(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナ質原料６５〜９０質量％とムライト質原料３〜２５質量％を含有し、全体のＳｉＯ2の含有量が３〜１０質量％である配合物からなり、
焼成後の圧縮強度が１〜２０ＭＰａであり、
１４００℃での熱間曲げ強度が０．２〜２ＭＰａであり、
且つ、
通気率が２〜５ＣＧＳである通気性耐火物を使用したポーラスプラグ。
【請求項２】
アルミナ質原料とムライト質原料が、粒径が１〜０．１ｍｍの粗粒部として含有されており、さらに、粘土と酸化クロムが粒径が０．１ｍｍ未満の微粉部として５〜１５質量％含有されている請求項１に記載の通気性耐火物を使用したポーラスプラグ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、取鍋等の底に取り付けられ、溶鋼攪拌に伴う溶鋼温度の均一化、溶鋼成分の均質化、２次精錬効果の向上及び非金属介在物の浮上除去等のために溶鋼中にガスを吹き込むためのポーラスプラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常ポーラスプラグは繰り返し使用され、そのライフはおよそ５〜３０回である。このポーラスプラグで最も重要な特性は、バブリング信頼性である。バブリング信頼性とは、必要な時に溶鋼中へ必要な量のガスを必ず吐出することができることである。バブリング信頼性が低く、いざと言う時にガスを吐出することができないと、溶鋼成分や溶鋼温度を均一にすることができないため、製造工程が中断してしまい溶鋼を再び転炉や電気炉に戻さなければならなくなる。
【０００３】
一般的に、ポーラスプラグは取鍋の底に取り付けられ、まず転炉や電気炉から溶鋼を受鋼する時に溶鋼の攪拌のためにガスを吐出する。その後、ガス吹きを中断して鍋を移動し、取鍋精錬時に再びガスを吐出する。そして、精錬後の鋳造中の約６０分間位はガスを吐出しない。
【０００４】
このようなポーラスプラグの使われ方で問題となるのは、ガス吐出の中断に伴う問題である。すなわちガス吐出の中断中に、ポーラスプラグの気孔中へ稼働表面から溶鋼が浸入し凝固して溶鋼浸潤層を形成する。そして、この溶鋼浸潤層のためガスが吐出しにくくなってしまう。よって、中断後必要なガス量を吐出するためには、ポーラスプラグ表面の溶鋼浸潤層をガス圧で吹き飛ばす必要がある。ガス圧でポーラスプラグの溶鋼浸潤層が吹き飛ぶと、新しい耐火物の表面が露出するので、満足する流量が確保できる。
【０００５】
また、鋳造後取鍋が空になると、次の受鋼に備えてポーラスプラグにガスを流して所定の流量が確保されているかポーラスプラグの通気性能を確認する作業を行う。しかしながら、流量が不足している場合には、表面を酸素洗浄する必要がある。この作業は、ポーラスプラグ内にガス圧をかけた状態でポーラスプラグの先端に向けて鉄パイプから酸素を吹き付けると、酸素と溶融した酸化鉄によりポーラスプラグの溶鋼浸潤層を溶かし、新しい表面を露出させるものである。この作業は、高熱作業でしかも鍋の底が見にくく確実に洗浄をすることは非常に難しく、洗浄が不十分で次の使用時にガス吐出不良になることもある。
【０００６】
このような、ポーラスプラグにおけるガスの再吐出に際しての不都合を解消する手段が、従来から種々提案されている。
【０００７】
例えば、特開平２−３０７８６３号公報には、ガス吐出不良の原因となる溶鋼浸潤層の厚みを小さくするために、粒径１〜０．３ｍｍのアルミナ球状原料を使用して気孔径の分布幅を狭くして溶鋼の浸入を少なくすることが記載されている。
【０００８】
また、特公平７−７４０９１号公報には、通気性耐火物にジルコニアムライト原料を使用し、これによって、ジルコニアムライトとメタル及びスラグとの反応によって粘性を向上せしめて溶鋼の浸入を軽減することが記載されている。
【０００９】
このような対策によって、ポーラスプラグの耐用性が向上し安定使用できる。しかしながら、通気率が２〜５ＣＧＳと高い通気性耐火物を使用し、ガス流量を多くする場合には、通常よりも溶鋼浸潤層が厚く残り、使用時にガス吐出が困難になったり、酸素洗浄に非常に時間を要する場合があり、必要時にガスを吐出できるバブリング信頼性が低下する。
【００１０】
通常、通気性耐火物の通気率は、成形時の加圧力あるいは配合の粒度構成でコントロールすることができる。精錬時に多くのガスを吐出する必要がある場合には、成形時の加圧力を弱くしたりあるいは粒径の大きい原料粒子を使用したりして通気率の高い通気性耐火物を製造する。ガスの吐出量が少なくても良い場合には、逆に加圧力を強くしたり粒径の小さい原料粒子を使用したりしている。したがって、通気量が多い条件で使用する場合には気孔径が大きくなるため、溶鋼浸潤層が厚くなる。溶鋼浸潤層が厚くなると、使用時にこの部分が吹き飛びにくくなったりあるいは酸素洗浄に時間を要する。
【００１１】
さらには、従来の通気性耐火物は、高強度でしかも耐スポーリング性に優れたものとするために１７００℃程度の高温で焼成することが、より一層溶鋼浸潤層をガス圧のみで吹き飛ばすことが困難になる。
【００１２】
【本発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、ガス吐出量が多い条件で使用されてもバブリング信頼性の高いポーラスプラグを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
ガス吐出量が多い条件で使用されてもバブリング信頼性の高いポーラスプラグを得るための条件は、ガスの再吐出に際して溶鋼浸潤層をガス圧で吹き飛びやすくすることである。
【００１４】
一旦使用した後のポーラスプラグは、溶鋼浸潤層と未浸潤部との境界付近には熱膨張率の差から亀裂が入っており、これにガスの吐出に際してのガス圧をかけると、この亀裂を基点に先端部が吹き飛ぶものと考えられる。
【００１５】
本発明は、溶鋼浸潤層を吹き飛びやすくするためには、ポーラスプラグを形成する通気性耐火物の強度を下げることによって達成できるという着想の下で完成した。
【００１６】
この強度の指標として熱間での曲げ強度及び圧縮強度に着目した。従来のポーラスプラグに使用される熱間強度は、例えば特開平１０−１８２２５９号公報では１４００℃で１２〜１４ＭＰａが良いとされているが、この強度では溶鋼浸潤層が吹き飛びにくい。しかしながら、従来材質で成形圧や粒度構成を変えて単に強度を下げるだけでは耐用性が低下するために、耐用性とのバランスをとることが重要である。
【００１７】
そこで、ガス吐出量が多い使用条件において通気性耐火物の圧縮強度と熱間強度を低下することに着目して、耐用性とのバランスを観察しながらテストを繰り返し、使用結果との相関を調査した結果、アルミナ質原料６５〜９０質量％及びムライト質原料３〜２５質量％を使用し、且つ配合全体でＳｉＯ2の含有量が３〜１０質量％で、焼成した後の圧縮強度が１〜２０ＭＰａ、１４００℃での熱間曲げ強度が０．２〜２ＭＰａ、通気率が２〜５ＣＧＳである通気性耐火物を使用するとほとんどガス吐出不良が発生しないことがわかった。
【００１８】
また、粗粒部を粒子径が０．１〜１ｍｍのアルミナ質原料とムライト質原料とから形成し、微粉部に粘土と酸化クロムを５〜１５質量％使用することでよりガス吐出不良の改善効果が高いことがわかった。本発明で言う粗粒部とは０．１ｍｍ以上の粒径を有する原料を言い、微粉部とは０．１ｍｍ未満の原料を言う。
【００１９】
低強度な材料にすると一番問題となるのは耐用性の低下である。本発明のポーラスプラグは、耐用回数は従来のものよりある程度少なくなるが、安全に使用できる耐用性を備えておく必要から、耐食性の高いアルミナ質原料を主体に使用した。
【００２０】
本発明で使用するアルミナ質原料とは、Ａｌ2Ｏ3含有率が９５％以上の原料であり、電融アルミナ、焼結アルミナ等の一般に市販されている原料が使用できる。使用量は６５〜９０質量％が好ましく、６５質量％未満では耐食性が低下し、９０質量％を超えると粗粒部が多すぎて微粉部が不足し低強度になってしまう。粒度は粗粒部として０．１〜１ｍｍの範囲で使用すると効果的であり、１ｍｍを超えると材料がぼろついて取り扱い強度が低下し、０．１ｍｍ未満は組織中に良好な気孔が形成されにくく低通気率になる。
【００２１】
ムライト質原料としては、電融ムライト、焼結ムライト等の市販品が使用できる。使用量は３〜２５質量％が良く、３質量％未満では耐スポーリング性が不足し、２５質量％を超えるとＳｉＯ2が多くなり耐食性が低下する。粒度は１〜０．１ｍｍの範囲の使用が効果的である。１ｍｍを超えると耐食性が低下し、０．１ｍｍ未満では耐スポーリング性向上の効果が少ない。
【００２２】
微粉部としてＡｌ2Ｏ3及びまたはＳｉＯ2含有原料と酸化クロムが使用できるが、強度の面からは粘土と酸化クロムを使用するとより効果的である。その配合量は５〜１５質量％が好ましい。５質量％未満ではマトリクスとしての量が不足し低強度になり、１５質量％を超えると微粉が多くなりすぎて通気率が低下する。
【００２３】
また、溶鋼の浸入を抑制するために、ＳｉＯ2を３〜１０質量％含有する。ＳｉＯ2源としてはＳｉＯ2を含有する一般的な耐火原料を使用することができ、例えば、珪石、溶融シリカ、シリカフラワー、粘土、ムライト及び／またはジルコニアムライト等を使用する。ＳｉＯ2含有量が３質量％未満では溶鋼の浸入防止が不十分で、１０質量％超えると耐食性が低下する。
【００２４】
本発明の通気性耐火物は、このような配合原料を使用して通常の方法で製造することができるが、強度を低くするためには通常より成形圧力を下げることで、所定の特性を有する通気性耐火物を得ることができる。また、焼成温度を通常より下げても圧縮強度を低下することができる。
【００２５】
焼成後に得られる通気性耐火物の物理的性質は、ＪＩＳ  Ｒ  ２２０６による圧縮強度が１〜２０ＭＰａであり、ＪＩＳ  Ｒ  ２６５６による１４００℃での熱間曲げ強度が０．２〜２ＭＰａであり、ＪＩＳ  Ｒ  ２１１５による通気率が２〜５ＣＧＳである。圧縮強度が２０ＭＰａを超える場合、あるいは熱間曲げ強度が２ＭＰａを超える場合には、ガス吐出不良が発生しやすくなる。また、圧縮強度が１ＭＰａ未満の場合あるいは熱間曲げ強度が０．２ＭＰａ未満の場合には耐用性に問題が出てくる。また、通気率が２ＣＧＳ未満ではガス吐出不良が発生しやすくなり、５ＣＧＳを超えると気孔率が高くなりすぎて逆に溶鋼の浸入が深くなりバブリング信頼性が低下する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
表１に示す配合組成物に、水とバインダーを添加し混練後、プレスで成形し、乾燥後１６００℃で焼成することで通気性耐火物を得た。溶鋼浸潤深さは２０×２０×２００ｍｍの試験片を１６００℃の溶鋼中に３分間浸漬後カットして溶鋼の浸潤厚みを測定した。回転浸食試験は、１７００℃で酸化鉄を用いて行い、溶損寸法で評価した。また耐スポーリング性を評価するために、５０×５０×５０ｍｍの試験片を１０００℃の炉に投入し３分キープ後取り出す操作を５回繰り返して損傷状態を観察した。これらの結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
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実施例１は、焼結アルミナ７０質量％、電融ムライト２２質量％、粘土５質量％及び酸化クロム３質量％からなる配合物であり、溶鋼浸潤深さ、回転浸食テスト及びスポーリングテストの結果は良好であった。実施例２〜４は、それぞれの組成を本発明の規定範囲内で変更したものである。何れも、メタル浸潤層は薄く、耐食性も良好であった。
【００２８】
表１に示す比較例１は、アルミナ質原料が６０質量％と少ないため、回転浸食テストでの溶損が大きく耐食性が低い。比較例２はアルミナ質原料が多いためＳｉＯ2分が不足し、低強度となった。比較例３はムライト質原料が少ないため耐スポーリング性が劣る。比較例４は、ムライト質原料が多すぎて耐食性が低下している。比較例５はＳｉＯ2量が少ないためメタル浸潤層が大きくなった。
【００２９】
表２は、使用原料が本発明の範囲内のもので、成形圧力を変えることで強度及び通気率を変化させた実施例を比較例とともに示す。評価は得られた通気性耐火物でポーラスプラグを製作し、実際の取鍋でそれぞれ５回使用し、使用後の解析を行ったものである。
【００３０】
バブリング信頼性は、３回使用した結果、ガス吐出不良の有無と必要な流量が得られたかどうかで評価した。問題なし−○、流量が不足−△、ガス吐出不良−×とした。酸素洗浄性は、酸素洗浄時に必要な流量が得られるまでの時間で評価し、２分以内−○、２〜５分−△、５分以上−×とした。メタル浸潤深さは、使用後のポーラスプラグの断面を観察した。
【００３１】
【表２】
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表２において、実施例５〜８は、圧縮強度、熱間曲げ強度及び通気率が発明の範囲内であり、実炉で良好に使用されることがわかった。
【００３２】
比較例６は、圧縮強度と熱間曲げ強度が本発明の規定範囲外でありバブリング信頼性に劣る。比較例７と比較例８は通気率が本発明の規定範囲外であり、バブリング信頼性に劣る。比較例９と１０は通気率を高くするために従来の高強度タイプを低圧で成形したものであり、溶鋼浸潤深さが大きくバブリング信頼性に劣ることがわかる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のポーラスプラグは、耐食性に優れ、且つ溶鋼浸入を抑制でき、通気量が多い条件で使用しても操業が安定し、ガス吐出不良による操業の中断ストが低減する。