(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
取鍋が溶鋼を受ける前に、取鍋の底部に設けられ、溶鋼流量を調節可能なスライドバルブを備える注湯ノズルに充填材を予め充填しておき、
取鍋開孔時には、前記スライドバルブを操作し、酸素パイプによって酸素を吹きつけて前記充填材を溶解することによって前記注湯ノズルを開孔する取鍋開孔方法において、
前記充填材を鉄粉とし、
前記鉄粉の酸素濃度（Ｘ％）を、０．５％以上３．０％以下とし、
前記鉄粉全体のうち、粒径が２５０μｍ以上のものの比率（Ｙ％）を下記の式（１）及び式（２）を満足する範囲内とする、ことを特徴とする取鍋開孔方法。
０．５≦Ｘ≦２．０の範囲において、Ｙ≧−２０×Ｘ＋９０・・・（１）
２．０＜Ｘ≦３．０の範囲において、Ｙ≧５０×Ｘ−５０・・・（２）
【請求項２】
取鍋が溶鋼を受ける前に、取鍋の底部に設けられ、溶鋼流量を調節可能なスライドバルブを備える注湯ノズルに充填材を予め充填しておき、
取鍋開孔時には、前記スライドバルブを操作し、酸素パイプによって酸素を吹きつけて前記充填材を溶解することによって前記注湯ノズルを開孔する取鍋開孔方法に用いる充填材において、
前記充填材は鉄粉であり、
前記鉄粉の酸素濃度（Ｘ％）は、０．５％以上３．０％以下であり、
前記鉄粉全体のうち、粒径が２５０μｍ以上のものの比率（Ｙ％）は下記の式（１）及び式（２）を満足する範囲内である、ことを特徴とする取鍋開孔方法に用いる充填材。
０．５≦Ｘ≦２．０の範囲において、Ｙ≧−２０×Ｘ＋９０・・・（１）
２．０＜Ｘ≦３．０の範囲において、Ｙ≧５０×Ｘ−５０・・・（２）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、取鍋開孔方法とそれに用いる充填材に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な製鋼ラインでは、高炉から出銑した溶銑を転炉内で吹練する１次精練工程と、転炉から取鍋へ出鋼した溶鋼を精練する２次精練（取鍋精練）工程と、取鍋にて成分調整された溶鋼を連続鋳造設備にて連続的に鋳造する連続鋳造工程が実施される。このとき取鍋内に保持される溶鋼は、取鍋の底部に設けられた溶鋼通路を介して、当該連続鋳造設備（以下、単に連鋳機ともいう。）が備えるタンディッシュに注湯されるようになっている。より具体的に言えば、溶鋼の注湯前においては当該溶鋼通路は耐火物でもあるスライドバルブ（溶鋼流量調節装置）によって閉塞されており、一方、注湯開始時においてはスライドバルブが操作されることにって溶鋼通路が開孔され、溶鋼が当該溶鋼通路を流通し始める。この注湯開始時における動作は取鍋開孔と称されている。
この取鍋開孔が問題なく行われるために通常、溶鋼が転炉から取鍋に出鋼される前に予め前記溶鋼通路が所定の砂又は鉄粉により充填されることが必要とされている（図２参照）。
【０００３】
しかし、溶鋼通路に充填された前記の砂又は鉄粉は、取鍋内に保持されている溶鋼の熱や圧力等によって固く焼結してしまう場合がある（図３参照）。すると、例え上記のスライドバルブを操作したとしても、溶鋼通路が焼結した砂又は鉄粉により閉塞されてしまうので、溶鋼が当該溶鋼通路内を流通できず、注湯が開始されない。
上記の問題は、溶鋼通路に酸素を吹きつけて焼結した砂又は鉄粉を溶解することによって解決できる場合もあるが、この作業は大変困難なものであり、また、必ずしもこの作業によって溶鋼通路を閉塞している閉塞物（焼結した砂又は鉄粉）が溶解するとは限らない。
そして、前記タンディッシュへの溶鋼の注湯が中断されている状態が一定時間以上続くと、鋳造中断を余儀なくされ、大きな損害を被ることとなる。
【０００４】
ところで、充填材としての砂はその主たる組成がＳｉＯ2なので、取鍋開孔時に溶鋼と共にタンディッシュ内へ流入すると、溶鋼の酸素濃度を上昇させて、アルミナなどの非金属介在物が生成される原因となってしまう。従って高級鋼の製鋼にあたっては、砂と比較して溶鋼の酸素濃度を上昇させることの少ない鉄粉を当該砂の代わりに用いることがある。
しかし鉄粉は、砂と比較してさらに焼結し易く、取鍋開孔時には常に酸素パイプを用いた酸素吹付け作業が必要となり、また、砂を用いる場合と同じく取鍋開孔が失敗する場合もあった。
【０００５】
そこで、特許文献１は、受鋼容器の底部羽口に設置される注湯ノズルを閉塞する充填材として鉄または鉄合金の粒状物を用いる、受鋼容器における注湯ノズルの不開孔防止構造を開示する。当該鉄または鉄合金の粒状物としてネイルヘッドや切削時に発生する切り粉が記載されており、それらの粒径は１〜１０ｍｍ程度とされている。
また、特許文献２は、上記充填材として鋼・鋳鉄・カーボン・紙類やその混合物等が記載されており、それらの粒径は０．１ｍｍ以上、数ｍｍ以下とされている。
また、特許文献３は、上記充填材として炭素粒または鉄粒が望ましいとされており、それらの粒径は２．０〜０．１ｍｍ、好ましくは、１．５〜０．３ｍｍとされている。
【特許文献１】特開２０００−２１８３６１号公報（請求項１、２）
【特許文献２】特開平６−３２８２３１号公報（００１３）
【特許文献３】特開昭５５−１００８６８号公報（第３カラム第３９〜４４行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１〜３には、充填材の組成や粒度分布に関する記載が一切ない。
本発明は係る諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、充填材としての鉄粉の焼結を防止し、取鍋開孔を容易とする取鍋開孔方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【０００８】
取鍋が溶鋼を受ける前に、取鍋の底部に設けられ、溶鋼流量を調節可能なスライドバルブを備える注湯ノズルに充填材を予め充填しておき、取鍋開孔時には、前記スライドバルブを操作し、酸素パイプによって酸素を吹きつけて前記充填材を溶解することによって前記注湯ノズルを開孔する取鍋開孔方法において、以下のように規定する。
前記充填材を鉄粉とし、前記鉄粉の酸素濃度（Ｘ％）を、０．５％以上３．０％以下とする。前記鉄粉全体のうち、粒径が２５０μｍ以上のものの比率（Ｙ％）を下記の式（１）及び式（２）を満足する範囲内とする。
０．５≦Ｘ≦２．０の範囲において、Ｙ≧−２０×Ｘ＋９０・・・（１）
２．０＜Ｘ≦３．０の範囲において、Ｙ≧５０×Ｘ−５０・・・（２）
【０００９】
これにより、前記鉄粉間の焼結が抑制されると共に、酸素の吹きつけによる焼結した鉄粉の溶解が促進されるので、取鍋開孔に要する時間を大幅に短縮できる。言い換えれば、取鍋開孔を容易にできる。
【００１０】
取鍋が溶鋼を受ける前に、取鍋の底部に設けられ、溶鋼流量を調節可能なスライドバルブを備える注湯ノズルに充填材を予め充填しておき、取鍋開孔時には、前記スライドバルブを操作し、酸素パイプによって酸素を吹きつけて前記充填材を溶解することによって前記注湯ノズルを開孔する取鍋開孔方法に用いる充填材を以下のように規定する。
前記充填材は鉄粉である。前記鉄粉の酸素濃度（Ｘ％）は、０．５％以上３．０％以下である。前記鉄粉全体のうち、粒径が２５０μｍ以上のものの比率（Ｙ％）は下記の式（１）及び式（２）を満足する範囲内である。
０．５≦Ｘ≦２．０の範囲において、Ｙ≧−２０×Ｘ＋９０・・・（１）
２．０＜Ｘ≦３．０の範囲において、Ｙ≧５０×Ｘ−５０・・・（２）
【００１１】
これにより、取鍋内において焼結が抑制されると共に、取鍋開孔時には酸素の吹きつけによって溶解し易く、取鍋開孔に要する時間を大幅に短縮できる充填材を提供できる。言い換えれば、取鍋開孔を容易にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
最初に、図１を参照しつつ、取鍋底部の構造を説明する。図１は取鍋底部の部分端面図である。
本図に如く取鍋底部１００には、取鍋内の溶鋼が流通可能な溶鋼通路１が形成されている。当該溶鋼通路１は、取鍋底部１００に略鼓状に穿孔された孔１００ａに、溶鋼が図略のタンディッシュへ注湯される際のガイドとなる注湯ノズル２（耐火物）が挿着されて構成されている。
取鍋底部１００は、取鍋内の溶鋼と直接的に接する耐火物である取鍋煉瓦３と、当該取鍋煉瓦３の外側に覆設される取鍋鉄皮４と、から構成されている。
前記注湯ノズル２は、上ノズル２ａと下ノズル２ｂから構成されており、当該上ノズル２ａと下ノズル２ｂとの間には薄板状のスライドバルブ（溶鋼流量調整装置）５ａ・５ｂ（耐火物）が介装されている。上ノズル２ａは前記孔１００ａ内に挿着され、スライドバルブ５ａと共に取鍋底部１００に固定されている。一方、下ノズル２ｂはスライドバルブ５ｂと共に、取鍋底部１００の面方向において移動可能となっており（本図において太線矢印方向）、これにより溶鋼通路１内における溶鋼の流通（量）を制御できるようになっている。
なお、本図に示すように上ノズル２ａの上端は、鼓状の前記孔１００ａのうち最も狭くなる部位まで取鍋外側より挿入されている。また、上ノズル２ａの内周壁面にも、鼓状の孔１００ａの上部内周壁面と同様に、下ノズル２ｂ（又は図略のタンディッシュ）に向かって窄まる傾斜面が形成されているので、溶鋼は溶鋼通路１内をスムーズに流通できるようになっている。
【００１４】
次に、本実施形態の作動を説明する。図２は、図１に類似する図であって、受鋼直前の状態を示す図である。
【００１５】
（取鍋整備）
図略のタンディッシュに溶鋼を注湯し終えた取鍋（図１参照）は、転炉から新たな溶鋼を受ける前に適宜の整備が施される。具体的には、まず取鍋内に残留した溶鋼とスラグを別途設けられた容器へ排出する。次に、劣化の程度（寿命）に応じて注湯ノズル２ａ・２ｂやスライドバルブ５ａ・５ｂを適宜交換する。交換する必要のない場合は、図示しない酸素パイプによって酸素を吹きつけて、注湯ノズル２ａ・２ｂやスライドバルブ５ａ・５ｂに付着している鉄を溶解して除去する。
【００１６】
（鉄粉充填）
次に、スライドバルブ５ｂ及び下ノズル２ｂを図２に示す太線方向に移動させて、溶鋼通路１を閉塞する。そして、適宜の鉄粉６（充填材）を溶鋼通路１内であってスライドバルブ５ｂの上側に充填する。このとき、取鍋底部１００の上面よりも鉄粉６が若干盛り上がる程度に多めに充填することが好ましい。
本実施形態において溶鋼通路１に充填される上記鉄粉６は、その酸素濃度（Ｘ％）を０．５％以上３．０％以下とし、粒径が２５０μｍ以上であるものの比率（Ｙ％）を以下の式（１）・（２）を満足する範囲内とする。
０．５≦Ｘ≦２．０の範囲において、Ｙ≧−２０×Ｘ＋９０・・・（１）
２．０＜Ｘ≦３．０の範囲において、Ｙ≧５０×Ｘ−５０・・・（２）
上記の条件を満たす鉄粉６の一例として、その化学組成と粒度分布を表１及び表２にそれぞれ示す。なお、本実施形態において鉄粉６は公知技術であるアトマイズ法によって製造されるが、鉄粉６の製造方法はこれに限るものではない。
【００１７】
【表１】
0004422086.tif 000002
【００１８】
【表２】
0004422086.tif 000003
【００１９】
（取鍋精練）
次に、図２に示す状態の取鍋に転炉から溶鋼が出鋼される。そして、適宜の攪拌手段によって当該溶鋼の成分調整等（取鍋精練）が行われる。このときの溶鋼重量は本実施形態において約２３０〜２６０トンと、取鍋底部１００から溶鋼湯面までの高さ（溶鋼深さ）は約３．０〜３．５ｍとされている。また、溶鋼が取鍋に出鋼してから、取鍋精錬が実施され、後述の取鍋開孔が行われるまでの時間は平均して約１〜２時間である。この間に前記鉄粉６は、溶鋼からの熱によって一部が焼結し、焼結層６ａを形成する（図３参照）。
【００２０】
（取鍋開孔）
次に、図３に基づいて取鍋開孔を説明する。図３は、図２に類似する図であって、溶鋼通路に充填された鉄粉の一部が焼結している様子を示す図である。本図に示すように、鉄粉６は、溶鋼に近い側に焼結層６ａを形成している。
まずスライドバルブ５ｂ及び下ノズル２ｂが共に本図に示す太線矢印の方向へ適宜の移動手段により移動され、上ノズル２ａと下ノズル２ｂとが連通する。これにより、焼結していない鉄粉６は下ノズル２ｂを通ってタンディッシュへ排出される。
このとき、前記焼結層６ａの厚み（本図において溶鋼通路１の長手方向の厚み）が薄ければ、溶鋼からの圧力によって当該焼結層６ａは崩れ、問題なく溶鋼がタンディッシュへ排出（注湯）される。しかし、実際には溶鋼からの圧力だけでは崩れない程度に当該焼結層６ａが厚く形成されているので、溶鋼通路１は閉塞され、そのままでは溶鋼を排出することはできない。
そこで、適宜の酸素パイプ（鉄製であって、内径はＪＩＳ規格８Ａ）を用いて、９〜１０ｋｇ／ｃｍ2の圧力で取鍋底部１００の下側から当該焼結層６ａに酸素を吹きつけ、これにより生じる高熱により焼結層６ａを溶解させて、溶鋼通路１を開孔する。これにより、取鍋内に保持されていた溶鋼は、溶解した焼結層６ａと共にタンディッシュへ注湯され始める。なお、当該焼結層６ａが厚ければ厚い程、焼結層６ａを完全に溶解させるのに長時間を要するのは勿論である。
【００２１】
（注湯後）
そして、連鋳機のタンディッシュへ取鍋内の溶鋼が注湯され終えると、前述したように適宜の整備が再び実施される。
【００２２】
［実施例］
次に、表３及び図４を参照しつつ、本発明の効果を確認するための試験を説明する。表３は、使用する鉄粉の酸素濃度と粒度比率、及び取鍋開孔に要した作業時間とを示し、図４は、表３のデータをグラフで示す図である。なお、前記注湯ノズル２等の寸法は図６に示す如くである。
【００２３】
【表３】
0004422086.tif 000004
【００２４】
本試験では、表３に示される各試験条件を、取鍋開孔に要する時間に準じて評価した。具体的には、前記焼結層６ａに対する酸素の吹きつけ作業（取鍋開孔作業）に要した時間（取鍋開孔時間）が１分未満だと好ましく、１分以上だと好ましくないとした。取鍋開孔時間は１分未満が好ましいとしたのは、第１に、取鍋開孔作業を実施する作業員の負担が少ないからであり、第２に、注湯が中断している間もタンディッシュ内の湯面高さが所定以上に確保されるので、溶鋼と共に勢いよくタンディッシュ内へ投入された異物が当該タンディッシュの底面に設けられた孔から鋳型に排出されることなく浮上するための時間が確保されるからである。なお、タンディッシュ内の溶鋼湯面の高さが所定以下となった場合は、異物が混入する恐れがあるとして、その後一定時間の間に製鋼された鉄鋼を低い品質等級で販売せざるを得ず、歩留まり低下の原因となる。
表３に示す鉄粉６の粒度比率は、アトマイズ法によって製造された鉄粉（その粒度比率の一例を図５に示す。）のうち、粒径が２５０μｍ以下の鉄粉をふるいにかけて取り除くことによって調節した。
図４に示すように、溶鋼通路１に充填される鉄粉６を、酸素濃度を０．５％以上３．０％以下とし、粒径が２５０μｍ以上のものの粒度比率を上述した式（１）及び（２）を満たす範囲内とすることで、取鍋開孔に要する時間を１分未満とすることができた。
【００２５】
上述した如く、取鍋が溶鋼を受ける前に、取鍋底部１００に設けられ、溶鋼流量を調節可能なスライドバルブ５ａ・５ｂを備える注湯ノズル２に充填材（鉄粉６）を予め充填しておき、取鍋開孔時には、前記スライドバルブ５ｂを操作し、図略の酸素パイプによって酸素を吹きつけて前記充填材（焼結層６ａ）を溶解することによって前記注湯ノズル２（溶鋼通路１）を開孔する取鍋開孔方法において、前記充填材を鉄粉６とし、前記鉄粉６の酸素濃度（Ｘ％）を、０．５％以上３．０％以下とし、前記鉄粉６全体のうち、粒径が２５０μｍ以上のものの比率（Ｙ％）を下記の式（１）及び式（２）を満足する範囲内とすることによって、以下の効果を奏する。
０．５≦Ｘ≦２．０の範囲において、Ｙ≧−２０×Ｘ＋９０・・・（１）
２．０＜Ｘ≦３．０の範囲において、Ｙ≧５０×Ｘ−５０・・・（２）
【００２６】
即ち、酸素濃度を０．５％以上とすることで、前記鉄粉６間の焼結が抑制されると共に、同じく酸素濃度を３．０％以下とすることで、酸素の吹きつけによる焼結した鉄粉６（焼結層６ａ）の溶解が妨げられることがない。また、粒径が２５０μｍ以上の粒子を所定の粒度比率以上とすることで（式（１）・（２））、注湯ノズル２に充填された時の鉄粉６全体の密度を小さくできる。言い換えれば、当該充填時において鉄粉６間に比較的大きな隙間が形成されるので、形成された焼結層６ａを溶鋼からの圧力により崩れやすい（壊れやすい）ものとできる。
そして、使用する鉄粉６を、図４に示す最適範囲内とする、即ち酸素濃度と上記粒度比率を上記の条件に同時に適合させることで、取鍋開孔に要する時間を大幅に短縮することができる。言い換えれば、取鍋開孔を容易にできる。従って、連続鋳造を中断することもなくなるので、生産阻害の発生を防止できる。
なお、図４のグラフから明らかなように、酸素濃度と粒度比率に関する上記二つの条件を同時に満足していない場合は、例え何れか一方の条件は満足していても、取鍋開孔時間が改善されていない（１分以上である）ことが判る。
【００２７】
以上に本発明の好適な実施形態を説明したが、上記の実施形態は以下のように変更して実施することができる。
【００２８】
例えば本実施形態において鉄粉６は、粒径が３００μｍ以上のものを製造することが困難なアトマイズ法によって製造されるとしたが、鉄粉６の製造方法はこれに限ることはない。形成された焼結層６ａを溶鋼による圧力によって崩れやすくするという観点からみれば、鉄粉６の粒径は大きければ大きい方がより好ましいのは勿論である。また表３に示す試験条件や図６に示す各寸法は、本発明の実施態様を何ら制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態における取鍋底部の部分端面図。
【図２】図１に類似する図であって、受鋼直前の状態を示す図。
【図３】図２に類似する図であって、溶鋼通路に充填された鉄粉の一部が焼結している様子を示す図。
【図４】本発明の効果を確認するための試験の結果をグラフで示す図。
【図５】アトマイズ法によって製造された鉄粉の粒度比率を示す図。
【図６】図１に類似する図。
【符号の説明】
【００３０】
１    溶鋼通路
２    注湯ノズル
５ａ・５ｂ  スライドバルブ
６    鉄粉
６ａ  焼結層
【図１】
0004422086.tif 000005
【図２】
0004422086.tif 000006
【図３】
0004422086.tif 000007
【図４】
0004422086.tif 000008
【図５】
0004422086.tif 000009
【図６】
0004422086.tif 000010