JPH11302723A

JPH11302723A - スキッド支持ビーム及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11302723A
Application number: JP11336398A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Nakamura; 幸弘中村; Junji Yamada; 淳二山田; Masanori Kobayashi; 正則小林; Tsuyoshi Matsuda; 強志松田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-04-23
Filing date: 1998-04-23
Publication date: 1999-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】スキッド支持ビームの耐火物被覆層を通して
被加熱金属材料から奪われる熱損失を低減し、スキッド
マークの問題を解決し、加熱炉の熱損失を低減するスキ
ッド支持ビーム及びその製造方法を提供する。【解決手段】耐火物で被覆されたスキッド支持ビーム
の表面にセラミックファイバー層を被覆してなることを
特徴とするスキッド支持ビーム及びセラミックファイバ
ー層を吹付け法で形成するスキッド支持ビームの製造方
法である。セラミックファイバー層の上面に、Ａｌ₂Ｏ
₃、ＭｇＯ、ＺｒＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃の１種又は２種以上
を合計で７０％以上含有する酸化物層を被覆して耐スケ
ール性を向上する。耐火物被覆層とセラミックファイバ
ー層との間にＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃の１種又
は２種以上を合計で５０％以上含有する反射層を形成し
て輻射熱伝達を低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属材料の熱間圧
延のための加熱炉内における耐火物でライニングしたス
キッド支持ビーム及びその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】鋼材を代表とする金属材料の熱間圧延の
ための加熱炉においては、材料自走式のウォーキングビ
ーム式加熱炉が主流である。ウォーキングビーム式加熱
炉においては、材料は、内部を水冷したスキッド支持ビ
ームに設置したスキッドボタンによって支持される。ス
キッド支持ビームは、図６に示すように内部を冷却水が
流れる鋼管であり、スキッド支持ビームの外層はスキッ
ド支持ビーム保護のため耐火物で被覆されている。ま
た、この耐火物被覆層のスキッド支持ビームからの剥離
を防止するため、スキッド支持ビームの全周に多数のア
ンカーあるいはスタッドを溶接して配置している。耐火
物被覆層はこのアンカーあるいはスタッド（以後「アン
カー等」という）を介してスキッド支持ビームと構造的
に一体化しており、非常に剛性の高い構造を実現してい
る。

【０００３】被加熱金属材料表面のうち、加熱炉内にお
いてスキッド支持ビームに近接して対向する部分につい
ては、該部分がスキッドボタンと接触することにより、
あるいはスキッド支持ビームの耐火物被覆層表面の低温
部分に輻射によって熱が奪われることにより、金属材料
の該部分の温度が低下すると、被加熱金属材料に局部的
な低温部が発生することとなる。このような温度むらが
生じた金属材料を圧延すると、温度差による変形抵抗の
差により製品の板厚に差が生じるという品質上の問題が
発生する。このような品質上の問題を「スキッドマー
ク」と呼んでいる。

【０００４】このようなスキッドマークの問題を解決す
るため、耐火物よりも熱伝導率の低い断熱材をスキッド
支持ビームに巻きつけ、その上で耐火物被覆層を形成す
ることによって、金属材料からスキッド支持ビームへの
熱損失を低減する対策が取られている。

【０００５】また、スキッドボタンの高さを高くするこ
とによって、金属材料からスキッド支持ビームへの熱損
失を低減する対策が取られている。しかし、スキッドボ
タンを高くすると、スキッドボタンの温度がより高くな
るためスキッドボタンの劣化の進行がはやくなる。特開
平７−１１３２４号公報においては、スキッドボタンを
断熱材で被覆することによってスキッドボタンの劣化を
防止する技術が開示されている。

【０００６】加熱炉内の入り口から出口までの間で、被
加熱金属材料の同一の箇所がスキッドボタンと接触しな
いようにスキッドのシフトを行い、スキッドマークの発
生を防止する方法が特開昭５７−１４９４１５号公報に
開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】アンカー等は通常は鋼
製であって熱伝導率が高く、その根元は水冷のスキッド
支持ビームに溶接され、先端は耐火物被覆層の表面近く
に位置する。そのため、たとえ耐火物被覆層自身の熱伝
導率は低くても、耐火物被覆層の高温に熱せられた表層
部の熱は、アンカー等を通して水冷スキッド支持ビーム
に抜熱される。このため、耐火物被覆層のアンカー等の
近傍の表面部がアンカー等を通して冷却され、温度が低
下する。

【０００８】同様に、耐火物被覆層とスキッド支持ビー
ムとの間に断熱性の良好な断熱層を形成しても、アンカ
ー等はスキッド支持ビームに溶接されているため、アン
カー等を経由する伝熱経路を遮断することができないの
で、結局は断熱効果を高めることができない。

【０００９】このため、スキッド支持ビームの表層耐火
物被覆層の温度低下部が金属材料からの輻射熱の受熱面
になり、被加熱金属材料に局部的な低温部が発生するこ
ととなり、スキッドボタンを高くしたり被覆耐火物とス
キッド支持ビームとの間に断熱性の高い断熱層を形成し
てもスキッドマークを十分に解消することができない。
特に、加熱炉出口における被加熱金属材料の温度が低い
低温加熱を採用する場合にスキッドマークの問題が顕著
になる。また、スキッド支持ビームの冷却水を通じて失
われる熱損失は加熱炉での熱損失のおよそ１５％を占め
ており、省エネルギーの観点からも問題を有する。

【００１０】アンカー等を設置しないで耐火物被覆層を
形成する方法として、耐火キャスタブル中にステンレス
等のファイバーを混入した上で耐火物ライニングを行
い、その外側にセラミックファイバーを接着剤を介して
耐火物被覆層の外側に巻き付ける方法が特開昭５８−１
４１３２１号公報に開示されている。アンカー等を設置
しないので断熱特性を改善することができるが、耐火キ
ャスタブル中のファイバーのみでは十分な剛性と耐久性
を得ることができず、耐火物の割れ等で耐火物が脱落す
ることによりスキッド支持ビームが高温雰囲気にむき出
しになるという問題があった。

【００１１】本発明は、スキッド支持ビームの耐火物被
覆層を通して被加熱金属材料から奪われる熱損失を低減
し、スキッドマークの問題を解決し、加熱炉の熱損失を
低減するスキッド支持ビームを提供することを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の要旨とす
るところは以下の通りである。（１）耐火物で被覆されたスキッド支持ビームの表面に
セラミックファイバー層を被覆してなることを特徴とす
るスキッド支持ビーム。（２）セラミックファイバー層は、ＴｉＯ₂、Ｚｒ
Ｏ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃の１種又は２種以上を合計で５％以上
含有することを特徴とする請求項１に記載のスキッド支
持ビーム。（３）セラミックファイバー層の上面に、Ａｌ₂Ｏ₃、
ＭｇＯ、ＺｒＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃の１種又は２種以上を合
計で７０％以上含有する酸化物層を被覆してなることを
特徴とする請求項１又は２に記載のスキッド支持ビー
ム。（４）耐火物被覆層とセラミックファイバー層との間に
ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃の１種又は２種以上を
合計で５０％以上含有する反射層を形成してなることを
特徴とする請求項１乃至３に記載のスキッド支持ビー
ム。（５）耐火物で被覆されたスキッド支持ビームの表面に
ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃の１種又は２種以上を
合計で５０％以上含有する反射層を被覆してなることを
特徴とするスキッド支持ビーム。（６）セラミックファイバー層は、ファイバー吹付け法
によって形成することを特徴とする請求項１乃至４に記
載のスキッド支持ビームの製造方法。

【００１３】セラミックファイバーで形成した層は熱伝
導率が低いため、上記（１）のように耐火物被覆層の表
面をセラミックファイバー層によって被覆することによ
り、表面受熱層から水冷スキッド支持ビームへの熱伝達
を該セラミックファイバー層によって遮断することがで
きる。このため、たとえ耐火物層中にアンカー等の熱伝
導の良好な部位が存在しても、スキッド支持ビーム全体
の断熱特性を確実に改善することが可能になった。

【００１４】セラミックファイバー層は、熱伝導率は低
いものの輻射熱をある程度透過する性質を有する。一
方、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃は赤外線や電磁波
を反射する機能を有する。従って、上記（２）のように
前記セラミックファイバー層中にこれら物質の１種又は
２種以上を合計で５％以上含有することにより、セラミ
ックファイバー層は熱伝導による熱損失を遮断すると同
時に、加熱炉内の被加熱金属材料からセラミックファイ
バー層を透過して耐火物被覆層表面へ到達する輻射熱の
入熱を減らすことが可能となり、被加熱金属材料からス
キッド支持ビームへの熱損失を一層低減することができ
る。

【００１５】セラミックファイバー層は断熱特性は上記
のように優れている。しかし、加熱炉内で高温の被加熱
金属材料の表面にスケール（酸化被膜）が成長し、この
スケールが剥離して落下し、スキッド支持ビーム表面の
セラミックファイバー層に付着すると、セラミックファ
イバー層はこの付着スケールによって損傷を受ける。上
記（３）においては、セラミックファイバー層の上面に
被覆したＡｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＺｒＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃の
１種又は２種以上を合計で７０％以上含有する酸化物層
が耐スケール性を有し、これによってセラミックファイ
バー層の加熱炉内における耐久性を向上することができ
る。

【００１６】ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃の１種又
は２種以上を合計で５０％以上含有する層は、それ自体
で赤外線及び電磁波を反射する能力が極めて高い反射層
を構成する。従って、上記（１）〜（３）において、上
記（４）のように耐火物被覆層とセラミックファイバー
層との間に前記反射層を形成すると、セラミックファイ
バー層を透過して直接耐火物被覆層に輻射熱伝達で伝達
される熱が該反射層で反射されるため、スキッド支持ビ
ーム全体の断熱特性を更に向上することができる。

【００１７】上記反射層は、上記（５）のように従来の
耐火物で被覆されたスキッド支持ビームの耐火物被覆層
の表面に直接被覆して形成することもできる。セラミッ
クファイバー層による熱伝導率の低い層は存在しない
が、表面反射層によって輻射熱伝達を低減することのみ
によってもスキッド支持ビーム全体の熱損失を低減する
ことができるからである。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の加熱炉スキッド支持ビー
ム１及び外周部の耐火物被覆層３の形状は、従来と同様
の構造を採用することができる。従来のスキッド支持ビ
ームを図６に示す。鉄鋼の熱間圧延に用いる加熱炉の場
合、スキッド支持ビームは耐熱鋼などの耐熱性金属等の
パイプ材が用いられる。パイプの内部に冷却水を流すこ
とによってスキッド支持ビームを冷却する。スキッド支
持ビームにはアンカー等が溶接され、その上でスキッド
支持ビームに直接不定形耐火物を流し込むことによって
耐火物被覆層を施工することができる。更に、図１〜６
に示すように、スキッド支持ビーム１に断熱材を巻き付
けて断熱層５を形成し、その後耐火物被覆層３を施工す
ることも可能である。耐火物被覆層３に用いる不定形耐
火物としては、一般的なＡｌ₂Ｏ₃系のキャスタブルあ
るいはスタンプ材を用いることができる。また、スキッ
ド支持ビームに巻き付ける断熱層５用の断熱材として
は、セラミックファイバーフェルト等を用いることがで
きる。

【００１９】本発明（１）においては、図１に示すよう
に、上記耐火物被覆層３の表面にセラミックファイバー
層６を被覆する。セラミックファイバーとしては、Ａｌ
₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂質ファイバーあるいはＡｌ₂Ｏ₃質フ
ァイバーを用いることができる。熱伝導率は０．２〜
０．４ｗ／ｍ・Ｋである。セラミックファイバー層の厚
みは３０〜１００ｍｍが好適である。下限を３０ｍｍと
するのは、施工上から３０ｍｍの厚さであれば安定した
施工体が得られるからであり、上限を１００ｍｍとする
のは、剥離等の問題が回避できるからである。

【００２０】セラミックファイバー層６の施工方法とし
ては、本発明（６）のようにファイバー吹付け法によっ
て形成することが好ましい。ファイバー吹付けは、具体
的には、解砕したセラミックファイバーと液状のバイン
ダーを専用の吹付け機にて混合し、通常の吹付け施工と
同様に施工する。

【００２１】本発明（２）においては、セラミックファ
イバー層７中にＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃の１種
又は２種以上を合計で５％以上含有する（図２）。セラ
ミックファイバー層は、熱伝導率は低いものの、輻射熱
はある程度このセラミックファイバー層を透過してしま
うという性質を有する。セラミックファイバー層中に上
記物質を含有すると、これら物質は赤外線や電磁波を反
射する性質を有するので、セラミックファイバー層７を
透過しようとした輻射熱が反射され、セラミックファイ
バー層７の内側にある耐火物被覆層３に到達する輻射熱
を減少することができる。

【００２２】ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃は、粒子
としてセラミックファイバー層７中に含有させることが
好ましい。含有量を５％以上としたのは、５％未満では
その効果がほとんど確認されず、また、含有量は２０〜
５０％とすることが好ましい。この値を超えるとファイ
バー層にセラミックス粒子が多く、施工体が均質になら
ないからである。粒子径は４９μｍ以下の細かい粒子が
好ましい。これにより、ファイバー吹付け法で施工する
に際しても、施工ファイバー中にこれら粒子を含有させ
ておくことで施工が可能であり、セラミックファイバー
層中に粒子を止めることができる。

【００２３】セラミックファイバー層は、それ自体は被
加熱金属材料の表面から落下したスケールが付着・反応
すると損耗の進行が速いという課題を有する。図３に示
す本発明（３）のようにセラミックファイバー層の上面
にＡｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＺｒＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃の１種又
は２種以上を合計で７０％以上含有する酸化物層８を被
覆することにより、耐スケール性を向上させることがで
きる。上記に列記した酸化物を合計で７０％以上含有す
る酸化物層８は、ＦｅＯを中心とするスケールが付着し
て融点が低下しても、低下した融点は通常の加熱炉炉内
温度よりも高いので溶融損耗することがない。該酸化物
層８の厚みは、５〜１０ｍｍが好適である。左記下限未
満の厚みでは、酸化物層８の強度が十分ではなく、施工
後の時間経過とともに酸化物層８が剥離して損耗が進行
する。また、左記上限を超える厚みでは、酸化物層８の
重量のために酸化物層の下にあるセラミックファイバー
層６、７が圧縮されてセラミックファイバー層の断熱特
性が損なわれるとともに、その重量をセラミックファイ
バー層が支えきれず、剥落するという問題が発生する。

【００２４】上記酸化物層８を構成する酸化物のうち、
ＺｒＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃は前述のように輻射熱を反射する
効果を有する。従って、これら酸化物を含有する場合
は、酸化物層８は耐スケール層としての効果とともに輻
射熱の反射層としての効果も有する。

【００２５】前述のように、セラミックファイバー層は
熱伝導率は低いものの輻射熱を透過する性質を持ってい
るため、この輻射熱を反射しないと総合的断熱特性を十
分に得ることができない。本発明（４）は、図４に示す
ように、耐火物被覆層３とセラミックファイバー層６、
７との間にＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃の１種又は
２種以上を合計で５０％以上含有する反射層９を形成す
ることにより、セラミックファイバー層を透過して耐火
物被覆層３の表面に到達した輻射熱を有効に反射し、総
合的断熱特性を向上することができる。本発明（４）
は、発明（２）のようにセラミックファイバー層７中に
輻射熱を反射する粒子を含有させる発明とともに実施す
ることにより、効果を増大することができる。

【００２６】ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃の含有量
を５０％以上とするのは、左記下限未満ではその効果が
顕著でないからである。これら酸化物にバインダーとし
てシリカゾルあるいはアルミナゾルを加え、耐火物被覆
層３の表面に反射層９を形成する。またこれら酸化物の
含有量は、７０％以上であればバインダーを除く残りす
べてがこれらの酸化物であってもよい。

【００２７】反射層９の厚みは５〜１０ｍｍが好適であ
る。５ｍｍ未満では施工体を安定して施工できず、１０
ｍｍを超えると施工体の強度が十分でなく剥離する傾向
にある。

【００２８】上記反射層９は、セラミックファイバー層
を構成せず、図５に示す本発明（５）のように耐火物被
覆層３の上に最表面層として反射層９を形成することも
できる。反射層９の成分組成、厚み等の好ましい実施の
形態は、上記本発明（４）と同様である。

【００２９】

【実施例】本発明の効果を確認するため、本発明及び比
較例の耐火物ライニングを施したスキッド支持ビームを
構成し、これを高温ガス炉に挿入して表面温度を測定し
た。なお、ガス炉の雰囲気温度は１３５０℃とした。ま
た、耐スケール性の評価としては、表面に酸化鉄を置
き、雰囲気温度１３５０℃の炉内で表面層とスケールを
反応させ、冷却後の試料表面状態を調査した。

【００３０】比較例として、従来法による耐火物ライニ
ングを図６に示すように行った。スキッド支持ビーム１
は外径１５０ｍｍの耐熱鋼パイプを用い、長さ４０ｍ
ｍ、直径１２ｍｍの鉄製アンカー４をビーム長手方向に
１５０ｍｍピッチで、円周方向に６０°ピッチに全周に
溶接して取り付けた。このスキッド支持ビーム１に、ま
ずウェットフェルト断熱層５を１０ｍｍの厚さで巻き付
け、その上にハイアルミナキャスタブルによる耐火物被
覆層３を９０ｍｍの厚さで形成した。ウェットフェルト
断熱層５の熱伝導率は０．２ｗ／ｍ・Ｋ、耐火物被覆層
３の熱伝導率は２．０ｗ／ｍ・Ｋであった。

【００３１】本発明例は、耐火物被覆層３の厚みを５０
ｍｍとした以外は上記比較例と同様の構成とし、その上
に下記に示すように各発明の被覆層を形成した。

【００３２】本発明例Ｎｏ．１として、図１に示すよう
に、耐火物被覆層３の表面にアルミナファイバー（繊維
長３０ｍｍ、繊維平均径２．５μｍ）と硬化剤を混合し
た材料を吹付け、厚み４０ｍｍのセラミックファイバー
層６を形成した。

【００３３】本発明例Ｎｏ．２として、図２に示すよう
に、上記Ｎｏ．１と同様のアルミナファイバー中に平均
粒子径５μｍのＺｒＯ₂を重量比で３０％配合して吹付
け法で厚み４０ｍｍのセラミックファイバー層７を形成
した。

【００３４】本発明例Ｎｏ．３として、図３に示すよう
に、耐火物被覆層３の上に上記Ｎｏ．２と同様のアルミ
ナファイバー層７を形成し、更に最外層に耐スケール性
の酸化物層８としてＺｒＯ₂をモルタル状にして５ｍｍ
の厚さで塗り付けた。

【００３５】本発明例Ｎｏ．４として、図４に示すよう
に、耐火物被覆層３の上にまず反射層９としてＺｒＯ₂
をモルタル状にして５ｍｍの厚さで塗り付け、その上に
上記Ｎｏ．２と同様のアルミナファイバー層７を形成
し、更に最外層に耐スケール性の酸化物層８としてＺｒ
Ｏ₂をモルタル状にして５ｍｍの厚さで塗り付けた。

【００３６】本発明例Ｎｏ．５として、図５に示すよう
に、耐火物被覆層３の上に反射層８としてＺｒＯ₂をモ
ルタル状にして５ｍｍの厚さで塗り付け、この層を最外
層とした。

【００３７】上記６種類のスタッド支持ビームをガス炉
に挿入し、ビーム内部は水冷した上で表面温度を測定し
た。結果を表１に示す。表１において、耐スケール性は
「○」が表面の変化無し、「△」が表面の色が若干変化
した場合を示す。本発明の効果を確認することができ
た。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【発明の効果】本発明により、スキッド支持ビームの全
体としての断熱特性を向上することができ、スキッドマ
ークの少ない熱間圧延が可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスキッド支持ビームの断面図である。

【図２】本発明のスキッド支持ビームの断面図である。

【図３】本発明のスキッド支持ビームの断面図である。

【図４】本発明のスキッド支持ビームの断面図である。

【図５】本発明のスキッド支持ビームの断面図である。

【図６】従来のスキッド支持ビームの断面図である。

【符号の説明】

１スキッド支持ビーム２スキッドボタン３耐火物被覆層４アンカー５断熱層６、７セラミックファイバー層８酸化物層９反射層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松田強志東海市東海町５−３新日本製鐵株式会社名古屋製鐵所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】耐火物で被覆されたスキッド支持ビーム
の表面にセラミックファイバー層を被覆してなることを
特徴とするスキッド支持ビーム。
【請求項２】セラミックファイバー層は、ＴｉＯ₂、
ＺｒＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃の１種又は２種以上を合計で５％
以上含有することを特徴とする請求項１に記載のスキッ
ド支持ビーム。
【請求項３】セラミックファイバー層の上面に、Ａｌ
₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＺｒＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃の１種又は２種
以上を合計で７０％以上含有する酸化物層を被覆してな
ることを特徴とする請求項１又は２に記載のスキッド支
持ビーム。
【請求項４】耐火物被覆層とセラミックファイバー層
との間にＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃の１種又は２
種以上を合計で５０％以上含有する反射層を形成してな
ることを特徴とする請求項１乃至３に記載のスキッド支
持ビーム。
【請求項５】耐火物で被覆されたスキッド支持ビーム
の表面にＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃の１種又は２
種以上を合計で５０％以上含有する反射層を被覆してな
ることを特徴とするスキッド支持ビーム。
【請求項６】セラミックファイバー層は、ファイバー
吹付け法によって形成することを特徴とする請求項１乃
至４に記載のスキッド支持ビームの製造方法。