(57)【要約】      （修正有）【課題】特に浮力による圧縮クリープに対して長期耐久性を発揮する浸漬ヒーターチューブを提供する。【解決手段】有底円筒状で且つ開口端にフランジ部を有するセラミック焼結体からなる浸漬ヒーターチューブであって、底部を下にして溶解金属中に浸漬した際に液面と接触する部位よりも下方の液面近傍からフランジ部までの円筒壁が厚肉化されている。【選択図】図１
2005142033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底円筒状で且つ開口端にフランジ部を有するセラミック焼結体からなる浸漬ヒーターチューブであって、底部を下にして溶解金属中に浸漬した際に液面と接触する部位よりも下方の液面近傍からフランジ部までの円筒壁が厚肉化されていることを特徴とする浸漬ヒーターチューブ。
【請求項２】
円筒壁が厚肉化されている部分が、液面下１〜５ｃｍの部位からフランジ部までである請求項１記載の浸漬ヒーターチューブ。
【請求項３】
厚肉部分の円筒壁の厚さが、非厚肉部分の円筒壁の厚さの１．１倍以上である請求項１記載の浸漬ヒーターチューブ。
【請求項４】
厚肉部分から非厚肉部分までの移行部の円筒壁の厚さが連続的に変化する請求項１〜３のいずれかに記載の浸漬ヒーターチューブ。
【請求項５】
Ｚｎ及びＺｎ／Ａｌ合金の少なくとも１種を溶解及び／又は溶解状態維持するために用いる請求項１〜４のいずれかに記載の浸漬ヒーターチューブ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の浸漬ヒーターチューブを備えることを特徴とする加熱炉、熱処理炉、乾燥炉、金属溶解炉又は金属溶解保持炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浸漬ヒーターチューブに関する。
【背景技術】
【０００２】
金属溶解炉、金属溶解保持炉等において使用される浸漬ヒーターチューブは二重構造をしている。そして、チューブ内管内でバーナーを燃焼させてその排ガスを外管に流すことにより、炉内金属の溶解又は溶解状態の保持を行う。そのため、高温の溶解金属と接触する浸漬ヒーターチューブには、優れた耐酸化性、耐久性等を有することが望まれている。従来、このようなチューブの材質としては、金属及びセラミックが知られている。
【０００３】
特許文献１には、浸漬ヒーターチューブであって、特に耐酸化性が大幅に高められたものが開示されている。具体的には、骨材が炭化珪素及び／又は窒化珪素により構成されており、溶融非鉄金属との接触下に使用されるセラミック焼結体であって、（ａ）骨材１００重量部、（ｂ）鱗状黒鉛５〜４５重量部、及び（ｃ）炭化硼素と窒化硼素及び／又は硼化ジルコニウムとの合計４〜１０重量部を含有してなる炭素含有セラミック焼結体からなる浸漬ヒーターチューブが開示されている。
【０００４】
しかしながら、浸漬ヒーターチューブの劣化原因は酸化だけではなく、溶解金属から受ける浮力による圧縮クリープも原因となることが指摘されている。具体的には、圧縮クリープによるチューブの歪み、変形等により、チューブ表面に微小な亀裂が発生して酸化劣化が進行し、結果的にチューブの機械的強度、耐熱性等が低下すると考えられている。
【０００５】
劣化した浸漬ヒーターチューブを取り替える場合には、金属溶解炉、金属溶解保持炉等の操業を停止する必要がある。従って、機械的強度、耐酸化性等に優れることは勿論のこと、特に浮力による圧縮クリープに対しても長期耐久性を発揮する浸漬ヒーターチューブの開発が望まれている。
【特許文献１】特開平１１−３３５１６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、特に浮力による圧縮クリープに対して長期耐久性を発揮する浸漬ヒーターチューブを提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、特定の構造からなる浸漬ヒーターチューブが上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明は、下記の浸漬ヒーターチューブに係るものである。
１．有底円筒状で且つ開口端にフランジ部を有するセラミック焼結体からなる浸漬ヒーターチューブであって、底部を下にして溶解金属中に浸漬した際に液面と接触する部位よりも下方の液面近傍からフランジ部までの円筒壁が厚肉化されていることを特徴とする浸漬ヒーターチューブ。
２．円筒壁が厚肉化されている部分が、液面下１〜５ｃｍの部位からフランジ部までである上記項１記載の浸漬ヒーターチューブ。
３．厚肉部分の円筒壁の厚さが、非厚肉部分の円筒壁の厚さの１．１倍以上である上記項１記載の浸漬ヒーターチューブ。
４．厚肉部分から非厚肉部分までの移行部の円筒壁の厚さが連続的に変化する上記項１〜３のいずれかに記載の浸漬ヒーターチューブ。
５．Ｚｎ及びＺｎ／Ａｌ合金の少なくとも１種を溶解及び／又は溶解状態維持するために用いる上記項１〜４のいずれかに記載の浸漬ヒーターチューブ。
６．上記項１〜５のいずれかに記載の浸漬ヒーターチューブを備えることを特徴とする加熱炉、熱処理炉、乾燥炉、金属溶解炉又は金属溶解保持炉。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の浸漬ヒーターチューブは、有底円筒状で且つ開口端にフランジ部を有するセラミック焼結体からなる浸漬ヒーターチューブであって、底部を下にして溶解金属中に浸漬した際に液面と接触する部位よりも下方の液面近傍からフランジ部までの円筒壁が厚肉化されているため、特に浮力による圧縮クリープに対して長期耐久性を発揮する。
【００１０】
本発明の浸漬ヒーターチューブは、特にＺｎ又はＺｎ／Ａｌ合金を溶解及び／又は溶解状態維持するために用いる場合にも、浮力による圧縮クリープに対して長期耐久性を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の浸漬ヒーターチューブは、有底円筒状で且つ開口端にフランジ部を有するセラミック焼結体からなる浸漬ヒーターチューブであって、底部を下にして溶解金属中に浸漬した際に液面と接触する部位よりも下方の液面近傍からフランジ部までの円筒壁が厚肉化されていることを特徴とする。
【００１２】
このように、液面と接触する部位よりも下方の液面近傍からフランジ部までの円筒壁が厚肉化されているため、液面と接触する部分に働く浮力による圧縮応力（浮力が働く方向のチューブ断面荷重）を低減できるため、圧縮クリープによるチューブの歪み、変形等を防止又は抑制できる。
【００１３】
本発明の浸漬ヒーターチューブでは、円筒壁が厚肉化されている部分の最下部は、液面下１ｃｍ以上の部位が好ましく、１〜５ｃｍの部位がより好ましい。即ち、厚肉化されている部分は、液面下１〜５ｃｍの部位からフランジ部までであることが好ましい。
【００１４】
本発明の浸漬ヒーターチューブでは、厚肉部分の円筒壁の厚さが、非厚肉部分の円筒壁の厚さの１．１倍以上であることが好ましい。その中でも、特に１．１〜１．８倍が好ましく、１．２〜１．６倍程度がより好ましい。
【００１５】
通常は、呼び径６Ｂ（チューブ内径１５０〜１６６ｃｍ）におけるチューブの非厚肉部分の円筒壁厚さは１８〜２２ｍｍ程度、好ましくは２０〜２２ｍｍ程度である。この場合には、厚肉化された部分の円筒壁厚さとしては、２０〜３８ｍｍ程度、好ましくは２４〜３５ｍｍ程度とすればよい。尚、円筒壁厚さは、コスト、熱伝効率等を考慮して適宜調整できる。
【００１６】
本発明の浸漬ヒーターチューブでは、厚肉部分から非厚肉部分までの移行部の円筒壁の厚さが連続的に変化することが好ましい。連続的な厚さの変化であればその形状は特に限定されないが、連続的に厚さが減少することが好ましい。即ち、チューブの底部からフランジ部に向かう方向への中心断面図において、厚肉部分から非厚肉部分までの移行部の形状がテーパー状であることが好ましい。
【００１７】
テーパー状とすることにより、厚肉部分から非厚肉部分までの移行部が段差にならず、応力集中を回避でき、溶解金属から受ける圧力を効果的に分散できるため好ましい。テーパーの角度は特に限定されないが、非厚肉部分の円筒壁とテーパー部からなる鋭角は２０°以下が好ましく、２〜１０°程度がより好ましい。
【００１８】
本発明の浸漬ヒーターチューブは、例えば、Ｚｎ及びＺｎ／Ａｌ合金の少なくとも１種を溶解及び／又は溶解状態維持するために好適に使用できる。また、金属溶解炉及び金属溶解保持炉のみならず、各種加熱炉、熱処理炉、乾燥炉等におけるヒーターとしても好適に利用できる。
【００１９】
本発明の浸漬ヒーターチューブの材質は、セラミック焼結体であればよく、機械的強度、耐酸化性等に優れることが好ましい。このようなセラミック焼結体としては、例えば、（ａ）骨材１００重量部、（ｂ）鱗状黒鉛５〜４５重量部、及び（ｃ）炭化硼素と窒化硼素及び／又は硼化ジルコニウムとの合計４〜１０重量部を含有してなる炭素含有セラミック焼結体が好ましい。この炭素含有セラミック焼結体は、特に耐酸化性、熱伝導性等が優れているため好ましい。
【００２０】
また、開口端に形成されるフランジの大きさ、形状等は特に限定されず、浸漬ヒーターチューブに通常設けられるフランジが使用できる。
【００２１】
本発明の浸漬ヒーターチューブは、例えば、上記のようなセラミック焼結体の原料粉末を、例えば、ＣＩＰ法、スリップキャスティング法、振動成形法等により成形後、非酸化性雰囲気中及び／又はコークスフリーズ中に埋没して、通常１１００〜１４１０℃程度で６０〜１００時間、好ましくは７０〜９０時間焼結させることにより作製できる。
【実施例】
【００２２】
以下に実施例及び比較例を示し、本発明をより具体的に説明する。但し、本発明は実施例に限定されない。
【００２３】
実施例１及び比較例１
下記表１に示される形状の浸漬ヒーターチューブを作製した。いずれの浸漬ヒーターチューブも、鱗状黒鉛１０重量％、炭化ホウ素４重量％、ホウ化ジルコニウム２重量％、残部が骨材（炭化ケイ素）及び不可避不純物からなる原料粉末を、ＣＩＰ法により所定のヒーターチューブ状に成形後、還元性雰囲気中において、１２００℃で８０時間焼結して作製した。
【００２４】
実施例１及び比較例１で作製した浸漬ヒーターチューブの断面図（チューブ底部からフランジ部に向かう方向の中心断面図）をそれぞれ図１及び図２に示す。
【００２５】
【表１】
2005142033.tif 000003
次に、下記表２に示される条件により浸漬ヒーターチューブをＺｎ溶解液（比重：７６００ｋｇ／ｍ3）中に浸漬し、各種物性を測定した。測定結果を下記表２に併せて示す。
【００２６】
【表２】
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表２の結果からは、約１．５７倍の厚肉部分を有する実施例１の浸漬ヒーターチューブは、比較例１（従来品）の浸漬ヒーターチューブと比較して、液面における単位面積当たりの荷重を約５５％にまで低減できることが分かる。このように従来品と比較して単位面積当たりの荷重を低減できた実施例１の浸漬ヒーターチューブは、従来品に比して、浮力による圧縮クリープに対しても長期耐久性を発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の浸漬ヒーターチューブの一例を示す断面図である。
【図２】従来品の浸漬ヒーターチューブの一例を示す断面図である。
【図１】
2005142033.tif 000005
【図２】
2005142033.tif 000006