(57)【要約】【課題】    ＡＯＤ炉のウェア耐火物のライニング構造において、羽口および羽口周辺の主にスポーリングに起因する損耗による炉材原単位の増大を低減し、最小化すること。【解決手段】  ＡＯＤ炉の少なくとも羽口を含む部位のウェア耐火物として、ＺｒＯ２を主成分とする耐火物を適用したもので、それ以外の部位には塩基性耐火物も併用でき、ＡＯＤ炉のなかで損耗速度の最も大きい部位である羽口れんがおよびその周囲の損耗速度を低減し、炉材原単位を最小化するウェア耐火物のライニング構成を提供することが可能となる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽口れんがとしてＺｒＯ２を主成分とする耐火物を使用したＡＯＤ炉のライニング。
【請求項２】
羽口れんがとしてＺｒＯ２を主成分とする耐火物を使用し、その他の部位のウェア耐火物には塩基性耐火物を使用したＡＯＤ炉のライニング。
【請求項３】
塩基性耐火物が、マグネシア−クロム質れんが及び／またはドロマイト質れんがである請求項１または請求項２に記載のＡＯＤ炉の耐火物ライニング。
【請求項４】
ＺｒＯ２を主成分とする耐火物が、化学成分としてＺｒＯ２が７０質量％以上であり、残部がＴｉＯ２を０．５〜１０質量％含有する請求項１〜請求項３の何れかに記載のＡＯＤ炉の耐火物ライニング。
【請求項５】
残部がＴｉＯ２を０．５〜１０質量％とともに、安定化剤を２〜２０質量％を含有する請求項４に記載のＡＯＤ炉の耐火物ライニング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス鋼などの特殊鋼を溶鋼中に酸素ガスと共にアルゴン、窒素等の不活性ガスを吹き込み、発生するＣＯガスの分圧を低下させることにより、Ｃｒの酸化を抑えながら脱炭を行ういわゆるＡＯＤ炉の耐火物ライニングに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ステンレス鋼などの特殊鋼は、用途の高度化に伴い炭素、酸素など微量成分の規格が厳格化している。このため、これらの特殊鋼を溶製するＡＯＤ炉は、溶製温度の上昇、スラグの塩基度低下など、操業条件が過酷化している。
【０００３】
ＡＯＤ炉のライニングは、下層のパーマネント耐火物とその上に形成されたウェア耐火物からなり、通常、パーマネント耐火物としてマグネシア質れんがが、また、一部にはマグネシア−クロム質れんがが採用され、また、ウェア耐火物としてはマグネシア−クロム質れんがあるいはドロマイト質れんがが採用されている。
【０００４】
ＡＯＤ炉の操業環境は、溶鋼温度が１７５０〜１８００℃という高い操業温度の下で侵食性の強い低塩基度スラグに接触することから、そのウェア耐火物の寿命を規定する損耗の機構は溶損の要素が最も大きい。それに加えて、炉壁の羽口れんがとその周辺の耐火物は、操業中、羽口に内挿された二重管から酸素を含むガスを吹き出すため、鋼中の炭素などの酸化による高熱が二重管の先端付近で発生し、羽口周辺の耐火物は２０００℃を超える高温に曝される。また、出鋼後の待機時には、二重管の詰まりや酸化を防ぐために、不活性ガスが導入され、羽口周辺はガスによって冷却される。このような高温加熱と冷却との熱履歴によって羽口れんがとその周辺の耐火物は、スポーリングを起こし損耗速度は最も大きいものとなる。
【０００５】
元来、マグネシアや石灰に代表される塩基性酸化物は、酸化物の中でも熱膨張率が大きく、耐スポーリング性に劣り、また、その熱伝導率が比較的大きいために、二重管付近の温度変化の影響は広範囲に及び、それによるスポーリングによる損耗が発生しやすい。
【０００６】
そのため、ウェア耐火物の中でも羽口れんがとその周辺の耐火物の寿命が、炉の全体の耐火物寿命を左右することになる。
【０００７】
このようなＡＯＤ炉の羽口れんがとその周辺の耐火物の損耗による障害を取り除くための対策が多くの特許文献に開示されている。
【０００８】
例えば、特許文献１には、損耗した羽口れんがの交換を迅速化するために、交換パイプ金物の挿入孔を耐火物で塞いだ予備の羽口れんがを設けておき、羽口れんがの交換を迅速化することが開示されている。ところが、この対策では、予備の羽口れんがは使用している羽口の近くに存在するため、使用中の羽口れんがと同時に損耗すろことになり、それ程の利点はなく、逆に羽口れんがの穴を開けるために手間を要するという欠点がある。
【０００９】
また、特許文献２には、羽口れんがの耐スポーリング性の向上のために炭素含有耐火物を適用すること、実施例には３〜２５質量％の炭素を含有する耐火物が記載されている。  しかしながら、ＡＯＤにおいては炭素含有耐火物を適用したのでは、耐火物中のカーボンが溶鋼中に溶け出すカーボンピックアップの問題が生じる。また、炭素含有耐火物そののものは、炭素ボンドが結合の主体になっているので、この結合が酸化により分解し強度が劣化する問題もある。
【００１０】
さらには、特許文献３に記載の耐食性と耐スポーリング性に優れたジルコニア耐火物を、オープンノズル、浸漬ノズル、プレートれんが等の連続鋳造用ノズルに適用することが試みられているが、溶融金属容器の内張り材としての適用については未知の問題があり、ＡＯＤへの適用については全く検討されていない。
【特許文献１】実開昭６０−１７７９４２号公報
【特許文献２】特開２００２−１１５０１１号公報
【特許文献３】特開平４−４２８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、ＡＯＤ炉のウェア耐火物のライニング構造において、羽口周辺の主にスポーリングに起因する損耗による炉材原単位の増大を低減し、最小化することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、ＡＯＤ炉にＺｒＯ２を主成分とする羽口れんがを適用したことを特徴とする。そして、それ以外の部位には塩基性耐火物を併用できる。
【００１３】
ＺｒＯ２を主成分とする耐火物は一般に高価であることから、耐食性と耐スポーリング性に優れた特性を利用した製鋼用耐火物としては連続鋳造ノズルに限られていた。
【００１４】
本発明は、このＺｒＯ２のＡＯＤ炉への適用に際して、コスト面から、マグネシア−クロム質れんがやドロマイト質れんがなどの従来から使用されている塩基性耐火物との併用を検討した結果、酸性酸化物であるＺｒＯ２を主成分とする耐火物を塩基性耐火物と併用するに際して、懸念されるそれぞれの材質の境界での接触反応による溶損の悪影響は全く見られないという知見に基づいて完成したものである。
【００１５】
すなわち、ＡＯＤ炉において羽口れんがとしてＺｒＯ２を主成分とする耐火物を使用すると、羽口れんが自体とその周囲に配置した耐火物の損耗速度が著しく少ないことを見出した。
【００１６】
この理由は、ＡＯＤ炉においては、酸素含有ガスを吹き出すための二重管の先端付近が温度変化がもっとも大きい部位であるが、塩基性耐火物に比べて熱伝導率が低いＺｒＯ２を主成分とする耐火物を羽口付近に適用することによって、二重管先端の温度変化が周囲の耐火物に伝達しにくくなり、その外側に配置された塩基性耐火物のスポーリングによる損耗が抑制されたことによると考えられる。
【００１７】
本発明で使用するＺｒＯ２を主成分とする耐火物としては、ＺｒＯ２を７０質量％以上含有する耐火物を使用することができるが、より好ましくは９０質量％以上である。
【００１８】
そして、炭素は基本的には含有しないが、耐スポーリング性の向上のために炭素を含有させることもできる。その場合でも、５質量％以下、より好ましくは３質量％以下が好ましい。炭素成分が５質量％を超えるとカーボンピックアップの問題が大きくなる。
【００１９】
さらに、炭素以外に、ＺｒＯ２以外の成分としては、ＺｒＯ２の安定化剤として一般的であるＭｇＯ、ＣａＯ、Ｙ２Ｏ３等を２０質量％以下含有していても特に問題はない。
【００２０】
さらに、強度付与のために、焼結助剤としてＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、金属粉等を１０％までであれば使用することもできる。この中でも、ＴｉＯ２が高熱間強度と耐食性の面から優れた結果を示し、このことから、ＡＯＤ炉の羽口周辺のように、激しい溶鋼流による摩耗の影響がある部位には特に好適と言える。
【００２１】
Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等と比べてＴｉＯ２が高い強度を付与する理由は明かではないが、焼結助剤としてのＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２が約１７００℃以上の温度域で、ＺｒＯ２との間で液相を生成するのに対し、ＴｉＯ２は約３４モル％(約２５質量％)以内であれば、液相生成温度が２０００℃以上であることによるものと考えられる。
【００２２】
しかしながら、ＴｉＯ２は塩基性スラグの主成分であるＣａＯとの間では比較的低温で液相を生成するため、過剰の添加は耐食性を低下させる。このため、添加量としては０．５〜１０質量％の範囲が適当である。下限を０．５質量％とした理由は、これ未満であれば十分な焼結促進効果が得られないためである。
【００２３】
本発明のＺｒＯ２を主成分とする耐火物は、ジルコニア原料を主体とした配合物に対して、バインダーを添加し、混練、成形、熱処理する一般的な方法で得ることができる。
【００２４】
本発明において、ＺｒＯ２を主成分とする耐火物と併用する塩基性耐火物としては、ＭｇＯやＣａＯを含有する耐火物であるが、より好ましくは、マグネシア−クロム質れんが及びまたはドロマイト質れんがである。マグネシア−クロム質れんがとしては、従来からＡＯＤ、ＲＨ等に一般的に使用されているマグネシア−クロム質れんがであれば特に問題なく使用することができる。ドロマイト質れんがは、焼成タイプであって従来からＡＯＤ等に一般的に使用されているれんがを使用することが可能である。
【００２５】
本発明では、羽口れんがのみにＺｒＯ２を主成分とするれんがを配置することで羽口れんがおよびその周囲の寿命が飛躍的に延びるが、同時に羽口の周囲にあるウエア耐火物にもＺｒＯ２を主成分とする耐火物を使用することにより羽口を含む近傍のれんがの寿命が著しく向上する。
【００２６】
「羽口の周囲」の具体的範囲としては、処理する鋼種と操業条件によって変わるが、最も重要な範囲は、羽口れんがの羽口を中心に半径約５００ｍｍまでの範囲である。
【００２７】
また、ウエア耐火物全体にＺｒＯ２を主成分とする耐火物を適用することも可能である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によって、ＡＯＤ炉のなかで損耗速度の最も大きい部位である羽口れんがおよびその周囲の損耗速度を低減し、炉材原単位を最小化するウェア耐火物のライニング構成を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を実施例によって説明する。
【実施例１】
【００３０】
表１は、ＡＯＤ炉のライニングのウェア耐火物として適用した３種類の耐火物の化学組成を示す。同表に示す「Ｚ」、「ＭＫ」、「Ｄ」は、それぞれ、ＺｒＯ２を主体とするれんが、マグネシア−クロム質れんが、ドロマイト質れんがを意味する。
【表１】
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【００３１】
表２は、表１に示す３種類の耐火物をＡＯＤ炉の羽口近傍とその他の部位に適用した組合せと各部位における損耗速度を示す。
【表２】
2005298950.tif 000003
【００３２】
同表に示すように、「Ｚ」をウェア耐火物全域に適用した１の実施例は、従来のマグネシア−クロム質れんがを全域に使用した比較例の４と比べ、各部位の損耗速度が２７％〜３４％低減していることが分かる。また、「Ｚ」を羽口近傍に、また「ＭＫ」を「その他の部位」に適用した２の実施例は、羽口上４００ｍｍの部位では、４の比較例と同じ「ＭＫ」を使用しているにもかかわらず損耗速度が約２６％低減しており、１の場合と殆ど変わらない損耗速度を示している。さらに、「Ｚ」を羽口近傍に、「Ｄ」をその他の部位に適用した３の実施例の場合、羽口上４００ｍｍの部位では、６の比較例と同じ「Ｄ」を使用しているにもかかわらず、６に比べて損耗速度が約２７％低減している。
【００３３】
ちなみに、「ＭＫ」を羽口近傍に、「Ｄ」をその他の部位に適用した５の比較例は、「Ｄ」を全域に使用した６の比較例と比べると、羽口上４００ｍｍの損耗速度はほとんど変わらない。
【００３４】
なお、使用後の羽口上４００ｍｍ部位のウェア耐火物を回収し、稼動面に直交する面で切断すると、比較例の４〜６で使用された耐火物「ＭＫ」「Ｄ」は稼動面に平行な亀裂が複数確認されたのに対し、実施例の２、３で使用された耐火物「ＭＫ」「Ｄ」にはそのような亀裂は見られず、羽口近傍にＺｒＯ２を主成分とする耐火物を使用することにより、周辺の耐火物のスポーリングによる損耗が抑制されていることが確認された。
【実施例２】
【００３５】
この実施例は、前記ＺｒＯ２を主成分とする耐火物に、強度付与のために、焼結助剤として、Ａｌ２Ｏ３とＳｉＯ２、それにＴｉＯ２を添加したときの高温熱間強度と耐食性の改善効果を図１と２に示す。
【００３６】
それぞれのテスト試料は、表１に示す「Ｚ」の組成に、それぞれの焼結助剤を添加した配合物に適量のフェノールレジンを添加し、均一に混練したはい土をプレス成形した。得られた成形体を１６００℃で熱処理したサンプルを供試体として熱間強度と耐食性の調査を行った。
【００３７】
図１に示す熱間曲げ強さの試験は、１４８０℃におけるＪＩＳ  Ｒ  ２６５６  によって行ったものである。
【００３８】
また、図２に示す溶損指数は、高周波炉によって加熱されたるつぼ内で溶融し１７００℃に維持したＣａＯ／ＳｉＯ２比が１．５のスラグ中に、供試体を６０分浸漬して、溶損した体積を指数によって示すものである。
【００３９】
両図から、何れかの焼結助剤を添加したものは、１０質量％の範囲内では、熱間曲げ強さと溶損指数において相当の改善が見られる。この中でも、ＴｉＯ２が高熱間強度と耐食性の面から優れた結果を示し、このことから、ＡＯＤ炉の羽口周辺のように、激しい溶鋼流による摩耗の影響がある部位には特に好適と言える。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、いわゆるＡＯＤ炉に特定されず、ＡＯＤ炉類似の精鋼用炉にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の耐火物に焼結助剤を添加した場合の熱間曲げ強さの改善の程度を示す。
【図２】本発明の耐火物に焼結助剤を添加した場合の耐食性の改善の程度を示す。
【図１】
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【図２】
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