(57)【要約】【課題】アルミナ介在物を低減させることができるようにする。【解決手段】取鍋に施工される耐火物において、耐火物の原料は、１ｍｍ以上のアルミナ粒子からなる粗骨材と、１ｍｍ未満のアルミナ粒子からなる微細骨材とを有しており、粗骨材に関し、その質量割合は、耐火物の原料の全量の４０％以上６０％以下であり、結晶径が１００μｍ以下である粗骨材の体積割合は粗骨材の全体積の３％以下であり、微細骨材に関し、結晶径が２０〜６０μｍである微細骨材の体積割合は微細骨材の全体積の５％以下であり、結晶径が１０μｍ以下である微細骨材の体積割合は微細骨材の全体積の４０％以上である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
取鍋に施工される耐火物において、
前記耐火物の原料は、１ｍｍ以上のアルミナ粒子からなる粗骨材と、１ｍｍ未満のアルミナ粒子からなる微細骨材とを有しており、
前記粗骨材に関し、その質量割合は、耐火物の原料の全量の４０％以上６０％以下であり、結晶径が１００μｍ以下である粗骨材の体積割合は粗骨材の全体積の３％以下であり、
前記微細骨材に関し、結晶径が２０〜６０μｍである微細骨材の体積割合は微細骨材の全体積の５％以下であり、結晶径が１０μｍ以下である微細骨材の体積割合は微細骨材の全体積の４０％以上であることを特徴とする取鍋用耐火物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、取鍋のメタルラインに施工されるアルミナ系流し込み用耐火物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、取鍋の内側には不定形耐火物などの耐火物が施工されることが一般的であり、取鍋などに施工される耐火物として、特許文献１〜９に示すものがある。
特許文献１の耐火物では、電融アルミナ，焼結アルミナ，電融スピネル，焼結スピネル，電融スピネル，電融マグネシアおよび焼結マグネシアの中から選ばれた１種または２種以上の主骨材１００質量％に対し、分散剤０．０５〜０．５質量％、平均粒径０．５μｍ以下の仮焼アルミナを３〜１０質量％、Ａｌ２ Ｏ３＋ＣａＯの合量が９９質量％以上の高純度アルミナセメントをＣａＯ量として１質量％を越えない範囲で添加し、さらに添加水分が４．５質量％以下としている。
【０００３】
特許文献２の耐火物では、骨材が、焼結アルミナ、電融アルミナ、ボーキサイト、ムライト、ロー石、シャモット、アルミナーマグネシアスピネル、炭化珪素、黒鉛、無定形炭素、ピッチ粉から選択される１種又は２種以上の原料としている。
この他にも、取鍋などに施工する耐火物について特許文献３〜９に示すものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０６−２５６０６４号公報
【特許文献２】特開平０７−３００３７０号公報
【特許文献３】特開昭６３−１６２５７９号公報
【特許文献４】特開平１０−３３０１７０号公報
【特許文献５】特開２００２−２３４７７６号公報
【特許文献６】特開平１１−７９８５５号公報
【特許文献７】特開平１０−３３８５７７号公報
【特許文献８】特開平０９−１８３６７４号公報
【特許文献９】特開平０７−１５７３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１〜９に示されるように、耐火物についての様々な技術が開発されているが、いずれの技術も耐火物の耐熱性・耐食性を向上さて寿命を長くしようとするものである。即ち、このように開発された耐火物は、取鍋に施工した後に行う精錬処理に対する影響、例えば、精錬処理後の溶鋼内に生成する介在物の影響までも考慮したものではない。
そこで、本発明では、取鍋に施工して当該取鍋を用いて精錬処理を行ったときに介在物の生成を抑えることのできる取鍋用耐火物を提供することを目的とする提供することを目的とする。  
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
本発明の技術的手段は、取鍋に施工される耐火物において、前記耐火物の原料は、１ｍｍ以上のアルミナ粒子からなる粗骨材と、１ｍｍ未満のアルミナ粒子からなる微細骨材とを有しており、前記粗骨材に関し、その質量割合は、耐火物の原料の全量の４０％以上６０％以下であり、結晶径が１００μｍ以下である粗骨材の体積割合は粗骨材の全体積の３％以下であって、前記微細骨材に関し、結晶径が２０〜６０μｍである微細骨材の体積割合は微細骨材の全体積）の５％以下であり、結晶径が１０μｍ以下である微細骨材の体積割合は微細骨材の全体積の４０％以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の取鍋用耐火物を施工した取鍋を用いて精錬処理を行った場合、精錬後の溶鋼において介在物の生成を可及的に抑えることができる。特に、精錬後の溶鋼においてアルミ
ナ介在物を低減させることができるため、当該溶鋼にて高炭素鋼線材を製造したとしても線材の断線回数を確実に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】取鍋の全体断面図を示した図である。
【図２】アルミナ系不定形耐火物の原料を拡大して示した模式図である。
【図３】粗骨材と微細骨材とについてまとめた図である。
【図４】本発明の取鍋用耐火物を施工した取鍋を用いて精錬処理を行った溶鋼で製造された高炭素鋼線材の断線回数を示す図である（実施例及び比較例）。
【図５】アルミナ系不定形耐火物の原料に対する粗骨材の割合と、粗骨材における１００μｍ以下の結晶径の割合との関係図である。
【図６】微細骨材における２０〜６０μｍの結晶径の割合と、１０μｍ以下の結晶径の割合との関係図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明の取鍋用耐火物が施工された取鍋を示したものである。まず、取鍋の構造について説明する。なお、取鍋は図１に示したものに限定されない。
取鍋１は、本体を構成する上部が開放となった円柱状の鉄皮２を備えている。この鉄皮２の稼働面側（溶鋼が入る側）には、定形の耐火物で構成された第１パーマ煉瓦３が施工されている。鉄皮２内において、鉄皮２の胴部４に対応する部分には、第１パーマ煉瓦３に続き、さらに当該第１パーマ煉瓦３の内側に２層目となる第２パーマ煉瓦５が施工されている。また、鉄皮２内において、鉄皮２の底部６及び鉄皮２の胴部４に対応する部分には、不定形耐火物であるキャスタブル７が施工されている。
【００１０】
詳しくは、鉄皮２の底部６に対応する第１パーマ煉瓦３の稼働面にキャスタブル７が流し込み施工されている。また、鉄皮２の胴部４に対応する部分であって、底部６から上下方向中途部分までの溶鋼が接する部分には、キャスタブル７が施工されている。言い換えれば、鉄皮２の胴部４に施工した第２パーマ煉瓦の稼働面うち、スラグラインを除く稼働面側には、キャスタブル７が施工されている。
【００１１】
キャスタブル７から上部側であって、スラグラインに対応する部分には、定形耐火物であるマグカーボン（ＭｇＯ−Ｃ耐火物）９が施工されている。なお、取鍋１の敷部６には、溶鋼を外部へ出鋼（排出）するための排出口８が設けられている。
さて、取鍋２の内部を見たとき、取鍋２の敷部６に施工されたキャスタブル７ａや取鍋２の胴部４に施工されたキャスタブル７ｂは、運搬時や精錬処理時などに溶鋼が頻繁に接する部分（メタルライン）である。本発明では、このように溶鋼が頻繁に接するメタルラインの耐火物（キャスタブル７ａ、７ｂ）として用いられる取鍋用耐火物について規定したものである。なお、本発明の取鍋用耐火物は、メタルラインに用いられるものであればよく施工方法や箇所などは上述したものに限定されない。
【００１２】
メタルラインに用いられる耐火物７は、主にアルミナ粒子が含有された原料で構成されたもので、アルミナ系不定形耐火物とされている。アルミナ系不定形耐火物の成分（原料の成分）は、例えば、Ａｌ２Ｏ３が９０〜９５質量％、ＭｇＯが５〜８質量％、その他はＳｉＯ２などである。
図２は、アルミナ系不定形耐火物の原料を模したものである。
【００１３】
図２に示すように、アルミナ系不定形耐火物の主原料は、まず、１ｍｍ以上の粒子によって構成された粗骨材１０と、１ｍｍ未満の粒子によって構成された微細骨材１１とに分けられる。詳しくは、粗骨材１０は多結晶体であって１ｍｍ以上のアルミナ粒子で構成されたもので、微細骨材１１はほぼ単結晶であって１ｍｍ未満のアルミナ粒子によって構成されたものである。粗骨材１０と微細骨材１１とは、顕微鏡などを用いた観察により容易に選別することができる。特に、粗骨材１０については、特開平０７−３００３７０号公報や特開２００２−２３４７７６号公報に開示されているものであり、当業者であれば容易に認識することができる。
【００１４】
本発明では、粗骨材１０の質量割合は主原料の合計（全量）の４０％以上６０％以下と
している。粗骨材１０は、主に耐火物の亀裂の伝搬を抑制する役割があり、亀裂の伝搬を抑制する観点からすれば、主原料に対する割合は多い方がよい。しかしながら、粗骨材１０が主原料の全量に対して６０質量％超えると、粗骨材１０は他の材料（例えば、微細骨材１１）に対して大きいため、粗骨材１０と微細骨材１１とを合わせたときの耐火物（全量）の充填率を見たとき、充填率が下がり空隙の部分が多くなるため、耐久性が減少する。一方、粗骨材１０が主原料の全量に対して４０質量％未満になると、十分に亀裂の伝搬を抑制することができない。
【００１５】
このようなことから、上述したように、粗骨材１０の質量割合は全量の４０％以上６０％以下にする必要がある。
さて、耐火物を施工後、取鍋１を用いて精錬処理を行った状況を考える。
取鍋１による精錬処理中に粗骨材１０が溶鋼へ混入し、粗骨材１０を構成する粒子（結晶）の分解が起きた場合、図２（ｂ）に示すように、粗骨材１０を構成する結晶（結晶径）１２が大きいと、分解した結晶１２が溶鋼中を浮上してスラグ等に吸着するため、分解した結晶１２は溶鋼から除去することができる。一方、図２（ａ）に示すように、粗骨材１０を構成する結晶１２が小さいと、溶鋼中を浮上することが難しいため分解した結晶１２を除去することが難しくなる。
【００１６】
そこで、本発明では、取鍋１を用いて精錬処理を行った状況も考慮し、粗骨材１０に関して、結晶径が１００μｍ以下の小さい粗骨材１０の体積割合は、粗骨材（全ての粗骨材）１０の全体積の３％以下として少なめとしている。言い換えれば、結晶径が１００μｍ超の粗骨材１０は、粗骨材の全体積の９７体積％超とし、精錬処理などによって結晶が分解しても除去しやすいようにしている。
【００１７】
微細骨材１１は、粗骨材１０と合わせたとき、耐火物の充填率を上昇させ、空隙を少なくして溶鋼の浸潤を抑制して耐火物の耐久性を向上させる役割があり、粗骨材１０とはバランス良く配合される。
ここで、微細骨材１１が精錬後の溶鋼に及ぼす影響について、粗骨材１０の場合と同様に考えてみる。取鍋１を用いて精錬処理を行って得られた溶鋼からなる高炭素鋼線材では、アルミナ介在物が溶鋼中に残ると線材の伸線時に断線を発生させる原因となることから、取鍋の精錬処理では出来る限りアルミナ介在物を低減することが望まれている。
【００１８】
様々な実験等の検証の結果、結晶径が２０〜６０μｍである微細骨材１１が多く含まれるものを耐火物の原料（材料）とし、この耐火物を取鍋に施工して当該取鍋で精錬処理を行った場合、微細骨材１１による影響でアルミナ介在物が生成され、線材の伸線時における断線回数に大きな影響を与えることが分かった。本発明では、取鍋を用いて高炭素鋼線材を製造することを考慮し、当該取鍋に施工する耐火物の材料として微細骨材１１を使用する場合、結晶径が２０〜６０μｍとなる微細骨材１１の体積割合を、粗骨材１０の全体積の３％以下とし、出来る限り少なくしている。
【００１９】
微細骨材１１において、結晶径が２０〜６０μｍのものは、高炭素鋼線材の断線回数の増加に悪影響を与えてしまう可能性があるものの、これより小さく、結晶径が１０μｍ以下のものは、高炭素鋼線材による断線回数に悪影響を与えず、耐火物の充填率などに寄与することが様々な実験等により検知した。このようなことから、本発明では、微細骨材１１に関し、結晶径が１０μｍ以下である微細骨材の体積割合は微細骨材の全体積の４０％以上としている。
【００２０】
図３は、取鍋のメタルラインに施工されるアルミナ系不定形耐火物に関して、粗骨材１０と微細骨材１１との関係についてまとめたものである。
図３に示すように、メタルラインに施工されるアルミナ系不定形耐火物を構成する主原料のうち、粗骨材１０の質量割合は４０％以上６０％以下とし、残りを微細骨材１１としている。また、全粗骨材１０のうち、１００μｍ以下の結晶径のものを全体の３体積％以下とし、１００μｍを超える結晶径のものを全体の９７体積％超としている。さらに、全微細骨材１１のうち、２０〜６０μｍの結晶径のものを全体の５体積％以下とし、１０μｍ以下の結晶径のものを４０体積％以上としている。
【００２１】
表１は、本発明の取鍋用耐火物を取鍋に施工して精錬処理を行った実施例と、本発明の
取鍋用耐火物とは異なる耐火物を取鍋に施工して精錬処理を行った比較例とをまとめたものである。表２、３は、実施例及び比較例における精錬処理の実施条件をまとめたものである。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
【表２】
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【００２４】
【表３】
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【００２５】
まず、実施例及び比較例の精錬処理について説明する。実施例及び比較例では、高炭素鋼線材のための精錬処理を行うこととし、まず、本発明の取鍋用耐火物を取鍋に施工後、この取鍋に転炉からの溶鋼を払い出し、１回目の精錬処理を行った後、さらに、同一の取鍋に対して再び転炉からの溶鋼を払い出し、２回目の精錬処理を行った。２回目の精錬処理後に連続鋳造装置にて当業者常法通りに１５０ｍｍのビレットを製造し、このビレットを線材圧延機にてφ６ｍｍの丸棒に加工後、１００μｍの極細線に伸線加工した。極細線の伸線時において、介在物が原因となる断線回数を計測した。断線回数の計測では、鋼材５トンごとの断線回数をカウントし、計約２５０トン（取鍋１杯分）の断線回数の平均と最大値及び最小値を求めた。なお、精錬処理は下記に示すものに限定されない。
【００２６】
転炉は、２５０ｔｏｎクラス（粗鋼トンが２５０ｔｏｎ）のものを用いた。取鍋のスラグラインの耐火物はマグカーボン（ＭｇＯ−Ｃ耐火物）とし、メタルラインに上述した耐火物を使用した。この耐火物の原料の粒度は、マイクロトラッキング装置にて測定を行った。耐火物の原料の結晶サイズ（粒度径）は、原料の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察して求めた。ＳＥＭによる観察面積は３ｃｍ２とした。鋼（鋼材）の成分は、Ｃ：０．８３〜０．８５質量％、Ｓｉ：０．１８〜０．１９質量％、Ｍｎ：０．４８〜０．５２質量％、Ｐ：０．００７〜０．０１質量％、Ｓ：０．００４〜０．００８質量％、Ａｌ：０．００１〜０．００２質量％とした。
【００２７】
１回目の精錬処理では、ＬＦ装置による精錬処理を行った。この精錬処理では、ランスからＡｒガスなどの不活性ガスを溶鋼に吹き込んで溶鋼を攪拌した。この１回目の精錬処理における[sol．Al]は、８ｐｐｍ未満とした。[sol.Al]の測定は、二次イオン質量分析
計（ＳＩＭＳ）で行った。１回目の精錬処理におけるスラグの組成は、Ｃ／Ｓ（塩基度）＝０．５３〜１．２、Ａｌ２Ｏ３＝５．２〜１５質量％、ＭｇＯ＝２．６〜１５質量％とした。また、１回目の精錬処理における攪拌動力密度は２０〜４４Ｗ／ｔｏｎ、攪拌時間は３０〜６０分とした。溶鋼温度は平均温度で１８２３Ｋとした。さらに、１回目の精錬処理後においては、取鍋の温度を放射温度計などにより測定しながら管理することとし、取鍋のメタルラインの耐火物の温度を８００〜１０００℃の範囲とし、６０〜９０分間制御を行った。
【００２８】
２回目の精錬処理でも、１回目の精錬処理と同様にＬＦ装置による精錬処理を行った。２回目の精錬処理における[sol.Al]は、２ｐｐｍ未満とした。２回目の精錬処理におけるスラグの組成は１回目の精錬処理におけるスラグ組成と同じとした。また、２回目の精錬処理における攪拌動力密度は１４〜３０Ｗ／ｔｏｎ、攪拌時間は３０〜６０分とした。
なお、[sol.Al]の測定は、二次イオン質量分析計（ＳＩＭＳ）で行った。攪拌動力密度は、特開２００８−２６１０１４号公報に開示されているものと同じ式（１）で算出した。また、攪拌量は、攪拌動力密度×攪拌時間で求めた。
【００２９】
【数１】
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【００３０】
実施例では、粗骨材に関して、「粗骨材中、結晶径１００μｍ以下の体積割合」の欄に示すように、結晶径が１００μｍ以下である粗骨材の体積割合は粗骨材の全体積の３％以下であり、粗骨材の質量割合は主原料の全量の４０％以上６０％以下である。また、実施例では、微細骨材に関して、「骨材（２０〜６０μｍ）の体積割合」の欄に示すように、結晶径が２０〜６０μｍである微細骨材の体積割合は微細骨材の全体積の５％以下であり、「骨材（〜１０μｍ）の体積割合」の欄に示すように、結晶径が１０μｍ以下である微細骨材の体積割合は微細骨材の全体積の４０％以上であった。その結果、高炭素鋼線材を製造したとしても、「ｍａｘ」の欄に示すように、鋼材５ｔｏｎ当たりの断線回数が最大でも１回以下であり、「ａｖｅ」の欄に示すように、断線回数の平均値も１回以下とすることができた。
【００３１】
一方、比較例２９〜３３では、粗骨材において、結晶径が１００μｍ以下のものは主原料の全量の３体積％を超えていたため、鋼材５ｔｏｎ当たりの断線回数が最大で３回以上となると共に断線回数の平均値も２回以上となる結果となった。比較例３４〜４１では、粗骨材の質量割合が主原料の全量の４０％未満若しくは６０％を超えていたため、鋼材５ｔｏｎ当たりの断線回数が最大で３回以上となると共に断線回数の平均値も２回以上となる結果となった。また、比較例４２〜５４では、微細骨材に関して、結晶径が２０〜６０μｍのものが全微細骨材の５体積％を超えたり、結晶径が１０μｍ以下のものは４０体積％未満であったり、或いは、それ以外が上述した本発明の条件と外れていたため、実施例と比べて、鋼材５ｔｏｎ当たりの断線回数が大幅に増加した。
【００３２】
図４は、実施例及び比較例における高炭素鋼線材の断線回数をまとめたものである。
図４に示すように、粗骨材や微細骨材において、原料に対する粗骨材の割合、粗骨材における１００μｍ以下の結晶径の割合、微細骨材における２０〜６０μｍの結晶径の割合、１０μｍ以下の結晶径の割合が、本発明に規定した数値を満たす実施例では、高炭素鋼線材の断線回数は、比較例に比べて非常に小さくすることができた。一方、原料に対する粗骨材の割合、粗骨材における１００μｍ以下の結晶径の割合、微細骨材における２０〜６０μｍの結晶径の割合、１０μｍ以下の結晶径の割合のいずれか１つでも満たさない比較例では、実施例に比べて高炭素鋼線材の断線回数が非常に大きくなった。
【００３３】
なお、実施例及び比較例において、原料に対する粗骨材の割合と粗骨材における１００μｍ以下の結晶径の割合との関係をまとめると図５に示すようになり、微細骨材における２０〜６０μｍの結晶径の割合と１０μｍ以下の結晶径の割合との関係をまとめると図６に示すようになる。
以上、本発明の取鍋用耐火物を取鍋に用いることによって、当該取鍋にて精錬処理を行ったときに介在物の生成が抑えられ、特にアルミナ介在物が低減するため、精錬処理にて高炭素鋼線材を製造したとしても線材の断線回数を低減させることができる。
【００３４】
なお、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、質量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。
【符号の説明】
【００３５】
１  取鍋
２  鉄皮
３  第１パーマ煉瓦
４  胴部
５  第２パーマ煉瓦
６  底部
７  キャスタブル
８  排出口
１０  粗骨材
１１  微細骨材
１２  結晶
【図１】
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【図３】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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