JP2016052962A

JP2016052962A - 溶鋼鍋湯当り部へのキャスタブルの施工方法及び溶鋼鍋敷き部のライニング構造

Info

Publication number: JP2016052962A
Application number: JP2014179020A
Authority: JP
Inventors: 洋平和田; Yohei Wada; 吉一久保; Yoshikazu Kubo
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2014-09-03
Filing date: 2014-09-03
Publication date: 2016-04-14

Abstract

【課題】溶鋼鍋の敷き部の湯当り部分をキャスタブルで施工する際に、プレキャストブロックと同等の強度を有し、かつ、プレキャストブロックを施工した場合のような地金差し込みによる漏鋼の可能性が高くないようにする。
【解決手段】VOD 鍋１１の敷き部１２の湯当り部分１２ａに、アルミナ・マグネシアキャスタブルの添加水分を5 質量％以下とするとともに、ステンレスファイバーを1.0 質量％以下、分散剤としてポリアクリル酸ソーダ系、リン酸ソーダ系を単独もしくは合計値で0.5 〜1.0 質量％添加して、1000℃での焼成後の曲げ強度を8 MPa 以上となしたアルミナ・マグネシアキャスタブル１３を施工する。
【効果】熱応力に対する耐用が向上し、施工厚さを増加することがない。加えて、アルミナ・マグネシアキャスタブルの流動性が向上し、従来のキャスタブルと同等の混練時間で作業ができて、流し込み一体施工が可能になる。
【選択図】図３

Description

本発明は、溶鋼鍋の敷き部の湯当り部分にキャスタブルを施工する方法、及びこのキャスタブルを施工した溶鋼鍋敷き部のライニング構造に関するものである。

VOD 炉などの溶鋼鍋の敷き部の湯当り部分は、受鋼時の溶鋼の落下による衝撃や摩耗によって局部損耗が発生し易い。そこで、従来は、プレキャストブロックを施工するか、キャスタブルの施工厚さを増加することで対応していた。この対応によりある程度の局部摩耗を防ぐことができる。

しかしながら、プレキャストブロックを施工する場合、プレキャストブロックとキャスタブルとの間に目地が発生し、異材質間の膨張、収縮差によって前記目地に地金が差し込み、漏鋼の可能性が高くなる。また、損耗速度の差異によってプレキャストブロックとキャスタブルの間に段差が発生するので、剥離の原因となる。

一方、キャスタブルの施工厚さを増加させて対応する場合、施工厚さを増加した部分は剥離が発生し易いので、施工厚さを増加させる効果が小さい。また、キャスタブルは、添加水分が少ない場合は混練時間が長くなって施工が困難となるため、必然的に添加水分を多くすることになって気孔率が増加し、高い強度が得られないという問題がある。

ところで、取鍋の湯当り部の改善として、以下の提案がなされている。
特許文献１では、溶鋼取鍋湯当り部用不定形耐火物として、マグネシア3 〜15質量％、揮発シリカ0 〜2 質量％、残部がアルミナ主材の耐火骨材100 質量％にアルミナセメント及び分散剤を添加し、前記アルミナのうち耐火骨材100 質量％中に占める割合で50〜70質量％をアルミナ質ラウンド粒子としたものが提案されている。しかしながら、この特許文献１で提案された不定形耐火物はプレキャストブロックに施工するものであり、本発明のようにキャスタブルを直接流し込んで施工するものではない。従って、耐火物として必要とする性質も、特許文献１で提案された不定形耐火物と本願で対象とするキャスタブルとではおのずから相違する。

また、特許文献２では、取鍋の内張り用耐火物として、粒径が0.5 mm以上のシリカ粒子を2 〜15質量％の割合で含有させるアルミナ・マグネシア質流し込み耐火物が提案されている。しかしながら、特許文献２には、提案されたアルミナ・マグネシア質流し込み耐火物が必要とする添加水分や曲げ強度についての記載や示唆は無い。

また、特許文献３では、例えば取鍋の敷湯当り部用不定形耐火物として、球形状を有するアルミナ質原料を1 〜90質量％、マグネシア質原料を1 〜15質量％、アルミナセメントを1 〜15質量％と、残部がアルミナ質原料で構成されるアルミナ・マグネシア質不定形耐火物が提案されている。しかしながら、特許文献３には、提案されたアルミナ・マグネシア質不定形耐火物が必要とする添加水分や曲げ強度についての記載や示唆は無い。

また、特許文献４では、例えば取鍋の湯当り部用不定形耐火物として、非晶質シリカ微粒子が0.3 〜5 質量％、高アルミナセメントが0.5 〜4 質量％、マグネシアが2 〜6 質量％、残部がアルミナからなる不定形耐火物が提案されている。しかしながら、特許文献４には、提案された不定形耐火物が必要とする添加水分や曲げ強度についての記載や示唆は無い。

特許第４３８８１９０号公報特開２００３−２６１３９１号公報特開２０００−３２７４０４号公報特許第２７６９４００号公報

本発明が解決しようとする課題は、溶鋼鍋の敷き部の湯当り部分の局部摩耗を防止するためにキャスタブルの施工厚さを増加する場合、ある程度の局部摩耗を防ぐことができるが、施工性の観点からキャスタブルの添加水分が多くなって気孔率が増加するので、高い強度が得られないという点である。

また、特許文献１で提案された不定形耐火物はプレキャストブロックに施工するものであり、耐火物として必要とする性質も、本願で対象とするキャスタブルとではおのずから相違するという点である。

また、特許文献２〜４で提案された不定形耐火物は、必要とする添加水分や曲げ強度についての記載や示唆は無いという点である。

本発明は、溶鋼鍋の敷き部の湯当り部分をキャスタブルで施工する際に、プレキャストブロックと同等の強度を有し、かつ、プレキャストブロックを施工した場合のような地金差し込みによる漏鋼の可能性が高くない施工方法及び敷き部のライニング構造を提供することを目的としている。

すなわち、本発明の溶鋼鍋湯当り部へのキャスタブルの施工方法は、
アルミナ・マグネシアキャスタブルの添加水分を5 質量％以下とするとともに、ステンレスファイバーを1.0 質量％以下、分散剤としてポリアクリル酸ソーダ系、リン酸ソーダ系を単独もしくは合計値で0.5 〜1.0 質量％添加して、1000℃での焼成後の曲げ強度を8 MPa 以上となした前記アルミナ・マグネシアキャスタブルを溶鋼鍋の敷き部の湯当り部分に施工することを最も主要な特徴としている。

また、本発明の溶鋼鍋敷き部のライニング構造は、溶鋼鍋の敷き部の湯当り部分に本発明の溶鋼鍋湯当り部へのキャスタブルの施工方法を適用したことを最も主要な特徴としている。

すなわち、本発明では、アルミナ・マグネシアキャスタブルに対して、外掛けで添加する水分を5 質量％以下とするので、気孔率が低下する。そして、1000℃での焼成後の曲げ強度を8 MPa 以上とするので、プレキャストブロックと同等の曲げ強度が得られる。

因みに、「外掛け」とは、添加前の質量に対して所定の比率で添加することであり、例えば外掛けで水分を5 質量％加えるとは、キャスタブル100 kgに対して水を5 kg添加することを意味する。

また、本発明では、添加水分を5 質量％以下としたアルミナ・マグネシアキャスタブルに対して外掛けで、ステンレスファイバーを1.0 質量％以下、分散剤としてポリアクリル酸ソーダ系、リン酸ソーダ系を単独もしくは合計値で0.5 〜1.0 質量％添加するので、流動性が向上する。

前記分散剤は、ポリアクリル酸ソーダ系、リン酸ソーダ系を単独で使用しても、また混合しても同様の効果が得られるので、本発明では、ポリアクリル酸ソーダ系、リン酸ソーダ系を単独もしくは合計値で0.5 〜1.0 質量％と規定した。

また、ステンレスファイバーは、材質がステンレスであれば、特に限定するものではないが、経済性を考慮すると、SUS304ステンレス鋼やSUS430ステンレス鋼が望ましい。ファイバーの寸法も、繊維状であれば特に限定するものではないが、代表例としては、厚さ0.5 mm、幅0.5 mm、長さ25mmである。

本発明では、アルミナ・マグネシアキャスタブルの添加水分を5 質量％以下とするので、気孔率が低下してアルミナ・マグネシアキャスタブルの強度が向上し、プレキャストブロックと同等の、1000℃での焼成後の曲げ強度を8 MPa 以上とすることができる。従って、熱応力に対する耐用が向上し、施工厚さを増加する必要がない。

加えて、ステンレスファイバーを1.0 質量％以下、分散剤としてポリアクリル酸ソーダ系、リン酸ソーダ系を単独もしくは合計値で0.5 〜1.0 質量％添加するので、アルミナ・マグネシアキャスタブルの流動性が向上し、従来のキャスタブルと同等の混練時間で作業ができて、流し込み一体施工が可能になる。

鍋に溶鋼を受鋼した時の熱応力による亀裂の発生部を説明する図である。本発明を適用したVOD 鍋の縦断面図である。従来のアルミナ・マグネシアキャスタブルと、プレキャストブロックと本発明で採用するアルミナ・マグネシアキャスタブルの焼成温度と曲げ強度の関係を示した図である。従来のアルミナ・マグネシアキャスタブルと、プレキャストブロックと本発明で採用するアルミナ・マグネシアキャスタブルの溶損速度を比較した図である。

溶鋼鍋の敷き部の湯当り部分の損耗機構は、受鋼時の衝撃による割れが主体であることから、高強度のプレキャストブロックを使用する場合も多い。しかしながら、プレキャストブロックは、キャスタブルとの膨張、収縮率の差から発生する目地開きからの地金差し込みによる漏鋼の可能性がある。また、オフラインにて強振動を加えて流し込むため施工コストが高くなるなどのデメリットがある。

そこで、発明者らは、プレキャストブロックが有する前記デメリットの無いキャスタブルを使用しつつ、従来のキャスタブルにあったデメリットを抑制するために、プレキャストブロックと同等の性能を有するキャスタブルについて検討した。

溶鋼鍋に広く用いられているアルミナ・マグネシア耐火物は、加熱時に両者が反応してスピネルを生成し、このスピネル層が高耐食性を有する。しかしながら、一方で、亀裂、剥離が損耗の大きな要因となっていた。

そこで、発明者らは、高耐食性を有するアルミナ・マグネシア耐火物を使用する一方、溶鋼鍋の敷き部の湯当り部分に発生する熱衝撃に起因して発生する亀裂や剥離の発生を抑制することを考えた。

通常、熱衝撃破壊に対しては、高強度・低弾性率で、低熱膨張であることが有効である。

図１に示すように、溶鋼鍋の敷き部の湯当り部分１の表面１ａの近傍に位置する溶鋼２の温度は1500〜1700℃である。従って、表面１ａから湯当り部分１の内部側数cmまでは1000℃前後より高温となって溶鋼熱による影響が大きくなる反面、表面１ａから湯当り部分１の内部側数cmを超えると1000℃前後より低温となって溶鋼熱による影響は小さくなる。

熱応力による割れの起点は1000℃前後であることから、キャスタブルの1000℃での強度を向上させることによって、表面１ａから湯当り部分１の内部側数cmの位置に発生する亀裂３を防止することができる。

本発明では、溶鋼鍋の敷き部の湯当り部分をキャスタブルにより施工する際に、プレキャストブロックを施工した場合と同等の強さを有し、かつ、プレキャストブロック施工時のような地金差し込みによる漏鋼の可能性が高くないライニング構造を得るために、以下の構成を採用するものである。

すなわち、本発明は、例えばVOD 鍋１１の敷き部１２の湯当り部分１２ａにおける前記ライニング構造を、アルミナ・マグネシアキャスタブルの添加水分を5 質量％以下とするとともに、ステンレスファイバーを1.0 質量％以下、分散剤としてポリアクリル酸ソーダ系、リン酸ソーダ系を単独もしくは合計値で0.5 〜1.0 質量％添加して、1000℃での焼成後の曲げ強度を8 MPa 以上となした前記アルミナ・マグネシアキャスタブル１３を前記湯当り部分１２ａに施工するものである（図２参照）。なお、図２中の１４は羽口、１５は側壁である。

本発明において、アルミナ・マグネシアキャスタブルの添加水分を5 質量％以下とするのは、気孔率を低減して緻密質となし、プレキャストブロックと同等の強さを得て、熱応力に対する耐用を向上して耐摩耗性を向上させるためである。添加水分の下限値は、アルミナ・マグネシアキャスタブルを従来のキャスタブルと同等の時間で混練できれば、特に限定されないが、最低限4 質量％は必要である。

また、本発明において、1000℃での焼成後の曲げ強度を8 MPa 以上とするのは、熱応力による割れの起点は1000℃前後であることから、1000℃での曲げ強度をプレキャストブロックと同等とするためである（図３参照）。望ましくは10MPa 以上である。1000℃での曲げ強度の上限値は特に限定されないが、15MPaを超える強度までは必要としない。

また、本発明において、ステンレスファイバーを1.0 質量％以下、分散剤としてポリアクリル酸ソーダ系、リン酸ソーダ系を単独もしくは合計値で0.5 〜1.0 質量％添加するのは、アルミナ・マグネシアキャスタブルの流動性を向上させて、添加水分を5 質量％以下とした場合でも従来のキャスタブルと同等の混練時間で作業を行えるようにするためである。ステンレスファイバーの下限値は、アルミナ・マグネシアキャスタブルを従来のキャスタブルと同等の時間で混練できれば、特に限定されないが、最低限0.8 質量％は必要である。

上記本発明のアルミナ・マグネシアキャスタブルを溶鋼鍋の敷き部の湯当り部分に施工した場合は、図４に示すように、１チャージ当りの溶損速度は4.3 mmと、プレキャストブロックを施工した場合（１チャージ当りの溶損速度は4.2 mm）と同等の耐用があることが確認できた。なお、従来のキャスタブルを施工した場合の１チャージ当りの溶損速度は8.0 mmであった。

以下、本発明の効果を確認するために行った実験結果について説明する。

下記表１は、本発明で使用する、主成分となるAl2O3 が90質量％、MgO が8 質量％のアルミナ・マグネシアキャスタブルの添加水分量、ステンレスファイバーの添加量、分散剤の添加量、1000℃での焼成後の曲げ強度と、混練性及び評価を示したものである。また、下記表１には、添加水分量、ステンレスファイバーの添加量、分散剤の添加量、1000℃での焼成後の曲げ強さの、少なくとも何れか１つが本発明で規定する範囲を外れた比較例も記載した。

下記表１に示した発明例及び比較例に添加した分散剤は、ポリアクリル酸ソーダ系及びリン酸ソーダ系を0.4 〜1.2 質量％添加したものである。

また、下記表1における混練性は、混練時間が２分以下の場合を〇、混練時間が２分を超えた場合を×とした。また、評価は、混練性が〇で、1000℃での焼成後の曲げ強度が8 MPa 以上の場合を〇、混練性と1000℃での焼成後の曲げ強度の何れか一方でも満足しない場合を×とした。

発明例１のアルミナ・マグネシアキャスタブルは、本発明で規定する要件を全て満たしているので、混練に要する時間も２分以内であり、また、1000℃での焼成後の曲げ強度も9.0 MPaと、プレキャストブロックと同等であった。

一方、添加水分量が5 質量％を超える比較例１，２は、混練性には問題はないものの、添加水分量が多いので、1000℃での焼成後の曲げ強度が比較例１は5.0 MPa、比較例２は7.0 MPaと、本発明で規定する最低値である8.0 MPa未満であった。

また、比較例３は、添加水分量及び分散剤の添加量は本発明で規定する要件を満たすものの、ステンレスファイバーの添加量が本発明で規定する上限値である1.0 質量％を超える2.0 質量％であったので、1000℃での焼成後の曲げ強度は8.0 MPaと本発明で規定する最低値を満たすものの、混練に要する時間が２分を超えた。

また、比較例４は分散剤の添加量が本発明で規定する0.5〜1.0 質量％の範囲を外れ、また、1000℃での焼成後の曲げ強度を本発明で規定する最低値よりも大きくするため、ステンレスファイバーの添加量を2.0 質量％と、本発明で規定する上限値である1.0 質量％よりも多く添加したので、添加水分量を本発明で規定する5 質量％以下とすると混練性に問題が生じる。従って、比較例４では添加水分量を5.5 質量％と本発明で規定する5 質量％よりも多く添加したが、それでも混練に要する時間は２分を超えた。

本発明は上記した例に限らないことは勿論であり、各請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

１１ VOD 鍋
１２敷き部
１２ａ湯当り部分
１３アルミナ・マグネシアキャスタブル
１４羽口
１５側壁

Claims

アルミナ・マグネシアキャスタブルの添加水分を5 質量％以下とするとともに、ステンレスファイバーを1.0 質量％以下、分散剤としてポリアクリル酸ソーダ系、リン酸ソーダ系を単独もしくは合計値で0.5 〜1.0 質量％添加して、1000℃での焼成後の曲げ強度を8 MPa 以上となした前記アルミナ・マグネシアキャスタブルを溶鋼鍋の敷き部の湯当り部分に施工することを特徴とする溶鋼鍋湯当り部へのキャスタブルの施工方法。
溶鋼鍋の敷き部の湯当り部分に、アルミナ・マグネシアキャスタブルの添加水分を5 質量％以下とするとともに、ステンレスファイバーを1.0 質量％以下、分散剤としてポリアクリル酸ソーダ系、リン酸ソーダ系を単独もしくは合計値で0.5 〜1.0 質量％添加して、1000℃での焼成後の曲げ強度を8 MPa 以上となした前記アルミナ・マグネシアキャスタブルを施工したことを特徴とする溶鋼鍋敷き部のライニング構造。