JPH09103870A

JPH09103870A - 出湯孔用充填材構造

Info

Publication number: JPH09103870A
Application number: JP28803595A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kumei; 隆粂井; Yukio Yashima; 幸雄八島; Takashi Yamauchi; 隆山内
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1995-10-09
Filing date: 1995-10-09
Publication date: 1997-04-22

Abstract

(57)【要約】【課題】湯差し及び過焼結を防止し、出湯時の無酸素
開孔率を高めた充填材構造を提供する。【解決手段】この出湯孔用充填材構造は、Ａｌ₂ Ｏ₃
含有量７０重量％以上，粒径１．０〜２．０ｍｍの粒子
からなる多孔質又は中空の下層と、粒径０．５〜２．０
ｍｍの長石粒子又は粒径０．５〜２．０ｍｍの長石粒子
と粒径０．５〜２．０ｍｍの珪石粒子との混合物からな
る上層との二層構造をもち、溶湯容器の出湯孔に投入さ
れた充填材で形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶湯容器出湯孔の無酸
素開孔に適した充填材構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶湯容器の出湯孔にはスライディングノ
ズル，ロータリノズル等が装着されており、ノズルの開
閉によって出湯及び出湯停止が行われる。ノズル部に溶
湯の侵入があると、侵入した溶湯が凝固してノズル閉塞
が生じる。閉塞したノズルは、酸素吹込みによってノズ
ル部を強制開孔する作業が必要とされ、製銑・製鋼工程
のタイムスケジュールを狂わせる原因となる。酸素吹込
みによるノズル部の強制開孔を少なくするため、出湯ま
での間ノズル部に充填材を詰めて溶湯の侵入を防止し、
出湯時にノズルを開放したとき充填材をノズル部から落
下させる無酸素開孔が採用されている。

【０００３】充填材としては、珪石，珪砂等を基材と
し、湯差し防止のために充填材／溶湯の界面に粘稠な膜
を形成させる長石を配合したものが使用されている。た
とえば、特公昭５５−１８１９４号公報では、２〜１２
重量％のアルカリ類を配合した粒径０．５〜２．５ｍｍ
のシリカからなる充填材が紹介されている。この種の充
填材には、湯差しを防ぎ、しかも溶湯荷重が加わったと
きに破壊される適度の厚みをもつ焼結層が形成される焼
結性をもつことが要求される。焼結し難い材料では充填
材内部に湯差しが生じ、却って酸素吹込みによる強制開
孔が必要になる。逆に、過度に焼結し易い材料では、焼
結層の成長が著しく、ノズルを開放したとき充填材に加
わる溶湯荷重によっても焼結層が破壊されず、充填材が
ノズル部から落下しなくなる。その結果、同様に酸素吹
込みによる強制開孔が必要になる。

【０００４】最近の高清浄度鋼溶湯に対する要求が高ま
ってきている傾向に対応して、溶湯容器内における溶湯
の精錬負荷が増大し、溶湯容器内に溶湯が長時間保持さ
れるようになってきている。そのため、溶湯容器の出湯
孔を閉塞するために従来から使用されている珪石，珪砂
等のＳｉＯ₂ 系充填材では、高温の溶湯に長時間曝され
るため過焼結してしまい、無酸素開孔ができなくなる。
そこで、より適切な焼結性を持つ充填材の開発が要求さ
れる。適度の焼結性をもち、無酸素開孔に適した充填材
としては、溶湯との接触により湯差し防止に有効な粘稠
の焼結層を形成する上層と、焼結層の成長を抑制する難
焼結性の下層との２層構造をもつ充填材構造が知られて
いる。たとえば、特開平５−２００５０６号公報では、
ＳｉＯ₂ を主成分とする粒子を上層用充填材とするノズ
ル内充填構造において、Ａｌ₂ Ｏ₃ 含有量６０〜１００
重量％，粒径０．３ｍｍ以上の粒子を下層充填材として
使用することが紹介されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の２層充
填材構造の下層成分であるＡｌ₂ Ｏ₃ は、溶湯温度近傍
の１５００〜１８００Ｋで熱伝導性がＳｉＯ₂ よりも約
４倍高い。そのため、単にＡｌ₂ Ｏ₃ 粒子を充填材とし
て使用しただけでは、充填材に接した溶湯の凝固を招
き、生成した凝固シェルが無酸素開孔率を低下させる原
因となる。また、Ａｌ₂ Ｏ₃ 含有量が７０重量％を下回
ったり、或いはＡｌ₂ Ｏ₃ 粒子の粒径が１ｍｍ以下にな
ると、Ａｌ₂ Ｏ₃ 粒子が相互に焼結する傾向がみられ
る。これによっても、無酸素開孔率が低下する。本発明
は、このような問題を解消すべく案出されたものであ
り、特定粒径のＡｌ₂ Ｏ₃ 粒子と長石粒子を組み合わせ
て使用することにより、湯差しや過焼結をを防止し、出
湯時の無酸素開孔率を高めた充填材構造を提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の出湯孔用充填材
構造は、その目的を達成するため、Ａｌ₂ Ｏ₃ 含有量７
０重量％以上，粒径１．０〜２．０ｍｍの粒子からなる
多孔質又は中空の下層と、粒径０．５〜２．０ｍｍの長
石粒子又は粒径０．５〜２．０ｍｍの長石粒子と粒径
０．５〜２．０ｍｍの珪石粒子との混合物からなる上層
との二層構造をもつことを特徴とする。長石と珪石との
混合物を上層に使用する場合、珪石の配合割合を８０重
量％以下にする必要がある。

【０００７】

【作用】本発明者等は、充填材の種類と性質との関係に
ついて予備実験を繰り返した。その結果、易焼結性のＳ
ｉＯ₂ 系やＭｇＯ系の粒子を充填材の基材として使用す
ると焼結層が厚くなってしまうこと、難焼結性のＡｌ₂
Ｏ₃ 系粒子を使用すると湯差しが生じ易いこと、またＡ
ｌ₂ Ｏ₃ 系の粒子は熱伝導率が高いために断熱性が低い
充填層となることを知見した。そこで、本発明の充填材
構造においては、充填材の焼結層を薄くするため難焼結
性のＡｌ₂ Ｏ₃ 系粒子を基材として多孔質又は中空状の
下層を形成し、その上に粘稠な膜を形成する長石が配置
された２層構造を採用した。

【０００８】下層は、充填材と接触する溶湯が凝固しな
いように、Ａｌ₂ Ｏ₃ 粒子を多孔質又は中空状にするこ
とにより断熱性を向上させた。多孔質又は中空状とは、
内部に空隙があるものをいい、空隙率Ｐは次式で表され
る。Ｐ＝（ｄ₀ −ｄ）／ｄ₀ ＝Ｖ₀ ／（Ｖ_b ＋Ｖ_p ）ただし、ｄ：真の密度ｄ₀ ：見掛けの密度Ｖ_p ：空隙部の総体積Ｖ_b ：物質の体積本発明者等の実験によるとき、後述の実施例でも示され
ているようにＡｌ₂ Ｏ₃ の空隙率を５０％以上にする
と、見掛けの熱伝導率をＳｉＯ₂ 以下にすることができ
る。これにより、断熱性の向上が図られる。下層の成分
は、焼結特性を調査した結果、Ａｌ₂ Ｏ₃ 粒子以外の成
分が３０重量％以下であれば特に焼結性に悪影響を及ぼ
さないことが判った。しかし、粒径１．０ｍｍ未満の粒
子を含む場合、Ａｌ₂ Ｏ₃ 粒子の焼結反応が促進され、
強固な焼結層が生成し易くなる。このような焼結層の生
成を防止するため、粒径が１．０ｍｍ以上のＡｌ₂ Ｏ₃
粒子を使用する必要がある。しかし、粒径が２．０ｍｍ
を超える粗粒が含まれると、粒子間隙への長石の侵入に
よって過焼結が生じ易くなる。

【０００９】他方、上層としては、湯差しを防ぐための
添加材に長石を使用する。長石は、焼結層をより薄くす
るため、基材Ａｌ₂ Ｏ₃ と混合することなく、充填材の
上層として使用する。この長石粒子は、０．５〜２．０
ｍｍの粒径をもつものが好ましい。粒径が０．５ｍｍ未
満の微細粒子ではＡｌ₂ Ｏ₃ 粒子と過焼結する虞れがあ
り、粒径が２．０ｍｍを超える粗粒では溶鋼に洗い流さ
れて流失する割合が多くなる。長石のみで形成される上
層は、溶湯の温度や溶湯容器内の撹拌強度等の精錬条件
によっては、溶湯に洗い流されて流失する虞れがある。
このような場合、溶湯温度で溶融しない粒子を長石と混
合して用いることが好ましい。溶湯温度で溶融しない粒
子としては、コスト等の面からすると珪石が好適であ
る。長石に対する珪石の配合比率は、８０重量％を超え
るとき長石のもつ粘稠な膜を生成する作用が損なわれる
ことから、８０重量％以下にすることが好ましい。

【００１０】

【実施例】表１及び表２に示した充填材構造で出湯孔を
閉塞した溶湯容器を使用し、ＳＵＳ４３０溶鋼７５トン
をＶＯＤで約６０分精錬し、１５９０℃で出鋼した。出
湯孔の閉塞に際し、本実施例ではマスレンガの上に充填
材の盛り上げ部を高さ１００ｍｍで形成したが、この盛
り上げには上層材を使用した。なお、表１及び表２にお
ける充填材高さは、深さ３５０ｍｍのマスレンガに対し
て上層及び下層それぞれを充填した高さを示す。また、
下層に多孔質材を使用したときには気孔体積を、中空材
を使用したときには嵩比重をそれぞれ併せ示した。

【００１１】

【００１２】

【００１３】実施例１〜３は、上層に珪石を配合せず、
下層に多孔質材を使用し、上層及び下層の充填高さを変
更した例である。この場合、深さ３５０ｍｍのマスレン
ガに対して下層を２００〜３００ｍｍの範囲で充填した
場合について実機に適用したところ、８０％以上の高い
無酸素開孔率が得られた。実施例４は、下層を中空材と
し、アルミナ含有量を７２．１重量％まで低下した例で
ある。アルミナ含有量の低下に伴って過焼結し易くなる
が、実施例４から７０重量％までアルミナ含有量を低下
しても過焼結の影響がなく高い無酸素開孔率が得られて
いることが判る。実施例５，６は、下層を多孔質材と
し、上層に珪石を配合した例である。珪石を８０重量％
配合した実施例６にあっても、８０％の高い無酸素開孔
率が得られている。何れの実施例においても、表２に比
較例８として示す従来材の無酸素開孔率が７０％である
ことと比較すると、無酸素開孔率が向上していることが
判る。

【００１４】比較例１は、下層に中実材を使用した例で
ある。この場合、無酸素開孔率が４５％に低下した。こ
の低い無酸素開孔率は、Ａｌ₂ Ｏ₃ 粒子の熱伝導率が高
いために充填材と接触した溶鋼が凝固した結果と推察さ
れる。比較例２，３は、下層の粒径を変更した例であ
る。粗粒を含む比較例２及び細粒を含む比較例３の何れ
にあっても、無酸素開孔率が５５〜６５％と低下してい
る。この無酸素開孔率の低下は、粒径１．０ｍｍ未満の
Ａｌ₂ Ｏ₃ 粒子が含まれると過焼結が生じ、２ｍｍを超
える粒径のＡｌ₂ Ｏ₃ 粒子が含まれると上層からの長石
の侵入によって過焼結が生じた結果である。比較例４
は、下層のＡｌ₂ Ｏ₃ 粒子として中空材を使用し、Ａｌ
₂ Ｏ₃ 含有量を５４．７重量％まで低下した例である。
この場合、Ａｌ₂ Ｏ₃ 粒子の不純物が増加したためにＡ
ｌ₂ Ｏ₃ 粒子が過焼結され、無酸素開孔率が５０％まで
低下したものと推察される。

【００１５】比較例５，６は、上層として使用される長
石の粒径を変更した例である。粗粒を含む長石を使用し
た比較例５及び細粒を含む長石を使用した比較例６共
に、無酸素開孔率が５５〜６５％に低下している。この
無酸素開孔率の低下は、粒径が２．０ｍｍを超える粒子
を含む長石がＶＯＤ精錬中に溶鋼で洗い流され、また
０．５ｍｍ未満の粒子を含む長石がＡｌ₂ Ｏ₃ 粒子と過
焼結した結果であると推察される。比較例７は、下層を
多孔質材とし、上層に珪石を配合した例である。珪石を
９０重量％まで配合すると、無酸素開孔率が４５％まで
低下した。このことから、珪石の配合比率が８０重量％
を超えると、長石のもつ粘稠な膜を生成する作用が損な
われるため湯差しが生じ、結果として無酸素開孔率が低
下することが確認される。

【００１６】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、Ａｌ₂ Ｏ₃ 系の下層に長石を主とする上層を重ねた
二層の充填材構造とし、且つ下層を多孔質又は中空状に
することによって断熱性を持たせ湯差しを防止し、使用
するＡｌ₂ Ｏ₃ ，長石等の粒径を制御することによって
過焼結を抑制している。このようにして、本発明の充填
材構造によるとき、精錬負荷が大きな溶湯容器にあって
も高い無酸素開孔率が確保される。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ａｌ₂ Ｏ₃ 含有量７０重量％以上，粒径
１．０〜２．０ｍｍの粒子からなる多孔質又は中空の下
層と、粒径０．５〜２．０ｍｍの長石粒子からなる上層
との二層構造をもち、溶湯容器の出湯孔に投入された充
填材で形成される出湯孔用充填材構造。
【請求項２】上層として、粒径０．５〜２．０ｍｍの
長石粒子に粒径０．５〜２．０ｍｍの珪石粒子を８０重
量％以下配合した混合物を使用した請求項１記載の出湯
孔用充填材構造。