JP4681590B2 - シンターケーキ支持スタンド用特殊鋼 - Google Patents

Description

本発明は、下方吸引式焼結機の焼結パレットに設置されるシンターケーキ支持スタンドの材料として用いるのに適した特殊鋼に関する。

高炉等の製鉄プロセスでは、粉鉄鉱石を焼結機で塊状に焼き固めた焼結鉱を原料として使用することが多い。図３は一般的な焼結機による焼結鉱製造工程を示す。この焼結鉱製造工程では、まず、主原料の粉鉄鉱石、副原料の石灰石および燃料のコークスを、それぞれホッパー１１、１２、１３から切り出し、返鉱ホッパー１４から切り出した返鉱とともにミキサー１５で調湿、造粒して焼結原料とする。この焼結原料をサージホッパー１６に搬送して一旦貯蔵した後、ドラムフィーダー１７から切り出し、シュート１８を介して焼結パレット１９の供給部に供給することにより、焼結パレット１９上に焼結原料層２０を形成する。そして、焼結パレット１９により搬送される焼結原料層２０の表層のコークスに点火炉２１で点火して、焼結原料層２０の下方に空気を吸引しながらコークスを燃焼させ、この燃焼熱で焼結原料層２０を上層から下層へ順次焼結していく。この焼結方法を「下方吸引式」という。このようにして焼結が完了した原料は、焼結鉱として焼結パレット１９の排出部から排出される。

上記のような下方吸引式の焼結方法をとる焼結機では、焼結原料層の上層部が下層部よりも先に焼結されて焼結塊（以下、「シンターケーキ」と記す。）となるため、焼結が進むにつれて原料層の下層部がシンターケーキの重みを受けて圧縮され、高密度になっていく。焼結原料層が高密度化すると、通気性が低下して、コークスの燃焼速度の低下や燃焼むらが生じる。その結果、焼結速度が遅くなるし、焼結パレットから排出される焼結鉱の品質のばらつきも大きくなり、生産性が低下しやすい。そこで、通常は、焼結パレットに、シンターケーキの重みを受ける支持部材（以下、「シンターケーキ支持スタンド」、または単に「スタンド」と記す。）を、焼結原料層に埋没するように設置して、原料層の下層部の高密度化による通気性の低下を防止し、焼結鉱の生産性の向上を図っている。

ところで、上記シンターケーキ支持スタンドは、焼結パレットの供給部から排出部へ向かう途中で高さ方向に大きな温度差が生じ、焼結パレットの排出部から供給部へ戻るときには全体が冷却されることにより、繰り返し熱応力を受ける。また、その使用環境は、高温の腐食雰囲気となる。従って、このスタンドを形成する材料は、十分な耐熱疲労性と高温強度を有し、耐食性にも優れたものが望ましい。このような特性を備えた材料として、Ｃを０．２mass％程度、Ｃｒを１３mass％程度含む特殊鋼を用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特許第３１５１６５３号公報

しかしながら、シンターケーキ支持スタンドの材料には、上記の特性に加えて、耐摩耗性も要求される。すなわち、このスタンドは、焼結パレットの供給部に焼結原料が供給されるときや、パレット排出部で焼結完了後の原料が焼結鉱として排出されるときに原料と擦れ合って摩耗する。そして、減肉によりシンターケーキの重みを支えきれなくなって、焼結原料層の通気性低下を防止できなくなると交換が必要となるので、耐摩耗性が寿命の長さを決定する要因の１つとなっている。これに対して、上記特許文献１に記載の特殊鋼で形成したスタンドは、必ずしも耐摩耗性が十分とは言えず、早期摩耗によって短寿命となる場合があった。

本発明の課題は、下方吸引式焼結機の焼結パレットに設置されるシンターケーキ支持スタンドの長寿命化を図ることである。

上記の課題を解決するために、本発明は、シンターケーキ支持スタンドの材料に用いられる特殊鋼として、０．４１〜０．６９mass％のＣと、０．２０〜２．３４mass％のＳｉとを、下記（１）式を満足する範囲で含有するとともに、Ｍｎ：０．１〜１．５mass％、Ｃｒ：１１〜１５mass％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるものを採用した。
Ｃ(mass％)＋Ｓｉ(mass％)／３≦１．１９ （１）

すなわち、前述した特許文献１に記載の特殊鋼のような従来鋼に比べて、Ｃ含有量を増加させて硬度を高めるとともに、Ｃ含有量に応じてＳｉ含有量を制限することにより、割れが生じないように延性を維持しながら耐摩耗性を向上させて、スタンド交換周期を延長できるようにしたのである。

次に、各合金元素の含有量を上記の範囲に限定した理由について説明する。
（１）Ｃは、一部が母材に固溶して母材を強化するほか、炭化物を形成して、高温強度および硬度を高めるために有効な元素である。必要な高温強度を確保するだけでなく、従来鋼よりも耐摩耗性を向上させるために、少なくとも０．４１mass％含むようにする。含有量が多いほど、高温強度および硬度は高くなるが、高温使用時の時効による２次炭化物の析出量が過剰になって延性の低下を招くようになるので、この用途で延性不足による割れが生じないように、含有量の上限を０．６９mass％とした。

（２）Ｓｉは、合金溶解時の脱酸元素であり、鋳造工程における溶湯の流動性を高める効果を有する。また、高温における耐食性も向上させる。これらの効果は含有量に比例して向上するが、過剰に含有するとＣと同様に延性を低下させるので、その含有量をＣ含有量に応じて制限するようにした。すなわち、従来鋼ベースでのＣおよびＳｉの含有量が高温衝撃値に及ぼす影響を調査するために７００℃でのＶノッチシャルピー衝撃試験を行った結果、図４に示すように、Ｓｉ含有量がＣ含有量の１／３に相当するとした炭素当量が衝撃値と高い相関を示すという知見を得た。そこで、図４中に示した回帰直線に基づいて、この用途で必要とされる高温衝撃値（４０Ｊ／ｃｍ^２）を確保できるように上記炭素当量の上限（１．１９）を設定したのである。これにより、Ｓｉ含有量の上限は、上記（１）式においてＣ含有量を下限値（０．４１mass％）としたときの値（２．３４mass％）となる。一方、Ｓｉ含有量が極端に少ないと、熱サイクルを受けた後に焼きが入りやすくなって延性低下を招くので、０．２mass％を下限値とした。

（３）ＭｎおよびＣｒの含有量は、従来鋼と同レベルとした。すなわち、Ｍｎは、脱酸作用を有し、またＳを固定して無害化する元素であるが、ある程度以上に増量しても効果の増加は少ないので、０．１〜１．５mass％含有するようにした。また、Ｃｒは、高温強度および耐食性を高める元素であるが、過剰に含有すると延性低下を招くので、１１〜１５mass％含有するようにした。

本発明のシンターケーキ支持スタンド用特殊鋼は、上述したように、従来鋼に比べてＣ含有量を増加させて硬度を高めるとともに、Ｃ含有量に応じてＳｉ含有量を制限することにより、延性を維持しながら耐摩耗性を向上させたものである。従って、この特殊鋼をスタンドの材料として用いれば、従来よりもスタンド交換周期が長くなり、新品スタンドの製作費やスタンド交換作業の労務費の減少によりメンテナンスコストの削減が図れる。また、スタンド交換作業のために焼結機全体を休止させる時間が短縮されるので、焼結鉱の生産性を向上させることもできる。

以下、本発明の実施形態を説明する。表１は、実施形態の特殊鋼（実施例１〜３）および従来鋼相当材（比較例１、２）の組成と常温での硬度測定結果（５点平均値）を併せて示す。実施例では比較例に比べて平均で１０％程度高い硬度が得られている。

次に、表１中の実施例の特殊鋼を用いて図１に示すシンターケーキ支持スタンド１を形成した。このスタンド１は、台形板状の本体部２とその下部に連続する取付部３とからなり、図２に示すように、一般的な焼結鉱製造工程（図３参照）の焼結機の焼結パレット１９上に２〜４列配置される（図２は２列配置の例）。本体部２の高さは３００ｍｍであり、この本体部２が焼結パレット１９上に形成されて６００ｍｍ程度の高さとなる焼結原料層２０に埋没し、焼結原料層２０の上層部の焼結により生成したシンターケーキを支持するようになっている。

このスタンド１を図２に示した設置状態で連続使用して、従来鋼で形成したスタンドと摩耗の進行速度を比較する実験を行った。実験開始から約５ヶ月経過後の調査では、スタンド高さ方向の減肉速度が従来鋼を用いたものに比べて１２〜３０％遅くなっており（表１参照）、実験終了まで割れも発生しなかった。これにより、実施例の特殊鋼で形成したスタンドを用いれば交換周期が大幅に延長できることが確認された。

実施形態の特殊鋼で形成したスタンドの斜視図 図１のスタンドの設置状態を示す斜視図 一般的な焼結鉱製造工程の説明図 ＣおよびＳｉの含有量と７００℃でのシャルピー衝撃値の関係を示すグラフ

符号の説明

１ スタンド
２ 本体部
３ 取付部
１１、１２、１３、１４ ホッパー
１５ ミキサー
１６ サージホッパー
１７ ドラムフィーダー
１８ シュート
１９ 焼結パレット
２０ 焼結原料層
２１ 点火炉

Claims (1)

1. 下方吸引式焼結機の焼結パレットに設置されるシンターケーキ支持スタンドの材料として用いられ、０．４１〜０．６９mass％のＣと、０．２０〜２．３４mass％のＳｉとを、下記（１）式を満足する範囲で含有するとともに、Ｍｎ：０．１〜１．５mass％、Ｃｒ：１１〜１５mass％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるシンターケーキ支持スタンド用特殊鋼。
   Ｃ(mass％)＋Ｓｉ(mass％)／３≦１．１９ （１）

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