(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
角柱形状を有する電鋳レンガ用鋳型であって、溶湯と接する面の内、少なくとも２面以上について、当該面の中央部の型材料を当該面の隅部の型材料より熱拡散率の大きい材料で構成することを特徴とする電鋳レンガ用鋳型。
【請求項２】
前記中央部の型材料の熱拡散率を前記隅部分の型材料の熱拡散率の１．５倍以上とする請求項１記載の電鋳レンガ用鋳型。
【請求項３】
前記中央部の型材料を前記隅部の型材料より熱伝導率の大きい材料とする請求項１記載の電鋳レンガ用鋳型。
【請求項４】
前記中央部の型材料の熱伝導率を前記隅部の型材料の熱伝導率の１．５倍以上とする請求項３記載の電鋳レンガ用鋳型。
【請求項５】
溶湯と接する面の全てについて、中央部の型材料を隅部の型材料より、熱拡散率と熱伝導率の大きい材料で構成する請求項１記載の電鋳レンガ用鋳型。
【請求項６】
前記中央部の型材料がアルミナおよび／またはＡｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２−ＳｉＯ２であり、かつ前記隅部の型材料がケイ砂である請求項１〜５のいずれか記載の電鋳レンガ用鋳型。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか記載の電鋳レンガ用鋳型に電気溶融した溶湯を鋳込み・冷却して凝固させる電鋳レンガの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電鋳レンガ、特には角柱形状を有する大型品であって、引け巣がなく、表面や隅に実用上問題となる亀裂がなく、加工代がいらないか加工代があっても数ｍｍ以下である、形状精度に優れた電鋳レンガ製造用鋳型およびそれを使用した電鋳レンガの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本明細書において、電気溶融鋳造（以下、単に電鋳と略す）とは、レンガ原料を電気溶融（以下、電融という）し、溶融物（以下、溶湯という）を鋳型に流し込んで冷却させレンガとする製造方法をいう。電鋳レンガは、通例、鋳型に溶湯を注入し、冷却、固化させて型から取り出し、押し湯部分を切断除去し電鋳レンガとする。
【０００３】
近年、主にガラス窯において築炉期間の短縮や耐用延長、さらには目地部からの汚染等を低減させるため、従来よりサイズの大きい（以下、超大型サイズという）の電鋳レンガが要求されるようになってきた。超大型サイズの電鋳レンガを従来のケイ砂や黒鉛板からなる鋳型で製造すると、電鋳レンガの表面、特に、隅部や面内に大きな亀裂が発生し、製品を得ることができなかった。本明細書では、超大型サイズとはおおむね３００×６００×１０００ｍｍ以上をいうが、必ずしも厳密なものではない。
【０００４】
亀裂の防止対策（以下、単に亀裂対策という）の一つとして、亀裂分を見込んたサイズの電鋳レンガを製造し、亀裂箇所を機械加工で除去して製品を得ることが考えられるが、亀裂が大きく、深さもあるため、亀裂を完全に除去することは容易ではない。
【０００５】
たとえば亀裂を除去するために、電鋳レンガの表面を２０ｍｍ以上、研削・研磨するような場合には、セラミックスが難加工性であることと、被加工物である電鋳レンガが超大型品であることを考えると、加工設備面の制約が厳しいほか、生産性が著しく低下するため実質上加工することが困難であった。仮に、２０ｍｍ以上、研削・研磨して電鋳製造時の亀裂を除去することができたとしても、機械加工の段階で新たに亀裂が生成するおそれもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、亀裂や引け巣などの欠陥のない超大型サイズの電鋳レンガの製造方法およびそれに使用する電鋳用鋳型の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、角柱形状を有する電鋳レンガ用鋳型であって、溶湯と接する面の内、少なくとも２面以上について、当該面の中央部の型材料を当該面の隅部の型材料より熱拡散率の大きい材料で構成することを特徴とする電鋳レンガ用鋳型を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の電鋳レンガ用鋳型（以下、本鋳型という）は、角柱形状を有する電鋳レンガ用の鋳型であって、溶湯と接する面の内、少なくとも２面以上について、各面の中央部の型材料（以下、中央部型材と略す）を隅部の型材料（以下、隅部型材と略す）より熱拡散率の大きい材料で構成（以下、本構成という）する。
【０００９】
本発明は、超大型サイズの電鋳レンガに発生する亀裂の発生原因を調べていく過程で、従来サイズでは問題とならなかった、場所による冷却速度の差が亀裂発生原因に関係しているとの知見に基づくものである。
【００１０】
本鋳型の構成の一例を図１に示す。図１は、電鋳レンガが４角柱である場合の本鋳型の縦断面図である。図中、１が中央部型材、２が隅部型材、３が押し湯部分、４が電鋳レンガ、５が注入口、７が断熱材をそれぞれ示す。なお、７の断熱材は本鋳型において必ずしも必要なものではなく、必要に応じて適宜使用できるものである。なお、本明細書において断熱材とは、多孔質組織を有し、気孔率がおおむね４０〜５０％以上のものをいう。
図２は図１のＡ−Ａ部横断面図である。比較のため、従来技術の電鋳レンガ用鋳型の縦断面図を図６に、Ｂ−Ｂ部断面図を図７にそれぞれ示す。
【００１１】
本発明において、角柱とは必ずしも正４角柱などの正角柱に限定されるものではなく、概ね角柱であればよい。また、本鋳型において、溶湯と接する面の数は注入口を除いた、側面の数に底面を足したものとなる。すなわち、電鋳レンガがｎ角柱であれば、溶湯と接する面の数はｎ＋１となる。例えば、４角柱では溶湯と接する面の数は５である。
【００１２】
本発明において、溶湯と接する面の内、少なくとも２面以上について、本構成とする。さらに、好ましくは、溶湯と接する面の全てについて本構成とする。
【００１３】
溶湯と接する面の内、溶湯との接触面積が広い面を本構成とすると、特に温度差のつきやすい広い面内の温度差を小さくできるため好ましい。このような場合としては、薄板形状の角柱が例示される。薄板形状の場合、溶湯との接触面積の大きい、２つの側面に対して本構成を採用すると好ましい。なお、薄板形状の場合の横断面図を図３示す。
【００１４】
本鋳型においては、中央部型材の熱拡散率を隅部型材の熱拡散率より大きくする。ここで熱拡散率とは、熱伝導率を比熱と密度の積で除したものをいい、物理的には温度の伝わる速さに相当し、この値が大きいほど温度変化が速いことを意味する。
【００１５】
本鋳型において、中央部型材の熱拡散率としては、８０（ｍ２／ｓ）以上であり、隅部型材の熱拡散率としては４０〜７０（ｍ２／ｓ）であると型材の中央部と隅部との冷却速度の差が小さくなるため好ましい。
【００１６】
本鋳型において、熱拡散率に加え、中央部型材の熱伝導率を隅部型材の熱伝導率より大きくすると型材の面中央部と隅部との冷却速度の差が小さくなるため好ましい。
【００１７】
本鋳型において、中央部型材の熱伝導率としては２（Ｗ／（ｍ・Ｋ））以上であり、隅部型材の熱伝導率としては０．５〜１（Ｗ／（ｍ・Ｋ））であると型材の面中央部と型材の隅部との冷却速度の差が小さくなるためさらに好ましい。
【００１８】
隅部型材としては、ケイ砂、アルミナ、酸化クロムと金属酸化物の化合物であるクロマイト、ジルコン、黒鉛などが挙げられる。中央部型材としては、アルミナ、黒鉛、Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２−ＳｉＯ２（ＡＺＳ）などが挙げられる。
【００１９】
これらの材質は、電鋳レンガの種類、形状、溶湯の温度などにより選択されるが、隅部型材としてケイ砂を、中央部型材としてアルミナまたはＡＺＳを選ぶと入手しやすく、原価面でも有利であるため好ましい。また、一部をアルミナとし、一部をＡＺＳとするような異種材料を組み合わせてもよい。なお、型材料の材質の純度は必ずしも高純度でなくともよく、要求される熱特性を満足する範囲で他のものを含んでいてもよい。
【００２０】
本鋳型において、溶湯と接する面の内、側面を構成する鋳型については、レンガ断面積Ａ１と鋳型断面積Ａ２との間にＡ２／Ａ１＝０．５〜１．０の関係があると本構成を実現しやすいため好ましい。ただし、Ａ１、Ａ２は図４において、Ａ１＝ｔ１×ｗ１、Ａ２＝ｔ２×ｗ２−ｔ１×ｗ１で与えられる。さらに好ましくはＡ２／Ａ１＝０．６５〜０．８５である。
【００２１】
また、本鋳型において、図４の中央部型材の隅からの距離Ｌは中央部型材の厚さＳとの間にＬ＝０．５Ｓ〜２．０Ｓの関係があると本構成を実現しやすいため好ましい。
【００２２】
なお、本鋳型において、中央部型材は直接溶湯を接するように表面に配置されるほか、図５に示されるように、溶湯と接する面を別の材料で被覆してもよい。
このような被覆構造とすると中央部型材が、溶湯と反応して電鋳レンガを汚染するような場合にはそれを防止できるため好ましい。このような被覆材料としては、隅部型材を使用すると、鋳型製作の生産性の点で好ましい。
【００２３】
【実施例】
以下に、本発明の実施例（例１、例３、例５、例７）と比較例（例２、例４、例６、例８）を示す。
【００２４】
［例１］
２５０ｍｍ×４５０ｍｍ×１２００ｍｍの４角柱のＡｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２系電鋳レンガを製造するため、ｔ１＝２５０ｍｍ、ｔ２＝３５０ｍｍ、ｗ１＝４５０ｍｍ、ｗ２＝５５０ｍｍの横断面形状を有する本鋳型を準備した。
【００２５】
本鋳型の中央部型材は、厚さ３０ｍｍのアルミナ板（熱拡散率１００（ｍ２／ｓ）、熱伝導率３．３（Ｗ／（ｍ・Ｋ）））を使用し、隅部型材としては厚さ５０ｍｍのケイ砂（熱拡散率６５（ｍ２／ｓ）、熱伝導率０．８（Ｗ／（ｍ・Ｋ）））を使用した。
【００２６】
また、隅からアルミナ板までの距離Ｌ＝５０ｍｍとし、側面４面と底面を本構成とした。なお、本鋳型の押し湯部分を除いた高さは、１４００ｍｍとした。
【００２７】
本鋳型に溶融したＡｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２系電鋳レンガの溶湯を注入し、充分冷却したのち本鋳型を分解し、さらに押し湯部分を切断して評価用サンプルとした。
【００２８】
［例２］
例１において、鋳型のアルミナ板の部分をケイ砂に変更する以外は例１と同様にした。
【００２９】
［例３］
例１において、電鋳レンガのサイズを２５０ｍｍ×４５０ｍｍ×１２００ｍｍから３００ｍｍ×６００ｍｍ×１２００ｍｍに変更し、また本鋳型の横断面形状をｔ１＝３００ｍｍ、ｔ２＝４４０ｍｍ、ｗ１＝６００ｍｍ、ｗ２＝７４０ｍｍに、アルミナ板の厚さを４０ｍｍに変更する以外は例１と同様にした。
【００３０】
［例４］
例３において、鋳型のアルミナ板の部分をケイ砂に変更する以外は例３と同様にした。
【００３１】
［例５］
例１において、電鋳レンガのサイズを２５０ｍｍ×４５０ｍｍ×１２００ｍｍから４５０ｍｍ×５８０ｍｍ×１３００ｍｍに変更し、また本鋳型の横断面形状をｔ１＝４５０ｍｍ、ｔ２＝６１０ｍｍ、ｗ１＝５８０ｍｍ、ｗ２＝７４０ｍｍ、アルミナ板の厚さを５０ｍｍに変更し、本鋳型の押し湯部分以外の高さを１４００ｍｍに変更する以外は例１と同様にした。
【００３２】
［例６］
例５において、鋳型のアルミナ板の部分をケイ砂に変更する以外は例５と同様にした。
【００３３】
［例７］
例１において、電鋳レンガのサイズを２５０ｍｍ×４５０ｍｍ×１２００ｍｍから５００ｍｍ×５００ｍｍ×１０００ｍｍに変更し、また本鋳型の横断面形状をｔ１＝５００ｍｍ、ｔ２＝６６０ｍｍ、ｗ１＝５００ｍｍ、ｗ２＝６６０ｍｍ、アルミナ板の厚さを５０ｍｍに変更し、本鋳型の押し湯部分以外の高さを１１００ｍｍに変更する以外は例１と同様にした。
【００３４】
［例８］
例７において、鋳型のアルミナ板の部分をケイ砂に変更する以外は例７と同様にした。
【００３５】
［評価結果］
例１〜例８において得られた各電鋳レンガの表面を３ｍｍ程度、研削・研磨した。加工後の電鋳レンガの外観を目視で観察し、所定サイズの亀裂の有無で合否を判断した。隅部亀裂については、幅が０．５ｍｍ以上で長さ２０ｍｍ以上の亀裂が電鋳レンガ中に１個以上あるものを不合格とし、面内亀裂については長さ２００ｍｍ以上の亀裂が電鋳レンガ中に１個以上あるものを不合格とした。なお、隅部亀裂および面内亀裂の模式図を図８、図９にそれぞれ示す。
【００３６】
観察結果を表１に示すが、表中、隅部亀裂および面内亀裂の各個数は、製作した電鋳レンガ中、不合格の個数を示し、総合評価の合格数は、隅部亀裂および面内亀裂とも合格したものの電鋳レンガの個数を示す。合格数／製作数で合格率を算出した。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
【発明の効果】
本鋳型を使用することにより、従来、製造できなかった、亀裂のない超大型サイズの電鋳レンガを製造できるようになった。また、仮に小さな亀裂があったとしても少ない加工代で除去できるため生産性も優れている。さらに、本鋳型は構造が単純なため簡便に製作できる。
【００３９】
本鋳型は、サイズに関係なく適用できるが、超大型サイズの電鋳レンガの製造に採用すると特に効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本鋳型の縦断面図。
【図２】本鋳型のＡ−Ａ部横断面図。
【図３】薄板形状の本鋳型の横断面図。
【図４】断熱材７のない本鋳型の横断面図。
【図５】中央部型材に表面被覆のある場合の横断面図。
【図６】従来鋳型の縦断面図。
【図７】従来鋳型のＢ−Ｂ部横断面図。
【図８】隅部亀裂の模式図。
【図９】面亀裂の模式図。
【符号の説明】
１：中央部型材
２：隅部型材
３：押し湯部分
４：電鋳レンガ
５：注入口
７：断熱材
８：本鋳型
９：中央部型材の表面被覆
１０：隅部亀裂
１１：面内亀裂
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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