JP4741398B2 - ランスパイプ - Google Patents

Description

本発明は、耐食性と耐スポーリング性に優れたランスパイプに関するものである。

近年、溶銑を転炉で酸素吹錬して溶鋼とするに当たり、転炉での吹錬負荷を低減すると共に、溶鋼を所望の組成にし易くするため、転炉に装入する溶銑から予め珪素、燐、硫黄等を除去する所謂「溶銑予備処理」が普及している。すなわち、高炉から出銑された溶銑が、まだ出銑樋、傾注樋、トーピードカー或いは溶銑鍋内に存在する間に、該溶銑に精錬剤として石灰系フラックス、酸化剤、及び／又はソーダ灰系フラックス等を、キャリア・ガスに窒素を用いて吹込み、前記成分元素を溶銑上に位置するスラグへ移行させて除去するものである。

ここで、トーピードカーや溶銑鍋の「溶銑予備処理」では、ランスパイプで窒素ガスを溶銑中に吹き込み攪拌しながら、ランスパイプから気体酸素を溶銑表面に吹き付けることにより、酸素と溶銑中Ｓｉを反応させて脱珪処理することが行われている。或いは、酸化剤としてミルスケールを吹き込む方法で脱珪処理がされている。又、脱珪処理後に行われる脱燐処理は溶銑中に酸化鉄・石灰・気体酸素をランスパイプを溶銑に吹き込む方法で実施されている。

この場合、トーピードカーや溶銑鍋では、気体酸素が吹き付けられるため、トーピードカーや溶銑鍋内の雰囲気は酸化雰囲気となる。
そして、溶銑中のＳｉは酸化されてＳｉＯ_２となってスラグ中に入り、脱珪処理後の該スラグの塩基度は１．２前後から１以下に低下して低塩基度になるが、脱燐処理後のスラグは高塩基度となり、スラグ塩基度の変化が大きい。

又、脱珪処理においては、酸素が溶銑と反応して発熱し、極めて高温の雰囲気となる一方、脱燐処理は系全体としては吸熱処理となるため、溶銑の温度降下が大きい。
従って、ランスパイプを構成する耐火材の材質は、酸化雰囲気に対する耐酸化性や、広範囲に変化するすスラグ組成に対する高耐食性や、大幅な温度変化に対する耐スポーリング性や、溶銑の衝撃や流動による摩耗に対する高耐摩耗性が要求されている。

ところで従来はランスパイプを構成している耐火材の材質はアルミナ−シリカ質や、アルミナ−ジルコニア質で形成されている。ところが、これらの材質においては、広範囲に変化するスラグ組成に対する耐食性や、大幅な温度変化に対する耐スポーリング性を両立させることが難しい問題があった。

本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、耐食性及び耐スポーリング性ともに良好で、耐用が長いランスパイプを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、アルミナを８１〜６２質量％、クロミアを１０〜３０質量％、ジルコニアを２〜１０質量％を含むとともに、アルミナ、クロミア及びジルコニアの合計量が９３質量％以上の組成の耐火材にて構成されていることを特徴とするランスパイプを要旨とするものである。

ここで、クロミア（Ｃｒ_２Ｏ_３）は、酸化雰囲気下で化学的に極めて安定で、スラグ塩基度の高低に拘わらず低融点の化合物を作らず、又、スラグとの反応も少ないため、耐食性が高い。

又、クロミアはアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）に比較して融点が高く、耐食性に優れる。従って、アルミナにクロミアを添加することにより耐火材全体の耐火性が向上すると同時に、スラグ成分に対するアルミナの反応性も抑制され、耐食性が向上する。

アルミナ−クロミア−ジルコニア質は、アルミナ−シリカ質に比べ熱膨張はやや大きくなるが、さほど変わらず、耐スポーリング性にも優れる。従って、本実施形態のランスパイプの耐食性は大幅に改善され、耐スポーリング性も問題ないレベルであり耐用が長くできる。

ジルコニアを１０質量％以下を含むことにより、粒子間に微小なクラックを多く生じ熱応力を吸収する。したがって、このアルミナ、クロミア及びジルコニアの化学成分範囲において、耐熱スポーリング性が向上する。

特に、クロミア成分を多くする場合には、それに併せてジルコニア成分も多くすると、ジルコニア成分を入れない場合よりも耐スポーリング性を向上することができる。
又、本発明は、アルミナを９２〜３０質量％、クロミアを５〜５０質量％を含むとともに、アルミナ及びクロミアの合計量が９０質量％以上の組成の耐火材にて構成されていることを特徴とするランスパイプを要旨とするものである。

アルミナ−クロミア質は、アルミナ−シリカ質に比べ熱膨張はやや大きくなるが、さほど変わらず、耐スポーリング性にも優れる。従って、本実施形態のランスパイプの耐食性は大幅に改善され、耐スポーリング性も問題ないレベルであり耐用が長くできる。又、ジルコニアを１０質量％以下を含むことにより、粒子間に微小なクラックを多く生じ熱応力を吸収する。したがって、このアルミナ、及びクロミアの化学成分範囲において、耐熱スポーリング性が向上する。

この場合、ランスパイプを構成する耐火材は、不焼成にて形成される。
この場合、上記アルミナ、クロミア、及びジルコニア（又は、アルミナ及びクロミア、）が上記割合で混合され、バインダー、水及び活性剤が添加されて、混練、成型後、温度域が５０〜５００℃で乾燥されて上記した組成の耐火材を含むランスパイプを得る。なお、前記成型は上記耐火材を流し込み成型である。

本発明によれば、耐食性及び耐スポーリング性も良好で、耐用を長くすることができるランスパイプを得ることができる。

以下、本発明の実施形態を説明する。
本発明のランスパイプは、アルミナ、クロミア、ジルコニアをそれぞれ主成分とする原料（又はアルミナとクロミアをそれぞれ主成分とする原料）及びバインダーからなる成型体を乾燥することにより得られる不定形耐火材をベースとしている。

本発明では、ランスパイプの耐火材として、アルミナ、クロミア、ジルコニアを主成分とするものを用いることにより、十分な耐食性を付与することができる。そのためには、アルミナを９２〜３０質量％を含むとともに、クロミア（Ｃｒ_２Ｏ_３）を５〜５０質量％含み、ジルコニアを１０質量％以下含み、三者の合計量が９０質量％以上の組成を有することが好ましい。三者の合計量が９０質量％以上あると、良好な耐食性及び耐スポーリング性の両性質を同時に得ることが可能となる。

アルミナが３０質量％未満では、耐スポーリング性を付与することが難しくなり、９２質量％を越えると耐食性の向上が見られない。
クロミアは５質量％未満では耐食性が劣化し、５０質量％を越えると耐食性の向上はなくなるとともに、耐スポーリング性が劣化する。

又、ジルコニア（ＺｒＯ_２）を含むことにより、粒子間に微小なクラックを多く生じ熱応力を吸収する。したがって、このアルミナ、クロミア及びジルコニアの化学成分範囲において、耐熱スポーリング性が向上する。

又、ランスパイプの耐火材として、アルミナ、クロミアを主成分としても十分な耐食性を付与することができる。そのためには、アルミナを９２〜３０質量％を含むとともに、クロミアを５〜３０質量％含み、両者の合計量が９０質量％以上の組成を有することが好ましい。両者の合計量が９０質量％以上あると、耐食性及び耐スポーリング性の両性質を同時に得ることが可能となる。

アルミナ、クロミアを主成分とした場合にも、アルミナが３０質量％未満では、耐スポーリング性を付与することが難しくなり、９２質量％を越えると耐食性の向上が見られない。

アルミナ、クロミアを主成分とした場合にも、クロミアは５質量％未満では耐食性が劣化し、５０質量％を越えると耐食性の向上はなくなるとともに、耐スポーリング性が劣化する。

アルミナの原料は、Ａｌ_２Ｏ_３が９０数％以上の電融アルミナや焼結アルミナを挙げることができる。
又、クロミアの原料は、酸化クロム、クロミアとアルミナの共晶物を挙げることができる。又、ジルコニアの原料としては、ジルコニア−ムライトや、アルミナ−ジルコニア、ジルコニアを挙げることができる。

本実施形態のランスパイプの製造は、下記のようにして行う。
アルミナ、クロミア、及びジルコニアの原料（又はクロミア及びアルミナの原料）を、上述した所定の割合で配合して混合物とする。なお、前記各原料は通常の耐火れんがの製造と同様にして粒度調整を行い、粗粒と中間粒と微粉の配合割合を適切に配合する。この混合物に適宜量のバインダー、水及び添加剤を添加してミキサーで混練したのち、金型による流し込み成型によってランスパイプの形状に成型する。このようにして得られた成型物を５０〜５００℃で乾燥してランスパイプを得る。

（試験）
以下に、参考例１〜３，６，７、実施例４，５と比較例１〜６を挙げて説明する。
参考例１〜３，６，７、実施例４，５及び比較例１〜６は、いずれも表１又は下記で説明する割合で配合し、ミキサーで混練し、流し込みにて１１６×６０×６５（ｍｍ）の断面等脚台形状に成型し、１１０℃で２４時間乾燥することによって、後述する試験のための試験試料をつくった。これらの試験試料の評価を表１に示す。

なお、表１中、比較例１は、アルミナ−シリカ質（化学成分（質量％）：Ａｌ_２Ｏ_３ ９０質量％、ＳｉＯ_２ ９質量％、その他 １質量％）で形成された従来品である。比較例２は、アルミナ−ジルコニア質（化学成分（質量％）：Ａｌ_２Ｏ_３ ７３質量％、ＺｒＯ_２ ５質量％、その他 ２質量％）で形成された従来品である。又、表１中、その他は、ＭｇＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２等である。

（浸食試験及び耐スポーリング性の測定）
そして、試験試料の８個を上底側の矩形面の８面で八角柱状の凹部を形成するように組み合わせて固定し外観が八角柱状の試験体を構成して回転浸食試験を行った。なお、回転浸食試験装置は公知であるので、回転浸食試験の概略を説明する。すなわち、該試験体を横に倒した状態で、且つ、該試験体が底面に垂直な軸を中心として回転装置により一定方向に回転する状態にし、該試験体の凹部内に銑鉄を装入し、酸素バーナーを用いて１６００℃で５０時間回転させた。なお、この場合、１０時間毎にミルスケールを投入し、これを５回繰り返し、トータルで５０時間とした。この５０時間経過後、前記試験体を各試験試料ごとにバラし、試験試料を、銑鉄が接触した面に直交して切断した。次に、銑鉄が接触した面の銑鉄による浸食部の浸食度合いを評価した。

耐食性の評価は、×、△、○、◎とした。
×は溶損量が9mm以上の場合、△は溶損量が７〜８mmの場合、○は溶損量が４〜５mmの場合、◎は溶損量が３mm以下の場合である。

なお、一般的に、テーブルテストを行う場合、溶損量７〜８mmの場合、耐食性は良好とされ、実炉においても使用できる試料とされている。又、溶損量が9mm以上あった試料は、耐食性がなく、実炉には向かないとの評価が行われる。従って、△、○、◎の評価がされた試料が耐食性が良好とされる。なお、表１の耐食性の評価では、説明の便宜上、良好の評価を△、○、◎で、ランク付けをし、この順に左から右に行くほど良好のランクが上がっている。

一方、耐スポーリング性の評価は、前記試験試料の割れの状態を、目視で評価した。耐スポーリング性の評価は、×、△、○、◎とした。
×は亀裂２本以上の場合、△は亀裂１本場合、○は微亀裂の場合、◎は亀裂無しの場合である。なお、一般的に、テーブルテストを行う場合、亀裂１本が入った試料があった場合、耐スポーリング性は良好とされ、実炉においても使用できる試料とされている。又、亀裂２本以上あった試料は、耐スポーリング性がなく、実炉には向かないとの評価が行われる。従って、△、○、◎の評価がされた試料が耐スポーリング性が良好とされる。なお、表１の耐スポーリング性の評価では、説明の便宜上、良好の評価を△、○、◎で、ランク付けをし、この順に左から右に行くほど良好のランクが上がっている。

総合評価は、耐食性、耐スポーリング性の少なくともいずれか一方の評価が×の場合を×とし、いずれか一方が△又は○で、他方が△又は○の場合を○とし、いずれか一方が◎で、他方が○又は◎の場合を◎とした。総合評価では、○と◎が、耐食性、耐スポーリング性がともに良好である旨を表している。

表１に示すように、参考例１，２は、ジルコニアを含まない例であるが、アルミナ９２質量％、クロミア５質量％において、耐食性、耐スポーリング性がともに良好であることが分かる。又、実施例４，５、参考例３，６，７はアルミナの配合率を徐々に減らし、その代わりに、クロミアやジルコニアを徐々にその配合率を増やすようにしている。これらの実施例においてもいずれも耐食性、耐スポーリング性が良好であることが分かる。

（耐用試験）
次に耐用試験を行った。耐用試験では、従来品（比較例１、比較例２）と、参考例１〜３，６，７、実施例４，５に示した配合割合で原料をミキサーで混練し、金型による流し込み成型によってランスパイプの形状に成型した成型物を５０〜５００℃で乾燥してランスパイプを作成した。このランスパイプを使用してトーピードカーにおいて溶銑予備処理（脱燐・脱珪処理）を行った。

なお、図１〜図３を参照してランスパイプの構成を簡単に説明する。
ランスパイプ１０は、軸芯方向に沿って延びる供給通路１１を形成する長筒形状の鉄皮１２と、該鉄皮１２の外面に被覆された耐火材１４とから構成されている。耐火材１４は前記参考例１〜３，６，７、実施例４，５、或いは比較例１，２の組成からなる不定形の耐火材である。

前記供給通路１１の入口１１ａは溶湯処理剤を供給する供給装置２０に接続される。供給通路１１の出口側には、径方向に延設された吹出口１５が設けられている。又、図２に示すように、鉄皮１２の外周面には補強リブ１３が固定されており、適宜の補強リブ１３には係合用のＶスタッド１６が固定されている。鉄皮１２と耐火材１４との係合性を増すため、Ｖスタッド１６が適宜の位置に多数個設けられている。

図３に示すように、ランスパイプ１０は、使用の際には、トーピードカーや、取鍋等の容器３０の溶銑４０にスラグ４２を浮遊させた状態で、ランスパイプ１０をその先端部から溶銑４０内に浸漬させ、供給装置２０から酸素ガスやアルゴンガス等のガスや酸化剤としてミルスケールが供給されて脱珪処理が行われる。なお、図３での容器は、トーピードカーを示している。又、脱珪処理後に行われる脱燐処理では、ランスパイプ１０を介して溶銑４０中に酸化鉄・石灰・気体酸素を溶銑に吹き込む方法で実施される。これにより溶銑４０の溶銑予備処理が行われる。

上記のようなランスパイプを、各例毎に１０本試験して、その耐用時間を測定した。なお、溶鋼は、本試験では、高酸素鋼を使用した。
その結果、従来品である比較例１（アルミナ−シリカ質）のランスパイプでは、耐用時間の平均は、約５００〜６００分であった。又、比較例２（アルミナ−ジルコニア質）のランスパイプでは、耐用時間の平均は約８００〜９００分であった。

それに対して、参考例１〜３，６，７、実施例４，５のランスパイプは約１０００〜１２００分の耐用時間であり、従来品よりも耐用時間が長くなったことが確認できた。
○ 前記実施形態で説明したランスはパイプの応用としては、脱珪処理専用、或いは、脱珪処理及び脱燐処理兼用として使用できることは勿論のことである。

ランスパイプの縦断面図。 図１の１−１線断面図。 ランスパイプの使用状態を示す説明図。

符号の説明

１０…ランスパイプ、１４…耐火材、３０…容器。

Claims (3)

1. アルミナを８１〜６２質量％、クロミアを１０〜３０質量％、ジルコニアを２〜１０質量％を含むとともに、アルミナ、クロミア及びジルコニアの合計量が９３質量％以上の組成の耐火材にて構成されていることを特徴とするランスパイプ。
2. 前記耐火材は不焼成にて形成されていることを特徴とする請求項１に記載のランスパイプ。
3. 前記耐火材は流し込み成型で形成されていることを特徴とする請求項２に記載のランスパイプ。

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