(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳鋼製の溶滓鍋であって、該溶滓鍋の、少なくとも内面または上縁の一部に、下記（１）式で定義される耐熱亀裂性指数ＰH/Cが16以上であるマルテンサイト系ステンレス鋼を被覆してなることを特徴とする耐久性に優れた溶滓鍋。
記
ＰH/C ＝σｙλ／α×10２    ‥‥（１）
ここで、σｙ：0.2耐力（MPa）
λ：熱伝達率（W・m−１K−１）
α：線膨張係数（×10６  ℃−１）
【請求項２】
前記被覆が、溶接被覆であることを特徴とする請求項１に記載の溶滓鍋。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融した高炉滓や転炉滓等の溶融滓（溶滓）を収容し運搬する運搬容器である溶滓鍋に係り、とくに、溶滓鍋の耐久性向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融したスラグの運搬容器である溶滓鍋は、上部が開放され、耐火物ライニングのない鉄鍋である。溶滓鍋１０の一般的構造を図２に示す。鍋本体１は、逆円錐形をしており、鍋底２は滓を排出しやすいように、球面状に形成されている。鍋本体１を安定して床に載置できるように、下部に高さの低い鍋台３を一体的に設けている。溶滓鍋の運搬は、トラニオン４を介して行われ、滓排出時の溶滓鍋の回転もこのトラニオン４を介して行われる。
【０００３】
溶滓鍋は、高炉あるいは転炉等で発生した溶融したスラグ（高炉滓、転炉滓等）を受け、収容したのち、所定の場所まで運搬し、内容物であるスラグ（溶融滓）を排出し、再び高炉あるいは転炉等で発生した溶融したスラグを受け、所定の場所まで運搬するという作業を繰り返す。このような作業により、溶滓鍋には加熱・冷却が繰り返し負荷される。
このような、繰返し加熱・冷却により発生する繰返し熱応力により、溶滓鍋には、短時間で熱疲労亀裂（熱亀裂ともいう）が生じる。通常用いられる鉄鍋では、比較的短時間で肉厚全厚を貫通するまでに、大きく成長する場合が多い。熱亀裂が肉厚全厚を貫通するまでに成長すると、内容物である溶融したスラグが周辺に漏れたり、あるいは溶滓鍋が変形して周辺構造物と接触したりする事故が発生するという問題がある。
【０００４】
そのため、従来から鍋形状の維持や、漏洩防止の観点から、溶接により亀裂部を補修（溶接補修）している。溶接補修された溶滓鍋は、再び上記した作業に繰り返し使用されている。このため、溶接補修が容易となるように、従来から、溶滓鍋は、JIS G 5102に規定される溶接構造用鋳鋼品SCWを使用して製作されてきた。しかし、使用される溶滓鍋（鋳鋼品）の肉厚は100mmを超える厚肉であるため、溶接補修費が多大になるうえ、さらに、溶接補修時には、当該溶滓鍋の使用を休止せざるをえず、その代替として多くの予備鍋を必要とするという問題があった。
【０００５】
このような問題に対し、溶滓鍋の長寿命化が強く要望されている。例えば特許文献１には、溶滓鍋の寿命延長方法が提案されている。特許文献１に記載された技術は、溶滓鍋に、1500回前後の受排滓回数を目処にして、亀裂が発生する以前に焼準熱処理及び焼戻し熱処理を施し、亀裂の発生を抑制する溶滓鍋の寿命延長方法である。これにより、溶滓鍋の亀裂発生と進展が大幅に低減でき、4000回まで使用しても、亀裂の発生はみられないという、顕著な効果を奏するとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平06−256817号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された発明では、溶滓鍋に焼準熱処理及び焼戻し熱処理を施すための熱処理設備、しかも大型の設備を必要とするため、経済的に問題を残していた。
本発明は、かかる従来技術の問題を有利に解決し、耐久性に優れた溶滓鍋を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記した目的を達成するため、まず、繰り返し使用された溶接構造用鋳鋼品SCW450製溶滓鍋を詳細に観察した。その結果、熱亀裂は、図２にハッチングして示すような溶滓鍋の内面および上縁に多発していることを見出した。そして、更なる検討を繰り返した結果、熱亀裂の発生を抑制するためには、溶滓鍋の熱亀裂発生領域を、繰り返し加熱冷却を負荷されても熱亀裂を発生しにくい金属材料で、被覆することに思い至った。
【０００９】
本発明者らは、熱亀裂を発生しにくい金属材料を選択する過程で、種々検討した結果、金属材料の熱亀裂発生の難易度をあらわすパラメータとして、次（１）式
ＰH/C ＝σｙλ／α×10２    ‥‥（３）
（ここで、σｙ：0.2％耐力（MPa）、λ：熱伝達率（W・m−１K−１）、α：線膨張係数（×10６  ℃−１））
で定義される耐熱亀裂性指数ＰH/Cを採用することにより、金属材料の選択指針が容易に得られることを知見した。
【００１０】
次に、本発明の基礎となった実験結果について説明する。
溶接構造用鋳鋼品ＳＣＷを含め、種々の強度、熱伝導率、線膨張係数を有する金属材料を用意し、該金属材料から、熱サイクル試験片を採取し、熱疲労試験を実施した。試験条件は、試験片を拘束状態とし、最高加熱温度：700℃‐最低温度：20℃間を急熱し冷却するサイクルを繰り返す処理とし、繰り返し回数は1000回とした。この条件は、溶滓鍋が実際に受ける熱サイクルを模擬している。試験後、試験片表面に発生した亀裂を光学顕微鏡（倍率：100倍）で観察し、亀裂長さを測定した。
【００１１】
得られた亀裂長さと、上記した（１）式で定義されるＰH/Cとの関係を図１に示す。
図１から、ＰH/Cが増加するにともない、亀裂長さが減少する。ＰH/Cが16以上の材料であれば、負荷される熱サイクルで生じる熱亀裂長さがほとんど問題ない程度に小さくなる。
このような結果から、熱亀裂が多発する領域である溶滓鍋の少なくとも内面および上縁の一部に、耐熱亀裂性指数ＰH/Cが16以上である金属材料を被覆することにより、熱亀裂の発生を抑制できることを見出した。なお、被覆は、溶接被覆することが好ましいことも見出した。
【００１２】
本発明は、かかる知見に基づき、さらに検討を加え完成されたものである。すなわち、本発明の要旨はつぎのとおりである。
（１）鋳鋼製の溶滓鍋であって、該溶滓鍋の、少なくとも内面または上縁の一部に、下記（１）式で定義される耐熱亀裂性指数ＰH/Cが16以上であるマルテンサイト系ステンレス鋼を被覆してなることを特徴とする耐久性に優れた溶滓鍋。
記
ＰH/C ＝σｙλ／α×10２    ‥‥（１）
ここで、σｙ：0.2耐力（MPa）
λ：熱伝達率（W・m−１K−１）
α：線膨張係数（×10６  ℃−１）
（２）（１）において、前記被覆が、溶接被覆であることを特徴とする溶滓鍋。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、熱亀裂の発生が抑制され、溶滓鍋の耐久性が向上するという、産業上格段の効果を奏する。また、溶滓鍋の溶接補修の頻度が少なくなり、補修費の削減に大きく寄与するという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】熱亀裂長さと耐熱亀裂性指数との関係を示すグラフである。
【図２】溶滓鍋の形状の一例を模式的に示す説明図である。ハッチング部は熱亀裂多発領域である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、基体（鍋）に鋳鋼品を使用した、耐久性を向上させた溶滓鍋である。
基体（鍋）に使用する鋳鋼品は、従来から使用されてきた、JISに規定される溶接構造用鋳鋼品がいずれも適用できる。そして、本発明になる溶滓鍋は、少なくとも基体（鍋）の内面および上縁の一部に、耐熱亀裂性に優れた金属材料を被覆してなる。
ここで、基体（鍋）の内面および上縁の一部とは、図２にハッチング部として示すような、溶滓鍋の熱亀裂多発発生領域を指す。溶滓鍋の、この領域は、溶融した滓が付着したり、剥がれたりして、急激な加熱と、その後の急冷を繰返す熱サイクルが負荷される領域である。
【００１７】
被覆する、耐熱亀裂性に優れた金属材料としては、
ＰH/C ＝σｙλ／α×10２    ‥‥（１）
ここで、ＰH/C：耐熱亀裂性指数
σｙ：0.2％耐力（MPa）
λ：熱伝達率（W・m−１K−１）
α：線膨張係数（×10６  ℃−１）
で定義されるＰH/Cが16以上である、金属材料とすることが好ましい。図１に示すように、ＰH/Cが16未満の材料では、熱亀裂の発生を抑制する程度が少なく、溶滓鍋の寿命を延長するまでに至らない。このようなことから、溶滓鍋の基体（鍋）を被覆する金属材料として、ＰH/Cが16以上である、耐熱亀裂性に優れた金属材料とした。
【００１８】
基体（鍋）の内面および上縁の一部を被覆する金属材料は、高温の溶滓と接触したり、凝固した溶滓から摩耗を受けたり、あるいは溶滓から腐食されることなどを考慮して、適正な強度、耐熱性、耐摩耗性、耐防食性等を併せ持つ、マルテンサイト系ステンレス鋼とすることが好ましい。マルテンサイト系ステンレス鋼としては、JISに規定されるSUS403、SUS410、SUS410S、SUS420J1、SUS420J2、SUS440A等が挙げられるが、本発明では、これらのマルテンサイト系ステンレス鋼のなかで、上記した（１）式を満足する材料を選択して、被覆することが好ましい。
【００１９】
なお、溶滓鍋の所定領域の被覆の方法は、とくに限定されないが、簡便性、生産性の観点から、肉盛溶接による被覆とすることが好ましい。肉盛溶接としては、常用の、溶極式ガスシールドアーク溶接（GMAW）等が適用できる。なお、肉盛溶接であれば、上記した組成となるように、使用する溶接材料を選択して、適正な被覆厚さとなるように、溶接入熱量等の溶接条件を選択して、被覆することが好ましい。
【００２０】
また、被覆する金属材料の厚さ（被覆厚さ）としては、3〜6mm厚とすることが、耐摩耗性、耐食性、耐剥離性、経済性等の観点から好ましい。
【実施例】
【００２１】
表１に示す組成の金属材料を、鋳鋼製溶滓鍋の内面および上縁の全面にわたり被覆した。被覆は、GMAWを用いて、肉盛溶接して行った。肉盛溶接後、溶接金属を分析して、成分組成を確認し、表１に示した。
【００２２】
【表１】
0005910260.tif 000002
【００２３】
使用した金属材料No.１、No.２は、ＰH/Cを本発明範囲内で種々変化したマルテンサイト系ステンレス鋼である。金属材料No.３、No.４は、ＰH/Cが本発明範囲を外れたマルテンサイト系ステンレス鋼である。No.５は、従来例であり、被覆無しの鋳鋼品SCW450である。
このように、種々の金属材料を表面に被覆した溶滓鍋を用いて、溶滓の受排滓を1500回繰返し行った。なお、受排滓のたびに、鍋表面を肉眼で観察し、発生した熱亀裂の長さを測定した。従来例では、補修を必要とする長さの熱亀裂を生じていたが、本発明例では、熱亀裂の発生は皆無であった。本発明の範囲を外れる比較例では、従来例と同等の亀裂長さを有する熱亀裂の発生が認められた。
【符号の説明】
【００２４】
１  鍋本体
２  鍋底
３  鍋台
４  トラニオン
10  溶滓鍋
【図１】
0005910260.tif 000003
【図２】
0005910260.tif 000004