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課題

溝内の溶融金属による化学的攻撃耐性があり、製造プラントで用いられた場合に割れの発生を防止できる溝内張りを有する溝型誘導子の提供。

解決手段

溝型誘導炉の溝型誘導子であり、溝型誘導子は、(a)溝内張りと、(b)溝型誘導炉の加熱、乾燥または操業している間に、溝内張りの一体性が損なわれないように溝内張りを支持する支持内張りと、を含み、溝内張り材料と溶融金属との間で化学反応があり、化学反応が溝内張り内により密度の高い相の形成をもたらすよう、溝内張りの材料が選択される、溝型誘導子。

概要

背景

溝型誘導炉は、金属(この用語は、金属合金を含む)を溶融し、その金属を溶融状態に維持する産業において用いられる。例えば、溝型誘導炉は、Zn含有合金およびAl含有合金(Al/Zn含有合金を含む)を溶融し、その合金を溶融状態に維持するための亜鉛メッキ産業および鋳造産業において用いられる。

既知の溝型誘導炉は、(a)鋼製外殻(a steel shell)と、(b)外殻の内部の、アルミノケイ酸塩等の耐熱材料内張りと、(c)耐熱材料で内張りされている外殻により規定される、溶融金属の槽(bath)を含むためのポット(または、a pot)と、(d)外殻に接続され、かつ耐熱材で内張りされた外殻の中を通って溝型誘導子内の入口(inlet)まで延在しているスロート(a throat)を介して、ポットと流体連結された、金属を加熱するための1つまたは1つ以上の溝型誘導子と、を含む。

溝型誘導子は、(i)鋼殻と、(ii)アルミノケイ酸塩等の耐熱材料の内張りと、(iii)溝を通ってポットから流れ、そしてポット中に戻る溶融金属のための通路を形成し、耐熱材で内張りされた外殻により規定されたチャネル(または溝、channel)と、(iv)電磁場を発生される電磁コイルとを含む。溝型誘導炉を操業している間の任意の所定時間に、溝型誘導子の溝内の溶融金属は、変圧器二次回路(a secondary circuit of a transformer)になり、電磁場によって励起された電流によって加熱され、溶融状態を維持する。溝型誘導子は、溝型誘導炉の外殻上にボルト締めされたアセンブリである。内張りを形成する耐熱材料は、さまざまな特定の機械的要求、断熱要求、および溶融金属による化学攻撃への耐性に対応するように選択される。これらの要求は、異なる材料特性を必要にするという意味において、ある程度は矛盾する要求であり、従って、耐熱材料の選択を妥協する傾向にある。

溝型誘導子は、Zn含有合金およびAl含有合金等の溶融金属に曝される場合には、寿命が限られており、典型的には以下の態様に当てはまる

加熱、乾燥または操業している間、耐熱材料、とりわけ、溝型誘導子の中央平面(central plane)に沿った耐熱材料の割れ、そしてそれに続く、割れを拡大する割れ中へのZn及び/又はAl金属又はZn蒸気浸食(または浸透侵入、貫通、penetration)、最終的には溝型誘導子からの金属の漏れという結果になる。

さらに、Al含有合金の場合には、Alによる耐熱材中のSiO2の還元により、耐熱材料の容積の減少と、耐熱材料の浸食および/またはスポーリング(または剥離、spalling)を伴う、Al2O3およびSiを形成する。

さらに、溝内のコランダム成長物(corundum growth)の付着による遮断(blocking)を伴い、これは変化した耐熱材の欠片または主要な領域が溝に入る予溶融するためのポットからのドロスにより構成される。

典型的には、Al含有合金内における溝型誘導子の寿命は6〜24ヶ月であり、金属被覆ライン(metal coating line)を休業する(shut-down)主要な理由の1つである。

出願人は、大きな信頼度を有する、より具体的には、割れにより機能しなくなる傾向が少ない、新しい誘導子を開発している。

新しい誘導子は、本出願人らの名前で、国際公開WO2011/120079に記載されている。

国際公開に記載され主張される溝型誘導子は、
(a)溝内の溶融金属による化学的攻撃に耐性があり、かつ溶融金属と直接接触する溝型誘導子の唯一の材料である耐熱材料から形成される、溝内張りと、
(b)溝型誘導炉の加熱、乾燥または操業中に、溝内張りの一体性が低下しないように、溝内張りを支持し、かつ断熱材特性および機械的強度特性に最適な耐熱材料から形成される支持内張り(back-up liner)と、を含む。

国際公開の発明に係る溝内張りおよび支持内張りから作られた溝型誘導子は、鉄ストリップをZincalume(商標登録)溶融金属で被覆するための、本出願人の製造プラントで用いられた場合、割れを伴う問題を有することが発見された。

本出願人は、割れの原因を調査し、その調査において本発明は作られた。

上述の議論は、オーストラリアその他における共通の一般知識の供述になることが意図していない。

概要

溝内の溶融金属による化学的攻撃に耐性があり、製造プラントで用いられた場合に割れの発生を防止できる溝内張りを有する溝型誘導子の提供。溝型誘導炉の溝型誘導子であり、溝型誘導子は、(a)溝内張りと、(b)溝型誘導炉の加熱、乾燥または操業している間に、溝内張りの一体性が損なわれないように溝内張りを支持する支持内張りと、を含み、溝内張り材料と溶融金属との間で化学反応があり、化学反応が溝内張り内により密度の高い相の形成をもたらすよう、溝内張りの材料が選択される、溝型誘導子。

目的

従って、材料の選択は、適当な焼結特性および溶融金属による攻撃に対する耐性を有する材料の選択が、最も重視すべき課題である

効果

実績

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請求項1

(a)溝内張りと、(b)溝型誘導炉の加熱、乾燥または操業の間に、前記溝内張りの一体性が損なわれないように前記溝内張りを支持する支持内張りと、を含むことを特徴とする、溝型誘導炉の溝型誘導子

請求項2

前記溝内張りの材料と前記炉内の溶融金属との間で化学反応があり、前記溝内張りが、溶融金属による浸食に対してより耐性を有し、かつ溝の閉塞物発達に対してより耐性を有するようになるように、前記溝内張りの前記材料が選択されることを特徴とする、請求項1に記載の溝型誘導子。

請求項3

前記化学反応が、前記溝内張り内により密度の高い相の形成をもたらすことを特徴とする、請求項2に記載の溝型誘導子。

請求項4

前記溶融金属が、ナトリウムを含むAl/Zn含有合金である場合に、前記溝内張りの前記材料が、炭化ケイ素などの、ケイ素源を含むことを特徴とする、請求項2または3に記載の溝型誘導子。

請求項5

前記支持内張りの材料が、前記溝内張りの膨張および移動による応力を吸収することができるように選択されることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の溝型誘導子。

請求項6

前記支持内張りのための前記材料の選択が、熱応力による割れに対する耐性がある材料を選択することも含むことを特徴とする、請求項5に記載の溝型誘導子。

請求項7

前記支持内張りの前記材料が乾燥振動材料であるであることを特徴とする、請求項5または6に記載の溝型誘導子。

請求項8

前記支持内張りの前記材料が、鋼繊維等の金属繊維補強を有し、または有しなくてもよい、アルミノケイ酸塩耐熱複合材料であることを特徴とする、請求項5〜7のいずれかに記載の溝型誘導子。

請求項9

前記複合材料の前記耐熱材料の成分が、60〜95重量%のアルミナを含むことを特徴とする、請求項8に記載の溝型誘導子。

請求項10

前記複合材料の前記耐熱材料の成分が、60〜70重量%のアルミナと、20〜35重量%のシリカとを含むことを特徴とする、請求項8に記載の溝型誘導子。

請求項11

前記溝内張りが、一つのU字形状であるチャネルを備える細長ユニット(「シングルループ誘導子」)であることを特徴とする、請求項1〜10のいずれかに記載の溝型誘導子。

請求項12

前記溝内張りが、二つのU字形状であるチャネルを備える細長いユニットであることを特徴とする、請求項1〜10のいずれかに記載の溝型誘導子。

請求項13

(a)鋼製外殻と、(b)前記外殻の内部の、耐熱材料の内張りと、(c)前記耐熱材料で内張りされた外殻により規定される、溶融金属の溜まりを含むためのポットと、(d)請求項1〜12のいずれかに記載され、かつ前記外殻に接続され、前記外殻および前記耐熱材料の内張りを通って前記溝型誘導子内の入口まで延在しているスロートを介して前記ポットと流体連通している、1つまたは1つ以上の、金属を加熱するための溝型誘導子と、を含むことを特徴とする溝型誘導炉。

技術分野

0001

本発明は、溝型誘導炉溝型誘導子(またはチャネルインダクター、channel inductor)に関する。

0002

とりわけ、本発明は溝型誘導子の溝内張り(またはチャネルライナー、channel liner)に関する。

0003

本発明はまた、溝型誘導炉に関する。

背景技術

0004

溝型誘導炉は、金属(この用語は、金属合金を含む)を溶融し、その金属を溶融状態に維持する産業において用いられる。例えば、溝型誘導炉は、Zn含有合金およびAl含有合金(Al/Zn含有合金を含む)を溶融し、その合金を溶融状態に維持するための亜鉛メッキ産業および鋳造産業において用いられる。

0005

既知の溝型誘導炉は、(a)鋼製外殻(a steel shell)と、(b)外殻の内部の、アルミノケイ酸塩等の耐熱材料内張りと、(c)耐熱材料で内張りされている外殻により規定される、溶融金属の槽(bath)を含むためのポット(または、a pot)と、(d)外殻に接続され、かつ耐熱材で内張りされた外殻の中を通って溝型誘導子内の入口(inlet)まで延在しているスロート(a throat)を介して、ポットと流体連結された、金属を加熱するための1つまたは1つ以上の溝型誘導子と、を含む。

0006

溝型誘導子は、(i)鋼殻と、(ii)アルミノケイ酸塩等の耐熱材料の内張りと、(iii)溝を通ってポットから流れ、そしてポット中に戻る溶融金属のための通路を形成し、耐熱材で内張りされた外殻により規定されたチャネル(または溝、channel)と、(iv)電磁場を発生される電磁コイルとを含む。溝型誘導炉を操業している間の任意の所定時間に、溝型誘導子の溝内の溶融金属は、変圧器二次回路(a secondary circuit of a transformer)になり、電磁場によって励起された電流によって加熱され、溶融状態を維持する。溝型誘導子は、溝型誘導炉の外殻上にボルト締めされたアセンブリである。内張りを形成する耐熱材料は、さまざまな特定の機械的要求、断熱要求、および溶融金属による化学攻撃への耐性に対応するように選択される。これらの要求は、異なる材料特性を必要にするという意味において、ある程度は矛盾する要求であり、従って、耐熱材料の選択を妥協する傾向にある。

0007

溝型誘導子は、Zn含有合金およびAl含有合金等の溶融金属に曝される場合には、寿命が限られており、典型的には以下の態様に当てはまる

0008

加熱、乾燥または操業している間、耐熱材料、とりわけ、溝型誘導子の中央平面(central plane)に沿った耐熱材料の割れ、そしてそれに続く、割れを拡大する割れ中へのZn及び/又はAl金属又はZn蒸気浸食(または浸透侵入、貫通、penetration)、最終的には溝型誘導子からの金属の漏れという結果になる。

0009

さらに、Al含有合金の場合には、Alによる耐熱材中のSiO2の還元により、耐熱材料の容積の減少と、耐熱材料の浸食および/またはスポーリング(または剥離、spalling)を伴う、Al2O3およびSiを形成する。

0010

さらに、溝内のコランダム成長物(corundum growth)の付着による遮断(blocking)を伴い、これは変化した耐熱材の欠片または主要な領域が溝に入る予溶融するためのポットからのドロスにより構成される。

0011

典型的には、Al含有合金内における溝型誘導子の寿命は6〜24ヶ月であり、金属被覆ライン(metal coating line)を休業する(shut-down)主要な理由の1つである。

0012

出願人は、大きな信頼度を有する、より具体的には、割れにより機能しなくなる傾向が少ない、新しい誘導子を開発している。

0013

新しい誘導子は、本出願人らの名前で、国際公開WO2011/120079に記載されている。

0014

国際公開に記載され主張される溝型誘導子は、
(a)溝内の溶融金属による化学的攻撃に耐性があり、かつ溶融金属と直接接触する溝型誘導子の唯一の材料である耐熱材料から形成される、溝内張りと、
(b)溝型誘導炉の加熱、乾燥または操業中に、溝内張りの一体性が低下しないように、溝内張りを支持し、かつ断熱材特性および機械的強度特性に最適な耐熱材料から形成される支持内張り(back-up liner)と、を含む。

0015

国際公開の発明に係る溝内張りおよび支持内張りから作られた溝型誘導子は、鉄ストリップをZincalume(商標登録)溶融金属で被覆するための、本出願人の製造プラントで用いられた場合、割れを伴う問題を有することが発見された。

0016

本出願人は、割れの原因を調査し、その調査において本発明は作られた。

0017

上述の議論は、オーストラリアその他における共通の一般知識の供述になることが意図していない。

0018

本出願人らは、出願人の製造プラントで用いられた国際公開の発明に従って作られた溝型誘導子に対して事後検討を行い、以下の所見を得た。これらは本発明の本質である。

0019

1.耐熱材料と炉内の溶融金属との間で化学反応があり、その結果、溝内張りが溶融金属による浸食に対してより耐性を有するようになり、かつチャネル内で成長する閉塞物(blockage)に対してより耐性を有するようになるように、溝内張りの耐熱材料を選択するのに有益である。典型的には、化学反応は、溝内張り内により密度の高い相(a denser phase)形成をもたらす。典型的には、溶融金属がナトリウムを含むAl/Zn含有合金である場合は、原材料はコランダムの鉱物ブレンドされた炭化ケイ素を含む。ナトリウムは、化学反応のための触媒として機能してもよい。

0020

2.溝内張りの膨張および移動による応力を吸収することができるように、支持内張りの材料を選択するのに有益である。典型的に、当該材料の選択は、あらゆる操業温度範囲で熱応力による耐割れ性能を示し、支持内張りに達するかもしれない合金とのある反応に対する耐性を有する材料を選択することを含む。従って、材料の選択は、適当な焼結特性および溶融金属による攻撃に対する耐性を有する材料の選択が、最も重視すべき課題である。典型的には、材料は、Allied Minerals Products, Incにより製造され販売されているDri−Vibe(商標登録)複合材料等の、乾燥振動材料(またはドライブラトリー材料、dry vibratory material)であってもよく、例えば、同社の名前でEP1603850に記載されている。典型的には、Dri−Vibe(商標登録)材料は金属繊維であってもよく、典型的には、金属繊維の強化型アルミノケイ酸塩の耐熱性の複合材料(metal fibre reinforced aluminosilicate refractory composite materials)を含み、複合材料の耐熱材料成分は、60−95重量%、好ましくは60−70重量%のアルミナと、20−35重量%のシリカとを含む。

0021

広義の意味で、本発明は、溝型誘導炉の溝型誘導子を提供し、溝型誘導子は、(a)溝内張りと、(b)溝型誘導炉の加熱、乾燥または操業中に、溝内張りの一体性(または健全性完全性、integrity)が損なわれないように溝内張りを支持する支持内張りと、を含む。

0022

上述した項目1との関連において、材料と炉内の溶融金属との間で化学反応があり、その結果、溝内張りが、溶融金属による浸食に対してより耐性を有するようになり、かつチャネル内でのコランダムの成長による閉塞物の発達に対してより耐性を有するようになるように、溝内張りの材料は選択されてもよい。材料は、項目1に記載されるように別のものであってもよい。

0023

上述した項目2との関連において、溝内張りの膨張および移動による応力を吸収することができるように、支持内張りの材料が選択されてもよい。材料は、項目2に記載されるように別のものであってもよい。

0024

溝内張りは、任意の適切な形状であってもよい。

0025

溝内張りは、一つのU字形状であるチャネルを備える細長ユニット(“シングルループの誘導子(single loop inductor)”)であってもよい。より具体的には、チャネルは、チャネルのベースから延在する2つのアームを含んでもよく、チャネルの一方のアームの一端に溶融金属入口を備え、チャネルの他方のアームの一端に溶融金属出口を備えてもよく、それにより、溶融金属は、一方のアームを通ってベースへ流れることができ、ベースを通って他方のアームへ流れることができ、そして他方のアームに沿って流れることができる。

0026

溝内張りは、二つのU字形状であるチャネルを有する細長いユニットであってもよい。より具体的には、チャネルは、複数のアームを相互接続するチャネルのベースから延在する3つのアームを含んでもよく、チャネルの中央のアームの一端に溶融金属入口を備え、チャネルの外側のアームの一端に溶融金属出口を備えてもよく、それにより、溶融金属は、内側のアームを通ってベースへ流れることができ、ベースを通って外側のアームに向かって外側に流れることができ、そして外側のアームに沿って流れることができる。

0027

溝内張りは、上壁を有してもよく、上壁内に形成された入口および出口を備えてもよく、上壁から外側に延在する取付けフランジを備えてもよい。

0028

溝内張りは、上壁の周囲から延在する側壁を含んでもよく、側壁の上縁から外側に延在している取付けフランジを備えてもよい。この構成は、出入場(vestibule)またはフォアベイ(forebay)を規定する。

0029

本発明はまた、
(a)鋼製の外殻と、
(b)外殻の内部の、耐熱材料の内張りと、
(c)耐熱材で内張りされた外殻により規定される、溶融金属の溜まり(またはプール、pool)を含むためのポットと、
(d)1つまたは1つ以上の、上述したような金属を加熱するための溝型誘導子であって、外殻に接続され、かつ外殻および耐熱材の内張りを通って、溝型誘導子内の入口まで延在しているスロートを介して、ポットと流体連通している溝型誘導子と、
を含む、溝型誘導炉を提供する。

0030

溶融金属は、Zn含有合金およびAl含有合金を含み、Al/Zn含有合金を含む群から選択されてもよい。これらの合金は、AlおよびZnに限定されず、Ca等の他の元素を含んでもよい。

図面の簡単な説明

0031

本発明は、一例としての添付する図面を参照して、さらに詳細に説明される。

0032

図1は、本発明に係る溝型誘導子の1つの実施形態を含む、本発明の実施形態に係る溝型誘導炉の1つの実施形態を通る縦断面図である。
図2は、本発明に係る溝型誘導子の1つの実施形態を通る縦断面図である。
図3は、出願人の製造プラントで用いられた、国際公開の発明に係り作られた溝型誘導子の初めの50日間以上のサービスにわたる、溝内張りおよび支持内張りの温度のグラフである。この図は、フラットインダクタンス比の傾向を示し、これは、誘導子内のチャネルの閉塞物の欠如尺度である。

実施例

0033

図1および図2は、上述した出願人の国際公開の図である。

0034

図1は、鋼ストリップ(steel strip)のための金属被覆ライン(metal coating line)に用いるためのAl/Zn合金を、予溶融するための溝型誘導炉3の主要構成要素の断面図である。本発明は、この最終用途に限らず、任意の適した溝型誘導炉の部分として用いられてもよく、任意の適切な最終用途適用のために用いられてもよい。

0035

図1で示す溝型誘導炉3は、外側鋼殻27により規定されるポットと、アルミノケイ酸塩等の耐熱材料の内張り29(inner lining)とを含む。使用時において、ポットは溶融Al/Zn合金の槽(表示されていない)を含む。炉3は、鋼殻27の対向する側壁につながり、それぞれのスロート33を解して槽と流体連通している2つの溝型誘導子31も含む。溶融Al/Zn合金は、槽から溝型誘導子31中にそして溝型誘導子31を通って流れ、そして溝型誘導子31により加熱される。

0036

図2の溝型誘導子33の図面は、とりわけ本発明に係る誘導子の構成要素を示すための縦断面図である。さらに、これらの要素を出来る限り明確にするために、誘導子33の電磁コイルは、図面の開口1には含まれない。

0037

溝型誘導子33は、
(a)溝内張り(概して数字5により特定される)と、
(b)溝内を支持する(support)、溝内張り補助アセンブリと、
を含む。

0038

溝内張り5は、上述した開口1と、溶融Al/Zn合金が溝型誘導子を抜けて流れるための二つのU字状のチャネルとを規定する単一の細長いユニットである。チャネルは、ベースと、ベースから延在している3つの並列した(または平行した、parallel)アーム9を含む。チャネルの中央のアームの上端は、溶融Al/Zn合金のための入口15である。チャネルの外側のアームの上端は、溶融Al/Zn合金のための出口17である。チャネルのベースは、溝内張り5のベースセクション7により規定され、チャネルのアームは、溝内張り5の直立部分9により規定される。これらの部分7、9は、薄壁の、中空の部分である。溝内張り5は上壁11を有しており、溶融Al/Zn合金が流れるための入口15および出口17は、上壁11に形成される。溝内張り5はまた、上壁11の外周から延在する側壁21と、側壁21から外向きに延在しているフランジ19とを含む。上壁11および側壁21は、出入場(vestibule)またはフォアベイ(forebay)を規定する。フランジ19は、溝内張り5を、溝型誘導炉のポット(図に示されていない)のポットスロート(図に示されていない)を規定している耐熱材料内張り(図に示されていない)に取り付けるために設けられ、これにより、溶融Al/Zn合金と溝型誘導子との間の直接接触が、溝内張り5のみとの接触に制限される。

0039

溝内張り補助アセンブリは、(a)外側鋼殻23と、(b)支持内張り25とを含む。図を単純にするため、支持内張り25は、図2には具体的に示されていない。数字25および線図により図2に示されるように、支持内張りの材料は、外殻23と溝内張り5との間の空間を埋める。

0040

本発明は、溝内張り5と支持内張り25を作る材料のための、材料の選択に関する。

0041

上述したように、上述の出願人らの国際公開に従って作られた溝型誘導子は、出願人らの製造プラントで用いられる場合に、割れを生じる問題があることが見出された。

0042

出願人は、誘導子について事後検討を行い、事後検討から現れた要点は、以下の点を含む。

0043

・溝内張り5の材料と溶融金属との間に著しい反応があった。
・この反応は、触媒として機能する溶融金属内の微量のナトリウムの存在により急速に発達した。
・ナトリウムの濃度は、溝内張り5の材料内で増加して測定された。
・反応は、主に、溝内張り5の耐熱性材料内のSiC集合体とであった。
・SiCのひとつの利点は、普通のアルミナ材料の高い熱膨張係数と比べてより低い熱膨張係数を有することに起因して、初めの加熱において、複合組織内により少ない熱ストレスを生み出すことである。
・SiCが消費されるにつれて、溝内張り5の材料の熱膨張係数が増加し、溝内張りの加熱面(hot face)におけるより緻密な組織(a tighter structure)を作るのに有用である。
・結果として得られる、使用中に発達する加熱面層は、溝型誘導子のボア(または穴、bore)内に増大/成長するコランダムに対して耐性があった。
・適切な支持内張り25のためには、溝内張り5を支持するように選択されることが重要である。

0044

出願人は、以下の発見をした。

0045

1.溝内張りの耐熱性材料と炉内の溶融金属との間で化学反応があり、その結果溝内張りが、溶融金属による浸食に対してより耐性を有するようになり、かつチャネル閉塞物に対してより耐性を有するようになるように、溝内張りの耐熱性材料を選択するのに有益である。典型的には、化学反応は、溝内張り内のより密度の高い相の形成をもたらす。典型的には、溶融金属が微量のナトリウムを含むAl/Zn含有合金である場合は、材料は、炭化ケイ素等のケイ素源を含む。ナトリウムは、化学反応のための触媒として機能してもよい。

0046

2.溝内張りの膨張および移動による応力を吸収することができるように、支持内張りの材料を選択するのに有益である。典型的には、当該材料の選択は、あらゆる操業温度範囲で熱応力による耐割れ性能を示し、支持内張りに達するかもしれない合金との何らかの反応に対する耐性を有する材料を選択することを含む。従って、材料の選択は、適当な焼結特性および溶融合金による攻撃に対する耐性を有する材料の選択が、最も重視すべき課題である。典型的には、材料は、複合材の耐熱性材料成分が、60−95重量%、好ましくは60−70重量%のアルミナと、20−35重量%のシリカとを含む、乾燥振動材料(dry vibratory material)の金属繊維(例えば、鋼繊維)の強化アルミノケイ酸塩の耐熱性の複合材料であってもよい。

0047

・溝内張り材料の選択
製造プラントにおいて溝型誘導子を使用するに先だった実験室での溝内張りの材料の評価からは予想されなかった、事後検討における1つの見解は、明白な反応(apparent reaction)の程度および溝内張り材料の高密度化の程度であった。

0048

溝内張り材料の実験テストでは、最小限の反応が観察された。製造プラントで用いられる溝型誘導子の場合、溝内張り5の大部分は、プラントで使用され、より暗くより密度の高い見た目(a darker denser looking)を与えるZincalume(登録商標)溶融金属により浸食された。浸食がないわずかな場所では、切断面(cut face)外観は、まるで結合強度が低減したように、セクショニングの間に粒の引き抜きを受けた多孔性の構造(porous texture)を示した。

0049

事後検討では、溝内張り材料のSiO2濃度の減少があり、溝内張り材料におけるナトリウムと亜鉛の相の増加があったことを示した。これは、Zincalume(登録商標)の溶融金属の浸食より前に、溝内張り5を通じてNaおよびZnの蒸気の移動があったことを示しており、また、これらのナトリウムおよび亜鉛の相は、それからさらに浸食を助ける、溝内張り5内のケイ酸塩結合相(silicate binding phase)の減少を引き起こすことを示している。

0050

溝内張り5の浸食(すなわち密度の高い)領域(penetrated zone)の化学分析の結果は、Al2O3、ZnO、SiO2およびNa2Oの著しい増加を示している。顕著に減少した成分はSiCの濃度であった。密度の高い相(dense phase)におけるこれらの変化は、X線回折の比較によっても強められる。X線回折は半定量的であり、正確な数字として考えられてはいけないが、浸食したライナーに存在する種についての良い表示であり、比較水準である。

0051

浸食相のいくらかは、アルミニウムとアルミニウム−ケイ素合金を有する金属形態のままであった。これは、顕微鏡試験でも明らかであった。Al/Sin合金の存在は、溝内張り5の耐熱性のケイ酸塩相との間で化学反応があったこと、またはケイ素源を提供するように溝内張り5のマトリクス内の微細なSiCの減少があったことを示唆している。

0052

X線回折および化学分析は両方とも、密度の高い相におけるSiCの割合の減少を示している。これは、SiCに対する攻撃、耐熱材への浸食による希釈効果、またはその両方の組み合わせによるものかもしれない。希釈効果が要因であるとするいくつかの証拠がある。この証拠は顕微鏡試験を含んでおり、顕微鏡試験では、より大きいSiC粒の大部分が変化していないように見え、耐熱材の孔内におけるアルミニウム金属の存在が、元の成分の割合を希釈させるかもしれない付加的な質量であった。しかし、いくらかのSiC粒を取り囲むいくらかのガラス相とともに生じる外側表面上の反応のいくらかの示唆があった。また、Ba、TiおよびCa等の溝内張りの材料の微量な成分は、変化した溝内張り内において希釈効果を示さなかった。これは、反応を通じてSiCの濃度のいくらかの減少があったという見解を支持している。

0053

概して、溝内張り5がZincalume(登録商標)の溶融金属によって浸食されたとしても、反応生成物を有するより密度の高いSiC/Al2O3を含有する複合材料となり、そして浸食する金属は、この複合材を、接触金属との相性をよりさらに良くする。1つのさらに有望な観察は、チャネル内におけるコランダムの成長またはいかなる他の閉塞物がないことであった、これは、この溝内張り5が、誘導子の閉塞物に関する問題をより少なくする可能性があることを示している。

0054

図3は、製造プラントで用いられた溝型誘導子の使用の初めの50日以上の、溝内張り5と支持内張りの温度のグラフである。開始後の早期段階における温度の増加は、溝内張り材料が浸食されており、内張り材料と、最終的により安定的な相を作る反応があり、その後比較的安定であったことを示している。

0055

図3は、この誘導子にとって、伝導比率が非常に安定していたことも示している。伝導比率は、わずかなチャネルの閉塞物が生じたことを示す評価基準である。

0056

・Dri−Vibe(登録商標)複合材料の試験作業
出願人らは、Dri−Vibe(登録商標)の複合材料に試験作業を行い、当該材料の適合性を評価した。試験作業は以下に詳細を示す。

0057

1.準備
出願人は、Dri−Vibeの複合材料により作られた試料カップを、溶融したZincalume(登録商標)Al/Zn含有合金に曝すことにより、3つのDri−Vibeの複合材料を試験した。

0058

3つの試料の複合材料は、Allied Mineralsにより提供された、製品A、製品Bおよび製品Cであった。

0059

製品Aおよび製品Bの材料は、両方ともムライトをベースにしている、複合材料を含有する金属繊維である。製品Cの材料は、溶融アルミナをベースとした金属繊維含有複合材料である。

0060

2.試料の詳細
・製品A:Alliedにより作られた2つのカップであり、Alliedにより、Matripump 80ACの不定形支持材(Matripump 80AC castable back-up)を有して作られた。
・製品B:Alliedにより作られた2つのカップであり、Alliedにより、Matripump 80ACの不定形の支持材を有して作られた。
・製品C:Alliedにより作られた1つのカップであり、Alliedにより、Matripump 80ACの不定形の支持材を有して作られた。

0061

3.試験作業
・試料は、一晩中乾燥された。
・Zincalume(登録商標)は長さで切断され、少なくとも5つの切断部分が、各カップ内に置かれた。
・全てのカップは、炉内に置かれた。
・炉は、5℃/分で600℃まで加熱され(または点火され、fired)、それから、2℃/分で830℃まで加熱されて、それから168時間保持された。
・炉は冷却され、そして、試料は取り除かれた。
・5つのカップ試料は、半分に切断された。
・切断面の写真が取られ、そして評価された。半分は所定の位置に金属を置いて、もう半分は金属が除去された。

0062

・表1

0063

4.考察
試験に基づくと、製品Bは、Zincalume(登録商標)金属によりかなり浸食されたので、溝型誘導子内の支持内張りとしての使用に適切でない。

0064

製品Cは、反応を示さず、耐浸食性の観点から、支持内張り25として適している。この材料のより高いアルミナ濃度は、材料により高い熱伝導性を与え、それにより、より高い熱がコイル領域に移動する。この材料はまた、提供されたように(as it was supplied)、より緻密な組織(tighter structure)を有しており、より大きな強度を有する。

0065

製品Aは、Zincalume(登録商標)金属との接触試験において、よい結果であった。また、試験の最後において、もろい性質であり、従って、熱ストレスからの割れに対する耐性がある傾向があり、溝内張り5の膨張および移動によるストレスを吸収しやすい。当該材料は、アルミナをベースとするよりも、ムライトをベースとしており、製品Cの材料よりも、より熱伝導性が低く、溝型誘導子のコイル領域への熱の移動を低減するのを助ける。

0066

本発明の範囲および概念から外れない範囲で、上述した本発明の実施形態に、多くの修正がなされてもよい。

0067

例として、本発明は、図面に示す溝型誘導子3の特定の形状に制限されない。

0068

さらなる例として、本発明は、二つの“U”の溝内張り5に制限されず、また例として、一つの“U”の溝内張り5にもおよぶ。

0069

さらなる例として、本発明は、単一要素のユニットとして形成される溝内張り5に制限されない。

0070

さらなる例として、本発明は、現状のまま、またはマグネシウム等の他の主要元素を含んでもよい合金のために、わずかに修正されて用いられてもよい。

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