(57)【要約】【課題】耐火物を表皮部材に精度良く固定する耐熱性構造体を提供すること。【解決手段】本発明の耐熱性構造体１は、耐熱性の金属よりなる表皮部材２と、表皮部材２の裏面２ａ側に配された耐火物４と、を有する耐熱性構造体１であって、耐火物４は、表皮部材２に対向する表面（裏面４ａ）から突出する突出部５を有し、突出部５は、径方向に広がるフランジ部６２を一体に有し、表皮部材２は、突出部５に対応した位置にフランジ部６２よりも小径の貫通孔２１が形成されるとともに、フランジ部６２が溶接されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱性の金属よりなる表皮部材と、
前記表皮部材の裏面側に配された耐火物と、
を有する耐熱性構造体であって、
前記耐火物は、前記表皮部材に対向する表面から突出する突出部を有し、
前記突出部は、径方向に広がるフランジ部を一体に有し、
前記表皮部材は、前記突出部に対応した位置に前記フランジ部よりも小径の貫通孔が形成されるとともに、前記貫通孔を覆う状態の前記フランジ部が溶接されていることを特徴とする耐熱性構造体。
【請求項２】
前記表皮部材と前記耐火物の間に断熱材が配される請求項１記載の耐熱性構造体。
【請求項３】
前記フランジ部は、前記表皮部材の裏面に近接した状態で溶接される請求項１〜２のいずれか１項に記載の耐熱性構造体。
【請求項４】
前記フランジ部は、前記表皮部材の表面に近接した状態で溶接される請求項１〜２のいずれか１項に記載の耐熱性構造体。
【請求項５】
前記突出部は、前記耐火物に埋設したナットに一方の端部が螺合して固定したボルトを有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の耐熱性構造体。
【請求項６】
前記耐火物は、プレス成形されてなる請求項１〜５のいずれか１項に記載の耐熱性構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐熱性構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融金属を保持する容器の天井や蓋には、保持された溶融金属からの熱にさらされるため、耐熱性が求められている。これらの天井や蓋等の耐熱性構造体は、鉄皮の内周面にブロック状の耐火物を配する構成とされている。すなわち、これらの耐熱性構造体は、鉄皮の内周面にブロック状の不焼成耐火物を吊り下げた構造を有している。
【０００３】
一般的な耐火物の吊り上げ方法としては、耐火物を組み合わせてアーチ状をなすようにして周囲から拘束する方法、耐火物に設けた凹凸部を組み合わせて周囲から拘束する方法、耐火物に金属製の部材（金具）を埋め込んで成形したり、耐火物に後加工で金具を埋め込んだりした後に、鉄皮に金具を溶接して固定する方法、が知られている。
【０００４】
耐火物に金具を埋め込んで加工し、金具を鉄皮に溶接する方法では、金具と耐火物の接触面積が広く、大きな力で耐火物を拘束できる。また、この方法では、耐火物に金具を埋め込んで加工しているため、耐火物が受熱して熱膨張しても、それ以上に金具が膨張するため拘束が強まり、金具が耐火物から抜けにくくなっていた。
【０００５】
この構成の耐熱性構造体は、たとえば特許文献１に記載されている。特許文献１には、耐火物の補修を容易にするために、耐火物に金具を埋め込み、金属製の鉄皮（構造体）に吊り下げる方法が記載されている。この方法は、金具を高炉出銑樋カバー等の天井構造体に摺動自在に吊り下げ、更に吊り下げた耐火物を金属製の側壁部で拘束することで耐火物を固定している。
【０００６】
しかしながら、特許文献１の天井構造体では、耐火物に金具を埋め込んで製造しているため、埋め込まれた金具の位置精度が低くなりやすかった。金具の位置精度が低くなると、耐火物を鉄皮に吊り下げて組み付けたときに、耐火物の間の目地の開き量にバラツキができ、耐火物の目地部先行損傷や、損傷によって開いた目地から熱が浸入し、金属製の吊り金具や表皮部材が変形するおそれがあった。
【０００７】
一方、耐火物に金具を埋め込んで加工し、金具を鉄皮に溶接する方法では、耐火物の成形条件によっては、金具を精度よく埋め込むことが難しかった。例えば、プレス成形の定形れんがに金具を埋め込む場合、金型にれんがの原料（原料粉末）を充填し、その過程で金具も金型内に設置し、その後プレス成形（圧縮成形）を行う。この場合、プレス成形時に、れんがの原料粉末が流動し、金具の位置や向きが金型内の設置位置からずれてしまっていた。この耐火物に埋め込まれた金具のずれを抑える為に、金型に金具を固定する固定治具を設置する方法がある。しかし、耐火物の組付け位置により耐火物に埋め込まれる金具の位置を変える必要がある。つまり、耐火物ごとに治具を作製し、取り換える必要がある為に手間と費用がかかっていた。さらに、耐火物の成形体から治具を取り外すこともコストアップの要因となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実開昭６１−１１４２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、耐火物の寸法精度によらず、耐火物を表皮部材に精度良く固定する耐熱性構造体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明の耐熱性構造体は、耐熱性の金属よりなる表皮部材と、表皮部材の裏面側に配された耐火物と、を有する耐熱性構造体であって、耐火物は、表皮部材に対向する表面から突出する突出部を有し、突出部は、径方向に広がるフランジ部を一体に有し、表皮部材は、突出部に対応した位置にフランジ部よりも小径の貫通孔が形成されるとともに、貫通孔を覆う状態のフランジ部が溶接されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の耐熱性構造体は、耐火物から突出する突出部に、径方向に広がるフランジ部を有している。そして、このフランジ部と表皮部材とが溶接により固定されている。この構成では、フランジ部と表皮部材との位置精度が低くても、溶接固定できる。つまり、本発明の耐熱性構造体は、耐火物を表皮部材に精度良く固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１の天井構造体１の構成を示す部分拡大断面図である。
【図２】実施の形態１の天井構造体１の耐火物４の上面図である。
【図３】実施の形態１の天井構造体１の耐火物４の部分拡大断面図である。
【図４】実施の形態２の天井構造体１の構成を示す部分拡大断面図である。
【図５】実施の形態３の天井構造体１の構成を示す部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施形態として天井構造体を用いて本発明の耐熱性構造体を具体的に説明する。
【００１４】
［実施の形態１］
本形態の天井構造体１は、図１に断面を示すように、鉄皮２、断熱材３、耐火物４、ボルト５、溶接小片６を有する。本形態の天井構造体１は、溶融金属を保持する容器の天井や、溶融金属を保持する容器の蓋を形成する構造体である。本形態では、天井構造体１において、溶融金属が位置する側の面を裏面側とし、裏面に背向する面を表面とする。図１中の上下方向の下方側が裏面側となり、上方側が表面側となる。
【００１５】
鉄皮２は、表皮部材に相当し、板状の耐熱性の金属を成形して形成される。鉄皮２は、天井構造体１においてその下方側に耐火物４を吊り下げ固定する部材である。鉄皮２の形状は、溶融金属を保持する容器に組み付けることができる形状であれば限定されない。
【００１６】
鉄皮２の板状の耐熱性の金属の厚さは限定されない。従来の天井構造体１と同様な厚さとすることができる。また、耐熱性の金属の材質（金属の組成）についても限定されない。本形態では、６ｍｍの厚さの鉄板から形成される。
鉄皮２は、後述のボルト５に対応する位置に、貫通孔２１が形成されている。貫通孔２１の形状や大きさは限定されない。本形態では、φ３０ｍｍの開口をもつ孔である。
【００１７】
断熱材３は、鉄皮２の裏面側（図１中の上下方向の下方側）に配された所定の厚さの板状の部材である。本形態の断熱材３は、鉄皮２の裏面２ａと当接して配される表面断熱材３１と、表面断熱材３１の裏面側に当接して配される裏面断熱材３２と、を有する２層が積層した構造を有している。断熱材３は、耐火物４と鉄皮２との間に配され、耐火物４から鉄皮２への伝熱を抑える。
本形態では、断熱材３が表面断熱材３１と裏面断熱材３２の２層が積層して形成されているが、この構造に限定されない。１層であっても、３層以上であってもよい。
さらに、本形態では断熱材３を鉄皮２と耐火物４の間に配した構成としているが、断熱材３を配さない構成としてもよい。
断熱材３の有無や積層数については、要求される耐熱性や断熱性に応じて適宜決定される。
【００１８】
断熱材３の表面断熱材３１と裏面断熱材３２のそれぞれの厚さ、材質等は、限定されない。従来の天井構造体１の断熱材と同様とすることができる。本形態では、裏面断熱材３２と表面断熱材３１は、結晶質アルミナ短繊維の板状成形体が用いられた。本形態では、裏面断熱材３２と表面断熱材３１に同じ材質の断熱材を用いたが、それぞれ異なる材質としてもよい。より高い温度の熱にさらされる裏面断熱材３２が、表面断熱材３１より高い耐熱性及び断熱性を有することが好ましい。
【００１９】
断熱材３は、溶接小片６に対応した部分に、溶接小片６を収容可能に空間３３，３４が形成されている。表面断熱材３１には溶接小片６のフランジ部６２を収容する空間３３が、裏面断熱材３２には溶接小片６のナット部６１を収容する空間３４が、それぞれ形成されている。空間３３，３４は、溶接小片６を収容したときに、溶接小片６が嵌入可能なように形成されている。
【００２０】
耐火物４は、断熱材３の裏面側（図１中の上下方向の下方側）に配された所定の厚さのブロック状の部材である。本形態の天井構造体１において、耐火物４は、容器に保持された溶融金属に対面する部材である。耐火物４は、溶融金属からの熱が鉄皮２へ向けて伝わることを抑える。
【００２１】
耐火物４は、図２に上面図で、図３に断面図で示したように、袋ナット４１が埋め込まれて固定されている。袋ナット４１は、片面が閉じたナットであり、閉じた片面が裏面側（図１中の上下方向の下方側）に位置し、開いた逆の片面が耐火物４の表面４ｂ側（図１中の上下方向の上方側）に開口した状態で、耐火物４に埋め込まれている。袋ナット４１は、耐火物４を貫通しない。すなわち、袋ナット４１の裏面側の端部４２は、耐火物４内に埋設した状態で設けられている。袋ナット４１は、外周面に凹凸形状を有することが好ましい。この構成となることで、表面積が増加し、耐火物４に固定する拘束力が増加する。
袋ナット４１は、ボルト５の下方側の端部５１が螺合して固定される。
【００２２】
耐火物４における袋ナット４１の数は、限定されない。ブロック状の耐火物４を鉄皮２に固定できるように、袋ナット４１の数、配置間隔等が決定される。本形態では、略方形状の表面４ｂをもつ耐火物４のひとつに４つの袋ナット４１が等間隔で方形をなす状態で設けられている。
【００２３】
耐火物４は、厚さ、材質等の具体的な構成は、限定されない。従来の天井構造体１の耐火物と同様とすることができる。本形態では、耐火物４は、耐熱性無機材料粉末（セラミックス粉末）を型成形（プレス成形）して形成される。本形態の耐火物４は、上下方向の厚さが１００ｍｍ以上の方形状のブロック形状に形成されている。
【００２４】
ボルト５は、下方側の端部５１が、袋ナット４１に螺合して固定される棒状の部材である。ボルト５は、袋ナット４１に螺合することで、耐火物４に一体に固定される。ボルト５は、耐火物４と固定された状態で、上方側の端部５２が耐火物４の表面４ｂから突出する。ボルト５は、突出部に相当する。
【００２５】
ボルト５は、螺合した状態の溶接小片６が一体に固定される。溶接小片６は、後述のようにフランジ部６２を有しており、ボルト５に溶接小片６が固定した状態では、フランジ部６２は、ボルト５（突出部）の径方向に沿って広がる。
溶接小片６は、ナット部６１と、フランジ部６２と、を有する。
ナット部６１は、ボルト５と螺合する。これにより、溶接小片６がボルト５に固定される。
【００２６】
フランジ部６２は、ナット部６１の上面に沿って広がる板状を有する。フランジ部６２は、溶接小片６がボルト５に固定された状態では、ボルト５の径方向（ボルト５の軸方向に垂直な方向）に沿って両面が広がる板状を有する。
【００２７】
板状のフランジ部６２は、貫通孔２１より大径の形状を有する。この形状によると、鉄皮２を耐火物４の上にかぶせたときに、フランジ部６２の少なくとも一部が鉄皮２の貫通孔２１の開口縁部にかかる形状となり、後述のように溶接固定が可能となる。本形態のように、フランジ部６２は、ボルト５が貫通孔２１を挿通したときに、貫通孔２１を塞ぐ形状（貫通孔２１の開口を覆う形状。すなわち、貫通孔２１より大きい形状）であることが好ましい。フランジ部６２は、貫通孔２１を完全に塞ぐ形状であることがより好ましい。
【００２８】
溶接小片６は、ナット部６１とフランジ部６２を有する構成であれば、具体的な構成は限定されない。本形態では、ナット部６１を形成する金属製のナット（具体的には、ＪＩＳ  Ｂ  １１８１規定のＭ１２六角ナット）に、フランジ部６２を形成する金属板（具体的には、厚さ６ｍｍ、φ５０ｍｍ）を溶接して一体に固定した構成を有する。
なお、ナット部６１とフランジ部６２を有する溶接小片６は、金属製のナットを金属板に溶接して固定しているが、金属板にねじ切りした構成としてもよい。
【００２９】
溶接小片６は、フランジ部６２の表面６２ｂが断熱材３の表面３ｂと一致する位置に固定される。この状態では、耐火物４の表面４ｂと溶接小片６のフランジ部６２の間に断熱材３が挟持・固定される。
【００３０】
溶接小片６のフランジ部６２は、表面断熱材３１と同様に、その表面６２ｂが鉄皮２の裏面２ａに当接した状態で、貫通孔２１を閉塞した状態で配される。このとき、ボルト５が貫通孔２１を貫通した状態となる。そして、フランジ部６２は、鉄皮２に溶接固定されている。また、フランジ部６２と鉄皮２とを溶接固定するとき（溶接加工するとき）に、溶接小片６とボルト５とを合わせて溶接固定してもよい。
【００３１】
（本形態の製造方法）
本形態の天井構造体１は、その製造方法が限定されない。例えば、以下の方法で製造することができる。
【００３２】
まず、耐火物４を製造する。耐火物４の製造は、袋ナット４１を成形型内の所定の位置に配置し、セラミックス粉末を成形型内に投入する。そして、所定の圧縮条件で圧縮成形する。これにより、袋ナット４１が埋め込まれて固定された所定のブロック形状の耐火物４が製造される。
なお、耐火物４は、必要に応じて、種々の添加材を加えたり、焼成工程を施したりしてもよい。
【００３３】
そして、複数のブロック形状の耐火物４を配列するとともに接合材（樹脂モルタル）で接合する。本形態では、２５個のブロック形状の耐火物４を、５×５個で配列させている。このとき、表面４ｂが上方に面するように配列・接合する。
【００３４】
また、耐火物４の配列体の上に、裏面断熱材３２と表面断熱材３１を重ねて配置する。このとき、裏面断熱材３２と表面断熱材３１は、空間３４，３３が袋ナット４１の位置に対応した状態で、それぞれが貼り付けられて固定される。なお、空間３４，３３は、裏面断熱材３２、表面断熱材３１のそれぞれに予め形成しておいても、貼り付けた後に切削や穿孔等により形成しても、いずれでもよい。
その後、空間３３，３４に溶接小片６を挿入配置する。このとき、袋ナット４１と溶接小片６のナット部６１は同軸となる。
溶接小片６を貫通した状態で、袋ナット４１にボルト５を挿入し、螺合する。溶接小片６は、ボルト５に一体に固定される。ボルト５は、袋ナット４１（耐火物４）に一体に固定される。
【００３５】
そして、鉄皮２を形成する金属板をかぶせるように配置する。このとき、溶接小片６のフランジ部６２の表面６２ｂ、および表面断熱材３１の表面３１ｂは、鉄皮２の裏面２ａに当接した状態で配されている。
【００３６】
それから、溶接小片６のフランジ部６２と鉄皮２とを溶接して接合する。本形態では、フランジ部６２の表面６２ｂと貫通孔２１の内周面とが交わる部分を溶接する。また、溶接小片６のフランジ部６２とボルト５も合わせて溶接する。
その後、必要に応じて、ボルト５を、フランジ部６２から突出した部分で切断する。好ましくは、鉄皮２の表面２ｂより突出しないように切断する。
以上により本形態の天井構造体１が製造される。
【００３７】
（本形態の作用効果）
本形態の天井構造体１は、耐熱性の金属よりなる鉄皮２（表皮部材）、鉄皮２の裏面２ａ側に配された断熱材３、断熱材３の裏面３ａ側に配された耐火物４を有する。そして、耐火物４は、断熱材３と対向する面である表面４ｂから突出するボルト５（突出部）を有する。ボルト５は、径方向に広がるフランジ部６２を一体に有する。鉄皮２は、ボルト５に対応した位置にフランジ部６２の外形よりも小径の貫通孔２１が形成されるとともに、ボルト５の軸が貫通孔２１を貫通した位置にある状態でフランジ部６２が溶接されている。
【００３８】
この構成によると、耐火物４の固定が、耐火物４に一体に固定されているフランジ部６２を鉄皮２に溶接することで行われる。そして、フランジ部６２と鉄皮２とを互いに位置決めした状態で溶接が行われる。つまり、本形態の天井構造体１は、耐火物４の寸法精度によらず、耐火物４を鉄皮２に精度良く固定することができる。
【００３９】
本形態では、フランジ部６２と鉄皮２とを互いに位置決めした状態で溶接が行われることから、耐火物４の形状にバラツキがあったり（耐火物４の寸法精度が低かったり）、袋ナット４１およびそれに螺合するボルト５の位置にバラツキがあったり、ボルト５の突出方向にバラツキがあったり（ボルト５が傾斜して突出していたり）しても、設計通りに鉄皮２に耐火物４を配置・固定することができる。
【００４０】
本形態では、鉄皮２と耐火物４の間に断熱材３が配されている。この構成によると、耐火物４から鉄皮２への伝熱をより確実に抑えることができる。
本形態の天井構造体１は、フランジ部６２が、鉄皮２の裏面２ａに近接した状態（例えば、フランジ部６２の表面６２ｂが鉄皮２の裏面２ａに当接又はすき間なく密着した状態）で溶接される。
本形態の天井構造体１は、ボルト５が、貫通孔２１を貫通する位置に設けられる。この構成によると、ボルト５と貫通孔２１で位置決めを行うことができる。
【００４１】
本形態の天井構造体１は、ボルト５が、耐火物４に埋設した袋ナット４１に下方側に位置する端部（一方の端部）が螺合して固定した棒状を有する。この構成によると、袋ナット４１を埋設した耐火物４を製造し、ボルト５を螺合させることで、ボルト５が一体になった耐火物４を製造できる。ボルト５を埋設した耐火物４を製造する場合と比較して、製造に要するコストを低減できる。
本形態の天井構造体１は、耐火物４が、プレス成形されてなる。この構成によると、所定の形状の耐火物を簡単に製造できる。
【００４２】
［実施の形態２］
本形態の天井構造体１は、図４に断面を示すように、溶接小片６のフランジ部６２が鉄皮２の表面２ｂ側に配された状態で溶接されていること、及び断熱材３が１層であること以外は、上記の形態１と同様な構成を有する。具体的に言及しない構成等は、上記の形態１と同様である。
本形態の天井構造体１は、上記の形態１と同様に、鉄皮２、断熱材３、耐火物４、ボルト５、溶接小片６を有する。なお、本形態では、ボルト５の上方側の端部５２が鉄皮２の表面２ｂから突出している。
断熱材３は、上記の形態１の裏面断熱材３２のみから形成されている一体の板状の部材よりなる。
【００４３】
本形態の天井構造体１は、耐火物４に断熱材３を積層し、ボルト５を袋ナット４１に螺合させる。その後、鉄皮２を所定の位置に配置し、ボルト５に溶接小片６を組み付ける。そして、フランジ部６２の裏面６２ａが鉄皮２の表面２ｂに当接した状態とし、フランジ部６２とが鉄皮２とを溶接し、固定する。
本形態の天井構造体１は、フランジ部６２が鉄皮２の表面２ｂ側に配された状態で溶接されていること以外は、上記の形態１と同様な構成であり、同様な効果を発揮する。
【００４４】
本形態の天井構造体１は、フランジ部６２が、鉄皮２の表面２ｂに密着した状態で溶接されている。この構成によると、フランジ部６２の外周の全周が鉄皮２の表面２ｂ側に位置している。
【００４５】
［実施の形態３］
本形態の天井構造体１は、図５に断面を示すように、ボルト５が貫通孔２１を貫通しない位置に設けられていること以外は、上記の形態１と同様な構成を有する。具体的に言及しない構成以外は、上記の形態１と同様である。
本形態の天井構造体１は、上記の形態１と同様に、鉄皮２、断熱材３、耐火物４、ボルト５、溶接小片６を有する。
【００４６】
本形態の天井構造体１では、ボルト５の上方側の端部５２の端面が溶接小片６のフランジ部６２の表面６２ｂと一致するように形成されている。すなわち、ボルト５の上方側の端部５２は、フランジ部６２の表面６２ｂから突出していない。ボルト５の上方側の端部５２は、フランジ部６２の表面６２ｂより表面側であってもよい。
フランジ部６２は、天井構造体１を形成したとき（すなわち、鉄皮２を耐火物４の上にかぶせたとき）に、貫通孔２１を塞ぐ形状（貫通孔２１の開口を閉塞できる形状。すなわち、貫通孔２１より大きい形状）である。
【００４７】
本形態の天井構造体１は、耐火物４に断熱材３を積層し、ボルト５を袋ナット４１に螺合させる。その後、ボルト５に溶接小片６を組み付ける。そして、鉄皮２をかぶせてフランジ部６２の表面６２ｂが鉄皮２の裏面２ａに当接した状態とする。このとき、ボルト５は、貫通孔２１と重ならない位置にある。そして、フランジ部６２と鉄皮２とを溶接し、固定する。
本形態の天井構造体１は、ボルト５が貫通孔２１を貫通しない位置に設けられていること以外は、上記の形態１と同様な構成であり、同様な効果を発揮する。
【００４８】
［その他の形態］
上記の形態では、本発明を天井構造体１に適用した構成を説明している。本発明の耐熱性構造体は、天井構造体１に限定されない。たとえば、金属溶湯の容器や加熱炉の炉壁や炉底に用いてもよい。この場合、耐火物４が金属溶湯や炉内に対向した状態で使用される。
【符号の説明】
【００４９】
１：天井構造体
２：鉄皮          ２１：貫通孔
３：断熱材        ３１：表面断熱材      ３２：裏面断熱材
４：耐火物        ４１：袋ナット
５：ボルト
６：溶接小片      ６１：ナット部        ６２：フランジ部
２ａ，６２ａ：裏面
２ｂ，３ｂ，３１ｂ，４ｂ，６２ｂ：表面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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