(57)【要約】【課題】本発明の目的は、上記事情を鑑みてなされたものであり、すり鉢状損傷の中心となっている羽口れんがの耐損傷性を格段に高めることができるガス吹込み用羽口れんが構造を提供することにある。【解決手段】本発明のガス吹込み用羽口れんが構造は、ガス吹込み管、該ガス吹込み管の周囲に配設される芯体部、及び該芯体部の周囲に配設されるブロック部から構成されるガス吹込み用羽口れんが構造であって、芯体部がカーボン質材料から構成され、且つブロック部がマグネシア−カーボン質材料から構成されることを特徴とする【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス吹込み管、該ガス吹込み管の周囲に配設される芯体部、及び該芯体部の周囲に配設されるブロック部から構成されるガス吹込み用羽口れんが構造であって、芯体部がカーボン質材料から構成され、且つブロック部がマグネシア−カーボン質材料から構成されることを特徴とするガス吹込み用羽口れんが構造。
【請求項２】
カーボン質材質がアルミニウム、シリコンまたはこれらの合金、アルミニウム−マグネシウム合金、炭化珪素、窒化珪素及び炭化硼素からなる群から選択される１種または２種以上を５質量％以下の量で含有する、請求項１記載のガス吹込み用羽口れんが構造。
【請求項３】
芯体部を構成するカーボン質材料が、カーボン質焼結体またはカーボン質成形体よりなる、請求項１または２記載のガス吹込み用羽口れんが構造。
【請求項４】
ブロック部を構成するマグネシア−カーボン質材料が、アルミニウム、シリコンまたはこれらの合金、アルミニウム−マグネシウム合金、炭化珪素、窒化珪素及び炭化硼素からなる群から選択される１種または２種以上を５質量％以下の量で含有する、請求項１記載のガス吹込み用羽口れんが構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転炉、電気炉等に配設されて使用されるガス吹込み用羽口れんが構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
製鋼プロセスで使用される転炉、電気炉等では、炉内の溶融金属にガスを吹込んで精錬が行われる。ガス吹込みの方法には、上底吹き法と底吹き法とがあるが、いずれにも採用されている底吹き法では、ガス吹込み管を有する羽口れんがが炉底のライニングの一部として１つないし複数個用いられる。炉底ライニングの中で羽口レンがの損傷は大きく、羽口れんがを中心にしてその周囲のれんがが損傷した一種のすり鉢状損傷が一般に見受けられる。このすり鉢状損傷は時として炉の寿命を律速し、また、補修頻度、羽口れんが交換頻度を高めることにもなり、その対策が求められている。
【０００３】
この対策として考案された技術には例えば、以下のものがある：
特許文献１には、簡便に交換できる羽口構造として、溶融金属容器（１）内における器底部（２）の器底面（２ａ）下に配列される炉床耐火れんが（３）に該溶融金属容器（１）内の溶融金属を強制的に攪拌するために装着されている１本物のガス吹込みノズル（８ａ）や羽口れんが（８ｂ）から構成される底吹き羽口（８）が、当該底吹き羽口（８）及びその周囲の炉床耐火れんが（３）の損耗許容範囲である上段部と損耗されない範囲である下段部との２段構造で予め区分けされていて、該上段部が前記ガス吹込みノズル（８ａ）と同じか又は外形寸法などが実質的に同じ１本物のガス吹込みノズル（１７ａ）と、このガス吹込みノズル（８ａ、１７ａ）を挿入して取り付ける交換用の大型羽口れんが（１７ａ）とから成る底吹き羽口（１７）であることを特徴とする溶融金属容器用ガス吹込み底吹き羽口の構造（請求項１）が開示されている。特許文献１によれば、ガス吹込みノズルが本来有する寿命を無駄なく有効に使用でき、炉床耐火れんがの張替えを極力抑制できるとしている。
【０００４】
また、特許文献２には、羽口周りのれんがの厚みを他の部分のれんが厚みより厚くする底吹き羽口を有する転炉のれんが積み構造において、該羽口周りの隣りあうれんが同士の接触面における高さ方向に、順次、次式範囲の段差Ｌを設けて該羽口の断面形状をステップ或いは傾斜面で形成したことを特徴とする底吹き転炉用羽口周りのれんが積み構造：０．５≧Ｌ／Ｄ≧０（なお、Ｄはれんがの横幅である）が開示されている。特許文献２では、損傷の大きい羽口周りのれんが厚みをその他の炉底部よりも厚くし、羽口周りとその他の炉底部の間をステップ或いは傾斜面とした構造で、初期損傷による羽口周りの損耗を最も低く抑えることができるとしている。
【０００５】
更に、特許文献３には、弾性率が室温で１５ＧＰａ以上のＭｇＯ−Ｃ系れんがで施工した炉底の一部に、弾性率が室温で１５ＧＰａ未満のＭｇＯ−Ｃ系れんがを施工した範囲を設け、該範囲内に二重管羽口を配置した転炉の炉底れんが積み構造において、前記弾性率が室温で１５ＧＰａ未満のＭｇＯ−Ｃ系れんがと前記弾性率が１５ＧＰａ以上のＭｇＯ−Ｃ系れんがとの境界位置を、前記二重管羽口の外周から５００〜６００ｍｍとしてなることを特徴とする底吹き羽口を有する転炉の炉底れんが積み構造が開示されている。特許文献３によれば、弾性率が異なるＭｇＯ−Ｃ系れんがを貼り分けることにより、羽口周辺とそれ以外の部分との損耗のバランスが良くなり、全体での寿命が向上するとしている。
【０００６】
また、特許文献４には、精錬用ガスを吹き込むためのガス吹込み管を有し、マグネシア・カーボンれんがからなる羽口れんがと、該羽口れんがを囲む、マグネシア・カーボンれんがからなる羽口周辺れんがと、から構成され、転炉の底部に設置される底吹き羽口のれんが構造において、前記羽口れんがのカーボン含有量が前記羽口周囲れんがのカーボン含有量よりも低く、これにより、羽口れんがの熱膨張率が羽口周囲れんがの熱膨張率に比較して相対的に小さいことを特徴とする転炉底吹き羽口のれんが構造が開示されている。特許文献４では、羽口れんがのカーボン量を羽口周囲れんがのカーボン量よりも少なくすることにより、羽口れんがは羽口周囲れんがにより拘束されて亀裂の発生を抑制でき、底吹き羽口の耐用性が向上するとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２５７９４８号公報
【特許文献２】特開平６−２９３９０６号公報
【特許文献３】特開２００４−２８５４４１号公報
【特許文献４】特開２００９−２３５４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述の特許文献１ないし４に記載されているような羽口のれんが積み構造では、依然として羽口れんがを中心とするすり鉢状損傷が継続しており、即ち、マグネシア・カーボン質れんか自体の材質改良、れんが積み構造の改良、れんが補修等の改良、あるいはこれらの組み合わせでは、すり鉢状損傷の抑制には限界があり、更なる改良が求められている。
【０００９】
即ち、本発明の目的は、上記事情を鑑みてなされたものであり、すり鉢状損傷の中心となっている羽口れんがの耐損傷性を格段に高めることができるガス吹込み用羽口れんが構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そこで、本発明者らは、羽口れんが損傷の主要因をあらゆる方面から検討して明らかにすることにした。一般に、損傷の要因として、耐食性、損耗性、スポーリング性、酸化性等が挙げられる。これらの要因の影響を種々検討した結果、すり鉢状損傷の中心になっている羽口れんが損傷の主因は芯体部のスポーリング（割れ）にあることを突き止め、更に、構造体として受ける迫り割れ等の機械的影響によるよりも熱衝撃の影響によるスポーリング（割れ）が非常に大きいことを解明し、ターゲットを芯体部に絞ることとした。
【００１１】
従来技術においても、芯体部の耐スポーリング性を向上させる検討は幾つか行われているが、未だ成功していないのが現状である。更に調査を続けた結果、耐熱衝撃性のレベルが定量的に把握されていないこと、実炉の熱衝撃レベルが従来技術の範囲を大きく超えていることが分った。例えば、従来使用されているＭｇＯ−Ｃ質材料の耐スポーリング性レベルでは損傷を軽減することでできず、ＭｇＯ−Ｃ質材料では限界があることが分った。ここに至り、従来の枠組みにとらわれない発想のもとに、ガス吹込み用羽口れんが構造を検討した結果、羽口れんがの芯体部に高耐スポーリング性を示すカーボン質材料を適用することにより上記問題点を解決できることを見出した。ここで、カーボン材質を適用するに当たり、カーボンが精錬処理中に溶融金属中に溶解して損傷が進行することが懸念されたが、カーボンの高熱伝導性の特長によって精錬時の吹込みガスの冷却効果が働き、芯体部が充分に冷却されるので、溶融金属へのカーボン溶解は抑制されることが判明した。
【００１２】
従って、本発明のガス吹込み用羽口れんが構造は、ガス吹込み管、該ガス吹込み管の周囲に配設される芯体部、及び該芯体部の周囲に配設されるブロック部から構成されるガス吹込み用羽口れんが構造であって、芯体部がカーボン質材料から構成され、且つブロック部がマグネシア−カーボン質材料から構成されることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のガス吹込み用羽口れんが構造は、カーボン質材質がアルミニウム、シリコンまたはこれらの合金、アルミニウム−マグネシウム合金、炭化珪素、窒化珪素及び炭化硼素からなる群から選択される１種または２種以上を５質量％以下の量で含有することを特徴とする。
【００１４】
更に、本発明のガス吹込み用羽口れんが構造は、芯体部を構成するカーボン質材料が、カーボン質焼結体またはカーボン質成形体よりなることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明のガス吹込み用羽口れんが構造は、マグネシア−カーボン質材料がアルミニウム、シリコンまたはこれらの合金、アルミニウム−マグネシウム合金、炭化珪素、窒化珪素及び炭化硼素からなる群から選択される１種または２種以上を５質量％以下の量で含有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ガス吹込み用羽口れんが構造の芯体部をカーボン質材質とすることにより、ガス吹込み用羽口れんがの耐スポーリング性を格段に向上させることができ、従って、すり鉢状損傷を解消することができ、ガス吹込み用羽口れんが損傷に対して従来実施されていた補修作業やそれに伴う補修材が不要となり、また、炉寿命を大幅に向上することができる。また、芯体部をカーボン質材質としているため、その熱効果により、芯体部周囲のブロック部稼動面にマッシュルームが付き易くなり、それがガス吹込み用羽口れんが保護の役割をなし、副次的に耐損傷性レベルを向上させることができる。更に、芯体部がカーボン質材質であるため、その柔らかさの故に、加工がし易く、ガス吹込み用羽口れんが構造を容易に構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のガス吹込み用羽口れんが構造の基本構成を示す図である。
【図２】本発明のガス吹込み用羽口れんが構造の他の実施態様を示す図である。
【図３】本発明のガス吹込み用羽口れんが構造を実炉のライニング内に配設した１実施態様を示す図である。
【図４】本発明のガス吹込み用羽口れんが構造を実炉のライニング内に配設した他の実施態様を示す図である。
【図５】本発明のガス吹込み用羽口れんが構造を実炉のライニング内に配設した他の実施態様を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明のガス吹込み用羽口れんが構造の一実施態様を図１に示す。羽口れんが構造は、ガス吹込み管（３）の周囲に設けられた芯体部（１）と、芯体部（１）の周囲に設けられたブロック部（２）から構成される。ここで、ガス吹込み管（３）は、ステンレス鋼管、鋼管等の通常の管から構成することができる。図１では、ガス吹込み管（３）は１本設けられているが、ガス吹込み管（３）の配置は特に限定されるものではなく、例えば単管、二重管、三重管、環状のＳＡ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ａｎｎｕｌａｒ）羽口のような１本のガス吹込み管、ＭＨＰ（Ｍｕｌｔｉ  Ｈｏｌｅ  Ｐｌｕｇ）、ＰＥ（Ｐｅｒｍｅｒａｂｌｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）などのような複数本のガス吹込み管を用いた構成とすることができる。
【００１９】
ガス吹込み管（３）の芯体部（１）への配設は、芯体部（１）に予め所定の大きさの孔をレーザーまたは機械加工によって切削し、孔内のガス吹込み管（３）と芯体部（１）の接合部（４）には、モルタル等の通常の接着材料を用いてガス吹込み管（３）を配設することができる。また、芯体部（１）製造時の成形プロセスで、ガス吹込み管（３）を芯体部形成用練土中に配設した後に芯体部と一体にして成形することもできる。
【００２０】
本発明のガス吹込み用羽口れんが構造において、芯体部（１）は、カーボン質材料で構成される。カーボン質材料は、カーボン焼結体であっても、カーボン成形体であってもよい。カーボン焼結体は、所定の形状に整えられたものを通常の工程を経て、炭素化ないし黒鉛化した焼結体であり、その後、芯体部形状に加工されたものである。例えば、カーボン電極材、再結晶黒鉛部材、炭素繊維または黒鉛繊維などで補強された炭素製品を転用して用いることもできる。
【００２１】
一方、カーボン成形体は、樹脂、タール、ピッチ等の通常のバインダーを用いて適当な粒度に調整された、例えば天然黒鉛、無煙炭、木炭、熱分解黒鉛等のカーボン粉体を加圧成形し、その後、乾燥ないし加熱処理し、芯体部形状への加工を経て得られるものである。
【００２２】
なお、カーボン質材料には、カーボン質材料の酸化を防止するために、アルミニウム、シリコン等の金属またはそれらの合金類、例えばアルミニウム−マグネシウム合金、炭化珪素、窒化珪素、炭化硼素から選択される１種または２種以上を５質量％以下、好ましくは３質量％以下の量で添加することもできる。なお、これらの成分の添加量が５質量％を超えると、カーボン質材料の特長を活かすことができないために好ましくない。
【００２３】
また、本発明のガス吹込み用羽口れんが構造において、ブロック部（２）は、マグネシア−カーボン質材料から構成される。マグネシア−カーボン質材料としては、例えばカーボンが１５〜４０質量％、好ましくは１７〜３０質量％、マグネシアが８５〜６０質量％、好ましくは８３〜７０質量％の範囲内の組成を有するものから選択することができる。なお、カーボン源としては、例えば天然黒鉛、無煙炭、木炭、熱分解黒鉛等を使用することができ、また、マグネシア源としては、例えばマグネシアクリンカー、電融マグネシア等を用いることができる。
【００２４】
なお、マグネシア−カーボン質材料には、カーボンの酸化を防止するために、アルミニウム、シリコン等の金属またはそれらの合金類、例えばアルミニウム−マグネシウム合金、炭化珪素、窒化珪素、炭化硼素から選択される１種または２種以上を５質量％以下、好ましくは３質量％以下の量で添加することもできる。なお、これらの成分の添加量が５質量％を超えると、マグネシア−カーボン質材料の特長を活かすことができないために好ましくない。
【００２５】
所定の形状に成形された芯体部（１）とブロック部（２）とを組み合わせることにより、本発明のガス吹込み用羽口れんが構造を形成することができる。芯体部（１）とブロック部（２）の接合部（５）には、モルタルを使用することができるが、その他、耐火原料の乾粉、セラミックファイバー、断熱シート等を接合部に挿入することもできる。また、ブロック部（２）製造時の成形過程において、芯体部（１）を枠内に入れ、その周囲にマグネシア−カーボン質材料の練土を配設することによって、芯体部（１）とブロック部（２）を一体にして成形して作製することもできる。
【００２６】
また、本発明のガス吹込み用羽口れんが構造の他の実施態様を図２に示す。図２は、複数のガス吹込み管（３）が芯体部（１）に配設された構成であり、芯体部（１）内に配設されるガス吹込み管（３）の本数等は特に限定されるものではない。
【００２７】
このようにして製造された本発明のガス吹込み用羽口れんが構造（７）を実炉のライニング内に配設する。その一例を図３〜５に示す。図３は、炉底ライニング積み（６）が平行積みから構成されている例であり、図４は、炉底ライニング積み（６）が真円積みから構成されている例であり、図５は、炉底ライニング積み（６）が網代積みから構成されている例である。なお、炉底ライニングは、これらの組み合わせで構成されていても良く、本発明のガス吹込み用羽口れんが構造は、いずれの炉底ライニングにも適用することができることは言うまでもない。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明のガス吹込み用羽口れんが構造を実施例により具体的に説明する。
本発明品１ないし３及び比較品１〜２の構成を以下の表１に示す。
【００２９】
【表１】
2014055308.tif 000003
【００３０】
表１中、
「製造に要する相対工数」は、比較品１の羽口れんが構造の製造に要する生産時間を１００として、本発明品の羽口れんが構造の製造に要する時間を相対工数で表示した値である。指数が小さいほど生産性が高いことを示す；
「スポーリング試験による亀裂長さ（ｍｍ）」は、次の実験から得られるデータであり、耐スポーリング性の評価指標になる。羽口れんが構造の芯体部から所定形状に切り出し加工した試験片を、１６５０℃の溶鋼に投入して室温から急速加熱し、３０分間保持後に試験片を取り出して水冷するスポーリング試験を行った。試験後、試験片を２つに切断し、切断面に視認できた全ての亀裂の長さを合算し、その長さをもってスポーリング試験による亀裂長さとした。耐スポーリング性との関係は、数字が大きい程、耐スポーリング性が低いことを示す。逆に、数字が小さいほど、耐スポーリング性が大きいことを意味する；
「耐酸化性指数」は、次の実験から得られたものである。羽口れんがの芯体部からサイコロ形状に切り出し加工した試験片を１５００℃の大気雰囲気で３０分間加熱した後、試験片を２分割して酸化層の厚みを測定し、下記の式により算出したものである：
耐酸化性指数＝（１−酸化層厚み／試験片の寸法）×１００
耐酸化性指数が大きい程、耐酸化性が高いことを意味する；
「マッシュルーム付着性指数」は、実炉操業２４時間毎の炉待機時（空炉時）に、羽口れんが稼動面へのマッシュルーム付着状況を観察し、マッシュルームが付着していれば１ポイント、付着していなければ０ポイントとして１炉代に渡るポイントを合算し、比較品１の合算ポイントを１００として指数化したものである。マッシュルーム付着性指数が大きい程、マッシュルーム付着回数が多いことを意味し、羽口れんがが保護され、耐用性が向上することを意味する；
「耐損傷性指数」は、羽口れんがの損傷速度を単位チャージ（ｃｈ）当たりの損傷量（ｍｍ／ｃｈ）で表わした時の逆数を耐損傷量（ｃｈ／ｍｍ）とし、比較品１のそれを１００として指数表示したものである。耐損傷性指数は、大きい程耐損傷性が高いことを意味する；
「１炉代羽口れんがの使用率」は、１炉代の間（炉の内張りれんがを施工してから使用、解体されるまでの期間）に使用される羽口れんがの総本数を、対象とする炉の操業で使用される羽口れんがの本数で除した値である。ここで、使用される羽口れんがに対して、補修、差し替え、炉底交換による交換、予め配設されている羽口れんがどうしの切換え使用等の措置が取られたら、その都度羽口れんがが新たに使用されたとして１本とカウントした。従って、使用率が小さい程良好であることを示す。
【符号の説明】
【００３１】
１  芯体部  ２  ブロック部  ３  ガス吹込み管  ４  ガス吹込み管と芯体部の接合部  ５  芯体部とブロック部の接合部  ６  炉底ライニング積み  ７  ガス吹込み用羽口れんが構造。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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