JP3216575B2

JP3216575B2 - 取鍋摺動開閉装置の詰砂

Info

Publication number: JP3216575B2
Application number: JP16488097A
Authority: JP
Inventors: 英登高杉; 章白山; 学田野; 健司石井; 廣久中嶋; 真一赤井
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1996-06-07
Filing date: 1997-06-09
Publication date: 2001-10-09
Anticipated expiration: 2017-06-09
Also published as: JPH1052751A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、製鋼用取鍋などの
出湯に用いられるスライディングノズルまたはロータリ
ーノズルなどの取鍋摺動開閉装置の詰砂に関する。

【０００２】

【従来の技術】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。

【０００３】従来、この種の詰砂としては、一般的にシ
リカ砂（ＳｉＯ２：９０〜９９％）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。

【０００４】しかしながら、シリカ砂は溶融温度が低
く、また、クロマイト砂は溶鋼の鋳込み時に焼結してし
まう。このようなことにより、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
ことがあった。そこで、特公昭６０−５７９４２号公報
に記載されているように、スライディングノズルの下層
にクロマイト砂を、上層にシリカ砂を充填する技術が一
般的に用いられている。しかし、このような技術によっ
ても不開孔を有効に減少させることはできず、２％前後
の不開孔率が生じる。

【０００５】このような不開孔は溶鋼の排出の妨げにな
るため、熟練工が酸素溶解して開孔するという危険な作
業が必要である。したがって、労働災害を防止する観点
から、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。

【０００６】また、連続鋳造においては、このような不
開孔が生じると、歩留まりが著しく低下するばかりか、
取鍋内の溶鋼を鋳造できないなどの操業上多くの問題が
生じる。

【０００７】さらに、転炉で１次精錬を行った後、脱
酸、脱リン、脱硫等のために長時間取鍋で２次精錬する
場合、鋼種によっては７〜８時間も取鍋内で溶鋼が保持
されることがあり、そのためこのような過酷な条件であ
っても自然開孔率が高いことが要求されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
に鑑みてなされたものであって、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の詰砂を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、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の詰砂
について検討を重ねた結果、クロマイト砂とシリカ砂と
を一定の割合で配合すると共に、その粒度分布を特定範
囲に規定することにより、詰砂の焼結、熱膨張による棚
吊り、およびスラグ、地金の浸透による不開孔を有効に
防止することができることを見出した。すなわち、クロ
マイト砂とシリカ砂との配合割合、およびこれらの粒度
分布を適切に調整することにより、詰砂が溶鋼などの高
温の溶湯に接触しても焼結しにくく、熱膨張による棚吊
りも発生しにくく、かつ溶湯が浸透しにくいため、高い
自然開孔率を維持することができることを見出した。

【００１０】本発明は、このような知見に基づいて完成
されたものであり、７０〜９０重量％のクロマイト砂
と、１０〜３０重量％のシリカ砂とから実質的になり、
前記クロマイト砂は粒径１５０〜８５０μｍの範囲のも
のが９５％以上、粒径２００〜４２５μｍの範囲のもの
が６０％以上含まれ、前記シリカ砂は粒径２００〜８５
０μｍの範囲のものが９５％以上、粒径３００〜６００
μｍの範囲のものが６０％以上含まれていることを特徴
とする取鍋摺動開閉装置の詰砂を提供するものである。

【００１１】また、上記詰砂において、前記シリカ砂
が、１．４以下の粒径係数を有することを特徴とする取
鍋摺動開閉装置の詰砂を提供するものである。さらに、
上記いずれかの詰砂において、前記クロマイト砂は、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の詰砂を提供するものである。

【００１２】さらにまた、上記いずれかの詰砂におい
て、前記クロマイト砂は、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
置の詰砂を提供するものである。

【００１３】さらにまた、上記いずれかの詰砂におい
て、前記シリカ砂は、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開閉装置の詰砂を
提供するものである。

【００１４】さらにまた、上記いずれかの詰砂におい
て、前記シリカ砂は、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
の詰砂を提供するものである。

【００１５】さらにまた、上記いずれかの詰砂におい
て、さらに外部添加で０．０５〜５重量％のカーボンブ
ラックを配合したことを特徴とする取鍋摺動開閉装置の
詰砂を提供するものである。

【００１６】さらにまた、上記詰砂において、前記カー
ボンブラックは、前記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の詰
砂を提供するものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の取鍋摺動開閉装置の詰砂
は、７０〜９０重量％のクロマイト砂と、１０〜３０重
量％のシリカ砂とから実質的になり、前記クロマイト砂
は粒径１５０〜８５０μｍの範囲のものが９５％以上、
粒径２００〜４２５μｍの範囲のものが６０％以上含ま
れ、前記シリカ砂は粒径２００〜８５０μｍの範囲のも
のが９５％以上、粒径３００〜６００μｍの範囲のもの
が６０％以上含まれていることを特徴とするものであ
る。

【００１８】本発明において、クロマイト砂を７０〜９
０重量％、シリカ砂を１０〜３０重量％としたのは、こ
の範囲で配合することにより、耐火性の低いシリカ砂の
欠点および溶鋼により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できるか
らである。すなわち、クロマイト砂は約２１５０℃まで
の耐火性を有し、シリカ砂の約１７２０℃よりも十分に
高く、また、これに１０〜３０重量％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
題が解消されるからである。好ましくはクロマイト砂７
５〜８５重量％、シリカ砂１５〜２５重量％である。

【００１９】また、クロマイト砂は粒径１５０〜８５０
μｍの範囲のものが９５％以上、粒径２００〜４２５μ
ｍの範囲のものが６０％以上含まれ、シリカ砂は粒径２
００〜８５０μｍの範囲のものが９５％以上、粒径３０
０〜６００μｍの範囲のものが６０％以上含まれている
ことと規定したのは、このような粒径分布とすることに
より、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、地金の浸透を
有効に防止することができ、自然開孔率を高いものとす
ることができるからである。すなわち、クロマイト砂お
よびシリカ砂の配合割合を前述のように規定したうえ
で、これらの粒径分布をこのように規定することによ
り、焼結しにくく、しかもスラグ、地金が浸透しないた
め、高い自然開孔率が実現できるのである。

【００２０】このように過剰な焼結層の生成、熱膨張に
よる棚吊り、およびスラグ、地金の浸透を有効に防止す
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１
１８０μｍを超えるものが実質的に存在しないことが好
ましい。

【００２１】このように本発明では、クロマイト砂およ
びシリカ砂の均一充填製のみならず、詰砂の焼結性をも
考慮してこれらの配合割合および粒径分布を規定したの
で、自然開孔率を著しく高めることができる。

【００２２】ここで、本発明における粒度分布は、ＪＩ
Ｓ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。本発明の場合、ク
ロマイト砂については、粒径１５０〜８５０μｍの範囲
のものが９５％以上、粒径２００〜４２５μｍの範囲の
ものが６０％以上になるようにふるい分けを行い、シリ
カ砂については、粒径２００〜８５０μｍの範囲のもの
が９５％以上、粒径３００〜６００μｍの範囲のものが
６０％以上となるようにふるい分けを行う。

【００２３】本発明で用いるシリカ砂は、粒子径が小さ
くなると耐火性が低下するので、これを防止するため、
シリカ砂として粒径係数を１．４以下のものを使用する
ことが好ましい。シリカ砂の粒径係数が１．４以下であ
れば、シリカ砂がノズル内に残存しにくくなり、棚吊り
の発生を有効に防止することができる。粒径係数のより
好ましい範囲は１．３〜１である。

【００２４】なお、ここでいう粒径係数は、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
である。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。

【００２５】本発明で使用されるクロマイト砂は、特に
限定されるものではなく、天然に算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Ｃｒ₂
Ｏ₃を３０重量％以上、好ましくは３０〜６０重量％含
有する。例えば、Ｃｒ₂Ｏ₃を４０〜５０重量％、ＦｅＯ
を２０〜３０重量％、その他、Ａｌ₂Ｏ₃を約１５重量％
程度、ＭｇＯを約１０重量％程度を含有するものが典型
例として挙げられる。

【００２６】一方、シリカ砂も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。シリカ砂の成分もその産地に左右
されるが、一般的には、ＳｉＯ₂を９０重量％以上含有
する。天然砂としては、例えば、オーストラリア産のフ
リーマントル砂や、国産の東北珪砂が挙げられる。な
お、シリカ砂には、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｋ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ等の物質
が含まれていてもよいが、これらはシリカ砂の融点を低
下させ、不開孔の原因となるので、これらが含まれてい
る場合でも１重量％以下であることが好ましい。

【００２７】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。

【００２８】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。乾式法には、原料砂を高
速気流により装置内で上昇させ、衝突板に衝突させるこ
とによって、砂粒相互の衝突と摩擦によって磨鉱処理す
るサンドリクレンマ等のニューマチックスクラバー装
置、高速回転するローター上に原料砂を投入し、その遠
心力で生ずる投射砂と落下する投入砂との間で起こる衝
突と摩擦によって磨鉱処理する高速回転スクラバー装
置、砂同士の摩擦を利用して磨鉱処理するアジテータミ
ル等の高速攪拌機を用いた方法が挙げられる。一方、湿
式法には、羽を回転させたトラフ内の砂粒相互の摩擦に
よって磨鉱処理するトラフ式等の磨鉱機による方法が挙
げられる。

【００２９】これら乾式法および湿式法の磨鉱処理の中
では、湿式法を使用することが好ましい。これは、湿式
法を用いることにより、磨鉱処理時の水洗によって所望
の粒度より小さい砂を同時に取り除くことができるから
である。しかしながら、乾式法であっても水洗装置を併
設することにより同様の効果を得ることができる。

【００３０】本発明においては、これらクロマイト砂お
よびシリカ砂に対して、さらに外部添加でカーボンブラ
ックを０．０５〜５重量％の範囲で配合することが好ま
しい。このようにカーボンブラックを配合することによ
り、出鋼温度１７００℃以上、溶鋼リードタイム２００
分間以上の、炉外精錬を伴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。

【００３１】すなわち、このようにカーボンブラックを
配合することにより、シリカ砂やクロマイト砂の粒同士
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。したがって、炉外精錬を伴
う高温長時間処理であっても、極めて高い自然開孔率を
得ることができる。

【００３２】また、カーボンブラックを配合しなけれ
ば、出鋼温度が１７００℃以上と高く、かつ溶鋼滞留時
間が２〜３時間を超えて長時間になる場合に、詰砂がノ
ズル受けレンガ表面に焼結しやすく、そのため、ノズル
受けの酸素洗浄頻度が増加し、それに伴うノズル受けの
寿命低下、または鍋内残鋼による歩留低下を招くおそれ
があるが、カーボンブラックを配合することにより、こ
のような問題も解消される。

【００３３】ここで、カーボンブラックの配合量が０．
０５重量％未満であると、砂粒子同士の結合防止作用が
不足し、５％を超えるとカーボンの溶鋼へのピックアッ
プ量が多くなりすぎる。したがって、カーボンブラック
を配合する場合には、その配合量を０．０５〜５重量％
とする。極低炭素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重量％
以下とすることが好ましい。

【００３４】本発明の詰砂が適用される取鍋摺動開閉装
置としてはスライディングノズルおよびロータリーノズ
ルが挙げられ、その形状は特に限定されない。用いられ
る溶鋼の種類も限定されるものではない。また、溶鋼の
他の溶湯であっても用いることができる。

【００３５】また、本発明の詰砂は上記配合割合であれ
ばその形態は問わず、クロマイト砂とシリカ砂との混合
性が比較的良好であるため別々に摺動開閉装置のノズル
に充填することが可能ではあるが、予め均一に混合した
ものを充填するほうが作業性の向上等の観点から好まし
い。

【００３６】カーボンブラックを配合する場合にも、そ
の配合形態は問わないが、カーボンブラックにバインダ
ー等により適度な粘性を持たせ、予めカーボンブラック
をシリカ砂の表面にコーティングしておき、これとクロ
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、クロマイト砂にカーボンブ
ラックをコーティングしてもよく、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。

【００３７】本発明の詰め砂が適用される摺動開閉装置
の一例としてのスライディングノズルの構造を図１に示
す。スライディングノズル１０は、上ノズル３と、それ
を側方から支持するノズル受けレンガ２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。そして、上ノズル
３で規定されるノズル孔７内には本発明の詰砂１が充填
される。図示するように、スライディングノズル１０が
閉状態で取鍋に溶鋼が注入される。溶鋼の注入が終了し
た時点で、摺動盤５を移動することによりスライディン
グノズルが開かれる。この状態で詰砂が落下しノズル孔
７が自然開孔する。なお、ロータリーノズルも基本構造
は同様であり、摺動盤が回転可能になっている点が異な
るのみである。

【００３８】本発明の詰砂は、上述したように、溶鋼な
どの高温の溶湯に接触しても焼結しにくく、熱膨張によ
る棚吊りも発生しにくく、かつ溶湯が浸透しにくいた
め、自然開孔率を９９．５％以上、さらにはほぼ１００
％にも高めることができる。

【００３９】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。クロマイト砂、シリカ砂を表１のように配合した
詰砂を、２５０ｔ取鍋の底に設けられた摺動開閉装置の
ノズル径７５ｍｍφのノズル孔に充填し、１０００チャ
ージにおける自然開孔率を測定した。なお、ここでは、
ほぼ全チャージが通常の連続鋳造に適用したものであ
る。表１中、実施例１，２は本発明の範囲を満たすもの
であり、比較例１はシリカ砂の粒径分布が本発明の範囲
から外れるもの、比較例２はクロマイト砂の粒径分布が
本発明の範囲から外れるもの、比較例３はクロマイト砂
とシリカ砂の配合割合が本発明の範囲から外れるもの、
比較例４はシリカ砂単独のもの、比較例５はクロマイト
砂単独のものである。

【００４０】

【表１】

【００４１】その結果、実施例１では自然開孔率が１０
０％となり、実施例２では粗粉、微粉が多いため、実施
例１より自然開孔率が若干低下したが、９９．６％とい
う高い値が得られた。

【００４２】これに対して、粒径分布が本発明の範囲か
ら外れる比較例１，２は、自然開孔率が９９．０％であ
り、十分な自然開孔率が得られなかった。また、配合が
本発明の範囲〜外れる比較例３は、９８．６％の低い自
然開孔率であった。さらに、シリカ砂単独およびクロマ
イト砂単独の比較例４，５は、自然開孔率がそれぞれ９
７．８％、９８．４％とやはり低い自然開孔率であっ
た。なお、図２に実施例１の詰砂のクロマイト砂および
シリカ砂の粒径分布を示す。

【００４３】次に、実施例１の詰砂、および実施例１の
詰砂に対して外部添加でカーボンをそれぞれ０．１、
０．５、３重量％配合した詰砂を、２５０ｔ取鍋の底
に設けられた摺動開閉装置のノズル径７５ｍｍφのノズ
ル孔に充填し、１０００チャージにおける自然開孔率を
測定した。ここでは、高級鋼の炉外精錬に相当する出鋼
温度１７００℃以上、溶鋼リードタイム２００分間以上
という過酷な条件の割合が１０％以上と高いものとし
た。また、カーボンブラックについては平均粒径４０ｎ
ｍのものを用いた。

【００４４】その結果、実施例１については、９９．８
％の自然開孔率を示したが、詰砂がノズル受けレンガ表
面に焼結する頻度が高く、ノズル受けの酸素洗浄頻度が
高いものとなった。これに対して、カーボンブラックを
０．１、０．５、３重量％配合したものは、１００％
の自然開孔率を示し、詰砂のノズル受けレンガ表面への
焼結の頻度も低かった。

【００４５】以上のように、本発明の詰砂を用いること
により、高い自然開孔率が達成できることが確認され
た。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
クロマイト砂とシリカ砂との配合割合、およびこれらの
粒径分布を適切に調整することにより、溶鋼などの高温
の溶湯に接触しても焼結しにくく、熱膨張による棚吊り
が生じにくく、かつ溶湯が浸透しにくいため、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の詰砂
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の詰砂が適用される摺動開閉装置の一例
としてのスライディングノズルを示す断面図。

【図２】本発明の実施例１に係る詰砂のクロマイト砂お
よびシリカ砂の粒径分布を示す図。

【符号の説明】

１……詰砂、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７……ノズル孔、１０……スライディングノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石井健司東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者中嶋廣久東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者赤井真一東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (56)参考文献特開平９−47863（ＪＰ，Ａ) 特開平１−271058（ＪＰ，Ａ) 特開平６−71424（ＪＰ，Ａ) 特開平４−84664（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−139466（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−5828（ＪＰ，Ａ) 特開平７−251261（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−10054（ＪＰ，Ａ) 特開平５−8022（ＪＰ，Ａ) 国際公開97／5978（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 41/46 B22D 11/10 340 C21C 7/00 F27D 3/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】７０〜９０重量％のクロマイト砂と、１
０〜３０重量％のシリカ砂とから実質的になり、前記ク
ロマイト砂は粒径１５０〜８５０μｍの範囲のものが９
５％以上、粒径２００〜４２５μｍの範囲のものが６０
％以上含まれ、前記シリカ砂は粒径２００〜８５０μｍ
の範囲のものが９５％以上、粒径３００〜６００μｍの
範囲のものが６０％以上含まれていることを特徴とする
取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【請求項２】前記シリカ砂が、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
閉装置の詰砂。
【請求項３】前記クロマイト砂は、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１
または請求項２に記載の取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【請求項４】前記クロマイト砂は、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１ないし請求項３のいずれか１項に記載の取鍋摺動開
閉装置の詰砂。
【請求項５】前記シリカ砂は、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１な
いし請求項４のいずれか１項に記載の取鍋開閉装置の詰
砂。
【請求項６】前記シリカ砂は粒径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１
ないし請求項５のいずれか１項に記載の取鍋摺動開閉装
置の詰砂。
【請求項７】さらに外部添加で０．０５〜５重量％の
カーボンブラックを配合したことを特徴とする請求項１
ないし請求項６のいずれか１項に記載の取鍋摺動開閉装
置の詰砂。
【請求項８】前記カーボンブラックは、前記シリカ砂
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７に記載の取鍋摺動開閉装置の詰砂。