JPS6233714A

JPS6233714A - スキツドボタン

Info

Publication number: JPS6233714A
Application number: JP17366685A
Authority: JP
Inventors: Manabu Seguchi; 瀬口　学; Kazuo Okamura; 一男岡村
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1985-08-06
Filing date: 1985-08-06
Publication date: 1987-02-13

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
で被加熱材である綱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、■ＵＭＣｏ５０、ＭＳ
−２１，５ＣＨ１３等、あるいは、ＣＯ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ラドボタンは、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
よる損耗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
従来の複合型のスキウドボタンでは、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
ドバイブ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・ンクス単体
やセラミックスが露出した従来の複合型のスキッドボタ
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、少なくとも下端コーナ部外周全面を耐熱合金
で、残部を、セラミックス粒あるいはセラミックス棒を
分散含有せしめた耐熱合金又は耐熱合金含浸セラミック
スで形成したことを要旨とするスキッドボタンである。

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Ａ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。

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、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」−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、少なくとも下端コー
ナ部外周全面を耐熱合金で、残部を、セラミックス粒あ
るいはセラミックス棒を分散含有せしめた耐熱合金又は
耐熱合金含浸セラミックスで形成しているのである。

ここで、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〜φ５１■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
積比の範囲内がこのましい理由は、５０％未満では耐圧
縮性が悪くなり、８０％を超えた場合には耐衝撃性が下
がることによる。

また、セラミックス棒を分散含有せしめた耐熱合金とは
、例えば高強度緻密質Ａ　ｌ　ｚ　Ｏｚの直径５１ｍ〜
１０日のセラミックス棒を、耐熱合金内部に立設状に含
有せしめたものであり、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、セラミックス棒１本で前記１トンの荷
重をうけるとすると最小５鶴の径が必要となり、また最
大径については衝撃損傷を考慮すれば１０鶴程度が限界
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７
５％としたのは、断熱効果を上げるためおよびセラミッ
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
めにはセラミックス棒間にある程度の耐熱合金層が必要
だからである。

更に、耐熱合金含浸セラミックスとは、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を
有するものであり、従って、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。

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。この気孔率が好ましい理
由は、前述のセラミックス粒を分散含有せしめた耐熱合
金の体積比の場合の理由と同様である。

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鶴以上である
ことが望ましい。

（作用）本発明に係るスキッドボタンは、少なくとも下端コーナ
部外周全面を耐熱合金で、残部を、セラミックス粒ある
いはセラミックス棒を分散含有せしめた耐熱合金又は耐
熱合金含浸セラミックスで形成したものである為、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
。

図面において、１は本発明に係るスキッドボタンであり
、８亥スキッドボタン１は例えばスキッドパイプ２の上
面に溶着された台座３に、溶接による取付けが可能な如
くその下端部を耐熱合金４で形成し、残部は例えばセラ
ミックス粒を分散含有せしめた耐熱合金５で形成されて
いる。例えば、第１図は高さ方向の略中央位置より下方
の中心部と下端部に夫々耐熱合金４を配設したもので、
ある程度の断熱性を犠牲にしても耐衝撃強度を向上した
ものである。また、第２図は下端部にのみ耐熱合金４を
配設したもので、単に溶接性の向上を図るもの、である
。そして、これら第１図および第２図に示す実施例は、
いずれも耐熱合金４とセラミックス粒を分散含有せしめ
た耐熱合金５を一体鋳造によって製造できる為、両耐熱
合金４．５の境界部における強度低下はない。更に第３
図は前記両耐熱合金４．５の境界部を、あり嵌合可能な
形状に形成したものであって、予め所定形状に鋳造され
たセラミックス粒を分散含有せしめた耐熱合金５に、耐
熱合金４を鋳ぐるんで製造するものであって、前記セラ
ミックス粒を分散含有せしめた耐熱合金５の抜は防止と
、スキッドボタン１の溶接性の向上を図るものである。

第４図は、セラミックス棒６を分散含有せしめた耐熱合
金７の外周側面を前記耐熱合金４で被覆して成る構成で
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
粒あるいはセラミックス棒６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、仮にセラミックス粒あるいはセラ
ミックス棒６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粒あるいはセラミックス棒６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
記セラミックス粒あるいはセラミックス棒６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。

第４図に示す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、鋳型内に所要の間隔を存してセラミックス棒を分
散配置した後、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損傷
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、スキッドボタンの上下面に若干
の機械加工を施して第４図に示すスキッドボタンを製造
する。

（実験結果）本発明スキッドボタン１を構成する組成の構造や成分等
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Ａ−％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確認でき
た。

■本発明スキッドボタンは、セラミックス粒あるいはセ
ラミックス棒を分散含有せしめた耐熱合金、又は、耐熱
合金含浸セラミックスを主成分としている為、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、前記耐熱合金によっ
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、少なくとも下端コーナ部外
周全面を耐熱合金で形成している為、スキラドパイプに
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。

なお、本実験は、アルミナ質のセラミックスを使用した
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、本実験ではアルミナ質のセラミックスフオームに
Ｃｏ％の耐熱合金を含浸せしめた耐熱合金含浸セラミッ
クス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Ｈ３
２１、ＵＭＣＯ５０，５８１６等に限らず、他のＣｏ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〜第４図（イ）は本発明スキッドボタンの実施例
を示す正面図中央縦断面図、第４図（ロ）は第４図（イ
）の平面図である。１はスキッドボタン、　４は耐熱合金、５はセラミック
ス粒を分散含有せしめた耐熱合金、６はセラミックス棒、７は６を分散含有せしめた耐熱合金。特　許　出　願　人　　住友金属工業株式会社第１図セラ第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）、少なくとも下端コーナ部外周全面を耐熱合金で
、残部を、セラミックス粒あるいはセラミックス棒を分
散含有せしめた耐熱合金又は耐熱合金含浸セラミックス
で形成したことを特徴とするスキッドボタン。