(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック物質からなる溶融鋳造耐火物を製造するための方法であって、
少なくとも２回のキャンペインを含み、
各キャンペインには、少なくとも１回のバッチ処理工程が含まれ、
該バッチ処理工程は、
（１）電気アーク炉の壁のある湯だまりにセラミック物質を充填する工程、
（２）電気アークを生成するための電極手段に電気を流すことによりセラミック物質を溶融する工程、
（３）溶融されたセラミック物質を選鉱ガスで処理する工程、および
（４）処理された溶融物を１つまたはそれ以上の鋳型に鋳込む工程、
を含み、
各キャンペインが、前記湯だまり内で相当量の溶融物が凝固すると終了し、
当該方法が、
前記の鋳込む工程の間、前記電気アークを生成するための電極手段に電気を流し続ける工程、および
溶融されたセラミック物質を連続的に攪拌させるため、前記湯だまりの底部の壁の外側に取り付けられ、前記湯だまりの底部を通じて、溶融物の表面下へと伸張するように装入された少なくとも１つの羽口から、各キャンペインの間、連続的に溶融物の表面下に、前記羽口を通じて、酸化剤から選択される選鉱ガスを上向きに注入する工程、
を含み、
当該方法が、さらに、
すでに使用された少なくとも１つの羽口を新しい羽口と交換する羽口交換工程、
を含み、
前記羽口交換工程が、
前記電気アークを生成するための電極手段への電気を切る工程であって、これにより、溶融されたセラミック物質を凝固させ、前記キャンペインを終了させる、ところの工程、
すでに使用された前記羽口を前記湯だまりの底部から除去する工程、
前記湯だまり内で前記羽口を囲っていた凝固されたセラミック物質を掘る工程、および、
前記湯だまりの壁の外側の底部に、新しい羽口を再び取り付ける工程、
を含み、
前記羽口交換工程が、キャンペインとキャンペインとの間で繰り返される、
ところの方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記湯だまりの中身の一部分は、前記湯だまりの壁を通して装入された水冷ドリルにより掘られる、
ところの方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
酸化ガスは、酸素、空気、一酸化二窒素、二酸化炭素およびこれらの混合物から成る群より選択される、
ところの方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、
酸化ガスは、酸素を含む、
ところの方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、
前記少なくとも１つの羽口は、前記湯だまりの壁を通して装入され、その長さは、前記湯だまりの内部に打ち張りされたあらゆる凝固した耐火物の残りを貫くのに十分な長さである、
ところの方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、
前記湯だまりの壁を通して装入された単一の羽口が利用される、
ところの方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、
前記羽口は、突出した電極トライアングル内にガスを運搬するために前記湯だまり内へと装入されている、
ところの方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、
さらに、
少なくとも１回の前記キャンペインにおいて、少なくとも１回のバッチ処理工程の間、連続的に電気アークに電気を流す工程を含む、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、
前記少なくとも１つの羽口は、あらゆる冷却手段から解放されている、
ところの方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、
セラミック物質は、シリカ、アルミナ、ジルコニア、カルシア、クロミア、マグネシア、アルカリ金属酸化物、クロム鉱、ジルコンおよびこれらの混合物から成る群より選択される、
ところの方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法であって、
セラミック物質は、アルミナ、ジルコニアおよびシリカの混合物を含む、
ところの方法。
【請求項１２】
電気アーク炉を使用して、セラミック物質からなる溶融鋳造耐火物を製造する方法であって、
（１）前記電気アーク炉が、
セラミック物質を入れるための湯だまりであって、前記湯だまりが、壁を有する、ところの湯だまり、
セラミック物質の表面近くに電気アークを生成するための電極手段、
前記電極アークを生成して、セラミック物質を溶融するために、前記電極手段に電気を流すための電源手段、
前記湯だまりの底部の壁に外側から除去可能に取り付けられる除去可能な部分と、前記湯だまりの底部を通じて溶融物の表面下へと伸張するように装入される運搬チューブとを含む、溶融物の表面下に、酸化剤から選択される選鉱ガスを注入するための羽口アセンブリ、および
溶融物を鋳型へと鋳込むための手段、
を含み、
当該方法が、
（２）キャンペインにおける処理工程であって、
（ａ）前記湯だまりにセラミック物質を充填する工程、
（ｂ）電極手段に電気を流し、電気アークを生成して、セラミック物質を溶融する工程、
（ｃ）連続的に前記羽口アセンブリの運搬チューブを通じて上向きに前記選鉱ガスを注入する工程、および
（ｄ）前記湯だまりから前記羽口アセンブリを除去せず、前記電極手段に流れる電気を維持し、連続的に前記羽口アセンブリの運搬チューブを通じて上向きに前記選鉱ガスを注入しながら、溶融されたセラミック物質を１つまたはそれ以上の鋳型に鋳込む工程、
（ｅ）キャンペインにおける処理の完了に必要な回数だけ前記（ａ）から（ｄ）の工程を繰り返す工程、
を含む、処理工程、
（３）前記電極手段への電気を切る工程であって、これにより、溶融されたセラミック物質が凝固し、前記キャンペインが終了する、ところの工程、
（４）すでに使用した少なくとも一つの羽口アセンブリの除去可能な部分を前記湯だまりの底部から除去する工程、
（５）前記湯だまり内で前記羽口アセンブリを囲っていた凝固したセラミック物質を掘る工程、
（６）新しい羽口アセンブリの除去可能な部分を前記湯だまりの底部の壁に外側から再び取り付ける工程、
（７）前記（２）の処理工程を少なくとも１回繰り返す工程、
を含む方法。
【請求項１３】
電気アーク炉を使用して、アルミナ、ジルコニアおよびシリカを含むセラミック物質からなる溶融鋳造耐火物を製造する方法であって、
（１）前記電気アーク炉が、
セラミック物質を入れるための湯だまりであって、前記湯だまりが、壁を有する、ところの湯だまり、
セラミック物質の表面近くに電気アークを生成するための電極手段、
前記電気アークを生成して、セラミック物質を溶融するために、前記電極手段に電気を流すための電源手段、
前記湯だまりの壁に外側から除去可能に取り付けられる除去可能な部分と、前記湯だまりの壁を通して、投影した電極トライアングル内の溶融物の表面下へと伸張するように装入した単一の非冷却のステンレス鋼の羽口とを含む、溶融物の表面下に酸素を注入するための羽口アセンブリ、および
溶融物を鋳型に鋳込むための手段、
を含み、
当該方法が、
（２）キャンペインにおける処理工程であって、
（ａ）前記湯だまりにセラミック物質を充填する工程、
（ｂ）キャンペインの間、連続的に前記電極手段に電気を流し、電気アークを生成して、セラミック物質を溶融する工程、
（ｃ）連続的に前記羽口を通じて溶融物の表面下に酸素を注入する工程、
（ｄ）溶融されたセラミック物質を、１つまたはそれ以上の鋳型に鋳込む工程、
（ｅ）キャンペインにおける処理の完了に必要な回数だけ前記の（ａ）から（ｄ）の工程を繰り返す工程、および
（ｆ）前記電極手段に流れる電気を切る工程であって、これにより、前記キャンペインが終了する、ところの工程、
を含む処理工程、
（３）使用された羽口を新しい羽口と交換するために、前記湯だまりの壁から前記羽口アセンブリの前記除去可能な部分を除去し、前記湯だまりの壁を通じて装入した水冷のドリルで湯だまりの中身の一部分を掘り、スカルを通じる湯道に沿って、使用された前記羽口および前記湯だまり内のあらゆる凝固されたセラミック物質を掘り、新しい羽口を装入し、および前記羽口アセンブリの除去可能な部分を再び取り付ける工程、
（４）前記（２）の工程を少なくとも１回繰り返す工程、および
（５）前記（２）の工程を繰り返す都度に前記（２）の工程に続いて前記（３）の工程を行う工程、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、耐火物を製造するための方法に関する。特に、本発明は、耐火物を製造するための溶融鋳造方法に関し、溶融装入物が選鉱剤で処理される方法に関する。
背景技術
レンガ、ブロックのようなさまざまな形状の耐火物は、いくつかの方法により、セラミック物質から製造することができる。例えば、セラミック物質は、高温で焼結させることにより加工することができるし、マトリクス相を通じて、セラミック物質を互いに結合させることもできる。これに代えて、溶融鋳造方法において、最初にセラミック物質は溶解され、所望のサイズおよび形状の鋳型へと鋳込まれ、冷却後に鋳型から耐火物体が取り出される。セラミック物質は、例えばシリカ、アルミナ、ジルコニア、カルシア（calcia）、クロミア（chromia）、マグネシア、アルカリ金属酸化物、クロム鉱、ジルコンおよびこれらの混合物のような酸化物を含む溶融鋳造生成物に適している。
溶融鋳造耐火物を製造する際に、電気アーク炉内でセラミック物質を融解することが工業上の慣例となっているが、他の溶融方法で行うこともできる。電気アーク工程において、アークは電極と溶融物との間に火炎を生じる。セラミック物質を入れるための壁を有し、注ぎ口を備えており頂部の開放された若しくは閉じられた湯だまり、またはとりべに入れられた溶融物の表面または表面の上で、電極は作動する。
溶融鋳造耐火物にはいくつかの用途があるが、特に重要なのは、ガラス工業においてであり、ガラス工業では、このような耐火物は溶融ガラスを入れる炉およびタンクの内張りおよび／または構造材料として使用される。
ガラスの製造において、耐火物の内張りと溶融ガラスとの間の反応は、ガラス中の泡、ストーンおよびその他の欠陥を引き起こしうる。加えて、ガラス溶融物への耐火物から分離したガラス相のしみ出しは、さらに溶融物の汚染を引き起こし、耐火物の早期破損さえも引き起こしうる。
耐火物物質と溶融物との間の化学反応を最小限にしようとする試みは、数十年続いてきた。1960年に、フランス特許第1,208,577号で、溶融鋳造耐火物体の極端な多孔性と、一般的にアーク溶融のための電極として使用されているグラファイトによる酸化溶融物の化学的還元との両方により、上記の効果と逆の効果が促進されることが開示された。さらに、電極が溶融物から離れ、電極と溶融物との間のアーク長が大きくなるようにして電極に火炎を生じさせることにより、溶融鋳造耐火生成物の性質が改良され得るということが開示された。このことは、“高アーク処理”として述べられている。高アークは、電極からの炭素または一酸化炭素により、溶融物中の酸化物の還元を最小限にする。溶融物を通り抜けるアークは、表面をかき混ぜ、耐火生成物の多孔性を低くする。'577号特許は、空気または酸素のような酸化ガス流を、溶融物を通して送ることによってもまた、撹拌が得られることを、広く開示している。
さらに、この方式に沿って、先の'577号特許と譲受人が同じである米国特許第3,079,452号は、溶融物とグラファイト電極との間の反応により生成された一酸化炭素を空気流により除くために、酸化物溶融物上の空気を新しくすることが有益であるということを開示している。空気は、湯出し口のような空気オリフィスまたは脱気孔をもつ湯だまりを備えることにより、誘導することができる。譲受人が同じである英国特許第1,036,893号は、空気が溶融物の表面下に引き入れられ、溶融物が先述の'577号特許において開示されているのとは異なった手段により加熱される湯だまりについて簡単に述べている。米国特許第3,670,061号は、溶融物を加熱するために使用される中空電極を通して誘導された乾燥アルゴン、窒素、または炭酸ガスもまた、生成物の性質を改良することを開示している。
米国特許第3,703,391号は、ガスにより気圧を保つ水冷金属ランスを装入することにより、金属へと酸化ガスを誘導する方法について言及している。この、ランスが全体的に金属の中へと装入され、次に鋳込みの前に除去されるという一般的な技術は、多くの溶融鋳造耐火物の製造で採用され、今でも使われている。しかし、このような水冷ランスを使用すると、シールが破損したり、または溶接に割れ目が入ったり、またはその他の水冷システムの故障が起きた場合に、水が急速に蒸発して2000℃の溶融物へと漏れることにより、爆発が起こる恐れがあるため、処理中に危険要素を導くことになる。
このため、在来のランス技術を使用するならば、たんねんな試験、再試験および安全チェックを行わなくてはならない。391'号特許は、溶融物が成形されてまだ鋳込まれていない後に湯だまりを傾ける時間だけ、溶融物中にガスを注入するために使用される、タップで湯だまりに取り外し可能に係合された水冷ガス注入ミニランスを取り付けることにより、これらの問題を処理している。他の方式として、米国特許第3,868,241号は、溶融物が型の中にそそぎ込まれたときにだけ、溶融物を炭酸ガスと接触させることにより、炭酸ガスを直接溶融物に注入することに関連させて、これらの問題を避けている。
溶融鋳造耐火物を製造するための典型的なキャンペイン（campaign)(又は炉の運転開始から停止までの一期間）では、壁のある湯だまりにセラミック物質を充填し、電気アークを生成（発火）して、セラミック物質を溶解し、溶融物を湯だまりから型または他の形状デバイスへと鋳込み、湯だまりに再びセラミック物質を充填し、新しいセラミック物質を溶解して型へ注ぎ込み、これら工程が続けられる。溶融鋳造耐火物のキャンペインは、典型的には数日または数週間であり、キャンペインでは、本質的には、反復的なバッチ処理が行われる。キャンペインの最後には、典型的には電力を減少させるかまたは切ってしまうが、どちらの場合も、湯だまり内にかなりの量の溶融されたセラミック物質の残りが凝固する。次のキャンペインは、典型的に、再び電気アークを発火させることにより始まり、前回のキャンペインでのセラミックの残りを再溶解させて続く。
発明の開示
選鉱ガスによる溶融鋳造溶融物の処理のための先述の技術の改良は、溶融物が終始有害な酸化還元反応を続けるだろうという事実を記載していない。従来技術において、選鉱ガスによる処理および溶融物の撹拌は、一般的に単一のバッチ処理を通じて連続はしない。
ガス処理の不連続性は、溶融物を注ぐ前に大量のガスで勢いよく処理するために、一部の当業者にとって望ましいように見えるが、これは溶融鋳造生成物において、極端な気孔率を引き起こしうる。最近では当業者は、溶融物からガスの泡を逃がせるよう、ガス処理が終わる時間と、溶融物が鋳込まれる時間との間で電源を切るのを遅らせることにより、このことを補償する。しかし、撹拌による分断により、溶融物のより密度の濃い構成要素が湯だまりの底部に沈殿する傾向があり、不均一な溶融鋳造生成物ができてしまう。
このように、本発明の目的は、従来技術のこれらの欠点を修正することである。この目的を達成するに当たり、水冷ガス装入デバイスを使用せずに、水冷ランスに関連した危険がなく費用がかからないようにして、溶融鋳造生成物を選鉱ガスにより処理することができるのが望ましい。
これらの目的を達成するに当たり、本発明は、単一または複数のバッチ処理工程を含むキャンペインを通じて、溶融されたセラミック物質を、選鉱ガスにより実質的に連続した方法で処理すること、並びにキャンペインの間でガス処理を維持することを含む、溶融鋳造方法の改良を提供する。
好適な実施例において、選鉱ガスは酸化剤であり、そのガスは湯だまりの溶融物の表面下へと伸張している１つまたはそれ以上の羽口により、溶融物へと運搬される。還元剤からの一定の保護に加えて、本発明は、鋳込み工程を含むそれぞれのバッチ処理を通して、溶融物の連続的で調整可能な撹拌を提供する。本発明において、溶融物鋳込み工程の間においてさえ、電気アークは絶えず電気を流されていることが可能であり（必ずしも必要ないではないが）、このことにより溶融物を比較的均一な温度に保つ。アークはまた、注入されたガスにより与えられる撹拌を増大させる。
撹拌は、溶融物の化学組成および温度の均一性を改良し、キャンペインの間における溶融物プールの底部へのより濃い成分の沈降量を大きく減少させ、鋳込まれた溶融物中の組成物および温度の変動性を減少させる。電源を入れて鋳込み、連続的に撹拌すると、電源を切ったときよりも高い溶融温度が得られる。この工程において使用されるガスの溶解性は、一般的に高温の方が低いため、より高い温度が望ましい。溶融物中の残留ガスは、低密度およびしみだし傾向の増加のような、鋳造耐火物の望ましくない性質を引き起こす。しかし、鋳込みの間に電源を入れていても、連続的なガス注入およびその結果としての撹拌がないと、溶融物の温度は非常に高くなってしまい、鋳型を製造するのに典型的に使用されている有機結合剤が気体反応生成物へと分解されてしまい、やはり鋳造耐火物の密度の減少およびしみだし傾向を導く。
羽口は比較的単純でコストが低いため、キャンペインを通じて実質的に連続した方法でガスにより溶融鋳造物を処理すると同時に、ガス注入を維持することが可能になる。電力を減少させるか、または遮ってしまうことによって湯だまりに大量の溶融物の凝固を引き起こしてキャンペインを終えると、羽口の周りで残留溶融物が凝固し得るため、キャンペインの間でガス注入を維持することが必要である。残留溶融物の凝固は羽口を固定してしまい、次のキャンペインの開始時に、その羽口を再使用するのを妨げる。
本発明および本発明が行うことのできる方法および手段を含む本発明は、好適実施例を図示した図面および発明の詳細な説明により明らかになる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明で使用された好適な羽口アセンブリの平面図である。
図２は、図１の羽口アセンブリの側面図であって、本発明の実施に使用された炉の一部分と組み合わせたもので、炉は点線と断面で示されている。
図３は、バッチ処理工程のある段階の、電気の流れている本発明の溶融鋳造耐火物炉の図式的な側面図であり、部分的に断面図になっている。
図４は、図３の同様の図であるが、図３より後の段階のバッチ処理工程の図である。
発明を実施するための最良の形態
本発明の方法は、キャンペインを通して、溶融鋳造炉内において、選鉱剤で溶融物を連続的に処理するための手段、およびキャンペインの間で処理を維持するための手段を提供する。ガス以外の選鉱剤を使用することもできるが、本発明において使用されている選鉱剤は、ガスである。本発明に従って、例えばアルゴン、窒素などの（参照例として米国特許第3,670,061号）酸化ガス以外の選鉱ガスを使用することができるが、酸化ガスを使用するのが好適である。さまざまな酸化ガスの間でも、空気、酸素、一酸化二窒素、炭酸ガスおよびこれらの混合物から選択されたガスが良好な結果を与えることが知られており、好適である。これらの酸化ガスの間で、酸素はそのコスト効果のために、特に魅力的である。
溶融物へのガスの連続的な注入を容易に達成するために、従来技術ですでに良く知られているランスを利用することができる。例えば、好適には冷却に関連した妨げのないランスのようなものを、ガスの泡の発散が望ましい表面下、例えば、ガスの泡に関連した撹拌が最も効果的な地点にまで、溶融物の表面を通して装入することができる。
しかし、本発明に従うと、溶融物へのガスの連続的な注入は、湯だまりまたはとりべの壁を通して好適に装入されることにより、従来技術において一般に使用されている“ランス”から有効に区別されている、少なくとも１つの適当に設計された羽口を注入器として使用することにより、好適に達成される。歴史的には、羽口は、例えば炉床または高炉のような炉に、ガス流を通して送り込むデバイスである。羽口が適合しなくてはならない炉、注入されるガスのタイプ、羽口と接触する媒質の性質、その温度などにより、羽口は無数の異なった設計で製造することができる。
羽口は、溶融物を含んだ湯だまりの壁のどこを通しても装入することができるが、溶融物の表面下に装入するのが好適である。多くの場合、単一の羽口で十分だが、容量の大きな湯だまり、または例えば溶融物中に１種類以上のガスを装入したいときに、効果的に複数の羽口を使用することができる。羽口を装入するのに好適な場所は、投影した電極トライアングル（つまり、セラミック物質を溶融するために一般的に利用されている３つの電極の先端を仮想的に結合させることにより形成されるトライアングルを、溶融物を通して下方向に投影させた領域）内にガスを注入するために、湯だまりの底部または底部付近である。
羽口がそのように湯だまりへと装入され、多量の溶融物が凝固し、キャンペインの終了の信号が送られると、羽口はセラミック物質中で凍結する。このことは、羽口の破損を引き起こしうる。例えば、セラミック物質が再溶解した場合、次のキャンペインの開始の際に、羽口を通るガス流は非常にしばしば再生することができない。結果として、キャンペインの間にガスの注入を維持するための手段を提供し、それにより連続したキャンペインの間は、ガスが連続的に注入されることを確実にすることが望ましいということがわかってきた。
ガス注入をキャンペインの間に維持することができる方法はいくつかある。例えば、羽口は耐火金属（以下に挙げる）を含むことができる。適切に設計することで、このような羽口はセラミック物質中で凍結することがなく、広がっているスカルの上に羽口オリフィスが突出している限り、もし電源が切れていても、羽口からのガス流は何回ものキャンペインの間、十分に再生することができる。しかし、耐火金属でつくられた羽口は非常に高価である。
これに代えて、単に炉を“緩速運転”すること、つまり溶融されたセラミック物質のプールを最小化するように電力を減少させて羽口および最小化されたプールを通してガス流を送り続けることによっても、キャンペインの間にガス注入を維持することができる。その他の場合、特に羽口が容易に手に入り、比較的安価ならば、電源を切ることによりキャンペインを終了させ、湯だまり内で溶融物を凝固させ、キャンペインとキャンペインの間で羽口を取り替えることが適している。キャンペインの間でガス注入を維持するための後の方の技術は、後に詳述する。キャンペインの間での羽口の交換は、次のキャンペインのためにガス注入を再生するのを確実にするので、好適である。
羽口が適切に設計され、適切な場所で湯だまりの壁を通して装入されたなら、羽口のための冷却をする必要がないことがわかっている。しかし、特別な複雑性および費用は別として、必要ならば羽口の冷却を排除するわけでなく、そのような羽口の設計は当業者の技術力によるものである。冷却が必要でも、先述の理由より、水は伝熱媒質としては避けられるのが好適である。水ではなく、好適には羽口の作動温度において流体であるその他の伝熱媒質を利用することができるし、蒸気圧または選択された流体の反応性により必要とされるならば、閉鎖されて気圧を保たれたシステムをつくることができる。適当な伝熱媒質は、例えば溶融アルミニウム、ビスマス、ホウ素、セリウム、コバルト、銅、ゲルマニウム、ランタン、マンガン、ニッケル、ケイ素、スズおよびこれらの混合物を含む。
羽口の設計の特定は重要ではなく、多くの異なった設計が効果的であることは、当業者には明らかである。本発明において使用するためのハードウェアへの取り付けに関して好適な羽口が、図１および図２に示されている。この羽口は、非常に基本的な設計であり、比較的安価な物質により構成され、それぞれのキャンペインの後に捨てて必要ならば次のキャンペインのために新しい羽口と取り替えることができる。これに代えて、耐火金属で構成すると、この設計の羽口は、何回ものキャンペインで使用することができる。
図に、羽口アセンブリ10が、湯だまりの壁31を通して相補的な通路と取り外し可能なように組み合わせるために、その一端にネジ山20を備えている湯だまりパイプ19を含むものが示されている。湯だまりパイプ１９は、そのもう一方の端部が湯だまりフランジ15に溶接されている。装入パイプ13が、溶接部14により、運搬チューブ11に接合され、内径が装入パイプ13の外径よりも大きい湯だまりパイプ19を通って伸張している。装入パイプ13は、羽口フランジ16に溶接され、テールパイプ17で終わっている。羽口フランジ16は、ボルト／ナットの組み合わせである締結装置18によって、湯だまりフランジ15に取り外し可能なように連結されている。選鉱ガスは、テールパイプ17へと送られる。
選鉱ガスは運搬チューブ11のオリフィス12のところから出ていき、オリフィス12は後述のように、耐火物の残りまたはスカル34の表面39の上、または表面39にあることに目すべきである。作動中、テールパイプ17はガス圧を調整する手段を含んだガスハンドリング装置のソースと連結されているが、これは簡易化のために示されておらず、当業者に周知のものである。
羽口アセンブリは、多くの異なった物質およびその組み合わせから構成することができる。例えば、アルミナのようなセラミックおよびステンレス鋼のような金属、またはモリブデン、イリジウム、ニオブ、オスミウム、レニウム、タンタルおよびタングステンのような耐火金属、並びにこれらの混合物を使用することができる。これらの物質の中で、３００シリーズステンレス鋼のようなステンレス鋼が最も安価なため、好適である。運搬チューブ11が商業的に入手可能なミクロチューブから構成されると、運搬チューブ11のオリフィス12とスカルの表面39との間の部分は、通常キャンペインの間に消費され、そのため運搬チューブ11は表面39のところで終わって、オリフィス12は表面39のところに位置する。装入パイプ13にもステンレス鋼を使用するのが最も便利で費用効果があるが、これらおよび他の物質の選択は重要ではない。所望するならば、付加的な羽口を構成し、湯だまりの壁31を通して装入することができることは明らかである。
ガス流の速度は、システムの形状寸法、溶融物の性質および使用するガスを考慮して、ソースのところで調節することができる。溶融物の十分な処理は、ガス流の速度の範囲全体に渡って達成することができる。
羽口アセンブリ10を湯だまりの壁31内に配置する手段の特定の性質は重要ではないが、羽口アセンブリが容易に取り外し、取り替えできるようにマウントを設計することが好適である。図２は、後述のようにこのことを行うことができる１つの方法を図示している。
溶融鋳造キャンペインの最後のバッチ処理工程は、一般的に、最終溶融物を湯だまりから１つまたはそれ以上の型に鋳込み、次に電源を切り替え、ガス流を切ることにより、多量（全部でも良い）の溶融物を湯だまり内で凝固させることで終了する。オリフィス12がセラミック物質の表面下にあるなら、一般的にこの動作によりオリフィス12に栓がされる。これに代えて、後述のようにキャンペインの間、ガス流を残して単に炉を緩速運転してもよい。
運搬チューブ11のオリフィス12に栓がされると、次のキャンペインの前に、締結装置18を取り外した後に羽口フランジ16を回転させることにより、装入パイプ13をひねることができる。このことは一般的に、特に運搬チューブ11がステンレス鋼ミクロチューブで構成されているならば、溶接部14のところで装入パイプ13から運搬チューブ11を外すことになる。次に、装入パイプ13および運搬チューブ11の残りすべてが湯だまりから引き上げられる。装入パイプ13および引き上げられた構成要素の残りは、必要な再調整をされ、再使用される。
スカル34を通して湯だまりの壁31に結果としてできた穴から続く湯道は、次に、好適には第一に、湯だまりの壁31から湯だまりパイプ19および溶接された湯だまりフランジ15を取り外すことにより掘られる。装入パイプ13および運搬チューブ11を囲んだスカルまたは湯だまりの打ち張りの少なくとも一部が耐火物タイルのかけらで構成されているならば、これは比較的容易に行うことができる。このタイプの打ち張りは、一連のキャンペインの間溶融せず、そのため装入パイプ13と運搬チューブ11の湯道は、１回のキャンペインから次のキャンペインへ、実質的に保持される。耐火物スカルを掘るために、水冷の、選択的にダイヤモンド付け刃のドリルを使用することも効果的にできる。スカルが先のキャンペインから熱いままなら、冷却水はスカルと接触すると蒸発する。
次に運搬チューブ11をもつ新しい装入パイプ13が装入され、セラミック物質が湯だまりに添加され、電源が入れられる。もちろん、運搬チューブ11が先のキャンペインで凝固した装入物により栓をされなければ、羽口アセンブリはそのままそこに残されて再使用される。こういったことは、羽口が耐火金属を含んでいる場合、特に運搬チューブ11がスカル34上に突出している場合に起こりうる。
図３および図４は、炉30内で行われる典型的な溶融鋳造耐火物バッチ処理工程の間の本発明の適用を図示している。炉はリム33を備えているが、完全な覆いは必要ない。炉30は当業者には周知のタイプのものであり、湯だまりのための冷却剤、電極32のための吊り下げアセンブリなどのような、湯だまりのさまざまな構成要素は、簡略化のため省略されている。電源は一般的に３つの電極をもつ３相交流であり、図３および図４では、１つは他のものに隠れて見えない。好適には、電極は独立して吊り下げられ、溶融物表面36に関するそれらの縦方向の位置は、相から相への一定の電流を保つために、自動的に調整される。
炉30は、少なくとも１つのガス運搬チューブ11のオリフィス12が生成される溶融物の表面下にあれば、単一の羽口または複数の羽口がその場所において湯だまりの壁31を入るようにも設計することができる。このことは、図３および図４で示したように、羽口アセンブリ10を湯だまり31の底部または底部付近に配置することにより好適に行われる。つまり、羽口アセンブリ10のガス運搬チューブ11および装入パイプ13は、図２に示したように、湯だまりの底部のところで湯だまりの壁31およびスカル34を通って通じている。しかし、羽口は、湯だまりの側部または頂部、もしあるなら覆いを通って誘導され、ガスオリフィス12もそのように配置するのが適当である。
適所に羽口アセンブリ10を配置し、図３に示したように炉30がまっすぐにされ、スカル34のちょうど上の湯だまり空間への選鉱ガスの送りこみが始まることにより、キャンペインの第一のバッチ処理工程が開始され、電気アークを生じさせるために電極32が励起され、所望のセラミック物質が湯だまりに添加されるが、所望するのならセラミックパウダーが添加された後に、最初の２つの動作のうちの一方またはもう一方または両方を行うことができる。湯だまり内の装入物が溶融され、溶融工程およびそれ以降の全体に渡って、溶融物35へのガス流が保持され、それによりガスで溶融物35が撹拌され、処理される。この工程の間、図３および図４に概略を示したように、入ってくるガス流は溶融物の回転／撹拌効果を引き起こす。
湯だまり内の装入物が溶融された後、湯だまりは図４に示したように傾けられ（使用される手段は図示せず）、溶融物は湯だし口37に入り、口38から所望のサイズおよび形状の鋳型またはその他の形状デバイス（図示せず）へと流出する。この一連の工程全体の間、羽口アセンブリ10からのガス流は、実質的に維持され、電極32に対する電力は、所望のように、入れたままでも切ってもよい。鋳混みが完成すると湯だまりは直立させられ、湯だまり内のあらゆる残留溶融物はガスで処理され続ける。キャンペインは単一のバッチ処理工程でもよいが、湯だまり内へ追加のセラミック物質が入れられると、次のキャンペインが開始される。これらの加工工程は、キャンペインを完了させるのに必要な回数だけ反復され、羽口アセンブリ10を通るガスと好適には電源とは、キャンペインを通じて維持される。キャンペインの最後に、ガスおよび電源を切ることもできるし、または電力を減少させて“緩速運転”することもできるが、羽口の周りに少量の液体のプールを保持し、選択的にキャンペインの間にガス注入を維持するようにガス流を送り続けることができる。
産業上の利用性
本発明の実施は、次の例にさらに詳しく図示されており、図１は、本発明の方法を使用して実施されたアルミナ／ジルコニア／シリカ耐火生成物の製造のための一連の２つのキャンペインでなされるものであり、ガス注入はキャンペインとキャンペインの間、羽口を取り替えることにより維持されている。先の説明より、所望するならば、その他の手段によりガス注入を保持することができることは明らかである。例２および例３は、同じ耐火物の製造のためのキャンペインだが、従来技術の方法および装置を使用したものを図示している。
３つの実験の結果は表ＩからＩＶに示されており、これらには、それぞれのキャンペインの個々のバッチ処理工程からのデータが含まれている。表ＩおよびＩＩは、溶融温度および組成物の均一性の比較を示しており、表ＩＩＩおよびＩＶはそれぞれ、溶融鋳造耐火物の酸化レベルおよびしみ出し傾向の比較を示している。
表Ｉに示された溶融温度は、鋳型へと鋳込まれた溶融物流に直接高温計を使用して計測した。バッチ処理工程からバッチ処理工程の間と、与えられたバッチ処理での鋳込みの間には、比較的高温で、特に、均一な溶融温度が所望される。
各キャンペインでの何回かのバッチ処理での鋳込みの間に得られた個々の試験コーンのジルコニア含有量が、表ＩＩに示されている。それぞれの場合において、コーンのジルコニア含有量は当業者に良く知られた方法により決定される。キャンペイン毎に変化なく、ジルコニア含有量が均一であることが望ましい。
表ＩＩＩに提示されたデータは、各キャンペインでの何回かのバッチ処理での鋳込みの間に得られたサンプルコーン内のセラミック物質の酸化の状態の計測である。コーンの色は、段階１のグレー（酸化されていない）から、段階１０のクリーム色（完全に酸化されている）に分類された、一連の基準色コーンと比較された。一つのキャンペインの鋳込みから得られた段階は、提示されている段階を得るために平均された。このテストでは、高い値が望ましい。
表ＩＶに示されたしみ出し率を得るために、例えばASTM C1223-92のような、標準的な方法が利用される。この方法は、ガラス相のしみ出しによる基準サンプルのパーセント体積の増加を計測する。このテストにおいては、より小さい値が望ましい。
例１
本発明に従ったキャンペイン
直径3.05ｍ（10フィート）の頂部の開いた湯だまりを含み、湯だし口および湯口、湯だまり冷却装置および傾斜装置、および在来のアーク炉トランスにより電源が入れられる３つのグラファイト電極のための吊り下げアセンブリを備え、電極がそれぞれ吊り下げられ、それらの縦方向の位置は、一定の電流フェーズ−フェーズを保つために自動的に調整される、溶融鋳造炉が使用される。図１から４に図示したように、湯だまりは新しいステンレス鋼の羽口を含む。酸素ガスのソースは羽口アセンブリに連結され、羽口を通した酸素の流れは、（1.25SCFM）3.54×10-2ｍ3／分の速度で始まり、この速度はキャンペインを通じて保たれる。
湯だまりは、次にアルミナ、ジルコニアおよびシリカを含んだセラミック物質でバッチ処理中に充填される。次に電源が入れられ、セラミック物質が溶融される。約１時間後、鋳込みの間に残っている電力で、第一の鋳込みがされ、湯だまりが再びセラミック物質で充填され、溶融され、鋳込まれる。キャンペインの間、“電源を入れて”鋳込みがつくられ、新しいバッチ処理が毎時間開始された。５日間のキャンペイン終了後、電源および酸素ガスが切られ、それにより溶融物が湯だまり内でスカルへと凝固する。
先述のキャンペインが終了した２日後、装入パイプ13はスパナで少し回され、使用された羽口の構成要素が、湯だまりの壁の穴を通して湯だまりから除去（又は取り外）される。次に、穴を通して空気ドリルが湯だまり内に連結され、スカルを通してはっきりした湯道が完全にあけられる。所望の長さおよび直径の新しい羽口が湯だまりの壁の穴へと装入され、図に示したように固定される。
次のキャンペインは、湯だまりにアルミナ、ジルコニアおよびシリカを含むセラミック物質を充填することにより開始される。キャンペインが完了するまで、アークを発火させるために電源が入れられ、セラミック物質が溶融し、溶融物が鋳型へと鋳込まれ、湯だまりが再充填されるというように続く。
例２
水冷ランスを使用したキャンペイン
例１で述べたような溶融鋳造炉が利用されるが、この炉には酸素注入のための羽口アセンブリが湯だまりに備わっておらず、代わりに湯だまりの頂部から、溶融物へと装入することのできる水中に沈められる水冷銅ランスを備えている。炉は、例１で使用したものと同じセラミック物質で充填され、１時間続くバッチ処理中で、セラミック物質は同じように溶融され、鋳込まれ、そして湯だまりが再充填されるというように続く。しかし、この実験においては、それぞれの溶融物サイクルの最後に電源が切られ、ランスは次に溶融物中に装入されるだけで、酸素はランスを通して、ほぼ４分間、（15 SCFM）4.25×10-1ｍ3／分の速度で溶融物中に注入される。ランスが抽出された後、溶融物は２〜３分間ガス抜きをされ、次に鋳込まれる。
例３
酸素処理しないキャンペイン
例１および２で述べたような炉が利用され、キャンペインの間の１時間のバッチ処理サイクルで、同じセラミック物質が同量使用された。しかし、この実験では、溶融物を酸素処理せず、鋳込みは電源を切って行われた。
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本発明を特定の実施例によって図示してきたが、本発明はこれらの実施例によって制限されるものではなく、請求の範囲によってその範囲が定まる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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