JP2010188404A - 残鋼低減に優れた取鍋 - Google Patents

Abstract

【課題】湯当たり部の剥離や溶鋼を流出させる場合の開口不良が発生することなく、残鋼を低減することができる。
【解決手段】容量が２００ｔｏｎ以上３００ｔｏｎ以下であり、製鋼工程にて使用される取鍋１において、底部１６に関し、上側から装入された溶鋼が衝突する湯当たり部２０を、他の底部１６よりも高くした円形部とする。円形部の高さｈを１０５ｍｍ以上１２０ｍｍ以下とすると共に、円形部の半径Ｒを８００ｍｍ以上９００ｍｍ以下とする。円形部の端部から注入孔１７の端部までの距離を１０００ｍｍ以上１２００ｍｍ以下とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、残鋼低減に優れた取鍋に関する。

従来より、製鋼工程にて使用される取鍋は、転炉からの溶鋼を受鋼して二次精錬工程へ搬送したり、二次精錬工程を終了した溶鋼を連続鋳造工程に搬送するのに用いられている。 このように、取鍋は、一次精錬〜二次精錬〜連続鋳造にわたって広く用いられるため、内部に施工される耐火物には様々な工夫がなされているのが実情である。例えば、転炉からの溶鋼を受鋼する際は、上方から落下する溶鋼を受けるため、取鍋の底部の耐火物は、他の部分に比べて消耗し易い状態にある。
そこで、この点に着目して、取鍋の底部の耐火物を予め盛り上げるという技術が開示されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。

特許文献１では、取鍋の底部の湯落ち部を、なめらかに湾曲した凸状とし、湯落ち部の寿命が長くなるようにしている。
特許文献２では、取鍋敷部のうち溶鋼による損傷が激しい部位、特に、製鋼炉からの出鋼流が衝突する所謂、湯当たり部には、煉瓦の目地無し構造とするために耐火性のプレキャストブロックを配置して高くしている。
特許文献１及び特許文献２に示すように、転炉からの溶鋼が衝突する湯落ち部や湯当たり部を凸状にしたものではないが、取鍋の底部を高くしたものとして特許文献３に示すものがある。この特許文献３には、不定形耐火物層の層厚２３０ｍｍに対して敷部の湯当たり部を１５０ｍｍ嵩上げし３８０ｍｍとすることが開示されている。

実開昭５９−８５６６７号公報 特開平９−１７４２３０号公報 特開平９−１４１４１９号公報

特許文献１や特許文献２は、湯落ち部や湯当たり部を凸状にすることで、溶鋼が衝突する耐火物の部位における寿命を長くするということが開示されているものの、湯落ち部や湯当たり部の大きさなどの詳細な説明はなされておらず、実際の操業にこれらの技術を用いることができないのが実情である。
一方で、特許文献３では、取鍋の底部に設けた凸部の大きさを開示しているものの、その大きさは溶鋼が衝突するという観点から規定されていないため、この技術を用いることもできないのが実情である。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、溶鋼が衝突する湯当たり部についての大きさを規定することによって残鋼低減に優れた取鍋を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
即ち、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記取鍋の底部の内面に関して、上側から装入された溶鋼が衝突する湯当たり部を、他の底部よりも高くした円形部とし、前記円形部の高さを１０５ｍｍ以上１２０ｍｍ以下とすると共に、円形部の半径を８００ｍｍ以上９００ｍｍ以下とし、円形部の端部から注入孔の端部までの距離を１０００ｍｍ以上１２００ｍｍ以下とする点にある。
発明者は、製鋼工程における底部の状況を検討したところ、転炉から出鋼した時などに上側から装入された溶鋼が底部に衝突することが繰り返されると、次第に底部が凹み、その凹部の大きさも次第に大きくなることが分かった。ここで、発明者は、従来のような耐火物の寿命を長くするという観点だけでなく、凹部が形成されたことによるその他の影響についてさらに検証を進めた。

その結果、凹部が次第に大きくなると、取鍋から溶鋼を流出した際に、凹部に溜まった溶鋼が流出できなくなり、取鍋に残る溶鋼の残鋼量が多くなることが分かった。
そこで、発明者は、溶鋼の残鋼量を少なくするという観点から、湯当た部の大きさを検証したところ、当該湯当たり部を他の底部よりも高くした円形部とし、円形部の高さを１０５ｍｍ以上１２０ｍｍ以下とすると共に、円形部の半径を８００ｍｍ以上９００ｍｍ以下とし、円形部の端部から注入孔の端部までの距離を１０００ｍｍ以上１２００ｍｍ以下にすることによって、残鋼量を出来る限り少なくできることを見出した。

しかも、湯当たり部の大きさの検証の中では、残鋼の残鋼量を少なくするだけでなく、湯当たり部（底部）の剥離や溶鋼を流出させる場合の開口不良などが発生しないものとした。
なお、上述したような問題は、容量（溶鋼の貯留する量）が２００ｔｏｎ以上３００ｔｏｎ以下となる取鍋で発生することから、このクラスの取鍋を対象としている。

本発明によれば、湯当たり部の剥離や溶鋼を流出させる場合の開口不良が発生することなく、残鋼を低減することができる。

製鋼工程を示したものである。 取鍋の断面側面図を示した図である。 取鍋の平面図である。 取鍋の使用後の状態を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
図１は、本発明の取鍋が用いられる製鋼工程を示したものである。
図１に示すように、この製鋼工程は、溶湯の脱炭処理を行う一次精錬工程と、一次精錬工程での処理が終了した溶湯（溶鋼）に対して介在物の分離浮上や成分調整等を行う二次精錬工程と、二次精錬工程での処理が終了した溶湯を鋳造する連続鋳造工程とからなる。本発明の取鍋１は、一次精錬工程、二次精錬工程、連続鋳造工程にて使用され、連続鋳造工程後に溶鋼が空になった取鍋１は、一次精錬工程に戻されて再び使用されることになる。一次精錬工程〜連続鋳造工程までを１サイクルとすると、取鍋１の使用回数は、８０サイクル〜９０サイクルである。

一次精錬工程では、転炉２にて溶湯の脱炭処理が完了後、脱炭処理が終了した溶鋼を出鋼する。このとき、本発明の取鍋１にて溶鋼を受鋼し、当該取鍋１にて二次精錬工程に搬送する。二次精錬工程では、ＲＨ装置、ＬＦ装置、ＣＡＳ装置等の二次精錬装置３にて、取鍋１内の溶鋼に対して成分の微調整や介在物の浮上分離を行う。二次精錬工程が終了すると溶鋼が入った取鍋１を連続鋳造工程に搬送する。
連続鋳造工程では、二次精錬工程から搬送された取鍋１を、連続鋳造装置４のタンディッシュ５の上方側に配置して、当該取鍋１内の溶鋼をタンディッシュ５に装入してタンディッシュ５内の溶鋼を鋳型６に注入することにより、溶鋼の鋳造を行う。連続鋳造工程にて取鍋１内の溶鋼が空になると、当該取鍋１は、一次精錬工程、即ち、転炉１まで搬送され、一次精錬工程にて転炉１から出鋼した溶鋼を受鋼する。

以下、本発明の取鍋１について詳しく説明する。
図２、図３に示すように、容量（溶鋼の貯留する量）が２００ｔｏｎ以上３００ｔｏｎ以下となる取鍋１を対象としている。取鍋１は、主に、取鍋１の本体を構成する有底状の鉄皮１０と、この鉄皮１０に施工された耐火物１１により構成されている。図２の矢印Ａは、転炉１から溶鋼を取鍋１内に出鋼した際に溶鋼の軌道を示したものである。
鉄皮１０は、大別して、円形状となっている底壁部１２と、この底壁部１２から一方向（例えば、上方）に立ち上がる胴壁部１３とを備えている。底壁部１２には、定形の定形耐火物（耐火レンガ）１４が設けられ、当該定形耐火物１４の内面側に不定形耐火物１５が設けられている。鉄皮１０の底壁部１２と、この底壁部１２に設けた定形耐火物１４と、この定形耐火物１４の内面側に設けられた不定形耐火物１５により、取鍋１の底部１６が構成されている。なお、胴壁部１３にも、定形耐火物が設けられ、この定形耐火物の内面側に不定形耐火物が設けられたものとなっている。また、胴壁部１３及び底壁部１２に設けられる耐火物は、定形耐火物１４であっても不定形耐火物１５であってもよく、その順番や種類等は限定されない。

取鍋１の底部１６において、当該底部１６を貫通することにより構成された注入孔１７が設けられている。例えば、この注入孔１７は、溶鋼をタンディッシュ等に注入する際に用いられるもので、底壁部１２と、この底壁部１２に設けた定形耐火物１４及び不定形耐火物１５を貫通状して構成されている。
取鍋１における底部１６の内面側に関して、上側から装入された溶鋼が衝突する部分２０（以降、湯当たり部２０という）を、他の底部１６よりも高くした円形（以降、円形部ということがある）としている。

この湯当たり部２０とは、図２に示すように、転炉１から溶鋼を出鋼したときに、上方から落下する溶鋼が直接衝突する部分である。この実施形態では、底部１６の中央部分に落下してきた溶鋼が衝突することから、その中央部分を湯当たり部２０としている。そして、この円形状の湯当たり部２０（前記円形部）は、鉄皮１０の底壁部１２上に設けた不定形耐火物１５において、その中央部付近を円形状に盛り上げることによって構成されている。なお、この実施形態では、盛り上げ後の上面は、一定の高さにて平坦にしている。
また、この実施形態では、湯当たり部２０を平面視したときに、湯当たり部２０の中心は取鍋１の中心と一致しているが、これに限らず、湯当たり部２０の中心は取鍋１の中心から径方向にずれた位置であってもよく、湯当たり部２０の位置は、図２及び図３に示した位置に限定されない。

耐火物の施工を終了した時点（湯当たり部２０の施工終了直後）において、円形部（湯当たり部２０）の高さｈは、１０５ｍｍ以上１２０ｍｍ以下となっている。円形部の高さｈとは、不定形耐火物１５を盛り上げている部分の高さである（湯当たり部２０と、当該湯当たり部が形成されていない非湯当たり部２１との段差）。
湯当たり部２０の高さｈが１０５ｍｍ未満であると、取鍋１の使用回数が増えてくると、湯当たり部２０にも凹み（溶鋼が溜まる凹み）が形成されて、湯当たり部２０の効果が少なくなり残鋼量が増加するという傾向にある。

一方で、円形部（湯当たり部２０）の高さｈが１２０ｍｍを超えてしまうと、取鍋１の使用回数が少ない初期段階において、転炉１からの溶鋼を受鋼した際に、不定形耐火物１５が剥離し易くなる。
耐火物の施工を終了した時点において、円形部（湯当たり部２０）の半径Ｒは８００ｍｍ以上９００ｍｍ以下となっている。湯当たり部２０の８００ｍｍ未満であると、湯当たり部２０が小さ過ぎるため、溶鋼を受鋼した際に湯当たり部２０以外の部分（非湯当たり部２１）にも溶鋼が衝突してしまい、湯当たり部２０以外の部分（非湯当たり部２１）に凹みが生じて、残鋼量が増加する傾向にある。

一方で、円形部（湯当たり部２０）の半径Ｒが９００ｍｍよりも大きいと、湯当たり部２０が大きすぎるため、図２の矢印Ｂに示すように、湯当たり部２０の中心付近にある溶鋼が、当該湯当たり部２０の全体に広がる時間と非湯当たり部２１の全体に広がる時間とに若干の時間差が生じる。即ち、円形部の半径Ｒが９００ｍｍよりも大きいと、溶鋼の受鋼の際に、底部１６を全体の温度分布を見ると湯当たり部２０と非湯当たり部２１との温度不均一や湯当たり部２０内での温度不均一が生じやすくなり、温度分布のバラツキにより耐火物（不定形耐火物１５）の剥離が生じやすくなる。

耐火物の施工を終了した時点において、円形部（湯当たり部２０）の端部（外縁部）２１ａから注入孔１７の端部（外縁部）１７ａまでの直線距離（注入孔間距離ということがある）Ｌは１０００ｍｍ以上１２００ｍｍ以下となっている。言い換えれば、注入孔間距離Ｌは、湯当たり部２０と非湯当たり部２１の境界部から注入孔１７の上端部１７ａまでの水平最短距離である。
注入孔間距離Ｌが１０００ｍｍ未満であると、円形部（湯当たり部２０）と注入孔１７との距離が短すぎるために、円形部から注入孔１７に向けて流れる溶鋼が勢い良く注入孔１７に達するため、注入孔１７を塞いでいる詰め砂を流し出してしまうことがある。その結果、取鍋１を連続鋳造装置４に設置してタンディッシュ５に溶鋼を注入する際、取鍋１の注入孔１７に設けたノズル２２を開いても注入孔１７から溶鋼が流出しないという開口不良が発生する場合がある。

一方で、注入孔間距離Ｌが１２００ｍｍよりも大きくなると、円形部（湯当たり部２０）と注入孔１７との距離が長すぎるため、湯当たり部２０の中心付近にある溶鋼が、当該湯当たり部２０を通って注入孔１７に向けて流れるまでに多少時間がかかる。即ち、注入孔間距離Ｌが１２００ｍｍよりも大きくなると、溶鋼の受鋼の際に、底部１６を全体の温度分布を見ると、湯当たり部２０の温度よりも注入孔１７の温度が低いという温度不均一が生じやすくなり、その結果、注入孔１７の付近の溶鋼が固まりやすく、開口不良が発生する場合がある。

表１〜表２は、本発明の取鍋１を使用した場合の実施例と、本発明の取鍋１を使用しなかった場合の比較例とをまとめたものである。

実施例及び比較例では、湯当たり部２０を含む底部１６における不定形耐火物１５は、アルミナ(Ａｌ₂Ｏ₃）の重量比が８８〜９２％、シリカ（ＳｉＯ₂)の重量比が１〜３％、マグネシア（ＭｇＯ)の重量比が５〜７％の当業者常用のもの（キャスタブル）を使用した（表中、キャスタブル中ＭｇＯ、キャスタブル中ＳｉＯ₂、キャスタブル中Ａｌ₂Ｏ₃、キャスタブル中その他）。
なお、表中のキャスタブル厚みは、湯あたり部を除く部分の不定形耐火物１５の厚みを示している（底部１６において湯あたり部を除く部分）。

実施例及び比較例では、使用後の取鍋１を反転することで内部に残留したスラグと地金を外部に排出し、これを冷却後にスラグと地金に分別し、地金のみを秤量することで残鋼量を求めた。そして、実施例及び比較例では、残鋼量が取鍋１の使用回数の増加に伴い増加した場合を取鍋１内残鋼量増が有りとし、変化しなかったもの（増加経過しなかったもの）を取鍋内残鋼量増が無しとした（表中、取鍋１内残鋼量増、有り「×」、無し「○」）。
実施例及び比較例では、取鍋１のノズル２２を開いても注入孔１７から溶鋼が流出しない場合を開口不良発生が有りとし、ノズル２２を開いて溶鋼が流出した場合を開口不良発生が無しとした（表中、開口不良発生、有り「×」、無し「○」）。開口不良発生の場合は、操業者（オペレータ）が、鉄パイプ等を用いてノズル２２の内部に酸素を流入させることで、ノズル２２の内部で溶鋼流の障害となっている地金などを溶解するという強制的な方法を用いて流出させた。

図４に示すように、取鍋１は毎回の使用後、耐火物の状態を確認し、敷き部（底部１６）の耐火物に剥離がないかを目視にて確認した。敷き部（底部１６）の耐火物（不定形耐火物１５）に剥離が生じたものを、敷き部の剥離が有りとし、剥離が生じなかったものを無しとした（表中、敷き部の剥離、有り「×」、無し「○」）。
なお、連続鋳造工程では、取鍋１を、当業者常法通りに連続鋳造装置４のタンディッシュ５の上方側（設置台２５上）に配置して、当該取鍋１から溶鋼を注入した。また、設置台２５上では、取鍋１内の溶鋼が注入孔１７に集まって、当該注入孔１７から流出し易いようにノズル２２（注入孔１７）側に当該取鍋１を傾けた。取鍋１の傾斜角度は最大でも２度である。

実施例１〜実施例１８に示すように、湯当たり部２０を円形部とし、円形部の高さｈを１０５ｍｍ以上１２０ｍｍ以下とすると共に、円形部の半径Ｒを８００ｍｍ以上９００ｍｍ以下とし、円形部の端部から注入孔１７の端部までの距離を１０００ｍｍ以上１２００ｍｍ以下とすれば、取鍋１の使用回数が増加しても、取鍋１の残鋼が増加するという傾向はなく、開口不良や底部１６における耐火物の剥離も全く発生しなかった（表中、取鍋内残鋼増、評価「○」、開口不良発生、評価「○」、敷き部の剥離、評価「○」）。
一方で、比較例１９及び比較例２１に示すように、円形部の高さｈが１０５ｍｍ未満であると、取鍋１の使用回数が増加するにつれて、取鍋１の残鋼が増加するという傾向があった（表中、取鍋内残鋼増、評価「×」）。また、比較例２０、比較例２２及び比較例２３に示すように、円形部の高さｈが１２０ｍｍを超えると、底部１６において耐火物の剥離が発生した（表中、敷き部の剥離、評価「×」）。

比較例２４、比較例２６及び比較例２８に示すように、円形部の半径Ｒが８００ｍｍ未満であると、取鍋１の使用回数が増加するにつれて、取鍋１の残鋼が増加するという傾向があった（表中、取鍋内残鋼増、評価「×」）。また、比較例２５及び比較例２７に示すように、円形部の半径Ｒが９００ｍｍを超えると、底部１６において耐火物の剥離が発生した（表中、敷き部の剥離、評価「×」）。
比較例２９及び比較例３２に示すように、円形部の端部から注入孔１７の端部までの距離が１２００ｍｍを超えると、開口不良が生じた（表中、開口不良発生、評価「×」）。比較例３０、比較例３１及び比較例３３に示すように、円形部の端部から注入孔１７の端部までの距離が１０００ｍｍ未満であると、開口不良が生じた（表中、開口不良発生、評価「×」）。

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 取鍋
２ 転炉
３ 二次精錬装置
４ 連続鋳造装置
５ タンディッシュ
６ 鋳型
１０ 鉄皮
１１ 底壁部
１２ 胴壁部
１３ 定形耐火物
１４ 不定形耐火物
１５ 底部
１６ 注入孔
２０ 湯当たり部
２１ 非湯当たり部
２２ ノズル

Claims (1)

1. 容量が２００ｔｏｎ以上３００ｔｏｎ以下であり、製鋼工程にて使用される取鍋において、
   前記取鍋の底部の内面に関して、上側から装入された溶鋼が衝突する湯当たり部を、他の底部よりも高くした円形部とし、
   前記円形部の高さを１０５ｍｍ以上１２０ｍｍ以下とすると共に、円形部の半径を８００ｍｍ以上９００ｍｍ以下とし、円形部の端部から注入孔の端部までの距離を１０００ｍｍ以上１２００ｍｍ以下とすることを特徴とする残鋼低減に優れた取鍋。