JP5606177B2 - 溶鋼搬送用取鍋 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、溶鋼を搬送するための溶鋼搬送用取鍋に関する。

従来より、溶鋼搬送用取鍋（取鍋）は、例えば、転炉から溶鋼の出鋼時に当該溶鋼を受鋼し、受鋼した溶鋼を搬送するのに用いられているのが一般的である。取鍋の構造や取鍋に用いる不定形耐火物として、特許文献１〜特許文献５に示すものがある。
特許文献１では、溶鋼取鍋敷部の不定形耐火物ライニングにおいて、受鋼時、溶鋼の当たる領域のパーマ煉瓦の厚さを周辺部よりも薄くし、その部分の不定形耐火物ライニングを厚くすることが開示されている。

特許文献２では、アルミナ６５〜９３ｗｔ％、マグネシア２〜２０ｗｔ％、アルミナセメント５〜１５ｗｔ％よりなる配合物１００ｗｔ％と、揮発シリカ外掛け０．０５〜３ｗｔ％を含むアルミナ−マグネシア質流し込み施工不定形耐火物で湯当り部を構成し、他の部分をアルミナ−スピネル質流し込み施工不定形耐火物の構造が開示されている。
特許文献３では、受鋼時に溶鋼が当たる部分に耐火物ブロックを敷き、その他の部分には不定形耐火物を施工して敷部を形成した溶鋼取鍋の該敷部の補修部の構造であって、補修すべき敷部の少なくとも一部に下広がりの形状を有する耐火物ブロックを敷くとともに、その他の部分には残存不定形耐火物にアンカーを打ち込み、その上から補修用流し込み耐火材を施工することが開示されている。

特許文献４では、Ａｌ₂Ｏ₃とＭｇＯを主要構成成分とし、ＣａＯ含有量が０．５重量％未満である組成物に対し、オキシカルボン酸の多価金属塩を固形物換算で外掛け０．０５〜５重量％と、硫酸塩または燐酸塩を固形物換算で外掛け０．０５〜５重量％添加しているキャスタブル耐火物が開示されている。
特許文献５では、内張り材であるウエア層とパーマ層との境界面が曲面、球面、若しくはこれらに相当する傾斜面であることが開示されている。

特開平８−３００１４０号公報 特開平９−７６０５６号公報 実開平６−１５８６７号公報 特開平１１−２４０７７３号公報 特開平２−２８０９５８号公報

特許文献１〜特許文献５では、様々な取鍋の構造や取鍋に用いる不定形耐火物について開示されているものの、熱膨張率が大きいアルミナ−マグネシア質の不定形耐火物を敷部に用いた場合の構造については、何ら詳細に開示されておらず、このような場合に、敷部に用いた不定形耐火物の剥離をどのように防止するかという指針も全く示されていない。
即ち、敷部に耐食性に優れるアルミナ−マグネシア質の不定形耐火物を用いることを前提として、その不定形耐火物の剥離を防止する技術は未開発であった。

そこで、本発明では、敷部に熱膨張率が大きいアルミナ−マグネシア質の不定形耐火物を用いたとしても、当該不定形耐火物の剥離を防止することができる溶鋼搬送用取鍋を提供することを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
本発明の技術的手段は、敷部にパーマ煉瓦が施工されると共に、前記パーマ煉瓦上に目地部が存在しないアルミナ−マグネシア質の不定形耐火物が施工された２００〜３００ｔｏｎの溶鋼を搬送する取鍋において、前記溶鋼を受ける湯当たり部のパーマ煉瓦の厚さを前記湯当たり部以外のパーマ煉瓦よりも薄くし、前記敷部の不定形耐火物の熱膨張率が１．４〜２．４（×１０ ^−２ ／℃）のものとし、且つ、湯あたり部と湯あたり部以外との境界部におけるパーマ煉瓦を、不定形耐火物に接する表面のテーパ角度が０〜３０°となるものとしている点にある。

本発明によれば、敷部に熱膨張率が大きいアルミナ−マグネシア質の不定形耐火物を用いたとしても、当該不定形耐火物の剥離を防止することができる。

取鍋の全体断面図を示した図である。 取鍋の平面図である。 アルミナ−スピネル質の不定形耐火物とアルミナ−マグネシア質の不定形耐火物との熱膨張率をまとめ図である。 テーパ角度の説明図である。 第１パーマ煉瓦の接触面の角度と熱膨張率との関係を示した図である。 温度変化を示した図である。 剥離の状態を示した図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
本発明の溶鋼搬送用取鍋は、２００〜３００ｔｏｎの溶鋼を搬送するものである。この溶鋼搬送用取鍋（以降、取鍋という）を図１を用いて説明する。なお、取鍋は図１に示したものに限定されない。
取鍋１は、本体を構成する上部が開放となった円柱状の鉄皮２を備えている。取鍋１の径内方向側を稼働面又は内面側と言い説明する。この鉄皮２の底部（敷部）３には、定形の耐火物で構成されたパーマ煉瓦４（以降、第１パーマ煉瓦という）が複数個施工されている。第１パーマ煉瓦４の稼働面側に、不定形耐火物５が流し込みにより施工されている。詳しくは、第１パーマ煉瓦４上に目地部が存在しないアルミナ−マグネシア質の不定形（キャスタブル）が施工されている。

鉄皮２の側壁６（胴部分）の内面には、定形の耐火物で構成された一層目のパーマ煉瓦７（以降、第２パーマ煉瓦という）が当該鉄皮２の敷部３側から上部側に亘って施工されている。この一層目の第２パーマ煉瓦７の稼働面側に、二層目となるパーマ煉瓦８（以降、第３パーマ煉瓦という）が第２パーマ煉瓦７と同様に鉄皮２の敷部３側から上部側に亘って施工されている。

第３パーマ煉瓦８の内面であって、敷部３側から側壁６の中途部分にかけては、不定形耐火物１０が流し込みにより施工されている。この不定形耐火物１０の上部側であって、第３パーマ煉瓦８の内面には、定形の耐火物で構成されたパーマ煉瓦１１（以降、第４パーマ煉瓦という）が施工されている。取鍋１の敷部３には、溶鋼を外部へ出鋼（排出）するための排出口１２が設けられている。

本発明の取鍋は、敷部に施工した耐火物に特徴を有するものである。
以下、敷部について詳しく説明する。
図１、２に示すように、取鍋１の敷部３の中心部には、例えば、溶鋼を転炉から出鋼した際に溶鋼が直接衝突する部分、即ち、溶鋼を受ける湯当たり部１３が設けられている。この湯当たり部１３は、半径が２１００ｍｍ〜２２５５ｍｍとなる大きさの敷部３に対して、当該敷部３の８００ｍｍ〜１０８８ｍｍを占めている。即ち、湯当たり部１３の大きさは、敷部３の大きさに対して１／４〜２／１である。

この湯当たり部１３に位置する各第１パーマ煉瓦４（４ａ）の厚さｈ１は、湯当たり部１３に位置しない他の第１パーマ煉瓦４（４ｂ）の厚さｈ２よりも薄くなっている。
さらに詳しく説明すると、第１パーマ煉瓦４上に不定形耐火物５が施工した状態では、不定形耐火物５の稼働面は平坦となっていて、湯当たり部１３に位置する不定形耐火物５の厚みが、湯当たり部１３以外の不定形耐火物５よりも厚くなっている。このように、湯当たり部１３の不定形耐火物５の厚みが、湯当たり部１３以外の不定形耐火物５よりも厚くなるように、湯当たり部１３に位置する第１パーマ煉瓦４（４ａ）の厚みｈ１を、湯当たり部１３以外の第１パーマ煉瓦４（４ｂ）よりも薄くしている。

湯当たり部１３は、溶鋼を装入する際に当該溶鋼が当たる部分であるため、耐火物の溶損が他の部分に比べて進みやすい部分である。上述したように、湯当たり部１３に位置する不定形耐火物５の厚みを厚くしていため、取鍋１の寿命を長くすることができる。
一方、湯当たり部１３以外の部分（敷部３の外周付近）は、耐火物の溶損の進行が遅いため、湯当たり部１３よりも不定形耐火物５の厚みを薄くしても、取鍋１の寿命を確保することができる。

また、敷部３に施工した不定形耐火物５は、目地部が存在しないアルミナ−マグネシア質である。アルミナ−マグネシア質の不定形耐火物５は、溶鋼を受鋼した時にスピネル化反応によって２次スピネルが形成され易く、この２次スピネルが形成されると、受鋼時に耐火物の剥離が発生しやすいという特性を持っている。
図３は、アルミナ−スピネル質の不定形耐火物とアルミナ−マグネシア質の不定形耐火物との熱膨張率をまとめたものである。

図３に示すように、アルミナ−スピネル質の不定形耐火物は、温度が上昇しても膨張率が余り増加しないため剥離が発生しにくい。一方、アルミナ−マグネシア質の不定形耐火物は、温度が上昇すると膨張率も増加するため剥離が発生し易い。
ここで、不定形耐火物の剥離を見たとき、アルミナ−スピネル質の不定形耐火物を用いることが良いと考えられるが、このアルミナ−スピネル質の不定形耐火物はアルミナ−マグネシア質の不定形耐火物に比べ耐食性が低く、繰り返し使用する取鍋１の敷部３に使用することは寿命の観点から好ましくない。

本発明では、アルミナ−スピネル質の不定形耐火物に比べて剥離がし易いが、耐食性が良いアルミナ−マグネシア質の不定形耐火物５を敷部３に用いることとしている。
詳しくは、取鍋１に溶鋼が装入された際のキャスタブル背面の温度は高くても１１５０℃であり、温度が１１５０℃であるときのアルミナ−マグネシア質の不定形耐火物５の熱膨張率は１．４（×１０ ^−２ ／℃）となる。また、アルミナ−マグネシア質の不定形耐火物５の熱膨張率は温度が上がるにつれ上昇するが２．４（×１０ ^−２ ／℃）がピークとなる。図３から分かるように、本発明では、熱膨張率が１．４〜２．４（×１０ ^−２ ／℃）であるアルミナ−マグネシア質の不定形耐火物５を敷部３に用いている。

上述したように、敷部３に用いたアルミナ−マグネシア質の不定形耐火物５は、剥離し易い特性を有していることから、この敷部３に用いた不定形耐火物５に接触する第１パーマ煉瓦４の形状を工夫することによって、不定形耐火物５が剥離し難いようにしている。
即ち、湯当たり部１３の不定形耐火物５の背面側に配置される各第１パーマ煉瓦４（４ａ）に関して、湯当たり部１３の不定形耐火物５に接する表面１５（以降、接触面という）のテーパ角度を０〜３０°としている。詳しくは、湯当たり部１３に対応する全ての第１パーマ煉瓦４（４ａ）における接触面１５のテーパ角度θを０〜３０°とする。なお、本発明では、湯当たり部１３と湯当たり部１３以外とを跨ぐ第１パーマ煉瓦４（境界部の第１パーマ煉瓦４）も、湯当たり部１３に配置される第１パーマ煉瓦４ａとしている。

この実施形態では、境界部の第１パーマ煉瓦４（４ａ）のテーパ角度θを１８°とし、それ以外の第１パーマ煉瓦４（４ａ）のテーパ角度θを約０°としている。
図４に示すように、テーパ角度θとは、水平線と第１パーマ煉瓦４の接触面１５とのなす角度θのことである。言い換えれば、第１パーマ煉瓦４は矩形状に形成されたもので、接触面１５と対向する対向面１６は平坦（水平）であり、接触面１５は左右方向にいくにしたがって次第に下側に移行する傾斜状となっていて、水平に対する傾斜の角度が０〜３０°となっている。

図５は、第１パーマ煉瓦の接触面の角度と、この第１パーマ煉瓦上に施工された不定形耐火物５の熱膨張率との関係を示したものである。
詳しくは、図５は、第１パーマ煉瓦４（４ａ）と不定形耐火物５とがある角度にて接触している状態において、不定形耐火物５のヤング率、圧縮強度から応力を計算し、その応力が限界剥離歪を超えたときを剥離有り、応力が限界剥離歪を超えたときを剥離無しとして、第１パーマ煉瓦４（４ａ）の接触面１５の角度（不定形耐火物５と第１パーマ煉瓦４との接触角度）と不定形耐火物５の熱膨張率との関係をまとめたものである。

ここで、実操業において不定形耐火物５中の温度は１１５０℃であって熱膨張率は１．４である。このとき、接触面１５の角度が０〜３０°であるときは、不定形耐火物５にかかる応力は限界剥離歪を超えず、剥離が発生しない。ゆえに、第１パーマ煉瓦４の接触面１５のテーパ角度θは、０〜３０°にする必要がある。特に、熱膨張率とテーパ角度θとの関係が式（１）を満たすように、第１パーマ煉瓦４の接触面１５のテーパ角度θを設定することが好ましい。

テーパ角度θ≦（９４．８／α）−３７ ・・・（１）
ただし、
α：熱膨張率（線膨張係数）（×１０ ^−２ ／℃）
１．４≦α≦２．４
表１は、本発明の取鍋を使用した場合の実施例と、本発明の取鍋を使用した場合の比較例とをまとめたものである。

表中及び下記に示すキャスタブルは、敷部３に施工したアルミナ-マグネシア質の不定形耐火物５のことを示している。
キャスタブルのヤング率（不定形耐火物５の弾性率）は、不定形耐火物５の温度１１５０℃となる定常状態において４８である。キャスタブルの圧縮強度（不定形耐火物５の圧縮強度）は、不定形耐火物５の温度１１５０℃となる定常状態において６９．３である。

キャスタブル背面の温度とは、不定形耐火物５と第１パーマ煉瓦４との境界の温度を示し、図６に示すように、定常状態は大凡１１５０℃である。即ち、図６に示すように、不定形耐火物５の表面温度は、溶鋼の受鋼や出鋼を繰り返す度に変動するが、不定形耐火物５と第１パーマ煉瓦４との境界の温度は次第に安定して、定常状態では１１５０℃になる。

取鍋１の敷部３にアルミナ−マグネシア質のキャスタブルを流し込んで耐火物を施工後に取鍋を使用する。２５０ｔｏｎの溶鋼を受鋼し、鋳造設備で溶鋼の排出を完了するまでを使用回数の１回する。実施例及び比較例では最大で１００回まで使用した。
キャスタブルは、質量％で、ＭｇＯが５％〜７％、Ａｌ₂Ｏ₃が８８％〜９２％、ＳｉＯ₂が１％〜３％を含有するものを用いた。その他は、ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂を除いた成分を示しており、不可避的不純物も含まれる。表中にはキャスタブルの化学成分を明記しているが、本発明の取鍋１を使用したキャスタブルは、当業者常用の不定形耐火物である。

実施例及び比較例では、取鍋１内の溶鋼を出鋼後の敷部３を目視し、図７に示したように不定形耐火物５が剥離している場合を剥離有り（表中、有）とし、剥離していない場合を剥離無し（表中、無）として評価を行った。不定形耐火物５の剥離の有無は、当業者であれば目視にて確認することができる。
なお、実施例及び比較例では、溶鋼を受ける湯当たり部１３の第１パーマ煉瓦４（４ａ）の厚さｈ１を湯当たり部１３以外の第１パーマ煉瓦４（４ｂ）よりも薄くし、湯当たり部１３の不定形耐火物５を熱膨張率が１．４〜２．４（×１０ ^−２ ／℃）の範囲であるものを使用している。

実施例１〜１８に示すように、湯当たり部１３のパーマ煉瓦（第１パーマ煉瓦４ａ）に関し、不定形耐火物５に接する表面（接触面）のテーパ角度θを０〜３０°の範囲にしているので、敷部３における不定形耐火物５の剥離は生じなかった（表中、テーパ角度θの欄、敷部の剥離の欄）。
一方で、比較例１９〜２２に示すように、テーパ角度θが０〜３０°の範囲から外れているため、敷部３における不定形耐火物５の剥離が生じた。

本発明によれば、取鍋１の敷部３における不定形耐火物５の剥離を防止することによって、取鍋１の寿命を向上させることができる。即ち、不定形耐火物５の剥離によって取鍋１の急激な寿命が発生してしまうことを防止することができる。
取鍋１の寿命が低下すると、取鍋１を整備する回数が増え、製鋼工場における取鍋１の稼働率が下がり、取鍋１が不足して生産性が低下する恐れがあるが、不用意に取鍋１の寿命が低下することがないため、生産性も向上させることができる。

なお、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。

１ 取鍋
２ 鉄皮
３ 敷部
４ 第１パーマ煉瓦
４ａ 湯当たり部の第１パーマ煉瓦
４ｂ 湯当たり部以外の第１パーマ煉瓦
５ 敷部の不定形耐火物
６ 側壁
７ 第２パーマ煉瓦
８ 第３パーマ煉瓦
１０ 不定形耐火物
１１ 第４パーマ煉瓦
１２ 排出口
１５ 接触面
１６ 対向面
θ テーパ角度

Claims (1)

1. 敷部にパーマ煉瓦が施工されると共に、前記パーマ煉瓦上に目地部が存在しないアルミナ−マグネシア質の不定形耐火物が施工された２００〜３００ｔｏｎの溶鋼を搬送する取鍋において、
   前記溶鋼を受ける湯当たり部のパーマ煉瓦の厚さを前記湯当たり部以外のパーマ煉瓦よりも薄くし、
   前記敷部の不定形耐火物の熱膨張率が１．４〜２．４（×１０ ^−２ ／℃）のものとし、且つ、湯あたり部と湯あたり部以外との境界部におけるパーマ煉瓦を、不定形耐火物に接する表面のテーパ角度が０〜３０°となるものとしていることを特徴とする溶鋼搬送用取鍋。