JP2000239728A

JP2000239728A - 溶銑用吹き込み管

Info

Publication number: JP2000239728A
Application number: JP11080248A
Authority: JP
Inventors: Kenji Maruta; 賢二丸田; Shigehiro Matsuno; 茂弘松野; Masamitsu Kawaguchi; 政実川口
Original assignee: CERAMIC ENJI KK; WAKAMATSU NETSUREN KK
Current assignee: CERAMIC ENJI KK; WAKAMATSU NETSUREN KK
Priority date: 1999-02-16
Filing date: 1999-02-16
Publication date: 2000-09-05

Abstract

(57)【要約】【目的】溶銑中へガスと溶剤等の添加粒子とを吹き込
んで、脱珪、脱燐、脱硫等処理を行うときに用いる吹き
込み管の耐用性を向上させ、製銑工程における作業工数
と経費の軽減をはかる。【構成】サイアロンからなる管状の基材表面に化学的
に結合したＳｉＯ_２層を形成し、さらにＳｉＯ_２層の表
面に耐火材の被覆層を形成した構造を有してなる溶銑用
吹き込み管である。さらに、耐火材の被覆層はＡｌ_２Ｏ
_３６０〜８０重量％、ＳｉＯ_２２０〜４０重量％にてな
るムライト化合物系を主組成とする溶銑用吹き込み管で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶銑中へガスと溶
剤等の添加粒子とを吹き込んで、脱珪、脱燐、脱硫等処
理を行うときに用いる吹き込み管に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、溶銑に脱珪、脱燐、脱硫等の処
理を施すときは、混銑車又は溶銑鍋の中で、溶銑中へ挿
入した吹き込み管を用いて、酸素、窒素等のガスと脱
珪、脱燐、脱硫等処理用の添加粒子とが送り込まれる。
このとき、吹き込み管は１３５０〜１４５０℃の溶銑中
へ挿入されるので、溶銑のチャージのたびに繰返し高温
で使用できる耐用性が必要である。このため従来から、
鋼製パイプにアルミナ等を主組成とする耐火材を被覆し
た吹き込み管が使用されている。そして、耐火性と共
に、使用のたびに繰り返し加熱及び冷却されることによ
り、鋼製パイプと耐火材との熱膨張の差違に基づく亀裂
或いは剥離等が耐火材に発生し難いように配慮して、耐
用性の向上が図られている。

【０００３】例えば、特開昭５７−１１０６３１号公報
には、鋼製パイプに被覆する溶融金属精錬用浸漬ランス
被覆材として、耐火性骨材、結合粘土、粉末フェノール
樹脂、縮合リン酸塩、水を組成とする材料が開示されて
いる。そして、鋼製パイプへの被覆作業性が向上すると
ともに、高温下での鋼製パイプの膨脹に追従しえる膨脹
性、耐食性、耐スポーリング性、強度等の諸特性に優
れ、大亀裂の発生及びそれに基づくパイプの穴開き、折
損等の虞れは実質上存在しないとされている。

【０００４】また、特開昭６１−９９６１４号公報に
は、外皮ライニング材として特定量のＣ、ＳｉＣ、Ｓｉ
Ｏ_２を含み残部が実質的にアルミナよりなる組成の耐火
物を用いた溶銑予備処理用インジエクシヨンランスが開
示されている。そして、ランス耐火物がランスパイプと
の熱膨張係数の差によって生じる亀裂及び酸化鉄による
酸化を受け難いので、ランス寿命を著しく向上させると
している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】製鉄工場では１日に２
０チャージ程度の溶銑が処理されている。この処理に従
来の吹き込み管を用いると、２〜３チャージの処理でそ
の先端部が破損して使用できなくなる。破損の状況を調
べると、吹き込み管の先端部は下側に向けてへの字状に
屈曲した形状をしているが、破損はこの屈曲部にて起こ
っている。破損の原因は前記耐火性や熱膨張特性以外
に、溶銑処理により高温状態になった吹き込み管の鋼管
内面の特に屈曲部が、吹き込みガスと処理用添加粒子と
の混合噴流の衝突により摩耗し、支えとなる下地基材の
鋼管部が消滅するためと考察された。そして、破損によ
り、新品吹き込み管の製作とその取替えに多大の工数と
経費を要している。本発明はこの問題点をも考慮して耐
用性向上の研究を行い完成したもので、前記従来の技術
とは異なる新規な構成の吹き込み管を提供するものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１発明は、図
１の本発明による溶銑用吹き込み管の表層部の模式断面
図にて示すように、サイアロンからなる管状の基材１の
表面に、化学的に結合したＳｉＯ_２層２を形成し、さら
にＳｉＯ_２層２の表面に耐火材の被覆層３を形成した構
造を有してなる溶銑用吹き込み管である。

【０００７】次に第２発明は、第１発明の耐火材の被覆
層３はＡｌ_２Ｏ_３６０〜８０重量％、ＳｉＯ_２２０〜４
０重量％にてなるムライト化合物系を主組成とする溶銑
用吹き込み管である。

【０００８】本発明では、吹き込み管の基材の材質にサ
イアロンを用いる。ここでいうサイアロンとは、一般に
エンジニアリングセラミックスとして用いられているサ
イアロン（Ｓｉａｌｏｎ）であるが、さらにサイアロン
に諸特性が近似し、サイアロンと称しても過言でない窒
化珪素系セラミックスをも含む。サイアロンは、エンジ
ニアリングセラミックスの中でも機械的諸性質や耐熱性
に優れていること、特に耐熱衝撃性が優れていること、
熱膨張係数が被覆層用途の各種耐火材に近いこと、高温
耐摩耗性が鋼材料に比べて優れていること、金属溶湯と
の耐濡れ性が優れていること等により特定するものであ
る。こうすることにより、耐火性と熱膨張特性に優れ、
さらに前記の吹き込みガスと処理用添加粒子との混合噴
流による摩耗に耐える吹き込み管の基材とする。

【０００９】このサイアロン基材の表面には、化学的に
結合したＳｉＯ_２層を設ける。本発明の基礎研究におい
て、耐火材被覆層の密着性を確保するには、ＳｉＯ_２の
中間層を介在させることが有効であると判明した。そし
て、ＳｉＯ_２層の厚みは、５〜５０μｍが好ましい。５
μｍ末満では被覆層の十分な密着が得られず、５０μｍ
を超えると厚くなり過ぎて密着効果が低下する。こうす
ることにより、ＳｉＯ_２層が下地のサイアロンと化学的
に結合すると共に、耐火材被覆層を化学的に結合し易く
するので、耐火材被覆層の剥離を防止する。

【００１０】被覆層は、溶銑中へ挿入される用途である
ので、サイアロン基材の表面に加わる熱的、雰囲気的、
機械摩耗的負荷から保護するために設ける。被覆層の材
料は、従来からある各種の耐火材を用いることができ
る。被覆層の厚みは０．５〜５ｍｍが好ましい。０．５
ｍｍ未満では被覆層がすぐに消耗して被覆効果がなく、
５ｍｍを超えると熱衝撃等により被覆層に亀裂が発生
し、剥離し易くなる。被覆層を形成する面は基材となる
サイアロン管の外周面、内周面、端面等の必要とする任
意の面である。

【００１１】さらに、被覆層は、各種耐火材について基
礎実験を重ねた結果、Ａｌ_２Ｏ_３６０〜８０重量％、Ｓ
ｉＯ_２２０〜４０重量％にてなるムライト化合物系を主
組成とし、他は５重量％以下程度の結合材として添加さ
れる少量の酸化物及び不純物とするのが好ましい。ここ
で、ムライト化合物系とは、一般的にムライトと呼ばれ
るセラミックスのことで、Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２系にお
ける化合物と少量の遊離混合物とを含むものである。ま
た、結合材とは、Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２系における結合
を補助するためのもので、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＺｎＯ等の
ような各種金属元素の酸化物である。

【００１２】上記のように特定する被覆層は、熱膨張係
数が約５×１０^−６／℃となり、各種被覆層用耐火材の
中で基材のサイアロンの熱膨張係数約４×１０^−６／℃
に最も近づくこととなる。そして、従来の熱膨張係数約
１０×１０^−６／℃の鋼管を基材に用いて耐火材被覆し
た場合に発生した、熱膨張係数差に起因する被覆層の亀
裂発生が防止でき、一層効果的な溶銑用吹き込み管が得
られる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明溶銑用吹き込み管の基材に
は、サイアロンにて製作した管を用いる。サイアロン管
の表面に化学的に結合したＳｉＯ_２層を形成するには、
サイアロン管を酸化雰囲気中で加熱処理する。例えば、
大気雰囲気の９００〜１０００℃に１〜３時間加熱する
ことにより、サイアロン管の表面部が酸化されてＳｉＯ
_２層が形成される。なお、必要に応じて、ＳｉＯ_２の元
になる化合物をサイアロン管の表面に予め塗布しておい
て加熱処理してもよい。

【００１４】耐火材の被覆層を形成するには、耐火材の
粉末を水或いは有機溶媒を用いてスラリー化し、下地の
ＳｉＯ_２層の表面に塗布して乾燥の後、焼着処理する。
スラリーの塗布は刷毛塗り、スプレー、スラリー中への
浸漬、硬めの粘結状態にしてスタンプする等任意の手段
により行なう。

【００１５】

【実施例】実施例１図２は本発明による溶銑用吹き込み管の実施例の断面図
である。同図において、矢印Ａの方向が先端側であっ
て、溶銑中に挿入されて先端からガスと添加粒子を吹き
出す。他端側はガスと添加粒子の供給装置からつながる
気送管（図示せず）に接続される。４はサイアロン管先
端部、５はサイアロン管中間部、６は材質ＳＵＳ３１６
の耐熱性鋼管（ガスと添加粒子の供給側は図示省略）、
７は固定機構をその内周側に設けて、サイアロン管４と
５を固定して接続するためのサイアロン管製の接続具、
８は固定機構をその内周側に設けて、サイアロン管５に
固定して耐熱性鋼管６と接続するための材質ＳＵＳ３１
６の接続金具である。これら部材のうち、サイアロン管
４、５、７にはそれぞれ本発明による被覆層を形成し
た。また、図２のサイアロン管に先立って、事前の予備
試験用に、別に製作しておいたサイアロン管試験片（図
示せず）についても、同様にして被覆層を形成した。各
サイアロン管の寸法、被覆層形成箇所を表１に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】表１の各サイアロン管は、被覆層を形成す
る前に、先ずその表面にＳｉＯ_２層を形成した。即ち、
サイアロン管を大気雰囲気、９５０℃の加熱炉へ装入し
て２．５時間加熱した。こうして得られたＳｉＯ_２層の
厚みは、サイアロン管試験片から試料を採取して表層部
の断面を顕微鏡調査した結果、２０〜３０μｍであっ
た。

【００１８】次に、化学組成がＡｌ_２Ｏ_３６７重量％、
ＳｉＯ_２３０重量％、残部はＣａＯ、ＭｇＯ、ＺｎＯ等
の結合材としての酸化物及び不純物からなる粒径１０〜
２００μｍのムライト化合物系粉末の被覆層形成材を準
備し、水を溶媒にしてスラリー化した。このスラリーの
中へ、ＳｉＯ_２層被覆した表１の各サイアロン管を浸漬
してスラリーを塗布し、常温乾燥の後、さらに１１０℃
乾燥する一連の作業を繰り返して、下地のＳｉＯ_２層へ
被覆層形成材を付着させた。その後さらに、７００℃に
て１時間加熱して、平均的に略２ｍｍ厚みの被覆層を下
地のＳｉＯ_２層へ焼着形成した。

【００１９】上記の被覆層を形成した表１のサイアロン
管４、５、７は、図２に示す実施例のように組み立てて
一体化し、サイアロン部分の全長が２３００ｍｍの溶銑
用吹き込み管にした。先立って別に製作しておいた表１
の予備試験用サイアロン管試験片は、実験用保持具に取
り付けて、溶銑への浸漬予備実験に供した。

【００２０】実施例２被覆層を形成した実施例１の予備試験用サイアロン管試
験片を、実験用保持具に取り付けて、溶銑鍋中の１３５
０℃の溶銑へ、先端から３００ｍｍの深さまで挿入し、
２０秒間浸漬の後、取り出して常温まで空冷した。外観
を肉眼観察の結果、外周面、先端面、内周面はともに、
被覆層の肌は良好で、亀裂や剥離の発生がなかった。次
いで、同じ操作を２回繰り返し、合計３回の浸漬をし
た。３回目浸漬後の被覆層の肌も良好で、付着したノロ
も容易に剥がれ易く、亀裂や剥離の発生も全く認められ
なかった。

【００２１】次に、この試験片の浸漬先端から１００ｍ
ｍ位置部分から顕微鏡観察用試料を採取し、表層部の断
面状況を調べた。顕微鏡調査の結果、被覆層と下地のサ
イアロンとは完全に化学的に結合しており、結合の境界
部には、微細な亀裂若しくはすぐにでも剥離しそうな隙
間は全く認められなかった。当初サイアロンの表面に発
生させたＳｉＯ_２層は拡散したためか消滅していた。被
覆層の厚みは、この実験の範囲では殆んど消耗が認めら
れず、平均的に略２ｍｍであった。

【００２２】これらの結果により、本発明の吹き込み管
は、溶銑の中へ挿入しても十分な耐熱性があり、加熱及
び冷却時の熱衝撃による破損がなく、被覆層も安定して
形成されており、鋼を基材に用いた従来の吹き込み管に
おいて熱膨張係数の差に起因して発生していたとみられ
る亀裂の発生もなく、さらに溶銑に濡れ難いため付着し
たノロも容易に剥離除去し易く、吹き込み管として適応
した性能を有していることが明らかになった。

【００２３】実施例３被覆層を形成した実施例１のサイアロン管４、５、７を
組み立てて一体化し、サイアロン部分の全長を２３００
ｍｍにした溶銑用吹き込み管を、溶銑中へ挿入して吹き
込み実験を行った。即ち、この吹き込み管を、ガスと添
加粒子の供給装置からつながる気送管と接続し、溶銑鍋
中の１３５０℃の溶銑へ、先端から１５００ｍｍまでの
部分を傾斜して挿入し、Ｎ_２とＯ_２の混合ガスとＣａＯ
−酸化鉄−ＣａＦ_２系添加粒子を２０分間吹き込んだ
後、取り出して、常温まで空冷した。外観を肉眼観察し
た結果、ノロは容易に剥離除去し易く、被覆層の外周
面、先端面、内周面はともに良好な肌を呈しており、亀
裂や剥離の発生がなかった。

【００２４】この後さらに、同じ操作を２回繰り返し、
合計３回の吹き込み操作をした。３回目操作後の被覆層
の肌も良好で、ノロは剥がし易く、亀裂や剥離の発生も
認められず、健全であった。被覆層の消耗は、１回目と
３回目使用後の各部位の外径の変化から調べてみたが、
殆んど変化がなかった。

【００２５】吹き込みガスと添加粒子との混合噴流によ
る内面の摩耗については、直管式にしたことにもよると
思われるが、殆んど認められなかった。屈曲部を設けた
としても、基材にサイアロンを用いているので、鋼材料
のような顕著な摩耗は起こらないものと推察される。こ
れらの結果により、本発明の吹き込み管は、さらに継続
して繰り返し使用できることは明らかで、製銑工程にお
ける吹き込み操作に供して十分な耐用性を有しているこ
とが明らかになった。

【００２６】

【発明の効果】本発明の溶銑用吹き込み管は、基材にＳ
ｉＯ_２表面層を有するサイアロンを用い、サイアロンに
近似した熱膨張係数の被覆層を形成したものである。そ
して、耐熱衝撃性、耐溶損性、高温耐摩耗性に優れ、か
つ被覆層は基材に密着しており、さらに従来の鋼と被覆
層との熱膨張係数差に起因して発生していたとされる被
覆層の亀裂発生がなく、また溶銑へ浸漬して付着したノ
ロは容易に剥離除去できること等が明らかとなった。こ
の結果、従来の吹き込み管のように早期に破損すること
がなく、耐用性が向上して何度も繰り返し使用すること
ができるので、製銑工程における作業工数と経費の節減
に大きく寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による溶銑用吹き込み管の表層部の模式
断面図である。

【図２】本発明による溶銑用吹き込み管の実施例の断面
図である。

【符号の説明】

１；サイアロン基材２；ＳｉＯ_２層
３；耐火材被覆層４；サイアロン管先端部５；サイアロン管中間部
６；耐熱性鋼管７；接続具８；接続金具矢
印Ａ；先端側

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松野茂弘北九州市若松区大字安瀬63の５若松熱錬株式会社内 (72)発明者川口政実北九州市小倉南区横代北町２丁目１−45 有限会社セラミックエンジ内Ｆターム(参考） 4K001 AA10 BA23 EA04 GA18 GB12 4K013 BA01 BA03 BA05 CA15 CA16 CA18 CB04 4K014 AA01 AA02 AA03 AD21 AD23 AD27

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】サイアロンからなる管状の基材表面に化
学的に結合したＳｉＯ_２層を形成し、さらにＳｉＯ_２層
の表面に耐火材の被覆層を形成した構造を有してなるこ
とを特徴とする溶銑用吹き込み管。
【請求項２】耐火材の被覆層はＡｌ_２Ｏ_３６０〜８０
重量％、ＳｉＯ_２２０〜４０重量％にてなるムライト化
合物系を主組成とすることを特徴とする請求項１に記載
の溶銑用吹き込み管。