(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気孔を形成するための骨格となる０．１ｍｍ以上の原料粒子からなる粗粒原料と粗粒どうしを接着するためのマトリクス部を構成する０．１ｍｍ未満の原料粒子の微粉原料からなり、
粗粒原料には、粒径０．１〜０．５ｍｍ、Ａｌ2Ｏ3含有量が９５質量％以上のアルミナ球状原料６０〜９０質量％と、粒径０．１〜０．５ｍｍのムライト質原料１０〜４０質量％が使用され、
原料配合物全体で、粒径が０．５ｍｍ以上の原料の使用量が１０質量％以下である通気性耐火物。
【請求項２】
１４００℃での熱間曲げ強度が０．５〜６ＭＰａで、通気率が０．５〜２．０ＣＧＳである請求項１記載の通気性耐火物。
【請求項３】
微粉原料は、仮焼アルミナ、粘土及び酸化クロムからなる請求項１に記載の通気性耐火物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶鋼中へガスを吹き込むことにより、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取鍋等の底に取り付けられるポーラスプラグに使用する通気性耐火物に関する。
【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５〜３０回である。このポーラスプラグで最も重要な要求特性は、バブリングにおける信頼性である。バブリング信頼性とは、必要な時に溶鋼中へ必ずガスを吐出することができることを意味する。この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、製造工程がここで中断してしまい、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】
一般にポーラスプラグは取鍋の底に取り付けられており、多くの場合には先ず転炉や電気炉から溶鋼を受鋼する時に溶鋼の攪拌を目的にガスを吐出する。その後、ガス吹きを中断して鍋を移動し、例えば、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分間は、普通、ガスを吐出しない。
【０００４】
このようなポーラスプラグの使用において問題となるのは、ガスの吐出を中断することである。こ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凝固して、溶鋼浸潤層を形成し、再びガスを吹いてもガスが吐出しにくくなってしまい、中断後必要なガス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相当なガス圧で吹き飛ばす必要がある。
【０００５】
また、鋳造後取鍋が空になると、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どうかを測定して通気性能を確認する作業を行う。この時、ガス圧でポーラスプラグの溶鋼浸潤層が吹き飛ぶと、新鮮な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。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もので、酸素と溶融した酸化鉄によりポーラスプラグの表面の溶鋼浸潤層が溶け、新鮮な表面を露出させることができる。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、洗浄不良によって次の使用時にガス吐出不良になることもある。
【０００６】
このポーラスプラグのガス吐出再開に際しての溶鋼浸潤層の影響を少なくするための試みが従来から多く提案されている。
【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０．３〜１ｍｍ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侵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、溶鋼浸潤層形成部分にジルコニアムライト原料を使用することで、ジルコニアムライトとメタル及びスラグが反応し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】
上記の対策によって、通常の場合には、確かに、ある程度の効果が見られたが、特殊鋼のように溶鋼の粘性が低い場合には、溶鋼浸潤層の形成を低減する効果は少なく、普通鋼の場合と比較してガスを吹き込もうとしてもガスが吐出するまで時間を要したり、ガスが出ても流量が不足する場合があった。さらには、取鍋が空になって酸素洗浄する時にも、また、取鍋の滞留時間が長い場合にも、さほどの効果は期待できなかった。
【００１０】
【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、特殊鋼のように粘性が低い溶鋼を処理する場合にも、十分なバブリング信頼性を維持できるポーラスプラグのための通気性耐火物を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
特殊鋼の場合に溶鋼浸潤層が吹き飛ばしにくくなり普通鋼の場合と比べてガス吐出不良が発生し易い原因は、特殊鋼の場合には溶鋼の粘性が低いことが多いため、普通鋼よりもポーラスプラグ使用中に通気性耐火物中により深く溶鋼が侵入して溶鋼浸潤層が厚くなることによると推定される。
【００１２】
そこで、一旦、使用した後のポーラスプラグのガス吐出不良は、溶鋼を侵入しにくくして溶鋼浸潤層を形成し難くし、且つ、ガス吐出による溶鋼浸潤層を吹き飛ばし易くすることで改善できることに着目した。
【００１３】
先ず、溶鋼を侵入しにくくするためには、ポーラスプラグの気孔径を小さくすることが考えられる。そして、気孔径を小さくするためには、使用する原料の粒度をさらに小さくする必要がある。しかしながら、使用する原料の粒度を小さくして通気率を小さくすると、他方において、精錬時に必要な吐出ガス流量を確保できない問題がある。従来、ポーラスプラグに使用する原料の粒度は、例えば、特開平１０−２５１７３８号公報には粒径０．３〜１ｍｍのアルミナ原料を使用することが示されているが、通常は１ｍｍ以下の原料を主体に使用している。ところが、本発明者等のこれまでの経験からは、この粒度構成では溶鋼浸潤層の厚みを小さくするのは難しいことが分かっている。
【００１４】
次に、溶鋼浸潤層をガス圧で吹き飛び易くするための方策について考えると、溶鋼浸潤層と未浸潤部との境界付近における膨張率の差等から形成されている亀裂を利用して、ガス圧を加え、この亀裂を基点に先端部を吹き飛ばす着想を得た。この着想の実現のためには、この部分の強度を下げて吹き飛び易くすることを考えた。
【００１５】
本願発明は、この強度の指標として通気性耐火物熱間での曲げ強度に着目して完成した。従来のポーラスプラグに使用される通気性耐火物の熱間強度は、例えば特開平１０−１８２２５９号公報においては、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、また、単に熱間強度を下げるだけでは耐用性が低下するので、耐用性とのバランスをとることが重要である。
【００１６】
すなわち、本発明は、気孔を形成するための骨格となる０．１ｍｍ以上の原料粒子からなる粗粒原料と粗粒どうしを接着するためのマトリクス部を構成する０．１ｍｍ未満の原料粒子の微粉原料からなり、粗粒原料には、粒径０．１〜０．５ｍｍ、Ａｌ2Ｏ3含有量が９５質量％以上のアルミナ球状原料６０〜９０質量％と、粒径０．１〜０．５ｍｍのムライト質原料１０〜４０質量％が使用され、原料配合物全体で、粒径が０．５ｍｍ以上の原料の使用量が１０質量％以下である通気性耐火物を得て、耐用性と熱間強度とのバランスがとれ、ガス吐出に際して溶鋼浸潤層が吹き飛び易く、ガス吐出の信頼性に優れたポーラスプラグとすることができる。
【００１７】
本発明において、粗粒とは０．１ｍｍ以上の原料粒子を意味し、主として気孔を形成するための骨格となる。これに対して微粉部は、０．１ｍｍ未満の原料粒子のことで、粗粒どうしを接着するためのマトリクス部を構成する。
【００１８】
本発明において粗粒として使用するアルミナ原料は、一般に市販されている球状原料を使用する。球状でない原料を使用すると、通気に寄与しない密閉気孔が増加するので十分な強度が得られにくく、また気孔径が大きくなり、且つ、ばらつきが生じ易い。粒径が０．５ｍｍを超えると気孔径が大きくなり溶鋼が侵入し易くなり、０．１ｍｍ未満では気孔径が小さくなりすぎて低通気率となってしまう。その使用量が６０質量％未満では、良好な通気性のある気孔が形成されにくくなり、９０質量％を超えると微粉部が不足するため結合強度が不足してしまう。また、Ａｌ2Ｏ3含有量が９５質量％以上のものであれば十分使用することがで
き、９５質量％以下ではスラグ等による溶損が大きくなり耐用性が低下する。
【００１９】
同じく粗粒部として使用するムライト質原料は、一般に市販されている電融ムライトや合成ムライトが使用でき、粒径が０．１〜０．５ｍｍの範囲のものを１０〜４０質量％使用する。粒径が０．５ｍｍを超えると気孔径が大きくなり溶鋼が侵入し易くなり、０．１ｍｍ未満では気孔径が小さくなりすぎて低通気率となってしまう。ムライト質原料は耐スポーリング性を付与するためと溶鋼浸潤を少なくするために使用し、その使用量が１０質量％未満では、耐スポーリング性が不足し、４０質量％を超えるとＳｉＯ2が多くなり耐食性が低下する。
【００２０】
この他に、粗粒原料としては、これらに加えて一般に通気性耐火物に使用する原料、例えばジルコニア、ジルコニアムライト、マグネシア、スピネル等が使用できる。
【００２１】
また、微粉部の原料としては、粒径０．１ｍｍ未満の従来の通気性耐火物に使用されている原料を使用することができる。中でも仮焼アルミナ、粘土及び酸化クロムからなる微粉部を使用するとマトリクス部の耐食性の面から効果的である。仮焼アルミナと酸化クロムは耐食性を向上させ、粘土は結合力を高める効果がある。
【００２２】
原料配合物全体では、０．５ｍｍ以上の原料は１０質量％以下である必要がある。通気性耐火物の溶鋼浸潤層を小さくするためには、０．５ｍｍ以上の原料を使用しないほうが効果が大であるが、配合物全体の１０質量％以下であれば許容範囲内として悪影響なく使用できる。この理由から、粒径が０．５ｍｍを超えるアルミナ球状原料又は電融ムライト原料は使用可能であるが、配合全体の０．５ｍｍ以上の原料が１０質量％以下の範囲内で使用する。
【００２３】
上記の原料配合物を通常の成形、乾燥、焼成を経ることで、１４００℃での熱間曲げ強度が０．５〜６ＭＰで、通気率が０．５〜２．０ＣＧＳの通気性耐火物を得ることができる。
【００２４】
通常の通気性耐火物の熱間曲げ強度は、ＪＩＳ  Ｒ  ２６５６による測定方法の測定結果では、１０ＭＰａ前後であるが、本発明の場合、０．５〜６ＭＰａと通常より熱間曲げ強度が低い範囲が良好である。この理由は、本発明で特定する原料配合物から通気性耐火物を製造する場合、この範囲内の時にバブリング信頼性が高くなるからである。熱間強度が６ＭＰａを超えると使用時にポーラスプラグの表面の溶鋼浸潤層が吹き飛びにくくなるためか、ガス吐出不良が発生し易くなり、熱間強度が０．５ＭＰａ未満では耐用性が低下する。
【００２５】
また、本発明の通気性耐火物の通気率は、ＪＩＳ  Ｒ  ２１１５による通気率は、０．５〜２．０ＣＧＳである。０．５ＣＧＳ未満では精錬作業時の流量が不足し、２．０ＣＧＳを超えると気孔径が大きくなるため溶鋼が侵入しガス吐出不良になる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、具体的な実施例によって本発明の実施の形態を説明する。
【００２７】
【表１】
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表１に示す配合物に、水とバインダーを添加し混練後、プレスで成形し、乾燥後１６５０℃で焼成することで通気性耐火物を得た。
【００２８】
実施例１〜６は、アルミナ球状原料と電融ムライトの粒度構成を特定範囲内で変更し、さらに、これにジルコニアムライト、粘土、酸化クロム、仮焼アルミナを含有した例を示している。
【００２９】
比較例１〜３は、０．５ｍｍ以上の原料が本発明の規定範囲外であり比較例４と比較例５は粗粒に０．１〜１ｍｍの範囲の原料を使用した例である。
【００３０】
評価は得られたそれぞれの通気性耐火物からなるポーラスプラグを、実際の取鍋でそれぞれ３回使用し、使用後の解析した結果によって行った。
【００３１】
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。溶鋼浸潤深さは、使用後のポーラスプラグの断面を観察した。また使用後の損傷寸法で耐食性を評価したものである。
【００３２】
同表に示すように、何れの実施例も、バブリング信頼性、酸素洗浄性、メタル浸潤深さ、耐用回数ともに良好であった。
【００３３】
これに対して、比較例１は、実使用でバブリング信頼性と酸素洗浄性が不良であった。比較例２は熱間曲げ強度が０．５ＭＰａより低く、損傷寸法が大きく耐用性に劣る結果となった。比較例３は、熱間曲げ強度が７ＭＰａと大きくかつ通気率が０．５ＣＧＳより小さく、バブリング信頼性に劣る結果となった。比較例４及び比較例５は粗粒に１〜０．１ｍｍの範囲の原料を使用した例であるが、気孔径が大きくかつ熱間強度が高いためバブリング信頼性が低く酸素洗浄に時間を要する結果となった。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の通気性耐火物を使用することによって、ポーラスプラグのバブリング信頼性は向上し、ガス吐出不良による操業の中断が減少し、品質が安定するとともに製造コストは低減する。
【００３５】
また、酸素洗浄時間を短くすることができるので、高熱下での作業負荷が軽減できる。
【００３６】
さらに、比較的溶鋼による浸潤層の形成が少ない使用条件においては、酸素洗浄しなくてもバブリング信頼性は良好となる。