JPH0941030A - 真空精錬用取鍋の蓋 - Google Patents
真空精錬用取鍋の蓋Info
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- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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Abstract
性に優れた耐火物寿命の長い取鍋の蓋を提供する。 【解決手段】 溶鋼の真空精錬に供する取鍋上に載置す
る蓋であって、炭素を5wt%以上で含有する耐火物から
成る。
Description
れる真空精錬にて使用する取鍋上に載置されて取鍋の開
口部を覆う蓋に関する。
次精錬中に、減圧雰囲気下の真空容器内に設置された取
鍋の内部で生じる、バブリングガス、脱炭、脱酸または
脱窒等の発泡によって、溶鋼あるいはスラグが真空容器
内へ飛散、そして堆積するのを防止し、また処理中の鋼
浴放散熱を抑制するため、取鍋に蓋を載置するのが通例
である。
的であり、「鉄鋼便覧第3版 製銑・製鋼」(発行:丸
善)の第712 頁の表13.19には、天井耐火物材として、
不焼成Mg−Crと黒鉛の組み合わせが示され、この表と対
応する図13・111 には、上吹きランスの挿入孔の構成材
が黒鉛であり、その他は不焼成Mg−Crである、耐火物の
使用区分が示されている。ここに示された取鍋蓋は、熱
伝導度が1.5 kcal/mH℃程度の断熱レンガに分類される
耐火物である不焼成Mg−Crを、挿入孔周りを除く天井の
ほぼ全域に施工したものである。
費用低減を達成するため、例えば特開平6−10031 号公
報に開示の水冷構造蓋が採用されつつある。すなわち、
水冷チューブにより蓋を形成し、チューブ内に冷却水を
常時流通させることで、チューブを熱的に保護し、半永
久使用を原理的に可能としたものである。
用いた場合、取鍋蓋における、特に溶鋼面からの輻射熱
の著しい蓋中心部から径方向に半径の70〜80%までの部
分は、処理中に急激に熱せられる一方、非処理時間に冷
却される、熱サイクルを繰り返し受けるため、スポーリ
ングが発生し易く、耐火物寿命が短くなるという問題が
あった。なお、熱サイクルによるスポーリングに強い、
例えば挿入孔材質の黒鉛を天井全域に施工すれば、熱ス
ポーリング損耗は防止可能であるが、近年増加している
極低炭素域の溶製において、処理中の黒鉛溶出による脱
炭不良が発生し、しかも、上吹き酸素使用時に、取鍋の
鋼浴面と蓋との間の空間で不可避的に生じる二次燃焼に
よって、黒鉛質が溶損して耐火物寿命が短くなるという
問題が生ずる。
冷構造蓋の場合には、鋼浴放散熱が、処理中は低温に保
たれる水冷チューブを介して、冷却水に殆ど全て奪われ
るため、処理中の溶鋼温度降下が著しく、処理に必要な
熱補償が増加して、処理コストが膨大になるという致命
的問題を有していた。
解決し、熱サイクルによるスポーリングに対する耐久性
に優れた耐火物寿命の長い取鍋の蓋を提供するところに
ある。
錬に供する取鍋上に載置する蓋であって、炭素を5wt%
以上含有する耐火物から成ることを特徴とする真空精錬
用取鍋の蓋である。なお、耐火物の炭素含有量を20wt%
以下に制限することが、脱炭処理を実施する上で有利で
ある。
取鍋上に載置する円盤状の蓋であって、上吹きランスの
挿入孔の周辺部分を炭素含有量が5wt%以上の耐火物か
ら形成するとともに、該周辺部分の径方向外側の部分を
炭素含有量が5wt%未満の耐火物から形成することを特
徴とする真空精錬用取鍋の蓋である。とりわけ、蓋の中
心から径方向に半径の90%以内の部分に炭素含有量が5
wt%以上の耐火物を配し、残りの部分に炭素含有量が5
wt%未満の耐火物を配することが、より好ましい。
は、取鍋2上に載置されて、その開口部を覆うものであ
り、円盤の中心部に、例えば黒鉛製の円環で区画された
上吹きランスの挿入孔3を有し、この挿入孔3と外縁の
金枠4との間に耐火物を張り合わせて成る。
以上で含有する耐火物を用いることが、蓋1に優れた耐
熱スポーリング性を付与するのに肝要である。すなわ
ち、耐火物の耐熱スポーリング性は、昇温あるいは冷却
過程での温度むらに起因すると考えられる。耐火物の熱
伝導度が上昇すると、耐火物内部での熱拡散も上昇し、
局所的な高温域あるいは低温域が生じにくくなるから、
耐熱スポーリング性を改善するには、熱伝導度が高いこ
とが有利になる。この熱伝導度は、炭素含有量により大
きく変化し、例えばMgO 質耐火物の場合、500 ℃におけ
る熱伝導度は、MgO 耐火物で5kcal/mH℃、炭素を5wt
%含むMgO-C耐火物で9kcal/mH℃、炭素を10wt%含む
MgO-C耐火物で11kcal/mH℃、炭素を15wt%含むMgO-C
耐火物で16kcal/mH℃となる。同様に、1000℃では、Mg
O 耐火物で3.5 kcal/mH℃、炭素を5wt%含むMgO-C耐
火物で6.5 kcal/mH℃、炭素を10wt%含むMgO-C耐火物
で8kcal/mH℃、炭素を13wt%含むMgO-C耐火物で16kc
al/mH℃となる。
スポーリング性との関係を求めるため、耐熱スポーリン
グ性の指標として耐熱衝撃温度差を調査した。ここで、
耐熱衝撃温度差とは、耐火物を常温から急激にある温度
雰囲気に曝したときに、耐火物が破損や亀裂を発生しな
い最高温度と常温との温度差を意味し、耐熱スポーリン
グ性を評価する指標となる。その結果を図2に示す。
炭素含有量5wt%を境にして急激に大きくなり、さらに
20wt%以上で一層大きくなることが明らかである。つ
まり、炭素含有量が5wt%以上、好ましくは20wt%以
上の耐火物を用いることによって、その耐火物による蓋
の耐熱スポーリング性を改善することが可能になるので
ある。
量を増加することは、蓋の一部が脱炭処理中に溶損した
際に、溶鋼に炭素源を供給することになるから、脱炭を
阻害する、恐れがある。そこで、炭素含有量を種々に調
整したMgO-C耐火物製のるつぼを使用して、溶鋼の脱炭
処理を行った際の、平均脱炭速度について調査した。そ
の結果を図3に示す。図3から、耐火物の炭素含有量が
10wt%までは、脱炭速度の急激な低下はなく、また実際
の脱炭処理においては脱炭速度80%までは何ら支障のな
いことから、耐火物炭素含有量が20wt%まで使用できる
ことが判明した。
素含有量を5wt%以上として耐熱スポーリング性を改善
し、併せて脱炭速度の低下を回避するには、炭素含有量
を20wt%以下に制限することが、有利であることが判っ
た。
場合を念頭に置いたものであるが、さらに、本発明にお
いては、蓋を炭素含有量の異なる2種の耐火物で構成す
ることによって、取鍋の蓋の耐熱スポーリング性を、脱
炭処理に悪影響を与えることなしに、より改善すること
ができるとの知見も得た。すなわち、図1において、挿
入孔3の周辺の内周部分5を炭素含有量が5wt%以上の
耐火物から形成するとともに、該内周部分5の径方向外
側の外周部分6を炭素含有量が5wt%未満の耐火物から
形成するのである。
激な熱サイクルが及ぶのは、蓋1の鋼浴面直上の内周部
分5であるからであり、この部分に耐熱スポーリング性
の改善に有効である炭素含有量が5wt%以上の耐火物を
配置し、残る外周部分6に溶損時にも炭素源となり難
い、炭素含有量が5wt%未満の耐火物を配置すれば、脱
炭処理を阻害することのないかつ耐熱スポーリング性に
優れた取鍋の蓋が提供できる。なお、図2に示した調査
結果から、内周部分5には炭素含有量が20wt%以上の耐
火物を用いることが好ましいことがわかる。
は、炭素含有量が20wt%以上の耐火物を用いた場合でも
脱炭を阻害しない面積に抑える必要がある。すなわち、
図3において、炭素含有量が5wt%の耐火物面積割合を
(1−X)とし、炭素含有量が20wt%の耐火物面積割合
をXとした場合、脱炭速度は、 108 ×(1−X)+82×X で表される。そして、炭素含有量が5wt%未満の耐火物
の脱炭速度の80%を確保することが肝要であるので、 108 ×(1−X)+82×X≧109 ×0.80 の関係が導かれ、X≦0.80となる。よって、炭素含有量
が5wt%以上の耐火物を用いる内周部分5の面積は80%
以下、半径換算で蓋の半径の90%以内の領域に制限する
ことが好ましい。一方、この内周部分5の面積率が余り
に少ないと、輻射熱の著しい中心部周辺の耐熱スポーリ
ング性が問題になるので、40%以上、半径換算で蓋の半
径の65%以上の領域は確保することが好ましい。なお、
ランス孔部の耐火物は、通常蓋の中心部から蓋の半径の
10%以内に止まるので、ランス孔部のみに高炭素耐火物
を配しても不十分である。
火物を用いる内周部分5の面積は、面積率で40〜80
%(半径換算で蓋の半径の65〜90%)の範囲で施工
することが好ましい。なお、より好ましくは面積率で6
4〜80%(半径換算で蓋の半径の80〜90%)とす
るのがよい。また、この内周部分の耐火物中の炭素量
は、耐熱スポーリング性および脱炭速度の両者を考慮し
て、5〜30wt%、より好ましくは10〜20wt%の範
囲で含有させるのがよい。
ては、図1に示したように、耐火物のブロックをアーチ
状に組み上げる他、ブロックに突起状加工を施しはめ合
わせ式で組み上げる方式、半径方向で複数個のリング状
の独立アーチ部とし独立アーチ部ごとに上部より吊り組
み合わせる方法等があり、耐火物の炭素含有量別の耐火
物の構造に従って形成することができる。
VOD設備において、主に鋼浴炭素濃度0.10wt%から30
ppm までの真空脱炭処理を行った。ここで、VOD設備
内の取鍋に、図1に示した、アーチ積み構造の耐火物に
よる蓋を使用した。なお、蓋の仕様およびMgO 質耐火物
の炭素含有量は、表1に示すとおりである。それぞれの
蓋を使用して脱炭処理を行って、蓋の耐火物が脱落する
までの寿命および脱炭処理の平均脱炭時間について測定
した結果を、表1に併記する。
に比較して、寿命が格段に延びていることがわかる。
が5wt%以上の耐火物で形成して耐熱スポーリング性を
改善したから、寿命の長い取鍋蓋を提供し得る。また、
蓋を炭素含有量の異なる2種の耐火物で構成することに
よって、取鍋の蓋の耐熱スポーリング性を、脱炭処理に
悪影響を与えることなしに、改善することができた。
を示す図である。
図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 溶鋼の真空精錬に供する取鍋上に載置す
る蓋であって、炭素を5wt%以上含有する耐火物から成
ることを特徴とする真空精錬用取鍋の蓋。 - 【請求項2】 耐火物の炭素含有量が20wt%以下である
請求項1に記載の真空精錬用取鍋の蓋。 - 【請求項3】 溶鋼の真空精錬に供する取鍋上に載置す
る円盤状の蓋であって、上吹きランスの挿入孔の周辺部
分を炭素含有量が5wt%以上の耐火物から形成するとと
もに、該周辺部分の径方向外側の部分を炭素含有量が5
wt%未満の耐火物から形成することを特徴とする真空精
錬用取鍋の蓋。 - 【請求項4】 蓋の中心から径方向に半径の90%以内の
部分に炭素含有量が5wt%以上の耐火物を配し、残りの
部分に炭素含有量が5wt%未満の耐火物を配した請求項
3に記載の真空精錬用取鍋の蓋。
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