JP3718258B2 - Powder blowing nozzle - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、粉体吹き込みノズルに関する。さらに詳しくは、溶融金属中に、磨耗性粉体を含む非酸化性流体を吹き込むための粉体吹き込みノズルに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、溶融金属中に、磨耗性粉体を含む非酸化性流体を吹き込む際には、粉体吹き込みノズルが用いられているが、その内管には磨耗性粉体が高速で流れるため、該内管の内面が磨耗するという問題がある。
【0003】
そこで、かかる問題を解決するために、粉体吹き込みノズルとして、内管の内面にセラミック皮膜を溶射によって形成させたノズル(特開昭58−100613号公報)、内管の内面にセラミックパイプが嵌挿されたノズル(特開昭58−100616号公報)などが提案されている。
【0004】
しかしながら、前者のノズルの内管の内面に溶射によって形成されたセラミック皮膜は、機械的強度に劣るため、剥離しやすく、長期耐久性に劣るという問題がある。
【0005】
また、後者のノズルは、内管を構成している金属パイプの熱膨張率がセラミックパイプの熱膨張率よりも大きいため、使用中に金属パイプがセラミックパイプの保持力を失い、ガスおよび粉体の搬送時に発生するセラミックパイプを押し出す力がセラミックパイプと金属パイプの界面に生じる摩擦力を上回り、セラミックパイプの抜け現象が発生し、耐磨耗材であるセラミックパイプを失ったノズルは、磨耗により長期間にわたって使用することができなくなるという問題がある。
【0006】
前記ノズルが有する問題点を解決するノズルとして、一方向性形状記憶合金からなる金属管の内側に、緩衝層を介装してセラミックス管を挿入し、金属管の形状回復力でセラミックス管が固着された複合管からなる粉粒体吹込みノズルが提案されている(特開平3−137068号公報)。
【0007】
前記粉粒体吹込みノズルは、確かに、内管の内面が耐磨耗性にすぐれ、しかも機械的強度が大きいものであるが、使用中に金属管が高温に過熱され、金属管の形状記憶性が失われ、セラミックス管が金属管によって保持されなくなり、セラミックス管の抜けが生じ、長期間にわたって使用することができなくなるという問題がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記従来技術に鑑みてなされたものであり、内面が耐磨耗性にすぐれ、機械的強度が大きく、しかもノズルを構成している各層が使用中においても強固に固着している粉体吹き込みノズルを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、▲1▼その内面側から順に、焼成セラミックからなる内層、緩衝材からなる中間層および難燃性金属からなる外層が積層された三層構造を有するノズルであって、前記内層の外面に設けられた外周溝および前記外層の内面に設けられた内周溝にそれぞれ中間層の一部が埋め込まれていることを特徴とする粉体吹き込みノズル(以下、第1発明という)、ならびに▲2▼その内面側から順に、焼成セラミックからなる内層、緩衝材からなる中間層および難燃性金属からなる外層が積層された三層構造を有するノズルであって、前記外層および中間層を貫通し、前記内層の内面にまでは貫通していない取付孔に、前記外層と同一材質の取付ピンが挿入固定されていることを特徴とする粉体吹き込みノズル(以下、第2発明という)に関する。
【0010】
【作用および実施例】
前記第1発明および第2発明には、内面側から順に、焼成セラミックからなる内層、緩衝材からなる中間層および難燃性金属からなる外層が積層された三層構造を有するノズルが用いられる。
【0011】
前記第1発明および第2発明に用いられるノズルは、このような三層構造を有するので、内面が耐磨耗性にすぐれ、機械的強度が大きく、しかも各層が使用中においても強固に固着しているという利点がある。
【0012】
前記焼成セラミックからなる内層は、その組織が緻密であるため、従来の溶射によって形成されたセラミック皮膜と対比して、耐磨耗性、機械的強度および耐剥離性にすぐれるという利点を有する。
【0013】
前記内層の内径は、粉体供給量および搬送ガス流量によって決定されるものであり、とくに限定がなく、通常、これら粉体供給量および搬送ガス流量に応じて適宜設定することが好ましい。
【0014】
前記焼成セラミックとしては、たとえばケイ素およびアルミニウムを主成分とするアルミナ系セラミック、サイアロンなどがあげられる。
【0015】
前記焼成セラミックからなる内層としては、通常、焼成セラミックパイプが用いられる。前記焼成セラミックパイプのなかでも、たとえばサイアロンなどからなる高耐磨耗性セラミックパイプは、本発明において好適に使用しうるものである。
【0016】
前記緩衝材からなる中間層は、後述する外層による締めつけが行なわれる際に、変形し、焼成セラミックからなる内層に過剰な応力が加わらないようにするために用いられる。
【0017】
前記中間層に用いられる緩衝材としては、たとえば銅、鉛、各種樹脂などがあげられる。
【0018】
前記中間層は、帯状、紐状または糸状の緩衝材を、内層の外周に所定の厚さとなるように巻きつけて形成させてもよく、またあらかじめ緩衝材を筒状に形成させ、その筒状体を内層の外周に挿入することによって形成させてもよい。これらのなかでは、あらかじめ緩衝材を筒状に形成させた中間層は、長さ方向において精度よく製造することができるという利点がある。これらのことから、本発明に用いられる中間層としては、銅、鉛、樹脂などの緩衝材からなるパイプが好ましい。
【0019】
前記中間層の厚さは、内層が圧壊されるのを防止し、また外層による締めつけ力を充分に発現させるために、0.5〜1mm程度であることが好ましい。
【0020】
前記難燃性金属からなる外層は、分割成形された内層および中間層を一体化させ、つなぎ目に間隙が生じないようにして固定するために用いられる。
【0021】
外層を構成する難燃性金属としては、たとえばステンレス鋼、一方向性形状記憶合金などがあげられる。これらのなかでは、一方向性形状記憶合金は、その形状記憶による締めつけ力を呈するので、内層、中間層および外層を強固に結合させることができるという利点がある。
【0022】
前記一方向性形状記憶合金からなる外層としては、たとえば一方向性形状記憶合金からなる金属管が用いられる。前記金属管は、加熱することにより、その径が縮小するように形状記憶処理が施されたものである。
【0023】
前記外層の厚さは、機械的強度および冷却性の点から、3〜5mm程度であることが好ましい。また、外層の内径と中間層の外径との差(クリアランス)は、外層と中間層との積層時においては、0.2mm以下であることが好ましい。
【0024】
前記第1発明においては、前記内層の外面に設けられた外周溝および前記外層の内面に設けられた内周溝にそれぞれ中間層の一部が埋め込まれている。
【0025】
前記外周溝の深さは、内層と中間層とを強固に一体化させるために、0.2mm以上であることが好ましく、また中間層を変形させて外周溝に完全に埋め込むのを容易にするために、中間層の厚さの半分以下であることが好ましい。また外周溝の幅は、中間層の変形による噛み込みを容易にするために、0.5〜1.5mm程度であることが好ましい。外周溝の断面形状については、とくに限定がなく、たとえば四角形状であってもよく、三角形状であってもよく、あるいは半円形状であってもよい。
【0026】
前記外周溝は、通常、内層の外面の周方向に設けられていることが好ましいが、内層の軸方向に設けられていてもよい。また、前記外周溝が設けられる個数は、とくに限定がないが、たとえば長手方向に50〜100mmごとに1カ所の頻度で設けられていることが、先端からの損傷が進行することが予想されるノズルにおいて、常時前記外周溝によって内層が抜け落ちる現象を防止する点で好ましい。
【0027】
前記内層の外面に外周溝を設ける方法としては、たとえば内層の外面にエッチングを施して外周溝を形成させる方法、内層を鋳造や鍛造によってつくる際に、外周溝を形成させる方法、内層の外面に旋盤などを用いて切削加工を施し、外周溝を形成させる方法などがあげられるが、本発明はかかる方法によって限定されるものではない。
【0028】
また外層の内面に設けられた内周溝の深さ、幅および断面形状は、前記内層の外面に設けられた外周溝のそれらと同様であればよい。
【0029】
すなわち、前記内周溝の深さは、外層と中間層とを強固に一体化させるために、0.2mm以上であることが好ましく、また中間層を該内周溝に完全に埋め、密着性を高めるために、中間層の厚さの半分以下であることが好ましい。また内周溝の幅は、中間層の外周溝への密着性の確保と、加工性の点から、1〜2mm程度であることが好ましい。内周溝の断面形状については、とくに限定がなく、たとえば四角形状であってもよく、三角形状であってもよく、あるいは半円形状であってもよい。
【0030】
前記内周溝は、外周溝と同様に、通常、外層の周方向に設けられていることが好ましいが、外層の軸方向に設けられていてもよい。また、前記内周溝が設けられている個数は、とくに限定がないが、たとえば長さ50〜100mmごとに1カ所の頻度で設けられていることが、ノズルの長手方向に均一な固定力がえられるので好ましい。
【0031】
前記外層の内面に内周溝を設ける方法としては、たとえば外層の内面にエッチングを施して内周溝を形成させる方法、外層を鋳造や鍛造によってつくる際に、内周溝を形成させる方法などがあげられるが、本発明はかかる方法によって限定されるものではない。
【0032】
前記内層の外面に設けられた外周溝および前記外層の内面に設けられた内周溝にそれぞれ中間層の一部を埋め込む方法としては、たとえば図1に示されるように、外層として、一方向性形状記憶合金からなる金属管1を用い、外層(金属管)1、中間層2および内層3を重ね合わせたのち、前記外層(金属管)1を加熱することにより、その径を縮小させ、そのときに発生する締めつけ力によって中間層2を圧縮させ、図2に示されるように、内層3の外面に設けられた外周溝5および外層(金属管)1の内面に設けられた内周溝4に中間層2を埋め込む方法などがあげられる。
【0033】
前記したように、内層の外面に設けられた外周溝および外層の内面に設けられた内周溝にそれぞれ中間層の一部が埋め込まれた三層構造を有する第1発明の粉体吹き込みノズルは、内層、中間層および外層が強固に固着したものとなる。
【0034】
前記第2発明においては、前記外層および中間層を貫通し、前記内層の内面にまでは貫通していない取付孔に、前記外層と同一材質の取付ピンが挿入固定されている。
【0035】
前記取付孔の深さは、浅すぎるばあいには、外層が熱膨張したばあい、取付ピンの引っかかりが充分でなくなって充分に固定されがたくなる傾向があるので、外層の厚さと中間層の厚さと内層の厚さ×0.5との和以上であることが好ましく、また深すぎるばあいには、内層にまで届く貫通孔が形成されてしまい、粉体の吹き込み時に取付ピンに磨耗が生じ、また靭性が低いセラミックを薄く削るのに高度な加工精度が要求されることから、外層の厚さと中間層の厚さと内層の厚さ×0.8との和以下であることが好ましい。
【0036】
また取付孔の孔径は、式:
[取付孔の孔径]=(D×T−T2)0.5/K
(式中、Dは内層の外径(mm)、Tは取付孔の深さ(mm)、Kは2〜4の係数を示す)を満足することが好ましい。前記係数Kは、ノズルの大きさによって異なり、ノズルの直径が小さいときには2となり、また大きいときには4となる。
【0037】
前記取付孔を設ける方法としては、たとえば内層、中間層および外層を重ね合わせたのち、所定の位置に、たとえばドリルなどの加工装置を用いて形成させる方法、内層、中間層および外層を作製する際に、あらかじめ取付孔を形成させる方法などがあげられるが、本発明はかかる方法によって限定されるものではない。
【0038】
前記取付孔に挿入される取付ピンの大きさは、その直径が前記取付孔の孔径よりも0〜0.5mm程度小さいことが好ましい。
【0039】
前記取付ピンの材質は、外層の熱膨張に対して変形が追従する必要があることから、外層と同一とされる。
【0040】
また、前記取付ピンの取付位置は、とくに限定がないが、内層、中間層および外層を強固に固着させるために、均一に分散した状態であることが好ましい。その一例として、たとえば取付ピンの取付位置は、長手方向に50〜150mmごとに1カ所の頻度で設けられていることが好ましい。なお、前記取付ピンの配列は、1列であってもよく、また2列以上の複数列であってもよい。
【0041】
取付ピンは、取付孔に挿入したのち、固定されるが、かかる固定の方法としては、たとえば溶接による方法などがあげられる。
【0042】
かくして前記第2発明の粉体吹き込みノズルがえられるが、前記粉体吹き込みノズルは、図3に示されるように、外層1および中間層2を貫通し、内層3の内面にまでは貫通していない取付孔に前記外層1と同一材質の取付ピン6が挿入固定されているので、内層3、中間層2および外層1が強固に固着されている。
【0043】
なお、第2発明においては、図4に示されるように、内層3、中間層2および外層1を取付ピン6で挿入固定するのみならず、第1発明におけるように、内層3の外面に外周溝5を設け、また外層1の内面に内周溝4を設け、外周溝5および内周溝4それぞれに中間層2の一部が埋め込まれるように構成されていてもよい。このような構成をとるばあい、取付ピン6のみならず、内周溝4および外周溝5に埋め込まれた中間層2により、内層3、中間層2および外層1がより一層強固に固着されるという利点がある。
【0044】
図5は、本発明の粉体吹き込みノズル7であり、該ノズル7は、前記第1発明または第2発明のように構成されている。
【0045】
つぎに本発明の粉体吹き込みノズルを実施例にもとづいてさらに詳細に説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
【0046】
実施例1
図2に示されたノズルを作製した。すなわち、内径15.5mm、厚さ2mmの焼成セラミックパイプ(材質:サイアロン、外周面:深さ0.2mm、幅1mmの外周溝5が50mmピッチで配設)を内層3として用い、該焼成セラミックパイプの外周に、緩衝材として厚さ0.5mmの銅板を加工し、パイプ状にすることにより、中間層2を形成させた。中間層2の外径は20.5mmであった。
【0047】
つぎに、外層1として鉄系一方向性形状記憶合金からなるパイプ(材質:マンガン28重量%、ケイ素6重量%、クロム6重量%、残部鉄、内径:20.5mm、外径:24.5mm、形状記憶保持上限温度:約550〜600℃、内周面:深さ0.2mm、幅1mmの内周溝4が50mmピッチで配設)を用い、該パイプを加熱してその径を拡大させたのち、該パイプ内に前記内層3と中間層2との積層物を挿入し、ついで冷却して前記パイプをもとの径に縮径させて前記一方向性形状記憶合金の形状記憶による締めつけ力により、内層3、中間層2および外層1を一体化させてノズルをえた。
【0048】
えられたノズルを転炉型溶解炉の炉底に設置し、チッ素ガスを搬送流体として微粉炭を20〜120kg/minの搬送速度で内層3の内側の通路から吹き込み、ノズルを稼働させ、該ノズルの特性を以下の方法にしたがって調べた。その結果を表1に示す。
【0049】
(A)平均ノズル寿命
ノズルを稼働させ、定期的にノズル内に検寸棒を挿入し、ノズルの使用限界(初期長さの20%)に達するまでに要する時間を測定する。
【0050】
(B)ノズルの内面の磨耗状況
3000時間稼働させたのち、ノズルを輪切りにし、その内径と初期の内径との差を調べる。
【0051】
(C)ノズルの内層の離脱の有無
3000時間稼働させているあいだに、ノズルに設置された圧力計に示された圧力に変動がないかどうかを調べる。
【0052】
なお、内層が離脱したばあい、ノズルの直径が急激に増大するので、急激な圧力の低下が認められる。
【0053】
実施例2
図3に示されたノズルを作製した。すなわち、内径15.5mm、厚さ2mmの焼成セラミックパイプ(材質:サイアロン)を内層3として用い、該焼成セラミックパイプの外周に、緩衝材として厚さ0.5mmの銅パイプを中間層2として用いた。中間層2の外径は20.5mmであった。
【0054】
つぎに、外層1として鉄系一方向性形状記憶合金からなるパイプ(形状回復処理後の内径:20.5mm、外径:24.5mm、形状記憶保持上限温度:約550〜600℃)を用い、該パイプを加熱してその径を拡大させたのち、該パイプ内に前記内層3と中間層2との積層物を挿入し、ついで冷却して前記パイプをもとの径に縮径させて前記一方向性形状記憶合金の形状記憶による締めつけ力により、内層3、中間層2および外層1を一体化させてノズルをえた。
【0055】
つぎに、外層1および中間層2を貫通する直径3mmの孔を軸中心方向に加工し、内層3のセラミックパイプに深さ1mm程度の溝を貫通しないように加工して取付孔を形成させた。そののち、外層1と同一材料からなる取付ピン6(直径:2.8mm、長さ:3.5mm)を取付孔に挿入し、溶接して固定させた。取付ピン6は、長手方向100mmごとに1カ所の割合で1列に配列させた。
【0056】
えられたノズルを実施例1と同様にして稼動させ、該ノズルの特性を実施例1と同様にして調べた。その結果を表1に示す。
【0057】
実施例3
実施例1と同様にしてノズルを作製した。
【0058】
つぎに、えられたノズルに実施例2と同様にして取付ピンを設けた。
【0059】
えられたノズルを実施例1と同様にして稼動させ、該ノズルの特性を実施例1と同様にして調べた。その結果を表1に示す。
【0060】
比較例1
実施例1において、外層1として、鉄系一方向性形状記憶合金からなるパイプのかわりに、ステンレス鋼(SUS304)製パイプ(内径:20.5mm、外径:22.5mm)を用い、また内層3として、外周溝が設けられていないものを用いた。
【0061】
つぎに前記パイプを加熱し、内径を拡大させたのち、中間層2(外径20.5mm、厚さ0.5mmの銅パイプ)および内層3を前記パイプに挿入し、冷却させて焼嵌めにより、内層3、中間層2および外層1が一体化されたノズルをえた。
【0062】
えられたノズルの特性を実施例1と同様にして調べた。その結果を表1に示す。
【0063】
【表1】
【0064】
表1に示された結果から、実施例1〜3でえられたノズルは、いずれも内層の離脱がなく、溶損速度が小さく、長寿命を有するものであることがわかる。
【0065】
【発明の効果】
第1発明および第2発明の粉体吹き込みノズルは、内管の内面が耐磨耗性にすぐれ、機械的強度が大きく、しかもノズルを構成している内管の各層が使用時においても強固に固着しているので、耐久性にすぐれ、長寿命化が図られたものである。
【0066】
とくに、第2発明においては、取付ピンによって内層、中間層および外層が一体化されており、従来の焼嵌めによって作製されたノズルと対比して、ノズルの温度変化による影響をほとんど受けず、各層の保持力の低下による層間剥離が防止されるので、内層の焼成セラミックの圧縮破損を防止することができるという効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の粉体吹き込みノズルに用いられる内層、中間層および外層が積層された状態における概略断面図である。
【図2】本発明の粉体吹き込みノズルの概略拡大断面図である。
【図3】本発明の粉体吹き込みノズルの概略拡大断面図である。
【図4】本発明の粉体吹き込みノズルの概略拡大断面図である。
【図5】本発明の粉体吹き込みノズルの概略斜視図である。
【符号の説明】
1 外層
2 中間層
3 内層
4 内周溝
5 外周溝
6 取付ピン
7 粉体吹き込みノズル[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a powder blowing nozzle. More specifically, the present invention relates to a powder blowing nozzle for blowing a non-oxidizing fluid containing a wearable powder into molten metal.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when a non-oxidizing fluid containing a wearable powder is blown into molten metal, a powder blowing nozzle has been used, but the wearable powder flows through the inner pipe at a high speed. There is a problem that the inner surface of the inner pipe is worn.
[0003]
Therefore, in order to solve such a problem, as a powder blowing nozzle, a nozzle in which a ceramic coating is formed on the inner surface of the inner tube by spraying (Japanese Patent Laid-Open No. 58-100633), and a ceramic pipe is fitted on the inner surface of the inner tube. An inserted nozzle (Japanese Patent Laid-Open No. 58-100706) has been proposed.
[0004]
However, the ceramic film formed by thermal spraying on the inner surface of the inner tube of the former nozzle has a problem that it is easily peeled off and inferior in long-term durability because of its poor mechanical strength.
[0005]
In the latter nozzle, since the thermal expansion coefficient of the metal pipe constituting the inner pipe is larger than that of the ceramic pipe, the metal pipe loses the holding power of the ceramic pipe during use. The force that pushes out the ceramic pipe generated during the transfer exceeds the frictional force that occurs at the interface between the ceramic pipe and the metal pipe. There is a problem that it cannot be used over a period of time.
[0006]
As a nozzle to solve the problems of the nozzle, a ceramic tube is inserted inside a metal tube made of a unidirectional shape memory alloy with a buffer layer interposed therebetween, and the ceramic tube is fixed by the shape recovery force of the metal tube. There has been proposed a powder particle injection nozzle composed of a composite pipe (JP-A-3-137068).
[0007]
The powder blow nozzle has a high wear resistance on the inner surface of the inner tube and a high mechanical strength, but the metal tube is heated to a high temperature during use, and the shape of the metal tube is increased. There is a problem that the memory property is lost, the ceramic tube is not held by the metal tube, the ceramic tube is pulled out, and cannot be used for a long time.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-described prior art. The inner surface is excellent in wear resistance, the mechanical strength is high, and the layers constituting the nozzle are firmly fixed even during use. An object is to provide a powder blowing nozzle.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is (1) a nozzle having a three-layer structure in which an inner layer made of fired ceramic, an intermediate layer made of a buffer material, and an outer layer made of a flame retardant metal are laminated in order from the inner surface side of the inner layer. A powder blowing nozzle (hereinafter referred to as the first invention) characterized in that a part of the intermediate layer is embedded in an outer peripheral groove provided on the outer surface and an inner peripheral groove provided on the inner surface of the outer layer, and (2) A nozzle having a three-layer structure in which an inner layer made of fired ceramic, an intermediate layer made of a buffer material, and an outer layer made of a flame-retardant metal are laminated in order from the inner surface side, and penetrates the outer layer and the intermediate layer In addition, the present invention relates to a powder blowing nozzle (hereinafter referred to as the second invention), wherein a mounting pin made of the same material as that of the outer layer is inserted and fixed in a mounting hole that does not penetrate to the inner surface of the inner layer. That.
[0010]
[Operation and Examples]
In the first and second inventions, there is used a nozzle having a three-layer structure in which an inner layer made of fired ceramic, an intermediate layer made of a buffer material, and an outer layer made of a flame-retardant metal are laminated in this order from the inner surface side.
[0011]
Since the nozzles used in the first and second inventions have such a three-layer structure, the inner surface is excellent in wear resistance, has high mechanical strength, and each layer is firmly fixed even during use. There is an advantage that.
[0012]
The inner layer made of the fired ceramic has an advantage that it has excellent wear resistance, mechanical strength, and peeling resistance as compared with a ceramic film formed by conventional thermal spraying because of its dense structure.
[0013]
The inner diameter of the inner layer is determined by the powder supply amount and the carrier gas flow rate, and is not particularly limited. Usually, it is preferably set as appropriate according to the powder supply amount and the carrier gas flow rate.
[0014]
Examples of the fired ceramic include alumina ceramics mainly composed of silicon and aluminum, and sialon.
[0015]
A fired ceramic pipe is usually used as the inner layer made of the fired ceramic. Among the fired ceramic pipes, for example, a highly wear-resistant ceramic pipe made of sialon or the like can be suitably used in the present invention.
[0016]
The intermediate layer made of the cushioning material is used to prevent excessive stress from being applied to the inner layer made of the fired ceramic when it is tightened by an outer layer to be described later.
[0017]
Examples of the buffer material used for the intermediate layer include copper, lead, and various resins.
[0018]
The intermediate layer may be formed by wrapping a belt-like, string-like or thread-like cushioning material around the inner layer so as to have a predetermined thickness. Alternatively, the cushioning material is formed in a cylindrical shape in advance, and the cylindrical shape It may be formed by inserting the body into the outer periphery of the inner layer. Among these, the intermediate layer in which the buffer material is formed in a cylindrical shape in advance has an advantage that it can be manufactured with high accuracy in the length direction. From these things, as an intermediate | middle layer used for this invention, the pipe which consists of buffer materials, such as copper, lead, resin, is preferable.
[0019]
The thickness of the intermediate layer is preferably about 0.5 to 1 mm in order to prevent the inner layer from being crushed and to fully develop the tightening force by the outer layer.
[0020]
The outer layer made of the flame retardant metal is used to integrate the separately formed inner layer and intermediate layer and fix them so that no gap is formed at the joint.
[0021]
Examples of the flame retardant metal constituting the outer layer include stainless steel and unidirectional shape memory alloy. Among these, the unidirectional shape memory alloy has an advantage that the inner layer, the intermediate layer, and the outer layer can be firmly bonded to each other because it exhibits a tightening force due to the shape memory.
[0022]
As the outer layer made of the unidirectional shape memory alloy, for example, a metal tube made of a unidirectional shape memory alloy is used. The metal tube is subjected to shape memory treatment so that the diameter thereof is reduced by heating.
[0023]
The thickness of the outer layer is preferably about 3 to 5 mm from the viewpoint of mechanical strength and cooling properties. Moreover, the difference (clearance) between the inner diameter of the outer layer and the outer diameter of the intermediate layer is preferably 0.2 mm or less when the outer layer and the intermediate layer are laminated.
[0024]
In the first invention, a part of the intermediate layer is embedded in the outer peripheral groove provided on the outer surface of the inner layer and the inner peripheral groove provided on the inner surface of the outer layer.
[0025]
The depth of the outer peripheral groove is preferably 0.2 mm or more in order to firmly integrate the inner layer and the intermediate layer, and it is easy to deform the intermediate layer and completely embed it in the outer peripheral groove. Therefore, it is preferable that the thickness is not more than half of the thickness of the intermediate layer. The width of the outer circumferential groove is preferably about 0.5 to 1.5 mm in order to facilitate biting due to deformation of the intermediate layer. The cross-sectional shape of the outer circumferential groove is not particularly limited, and may be, for example, a quadrangular shape, a triangular shape, or a semicircular shape.
[0026]
In general, the outer circumferential groove is preferably provided in the circumferential direction of the outer surface of the inner layer, but may be provided in the axial direction of the inner layer. Further, the number of the outer peripheral grooves provided is not particularly limited. For example, if the outer peripheral grooves are provided at a frequency of one in every 50 to 100 mm in the longitudinal direction, damage from the tip is expected to progress. In the nozzle, it is preferable in that it prevents the phenomenon that the inner layer is always dropped by the outer circumferential groove.
[0027]
As a method of providing the outer peripheral groove on the outer surface of the inner layer, for example, a method of forming the outer peripheral groove by etching the outer surface of the inner layer, a method of forming the outer peripheral groove when forming the inner layer by casting or forging, and the outer surface of the inner layer Examples of the method include forming a peripheral groove by cutting using a lathe, but the present invention is not limited to such a method.
[0028]
The depth, width and cross-sectional shape of the inner circumferential groove provided on the inner surface of the outer layer may be the same as those of the outer circumferential groove provided on the outer surface of the inner layer.
[0029]
That is, the depth of the inner peripheral groove is preferably 0.2 mm or more in order to firmly integrate the outer layer and the intermediate layer, and the intermediate layer is completely buried in the inner peripheral groove, thereby improving adhesion. In order to increase the thickness, it is preferable that the thickness is not more than half the thickness of the intermediate layer. Moreover, it is preferable that the width | variety of an inner peripheral groove | channel is about 1-2 mm from the point of ensuring of the adhesiveness to the outer peripheral groove | channel of an intermediate | middle layer, and a workability point. The cross-sectional shape of the inner circumferential groove is not particularly limited, and may be, for example, a quadrangular shape, a triangular shape, or a semicircular shape.
[0030]
The inner circumferential groove is usually preferably provided in the circumferential direction of the outer layer, similarly to the outer circumferential groove, but may be provided in the axial direction of the outer layer. Further, the number of the inner circumferential grooves is not particularly limited. For example, it is provided at a frequency of one place every 50 to 100 mm in length so that a uniform fixing force can be obtained in the longitudinal direction of the nozzle. This is preferable.
[0031]
Examples of the method of providing the inner peripheral groove on the inner surface of the outer layer include a method of forming the inner peripheral groove by etching the inner surface of the outer layer, and a method of forming the inner peripheral groove when the outer layer is formed by casting or forging. The present invention is not limited by such a method.
[0032]
As a method of embedding a part of the intermediate layer in each of the outer peripheral groove provided on the outer surface of the inner layer and the inner peripheral groove provided on the inner surface of the outer layer, for example, as shown in FIG. After superposing the outer layer (metal tube) 1, the
[0033]
As described above, the powder blowing nozzle according to the first aspect of the present invention has a three-layer structure in which a part of the intermediate layer is embedded in the outer peripheral groove provided on the outer surface of the inner layer and the inner peripheral groove provided on the inner surface of the outer layer. The inner layer, the intermediate layer, and the outer layer are firmly fixed.
[0034]
In the second invention, a mounting pin made of the same material as that of the outer layer is inserted and fixed in a mounting hole that penetrates the outer layer and the intermediate layer and does not penetrate to the inner surface of the inner layer.
[0035]
If the depth of the mounting hole is too shallow, if the outer layer thermally expands, the mounting pin will not be sufficiently caught and will not be sufficiently fixed. It is preferable that the thickness is equal to or more than the sum of the thickness of the inner layer and the thickness of the inner layer × 0.5, and if it is too deep, a through-hole reaching the inner layer is formed, and the mounting pin is worn when the powder is blown. In addition, since high processing accuracy is required for thinly cutting a ceramic having low toughness, it is preferably not more than the sum of the thickness of the outer layer, the thickness of the intermediate layer, and the thickness of the inner layer × 0.8. .
[0036]
The hole diameter of the mounting hole is the formula:
[Hole diameter of mounting hole] = (D × T−T 2 ) 0.5 / K
(In the formula, it is preferable that D represents the outer diameter (mm) of the inner layer, T represents the depth (mm) of the mounting hole, and K represents a coefficient of 2 to 4). The coefficient K varies depending on the size of the nozzle, and is 2 when the diameter of the nozzle is small, and 4 when it is large.
[0037]
As the method of providing the mounting hole, for example, a method in which the inner layer, the intermediate layer, and the outer layer are overlapped and then formed at a predetermined position using a processing device such as a drill, for example, when the inner layer, the intermediate layer, and the outer layer are produced. In addition, a method for forming the mounting hole in advance is exemplified, but the present invention is not limited to such a method.
[0038]
The diameter of the mounting pin inserted into the mounting hole is preferably smaller by about 0 to 0.5 mm than the diameter of the mounting hole.
[0039]
The mounting pin is made of the same material as the outer layer because the deformation needs to follow the thermal expansion of the outer layer.
[0040]
Further, the mounting position of the mounting pin is not particularly limited, but is preferably in a state of being uniformly dispersed in order to firmly fix the inner layer, the intermediate layer, and the outer layer. As an example, it is preferable that the mounting position of the mounting pin is provided at a frequency of one place every 50 to 150 mm in the longitudinal direction. The mounting pins may be arranged in a single row or in a plurality of rows of two or more.
[0041]
The mounting pins are fixed after being inserted into the mounting holes. Examples of the fixing method include a welding method.
[0042]
Thus, the powder blowing nozzle of the second invention is obtained. The powder blowing nozzle penetrates the
[0043]
In the second invention, as shown in FIG. 4, not only the
[0044]
FIG. 5 shows the
[0045]
Next, the powder blowing nozzle of the present invention will be described in more detail based on examples. However, the present invention is not limited to such examples.
[0046]
Example 1
The nozzle shown in FIG. 2 was produced. That is, a fired ceramic pipe having an inner diameter of 15.5 mm and a thickness of 2 mm (material: sialon, outer peripheral surface: depth 0.2 mm, outer
[0047]
Next, a pipe made of an iron-based unidirectional shape memory alloy as the outer layer 1 (material: manganese 28% by weight,
[0048]
The obtained nozzle was installed at the bottom of the converter-type melting furnace, and pulverized coal was blown from the passage inside the
[0049]
(A) Average nozzle life The nozzle is operated, a measuring rod is periodically inserted into the nozzle, and the time required to reach the nozzle use limit (20% of the initial length) is measured.
[0050]
(B) Wear condition of the inner surface of the nozzle After operating for 3000 hours, the nozzle is cut into a ring and the difference between the inner diameter and the initial inner diameter is examined.
[0051]
(C) Whether or not the inner layer of the nozzle is detached During the operation for 3000 hours, it is checked whether or not the pressure indicated on the pressure gauge installed in the nozzle is changed.
[0052]
When the inner layer is detached, the diameter of the nozzle increases rapidly, so that a rapid pressure drop is recognized.
[0053]
Example 2
The nozzle shown in FIG. 3 was produced. That is, a fired ceramic pipe (material: sialon) having an inner diameter of 15.5 mm and a thickness of 2 mm is used as the
[0054]
Next, a pipe made of an iron-based unidirectional shape memory alloy (inner diameter after shape recovery: 20.5 mm, outer diameter: 24.5 mm, shape memory retention upper limit temperature: about 550 to 600 ° C.) is used as the
[0055]
Next, a hole with a diameter of 3 mm that penetrates the
[0056]
The obtained nozzle was operated in the same manner as in Example 1, and the characteristics of the nozzle were examined in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
[0057]
Example 3
A nozzle was produced in the same manner as in Example 1.
[0058]
Next, mounting pins were provided on the obtained nozzle in the same manner as in Example 2.
[0059]
The obtained nozzle was operated in the same manner as in Example 1, and the characteristics of the nozzle were examined in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
[0060]
Comparative Example 1
In Example 1, a stainless steel (SUS304) pipe (inner diameter: 20.5 mm, outer diameter: 22.5 mm) is used as the
[0061]
Next, after heating the pipe and expanding the inner diameter, the intermediate layer 2 (a copper pipe having an outer diameter of 20.5 mm and a thickness of 0.5 mm) and the
[0062]
The characteristics of the obtained nozzle were examined in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
[0063]
[Table 1]
[0064]
From the results shown in Table 1, it can be seen that the nozzles obtained in Examples 1 to 3 have no inner layer separation, have a low melting rate, and have a long life.
[0065]
【The invention's effect】
In the powder blowing nozzles of the first and second inventions, the inner surface of the inner tube is excellent in wear resistance, has high mechanical strength, and each layer of the inner tube constituting the nozzle is strong even during use. Since it is fixed, it has excellent durability and a long life.
[0066]
In particular, in the second invention, the inner layer, the intermediate layer, and the outer layer are integrated by the mounting pins, so that each layer is hardly affected by the temperature change of the nozzle as compared with the nozzle manufactured by conventional shrink fitting. Since the delamination due to the lowering of the holding power of the inner layer is prevented, it is possible to prevent the inner layer fired ceramic from being damaged by compression.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view in a state where an inner layer, an intermediate layer, and an outer layer used in a powder blowing nozzle of the present invention are laminated.
FIG. 2 is a schematic enlarged sectional view of a powder blowing nozzle of the present invention.
FIG. 3 is a schematic enlarged sectional view of a powder blowing nozzle of the present invention.
FIG. 4 is a schematic enlarged sectional view of a powder blowing nozzle of the present invention.
FIG. 5 is a schematic perspective view of a powder blowing nozzle of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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