JPH11158534A

JPH11158534A - 真空処理容器

Info

Publication number: JPH11158534A
Application number: JP9324086A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Okada; 剛岡田; Mitsuyuki Hayashi; 充享林; Ryosuke Nakamura; 良介中村; Masanori Ogata; 昌徳小形
Original assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-11-26
Filing date: 1997-11-26
Publication date: 1999-06-15

Abstract

(57)【要約】【課題】耐用性を著しく向上させた真空処理容器（溶
鋼を真空下で処理を行うための容器）を提供すること。【解決手段】真空処理容器の内張りれんがとして、電
融マグクロ原料を70〜90重量％配合し、1700℃以上で焼
成して得られた“通気率が2.5×10^-13ｍ²以下のマグネ
シア−クロム質れんが”を使用する。これにより、真空
下でのマグクロれんがに対するスラグの浸潤を抑制し、
該れんがの損傷，溶損を低減させ、真空処理容器の耐用
性を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐火物で内張りし
た真空処理容器に関し、特に、ＶＯＤ炉，ＶＤ炉，ＲＨ
炉，ＤＨ炉などの真空処理容器(溶鋼を真空下で処理を
行うための容器)において、低通気率のマグネシア−ク
ロム質れんがで内張りすることにより、耐用性を著しく
向上させた真空処理容器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、鋼の高純度化への要望が高まるに
つれて、溶鋼を真空下で処理することで、脱炭や水素，
酸素，窒素などのガス成分の除去、および、非金属介在
物の低減を行う真空処理容器の重要性が高まっている。

【０００３】このような真空処理容器の内張り用耐火物
としては、一般に、マグネシアクリンカ−，クロム鉱，
電融マグクロ原料，酸化クロム等を原料とし、1700℃以
上の高温で焼成した高温焼成マグネシア−クロム質れん
が（以下“マグクロれんが”と称する）が使用されてい
る。しかし、このようなマグクロれんがは、スラグに対
する耐食性に優れているが、れんが内にスラグが浸潤す
ると、その浸潤層が剥離損傷し易いと言う欠点を有して
いる。そのため、マグクロれんがの耐用性を改良する上
では、スラグ浸潤を抑制することが重要である。

【０００４】そこで、マグクロれんがのスラグ浸潤を抑
制する方法として、原料構成(原料の種類)の選定などに
よって、れんが内の気孔の量(見掛気孔率)を低減するこ
とが従来から行われている。例えば、原料構成として、
マグネシアクリンカーとクロム鉱を主体とした、いわゆ
る“ダイレクトボンド質れんが”では、その見掛気孔率
は「14〜17％」であるが、電融マグクロ原料を主体とし
た、いわゆる“リボンド質れんが”では、その見掛気孔
率を「11〜13％」に低減することが可能である。

【０００５】このような見掛気孔率の低いマグクロれん
がは、真空処理を行わない精練炉においては、耐用性の
向上に一定の効果が得られていたが、真空処理容器にお
いては、マグクロれんがの見掛気孔率を低減しても、ス
ラグ浸潤の抑制にあまり効果が認められていなかった。

【０００６】そのため、真空処理容器の内張り用れんが
としては、むしろ気孔が亀裂の伸展を止める効果がある
ことを利用して、適量の見掛気孔率を有するれんがを用
い、これによって、れんがの耐スポーリング性を高め、
スラグ浸潤層の剥離を抑制することが行われていた。即
ち、気孔が亀裂の伸展を止める効果を有することに着目
し、真空処理容器の内張り用れんがに適度の見掛気孔率
を保持させることにより、耐スポーリング性を高め、ス
ラグ浸潤層の剥離の抑制を行っていた。

【０００７】例えば、特公平5−21966号公報には、真空
脱ガス処理容器の内張り用れんがとして、従来は、比較
的低いCr₂O₃含有量(9〜20重量％)の“ダイレクトボンド
マグクロれんが”であるが、これを30〜45重量％とした
ものを用いる旨開示されている。そして、この低含有量
のものも、高含有量のものも、「16.5％程度」の見掛気
孔率を有する“ダイレクトボンドマグクロれんが”を、
真空脱ガス処理容器の内張り用として、使用することが
記載されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】最近、鋼の高純度化に
伴い真空処理容器の使用条件が苛酷になってきている。
このため、従来のマグクロれんがで内張りした真空処理
容器では、スラグ浸潤後の剥離損傷に加えて、スラグの
浸潤によって変質した稼働面の溶損や摩耗による損傷が
増大しており、この容器の耐用性の低下という問題点を
有している。

【０００９】したがって、マグクロれんがを内張りした
真空処理容器の耐用性向上を図るためには、れんが内へ
のスラグ浸潤を抑制し、これにより、剥離亀裂の発生を
抑制すると同時に、稼働面の溶損，摩耗を抑制すること
が重要である。れんが内へのスラグ浸潤を抑制する上で
は、使用中の真空処理容器内へＭｇＯ成分を投入し、ス
ラグの粘性を高める方法が有効である。しかし、精練効
率の点からスラグの粘性を高めるには限界があり、その
ため、内張り炉材(内張りれんが)自体の耐スラグ浸潤性
を高めることが要望されている。

【００１０】本発明は、上記要望に沿うものであって、
その目的(技術的課題)とするところは、真空下でのマグ
クロれんがに対するスラグの浸潤を抑制し、これによっ
て、該れんがの損傷，溶損を低減させ、真空処理容器の
耐用性を向上させた真空処理容器を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、マグクロ
れんがを内張りした真空処理容器に対するスラグの浸潤
機構について研究した結果、真空下においては、このれ
んがの通気率がスラグの浸潤と密接に関連していること
を見いだし、本発明を完成したものである。そして、本
発明は、特に通気率の低いマグクロれんがを内張りする
ことで、上記目的を達成したものである。

【００１２】すなわち、本発明は、「電融マグクロ原料
を70〜90重量％配合し、1700℃以上で焼成して得られ
た、通気率が2.5×10^-13ｍ²以下のマグネシア−クロム
質れんがで内張りしてなることを特徴とする真空処理容
器。」(請求項１)を“特定する事項”とし、これによ
り、上記目的を達成したものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を含め
て、本発明で使用するマグクロれんがについて詳細に説
明するが、それに先だって、本発明で着目した「れんが
の通気率とスラグの浸潤との関係」について、まず説明
する。

【００１４】マグクロれんがなどの酸化物系れんがにお
いて、“スラグ浸潤”が問題となるのは、炭素含有耐火
物と異なり、このれんがとスラグとが濡れやすい関係に
あるために、該れんが内の気孔にスラグが侵入しやすい
ことに起因している。

【００１５】ところで、れんが内の気孔の状態を定量的
に評価する指標として、「気孔の量を表す“見掛気孔
率”」「気孔の大きさを表す“平均気孔径”」「気孔を
通じての気体の通りやすさを表す“通気率”」が知られ
ている。この気孔の状態に関する指標とスラグ浸潤との
関係については、古くから実験や実炉テストによる研究
が行われているが、従来の実験や実炉テストでは、大気
圧条件で行われており、真空下での検討は十分に行われ
ていなかった。

【００１６】大気圧下では、スラグは毛細管現象を駆動
力として耐火物中に浸潤するため、径が小さな気孔にも
スラグは浸潤しやすい。そのため、スラグの浸潤は、気
孔の径(平均気孔径)よりも気孔の量(見掛気孔率)と深く
関係している。これに対して、真空下では、気孔中の気
体が強制的に吸引され、そこにスラグが侵入するため、
大気圧下での場合と“スラグの浸潤機構”が相違すると
推測される。

【００１７】そこで、本発明者等は、真空下における
“スラグの浸潤機構”を解明するため、真空炉を用いて
実験を行った。その結果、真空下では、気体が通りやす
い径の大きな気孔の方が、小さい径の気孔の場合より
も、スラグが侵入しやすい傾向にあることを見い出し
た。すなわち、真空下におけるスラグ浸潤については、
気孔の量(見掛気孔率)と共に気孔の大きさ(平均気孔径)
を評価することが重要であるという事実が判明した。

【００１８】ところで、れんが中の“気体の通りやす
さ”を測定する「通気率」は、理論的には、次の式(１)
で表現される。・式(１)………(通気率)＝(見掛気孔率)×(平均気孔径)² この式(１)に見られるように、通気率は、気孔の量(見
掛気孔率)と気孔の大きさ(平均気孔径)とを同時に評価
している。そのため、前述した「本発明者等が見いだし
た事実」から、真空処理容器の内張り炉材における“ス
ラグの浸潤”を検討する上では、この“通気率”が重要
となる。

【００１９】ここで、通気率の測定法について説明する
と、この測定法としては、例えば、“ISO 8841”や“JI
S R 2115”に規定されており、この他にもいくつかの測
定法が提案されている。（なお、測定方法によって、通
気率を表現する単位が異なるが、原理的には同じである
から、相互の単位に換算することが可能である。）

【００２０】本明細書に記載する通気率の測定法(本発
明で規定する“通気率”の測定法)としては、上記した
“ISO 8841”に規定する算出法によるものであって、こ
れは、次の式(２)で求められるものである。・式(２)……Ｖ／ｔ＝μ・１／η・Ｓ／Ｌ・(Ｐ₁−Ｐ₂)・(Ｐ₁＋Ｐ₂)／２Ｐ［ここで、Ｐ：絶対圧力(Ｎ／ｍｍ²) ｔ：試験時間(ｓ) Ｖ：絶対圧力Ｐにおいて時間ｔ内に通過する気体の容
積(ｍｍ³) Ｓ：気体が通過する試験片の横断面(ｍｍ²) Ｌ：物体の横断面の厚さ(ｍｍ) Ｐ₁：気体侵入時の絶対圧力(Ｎ／ｍｍ²) Ｐ₂：気体離脱時の絶対圧力(Ｎ／ｍｍ²) η ：試験温度における気体の粘度(Ｐａ・ｓ) μ ：試験片の通気率(ｍ²) で
ある。］

【００２１】本発明者等は、通気率の低いマグクロれん
がを開発し、このれんがを真空処理容器に使用した結
果、電融マグクロ原料を主体とした通気率の低いマグク
ロれんがでは、スラグの浸潤が抑制され、真空処理容器
の耐用性が向上することを見いだして、本発明を完成し
たものである。

【００２２】すなわち、本発明は、真空処理容器の内張
り用炉材として、・電融マグクロ原料を70〜90重量％配合し、1700℃以上
で焼成して得られた通気率2.5×10^-13ｍ²以下のマグク
ロれんが、を使用することを特徴とする。

【００２３】本発明において、特に「通気率：2.5×10
^-13ｍ²以下」と規定する理由は、この値を超えると、ス
ラグの浸潤を抑制する効果が十分でなく、また、損傷速
度が大となり、真空処理容器の耐用性が低下するからで
ある。好ましい通気率としては“1.4×10^-13ｍ²以下”
であり、これにより、スラグ浸潤抑制効果で大であると
共に、損傷速度がより低くなるなるので好ましい(後記
実施例１〜３参照)。

【００２４】次に、本発明で規定する焼成温度(1700℃
以上)について説明する。通常、マグクロれんがの焼成
過程においては、微粉原料の焼結によって気孔が連結
し、気孔径が大きくなると共に通気率も増大する。その
ため、焼成温度を低くすれば、通気率の低いマグクロれ
んがを製造することができるが、その反面、結合組織の
発達が不十分なマグクロれんがが得られることになる。

【００２５】ところで、真空処理容器の内張り用れんが
においては、溶損や溶鋼摩耗によってもれんがが損傷さ
れるため、焼成温度が低く、結合組織の発達が不十分な
マグクロれんがでは、十分な耐用性を得ることができな
い。したがって、上記した溶損や溶鋼摩耗による損傷を
も抑制するためには、本発明で規定する“1700℃以上
(好ましくは1750〜1850℃)の高温”で十分に焼成する必
要がある。

【００２６】次に、本発明で規定する原料(電融マグク
ロ原料を主体とし、その配合量を70〜90重量％とする
点)について説明する。本発明で規定する焼成条件(1700
℃以上の高温焼成)で、しかも、同じく本発明で規定す
る低通気率(2.5×10^-13ｍ²以下)のマグクロれんがを得
るためには、熱膨張率が大きく異なるマグネシアクリン
カ−とクロム鉱とを組み合わせた“ダイレクトボンド質
れんが”ではなく、電融マグクロ原料を70重量％以上配
合して、均一な組成の“リボンド質れんが”とする必要
がある。

【００２７】電融マグクロ原料の配合量が70重量％未満
では、組織が均一ではなく、しかも通気率が大きくなる
ため、耐スラグ浸潤性が低下するので好ましくない。一
方、電融マグクロ原料の配合量が90重量％を超えると、
過焼結によって気孔径が大きくなり、その結果、通気率
が大きくなり、耐スラグ浸潤性が低下するので、同じく
好ましくない。

【００２８】本発明で使用する電融マグクロ原料として
は、・Cr₂O₃ ：14〜22重量％・MgO ：50〜72重量％・SiO₂＋CaO ：3重量％以下・Al₂O₃，Fe₂O₃：残部からなる一般的な電融マグクロ原料を通常用いるが、本
発明は、これのみに限定されるものではなく、上記原料
に更にCr₂O₃，Al₂O₃，Fe₂O₃などの成分を加えて組成を
調整したものなど、様々な電融マグクロ原料を使用する
ことができる。

【００２９】また、上記電融マグクロ原料(配合量：70
〜90重量％)以外の残部としては、クロム鉱，ピクロク
ロマイト，酸化クロム，マグネシアクリンカ−など、マ
グクロれんがを得るのに一般に使用されている自明の原
料を用いることができる。

【００３０】なお、本発明で対象とする真空処理容器と
しては、使用時に炉内圧力が例えば100torr以下で操業
される炉であって、ＶＯＤ炉，ＶＤ炉，ＲＨ炉，ＤＨ炉
などである。酸素吹き込みを行うＲＨ炉やＶＯＤ炉で
は、ガス吹き時に一時的に圧力が大きくなるが、それ以
外の時は、100torr以下に減圧されており、これらの炉
も本発明で対象とする真空処理容器に包含される。

【００３１】また、スラグライン部と鋼浴部とで損傷速
度が大きく異なる場合には、耐スラグ浸潤性に優れてい
る本発明のマグクロれんがをスラグライン部のみに使用
し、他の部位には、安価な材質を配置することで、真空
処理容器全体の耐火物コストを抑えることができる。こ
のように配置した真空処理容器も本発明に包含されるも
のである。

【００３２】

【実施例】次に、本発明の実施例を比較例と共に挙げ、
本発明を具体的に説明する。

【００３３】（実施例１〜３，比較例１〜３）表１に示
す配合比率(重量％)の電融マグクロ原料に同じく表１に
示す配合比率(重量％)のクロム鉱(その他：残部：ピク
ロクロマイト，マグネシアクリンカ−または酸化クロ
ム)を配合し、1750℃で十分に焼成して、６種類のマグ
クロれんが(実施例１〜３，比較例１〜３)を製造した。

【００３４】得られた各マグクロれんがの「化学成分(M
gO，Cr₂O₃の重量％)」「見掛気孔率(％)」「通気率(×1
0^-13ｍ²)」を測定し、その結果を表１に示した。

【００３５】この６種類のマグクロれんが(実施例１〜
３，比較例１〜３)をＶＯＤ炉(80ｔ)の側壁に内張りし
た。操業後の各れんがについて、「スラグの浸潤」「損
傷速度(ｍｍ／ｃｈ)」を測定し、その結果ならびに「評
価(総合評価)」を表１に併記した。なお、表１中の「ス
ラグの浸潤」の程度については、使用後れんがの切断面
の分析から定性的に判断した。

【００３６】

【表１】

【００３７】前記ＶＯＤ炉(80ｔ)による実験の結果、表
１から明らかなように、本発明で規定する「電融マグク
ロ原料の配合比率(70〜90重量％)，通気率(2.5×10^-13
ｍ²以下)」の範囲内の実施例１〜３では、スラグの浸潤
を抑制する効果が認められ、真空処理容器の耐用性の向
上が確かめられた。これに対して、本発明で規定する上
記範囲外の比較例１〜３では、操業時にスラグ浸潤層の
剥離が観察され、使用後れんがにおいても、スラグの浸
潤が顕著であった。

【００３８】

【発明の効果】本発明は、以上に詳記したとおり、真空
処理容器の内張り材として「電融マグクロ原料を70〜90
重量％配合し、1700℃以上で焼成して得られた、通気率
が2.5×10^-13ｍ²以下のマグネシア−クロム質れんが」
を使用することを特徴とし、これにより、真空下でのマ
グクロれんがに対するスラグの浸潤を抑制し、該れんが
の損傷，溶損を低減させ、真空処理容器の耐用性を向上
させることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村良介岡山県邑久郡長船町長船1165−12 (72)発明者小形昌徳岡山県備前市伊部1935−１

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電融マグクロ原料を70〜90重量％配合
し、1700℃以上で焼成して得られた、通気率が2.5×10
^-13ｍ²以下のマグネシア−クロム質れんがで内張りして
なることを特徴とする真空処理容器。