JP5983270B2

JP5983270B2 - 真空脱ガス槽用天蓋

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Publication number: JP5983270B2
Application number: JP2012222190A
Authority: JP
Inventors: 弘樹月ヶ瀬; 河野　幸次; 幸次河野; 中村　壽志; 壽志中村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2012-10-04
Filing date: 2012-10-04
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2032-10-04
Also published as: JP2014074203A

Description

本発明は、真空脱ガス槽用天蓋に関する。

鉄鋼プロセスの製鋼工程では、二次精錬が行われている。二次精錬は、転炉から出鋼した溶鋼を精錬する工程である。二次精錬の一例として、ＲＨ真空脱ガス槽を使用した工程が知られている。この工程は、具体的には、転炉から出鋼した溶鋼をＲＨ真空脱ガス槽と呼ばれる真空脱ガス槽内に取り入れ、ＲＨ真空脱ガス槽内で溶鋼を精錬する（例えば、溶鋼の脱ガス、酸素吹錬による溶鋼の脱炭、合金投入による溶鋼の成分調整を行う）工程である。溶鋼の精錬は減圧下（真空排気下）で行われる。酸素吹錬は、ランスを用いて行われる。すなわち、ＲＨ真空脱ガス槽の天蓋には、ランスが貫通する貫通穴（ランス口）が形成されている。そして、ランスが貫通穴を通ってＲＨ真空脱ガス槽内に導入され、ランスから酸素がＲＨ真空脱ガス槽内に導入される。これにより、酸素吹錬が行われる。なお、ランスは、酸素吹錬の他、ＲＨ真空脱ガス槽の予熱、側壁に付着した地金の溶融（後述）等にも用いられる。

ところで、ＲＨ真空脱ガス槽内の溶鋼は、減圧操業中（真空排気操業中）にスプラッシュすることで側壁や天蓋に付着することがある。そして、側壁や天蓋に付着した溶鋼は、側壁や天蓋に熱量を奪われることで凝固する。凝固した溶鋼は地金とも称される。そして、減圧操業が繰り返されると、側壁や天蓋に付着した地金に新たな溶鋼が付着し、この溶鋼が地金等に熱量を奪われることで、新たな地金となる。すなわち、側壁や天蓋に付着した地金は、減圧操業が繰り返されることで成長していく。地金の厚さは、多いときは２００ｍｍ以上に達することもある。なお、天蓋は、耐火物（具体的には煉瓦）を積み上げることで構成されており、天蓋の表面（ＲＨ真空脱ガス槽の作業領域に対向する面）はアーチ形状となっている。

特開２０１０−１３２９８０号公報ＩＳＩＪＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｖｏｌ．５０（２０１０），Ｎｏ．１１，ｐｐ．１７０７−１７１２

側壁や天蓋で地金が成長すると、以下の様な問題が生じる。すなわち、（１）操業に悪影響を及ぼす。具体的には、ランス口周りに地金が付着することで、ランスと地金が干渉し、ランスの動きが制約される。また、地金が増えると、地金がＲＨ真空脱ガス槽の排気口を塞いでしまう場合がある。この場合、脱ガス効率の低下が生じる。（２）前チャージ時に付着した地金が現チャージ時に再溶融して処理中の溶鋼に滴下することで、現チャージ分の溶鋼成分が変化してしまう。なお、近年では、溶鋼の成分をｐｐｍ単位で管理することが多いので、前チャージの溶鋼がわずかに混入しただけでも、その影響は大きい。

そこで、従来では、側壁に付着した地金を上述したランスを用いて溶融させていた。具体的には、ランスにアタッチメントとして水平方向に伸びるノズルを取り付け、このノズルから酸素ジェットを地金に吹きつけることで、地金を溶融させていた。

一方、天蓋に付着した地金については、作業員が除去作業を行なっていた。除去作業の内訳は以下の通りである。（１）天蓋を真空脱ガス槽から取り外す。この際、天蓋に付着した地金は天蓋との縁が切れ、ＲＨ真空脱ガス槽の上部層側に残る。（２）地金をバーナーで溶断する。（３）溶断させた箇所にワイヤを通す。（４）ワイヤをクレーンに取り付け、クレーンを用いて地金を吊り上げる。以上の作業により、天蓋に付着した地金が除去される。しかし、これらの作業は長時間を有し、作業者への負荷が非常に大きいという問題があった。

そこで、特許文献１は、天蓋の地金付着抑制方法として、天蓋を不定形耐火物で形成し、かつ、天蓋の表面（ＲＨ真空脱ガス槽の作業領域に対向する面）を水平もしくは下に凸状にする技術を開示する。この技術によれば、天蓋に付着した溶鋼が、操業中に重力で滴下しやすくなる。

しかし、本発明者が特許文献１に開示された技術について検討したところ、例えばＲＨ真空脱ガス槽の排気能力、炉温、及び溶鋼の鋼種等によっては、依然として地金が天蓋に付着しやすいということが判明した。このため、特許文献１に開示された技術は、天蓋への地金付着に対する抜本的な改善方法ではなかった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、天蓋への地金付着を抑制することが可能な、新規かつ改良された真空脱ガス槽用天蓋を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、多孔質のＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３を含む耐火物を有し、多孔質のＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３の耐火物に占める割合が４０〜８０質量％である表面層を有することを特徴とする、真空脱ガス槽用天蓋が提供される。

ここで、表面層の背面に設けられ、嵩比重及び熱伝導率のうち少なくとも一方が表面層よりも低い背面層を有していてもよい。

また、背面層は、断熱性軽量骨材を含む背面層用耐火物を有し、断熱性軽量骨材の背面層用耐火物に占める割合が５０〜８０質量％であってもよい。

また、背面層は、多層構造となっていてもよい。

また、表面層の厚さは、表面層及び背面層の総厚さの１／３以上となっていてもよい。

また、表面層の厚さは５０ｍｍ以上となっていてもよい。

以上説明したように本発明によれば、表面層の熱容量及び熱伝導率が低くなり、かつ、表面層が地金と反応層を形成しにくいので、天蓋への地金付着が抑制される。

本発明の実施形態に係るＲＨ真空脱ガス槽の全体構成を示す断面図である。同実施形態にかかる天蓋の詳細構成を示す断面図である。天蓋の平面図である。天蓋に地金が付着する様子を示す断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（地金付着を抑制する技術の検討）
上述したように、従来は、天蓋への地金の付着を効果的に抑制することができなかった。そこで、本発明者は、地金の付着を抑制可能な耐火物が満たすべき要件について鋭意検討し、以下の３つの要件に想到した。

（１）熱容量が低い。
溶鋼は、天蓋の耐火物に接した際に、天蓋の耐火物に熱量を奪われることで凝固し、地金として天蓋に付着すると考えられる。したがって、耐火物の熱容量が大きいほど、天蓋に付着した溶鋼から熱量が奪われやすい。このため、溶鋼が凝固しやすくなる。言い換えれば、地金が成長しやすくなる。そこで、天蓋の耐火物には、熱容量が低いことが要求される。耐火物の熱容量を下げる（小さくする）ことで、溶鋼が耐火物に奪われる熱量が小さくなる。したがって、溶鋼が凝固しにくくなるので、地金が成長しにくくなる。ここで、耐火物の熱容量を下げるためには、耐火物の嵩比重（嵩比重）を下げることが効果的である。

（２）熱伝導率が低い。
耐火物の表面温度（作業領域に対向する面の温度）が低いほど、天蓋に付着した溶鋼から熱量が奪われやすい。このため、溶鋼が凝固しやすくなる。言い換えれば、地金が成長しやすくなる。そこで、天蓋の耐火物には、熱伝導率が低いことが要求される。耐火物の熱伝導率が低いほど、表面温度が上がる。したがって、溶鋼が凝固しにくくなるので、地金が成長しにくくなる。通常、天蓋の耐火物の表面温度は１０００〜１４００℃程度であるので、この温度をなるべく維持することが肝要で、特にこの温度域において熱伝導率が低く且つ耐熱性に優れた耐火物を使用することが好ましい。

（３）溶鋼に濡れにくく、かつ、溶鋼と反応層を形成しにくい（もしくは形成しない）。
耐火物が溶鋼に濡れやすい場合には、耐火物に容易に溶鋼が付着する。また、耐火物が溶鋼と反応層を形成する場合、地金が耐火物に強固に付着する。このため、地金取りの作業がさらに困難になる。さらに、地金が耐火物と反応層を形成すると、地金取りの際に、反応層も同時に耐火物から剥離する。したがって、補修頻度が多くなるといった問題もある。そこで、天蓋の耐火物には、溶鋼に濡れにくく、かつ溶鋼と反応層を形成しにくいことが要求される。このような耐火物を天蓋に使用することで、天蓋への地金付着が抑制され、地金取りが容易となる。

従来では、天蓋の耐火物として、高アルミナ煉瓦、Ａｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ質の不定形耐火物、及びＡｌ_２Ｏ_３−Ｓｐｉｎｅｌ質の不定形耐火物が使用されてきた。これらの耐火物は、嵩比重が２．５以上と大きいので、熱容量が非常に大きい。また、これらの耐火物の熱伝導率も２［Ｗ／ｍＫ］以上と高い。従って、従来のＲＨ真空脱ガス槽では、溶鋼が地金として天蓋に付着しやすかった。なお、特許文献１に開示された技術でも、天蓋の耐火物としてＡｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ質の不定形耐火物を使用していた。このため、特許文献１に開示された技術でも、天蓋に地金が付着しやすかった。さらに、これらの耐火物は地金と反応層を形成するので、地金取りに手間がかかるという問題もあった。

一方、上記の要件（１）、（２）を満たす耐火物としては、ＳｉＯ_２を含む耐火物、例えばＡｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２組成、またはＳｉＯ_２組成を有する耐火物が広く知られている。しかし、これらの耐火物は、ＳｉＯ_２を含むので、耐熱性が低いという問題があった。さらに、ＳｉＯ_２が溶鋼と容易に反応し、低融点物となる。したがって、これらの耐火物を表面側に配置することは容易でなかった。

そこで、本発明者は、上記要件（１）〜（３）を満たす耐火物について鋭意検討し、特に、上記要件（１）、（２）に加えて、上記要件（３）も満たす構成を初めて見出し、その結果、本実施形態に係る天蓋に想到するに至った。本実施形態によれば、溶鋼と濡れにくく、かつ、反応層を形成しにくい不定形断熱耐火物を表面層として天蓋の作業領域側に配置する。そして、好ましくは表面層の背面に表面層よりも断熱性の高い耐火物を背面層として単層もしくは複層配置する。これにより、本実施形態では、天蓋への地金付着・成長を抑制することができる。

（ＲＨ真空脱ガス槽の全体構成）
つぎに、図１に基づいて、本実施形態に係る天蓋が適用されるＲＨ真空脱ガス槽の概要について説明する。図１に示すように、ＲＨ真空脱ガス槽１は、天蓋２、真空槽３、排気ダクト５、合金用シュート６、ランス７、及び浸漬管８を備える。ＲＨ真空脱ガス槽１には、取鍋９内の溶鋼１００が導入される。そして、溶鋼１００は、真空槽３内で精錬される。例えば、溶鋼の脱ガス、酸素吹錬による溶鋼の脱炭、合金投入による溶鋼の成分調整が行われる。

天蓋２は、真空槽３の上端面を覆う部材である。本実施形態に係る天蓋２は、後述するように、上記の要件（１）〜（３）を満たす耐火物を含む表面層２２と、嵩比重及び熱伝導率のうち少なくとも一方が表面層２２よりも低い背面層２３とを備える。したがって、天蓋２には地金が付着しにくくなっており、かつ、地金が成長しにくくなっている。すなわち、天蓋２は、地金の付着を抑止することができる。

真空槽３は中空構造となっており、内部空間が処理領域３０となる。処理領域３０の側壁３３は、各種の耐火物（例えば耐火煉瓦）で覆われている。処理領域３０内は減圧されており、溶鋼１００は処理領域３０内で精錬される。また、真空槽３は上部層３１と下部層３２とに区分される。上部層３１は、溶鋼１００から発生したガス等が存在する空間である。溶鋼１００から発生したガスは排気ダクト５から外部に排出される。下部層３２は、溶鋼１００が導入される空間である。

排気ダクト５は、真空槽３に設けられており、溶鋼１００から発生したガス等をＲＨ真空脱ガス槽１の外部に排出する。合金用シュート６は、溶鋼１００の成分調整用の物質が通る通路である。すなわち、溶鋼１００の成分調整用の物質は、合金用シュート６を通って溶鋼１００に投入される。

ランス７は、ＲＨ真空脱ガス槽１の上方から天蓋２を通って作業領域３０内に導入される管である。酸素吹錬用の酸素は、ランス７を通って溶鋼１００に吹きつけられる。また、ランス７は、真空槽３の側壁３３に付着した地金を溶融させることもできる。また、予熱用のガスもランス７を通って作業領域３０に導入される。

浸漬管８は、真空槽３の下部に２つ設けられ、一方の管が吸上管となり、他方の管が排出管となる。浸漬管８は、取鍋９内の溶鋼１００に漬けられる。そして、吸上管は、取鍋９内の溶鋼１００を吸い上げて真空槽３の作業領域３０に導入し、排出管は、作業領域３０内の溶鋼１００を取鍋９に戻す。このように、溶鋼１００は、真空槽３及び取鍋９を循環することで、徐々に精錬される。

ＲＨ真空脱ガス槽用天蓋１の作用を簡単に説明すると、以下の通りである。すなわち、まず、ランス７を用いて処理領域３０が予熱される。処理領域３０を予熱せずに高温の溶鋼１００を処理領域３０内に導入すると、作業領域３０内のセラミック成分（例えば天蓋２の耐火物、側壁３３の耐火物等）が損傷する可能性があるからである。その後、取鍋９内の溶鋼１００が吸上管を通って作業領域３０内に導入される。そして、作業領域３０内の溶鋼１００が精錬される。精錬された溶鋼１００は、排出管を通って取鍋９に戻される。その後、溶鋼１００は、真空槽３及び取鍋９を循環することで、徐々に精錬される。作業領域３０内は減圧されているので、作業領域３０内の溶鋼１００は、スプラッシュすることで天蓋２に達する場合がある。しかし、天蓋２は、溶鋼１００に濡れにくくなっているので、溶鋼１００は、天蓋２上で地金になりにくい。また、天蓋２に地金が付着した場合であっても、地金は天蓋２上で成長しにくくなっている。なお、図４に天蓋２に付着する地金の例を示した。この例では、天蓋２に地金１１０が付着している。

（天蓋の構成）
次に、図２及び図３に基づいて、天蓋２の詳細な構成について説明する。天蓋２は、鉄皮２１と、表面層２２と、背面層２３と、スタッド２４とを備える。天蓋２は、円盤形状となっており、その中央にはランス７が貫通する貫通穴（ランス口２５）が形成されている。

鉄皮２１は、天蓋２の外皮となる部分である。また、スタッド２４は、金属で構成されており、鉄皮２１から表面層２２及び背面層２３に伸びる。スタッド２４は、Ｙ字型となっており、股部２４ａを有する。スタッド２４は、その股部２４ａによって表面層２２及び背面層２３を保持する。スタッド２４の長さは、表面層２２及び背面層２３の総厚さの２／３程度となっている。

表面層２２及び背面層２３により、天蓋２の耐火物層（ライニング層）が形成される。すなわち、表面層２２及び背面層２３は、天蓋２に耐火性、断熱性を付与するものである。耐火物層の厚さ、すなわち表面層２２及び背面層２３の総厚さは特に制限されないが、例えば２００ｎｍ〜５００ｍｍ程度であればよい。

表面層２は、多孔質のＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３を含む表面層用耐火物（不定形耐火物）を有する。すなわち、本発明者は、上記の要件（１）〜（３）を満たす耐火物を鋭意検討した結果、多孔質のＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３を断熱性材料とすることを見出した。以下、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３（カルシウムヘキサアルミネート）を単に「ＣＡ６」とも称し、多孔質のＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３を単に「ＣＡ６断熱性材料」とも称する。また、ＣＡ６断熱性材料を含む表面層用耐火物を「ＣＡ６キャスタブル」とも称する。

ＣＡ６断熱性材料は、嵩比重が０．６５〜０．９５程度、内部の平均気孔径が３〜４μｍ程度であることから、熱容量及び熱伝導率が極めて低くなる。すなわち、ＣＡ６断熱性材料は、高断熱性を達成できる。さらに、ＣＡ６断熱性材料は、融点が約１８３０℃であるため高耐火性も有する。さらに、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３の特性として溶鋼との濡れ性が悪いことも報告されている（非特許文献１参照）。本発明者は、ＣＡ６がＣＡ６断熱性材料として耐火物に混入された場合でも、この特性が発揮されることを見出した。

ＣＡ６キャスタブルは、ＣＡ６断熱性材料、ＣＡ６断熱性材料以外の断熱性材料、及び断熱性の結合剤を含む。ＣＡ６断熱性材料は、骨材または粉体としてＣＡ６キャスタブルに含有される。ＣＡ６断熱性材料としては、例えば、ＡＬＭＡＴＩＳ社のＳＬＡ−９２等が知られている。ＣＡ６断熱性材料以外の断熱性材料としては、電融アルミナ、仮焼アルミナ（以下、アルミナ質原料とも称する）、マグネシア、スピネル、ジルコニア、溶融シリカ、超微粉シリカ、炭化珪素、窒化珪素等が挙げられる。これらは単独で使用されても良いし、組み合わせて使用されてもよい。断熱性の結合剤としては、例えば、アルミナセメント、水硬性アルミナ、ポルトランドセメント等のセメント、水硬組成物等が挙げられる。

ＣＡ６断熱性材料のＣＡ６キャスタブル全体に占める割合、すなわち表面層用耐火物の総質量に対するＣＡ６断熱性材料の質量％は、４０〜８０質量％となる。ＣＡ６断熱性材料の含有率が４０質量％未満になると、表面層用耐火物が地金と反応層を形成してしまう場合がある。また、断熱性能が低下し過ぎてしまう場合もある。したがって、期待されている断熱効果が得られない。また、ＣＡ６断熱性材料の含有率が８０質量％を超えると、ＣＡ６断熱性材料以外の断熱性材料及び結合材の割合が少なくなるので、強度や耐損耗性能が不足する場合がある。

ＣＡ６キャスタブルは、上記の構成を有することで、要件（１）〜（３）を満たしている。例えば、後述する実施例１では、熱伝導率が０．３３（Ｗ／ｍＫ）となり、嵩比重が１．２７と非常に小さな値となっている。なお、比熱（熱容量）も０．２（ｋｃａｌ／ｋｇ℃）と非常に小さくなる。また、耐熱温度（耐熱性）も１５００℃と非常に高い。

なお、ＣＡ６キャスタブルには、公知の添加材を添加してもよい。このような添加材としては、起泡剤、分散剤等が挙げられる。なお、ＣＡ６断熱性材料の含有率は、添加材を除いた表面層用耐火物の総質量が基準となる。

また、表面層２２をより確実にスタッド２４に保持させるという観点から、表面層２２の厚さは、表面層２２及び背面層２３の総厚さの１／３以上であることが好ましい。スタッド２４の長さは表面層２２及び背面層２３の総厚さの２／３程度となるので、表面層２４の厚さが表面層２２及び背面層２３の総厚さの１／３未満となる場合、表面層２２の保持力が落ちる可能性があるからである。

また、表面層２２の構造体としての強度をより確実に確保するという観点から、表面層２２の厚さは５０ｍｍ以上であることが好ましい。

一方、後述するように、背面層２３の断熱性は表面層２２の断熱性よりも高い。ただし、背面層２３の耐熱温度は表面層２２よりも低い。このため、表面層２２及び背面層２３全体の断熱性を高めるという観点からは、背面層２３の耐熱性を考慮した上で、表面層２２はなるべく薄いことが好ましい。すなわち、表面層２２の厚さは、背面層２３の温度が背面層２３の耐熱温度以下となる範囲内で最小となることが好ましい。

このように、表面層２２の厚さの好ましい下限値は、表面層２２及び背面層２３の総厚さの１／３及び５０ｍｍのうち大きな方の値となる。一方、好ましい上限値は、背面層２３の温度が背面層２３の耐熱温度以下となる範囲の最小値となる。

さらに、本実施形態では、表面層２２の背面、具体的には表面層２２と鉄皮２１との間に背面層２３が配置される。背面層２３がなくても本実施形態の目的は達成されるが、背面層２３を配置することで、天蓋２の断熱性を向上することができる。

背面層２３は、熱容量及び熱伝導率のうち少なくとも一方が表面層２２よりも低い。すなわち、背面層２３は、表面層２２よりも断熱性が高い。背面層２３としては、ＳｉＯ_２質を含有する軽量キャスタブル、断熱シート、断熱ボード、セラミックファイバ（ＣＦ）等が好ましい例として挙げられる。

軽量キャスタブルは、断熱性軽量骨材を含む背面層用耐火物（不定形耐火物）である。軽量キャスタブルは、耐火性軽量骨材、耐火性軽量骨材以外の断熱性材料、及び断熱性の結合剤を含む。耐火性軽量骨材としては、多孔質粒、中空粒子及び発泡粒が挙げられる。すなわち、軽量キャスタブルは、耐火性軽量骨材として、多孔質粒、中空粒子及び発泡粒のうち、少なくとも１つを含む。

多孔質粒としては、例えば、軽量アルミナ、軽量シャモット、断熱レンガ屑、珪石レンガ屑、シャモットレンガ屑が挙げられる。中空粒子としては、例えば、フライアッシュバルーン、シリカバルーン、ガラスバルーンが挙げられる。発泡粒としては、例えば、パーミュライト、バーミキュライトが挙げられる。これらの耐火性軽量骨材は、ＣＡ６断熱性材料よりも嵩比重及び熱伝導率が低い。

断熱性軽量骨材以外の断熱性材料、及び断熱性の結合剤は、表面層２２と同様の材料であればよい。

断熱性軽量骨材の軽量キャスタブル全体に占める割合、すなわち背面層用耐火物の総質量に対する断熱性軽量骨材の質量％は、５０〜８０質量％となる。断熱性軽量骨材の含有率が５０質量％未満となると、嵩比重が重くなるため、断熱性能が低下する。また、断熱性軽量骨材の含有量が８０質量％を超えると、結合剤（例えば、アルミナセメント）の添加量が制限されるため、背面層２３の強度が低下する。

軽量キャスタブルは、上述した構成を有するので、例えば後述する実施例１では、熱伝導率が０．１４（Ｗ／ｍＫ）となり、嵩比重が０．４４と非常に小さな値となっている。なお、比熱（熱容量）も０．１（ｋｃａｌ／ｋｇ℃）と非常に小さくなる。また、いずれの値もＣＡ６断熱性材料よりも低い。すなわち、軽量キャスタブルの断熱性はＣＡ６キャスタブルよりも高い。ただし、耐熱温度は１１００℃とＣＡ６キャスタブルよりも低くなっている。

断熱シート、断熱ボード、ＣＦは、上述した条件を満たすもの、すなわち表面層２２よりも断熱性が低いものであれば、どのようなものであってもよい。例えば、断熱シートとしては、微細多孔性断熱材（黒崎播磨（株）商品名：ＰｏｒｅｘｔｈｅｒｍＷＤＳ：以下、ＷＤＳと記す）が挙げられる。ＷＤＳの嵩比重は０．２３前後であり、熱伝導率は０．０５前後である。断熱シートの他の例としては、マイクロサーム（マイクロサーム社）が挙げられる。

また、断熱ボードとしては、珪酸カルシウム質の断熱ボード、具体的には、スーパーボード（イソライト工業）が挙げられる。この断熱ボードの嵩比重は０．１２前後であり、熱伝導率は０．２３前後である。断熱ボードの他の例としては、シリカボード等が挙げられる。

また、ＣＦとしては、セラミックファイバブランケット、具体的には、ＳＣブランケット１４００（新日本サーマルセラミックス）が挙げられる。このセラミックファイバブランケットの嵩比重は０．１３であり、熱伝導率は０．１２前後である。なお、ＣＦは、１６００℃耐用、１４００℃耐用、１２００℃耐用の３種に大きく分類でき、いずれも本実施形態に好適に使用可能である。メーカーはイソライト、三菱樹脂、新日本サーマル等が挙げられる。

いずれの材料も、断熱性がＣＡ６キャスタブルよりも高いが、耐熱温度がＣＡ６キャスタブルよりも低くなっている（なお、断熱シート、断熱ボード、ＣＦの耐熱温度はいずれも１０００℃程度である）。また、これらの材料は溶鋼１００と反応し、低融点物または反応層を形成する。また、これらの材料は、溶鋼１００に接触すると大きく収縮する。このため、これらの材料を表面層２２とすることは容易ではない。しかし、これらの材料は断熱性に優れる。

そこで、本発明者は、表面層２２に耐熱温度の高いＣＡ６キャスタブルを用い、背面層２３に軽量キャスタブル等を用いることとした。これにより、軽量キャスタブル等の高い断熱性を生かしつつ、軽量キャスタブル等のデメリットを抑制することができる。

すなわち、本実施形態では、表面層２２にＣＡ６キャスタブルを用い、背面層２３に軽量キャスタブル等を用いるので、天蓋２の断熱性を高めることができる。さらに、ＣＡ６キャスタブルの断熱性は非常に高いので、表面層２２を薄くしても背面層２３の温度上昇を抑えることができる。したがって、背面層２３を厚くすることができるので、天蓋２の断熱性がさらに向上する。すなわち、表面層２２は、背面層２３の温度が背面層２３の耐熱温度以下となる範囲でなるべく薄いことが好ましい。また、背面層２３を厚くすることで、天蓋２の断熱性を確保しつつ、天蓋２の製造コストを抑えることができる。すなわち、背面層２３の主要な成分は例えばＳｉ_２Ｏ質等であるが、これらの材料はＣＡ６断熱性材料に比べてはるかに安い。したがって、天蓋２の耐火物としてＳｉ_２Ｏ質等を含む背面層２３をなるべく多く使用することで、天蓋２の製造コストを抑えることができる。

なお、従来においても、天蓋を表面層及び背面層の２層構造とし、背面層に軽量キャスタブル等を用いることは提案されていた。しかし、表面層の断熱性が十分でなかったので、背面層の温度を背面層の耐熱温度以下とするために、表面層を厚くせざるをえなかった。このため、背面層の厚さが小さくなるので、天蓋全体の断熱性も低くなっていた。これに対し、本実施形態では、背面層２３を厚くすることができるので、天蓋２の断熱性も大きく向上する。

背面層２３は、多層構造であってもよい。例えば、背面層２３は、軽量キャスタブル及び断熱シート等を重ね合わせたものであってもよい。

以下、本実施形態を実施例により、更に詳細に説明する。

（実施例１〜３、比較例１〜２）
（天蓋の準備）
表１に示す構成の天蓋２を用意した。すなわち、実施例１では、ＣＡ６キャスタブル（黒崎播磨ＥＸＥＬ-３０８Ｓ）からなる表面層２２を用いて天蓋２のライニング層を形成した。実施例２では、実施例１の表面層２２と軽量キャスタブル（ＤＷ１００ＢＴ、黒崎播磨社製）からなる背面層２３とを用いてライニング層を形成した。実施例３では、実施例２の背面層を２層構造とし、第１層（作業領域３０に近い側の層）を軽量キャスタブルで構成し、第２層を断熱シート（ＷＤＳ）で構成した。ＣＡ６キャスタブル及び軽量キャスタブルの組成を表２、３に示した。

また、比較例１では、アルマグキャスタブル（ＣＡ８０−ＭＭＸ、黒崎播磨）からなる表面層２２を用いて天蓋２のライニング層を形成した。比較例２では、比較例１の表面層２２と軽量キャスタブル（ＤＷ１００ＢＴ、黒崎播磨社製）からなる背面層２３とを用いてライニング層を形成した。

（二次精錬）
天蓋の構成を表１の構成とし、ＲＨ真空脱ガス槽１を用いて溶鋼１００の二次精錬を行った。操業条件は以下のとおりである。
（１）溶鋼温度：１７００℃
（２）溶鋼の種類（鋼種）：ＳＵＬＣ鋼
（２）チャージ数：２０００
（３）１チャージ当りの溶鋼量：１５０ｔｏｎ
（４）二次精錬の内容：ランス７から脱炭用酸素を１０〜３０ｍ^３（標準状態）／分の流速で処理領域３０内に吹き込んだ。すなわち、本実施例及び比較例では、脱炭用酸素の流速を１０〜３０ｍ^３（標準状態）／分の範囲内で変更しながら、脱炭用酸素を処理領域３０内に吹き込んだ。吹き込み時間は３０分とした。また、吹き込み終了後に脱酸剤として金属アルミニウムを６０ｋｇ投入した。

（温度測定）
操業中に天蓋２の各部分の温度を測定した。さらに、鉄皮表面（外気に対向する面）の温度に基づいて、放射熱量を算出した。なお、測定時の処理領域３０（炉内雰囲気）の温度は１４００℃、外気（大気）は４０℃であった。測定結果及び算出結果を表４に示す。

なお、温度測定は、各層内に温度センサを設置することで行われた。また、平均温度は、層内に複数個の温度センサを設置し、これらの測定値を算術平均することで測定された。

（地金厚さ）
操業後に地金の厚さ（最も厚い部分の厚さ）を測定した。測定結果を表５に示す。

（地金取り作業）
また、操業後、地金取り作業を行った。実施例１〜３では、天蓋２をＲＨ真空脱ガス槽１から取り外す際に、天蓋２を地金から容易に引き剥がすことができた。また、地金は比較例１、２よりも薄かったので、地金をＲＨ真空脱ガス槽１から容易に取り外すことができた。一方、比較例１、２では、地金が天蓋２に強固に結合しており、天蓋２をＲＨ真空脱ガス槽１から取り外す際に、天蓋２から地金を引き剥がすのに非常に手間がかかった。さらに、地金は実施例１〜３よりも厚かったので、地金をＲＨ真空脱ガス槽１から取り外すのに非常に手間がかかった。

（評価）
実施例１〜３、及び比較例１、２を比較すると、比較例１、２の天蓋２の断熱性は実施例１〜３よりも低い。さらに、比較例１、２は実施例１〜３に比べて放射熱量が非常に大きい。そして、比較例１、２における地金の厚さも実施例１〜３よりも大きくなっている。したがって、比較例１、２では、天蓋２が溶鋼１００から大量の熱量を奪い、外部に放出した結果、天蓋２に大量の地金が付着したものと推察される。さらに、実施例１〜３では、天蓋２を地金から容易に引き剥がすことができたのに対し、比較例１、２では、天蓋２に地金が強固に結合していたので、天蓋２を地金から引き剥がすのに非常に手間がかかった。したがって、比較例１、２では、地金と天蓋２の耐火物（表面層２２の耐火物）とが反応層を形成していたものと推察される。また、実施例１〜３では、炉内雰囲気の温度の低下がほとんど見受けられなかったのに対し、比較例１、２では炉内雰囲気の温度低下が見受けられた。実施例１〜３では、天蓋２の断熱性が非常に高いためであると考えられる。したがって、実施例１〜３では、副次的な効果として、炉内雰囲気の保温効果も見込まれる。

さらに、実施例２と比較例２とを比較すると、比較例２では背面層２３が薄いが、実施例２では背面層２３が厚くなっている。比較例２では、表面層２２の断熱性が充分でないので、背面層２３の温度を背面層２３の耐熱温度（１０００℃程度）以下とするために、表面層２２を厚くする必要がある。一方、実施例２では、表面層２２の断熱性が非常に高いので、表面層２２が薄くても背面層２３の温度を背面層２３の耐熱温度以下とすることができる。したがって、実施例２は、比較例２よりも断熱性が高く、結果として、地金の付着量も小さい。

さらに、実施例１〜３同士を比較すると、実施例３が最も断熱性が高く、地金の付着量も小さい。実施例３では、表面層２２の背面に背面層２３が配置され、かつ、背面層２３が多層構造となっているからである。実施例１〜３、比較例１、２により、表面層２２が要件（１）〜（３）を満たした場合に、天蓋２への地金の付着量が低減されることが立証された。

（実施例４〜６）
実施例４〜６では、ＣＡ６キャスタブルにおけるＣＡ６断熱性材料の含有率を３５、４５、８５質量％に振って、実施例２と同様の処理を行った。実施例４〜６における具体的な含有率を表６〜８に示す。

（評価）
実施例４では、比較例１、２と同様に、天蓋２の耐火物と地金とが強固に結合していた。したがって、実施例４では、耐火物が耐ＦｅＯ性に劣り、地金と反応層を形成してしまったと推察される。

実施例５では、実施例２と同様の効果が得られた。実施例６では、表面層２２の施工時、具体的には型枠内で固化した表面層２２を型枠から外す際に、表面層２２が損傷した。結合材であるアルミナセメント量が少ないためであると推察される。実施例４〜６により、ＣＡ６断熱性材料の含有率は４０〜８０質量％であることが立証された。

以上により、本実施形態によれば、表面層２２は、ＣＡ６断熱性材料を含む表面層用耐火物（ＣＡ６キャスタブル）を有し、ＣＡ６断熱性材料の表面層用耐火物に占める割合が４０〜８０質量％となっている。これにより、天蓋２が要件（１）〜（３）を満たすので、天蓋への地金付着が抑制される。さらに、天蓋２の強度も向上する。

さらに、天蓋２は、断熱性が表面層２２よりも高い背面層２３を有するので、天蓋への地金付着がさらに抑制される。

さらに、背面層２３は、嵩比重及び熱伝導率のうち少なくとも一方が表面層２２よりも低いので、天蓋への地金付着がさらに抑制される。

さらに、背面層２３は、断熱性軽量骨材を含む背面層用耐火物を有し、断熱性軽量骨材の背面層用耐火物に占める割合が５０〜８０質量％である。これにより、背面層２３の断熱性がより向上し、ひいては、天蓋への地金付着がさらに抑制される。さらに、背面層２３の強度も向上する。

さらに、背面層２３は多層構造となっていてもよく、この場合、背面層２３の断熱性がより向上する。

さらに、表面層２２の厚さは、表面層２２及び背面層２３の総厚さの１／３以上となるので、表面層２２がより強固に天蓋２に固定される。

さらに、表面層２２の厚さは５０ｍｍ以上となるので、表面層２２がより強固に天蓋２に固定される。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、ＲＨ真空脱ガス槽に本実施形態に係る天蓋を適用したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、溶鋼のスプラッシュが想定される槽であれば、どのような槽にも本実施形態に係る天蓋を適用可能である。

１ＲＨ真空脱ガス槽
２天蓋
２１鉄皮
２２表面層
２３背面層
２４スタッド
３真空槽
５排気ダクト
６合金用シュート
７ランス
８浸漬管
９取鍋
１００溶鋼
１１０地金

Claims

多孔質のＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３を含む耐火物を有し、前記多孔質のＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３の前記耐火物に占める割合が４０〜８０質量％である表面層を有することを特徴とする、真空脱ガス槽用天蓋。
前記表面層の背面に設けられ、嵩比重及び熱伝導率のうち少なくとも一方が前記表面層よりも低い背面層を備えることを特徴とする、請求項１記載の真空脱ガス槽用天蓋。
前記背面層は、断熱性軽量骨材を含む背面層用耐火物を有し、前記断熱性軽量骨材の前記背面層用耐火物に占める割合が５０〜８０質量％であることを特徴とする、請求項２記載の真空脱ガス槽用天蓋。
前記背面層は、多層構造となっていることを特徴とする、請求項２または３に記載の真空脱ガス槽用天蓋。
前記表面層の厚さは、前記表面層及び前記背面層の総厚さの１／３以上となることを特徴とする、請求項２〜４のいずれか１項に記載の真空脱ガス槽用天蓋。
前記表面層の厚さは５０ｍｍ以上となることを特徴とする、請求項５記載の真空脱ガス槽用天蓋。