JP6338953B2

JP6338953B2 - シンターケーキ支持スタンド用特殊鋼

Info

Publication number: JP6338953B2
Application number: JP2014142108A
Authority: JP
Inventors: 松野　進; 松野　　進; 智史坂本; 真吾古莊; 末広鈴木
Original assignee: Kurimoto Ltd; Nippon Steel Corp
Current assignee: Kurimoto Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 2014-07-10
Filing date: 2014-07-10
Publication date: 2018-06-06
Anticipated expiration: 2034-07-10
Also published as: JP2016017220A

Description

本発明は、下方吸引式焼結機の焼結パレットに設置されるシンターケーキ支持スタンドの材料として用いるのに適した特殊鋼に関する。

高炉等の製鉄プロセスでは、粉鉄鉱石を焼結機で塊状に焼き固めた焼結鉱を原料として使用することが多い。図３は一般的な焼結機による焼結鉱製造工程を示す。この焼結鉱製造工程では、まず、主原料の粉鉄鉱石、副原料の石灰石および燃料のコークスを、それぞれホッパー１１、１２、１３から切り出し、返鉱ホッパー１４から切り出した返鉱とともにミキサー１５で調湿、造粒して焼結原料とする。この焼結原料をサージホッパー１６に搬送して一旦貯蔵した後、ドラムフィーダー１７から切り出し、シュート１８を介して焼結パレット１９の供給部に供給することにより、焼結パレット１９上に焼結原料層２０を形成する。そして、焼結パレット１９により搬送される焼結原料層２０の表層のコークスに点火炉２１で点火して、焼結原料層２０の下方に空気を吸引しながらコークスを燃焼させ、この燃焼熱で焼結原料層２０を上層から下層へ順次焼結していく。この焼結方法を「下方吸引式」という。このようにして焼結が完了した原料は、焼結鉱として焼結パレット１９の排出部から排出される。

上記のような下方吸引式の焼結方法をとる焼結機では、焼結原料層の上層部が下層部よりも先に焼結されて焼結塊（以下、「シンターケーキ」と記す。）となるため、焼結が進むにつれて原料層の下層部がシンターケーキの重みを受けて圧縮され、高密度になっていく。焼結原料層が高密度化すると、通気性が低下して、コークスの燃焼速度の低下や燃焼むらが生じる。その結果、焼結速度が遅くなるし、焼結パレットから排出される焼結鉱の品質のばらつきも大きくなり、生産性が低下しやすい。そこで、通常は、焼結パレットに、シンターケーキの重みを受ける支持部材（以下、「シンターケーキ支持スタンド」、または単に「スタンド」と称する。）を、焼結原料層に埋没するように設置して、原料層の下層部の高密度化による通気性の低下を防止し、焼結鉱の生産性の向上を図っている。

ところで、上記シンターケーキ支持スタンドは、焼結パレットの供給部から排出部へ向かう途中で高さ方向に大きな温度差が生じ、焼結パレットの排出部から供給部へ戻るときには全体が冷却されることにより、繰り返し熱応力を受ける。また、その使用環境は、高温の腐食雰囲気となる。従って、このスタンドを形成する材料は、十分な耐熱疲労性と高温強度を有し、耐食性にも優れたものが望ましい。このような特性を備えた材料として、Ｃを０．２mass％程度、Ｃｒを１３mass％程度含む特殊鋼（以下、「０．２Ｃ−１３Ｃｒ系材料」と称する。）を用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、シンターケーキ支持スタンドの材料には、上記の特性に加えて、耐摩耗性も要求される。すなわち、このスタンドは、焼結パレットの供給部に焼結原料が供給されるときや、パレット排出部で焼結完了後の原料が焼結鉱として排出されるときに原料と擦れ合って摩耗する。そして、減肉によりシンターケーキの重みを支えきれなくなって、焼結原料層の通気性低下を防止できなくなると交換が必要となるので、耐摩耗性が寿命の長さを決定する要因の１つとなっている。これに対して、上記０．２Ｃ−１３Ｃｒ系材料で形成したスタンドは、必ずしも耐摩耗性が十分とは言えず、早期摩耗によって短寿命となる場合があった。

そこで、本発明者らは、上記０．２Ｃ−１３Ｃｒ系材料をベースとして、Ｃ含有量を多くして（０．５mass％程度）硬度を高めることにより、耐摩耗性を向上させた特殊鋼を提案した（特許文献２参照。）。

特許第３１５１６５３号公報特許第４６８１５９０号公報

上記特許文献２に記載の材料で形成したシンターケーキ支持スタンドでは、０．２Ｃ−１３Ｃｒ系材料で形成したものに比べて摩耗の進行はある程度遅くなったものの、割れの発生によって短寿命となるケースが多くなった。これは、Ｃ含有量を多くした特許文献２の材料では、Ｃ含有量に応じてＳｉ含有量を制限することによって延性を確保しようとしているが、スタンドの使用条件のバラツキ等によって相対的に延性が不足してしまう場合があるためと考えられる。

そこで、本発明の課題は、下方吸引式焼結機の焼結パレットに設置されるシンターケーキ支持スタンドを、割れにくくかつ摩耗しにくいものとして長寿命化することである。

上記の課題を解決するために、本発明は、シンターケーキ支持スタンドの材料に用いられる特殊鋼として、Ｃ：０．１〜０．４mass％、Ｓｉ：０．２〜２．０mass％、Ｍｎ：０．１〜１．５mass％、Ｃｒ：１１〜１５mass％を含有するとともに、Ｍｏ：０．２〜０．８mass％と、Ｗ：０．５〜１．５mass％と、Ｎｂ：０．２〜０．８mass％のうちの少なくとも１種、好ましくは、Ｍｏ：０．３〜０．７mass％と、Ｗ：０．７〜１．３mass％と、Ｎｂ：０．３〜０．７mass％のうちの少なくとも１種を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるものを採用した。

すなわち、シンターケーキ支持スタンド用特殊鋼の組成を、０．２Ｃ−１３Ｃｒ系材料をベースとして、Ｃ含有量を変化させずに、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂのうちの少なくとも１種を適量添加したものとすることにより、この特殊鋼で形成したスタンドが割れを生じにくくかつ耐摩耗性に優れたものとなるようにしたのである。

次に、各合金元素の含有量を上記の範囲に限定した理由について説明する。
（１）Ｃは、一部が母材に固溶して母材を強化するほか、炭化物を形成して、高温強度および硬度を高めるために有効な元素である。必要な高温強度を確保するために、少なくとも０．１mass％含むようにする。含有量が多いほど、高温強度および硬度は高くなるが、高温使用時の時効による２次炭化物の析出量が過剰になって延性の低下を招くようになるので、含有量の上限を０．４mass％とした。

（２）Ｓｉは、合金溶解時の脱酸元素であり、鋳造工程における溶湯の流動性を高める効果を有する。また、高温における耐食性も向上させる。これらの効果は含有量に比例して向上するが、過剰に含有すると延性低下を招くので、含有量は２．０mass％以下とする。一方、含有量が極端に少ないと、熱サイクルを受けた後に焼きが入りやすくなって延性低下を招くので、０．２mass％以上含有する必要がある。

（３）Ｍｎは、脱酸作用を有し、またＳを固定して無害化する元素であり、０．１mass％以上含有する必要がある。一方、１．５mass％以上に増量しても効果の増加は少ないので、含有量の上限を１．５mass％とした。

（４）Ｃｒは、高温強度および耐食性を高める元素であるが、過剰に含有すると延性低下を招くので、１１〜１５mass％含有するようにした。

（５）ＭｏとＷは、ともに耐熱疲労性と高温強度を向上させる元素であり、Ｗは硬度を高め耐摩耗性を向上させる効果も大きい。そこで、これらの効果が確実に得られるように、Ｍｏの下限値は０．２mass％（好ましくは０．３mass％）、Ｗの下限値は０．５mass％（好ましくは０．７mass％）とした。一方、いずれの元素も過剰に含有すると延性低下を招くので、Ｍｏの上限値を０．８mass％（好ましくは０．７mass％）、Ｗの上限値を１．５mass％（好ましくは１．３mass％）とした。また、ＭｏとＷを複合添加すると、それぞれの単独添加の場合よりも高温強度を長時間維持できるようになる。

（６）Ｎｂは、耐熱疲労性と高温強度を向上させるとともに、ＮｂＣの生成により硬度を高めて耐摩耗性を向上させる効果もあり、ＭｏやＷと同様の効果を期待できる元素であるが、過剰に含有すると延性低下を招くので、含有量を０．２〜０．８mass％（好ましくは０．３〜０．７mass％）とした。

本発明のシンターケーキ支持スタンド用特殊鋼は、上述したように、従来の０．２Ｃ−１３Ｃｒ系材料をベースとして、Ｃ含有量を変化させずに、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂのうちの少なくとも１種を適量添加することにより、耐熱疲労性と高温強度を向上させるとともに、硬度を高めて耐摩耗性を向上させたものである。従って、この特殊鋼をスタンドの材料として用いれば、割れが発生しにくく、かつ従来の０．２Ｃ−１３Ｃｒ系材料で形成したものよりも摩耗の進行が遅いスタンドを形成でき、スタンド交換周期を長くすることができる。その結果、新品スタンドの製作費やスタンド交換作業の労務費の減少によりメンテナンスコストの削減が図れるし、スタンド交換作業のために焼結機全体を休止させる時間が短縮されるので、焼結鉱の生産性を向上させることもできる。

実施形態の特殊鋼で形成したスタンドの斜視図図１のスタンドの設置状態を示す斜視図一般的な焼結鉱製造工程の説明図

以下、本発明の実施形態を説明する。表１は、実施形態の特殊鋼（実施例１〜５）、添加元素の含有量が前述の上限値または下限値を外れた特殊鋼（比較例１〜４）および従来の０．５Ｃ−１３Ｃｒ系材料（従来例）の組成を示し、表２は、表１の各材料の７００℃（使用条件に近いと考えられる温度）でのシャルピー衝撃値、硬度および０．２％耐力の測定結果を示す。シャルピー衝撃試験はＪＩＳＺ２２４２に準拠し、試験片はＶノッチシャルピー試験片を用いた。表２から、各実施例は、従来例に比べると、いずれも７００℃での硬度および０．２％耐力では劣るが（実施例４、５の硬度を除く）、シャルピー衝撃値では大幅に上回っており、従来例よりも割れを生じにくいものであることがわかる。一方、比較例１〜３は、７００℃での硬度が従来例および各実施例よりも低いため耐摩耗性が低下し、比較例４は、７００℃でのシャルピー衝撃値が従来例に近いため割れの可能性が高まることがわかる。

次に、表１中の各実施例および従来例の特殊鋼を用いて図１に示すシンターケーキ支持スタンド１を形成した。このスタンド１は、台形板状の本体部２とその下部に連続する取付部３とからなり、図２に示すように、一般的な焼結鉱製造工程（図３参照）の焼結機の焼結パレット１９上に２〜４列配置される（図２は２列配置の例）。本体部２の高さは３００ｍｍであり、この本体部２が焼結パレット１９上に形成されて平均６００ｍｍ程度の高さとなる焼結原料層２０に埋没し、焼結原料層２０の上層部の焼結により生成したシンターケーキを支持するようになっている。

このスタンド１を図２に示した設置状態で連続使用して、摩耗の進行速度を調査する実験を行った。各実施例の特殊鋼で形成したスタンドは、実験開始から約３年経過後の調査では、その高さ方向の減肉量が従来例の特殊鋼で形成したスタンドよりも２割程度少なくなっており、実験終了まで割れも目立った変形も発生しなかった。これにより、各実施例の特殊鋼でスタンドを形成すれば、従来よりもスタンドを長寿命化できることが確認された。

１スタンド
２本体部
３取付部
１１、１２、１３、１４ホッパー
１５ミキサー
１６サージホッパー
１７ドラムフィーダー
１８シュート
１９焼結パレット
２０焼結原料層
２１点火炉

Claims

下方吸引式焼結機の焼結パレットに設置されるシンターケーキ支持スタンドの材料として用いられ、
Ｃ：０．１〜０．４mass％、Ｓｉ：０．２〜２．０mass％、Ｍｎ：０．１〜１．５mass％、Ｃｒ：１１〜１５mass％を含有するとともに、
Ｍｏ：０．２〜０．８mass％と、Ｗ：０．５〜１．５mass％と、Ｎｂ：０．２〜０．８mass％のうちの少なくとも１種を含有し、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるシンターケーキ支持スタンド用特殊鋼。
Ｍｏ：０．３〜０．７mass％と、Ｗ：０．７〜１．３mass％と、Ｎｂ：０．３〜０．７mass％のうちの少なくとも１種を含有する請求項１に記載のシンターケーキ支持スタンド用特殊鋼。