(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部側が有底で且つ上端部に開口を形成するセラミックス成形体によって構成されるラドルであって、
前記セラミックス成形体の開口周壁に埋設される環形の金属製補強部材を有し、
前記金属製補強部材は、前記開口に沿うようにＵ字形に形成される第１部材と、注湯口の下方に配置される第２部材と、前記第１部材の各端部の下部と前記第２部材の各端部の上部とを接続する一対の第３部材と、前記注湯口の上部に沿って延びて前記第１部材の各端部の上部に接合される一対の第４部材と、前記注湯口の外側に一対で配置される円筒形の第５部材と、各第５部材を支持する取付片としての第６部材と、を含み、
前記金属製補強部材は、内径側と外径側との間を貫通する複数個の透孔を有し、
前記金属製補強部材は、前記セラミックス成形体の上端部から、前記セラミックス成形体の高さの1/20 〜1/4の範囲に埋設されることを特徴とするラドル。
【請求項２】
前記金属製補強部材は、肉厚が前記セラミックス成形体の開口周壁の壁厚の0.1 〜0.3倍であって、且つ縦幅が前記セラミックス成形体の高さの0.05 〜0.20倍であることを特徴とする請求項１に記載のラドル。
【請求項３】
前記金属製補強部材は、前記透孔の平均孔径が肉厚の3 〜4倍であって、且つ隣接する前記透孔間の間隔が前記透孔の平均孔径の少なくとも1 〜2倍であることを特徴とする請求項１又は２に記載のラドル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラドルに関するもので、特に、金属製補強部材が埋設されたセラミックス製ラドルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋳造工程で使用されるラドルには、耐食性に優れるセラミックス成形体によって構成されたものがある。このようなセラミックス製ラドル（以下、単にラドルという）では、金属製補強部材を埋設して機械的強度を向上させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。金属製補強部材が埋設されたラドルにおいては、セラミックス成形体と金属製補強部材との間の熱膨張率の較差による影響（異材料間のズレ）により、耐久性が低下するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２９６４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、耐食性、機械的強度及び耐久性が確保されたラドルを提供することを課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明のラドルは、下部側が有底で且つ上端部に開口を形成するセラミックス成形体によって構成されるラドルであって、前記セラミックス成形体の開口周壁に埋設される環形の金属製補強部材を有し、前記金属製補強部材は、前記開口に沿うようにＵ字形に形成される第１部材と、注湯口の下方に配置される第２部材と、前記第１部材の各端部の下部と前記第２部材の各端部の上部とを接続する一対の第３部材と、前記注湯口の上部に沿って延びて前記第１部材の各端部の上部に接合される一対の第４部材と、前記注湯口の外側に一対で配置される円筒形の第５部材と、各第５部材を支持する取付片としての第６部材と、を含み、前記金属製補強部材は、内径側と外径側との間を貫通する複数個の透孔を有し、前記金属製補強部材は、前記セラミックス成形体の上端部から、前記セラミックス成形体の高さの1/20 〜1/4の範囲に埋設されることを特徴とする。
【０００６】
（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、請求可能発明と称する）の態様を例示し、例示された各態様について説明する。ここでは、各態様を、特許請求の範囲と同様に、項に区分すると共に各項に番号を付し、必要に応じて他の項の記載を引用する形式で記載する。これは、請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載、実施形態の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得る。
なお、以下の各項において、（１）〜（３）項の各々が、特許請求の範囲に記載した請求項１〜３の各々に相当する。
【０００７】
（１）下部側が有底で且つ上端部に開口を形成するセラミックス成形体によって構成されるラドルであって、セラミックス成形体の開口周壁に埋設される環形の金属製補強部材を有し、金属製補強部材は、開口に沿うようにＵ字形に形成される第１部材と、注湯口の下方に配置される第２部材と、第１部材の各端部の下部と第２部材の各端部の上部とを接続する一対の第３部材と、注湯口の上部に沿って延びて第１部材の各端部の上部に接合される一対の第４部材と、注湯口の外側に一対で配置される円筒形の第５部材と、各第５部材を支持する取付片としての第６部材と、を含み、金属製補強部材は、内径側と外径側との間を貫通する複数個の透孔を有し、金属製補強部材は、セラミックス成形体の上端部から、セラミックス成形体の高さの1/20 〜1/4の範囲に埋設されることを特徴とするラドル。
本項に記載のラドルによれば、セラミックス成形体と金属製補強部材との間の熱膨張率の較差による影響、すなわち、熱膨張率の較差によるセラミックス部分（セラミックス成形体）と金属部分（金属製補強部材）との界面で発生する剥離（ズレ）に起因するクラックを効果的に抑制することができ、ラドルの耐久性を向上させることができる。そして、ラドルに溶湯が投入された状態で最も大きい荷重が作用するラドル（セラミックス成形体）の上部側を効果的に補強することができる。
また、金属製補強部材（第１補強部）をセラミックス成形体の高さの1/20 〜1/4の範囲に埋設することで、セラミックス成形体と金属製補強部材との間の熱膨張率の較差による影響をより効果的に抑制することができる。仮に、セラミックス成形体（ラドル）の高さを400 mmとした場合、金属製補強部材（第１補強部）を、セラミックス成形体（ラドル）の上端部（上端面）から下方向へ20 mm 〜100 mmの範囲に埋設すればよい。
【０００８】
（２）金属製補強部材は、肉厚がセラミックス成形体の開口周壁の壁厚の0.1 〜0.3倍であって、且つ縦幅がセラミックス成形体の高さの0.05 〜0.20倍である（１）のラドル。
本項に記載のラドルによれば、セラミックス成形体と金属製補強部材との間の熱膨張率の較差による影響をより効果的に抑制することができる。仮に、セラミックス成形体（ラドル）の高さを400 mmとした場合、金属製補強部材の縦幅は20 mm 〜80 mmに設定すればよい。
金属製補強部材は、エキスパンドメタルによって構成することができる。また、金属製補強部材は、例えば、帯状に形成されてセラミックス成形体の開口周壁に沿って延びる第１補強部と、ラドルの前側の注湯口の周囲に配置されてラドルの注湯口部分を補強する第２補強部とによって構成することができる。この場合、上述した金属製補強部材の縦幅は、第１補強部の上下方向（ラドルの高さ方向）の寸法である。また、金属製補強部材の肉厚は、エキスパンドメタルの板厚である。さらに、本項の態様では、第１補強部を構成するエキスパンドメタルと第２補強部を構成するエキスパンドメタルとは同一のものである。そして、第２補強部は、エキスパンドメタルからなる複数個の部材を溶接等により接合することで構成することができる。また、セラミックス成形体の高さ、言い換えると、ラドルの高さは、ラドルの開口を形成するセラミックス成形体の上端部（上端面）からセラミックス成形体の下面までの距離である。
【００１０】
（３）金属製補強部材は、透孔の平均孔径が肉厚の3 〜4倍であって、且つ隣接する透孔間の間隔が透孔の平均孔径の少なくとも1 〜2倍である（１）、（２）のラドル。
本項に記載のラドルによれば、セラミックス成形体と金属製補強部材との間の熱膨張率の較差による影響をより効果的に抑制することができる。
本項の態様において、透孔の平均孔径としたのは、透孔は、円形（真円）に限定されることなく、だ円形、多角形等を含むからである。また、隣接する透孔間の間隔とは、隣接する透孔間で最も接近している部分間の距離である。
本項の態様において、隣接する透孔間の間隔は、金属製補強部材における開孔率に置き換えることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、耐食性、機械的強度及び耐久性が確保されたラドルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態のラドルの斜視図である。
【図２】本実施形態のラドルに埋設された金属製補強部材の斜視図である。
【図３】コンピュータシミュレーションの結果を示す図表であって、ラドルの開口周壁の壁厚W1に対する金属製補強部材の肉厚W2の比を横軸に設定するとともに、ラドルに作用する荷重に対する耐荷重の倍率を縦軸に設定した場合の、ラドルの高さH1に対する金属製補強部材の縦幅H2の倍率が異なる複数種類の金属製補強部材の性能を示す線図である。
【図４】コンピュータシミュレーションの結果を示す図表であって、金属製補強部材に形成された透孔の平均孔径に対する隣接する透孔間の間隔の倍率を横軸に設定するとともに、ラドルに作用する荷重に対する耐荷重の倍率を縦軸に設定した場合の、透孔の平均孔径が異なる複数種類の金属製補強部材の性能を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態を添付した図を参照して説明する。以下、説明の便宜上、図２に示されるように、上下方向、前後方向及び左右方向を定義する。そして、図１におけるラドル１の上側部分をラドル１の上部２、並びに、図１におけるラドル１の下側部分をラドル１の下部３と定義する。
なお、以下の説明において、ラドル１の上部２及び下部３とセラミックス成形体５の上部２及び下部３とは、実質上同一である。同様に、ラドル１の開口４とセラミックス成形体５の開口（４）とは、実施上同一である。
【００１４】
図１に示されるように、本実施形態のラドル１は、その外観が、公知技術のラドル同様に、下部３側が有底で且つ上部２側に開口４を有するセラミックス成形体５によって構成される。セラミックス成形体５の上部２側には、図２に示される環形の金属製補強部材６が埋設されている。金属製補強部材６は、透孔７を有するエキスパンドメタルによって形成された複数個の部材８〜１４を含み、これらの部材８〜１４を溶接して接合することにより金属製補強部材６が構成される。
【００１５】
図２に示されるように、金属製補強部材６は、ラドル１の開口２に沿うように略Ｕ字形に形成される第１部材８、ラドル１の注湯口１５（図１参照）の下方に配置される第２部材９、ラドル１の注湯口１５の左右に一対で配置されて第１部材８の各端部の下部側と第２部材９の各端部の上部側とを接続する各第３部材１０、ラドル１の注湯口１５の上部に沿って前後方向へ延びて後端部の下部側が第１部材８の各端部の上部側に接合される左右一対で配置された第４部材１１、ラドル１の注湯口１５の前方に左右一対で設けられる円筒形の第５部材１２、及び各第５部材１２を支持するために用いられる取付片としての第６部材１３を含む。
【００１６】
また、金属製補強部材６は、左右一対の第４部材１１間に架設された略Ｖ字形の第７部材１４を含む。この第７部材１４により、ラドル１の注湯口１５を効果的に補強することができる。第７部材１４は、Ｖ字形の谷部の内側が、ピン角（稜）ではなく、所定の曲率半径を有するＲ形状に形成されており、これにより、第７部材１４の谷部における応力集中を防ぐことができる。そして、金属製補強部材６は、部材８〜１３においても、ピン角が排除されている。各第３部材１０は、後端部上側の角部１０ａが鋭角に形成されている。そして、各第３部材１０の角部１０ａと第１部材８との合わせ部には、所定の曲率半径を有するＲ形状部１６が形成されている。
【００１７】
また、金属製補強部材６の開口１７は、ラドル１の注湯口１５の周縁に沿う略Ｕ字形ではなく、図２に示されるように、底辺１７ａと一対の縦辺１７ｂとを有する上方が開口された略コ字形に形成されている。なお、開口１７の底辺１７ａと各縦辺１７ｂとの角においても、ピン角ではなく、Ｒ形状が形成されている。また、底辺１７ａは、注湯口１５に対して従来比で低い位置に形成されている。
【００１８】
ここで、図３は、ラドル１（セラミックス成形体５）の開口周壁１８の壁厚W1（図１参照）に対する、金属製補強部材６の肉厚W2（図２参照）、すなわち、金属製補強部材６を構成するエキスパンドメタルの板厚の比を横軸に設定するとともに、通常の使用時にラドル１に作用する荷重に対する耐荷重の倍率を縦軸に設定し、ラドル１の高さH1（図１参照）に対する、金属製補強部材６（第１部材８）の縦幅H2（図２参照）の倍率を、A1：0.03倍、A2：0.05倍、A3：0.1倍、A4：0.2倍、A5：0.3倍とした場合の、A1〜A5の各金属製補強部材６の性能を線図で表したものである。
【００１９】
なお、図３は、加熱（700℃）と冷却（空冷）とからなる１サイクルを１０サイクル実施した場合のコンピュータシミュレーションによる結果であり、図中×は、セラミックス成形体５にクラックが発生したこと、すなわち、ミーゼス応力がセラミックス成形体５の降伏点に到達したことを示し、図中○は、異常なし、すなわち、ミーゼス応力がセラミックス成形体５の降伏点に到達しておらず、クラックが発生していないことを示す。また、本実施形態では、ラドル１に要求される耐荷重の倍率（安全倍率）を３に設定した。
【００２０】
図３から理解できるように、ラドル１に要求される耐荷重を満たす条件は、線図A2、A3、A4において、金属製補強部材６の肉厚W2がラドル１（セラミックス成形体５）の開口周壁１８の壁厚W1の0.1 〜0.3倍のときである。言い換えると、ラドル１に要求される耐荷重を満たす条件は、金属製補強部材６の肉厚W2がラドル１（セラミックス成形体５）の開口周壁１８の壁厚W1の0.1 〜0.3倍であって、且つ金属製補強部材６（第１部材８）の縦幅H2がラドル１（セラミックス成形体５）の高さH1の0.05 〜0.20倍のときである（以下、条件１という）。
【００２１】
他方、図４は、金属製補強部材６に形成された透孔７の平均孔径に対する、隣接する透孔７間の間隔の倍率を横軸に設定するとともに、図３同様に、通常の使用時にラドル１に作用する荷重に対する耐荷重の倍率を縦軸に設定し、金属製補強部材６の肉厚W2（図２参照）に対する透孔７の平均孔径の倍率を、B1：2倍、B2：3倍、B3：4倍、B4：5倍とした場合の、B1〜B4の各金属製補強部材６の性能を線図で表したものである。
【００２２】
なお、図４は、図３における場合と同様に、加熱（700℃）と冷却（空冷）とからなる１サイクルを１０サイクル実施した場合のコンピュータシミュレーションによる結果であり、図中×は、セラミックス成形体５にクラックが発生したこと、すなわち、ミーゼス応力がセラミックス成形体５の降伏点に到達したことを示し、図中○は、異常なし、すなわち、ミーゼス応力がセラミックス成形体５の降伏点に到達しておらず、クラックが発生していないことを示す。また、図３における場合と同様に、ラドル１に要求される耐荷重の倍率（安全倍率）を３に設定した。
【００２３】
図４から理解できるように、ラドル１に要求される耐荷重を満たす条件は、線図B2、B3において、透孔７の平均孔径に対する隣接する透孔７間の間隔の倍率が、1.0 〜2.0倍のときである。言い換えると、ラドル１に要求される耐荷重を満たす条件は、透孔７の平均孔径が金属製補強部材６の肉厚W2の3 〜4倍であって、且つ隣接する透孔７間の間隔が透孔７の平均孔径の少なくとも1 〜2倍のときである（以下、条件２という）。なお、図４に示されるように、隣接する透孔７間の間隔が透孔７の平均孔径の少なくとも1 〜2倍の記載は、金属製補強部材６における透孔７の開孔率が少なくとも10％〜23％の記載に置き換えることが可能である。
【００２４】
さらに、ラドル１に要求される耐荷重を満たすには、金属製補強部材６を、ラドル１（セラミックス成形体５）の上端部１９から、ラドル１の高さH1の1/20 〜1/4の範囲R（図１参照）に埋設することが望ましい（以下、条件３という）。これは、本願出願人によるコンピュータシミュレーションの結果により判明した。
【００２５】
この実施形態では以下の効果を奏する。
本実施形態によれば、セラミックス成形体５の上部２側に環形の金属製補強部材６を埋設し、該金属製補強部材６に、内径側と外径側とを肉厚W2（板厚）方向へ貫通する複数個の透孔７を設けてラドル１を構成したので、セラミックス成形体５と金属製補強部材６との間の熱膨張率の較差による影響、すなわち、熱膨張率の較差によるセラミックス部分（セラミックス成形体５）と金属部分（金属製補強部材６）との界面で発生する剥離（ズレ）に起因するクラックを効果的に抑制することができ、その結果、ラドル１の耐久性を向上させることが可能になる。さらに、ラドル１に溶湯が投入された状態で最も大きい荷重が作用されるラドル１（セラミックス成形体５）の上部２側が効果的に補強されるので、ラドル１の機械的強度を向上させることができる。
【００２６】
また、条件１、すなわち、金属製補強部材６の肉厚W2をラドル１（セラミックス成形体５）の開口周壁１８の壁厚W1の0.1 〜0.3倍とし、且つ金属製補強部材６（第１部材８）の縦幅H2をラドル１（セラミックス成形体５）の高さH1の0.05 〜0.20倍とすることで、セラミックス成形体５と金属製補強部材６との間の熱膨張率の較差による影響を、より効果的に抑制することができる。
【００２７】
さらに、条件２、すなわち、透孔７の平均孔径を金属製補強部材６の肉厚W2の3 〜4倍とし、且つ隣接する透孔７間の間隔を透孔７の平均孔径の少なくとも1 〜2倍とすることで、セラミックス成形体５と金属製補強部材６との間の熱膨張率の較差による影響を、より一層効果的に抑制することができる。
【００２８】
加えて、条件３、すなわち、ラドル１の上端部１９（セラミックス成形体５の上端部１９）からラドル１の高さH1の1/20 〜1/4の範囲Rに、金属製補強部材６を埋設することで、セラミックス成形体５と金属製補強部材６との間の熱膨張率の較差による影響をより効果的に抑制することができる。
なお、当業者であれば、上述した条件１〜３を同時に満たすようにラドル１を構成することが望ましいことが理解されるであろう。
【００２９】
なお、実施形態は上記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成することができる。
本実施形態では、複数個の部材８〜１４を溶接によって接合して金属製補強部材６を構成したが、隣接した部材を一部材で構成してもよい。
本実施形態では、金属製補強部材６の素材にエキスパンドメタルが採用されており、透孔７は円形であるが、例えば、透孔７は、だ円形、多角形、或いはこれらの組み合わせ等とすることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  ラドル、２  上部、３  下部、４  開口、５  セラミックス成形体、６  金属製補強部材、７  透孔、１８  開口周壁、１９  上端部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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