JP7436800B2 - ビルドアップ層の除去方法及びビルドアップ除去剤 - Google Patents
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Description
(1)溶銑又は溶鋼に接触し得る耐火物を備えた処理対象物の前記耐火物の表面に形成されるビルドアップ層の除去方法であって、前記ビルドアップ層は、スラグを含み、CaをCaO換算で60質量%以上含む消石灰と、水と、を含水率が5~45質量%となるように混合して、ビルドアップ除去剤を作製する準備工程と、前記ビルドアップ層の表面に前記ビルドアップ除去剤を付着させ、付着層を形成する付着工程と、前記付着層を、前記消石灰の結晶水分解反応が完了する温度まで加熱する加熱工程と、を含む、ビルドアップ層の除去方法。
(2)前記加熱工程の後に、前記溶銑又は溶鋼を前記付着層に接触させる接触工程を含む、(1)に記載のビルドアップ層の除去方法。
(3)前記接触工程の後に、前記付着層を前記溶銑又は溶鋼と接触している状態から解放する解放工程を含む、(2)に記載のビルドアップ層の除去方法。
(4)前記付着層の平均厚さは、5~10mmとする、(1)~(3)のいずれか1つに記載のビルドアップ層の除去方法。
(5)前記ビルドアップ層の平均厚さは、5mm以上である、(1)~(4)のいずれか1つに記載のビルドアップ層の除去方法。
(6)溶銑又は溶鋼に接触し得る耐火物を備えた処理対象物の前記耐火物の表面に形成されるビルドアップ層の除去に用いられるビルドアップ除去剤であって、CaをCaO換算で60質量%以上含む消石灰と、水と、を含み、含水率が5~45質量%であるビルドアップ除去剤。
(7)前記消石灰の粒径は、3mm以下である、(6)に記載のビルドアップ除去剤。
まず、本発明の一実施形態に係る処理対象物について説明する。
本実施形態で着目する処理対象物は、処理対象物の内面部又は外面部に耐火物が設けられ、かかる耐火物の少なくとも一部が溶銑又は溶鋼に接触し得る処理対象物である。このような処理対象物として、例えば、取鍋、浸漬管、トーピードカー(「混銑車」ともいう。)などのような、耐火物が設けられる各種の処理対象物を挙げることができる。
次に、本実施形態に係るビルドアップ層の除去方法について説明する。
耐火物12に形成されたビルドアップ層20は、シリカ、アルミナ等の酸化物を主成分とするスラグを含む。また、溶鋼に含まれる不純物をスラグとして除去するために、溶鋼に対してアルミナが投入されることから、ビルドアップ層20には、アルミナがより多く含まれる。例えば、ビルドアップ層20は、30~60質量%のアルミナと、5~10質量%の生石灰(CaO)と、5質量%以下のシリカと、を含むスラグである場合がある。
一般的に、スラグの融点は、溶鋼等の温度よりも高く、ビルドアップ層20の融点も溶鋼等の温度よりも高い。そのため、ビルドアップ層20が、高温の溶鋼等を受鋼等したとしても、ビルドアップ層20は溶解せず、取鍋10から除去されない。そこで、本実施形態では、以下で詳述するビルドアップ除去剤を用い、後述する加熱工程を経ることにより、ビルドアップ層20の融点を意図的に低下させた上で、ビルドアップ層20を除去する。より具体的には、後述する付着層30が加熱されることによって、これらの界面から低融点層(融点:1600℃未満)が形成され、かかる低融点層が溶解することにより、ビルドアップ層20が除去される。このように、第1のメカニズムによれば、ビルドアップ層20に低融点層を形成することにより、ビルドアップ層20が除去される。
ビルドアップ層の表面は滑らかではなく、凹凸を有している。このため、後述する付着層30の一部が、ビルドアップ層中に侵入しやすくなっている。ビルドアップ除去剤を用い、後述する加熱工程を経ることで、ビルドアップ除去剤(より具体的には、後述する付着層)の脱水反応により、ビルドアップ層20に亀裂が発生することが考えられる。これにより、ビルドアップ層20が耐火物12から剥離し易くなる。亀裂が発生したビルドアップ層20が剥離することにより、ビルドアップ層20が耐火物12から除去される。このように、第2のメカニズムによれば、ビルドアップ層20に亀裂を発生させることにより、ビルドアップ層20が除去される。
本実施形態に係るビルドアップ層の除去方法では、まず、消石灰及び水を含むビルドアップ除去剤が準備される(ステップS101:準備工程)。次いで、かかるビルドアップ除去剤を、処理対象物の耐火物12に生成されたビルドアップ層20に付着させて、付着層を形成させる(ステップS103:付着工程)。次いで、付着層を所定の条件で加熱する(ステップS105:加熱工程)。ここで、本実施形態において、加熱工程に続けて、取鍋10の内部に、次チャージの溶鋼等が注ぎ込まれてもよい。このとき、新たに注入された溶鋼等により、加熱工程を経たビルドアップ層の少なくとも一部が剥離又はスラグ中に溶解する。その後、溶鋼が取鍋10から取り出されると、ビルドアップ層の少なくとも一部が、スラグおよび溶鋼と共に取鍋10から取り出される。以上のようにして、本実施形態に係るビルドアップ層の除去方法では、ビルドアップ層が除去される。
まず、ステップS101において、準備工程が実施される。準備工程は、CaをCaO換算で60質量%以上含む消石灰と、水とを、含水率が5~45質量%となるように混合することにより作製されたビルドアップ除去剤を、準備する工程である。
本発明の一実施形態に係るビルドアップ除去剤には、CaをCaO換算で60質量%以上含む消石灰が含まれる。ビルドアップ除去剤中のCa含有量が、CaO換算で60質量%未満である場合には、後段の除去工程において、ビルドアップ層20を除去することができない。理由は定かではないが、ビルドアップ除去剤中の消石灰におけるCa含有量が高いほど、除去工程において、より十分にビルドアップ層が除去される。このため、ビルドアップ除去剤中のCa含有量は、かかるCa含有量に対応する消石灰の量と水との和が、100質量%を超えない範囲で高いほど好ましい。また、ビルドアップ除去剤は、消石灰及びかかる消石灰に混合される水以外に、SiO2、Al2O3、Fe2O3、およびMgOを、合計3.0質量%以下含んでいてもよく、残留CO2を1.5質量%以下含んでいてもよい。
次に、ステップS103において、付着工程が実施される。付着工程とは、ビルドアップ層20の表面にビルドアップ除去剤を付着させて、付着層を形成する工程である。
次に、ステップS105において、加熱工程が実施される。加熱工程とは、付着層30を、消石灰の結晶水分解反応が完了する温度まで加熱する工程である。加熱方法は、特に限定されるものではなく、例えば、ガスバーナーなどの各種の公知の加熱装置を用いることが可能である。
なお、溶銑又は溶鋼と接触後の耐火物12を備える取鍋10は、加熱工程開始時点で常温とは限らず、受鋼等による余熱のため高温である場合がある。例えば取鍋10の温度が400~500℃程度であった場合であっても、本発明の加熱工程を含むビルドアップ除去方法を実施することで、ビルドアップ層が除去される。また、取鍋10が加熱工程開始時点で消石灰の結晶水分解反応が完了する温度に到達していた場合は、消石灰の結晶水分解反応が完了する温度に到達していることを確認する工程を、加熱工程と見なすことができる。
本実施形態において、受鋼プロセスとは、取鍋等の容器(処理対象物)に溶鋼等が注がれ、溶鋼等と処理対象物が接触する工程(接触工程)と、溶鋼等が処理対象物から取り出され、溶鋼等と処理対象物とが接触している状態から解放する工程(解放工程)と、を含むプロセスである。より具体的には、溶鋼等が付着層30と接触する工程と、溶鋼等と付着層30とが接触している状態から解放する工程と、を含む。加熱工程が実施された処理対象物を、受鋼プロセスに供することによって、ビルドアップ層20はより一層除去される。本実施形態では、接触工程と解放工程とを含む受鋼プロセスについて説明する。
接触工程では、溶鋼等を、前述の加熱工程を経た付着層30に接触させる。本実施形態では、取鍋10に溶鋼等を注ぎ込むことにより、溶鋼等を付着層に接触させる。図4は、溶鋼40が注ぎ込まれた取鍋10を示す図である。溶鋼40が取鍋10に注ぎ込まれると、ビルドアップ層20の少なくとも一部が、取鍋10に保持されている溶鋼40及び/又はスラグ中に移行する。この結果、ビルドアップ層20の少なくとも一部は、耐火物12の表面から除去される。この除去されるメカニズムについては明らかではないが、加熱工程を実施することでビルドアップ層20が溶解又は剥離等しやすくなっており、溶鋼等が付着層30を介してビルドアップ層20に接触することにより、ビルドアップ層20の少なくとも一部が耐火物12から除去されると考えられる。ビルドアップ層20及び付着層30の構成成分は、元来、スラグ中に存在している成分であり、例えばフッ素のような環境への影響を考慮すべき物質も存在していない。また、溶鋼中に移行したビルドアップ層20及び付着層30の構成成分は、溶解及び拡散によって、その後スラグ中に移行する。そのため、ビルドアップ層20や付着層30が溶鋼及び/又はスラグ中に混入したとしても、生成された溶鋼及び/又はスラグの品質を損なうものではない。
解放工程では、付着層30を、溶鋼40と接触している状態から解放する。より具体的には、取鍋10に注ぎ込まれた溶鋼40を、例えば着目している取鍋10とは異なる容器に移すことで、付着層30と溶鋼40との接触状態を解放する。この際、取鍋10の底に設けられたノズル(図示せず。)等から、例えば、連続鋳造等で用いられるタンディッシュに向けて溶鋼40が排出される。溶鋼40が取鍋10から排出されると、取鍋10には、僅かな溶鋼と、スラグとが残る。溶鋼40がノズル等から排出された後、取鍋10を傾動させることで、取鍋10の側壁に設けられた溶鋼取り出し口(図示せず。)又は取鍋10の上方に設けられている開口部からスラグと僅かな溶鋼とを、取鍋10の外部に排出する。これにより、結果として、ビルドアップ層20の少なくとも一部が、取鍋10から取り出される。
CaをCaO換算で60質量%含む消石灰と水とを、含水率が25質量%となるように混合し、ビルドアップ除去剤A1を作製した。
消石灰の粒径を1mm未満とした以外は、ビルドアップ除去剤A1と同一の条件で、ビルドアップ除去剤A2を作製した。また、消石灰の粒径を3mm超とした以外は、ビルドアップ除去剤A1と同一の条件で、ビルドアップ除去剤A3を作製した。
消石灰がCaをCaO換算で65質量%含むこと以外は、ビルドアップ除去剤A1と同一の条件で、ビルドアップ除去剤A4を作製した。つまり、ビルドアップ除去剤A4における消石灰に含まれるCa量は、ビルドアップ除去剤A1における消石灰に含まれるCa量よりも多い。
含水率を変更したこと以外は、ビルドアップ除去剤A1と同一の条件で、ビルドアップ除去剤A5及びA6を作製した。具体的には、含水率を7質量%又は38質量%として、ビルドアップ除去剤A5及びA6を作製した。
ビルドアップ除去剤A1~A6には、消石灰を用いたが、ビルドアップ除去剤B1は、生石灰を用いた。また、ビルドアップ除去剤B1は、水を含有しない。従って、ビルドアップ除去剤B1は、生石灰と不純物のみで構成される。
含水率を変更したこと以外は、ビルドアップ除去剤A1と同一の条件で、ビルドアップ除去剤B2~B4を準備した。具体的には、ビルドアップ除去剤B2の含水率は0質量%であり、ビルドアップ除去剤B2は水を含んでいない。また、ビルドアップ除去剤B3の含水率は、本発明の範囲外である4質量%である。さらに、ビルドアップ除去剤B4の含水率は、本発明の範囲外である48質量%である。
消石灰に含まれるCaのCaO換算量を変更したこと以外は、ビルドアップ除去剤A1と同一の条件でビルドアップ除去剤B5~B7を準備した。より具体的には、ビルドアップ除去剤B5~B7の消石灰が含むCaのCaO換算量は、いずれもビルドアップ除去剤A1の消石灰が含むCaのCaO換算量である60質量%よりも小さい量である。
まず、実施例1について説明する。まず、付着工程において、スプレー型の吹付装置を用いて、取鍋1基に対して20kgのビルドアップ除去剤A1を、ビルドアップ層に吹き付けた。これにより、ビルドアップ層20に付着層30が形成された。具体的には、図3に示したように、取鍋10が横向きに倒された状態で、付着層30の平均厚さが5mmとなるように、ビルドアップ層20の表面に付着層30が形成された。
比較例1では、ビルドアップ除去剤B1を用いた点で実施例1と異なる。付着工程では、ビルドアップ除去剤B1をビルドアップ層に付着させ、ビルドアップ層に5mmの厚みの付着層を形成することを試みた。このとき、吹付装置の先端(より詳細には、ビルドアップ除去剤B1が吹き出される吹出口付近)において、ビルドアップ除去剤B1の流動性を確保するために、ビルドアップ除去剤B1に少量の水を混ぜた。より具体的には、吹出口付近において、ビルドアップ除去剤B1と、水と、を含水率が1質量%未満となるよう混ぜながら、ビルドアップ除去剤B1をビルドアップ層に吹き付けた。なお、他のビルドアップ除去剤を用いる例(例えば、含水率が0%であるビルドアップ除去剤B2を用いる比較例15)においても、比較例1と同様にして、吹出口付近においてビルドアップ除去剤と少量の水とを混ぜながらビルドアップ除去剤を吹き付けた。しかし、ビルドアップ除去剤B1はビルドアップ層に十分に付着せず、ビルドアップ除去剤B1の付着性はC評価であった。
比較例2では、付着工程と加熱工程を実施せず、取鍋に1600℃の溶鋼を注ぎ込み、取鍋に溶鋼1t当たり1.87kgの生石灰を投入した。なお、比較例2及び後述する比較例3、4において用いた生石灰の粒径は、3mm未満であった。また、生石灰に含まれるCaの量は、CaO換算で90質量%であった。さらに、用いた生石灰には、水は含まれていない。次いで、実施例1と同様に溶鋼を取鍋から排出した。比較例2では、除去性指数は正の値であった。つまり、比較例2では、ビルドアップ層は除去されなかった。
比較例3及び比較例4では、取鍋に投入する生石灰の量を増量(溶鋼1tあたり3.74kgと4.67kg)した以外は、比較例2と同様の処理が実施された。この場合にも、比較例2と同様に、溶鋼鍋重量指数に変化がなく、ビルドアップ層は除去されなかった。
実施例2及び実施例3では、ビルドアップ除去剤A2又はA3を用いた以外は、実施例1の処理と同様にして実施したところ、実施例2は実施例1と同等の性能が得られた。一方、実施例1及び実施例2の方が、実施例3よりも、ビルドアップ除去剤の付着性、及び、ビルドアップ層の除去性が良いことが分かる。実施例3は、ビルドアップ除去剤に含まれる消石灰の粒径が3mm未満であることにより、消石灰の自重によりビルドアップ除去剤の一部が垂れ落ちることが抑止されたためと考えられる。
実施例4~6では、加熱到達温度及び溶鋼温度を変更した以外は、実施例1の処理と同様にして、ビルドアップ層を除去した。表2に示すように、実施例4~6のいずれにおいても、総合評価はAとなった。なお、実施例4では、溶鋼温度は、全実施例における溶鋼温度の中で最も高い1685℃である。実施例4では、他の実施例と比べて、取鍋10が損耗し易かった。溶鋼温度が高すぎると、取鍋10が損耗し易くなると考えられる。
実施例7では、付着層の厚さを変更した以外は、実施例1の処理と同様にして、ビルドアップ層の除去処理を実施した。より具体的には、付着層の厚さを4mmとした。実施例7では、ビルドアップ層の除去性の評価はAであったが、実施例1と比べると除去性はやや低かった。これは、実施例7に係る付着層の厚みは、他の実施例(例えば、実施例1~6)に係る付着層よりも薄いため、加熱工程において形成される亀裂又は低融点層が小さくなり、除去されるビルドアップ層が少なくなったことが考えられる。
実施例8では、付着層の厚さを変更した以外は、実施例1の処理と同様にして、ビルドアップ層の除去処理を実施した。より具体的には、付着層の厚さを15mmとした。実施例8では、総合評価はAであった。しかし、付着層の厚みは15mmより薄くても(例えば、実施例1の5mm)ビルドアップ層を除去するには十分である。このため、製造コストの観点から、付着層の厚みは、15mmよりも薄いことが好ましい。
実施例9では、ビルドアップ除去剤A4を用いた以外は、実施例1の処理と同様にして、ビルドアップ層の除去処理を実施した。実施例9では、付着性はB評価であった。なお、実施例9における除去性指数は、実施例1における除去性指数よりも低い。つまり、実施例9では、実施例1よりもビルドアップ層が除去されたといえる。ビルドアップ除去剤A4における消石灰に含まれるCaのCaO換算量は、ビルドアップ除去剤A1における消石灰に含まれるCaのCaO換算量よりも大きい。このため、実施例9に係る加熱工程において形成される低融点層の厚みが、実施例1において形成される低融点層の厚みよりも厚くなることが考えられる。この結果、実施例9では、実施例1よりも除去されるビルドアップ層の量が増加したものと考えられる。
実施例10及び実施例11では、ビルドアップ除去剤の種類を変更した以外は、実施例1と同様にして、ビルドアップ層の除去処理を実施した。実施例10及び実施例11における付着性は、いずれもA評価であった。
比較例5では、ビルドアップ除去剤B3を用いた以外は、実施例1の処理と同様にして、ビルドアップ層の除去処理を実施した。ビルドアップ除去剤B3の含水率は、ビルドアップ除去剤A1の含水率よりも低く、本発明の範囲外である4質量%である。比較例5では、ビルドアップ除去剤B3の含水率が低すぎたため、ビルドアップ除去剤B3の付着性が悪く、ビルドアップ層に十分にビルドアップ除去剤B3が付着しなかったと考えられる。このため、比較例5では、ビルドアップ層を除去することができなかった。
比較例6では、ビルドアップ除去剤B4を用いた以外は、実施例1と同様にして、ビルドアップの除去処理を実施した。ビルドアップ除去剤B4の含水率は、ビルドアップ除去剤A1の含水率よりも高く、本発明の範囲外である48質量%である。比較例6では、ビルドアップ除去剤B4の含水率が高すぎたため、ビルドアップ層に付着したビルドアップ除去剤B4がビルドアップ層から垂れ落ちてしまい、十分な厚みの付着層が形成されなかった。この結果、ビルドアップ層を除去することができなかったと考えられる。さらに、ビルドアップ除去剤B4はビルドアップ層から垂れ落ちてしまうため、ビルドアップ除去剤B4に無駄が生じ、生産性が低下してしまった。
比較例で7~9では、加熱到達温度を変更した以外は、実施例1と同様にして、ビルドアップ層の除去処理を実施した。比較例7~9では、ビルドアップ層を除去することができなかった。比較例7~9の加熱到達温度は、実施例1の加熱到達温度よりも低く、いずれも580℃未満であった。このため、加熱工程においてビルドアップ層に十分に亀裂又は低融点層が形成されず、ビルドアップ層を除去できなかったと考えられる。従って、加熱工程における加熱到達温度が消石灰の結晶水分解反応が完了する温度未満であると、ビルドアップ層を除去することができない。
比較例10では、ビルドアップ除去剤B2を用いた以外は、実施例1と同様にして、ビルドアップ層の除去処理を実施した。ビルドアップ除去剤B2は、実施例1に用いられたビルドアップ除去剤A1と異なり、水を含まない。このため、ビルドアップ除去剤B2は、ビルドアップ層に付着しにくく、十分な厚みの付着層が形成されなかった。このため、ビルドアップ層が除去されなかったと考えられる。
比較例11~13では、ビルドアップ除去剤の種類を変更した以外は、実施例1と同様にしてビルドアップ層の除去処理を実施した。比較例11~13において用いられるビルドアップ除去剤B5~B7における消石灰に含まれるCaは、CaO換算でいずれも60質量%未満である。加熱工程では、ビルドアップ層に含まれるAlと、ビルドアップ除去剤に含まれるCaとが拡散し、低融点層が形成されることが考えられる。しかし、ビルドアップ除去剤における消石灰に含まれるCaの量が少ないと、十分に低融点層が形成されないため、ビルドアップ層が除去されなかったと考えられる。従って、消石灰に含まれるCaのCaO換算量が60質量%未満であると、ビルドアップ層を除去することができない。
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。
12 耐火物
20 ビルドアップ層
30 付着層
40 溶鋼
Claims (7)
- 溶銑又は溶鋼に接触し得る耐火物を備えた処理対象物の前記耐火物の表面に形成されるビルドアップ層の除去方法であって、
前記ビルドアップ層は、スラグを含み、
CaをCaO換算で60質量%以上含む消石灰と、水と、を含水率が5~45質量%となるように混合して、ビルドアップ除去剤を作製する準備工程と、
前記ビルドアップ層の表面に前記ビルドアップ除去剤を付着させ、付着層を形成する付着工程と、
前記付着層を、前記消石灰の結晶水分解反応が完了する温度まで加熱する加熱工程と、を含む、ビルドアップ層の除去方法。 - 前記加熱工程の後に、前記溶銑又は溶鋼を前記付着層に接触させる接触工程を含む、請求項1に記載のビルドアップ層の除去方法。
- 前記接触工程の後に、前記付着層を前記溶銑又は溶鋼と接触している状態から解放する解放工程を含む、請求項2に記載のビルドアップ層の除去方法。
- 前記付着層の平均厚さは、5~10mmとする、請求項1~3のいずれか1項に記載のビルドアップ層の除去方法。
- 前記ビルドアップ層の平均厚さは、5mm以上である、
請求項1~4のいずれか1項に記載のビルドアップ層の除去方法。 - 溶銑又は溶鋼に接触し得る耐火物を備えた処理対象物の前記耐火物の表面に形成されるビルドアップ層の除去に用いられるビルドアップ除去剤であって、
CaをCaO換算で60質量%以上含む消石灰と、水と、を含み、含水率が5~45質量%であるビルドアップ除去剤。 - 前記消石灰の粒径は、3mm以下である、請求項6に記載のビルドアップ除去剤。
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