(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを吹き込むことで溶鋼処理するポーラスプラグであって、溶鋼と接する上側の稼働用れんがとその下にバックアップ用れんがを有し、稼働用れんがが損耗しバックアップ用れんがが露出すると、ガス流量が減少することで使用限界を検知するポーラスプラグにおいて、
バックアップ用れんがが、断面形状が長方形の貫通孔あるいは断面形状が円形の貫通孔を有し、この貫通孔のうち断面形状が長方形の貫通孔の短辺側の長さである幅または断面形状が円形の貫通孔の直径が０．３〜０．０５ｍｍの小さな貫通孔の面積割合が１５〜８０％、残りの貫通孔の前記の幅または直径が０．３１〜２．０ｍｍの大きな貫通孔であることを特徴とするポーラスプラグ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、転炉、取鍋等に取り付けられてガスを吹き込むことで溶鋼処理に使用されるポーラスプラグに関する。
【０００２】
【従釆の技術】
ポーラスプラグは、溶鋼中へのガス吹込みにより溶鋼の撹拌に伴なう溶鋼温度の均一化、溶鋼成分の均質化、二次精錬効果の向上、非金属介在物の浮上促進等を行うために広く使用されている。
【０００３】
ところが、ポーラスプラグは、操業中にガス吹き込みや酸素洗浄により溶損が進行し、稼働面が下がってくるため、使用限度を超えて使用を続けると漏鋼という重大事故を引き起こす。この漏鋼に対する安全性を確保するために、使用限界を正確に検知しポーラスプラグを新品と交換することが重要である。
【０００４】
図４は従来のポーラスプラグを示し、図４−（ａ）は全体の縦断面図、図４−（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図、図４−（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。
通常、ポーラスプラグは、円錐台の形状をしており、通気性耐火物３０の周囲を緻密質耐火物３３で覆い、さらにその外周をメタルケース３４で囲い、底板３５にはガス導入パイプ３６が付属している。
【０００５】
使用限界を知るため、この通気性耐火物は稼働用れんが３１とバックアップ用れんが３２からなる。稼働用れんが３１は、溶鋼と接触しながら耐火物中への溶鋼浸入を阻止しつつ、必要な時には、ガスが吐出できるように多孔質耐火物や貫通孔を設けた耐火物が使用されている。バックアップ用れんが３２は、主として使用限界に来たことを検知するために設けられ、稼働用れんが３１と同様に通気性耐火物ではあるが、形状や通気性能等が異なる通気性耐火物が使用されている。
【０００６】
例えば、図４に示すポーラスプラグでは、稼働用れんが３１は円錐台の形状であり、バックアップ用れんが３２は四角錐台の形状である。稼働用れんが３１が使用を重ねることで損耗してバックアップ用れんが３２が露出した時には、耐火物の断面形状が図４−（ｂ）に示す円形から図４−（ｃ）に示す四角形に変わるように設定されている。
【０００７】
しかしながら、高温での操業中、溶鋼排出後に溶融金属容器の底を人が見て判断しなければならず、容器の底にはスラグや残湯があって非常に確認しにくい作業であるため、しばしば見間違えることもあった。
【０００８】
これに対して、特開平８−１３０１９号公報では、ポーラスプラグが使用限界まで達すると、ガス吹出孔に溶融金属が差込んで通気を阻害することにより交換時期を知らせるものが開示されている。これは、貫通孔を設けた耐火物を上下に２段に配置するガス吹込み用耐火物において、稼働用れんがの溶鋼に接する部分に幅０．２〜０．３ｍｍの貫通孔を設け、下段のバックアップ用れんがには０．４〜０．６ｍｍの貫通孔を配置したものであり、使用限界まで来たときに下段の貫通孔に溶鋼が浸入して凝固するため通気障害を起し、通気量と背圧を測定することで使用限界がわかるものである。例えば、溶鋼鍋等では精錬中にガスを吐出し、鋳造中はガスを止めるため、精錬中に下段が露出した場合には、鋳造中に貫通孔へ溶鋼が浸入し凝固するので、溶鋼排出後にガスを吐出しようとしてもガスが出なくなったり、あるいはガス吐出量が低下することで使用限界が検知できるというものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平８−１３０１９号公報記載の方法においては、下段の露出するタイミングによっては、全くガスを吐出することができなくなり、操業に支障を来す問題がある。つまり、操業によってはガス吐出を一時中断する場合があり、この中断した時にたまたま下段が露出していた場合には、中断によりほとんどの貫通孔の中へ溶融金属が浸透し凝固してしまうために、再度ガスを吐出するために圧力をかけても、ガス流量が不足したりあるいは全くガスが吐出しない場合がある。
【００１０】
そこで、本発明は、受鋼後に途中でガス吹きを中断した場合でも、再開時にはガスを吐出することができ、かつ使用限界が検知可能なポーラスプラグを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ガスを吹き込むことで溶鋼処理するポーラスプラグであって、溶鋼と接する上側の稼働用れんがとその下にバックアップ用れんがを有し、稼働用れんがが損耗しバックアップ用れんがが露出すると、ガス流量が減少することで使用限界を検知するポーラスプラグにおいて、バックアップ用れんがが、断面形状が長方形の貫通孔あるいは断面形状が円形の貫通孔を有し、この貫通孔のうち断面形状が長方形の貫通孔の短辺側の長さである幅または断面形状が円形の貫通孔の直径が０．３〜０．０５ｍｍの小さな貫通孔の面積割合が１５〜８０％、残りの貫通孔の前記の幅または直径が０．３１〜２．０ｍｍの大きな貫通孔であることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、バックアップ用れんがに溶鋼が浸入し凝固する大きな貫通孔と溶鋼が浸入しにくい小さな貫通孔とを組み合わせたものである。
【００１３】
このため、使用中にバックアップ用れんがが露出しても、大きな貫通孔には溶鋼が浸入し凝固するために通気不能となるが、小さな貫通孔には溶鋼が浸入しにくいことで通気が確保できる。
【００１４】
小さな貫通孔となることで流量は低下するが、ほとんどの場合には圧力をあげることで操業を続けることができる。
【００１５】
したがって、バックアップ用れんがが露出すると、ガス流量が減少するために使用限界を検知することができ、しかも操業には支障をきたすことがなく継続することができる。
【００１６】
本発明でいう貫通孔とは、れんがの先端から下端に貫通した孔であり、その断面形状には制約はなく、長方形、正方形、多角形、楕円あるいは円形等のどのような形状でもよい。
【００１７】
貫通孔の幅と溶鋼の浸入深さについては、本発明者らに係る特開平８−１３０１９号公報に開示しており、貫通孔の幅が０．３ｍｍの時に０〜１０ｍｍ、貫通孔の幅が０．６ｍｍの時に２０〜４０ｍｍであり、貫通孔の幅が広くなれば溶鋼浸入深さが深くなる。また、貫通孔の断面が円形の場合は、直径が０．３ｍｍでまでは溶鋼が浸入しにくいことが一般に知られている。
【００１８】
したがって、バックアップ用れんがの貫通孔は、溶鋼が浸透して凝固する大きな貫通孔として、その幅または直径が０．３１ｍｍ以上が良い。また、大きな貫通孔の幅または直径が２ｍｍを超えると漏鋼の経路となる危険性がある。
【００１９】
溶鋼が浸入しにくい小さな貫通孔の幅または直径は、前述の理由から０．３ｍｍ以下の場合がよく、また、幅または直径が０．０５ｍｍは実用面から限界の最小の幅である。０．０５ｍｍより小さいと通気量を確保するために貫通孔の数を多くしなければならず製造コスト面で不利である。
【００２０】
図２は貫通孔の幅と長さの説明図である。
【００２１】
本願明細書において、れんがの貫通孔の幅とは、貫通孔のガスの流れる方向に対する垂直断面の形状において、寸法Ｙを貫通孔の幅と表示する。また寸法Ｘは長さである。
【００２２】
この貫通孔の面積割合については、バックアップ用れんがが露出し大きな貫通孔が閉塞してしまっても、ガス圧をあげることで小さな貫通孔によるガス吹き込みでの操業が続けられる流量を確保するだけの面積が必要である。
【００２３】
通常ＬＦ等の精錬では、ガス圧が３〜５Ｋｇ／ｃｍ2で行っている。一般的に工場で使用されているガス圧は最大９〜１０Ｋｇ／ｃｍ2までの能力があり余裕がある。
【００２４】
したがって、小さな貫通孔でもガス圧を高くすることで通常の操業に必要な通気量を確保することが可能である。
【００２５】
一方、小さな貫通孔の面積が多すぎると、大きな貫通孔が閉塞したことがわからず、使用限界がわからないため危険である。
【００２６】
また、通気量は貫通孔の面積割合にほぼ比例しているため、面積割合はその貫通孔による流量割合とほぼ等しい。
【００２７】
この大きな貫通孔と小さな貫通孔の面積割合については、詳しくは使用条件によって決めるものであるが、一般的には、小さな貫通孔の面積が１５〜８０％が良い。１５％未満では、ガス圧をあげても操業に必要な流量を確保することが難しく、８０％を越えると流量のバラツキと区別がつきにくい場合がある。
【００２８】
稼働用れんがは、通気性のある耐火物であればよく、通常、ポーラスプラグに使用されている通気性耐火物であれば特に制約なく使用することができる。
【００２９】
【実施例】
図１は本発明のポーラスプラグの１実施例を示し、図１−（ａ）は全体の縦断面図、図１−（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図、図１−（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。
【００３０】
ポーラスプラグは、上部に稼働用れんが１とその下にバックアップ用れんが２があり、側面はキャスタブル３で鋳ぐるまれており、キャスタブルの外側面はメタルケース４で覆われ、底鉄板５にはガス導入パイプ６が溶接されている。
【００３１】
稼働用れんが１は、図１−（ｂ）に示すように幅０．２ｍｍ、長さ１０ｍｍの貫通孔７を４０個有するものであり、バックアップ用れんが２は図１−（ｃ）に示すように幅０．５ｍｍ、長さ８０ｍｍの貫通孔８を６個と、幅０．２５ｍｍ、長さ８０ｍｍの貫通孔９を３個有している。
【００３２】
例えば、このポーラスプラグをＬＦ鍋にセットした場合、使用を重ねるに従い、稼働用れんが１が損耗しバックアップ用れんが２が露出する。バックアップ用れんが２が露出した時に、ガス吹きを続けていれば貫通孔へ溶鋼が浸透することはないが、一且ガス吹きを中断した場合には、バックアップ用れんが２の貫通孔へ溶鋼が浸透する。この時、図１−（ｃ）に示す幅０．２５ｍｍの貫通孔９には溶鋼の浸透が浅く、幅０．５ｍｍの貫通孔８には、より深く溶鋼が浸透する。
【００３３】
溶鋼の浸透が深くなるほど溶鋼が周囲の耐火物により抜熱され冷却されるため凝固する。したがって、貫通孔の幅が０．５ｍｍの場合には貫通孔内で溶鋼が凝固する。一方、貫通孔幅が０．２５ｍｍの場合には溶鋼が浸透するが浅いため、この浸透部分をガス圧により吹き飛ばすことができるので、ガス吐出が可能となる。
【００３４】
０．２５ｍｍ部分からの通気量は少ないため、ガス吹きの中断前と比べて流量が低下することで、使用限界を検知することができ、しかも背圧を高くすることで精錬作業は継続して行うことができる。
【００３５】
次に、貫通孔の幅と面積割合について検討した結果を示す。
【００３６】
図３は、試験サンプルを示し、図３−（ａ）は縦断面図、図３−（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。
【００３７】
図３に示す試験サンプルを作成し、テストした結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】
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テストは高周波炉の底にあらかじめ図３に示す試験サンプルを装着し鋼を溶解後、ガス吹きを行った。また、溶解中のサンプルへの溶鋼浸入を防止するために試験サンプルの先端には珪砂を主体とする詰め物を充填した。
【００３９】
温度が１５５０℃で安定したら、アルゴンガスを背圧３Ｋｇ／ｃｍ2で５分間吹き込み、通気量を測定し、その後ガス吹きを中断した。１５分後にガス吹きを再開し、最初と同じ背圧で再開後の通気量を測定した。通気量測定後はガス吹きを停止した後に溶鋼を排出して、冷却後試験サンプルを交換した。
【００４０】
実施例１は、初期流量が１５３Ｌ／ｍｉｎで再開後は３５Ｌ／ｍｉｎと低下した。さらにテスト後にサンプルをカットしてみると、幅０．２５ｍｍの貫通孔へ０．２〜１０ｍｍの溶鋼の浸入が、幅０．６ｍｍの貫通孔へは深さ５０〜７０ｍｍへ溶鋼の浸透が観察された。このことから、幅０．６ｍｍの貫通孔へ溶鋼が浸入することで流量が低下したことがわかる。したがって、実炉使用の時にこのバックアップ用れんがが露出すると流量が低下することで検知することができる。
一方、流量は低下しているものの、圧力を上げれば、流量を増すことができ、この程度の流量が確保されれば精錬作業等に特に支障をきたすものではない。
【００４１】
実施例２〜４についても実施例と同様の貫通孔を使用しその使用割合を変えてみたものであるが、本発明の範囲内であり良好な結果を示している。
【００４２】
また、実施例５と６は実施例１〜４と異なる幅の貫通孔の場合であるが、本発明の範囲内であり良好である。
【００４３】
一方、比較例１は、幅０．０５〜０．３ｍｍの貫通孔割合が８％の場合であり、再開後の通気量が１５Ｌ／ｍｉｎと初期通気量の約１０％である。この場合には、圧力を上げても精錬作業に必要な通気量を確保することができないため使用できない。
【００４４】
比較例２は、幅０．０５〜０．３ｍｍの貫通孔割合が８５％の場合であり、再開後の通気量が１３０Ｌ／ｍｉｎと初期通気量の約８７％である。この場合には、実炉の使用においては様々な要因で通気量がばらつくことがあり、このばらつきとの区別が難しい。したがって、実炉では問題があり使用できない。
【００４５】
実施例１及び実施例４に使用したものと同型状のバックアップ用れんがを図４形状からなるポーラスプラグのバックアップ用れんがとして、１８０ｔの溶鋼鍋で各５本使用した。ポーラスプラグからのガス吹きは、受鋼中とＬＦ中の２回に分けて行い、受鋼からＬＦまでは５〜１５分間ガス吹きを中断した。
【００４６】
使用した結果、ＬＦ中は通常３００Ｌ／ｍｉｎのガス吹きが、９５〜１２２Ｌ／ｍｉｎまでしかガスが出ないために使用限界が検知されたものが３本あった。
この時は、背圧を９．５Ｋｇ／ｃｍ2と最大にすることで、所定の３００Ｌ／ｍｉｎまで通気量が得られ、問題なくＬＦ処理をすることができた。後の７本は溶鋼排出後のガス吹きテストで通常の２００Ｌ／ｍｉｎに対して２１〜７２Ｌ／ｍｉｎと低通気量のため使用限界を検知することができた。
【００４７】
【発明の効果】
バックアップ用れんがを有するポーラスプラグにおいて、バックアップ用れんがが貫通孔を有し、この貫通孔のうち幅または直径が０．３〜０．０５ｍｍの小さな貫通孔の面積割合が１５〜８０％、残りが幅または直径が０．３１〜２．０ｍｍの大きな貫通孔であるポーラスプラグを使用することにより、ガス吹きによる精錬作業を中止することなく使用限界を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のポーラスプラグの１実施例を示し、図１−（ａ）は全体の縦断面図、図１−（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図、図１−（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。
【図２】貫通孔の幅と長さの説明図である。
【図３】試験サンプルを示し、図３−（ａ）は縦断面図、図３−（ｂ）はＡ−Ａ矢視図である。
【図４】従来のポーラスプラグを示し、図４−（ａ）は全体の縦断面図、図４−（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図、図４−（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。
【符号の説明】
１  稼働用れんが
２  バックアップ用れんが
３  キャスタブル
４  メタルケース
５  底鉄板
６  ガス導入パイプ
７  貫通孔
８  貫通孔
９  貫通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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