(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チューブ状の多孔質濾材が、相対向する側板間に複数本固着されてなる金属溶湯フィルターユニットを、内面が内張り煉瓦で構成された収容槽内に収納した金属溶湯濾過収容槽であって、
当該金属溶湯濾過収容槽内面を構成する内張り煉瓦のうち、金属溶湯と接触しない上部煉瓦の部分を、ＳｉＯ2被膜を有する窒化珪素結合炭化珪素質耐火物の内張り煉瓦により構成し、金属溶湯と接触する下部煉瓦の部分をＳｉＯ2被膜を有していない窒化珪素結合炭化珪素質耐火物の内張り煉瓦により構成することを特徴とする金属溶湯濾過収容槽。
【請求項２】
チューブ状の多孔質濾材が、相対向する側板間に複数本固着されてなる金属溶湯フィルターユニットを収納する金属溶湯濾過収容槽の内面を構成する内張り煉瓦であって、ＳｉＯ2被膜を有する窒化珪素結合炭化珪素質耐火物からなることを特徴とする内張り煉瓦。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばアルミニウム等の金属溶湯の濾過などに用いられる金属溶湯濾過収容槽及びその内張り煉瓦に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばアルミニウムなどの金属の薄板や箔は金属溶湯をインゴットに鋳造し、これを圧延することにより製造される。ところが、金属溶湯に含まれる金属酸化物や耐火物の微小破片等の固形不純物がそのままインゴット中に混入すると、これを圧延して薄板や箔等を製造する過程でピンホール、表面欠陥が発生するため、溶湯中から固形不純物を除去する必要がある。
そこで、金属溶湯中に含まれる固形不純物を濾過するため、セラミック骨材粒子を無機質結合材により結合し、骨材粒子間に無数の微細連続気孔を形成したチューブ状の多孔質濾材が、相対向する側板間に複数本固着されてなる、フィルターユニットを収容槽内に収納し、当該収容槽内に金属溶湯を注入することにより、前記固形不純物を除去する方法を採っている。
【０００３】
このような金属溶湯濾過収容槽（以下、収容槽という。）は、高温の金属溶湯を貯留するのでそれに耐用するため、例えば内張り煉瓦として、耐熱性に優れ、約８００℃の金属溶湯にも耐用することができる窒化珪素結合炭化珪素質耐火物（以下、Ｓｉ3Ｎ4−ＳｉＣという。）を使用し、当該内張り煉瓦を耐熱モルタルなどにより接合し、外側の断熱材との間に断熱キャスタブルを流し込んで固化させた構造等が採られている。
【０００４】
しかしながら、Ｓｉ3Ｎ4−ＳｉＣは、耐食性が高く、溶湯との反応性も低いこと、溶出成分がないこと、溶湯との濡れ性が低く湯離れがよいこと等、収容槽の内張り素材として優れた特質を有する一方、高温の酸化雰囲気下では、酸化され易いという欠点を有している。
具体的には、Ｓｉ3Ｎ4−ＳｉＣ煉瓦は、約１１００℃以上の温度条件では煉瓦表面に耐酸化性の高いＳｉＯ2被膜が形成され、その堅固なＳｉＯ2被膜により、煉瓦内部の酸化は進行しないが、約１１００℃以下の温度条件では前記ＳｉＯ2被膜が十分に形成されないため、５００〜８００℃の比較的低温であっても煉瓦内部への酸化が加速度的に進行するという特徴がある。
従って、前記ＳｉＯ2被膜が形成されない程度の高温がＳｉ3Ｎ4−ＳｉＣ煉瓦にとって最も過酷な条件といえる。
【０００５】
すなわち、アルミニウム溶湯等の収容槽内面に配設された内張り煉瓦のうち、金属溶湯と常に接触している下側約４／５の部分（以下、下部煉瓦という。）を除く上側約１／５の部分（以下、上部煉瓦という。）については、約８００℃の溶湯の溶融状態を保持するべく蓋体に配設された加熱ヒータに近いため、１０００〜１１００℃の高温雰囲気に曝される最も過酷な条件下にある。従って、上部煉瓦がＳｉ3Ｎ4−ＳｉＣにより構成されている場合には、煉瓦表面に前記ＳｉＯ2被膜が十分に形成されず、煉瓦内部のＳｉＣにまで酸化が及ぶことになる。当該ＳｉＣの酸化は、ＳｉＯ2の生成による煉瓦の体積膨張を引き起こすため、煉瓦の断熱キャスタブルからの剥離や損傷を起こす原因となっていた。
この問題を解決するため、下部煉瓦をＳｉ3Ｎ4−ＳｉＣ、上部煉瓦を耐酸化性の高いケイ酸塩結合ＳｉＣ（以下、ＳｉＯ2−ＳｉＣという。）で構成した収容槽が提案されている（実公平７−１８７５５号公報）。
【０００６】
しかしながら、ＳｉＯ2−ＳｉＣはＳｉ3Ｎ4−ＳｉＣと比較して膨張し易く、両者の熱膨張率に差があるため、スポーリング、すなわち当該収容槽使用中にクラックを生じたり、剥落して損傷したりする場合があり、仮に内張り煉瓦の目地部にクラックが発生した場合には、金属溶湯がクラックより侵入して断熱キャスタブル、断熱材に及び、さらに外部に漏洩するおそれがあり、充分に要求を満足するものではなかった。
また、ＳｉＯ2−ＳｉＣで構成された上部煉瓦に金属溶湯の飛沫等が付着した場合には、金属溶湯との濡れ性が高いため付着した溶湯を剥離しにくく、さらには、Ｓｉ3Ｎ4−ＳｉＣとＳｉＯ2−ＳｉＣという２種の異なる物質を内張り煉瓦として用いているため、作り分けの手間がかかるという問題点もあった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、スポーリングを防止しつつ上部煉瓦の酸化を防止でき、付着した溶湯を剥離し易く、簡易に製造可能な金属溶湯濾過収容槽及びその内張り煉瓦を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、チューブ状の多孔質濾材を、相対向する側板間に複数本固着してなる金属溶湯フィルターユニットを、内面を内張り煉瓦で構成した収容槽内に収納した金属溶湯濾過収容槽であって、当該金属溶湯濾過収容槽内面を構成する内張り煉瓦のうち、金属溶湯が接触しない上部煉瓦の部分を、ＳｉＯ2被膜を有する窒化珪素結合炭化珪素質耐火物の内張り煉瓦により構成し、金属溶湯が接触する下部煉瓦の部分をＳｉＯ2被膜を有していない窒化珪素結合炭化珪素質耐火物の内張り煉瓦により構成することを特徴とする金属溶湯濾過収容槽が提供される。
【０００９】
また、本発明によれば、チューブ状の多孔質濾材を、相対向する側板間に複数本固着してなる金属溶湯フィルターユニットを収納する金属溶湯濾過収容槽の内面を構成する内張り煉瓦であって、ＳｉＯ2被膜を有する窒化珪素結合炭化珪素質耐火物からなることを特徴とする内張り煉瓦が提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の内張り煉瓦は、表面にＳｉＯ2被膜を有するＳｉＮ4−ＳｉＣからなり、本発明の金属溶湯濾過収容槽は当該収容槽内面を構成する内張り煉瓦のうち、金属溶湯が接触しない上部煉瓦の部分を、前記内張り煉瓦により構成する。
このような構成を採用することにより、付着した溶湯を剥離し易い、耐酸化性の内張り煉瓦を簡易に製造することが可能となり、当該内張り煉瓦を使用した収容槽においては、上部煉瓦の内部が酸化されず、上部煉瓦と下部煉瓦の熱膨張率の差もないため、スポーリングによる溶湯の流出が防止でき、上部煉瓦表面に付着した溶湯も剥離し易くなる。以下、本発明について詳細に説明する。
【００１１】
本発明は、金属溶湯フィルターユニットを、内張り煉瓦、断熱キャスタブル及び断熱材より構成される収容槽内に収納した、金属溶湯濾過収容槽を基礎とする。
金属溶湯フィルターユニット（以下、フィルターユニットという。）とは、セラミック骨材粒子を無機質結合材により結合し、骨材粒子間に無数の微細連続気孔を形成したチューブ状の多孔質濾材を、相対向する側板間に複数本固着してなる金属溶湯濾過用のセラミックフィルターユニットである。
【００１２】
本発明においてセラミック骨材粒子は、金属溶湯と反応しないものであれば、特にその種類は限定されないが、適度な粒度のものを容易に入手できるものが好ましい。例えばアルミナ質、炭化珪素質、窒化珪素質、ジルコニア質等のセラミックスが好適に用いることができる。
また、前記セラミック骨材粒子の平均粒子径は、通常、０．３〜３．０ｍｍ程度のものを使用することができる。
【００１３】
本発明において無機質結合材とは、セラミック骨材粒子同士を結合させるバインダーであり、金属溶湯と反応しないものであれば、特にその種類は限定されず、例えばガラス質結合材や、ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ、ＭｇＯ等からなる無機質結合材を用いることができるが、溶湯中への遊離シリコンの混入を防止するため、ＳｉＯ2の含有量が１０重量％以下であることが好ましい。
【００１４】
通常、多孔質濾材は、前記骨材粒子を前記無機質結合材、有機バインダー及び水とともに混練し、チューブ状に圧縮成形した後、乾燥して焼成することにより無数の微細連続気孔を形成させ濾材としたものである。
なお、骨材粒子と無機質結合材の比率としては、骨材粒子１００重量部に対し、無機質結合材４〜２０重量部であることが好ましい。
【００１５】
本発明のフィルターユニットは、前記のように形成したチューブ状の多孔質濾材（以下、フィルターチューブという。）を、相対向する側板間に複数本固着してなるものである。
具体的には、ＳｉＯ2−ＳｉＣ等の耐熱性に優れた素材で形成された一対の相対向する側板間に、前記フィルターチューブを横架し、その両端部を前記側板に嵌合し、当該嵌合部分を耐火性モルタル等を用いて、固定及びシールすることによりフィルターユニットを構成する。
【００１６】
本発明において収容槽とは、金属溶湯フィルターユニットを収納してなる濾過槽であって、主として内張り煉瓦、断熱キャスタブル及び断熱材より構成される。
前述のフィルターユニットを当該収容槽内に収納した濾過槽に、金属溶湯を注入することにより、金属溶湯中に含まれる不純物が濾過される。
【００１７】
内張り煉瓦とは、収容槽内面を構成する部材であって、高温の金属溶湯に直接接触する部分であるため、それに耐用する耐熱性を有し、溶出成分がないこと、溶湯との濡れ性が低く湯離れがよいこと等が要求される。
さらに、還元性が高いアルミニウム溶湯などの濾過に用いる場合には、耐食性を有し、溶湯との反応性が低いことも要求される。
上記の要件を満たす素材としては、例えば、Ｓｉ3Ｎ4−ＳｉＣが考えられる。
【００１８】
ところが、Ｓｉ3Ｎ4−ＳｉＣは非酸化物であり、酸化雰囲気下で高温加熱すれば酸化されてしまうという欠点も同時に有している。
収容槽内面においては、溶湯の溶融状態を保つために上部蓋体に配設されている加熱ヒータから近く、輻射熱に曝される上部煉瓦の部分が特に酸化され易い。Ｓｉ3Ｎ4−ＳｉＣが酸化された場合には、体積の膨張を起こし、断熱キャスタブルから剥離したり、損傷を起こす原因となる。
【００１９】
そこで本発明においては、上部煉瓦の部分を表面にＳｉＯ2被膜を有するＳｉ3Ｎ4−ＳｉＣからなる内張り煉瓦で構成した。
すなわち、上部煉瓦と下部煉瓦の基本組成をともにＳｉ3Ｎ4−ＳｉＣとしたため、両者の熱膨張率の差がなくなり、スポーリングによるクラックを防止できるほか、上部煉瓦に溶湯が付着しても剥離し易くなる。
【００２０】
また、上部煉瓦には、耐酸化性を付与するためにＳｉ3Ｎ4−ＳｉＣ表面にＳｉＯ2被膜よりなるコーティング層を設けたため、酸化物の被膜が煉瓦内部への酸化の進行を妨げ、煉瓦内部が酸化されるのを防止することができる。
さらに、表面にＳｉＯ2被膜を有するＳｉ3Ｎ4−ＳｉＣからなる内張り煉瓦は下部煉瓦として用いるＳｉＯ2被膜を有していないＳｉ3Ｎ4−ＳｉＣからなる内張り煉瓦を酸素雰囲気下で焼成するのみで得られるので、上部煉瓦と下部煉瓦を作り分ける必要がなくなる。
【００２１】
なお、当該内張り煉瓦は具体的には以下の如く製造することができる。
原料のＳｉＣ  ８０〜９０重量部と金属Ｓｉ  １０〜２０重量部とをＣＭＣ等のバインダー０．１〜０．３％の存在下で調合し、混練した後、プレス成形、ハンドランマー等の方法により所定の形状に成形する。
当該成形体を乾燥した後、窒素雰囲気下、１４５０℃で常圧焼成し、ＳｉＯ2被膜を有していないＳｉ3Ｎ4−ＳｉＣ煉瓦を得る。
当該ＳｉＯ2被膜を有していないＳｉ3Ｎ4−ＳｉＣ煉瓦を、再度、酸素雰囲気下、１３００℃以上で焼成することにより、表面にＳｉＯ2被膜を有するＳｉ3Ｎ4−ＳｉＣ煉瓦を製造することができる。
このようにＳｉＯ2被膜を有していないＳｉ3Ｎ4−ＳｉＣ煉瓦を予め１１００℃以上の高温で熱処理しておくことにより、煉瓦表面に堅固なＳｉＯ2被膜が形成され、その後の再加熱や更に高温の雰囲気に曝された場合でも煉瓦内部への酸化を防止することができる。
【００２２】
本発明の収容槽においては、前記内張り煉瓦と当該内張り煉瓦に周設された断熱材との間隙部に断熱キャスタブルを注入し、両者を固着する。
断熱キャスタブルとは、粒度調整した耐火性多孔質の軽量骨材に水硬性のアルミナセメントと作業性を改善するための添加剤を配合し、アルミナセメントの水硬性により強度を発生させる不定形耐火物のことをいう。
使用場所において適当量の水と混練後コンクリートと同様に流し込み、こて塗りあるいは吹付けなどの施工によって目地のない一体構造の断熱耐火炉壁を形成するため、一般の焼成煉瓦と異なり、施工が容易で、複雑異形箇所への適応が可能である。
【００２３】
断熱材とは、一般に非常に多孔質な材料でつくられている熱伝導率の小さい材料であって、熱流を遮断し、輻射を反射することを目的として配設される。
本発明においては、前述の通り内張り煉瓦の外側に周設され、断熱キャスタブルとともに収容槽内部の熱が外部に漏洩しないような構造としている。
なお、断熱材の外側にはさらに鋼製の箱体が配設される。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の金属溶湯濾過収容槽について、図面を参照しながら具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
収容槽１は内張り煉瓦３、断熱キャスタブル４及び断熱材５からなる三層構造を採り、さらにその外側に鋼製の箱体６を貼着する。収容槽１の開放上面に配置する蓋体２については、箱体６内部に断熱キャスタブル４（若しくは、セラミックファイバー）を施工する。
ここで、内張り煉瓦３は、上部煉瓦３ａと下部煉瓦３ｂに区分され、上部煉瓦３ａは耐酸化性に優れた、表面にＳｉＯ2被膜を有するＳｉ3Ｎ4−ＳｉＣにより構成し、下部煉瓦３ｂは耐熱性、耐食性に優れたＳｉＯ2被膜を有していないＳｉ3Ｎ4−ＳｉＣにより構成する。
【００２５】
収容槽１の図左側の側壁７に、金属溶湯の入湯口８を形成する一方、図右側の側壁９に出湯口１０を形成し、収容槽１内には、通湯口１１ａ、１２ａを有する仕切壁１１、１２を設けて内部空間を１３、１４、１５の３室に仕切り、その中央の室１４にフィルターユニット１６を収納する。
当該フィルターユニット１６は、対向状態に配置した一対の側板１７、１８間に複数本のフィルターチューブ１９を横架し、その両端部を側板１７、１８に形成した嵌合口１７ａ、１８ａに嵌合し、当該嵌合部分を耐火性モルタル２０を用いて、固定及びシールする。
なお、図右側の側板１８の嵌合口１８ａにのみフィルターチューブ１９の内部空間に連通する通湯口２１を形成し、フィルターチューブ１９の周壁を通じて濾過された金属溶湯を流出させるようにする。
【００２６】
前記フィルターユニット１６は収容槽１の仕切壁１１、１２間に配置し、仕切壁１１と図左側の側板１７との間にクサビ２２を打ち込むことにより、パッキン２３を介して図右側の側板１８と仕切壁１２とを圧接する。
こうすることにより、入湯口８から収容槽１内の左側の室１３に供給された金属溶湯は、仕切壁１１の通湯口１１ａを通って中央の室１４に流入し、フィルターチューブ１９の周壁から不純物を濾過されつつ、フィルターチューブ１９の内部空間に侵入する。
濾過された金属溶湯は、仕切壁１２の通湯口１２ａから右側の室１５に流入し、最後に出湯口１０を通って収容槽１から取り出される。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の金属溶湯濾過収容槽は、収容槽内面を構成する内張り煉瓦のうち上部煉瓦の部分の酸化を防止でき、断熱キャスタブルと内張り煉瓦とが剥離しないため、収容槽の耐用年数を長くすることができる。
また、上部煉瓦と下部煉瓦が同一の基本組成を有するため、熱膨張率の差がなく、スポーリング等により溶湯が流出する事態を事前に回避できるとともに、上部煉瓦と下部煉瓦の作り分けが容易になる。
さらには、飛散し付着した溶湯も内壁から剥離し易くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１…収容槽、２…蓋体、３…内張り煉瓦、３ａ…上部煉瓦、３ｂ…下部煉瓦、４…断熱キャスタブル、５…断熱材、６…箱体、７…側壁（左側）、８…入湯口、９…側壁（右側）、１０…出湯口、１１…仕切壁（左側）、１１ａ…通湯口（左側仕切壁）、１２…仕切壁（右側）、１２ａ…通湯口（右側仕切壁）、１３…室（左側）、１４…室（中央）、１５…室（右側）、１６…フィルターユニット、１７…側板（左側）、１７ａ…嵌合口（左側板）、１８…側板（右側）、１８ａ…嵌合口（右側板）、１９…フィルターチューブ、２０…耐火性モルタル、２１…通湯口、２２…クサビ、２３…パッキン、２４…金属溶湯。
【図１】
0003659759.tif 000002