JP2023004232A - 溶鋼鍋及び溶鋼鍋の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】不定形耐火物において、き裂の発生及び過大な剥離を抑制することができる溶鋼鍋及び溶鋼鍋の製造方法を提供する。【解決手段】溶鋼鍋（１０）は、側壁（１１）の最内層に不定形耐火物（９０）を備える。不定形耐火物（９０）は骨材（９１）を含む。骨材（９１）の粒径は２０ｍｍ未満である。不定形耐火物（９０）の物性について、推定周方向応力（σ）が、推定熱間せん断強度（Ｆｓ）よりも小さい。【選択図】図５

Description

本開示は、溶鋼鍋及び溶鋼鍋の製造方法に関する。

溶鋼鍋は溶鋼を搬送するための容器である。溶鋼は１３００℃を超える高温である。このため、溶鋼鍋のうち溶鋼と接触する側壁の最内層には、不定形耐火物が設けられる。

従来、側壁に設けられる不定形耐火物は、粒径が３０～１００ｍｍの大粗粒骨材を含む（例えば、特許文献１）。特許文献１の溶鋼鍋では、溶鋼鍋の使用時に不定形耐火物が熱膨張すると、大粗粒骨材に応力が集中し、大粗粒骨材が応力を負担する。これにより、不定形耐火物でき裂の発生及び剥離を防止できる、と特許文献１に記載されている。

特公平３－９０６５号公報

しかしながら、実際には、大粗粒骨材を含む不定形耐火物では、き裂の発生、及び内周面の剥離が散見されている。溶鋼鍋が損傷した際、溶鋼鍋の一部の部位では、損傷具合に応じて差替え補修することができる。ただし、側壁に設けられた不定形耐火物を差替え補修する有効な方法はない。不定形耐火物が損傷すると、溶鋼鍋の寿命短縮に繋がる。また、不定形耐火物の厚み管理だけでは、不定形耐火物の損傷を観察しづらい。損傷に気付かずに溶鋼鍋を使用し続けた場合、漏鋼トラブルが起こる恐れがある。これらを防止するために、き裂の発生及び剥離を抑制する必要がある。

本開示は、不定形耐火物において、き裂の発生及び過大な剥離を抑制することができる溶鋼鍋及び溶鋼鍋の製造方法を提供することを課題とする。

本開示に係る溶鋼鍋は、側壁の最内層に不定形耐火物を備える。不定形耐火物は骨材を含み、骨材の粒径は２０ｍｍ未満である。不定形耐火物の物性について、下記式（１）で表される推定周方向応力σ（ＭＰａ）が、下記式（２）で表される推定熱間せん断強度Ｆｓ（ＭＰａ）よりも小さい。

式（１）及び（２）中の記号は、以下に示す不定形耐火物の物性を意味する；
Ｅ_１：１５００℃焼成による弾性率（ＧＰａ）、
Ｒ_１：１５００℃焼成による残存膨張率、
Ｅ_２：１３００℃焼成による弾性率（ＧＰａ）、
Ｒ_２：１３００℃焼成による残存膨張率、
ａ_１：１５００℃における熱間膨張係数（１／℃）、
ａ_２：１３００℃における熱間膨張係数（１／℃）、及び
ｆ：１３００℃焼成による熱間圧縮強度（ＭＰａ）。

本開示に係る製造方法は、側壁の最内層に不定形耐火物を備える溶鋼鍋の製造方法である。製造方法は、準備工程と、予備試験工程と、算出工程と、評価工程と、施工工程と、を備える。準備工程では、骨材を含む不定形耐火物の原料を準備する。準備工程において、骨材の粒径は２０ｍｍ未満である。予備試験工程では、原料の物性を測定する。予備試験工程で測定する物性は、１５００℃焼成による弾性率Ｅ_１（ＧＰａ）、１５００℃焼成による残存膨張率Ｒ_１、１３００℃焼成による弾性率Ｅ_２（ＧＰａ）、１３００℃焼成による残存膨張率Ｒ_２、１５００℃における熱間膨張係数ａ_１（１／℃）、１３００℃における熱間膨張係数ａ_２（１／℃）、及び１３００℃焼成による熱間圧縮強度ｆ（ＭＰａ）である。算出工程では、原料の物性より、下記式（１）で表される推定周方向応力σ（ＭＰａ）、及び下記式（２）で表される推定熱間せん断強度Ｆｓ（ＭＰａ）を算出する。評価工程では、推定周方向応力σが推定熱間せん断強度Ｆｓよりも小さいか否かを判定する。施工工程では、推定周方向応力σが推定熱間せん断強度Ｆｓよりも小さい場合、当該原料を用いて、側壁の最内層に不定形耐火物を形成する。

本開示に係る溶鋼鍋及び溶鋼鍋の製造方法によれば、不定形耐火物において、き裂の発生及び過大な剥離を抑制することができる。

図１は、大粗粒骨材を含む不定形耐火物の初期状態を示す模式図である。 図２は、細粒骨材を含む不定形耐火物の初期状態を示す模式図である。 図３は、大粗粒骨材を含む不定形耐火物の使用状態を示す模式図である。 図４は、細粒骨材を含む不定形耐火物の使用状態を示す模式図である。 図５は、実施形態に係る溶鋼鍋の断面図である。 図６は、実施形態に係る溶鋼鍋の製造方法を示すフロー図である。

上記の課題を解決するために本発明者らは鋭意検討を重ね、その結果、下記の知見を得た。

上述したように、従来の溶鋼鍋では、不定形耐火物は大粗粒骨材を含む。不定形耐火物が大粗粒骨材を含むことにより、き裂及び剥離を防止できる、と考えられていたためである。しかしながら、実際には、き裂及び剥離が散見されている。そこで、本発明者らは、不定形耐火物に含まれる骨材の大きさに着目した。

図１は、大粗粒骨材９１ａを含む不定形耐火物９０の初期状態を示す模式図である。図２は、細粒骨材９１ｂを含む不定形耐火物９０の初期状態を示す模式図である。図１及び図２には、不定形耐火物９０が設けられた溶鋼鍋を使用する前の状態が示される。図１及び図２を参照して、不定形耐火物９０は、骨材９１と、その他の部分のマトリックス９２と、から構成される。骨材９１（大粗粒骨材９１ａ、細粒骨材９１ｂ）は、マトリックス９２中に分散している。

図１を参照して、大粗粒骨材９１ａを含む不定形耐火物９０では、一部の大粗粒骨材９１ａが不定形耐火物９０の内周面９０ａに露出している。図２を参照して、細粒骨材９１ｂを含む不定形耐火物９０では、一部の細粒骨材９１ｂが不定形耐火物９０の内周面９０ａに露出している。不定形耐火物９０の内周面９０ａは、溶鋼鍋の内周面に対応する。大粗粒骨材９１ａの粒径は、２０ｍｍ以上である。細粒骨材９１ｂの粒径は、２０ｍｍ未満である。以下、特に断りのない限り、細粒骨材９１ｂを含む不定形耐火物９０は、粒径が２０ｍｍ以上の大粗粒骨材９１ａを含まない。

図３は、大粗粒骨材９１ａを含む不定形耐火物９０の使用状態を示す模式図である。図４は、細粒骨材９１ｂを含む不定形耐火物９０の使用状態を示す模式図である。図３及び図４では、不定形耐火物９０が設けられた溶鋼鍋を繰り返し使用したときの様子が示される。

図３及び図４を参照して、溶鋼鍋を使用すると、内周面９０ａに露出している骨材９１（大粗粒骨材９１ａ、細粒骨材９１ｂ）とマトリックス９２との間に、地金やスラグが浸潤する。さらに、スラグが不定形耐火物９０の表面に堆積し、スラグ浸潤層Ａを形成する。スラグ浸潤層Ａは、骨材９１とマトリックス９２との間にスラグが浸潤してできたスラグ浸潤部Ａ１を含む。

浸潤したスラグ等の熱膨張率は、マトリックス９２の熱膨張率と異なる。温度変化に対するスラグ等の膨張（収縮）量と、マトリックス９２の膨張（収縮）量の差によって、き裂の発生が起こり、更なるスラグ等の浸潤、及び内周面９０ａの剥離が起こる。つまり、構造スポールに起因して、き裂及び剥離が発生する。

スラグ浸潤層Ａにおいて、スラグ浸潤深さｄは、不定形耐火物９０に含まれる骨材９１の最大粒径に比例する。細粒骨材９１ｂを含む不定形耐火物９０のスラグ浸潤深さｄは、大粗粒骨材９１ａを含む不定形耐火物９０のスラグ浸潤深さｄよりも小さい。そのため、細粒骨材９１ｂを含む不定形耐火物９０によれば、構造スポールによるき裂が発生しにくくなる。

図３及び図４を参照して、スラグがマトリックス９２と骨材９１との間に浸潤した後、溶鋼鍋を使用すると、スラグ浸潤層Ａの表面にさらにスラグが堆積する。このとき、スラグはビルドアップ層Ｂと呼ばれる層を形成する。溶鋼鍋の使用後、溶鋼鍋が空になると、ビルドアップ層Ｂは重力を受ける。ビルドアップ層Ｂは、不定形耐火物９０の内周面９０ａにおいて、スラグ浸潤部Ａ１によって支持される。スラグ浸潤部Ａ１が、ビルドアップ層Ｂの受ける重力によるモーメントに耐え切れなくなると、ビルドアップ層Ｂは、スラグ浸潤層Ａ及び不定形耐火物９０の一部と共に剥離する。

図３に示すように、大粗粒骨材９１ａを含む不定形耐火物９０を用いた場合、上述した通り、スラグ浸潤深さｄが大きい。そのため、スラグ浸潤部Ａ１は、自重によるモーメントにある程度耐えることができる。よって、剥離に至ったときのビルドアップ層Ｂの厚みは大きい。この場合、ビルドアップ層Ｂと共に剥離する不定形耐火物９０の厚みも大きくなるため、剥離厚ｈは大きくなる。剥離厚ｈとは、剥離する層全体の厚みである。要するに、剥離厚ｈはスラグ浸潤深さｄに比例する。

一方、図４に示すように、細粒骨材９１ｂを含む不定形耐火物９０を用いた場合、スラグ浸潤深さｄが小さい。そのため、大粗粒骨材９１ａを含む不定形耐火物９０を用いた場合と比較して、より小さいモーメントで剥離に至る。よって、剥離に至ったときのビルドアップ層Ｂの厚みは小さい。この場合、剥離厚ｈは小さくなるため、剥離による不定形耐火物９０の損耗を低減することができる。このように、細粒骨材９１ｂを含む不定形耐火物９０によれば、過大な剥離を抑制することができる。

別の観点でのき裂の発生及び剥離の要因として、不定形耐火物９０に発生するフープ応力がある。フープ応力は、溶鋼鍋の使用時、不定形耐火物９０の周方向にはたらく。このとき、不定形耐火物９０のせん断強度が不十分であると、不定形耐火物９０にはせん断破壊によるき裂の発生、及び剥離が起こる。

従来用いていた、大粗粒骨材９１ａを含む不定形耐火物９０では、溶鋼鍋の使用時に不定形耐火物９０が熱膨張すると、大粗粒骨材９１ａに応力が集中する。大粗粒骨材９１ａは、フープ応力を負担する役割を担っているとも言える。そのため、不定形耐火物９０から大粗粒骨材９１ａを取り除くと、せん断強度が不十分となり、せん断破壊によるき裂の発生、及び剥離が起こる恐れがある。

そのため、細粒骨材９１ｂを含む不定形耐火物９０を用いる場合、不定形耐火物９０の物性からフープ応力と、熱間せん断強度とを推定し、それらを比較する必要がある。なぜなら、不定形耐火物９０に発生するフープ応力が、熱間せん断強度よりも大きければ、せん断破壊によるき裂及び剥離が発生する恐れがあるからである。

本開示の実施形態に係る溶鋼鍋及び溶鋼鍋の製造方法は、上記の知見に基づいて完成されたものである。

本実施形態に係る溶鋼鍋は、側壁の最内層に不定形耐火物を備える。不定形耐火物は骨材を含み、骨材の粒径は２０ｍｍ未満である。不定形耐火物の物性について、下記式（１）で表される推定周方向応力σ（ＭＰａ）が、下記式（２）で表される推定熱間せん断強度Ｆｓ（ＭＰａ）よりも小さい。

式（１）及び（２）中の記号は、以下に示す不定形耐火物の物性を意味する；
Ｅ_１：１５００℃焼成による弾性率（ＧＰａ）、
Ｒ_１：１５００℃焼成による残存膨張率、
Ｅ_２：１３００℃焼成による弾性率（ＧＰａ）、
Ｒ_２：１３００℃焼成による残存膨張率、
ａ_１：１５００℃における熱間膨張係数（１／℃）、
ａ_２：１３００℃における熱間膨張係数（１／℃）、及び
ｆ：１３００℃焼成による熱間圧縮強度（ＭＰａ）。

本実施形態に係る溶鋼鍋では、不定形耐火物に含まれる骨材の粒径は、２０ｍｍ未満である。上述の通り、大粗粒骨材を含まない不定形耐火物によれば、溶鋼鍋の使用後において、スラグ浸潤深さを低減することができる。これにより、不定形耐火物において、構造スポールによるき裂の発生及び過大な剥離を抑制することができる。

式（１）で表される推定周方向応力σは、溶鋼鍋の周方向において、不定形耐火物に発生すると推定されるフープ応力である。実施形態に係る溶鋼鍋において、推定周方向応力σは、式（２）で表される推定熱間せん断強度Ｆｓよりも小さい。よって、せん断破壊によるき裂の発生及び剥離を抑制することができる。以上より、本実施形態に係る溶鋼鍋によれば、不定形耐火物において、き裂の発生及び過大な剥離を抑制することができる。

本実施形態に係る製造方法は、側壁の最内層に不定形耐火物を備える溶鋼鍋の製造方法である。製造方法は、準備工程と、予備試験工程と、算出工程と、評価工程と、施工工程と、を備える。準備工程では、骨材を含む不定形耐火物の原料を準備する。準備工程において、骨材の粒径は２０ｍｍ未満である。予備試験工程では、原料の物性を測定する。予備試験工程で測定する物性は、１５００℃焼成による弾性率Ｅ_１（ＧＰａ）、１５００℃焼成による残存膨張率Ｒ_１、１３００℃焼成による弾性率Ｅ_２（ＧＰａ）、１３００℃焼成による残存膨張率Ｒ_２、１５００℃における熱間膨張係数ａ_１（１／℃）、１３００℃における熱間膨張係数ａ_２（１／℃）、及び１３００℃焼成による熱間圧縮強度ｆ（ＭＰａ）である。算出工程では、原料の物性より、下記式（１）で表される推定周方向応力σ（ＭＰａ）、及び下記式（２）で表される推定熱間せん断強度Ｆｓ（ＭＰａ）を算出する。評価工程では、推定周方向応力σが推定熱間せん断強度Ｆｓよりも小さいか否かを判定する。施工工程では、推定周方向応力σが推定熱間せん断強度Ｆｓよりも小さい場合、当該原料を用いて、側壁の最内層に不定形耐火物を形成する。

本実施形態に係る製造方法によれば、準備工程では、骨材を含む不定形耐火物の原料を準備する。準備工程において、粒径は２０ｍｍ未満である。つまり、原料は、粒径２０ｍｍ以上の大粗粒骨材を含まない。この原料を用いて形成される不定形耐火物も、当然ながら粒径２０ｍｍ以上の大粗粒骨材を含まない。上記知見から、大粗粒骨材を含まない不定形耐火物によれば、構造スポールによるき裂の発生及び過大な剥離を抑制することができる。

予備試験工程では、原料の物性を測定する。予備試験工程で測定された各物性は、算出工程で用いられる。算出工程では、式（１）から推定周方向応力σを算出する。推定周方向応力σは、溶鋼鍋の周方向において、不定形耐火物に発生すると推定されるフープ応力である。また、算出工程では、式（２）から不定形耐火物の推定熱間せん断強度Ｆｓを算出する。評価工程では、算出工程で算出した推定周方向応力σ及び推定熱間せん断強度Ｆｓを比較し、推定周方向応力σが推定熱間せん断強度Ｆｓよりも小さいか否かを判定する。施工工程では、推定周方向応力σが推定熱間せん断強度Ｆｓよりも小さい場合、当該評価条件を満たす原料を用いて、側壁の最内層に不定形耐火物を形成する。つまり、施工工程において、不定形耐火物は、その原料が十分なせん断強度を有することが確認された上で形成される。そのため、不定形耐火物において、せん断破壊によるき裂の発生及び剥離を抑制することができる。以上より、本実施形態に係る溶鋼鍋の製造方法によれば、不定形耐火物において、き裂の発生及び過大な剥離を抑制することができる。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。各図において同一又は相当の構成については同一符号を付し、同じ説明を繰り返さない。

〔溶鋼鍋〕
以下、図５を参照して、本実施形態に係る溶鋼鍋１０の構成を説明する。図５は、本実施形態に係る溶鋼鍋１０の断面図である。溶鋼鍋１０は、例えば、円筒形である。溶鋼鍋１０は、側壁１１と、底壁１２と、を有する。溶鋼鍋１０は、側壁１１及び底壁１２の最外層に設けられる鉄皮２０と、鉄皮２０の内側に設けられる定形耐火物３０を備える。定形耐火物３０は、典型的には耐火れんがである。溶鋼鍋１０は、側壁１１及び底壁１２の最内層に、不定形耐火物９０をさらに備える。不定形耐火物９０は、内周面９０ａと、外周面９０ｂと、を有する。

不定形耐火物９０は、例えば、アルミナ－マグネシア質耐火物である。不定形耐火物９０は、溶鋼鍋１０の使用時、溶鋼と接触する部分に設けられる。不定形耐火物９０は、細粒骨材９１ｂ（図２及び図４）を含む。細粒骨材９１ｂの粒径は、２０ｍｍ未満である。

不定形耐火物９０は、好ましくは、厚みｔが均一になるように設けられる。溶鋼鍋１０を使用する前、不定形耐火物９０の厚みｔは、例えば１８０ｍｍである。

溶鋼鍋１０を使用すると、上述した通り、骨材９１及びマトリックス９２内に浸潤したスラグが、不定形耐火物９０の一部と共に剥離する。そのため、溶鋼鍋１０を使用するたびに、不定形耐火物９０は損耗する。すなわち、溶鋼鍋１０の使用された回数に応じて、不定形耐火物９０の厚みｔが小さくなる。不定形耐火物９０の厚みｔが一度に剥離する厚さになると、安全性の観点から、溶鋼鍋１０は寿命に達する。

本実施形態では、上記の式（１）で表される推定周方向応力σ（ＭＰａ）が、上記の式（２）で表される推定熱間せん断強度Ｆｓ（ＭＰａ）よりも小さい。推定周方向応力σとは、溶鋼鍋１０の使用時、不定形耐火物９０に発生すると推定されるフープ応力である。また、推定熱間せん断強度Ｆｓは、溶鋼鍋１０の使用時におけるせん断強度である。

式（１）及び式（２）中の記号は、不定形耐火物９０の物性を意味する。Ｅ_１は、１５００℃焼成による弾性率（ＧＰａ）である。Ｒ_１は、１５００℃焼成による残存膨張率である。Ｅ_２は、１３００℃焼成による弾性率（ＧＰａ）である。Ｒ_２は、１３００℃焼成による残存膨張率である。ａ_１は、１５００℃における熱間膨張係数（１／℃）である。ａ_２は、１３００℃における熱間膨張係数（１／℃）である。ｆは、１３００℃焼成による熱間圧縮強度（ＭＰａ）である。

〔製造方法〕
図６は、本実施形態に係る溶鋼鍋１０の製造方法を示すフロー図である。図６に示すように、本実施形態の製造方法は、準備工程（＃５）と、予備試験工程（＃１０）と、算出工程（＃１５）と、評価工程（＃２０）と、施工工程（＃２５）と、を備える。この製造方法によって、側壁１１の最内層に不定形耐火物９０を備える溶鋼鍋１０を製造できる。以下、図６に示す各工程を具体的に説明する。

〔準備工程（＃５）〕
準備工程（＃５）では、不定形耐火物９０の原料を準備する。原料は、異なる種類及び粒度の材料を様々な割合で組み合わせてできた粉末である。原料は、例えば、アルミナ原料、及びマグネシア原料を含む。原料は、粒径が２０ｍｍ未満の細粒骨材９１ｂをさらに含む。要するに、原料は、粒径が２０ｍｍ以上の大粗粒骨材９１ａを含まない。

〔予備試験工程（＃１０）〕
予備試験工程（＃１０）では、準備工程（＃５）で準備した原料の物性を測定する。予備試験工程（＃１０）で測定する物性は、１５００℃焼成による弾性率Ｅ_１（ＧＰａ）、１５００℃焼成による残存膨張率Ｒ_１、１３００℃焼成による弾性率Ｅ_２（ＧＰａ）、１３００℃焼成による残存膨張率Ｒ_２、１５００℃における熱間膨張係数ａ_１（１／℃）、１３００℃における熱間膨張係数ａ_２（１／℃）、及び１３００℃焼成による熱間圧縮強度ｆ（ＭＰａ）である。

以下、物性の測定の手順を具体的に説明する。まず、粉末状の原料を１～２分混錬する。混錬には、例えばボルテックスミキサー、万能ミキサー等を用いる。その後、水を添加しさらに５～６分混錬する。このとき、原料は水と混ぜ合わされることにより、流動性を有する混錬物となる。

原料と水とを混錬してできる混錬物の流動性を十分に確保するため、添加する水分量や、混錬時間を調整する必要がある。流動性の指標として、ＪＩＳ Ｒ ２５２１で規定されるタップフロー値を用いてもよい。その場合、例えば、タップフロー値が１５０ｍｍ以上になるように水分添加量及び混錬時間を調整する。

次に、混錬物を焼成して試験材を作成する。焼成のため、混錬物は電気炉内に設置される。その後、例えば２～５℃／ｍｉｎの速度で炉内を昇温する。炉内が所定の焼成温度に到達すると、炉内の温度を３～１０時間保持する。その後、炉内放冷し、試験材を取り出す。

予備試験工程（＃１０）では、少なくとも２つに分けた混錬物をそれぞれ別々に焼成し、第１試験材及び第２試験材を作成する。第１試験材の焼成温度は、第２試験材の焼成温度と異なる。第１試験材は、１５００℃焼成によって得られる試験材である。第２試験材は、１３００℃焼成によって得られる試験材である。

このように作成した試験材を、所定の大きさに切り出して、複数の試験片を作る。試験片は、各物性の測定に用いられる。弾性率は、ＪＩＳ Ｒ １６０２：１９９５に基づき測定される。残存膨張率は、ＪＩＳ Ｒ ２５５４に基づき測定される。熱間圧縮強度は、ＪＩＳ Ｒ ２２０６－１：２００７に基づき測定される。熱間膨張係数は、ＪＩＳ Ｒ ２５５５に基づき測定される。

第１試験材及び第２試験材の各々から作成した試験片を用いて、各物性を測定する。第１試験材から作成した試験片より、弾性率Ｅ_１、及び残存膨張率Ｒ_１を測定する。また、第２試験材から作成した試験片より、弾性率Ｅ_２、残存膨張率Ｒ_２、及び熱間圧縮強度ｆを測定する。第１試験材の熱間膨張係数と第２試験材の熱間膨張係数は、ほとんど差がなく、どちらを用いても後述する評価に影響を及ぼさない。そのため、１５００℃における熱間膨張係数ａ_１及び１３００℃における熱間膨張係数ａ_２は、どちらの試験材を用いて測定してもよい。

〔算出工程（＃１５）〕
算出工程（＃１５）では、予備試験工程（＃１０）で測定した原料の物性から、推定周方向応力σ（ＭＰａ）、及び推定熱間せん断強度Ｆｓ（ＭＰａ）を算出する。推定周方向応力σ及び推定熱間せん断強度Ｆｓの算出には、それぞれ上記の式（１）及び（２）を用いる。推定熱間せん断強度Ｆｓは式（２）で表される通り、熱間圧縮強度ｆの半分として算出する。これは、せん断応力が、１方向のみの圧縮応力と考えることができるからである。

〔評価工程（＃２０）〕
評価工程（＃２０）では、溶鋼鍋１０の使用時における不定形耐火物９０のせん断強度を評価する。具体的には、算出工程（＃１５）にて算出した推定周方向応力σ及び推定熱間せん断強度Ｆｓを比較して、推定周方向応力σが推定熱間せん断強度Ｆｓよりも小さいか否かを判定する。

〔施工工程（＃２５）〕
施工工程（＃２５）では、側壁１１の最内層に不定形耐火物９０を形成する。不定形耐火物９０の原料は、評価工程（＃２０）において、推定周方向応力σが推定熱間せん断強度Ｆｓよりも小さいことが確認できたものを用いる。言い換えると、評価工程（＃２０）において、推定周方向応力σが推定熱間せん断強度Ｆｓよりも大きいと判定された原料は、本開示に係る溶鋼鍋１０に用いることができない。

以下、溶鋼鍋１０に不定形耐火物９０を形成する方法の一例を説明する。まず、予備試験工程（＃１０）と同様の手順にて、原料と水とを混錬して混錬物を作る。次に、側壁１１の内側に型枠を組み付ける。このとき、側壁１１の内周面と型枠との間には、隙間が存在する。この隙間に、混錬物を充填する。

混錬物の充填の際、混錬物に気泡が混入する。そのため、充填中又は充填後において、混錬物には、振動が付与される。振動の付与には、例えば、棒状のバイブレーターが用いられる。これにより、混錬物に含まれる気泡を除去することができる。また、振動の付与により、混錬物を側壁１１の内周面と型枠との間に十分に行き渡らせることができる。

側壁１１の内周面と型枠との間に充填された混錬物は、水分を含んでいる。そのため、ある程度静止させた後に、型枠を取り外す。その後、ガスバーナー等を用いて混錬物を乾燥させる。このようにして、側壁１１の最内層に不定形耐火物９０が形成される。

混錬物を乾燥させる際、混錬物の温度が急激に上昇すると、爆裂と呼ばれる破壊現象が発生する恐れがある。そのため、乾燥の際には、緩やかに昇温する必要がある。したがって、一般に、乾燥作業には多大な時間を要する。

混錬物を乾燥させる方法として、好ましくは、マイクロ波乾燥法が用いられる。マイクロ波乾燥法では、マイクロ波により混錬物内の水分子を発熱させ、内部加熱を行う。マイクロ波乾燥法では、さらに、熱風を補助熱源として供給し、混錬物の表面を乾燥させる。これにより、混錬物の表面と背面との温度勾配が付きにくくなる。そのため、マイクロ波乾燥法によれば、短時間で混錬物を乾燥させることができる。

［効果］
本実施形態に係る製造方法によれば、準備工程（＃５）では、細粒骨材９１ｂを含む不定形耐火物９０の原料を準備する。細粒骨材９１ｂの粒径は、２０ｍｍ未満である。つまり、原料は、粒径２０ｍｍ以上の大粗粒骨材９１ａを含まない。施工工程（＃２５）では、この原料を用いて溶鋼鍋１０に不定形耐火物９０が形成される。この不定形耐火物９０は、当然ながら、粒径２０ｍｍ以上の大粗粒骨材９１ａを含まない。したがって、構造スポールによるき裂の発生及び過大な剥離を抑制することができる。

予備試験工程（＃１０）では、原料の物性を測定する。予備試験工程（＃１０）で測定された各物性は、算出工程（＃１５）で用いられる。算出工程（＃１５）では、式（１）から推定周方向応力σを算出する。また、算出工程（＃１５）では、式（２）から不定形耐火物９０の推定熱間せん断強度Ｆｓを算出する。評価工程（＃２０）では、算出工程（＃１５）で算出した推定周方向応力σ及び推定熱間せん断強度Ｆｓを比較し、推定周方向応力σが推定熱間せん断強度Ｆｓよりも小さいか否かを判定する。施工工程（＃２５）では、推定周方向応力σが推定熱間せん断強度Ｆｓよりも小さい場合、その原料を用いて、側壁１１の最内層に不定形耐火物９０を形成する。つまり、施工工程（＃２５）において、不定形耐火物９０は、その原料が十分なせん断強度を有することが確認された上で形成される。そのため、溶鋼鍋１０に形成された不定形耐火物９０において、せん断破壊によるき裂の発生及び剥離を抑制することができる。以上より、不定形耐火物９０において、構造スポール及びせん断破壊の両方の観点から、き裂の発生及び過大な剥離を抑制することができる。

細粒骨材９１ｂを含む不定形耐火物９０を用いた場合では、大粗粒骨材９１ａを含む不定形耐火物９０を用いた場合と比較して、スラグ浸潤深さｄが小さい。そのため、より小さいモーメントで剥離に至る。よって、剥離に至ったときのビルドアップ層Ｂの厚みを低減させることができる。

剥離におけるビルドアップ層Ｂの厚みが小さくなると、剥離する層全体の厚みである剥離厚ｈも小さくなる。これにより、剥離による不定形耐火物９０の損耗を抑制することができる。このため、溶鋼鍋１０の寿命を向上させることができる。

以上、本開示の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本開示を実施するための例示に過ぎない。したがって、本開示は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。

［実施例１］
実施例１では、Ｎｏ．１～７の異なる不定形耐火物の原料を準備し、これらの中から本開示に係る溶鋼鍋及び溶鋼鍋の製造方法に適する原料を選定した。その結果を下記の表１に示す。

表１を参照して、本実施例では、Ｎｏ．１～７の原料における粒径が２０ｍｍ以上の大粗粒骨材の含有量を調べた。そして、各原料のうち大粗粒骨材を含まないものを〇印、そうでないものを×印で表１に表した。

また、各原料毎に１５００℃で焼成した第１試験材と、１３００℃で焼成した第２試験材とを作成し、それぞれの物性を測定した。なお、熱間膨張係数は、原料毎の差が小さく評価に影響を及ぼさないため、一律で５．６×１０^－６とした。これらの物性を式（１）及び式（２）に代入し、それぞれ推定周方向応力σ及び推定熱間せん断強度Ｆｓを算出した。そして、各原料のうち推定周方向応力σが推定熱間せん断強度Ｆｓよりも小さいものを〇印、そうでないものを×印で表１に表した。

表１を参照して、Ｎｏ．１～４の原料には、大粗粒骨材が含まれていない。また、Ｎｏ．１～４の原料は、それぞれ推定周方向応力σが推定熱間せん断強度Ｆｓよりも小さい。よって、Ｎｏ．１～４の原料は、本開示に係る溶鋼鍋及び溶鋼鍋の製造方法に適する。

Ｎｏ．５～６の原料には、大粗粒骨材が含まれていない。しかしながら、Ｎｏ．５～６の原料は、推定周方向応力σが推定熱間せん断強度Ｆｓよりも大きいため、本開示に係る溶鋼鍋及び溶鋼鍋の製造方法に適さない。

Ｎｏ．７の原料は、推定周方向応力σが推定熱間せん断強度Ｆｓよりも小さい。しかしながら、Ｎｏ．７の原料には、大粗粒骨材が含まれているため、本開示に係る溶鋼鍋及び溶鋼鍋の製造方法に適さない。

［実施例２］
本実施例では、実施例１で準備した原料を実機の溶鋼鍋に適用し、その溶鋼鍋を使用したときの不定形耐火物の損耗速度を測定した。ただし、推定周方向応力σが推定熱間せん断強度Ｆｓよりも大きい原料は、実機の溶鋼鍋に適用することができない。そのような溶鋼鍋を使用した場合、漏鋼トラブルが起こる恐れがあるからである。そのため、比較例１～３の中からは、比較例３のみを選択し、損耗速度を測定した。なお、本発明例１～４の中からは、本発明例１を代表として選択し、損耗速度を測定した。

不定形耐火物の損耗速度は、レーザープロフィルメーターを用いて測定した。溶鋼鍋の使用に際して、１５０ｃｈ～２００ｃｈにわたり不定形耐火物のプロフィルを測定し、１ｃｈ当たりの損耗量を算出した。不定形耐火物のプロフィルは、（Ｔｉｍｅ－Ｆｌｙ法）で測定した。Ｔｉｍｅ－Ｆｌｙ法は、レーザー発生源から回転プリズムを通過し照射されたレーザー光が、溶鋼鍋耐火物稼働面で反射し再びレーザー照射口まで戻ってくるまでにかかる時間を測定する方法である。

本発明例１の原料を用いた溶鋼鍋の損耗速度は、０．２３５（ｍｍ／ｃｈ）であった。また、比較例３の原料を用いた溶鋼鍋の損耗速度は、０．２８１（ｍｍ／ｃｈ）であった。本発明例１の原料と比較例３の原料とは、本発明例１の原料が大粗粒骨材を含まないのに対し、比較例３の原料が大粗粒骨材を含む点で異なる。このことから、大粗粒骨材を含まない不定形耐火物を用いた溶鋼鍋によれば、不定形耐火物の損耗を抑制することができることがわかる。

１０：溶鋼鍋
１１：側壁
２０：鉄皮
３０：定形耐火物
９０：不定形耐火物
９１：骨材
９１ｂ：細粒骨材
９２：マトリックス
σ：推定周方向応力
Ｆｓ：推定熱間せん断強度

Claims (2)

1. 側壁の最内層に不定形耐火物を備える溶鋼鍋であって、
   前記不定形耐火物は骨材を含み、前記骨材の粒径は２０ｍｍ未満であり、
   前記不定形耐火物の物性について、下記式（１）で表される推定周方向応力σ（ＭＰａ）が、下記式（２）で表される推定熱間せん断強度Ｆｓ（ＭＰａ）よりも小さい、溶鋼鍋。
   

   

   式（１）及び（２）中の記号は、以下に示す前記不定形耐火物の物性を意味する；
   Ｅ_１：１５００℃焼成による弾性率（ＧＰａ）、
   Ｒ_１：１５００℃焼成による残存膨張率、
   Ｅ_２：１３００℃焼成による弾性率（ＧＰａ）、
   Ｒ_２：１３００℃焼成による残存膨張率、
   ａ_１：１５００℃における熱間膨張係数（１／℃）、
   ａ_２：１３００℃における熱間膨張係数（１／℃）、及び
   ｆ：１３００℃焼成による熱間圧縮強度（ＭＰａ）。
2. 側壁の最内層に不定形耐火物を備える溶鋼鍋の製造方法であって、
   骨材を含む前記不定形耐火物の原料を準備する準備工程であって、前記骨材の粒径は２０ｍｍ未満である、前記準備工程と、
   前記原料の物性を測定する予備試験工程であって、前記物性は、１５００℃焼成による弾性率Ｅ_１（ＧＰａ）、１５００℃焼成による残存膨張率Ｒ_１、１３００℃焼成による弾性率Ｅ_２（ＧＰａ）、１３００℃焼成による残存膨張率Ｒ_２、１５００℃における熱間膨張係数ａ_１（１／℃）、１３００℃における熱間膨張係数ａ_２（１／℃）、及び１３００℃焼成による熱間圧縮強度ｆ（ＭＰａ）である、前記予備試験工程と、
   前記原料の前記物性より、下記式（１）で表される推定周方向応力σ（ＭＰａ）、及び下記式（２）で表される推定熱間せん断強度Ｆｓ（ＭＰａ）を算出する算出工程と、
   前記推定周方向応力σが前記推定熱間せん断強度Ｆｓよりも小さいか否かを判定する評価工程と、
   前記推定周方向応力σが前記推定熱間せん断強度Ｆｓよりも小さい場合、前記原料を用いて、前記側壁の最内層に不定形耐火物を形成する施工工程と、を備える、溶鋼鍋の製造方法。
   

   

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