JPS6159373B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は耐用性に優れ且つ断続使用が可能な溶
融金属精錬用ガス吹込み耐火物に関する。 溶融金属特に鉄鋼業における溶銑・溶鋼への活
性・不活性ガスの吹込みによる沿金反応の効率化
は、古来いろいろの形で実施されてきており、溶
銑・溶鋼・取鍋、二次精錬炉、転炉等のいずれに
おいても撹拌効果が認められている。従来、ガス
吹込方式には上方から溶融金属中に耐火物で保護
されたランスを用いる上吹法と溶融金属容器の底
部に通気孔を有する耐火物（以下バブリング・ブ
リツクと称す）を設けた底吹き法等が周知であ
る。浴の撹拌効果の点からは後者の方が有利であ
るが、バブリング・ブリツクの耐用性に問題があ
り、湯もれ事故などの懸念もあることから、後者
が必ずしも有利であることはいえない状況にあ
る。 発明者等は底吹きガスによる撹拌効果を生かす
ためにはバブリング・ブリツクの耐用性、信頼性
を向上させることが最も重要であると考え、種々
検討の結果、高耐火高耐食性繊維状耐火物を利用
したバブリング・ブリツクの開発に成功した。以
下順に説明する。 溶融金属容器底部よりのガス吹込耐火物につい
ては従来から次の三つのタイプが用いられてい
る。即ち (1) 通気性の良い多孔質耐火物（第２図） (2) 貫通細孔を複数個有する耐火物（第３図） (3) れんがの目地又はコーナーに空隙を設けた耐
火物 等である。これらは使用条件や用途に応じて、材
質とともにその組合せで適宜選択採用されるが、
いずれも大きな欠点を持つている。即ち、(1)は粒
度構成により通気性の良い組織を得るため、微粉
の少ない中粒配合とし、且つ気孔率は通常耐火物
の３倍〜５倍と高く、低強度である。したがつて
ガス吹込みによる溶融金属の流動磨耗に弱く、耐
〓〓〓〓
用性が悪い。また平均気孔径は小粒径を選択する
ことで小さくすることができるが、通気性確保の
面から制約があり、中粒構成（多くの場合２〜
0.5mm）とすることを余儀なくすることから比較
的大きな気孔（例えば40μ以上が30％以上）が存
在する。したがつて、このような気孔には溶融金
属が容易に侵入し凝固するため、前記溶融金属を
容器中に収納保持した状態でのガス吹込みの中断
ができず、耐用上不利である。何となればもしガ
ス吹込を中断すれば、前記気孔部にいわゆるメタ
ルが侵入、凝固し、このメタル侵入部分を破壊し
なければ次後の通気が出来ず、結局耐用性が悪く
なつてしまうのである。 次に前記(2)，(3)の耐火物は通常の耐火物と同様
に緻密組織を有するれんがから成ることから、高
強度であり、且つ材質の選択とあいまつて耐食性
は優れたものが得られる。しかし細孔又は空隙
は、ガスの吹込みを中断すると溶融金属が容易に
通過できる大きなものであるため、前記(1)の耐火
物と同様に、溶融金属保持中のガス吹込中断は不
可能である。このため、溶融金属保持中は無意味
なガス吹込みも続ける必要があり、高価なガスの
場合の経済的不利や耐用面でのマイナスなどが生
ずる。 溶融金属特に溶銑・溶鋼は1500〜1650℃程度で
処理されることが多いが、これらの耐火物細孔へ
の侵入はCantorの法則によると、浴深と侵入限
界気孔径の関係はほゞ第１図Ａに示す通りで、１
ｍ程度の浴深では細孔々径が40μ以下であれば生
じないと考えられるが、この様な細孔を製造時あ
るいは加工によつて多数設けることは技術的にき
わめて困難であり、且つ経済的でない。図中ａは
溶融メタル侵入のない領域を示している。 本発明はかかるガス吹込みプロセスにおいて、
溶融金属の気孔への侵入を完全に防止し、ガス吹
込の断続作業を可能にした高耐用性ガス吹込用耐
火物を提供するものである。 本発明の特徴は高耐水性フアイバー例えば炭素
（無定形でも黒鉛でも）質、炭珪質、炭化硼素
質、炭化タングステン質、炭化モリブデン質など
の炭化物、窒化硼素質、窒化珪素質などの窒化
物、あるいは金属質、更には有機質フアイバー、
例えばノボラツクタイプのフエノール樹脂より得
たもの等々の非酸化物系フアイバー、アルミナ
質、アルミナ−シリカ質、ジルコニア質、特殊ガ
ラス質繊維等酸化物系フアイバー、更にこれらを
混合あるいは結合させた複合フアイバーなどを、
前記(2)，(3)のような細孔又は空隙に単位通気断面
径を100μ以下、好ましくは40μ以下となるよう
充填したことにある。 充填する耐火性フアイバーの材質は使用条件に
よつて１種又は２種以上の組合せとすることも可
能である。溶鋼の場合は高温で且つスラグの侵食
も考慮する必要があるため炭素質、炭珪質などの
非酸化物系フアイバーとか純アルミナ質、ジルコ
ニア質などの高融点、高耐食性酸化物系フアイバ
ーを使用しなければ耐用性を得てないことが多い
が、溶銑ではシリカ−アルミナ質やガラス繊維質
などでも十分耐用し得ることが判明している。 細孔又は空隙への耐火性フアイバーの充填方法
は、バブリング・ブリツクの本体を構成する耐火
物（焼成、不焼成れんが又は不定形耐火ブロツク
が使用出来、その材質は酸化物系、非酸化物系、
カーボン系耐火物）をガス供給側からガス吐出側
まで連続的で通気性が保持されるように、該耐火
性フアイバーの束が存在する様に成形又は装入す
る。 前記耐火性フアイバーはガスの流れ方向に、そ
の長手方向を一致させることが望ましいが、加工
したものを用いる場合、例えば織布、ひも、フエ
ルト等はこれに限定されるものでなく、そのよう
な場合も本発明に含まれる。 又、耐火性フアイバーの束を予め本体とは別の
耐火性管の中にセツトしたもの、あるいは同種ま
たは異種の耐火性フアイバーで被覆したもの等
を、本体耐火物に予め設けられた所定の細孔又は
空隙にはめ込む方法をとつてもさしつかえなく、
これも本発明に含まれる。 本発明に使用する耐火性フアイバーの材質は一
般に市販されているものでも一向に差支えない
が、溶融金属との濡れ性が小さいものほど好まし
い。Sesile drop法で接触角が90゜より大である
ことが絶対条件であるが、好ましくは150゜以上
である。 第１図Ｂにおいて式ｒ＝−２γeCOSθ／ｌ・
ρは次の値を与えられる。 γｅ＝1.733（ｇ／cm²） ρ＝7.6（ｇ／cm³） 〓〓〓〓
θ＝150゜ 第１表（市販耐火性フアイバーの品質特性）に
そのような要件を満たす材質の１例を示す。

【表】 耐火性フアイバーの束の断面径はバブリング・
ブリツク断面径の範囲内であれば特に限定される
ものではないが、大き過ぎると束の製作が困難と
なり、小さ過ぎると通気性の確保が困難となるの
で、５mm〜50mm、好ましくは10mm〜30mmが適当で
ある。また用途によつてスリツト状のガス吐出口
を用いることも可能であり、このスリツト部に本
発明を適用する事が出来る。 次にこの耐火性フアイバーの束の密度（ここで
は単位断面積当りのフアイバー本数）は溶融金属
の侵入が生じないような第１図の侵入限界気孔径
から単位通気断面が少くとも100μ以下、好まし
くは40μ以下となるような本数が適当で、上記の
束の断面径の範囲と合わせて、100〜20000本mm²、
好ましくは1000〜10000本／mm²が適当である。こ
れは本数が少なすぎると溶融金属の侵入が生じ、
以後のガス吹込に支障（この地金侵入部分を除去
するためにバブリング・ブリツクの損耗をはやめ
る結果にもなる）を生じ、一方多過ぎると通気断
面の確保が困難となるからである。 以上のような要件を満足するバブリング・ブリ
ツクの開発により、溶融金属保持容器における底
部よりのガス吹込処理を必要な時期に支障なく断
続して行なうことが可能となり、バブリング・ブ
リツクの耐用性も実質的なガス吹込時間を短縮で
きるので、更に向上し、一般の底れんがと同等の
寿命の確保が可能となつた。 以下に本発明の実施例を示す。 実施例 １ 直径10mmの通気性の炭素フアイバーの束を10ケ
所設けたマグネシア−黒鉛質不焼成れんがのガス
吹込用バブリング・ブリツクにおいて、炭素フア
〓〓〓〓
イバー（0.1mmφ／本）の束を密度50〜30000本／
mm²の範囲で、10水準のものを試作し、従来の多孔
質タイプのマグネシア系ポーラス・プラグとの比
較試験を3t試験取鍋で10回繰返し実施した結果、
第２表の如くであつた。

【表】 この結果からフアイバー密度5000本／mm²を選
び、従来品とともに250t取鍋にて実炉使用した結
果、従来品平均15回の耐用に対し、25回以上の耐
用性が確認された。 なお25回は敷れんがの交換によるもので、残存
状態から40回以上の耐用が可能と判断された。 また本発明品使用の場合は、溶鋼保持中のガス
吹込の断続を必要に応じて実施したが、使用後の
断面状況から地金侵入はほとんどなく、表面に若
干付着しているにすぎないことが確認された。 実施例 ２ 転炉の炉底からのガス吹込用耐火物を本発明方
式で製造した。母体れんがはマグネシア−黒鉛質
れんがであり、その形状寸法は700×150×150／
130mmである。30mmφのカーボン・フアイバーの
束（密度3000本／mm²）を150×150mmの小口面から
150×130mmの小口面に達するように、小口面全体
に10本を千鳥に配置した。250t転炉炉底にこのバ
ブリング・ブリツクを４個設置し、Arガスの断
続吹込を実施した。 従来のガス吹込み焼成マグネシア質多多孔質耐
火物又はマグネシア−黒鉛質れんがに細孔を設け
た貫通孔耐火物が使用されていたが、前者はスポ
ーリングと溶銑や溶鋼の磨耗侵食がはげしく、
100回程度の耐用性しかなかつた。後者は細孔
（１〜３mmφ）に溶鋼が侵入するため常時Arガス
を高圧で吹込む必要があり、耐用性も400〜900回
と大きく変動していた。 本発明品では細孔がカーボン・フアイバーで充
填されているためガスの断続吹込みが可能で、撹
拌の必要な時期のみガス吹込みをすればよいた
め、溶損量、Arガス使用量にも軽減され、1500
回以上のバブリング・ブリツクの耐用が安定して
得られるようになつた。 実施例 ３ 実施例２においてカーボン・フアイバー充填部
分が若干先行損傷する場合も認められ、そのよう
な場合にバブリング・ブリツクの損耗がやゝ大き
くなることから、カーボン・フアイバーの酸化損
耗が生じていることが推察された。 この対策としてカーボン・フアイバーと炭化珪
素フアイバーを7/3（重量比）に配合し束ねたも
の(A)およびカーボン・フアイバーとジルコニア・
フアイバーを6/4（重量比）に束ねたもの(B)を、
実施例２と同様の方法で製造し、耐酸化性テスト
結果良好であることが判明したので、100t転炉の
炉底で使用した。 結果はバブリング・ブリツクのトラブルは全く
なく、(A)，(B)はそれぞれ1100，1200回の耐用を示
した（これは従来LDの場合とほゞ同等の炉底、
炉壁の損傷程度であり、耐用性であつた）。 また両者ともガス吐出口の先行溶損は軽微であ
つた（(A)と(B)ではやゝ(A)の方が溶損傾向を示し
た）。 以上、鉄精錬の場合についてのみ述べたが、本
発明は非鉄精錬でのガス吹込に対しても有効であ
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ることが十分予測され、その応用も可能である。 第２図は、従来の多孔質型のガス吹込耐火物の
一例を示し、１はポーラスプラグ、２は外装保持
板（例えば鋼板）で、底部は吹込みガス管３に連
通して設けられている。 第３図は、例えばMgO―黒鉛質煉瓦のような
緻密質耐火物４に、該耐火物の軸方向（ガス吹込
み方向）に、適宜数のガス吹込み細孔５を設けた
従来の貫通孔型のガス吹込耐火物を示す。 第４図は、本発明になるガス吹込耐火物を取鍋
に適用した場合の一実施例を示し、截頭円錐状に
形成された例えばMgO―黒鉛質煉瓦のような緻
密質耐火物の軸方向（ガス吹込み方向）に設けた
ガス吹込み用空孔６に、例えばカーボン・フアイ
バーのような耐火性フアイバー束７を介挿充填し
たガス吹込み用耐火物を示す。 第５図、第６図は、本発明の他の実施例で、転
炉に適用した場合の一例を示す斜視図である。好
ましくはブロツク状に形成された例えばMgO―
黒鉛質煉瓦のような緻密質耐火物の軸方向（ガス
吹込み方向）に設けたガス吹込み用空孔６に、同
様に例えばカーボン・フアイバーのような耐火物
フアイバー束７を介挿充填した場合を示す。 本発明は上述したように構成し且つ用いること
により、溶融金属収納（保持）容器の溶湯面下の
容器体部に設けてなるガス吹込み耐火物を用い
て、前記容器中溶湯にガス吹込みを行なうにあた
り、該ガス吹込み処理を必要な時期に、支障なく
断続して行なうことが可能となり、従つてガス吹
込み耐火物の寿命延長を期待し得ると共に、ガス
吹込み耐火物保全用の通気ガスが不要となること
から、吹込みガスのコスト低減もはかれるなど、
生産性の向上、設備保全面ならびに操業コスト等
に貢献する効果がきわめて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは、浴深と侵入限界との関係図、第１
図Ｂは細孔の模式図、第２図及び第３図は従来の
ガス吹込み耐火物の一実施例を示す模式図、第４
図、第５図及び第６図は本発明の一実施例を示す
模式図である。 １：ポーラスプラグ、２：外装保持板、３：吹
込みガス管、４：緻密質耐火物、６：ガス吹込み
用空孔、７：耐火性フアイバー束。 〓〓〓〓

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 適宜形状に形成してなる緻密質耐火物基体
   に、該基体のガス吹込み方向に沿つて、一端を溶
   融金属接触面に臨ませて且つ他端を吹込みガス供
   給系に連通してなる長筒孔を設け、該長孔に耐火
   性フアイバー収束体を介挿したことを特徴とする
   溶融金属精錬用ガス吹込耐火物。 ２ 単位通気断面が、100μ以下の耐濡れ性耐火
   フアイバーを５〜50mmの収束体として用いること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の溶融
   金属精錬用ガス吹込耐火物。