JP2005088020A

JP2005088020A - 取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造

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Publication number: JP2005088020A
Application number: JP2003321697A
Authority: JP
Inventors: Toru Isogawa; 徹五十川; Kenji Ishii; 健司石井; Masao Taira; 雅夫平; Hideto Takasugi; 英登高杉
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2023-09-12
Also published as: JP4432418B2

Abstract

【課題】炉外精錬（ＶＡＤ、ＶＯＤ等）を伴う高温長時間の処理においても、高い自然開孔率を得ることができる取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造を提供すること。
【解決手段】溶湯貯留容器１の溶湯流出口１ａに設けられた取鍋摺動開閉装置１０に用いられる充填材８の充填構造を、上層８ｂにシリカ砂と長石との混合物を配し、下層８ａにシリカ砂とクロマイト砂との混合物等の難溶融性の砂を配したものとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、製鋼用取鍋等の溶湯貯留容器の溶湯流出口に設けられたスライディングノズルまたはロータリーノズル等の取鍋摺動開閉装置に用いられる充填材の充填構造に関する。

溶鋼を受鋼する取鍋は、転炉精錬の後に行われる炉外精錬および連続鋳造などに用いられ、その底部には溶鋼出鋼用の摺動開閉装置（スライディングノズルまたはロータリーノズル）が設けられている。このような摺動開閉装置を備えた取鍋では、摺動開閉装置のノズル内で溶鋼が凝固することを防止するために、溶鋼を受鋼する前に摺動開閉装置のノズル内に耐火性の充填材である詰砂が充填され、取鍋内に溶鋼が注入された後にノズルを開くと、自然に詰砂が落下し溶鋼が流出する自然開孔により出鋼している。

従来、この種の詰砂としては、一般的にシリカ砂（ＳｉＯ_２：９０〜９９％）が用いられている。また、溶融温度の高いクロム鉱石を原料とし、乾燥、分級等を行って製造されたクロマイト砂が用いられる場合もある。

しかしながら、シリカ砂は溶融温度が低く、クロマイト砂は溶鋼鋳込時に焼結してしまうという欠点がある。このため、従来の詰砂では溶鋼により焼結層を形成し、孔が開かなくなる不開孔が生じることがある。

そこで、特許文献１に記載されているように、スライディングノズル孔の下層にクロマイト砂を、上層にシリカ砂を充填する技術や、特許文献２に記載されているように、取鍋内溶鋼流出口にあらかじめ上ノズル近傍まで硅砂を入れ、硅砂上部には長石を入れて、封入物を硅砂および長石の２重構造とした技術が提案されている。

しかし、このような技術によっても、詰砂単体の粒度分布や化学成分のばらつきが大きく、不開孔を有効に減少させることができない。また、連続鋳造においては、このような不開孔が生じると、ロングノズルを取外し、下部から酸素を吹き込んで強制的に開孔しなければならず、溶鋼が空気に触れて品質に悪影響を与え、鋳片の格落ちやスクラップとなって多大な損害を生じる。したがって、このような不開孔がほとんど生じないこと、すなわち自然開孔率がほぼ１００％であることが望まれている。
特公平６０−５７９４２号公報特開平４−１８２０６０号公報

本発明は、炉外精錬（ＶＡＤ、ＶＯＤ等）を伴う高温長時間の処理においても、高い自然開孔率を得ることができる取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造を提供することを目的とする。

本発明者らは、長時間の炉外精錬を伴う高温長時間の処理においても、高い自然開孔率を維持することができる取鍋摺動開閉装置用充填材およびその充填構造について検討を重ねた。その結果、溶湯貯留容器の溶湯流出口の上層にシリカ砂と長石との混合物を配し、下層に難溶融性の砂を配することにより、溶湯が注入された際に上層の溶湯との界面部分に緻密な溶融物を形成して溶鋼の浸入を防止し、下層への溶鋼の到達時間を遅らせるとともに、下層は難溶融性であるため上層が溶解して溶鋼に直接接触しても溶融浮上せず、長時間の溶鋼精錬を伴う高温長時間の処理であっても極めて高い自然開孔率が得られることを見出した。

本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、以下の（１）〜（１５）を提供するものである。

（１）溶湯貯留容器の溶湯流出口に設けられた取鍋摺動開閉装置に用いられる充填材の充填構造であって、上層にシリカ砂と長石との混合物を配し、下層に難溶融性の砂を配したことを特徴とする取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造。

（２）上記（１）において、前記上層を構成するシリカ砂は、１．４以下の粒径係数を有することを特徴とする取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造。

（３）上記（１）、（２）において、前記上層は、粒度分布が０．３〜１．７ｍｍであるシリカ砂１００質量％に対し、外部添加で、粒度分布が０．３〜１．７ｍｍである長石を全アルカリ量が０．３〜１．５質量％となるように配合してなることを特徴とする取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造。

（４）上記（１）〜（３）において、前記上層は、さらに外部添加で０．０５〜５質量％のカーボンブラックを配合してなることを特徴とする取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造。

（５）上記（１）〜（４）において、前記下層は、シリカ砂とクロマイト砂との混合物からなることを特徴とする取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造。

（６）上記（５）において、前記下層を構成するシリカ砂およびクロマイト砂は、いずれも１．４以下の粒径係数を有することを特徴とする取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造。

（７）上記（５）、（６）において、前記下層は、５０〜９０質量％のクロマイト砂と、１０〜５０質量％のシリカ砂とからなり、前記クロマイト砂は、粒径１５０〜８５０μｍの範囲のものが９５質量％以上、粒径２１２〜６００μｍの範囲のものが６０質量％以上含まれ、前記シリカ砂は、粒径２００〜１１８０μｍの範囲のものが９５質量％以上、粒径３００〜６００μｍの範囲のものが６０質量％以上含まれていることを特徴とする取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造。

（８）上記（７）において、前記下層を構成するクロマイト砂は、粒径５３μｍ未満のものが実質的に存在しないことを特徴とする取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造。

（９）上記（７）、（８）において、前記下層を構成するクロマイト砂は、粒径８５０μｍを超えるものが実質的に存在しないことを特徴とする取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造。

（１０）上記（７）〜（９）において、前記下層を構成するシリカ砂は、粒径１０６μｍ未満のものが実質的に存在しないことを特徴とする取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造。

（１１）上記（７）〜（１０）において、前記下層を構成するシリカ砂は、粒径１１８０μｍを超えるものが実質的に存在しないことを特徴とする取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造。

（１２）上記（５）〜（１１）において、前記下層は、クロマイト砂とシリカ砂との混合物１００質量％に対し、外部添加で０．０５〜５質量％のカーボンブラックを配合してなることを特徴とする取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造。

（１３）上記（１２）において、前記下層に配合されるカーボンブラックは、シリカ砂にコーティングされた状態で配合されることを特徴とする取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造。

（１４）上記（５）〜（１３）において、前記下層を構成するシリカ砂は、９５質量％以上のＳｉＯ_２を含むことを特徴とする取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造。

（１５）上記（１）〜（１４）において、前記下層は、前記取鍋の溶湯流出口のノズル受けレンガの上端近傍まで充填されることを特徴とする取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造。

本発明によれば、溶湯貯留容器の溶湯流出口に設けられた取鍋摺動開閉装置に用いられる充填材の充填構造において、上層にシリカ砂と長石との混合物を配し、下層に難溶融性の砂を配したので、長時間の溶鋼精錬を伴う高温長時間の処理であっても極めて高い自然開孔率が得られる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、摺動開閉装置としてのスライディングノズルへ充填された充填材である詰砂の充填構造の一例を説明するための図である。スライディングノズル１０は、取鍋１の溶鋼流出口１ａに設けられ、上ノズル３と、上ノズル３を下方から支持する固定盤４と、固定盤４に対して摺動可能に設けられた摺動盤５と、摺動盤５の下に取り付けられた下部ノズル６とを備えている。上ノズル３は、溶鋼流出口１ａ側方から取鍋１の耐火物に嵌め込まれたノズル受けレンガ２に支持されている。

そして、図示するように上ノズル３につながる固定盤４の孔と、摺動盤５および下部ノズル６の孔とを不一致とした状態で、溶鋼流出口１ａに充填材である詰砂８を充填する。詰砂８の充填構造は、最初に難溶融性の砂をノズル受けレンガ２の上端部分まで充填して下層８ａを形成し、その上に溶鋼流出口１ａの上へ盛り上がるようにシリカ砂と長石との混合物からなる上層８ｂを形成する。

取鍋１に受鋼後、その中で炉外精錬を実施している最中に、上層８ｂを構成するシリカ砂と長石との混合物が徐々に溶融して溶鋼と上層８ｂとの界面位置が徐々に下降するが、シリカ砂と長石との混合物は、その界面近傍に緻密な溶融物を形成するため、溶鋼の浸入がほとんどなく、これら混合物内での焼結厚と焼結強度が一定で小さいという特徴を有する。このように上層８ｂが溶融物を形成することにより、下層８ａへの溶鋼の到達時間を遅らせる効果がある。

また、下層８ａは難溶融性の砂、例えばシリカ砂とクロマイト砂との混合物で構成されているので、炉外精錬中に上層８ｂを構成するシリカ砂と長石との混合物が溶解し、溶鋼に直接接触しても溶融浮上せず、接触時間が延びた場合でも焼結厚と焼結強度が一定で小さい。

炉外精錬の後、取鍋１内の溶鋼をタンディッシュに注入するため、摺動盤５および下部ノズル６を矢印７の方向に摺動させ、これらの孔の位置を上ノズル３および固定盤４の孔の位置に一致させると詰砂８が落下するとともに直ちに取鍋１内の溶鋼が落下する。これを自然開孔という。また、初期に溶鋼が流出しない状態を不開孔といい、万一、不開孔が生じた場合にはノズル内を酸素洗浄して開孔する。

上述のように、上記詰砂８は、その充填構造が難溶融性の砂からなる下層８ａの上に、シリカ砂と長石との混合物からなる上層８ｂを形成した構造となっているので、取鍋１に受鋼後、初期の段階では、上層８ｂが溶融物を形成して溶鋼が下層８ａに到達することを防止し、所定時間経過後に上層８ｂが溶解して下層８ａが溶鋼に直接接触しても溶融浮上せず、焼結防止効果が発揮されて焼結厚と焼結強度が一定で小さいので、高温長時間の処理であっても極めて高い自然開孔率が得られる。

下層８ａは、上層８ｂを構成するシリカ砂と長石との混合物が溶融浮上した場合でも焼結厚と焼結強度を小さくする意味があり、その充填高さは摺動盤４の上端からノズル受けレンガ２の上端近傍までが好適である。それ未満であれば焼結防止効果が十分に発揮されないおそれがある。また、それを過度に超えると、下層８ａを構成する難溶融性の砂、例えばシリカ砂とクロマイト砂との混合物がノズル受けレンガ２に焼結しやすくなるため、ノズル受けレンガ２の酸素洗浄頻度が増加し、それにともなうノズル受けレンガ２の寿命低下、または鍋内残鋼により歩留まり低下を招くおそれがある。

上層８ｂを構成するシリカ砂と長石との混合物は、十分に乾燥する必要がある。残留水分が多いと、取鍋に受鋼する際の加熱により、急激に水分が蒸発し、充填したシリカ砂と長石の混合物を浮上させ、炉外精錬中に徐々に進行するシリカ砂と長石との混合物の浮上高さが減じられて、下層８ａを構成する難溶融性の砂の焼結を招きやすくなる。また、上層８ｂの層厚は１００ｍｍ以上が好ましい。これよりも小さい場合には、下層８ａを構成する砂の焼結を招きやすくなる。

上層８ｂを構成するシリカ砂は、粒径が０．３〜１．７ｍｍであることが好ましい。０．３ｍｍ未満では、焼結層の層厚が増加し、溶鋼の注入時にノズルの不開孔を生じさせる原因となるおそれがあり、１．７ｍｍよりも大きいと浸透によりシリカ砂と混じった溶融金属が凝固し、やはりノズルの不開孔を生じさせるおそれがある。シリカ砂の粒径は、０．６〜１．７ｍｍがより好ましく、０．９〜１．５ｍｍが一層好ましい。

また、上層８ｂを構成するシリカ砂は、上記範囲で異なった粒径のシリカ砂を配合したものであってもよい。特に、粒径１．２〜１．７ｍｍのシリカ砂、粒径０．９〜１．２ｍｍのシリカ砂、および粒径０．３〜０．９ｍｍのシリカ砂を配合すれば、充填密度が向上して溶融金属の浸透を防止することができるとともに、適度の厚さの焼結層を形成することができる。

ここで、粒度分布は、ＪＩＳの鋳物砂の粒度試験方法（Ｚ２６０２）に準じて測定した値である。この方法は、ふるいを粗いほうから呼び寸法順に重ね、一番上すなわち最も目の大きいふるい上に原料を載せ、ロータータップ型ふるい機等のふるい分け機械を使用してふるい分けを行う。上記シリカ砂の場合、具体的には、呼び寸法が０．３ｍｍのふるいの上に１．７ｍｍのふるいを重ね、１．７ｍｍのふるいの上にシリカ砂を載せてふるい分けを行い、２つのふるいの間に残ったシリカ砂を使用する。

上層８ｂのシリカ砂としては、粒径係数が１．４以下のものを使用することが好ましい。粒径係数を１．４以下とすることによって、充填密度が低下せず、溶鋼の浸透をより有効に防ぐことが可能である。すなわち、粒径係数が小さくなるに従い、充填密度が高くなってノズル内の空隙が少なくなるために、溶鋼の差込が少なくなる。なお、詰砂が充填された際の空隙は、空隙率として表すと３０〜３５％の範囲であることが好ましい。

ここでいう粒径係数とは、砂表面積測定器（ジョージフィッシャー社製）を用いて算出した値をいう。すなわち、粒径係数は、１ｇ当たりの実際の砂の表面積（比表面積）を、理論的比表面積で割った値で表す。ここで、理論的比表面積とは、砂粒が全て球形であると仮定した場合の比表面積をいう。したがって、粒径係数が１に近いほど球に近い形状である。

上層８ｂのシリカ砂の化学成分は、ＳｉＯ_２の含有量が９５質量％以上が好ましく、９６質量％がより好ましく、９９質量％以上が一層好ましい。

このようなシリカ砂としては、天然シリカを使用することができる。一般的にシリカ砂は、産出地によって、ＳｉＯ_２の含有量が９０〜９９．８質量％に分布している。日本産のシリカ砂ではＳｉＯ_２含有量が９０〜９７質量％に分布し、日本外で産出のシリカ砂ではＳｉＯ_２含有量が９５〜９９．８質量％に分布している。このように天然シリカ砂は産出地によってＳｉＯ_２の含有量が多様であることから、所望の粒度分布、粒径係数、ＳｉＯ_２含有量を満たすように、複数のシリカ砂を適宜混合することが望ましい。

上層８ｂの長石としては、粒径が０．３〜１．７ｍｍであることが好ましい。０．３ｍｍ未満では、急激に焼結層を形成し、強固な焼結層によって開孔しない場合が生じるおそれがあり、１．７ｍｍよりも大きいと、適切な焼結層を形成するまでに必要以上の時間を要することとなり、また、焼結層が軟弱となって溶融金属が浸透しやすく不開孔の原因となるからである。長石の粒径のより好ましい範囲は０．５〜１．０ｍｍである。

上層８ｂの長石は、上層８ｂのＳｉＯ_２量を１００質量％とした場合に、Ｋ_２ＯとＮａ_２Ｏとの和である全アルカリ量が０．３〜１．５質量％となるような量で添加されることが好ましい。これにより焼結層の厚さを適切なものとすることができる。好ましくは全アルカリ量が０．３〜１．２質量％となるような量である。

添加する長石としては、カリ長石（ＫＡｌＳｉ_３Ｏ_８）が好ましい。カリ長石には、セイチョウ石、ビシャカリチョウ石、ハリチョウ石、コオリチョウ石等があるがこれらに限定されるものではなく、また、これらは単独でも、２種類以上組み合わせて使用してもよい。

上層８ｂを構成するシリカ砂と長石との混合物には、さらに外部添加で０．０５〜５質量％のカーボンブラックを配合してもよい。

下層８ａは難溶融性の砂で構成されるが、難溶融性の砂とは、全部がシリカ砂の場合のような溶鋼温度で溶融してしまうものを排除することを意図するものであり、上述のようにシリカ砂とクロマイト砂とからなるものを典型例として挙げることができる。下層８ａを構成することができる難溶融性の砂としては、シリカ砂とクロマイト砂との混合物の他、例えば、ジルコン砂や、シリカ砂とクロマイト砂とジルコン砂との混合物を挙げることができる。

下層８ａをシリカ砂とクロマイト砂との混合物で構成する場合には、５０〜９０質量％のクロマイト砂と、１０〜５０質量％のシリカ砂とからなり、前記クロマイト砂は、粒径１５０〜８５０μｍの範囲のものが９５質量％以上、粒径２１２〜６００μｍの範囲のものが６０質量％以上含まれ、前記シリカ砂は、粒径２００〜１１８０μｍの範囲のものが９５質量％以上、粒径３００〜６００μｍの範囲のものが６０質量％以上含まれていることが好ましい。

シリカ砂を１０〜５０質量％、クロマイト砂を５０〜９０質量％とすることにより、耐火性の低いシリカ砂の欠点および溶融温度は高いが単体で使用した場合に焼結しやすいというクロマイト砂の欠点の両方を補い、自然開孔率を高いものとすることができる。すなわち、クロマイト砂は２０３０℃までの耐火性を有し、シリカ砂の１７５０℃よりも十分に高く、また、これに１０〜５０質量％のシリカ砂が配合されることにより、クロマイト砂の焼結しやすいという問題が解消される。

下層８ａにおいて、クロマイト砂の粒径分布が、粒径１５０〜８５０μｍの範囲のものが９５質量％以上、粒径２１２〜６００μｍの範囲のものが６０質量％以上であり、前記シリカ砂の粒径分布が、粒径２００〜１１８０μｍの範囲のものが９５質量％以上、粒径３００〜６００μｍの範囲のものが６０質量％以上であることが好ましい。クロマイト砂およびシリカ砂をそれぞれこのような粒径分布とすることにより、均一充填性が高く、また、上述の配合割合と相俟って、過剰な焼結層の生成、熱膨張による棚吊り、およびスラグ、地鉄の浸透を低減することができ、これにより自然開孔率を極めて高くすることができる。

すなわち、下層８ａとして、クロマイト砂およびシリカ砂の配合割合で配合するとともに、これらの粒度分布をこのように規定することにより、均一充填性が高いのみならず、焼結しにくく、しかもスラグ、地鉄が浸透しないため、高い自然開孔率を実現することができるのである。

このように、過剰な焼結性の生成、熱膨張による棚吊り、およびスラグ・地鉄の浸透をさらに有効に防止する観点からは、クロマイト砂において、粒径５３μｍ未満のもの、および／または、粒径８５０μｍを超えるものが実質的に存在しないことが好ましく、シリカ砂において粒径１０６μｍ未満のもの、および／または、粒径１１８０μｍを超えるものが実質的に存在しないことが好ましい。

下層８ａに用いられるクロマイト砂は、特に限定されるものではなく、天然に産出されるものを原料として乾燥、分級等を行って製造してもよいし、天然に産出されるものをそのまま用いてもよい。クロマイト砂の成分は、その産地に左右されるが、一般的にはＣｒ_２Ｏ_３を３０質量％以上、好ましくは３０〜６０質量％含有する。例えば、Ｃｒ_２Ｏ_３を４０〜５０質量％、ＦｅＯを２０〜３０質量％、その他、Ａｌ_２Ｏ_３を約１５質量％程度、ＭｇＯを約１０質量％程度を含有するものが典型例として挙げられる。

下層８ａに用いられるシリカ砂は、上層８ｂのシリカ砂と同様、ＳｉＯ_２含有量が９５質量％以上であることが好ましく、９６質量％がより好ましく、９９質量％以上が一層好ましい。また、下層８ａのシリカ砂としては、上層８ｂのシリカ砂と同様、天然シリカを使用することができる。

下層８ａを構成するクロマイト砂およびシリカ砂の品質を一定にするために、磨鉱処理を施した砂を使用してもよい。また、磨鉱処理を施した砂または施さない砂を２種以上混合してもよい。磨鉱処理には、公知の乾式法、湿式法のいずれも適用することができる。

下層８ａを構成するシリカ砂およびクロマイト砂は、混合均一性をよくするため、粒径係数が１．４以下のものを使用することが好ましい。粒径係数のより好ましい範囲は１．３〜１である。

下層８ａは、シリカ砂およびクロマイト砂に対してカーボンブラックをクロマイト砂およびシリカ砂の合計量に対して外部添加で０．０５〜５質量％配合することが好ましい。カーボンブラックをこの範囲で配合することにより、クロマイト砂およびシリカ砂の粒同士が焼結して結合することを防止することができ、かつ、その溶鋼侵入防止特性によって溶鋼が詰砂内に侵入することを防止することができる。このため、出鋼温度１６８０℃以上、溶鋼リードタイム１８０分以上の炉外精錬をともなう高温長時間処理においても高い自然開孔率を維持することができる。ここで、カーボンブラックの配合量が０．０５質量％未満であると、砂粒同士の結合防止作用が不足し、５質量％を超えるとカーボンの溶鋼へのピックアップ量が多くなり、成分規格を外れることになる。極低炭素鋼の溶製の際に適用する場合には、カーボンの溶鋼へのピックアップ量を極力抑制する必要があり、この場合にはカーボンブラックの配合量を１質量％以下とすることが好ましい。

カーボンブラックとしては適度な粘性のあるもの、具体的には造粒カーボンブラックを用いることが好ましい。これをシリカ砂の表面にコーティングしておき、このようにコーティングされたシリカ砂とクロマイト砂とを均一に混合して用いることが好ましい。これによりカーボンブラックの均一分散を図ることができるとともに、シリカ砂の焼結を一層有効に防止することができる。なお、ここでいうコーティングは、カーボンブラック粒子をシリカ砂粒子の表面に付着させることを意図しており、必ずしもカーボンブラックの層が形成されている必要はない。また、クロマイト砂にコーティングしてもよく、またシリカ砂およびクロマイト砂の両方にコーティングしてもよい。

以上のような上層８ｂおよび下層８ａからなる詰砂の充填構造によれば、長時間の炉外精錬をともなう処理においても、焼結しにくく、かつ溶鋼が浸透しにくいため、自然開孔率を極めて高く維持することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。図１に示した充填構造は例示に過ぎず、これに限るものではない。取鍋の溶鋼流出口に設けられる取鍋摺動開閉装置の形態も図１のものに限らず、他の構造であってもよいし、スライディングノズルに限らず摺動盤が回転可能なロータリーノズルであってもよい。

また、上記実施形態では溶鋼を流出させる場合について示したが、溶銑等、他の溶湯であってもよい。

以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
溶鋼の取鍋として、容量が３０ｋｇである高周波炉を用い、その底部に内径５０ｍｍ、高さ３０ｍｍの孔をあけ、その中に充填材として表１に示す化学組成を有し、それぞれ粒度分布が異なる各種シリカ砂を充填した。これに１６５０℃の溶鋼を注入し、１時間保持した後、焼結層の厚さ（焼結厚）を測定した。表２には、その際の粒径が０．３ｍｍ未満のシリカ砂の含有量と焼結厚との関係を示し、表３には、その際の粒径が１．７ｍｍより大きいシリカ砂含有量と焼結厚の関係を示した。なお、使用したシリカの粒径係数は１．２１であった。

表２から明らかなように、シリカ砂の粒径が０．３ｍｍ未満のシリカ砂の含有量が増加するに従って焼結厚が増加し、表３から明らかなように、粒径が１．７ｍｍより大きいシリカ砂の含有量が増加するに従って焼結厚が増加している。このような焼結厚の増加は、実際の溶鋼注入時に生じるシリカ砂の焼結によって、ノズルの不開孔が生じやすくなる傾向にあることを意味している。したがって、上層のシリカ砂の粒径は０．３〜１．７ｍｍが好ましいことがわかる。

次に、内径１５０ｍｍ、高さ１００ｍｍの砂型の底に内径３０ｍｍ、高さ３０ｍｍの孔をあけ、その中に表１の組成を有し、粒径係数が異なる各種シリカ砂を充填した。これに１６５０℃の溶鋼を注入し、１時間保持した後、シリカ砂に溶鋼が浸透した厚さ（浸透厚）を測定した。表４には、シリカ砂の粒径係数と浸透厚との関係を示した。なお、使用したシリカ砂の粒径は０．３〜１．７ｍｍであった。

表４から明らかなように、シリカ砂の粒径係数１．４を境界として粒径係数が高くなるに従って溶鋼の浸透厚が増加している。これは、粒径係数が１．４より大きい場合、充填密度が低下するため、溶鋼が浸透しやすく、その結果、ノズルの不開孔が生じやすくなることを意味している。したがって、上層シリカ砂の粒径係数は１．４以下であることが好ましいことがわかる。

次に、上記高周波炉を用いて同様の方法で長石の粒度分布と焼結層との関係を測定した。この試験では、表１に示す化学組成を有し表５に示す粒径分布を有する長石を、表１に示す化学組成を有し粒径が０．３〜１．７ｍｍおよび粒径係数が１．２１のシリカ砂に対して９質量％添加し、アルカリ量を１．２質量％として、それぞれ５回試験した。その結果を表５に示す。なお、長石は表６に示す粒度分布のものを分級して用いた。

表５から明らかなように、粒径分布が０．３〜１．７ｍｍの範囲内の長石を用いることによって、焼結厚の変動を少なくすることができ、不開孔が生じにくくなる傾向にあることが把握された。

次に、３２０ｔ取鍋の底に設けられた摺動開閉装置のノズル径８５ｍｍφのノズル孔に、表７に示すような配合の詰砂を充填した。詰砂は、最初に下層として３０ｋｇ、その上に上層として２０ｋｇ、合計５０ｋｇを充填し、１０００チャージにおける自然開孔率を調査した。ここでは、出鋼温度を１６８０℃以下、取鍋内の溶鋼滞留時間を１８０分以下とした。

表７中、実施例１〜８は本発明の範囲を満たすものであり、比較例１〜３は本発明の範囲を外れるものである。具体的には比較例１はシリカ砂と長石の単層のもの、比較例２は上層がシリカ砂のみで下層がクロマイト砂とシリカ砂のもの、比較例３は上層をシリカ砂と長石とし下層を溶融しやすいシリカ砂単独としたものである。なお、図２に下層を構成するクロマイト砂およびシリカ砂の代表的な粒度分布を示す。

表７に示すように、実施例１〜４は９９．７％以上の高い自然開孔率が得られ、実施例５〜８は粗粉、微粉が多いため若干自然開孔率が低下したが９９．５％以上の高い値が得られた。

これに対して、比較例１〜３は本発明を満たさない結果、自然開孔率が９９．０％以下と実施例に比べて低い値となった。

次に、実施例１〜５の詰砂に外部添加でカーボンブラックをそれぞれ０．１、０．５、３質量％配合した詰砂を、３２０ｔ取鍋の底に設けられた摺動開閉装置のノズル径８５ｍｍφのノズル孔に上記と同様にして充填し、１０００チャージにおける自然開孔率を調査した。ここでは、高級鋼の炉外精錬に相当する出鋼温度１６８０℃以上、溶鋼滞留時間１８０分以上という過酷な条件の割合が１０％以上と高いものとした。カーボンブラックとしては平均粒径が４０ｎｍのものを用いた。

その結果、カーボンブラックを添加しない場合には、上述したように９９．５％以上の自然開孔率であったが、詰砂がノズル受けレンガの表面に焼結する頻度が高いため、ノズル受けレンガの寿命を低下させる傾向にあったが、カーボンブラックを配合したものは、いずれも９９．８％以上の高い自然開孔率が得られ、詰め砂のノズル受けレンガ表面への焼結の頻度も低下した。

以上説明したように、本発明によれば、溶湯貯留容器の溶湯流出口に設けられた取鍋摺動開閉装置に用いられる充填材の充填構造として、上層にシリカ砂と長石との混合物を配し、下層に難溶融性の砂を配することにより、高い自然開孔率を維持することができ、溶鋼の炉外精錬等の高温長時間処理の後の溶湯流出の際に好適に用いることができる。

摺動開閉装置としてのスライディングノズルへ充填された充填材である詰砂の充填構造の一例を説明するための図。下層を構成するクロマイト砂およびシリカ砂の代表的な粒径分布を示すグラフ。

符号の説明

１……取鍋
１ａ……溶鋼流出口
２……ノズル受レンガ
３……上部ノズル
４……固定盤
５……摺動盤
６……下部ノズル
８……詰砂
８ａ……下層
８ｂ……上層
１０……スライディングノズル

Claims

溶湯貯留容器の溶湯流出口に設けられた取鍋摺動開閉装置に用いられる充填材の充填構造であって、上層にシリカ砂と長石との混合物を配し、下層に難溶融性の砂を配したことを特徴とする取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造。
前記上層を構成するシリカ砂は、１．４以下の粒径係数を有することを特徴とする請求項１に記載の取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造。
前記上層は、粒度分布が０．３〜１．７ｍｍであるシリカ砂１００質量％に対し、外部添加で、粒度分布が０．３〜１．７ｍｍである長石を全アルカリ量が０．３〜１．５質量％となるように配合してなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造。
前記上層は、さらに外部添加で０．０５〜５質量％のカーボンブラックを配合してなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造。
前記下層は、シリカ砂とクロマイト砂との混合物からなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造。
前記下層を構成するシリカ砂およびクロマイト砂は、いずれも１．４以下の粒径係数を有することを特徴とする請求項５に記載の取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造。
前記下層は、５０〜９０質量％のクロマイト砂と、１０〜５０質量％のシリカ砂とからなり、前記クロマイト砂は、粒径１５０〜８５０μｍの範囲のものが９５質量％以上、粒径２１２〜６００μｍの範囲のものが６０質量％以上含まれ、前記シリカ砂は、粒径２００〜１１８０μｍの範囲のものが９５質量％以上、粒径３００〜６００μｍの範囲のものが６０質量％以上含まれていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造。
前記下層を構成するクロマイト砂は、粒径５３μｍ未満のものが実質的に存在しないことを特徴とする請求項７に記載の取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造。
前記下層を構成するクロマイト砂は、粒径８５０μｍを超えるものが実質的に存在しないことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造。
前記下層を構成するシリカ砂は、粒径１０６μｍ未満のものが実質的に存在しないことを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造。
前記下層を構成するシリカ砂は、粒径１１８０μｍを超えるものが実質的に存在しないことを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載の取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造。
前記下層は、クロマイト砂とシリカ砂との混合物１００質量％に対し、外部添加で０．０５〜５質量％のカーボンブラックを配合してなることを特徴とする請求項５から請求項１１のいずれか１項に記載の取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造。
前記下層に配合されるカーボンブラックは、シリカ砂にコーティングされた状態で配合されることを特徴とする請求項１２に記載の取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造。
前記下層を構成するシリカ砂は、９５質量％以上のＳｉＯ_２を含むことを特徴とする請求項５から請求項１３のいずれか１項に記載の取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造。
前記下層は、前記取鍋の溶湯流出口のノズル受けレンガの上端近傍まで充填されることを特徴とする請求項１から請求項１４のいずか１項に記載の取鍋摺動開閉装置用充填材の充填構造。