JP2002307161A

JP2002307161A - 取鍋用充填砂

Info

Publication number: JP2002307161A
Application number: JP2001113815A
Authority: JP
Inventors: Nagayasu Sawaki; 長恵澤木; Hiroshi Takenaka; 宏竹中; Hiroshi Sugimoto; 博司杉本; Toru Nishikawa; 徹西川
Original assignee: CERA TECHNO KK
Current assignee: CERA TECHNO KK
Priority date: 2001-04-12
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2002-10-22

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、地金の浸透・侵入を防止
し、且つ焼結の進行を抑制することができる取鍋用充填
砂を提供することにある。【解決手段】本発明の取鍋用充填砂は、必須成分とし
て窒化珪素を含有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、取鍋のノズルに使
用するための窒化珪素を含有してなる取鍋用充填砂に関
する。

【０００２】取鍋は転炉で出鋼した溶鋼を入れる容器で
あり、取鍋の下部には、スライドバルブが設置されてお
り、溶鋼の排出及び停止を制御している。溶鋼を排出す
る時に、スライドバルブを開くが、溶鋼が排出し易いよ
うに、先ず取鍋用充填砂を流出させ、その後に溶鋼が排
出される。取鍋用充填砂は、溶鋼の排出をスムーズにす
るために使用されるものであり、もし、取鍋用充填砂を
使用しない場合には、出鋼した溶鋼が直接スライドバル
ブ内の孔の中に入り、ここで冷却されて固化してしまう
ので、スライドバルブを開いても溶鋼が出ないことにな
る。取鍋用充填砂は、取鍋の受鋼時には、溶鋼を遮断し
て、スライドバルブを開けた時に取鍋用充填砂が排出し
た後に溶鋼が侵入し、排出されるものである。

【０００３】溶鋼が順調に排出されたか否かは、スライ
ドバルブの若干の隙間等より、目視で、赤い火花が噴出
し、赤く輝くので良く見える。取鍋のスライドバルブが
自然開孔しない場合には、酸素パイプで孔の下部からふ
かすが、これは開孔不良と呼ばれる。このような操作で
も開孔できない場合には、開孔不能となり、操業工程は
乱れる。この場合には、別の場所で開孔するか、または
取鍋を傾けて溶鋼を上部から排出することとなる。

【０００４】上述のように取鍋用充填砂は取鍋から溶鋼
をスムーズに排出させるためにノズル（孔）部に使用さ
れている。取鍋用充填砂の使用方法の１例を記載すると
下記の通りである。まず、取鍋から溶鋼を流出させて排
出バルブを閉じた後、ノズルに取鍋用充填砂を投入す
る。次いで、取鍋に受鋼し、排出バルブを開き、まず、
取鍋用充填砂を流出させ、次いで、溶鋼を流出させる。
取鍋が受鋼している状態において、取鍋用充填砂は溶鋼
と接している部分、即ち、上部の温度が最も高くなり、
焼結し、一部はガラス化する。また、取鍋用充填砂の下
部は温度が低く、焼結しない。取鍋用充填砂に要求され
る特性としては、排出バルブを開くのと同時に未焼結部
が自重により落下し、焼結層が溶鋼の静圧により容易に
破れることである。しかしながら、溶鋼が自然に流出し
ない場合には、危険を伴う酸素開孔という作業を余儀な
くされるばかりでなく、鋼の品質にも影響する。また、
酸素開孔でも開孔しない場合は溶鋼を廃棄することにな
る。このような観点から自然開孔率の向上は重大なテー
マである。

【０００５】従来、取鍋用充填砂としては一般に珪砂が
用いられている。例えば、珪砂を使用し、使用状況に応
じてシリカの純度を調節して焼結を防止したり、逆に、
正長石（Ｋ₂Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・６ＳｉＯ₂）を添加して焼結
を起こさせ、溶鋼に接する部分に粘稠な皮膜を生成させ
て溶鋼の浸透を防止することが行われている。

【０００６】シリカの純度を変化させて取鍋用充填砂の
焼結を防止する場合には、取鍋用充填砂自体の溶融部が
生成されないため、溶鋼の浸透を防止することはでき
ず、ノズルの自然開孔率が低く、大幅な自然開孔率の向
上は期待できない。また、正長石等を添加すると、鋼の
高級化に伴う炉外精錬等での高温長時間処理の場合は高
温の溶鋼が鍋内に長時間滞留することになり、取鍋用充
填砂自体の焼結が進んで強固な皮膜が生成され、自然開
孔しないことが多く、操業に支障をきたすものであっ
た。

【０００７】これらの不具合を解消するものとして、例
えば特許第２６７３４６７号公報には、スライディング
ノズルを珪砂やＭｇＯクリンカー、ジルコンサンド等で
閉塞するノズル詰物において、ノズル詰物にカーボンブ
ラックを０．０５〜５．０重量％（質量％）配合したこ
とを特徴とするスライディングノズルの詰物が開示され
ている。しかし、この公報に記載のスライディングノズ
ルの詰物は、カーボンブラックが配合されているため
に、鋼種によっては溶鋼への浸炭が問題となるために好
ましくない。

【０００８】更に、特開平５−３１５７３号公報には、
ジルコン６５〜９７重量％（質量％）、黒鉛１〜５重量
％（質量％）及びジルコニア、珪砂、クロム鉄鉱、マグ
ネシア、アルミナからなる群から選んだ少なくとも１種
を１〜３０重量％（質量％）含有することを特徴とす
る、取鍋自然開孔用充填砂並びにジルコン９２〜９８重
量％（質量％）、黒鉛１〜５重量％（質量％）及び硼砂
及び水ガラスの少なくとも１種を０．２〜２．５重量％
（質量％）含有することを特徴とする、取鍋自然開孔用
充填砂が開示されている。しかし、この公報に記載の取
鍋自然開孔用充填砂は、黒鉛が配合されているために、
上記と同様に鋼種によっては溶鋼への浸炭が問題となる
ために好ましくない。

【０００９】また、特開平６−７１４２４号公報には、
クロム鉱石の７５〜８９重量％（質量％）と、けい砂ま
たはけい石の１０〜２０重量％（質量％）と、黒鉛の１
〜５重量％（質量％）との混合物からなる溶融金属流量
制御装置用ノズル孔充填材が開示されている。この充填
材は、溶融温度が２０００℃以上のクロム鉱石の粒子間
にけい砂またはけい石を配して適度なガラス状反応層を
形成するようにしたものであり、黒鉛はノズル孔を開孔
して溶融金属を流出するときに、クロム鉱石粒の滑りを
良くするために配合されている。しかしながら、該公報
に記載された充填材は黒鉛が配合されているために上記
と同様に鋼への浸炭等による汚染の問題を有する他に、
該充填材に使用されるクロム鉱石の粒径は１ｍｍ以上
で、且つ溶鋼の流量制御装置のノズル孔口径の１／７以
下であり、ノズル孔に充填されるクロム鉱石の質量が減
少し、充填材の自重が軽くなり、それによって自然開孔
率が低下するために好ましくないとしている。しかし、
１ｍｍを超える粒径を有するクロム鉱石は非常に高価
で、コストの面でも好ましくない。

【００１０】更に、特開平９−４７８６３号公報には、
１０〜３０ｗｔ％（質量％）の珪砂、および、７０〜９
０ｗｔ％（質量％）のクロム鉱砂からなり［但し、前記
珪砂と前記クロム鉱砂との合計は１００ｗｔ％（質量
％）以下］、前記珪砂は、９５ｗｔ％（質量％）以上の
二酸化珪素（ＳｉＯ₂）を含有し、前記珪砂の粒度組成
においては、粒径が０．１超〜１ｍｍのものが９０ｗｔ
％（質量％）以上、粒径が０．１ｍｍ以下のものが０〜
２ｗｔ％（質量％）であり、前記クロム鉱砂は、３０ｗ
ｔ％（質量％）以上の酸化クロム（Ｃｒ₂Ｏ₃）を含有
し、前記クロム鉱砂の粒度組成においては、粒径が０．
１超〜１ｍｍのものが９０ｗｔ％（質量％）以上、粒径
が０．１ｍｍ以下のものが０〜２重量％（質量％）であ
ることを特徴とする取鍋ノズル用充填詰物が開示されて
いる。

【００１１】しかしながら、特開平６−７１４２４号公
報及び特開平９−４７８６３号公報に記載の充填詰物の
自然開孔率は９４〜９５％であり、満足のいく自然開孔
率を得ることはできなかった。また、最大粒径が７００
μｍを超えるクロマイトサンドは大変高価であり、コス
トの面でも何ら配慮がなされていない。

【００１２】そこで、自然開孔率が非常に高いクロマイ
ト−珪砂系充填砂を低コストで提供することを目的とし
て、特開平１１−３００４６８号公報には、クロマイト
サンド及び珪砂を必須の構成成分とするクロマイト−珪
砂系取鍋充填砂において、クロマイトサンドの最大粒径
が７００μｍ以下であり、７５μｍ以下の珪砂が珪砂全
量の１０重量％（質量％）以下であり、且つ珪砂の平均
粒径／クロマイトサンドの平均粒径が１．２〜０．６の
範囲内にあることを特徴とするクロマイト−珪砂系取鍋
充填砂が提案されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１１−３００４６８号公報に記載されているクロマイト
−珪石系取鍋充填砂でも、インサートノズル内で焼結層
が強固となったり、地金の侵入が発生して更に強固な焼
結層が形成され、開孔不良や開孔不能となることがあ
る。また、珪砂系取鍋充填砂においても、焼結が進行し
て強固な皮膜が生成され、開孔不良や開孔不能となるこ
とがある。

【００１４】即ち、クロマイト−珪石系取鍋充填砂や珪
砂系取鍋充填砂に共通する問題点は、インサートノズル
内で焼結の進行や地金の浸透・侵入等により、更に焼結
層が厚肉化し、開孔不良・開孔不能のような異常が発生
することである。これまで、クロマイト−珪砂系または
珪砂系取鍋充填砂においては、焼結の進行を抑制するた
めに、細かい粒度、特に、粉・微粉を排除していた。し
かしながら、これでも上述の通り焼結の抑制ができない
ばかりでなく、粉・微粉を排除したため充填砂内部に空
隙が生じ地金の侵入を防止することができなかった。

【００１５】従って、本発明の目的は、地金の浸透・侵
入を防止し、且つ焼結の進行を抑制することができる取
鍋用充填砂を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の取鍋用充
填砂は、必須成分として窒化珪素を含有することを特徴
とする。

【００１７】また、本発明の取鍋用充填砂は、窒化珪素
のみからなることを特徴とする。

【００１８】更に、本発明の取鍋用充填砂は、窒化珪素
及び珪砂からなることを特徴とする。

【００１９】また、本発明の取鍋用充填砂は、窒化珪素
１０質量％以上（１００質量％を含まず）及び珪砂９０
質量％以下（ゼロを含まず）からなることを特徴とす
る。

【００２０】更に、本発明の取鍋用充填砂は、窒化珪素
及びクロマイトサンドからなることを特徴とする。

【００２１】また、本発明の取鍋用充填砂は、窒化珪素
１０質量％以上（１００質量％を含まず）及びクロマイ
トサンド９０質量％以下（ゼロを含まず）からなること
を特徴とする。

【００２２】更に、本発明の取鍋用充填砂は、窒化珪
素、珪砂及びクロマイトサンドからなることを特徴とす
る。

【００２３】また、本発明の取鍋用充填砂は、窒化珪素
１０質量％以上（１００質量％を含まず）、珪砂９０質
量％未満（ゼロを含まず）、クロマイトサンド９０質量
％未満（ゼロを含まず）且つ珪砂とクロマイトサンドの
合計量９０質量％以下（ゼロを含まず）からなることを
特徴とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の取鍋用充填砂は、必須成
分として窒化珪素を含有するところに特徴がある。ここ
で、窒化珪素は物理的にも化学的にも非常に安定な物質
であり、還元雰囲気では１９００℃程度の温度域まで安
定で、それ以上の温度では分解昇華する。なお、酸化雰
囲気では１４００℃以上の温度域で徐々に酸化分解が起
こる性質がある。しかしながら、取鍋に取鍋用充填砂を
充填してから受鋼までの間に充填砂が実際に曝される温
度は、酸化雰囲気中約１２００℃以下であり、受鋼後は
還元雰囲気中約１６５０℃以下である。従って、窒化珪
素を珪砂やクロマイトと併用した取鍋用充填砂でも約１
５００℃の温度域でも弱い焼結しか生じずることがな
く、高い自然開孔率を維持することができる。また、上
述のように窒化珪素は非常に安定な物質であるために、
粉・微粉を排除する必要はなく、逆に、積極的に使用す
ることができ、それによって地金の浸透・侵入を防止し
ながら、焼結の進行を抑制することができる。なお、本
発明の取鍋用充填砂に使用する窒化珪素は、Ｓｉ₃Ｎ₄純
度９０質量％以上のもので、１．０ｍｍ以下の粒径のも
のが９０質量％以上であるものが好ましい。ここで、窒
化珪素のＳｉ₃Ｎ₄純度が９０質量％未満であると、製造
時の原料である金属［Ｓｉ］の残留あるいは酸素、水蒸
気等を微量含んだ窒素雰囲気中で窒化反応させた時に発
生する酸窒化珪素（Ｓｉ ₂Ｎ₂Ｏ）が多くなる結果、取鍋
用充填砂が焼結し易くなり、開孔不良・開孔不能の発生
が多くなるために好ましくない。また、１．０ｍｍ以下
の粒径のものが９０質量％未満であると、取鍋用充填砂
への地金差しを抑制することができないために好ましく
ない。

【００２５】本発明の取鍋用充填砂の第１の態様によれ
ば、該充填砂は窒化珪素より構成される。

【００２６】次に、本発明の取鍋用充填砂の第２の態様
によれば、該充填砂は、窒化珪素及び珪砂から構成され
る。ここで、本発明の取鍋用充填砂に珪砂を添加するこ
とにより、即ち、窒化珪素と珪砂を併用して窒化珪素は
粉・微粉を有効に使用することにより、充填砂はより細
かく目詰まり状となり、地金の侵入を防ぎ、焼結の進行
も抑制される。なお、窒化珪素は価格が比較的高価であ
るが、珪砂は安価であるので、充填砂の単価を安くでき
るという効果が得られる。なお、窒化珪素と珪砂の配合
割合は、窒化珪素１０質量％以上（１００質量％を含ま
ず）及び珪砂９０質量％以下（ゼロを含まず）の範囲内
である。ここで、窒化珪素の配合割合が１０質量％未
満、即ち、珪砂の配合割合が９０質量％を超えると、窒
化珪素の添加効果がなく、取鍋用充填砂の焼結を招くこ
とがあるために好ましくない。

【００２７】なお、本発明の取鍋用充填砂に使用する珪
砂のＳｉＯ₂純度は９５質量％以上のもので、且つ０．
１ｍｍ超〜２．０ｍｍの範囲内の粒径のものが９０質量
％以上、０．１ｍｍ以下の粒径のものが０〜３質量％の
ものが好ましい。ここで、ＳｉＯ₂純度が９５質量％未
満であると、他のＡｌ₂Ｏ₃、ＣａＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃等の不純
分が増加することとなり、ガラス物質が生成し、焼結し
易くなるために好ましくない。また、０．１ｍｍ超〜
２．０ｍｍの範囲内の粒径のものが９０質量％未満であ
ったり、０．１ｍｍ以下の粒径のものが３質量％を超え
ると、やはり焼結し易くなるために好ましくない。

【００２８】次に、本発明の取鍋用充填砂の第３の態様
によれば、該充填砂は、窒化珪素及びクロマイトサンド
から構成される。ここで、本発明の取鍋用充填砂にクロ
マイトサンドを添加することにより、即ち、窒化珪素と
クロマイトサンドを併用して窒化珪素の粉・微粉を有効
に使用することで充填砂の空隙を少なくし、地金の侵入
を防止するという効果が得られる。なお、窒化珪素とク
ロマイトサンドの配合割合は、窒化珪素１０質量％以上
（１００質量％を含まず）及びクロマイトサンド９０質
量％以下（ゼロを含まず）の範囲内である。ここで、窒
化珪素の配合割合が１０質量％未満、即ち、クロマイト
サンドの配合割合が９０質量％を超えると、窒化珪素の
添加効果がなく、取鍋用充填砂の焼結を招くことがある
ために好ましくない。

【００２９】なお、本発明の取鍋用充填砂に使用するク
ロマイトサンドのＣｒ₂Ｏ₃純度は３０質量％以上のもの
で、且つ０．１ｍｍ超〜１．０ｍｍの範囲内の粒径のも
のが９０質量％以上、０．１ｍｍ以下の粒径のものが０
〜２質量％のものが好ましい。ここで、Ｃｒ₂Ｏ₃純度が
３０質量％未満であると、不純分のＦｅ₂Ｏ₃やＡｌ₂Ｏ₃
が増加して焼結し易くなるために好ましくない。また、
０．１ｍｍ超〜１．０ｍｍの範囲内の粒径のものが９０
質量％未満であったり、０．１ｍｍ以下の粒径のものが
２質量％を超えると、焼結の進行が促進されて開孔不良
・開孔不能が増加することとなるために好ましくない。

【００３０】更に、次に、本発明の取鍋用充填砂の第
３の態様によれば、該充填砂は、窒化珪素、珪砂及びク
ロマイトサンドから構成される。ここで、窒化珪素、珪
砂とクロマイトサンドの配合割合は、窒化珪素１０質量
％以上（１００質量％を含まず）、珪砂９０質量％未満
（ゼロを含まず）及びクロマイトサンド９０質量％未満
（ゼロを含まず）で、且つ珪砂とクロマイトサンドの合
計量９０質量％以下（ゼロを含まず）の範囲内である。
ここで、窒化珪素の配合割合が１０質量％未満、即ち、
珪砂とクロマイトサンドの合計割合が９０質量％を超え
ると、窒化珪素の添加効果がなく、取鍋用充填砂の焼結
を招くことがあるために好ましくない。

【００３１】なお、本発明の取鍋用充填砂の使用方法は
特に限定されるものではなく、慣用・公知の方法に従っ
て使用できるものである。

【００３２】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明の取鍋用充填砂
を更に説明する。実施例以下の表１に記載する原料を用い、表２に記載する配合
割合にて本発明品及び比較品の取鍋用充填砂を製造し
た。得られた取鍋用充填砂の諸特性を表２に併記する。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【表２】

【００３５】

【表３】

【００３６】

【表４】

【００３７】表２中、使用回数は、実機取鍋（２４０ト
ン）の孔にそれぞれの孔に取鍋用充填砂を充填し、約１
６５０℃の溶鋼を２４０トン受鋼した回数を示す。ま
た、自然開口回数は、スライドバルブを移動して開き、
自然に取鍋用充填砂が排出されて溶鋼が自然に出る回数
を示す。

【００３８】上記結果から、従来の取鍋用充填砂に使用
されてきた珪砂系やクロマイト−珪砂系充填砂では、焼
結が進行して強固な皮膜が生成されることによる自然開
孔不良や、地金差し込みによる自然開孔不良が発生する
ことがあり、自然開孔率は約９４〜９５％程度であるこ
とが判る。なお、地金差し込みは焼結抑制のために微粉
部をカットしているためである。これに対し、本発明品
では、窒化珪素を使用することにより、地金差し込みを
防止すると共に焼結の進行を抑制することができ、約９
８〜９９．８％の高自然開孔率を達成することができ
た。

【００３９】

【発明の効果】本発明の取鍋用充填砂は、必須成分とし
て窒化珪素を使用することにより、地金差し込みを防止
すると共に焼結の進行を抑制することができるという効
果を奏するものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者杉本博司兵庫県明石市貴崎５丁目11番70号株式会社セラテクノ内 (72)発明者西川徹兵庫県明石市貴崎５丁目11番70号株式会社セラテクノ内Ｆターム(参考） 4E014 FA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】必須成分として窒化珪素を含有すること
を特徴とする取鍋用充填砂。
【請求項２】窒化珪素のみからなる、請求項１記載の
取鍋用充填砂。
【請求項３】窒化珪素及び珪砂からなる、請求項１記
載の取鍋用充填砂。
【請求項４】窒化珪素１０質量％以上（１００質量％
を含まず）及び珪砂９０質量％以下（ゼロを含まず）か
らなる、請求項３記載の取鍋用充填砂。
【請求項５】窒化珪素及びクロマイトサンドからな
る、請求項１記載の取鍋用充填砂。
【請求項６】窒化珪素１０質量％以上（１００質量％
を含まず）及びクロマイトサンド９０質量％以下（ゼロ
を含まず）からなる、請求項５記載の取鍋用充填砂。
【請求項７】窒化珪素、珪砂及びクロマイトサンドか
らなる、請求項１記載の取鍋用充填砂。
【請求項８】窒化珪素１０質量％以上（１００質量％
を含まず）、珪砂９０質量％未満（ゼロを含まず）、ク
ロマイトサンド９０質量％未満（ゼロを含まず）且つ珪
砂とクロマイトサンドの合計量９０質量％以下（ゼロを
含まず）からなる、請求項７記載の取鍋用充填砂。