JP4002994B2 - 電気鋳造難溶性コンポーネントおよび高い耐腐食性を有する部材からなる複合物の構造物及びその製造方法 - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック酸化物、難溶性材料およびその他の材料、およびミネラル酸化物を基礎とする電気鋳造難溶性コンポーネント（electro-cast refractory component）からなり、溶融ガラス等の溶液の腐食性に対して高い耐性を有する一以上のさまざまな構造の部材を含むことを特徴とする難溶性複合物構造物に関する。
本願発明は、さらに前記モノリシックな難溶性複合物を製造する方法であって、ガラス製造炉、特に溶融ガラスの腐食作用にさらされる炉の部分への使用に適するものの製造方法が含まれる。
【背景技術】
【０００２】
ガラス製造炉を形成する技術においては、適切に組み合わされた電気鋳造難溶性材料からなるモノリシック部品、この分野において「エレクトロキャストブロック」と呼ばれる部品、を利用することが知られている。
【０００３】
これらのエレクトロキャストブロックはさまざまな形状、寸法、種類および品質を有し、溶解した難溶性酸化物の混合物を３フェーズ電気アーク炉において鋳造することにより形成する。詳細は特許文献１を参照のこと。
【０００４】
溶解した材料は適切な形状を有する鋳型に導入され、第一部分冷却を経て望みの形状を得る。電気鋳造難溶性材料は制御された状態で冷却段階を終えるが、この最終段階で機械的に仕上げを行う。
この完成した製品が「エレクトロキャスト難溶性ブロック」と呼ばれるものである。
【０００５】
電気鋳造難溶性材料は、炉の製造に使用され、その使われた部分においてさまざまな機械的、物理的および化学的刺激を受ける。
電気鋳造難溶性物質が受ける上記のさまざまな腐食作用によって、その使用部分は消耗する。この消耗がエレクトロキャスト難溶性ブロックの、ひいてはそのブロックを使用したガラス製造炉の寿命を決定する。
【０００６】
エレクトロキャスト難溶性ブロックの消耗は、その品質、型および炉での使用位置によって変化する。この炉において、ある部分は他の部分に比べてその消耗が激しいことが知られている。特に深刻な消耗が起こる部分として、炉の入口部を形成するエレクトロキャストブロック、そのうちでも特にガラス流入口部分におけるカバーブロックや、ウェアウォール、または「フラックスライン」「メタルライン」と呼ばれる部分で消耗が激しい。
【０００７】
ガラス製造炉の寿命を可能な限り延ばすために、炉の各部分の消耗のバランスをとる工夫がなされ、さまざまな品質を有する電気鋳造難溶性物質を組み合わせて使用することが行われる。
ガラス製造炉の製造に際して、異なる化学合成物（Ａｌ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂−ＳｉＯ₂，アルファおよびベータＡｌ₂Ｏ₃，ＺｒＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃−Ｃｒ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂−ＺｒＯ₂等）からなる電気鋳造難溶性物質を、炉の製造するガラスの性質、およびその使用される炉の部分の消耗に応じて同時に使用することがなされている。
【０００８】
従来技術では、さまざまな材料を使用しているにもかかわらず、ガラス製造炉の各部分においての消耗のバランスは満足のできるものではなかった。そのため、受けるストレスの大きい部分での消耗が他の部分の消耗よりも激しく、炉の長寿命化はいまだ達成されていない。
この消耗の部分による違いを減少させ、炉の長寿命化を図るための他の方法としては、機械的な解決手段、つまり外から冷却する方法や、炉が使用中の状態で、消耗の激しい部分を修理する方法などがとられていた。
【０００９】
特許文献２に開示される難溶性ブロックは、鉄製造炉に適しており、矩形の断面を有し、金属またはグラファイトのインサートを含む。インサートは難溶性ブロックの矩形断面の対角に沿って延びるＸ型の断面を有し、そのため冷却を容易にし、ひいてはブロックの寿命を延ばす。しかしながら、ブロックは溶解材料と長時間にわたって接するようにデザインされておらず、溶解材料と接したときに起こるブロックの激しい消耗を防ぐ役目は果たさない。
【特許文献１】
イタリア特許出願第１９４６１ Ａ／８７（１９８７年２月２３日出願）明細書
【特許文献２】
欧州特許出願公開０００８２６１Ａ１明細書
【発明の開示】
【００１０】
本願発明の目的は、複合されたモノリシックな鋳造物であって、さまざまな寸法と化学的・物理的特性を有するエレクトロキャスト難溶性ブロックを提供することである。このブロックは、使用状態で溶液による腐食に高い耐性を有し、特に溶解ガラスに強い。それゆえ、どのような電気鋳造材料でも通常達成し得なかった長寿命を有する。
【００１１】
本願発明の目的は、難溶性複合物の提供であって、科学的または／および物理的に異なり、かつ互いに密に接しあうコンポーネントを提供する。このコンポーネントの一つは電気鋳造もしくは他の方法により製造される難溶性物質からなり、他の部分は高温や腐食に高い耐性を有する材料からなり、溶融ガラス等の腐食作用に対して効果的な防御壁を構成する。
【００１２】
本願発明のさらなる目的は、前述の難溶性構造物を製造するための、高効率でかつ容易であり、高価な装置を使用することなく実施できる方法を提供することである。
これらおよびこれに続く詳細な説明から導かれる目的は、請求の範囲において定義される複合されたモノリシックな難溶性構造物によって達成される。
さらに、本願発明によって、請求の範囲に記載される複合難溶性構造物の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
図１、１ｂおよび１ａは、Ｌ字型金属薄片の形状を有する金属インサートの斜視図、正面図および側面図、
図２、２ａは、金属板状インサートの側面図および正面図、
図３、３ａは、異なる金属薄片形状を有するインサートの側面図および正面図、
図４、４ａはＵ字型薄片形状のインサートの側面図および正面図、
図５、５ｂおよび５ａは、別のＬ字型薄片インサートの斜視図、正面図および側面図、
図６はソリッド円筒棒型のインサートの図、
図６の２から図１１ａは、前述のインサートを炉の中で支持したり延ばしたりするための部品であって、金属、グラファイト、難溶性物質、セラミック等の材料からなるさまざまな寸法を有する部品の図、
図１２は電気鋳造難溶性材料のブロックを製造する通常の鋳型であって、中で図６の２から図１１ａまでに示された部品の中から選択した支持部品によってＬ字型金属薄片インサートが位置決めされた状態を示す断面図、
図１２ａ、１２ｂはそれぞれ、図１２の線ＸＩＩ−ＸＩＩの位置でとられた鋳型の横断面と、図１２のＡからみた上面図、
図１３は、本願発明による複合構造物の斜視図であってガラス溶液の「入口」部であって、溶液タンクから図中の矢印Ｆの方向にガラス溶液が流れるものを示す図、そして
図１４は、ブロックの腐食を表す時間グラフであって、特に難溶性ブロックの初期状態と比較する進行性腐食状態を表すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
上述の各図を参照しながら、本願の難溶性複合構造物を説明する。本願の難溶性複合構造物は、電気鋳造もしくは他の方法によって形成された、セラミック酸化物、特にＡＺＳシステムの酸化物（アルミニウム、ジルコニウム、シリコンの酸化物等）からなる難溶性材料からなるモノリシックな部品によって構成される。本構造はさらに、完全に埋設された少なくとも一つの金属製インサートを有し、このインサートは難溶性材料を溶解ガラスおよびその他の同様な腐食生物から防御する壁として機能する。
【００１５】
電気鋳造材料ブロックのタイプによって、溶解ガラスの炉において使用される部分に応じて、たとえば図１から図６に示す金属インサートが選択され、さまざまな形の支持部材、たとえば図６の２から図１１ａに示されるものがそれらインサートをエレクトロキャストブロック用鋳型の中で支持するために使用される。
このようにして、たとえば第１タイプのインサートが矩形の金属薄片をＬ字型に折り曲げて形成され、このインサートは曲げ部Ｒの所定の径に沿って延びる２つの同一の（もしくは異なってもよい）翼部１ａ、１ｂを有する（図１、１ａ、１ｂ参照）。この端部、たとえば翼部１ａには、半円形等の凹部またはノッチ２が形成される。
【００１６】
同様に、図２の金属インサートもまた金属薄片２をＬ字型に折り曲げて形成され、翼部２ａおよび２ｂを有する。翼部２ａは部分２ｃを端部に有し、部分２ｃは折り曲げられ半円形穴２ｅが形成される。翼部２ｂはまた、２ｃと同様に折り曲げられた部分を有する。
【００１７】
同様に、図３、４および５のインサートもＬ字型およびＵ字型に折り曲げられた金属板からなり、符号３、４、５で示され、おのおの穴３ａ、４ａ、５ａを有する。
インサート４の端部のみが折り曲げられていない。
これらインサートは、一般的にＭｏ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｗ等の金属や、セラミック材料、グラファイト、カーバイド、窒化物、ホウ化物、珪化物、その他同様の材料や、それらの合金や化合物からなる。それら材料はさらに科学的、物理的及び機械的に処理され得る。また、インサートの長さ、幅、厚さはそのインサートが保護壁として組み込まれるブロックの寸法によって選ばれる。
【００１８】
これらのインサートの形状は溶解ガラスの腐食作用から防御を受けるブロックの一部の外面形状を形成する。
例として図６の２から図１１ａに示されている各種の支持部材が、鋳型の中で様々なインサートを安定した位置に保持するため使用される。
例えば、図６の２と図７には、図６のソリッド円筒棒状のインサートを鋳型の中で保持するために使用される、金属、グラファイト、難溶性物質またはセラミックからなる、合わせ釘もしくはピンが図示されている。
図６の２のピンの先細端が鋳型の壁に挿入され、図６の円筒棒状インサートの一端が、径の大きい突出部の台部に配置される。図７の支持部材は金属等の材料からなるプレート７からなり、穴７ａを有する。穴７ａには、円筒棒状インサートの他端が挿入される。プレート７の斜線部分７ｂは、鋳型の壁に挿入される。
【００１９】
図８から図１１ａには、円筒形もしくは円錐形の支持部材であって、ノッチ８ｂや１０ｂもしくは凹部９ｂや１１ｂを端部に有するものが図示されている。これらのノッチや凹部は様々な形の薄片インサートの翼部端を保持してそのインサートを安定した位置に保つためのものである。
【００２０】
図１２、１２ａおよび１２ｂは、インサートを鋳型中に保持する方法の例示である。図１２は溶解された難溶性物質を鋳型に入れる前の状態で、鋳型はほぼ平方四辺形である。
この図において鋳型に入れられるインサートは、図１の符合１で示したタイプ、つまり、Ｌ字型に折り曲げた金属薄片であって、垂直な翼部１ａ、１ｂを有するものである。翼部１ａの下端は二つの垂直円筒形支持部材９（図９）に保持されており、支持部材９は凹部の形成された端とは反対側の端部が鋳型１２の後壁に挿入され保持される。翼部１ｂは同じく二つの支持部材９に保持され、これら支持部材９は、１２ａの断面図で表されているように、鋳型の後壁に挿入される。前記翼部１ａと１ｂはさらに鋳型の上部において、鋳型の連続した壁に水平に挿入された二つの円筒形部材８に支えられている（図１２ｂ）。
インサート１の翼部の配置は、インサートが鋳型の中に、ひいては完成された難溶性ブロックの中に完全に含まれるように、また鋳型の壁の内壁の近くに水平なまま保たれるようになされる。
もちろん、他の種類のインサートを保持するために、例として図に表された他の種類の支持部材を使用することができる。
【００２１】
鋳型の中で溶解した難溶性材料を鋳造する本願発明の方法は、次の各ステップを有する：すなわち
少なくとも一つのインサートを、各種の適切な形状の支持部材によって、インサートが難溶性物質でできた部分に完全に含まれ、溶融ガラス溶液の腐食作用に対して防御壁を構成する表面が、その腐食作用を受けるブロックの表面に位置するように、鋳型中に位置づけし、支持し、吊るステップと；
適切な方法と装置によって鋳型の中に溶融難溶性材料を入れ、鋳造における流量と適切な流れ方向を制御することにより、溶融材料を所定の時間で導入し、鋳型の中でのインサートの相対的な動きを防止し、完全でかつ一定に鋳型が満たされるようにするステップである。
【００２２】
これらのステップにおいて、インサートを位置づけして支持する部材の材料、形状、寸法等の選択は非常に重要である。
これらの特徴は相互に密接に関連しており、インサートの特質に対応する。また、以下の条件を満たす必要がある：
鋳造中に、その支持するインサートを移動せしめるような、部材の何らかの変化を防止する；
ブロックが冷却された後、複合構造の難溶性部分と部材との間に永久的な構造の結合性を生ぜしめる；および
ブロックが冷却された後、部材とインサートとの結合部分においての不連続性を防止して、永久的かつ相互的な密着関係を生ぜしめる。
さらに、難溶性部分とインサートによって形成される複合構造を適切な温度サイクルによって冷却することが必要である。このことによって、難溶性部分を微晶質構造とし、かつ難溶性部分とインサート間の永久的で密接な結合を形成することができる。
【００２３】
この目的のため、難溶性部分と、インサートと、支持部材とが均一な膨張性質を有することが不可欠である。
これらの方法により製造されたブロックは、例えば図１３の符合１から９の各位置に使用され得る。図１３は「入口部」と称されるガラス炉の部分の一実施例である。
【００２４】
電気鋳造難溶性材料の深刻な腐食は、この炉の入口部で起こり、特に符合１、２および３で示したブロックに影響を与える。その中でもブロック１はもっとも深刻に腐食の影響を受ける部材であり、図１３の入口部においての構造的な役割からいっても影響を受けやすい。
入口部は炉の構造における本質的な部分であり、その使用における消耗が炉の寿命を決定する。その結果、時として早期のシャットダウンも免れない。入口部を構成するブロックの腐食・消耗は、図１４に示される典型的なグラフに表されるとおりである。ここで、Ｆは溶融ガラスの流れ方向、Ｂは最初のブロック、そしてｔ₁およびｔ₂は時間ｔ₁およびｔ₂における腐食進行度のグラフであり、ｔ₂はｔ₁に連続している。
【００２５】
図１３の位置１に配置されるブロックの中に点線で示されるインサートＩはガラス溶液と難溶性材料の間に挿入されており、難溶性ボディの保護壁としての役割を有し、難溶性ボディが溶融ガラスと接触するのを防ぎ、ひいてはその消耗または腐食を防ぎ、ブロックの使用寿命を増加させる。
本願発明はいくつかの実施例に基づいて説明されたが、これらは、特に難溶性材料、インサート、支持部材に関して、実施の際にさまざまな構造的、機能的変形をなし得るが、それらはすべて本願発明の範囲に包含されるものである。

Claims (6)

1. ガラス製造炉に使用するモノリシックな難溶性複合構造物であって、
   アルミニウム、ジルコニウム、シリコンの酸化物に基づき電気鋳造によって形成された難溶性材料からなるブロック型のコンポーネントを有し、
   前記コンポーネントはその使用に適応した形状及び寸法を有し、その内部には少なくとも一つの防御部材であるインサートが一体的に挿入され、
   前記インサートは溶融ガラス溶液に対して高い耐性を有し、金属、貴金属、難溶性金属、難溶性材料、カーバイド・窒化物・ホウ化物等のセラミック材料、グラファイトベースの材料、からなる合金、化合物、複合物から選択され、前記インサートはほぼ板形状であって、前記ブロックの溶融ガラス溶液にさらされる部分の外形の一部と類似した外形を有し、電気鋳造工程によりブロックの中に完全に埋設され、かつ前記インサートはブロックの溶融ガラス溶液にさらされる部分の外側表面にほぼ平行して隣接するよう配置される平面からなる翼部を有し、それによって該インサートの後方に位置する難溶性コンポーネントへの溶融ガラスの腐食作用に対する防御壁を構成する
   ことを特徴とするガラス製造炉に使用する複合構造のモノリシックな難溶性構造物。
2. 前記インサートが、Ｃ字型、Ｉ字型、Ｌ字型、Ｏ字型、Ｓ字型、Ｕ字型、Ｖ字型の各種形状を有する薄片により形成され、
   前記薄片がモリブデン、タンタル、タングステン、又はプラチナから選択された少なくとも一つの金属や、グラファイト、カーバイド、窒化物、ホウ化物、珪化物等をベースとしたセラミック材料や、それらの合金、化合物または複合物からなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の難溶性構造物。
3. 請求項１又は２に記載のモノリシックな難溶性構造物を製造する方法であって、
   所望の寸法を有する電気鋳造難溶性材料のブロックを製造するための鋳型を準備するステップと、
   少なくとも一つの防御用のインサートを準備するステップと、
   ここで該インサートは溶融ガラスの腐食作用に高い耐性を有し、その形状及び寸法は、少なくとも難溶性ブロックにおいてもっとも前記腐食作用にさらされる領域において連続的な防御壁を形成するようなものであり、
   前記鋳型内において、前記インサートを支持、吊るための部材を配置するステップと、ここで該部材は、インサートが鋳型内で安定し、鋳造後の難溶性ブロックに完全に埋設され、かつその表面がもっとも前記腐食作用にさらされる難溶性ブロックの表面に近接して平行に位置するように、形成されかつ配置され、
   計画された所定のタイミングで、前記インサートの鋳型内での相対的な移動を防止可能な装置を使用して、前記鋳型に溶融難溶性材料を導入し、鋳造するステップと、
   前記鋳型が満たされた時点で前記導入を止め、前記インサートと、前記支持部材と、難溶性材料の部分が緊密に結合するように、インサートが挿入された難溶性ブロックを冷却するステップと
   を有することを特徴とするモノリシックな難溶性複合構造物を製造する方法。
4. 前記鋳造するステップは、電気的にもしくは他の方法によって溶融可能な材料から選択された難溶性材料である主成分がＡｌ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂，ＺｒＯ₂，Ｃｒ₂Ｏ₃，ＭｇＯのいずれか、またはこれらの化合物から選択された難溶性材料を鋳造することからなることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記インサートは、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｗ等の金属や、一般的な難溶性材料や、グラファイトベースの材料や、セラミック材料や、窒化物、ホウ化物、カーバイド、珪化物およびそれらの合金や化合物を主成分とする材料からなり、かつその一部もしくは全部に化学的、物理的および機械的処理がなされていることを特徴とする請求項３又は４に記載の方法。
6. 前記鋳造するステップにおいて、インサートと難溶性材料の部分とが緊密に結合するように、難溶性部分と、インサートと、インサートを支持、吊る部材の材料が、均一な膨張性質を有することを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の方法。

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