JP5584658B2 - Maintenance method of molten metal detection sensor - Google Patents
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Description
本発明は、金属溶湯検知センサのメンテナンス方法に関する。この検知センサは、例えば、鋳造装置の溶湯供給装置に用いられる。 The present invention relates to a maintenance method for a molten metal detection sensor. This detection sensor is used, for example, for a molten metal supply device of a casting apparatus.
溶湯供給装置は、毎回一定量の金属溶湯を鋳造装置のキャビティ、あるいは、プランジャスリーブへ供給する。そのような溶湯供給装置では、金属溶湯検知センサが用いられる。例えばラドルで溶湯をすくうタイプの溶湯供給装置では、金属溶湯検知センサは、アームで移動させられるラドルの近傍に取り付けられ、ラドルと液面との相対距離を確認するのに用いられる。この場合、金属溶湯検知センサは、溶湯の液面の位置を検知するいわゆる液面レベルセンサとして機能する。また、溶湯タンク内の溶湯上部の空間に圧力を加えてタンク内の溶湯をプランジャスリーブへ押し出すタイプのいわゆる「ウエストマット」と呼ばれる溶湯供給装置では、金属溶湯検知センサは、プランジャスリーブへの溶湯供給路に取り付けられ、溶湯が流れているか否かのチェックに用いられる。 The molten metal supply device supplies a fixed amount of molten metal to the cavity of the casting device or the plunger sleeve each time. In such a molten metal supply apparatus, a molten metal detection sensor is used. For example, in a molten metal supply device of a type that scoops molten metal with a ladle, the molten metal detection sensor is attached in the vicinity of the ladle that is moved by the arm, and is used to check the relative distance between the ladle and the liquid level. In this case, the molten metal detection sensor functions as a so-called liquid level sensor that detects the position of the liquid level of the molten metal. Also, in a molten metal supply device called a “waist mat” that applies pressure to the space above the molten metal in the molten metal tank and pushes the molten metal in the tank to the plunger sleeve, the metal molten metal detection sensor supplies the molten metal to the plunger sleeve. It is attached to the road and used to check whether the molten metal is flowing.
金属溶湯検知センサの構造は極めてシンプルである。典型的な金属溶湯検知センサは、鉄（ＳＫＤ材）やステンレスなどでできた電極棒を有する。電極棒の内部には熱電対が仕込まれている。電極棒が溶湯に触れて電極棒内の熱電対の一端が高温になると、熱電対を流れる電流（或いは抵抗）が変化し、この変化によって電極棒が溶湯に接していることが検知される。このタイプの金属溶湯検知センサは、熱電対センサの一種である。溶湯供給装置に使われる金属溶湯検知センサの例が、特許文献１や特許文献２に開示されている。
The structure of the molten metal detection sensor is extremely simple. A typical molten metal detection sensor has an electrode bar made of iron (SKD material) or stainless steel. A thermocouple is charged inside the electrode rod. When the electrode rod touches the molten metal and one end of the thermocouple in the electrode rod becomes hot, the current (or resistance) flowing through the thermocouple changes, and this change detects that the electrode rod is in contact with the molten metal. This type of molten metal detection sensor is a kind of thermocouple sensor. Examples of the molten metal detection sensor used in the molten metal supply device are disclosed in Patent Document 1 and
高温の金属溶湯は、他の物質を侵食する作用が強い。例えば、アルミの溶湯は約７００℃に達する。そのため、金属溶湯検知センサの電極棒も、何度も金属溶湯に接触するうちに侵食される（電極棒が溶損する）。電極棒の表面には、電極棒を溶損から保護するとともに、付着した溶湯（典型的にはアルミ）が落ち易いように、剥離剤からなる保護被膜が施されることがあるが（例えば特許文献１）、溶損によりいずれ保護被膜も消失する。保護被膜が消失して電極棒の地金が露出すると、地金の溶損が加速度的に進む。また、溶損により表面が粗くなるため、付着した溶湯が益々落ち難くなり、付着した溶湯がそのまま凝固する現象が起こり始め、最後には電極棒から溶湯が「つらら」のように垂れ下がってしまう虞すらある（特許文献１参照）。さらに、電極棒の溶損や溶湯の固着は、電極棒全体の熱伝導率の変化を生じさせ、これによって溶湯の検知精度が低下する虞もある。そこで、保護被膜が消失してしまった電極棒は交換するか、あるいは電極棒の地金が露出する前に被膜剤を塗り直してやる必要がある。被膜剤を塗り直す方が電極棒を交換するよりも経済的である。しかしここで、被膜剤を塗り直すタイミングを計るのが難しい。塗り直すタイミングが遅いと、電極棒の地金が露出してしまい、付着した溶湯が固着してしまう。塗り直すタイミングが早いと不経済である。また、塗り直すタイミングが早いと、即ち、まだ保護被膜が十分に残っているうちにさらに被膜剤を塗ると、被膜が厚くなってしまう。被膜剤を塗り直すタイミングを計るのにわざわざ電極棒表面を精査するのはコストが嵩む。 High-temperature molten metal has a strong effect of eroding other substances. For example, molten aluminum reaches about 700 ° C. Therefore, the electrode rod of the molten metal detection sensor is also eroded while contacting the molten metal many times (the electrode rod is melted). The surface of the electrode rod may be provided with a protective coating made of a release agent so that the electrode rod is protected from melting damage and the attached molten metal (typically aluminum) is easily removed (for example, patents). Document 1) and the protective coating disappear due to melting damage. When the protective coating disappears and the bare metal of the electrode rod is exposed, the molten metal melts at an accelerated rate. Also, since the surface becomes rough due to melting, the attached molten metal becomes more difficult to fall off, and the phenomenon that the adhered molten metal begins to solidify as it is may occur, and finally the molten metal may hang down like an icicle. There is even (see Patent Document 1). Furthermore, the melting of the electrode rod and the adhesion of the molten metal may cause a change in the thermal conductivity of the entire electrode rod, which may reduce the detection accuracy of the molten metal. Therefore, it is necessary to replace the electrode rod from which the protective coating has disappeared or to recoat the coating agent before the metal bar of the electrode rod is exposed. It is more economical to recoat the coating agent than to replace the electrode rod. However, it is difficult to measure the timing for recoating the coating agent. If the timing of repainting is late, the bare metal of the electrode rod will be exposed, and the adhered molten metal will be fixed. It is uneconomical if the timing of repainting is early. Moreover, if the timing of recoating is early, that is, if a coating agent is further applied while a sufficient protective coating remains, the coating becomes thick. It is costly to scrutinize the electrode rod surface to measure the timing of recoating the coating agent.
本発明は、上記の課題に鑑みて創作された。本発明は、被膜剤を塗り直すのに適切なタイミングを簡便に知ることのできる金属溶湯検知センサのメンテナンス方法を提供する。 The present invention was created in view of the above problems. This invention provides the maintenance method of the molten metal detection sensor which can know easily the timing suitable for repainting a film agent.
本明細書が開示する金属溶湯溶検知センサは、電極棒の表面に２種類の異なる保護被膜が重ねられている。本明細書が開示する金属溶湯検知センサの好ましい一実施形態では、金属溶湯検知センサの電極棒の表面に第１保護被膜が形成されているとともに、第１保護被膜の表面に、第１保護被膜とは色が異なる第２保護被膜が形成されている。なお、保護膜は２層以上であってもよい。 In the molten metal detection sensor disclosed in this specification, two different types of protective coatings are stacked on the surface of the electrode rod. In a preferred embodiment of the molten metal detection sensor disclosed in the present specification, a first protective film is formed on the surface of the electrode rod of the molten metal detection sensor, and the first protective film is formed on the surface of the first protective film. The 2nd protective film from which a color differs from is formed. The protective film may be two or more layers.
色の異なる少なくとも２種類の保護被膜を電極棒表面に重ねておくことによって、ユーザは、電極棒表面の色の変化で上の保護被膜（第２保護被膜）が消失したことを目視にて簡単に知ることができる。ユーザは、下層の保護被膜（第１保護被膜）の色を視認したら、第２保護被膜の被膜剤を塗布すればよい。即ち、電極棒表面の色が第２保護被膜（上層の保護被膜）の色から第１保護被膜（下層の保護被膜）の色に変化したタイミングが、第２保護被膜の被膜剤を塗り直す好適なタイミングである。なお、第２保護被膜が消失しても、第１保護被膜が残っているので電極棒本体は溶損から保護される。また、電極棒表面の色が変化した時点で、第２保護被膜は消失しているので、第２保護被膜を繰り返し塗り直しても、第２保護被膜の厚みが顕著に増加することもない。第１保護被膜の色が露わになる毎に第２保護被膜の被膜剤を塗り直すので、塗り直しを繰り返すうちに第２保護被膜の厚みが増してしまうということはない。（例えば、一定時間毎に第２保護被膜の被膜剤を塗り直すことを繰り返すと、残存する第２保護被膜が徐々に厚くなっていってしまう。）本明細書が開示する金属溶湯検知センサは、第２保護被膜の塗り直しに好適なタイミングを目視にて簡単に知ることができる。 By overlaying at least two types of protective coatings of different colors on the electrode rod surface, the user can easily visually confirm that the upper protective coating (second protective coating) has disappeared due to the color change of the electrode rod surface. Can know. When the user visually recognizes the color of the lower protective coating (first protective coating), the user may apply a coating agent for the second protective coating. That is, the timing at which the color of the electrode rod surface changes from the color of the second protective coating (upper protective coating) to the color of the first protective coating (lower protective coating) is suitable for recoating the coating agent for the second protective coating. Is the right timing. Even if the second protective film disappears, the first protective film remains, so that the electrode bar body is protected from melting. In addition, since the second protective coating disappears when the color of the electrode rod surface changes, the thickness of the second protective coating does not increase significantly even if the second protective coating is repeatedly applied. Since the coating agent of the second protective coating is reapplied each time the color of the first protective coating is exposed, the thickness of the second protective coating does not increase as the reapplying is repeated. (For example, if the coating of the second protective coating is repeated at regular intervals, the remaining second protective coating gradually increases in thickness.) The molten metal detection sensor disclosed in this specification is The timing suitable for recoating the second protective coating can be easily known visually.
第１保護被膜として特に好適なのは浸硫窒化カーボンナノファイバを主成分とする保護被膜である。カーボンナノファイバは、熱伝導率が高く、熱電対を含む電極棒の機能を損なうことがない。また、浸硫窒化層は、電極棒そのものの耐溶損性を高める。さらに、浸硫窒化処理した電極棒表層にはカーボンナノファイバが強固に付着するので、第１保護被膜に高い耐溶損性が期待できる。なお、カーボンナノファイバは、浸硫窒化処理した電極棒表面に析出させる。そのような処理によって、電極棒表面からカーボンナノファイバが生えて伸びるような保護被膜を形成することができる（この状況については実施形態の欄にてさらに説明する）。また、カーボンナノファイバは、溶湯（アルミ）に対する濡れ性が低いので（金属溶湯との親和性が低いので）、溶湯の湯切れがよいという効果も第１保護被膜に期待できる。なお、カーボンナノファイバの第１保護被膜の色は真黒である。 Particularly suitable as the first protective film is a protective film mainly composed of carbon oxynitride nanofibers. The carbon nanofiber has high thermal conductivity and does not impair the function of the electrode rod including the thermocouple. Further, the nitrosulfurizing layer enhances the resistance to melting of the electrode rod itself. Furthermore, since the carbon nanofibers adhere firmly to the surface of the electrode rod that has been subjected to nitrosulphurizing treatment, it is possible to expect high fusing resistance to the first protective coating. Carbon nanofibers are deposited on the surface of the electrode rod that has been subjected to nitrosulphurizing treatment. By such treatment, it is possible to form a protective film in which carbon nanofibers grow from the surface of the electrode rod (this situation will be further described in the embodiment section). In addition, since the carbon nanofibers have low wettability to the molten metal (aluminum) (because of low affinity with the molten metal), the first protective coating can be expected to have an effect that the molten metal runs out. In addition, the color of the 1st protective film of carbon nanofiber is a true black.
第２保護被膜として特に好適なのは、フラーレン、ボロンナイトライド（ＢＮ）、及び、酸化シリコン（ＳｉＯ２）のうちの少なくとも１つを主成分とする保護被膜である。カーボンナノファイバの大きさは１００nm（ナノメートル）のオーダであり、フラーレンの大きさは１ｎｍのオーダである。第２保護被膜の被膜剤としてフラーレンを用いた場合、フラーレンはカーボンナノファイバの全体を覆うように付着する（付着の様子については実施例にてさらに説明する）。炭素と炭素であるから、フラーレンはカーボンナノファイバの隙間と上層に丈夫な保護被膜を形成する。即ち、カーボンナノファイバ上のフラーレンは耐溶損性の比較的高い第２保護被膜を形成する。なお、塗布前のフラーレンは濃いグレーあるいは濃い青である。カーボンナノファイバを主成分とする第１保護被膜（真黒）の上に、フラーレンを主成分とする第２保護被膜を形成すると、電極棒表面は濃いグレーに見える。この濃いグレーが第２保護被膜の色である。 Particularly suitable as the second protective film is a protective film containing at least one of fullerene, boron nitride (BN), and silicon oxide (SiO2) as a main component. The size of the carbon nanofiber is on the order of 100 nm (nanometer), and the size of fullerene is on the order of 1 nm. When fullerene is used as the coating agent for the second protective coating, the fullerene adheres so as to cover the entire carbon nanofiber (the state of attachment will be further described in the examples). Because of carbon and carbon, fullerene forms a strong protective coating on the gaps and upper layers of carbon nanofibers. That is, the fullerene on the carbon nanofiber forms a second protective film having a relatively high resistance to melting. The fullerene before application is dark gray or dark blue. When the second protective film mainly composed of fullerene is formed on the first protective film (true black) mainly composed of carbon nanofibers, the surface of the electrode rod looks dark gray. This dark gray is the color of the second protective coating.
電極棒が高温の溶湯（例えば約７００℃のアルミ溶湯）に繰り返し触れると、フラーレンの第２保護被膜は徐々に消失していく。第２保護被膜がほとんど消失すると、電極棒の色が濃いグレーから真黒（第１保護被膜の色）に変化する。電極棒の表面が真黒となったときが、第２保護被膜が消失し、第１保護被膜であるカーボンナノファイバが露出する時期に相当する。このタイミングで再び第２保護被膜の被膜剤（フラーレン）を塗布するとよい。そうすると、カーボンナノファイバの第１保護被膜の溶損がほとんどないうちに新たな第２保護被膜を形成することができる。電極棒を元の状態に戻せるので、電極棒の寿命が伸びる。 When the electrode rod repeatedly touches a high-temperature molten metal (for example, an aluminum melt of about 700 ° C.), the fullerene second protective film gradually disappears. When the second protective film almost disappears, the color of the electrode rod changes from dark gray to true black (color of the first protective film). When the surface of the electrode rod becomes black, this corresponds to the time when the second protective coating disappears and the carbon nanofibers as the first protective coating are exposed. The coating agent (fullerene) for the second protective coating may be applied again at this timing. If it does so, a new 2nd protective film can be formed, while there is almost no melting loss of the 1st protective film of carbon nanofiber. Since the electrode rod can be returned to its original state, the life of the electrode rod is extended.
なお、電極棒表面が真黒に変化した後そのまま電極棒を使っていると、表面は次に茶色に変化する。さらに使っていると薄いグレーに変化する。茶色は、第１保護被膜のカーボンナノファイバが燃えて変色したことを示している。薄いグレーは、電極棒母材（ＳＫＤ或いはステンレス）の色が透けて見えてきたことを示している。従って、電極棒の色が当初の濃いグレーから変化し、真黒から茶色の間に（好ましくは茶色に変化する前に）第２保護被膜の被膜剤を塗り直せば、電極棒本体の溶損を招く前に第２保護被膜を修復できる。 In addition, if the electrode rod is used as it is after the surface of the electrode rod changes to black, the surface changes to brown next. If it is used further, it changes to light gray. Brown has shown that the carbon nanofiber of the 1st protective film burned and discolored. Light gray indicates that the color of the electrode rod base material (SKD or stainless steel) has been seen through. Therefore, if the color of the electrode rod changes from the original dark gray and the second protective coating is repainted between true black and brown (preferably before changing to brown), the electrode rod body may be melted. The second protective coating can be repaired before inviting.
ボロンナイトライド（BN）、或いは酸化シリコン（SiO2）は、フラーレン同様に粒子径が細かく、またフラーレン同様に炭素と結合し易いので、フラーレンと同様の効果が見込まれる。ボロンナイトライド（BN）や酸化シリコン（SiO2）は、塗布前は白であるが、真黒の第１保護被膜上に塗布するとグレーに見える。即ち、グレーが第２保護被膜の色である。 Boron nitride (BN) or silicon oxide (SiO2) has the same particle size as fullerenes and is likely to bind to carbon like fullerenes, so the same effect as fullerenes is expected. Boron nitride (BN) and silicon oxide (SiO2) are white before coating, but appear gray when coated on the first black protective coating. That is, gray is the color of the second protective coating.
本明細書が開示する技術は、金属溶湯検知センサのメンテナンス方法に具現化することができる。その方法が対象とする金属溶湯検知センサは、上述したとおり、表面に第１保護被膜が形成されているとともに、第１保護被膜の表面に第１保護被膜とは色が異なる第２保護被膜が形成されている電極棒を有する。第１保護被膜は浸硫窒化カーボンナノファイバを主成分とする。第２保護被膜は、フラーレンを主成分とする。第２保護被膜は、第１保護被膜とは色が異なっている。このメンテナンス方法は、電極棒の色が濃いグレーから変化し、表面の色が真黒から茶色に変化する間に第２保護被膜の被膜剤を再塗布することを特徴とする。上述したように、このメンテナンス方法によれば、第２保護被膜は消失したが第１保護被膜が残っているうちに第２保護被膜の被膜剤を塗布するので、電極棒が溶損する前に第２保護被膜を補修できる。また、電極棒表面の色が変化した時点で、第２保護被膜は消失しているので、第２保護被膜を繰り返し塗り直しても、第２保護被膜の厚みが顕著に増加することもない。 Technique taught in the present specification can be embodied in the maintenance process of the molten metal detection sensor. As described above, the molten metal detection sensor targeted by the method has the first protective film formed on the surface and the second protective film having a color different from that of the first protective film on the surface of the first protective film. It has an electrode bar formed. The first protective coating is mainly composed of carbon oxynitride nanofibers. The second protective film contains fullerene as a main component. The second protective film is different in color from the first protective film. This maintenance method is characterized in that the coating material of the second protective coating is re- applied while the color of the electrode bar changes from dark gray and the surface color changes from true black to brown . As described above, according to this maintenance method, since the second protective film disappears but the second protective film is applied while the first protective film remains, the second protective film is applied before the electrode rod is melted. 2 The protective coating can be repaired. In addition, since the second protective coating disappears when the color of the electrode rod surface changes, the thickness of the second protective coating does not increase significantly even if the second protective coating is repeatedly applied.
まず、図１を参照して、金属溶湯検知センサの利用形態の一例を説明する。図１は、金属溶湯検知センサ２２を含む溶湯供給装置２の模式図である。溶湯供給装置２は、ウエストマットタイプであり、加圧ポンプ４によって溶湯タンク６内のガス圧を上昇させて溶湯Ｗを押し出す。溶湯タンク６から鋳造装置のスリーブ３０までは、溶湯案内管７が通じており、その途中に金属溶湯検知センサ２２が配置されている。金属溶湯検知センサ２２の出力はコントローラ２１に通じている。コントローラ２１は、金属溶湯検知センサ２２によって、溶湯案内管７を溶湯が通っているか否かを判断する。コントローラ２１は、予め定められた量の溶湯が溶湯案内管７を通過したら、加圧ポンプ４を逆転させてタンク内の圧力を下げ、溶湯の供給を停止する。ここで、コントローラ２１は、金属溶湯検知センサ２２の出力に基づき、溶湯案内管７を通過する溶湯量を計測する。
First, with reference to FIG. 1, an example of the utilization form of a molten metal detection sensor will be described. FIG. 1 is a schematic diagram of a molten
金属溶湯検知センサ２２はＳＫＤ材製の棒状部材であり、その内部に熱電対が仕込まれている。熱電対の一方の端部（２種類の金属線材の接合点）が、棒状部材の内部下端に位置している。高温の溶湯（アルミの場合溶湯の温度は約７００℃）に触れることによって金属溶湯検知センサ２２の下端の温度が上昇すると、２種類の金属線材の特性の相違に応じて熱電対に電流が流れる（あるいは電気抵抗が変化する）。コントローラ２１は、この電流変化（抵抗変化）によって、溶湯案内管７を溶湯が通過していることを検知する。別言すれば、金属溶湯検知センサ２２は、接触することで金属溶湯の存在を検知するセンサである。以下、簡単のため、金属溶湯検知センサ２２を電極棒２２と称する。
The molten
電極棒２２の下端断面を図２に示す。なお、図２（及び図３）では、電極棒２２内部に挿通された熱電対の図示は省略する。電極棒２２の下端であって溶湯に触れることが予想されている端部領域の表面は２種類の保護被膜で覆われている。電極棒２２の母材の表面は浸硫窒化カーボンナノファイバを主成分とする第１保護被膜２６で覆われている。第１保護被膜２６の表面には、フラーレンを主成分とする第２保護被膜２８が形成されている。
A lower end cross section of the
図３に、電極棒２２の表層付近の様子を示す。図３は、図２において符号IIIで囲った部分の微視的断面を模式的に示した図である。第１保護被膜２６は、例えば次のように形成される。浸硫窒化処理を行って電極棒２２の表面に浸硫窒化層２２ａを形成したのち、窒化雰囲気内で炭素含有ガス（例えばアセチレンガス）とともに電極棒２２を加熱する。そうすると、アセチレンガスに含まれる炭素がカーボンナノファイバとなり、浸硫窒化層２２ａの表面２２ｂから生え伸びるように析出する。なお、ここで析出とは、ガス化した炭素が液相を経由せずに浸硫窒化層２２ａの表面２２ｂで固体化し、さらに繊維状に成長していくことを意味する。図３の符号２６ａが示すひげのような曲線が、表面２２ｂから生えるカーボンナノファイバを模式的に示している。表面２２２ｂから生え伸びるカーボンナノファイバ２６ａで形成される層が、第１保護被膜２６に相当する。なお、アセチレンガスは、ナノカーボンの原料として良く用いられる。
FIG. 3 shows a state near the surface layer of the
金属表面へのカーボンナノファイバの析出形成については、例えば特開２０１０−１３７１５５号公報、特開２０１０−０３６１９４号公報に開示があるのでそちらを参照されたい。また、浸硫窒化処理とは、鉄やステンレスの材料を４００℃〜６００℃に加熱しつつ、その表面に、窒素を主体とし、炭素、硫黄などを拡散させ、材料の表面に窒化層（浸硫窒化層）を形成する処理である。なお、図３において符号２２ａで示した網掛け領域が、浸硫窒化層を模式的に示している。この浸硫窒化層は、材料の硬度を向上させ、耐摩耗性（耐溶損性）や耐焼き付き性を向上させる。浸硫窒化処理は、金属の耐摩耗性（耐溶損性）等を向上させる処理として良く知られているので、これ以上の詳しい説明は省略する。
Regarding the deposition of carbon nanofibers on the metal surface, refer to, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2010-137155 and 2010-036194. In addition, nitronitriding is a process in which an iron or stainless steel material is heated to 400 ° C. to 600 ° C., and mainly nitrogen is diffused on the surface of the material to diffuse carbon, sulfur, etc. (Sulfur nitride layer). Note that the shaded area indicated by
第２保護被膜（の被膜剤）は、典型的にはフラーレンがよい。フラーレンの粒径は１ｎｍ（ナノメートル）程度である。これに対してカーボンナノファイバは、１００ｎｍ程度の大きさを有する。上記したカーボンナノファイバの第１保護被膜２６の上にフラーレンを塗布すると、それらの大きさの比率から理解されるように、模式的には図３に示すように、カーボンナノファイバの繊維の表面全体にフラーレンが付着する。図３の符号２８ａが示す多数の丸が、フラーレンを模式的に表している。カーボンナノファイバとフラーレンの炭素同士は、ファンデルワールス結合の働きで相互に引き合うので互いに強固に結び付く。多数のフラーレンが形成する層が、第２保護被膜２８に相当する。図３に示すように、カーボンナノファイバの周囲にフラーレンが付着するので、第１保護被膜２６の表層と第２保護被膜２８の下層は一部が重複することになる。このようにフラーレンはカーボンナノファイバの繊維の間に入り込み、また、両者はファンデルワールス結合により強固に結び付くので、フラーレンを主成分とする第２保護被膜も高い耐溶損性が期待できる。
The second protective coating (the coating agent) is typically fullerene. The particle size of fullerene is about 1 nm (nanometer). On the other hand, the carbon nanofiber has a size of about 100 nm. When fullerene is applied onto the first
第１保護被膜２６はカーボンナノファイバを主成分とすればよく、他に添加物等が混在してもよい。同様に、第２保護被膜２８はフラーレンが主成分であればよく、他に添加物等が混在してもよい。
The 1st
カーボンナノファイバを主成分とする第１保護被膜２６が形成された電極棒２２の表面の色は真黒となる。その上にフラーレンを主成分とする第２保護被膜２８を形成すると、電極棒２２の表面の色は濃いグレーとなる。以上の処理により、色の異なる２種類の保護被膜（第１保護被膜２６と第２保護被膜２８）が重畳している電極棒２２が完成する。
The color of the surface of the
２重の保護被膜の効果を確かめる実験を行った。模擬電極棒として、ＳＫＤ鋼材の棒材を用意した。この模擬電極棒にカーボンナノファイバを析出形成した後、フラーレンを塗布した。この２層の保護被膜を形成した模擬電極棒の表面は初期状態で濃いグレーであった。この模擬電極棒を７００℃のアルミ溶湯に浸漬後、その表面の色を目視にて確かめる２種類の実験を行った。 An experiment was conducted to confirm the effect of the double protective coating. As a simulated electrode rod, a SKD steel rod was prepared. After carbon nanofibers were deposited on the simulated electrode rod, fullerene was applied. The surface of the simulated electrode bar on which the two-layer protective film was formed was dark gray in the initial state. After immersing the simulated electrode rod in a molten aluminum at 700 ° C., two types of experiments were conducted to visually confirm the color of the surface.
（第１実験）初期状態の模擬電極棒を７００℃のアルミ溶湯に１分間浸漬した後、引き上げた。このとき、模擬電極棒の表面は茶色に変化していた。その後、表面が茶色となった模擬電極棒を再度、７００℃のアルミ溶湯に１分間浸漬し、引き上げた。このとき、模擬電極棒の表面は薄いグレーに変化していた。第１実験では合計で２分間、模擬電極棒を７００℃のアルミ溶湯に浸したことになる。 (First Experiment) The simulated electrode bar in the initial state was immersed in a molten aluminum at 700 ° C. for 1 minute and then pulled up. At this time, the surface of the simulated electrode rod was changed to brown. Thereafter, the simulated electrode bar having a brown surface was again dipped in molten aluminum at 700 ° C. for 1 minute and pulled up. At this time, the surface of the simulated electrode rod was changed to light gray. In the first experiment, the simulated electrode rod was immersed in molten aluminum at 700 ° C. for a total of 2 minutes.
（第２実験）初期状態の模擬電極棒（表面は濃いグレー）を７００℃のアルミ溶湯に３０秒浸漬した後、引き上げた。表面の色は真黒に変化していた。次いでその表面にフラーレンを再塗布した。再塗布後、表面の色は濃いグレーに変わっていた。次いでフラーレン再塗布後の模擬電極棒を、７００℃のアルミ溶湯に３０秒浸漬し、引き上げた。模擬電極棒の表面は真黒に変化していた。次いでその表面にフラーレンを再々塗布した。再々塗布後、表面の色は濃いグレーに変わっていた。次いでフラーレン再々塗布後の模擬電極棒を７００℃のアルミ溶湯に３０秒浸漬し、引き上げた。このときのも表面は真黒に変化していた。さらにその表面にフラーレンを再々々塗布した。再々々塗布後の表面は濃いグレーに変わっていた。次いでフラーレン再々々塗布後の模擬電極棒を７００℃のアルミ溶湯に３０秒浸漬し、引き上げた。その表面は真黒に変化していた。ここまでで合計２分間７００℃のアルミ溶湯に浸漬したことになる。さらにその後、４回に亘って模擬電極を３０秒ずつ７００℃のアルミ溶湯に浸漬した。３０秒間の浸漬の合間にはフラーレンの塗布は行わなかった。フラーレンの再々々塗布から２分間、初期状態から合計で４分間７００℃のアルミ溶湯に浸漬した後は、模擬電極の表面は薄いグレーだった。 (Second Experiment) A simulated electrode rod in the initial state (having a dark gray surface) was immersed in a molten aluminum at 700 ° C. for 30 seconds and then pulled up. The surface color was changed to black. The fullerene was then reapplied to the surface. After reapplication, the surface color changed to dark gray. Subsequently, the simulated electrode bar after fullerene re-application was dipped in molten aluminum at 700 ° C. for 30 seconds and pulled up. The surface of the simulated electrode bar was changed to black. Next, fullerene was applied again to the surface. After re-application, the surface color changed to dark gray. Next, the simulated electrode bar after re-application of fullerene was immersed in molten aluminum at 700 ° C. for 30 seconds and pulled up. Even at this time, the surface was changed to black. Further, fullerene was applied again on the surface. The surface after application again changed to dark gray. Next, the simulated electrode bar after repeated application of fullerene was immersed in molten aluminum at 700 ° C. for 30 seconds and pulled up. The surface was turned black. So far, it has been immersed in molten aluminum at 700 ° C. for a total of 2 minutes. Thereafter, the simulated electrode was immersed in a molten aluminum at 700 ° C. for 30 seconds four times. The fullerene was not applied between the immersions for 30 seconds. The surface of the simulated electrode was light gray after being immersed in the molten aluminum at 700 ° C. for 2 minutes from the re-application of fullerene for a total of 4 minutes from the initial state.
（実験の考察）第１実験にて１分間の浸漬後の茶色への変化は、第２保護被膜のフラーレンがほぼ消失し、７００℃のアルミ溶湯に直接に接触した第１保護被膜（カーボンナノファイバ）が焼け付いたことによって生じたものである。また、第１実験にて合計２分間の浸漬後の薄いグレーは、第１保護被膜もほとんど消失してしまい、模擬電極棒（ＳＫＤ材）の地金の色が見えているものである。第２実験では、フラーレンを繰り返し塗布することにより、合計２分の溶湯への浸漬後も元の状態（濃いグレー）を保つことができる。前述したように、第１保護被膜形成後は真黒であり、第２保護被膜形成後は濃いグレーである。溶湯への浸漬を繰り返す間、電極棒の表面色が濃いグレーから真黒に変化したときがフラーレンを再塗布する好適なタイミングである。なお、表面が真黒に変色した直後ではなくとも、真黒になってから茶色になるまでの間が、フラーレン（被膜剤）を再塗布するのに適した期間である。表面が茶色になるまでは、第１保護被膜が残っているから、電極棒そのものが溶損することはない。なお、できれば茶色に変化する前、即ち、電極棒の表面が真黒のうちに第２保護被膜の被膜剤を再塗布するのが好ましい。 (Experimental Consideration) In the first experiment, the change to brown after immersion for 1 minute was caused by the disappearance of the fullerene of the second protective coating, and the first protective coating (carbon nanocarbon directly contacting the 700 ° C. molten aluminum). This is caused by the burning of the fiber). In addition, the light gray after immersion for a total of 2 minutes in the first experiment almost disappears the first protective film, and the color of the bare metal of the simulated electrode rod (SKD material) is visible. In the second experiment, fullerene is repeatedly applied, so that the original state (dark gray) can be maintained even after immersion in the molten metal for 2 minutes in total. As described above, the black color is black after the first protective film is formed, and the color is dark gray after the second protective film is formed. The time when the surface color of the electrode rod changes from dark gray to true black during repeated immersion in the molten metal is a suitable timing for recoating fullerene. In addition, even if it is not immediately after the surface has changed to black, it is a period suitable for re-coating fullerene (coating agent) from when it becomes black to brown. Until the surface becomes brown, the first protective film remains, so that the electrode rod itself does not melt. If possible, it is preferable to re-apply the coating agent for the second protective coating before the color changes to brown, that is, while the surface of the electrode rod is black.
第２実験のように、電極棒の表面が第２保護被膜の色から第１保護被膜の色に変化したら第２保護被膜の被膜剤を再塗布する電極棒（金属溶湯検知センサ）のメンテナンス方法は、電極棒の溶損が始まる前に再塗布ができ、しかも再塗布を繰り返しても膜厚が増大しないという利点がある。 As in the second experiment, when the surface of the electrode rod changes from the color of the second protective coating to the color of the first protective coating, a maintenance method for the electrode rod (metal melt detection sensor) is reapplied with the coating agent for the second protective coating. Is advantageous in that recoating can be performed before the electrode rod begins to melt, and the film thickness does not increase even if recoating is repeated.
本明細書が開示した技術についての留意事項を述べる。カーボンナノファイバの第１保護被膜を形成する際、浸硫窒化処理を行って電極棒の表面に浸硫窒化層を形成する。浸硫窒化層は、それ自体の耐溶損性（耐摩耗性）が高いというだけでなく、浸硫窒化層にはカーボンナノファイバが固着し易いという利点がある。即ち、第２保護被膜層にも高い耐溶損性が期待できる。さらに、そのカーボンナノファイバの隙間に第２保護被膜のフラーレンが入り込み、ファンデルワールス力にフラーレンが強固に固着するので、第２保護被膜にも高い耐溶損性が期待できる。 Points to note about the technology disclosed in this specification will be described. When forming the first protective coating of the carbon nanofiber, a nitronitriding treatment is performed to form a nitronitriding layer on the surface of the electrode rod. The nitrosulfurized layer has not only high resistance to melting damage (wear resistance) itself, but also has an advantage that carbon nanofibers are easily fixed to the nitrosulfurized layer. That is, a high resistance to melting can be expected for the second protective coating layer. Furthermore, since the fullerene of the second protective coating enters the gaps between the carbon nanofibers and the fullerene is firmly fixed to the van der Waals force, the second protective coating can be expected to have high resistance to melting.
また、カーボンナノファイバもフラーレンも共にカーボンであり熱伝導率が高い。それゆえ、それらを主成分とする保護被膜は、電極棒自体の伝熱特性に与える影響が小さい。従ってカーボンを主成分とする保護被膜は、内部に熱電対が仕込まれた電極棒の被膜剤として好適である。 Moreover, both carbon nanofibers and fullerenes are carbon and have high thermal conductivity. Therefore, the protective coating containing them as a main component has little influence on the heat transfer characteristics of the electrode rod itself. Therefore, a protective coating mainly composed of carbon is suitable as a coating agent for an electrode rod in which a thermocouple is charged.
第２保護被膜の主成分として、フラーレンに代えてボロンナイトライド（ＢＮ）又は酸化シリコン（ＳｉＯ２）を用いてもよい。ボロンナイトライド（ＢＮ）や酸化シリコン（ＳｉＯ２）はフラーレンと同様にその粒径が小さく、また炭素元素と結合し易いのでフラーレンと同様の効果が期待できる。 As a main component of the second protective film, boron nitride (BN) or silicon oxide (SiO 2) may be used instead of fullerene. Boron nitride (BN) and silicon oxide (SiO 2) have the same particle size as fullerenes and can be easily combined with carbon elements, so that the same effects as fullerenes can be expected.
従来、電極棒などの金属物をアルミ溶湯の熱による溶損から保護するための被膜剤としては、セラミック系の微粒子（例えば酸化チタンＴｉＯ）に粘結剤を混合したものがよく用いられた。また、黒鉛も被膜剤として用いられることも知られている。それら従来の被膜剤を用いた場合、カーボンナノファイバを主成分とする第１保護被膜＋フラーレン（あるいはボロンナイトライド、酸化シリコン）を主成分とする第２保護被膜の組み合わせほどの効果を上げることは期待できない。例えば、第１保護被膜としてセラミック系を主成分とする被膜剤を用い、第２保護被膜として黒鉛を塗布する組み合わせでは、黒鉛を塗布する際に両者が混ざることがある。また、この組み合わせでは、黒鉛による第２保護被膜はカーボンナノファイバ＋フラーレンの組み合わせよりも剥がれやすい。 Conventionally, as a coating agent for protecting a metal object such as an electrode rod from the melting damage of molten aluminum, a mixture of a ceramic fine particle (for example, titanium oxide TiO) and a binder is often used. It is also known that graphite is also used as a coating agent. When these conventional coating agents are used, the effect is as high as the combination of the first protective coating mainly composed of carbon nanofibers and the second protective coating composed mainly of fullerene (or boron nitride, silicon oxide). Cannot be expected. For example, in a combination in which a coating agent mainly composed of a ceramic system is used as the first protective coating and graphite is applied as the second protective coating, both may be mixed when applying the graphite. In this combination, the second protective film made of graphite is more easily peeled off than the combination of carbon nanofiber + fullerene.
また、例えばカーボンナノファイバを主成分とする第１保護被膜の上に黒鉛を塗布した場合、カーボンナノファイバが黒鉛の下で先に酸化する可能性がある。これは、黒鉛はフラーレンより粒径が大きいので。黒鉛の粒子はカーボンナノファイバの隙間に入り込まず、カーボンナノファイバを覆うだけとなってしまい、その結果、蒸し焼き状態が生じてしまうからであると推測される。 For example, when graphite is applied on the first protective film mainly composed of carbon nanofibers, the carbon nanofibers may be oxidized first under the graphite. This is because graphite has a larger particle size than fullerene. It is presumed that the graphite particles do not enter the gaps between the carbon nanofibers but only cover the carbon nanofibers, resulting in a steamed state.
フラーレンを主成分とする第２保護被膜を塗布した後は、電極棒の表面は濃いグレーである。第２保護被膜が消失し、カーボンナノファイバの第１保護被膜が露出すると、その表面は真黒となる。このように、「色の異なる２種類の保護被膜」という場合、本明細書では、濃いグレーと薄いグレー、あるいは真黒など、濃度が相違する場合も、「色が異なる」という表現に含まれることに留意されたい。 After the application of the second protective film composed mainly of fullerene, the surface of the electrode rod is dark gray. When the second protective coating disappears and the first protective coating of the carbon nanofibers is exposed, the surface becomes black. Thus, when “two types of protective coatings with different colors” are referred to, in this specification, even when the density is different, such as dark gray and light gray, or true black, it is included in the expression “different colors”. Please note that.
実施例では金属溶湯検知センサを用いるウエストマットタイプの溶湯供給装置を例とした。本明細書が開示する金属溶湯検知センサは、ラドルを用いるタイプの溶湯供給装置に用いることもできる。その場合、金属溶湯検知センサは、ラドル、あるいはラドルの付近に設置され、ラドルに対する相対的な溶湯表面（液面）の高さ検知するセンサとして用いられる。 In the embodiment, a waist mat type molten metal supply device using a molten metal detection sensor is taken as an example. The molten metal detection sensor disclosed in the present specification can also be used in a molten metal supply apparatus using a ladle. In this case, the molten metal detection sensor is installed as a ladle or in the vicinity of the ladle, and is used as a sensor for detecting the height of the molten metal surface (liquid level) relative to the ladle.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
２：溶湯供給装置
４：加圧ポンプ
６：溶湯タンク
７：溶湯案内管
２１：コントローラ
２２：金属溶湯検知センサ（電極棒）
２６：第１保護被膜
２８：第２保護被膜
３０：スリーブ
Ｗ：溶湯
2: Molten metal supply device 4: Pressurizing pump 6: Molten metal tank 7: Molten metal guide tube 21: Controller 22: Molten metal detection sensor (electrode bar)
26: First protective coating 28: Second protective coating 30: Sleeve W: Molten metal
Claims (1)
電極棒の色が濃いグレーから変化し、表面の色が真黒から茶色に変化する間に第２保護被膜を再塗布することを特徴とするメンテナンス方法。 On the surface, the first protective coating composed mainly of sulphonitrided carbon nanofibers are formed on the surface of the first protective coating, and the first protective coating and color Tsu Do different, mainly of fullerene a method of maintaining a molten metal detection sensor having a second protective coating electrode rod is formed to be,
A maintenance method characterized by reapplying the second protective film while the color of the electrode bar changes from dark gray and the color of the surface changes from true black to brown .
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