JPH11277220A

JPH11277220A - ノズル充填材

Info

Publication number: JPH11277220A
Application number: JP8444698A
Authority: JP
Inventors: Yoji Kanechika; 洋二金近
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1998-03-30
Filing date: 1998-03-30
Publication date: 1999-10-12

Abstract

(57)【要約】【課題】出湯ノズルの開孔時の自然開孔率を向上す
る。【解決手段】ノズル充填材１５は、粒度分布の異なる
クロム鉱石１６と珪砂１７との混合物を主配合成分とし
て含み、さらに長石１８とカーボン１９とを含んで構成
される。クロム鉱石１６および珪砂１７の粒度分布にお
ける最も出現頻度の多い粒径は、それぞれ１００〜５０
０μｍ，６００〜１２００μｍの範囲内の値に設定さ
れ、クロム鉱石１６と珪砂１７との混合比は９／１〜７
／３に設定される。長石１８および珪砂１７には、アル
カリ金属酸化物が含まれており、その含有率は０．３〜
２．０％に設定される。焼結性の良好な珪砂１７と焼結
性の悪いクロム鉱石１６との粒径および配合量が適正に
設定され、かつ溶融温度の低いアルカリ金属酸化物が適
正に配合されているので、自然開孔率を低下させる強固
な侵入凝固層および焼結層の形成を防止することができ
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、溶融金属容器に付
設される出湯用ノズルのノズル充填材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、取鍋などの溶融金属容器には
溶融金属の出湯量の調整および停止を行うための出湯用
ノズル、たとえばスライディングノズル装置（以後、ス
ライディングノズルと呼ぶ）が取鍋の底部に付設されて
いる。スライディングノズル１は、図３に示すように上
部ノズル３と、上部プレート４と、下部プレート５と、
下部ノズル６とを含んで構成される。上部ノズル３と上
部プレート４とは、上部プレート４を下方にして一体的
に組立てられており、上部ノズル３および上部プレート
４には両者を上下方向に貫通する上ノズル孔１０が形成
されている。取鍋７には、耐火物１４が内張りされてお
り、取鍋７の底部の耐火物１４には、マスれんが８が設
けられている。マスれんが８には、上下方向に延びる貫
通孔が形成されている。上ノズル３は、マスれんが８の
貫通孔に下方から嵌合されており、上部プレート４は取
鍋７の鉄皮９に固定されている。

【０００３】下部プレート５と下部ノズル６とは、下部
ノズル６を下方にして一体的に組立てられており、下部
プレート５および下部ノズル６には両者を上下方向に貫
通する下ノズル孔１１が形成されている。下部プレート
５は、上部プレート４の下方に摺動変位自在に設けられ
ており、図示しない油圧シリンダによって水平方向に往
復変位される。これによって、固定位置に形成されてい
る上ノズル孔１０に対して下ノズル孔１１を近接離反さ
せることができる。したがって、上ノズル孔１０と下ノ
ズル孔１１とを一致させればスライディングノズル１は
開状態になり、図３に示すように上ノズル孔１０と下ノ
ズル孔１１とを離反させればスライディングノズル１は
閉状態になる。

【０００４】取鍋７には、スライディングノズル１を閉
状態にして溶湯が注入され、たとえば炉外精錬と呼ばれ
る取鍋内の溶湯に対する精錬を行った後、スライディン
グノズル１を開状態にして取鍋７から溶湯が出湯され
る。このような一連の処理（以後、チャージと呼ぶ）は
繰返して行われる。溶湯注入時、上ノズル孔１０には溶
湯が侵入する。上部ノズル３および上部プレート４の温
度は、前チャージの余熱が残っていても溶湯の温度より
も低いので、侵入した溶湯は冷却されて凝固し、スライ
ディングノズル１を開状態にしても出湯できなくなるこ
とがしばしばある。このため、従来からこの対策として
上ノズル孔１０内に粒状のノズル充填材１３を充填して
溶湯の侵入を防止する方法が採用されている。ノズル充
填材１３としては、珪砂またはクロム鉱石を主成分とし
て用いるのが一般的である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年金属、たとえばス
テンレス鋼の高級化に伴いステンレス溶鋼の炉外精錬比
率が高まる傾向にある。特に真空脱炭法（ＶＯＤ法）で
は取鍋内における溶湯滞留時間の延長および溶湯温度の
上昇などが顕著である。このため、従来のノズル充填材
では以下に述べるように出湯時スライディングノズル１
の自然開孔が困難になる傾向がある。自然開孔とは、ス
ライディングノズル１を開状態にするとノズル充填材１
３が溶湯の静圧によって自然に破れ、溶湯が自然に流出
する現象を意味する。

【０００６】前記珪砂を主成分とするノズル充填材で
は、珪砂の溶融温度が低いので、焼結性が良好である。
したがって、溶湯注入時に溶湯と接する部分の珪砂は焼
結状態となり、溶湯の下方への侵入を防止する。しかし
ながら、珪砂の焼結が迅速に進行するので、溶湯の取鍋
７における滞留時間が長いときには、焼結層の厚さが増
大して高い強度を持つようになる。したがって、スライ
ディングノズル１を開状態にしても溶湯の静圧によって
焼結層が自然に破れないことがあり、前記自然開孔の成
功率（以後、自然開孔率と呼ぶ）が低下する。また自然
開孔ができないときには、酸素洗浄によって強制的に開
孔させるいわゆる酸素開孔を行わねばならない。酸素開
孔は、危険な作業であるばかりでなく、出湯の遅延によ
る生産性の低下および酸化物の混入による品質の低下を
もたらす。

【０００７】前記クロム鉱石を主成分とするノズル充填
材では、クロム鉱石の溶融温度が２０００℃以上と高い
ので、焼結性が悪く溶湯を注入しても焼結が迅速に進行
しない。したがって、クロム鉱石の粒子間に溶湯が深く
侵入し、侵入した溶湯が凝固して強固な侵入凝固層が形
成される。この結果、珪砂の場合と同様に自然開孔率が
低下し、酸素開孔回数が増大する。

【０００８】このような従来のノズル充填材の問題を解
消するために特公昭６０−５７９４２号公報には、ノズ
ル孔の上層部に珪砂を、下層部にクロム鉱石を充填した
２層式ノズル充填材が開示されている。この２層式ノズ
ル充填材では、上層に珪砂が充填されているので、溶湯
注入時に焼結状態になった珪砂によって溶湯の下方への
侵入を防止することができる。また下層に焼結性の悪い
クロム鉱石が充填されているので、溶湯の滞留時間が長
くなっても下層の焼結強度を低くすることができる。し
たがって、従来のノズル充填材の問題を解消することが
でき、自然開孔率を向上させることができる。しかしな
がら、実操業においてノズル充填材は取鍋上方からの投
入によってノズル孔内に充填されるので、投入時のばら
つきが大きい。したがって、ノズル充填材を２層に安定
して充填することが困難であり、自然開孔率は安定しな
い。

【０００９】本発明の目的は、前記問題を解決し、高温
の溶湯が溶融金属容器内に長く滞留する場合でも、出湯
ノズルの開孔時の自然開孔率を向上することのできるノ
ズル充填材を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、溶融金属容器
に付設される出湯用ノズルのノズル孔内に充填される粒
状のノズル充填材において、粒度分布の異なるクロム鉱
石と珪砂との混合物を主配合成分として含み、クロム鉱
石と珪砂との混合比が９／１〜７／３であり、アルカリ
金属酸化物を配合成分として含み、アルカリ金属酸化物
の含有率が０．３〜２．０％であることを特徴とするノ
ズル充填材である。

【００１１】本発明に従えば、粒度分布の異なるクロム
鉱石と珪砂との混合物が主配合成分として含まれるの
で、大きな粒子の間隙に小さな粒子を充填することがで
き、全体として充填密度を向上することができる。これ
によって、粒子間の間隙を小さくすることができるの
で、溶湯の侵入を防止することができる。

【００１２】また、クロム鉱石と珪砂との混合比が適正
範囲の値に選ばれているので、溶融温度が低くて焼結性
の良好な珪砂の配合量の過小および過大に伴う不具合の
発生を防止することができる。珪砂の配合量が過小な場
合には、溶湯注入時に溶湯と接する部分の粒子間の焼結
が充分に進行しないので、粒子間の間隙を充分に塞ぐこ
とができない。したがって、粒子間に溶湯が侵入し、強
固な侵入凝固層が形成されて自然開孔率が低下する。珪
砂の配合量が過大な場合には、溶湯滞留時に粒子間の焼
結が過大に進行するので強固な焼結層が形成されて自然
開孔率が低下する。これに対して、前記混合比が適正な
場合には、強固な侵入凝固層および焼結層の形成が防止
されるので、自然開孔率が向上する。

【００１３】また、アルカリ金属酸化物が適正量ノズル
充填材中に配合されているので、ノズル充填材を余熱の
残っているノズル孔内に充填すると溶融温度の低いアル
カリ金属酸化物が溶融または半溶融状態になり、ノズル
充填材の粒子間に結合力を付与する。これによって、溶
湯注入時の初期注入流によってノズル充填材が流失する
という不具合の発生を防止することができる。またアル
カリ金属酸化物は溶融温度が高くて焼結性の悪いクロム
鉱石同士の焼結を溶湯注入時に促進するので、溶湯の粒
子間への侵入を防止することができる。

【００１４】また本発明の前記クロム鉱石および珪砂の
粒度分布における最も出現頻度の多い粒径は、それぞれ
１００〜５００μｍ，６００〜１２００μｍの範囲内の
値に選ばれることを特徴とする。

【００１５】本発明に従えば、珪砂の粒径がクロム鉱石
の粒径よりも大きいので、珪砂の粒子間隔が相対的に大
きくなる。これによって、溶融温度が低くて焼結性の良
好な珪砂同士の焼結を溶湯滞留時に抑制することができ
るので、過大な焼結層の形成が防止される。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態で
あるノズル充填材の構成を模式的に示す模式図である。
ノズル充填材１５は、複数の粒状物質の混合物であり、
クロム鉱石１６と珪砂１７と、長石１８と、カーボン１
９とを含んで構成される。本実施の形態のノズル充填材
１５は、図３に示す取鍋７の底部に設けられたスライデ
ィングノズル１の上ノズル孔１０内に前記ノズル充填材
１３に代わって充填される。取鍋７に注入される溶融金
属は、たとえばステンレス溶鋼（以後、溶湯と呼ぶこと
がある）であり、その温度はたとえば１６５０℃であ
る。

【００１７】前記クロム鉱石１６は、主成分としてＣｒ
₂Ｏ₃を３５〜５０重量％含み、さらにＦｅ₂Ｏ₃，Ａｌ₂
Ｏ₃，ＭｇＯ，ＳｉＯ₂を含む。クロム鉱石１６の溶融温
度は、２０００℃以上と高いので、焼結性が悪く、粒子
間の焼結は進行しにくい。珪砂１７は、主成分としてＳ
ｉＯ₂を９５重量％以上含み、さらにＡｌ₂Ｏ₃，Ｒ₂Ｏを
含む。ここで、Ｒ₂Ｏはアルカリ金属酸化物、たとえば
Ｎａ₂Ｏ，Ｋ₂Ｏなどを示す。珪砂１７の溶融温度は、約
１６００〜１６８０℃であるので、焼結性が良好であ
り、粒子間の焼結はクロム鉱石１６に比べて進行しやす
い。長石１８は、主成分としてＳｉＯ₂を６５重量％以
上含み、さらにＡｌ₂Ｏ₃，Ｒ₂Ｏを含む。アルカリ金属
酸化物Ｒ₂Ｏの溶融温度は１０００℃未満であるので、
溶湯注入時および溶湯滞留時には溶融状態を呈する。カ
ーボン１９は、カーボン粒として配合される。カーボン
粒中の炭素含有率は、ほぼ１００％である。クロム鉱石
１６、珪砂１７および長石１８の化学成分は、たとえば
表１に示すとおりである。

【００１８】

【表１】

【００１９】前記クロム鉱石１６および珪砂１７は、ノ
ズル充填材１５の主配合成分であり、均一な混合物とし
て配合される。本実施の形態におけるクロム鉱石１６お
よび珪砂１７は、異なる粒度分布を有している。これ
は、ノズル充填材１５を上ノズル孔１０内に充填すると
きの充填密度を大きくするためである。これによって、
粒子間の間隙が小さくなるので溶湯のノズル充填材１５
中への侵入を防止することができる。

【００２０】前記クロム鉱石１６と、珪砂１７との混合
比は９／１〜７／３の範囲内の値に選ばれる。これは、
前記混合比が９／１を超えると珪砂１７の配合量が過小
であるので、溶湯注入時に溶湯と接する部分における粒
子間の焼結の進行が遅くなり、粒子間の間隙を充分に塞
ぐことができなくなるからである。このため、粒子間へ
の溶湯の侵入を防止することが困難になり、前記強固な
侵入凝固層が形成される。また前記混合比が７／３未満
であると、珪砂１７の配合量が過大であるので、溶湯滞
留時に粒子間の焼結が過大に進行しやすくなるからであ
る。このため、焼結層の厚さが増大して高い強度を持つ
ようになり、自然開孔率が低下する。

【００２１】前記アルカリ金属酸化物のノズル充填材１
５中の含有率は、０．３〜２．０重量％の範囲内の値に
選ばれる。前述のように、アルカリ金属酸化物Ｒ₂Ｏは
長石１８および珪砂１７中に含まれているので、両者に
含まれるＲ₂Ｏの合計量に基づいてＲ₂Ｏ含有率が設定さ
れる。アルカリ金属酸化物Ｒ₂Ｏは、溶湯注入前に余熱
の残っている上ノズル孔１０内で溶融または半溶融状態
となり、各粒子間に結合力を付与するとともに、溶湯注
入時に溶融して焼結性の悪いクロム鉱石１６同士の焼結
を促進する。アルカリ金属酸化物のノズル充填材１５中
の含有率が前記範囲内の値に選ばれるのは、次のような
理由による。すなわち、下限値未満のＲ₂Ｏ含有率で
は、前記バインダ効果が過小となり、溶湯注入時の初期
溶湯流によってノズル充填材１５が流出する恐れがある
からであり、さらにクロム鉱石１６同士の焼結の進行が
過小になるので、クロム鉱石１６の粒子間の間隙を充分
に塞ぐことができなくなり、溶湯の粒子間への侵入を防
止することが困難になるからである。また上限値を超え
る含有率では、焼結が過大に進行して焼結層の厚さが過
大になるからである。

【００２２】また本実施の形態では、クロム鉱石１６の
粒度分布における最も出現頻度の多い粒径（以後、モー
ドと略称する）は、１００〜５００μｍの範囲内の値に
選ばれることが好ましく、珪砂１７の粒度分布のモード
は６００〜１２００μｍの範囲内の値に選ばれることが
好ましい。珪砂１７の粒度分布のモードがクロム鉱石１
６のそれよりも大きく設定されるのは、珪砂１７の粒径
を相対的に大きくすることによって焼結性の良好な珪砂
１７の粒子間の間隔を拡げ、珪砂１７同士の焼結の進行
を抑制するためである。これによって、珪砂１７が焼結
状態になるまでの所要時間を長くすることができるの
で、ノズル充填材１５における過大な焼結層の形成を防
止することができる。なお、クロム鉱石１６および珪砂
１７の粒度分布における各モードの数値限定理由につい
ては後述する。

【００２３】ノズル充填材１５の各配合成分の配合率
は、たとえば表２に示すとおりである。表２中のクロム
鉱石１６、珪砂１７および長石１８の化学成分は前記表
１に示すとおりであり、配合後のノズル充填材１５の化
学成分は表３に示すとおりである。また、表１に示すク
ロム鉱石１６、珪砂１７および長石１８の粒度分布のモ
ードは、たとえばそれぞれ２１２μｍ，８５０μｍ，８
５０μｍであり、それらを配合した表３に示すノズル充
填材１５の粒度分布は図２に示すとおりである。図２の
横軸は粒子の粒径を表し、縦軸は各粒径を有する粒子の
出現頻度を重量％で表している。本実施の形態における
ノズル充填材１５の粒度分布は、たとえば粒径２１２〜
３００μｍ付近のクロム鉱石１６の高いピークと、粒径
８５０μｍ付近の珪砂１７の低いピークとを有する。

【００２４】

【表２】

【００２５】

【表３】

【００２６】前記ノズル充填材１５は、上ノズル孔１０
内への充填時、取鍋７内への溶湯注入時および取鍋７内
における溶湯滞留時に次のような挙動を示す。前記ノズ
ル充填材１５がスライディングノズル１の上ノズル孔１
０内に充填されるときには、相対的に小径でかつ多量の
クロム鉱石１６と、相対的に大径でかつ少量の珪砂１７
との混合物が主成分として配合されているので、大径の
粒子間の間隙に小径の粒子を充填することができ、全体
として充填密度を向上することができる。したがって粒
子間の間隙を小さくすることができ、溶湯の侵入を防止
することができる。また、アルカリ金属酸化物が配合さ
れているので、前述のように溶湯注入前に各粒子間に結
合力を付与することができる。

【００２７】取鍋７内へ溶湯が注入されるときには、ア
ルカリ金属酸化物のバインダ効果によって流れの激しい
初期注入流によるノズル充填材１５の流失を防止するこ
とができる。また、アルカリ金属酸化物が適正量配合さ
れているので、クロム鉱石１６同士の焼結が適度に促進
され、粒子間の間隙を小さくすることができる。このた
め、溶湯の粒子間への侵入を防止することができ、強固
な侵入凝固層の形成を防止することができる。

【００２８】取鍋７内における溶湯滞留時には、クロム
鉱石１６および珪砂１７の粒径および配合量が適正に設
定されているので、滞留時間が長くなっても過大な焼結
の進行が抑制される。このため、強固な焼結層の形成を
防止することができる。

【００２９】このように、本実施の形態のノズル充填材
１５によれば、溶湯注入時にノズル充填材１５の流失を
防止することができるとともに、溶湯注入時および溶湯
滞留時における強固な侵入凝固層および焼結層の形成を
共に防止することができる。したがって、溶湯の取鍋７
内における滞留時間が長くなっても、スライディングノ
ズル１の自然開孔率を大幅に向上することができる。こ
の結果、前記酸素開孔の回数を低減することができるの
で、酸化物の混入が低減され、溶湯の品質を向上するこ
とができる。また、スライディングノズル１の開孔に要
する時間を大幅に短縮することができるので、出湯の遅
延が回避され、生産性が向上する。

【００３０】（実施例）図３に示す取鍋７のスライディ
ングノズル１を閉状態とし、上ノズル孔１０内にノズル
充填材を充填した後、取鍋７内にステンレス溶鋼の注入
を行った。注入終了後、ステンレス溶鋼を貯留した取鍋
７を真空脱ガス装置に装入して脱炭処理等の精錬を行
い、精錬終了後、連続鋳造装置においてスライディング
ノズル１を開状態としてスライディングノズル１の自然
開孔の可否を調査した。前記調査は、本発明の条件を満
たすノズル充填材を上ノズル孔１０内に充填した発明例
と、本発明の条件から外れるノズル充填材を上ノズル孔
１０内に充填した比較例とについて多数のチャージにわ
たって行い、各ノズル充填材の自然開孔率を算出して比
較した。調査対象チャージにおけるステンレス溶鋼の温
度は１６５０℃であり、ステンレス溶鋼の取鍋７内にお
ける滞留時間は平均９０分、最大１８０分であった。な
お自然開孔が不可であった場合には酸素開孔を行った。

【００３１】表４に、発明例１〜５および比較例１〜５
におけるノズル充填材の内容とその自然開孔率とを示
す。発明例１〜５および比較例１〜４におけるノズル充
填材は、クロム鉱石、珪砂、長石およびカーボンを配合
成分として配合したものであり、比較例５のノズル充填
材は珪砂を配合しないでクロム鉱石、長石およびカーボ
ンを配合成分として配合したものである。配合成分であ
るクロム鉱石および長石の化学成分は、前記表１に示す
とおりであり、珪砂の化学成分はＳｉＯ₂：９６．０重
量％，Ｒ₂Ｏ：０．４６重量％，…であった。各ノズル
充填材のクロム鉱石と珪砂との混合比およびアルカリ金
属酸化物Ｒ₂Ｏの含有率は、前記各配合成分の配合率の
調整によって表４に示すように設定した。クロム鉱石お
よび珪砂の粒度分布のモードは、粒度調整によって表４
に示すように設定した。

【００３２】表４から、発明例のノズル充填材を用いれ
ば、比較例のノズル充填材を用いるときよりも、自然開
孔率が大幅に向上することがわかる。また、クロム鉱石
および珪砂の粒度分布のモードがそれぞれ１００〜５０
０μｍ，６００〜１２００μｍの範囲内からいずれか一
方でも外れると自然開孔率が低下することが判る。前述
のように、クロム鉱石および珪砂の粒度分布のモードが
前記範囲内の値に限定されるのは、この理由によるもの
である。

【００３３】

【表４】

【００３４】

【発明の効果】以上のように請求項１記載の本発明によ
れば、粒度分布の異なるクロム鉱石と珪砂との混合物が
主配合成分として含まれるので、充填密度を向上するこ
とができる。これによって、粒子間の間隙を小さくする
ことができるので、溶湯の侵入を防止することができ
る。

【００３５】また、クロム鉱石と珪砂との混合比が適正
範囲の値に選ばれているので、強固な侵入凝固層および
焼結層の形成が防止され、自然開孔率が向上する。この
結果、酸素開孔の回数を低減させることができるととも
に、出湯の遅延を回避することができる。したがって、
溶湯の品質および生産性を向上させることができる。

【００３６】また、アルカリ金属酸化物が適正量ノズル
充填材中に配合されているので、溶湯注入時の初期注入
流によってノズル充填材が流失するという不具合の発生
を防止することができる。またアルカリ金属酸化物によ
ってクロム鉱石同士の焼結を溶湯注入時に適度に促進す
ることができるので、溶湯の粒子間への侵入を防止する
ことができる。

【００３７】また請求項２記載の本発明によれば、珪砂
の粒径がクロム鉱石の粒径よりも大きいので、珪砂の粒
子間隔が相対的に大きくなる。これによって、溶湯滞留
時に珪砂同士の焼結を抑制することができるので、過大
な焼結層の形成が防止される。したがって、出湯用ノズ
ルの自然開孔率を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態であるノズル充填材の構
成を模式的に示す模式図である。

【図２】ノズル充填材の粒度分布を示すグラフである。

【図３】取鍋に付設したスライディングノズル装置の構
成を簡略化して示す断面図である。

【符号の説明】

１スライディングノズル装置３上部ノズル４上部プレート５下部プレート６下部ノズル７取鍋８マスれんが１０上ノズル孔１１下ノズル孔１３，１５ノズル充填材１６クロム鉱石１７珪砂１８長石１９カーボン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融金属容器に付設される出湯用ノズル
のノズル孔内に充填される粒状のノズル充填材におい
て、粒度分布の異なるクロム鉱石と珪砂との混合物を主配合
成分として含み、クロム鉱石と珪砂との混合比が９／１
〜７／３であり、アルカリ金属酸化物を配合成分として含み、アルカリ金
属酸化物の含有率が０．３〜２．０％であることを特徴
とするノズル充填材。
【請求項２】前記クロム鉱石および珪砂の粒度分布に
おける最も出現頻度の多い粒径は、それぞれ１００〜５
００μｍ，６００〜１２００μｍの範囲内の値に選ばれ
ることを特徴とする請求項１記載のノズル充填材。