WO2022113543A1 - 摺動開閉装置の充填材の充填構造及び鋳片の製造方法 - Google Patents

摺動開閉装置の充填材の充填構造及び鋳片の製造方法 Download PDF

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WO2022113543A1
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filler
ladle
layer
molten steel
sand
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PCT/JP2021/037594
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English (en)
French (fr)
Inventor
晃平 細川
卓也 松本
吏彦 杉原
洋晴 井戸
英樹 横山
百紀 加茂
昌明 原田
Original Assignee
Ｊｆｅスチール株式会社
山川産業株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/14—Closures
    • B22D41/44—Consumable closure means, i.e. closure means being used only once
    • B22D41/46—Refractory plugging masses

Definitions

  • the present invention relates to a filling structure for a filler of a sliding switchgear and a method for manufacturing a slab.
  • a sliding switchgear (also referred to as a "sliding nozzle” or “rotary nozzle”) used for injecting molten steel into a tundish during continuous casting is provided at the bottom of a ladle that receives molten steel. ..
  • a sliding switchgear in order to prevent the molten steel from solidifying in the nozzle of the sliding switchgear, in the nozzle of the sliding switchgear before receiving the molten steel in the ladle. Is filled with sand, which is a refractory filler.
  • silica sand SiO 2 : 90% by mass to 99% by mass
  • chromite sand produced by drying, classifying, etc. using chromite having a high melting temperature as a raw material may be used as sand filling.
  • quartz sand has a low melting temperature
  • chromite sand has a drawback that it is easily sintered during holding of molten steel. For this reason, in the conventional sand filling, a sintered layer is formed by the molten steel, and non-opening holes may occur in which the holes cannot be opened.
  • Patent Document 1 discloses a technique of filling the lower layer of the nozzle hole with chromite sand and the upper layer with silica sand. Further, in Patent Document 2, a mixture of silica sand and feldspar is placed in the upper layer of the molten metal outlet of the molten metal storage container (take pot), and sparingly meltable sand such as a mixture of silica sand and chromite sand is placed in the lower layer. The technology for allocating is disclosed. These techniques prevent the infiltration of molten steel by forming a dense melt at the interface between the sand and the molten steel arranged in the upper layer when the molten steel (molten metal) is injected.
  • the sand placed in the lower layer is poorly meltable, even if the sand in the upper layer melts and the sand in the lower layer comes into direct contact with the molten steel, it does not melt and float, and even if it is treated at high temperature for a long time, it opens naturally. It is stated that the pore ratio can be obtained.
  • Patent Document 3 states that by using a filler having a specific particle size distribution and blending ratio, a satisfactory pore size can be obtained by mixing particles having different specific densities almost uniformly.
  • a sliding nozzle filler is disclosed in which chromite sand comprises 70% by weight to 90% by weight, silica sand comprises 10% by weight to 30% by weight, and chromite sand substantially contains sand having a particle size distribution of 500 ⁇ m to 1000 ⁇ m.
  • the present invention has been made by paying attention to the above-mentioned problems, and has a filling structure for a filler of a sliding switchgear, which can obtain a high natural opening rate when a ladle with a large number of nozzles is used. And to provide a method for producing slabs.
  • the present invention is a filler filling structure used for a sliding opening / closing device for a quartz pan, and has a three-layer structure composed of an upper layer, a middle layer, and a lower layer.
  • the upper layer is composed of a first filler containing silica sand as a main component
  • the middle layer is composed of a second filler containing chromate sand and silica sand as main components
  • the lower layer is composed of a second filler containing silica sand as a main component.
  • the second filler has a filling structure of a filler of a sliding opening / closing device, which has fewer coarse particles than the third filler.
  • it is a method of manufacturing a slab using a ladle for steelmaking having a sliding opening / closing device, and the above-mentioned ladle having a filling structure of a filler of the above-mentioned sliding opening / closing device.
  • a method for producing a slab in which the slab is produced by injecting the slab into the continuous casting facility from a ladle.
  • a filling structure for a filler of a sliding switchgear and a method for manufacturing a slab which can obtain a high natural opening rate when a ladle with a large number of nozzles is used. ..
  • the sliding switchgear 2 is provided at the molten steel outlet of the ladle 1 and slides against the upper nozzle 21, the fixed plate 22 that supports the upper nozzle 21 from below, and the fixed plate 22. It includes a sliding plate 23 movably provided and a lower nozzle 24 mounted under the sliding plate 23.
  • the upper nozzle 21 is supported by the nozzle receiving brick 11 fitted in the refractory material of the ladle from the side of the molten steel outlet.
  • the sliding switchgear 2 takes two states, a closed position and an open position, by sliding the sliding plate 23 in the left-right direction of FIG.
  • the closed position is a state in which the opening of the sliding plate 23 does not overlap with the opening of the fixed plate 22 as shown in FIG.
  • the open position means that the sliding plate 23 moves to the left from the state shown in FIG. 1, and at least a part of the opening of the sliding plate 23 and the opening of the fixed plate 22 overlap. It is in a state of doing.
  • the sliding switchgear 2 is in the open position, if the molten steel is housed in the ladle 1, the molten steel is discharged from the ladle 1 via the sliding switchgear 2.
  • the ladle 1 is filled with the filler 3 in the sliding switchgear 2 in a state before receiving the molten steel.
  • the filler 3 is filled in the sliding switchgear 2 by charging the filler into the molten steel outlet of the ladle 1 with the sliding switchgear 2 in the closed position.
  • the filler 3 has a three-layer filling structure including an upper layer 41, a middle layer 42, and a lower layer 43 in this order from the upper side in the vertical direction.
  • the upper layer 41 is made of a first filler 31.
  • the first filler 31 is a packed sand containing silica sand as a main component, and preferably has 95% by mass or more of silica sand. Further, it is preferable that the first filler 31 contains 95% by mass or more of SiO 2 as a component. Further, the first filler 31 used as the upper layer 41 needs to cover the upper surface of the middle layer 42 after being charged into the ladle 1, and the charging method, the size of the molten steel outlet, and the holding of the molten steel are required. The amount used is set according to the thickness and the like required for the upper layer 41 set from the time and the like.
  • the middle layer 42 and the lower layer 43 are composed of a second filler 32 and a third filler 33, respectively.
  • the second filler 32 and the third filler 33 are stuffed sand in which silica sand is mixed with chromite sand, and the main components are chromite sand and silica sand.
  • the mixing ratio of the chromate sand and the silica sand in the second filler 32 and the third filler 33 is not particularly limited, but the mass ratio of the silica sand to the chroma sand is preferably 15% by mass or more and 25% by mass or less. ..
  • Cr 2 O 3 is contained in an amount of 32% by mass or more and 38% by mass or less and SiO 2 is contained in an amount of 14% by mass or more and 28% by mass or less as components of the second filler 32 and the third filler 33.
  • the particle size of the second filler 32 has less coarse particles than the particle size of the third filler 33.
  • the substantial particle size of the second filler 32 is preferably 53 ⁇ m or more and less than 600 ⁇ m, and the substantial particle size of the third filler 33 is preferably 53 ⁇ m or more and less than 850 ⁇ m.
  • the substantial particle size means that the ratio of the particles of the filler having the particle diameter in the above range is 99% by mass or more.
  • the ratio of the mass of the second filler 32 of the middle layer 42 to the sum of the mass of the second filler 32 of the middle layer 42 and the mass of the third filler 33 of the lower layer 43 is 0. It is preferably 4 or more and 0.6 or less.
  • the middle layer 42 and the lower layer 43 are preferably formed from the upper surface of the sliding plate 23 to the upper end of the nozzle receiving brick 11 in the vertical direction of the molten steel outlet.
  • the upper layer 41 is formed so as to swell from the upper end of the nozzle receiving brick 11 centering on the molten steel outlet.
  • the thickness of the upper layer 41 on the upper surface of the middle layer 42 is preferably 10 mm or more.
  • the ladle 1 filled with the filler 3 as described above is operated by the following method, whereby slabs are manufactured.
  • the molten steel is received in the ladle 1 filled with the filler 3, and the molten steel contained in the ladle 1 is subjected to the necessary secondary refining treatment.
  • the molten steel is manufactured in a converter, an electric furnace, or the like, and is received from various smelting furnaces into a ladle 1.
  • oxygen in the molten steel may be reduced by adding a deoxidizing agent such as aluminum to the molten steel (deoxidation, weak deoxidation).
  • the secondary smelting process is performed in a secondary smelting facility appropriately selected according to the steel type, operating conditions, etc., for the purpose of adjusting the components, temperature, quality, etc. of the molten steel.
  • the vacuum degassing process may be performed by the RH vacuum degassing device.
  • the molten steel is continuously cast by a continuous casting machine. In continuous casting, pouring is performed from the ladle 1 into the tundish, and at that time, a hole opening process is performed in which the sliding opening / closing device 2 is operated to discharge the molten steel from the ladle 1.
  • the sliding plate 23 is slid to move from the closed position to the open position (opening the sliding opening / closing device 2), so that the positions of the holes of the sliding plate 23 and the lower nozzle 24 and the upper nozzle 21 And the position of the hole of the fixing plate 22 coincides with each other, and the filler 3 drops due to the weight of the molten steel. Then, as the filler 3 falls, the molten steel falls and flows out.
  • a natural opening a phenomenon that molten steel naturally flows out when the sliding switchgear 2 is set to the open position
  • a non-open hole a phenomenon in which molten steel does not flow out even when the sliding switchgear 2 is in the open position. In the unlikely event that a non-open hole occurs, a process of cleaning the inside of the nozzle with oxygen to open the hole is performed.
  • the molten steel is held in the ladle 1 during the period from receiving the molten steel in the ladle 1 to injecting the molten steel into the tundish. At that time, the surface of the upper layer 41 of the filler 3 is in contact with the molten steel.
  • the upper layer 41 is composed of the first filler 31 containing silica sand having a relatively low melting point as a main component, the portion of the surface of the upper layer 41 in contact with the molten steel is slightly melted.
  • a dense layer in which the molten layer is impregnated into the packed layer of the solid filler 3 is formed. By forming this dense layer, the infiltration of molten steel downward into the filler 3 is suppressed.
  • the upper layer of the filler 3 gradually melts, and the thickness of the upper layer gradually decreases. As a result, the interface position between the molten steel and the surface of the upper layer 41 descends. Then, when the upper layer 41 is completely melted, the middle layer 42 comes into direct contact with the molten steel. By appropriately melting the upper layer 41, the time until the middle layer 42 and the lower layer 43 are exposed to the molten steel is delayed, and the sintering of the filler 3 arranged in the middle layer 42 and the lower layer 43 also progresses. It can be suppressed.
  • the time from receiving the molten steel to the ladle 1 to opening the sliding switchgear 2 becomes long, sintering of the filler 3 proceeds. Therefore, by shortening this time, the natural opening rate can be increased. Can be enhanced. If the time from receiving the molten steel to the ladle 1 to opening the sliding switchgear 2 exceeds 8 hours, non-opening holes may occur, so this time is preferably set to 8 hours or less.
  • a filler 3 in which silica sand is mixed with chromite sand is used for the middle layer 42 and the lower layer 43.
  • a mixture of chromite sand and silica sand it is possible to compensate for both the drawbacks of chromite sand, which is easy to sinter when used alone, and the drawback of silica sand, which has a low melting temperature, although the melting temperature is high. can. That is, even if the upper layer 41 is completely melted and the middle layer 42 comes into direct contact with the molten steel, the filler 3 is less likely to melt, and even if the contact time is extended, the sintering thickness and the sintering strength are increased. Becomes smaller. As a result, the natural opening rate can be increased.
  • the number of coarse particles of the second filler 32 to be filled in the middle layer 42 is smaller than that of the third filler 33 to be filled in the lower layer 43.
  • the inventor first devised a method of arranging a mixture of chromite sand and silica sand in the filler as described above, but the natural opening rate did not reach 100% by itself, and non-opening occurred. As a result of investigating the operating conditions in which non-open holes occurred, it was found that non-open holes were more common in the case of ladle with a large number of nozzles. Then, the present inventor has diligently studied the influence of the number of times the nozzle is used on the sand filling, and has arrived at the present invention.
  • the number of times the nozzle is used is the number of times that the steelmaking process from receiving the molten steel to discharging the molten steel after the nozzle receiving brick 11 is provided in the ladle 1 is counted as one time, and the nozzle receiving brick 11 is used. Is the number of times that was used in the steelmaking process.
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of the ladle 1 in which the nozzle is frequently used.
  • the nozzle receiving bricks 11 are melted and the height thereof is close to the upper end of the upper nozzle 21 as compared with the state immediately after the nozzle receiving bricks 11 are provided as shown in FIG. It can be seen that it has decreased to.
  • the second filler 32 to be filled at the position corresponding to the middle layer 42 spreads and fills so as to cover the upper surface of the upper nozzle 21. Therefore, the contact area between the second filler 32 and the molten steel may increase, and the temperature of the filler 3 may rise to promote sintering.
  • the sintered filler 3 was collected from the pan in which the non-open holes were generated, and analyzed by SEM-EDS (energy dispersive X-ray spectroscopic analysis by a scanning electron microscope). As a result, permeation of the bare metal (that is, permeation of molten steel) was not confirmed, but CaO, SiO 2 , FeO, Al 2 O 3 , etc. were found in the gaps between the particles of silica sand and chromate sand, which are the constituent materials of the filler 3. The slag component of was confirmed.
  • the molten slag that permeates into the filler 3 often has a lower melting point and a higher viscosity than the molten steel. Therefore, rather than stopping the permeation of the molten slag by solidifying it in the sand, it is considered effective to increase the flow resistance and suppress the permeation of the slag.
  • the second filler 32 to be filled in the middle layer 42 has fewer coarse particles than the third filler 33, and the particle gap of the filler 3 is reduced.
  • the flow resistance of the slag in the filler 3 can be increased to prevent permeation.
  • the particle size of the filler 3 containing the chromite sand is made finer, the sintering itself of the chromite sand is likely to occur regardless of the presence or absence of slag permeation.
  • the particle size of only the second filler 32 of the middle layer 42 which is a portion likely to come into contact with the slag, is made finer, and the particle size of the third filler 33 of the lower layer 43 is made coarser. ..
  • the sintering range is limited to the inside of the middle layer 42, so that the thickness of the sintered layer does not increase and the holes do not reach.
  • the second filler 32 preferably has a substantial particle size of 53 ⁇ m or more and less than 600 ⁇ m
  • the third filler 33 has a substantial particle size of 53 ⁇ m or more and less than 850 ⁇ m. Is preferable.
  • the uniform filler can be improved, the formation of an excessive sintered layer is suppressed, and the shelf due to thermal expansion is suppressed. Suspension can be prevented and penetration of slag and ground iron can be reduced. Therefore, the natural opening rate can be improved.
  • the chromite sand is likely to be sintered regardless of the presence or absence of slag infiltration, so it is desirable that the particle size is 53 ⁇ m or more.
  • the third filler 33 of the lower layer 43 contains particles having a particle size of 850 ⁇ m or more, it becomes difficult for the chromite sand and the silica sand to be uniformly mixed, so that a portion where molten steel easily permeates is formed. May be done. If the molten steel permeates the portion, the molten steel solidifies inside the filler 3 to form a strong sintered layer, which may cause non-open holes.
  • the slag adhering to and remaining on the nozzle receiving brick 11 and the like melts and permeates into the packed sand.
  • the particle size of the second filler 32 of the middle layer 42 is less than 600 ⁇ m, which is smaller than the third filler 33 of the lower layer 43, slag permeation is prevented more effectively and slag does not permeate. It is also possible to prevent site sintering.
  • the particle size in the present embodiment means a value measured according to the JIS casting sand test method (Z2601). Briefly explaining this method, in the case of the chromite sand for the third filler 33, for example, a sieve having a nominal size of 53 ⁇ m is overlaid with a sieve having a nominal size of 850 ⁇ m, and the raw material chromite sand is placed on the sieve having a nominal size of 850 ⁇ m. Using a sieving machine such as a low-tap type sieving machine, the chromite sand remaining between the two sieves is used as a chromite sand having a particle size distribution of 53 ⁇ m to 850 ⁇ m.
  • the silica sand is also sifted in the same manner to obtain silica sand having a particle size distribution of 53 ⁇ m to 850 ⁇ m, and the obtained chromite sand and silica sand are mixed at a predetermined ratio to obtain a third filler 33.
  • the second filler 32 is obtained in the same manner as the third filler 33, except that the nominal dimensions of the sieve used are changed to 53 ⁇ m and 600 ⁇ m.
  • the ratio is preferably 0.4 or more and 0.6 or less.
  • the ratio of the second filler 32 described above is smaller than 0.4, the thickness of the middle layer 42 may become thin and the penetration of slag may proceed to the lower layer 43.
  • the ratio of the second filler 32 described above is larger than 0.6, the thickness of the middle layer 42 becomes thick, and when a sintered layer that does not depend on the penetration of slag is formed, the middle layer 42 As the layer thickness increases, the sintered layer also becomes thicker, which may cause non-open holes.
  • the sliding switchgear 2 is a two-layer switchgear having a fixed plate 22 and a sliding plate 23, but the present invention is not limited to this example.
  • the sliding switchgear 2 is a three-layer switchgear having a lower plate provided on the lower surface of the sliding plate 23 and fixed to the fixing plate 22 in addition to the configuration of the switching mechanism described above. You may. In this case, the lower nozzle 24 is attached to the lower plate.
  • the substantial particle size of the second filler 32 is preferably 53 ⁇ m or more and less than 600 ⁇ m, and the substantial particle size of the third filler 33 is 53 ⁇ m or more and less than 850 ⁇ m.
  • the present invention is not limited to such an example.
  • the first mesh which is the finest mesh among the meshes through which 99% by mass or more of the particles constituting the second filler 32 can pass, is 99 of the particles constituting the third filler 33. It may be smaller than the second mesh, which is the finest mesh among the meshes through which mass% or more can pass.
  • the second filler 32 and the third filler 33 it is preferable that particles having the same particle size distribution are sorted by sieves having different sieve meshes.
  • sand of the same raw material is used as the second filler 32 under a sieve having a nominal size of 0.6 mm, excluding those that did not pass through a sieve having a nominal size of 0.6 mm, and has a nominal size of 0.85 mm.
  • the material under the sieve having a nominal size of 0.85 mm may be used as the third filler 33.
  • the particle size of the particle having the largest particle size among the particles constituting the second filler 32 is smaller than the particle size of the particle having the largest particle size among the particles constituting the third filler 33. May be good.
  • the filling structure of the filler 3 of the sliding opening / closing device 2 is the filling structure of the filler 3 used in the sliding opening / closing device 2 of the quartz pan 1. It has a three-layer structure composed of a layer 41, a middle layer 42, and a lower layer 43.
  • the upper layer 41 is composed of a first filler 31 containing silica sand as a main component, and the middle layer 42 is chromite.
  • the lower layer 43 is composed of a third filler 33 containing chromate sand and quartz sand as main components, and the second filler 32 is composed of a second filler 32 containing sand and silica sand as main components. There are fewer particles with a coarser grain size than the third filler 33.
  • the middle layer 42 suppresses the penetration of the molten slag into the filler 3.
  • the sintering range can be reduced. Therefore, even in the ladle 1 in which the nozzle is frequently used, the filler 3 is difficult to sinter, and molten steel and slag are difficult to permeate.
  • the first filler 31 containing silica sand as a main component by having the first filler 31 containing silica sand as a main component, a dense layer is formed in the upper layer 41 by melting the silica sand as described above. , It is possible to suppress the intrusion of molten steel below the filler 3. As a result, the molten steel can be held in the ladle 1 for a long time. From the above, according to the configuration of the above (1), an extremely high natural opening rate can be obtained.
  • the particle size of the particle having the largest particle size among the particles constituting the second filler is the particle having the largest particle size among the particles constituting the third filler. Is smaller than the particle size of.
  • the first mesh which is the finest mesh among the meshes through which 99% by mass or more of the particles constituting the second filler can pass, is the third filling. It is smaller than the second mesh, which is the finest mesh among the meshes through which 99% by mass or more of the particles constituting the material can pass.
  • the second filler 32 contains 99% by mass or more of particles having a particle diameter of 53 ⁇ m or more and less than 600 ⁇ m
  • the third filler 33 contains. It contains 99% by mass or more of particles having a particle size of 53 ⁇ m or more and less than 850 ⁇ m.
  • the middle layer 42 and the lower layer 43 are less likely to be sintered.
  • the particle size of the second filler 32 is set to less than 600 ⁇ m, the permeation of the molten slag is further suppressed.
  • the particle size of the third filler 33 to less than 850 ⁇ m, the chromite sand and the silica sand can be mixed more uniformly.
  • the ratio of the mass of the second filler 32 used for the middle layer 42 to the mass of the second filler 32 is 0.4 or more and 0.6 or less. According to the above configuration (5), it is possible to suppress the permeation of the molten slag and the thickness of the sintered layer at the same time, and it is possible to further improve the natural opening rate.
  • the sliding opening / closing device 2 according to any one of the above (1) to (5), which is a method for manufacturing a slab using a steelmaking ladle 1 having a sliding opening / closing device 2.
  • the molten steel is received in the ladle 1 having the filling structure of the filler 3, the molten steel contained in the ladle 1 is subjected to the secondary refining treatment, and the sliding opening / closing device 2 is opened in the continuous casting facility to perform the secondary refining.
  • a slab is manufactured by injecting the smelted molten steel from the ladle 1 into a continuous casting facility.
  • the configuration of (6) above the same effect as the configuration of (1) to (5) above can be obtained.
  • the time from receiving the molten steel in the ladle 1 to opening the sliding switchgear 2 is set to 8 hours or less. According to the configuration of (7) above, the natural opening rate can be further increased.
  • the filler 3 was filled in the sliding opening / closing device 2 provided at the bottom of the 200t ladle 1, operated for 2 months, and the natural opening rates were compared.
  • the structure of the filler 3 is a three-layer structure including an upper layer 41, a middle layer 42, and a lower layer 43, as in the above embodiment. Further, in the example, 10 kg of silica sand was used as the first filler 31 in the upper layer 41.
  • the middle layer 42 is filled with chromite sand having a substantial particle size of 53 ⁇ m or more and less than 600 ⁇ m and silica sand mixed at a mass ratio of 75:25 (chromite sand: silica sand). 10 kg was used.
  • the lower layer 43 is filled with chromite sand having a substantial particle size of 53 ⁇ m or more and less than 850 ⁇ m and silica sand mixed at a mass ratio of 75:25 (chromite sand: silica sand). 10 kg was used.
  • Table 1 shows the measurement results of the particle size distribution of the packed sand used as the second filler 32 and the third filler 33 of Examples and Comparative Examples.
  • the filling sand shown in sample A was used as the second filler 32 in the example
  • the filling sand shown in sample B was the third filler 33 in the example and the second filler 32 in the comparative example. It was used as the filler 32 of 2 and the filler 33 of the third.
  • the mass ratio corresponding to the nominal size of the sieve indicates the particle size distribution measured according to the JIS casting sand test method (Z2601). Further, in Table 1, the mass ratio whose nominal size of the sieve is indicated by "pan” indicates particles having a particle size of less than 0.053 mm, which finally passes through the sieve of 0.053 mm.
  • the comparative example 10 kg of silica sand is used as the first filler 31 in the upper layer 41, and the middle layer 42 and the lower layer 43 are substantially used as the second filler 32 and the third filler 33.
  • 10 kg each of stuffed sand in which chromite sand having a specific particle size of 53 ⁇ m or more and less than 850 ⁇ m and silica sand were mixed at a mass ratio of 75:25 (chromite sand: silica sand) was used. That is, in the comparative example, the same material was used for the second filler 32 and the third filler 33, and the filler structure of the filler 3 was substantially a two-layer structure.
  • the results of Examples and Comparative Examples are shown in FIG. In FIG. 3, the vertical axis is an index with the natural opening rate of the example as 100.0. As shown in FIG. 3, it was confirmed that the natural opening rate was improved by making the filling structure of the filler 3 the same as that of the above embodiment.

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Abstract

ノズル使用回数の多い取鍋を用いる場合において、高い自然開孔率が得られる、摺動開閉装置の充填材の充填構造及び鋳片の製造方法を提供することを目的とする。製鋼用の取鍋（１）の摺動開閉装置（２）に用いられる充填材（３）の充填構造であって、上部層（４１）と、中部層（４２）と、下部層（４３）とで構成される３層構造を有し、上部層（４１）は、珪砂を主成分とする第１の充填材（３１）からなり、中部層（４２）は、クロマイトサンドと珪砂とを主成分とする第２の充填材（３２）からなり、下部層（４３）は、クロマイトサンドと珪砂とを主成分とする第３の充填材（３３）からなり、第２の充填材（３２）は、第３の充填材（３３）よりも粒度が粗い粒子が少ない。

Description

摺動開閉装置の充填材の充填構造及び鋳片の製造方法
　本発明は、摺動開閉装置の充填材の充填構造及び鋳片の製造方法に関する。
　溶鋼を受鋼する取鍋の底部には、連続鋳造時に溶鋼をタンディッシュに注入する場合等に使用する摺動開閉装置（「スライディングノズル」または「ロータリーノズル」ともいう。）が設けられている。このような摺動開閉装置を備えた取鍋では、摺動開閉装置のノズル内で溶鋼が凝固することを防止するために、溶鋼を取鍋に受鋼する前に摺動開閉装置のノズル内に耐火性の充填材である詰砂が充填される。取鍋内に溶鋼が充填された後にノズルを開くと、ノズル内の詰砂が自重で落下するのに続いて溶鋼が流出し、注入開始となる。ノズル開の操作のみで注入開始できる場合を自然開孔と呼ぶ。
　従来、この種の詰砂としては、一般的に珪砂（ＳｉＯ２：９０質量％～９９質量％）が用いられている。また、溶融温度の高いクロム鉱石を原料とし、乾燥、分級等を行って製造されたクロマイトサンドが詰砂として用いられる場合もある。しかしながら、珪砂は溶融温度が低く、クロマイトサンドは溶鋼保持中に焼結しやすいという欠点がある。このため、従来の詰砂では、溶鋼により焼結層が形成され、孔が開かなくなる不開孔が生じることがある。連続鋳造においてこのような不開孔が生じると、ロングノズルを取外し、下部から酸素を吹き込んで強制的に開孔しなければならず、溶鋼が空気に触れて品質に悪影響を与え、鋳片の格落ちやスクラップとなって多大な損害を生じる。したがって、このような不開孔がほとんど生じないこと、すなわち自然開孔率がほぼ１００％であることが望まれている。
　特許文献１には、ノズル孔の下層にクロマイトサンドを、上層にシリカ砂を充填する技術が開示されている。また、特許文献２には、溶湯貯留容器（取鍋）の溶湯流出口の上層にシリカ砂と長石との混合物を、下層にシリカ砂とクロマイト砂との混合物などの難溶融性の砂をそれぞれ配する技術が開示されている。これらの技術は、溶鋼（溶湯）が注入された際に、上層に配した砂と溶鋼との界面部分に緻密な溶融物を形成させて、溶鋼の浸入を防止する。そして、下層に配した砂は難溶融性であるため、上層の砂が溶解して下層の砂が溶鋼に直接接触しても溶融浮上せず、高温長時間の処理であっても高い自然開孔率が得られると記載されている。
　さらに、特許文献３には、特定の粒度分布及び配合割合を有する充填材を使用することにより、比重の異なる粒体をほぼ均一に混合すれば、満足できる開孔率を得ることができるとして、クロマイト砂が７０重量％～９０重量％、シリカ砂が１０重量％～３０重量％からなり、クロマイト砂が５００μｍ～１０００μｍの粒度分布の砂を実質的に含むスライディングノズル充填材が開示されている。
特開昭５７－１３９４６６号公報 特開２００５－８８０２０号公報 国際公開第９７／０５９７８号
　しかし、特許文献１～３の技術を用いた場合でも、依然として不開孔は発生しており、自然開孔率のさらなる向上が望まれている。特に、ノズル使用回数が多い取鍋の場合、自然開孔率が低くなることが問題となっていた。
　そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、ノズル使用回数の多い取鍋を用いる場合において、高い自然開孔率が得られる、摺動開閉装置の充填材の充填構造及び鋳片の製造方法を提供することを目的としている。
　本発明の一態様によれば、製鋼用の取鍋の摺動開閉装置に用いられる充填材の充填構造であって、上部層と、中部層と、下部層とで構成される３層構造を有し、上記上部層は、珪砂を主成分とする第１の充填材からなり、上記中部層は、クロマイトサンドと珪砂とを主成分とする第２の充填材からなり、上記下部層は、クロマイトサンドと珪砂とを主成分とする第３の充填材からなり、上記第２の充填材は、上記第３の充填材よりも粗い粒子が少ない、摺動開閉装置の充填材の充填構造が提供される。
　本発明の一態様によれば、摺動開閉装置を有する製鋼用の取鍋を用いた鋳片の製造方法であって、上記の摺動開閉装置の充填剤の充填構造を有する上記取鍋に溶鋼を受鋼し、上記取鍋に収容された上記溶鋼に二次精錬処理を施し、連続鋳造設備にて上記摺動開閉装置を開いて、上記二次精錬処理を施された上記溶鋼を上記取鍋から上記連続鋳造設備に注入することで、鋳片を製造する、鋳片の製造方法が提供される。
　本発明の一態様によれば、ノズル使用回数の多い取鍋を用いる場合において、高い自然開孔率が得られる、摺動開閉装置の充填材の充填構造及び鋳片の製造方法が提供される。
本発明の一実施形態に係る充填材の充填構造を示す断面図である。 ノズル使用回数が多い場合における、充填材の充填構造を示す断面図である。 実施例における自然開孔率指数を比較例と比較した図である。
　以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供するように、本発明の実施形態を例示して多くの特定の細部について説明する。しかしながら、かかる特定の細部の説明がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかである。また、図面は、簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
　図１を参照して、製鋼用の取鍋１の摺動開閉装置２と充填材３の充填構造を説明する。図１に示すように、摺動開閉装置２は、取鍋１の溶鋼流出口に設けられ、上ノズル２１と、上ノズル２１を下方から支持する固定プレート２２と、固定プレート２２に対して摺動可能に設けられた摺動プレート２３と、摺動プレート２３の下に取り付けられた下部ノズル２４とを備えている。上ノズル２１は、溶鋼流出口側方から取鍋の耐火物に嵌め込まれたノズル受けレンガ１１に支持されている。摺動開閉装置２は、摺動プレート２３が図１の左右方向に摺動することで、閉位置と開位置との２つの状態をとる。摺動開閉装置２において閉位置とは、図１のように摺動プレート２３の開口部が、固定プレート２２の開口部と重畳していない状態である。一方、摺動開閉装置２において開位置とは、図１の状態から摺動プレート２３が左方向に移動し、摺動プレート２３の開口部の少なくとも一部と固定プレート２２の開口部とが重畳する状態である。摺動開閉装置２が開位置となる状態では、取鍋１に溶鋼が収容されていると、この溶鋼が摺動開閉装置２を介して取鍋１から排出される状態となる。
　取鍋１は、溶鋼を受鋼する前の状態において、摺動開閉装置２に充填材３が充填される。この際、摺動開閉装置２を閉位置とした状態で、取鍋１の溶鋼流出口に充填材が投入されることで、摺動開閉装置２に充填材３が充填される。摺動開閉装置２へ充填された状態で、充填材３は、鉛直方向の上側から順に、上部層４１と、中部層４２と、下部層４３とからなる３層の充填構造を有する。
　上部層４１は、第１の充填材３１からなる。第１の充填材３１は、珪砂を主成分とする詰砂であり、９５質量％以上の珪砂を有することが好ましい。また、第１の充填材３１は、成分として、ＳｉＯ２が９５質量％以上含まれることが好ましい。また、上部層４１として用いられる第１の充填材３１は、取鍋１への投入後に、中部層４２の上面を覆う量が必要であり、投入方法や溶鋼流出口の大きさ、溶鋼の保持時間等から設定される上部層４１に必要な厚み等に応じて使用量が設定される。
　中部層４２及び下部層４３は、第２の充填材３２及び第３の充填材３３からそれぞれなる。第２の充填材３２及び第３の充填材３３は、クロマイトサンドに珪砂を混合した詰砂であり、クロマイトサンドと珪砂とを主成分とする。第２の充填材３２及び第３の充填材３３における、クロマイトサンドと珪砂との混合比は特に限定されないが、クロマイサンドに対する珪砂の質量比を１５質量％以上２５質量％以下とすることが好ましい。また、第２の充填材３２及び第３の充填材３３の成分として、Ｃｒ２Ｏ３が３２質量％以上３８質量％以下、ＳｉＯ２が１４質量％以上２８質量％以下含まれることが好ましい。
　また、第２の充填材３２の粒度は、第３の充填材３３の粒度よりも粗い粒子が少ない。ここで、第２の充填材３２の実質的な粒度は、５３μｍ以上６００μｍ未満であることが好ましく、第３の充填材３３の実質的な粒度は、５３μｍ以上８５０μｍ未満であることが好ましい。なお、実質的な粒度とは、粒子径が上記の範囲となる充填材の粒子の比率が９９質量％以上であることをいう。さらに、中部層４２の第２の充填材３２の質量と下部層４３の第３の充填材３３の質量との和に対する、中部層４２の第２の充填材３２の質量の比は、０．４以上０．６以下であることが好ましい。
　さらに、中部層４２及び下部層４３は、溶鋼流出口の上下方向に対して、摺動プレート２３の上面からノズル受けレンガ１１の上端まで形成されることが好ましい。そして、上部層４１は、ノズル受けレンガ１１の上端から、溶鋼流出口を中心に盛り上がるように形成される。なお、中部層４２の上面の上部層４１の厚みは、１０ｍｍ以上とすることが好ましい。
　充填材３のこのような構造は、摺動開閉装置２が閉位置の状態で、溶鋼流出口に、第３の充填材３３、第２の充填材３２及び第１の充填材３１が順に投入され、充填されることで形成される。
　上述のように充填材３が充填された取鍋１は、一例として、以下の方法で運用され、これにより鋳片が製造される。まず、充填材３を充填した取鍋１に溶鋼を受鋼し、取鍋１に収容された溶鋼に対して必要な二次精錬処理が施される。溶鋼は、転炉や電気炉等で製造され、各種の精錬炉から取鍋１へと受鋼される。この際、溶鋼にアルミニウムなどの脱酸剤を添加することで、溶鋼中の酸素を低減してもよい（脱酸、弱脱酸）。二次精錬処理は、鋼種や操業条件等に応じて適宜選択される二次精錬設備にて、溶鋼の成分や温度、品質等の調整を目的に行われる。例えば、二次精錬処理では、ＲＨ真空脱ガス装置にて真空脱ガス処理が行われてもよい。次いで、連続鋳造機にて溶鋼を連続鋳造する。連続鋳造では、取鍋１からタンディッシュに注入するが、その際、摺動開閉装置２を作動させて溶鋼を取鍋１から排出させる開孔処理が行われる。開口処理では、摺動プレート２３を摺動させ、閉位置から開位置とすること（摺動開閉装置２を開くこと）で、摺動プレート２３及び下部ノズル２４の孔の位置と、上ノズル２１及び固定プレート２２の孔の位置とが一致し、溶鋼の重さによって充填材３が落下する。そして、充填材３の落下とともに、溶鋼が落下・流出する。このように、摺動開閉装置２を開位置とすることで自然に溶鋼が流出する現象を、自然開孔という。一方、摺動開閉装置２を開位置としても溶鋼が流出しない現象を、不開孔という。万一、不開孔が生じた場合には、ノズル内を酸素洗浄して開孔させる処理が行われる。
　取鍋１に溶鋼を受鋼してから、タンディッシュに溶鋼を注入するまでの期間、溶鋼は取鍋１内に保持されることになる。その際、充填材３の上部層４１の表面は、溶鋼と接触した状態となる。本実施形態では、上部層４１は比較的融点の低い珪砂を主成分とする第１の充填材３１で構成されるので、上部層４１の表面の溶鋼と接触している部位はわずかに溶融し、その直下には固体の充填材３の充填層に溶融層がしみ込んだ緻密な層が形成される。この緻密な層が形成されることで、充填材３内の下方への溶鋼の浸入が抑えられる。また、取鍋１内に溶鋼を保持する期間中、充填材３の上部層は徐々に溶融し、上部層の厚みは徐々に減少する。その結果、溶鋼と上部層４１の表面との界面位置が下降していく。そして、上部層４１がすべて溶融すると、中部層４２が溶鋼に直接接触するようになる。上部層４１が適度に溶融することで、中部層４２や下部層４３が溶鋼に暴露されるまでの時間を遅らせるとともに、中部層４２や下部層４３に配した充填材３の焼結の進行も抑えられる。なお、溶鋼を取鍋１に受鋼してから摺動開閉装置２を開くまでの時間が長くなると、充填材３の焼結が進行するため、この時間を短くすることで自然開孔率をより高めることができる。溶鋼を取鍋１に受鋼してから摺動開閉装置２を開くまでの時間が８時間を超えると不開孔が生じる可能性があるため、この時間を８時間以内とすることが好ましい。
　本実施形態では、中部層４２及び下部層４３には、クロマイトサンドに珪砂を混合して配した充填材３が用いられる。クロマイトサンドと珪砂との混合物を使用することで、溶融温度は高いものの、単体で使用した場合に焼結しやすいというクロマイトサンドの欠点、及び溶融温度が低いという珪砂の欠点の両方を補うことができる。すなわち、上部層４１がすべて溶融して中部層４２が溶鋼に直接接触するようになっても、充填材３が溶融しにくくなり、かつ接触時間が延びた場合でも焼結厚と焼結強度とが小さくなる。その結果、自然開孔率を高めることができる。
　さて、本実施形態では、中部層４２に充填する第２の充填材３２について、下部層４３に充填する第３の充填材３３よりも粗い粒子が少なくなるようにする。発明者は、まず上記のように充填材にクロマイトサンドと珪砂との混合物を配する工夫をしたが、それだけでは自然開孔率が１００％に至らず、不開孔が発生した。不開孔が発生した操業の条件を調査したところ、不開孔はノズル使用回数の多い取鍋の場合に多いことがわかった。そして、本発明者は、ノズル使用回数が詰砂に及ぼす影響を鋭意検討し、本発明をするに至ったものである。なお、ノズル使用回数とは、取鍋１にノズル受けレンガ１１を設けた後、溶鋼を受鋼してから鋳造時に排出するまでの製鋼処理を１回として計数した回数であり、ノズル受けレンガ１１を製鋼処理で使用した回数である。
　図２には、ノズル使用回数が多い取鍋１の断面模式図を示す。ノズル使用回数が多い取鍋１では、図１のようにノズル受けレンガ１１を設けた直後の状態と比較して、ノズル受けレンガ１１が溶損し、その高さが上ノズル２１の上端に近いレベルにまで減少していることがわかる。このような状態になると、中部層４２に相当する位置に充填される第２の充填材３２は、上ノズル２１の上面を覆うように広がって充填されるようになる。このため、第２の充填材３２と溶鋼との接触面積が増加し、充填材３の温度が上昇して焼結を助長するように作用する可能性がある。さらに、不開孔が発生した取鍋から焼結した充填材３を採取し、ＳＥＭ－ＥＤＳ（走査型電子顕微鏡によるエネルギー分散型Ｘ線分光分析）にて分析した。その結果、地金の浸透（つまり、溶鋼浸透）は確認されなかった一方で、充填材３の構成物質である珪砂やクロマイトサンドの粒子の間隙にＣａＯやＳｉＯ２、ＦｅＯ、Ａｌ２Ｏ３などのスラグ成分が確認された。これらのことより、充填材３の焼結は、ノズル受けレンガ１１等に付着・残留したスラグが、取鍋１中に溶鋼を保持する期間中に溶解し、比較的温度が高くなった充填材３内に浸透することで発生すると推定された。
　ノズル受けレンガ１１等に、多少のスラグが付着・残留することは操業上避けられない。このため、不開孔を防止する観点からは、付着・残留したスラグが溶解しても、詰砂内に浸透しないようにできればよい。具体的な対策としては、スラグが浸透しにくい充填材３の組成や配合の検討が挙げられるが、スラグや充填材３の成分組成によっては、低融点層を形成したり、逆に焼結を促進させたりする場合があるので、実施にはリスクがある。一方、充填材３内に浸透する溶融スラグは、溶鋼に比べて低融点で、高粘性である場合が多い。従って、詰砂内で溶融スラグを凝固させることによってその浸透を停止させるよりも、流動抵抗を大きくしてスラグの浸透を抑える対策が有効と考えられる。
　すなわち、本実施形態のように、中部層４２に充填する第２の充填材３２について、第３の充填材３３よりも粗い粒子が少なくなるようにし、充填材３の粒子間隙を小さくすることで、充填材３内におけるスラグの流動抵抗を大きくして浸透しないようにすることができる。ただし、クロマイトサンドを含む充填材３の粒度を細かくすると、スラグの浸透の有無にかかわらずクロマイトサンドの焼結自体は起こりやすくなる。このため、本実施形態では、スラグと接触する可能性が高い部分である中部層４２の第２の充填材３２のみ粒度を細かくし、下部層４３の第３の充填材３３の粒度は粗くする。これにより、仮に中部層４２でクロマイトサンドの焼結が起こったとしても、焼結する範囲が中部層４２内に限られるため焼結層厚が厚くならず、不開孔までには至らない。
　また、上述のように、第２の充填材３２は、実質的な粒度を５３μｍ以上６００μｍ未満とすることが好ましく、第３の充填材３３は、実質的な粒度を５３μｍ以上８５０μｍ未満とすることが好ましい。第２の充填材３２及び第３の充填材３３を、それぞれこのような粒度分布とすることにより、均一充填性を高めることができ、過剰な焼結層の生成が抑制され、熱膨張による棚吊りを防止でき、スラグや地鉄の浸透を低減することができる。このため、自然開孔率を向上させることができる。中部層４２及び下部層４３ともに、５３μｍ未満の粒子が含まれると、スラグの浸透の有無にかかわらずクロマイトサンドが焼結しやすくなるので、粒径は５３μｍ以上とすることが望ましい。また、下部層４３の第３の充填材３３に粒径が８５０μｍ以上の粒子が含まれると、クロマイトサンドと珪砂とが均一に混合されにくくなるため、部分的に溶鋼が浸透しやすい箇所が形成される可能性がある。万一その箇所に溶鋼が浸透すると、溶鋼は充填材３の内部で凝固して強固な焼結層が生成し、不開孔の原因になる場合がある。さらに、中部層４２においては、上部層４１の溶融後、溶鋼に直接接触するようになると、ノズル受けレンガ１１等に付着・残留したスラグが溶融して詰砂内に浸透する。中部層４２の第２の充填材３２の粒径を、下部層４３の第３の充填材３３よりも小さい６００μｍ未満とすることで、より効果的にスラグの浸透を防ぎ、かつスラグが浸透しない部位の焼結も防止できる。
　ここで、本実施形態における粒度は、ＪＩＳの鋳物砂の試験方法（Ｚ２６０１）に準じて測定した値をいう。この方法を概略説明すると、第３の充填材３３用のクロマイトサンドの場合、例えば、ふるいの呼び寸法が５３μｍのふるいの上に８５０μｍのふるいを重ね、８５０μｍのふるいの上に原料クロマイトサンドを載せ、ロータップ型ふるい機等のふるい分け機械を使用し、２つのふるい間に残ったクロマイトサンドを、粒度分布が５３μｍ～８５０μｍのクロマイトサンドとする。そして、珪砂についても同様にふるいい分けして粒度分布が５３μｍ～８５０μｍの珪砂とし、得られたクロマイトサンドと珪砂を所定の比率で混合して第３の充填材３３を得る。第２の充填材３２は、使用するふるいの呼び寸法を、５３μｍと６００μｍに変えること以外は、第３の充填材３３と同様にして得られる。
　さらに、上述のように、中部層４２の第２の充填材３２の質量と下部層４３の第３の充填材３３の質量との和に対する、中部層４２の第２の充填材３２の質量の比を、０．４以上０．６以下とすることが好ましい。上述の第２の充填材３２の比が０．４よりも小さい場合には、中部層４２の厚みが薄くなり、スラグの浸透が下部層４３まで進行してしまう場合がある。また、上述の第２の充填材３２の比が０．６よりも大きい場合には、中部層４２の厚みが厚くなり、スラグの浸透に依らない焼結層が形成した場合、中部層４２の層厚が厚いことに伴って焼結層も厚くなり、不開孔の原因となる場合がある。
　＜変形例＞
　以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態とともに種々の変形例を含む本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲に記載された発明の実施形態には、本明細書に記載したこれらの変形例を単独または組み合わせて含む実施形態も網羅すると解すべきである。
　例えば、上記実施形態では、摺動開閉装置２が、固定プレート２２と摺動プレート２３とを有する２層式の開閉機構であるとしたが、本発明は係る例に限定されない。例えば、摺動開閉装置２は、上記の開閉機構の構成に加えて、摺動プレート２３の下面に設けられ、固定プレート２２に対して固定される下部プレートを有する３層式の開閉機構であってもよい。この場合、下部ノズル２４は、下部プレートに取り付けられる。
　さらに、上記実施形態では、第２の充填材３２の実質的な粒度が、５３μｍ以上６００μｍ未満であることが好ましく、第３の充填材３３の実質的な粒度が、５３μｍ以上８５０μｍ未満であることが好ましいとしたが本発明はかかる例に限定されない。例えば、第２の充填材３２を構成する粒子の９９質量％以上が通過可能な篩目のうち最も細かい篩目である第１の篩目が、第３の充填材３３を構成する粒子の９９質量％以上が通過可能な篩目のうち最も細かい篩目である第２の篩目よりも小さいとしてもよい。この場合、第２の充填材３２及び第３の充填材３３は、粒度分布が同じ粒子を、篩目の異なる篩でそれぞれ振り分けられたものとすることが好ましい。例えば、同じ原料の砂を、呼び寸法０．６ｍｍの篩目を通らなかったものを除いて、呼び寸法０．６ｍｍの篩下のものを第２の充填材３２とし、呼び寸法０．８５ｍｍの篩目を通らなかったものを除いて、呼び寸法０．８５ｍｍの篩下のものを第３の充填材３３としてもよい。また、第２の充填材３２を構成する粒子のうち最も粒子径が大きい粒子の粒子径は、第３の充填材３３を構成する粒子のうち最も粒子径が大きい粒子の粒子径よりも小さいとしてもよい。
　＜実施形態の効果＞
　（１）本発明の一態様に係る摺動開閉装置２の充填材３の充填構造は、製鋼用の取鍋１の摺動開閉装置２に用いられる充填材３の充填構造であって、上部層４１と、中部層４２と、下部層４３とで構成される３層構造を有し、上部層４１は、珪砂を主成分とする第１の充填材３１からなり、中部層４２は、クロマイトサンドと珪砂とを主成分とする第２の充填材３２からなり、下部層４３は、クロマイトサンドと珪砂とを主成分とする第３の充填材３３からなり、第２の充填材３２は、第３の充填材３３よりも粒度が粗い粒子が少ない。
　上記（１）の構成によれば、第２の充填材３２が第３の充填材３３よりも粒度が粗い粒子が少ないため、中部層４２においては、溶融スラグの充填材３への浸透を抑制することができ、下部層４３においては、焼結する範囲を小さくすることができる。このため、ノズル使用回数の多い取鍋１であっても、充填材３が焼結しにくく、かつ溶鋼やスラグが浸透しにくいものとなる。また、上記（１）の構成によれば、第１の充填材３１について珪砂を主成分とすることで、上部層４１において、上述のように珪砂が溶融することで緻密な層が形成されて、充填材３の下方への溶鋼の侵入を抑えることができる。これにより、取鍋１で溶鋼を長時間保持することができる。以上のことから、上記（１）の構成によれば、極めて高い自然開孔率が得られる。
　（２）上記（１）の構成において、第２の充填材を構成する粒子のうち最も粒子径が大きい粒子の粒子径は、第３の充填材を構成する粒子のうち最も粒子径が大きい粒子の粒子径よりも小さい。
　（３）上記（１）の構成において、第２の充填材を構成する粒子の９９質量％以上が通過可能な篩目のうち最も細かい篩目である第１の篩目が、第３の充填材を構成する粒子の９９質量％以上が通過可能な篩目のうち最も細かい篩目である第２の篩目よりも小さい。
　（４）上記（１）～（３）のいずれかの構成において、第２の充填材３２は、粒子径が５３μｍ以上６００μｍ未満の粒子を９９質量％以上含み、第３の充填材３３は、粒子径が５３μｍ以上８５０μｍ未満の粒子を９９質量％以上含む。
　上記（４）の構成によれば、粒子径を５３μｍ以上とすることで、中部層４２及び下部層４３がより焼結しにくくなる。また、第２の充填材３２の粒子径を６００μｍ未満とすることで、溶融スラグの浸透がより抑制される。さらに、第３の充填材３３の粒子径を８５０μｍ未満とすることで、クロマイトサンドと珪砂とをより均一に混合させることができる。
　（５）上記（１）～（４）のいずれかの構成において、中部層４２に用いられる第２の充填材３２の質量と下部層４３に用いられる第３の充填材３３の質量との和に対する、中部層４２に用いられる第２の充填材３２の質量の比は、０．４以上０．６以下である。
　上記（５）の構成によれば、溶融スラグの浸透の抑制と、焼結層の厚みの抑制とを両立させることができ、自然開孔率をより向上させることができる。
　（６）摺動開閉装置２を有する製鋼用の取鍋１を用いた鋳片の製造方法であって、上記（１）～（５）のいずれかの構成に記載の摺動開閉装置２の充填剤３の充填構造を有する取鍋１に溶鋼を受鋼し、取鍋１に収容された溶鋼に二次精錬処理を施し、連続鋳造設備にて摺動開閉装置２を開いて、二次精錬処理を施された溶鋼を取鍋１から連続鋳造設備に注入することで、鋳片を製造する。
　上記（６）の構成によれば、上記（１）～（５）の構成と同様な効果が得られる。
　（７）上記（６）の構成において、溶鋼を取鍋１に受鋼してから摺動開閉装置２を開くまでの時間を８時間以内とする。
　上記（７）の構成によれば、自然開孔率をより高めることができる。
　本発明者らが行った実施例について説明する。実施例では、２００ｔの取鍋１の底に設けられた摺動開閉装置２に充填材３を充填し、２か月間操業を行ない、自然開孔率を比較した。
　実施例では、上記実施形態と同様に、充填材３の構造を、上部層４１と、中部層４２と、下部層４３とからなる３層構造とした。また、実施例では、上部層４１には、第１の充填材３１として、１０ｋｇの珪砂を用いた。中部層４２には、第２の充填材３２として、実質的な粒度が５３μｍ以上６００μｍ未満のクロマイトサンドと珪砂とを、質量比で７５：２５（クロマイトサンド：珪砂）で混合させた詰砂を１０ｋｇ用いた。下部層４３には、第３の充填材３３として、実質的な粒度が５３μｍ以上８５０μｍ未満のクロマイトサンドと珪砂とを、質量比で７５：２５（クロマイトサンド：珪砂）で混合させた詰砂を１０ｋｇ用いた。
　また、実施例及び比較例の第２の充填材３２及び第３の充填材３３として用いた詰砂の粒度分布の測定結果を表１に示す。表１において、試料Ａで示す詰砂は、実施例における第２の充填材３２として用いたものであり、試料Ｂで示す詰砂は、実施例における第３の充填材３３並びに比較例における第２の充填材３２及び第３の充填材３３として用いたものである。なお、表１において、ふるい呼び寸法に対応した質量比は、ＪＩＳの鋳物砂の試験方法（Ｚ２６０１）に準じて測定される粒度分布を示すものである。また、表１において、ふるい呼び寸法が「ｐａｎ」で示される質量比は、最終的に０．０５３ｍｍのふるいを通過する、粒径が０．０５３ｍｍ未満の粒子を示すものである。
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　比較例では、上部層４１には、第１の充填材３１として、１０ｋｇの珪砂を用い、中部層４２及び下部層４３には、第２の充填材３２及び第３の充填材３３として、実質的な粒度が５３μｍ以上８５０μｍ未満のクロマイトサンドと珪砂とを、質量比で７５：２５（クロマイトサンド：珪砂）で混合させた詰砂を各１０ｋｇ用いた。つまり、比較例では、第２の充填材３２と第３の充填材３３とは同じものが用いられ、充填材３の充填構造を実質的に２層構造とした。
　実施例及び比較例の結果を図３に示す。図３において、縦軸は、実施例の自然開孔率を１００．０として指数化したものである。図３に示すように、充填材３の充填構造を上記実施形態と同様にすることで、自然開孔率が向上することが確認できた。
　１　取鍋
　１１　ノズル受けレンガ
　２　摺動開閉装置
　２１　上ノズル
　２２　固定プレート
　２３　摺動プレート
　２４　下部ノズル
　３　充填材
　３１　第１の充填材
　３２　第２の充填材
　３３　第３の充填材
　４１　上部層
　４２　中部層
　４３　下部層

Claims (7)

  1. 　製鋼用の取鍋の摺動開閉装置に用いられる充填材の充填構造であって、
    　上部層と、中部層と、下部層とで構成される３層構造を有し、
    　前記上部層は、珪砂を主成分とする第１の充填材からなり、
    　前記中部層は、クロマイトサンドと珪砂とを主成分とする第２の充填材からなり、
    　前記下部層は、クロマイトサンドと珪砂とを主成分とする第３の充填材からなり、
    　前記第２の充填材は、前記第３の充填材よりも粒度が粗い粒子が少ない、摺動開閉装置の充填材の充填構造。
  2. 　前記第２の充填材を構成する粒子のうち最も粒子径が大きい粒子の粒子径は、前記第３の充填材を構成する粒子のうち最も粒子径が大きい粒子の粒子径よりも小さい、請求項１に記載の摺動開閉装置の充填材の充填構造。
  3. 　前記第２の充填材を構成する粒子の９９質量％以上が通過可能な篩目のうち最も細かい篩目である第１の篩目が、前記第３の充填材を構成する粒子の９９質量％以上が通過可能な篩目のうち最も細かい篩目である第２の篩目よりも小さい、請求項１に記載の摺動開閉装置の充填材の充填構造。
  4. 　前記第２の充填材は、粒子径が５３μｍ以上６００μｍ未満の粒子を９９質量％以上含み、
    　前記第３の充填材は、粒子径が５３μｍ以上８５０μｍ未満の粒子を９９質量％以上含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の摺動開閉装置の充填材の充填構造。
  5. 　前記中部層に用いられる前記第２の充填材の質量と前記下部層に用いられる前記第３の充填材の質量との和に対する、前記中部層に用いられる前記第２の充填材の質量の比は、０．４以上０．６以下である、請求項１～４のいずれか１項に記載の摺動開閉装置の充填材の充填構造。
  6. 　摺動開閉装置を有する製鋼用の取鍋を用いた鋳片の製造方法であって、
    　請求項１～５のいずれか１項に記載の摺動開閉装置の充填剤の充填構造を有する前記取鍋に溶鋼を受鋼し、
    　前記取鍋に収容された前記溶鋼に二次精錬処理を施し、
    　連続鋳造設備にて前記摺動開閉装置を開いて、前記二次精錬処理を施された前記溶鋼を前記取鍋から前記連続鋳造設備に注入することで、鋳片を製造する、鋳片の製造方法。
  7. 　前記溶鋼を前記取鍋に受鋼してから前記摺動開閉装置を開くまでの時間を８時間以内とする、請求項６に記載の鋳片の製造方法。
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