JP2001335827A - ステンレス溶銑の脱硫処理用ランスパイプ、及び、ステンレス溶銑の取鍋脱硫処理方法 - Google Patents
ステンレス溶銑の脱硫処理用ランスパイプ、及び、ステンレス溶銑の取鍋脱硫処理方法Info
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Abstract
き、耐用回数を増加できるステンレス溶銑の脱硫処理用
ランスパイプ、及び、ステンレス溶銑の取鍋脱硫処理方
法を提供する。 【解決手段】溶解炉で溶製したステンレス溶銑を取鍋内
に排出し、スラグ存在の状態で取鍋内のステンレス溶銑
に不活性ガスを吹き込んでステンレス溶銑を攪拌しつつ
取鍋内で脱硫処理する脱硫処理用ランスパイプである。
ランスパイプは、吹込ガスが通過する通路をもつ芯金パ
イプと、芯金パイプに被覆されたキャスタブル被覆層と
を有する。キャスタブル被覆層のうち少なくともステン
レス溶銑に浸漬される浸漬部は、Al2O3−SiO2−
ZrO2の三元系であり、ZrO2が1〜10重量%、A
l2O3が50〜85重量%、SiO2が10〜30重量
%含まれている組成を有する。
Description
硫処理用ランスパイプ、及び、ステンレス溶銑の取鍋脱
硫処理方法に関する。
あたっては、スクラップ等の原料と共に、石灰等の脱硫
剤を電気炉に装入し、溶解してステンレス溶銑を形成
し、ステンレス溶銑の溶解中または出銑中に脱硫反応を
起こさせる。さらに、次工程の転炉、VD炉において石
灰、蛍石等を使用して再度脱硫処理を行なう。ステンレ
ス溶銑は主に1350〜1480℃の温度範囲内で出銑
される。ステンレス溶銑中の硫黄濃度は、溶銑段階で、
一般的には0.001〜0.025重量%程度である。
このように溶銑段階における脱硫反応にはバラツキがあ
り、従ってステンレス溶銑中の硫黄濃度は上記範囲のよ
うになっていた。
が高目であれば、次工程で多量の脱硫剤を用いてさらに
脱硫処理する必要があった。この結果、電気炉における
石灰類の脱硫剤の使用量が増えるばかりか、後工程にお
ける石灰類の脱硫剤の使用量が増える。結果的にスラグ
の発生量が増えて、スラグの処理が問題となっていた。
ステンレス溶銑を取鍋内に出銑した後に、ガス吹込機能
をもつランスパイプをこれの先端部から取鍋内のステン
レス溶銑に浸漬させ、ランスパイプからガスを取鍋内の
ステンレス溶銑に吹き込んで攪拌することにより、ステ
ンレス溶銑の脱硫反応を促進するための方法を開発し、
特許出願した(特願平8−79445号、特願平8−3
35887号)。
する通路をもつ芯金パイプと、芯金パイプの外周面を被
覆する耐火キャスタブル材料で形成されたキャスタブル
被覆層とを有する。上記したステンレス溶銑の取鍋脱硫
方法によれば、前記したように、取鍋内のステンレス溶
銑へのガス攪拌により、ステンレス溶銑における脱硫反
応が促進され、石灰等の脱硫剤の使用量の削減を図り
得、ひいてはスラグ量の低減を図り得る。さらにはスラ
グ量低減による溶解電力の削減等を図り得る。
レス溶銑を溶製する場合の脱硫用のスラグの組成は一般
的にはCaO、SiO2の他にCaF2を主要成分とする
ものであることから、ステンレス溶銑を脱硫処理する際
に使用するランスパイプのキャスタブル被覆層は、スラ
グと接触するスラグラインでの溶損が非常に厳しい。
が必ずしも充分ではなかった。故に脱硫コストにおいて
ランスパイプのコストが占める割合が大きく、これが取
鍋脱硫処理方法のデメリットであった。またランスパイ
プの寿命が短いことから、ランスパイプによる攪拌時間
を延長するにも制約があった。
る脱硫コストを低減することが、上記したステンレス溶
銑の取鍋脱硫処理法の効果向上につながる点に着目し
た。
えば5〜20%と高いステンレス用スラグが脱硫用スラ
グとして用いられる場合には、ランスパイプのキャスタ
ブル被覆層を構成するアルミナやシリカ等の耐火材料を
非常に浸食しやすく、溶損量が大きい。このため、アル
ミナやシリカ等で形成された材質では耐用回数が落ち、
ランスパイプのコストアップとなる。
被覆層の材質をマグネシアとすることも考えられる。こ
の場合にはスラグの主要成分が浸食性を有するCaF2
であっても、良好な耐食性が得られるが、ステンレス溶
銑への浸漬による高温加熱−冷却の繰り返しサイクルが
施されると、熱衝撃により亀裂が生成し易く、耐スポー
リング性が充分ではない。亀裂がキャスタブル被覆層に
発生すると、そこへ溶銑が差し込み、ひいては芯金パイ
プの穴あきに進展し、ガスや吹込粉体がもれ、ランスパ
イプの所定の目的が果たせなくなる。
のであり、脱硫用のスラグの主要成分がCaF2 であっ
ても、キャスタブル被覆層の長寿命化を図ることがで
き、耐用回数を増加できるステンレス溶銑の脱硫処理用
ランスパイプ、及び、ステンレス溶銑の取鍋脱硫処理方
法を提供することを課題とする。
ス溶銑を脱硫するスラグの主要成分がCaF2 であると
き、脱硫処理に使用するステンレス溶銑の脱硫処理用ラ
ンスパイプのキャスタブル被覆層の材質について鋭意開
発を進めている。そして、CaF2に対して良好な耐食
性をもつものの耐スポーリング性が必ずしも充分ではな
いマグネシア系をキャスタブル被覆層として積極的には
用いない着想の元に、開発を進めた。
スパイプを構成するキャスタブル被覆層を、MgOを積
極的には含まないAl2O3−SiO2−ZrO2の三元系
とし、ZrO2が1〜10重量%、Al2O3が50〜8
5重量%、SiO2が10〜30重量%含まれている組
成とすれば、ステンレス溶銑を脱硫するスラグの主要成
分がCaF2 であるときであっても、脱硫処理用ランス
パイプを構成するキャスタブル被覆層の耐溶損性、耐ス
ポーリング性を向上することでき、よって脱硫処理用ラ
ンスパイプの長寿命化を図ることができ、脱硫処理用ラ
ンスパイプの耐用回数を増加できることを知見し、本発
明に係るステンレス溶銑の脱硫処理用ランスパイプ、及
び、ステンレス溶銑の取鍋脱硫処理方法を開発した。
処理用ランスパイプは、溶解炉で溶製したステンレス溶
銑を取鍋内に排出し、スラグ存在の状態で取鍋内のステ
ンレス溶銑に不活性ガスを吹き込んでステンレス溶銑を
攪拌しつつ取鍋内で脱硫処理する脱硫処理用ランスパイ
プであって、吹込ガスが通過する通路をもつ芯金パイプ
と、芯金パイプの外周面を被覆する耐火キャスタブル材
料で形成されたキャスタブル被覆層とを有し、キャスタ
ブル被覆層のうち少なくともステンレス溶銑に浸漬され
る浸漬部は、Al2O3−SiO2−ZrO2の三元系であ
り、ZrO2が1〜10重量%、Al2O3が50〜85
重量%、SiO2が10〜30重量%含まれている組成
を有することを特徴とするものである。
脱硫処理方法は、電気炉等の溶解炉で溶製したステンレ
ス溶銑を取鍋に排出し、CaO、SiO2、CaF2を主
要成分とするスラグの存在の状態で取鍋内のステンレス
溶銑に浸漬したランスパイプにより不活性ガスを吹き込
んでステンレス溶銑を攪拌しつつ、取鍋内で脱硫処理す
るステンレス溶銑の取鍋脱硫処理方法であって、ランス
パイプは、吹込ガスが通過する通路をもつ芯金パイプ
と、芯金パイプの外周面を被覆する耐火キャスタブル材
料で形成されたキャスタブル被覆層とを有し、キャスタ
ブル被覆層のうち少なくともステンレス溶銑に浸漬され
る浸漬部は、Al2O3−SiO2−ZrO2の三元系であ
り、ZrO2が1〜10重量%、Al2O3が50〜85
重量%、SiO2が10〜30重量%含まれている組成
を有することを特徴とするものである。
内のステンレス溶銑の湯面には、CaO、SiO2の他
にCaF2を主要成分とする脱硫用のスラグが浮遊す
る。この脱硫用のスラグを介してステンレス溶銑の脱硫
処理が行われる。
イプの先端側である浸漬部は、取鍋内のステンレス溶銑
およびスラグ中に浸漬される。このようにランスパイプ
が浸漬された状態で、ランスパイプの芯金パイプの通路
から取鍋内のステンレス溶銑中にガスが吹き込まれ、取
鍋内のステンレス溶銑の攪拌が行われる。これによりス
ラグを利用した脱硫処理が促進される。ガスとしては、
一般的には、窒素、アルゴンガス等の不活性ガスが用い
られる。
キャスタブル被覆層の少なくとも浸漬部は、前記したよ
うに、Al2O3−SiO2−ZrO2の三元系であり、Z
rO 2 が1〜10重量%、Al2O3が50〜85重量
%、SiO2が10〜30重量%の組成を有する。この
ため後述する試験で示すように、耐溶損性、耐スポーリ
ング性が良好となる。
イプによれば、前述したように、キャスタブル被覆層の
うち少なくともステンレス溶銑に浸漬される浸漬部は、
MgOを積極的には含まないAl2O3−SiO2−Zr
O2の三元系である。
は、ZrO2 の割合は1〜10重量%であり、なかでも
3〜8重量%、4〜7重量%にできる。耐溶損性の向
上、耐スポーリング性の向上を考慮したものである。
でも60〜80重量%、65〜75重量%にできる。A
l2O3が前記下限値よりも少ないと、溶損量が大きくな
る傾向がある。Al2O3が前記上限値よりも多いと、耐
スポーリング性が低下し、亀裂が生成し易くなる傾向が
ある。
り、なかでも15〜35重量%、20〜30重量%にで
きる。SiO2が前記下限値よりも少ないと、アルミナ
の割合が相対的に増加するため、スポーリング抵抗が小
さくなり、耐スポーリング性が低下する傾向がある。S
iO2が前記上限値よりも多いと、溶損量が大きくなる
傾向がある。
ルミナセメント等のセメントを使用することができる
が、場合によってはローセメントタイプあるいはノンセ
メントタイプでも良い。
Cr及びNiを含有する溶銑であり、一般的には、C
r:5〜25%、Ni:0〜25%、Si:0.1〜
0.8%、C:2〜6%、残部実質的にFe及び不可避
不純物を含む組成を有する溶銑である。
銑の湯面には、CaO、SiO2、CaF2を主要成分と
する脱硫用のスラグが浮遊する。この脱硫用のスラグを
介してステンレス溶銑の脱硫処理が行われる。スラグの
塩基度(CaO/SiO2)は一般的には1.3〜2.
5、または、1.5〜2.2にすることができる。
ブル被覆層の浸漬部を構成するZrO2 の起源となる含
有材料としては、バッデライト(ZrO2)、ジルコニ
ア・ムライト(ZrO2・Al2O3・SiO2)、アルミナ
−ジルコニア(Al2O3・ZrO2 )、ジルコン(Zr
O2・SiO2)、アルミナ−ジルコン(Al2O3・Zr
O2・SiO2)などがあげられ、特に限定されない。ま
た、残部のAl2O3、SiO2の起源となる含有材料も
特に限定されない。
に分けて説明する。
スが通過する通路をもつ芯金パイプと、芯金パイプの外
周面を被覆する耐火キャスタブル材料で形成されたキャ
スタブル被覆層とを有する。キャスタブル被覆層の全体
は、表1に示すように、Al2O3−SiO 2−ZrO2の
三元系であり、キャスタブル被覆層の全体を100重量
%としたとき、ZrO2が1〜10重量%に設定されて
おり、残部が不可避不純物とAl2O 3、SiO2からな
る組成を有する。具体的には、本実施例に係るキャスタ
ブル被覆層の全体は、表1に示すように、ZrO2が5
重量%、Al2O3が73重量%、SiO2が20重量%
含まれている組成をもつ。本実施例に係るキャスタブル
被覆層にはMgOは積極的には含まれていない。MgO
が含まれていると、CaF2による浸食に対しては有効
であるものの、耐スポーリング性が低下する傾向があ
り、キャスタブル被覆層に亀裂が生成する度合が高くな
るためである。
気孔率について、110℃で24時間加熱したとき、1
000℃で3時間加熱したとき、1500℃で3時間加
熱したときの値を測定した(JIS−R2205)。同
耐火材料の嵩比重について、110℃で24時間加熱し
たとき、1000℃で3時間加熱したとき、1500℃
で3時間加熱したときの値を測定した(JIS−R22
05)。同耐火材料の圧縮強さについて、110℃で2
4時間加熱したとき、1000℃で3時間加熱したと
き、1500℃で3時間加熱したときの値を測定した
(JIS−R2206)。同耐火材料の線変化率につい
て、1000℃で3時間加熱して常温に戻したとき、1
500℃で3時間加熱して常温に戻したときの値を測定
した(JIS−R2208)。各測定結果を表1に示
す。
意した。比較例1〜比較例3に係るキャスタブル被覆層
の耐火材料についても、実施例と同様に測定を行ない、
その測定結果を表1に示す。表1に示すように、比較例
1に係るキャスタブル被覆層は、Al2O3−MgO−S
iO2−C系であり、Al2O3が84重量%、MgOが
5重量%、SiO2が5重量%、Cが4重量%含まれて
いる組成とされている。比較例2に係るキャスタブル被
覆層は、Al2O3−SiO2系であり、Al2O 3が65
重量%、SiO2が33重量%含まれている組成とされ
ている。比較例3に係るキャスタブル被覆層は、Al2
O3−SiO2系であり、Al2O3が90重量%、SiO
2が9重量%含まれている組成とされている。なお10
0重量%に足らない分は実質的にバインダ分である。
イプ、比較例1〜3に係るランスパイプについての溶損
試験、電気炉スポーリング試験を行った。溶損試験は次
のようにして行った。
試験の結果を示す。スポーリング指数は比較例1を10
0とした。図1に示すように、実施例では溶損量は6.
6mmと少な目であり、スポーリング指数は60と少な
目であった。即ち、Al2O3−SiO2−ZrO2の三元
系である実施例では、耐溶損性及び耐スポーリング性の
双方について良好であった。
−C系である比較例1では溶損量は19.6mmとかな
り多く、スポーリング指数は100であり、耐溶損性及
び耐スポーリング性の双方共に充分ではなかった。ま
た、Al2O3−SiO2系である比較例2では溶損量が
22.4mmと最も多く、スポーリング指数も85とか
なり大きく、耐溶損性及び耐スポーリング性の双方が充
分ではなかった。また、Al2O3−SiO2系である比
較例3では溶損量は3.6mmと少なかったものの、ス
ポーリング指数が70と大きめであった。つまり比較例
3では、耐溶損性は良好であったものの、耐スポーリン
グ性が充分ではなかった。
加える。実機試験では、電気アーク炉(90トン用)で
ステンレス溶銑を実際に溶製した。溶製の際には脱硫剤
が添加されている。溶製したステンレス溶銑(温度:1
350〜1400℃)をスラグとともに取鍋内に排出
し、収容した。ステンレス溶銑は、Cr:5〜25%、
Ni:0〜25%、Si:0.1〜0.8%、C:2〜
6%、残部は実質的にFe及び不可避不純物を含む組成
をもつ。
グは、CaO−SiO2−CaF2系を主成分とするもの
であり、目標スラグ塩基度(CaO/SiO2)は2.
0とした。
で実施した。このとき本実施例に係るランスパイプの先
端部をステンレス溶銑及びスラグに浸漬させた状態で、
ランスパイプから不活性ガス(窒素ガス)を吹き込み、
ステンレス溶銑の攪拌処理を行ない、ステンレス溶銑の
脱硫処理を促進させた。そしてランスパイプの耐用回数
を調べた。なおガス吹込流量は800〜1100NL/
分とした。
たように、吹込ガスが通過する通路をもつ芯金パイプ
と、芯金パイプの外周面を被覆する耐火キャスタブル材
料で形成されたキャスタブル被覆層とを有する。キャス
タブル被覆層の全体組成は表1の実施例に示す組成に基
づいた。
ついても、同様に実機試験を行った。実機試験の結果を
表2に示す。表2においてn数は平均値を採るための試
験回数を意味し、平均耐用回数はその試験回数における
耐用チャージを意味する。
数は40回であり、耐用回数が多かった。即ち、Al2
O3−SiO2−ZrO2系の組成をもつ実施例では、亀
裂の発生も抑えられ、CaF2 を多量に含む浸食性が高
いスラグであっても、ランスパイプのキャスタブル被覆
層の溶損が少なかった。
あったが、平均耐用回数は27回であり、ランスパイプ
の寿命は実施例の寿命の約68%であり短かかった。こ
の比較例1では、加熱・冷却の熱サイクルの繰り返しに
伴う亀裂の発生、進展が認められ、キャスタブル被覆層
が胴体部から脱落し、ランスパイプの寿命に大きなばら
つきがあった。
5回であり、同様にランスパイプの寿命が短かった。比
較例3では耐用回数は28回であり、同様に寿命が短か
った。即ち、Al2O3−SiO2系の比較例2では、キ
ャスタブル被覆層における亀裂の発生は少なかったが、
キャスタブル被覆層におけるスラグラインでの溶損が顕
著であり、この部分がランスパイプの耐用を律速する結
果となった。また比較例3では、スラグライン部での溶
損は少ないものの、キャスタブル被覆層の剥離が廃却原
因となった。特にCaF2 を多量に含む(例えば5〜2
0重量%)スラグを用いた場合には、溶損傾向が著しか
った。
ば、ZrO2は5重量%であるが、1〜10重量%の範
囲内としたAl2O3−SiO2−ZrO2の三元系の組成
であれば、ランスパイプの耐用回数を増加できるもので
あることが確認されている。即ち、Al2O3−SiO2
−ZrO2の三元系の組成において、ZrO2が2重量
%、ZrO2が4重量%、ZrO2が6重量%、ZrO2
が8重量%であっても、耐溶損性、耐スポーリング性が
改善されるものである。
すように、このランスパイプ10は、吹込ガスが通過す
る通路21をもつ芯金パイプ20と、芯金パイプ20の
外周面を被覆する耐火キャスタブル材料で形成されたキ
ャスタブル被覆層30とを有する。通路21は、不活性
ガスを供給するガス供給源40に繋がっている。キャス
タブル被覆層30の全体は、表1に示すように、Al2
O3−SiO2 −ZrO2 の三元系であり、上記した表
1に示す実施例の組成とされている。そして使用の際に
は、図3に示すように、取鍋50内に収容されたステン
レス溶銑51の湯面にスラグ52を浮遊させて脱硫処理
を行いつつ、この状態で、ランスパイプ10を先端側か
ら浸漬させ、芯金パイプ20の通路21から不活性ガス
を吹き込むことにしている。これによれば、電気炉等の
溶解炉にて調合、溶融したステンレス溶銑の脱硫処理に
おいてランスパイプ10によるガス攪拌を実施している
ため、脱硫処理が促進され、脱硫剤の使用量が低減さ
れ、ステンレス鋼の製造プロセス全体から出るスラグの
発生量を大幅に低減することができる。
思想も把握できる。 (付記項1)請求項1または2において、キャスタブル
被覆層のうち少なくともステンレス溶銑に浸漬される浸
漬部は、MgOを含まないAl2O3−SiO2−ZrO2
の三元系であり、ZrO2 が1〜10重量%、Al2 O
3 が50〜85重量%、SiO2 が10〜30重量%含
まれている組成を有することを特徴とするステンレス溶
銑の脱硫処理用ランスパイプ、及び、ステンレス溶銑の
取鍋脱硫処理方法。 (付記項2)請求項1または2において、ステンレス溶
銑は、Cr:5〜25%、Ni:0〜25%、Si:
0.1〜0.8%、C:2〜6%、残部実質的にFe及
び不可避不純物を含む組成を有することを特徴とするス
テンレス溶銑の脱硫処理用ランスパイプ、及び、ステン
レス溶銑の脱硫処理方法。
処理用ランスパイプの長寿命化を図ることができ、ラン
スパイプの耐用回数を増加できる。
示す写真である。
る。
イプ、30はキャスタブル被覆層を示す。
Claims (2)
- 【請求項1】溶解炉で溶製したステンレス溶銑を取鍋内
に排出し、スラグ存在の状態で取鍋内のステンレス溶銑
に不活性ガスを吹き込んでステンレス溶銑を攪拌しつつ
取鍋内で脱硫処理する脱硫処理用ランスパイプであっ
て、 吹込ガスが通過する通路をもつ芯金パイプと、前記芯金
パイプの外周面を被覆する耐火キャスタブル材料で形成
されたキャスタブル被覆層とを有し、 前記キャスタブル被覆層のうち少なくともステンレス溶
銑に浸漬される浸漬部は、 Al2O3−SiO2−ZrO2の三元系であり、ZrO2
が1〜10重量%、Al2O3が50〜85重量%、Si
O2が10〜30重量%含まれている組成を有すること
を特徴とするステンレス溶銑の脱硫処理用ランスパイ
プ。 - 【請求項2】電気炉等の溶解炉で溶製したステンレス溶
銑を取鍋に排出し、CaO、SiO2、CaF2を主要成
分とするスラグの存在の状態で取鍋内のステンレス溶銑
に浸漬したランスパイプにより不活性ガスを吹き込んで
ステンレス溶銑を攪拌しつつ、取鍋内で脱硫処理するス
テンレス溶銑の取鍋脱硫処理方法であって、 前記ランスパイプは、吹込ガスが通過する通路をもつ芯
金パイプと、前記芯金パイプの外周面を被覆する耐火キ
ャスタブル材料で形成されたキャスタブル被覆層とを有
し、 前記キャスタブル被覆層のうち少なくともステンレス溶
銑に浸漬される浸漬部は、Al2O3−SiO2−ZrO2
の三元系であり、ZrO2が1〜10重量%、Al2O3
が50〜85重量%、SiO2が10〜30重量%含ま
れている組成を有することを特徴とするステンレス溶銑
の取鍋脱硫処理方法。
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