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発明の名称 取鍋摺動開閉装置の詰砂
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−52751
公開日 平成10年(1998)2月24日
出願番号 特願平9−164880
出願日 平成9年(1997)6月9日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】高山 宏志
発明者 高杉 英登 / 白山 章 / 田野 学 / 石井 健司 / 中嶋 廣久 / 赤井 真一
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 70〜90重量%のクロマイト砂と、10〜30重量%のシリカ砂とから実質的になり、前記クロマイト砂は粒径150〜850μmの範囲のものが95%以上、粒径200〜425μmの範囲のものが60%以上含まれ、前記シリカ砂は粒径200〜850μmの範囲のものが95%以上、粒径300〜600μmの範囲のものが60%以上含まれていることを特徴とする取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【請求項2】 前記シリカ砂が、1.4以下の粒径係数を有することを特徴とする請求項1に記載の取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【請求項3】 前記クロマイト砂は、粒径53μm未満のものが実質的に存在しないことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【請求項4】 前記クロマイト砂は、粒径850μmを超えるものが実質的に存在しないことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【請求項5】 前記シリカ砂は、粒径106μm未満のものが実質的に存在しないことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の取鍋開閉装置の詰砂。
【請求項6】 前記シリカ砂は粒径1180μmを超えるものが実質的に存在しないことを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【請求項7】 さらに外部添加で0.05〜5重量%のカーボンブラックを配合したことを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【請求項8】 前記カーボンブラックは、前記シリカ砂にコーティングされた状態で配合されることを特徴とする請求項7に記載の取鍋摺動開閉装置の詰砂。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、製鋼用取鍋などの出湯に用いられるスライディングノズルまたはロータリーノズルなどの取鍋摺動開閉装置の詰砂に関する。
【0002】
【従来の技術】溶鋼を受鋼する取鍋は、転炉精錬の後に行われる炉外精錬および連続鋳造などに用いられ、その底部には溶鋼出鋼用の摺動開閉装置(スライディングノズルまたはロータリーノズル)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、溶鋼を受鋼する前に摺動開閉装置のノズル内に耐火性の詰砂が充填され、取鍋内に溶鋼が注入された後にノズルを開くと、自然に詰砂が落下し溶鋼が流出する自然開孔により出鋼している。
【0003】従来、この種の詰砂としては、一般的にシリカ砂(SiO2:90〜99%)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砂が用いられる場合もある。
【0004】しかしながら、シリカ砂は溶融温度が低く、また、クロマイト砂は溶鋼の鋳込み時に焼結してしまう。このようなことにより、従来の詰砂では、溶鋼により焼結層を形成し、孔が開かなくなる不開孔が生じることがあった。そこで、特公昭60−57942号公報に記載されているように、スライディングノズルの下層にクロマイト砂を、上層にシリカ砂を充填する技術が一般的に用いられている。しかし、このような技術によっても不開孔を有効に減少させることはできず、2%前後の不開孔率が生じる。
【0005】このような不開孔は溶鋼の排出の妨げになるため、熟練工が酸素溶解して開孔するという危険な作業が必要である。したがって、労働災害を防止する観点から、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。
【0006】また、連続鋳造においては、このような不開孔が生じると、歩留まりが著しく低下するばかりか、取鍋内の溶鋼を鋳造できないなどの操業上多くの問題が生じる。
【0007】さらに、転炉で1次精錬を行った後、脱酸、脱リン、脱硫等のために長時間取鍋で2次精錬する場合、鋼種によっては7〜8時間も取鍋内で溶鋼が保持されることがあり、そのためこのような過酷な条件であっても自然開孔率が高いことが要求されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、高い自然開孔率を維持することができる取鍋摺動開閉装置の詰砂を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、高い自然開孔率を維持することができる取鍋摺動開閉装置の詰砂について検討を重ねた結果、クロマイト砂とシリカ砂とを一定の割合で配合すると共に、その粒度分布を特定範囲に規定することにより、詰砂の焼結、熱膨張による棚吊り、およびスラグ、地金の浸透による不開孔を有効に防止することができることを見出した。すなわち、クロマイト砂とシリカ砂との配合割合、およびこれらの粒度分布を適切に調整することにより、詰砂が溶鋼などの高温の溶湯に接触しても焼結しにくく、熱膨張による棚吊りも発生しにくく、かつ溶湯が浸透しにくいため、高い自然開孔率を維持することができることを見出した。
【0010】本発明は、このような知見に基づいて完成されたものであり、70〜90重量%のクロマイト砂と、10〜30重量%のシリカ砂とから実質的になり、前記クロマイト砂は粒径150〜850μmの範囲のものが95%以上、粒径200〜425μmの範囲のものが60%以上含まれ、前記シリカ砂は粒径200〜850μmの範囲のものが95%以上、粒径300〜600μmの範囲のものが60%以上含まれていることを特徴とする取鍋摺動開閉装置の詰砂を提供するものである。
【0011】また、上記詰砂において、前記シリカ砂が、1.4以下の粒径係数を有することを特徴とする取鍋摺動開閉装置の詰砂を提供するものである。さらに、上記いずれかの詰砂において、前記クロマイト砂は、粒径53μm未満のものが実質的に存在しないことを特徴とする取鍋摺動開閉装置の詰砂を提供するものである。
【0012】さらにまた、上記いずれかの詰砂において、前記クロマイト砂は、粒径850μmを超えるものが実質的に存在しないことを特徴とする取鍋摺動開閉装置の詰砂を提供するものである。
【0013】さらにまた、上記いずれかの詰砂において、前記シリカ砂は、粒径106μm未満のものが実質的に存在しないことを特徴とする取鍋開閉装置の詰砂を提供するものである。
【0014】さらにまた、上記いずれかの詰砂において、前記シリカ砂は、粒径1180μmを超えるものが実質的に存在しないことを特徴とする取鍋摺動開閉装置の詰砂を提供するものである。
【0015】さらにまた、上記いずれかの詰砂において、さらに外部添加で0.05〜5重量%のカーボンブラックを配合したことを特徴とする取鍋摺動開閉装置の詰砂を提供するものである。
【0016】さらにまた、上記詰砂において、前記カーボンブラックは、前記シリカ砂にコーティングされた状態で配合されることを特徴とする取鍋摺動開閉装置の詰砂を提供するものである。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明の取鍋摺動開閉装置の詰砂は、70〜90重量%のクロマイト砂と、10〜30重量%のシリカ砂とから実質的になり、前記クロマイト砂は粒径150〜850μmの範囲のものが95%以上、粒径200〜425μmの範囲のものが60%以上含まれ、前記シリカ砂は粒径200〜850μmの範囲のものが95%以上、粒径300〜600μmの範囲のものが60%以上含まれていることを特徴とするものである。
【0018】本発明において、クロマイト砂を70〜90重量%、シリカ砂を10〜30重量%としたのは、この範囲で配合することにより、耐火性の低いシリカ砂の欠点および溶鋼により焼結しやすいというクロマイト砂の欠点の両方を補い、自然開孔率を高いものとできるからである。すなわち、クロマイト砂は約2150℃までの耐火性を有し、シリカ砂の約1720℃よりも十分に高く、また、これに10〜30重量%のシリカ砂が配合されることによりクロマイト砂の焼結しやすいという問題が解消されるからである。好ましくはクロマイト砂75〜85重量%、シリカ砂15〜25重量%である。
【0019】また、クロマイト砂は粒径150〜850μmの範囲のものが95%以上、粒径200〜425μmの範囲のものが60%以上含まれ、シリカ砂は粒径200〜850μmの範囲のものが95%以上、粒径300〜600μmの範囲のものが60%以上含まれていることと規定したのは、このような粒径分布とすることにより、上述の配合割合と相俟って、過剰な焼結層の生成、熱膨張による棚吊り、およびスラグ、地金の浸透を有効に防止することができ、自然開孔率を高いものとすることができるからである。すなわち、クロマイト砂およびシリカ砂の配合割合を前述のように規定したうえで、これらの粒径分布をこのように規定することにより、焼結しにくく、しかもスラグ、地金が浸透しないため、高い自然開孔率が実現できるのである。
【0020】このように過剰な焼結層の生成、熱膨張による棚吊り、およびスラグ、地金の浸透を有効に防止する観点からは、クロマイト砂において、粒径53μm未満のもの、および/または粒径850μmを超えるものが実質的に存在しないことが好ましく、シリカ砂において、粒径106μm未満のもの、および/または粒径1180μmを超えるものが実質的に存在しないことが好ましい。
【0021】このように本発明では、クロマイト砂およびシリカ砂の均一充填製のみならず、詰砂の焼結性をも考慮してこれらの配合割合および粒径分布を規定したので、自然開孔率を著しく高めることができる。
【0022】ここで、本発明における粒度分布は、JISの鋳物砂の粒度試験方法(Z2602)に準じて測定した値である。この方法は、ふるいを粗いほうから呼び寸法順に重ね、一番上すなわち最も目の大きいふるい上に原料を載せ、ロータータップ型ふるい機等のふるい分け機械を使用してふるい分けを行う。本発明の場合、クロマイト砂については、粒径150〜850μmの範囲のものが95%以上、粒径200〜425μmの範囲のものが60%以上になるようにふるい分けを行い、シリカ砂については、粒径200〜850μmの範囲のものが95%以上、粒径300〜600μmの範囲のものが60%以上となるようにふるい分けを行う。
【0023】本発明で用いるシリカ砂は、粒子径が小さくなると耐火性が低下するので、これを防止するため、シリカ砂として粒径係数を1.4以下のものを使用することが好ましい。シリカ砂の粒径係数が1.4以下であれば、シリカ砂がノズル内に残存しにくくなり、棚吊りの発生を有効に防止することができる。粒径係数のより好ましい範囲は1.3〜1である。
【0024】なお、ここでいう粒径係数は、砂表面積測定器(ジョージフィッシャー社製)を用いて算出した値である。すなわち、粒径係数は、1g当たりの実際の砂の表面積(比表面積)を、理論的比表面積で割った値で表す。ここで、理論的比表面積とは、砂粒が全て球形であると仮定した場合の比表面積をいう。したがって、粒径係数が1に近いほど球に近い形状である。
【0025】本発明で使用されるクロマイト砂は、特に限定されるものではなく、天然に算出されるものを原料として乾燥・分級等を行って製造してもよいし、天然に産出されるものをそのまま用いてもよい。クロマイト砂の成分は、その産地に左右されるが、一般的にはCr23を30重量%以上、好ましくは30〜60重量%含有する。例えば、Cr23を40〜50重量%、FeOを20〜30重量%、その他、Al23を約15重量%程度、MgOを約10重量%程度を含有するものが典型例として挙げられる。
【0026】一方、シリカ砂も特に限定されるものではなく、天然に産出されるものを原料として乾燥・分級等を行って製造してもよいし、天然に産出されるものをそのまま用いてもよい。シリカ砂の成分もその産地に左右されるが、一般的には、SiO2を90重量%以上含有する。天然砂としては、例えば、オーストラリア産のフリーマントル砂や、国産の東北珪砂が挙げられる。なお、シリカ砂には、Al23、K2O、Na2O等の物質が含まれていてもよいが、これらはシリカ砂の融点を低下させ、不開孔の原因となるので、これらが含まれている場合でも1重量%以下であることが好ましい。
【0027】クロマイト砂およびシリカ砂の品質を一定にするために、磨鉱処理を施した砂を使用してもよい。また、磨鉱処理を施した砂または施さない砂を2種以上混合してもよい。
【0028】磨鉱処理には、公知の乾式法、湿式法のいずれも適用することができる。乾式法には、原料砂を高速気流により装置内で上昇させ、衝突板に衝突させることによって、砂粒相互の衝突と摩擦によって磨鉱処理するサンドリクレンマ等のニューマチックスクラバー装置、高速回転するローター上に原料砂を投入し、その遠心力で生ずる投射砂と落下する投入砂との間で起こる衝突と摩擦によって磨鉱処理する高速回転スクラバー装置、砂同士の摩擦を利用して磨鉱処理するアジテータミル等の高速攪拌機を用いた方法が挙げられる。一方、湿式法には、羽を回転させたトラフ内の砂粒相互の摩擦によって磨鉱処理するトラフ式等の磨鉱機による方法が挙げられる。
【0029】これら乾式法および湿式法の磨鉱処理の中では、湿式法を使用することが好ましい。これは、湿式法を用いることにより、磨鉱処理時の水洗によって所望の粒度より小さい砂を同時に取り除くことができるからである。しかしながら、乾式法であっても水洗装置を併設することにより同様の効果を得ることができる。
【0030】本発明においては、これらクロマイト砂およびシリカ砂に対して、さらに外部添加でカーボンブラックを0.05〜5重量%の範囲で配合することが好ましい。このようにカーボンブラックを配合することにより、出鋼温度1700℃以上、溶鋼リードタイム200分間以上の、炉外精錬を伴う高温長時間処理においても、高い自然開孔率を維持することができる。
【0031】すなわち、このようにカーボンブラックを配合することにより、シリカ砂やクロマイト砂の粒同士が焼結して結合することを防止することができ、かつその溶鋼侵入防止特性によって溶鋼が詰砂内に侵入することを防止することができる。したがって、炉外精錬を伴う高温長時間処理であっても、極めて高い自然開孔率を得ることができる。
【0032】また、カーボンブラックを配合しなければ、出鋼温度が1700℃以上と高く、かつ溶鋼滞留時間が2〜3時間を超えて長時間になる場合に、詰砂がノズル受けレンガ表面に焼結しやすく、そのため、ノズル受けの酸素洗浄頻度が増加し、それに伴うノズル受けの寿命低下、または鍋内残鋼による歩留低下を招くおそれがあるが、カーボンブラックを配合することにより、このような問題も解消される。
【0033】ここで、カーボンブラックの配合量が0.05重量%未満であると、砂粒子同士の結合防止作用が不足し、5%を超えるとカーボンの溶鋼へのピックアップ量が多くなりすぎる。したがって、カーボンブラックを配合する場合には、その配合量を0.05〜5重量%とする。極低炭素の溶製の際に適用する場合には、カーボンの溶鋼へのピックアップ量を極力抑制する必要があり、この場合にはカーボンブラックの配合量を1重量%以下とすることが好ましい。
【0034】本発明の詰砂が適用される取鍋摺動開閉装置としてはスライディングノズルおよびロータリーノズルが挙げられ、その形状は特に限定されない。用いられる溶鋼の種類も限定されるものではない。また、溶鋼の他の溶湯であっても用いることができる。
【0035】また、本発明の詰砂は上記配合割合であればその形態は問わず、クロマイト砂とシリカ砂との混合性が比較的良好であるため別々に摺動開閉装置のノズルに充填することが可能ではあるが、予め均一に混合したものを充填するほうが作業性の向上等の観点から好ましい。
【0036】カーボンブラックを配合する場合にも、その配合形態は問わないが、カーボンブラックにバインダー等により適度な粘性を持たせ、予めカーボンブラックをシリカ砂の表面にコーティングしておき、これとクロマイト砂とを均一に混合して用いることが好ましい。これによりカーボンブラックの均一分散を図ることができるとともに、シリカ砂の焼結を一層有効に防止することができる。なお、ここでいうコーティングは、カーボンブラック粒子をシリカ砂粒子の表面に付着させることを意図しており、必ずしもカーボンブラックの層が形成されている必要はない。また、クロマイト砂にカーボンブラックをコーティングしてもよく、シリカ砂およびクロマイト砂の両方にコーティングしてもよい。
【0037】本発明の詰め砂が適用される摺動開閉装置の一例としてのスライディングノズルの構造を図1に示す。スライディングノズル10は、上ノズル3と、それを側方から支持するノズル受けレンガ2と、上ノズル3を下方から支持する固定盤4と、固定盤4に対して摺動可能に設けられた摺動盤5と、摺動盤5の下に取り付けられた下部ノズル6とを備えている。そして、上ノズル3で規定されるノズル孔7内には本発明の詰砂1が充填される。図示するように、スライディングノズル10が閉状態で取鍋に溶鋼が注入される。溶鋼の注入が終了した時点で、摺動盤5を移動することによりスライディングノズルが開かれる。この状態で詰砂が落下しノズル孔7が自然開孔する。なお、ロータリーノズルも基本構造は同様であり、摺動盤が回転可能になっている点が異なるのみである。
【0038】本発明の詰砂は、上述したように、溶鋼などの高温の溶湯に接触しても焼結しにくく、熱膨張による棚吊りも発生しにくく、かつ溶湯が浸透しにくいため、自然開孔率を99.5%以上、さらにはほぼ100%にも高めることができる。
【0039】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明する。クロマイト砂、シリカ砂を表1のように配合した詰砂を、250t取鍋の底に設けられた摺動開閉装置のノズル径75mmφのノズル孔に充填し、1000チャージにおける自然開孔率を測定した。なお、ここでは、ほぼ全チャージが通常の連続鋳造に適用したものである。表1中、実施例1,2は本発明の範囲を満たすものであり、比較例1はシリカ砂の粒径分布が本発明の範囲から外れるもの、比較例2はクロマイト砂の粒径分布が本発明の範囲から外れるもの、比較例3はクロマイト砂とシリカ砂の配合割合が本発明の範囲から外れるもの、比較例4はシリカ砂単独のもの、比較例5はクロマイト砂単独のものである。
【0040】
【表1】

【0041】その結果、実施例1では自然開孔率が100%となり、実施例2では粗粉、微粉が多いため、実施例1より自然開孔率が若干低下したが、99.6%という高い値が得られた。
【0042】これに対して、粒径分布が本発明の範囲から外れる比較例1,2は、自然開孔率が99.0%であり、十分な自然開孔率が得られなかった。また、配合が本発明の範囲〜外れる比較例3は、98.6%の低い自然開孔率であった。さらに、シリカ砂単独およびクロマイト砂単独の比較例4,5は、自然開孔率がそれぞれ97.8%、98.4%とやはり低い自然開孔率であった。なお、図2に実施例1の詰砂のクロマイト砂およびシリカ砂の粒径分布を示す。
【0043】次に、実施例1の詰砂、および実施例1の詰砂に対して外部添加でカーボンをそれぞれ0.1、0.5 、3重量%配合した詰砂を、250t取鍋の底に設けられた摺動開閉装置のノズル径75mmφのノズル孔に充填し、1000チャージにおける自然開孔率を測定した。ここでは、高級鋼の炉外精錬に相当する出鋼温度1700℃以上、溶鋼リードタイム200分間以上という過酷な条件の割合が10%以上と高いものとした。また、カーボンブラックについては平均粒径40nmのものを用いた。
【0044】その結果、実施例1については、99.8%の自然開孔率を示したが、詰砂がノズル受けレンガ表面に焼結する頻度が高く、ノズル受けの酸素洗浄頻度が高いものとなった。これに対して、カーボンブラックを0.1、0.5 、3重量%配合したものは、100%の自然開孔率を示し、詰砂のノズル受けレンガ表面への焼結の頻度も低かった。
【0045】以上のように、本発明の詰砂を用いることにより、高い自然開孔率が達成できることが確認された。
【0046】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、クロマイト砂とシリカ砂との配合割合、およびこれらの粒径分布を適切に調整することにより、溶鋼などの高温の溶湯に接触しても焼結しにくく、熱膨張による棚吊りが生じにくく、かつ溶湯が浸透しにくいため、高い自然開孔率を維持することができる取鍋摺動開閉装置の詰砂を提供することができる。




 

 


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