(57)【要約】【課題】酸素ガスを吹き込む溶鋼真空処理容器の炉壁の耐用性を向上させる。【解決手段】溶鋼真空処理容器の炉壁において、酸素吹き込みに伴うスプラッシュが接触する部位に、見掛気孔率が１１．５％以下で圧縮強度が１１５ＭＰａ以上のリボンドマグクロれんがを配置した。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素吹き込みに伴うスプラッシュが接触する部位に、見掛気孔率が１１．５％以下で圧縮強度が１１５ＭＰａ以上のリボンドマグクロれんがを配置した溶鋼真空処理容器。
【請求項２】
リボンドマグクロれんがは、ＺｒＯ２の含有量が０．１質量％以上５質量％以下である請求項１に記載の溶鋼真空処理容器。
【請求項３】
リボンドマグクロれんがは、ＺｒＯ２の含有量が０．５質量％以上３質量％以下である請求項１に記載の溶鋼真空処理容器。
【請求項４】
リボンドマグクロれんがは、ＭｇＯの含有量が５４質量％以上７５質量％、Ｃｒ２Ｏ３の含有量が１９質量％以上３０質量％以下であって、かつＭｇＯとＣｒ２Ｏ３とＺｒＯ２との合量が８６質量％以上である請求項２又は請求項３に記載の溶鋼真空処理容器。
【請求項５】
スプラッシュが接触しない部位には、ダイレクトボンドマグクロれんが、セミリボンドマグクロれんが及びマグネシアカーボンれんがのうち１種以上を配置した請求項１から請求項４のいずれかに記載の溶鋼真空処理容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐火物で内張りした溶鋼真空処理容器に関し、特にＲＨ炉、ＤＨ炉及びＶＯＤ炉などの酸素ガスを吹き込んで精錬を行う溶鋼真空処理容器に関する。        
【背景技術】
【０００２】
鉄製品を製造する製鋼プロセスでは、ＲＨ炉、ＤＨ炉及びＶＯＤ炉などの溶鋼真空処理容器において脱炭又は溶鋼昇熱のために、例えば特許文献１に示すように真空槽内の溶鋼面上から酸素ガスを吹き付ける酸素処理を行う場合があるが、このような酸素処理を行う溶鋼真空処理容器においては炉壁の損耗が大きくなる問題がある。この損耗は局部的に生じることが特徴で他の部位に比較して損耗量が１．５〜３．５倍に達し、容器全体で見た場合、非常にアンバランスな損耗プロフィールとなる。よって、その他の部位は残厚に余力があるにも拘らず、この局部的な損耗のために廃却とせざるを得ず、非効率的であった。
【０００３】
溶鋼真空処理容器の内張り用耐火物としては、マグクロれんが（マグネシアクロムれんが）が広く使用されている。そして、このマグクロれんがは、使用する原料の組み合わせによって、（１）ダイレクトボンドれんが、（２）リボンドれんが、（３）セミリボンドれんがの３種類に分類できる。ダイレクトボンドれんがは、マグネシアクリンカーとクロム鉱を主原料とする配合物を混練、成形、焼成して得られるれんがで、比較的耐スポール性に優れている反面、見掛気孔率が大きくなるため耐食性はやや劣っている。リボンドれんがはマグネシアクリンカーとクロム鉱及び／又は酸化クロムを電気炉で溶融あるいは高温で焼成して得られたマグクロクリンカー（マグネシアクロムクリンカー）のみ、あるいは酸化クロムを添加した配合物を混練、成形、焼成して得られるれんがで、比較的焼結しやすいため緻密な組織を有することで耐食性及び耐磨耗性に優れているが、耐スポール性には劣っている。セミリボンドれんがは、ダイレクトボンドれんがとリボンドれんがの中間的な特性を有するれんがで、マグクロクリンカーとマグネシアクリンカー及び／又はクロム鉱を併用している。
【０００４】
マグクロれんがの溶鋼真空処理容器への適用に関し、特許文献２には、電融マグクロ原料とクロム鉱とを配合し、１７５０℃以上で焼成して得られた見掛気孔率が１２．４％から１３．２％のマグネシア−クロム質れんがで内張りしてなる溶鋼真空処理容器が開示されている。また、特許文献３には、電融マグネシア−クロムクリンカー、天然クロム鉱石、海水マグネシア、及び酸化クロムを含有するセミリボンド型マグネシア−クロム質れんがにおいて、平均粒径１５μｍ以下のＺｒＯ２微粉を１〜５重量％添加した焼成マグネシア−クロム質れんがが開示され、ＡＯＤ炉の羽口周辺及びスラグラインにおいて耐用性に優れていることが記載されている。
【０００５】
しかしながら、本発明者等が特許文献１及び特許文献２のマグクロれんがを酸素処理を行うＲＨ炉の炉壁にライニングして使用したところ、依然として炉壁の局部損耗が発生し耐用性が不十分であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１０２１２号公報
【特許文献２】特開平１１−１５８５３４号公報
【特許文献３】特開平１１−１００２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明が解決しようとする課題は、酸素ガスを吹き込む溶鋼真空処理容器の炉壁の耐用性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等がＲＨ炉において、その炉壁の局部損耗の原因について調査したところ、酸素ガスを溶鋼面に吹き付けることによって溶鋼、酸化鉄などを主成分とするスプラッシュが発生し、図１のように矢印方向へ飛んで炉壁（側壁）に当たることで、磨耗と溶損によってスプラッシュが当たる部分のみが局部的に損耗していることがわかった。
【０００９】
そこで、本発明者等は、局部損耗の防止のためにれんがの耐磨耗性と耐溶損性を向上することが有効と考えて種々検討した結果、見掛気孔率が１１．５％以下で圧縮強度が１１５ＭＰａ以上のリボンドマグクロれんがを、ＲＨ炉において酸素吹き込みに伴うスプラッシュが当たる（接触する）部位の側壁に配置したところ局部損耗が大幅に改善されることを見出した。
【００１０】
すなわち本発明は、次の（１）から（５）の溶鋼真空処理容器を提供する。
（１）酸素吹き込みに伴うスプラッシュが接触する部位に、見掛気孔率が１１．５％以下で圧縮強度が１１５ＭＰａ以上のリボンドマグクロれんがを配置した溶鋼真空処理容器。
（２）リボンドマグクロれんがは、ＺｒＯ２の含有量が０．１質量％以上５質量％以下である（１）に記載の溶鋼真空処理容器。
（３）リボンドマグクロれんがは、ＺｒＯ２の含有量が０．５質量％以上３質量％以下である（１）に記載の溶鋼真空処理容器。
（４）リボンドマグクロれんがは、ＭｇＯの含有量が５４質量％以上７５質量％、Ｃｒ２Ｏ３の含有量が１９質量％以上３０質量％以下であって、かつＭｇＯとＣｒ２Ｏ３とＺｒＯ２との合量が８６質量％以上である（２）又は（３）に記載の溶鋼真空処理容器。
（５）スプラッシュが接触しない部位には、ダイレクトボンドマグクロれんが、セミリボンドマグクロれんが及びマグネシアカーボンれんがのうち１種以上を配置した（１）から（４）のいずれかに記載の溶鋼真空処理容器。
【００１１】
なお、本発明において「酸素吹き込みに伴うスプラッシュが接触する部位」とは、概ね次のとおりである。すなわち、ＲＨ炉では槽底から上に２ｍ以下の側壁、ＤＨ炉では下端から上に３ｍ以下の側壁、ＶＯＤ炉では溶鋼面から上に１ｍ以下の側壁である。
【００１２】
以下、本発明について詳しく説明する。
【００１３】
マグクロれんがは緻密で高強度であるほど、溶鋼や酸化鉄などを主成分とするスプラッシュによって引き起こされる磨耗すなわち物理的な損耗、及び溶損すなわち化学的な損耗に対して損傷され難くなる。そこで本発明では、セミリボンドれんが及びダイレクトボンドれんがと比較して緻密で強度が高いリボンドれんが、なかでも見掛気孔率が１１．５％以下で圧縮強度が１１５ＭＰａのリボンドマグクロれんがを使用する。これは、見掛気孔率が１１．５％を超える、又は圧縮強度が１１５ＭＰａ未満の場合には、スプラッシュが当たる炉壁の局部損耗が大きくなるという本発明者等の知見に基づく。
【００１４】
また、本発明で使用するリボンドマグクロれんがは、スプラッシュによる耐溶損性を向上させるためにＺｒＯ２を含有することが好ましい。ＺｒＯ２の含有量は、０．１質量％以上５質量％以下であることが好ましく、０．５質量％以上３質量％以下であることがより好ましい。このようにＺｒＯ２を適量含有することで、れんが組織中に分布するＺｒＯ２がスプラッシュの主成分である酸化鉄と先行反応することでスプラッシュ（酸化鉄）の反応活性を失わせ、リボンドれんがの主成分であるＭｇＯの溶解を抑制させる。さらにＺｒＯ２を適量含有すると、リボンドマグクロれんがの組織を緻密化かつ高強度にすることができる。すなわち、酸性酸化物であるＺｒＯ２を塩基性酸化物であるＭｇＯを主成分とするマグクロれんがに原料として適量添加することにより、焼成中の焼結が促進される。これにより見掛気孔率の低減と圧縮強度の向上、つまり緻密高強度化の効果が得られる、
【００１５】
この緻密高強度化の効果は、マグクロれんがのなかでもリボンドれんがにおいて特に顕著に現れる。マグクロクリンカーと共にマグネシアクリンカーとクロム鉱を使用するセミリボンドれんがや、マグネシアクリンカーとクロム鉱を主原料とするダイレクトボンドれんがでは、クロム鉱の周囲にマグネシアクリンカーとの熱膨張係数の差に伴う長尺な空隙が形成されやすく、これがＺｒＯ２添加による緻密高強度化の効果を相殺してしまうためである。このため、ダイレクトボンドマグクロれんが及びセミリボンドマグクロれんがではＺｒＯ２を添加したとしても、リボンドれんがマグクロほどの見掛気孔率の低減と圧縮強度の向上は達成し難く、例えばＲＨ炉のスプラッシュが当たる炉壁に配置しても、十分な耐用性は得られない。
【００１６】
また、リボンドマグクロれんがの組織を緻密化かつ高強度化するためには、れんが中のＭｇＯとＣｒ２Ｏ３の含有量を特定範囲とすることも有効である。具体的には、ＭｇＯの含有量は５４質量％以上７５質量％以上、Ｃｒ２Ｏ３の含有量は１９質量％以上３０質量％以上であることが好ましい。ＭｇＯの含有量が５４質量％未満では、焼成時に気孔の集約化が進み過ぎて粗大化するため見掛気孔率の上昇と圧縮強度の低下を招きやすい。また、ＭｇＯの含有量が７５質量％を超えると焼成時に気孔の集約化が不十分となり、見掛気孔率の上昇と圧縮強度の低下を招きやすい。一方、Ｃｒ２Ｏ３の含有量が１９質量％未満では、必然的にＭｇＯの含有量が７５質量％を超えるため焼成時に気孔の集約化が不十分となり、見掛気孔率の上昇と圧縮強度の低下を招きやすい。また、Ｃｒ２Ｏ３の含有量が３０質量％を超えると、必然的にＭｇＯが５４質量％未満となるため、焼成時に気孔の集約化が進み過ぎて粗大化するため見掛気孔率の上昇と圧縮強度の低下を招きやすい。
【００１７】
なお、本発明の溶鋼真空処理容器においてスプラッシュが接触しない部位には、損耗速度が小さいため本発明によるリボンドマグクロれんがを使用しなくても良く、むしろこれらの部位では温度変動の大きい溶鋼真空処理容器本来の損傷形態である熱的スポーリングによる剥離損耗がより支配的となるため、比較的耐スポール性に優れているダイレクトボンドマグクロれんが、セミリボンドマグクロれんが及びマグネシアカーボンれんがのうち１種以上を配置することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、溶鋼真空処理容器においてスプラッシュが接触することで局部損耗が発生する部位に、見掛け気孔率が１１．５％以下で圧縮強度が１１５ＭＰａ以上という緻密で高強度のリボンドマグクロれんがを配置することで、局部損耗が抑制されて、溶鋼真空処理容器全体が均一的な損耗プロフィールとなり、その結果として溶鋼真空処理容器の寿命延長が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ＲＨ炉の構成及びスプラッシュの発生形態を概念的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明を適用する溶鋼真空処理容器は、典型的にはＲＨ炉、ＤＨ炉及びＶＯＤ炉であって、真空槽内の溶鋼面上から酸素ガスを吹き付ける酸素処理を行う炉である。例えば、ＲＨ炉としては、溶鋼を吸い上げて真空脱炭処理しながら真空槽の上部から挿入された上吹きランスによって酸素ガスを溶鋼表面に吹き付ける酸素処理を行うＲＨ炉に本発明を好適に適用することができる。また、ＤＨ炉では、溶鋼を吸い上げて真空脱炭処理する際に、取鍋の底部に設置されたポーラスプラグによるバブリングにより溶鋼を攪拌する。これにより真空槽内には、下から上に向かって溶鋼面に到達し、さらに上から下に向かって降りて行く強力な流れが形成される。このとき溶鋼面上からはＲＨ炉と同様に酸素ガスを吹き付けるため多量のスプラッシュが飛散し、真空槽内壁面を局部損傷させるため、本発明を好適に適用することができる。また、ＶＯＤ炉もＲＨ炉と同様に、溶鋼面上に酸素ガスや粉体を吹き付ける処理を行い、かつＤＨ炉と同様に底部に設置されたポーラスプラグによるバブリングにより溶鋼を攪拌も実施するので、溶鋼面上のスプラッシュが接触する部位に局部損耗が発生することから、本発明を好適に適用することができる。
【００２１】
本発明の溶鋼真空処理容器においてスプラッシュが接触する部位に配置するれんがは、前述のとおり、見掛気孔率が１１．５％以下で圧縮強度が１１５ＭＰａ以上のリボンドマグクロれんがである。このように緻密で高強度のリボンドマグクロれんがは、従来のリボンドマグクロれんがの製造条件に比べ高圧で成形したり、高温で成形したりすることで得ることができるが、従来のリボンドマグクロれんがにＺｒＯ２を０．１質量％以上５質量％以下添加することで製造条件をほとんど変更せずに得ることもできる。ＺｒＯ２源としては、電融ジルコニア、焼結ジルコニア、バデライトなどが挙げられ、ＣａＯやＭｇＯで安定化したものも使用可能である。
【００２２】
このように本発明で使用するリボンドマグクロれんがは、典型的には、電融マグクロクリンカー、酸化クロム、及びジルコニア（ＺｒＯ２源）からなる原料配合にバインダーを添加して混練後、成形し、１７５０℃〜１８５０℃で焼成することで得ることができる。なお、このリボンドマグクロれんがの製造においては、その原料として５質量％以下のマグネシア及び／又は５質量％以下のクロム鉱を合量で５質量％以下であれば使用しても悪影響を及ぼさないため許容できる。
【実施例】
【００２３】
表１は、本発明の実施例によるリボンドマグクロれんがの原料配合とその物性及び化学成分を比較例とともに示したものである。この表１の原料配合にバインダーを添加して混練後、成形し、１７５０℃以上で焼成することでそれぞれリボンドマグクロれんがを得た。表１中の各電融マグクロクリンカーの化学成分は表２に示したとおりである。また、酸化クロムは純度９９％のものを、ジルコニアは純度９９％のものをそれぞれ使用した。
【００２４】
【表１】
2017110280.tif 000002
【００２５】
【表２】
2017110280.tif 000003
【００２６】
得られたマグクロれんがからサンプルを切り出して物性と化学成分を測定した。物性として、見掛比重、かさ比重及び見掛気孔率はＪＩＳ−Ｒ２２０５、圧縮強さはＪＩＳ−Ｒ２２０６に従い測定した。また化学成分はＪＩＳ−Ｒ２２１２に従い測定した。
【００２７】
表１においてＮｏ.１からＮｏ.７は、見掛気孔率及び圧縮強度が本発明の範囲内にある実施例である。一方、Ｎｏ.８は、ジルコニアを添加しておらず見掛気孔率が高くなっている。Ｎｏ.９は、ジルコニアの添加量が過剰で見掛気孔率が高くなっている。Ｎｏ.１０は、クロム鉱を添加したもので見掛気孔率が高くなっている。Ｎｏ.１１は、クロム鉱と海水マグネシアを含有するためジルコニアを添加しても見掛気孔率が高くなっている。このように、Ｎｏ.８からＮｏ.１１はいずれも見掛気孔率が高く、また圧縮強度は低く、本発明の範囲外の比較例である。
【００２８】
表１に示すリボンドマグクロれんがのうち、Ｎｏ.４，５，６，８，９をＯＢ処理を行うＲＨ炉の炉壁に配置して使用した。具体的には、炉底から６段目から１０段目まで（炉底から上に１ｍ以上１．８ｍ以下の間）にライニングして実炉で使用した。酸素処理条件は流量０．２Ｎｍ３／ｍｉｎ、処理時間１５分とした。途中で損耗状況を観察しながら鉄皮とパーマれんがの境界に配置した熱電対の数値が所定の温度になるまで使用し、使用回数を表１に示した。
【００２９】
見掛気孔率と圧縮強度が本発明の範囲内のＮｏ.４，５及び６は、使用回数が２５０回以上と多いが、見掛け気孔率と圧縮強度が本発明の範囲外のＮｏ.８及び９は使用回数がそれぞれ１８０回と１９５回と劣る結果となった。
【図１】
2017110280.tif 000004