JP2000001375A

JP2000001375A - 鉄鋼精錬用浸漬構造体

Info

Publication number: JP2000001375A
Application number: JP10175310A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Goto; 潔後藤; Hisashi Nakamura; 壽志中村; Tetsuo Fujii; 哲郎藤井; Toyoyasu Obana; 豊康尾花
Original assignee: Harima Ceramic Co Ltd; Nippon Steel Corp
Current assignee: Harima Ceramic Co Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-06-09
Filing date: 1998-06-09
Publication date: 2000-01-07

Abstract

(57)【要約】【課題】高耐用で鋼中介在物が付着し難い鉄鋼精錬用
浸漬構造体を提供する。【解決手段】芯金２の内周７、外周８及び下端９に耐
火物を施工した鉄鋼精錬用浸漬構造体において、少なく
とも下端９の耐火物を、炭素２〜１５重量％、Ａｌ、Ｓ
ｉ、Ａｌ合金、Ｓｉ合金から選ばれる一種あるいは二種
以上の金属３〜１２重量％を含み、残部がマグネシアを
主体とした耐火性配合物に、液状樹脂を前記耐火性配合
物に３〜１３重量％添加した不定形耐火物６とする。前
記耐火性配合物が、さらに炭化珪素２０重量％以下、炭
化硼素１０重量％以下、及び硼化カルシウム１０重量％
以下のうち１種又は２種以上を含むことは好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄鋼精錬において
下方を溶銑あるいは溶鋼中に浸漬して使用される構造体
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年鉄鋼業では、高級鋼の生産比率増加
に伴って、二次精錬設備の重要性が高まっている。二次
精錬設備の一つで溶鋼の真空脱ガス設備であるＲＨは、
極低炭素鋼などの生産に欠かせない特に重要な設備の一
つである。

【０００３】ＲＨは円筒状の槽の下端面に二本のパイプ
状の浸漬管が付いた構造となっており、浸漬管下方を取
鍋内の溶鋼に浸漬し、槽内を真空にして溶鋼を吸い上
げ、さらに一方の浸漬管の内面からアルゴンガスを吹き
込み、その浮上力によって溶鋼を循環させ、連続的に溶
鋼の脱ガス処理を行う。また、簡易な二次精錬設備であ
るＣＡＳやＳＡＢは、釣鐘状の槽の下方を取鍋内の溶鋼
に浸漬し、合金添加等の処理を行う。

【０００４】ＲＨの浸漬管も、ＣＡＳやＳＡＢの下端
も、溶鋼に処理を行うために溶鋼中に浸漬されるので、
これらの浸漬管や槽を浸漬構造体と呼ぶ。浸漬構造体は
二次精錬設備に固有なものとは限らず、溶銑予備処理工
程などでも使用される場合がある。

【０００５】浸漬構造体の代表としてＲＨの浸漬管を例
に取り、その構造と損耗機構について説明する。図１に
示すように、芯金２の内周７、外周８及び下端９に耐火
物が設けられている。そして各部位の耐火物の一般的な
材質は、内周がマグネシア−クロム（マグクロ）質など
のれんが４、下端と外周は不定形耐火物６であるが、特
開平７−５１８２１号公報に外周のスラグライン部にマ
グネシア−カーボン質の定型れんがと不定形耐火物を使
用した例が記載されているように、外周に高耐用性のれ
んがを配置する場合もある。

【０００６】下端に不定形耐火物６を使用する理由は、
下端部には芯金に取り付けられたれんがを支持するため
の受金物５があり、金物を隙間なく覆って保護するため
にはれんがは適当でなく、狭くて複雑な形をした隙間に
簡単に施工できる不定形耐火物が好適なためである。

【０００７】浸漬管は溶鋼に繰り返し浸漬されるため、
不定形耐火物６には熱衝撃に起因する亀裂が生じ、部分
的に剥落したり、溶鋼が亀裂を通じて芯金２に達してこ
れを溶損し、広範囲に耐火物が脱落することもある。ま
た、不定形耐火物６は取鍋の溶鋼上のスラグによっても
溶損され、こうした不定形耐火物６の損耗が浸漬管寿命
を決定するのが普通である。

【０００８】ＲＨの浸漬管に限らず、浸漬構造体の下端
には不定形耐火物が使用されており、構造体の寿命は不
定形耐火物の損耗で決まることが多い。そこで、ここに
使用される不定形耐火物は、耐食性と耐スポール性の優
れたものとして、ハイアルミナ質、アルミナ質、アルミ
ナ−スピネル質、アルミナ−マグネシア質などのアルミ
ナを主成分とし、水を混練剤として使用する材質が使用
されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述の通り、下端の不
定形耐火物の損耗は、浸漬構造体全体の寿命に大きな影
響を及ぼす重要な要因である。従って、その損耗を抑制
できれば、浸漬構造体の寿命を延長することができる。

【００１０】しかしながら、従来のアルミナを主成分と
する不定形耐火物にはアルミナ系の鋼中介在物が付着し
て成長しやすく、浸漬構造体の内孔閉塞や下端が長くな
る脚伸び現象などが起こり、鉄鋼精錬処理時の障害とな
っている。また、付着物除去作業に伴う耐火物の破損あ
るいは炉の稼働率低下などの問題がある。

【００１１】そこで本発明は、アルミナ系の鋼中介在物
が付着しにくく、損耗が少なくて寿命の長い鉄鋼精錬用
浸漬構造体を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は以下の（１）、
（２）の通りである。

【００１３】（１）芯金の内周、外周及び下端に耐火
物を施工した鉄鋼精錬用浸漬構造体において、少なくと
も下端の耐火物が、炭素２〜１５重量％、Ａｌ、Ｓｉ、
Ａｌ合金、Ｓｉ合金から選ばれる一種あるいは二種以上
の金属３〜１２重量％を含み、残部がマグネシアを主体
とした耐火性配合物に、液状樹脂を前記耐火性配合物に
３〜１３重量％添加した不定形耐火物であることを特徴
とする鉄鋼精錬用浸漬構造体。

【００１４】（２）前記耐火性配合物が、さらに炭化
珪素２０重量％以下、炭化硼素１０重量％以下及び硼化
カルシウム１０重量％以下の１種又は２種以上を含む前
記（１）の鉄鋼精錬用浸漬構造体。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の浸漬構造体は、少なくと
もその下端に損耗が少なく、かつアルミナ系介在物が付
着し難い不定形耐火物を使用した。

【００１６】損耗し難い不定形耐火物に求められるの
は、高強度で亀裂が生じ難くかつ剥落し難く、またスラ
グに対する耐食性が高いことである。スラグに対する耐
食性は、主成分を高耐食性のマグネシアとすることで解
決できる。しかし、マグネシアを採用した場合、粒界に
スラグが浸潤しやすくなり、強度が低下しやすくなる。
また水を混練液とすると、マグネシアが水和して施工体
がぼろぼろになりやすい。対策として炭素を添加して、
そのスラグとの濡れにくさを利用してスラグ浸潤を抑制
し、また水の代わりに液状樹脂を混練液として使用する
ことでマグネシアの水和を防止する。液状樹脂を使用す
ると、低温では樹脂自体が接着剤として働き、高温では
樹脂が炭化して生じる炭素が結合材として働くことで、
不定形耐火物の強度を大幅に向上させることができる。
一方、炭素や樹脂を起源とする炭素は使用中に酸化し、
その効力を失う。この対策として、ＡｌやＳｉなどを含
む金属を添加して酸化を防止する。これらの金属は耐火
物使用中に炭化物あるいは酸化物に変化し、これも結合
材として作用するため不定形耐火物の強度向上にも貢献
する。

【００１７】炭素の濡れにくさは、スラグ浸潤の抑制以
外に、アルミナ系鋼中介在物の付着抑制にも極めて有効
に作用する。これにより、本発明の浸漬構造体は優れた
耐食性を備えた上で、内孔閉塞や脚伸びに対しても抑制
効果を持つ。

【００１８】各種の原料を用いて不定形耐火物を試作
し、その特性を評価した。使用原料は、マグネシアは純
度９８重量％以上の高純度電融マグネシア、純度９５重
量％以上の低純度マグネシア、炭素はコークス粒、無煙
炭、純度９８重量％以上の鱗状黒鉛、カーボンブラッ
ク、金属は金属Ａｌ、金属Ｓｉ、Ｓｉを約２５重量％含
有するＡｌ−Ｓｉ質金属、Ｍｇを約５０重量％含有する
Ｍｇ−Ａｌ質金属、そしてフェノール樹脂である。フェ
ノール樹脂はレゾール型で、溶媒としてエチレングリコ
ールと水４０重量％を加えて希釈し、混練液とした。試
作内容と評価結果を表１、２に示す。比較品であるアル
ミナ−マグネシア質不定形耐火物は、水を混練液として
５．５重量％添加して混練した。マグネシア−クロム質
れんがも比較品である。またＨとＪも比較品である。

【００１９】試料の成形と乾燥は以下の要領で行った。
希釈した樹脂を混練液として表１に示した量だけ耐火性
配合物に６〜１２重量％を外数として（外掛け）添加
し、ミキサーで５分混練し、所定の金枠に流し込み、２
Ｇの加速度で１分加震した。その後２４時間そのまま常
温で養生し、脱枠後１１０℃で２４時間乾燥させた。さ
らにコークス粉中に埋め込んで４００℃で２４時間加熱
乾燥させ、各試験に供した。

【００２０】熱間曲げ強度は、４０×４０×１６０ｍｍ
の試料で、スパン１００ｍｍで１５００℃のアルゴン雰
囲気中で測定した。

【００２１】内張り侵食試験は、容量２５０ｋｇの高周
波誘導炉の内側に短冊状の試料を内張りして行った。内
張り内部で８５ｋｇの普通鋼を溶解して１６００℃に保
持し、溶鋼上に２ｋｇのスラグを入れて溶解させ、内張
り試料を侵食させた。侵食時間は９０分とし、スラグは
３０分毎に投入排滓を繰り返した。スラグは試薬を混合
して合成し、重量Ｃ／Ｓ＝３．２、Ａｌ₂Ｏ₃＝９重量
％、ＦｅＯ＝１７重量％とした。試験終了後スラグと溶
鋼を排出して冷却し、試料を取り出して切断し、最も溶
損された部分の残厚を断面で測定し、予め測定しておい
た元厚から差し引いて溶損深さとした。アルミナ−マグ
ネシア質不定形耐火物の溶損深さを１００として指数化
し、溶損指数とした。値が小さいほど高耐食性である。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】炭素を含まないＨは溶損指数が大きいが、
２重量％含有するＤは溶損指数が小さかった。また、炭
素が多いＪは混練してもまとまらずばさばさで、不定形
耐火物としては使用できなかった。これらから炭素の量
は２〜１５重量％が適当であり、望ましくは４〜１０重
量％とする。

【００２５】金属の量は３〜１２重量％が適当である。
これよりも少ないと、酸化防止や強度向上などの狙った
機能が発現せず、これより多いと、樹脂に少量含まれる
水分と化合して水和したり、炭化あるいは酸化する際に
起こる体積膨脹で施工体が崩壊するなどの問題が生じ
る。望ましくは５〜１０重量％とする。

【００２６】樹脂は、液状ならそのままあるいは適当な
溶媒で希釈して、また固体状であれば溶媒に溶解して液
状で用いる。液状樹脂は粘度が高い場合があり、そのま
ま混練液として使用すると混練物がだんご状になり施工
に不適当であれば、適当な溶媒で希釈して混練液とす
る。固体状の樹脂は、適当な溶媒に溶解して混練液とす
る。混練液の添加量は、耐火性配合物の全重量に対し外
掛で３〜１３重量％が適当である。３重量％未満では配
合物を十分に濡らすことができないため、混練物のまと
まりがなくばさばさで、施工が困難で施工体の品質も悪
い。１３重量％を越えると混練液と耐火材が分離しやす
くなり、また乾燥して揮発分が抜けた後に多くの気孔が
生じ、施工体の品質が悪くなる。望ましくは５〜１０重
量％とする。

【００２７】本発明で使用するマグネシアは、電融ある
いは焼結のどちらでもかまわない。純度は９５重量％程
度以上のものが望ましい。

【００２８】炭素としてはコークス、無煙炭、人造黒
鉛、カーボンブラック、鱗状黒鉛などが使用できる。い
ずれも炭素以外の不純物が少なく、密度が高いことが望
ましい。またピッチやタール、粉末ピッチ、非晶質炭素
なども使用できる。溶媒に可溶のものは溶解させて使用
することもできる。

【００２９】Ａｌ、Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ−Ｍｇ
合金などの金属は不純物が少ないことが望ましい。また
Ｃａを含む金属も使用可能である。

【００３０】樹脂としては、ノボラック型あるいはレゾ
ール型のフェノール樹脂及びこれを変性したもの、フラ
ン樹脂などが使用できる。前述のように必要に応じて適
当な溶媒で希釈あるいは溶解した液状樹脂として混練液
とする。溶媒としては水、炭化水素、ハロゲン化炭化水
素、エーテル、アルコール、多価アルコール、ケトン、
エステル、窒素化合物などが使用でき、主要なものとし
ては水、メタノール、エタノール、グリコール、アセト
ンなどがある。硬化剤としてヘキサミンや酸を添加する
こともできる。

【００３１】なお、炭素、マグネシア、金属以外の耐火
材、たとえば珪石、シリカフラワー、アルミナ、スピネ
ル、クロム鉱、クロミア、ムライト、ジルコニア、ジル
コン、カルシア、ドロマイト、あるいはこれらを混合し
て電融したもの、炭化物、硼化物、窒化物なども、耐火
物の特性を損なわない範囲で添加することが可能であ
る。最大添加量は概ね２０重量％である。炭化物である
炭化珪素、Ｂ₄Ｃなどの炭化硼素、硼化カルシウムＣａ
Ｂ₆は炭素の酸化防止の機能もあり、添加による効果が
大きい。耐火性配合物中に占める最大添加量は炭化珪素
２０重量％、炭化硼素１０重量％、硼化カルシウム１０
重量％である。

【００３２】本発明の浸漬構造体の製作、使用は、ほぼ
通常通りに行えば良い。ただし炭素の酸化を抑制するた
めに、いくつかの点に留意する必要がある。ＲＨ浸漬管
を例に図１に沿って説明する。図１での浸漬管は正対し
ているが、実際の耐火物の施工では、作業性の面から浸
漬管を上下逆にして施工する。スタッド３を溶接した芯
金２をフランジ１に接合したものの内側にれんが４を置
き、受金物５を取り付け、型枠をセットして混練した不
定形耐火物６を流し込んで、下端と外周が不定形耐火物
で構成された浸漬管を製作する。なお、混練は通常の水
を混練液とした場合と同様に、配合物と混練液とをミキ
サーに入れて混練する。ミキサーとしては、ボルテック
スミキサーなど通常使用するのものを使用できる。流し
込んだ後は、必要に応じて不定形耐火物が隅々まで均等
に行き渡るように加震する。加震方法は棒状バイブレー
ター、型枠振動、振動テーブルなど通常使用している器
具による方法が採用できる。自己流動型不定形耐火物の
場合は、加震の必要はない。

【００３３】以上の例では不定形耐火物をもって下端と
外周を構成しているが、外周にれんがを設置することも
できる。また、水を混練液としたアルミナを主成分とし
た通常の不定形耐火物を内周や外周に配置することもで
きるが、最低限、下端は本発明で規定する不定形耐火物
とする。なお二種類の不定形耐火物を施工する場合は、
先に施工したものがある程度硬化した後に次の耐火物を
施工し、両者の混合による障害を防止すべきであるが、
混合で問題が生じない場合はこの限りではない。また硬
化後に次の耐火物を施工する場合は、面を荒らして食い
つきを良くするなどの工夫が必要な場合もある。

【００３４】施工後はそのまま強度が発現するまで１日
程度は養生し、その後脱型して自然乾燥後、さらにバー
ナーやヒーター等で加熱して乾燥させる。加熱乾燥の際
には炭素の酸化に注意する必要があり、金属、無機物、
有機物などからなる箔、板、塗布剤等を不定形耐火物施
工体の表面に施工しておいたり、加熱の際の雰囲気を調
節したりする。バーナー加熱の場合は気燃比に留意す
る。加熱乾燥は４００℃以上で行い、揮発分を十分に除
去する。揮発分が残留していると、浸漬管を溶鋼に浸漬
した際に気泡が発生して溶鋼が泡だったり、不定形耐火
物が爆裂する恐れがある。

【００３５】本発明はＲＨ浸漬管のみならず、多くの浸
漬構造体の製作と使用の場合に当てはまる。施工体が大
きい場合は、施工方法や支持方法などを工夫すれば同様
に使用することができる。

【００３６】

【実施例】表１の本発明の不定形耐火物を下端と外周に
施工し、３００ｔＲＨ用の浸漬管を製作し使用した。稼
働中の観察によれば、本発明品はいずれも下端及び外周
の不定形耐火物の亀裂が比較品のアルミナ−マグネシア
質不定形耐火物の場合よりもやや少なく、溶損はかなり
少なかった。また、通常起こる内孔閉塞と脚伸びはかな
り抑制され、伸びた分を削り落とす滓取り作業の頻度は
３分の１で済んだ。浸漬管の寿命は通常の１．６倍とな
った。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、長寿命で閉塞や脚伸び
の少ない浸漬構造体を得ることができ、耐火物コストの
削減、浸漬構造体の交換に伴う精錬設備の停止時間の短
縮と頻度低減による生産性向上、滓取り作業工数削減等
を図ることができ、鉄鋼製造コストを引き下げることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鉄鋼精錬用浸漬構造体の例を示す縦断
面図である。

【符号の説明】

１フランジ２芯金３スタッド４れんが５受金物６不定形耐火物７内周８外周９下端

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村壽志東海市東海町５−３新日本製鐵株式会社名古屋製鐵所内 (72)発明者藤井哲郎兵庫県高砂市荒井町新浜１−３−１ハリマセラミック株式会社内 (72)発明者尾花豊康兵庫県高砂市荒井町新浜１−３−１ハリマセラミック株式会社内Ｆターム(参考） 4G033 AA03 AA14 AA16 AA17 AB01 AB09 AB10 4K013 CE01 CE02 CE04 CE05 CE09 CF18 CF19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】芯金の内周、外周及び下端に耐火物を施
工した鉄鋼精錬用浸漬構造体において、少なくとも下端
の耐火物が、炭素２〜１５重量％、Ａｌ、Ｓｉ、Ａｌ合
金、Ｓｉ合金から選ばれる一種あるいは二種以上の金属
３〜１２重量％を含み、残部がマグネシアを主体とした
耐火性配合物に、液状樹脂を前記耐火性配合物に３〜１
３重量％添加した不定形耐火物であることを特徴とする
鉄鋼精錬用浸漬構造体。
【請求項２】前記耐火性配合物が、さらに炭化珪素２
０重量％以下、炭化硼素１０重量％以下及び硼化カルシ
ウム１０重量％以下の１種又は２種以上を含む請求項１
記載の鉄鋼精錬用浸漬構造体。