダーとしては、公知のものがそのまま使用さ
れ、例えば、タール、ピッチ、フラン樹脂、フェノール
樹脂、フルフリルアルコールなどの有機結合材；セルロ
ーズ、デキストリン、リグニン、アルギン酸塩、アクリ
ル酸塩などの有機糊料；リン酸塩（リン酸アルミニウム
など）、珪酸塩（珪酸ナトリウムなど）、ゾル類（シリ
カゾル、アルミナゾル、ジルコニアゾルなど）、耐火粘
土（カオリンなど）などが挙げられる。

中間層（９）は、非鉄金属の溶融炉の使用温度（1500℃
程度まで）で固く焼結することなく、応力に応じて収縮
することができ、且つ非鉄金属溶湯に濡れ難い材料によ
り形成する。この様な材料としては、BN、B₄C、ZrB₂な
どの非酸化物系硼素化合物の粉体（好ましくは350μｍ
程度以下）が挙げられる。チューブ本体（５）の外径と
ダミーリング（７）の内径との差、換言すれば、中間層
（９）の厚さは、付着生成物とヒーターチューブ本体
（５）との収縮差により発生する応力が吸収するに足る
程度のものである必要がある。この厚さは、金属の種類
および溶解温度、ヒーターチューブの材質、形状および
大きさ、中間層を構成する材料の種類などにより異なる
が、通常0.3〜2mm程度、より好ましくは0.5〜1mm程度で
ある。

第２図に示す本考案のヒーターチューブは、ダミーリン
グ（７）がフランジを有していない点およびダミーリン
グ（７）を所定位置に保持するために、モルタル系保持
層（13）が形成されている点を除いては、第１図に示す
ヒーターチューブとほぼ同様の構造を有している。

第３図は、本考案の他の実施態様を示すものであり、金
属溶湯を汲み上げて搬送するためのポンプの溶湯浸漬先
端部として使用されるセラミックス製パイプを示す断面
図である。この場合には、金属溶湯は、ポンプ（図示せ
ず）により汲み上げられ、パイプ本体（15）の内部を通
ってセラミックス製輸送管（図示せず）に送られる。

第４図（ａ）乃至（ｄ）は、本考案におけるダミーリン
グ（７）の変形例を示す斜面図である。（ａ）は、第１
図に示す形式のものである。（ｂ）は、（ａ）に示す形
式のものを３つに分割したものであり、使用に際して
は、各割り型の間の隙間を下記のペースト状物により埋
める。（ｃ）は、第２図および第３図に示す形式のもの
である。（ｂ）は、（ｃ）示す形式のものを２つに分割
したものであり、使用に際しては、両割り型の間の隙間
をやはり下記のペースト状物により埋める。第４図
（ｂ）および（ｄ）に示す形式のダミーリング（７）
は、製造が容易なので、コスト的に有利である。また、
割り型からなるダミーリング（７）は、破損した場合の
除去および取換えも容易となる。

本考案の浸漬管は、通常以下の様にして製造される。ま
ず、チューブ本体（５）またはパイプ本体（15）の外径
とダミーリング（７）の内径との差が所定の値となる様
に留意して、これらを製造する。一方、非酸化物系硼素
化合物の粉体にバインダー（セルロース系、デンプン
系、デキストリン系など）および水を適宜加えて混練
し、ペースト状物を調製する。次いで、該ペースト状物
をチューブ本体（５）またはパイプ本体（15）の外表面
および／またはダミーリング（７）の内表面に塗布した
後、チューブ本体（５）またはパイプ本体（15）をダミ
ーリング（７）内に挿入し、乾燥する。

考案の効果本考案の浸漬管を非鉄金属溶湯中に浸漬して使用する場
合には、下記の如き効果が奏される。

（イ）中間層材料は、溶融金属に濡れにくいので、溶融
金属が中間層内に侵入することはなく、したがって、こ
の部位において、チューブ本体に溶融金属が接触するこ
とはなく、付着物が生成することもない。そして、溶融
炉の稼働停止後の冷却過程において、ダミーリングに付
着生成物の収縮による外応力がかかって、これが亀裂し
たり、或いは破損したとしても、可縮性の中間層の存在
により、チューブ本体またはパイプ本体が破損すること
はない。

従って、破損したダミーリングを除去しもしくは除去す
ることなく、チューブ本体またはパイプ本体をそのまま
再使用することが出来る。

その結果、通常年に２〜３回程度稼働停止される溶融炉
においては、浸漬管の使用可能期間は、４〜６ヶ月程度
であるが、本考案品を使用する場合には、浸漬管の使用
可能期間は、その倍の８〜12ヶ月程度となる。

（ロ）また、破損したダミーリングのみを取り替える場
合には、チューブ本体またはパイプ本体の浸漬管の使用
可能期間は、より延長される。

実施例いかに実施例を示し、本考案の特徴とするところをより
一層明らかにする。

実施例１第２図に示す形式のヒーターチューブを製造した。

含炭素炭化珪素製のチューブ本体（５）の外径は126mm
であり、含炭素炭化珪素製のダミーリング（７）の内径
は、128mmであった。

中間層（９）は、溶融アルミニウムに濡れ難く且つ1500
℃までの温度で焼結しない窒化硼素粉末により形成し
た。

すなわち、窒化硼素粉末（純度99％以上、粒度44μｍ以
下）39.5重量部にバインダーとしてデキストリン0.5重
量部および水60重量部を加え、均一に混練して、ペース
ト状物とした。次いで、このペースト状物をチューブ本
体（５）の外表面とダミーリング（７）の内表面にコテ
塗りした後、両者を組み立て、150℃で８時間乾燥し
て、第２図に示す構造のヒーターチューブを得た。

なお、ダミーリング（７）を所定の位置に保持するた
め、市販の炭化珪素（粒度250μｍ以下）35重量部、仮
焼アルミナ（粒度44μｍ以下）13重量部、窒化硼素（純
度99％以上、粒度44μｍ以下）６重量部および水ガラス
35重量部からなるモルタルにより、保持層（13）を形成
した。

上記の様にして得たヒーターチューブをアルミニウム溶
融炉において４ヶ月使用した後、アルミニウム溶湯を炉
から排出し、炉を自然冷却させ、次いでヒーターチュー
ブを炉から取り外した。

このヒーターチューブを観察した結果、ダミーリング
（７）の周囲には付着生成物が強固に付着しており、そ
の収縮によりダミーリング（７）自体が破損しているこ
とが、判明した。しかしながら、チューブ本体（５）
は、全く損傷しておらず、そのまま再使用可能であっ
た。

また、中間層（９）は、焼結しておらず、未だ可縮性を
維持しており、アルミニウムの浸透も全く認められなか
った。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案のヒーターチューブの一例を示す断面
図である。第２図は、本考案のヒーターチューブの他の一例を示す
断面図である。第３図は、金属溶湯を汲み上げて搬送するためのポンプ
の溶湯浸漬先端部として使用されるセラミックス製パイ
プを示す断面図である。第４図（ａ）乃至（ｄ）は、本考案におけるダミーリン
グの変形例を示す斜面図である。（１）…バーナー（３）…耐熱材料製内筒管（５）…チューブ本体（７）…ダミーリング（９）…中間層（11）…保持具（13）…モルタル系保持層（15）…パイプ本体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ２７Ｄ 21/00 Ｄ 7141−4Ｋ (72)考案者前羽博行大阪府大阪市中央区平野町４丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)考案者佐野浩司大阪府大阪市中央区平野町４丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)考案者横山久男大阪府大阪市中央区平野町４丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)考案者東出邦雄大阪府大阪市中央区平野町４丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)考案者西平賀炯大阪府大東市川中新町24―501 (72)考案者朝田弘一大阪府東大阪市菱屋東199 (72)考案者今城守大阪府東大阪市菱屋東207―843 (56)参考文献特開昭56−11329（ＪＰ，Ａ) 特開平１−267426（ＪＰ，Ａ) 特開平１−321326（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−142300（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】非鉄溶融金属中に浸漬して使用される浸漬
管において、（１）溶融金属液面との接触部位を液面変動幅よりも上
方および下方にそれぞれ10mm以上にわたり最外層、中間
層および最内層からなる三層構造とし、（２）上記最外層と最内層との間の中間層を熱により焼
結することなく且つ溶融金属に濡れ難い非酸化物系硼素
化合物粉体により形成したことを特徴とする浸漬管。