JP3430360B2

JP3430360B2 - ガス吹込み用ポーラスプラグ

Info

Publication number: JP3430360B2
Application number: JP07081897A
Authority: JP
Inventors: 道博五藤; 学木村
Original assignee: Krosaki Harima Corp
Current assignee: Krosaki Harima Corp
Priority date: 1997-03-07
Filing date: 1997-03-07
Publication date: 2003-07-28
Anticipated expiration: 2017-03-07
Also published as: JPH10251739A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶鋼処理に用いるガス
吹込み用ポーラスプラグに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】溶鋼に対する温度調整、成分の均一化、
非金属介在物の除去などを目的として、溶鋼容器の底か
ら溶鋼中にアルゴンなどの不活性ガスを吹き込むことが
行われている。これに使用されるガス吹込み用ポーラス
プラグ(以下、ポーラスプラグと称する)に要求される一
般特性は、ガス透過性、耐食性および溶鋼浸透防止であ
る。

【０００３】ポーラスプラグ用の多孔質耐火物として、
本願出願人は先の特開昭平５９−２０３７５６号公報で
アルミナ−ジルコン質を提案した。この材質はジルコン
（ＺｒＯ₂・ＳｉＯ₂）が使用中の高温で解離して生じた
ＳｉＯ₂が、溶融状態下での表面張力で骨材の接触点に
集積し、骨材のアルミナとの反応でムライト（３Ａｌ ₂
Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）を生成する。そして、このムライトが
骨材粒子間を強固に結合することにより、高ガスを透過
しての使用であっても耐用性に優れた材質となる。

【０００４】また、特開昭６３−１６６７５２号公報に
は、ポーラスプラグ用の多孔質耐火物としてジルコニア
・ムライト−アルミナ質が提案されている。この材質
は、ジルコニア・ムライトの低膨張性による耐スポーリ
ング性と、ジルコニア・ムライトが溶鋼スラグと反応し
て粘性を向上することによる溶鋼スラグ浸透防止の効果
がある。

【０００５】図１および図２の縦断面図に示したポーラ
スプラグは、多孔質耐火物の側面外周に緻密質キャスタ
ブル耐火物を周設した構造の２例である。図１および図
２においてポーラスプラグは使用時、ガス導入管（１）
から供給した不活性ガスが、ガスプール室（２）を経て
多孔質耐火物（３）の組織内に侵入し、この多孔質耐火
物（３）の気孔中を通過して溶鋼内に噴出する。緻密質
キャスタブル耐火物（４）は、多孔質のために強度に劣
る多孔質耐火物（３）の保護と、不活性ガスが多孔質耐
火物（３）の側面から漏れるのを防止する役割とをも
つ。

【０００６】図２の例では、多孔質耐火物（３）の底部
にも緻密質キャスタブル耐火物を設けたものである。こ
の場合、ガスプール室（２）の不活性ガスは、底部の緻
密質キャスタブル耐火物を貫通した多数の細孔（５）透
過し、多孔質耐火物（３）に到達する。緻密質キャスタ
ブル耐火物は耐食性に優れていることから、多孔質耐火
物（３）が急激に損耗した場合でも、底部に位置した緻
密質キャスタブル耐火物によって湯漏れなどの事故を防
止することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ポーラスプラグはその
使用による加熱冷却の繰り返しによって、緻密質キャス
タブル耐火物（４）と多孔質耐火物（３）との界面に空
隙が生じる。そして、緻密質キャスタブル耐火物（４）
と多孔質耐火物（３）との間の上方が、多孔質耐火物
（３）の側面から漏れた不活性ガスの集中的な噴出によ
って、図３の模式図のように先行損耗（６）を招く。

【０００８】また、ポーラスプラグは上端面が溶鋼との
接触による温度勾配で水平方向の亀裂が発生するが、緻
密質キャスタブル耐火物（４）と多孔質耐火物（３）と
の界面における空隙形成あるいは先行損耗によって支持
を失われた多孔質耐火物（４）が図４の模式図のように
亀裂箇所からの剥離浮上し、損耗が大きく進行する。

【０００９】近年は、ポーラスプラグによる溶鋼撹拌機
能を向上させるために透過ガス量が多く、多孔質耐火物
（３）内のガス圧が増していることも、前記の問題が生
じやすいものにしている。本発明は、多孔質耐火物の側
面外周に緻密質キャスタブル耐火物を周設した構造のポ
ーラスプラグにおいて、以上の問題を解決することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、シリカ質原料
１〜２０ｗｔ％、アルミナ８０〜９９ｗｔ％を含む耐火
骨材を混練、成形、焼成して得た多孔質耐火物の側面外
周に、耐火骨材にマグネシア１〜１５ｗｔ％、アルミナ
８５〜９９ｗｔ％を含む緻密質キャスタブル耐火物を鋳
込み成形して製造されるガス吹込み用ポーラスプラグで
ある。

【００１１】本発明において、アルミナに特定量のシリ
カ質原料を組合せて製造される多孔質耐火物は、焼成時
にシリカ質原料の溶融で耐火物粒子間にシリカ皮膜を形
成し、ガス透過性を低下させることなく溶鋼スラグ浸透
防止に優れた効果を発揮する。本発明によるポーラスプ
ラグは、前記の多孔質耐火物と側面に周設したマグネシ
ア−アルミナ質の緻密質キャスタブル耐火物との組み合
わせによって、両耐火物の間からのガス漏れ防止され、
図３あるいは図４に見られるような局部的先行損耗が抑
制される結果、耐用性が格段に向上する。

【００１２】前記ガス漏れ防止の効果は、緻密質キャス
タブル耐火物に含まれＭｇＯ成分およびＡｌ₂Ｏ₃成分が
使用中の高温下で反応してスピネル（ＭｇＯ・Ａｌ
₂Ｏ₃）を生成し、その生成に伴う体積膨張で多孔質耐火
物との間の迫り応力が増すことにあると考えられる。加
えて、緻密質キャスタブル耐火物に含まれるＭｇＯ成分
およびＡｌ₂Ｏ₃成分と、多孔質耐火物のシリカ原料から
のＳｉＯ₂とが反応し、緻密質キャスタブル耐火物と多
孔質耐火物との境面にＡｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ−ＳｉＯ₂系の
低融物を生成して、両耐火物間が強固に焼結するためと
考えられる。

【００１３】また、本発明での多孔質耐火物の製造にお
いて、シリカ質原料とアルミナとの組合せにさらに特定
の割合でジルコニアを特定の割合で組み合わせると、多
孔質耐火物のガス透過性が向上する。これは、焼成時に
ジルコニアが単斜晶→正方晶の転移に伴う体積膨張で耐
火物組織内にガス通気孔となる微細な亀裂が生じるため
と考えられる。しかも、この亀裂で生じる空隙はきわめ
て微細であり、ガス透過性に優れていても溶鋼スラグの
浸透はきわめて少ない。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明において、まず、多孔質耐
火物の製法を説明する。使用するシリカ質原料、ジルコ
ニアおよびアルミナの粒度は特に限定するものではな
い。多孔質耐火物のガス透過性をより向上させるため
に、従来材質と同様、粒子間の空隙の形成を図るため
に、中間粒の割合を少なくして粗粒が主体の粒度構成に
するのが好ましい。

【００１５】アルミナの粒径は、ガス透過経路となる粒
子間の空隙を形成しやすくするために、例えば０．１５
〜２ｍｍが７０ｗｔ％以上になるように調整する。ま
た、シリカ質原料およびジルコニアは割合が少ないの
で、その粒径は例えば１ｍｍ以下、さらに好ましくは
０．５ｍｍ以下とし、耐火物組織内での分散をより均一
化する。

【００１６】シリカ質原料の具体例は、溶融シリカ、珪
石、珪砂、ムライトなどである。中でも、熱膨張性が小
さい溶融シリカ（別名、石英ガラスあるいは溶融石英）
の使用が好ましい。その割合は２０ｗｔ％を超えると耐
食性に劣り、１ｗｔ％未満では緻密質キャスタブル耐火
物との焼結が不十分となる。

【００１７】ジルコニアは、一般にはジルコンを電気炉
中で溶融脱珪することで製造される。ＣａＯ、ＭｇＯ等
を添加してた安定化ジルコニア、半安定化ジルコニアが
知られているが、転移に伴う体積膨張が顕著な未安定化
ジルコニアが好ましい。耐火骨材に占める割合は１０ｗ
ｔ％以下とし、１０ｗｔ％を超えると体積膨張が過多に
なるためか耐食性に劣る。また、ジルコニアによる十分
なガス透過性向上の効果を得るには、その割合を１ｗｔ
％以上とする。

【００１８】残部の主体となるアルミナは、耐食性およ
び耐スポーリング性の面から電融アルミナ、焼結アルミ
ナなどの高純度品を主体に使用するのが好ましい。ボー
キサイト、ばん土けつ岩、シリマナイトなどを組み合わ
せてもよい。また、球状品、非球状品(粉砕品)のいずれ
てもよい。

【００１９】このアルミナの割合は、骨材としてシリカ
質原料と組み合わせる場合は、８０〜９９ｗｔ％とす
る。８０ｗｔ％未満では耐食性に劣る。９９ｗｔ％を超
えるとその分、シリカ質原料の割合が少なくなり、緻密
質キャスタブル耐火物との焼結が低減し、本発明の効果
に劣る。

【００２０】シリカ質原料と共にジルコニアを組み合わ
せる場合、アルミナの割合は７９ｗｔ％未満では耐食性
に劣る。９８ｗｔ％を超えるとシリカ質原料の割合が少
なくなことによる緻密質キャスタブル耐火物との焼結性
の低下を招く。本発明の効果を阻害しない範囲であれ
ば、さらに粘土、酸化クロムなどを１２ｗｔ％以下、さ
らに好ましくは８ｗｔ％以下の範囲で含ませてもよい。
１２ｗｔ％を超えると、ガス透過性の低下や過焼結によ
る耐スポーリング性に劣る。

【００２１】本発明は、以上の配合物をもって後は常法
どおり混練、成形後、焼成して多孔質耐火物を得る。混
練は結合剤を添加し、ミキサーなどによって行う。結合
剤としては、耐火物製造の際の結合剤として知られてい
る有機質、無機質あるいは有機無機複合物を使用でき
る。成形は、加圧成形で行う。焼成温度は、１０００〜
１８００℃が好ましい。

【００２２】次に、緻密質キャスタブル耐火物について
説明する。骨材には、マグネシアとアルミナとを使用す
る。マグネシアは電融品、焼結品のいずれでもよい。骨
材中に占めるマグネシアの割合が１ｗｔ％未満では、多
孔質耐火物との間の迫り応力あるいは焼結力が不足する
ためか局部的な先行溶損の原因となるガス漏れの防止効
果に劣る。また、マグネシアが１５ｗｔ％を超えると耐
スポーリング性に劣り、損耗が大きくなる。

【００２３】一方、アルミナは前記の多孔質耐火物での
骨材の場合と同様、耐食性および耐スポーリング性の面
から電融アルミナ、焼結アルミナなどの高純度品を主体
に使用するのが好ましい。これにボーキサイト、ばん土
けつ岩、シリマナイトなどを組合わせてでもよい。ま
た、球状品、非球状品(粉砕品)のいずれでもよい。

【００２４】アルミナの割合は、５８ｗｔ％未満では耐
食性および耐スポーリング性に劣る。９９ｗｔ％を超え
るとマグネシアの割合が少なくなって多孔質耐火物に対
する迫り応力および焼結が不十分となるためか、本発明
の効果が得られない。

【００２５】本願発明の効果を阻害しない範囲で、キャ
スタブル耐火物の配合物として知られている揮発シリ
カ、分散剤、粘土、酸化クロム、金属粉、ほう化物、窒
化物、炭化物、炭素、有機繊維、無機繊維、金属繊維な
どを含ませてもよい。例えば揮発シリカの割合は０．１
〜１ｗｔ％が好ましい。

【００２６】また、マグネシアの一部を電融あるいは焼
結のＡｌ₂Ｏ₃・ＭｇＯ系スピネルに置き換えてもよい。
スピネルを配合する場合は、骨材全体に対して１０ｗｔ
％以下とし、マグネシアとスピネルの合量は２０ｗｔ％
以下とする。

【００２７】結合剤は、キャスタブル耐火物の結合剤と
して知られている有機質、無機質あるいは有機無機複合
物を使用できる。本願発明で使用するキャスタブル耐火
物は特に緻密質としているが、これは多孔質耐火物に対
する表現であって、特に多孔質のものでない限り、キャ
スタブル耐火物としては通常の緻密度の材質であればよ
い。

【００２８】鋳込み成形には流動性を付与のために分散
剤を添加するのが好ましい。分散剤の種類は特に限定さ
れるものではなく、例えば縮合リン酸塩、カルボン酸や
その塩、リグニンスルフォン酸塩などであり、耐火骨材
に対して外掛け０．０１〜１ｗｔ％の範囲で添加する。

【００２９】鋳込み成形に際しては、多孔質耐火物の外
周に、ポーラスプラグの外周に相当する間隔および形状
をもって型枠を設け、この型枠と多孔質耐火物との間
に、施工水の添加で混練した緻密質キャスタブル耐火物
を鋳込む。多孔質耐火物の底部にも緻密質キャスタブル
耐火物を設けたポーラスプラグでは、この底部にも緻密
質キャスタブル耐火物を鋳込む。ガス供給管、外殻鉄皮
など取付けについては、従来と同様にすれば足りる。

【００３０】また、多孔質耐火物の外周に水ガラスまた
は水ガラスを結合剤としたモルタルを塗布した後、緻密
質キャスタブル耐火物を鋳込んでもよい。水ガラスは二
酸化珪素とアルカリとを融解して得られる珪酸アルカリ
塩を濃厚水溶液としたものである。水ガラス成分中のア
ルカリによって、多孔質耐火物と緻密質キャスタブル耐
火物との焼結がより一層促進され、ポーラスプラグの耐
用性がさらに向上する。

【００３１】本発明が適用できるポーラスプラグの構造
は、図１、図２に限らない。図には示していないが、例
えば多孔質耐火物が上下方向に形状が異なるもの（実開
平５７−１２２７５１号公報）、多孔質耐火物の下方に
緻密質耐火物を内在させて（実開平５７−１８８１００
号公報）多孔質耐火物寿命の終点判定を容易にしたもの
などについても適用できる。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の実施例とその比較例を示す。
ポーラスプラグは、各例共に図１と同じ形状とした。耐
火物部分は、下部直径１１０ｍｍ、上部直径８０ｍｍ、
高さ１３０ｍｍの戴頭円錐形とした。多孔質耐火物の側
面に厚さ２５ｍｍの緻密質キャスタブル耐火物を鋳込み
によって周設した。

【００３３】表１は、各例の耐火物の骨材として使用し
たの耐火骨材の化学成分である。表２は、各例で使用し
た多孔質耐火物と緻密質キャスタブル耐火物との配合組
成と、それにより構成されるポーラスプラグの試験結果
を示す。

【００３４】多孔質耐火物は、表２に示す配合組成に結
合剤としてパルプ廃液を外掛け２ｗｔ％添加してミキサ
ーにて混練し、フリクションプレスで加圧成形し、乾燥
後、１７００℃×５時間にて焼成して得たものである。

【００３５】緻密質キャスタブル耐火物は、表に示す配
合組成に対しアルミナセメント（結合剤）外掛け１０ｗ
ｔ％および縮合リン酸塩（分散剤）外掛け０．１ｗｔ％
を添加し、さらに施工水を外掛け７ｗｔ％添加し、混練
後、前記の多孔質耐火物の側面に鋳込んだ。鋳込み後
は、養生乾燥した。表２に示す試験の測定方法は、以下
のとおりである。

【００３６】多孔質耐火物のガス透過性；ＪＩＳ＝Ｒ２
２０５−７４に準じ、多孔質耐火物の気孔率を測定し
た。気孔率とガス透過性とは比例関係にある。多孔質耐火物の耐溶鋼浸透性；鋼を溶剤とする高周波誘
導炉の底に試験片を埋込み、１６５０℃の温度にて稼働
させた後、溶鋼の浸透寸法を測定した。

【００３７】ガス漏れ防止；ポーラスプラグを電気炉に
て１５００℃×１２０分加熱後、室温での徐冷を５回繰
り返し、その後、このポーラスプラグを水中にてガス供
給管から空気を通し、多孔質耐火物と緻密質キャスタブ
ル耐火物との間からのガス漏れの程度を試験した。耐用性；ポーラスプラグを３００ｔ溶鋼取鍋に取付けて
使用し、耐用寿命を測定した。なお、試験結果を未記載
のものは測定しなかったものである。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】本発明の実施例により得られたポーラスプ
ラグは、ガス透過性、耐溶鋼浸透性およびガス漏れ防止
を兼ね備え、耐用性に優れている。多孔質耐火物にジル
コニアを配合した実施例５〜８はガス透過性に優れ、し
かも、多孔質耐火物内のガス圧が低下するためか耐用性
においても特に優れている。

【００４１】これに対し多孔質耐火物がアルミナとジル
コニア・ムライトの組み合わせである比較例１は、ガス
漏れ防止に効果が得られない。緻密質キャスタブル耐火
物のマグネシア割合が多すぎる比較例２はスポーリング
による亀裂発生のためかガス漏れ防止に劣り、耐用性に
も劣る。、緻密質キャスタブル耐火物にマグネシアを配
合しない比較例３は、多孔質耐火物と緻密キャスタブル
耐火物の間からのガス漏れに起因した損耗によって、そ
の耐用性に劣る。多孔質耐火物のシリカの割合が多すぎ
る比較例４は多孔質耐火物の耐食性の低下で耐用性に劣
る。アルミナ-ジルコン質多孔質耐火物を使用した比較
例５は、ガス透過性が不十分であると同時に、ガス漏れ
に起因した損耗によって耐用性にも劣る。

【００４２】

【効果】本発明は、多孔質耐火物の側面外周に緻密質キ
ャスタブル耐火物を鋳込み成形して製造されるポーラス
プラグにおいて、以上の実施例の試験結果が示すよう
に、多孔質耐火物と緻密質キャスタブル耐火物との間か
らのガス漏れに起因した局部的先行損耗や剥離損耗の防
止され、その耐用性が格段に向上する。その結果、本発
明によるポーラスプラグは、溶鋼撹拌機能の向上などの
ために透過ガス量が多くして使用される場合でも、十分
な耐用性が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ポーラスプラグの構造例の縦断面図。

【図２】ポーラスプラグの他の構造例の縦断面図。

【図３】ポーラスプラグの使用による損耗状態を示した
模式的図。

【図４】ポーラスプラグの使用による損耗状態を示した
模式的図。

【符号の説明】

１ガス導入管２ガスプール室３多孔質耐火物４緻密質キャスタブル耐火物５細孔６先行損耗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平10−251738（ＪＰ，Ａ) 特開平３−193813（ＪＰ，Ａ) 特開平10−95682（ＪＰ，Ａ) 特開平９−52168（ＪＰ，Ａ) 特開平９−52169（ＪＰ，Ａ) 特開平８−85816（ＪＰ，Ａ) 実開平３−9258（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/10 360 B22D 11/117 C21C 5/48 C21C 7/072

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】シリカ質原料１〜２０ｗｔ％、アルミナ
８０〜９９ｗｔ％を含む耐火骨材を混練、成形、焼成し
て得た多孔質耐火物の側面外周に、耐火骨材にマグネシ
ア１〜１５ｗｔ％、アルミナ８５〜９９ｗｔ％を含む緻
密質キャスタブル耐火物を鋳込み成形して製造されるガ
ス吹込み用ポーラスプラグ。
【請求項２】シリカ質原料１〜２０ｗｔ％、ジルコニ
ア１０ｗｔ％以下、アルミナ７９〜９８ｗｔ％を含む耐
火骨材を混練、成形、焼成して得た多孔質耐火物の側面
外周に、耐火骨材にマグネシア１〜１５ｗｔ％、アルミ
ナ８５〜９９ｗｔ％を含む緻密質キャスタブル耐火物を
鋳込み成形して製造されるガス吹込み用ポーラスプラ
グ。