JPS6233715A - スキツドボタン - 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、鋼材加熱炉における炉内スキッドの上面に設
けられて鋼材を直接支持するスキッ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ッドボタンは、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
。

従って、従来はその材料として、００ＭＣＯ５０、Ｈ３
−２１，５ＣＨ１３等、あるいは、Ｃ０基またはＮｉ−
Ｃｒ基の耐熱合金、■セラミックス単体あるいは中実セ
ラミックスと金属の複合材、を使用したスキッドボタン
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ッドボタン
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
って、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
ためにスキッドパイプ内に冷却水を流して水冷している
が、そのためスキッドボタンの、鋼材と接触する部分の
温度が低下し、鋼材にスキッ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、すなわちスキッドマー
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ッドボタンが提案されたのである
が、従来のセラミックス単体あるいはセラミックスと金
属との複合型のスキッドボタンは、被加熱材である鋼材
と接する面が、セラミックスが露出する構造となってい
るため（特公昭６０−９５６６号、実公昭５８−３５６
４０号、実開昭５９−４４９号）、■セラミックスが酸
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ｔ貝柱でスキッドボタン高さに高低差が生じたり、
また鋼材にそりがあったりすると鋼材の移送時にスキッ
ドボタンに衝撃荷重が作用し、これによってセラミック
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、セラミックス単体あるいはセラミックスが露出した
従来の複合製のスキッドボタンでは、破損や反応による
損耗のため試験終了時にはスキッドパイプ上にセラミッ
クスが全く残らなかった。

更に、セラミックス単体のスキッドボタンでは、スキッ
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
なっていた。

また、前記したスキッドボタンの他に、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
わゆるホット型と称されるものもあるが、このスキッド
ボタンでも以下に述べる欠点がある。

すなわち、このスキッドボタンは、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っ
て筒体が外側に押し拡げられてスキッドボタンが偏平し
、スキッ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
熱合金製のスキッドボタンの欠点である、スキッドマー
ク発生、および高温圧縮クリープ変形、特にスキッドボ
タン上面のへたり、等を防止し、■セラミックス単体や
セラミックスが露出した従来の複合製のスキッドボタン
の欠点である、酸化スケールや炉内雰囲気との反応によ
るセラミックスの損耗、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ックスの破壊や当該
破壊したセラミックスの飛散、等の防止、更には■ホッ
ト型のスキッドボタンの欠点である、偏平によるスキッ
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、セラミッ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
周残部全面を耐衝撃性物質で夫々被覆して成ることを要
旨とするスキッドボタンである。

ここで、セラミックスと耐熱合金の組成物とは、耐熱合
金中にセラミックス粒を分散含有せしめたもの、セラミ
ックス棒の集合体を耐熱合金で鋳ぐるんだもの、あるい
は耐熱合金含浸セラミックスをいう。

すなわち前記した構成の本発明スキッドボタンは、以下
に説明する理由によってスキッ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ッドマー
クの発生に大きな影響を及ぼす。従って、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ックスを主成分とする支持骨
材として使用することによって本発明スキッドボタンは
良好な断熱性を得るのである。なお、使用するセラミッ
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２以下のものを
使用した場合にスキッ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ックスの複合率
は、スキッドボタン横断面におけるセラミックスの面積
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、スキッドボタンの強度
と断熱性に基づいて得られた値であり、５０％未満では
所要の強度および断熱性が得られずスキッドマークの軽
減にも効果が少ない。

次に、一般に言われているセラミッ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
ックスは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。従っ
て、■圧縮強度は、セラミックスが非常に大きいのに対
し断熱材は小さい。よって、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っていたのである。

これに対し、本発明スキッドボタンに使用するセラミッ
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、本発明スキッドボタンにあっては、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
度の大なるセラミックスを使用した為、何等問題はない
。

■耐衝撃強度および反応によるセラミックスの損耗防止
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ックスではあるが
、このセラミッ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、本発明スキッドボタンは支持骨材の主成分であ
るセラミックスの下端コーナ部外周全面を耐熱合金で、
また、外周残部全面を耐衝撃性物質で夫々被覆している
のである。

ここで、スキッドボタンを被覆する耐衝撃性物質の種類
としては何等限定されるものではないが、耐熱合金、セ
ラミックス粒を分散含有せしめた耐熱合金、あるいは、
耐熱合金含浸セラミックスが好ましい。また、この耐衝
撃性物質は、被覆部全域を同一物質で行なっても、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ッドボタン上部、または、
上部および下部に耐熱合金含浸セラミックスを被覆し、
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ックスは、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％の多孔体セラミックスであるセラミックス
フオームの前記通気孔内に、鋳造によって耐熱合金を含
浸せしめた構造、すなわちセラミッ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、セラミッ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ック
スの損耗が著しく軽減するからである。

なお、本発明スキッドボタンに使用する耐熱合金含浸セ
ラミックスのセラミックスフオームとしては、気孔率６
０〜８０％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。

前記セラミックス粒を分散含有せしめた耐熱合金とは、
例えば粒径φ１〜φ５１ｕのセラミックス粒を耐熱合金
内部に含有せしめたものであり、セラミックス粒の含有
率も体積比で５０〜８０％程度が望ましい。この体積比
の範囲内が好ましい理由は、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、前記したセラミッ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Ａ１ｔ０３
の直径５ｆｌ〜１０ｍｍの棒を束ねて耐熱合金で鋳ぐる
んだものであり、この場合のセラミックス棒の面積率は
２５〜７５％程度が望ましい。すなわち、スキッドボタ
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、セラミックス捧１本で前記１トンの荷重を受
けるとすると最小５龍の径が必要となり、また最大径に
ついては衝撃損傷を考慮すれば１０ｍ程度が限界である
。また、前記面積率の範囲内が好ましい理由は、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
ミッ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。

スキッドボタン上面の耐衝撃性物質層の厚さは０．５〜
２、Ｑ　ｃｍの範囲内であることが望ましい。

これは、２．Ｑｃｍを超えた場合にはスキッドボタン上
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ッドボタンと同様の欠点を生じ
るからであり、また、０．　５ｃｍ未満ではセラミック
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、本発明スキッドボタンのスキッドパイプへの溶接
を可能とするため、スキッドボタンの下部は、従来の耐
熱合金製スキッドボタンと同様の形状とし、溶接部と内
蔵セラミックスとの距離は最短位置で１５關以上である
ことが望ましい。

（作用） 本発明に係るスキッドボタンは、支持骨材の主成分とし
てセラミッ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度並びに耐衝撃
強度を有し、しかも反応によるセラミックス損耗もなく
、かつ、スキッ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、本発明に係るスキッドボタンの一実
施例を示す正面図中央縦断面図であり、図中１が本発明
スキッドボタンの支持骨材である。

この支持骨材１はセラミッ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ックス棒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ックス
棒２が、耐衝撃強度および反応によるセラミックスの損
耗防止の点で問題が存すると考えられるのであるが、仮
にセラミックス棒２の上端が破損あるいは損耗した場合
には、これらセラミックス棒２を鋳ぐるんでいる耐熱合
金がスキッドボタンの使用によって前記セラミックス棒
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ッ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ッドボタンを製造するに際しては下
記の如く行う。

先ず、多数のセラミックス棒を束ねて鋳型内にセットし
、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ックス棒が熱衝撃…傷しない昇温速
度（２００℃／　ｈ　ｒ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ットし、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、スキッ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ッ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ッドボタンの他
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ックス粒を分散含有せしめた
ものを支持骨材ｌ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ックス７で被覆したものである。

（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ッドボタンを各種
製造し、実炉の加熱炉において試験を行なった。その結
果を第１表に示す。比較として、耐熱合金製スキッドボ
タン、セラミックス単体のスキッ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、■能カニ２００Ｔ【 た。

第１表より明らかなごとく、本発明スキッドボタンの優
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ッドボタンは以下に列挙す
る効果を有する。

■本発明スキッドボタンの平均熱伝導率は、従来の耐熱
合金製スキッドボタンの場合の各−％であるため、スキ
ッ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、従って被加熱材にスキッドマークが発生せず、
従来のようにスキッ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ッ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、本発明スキッ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２以下である
。このことにより、本発明スキッドボタンの寿命は前記
従来のスキッドボタンの３倍以上となることがｂｌｔ　
Ｌｐできた。

■本発明スキッドボタンは、セラミックスを主成分とす
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、セラミックスの短所である耐衝撃性が大
幅に改善される。仮に、セラミックスが破壊した場合で
も、前記被覆層によって外部へ飛散することがなく、従
って、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った。

■本発明スキッドボタンは、セラミックスが耐熱合金や
耐衝撃性物質によって一体化されている為、セラミック
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％のコスト減となった。

■本発明スキッドボタンは、前記■と同様の理由によっ
て、被加熱材表面の酸化スケールや炉内雰囲気との反応
によるセラミックスの損耗を防止できる。なお、実炉テ
ストではセラミックスの反応による損耗は全く見られな
かった。

■本発明スキッドボタンは、前記■と同様の理由により
、スキッドバイブに溶接によって容易に固定できる。

■また、本発明スキッドボタンは前記■に説明した効果
により、従来のセラミックスを用いたスキッドボタンと
比較して約２０％の軽量化が図れる。

■本発明スキッドボタンは、セラミックスが外部雰囲気
と完全に隔離されている為、耐高温酸化に劣るセラミッ
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ば強度面はセラミックスに依存でき
る為、セラミックス、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ックスを支持骨材
の主成分としたものについてのみ行なったが、他のセラ
ミックス、例えば窒化珪素質、ジルコニア質、炭化珪素
質のセラミックスや、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ックスフオームにＣｏ基の耐熱合金
を含浸せしめた耐熱合金含浸セラミックスと、Ｃｏ基の
耐熱合金を使用したものについて行なったが、ジルコニ
ア質のセラミッ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
Ｈ３２１、ＵＭＣ０５０，５８１６等に限らず、他のＣ
ｏ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図は本発明スキッ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図および第
４図は本発明スキッ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。 ■は支持骨材、　　２はセラミックス棒、３は耐熱合金
、　　　４は耐衝撃性物質。 特　許　出　願　人　　住友金属工業株式会社第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、セラミッ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
   残部全面を耐衝撃性物質で夫々被覆して成ることを特徴
   とするスキッドボタン。