(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポーラスれんがと、このポーラスれんがを囲むアウターリングと、このアウターリングと前記ポーラスれんが間に設けられた緻密質の中間層とを有し、この中間層の線膨張係数を前記ポーラスれんがおよび前記アウターリングの線膨張係数よりも小さくするとともに、中間層の水平方向の断面における厚さが３〜１０ｍｍであることを特徴とするポーラスプラグ。
【請求項２】
前記アウターリングは全長に渡り鉄皮で覆われることを特徴とする請求項１に記載のポーラスプラグ。
【請求項３】
ポーラスれんがを用意し、このポーラスれんがの周囲に一定間隔になるように型枠を固定し、キャスタブルを流し込み中間層を形成し、型枠を外し、本体側部を形成する鉄皮を中間層との間隔が一定になるよう固定し、アウターリングを形成するキャスタブルを流し込み、所定温度・時間乾燥し、かつ前記中間層の線膨張係数を前記ポーラスれんがおよび前記アウターリングの線膨張係数よりも小さくすることを特徴とするポーラスプラグの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属溶湯中にガスを吹き込むためのポーラスプラグおよびその製造方法に係わり、特に耐スポール性を向上させたポーラスプラグおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、取鍋底部から耐火物を通して溶融金属中へアルゴンあるいは窒素ガス等を吹き込み、溶融金属の攪拌、溶融温度の均一化、非金属介在物の浮上除去等を目的とした取鍋精練が多く行われるようになってきた。取鍋底部に設けられるガス吹き用耐火物はポーラスプラグと呼ばれる。ポーラスプラグは一般的に通気性のあるポーラスれんがからガスを吹込む構造になっている。
【０００３】
ポーラスプラグには、受鋼からガス吹き込み開始時までに溶鋼が耐火物内に浸潤し、ガス吹き込み初期にその浸潤層が吹き飛ばされて剥離したり、ガス吹き込み後から鋳込み終了時間までの間に浸潤した溶鋼やスラグを鋳込み終了後に酸素洗浄により除去する際に溶損したり、受鋼時の急加熱やアルゴン等による冷却の繰り返しによる熱衝撃により耐火物中に亀裂が生じ、生じた亀裂がガス吹き込み時に剥離したり、また溶鋼およびスラグとの反応によって溶損したり、溶鋼流れとの摩擦によって損傷するといった損傷パターンがある。これらの損傷パターンから考えて、ポーラスプラグには溶鋼およびスラグに対する耐食性と耐浸潤性、耐スポール性、熱間強度等の特性が要求される。
【０００４】
鋼の取鍋精錬において用いられるポーラスプラグの溶鋼およびスラグの耐浸潤性の改良として、酸化クロムの添加や、球状アルミナ粒子が使用されており、酸化クロムは溶鋼に対する耐濡れ性の改善効果があり、また球状アルミナ粒子の使用はその充填性に優れるため気孔径分布を狭くすることができるので粗大気孔等を低減でき溶鋼の浸潤抑制および通気量の確保に効果がある。
【０００５】
また、ポーラスプラグは受鋼時の急激な加熱およびガス吹き込み時の冷却による熱衝撃によって、ポーラスれんがの水平方向に亀裂が生じやすい。ポーラスプラグの亀裂はポーラスれんがの加熱による体積膨張による応力を従来構造ではアウターリングでは緩和できないためである。
【０００６】
ポーラスプラグはアウターリングが高アルミナ質、アルミナ・マグネシア質等で作られるのが一般的で、アウターリングの線膨張係数が、ポーラスれんがの線膨張係数と比較して同等か若干小さい程度であるため、体積膨張による応力を緩和できず、ポーラスれんがやアウターリングに亀裂を生じさせ、ポーラスれんがの剥離といった損傷になることが多い。
【０００７】
ポーラスプラグは耐食性と耐スポール性のバランスからアルミナ原料を主骨材とするものが一般的であるが、アルミナ自体の線膨張係数が高いこと、さらに多孔質体であるため粒子同士の接触点が少なく低強度であり、耐スポール性に難点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ポーラスプラグの耐スポール性を改良するものとして、ムライト原料を添加する例が特開平２−３０７８６３号公報に開示されており、またジルコニア・ムライト原料を添加する例が特開昭６３−１６６７５２号公報に開示されている。
【０００９】
特開平２−３０７８６３号公報に開示されたものは、球状アルミナ原料に電融ムライト原料を添加するものである。ムライトの化学組成はアルミナとシリカであり、アルミナよりも低熱膨張率を有することから耐スポール性の改良効果は認められるが、その反面、ムライト原料が溶鋼に濡れ易く、添加量の増加に伴い耐浸潤性および耐食性が低下するという欠点がある。
【００１０】
また、特開昭６３−１６６７５２号公報に開示されたものは、アルミナ原料にジルコニア・ムライト原料を添加するものである。ジルコニア・ムライト原料はムライトよりもさらに熱膨張率が小さく耐スポール性の改良効果は大きいと考えられるが、ムライト原料を添加する特開平２−３０７８６３号公報記載のものと同様、耐浸潤性および耐食性が低下により溶損が大きくなった。
【００１１】
上述の従来例では、ムライト系原料の添加は耐スポール性を向上させる効果が認められるが、その反面溶鋼やスラグに対する耐浸潤性がおよび耐食性の低下を招くため、結果として十分な耐用性を得られないという欠点がある。
【００１２】
さらに、プラグ本体（ポーラスれんが）とスリーブ（アウターリング）間に目地層（中間層）を設けた例が実開平６−３８１０７号公報に開示されているが、このものは目地層の通気性をプラグ本体の通気性より低くし、溶鋼の浸潤により閉塞した浸潤層を容易に剥離するためのもので、目地層の線膨張係数をプラグ本体およびスリーブポーラスれんがの線膨張係数よりも小さくして耐浸潤性がおよび耐食性を損なうことなく耐スポール性を向上させるものではない。
【００１３】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、ポーラスプラグの耐浸潤性および耐食性を損なうことなく、耐スポール性を向上させることができるポーラスプラグおよびその製造方法を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために成された本発明は、ポーラスれんがと、このポーラスれんがを囲むアウターリングと、このアウターリングと前記ポーラスれんが間に設けられた緻密質の中間層とを有し、この中間層の線膨張係数を前記ポーラスれんがおよび前記アウターリングの線膨張係数よりも小さくするとともに、中間層の水平方向の断面における厚さが３〜１０ｍｍであることを特徴とするポーラスプラグである。
また、好適には、前記アウターリングは全長に渡り鉄皮で覆われる。
【００１５】
さらに、本発明のポーラスプラグの製造方法は、ポーラスれんがを用意し、このポーラスれんがの周囲に一定間隔になるように型枠を固定し、キャスタブルを流し込んで中間層を形成し、型枠を外し、本体側部を形成する鉄皮を中間層との間隔が一定になるよう固定し、アウターリングを形成するキャスタブルを流し込んで、所定温度・時間乾燥し、かつ前記中間層の線膨張係数を前記ポーラスれんがおよび前記アウターリングの線膨張係数よりも小さくすることを特徴とする。
【００１６】
なお、本発明の中間層の緻密質とは、一般にポーラスれんがやアウターリングより、気孔率が小さいことを意味するが、気孔率にして１８％以下であることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかるポーラスプラグの実施の態様について添付図面に基づき説明する。
【００１８】
図１は本発明にかかるポーラスプラグの一実施形態を示す縦断面図である。
【００１９】
ポーラスプラグ１はプラグ本体をなす高アルミナ質のポーラスれんが２を有し、このポーラスれんが２は下記のように製造されている。
【００２０】
ポーラスれんが２は、球形状に造粒されたアルミナ原料や塊状のアルミナ原料を主骨材として用い、この主骨材にアルミナ、シリカ、粘土類等の微粉材を添加し、ウエットパン等で混練し、オイルプレス等で成形した後、大気雰囲気下で焼成されて製造される。主骨材はアルミナの他に、ムライト、マグネシア、ジルコニア・ムライト等を用いてもよい。
【００２１】
ポーラスプラグ１は、中央にプラグ本体を構成する裁頭円錐体形状のポーラスれんが２を有し、このポーラスれんが２を取り囲むように緻密質の中間層３を介してスリーブ状のアウターリング４が設けられ、アウターリング４は外側から鉄皮５で覆われ、補強される。
【００２２】
アウターリング４は高アルミナ質の焼成れんがあるいは高アルミナ質等のキャスタブルのプレキャストで形成される一方、中間層３は２．５×１０−６〜５．５×１０−６／℃の線膨張係数を有し、中間層３の線膨張係数はポーラスれんが２およびアウターリング４の線膨張係数より小さい。ポーラスプラグ１は、鉄皮５で本体外側面が覆われ、本体底部にガス供給管６が設けられて構成されている。
【００２３】
次に、ポーラスプラグ１の製造方法を説明する。
【００２４】
上述のように製造されたポーラスれんが２を用意し、このポーラスれんが２の周囲に一定間隔になるように型枠、例えばＦＲＰ枠を固定し、中間層３を形成するためキャスタブルを流し込み、養生後、前記ＦＲＰ枠を外す。
【００２５】
その後、本体側部を形成する鉄皮５を中間層３との間隔が一定になるようセットし、アウターリング４を形成するキャスタブルを流し込み、養生後、ポーラスプラグ１を所定温度・時間乾燥し、ガス供給管６を取り付けて完成する。
【００２６】
表１の実施例１では、ポーラスプラグ１を構成する部材の線膨張係数はポーラスれんが２が、６×１０−６〜８×１０−６／℃例えば、７．６×１０−６／℃、アウターリング４が６×１０−６〜８×１０−６／℃例えば、６．３×１０−６／℃、中間層３が２．５×１０−６〜５．５×１０−６／℃例えば、４．０×１０−６／℃であり、また見掛気孔率はポーラスれんが２が２６．０％、アウターリング５が１７．０％、中間層３が１６．９％である。
【００２７】
ポーラスれんが２およびアウターリング４の線膨張係数は例えば６〜８×１０−６／℃であり、ポーラスれんが１およびアウターリング４の熱膨張による体積変化を体積変化が小さい中間層３で緩和するには、中間層３の線膨張係数が２．５×１０−６〜５．５×１０−６／℃であることが必要条件である。この線膨張係数が２．５×１０−６／℃未満であると中間層３の組織のうち、シリカ（ＳｉＯ２）成分の割合が多くなり耐食性が低下し、この中間層３が先行して部分的に溶損し、ポーラスれんが２を保持する作用がなくなり損傷が大きくなるためである。
【００２８】
一方、線膨張係数が５．５×１０−６／℃を超えるとポーラスれんが２およびアウターリング４との線膨張係数の差が小さく、熱応力を緩和する効果が十分にえられない。この場合には、ポーラスれんが２およびアウターリング４に亀裂が生じる虞れがあり、ポーラスれんが２の上部が剥離するため、ポーラスれんが２の耐用向上が図れない。
【００２９】
また、中間層３の主化学成分はＡｌ２Ｏ３が４４〜７０ｗｔ％、例えば５５ｗｔ％、ＳｉＯ２が２４〜４６ｗｔ％、例えば３６ｗｔ％であり、中間層３のポーラスプラグ１の水平方向の断面における厚さが３〜１０ｍｍ、例えば５ｍｍである。
【００３０】
中間層３の厚さは３〜１０ｍｍであることが必要条件ある。この中間層３の厚さが３ｍｍ未満であると熱応力を緩和するための効果が十分でなく１０ｍｍを超えると中間層３の耐食性がアウターリング４よりも低いことから、先行溶損してポーラスれんが２を保持する作用が低下しポーラスれんが２の損傷が促進されるためである。
【００３１】
このような条件で作製されたポーラスプラグ１を取鍋容量２５０ｔのレードルにセットし、ＣＡＳ（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ  ｂｙ  Ｓｅａｌｅｄ  ａｒｇｏｎ  ｂｕｂｂｌｉｎｇ）処理に使用したところ、使用回数９チャージでもバブリング不良は発生せず、中間層３の線膨張係数または厚さが適正範囲値から外れたものと比べて耐スポール性がすぐれており、また中間層を有しない従来例に比べると著しく耐スポール性に優れている。
【００３２】
これはポーラスれんが１およびアウターリング４の熱膨張による体積変化を体積変化が小さい中間層３で緩和することによって、従来例に見られるように、耐スポール性は向上するが耐浸潤性、耐食性が低下するという欠点がなく、かつポーラスれんが２およびアウターリング４の亀裂発生ないしポーラスれんがの剥離といった損傷を抑制し、耐用を向上させるものである。また、アウターリング４に生じた亀裂からのガスリークによって、ガスの流れが分散して想定したガスの流れを得られず、ＣＡＳ処理ができないといったガス吹き不良の発生も抑制できる。
【００３３】
【実施例】
上記実施例１の他に表１に示すように中間層３の線膨張係数、見掛気孔率および厚さを変えて、実施例１と同様の方法で実施例２〜５として実験を試みいずれも使用回数８チャージでもバブリング不良は発生せず耐スポール性に優れていることを立証した。
【００３４】
【表１】
0004087474.tif 000002
【００３５】
次に、実施例１と同様の方法で実験を試みた表２の比較例について説明する。
【００３６】
比較例１は中間層３の線膨張係数を適正値から外し２．０×１０−６／℃と小さくしたもので、使用回数５チャージまでバブリング不良は発生しなかったが、上記いずれの実施例に比べても使用回数が減少する。
【００３７】
比較例２は中間層３の線膨張係数を適正値から外し６．０×１０−６／℃と大きくしたもので、使用回数６チャージでバブリング不良の発生があり、上記いずれの実施例に比べても使用回数が減少する。
【００３８】
比較例３は中間層３の線膨張係数を適正値とし、中間層３の厚さを適正値から外し２ｍｍとしたもので、使用回数６チャージでバブリング不良の発生があり、上記いずれの実施例に比べても使用回数が減少する。
【００３９】
比較例４は中間層３の線膨張係数を適正値とし、中間層３の厚さを適正値から外し１５ｍｍとしたもので、使用回数４チャージまでバブリング不良は発生しなかったが、上記いずれの実施例に比べても使用回数が減少する。
【００４０】
従来例との比較として、ポーラスれんが、アウターリングの線膨張係数を同一とし、中間層を有しない従来例１についても試験を行い、表２のような結果を得た。
【００４１】
従来例１は使用回数５チャージでバブリング不良の発生があり、上記いずれの実施例に比べても使用回数が減少する。
【００４２】
【表２】
0004087474.tif 000003
【００４３】
【発明の効果】
ポーラスプラグのポーラスれんがとアウターリング間に緻密質の中間層を設けることにより、体積膨張による応力を緩和しポーラスプラグの耐浸潤性および耐食性を損なうことなく、耐スポール性を向上させることができる。また、この中間層の線膨張係数、厚さを所定の値とすることでさらに耐スポール性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のポーラスプラグの断面図。
【図２】  本発明のポーラスプラグの平面図。
【符号の説明】
１  ポーラスプラグ
２  ポーラスれんが
３  中間層
４  アウターリング
５  鉄皮
【図１】
0004087474.tif 000004
【図２】
0004087474.tif 000005