取鍋摺動開閉装置の詰砂
【課題】クロマイト砂とシリカ砂とを混合した詰砂であって、より低いクロマイト砂含有量であっても炉外精錬を伴う高温長時間処理において高い自然開孔率を得ることができる取鍋摺動開閉装置の詰砂を提供すること。
【解決手段】シリカ砂１０〜５０質量％と、クロマイト砂を５０〜９０質量％とを配合してなり、前記シリカ砂は、粒径０．４２５ｍｍ以上１．１８ｍｍ未満のものを９５質量％以上含み、前記クロマイト砂は、粒径０．０７５ｍｍ以上０．８５ｍｍ未満のものを９５質量％以上、０．１０６ｍｍ以上０．２１２ｍｍ未満のものを１０質量％以上、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満のものを３０質量％以上含む。
【解決手段】シリカ砂１０〜５０質量％と、クロマイト砂を５０〜９０質量％とを配合してなり、前記シリカ砂は、粒径０．４２５ｍｍ以上１．１８ｍｍ未満のものを９５質量％以上含み、前記クロマイト砂は、粒径０．０７５ｍｍ以上０．８５ｍｍ未満のものを９５質量％以上、０．１０６ｍｍ以上０．２１２ｍｍ未満のものを１０質量％以上、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満のものを３０質量％以上含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鋼用取鍋などの出湯に用いられるスライディングノズルまたはロータリーノズルなどの取鍋摺動開閉装置の詰砂に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶鋼を受鋼する取鍋は、転炉精錬の後に行われる炉外精錬および連続鋳造などに用いられ、その底部には溶鋼出鋼用の摺動開閉装置(スライディングノズルまたはロータリーノズル)が設けられている。このような摺動開閉装置を備えた取鍋では、摺動開閉装置のノズル内で溶鋼が凝固することを防止するために、溶鋼を受鋼する前に摺動開閉装置のノズル内に耐火性の詰砂が充填され、取鍋内に溶鋼が注入された後にノズルを開くと、自然に詰砂が落下し溶鋼が流出する自然開孔により出鋼している。
【０００３】
従来、この種の詰砂としては、一般的にシリカ砂(ＳｉＯ２：９０〜９９％)が用いられている。そして、使用状況によってＳｉＯ２の純度調整で焼結することを防止したり(例えば、特許文献１)、逆に正長石(Ｋ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・６ＳｉＯ２)を添加して焼結を生じさせ、溶鋼に接する部分に粘調な皮膜を生成させて溶鋼の浸透を防止したりしている。
【０００４】
しかし、前者では、詰砂が焼結するのを防止しているが、溶鋼の浸透を有効に防止することができないため、取鍋の自然開孔率を大幅に向上させることはできない。一方、後者は、通常の操業では使用可能であるが、鋼の高級化に伴って炉外精錬や取鍋等において長時間に亘って高温で処理する場合には、詰砂自身の焼結が進んで強固な皮膜が生成され、そのため自然開孔しないことが多い。自然開孔しなかった場合には、ロングノズルを取外し、下部から酸素を吹込んで強制的に開孔しなければならず、溶鋼が空気に触れて品質に悪影響を与え、鋳片の格落ちやスクラップとなって多大な損害を生じる。
【０００５】
近年、このような問題を解決するため、黒鉛の持つ焼結阻害性や溶鋼との濡れにくさに着目して、詰砂に鱗状黒鉛や土状黒鉛を添加することが試みられている。しかしながら、使用前のホッパー内や紙袋およびコンテナバック内で比重差や黒鉛の滑りやすさから偏析を生じ、実機において期待したほどの性能を発揮するに至っていない。また、ピッチを使用することも検討されているが、揮発分を３０〜７０％有し、かつ使用中にガスが発生し、さらに偏析も生じ好ましくない。
【０００６】
これに対して、硅砂、ＭｇＯクリンカー、ジルコンサンドなどの詰砂にカーボンブラックを０．０５〜５重量％配合することが提案されている(特許文献２)。カーボンブラックは、鱗状または土状黒鉛、ピッチ等の配合物に比べ高い残存率を持ち、揮発分が少なく、焼結防止、溶鋼侵入防止特性が優れ、また、比表面積が大きいため、配合した際の分散効果に優れ、偏析を防止することができる。さらに、硅砂への付着性が優れる。このため、カーボンブラックを添加することにより、焼結防止、溶鋼侵入防止等の詰砂として必要な特性に優れたものとなることが期待される。
【０００７】
しかしながら、特許文献２に記載された詰砂は、ある程度の効果は得られるものの、炉外精錬(ＶＡＤ、ＶＯＤ等）を伴う高温長時間処理における自然開孔率は十分なものとは言えず、このような過酷な条件においても高い自然開孔率が得られる詰砂が要求されている。
【０００８】
一方、シリカ砂よりも融点の高いクロマイト砂も詰砂として用いられている。ただし、クロマイト砂は単独で使用した場合、焼結により、不開孔を生じやすいため、単独で使用されることは少なく、シリカ砂と混合して用いられている。しかし、クロマイト砂とシリカ砂を単に混合しても、炉外精錬を伴う高温長時間処理における自然開孔率は必ずしも十分なものではない。
【０００９】
このようなことから、炉外精錬を伴う高温長時間処理においても高い自然開孔率を得るべく、クロマイト砂を７０〜９０質量％、シリカ砂を１０〜３０質量％とした上で、これらの粒度を調整した詰砂が提案されている（特許文献３）。この詰砂は、具体的には、クロマイト砂として、粒径１５０〜８５０μｍの範囲のものが９５％以上、粒径２００〜４２５μｍの範囲のものが６０％以上含まれるものを用い、シリカ砂として、粒径２００〜８５０μｍの範囲のものが９５％以上、粒径３００〜６００μｍの範囲のものが６０％以上含まれものを用いている。
【００１０】
しかしながら、特許文献３の技術では高価なクロマイト砂が７０〜９０質量％も必要であるため高コストであり、現実的には高級な鋼種にしか用いることができず、適用が制限されてしまう。したがって、クロマイト砂の含有量がより低くても炉外精錬を伴う高温長時間処理において高い自然開孔率を得ることができる詰砂が求められている。
【特許文献１】特開昭６４−４８６６２号
【特許文献２】特開平４−８４６６４号公報
【特許文献３】特許第３２１６５７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、クロマイト砂とシリカ砂とを混合した詰砂であって、より低いクロマイト砂含有量であっても炉外精錬を伴う高温長時間処理において高い自然開孔率を得ることができる取鍋摺動開閉装置の詰砂を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、炉外精錬を伴う高温長時間処理においても高い自然開孔率を得ることができる取鍋摺動開閉装置の詰砂について検討を重ねた結果、クロマイト砂とシリカ砂とを混合した詰砂において、その粒度分布を適切に調整することにより、より低いクロマイト砂含有量であっても、詰砂の焼結、熱膨張による棚吊りおよびスラグや地金浸透による不開孔を有効に防止できることを見出した。具体的には、シリカ砂を粒径０．４２５ｍｍ以上１．１８ｍｍ未満のものを９５質量％以上含む粗目粒度とし、かつクロマイト砂の粒径０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満を３０質量％以上とすることにより、焼結性を低減し、また、クロマイト砂の粒径０．１０６ｍｍ以上０．２１２ｍｍ未満を１０質量％以上とすることにより、地金浸透を低減して、クロマイト砂の含有量が５０質量％まで低下しても、炉外精錬を伴う高温長時間処理においても高い自然開孔率を得ることができることを見出した。
【００１３】
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、以下の（１）〜（１０）を提供する。
【００１４】
（１）シリカ砂１０〜５０質量％と、クロマイト砂を５０〜９０質量％とを配合してなり、前記シリカ砂は、粒径０．４２５ｍｍ以上１．１８ｍｍ未満のものを９５質量％以上含み、前記クロマイト砂は、粒径０．０７５ｍｍ以上０．８５ｍｍ未満のものを９５質量％以上、０．１０６ｍｍ以上０．２１２ｍｍ未満のものを１０質量％以上、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満のものを３０質量％以上含むことを特徴とする取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【００１５】
（２）上記（１）において、前記クロマイト砂を５０質量％以上７０質量％未満含むことを特徴とする取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【００１６】
（３）上記（１）または（２）において、前記クロマイト砂は、０．４２５ｍｍ以上のものが３０質量％以下、０．１５ｍｍ未満のものが５質量％以下であることを特徴とする取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【００１７】
（４）上記（１）〜（３）のいずれかにおいて、前記クロマイト砂は、粒径０．０７５ｍｍ未満のものが２質量％以下で、０．１０６ｍｍ以上０．２１２ｍｍ未満のものを１５質量％以上含み、０．８５ｍｍ以上のものが２質量％以下の細目クロマイト砂と、０．３ｍｍ未満のものが１０質量％以下で、０．０７５ｍｍ未満のものが２質量％以下で、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満のものを６０質量％以上含み、０．８５ｍｍ以上のものが２質量％以下の粗目クロマイト砂の配合によって得られることを特徴とする取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【００１８】
（５）上記（１）〜（４）のいずれかにおいて、前記シリカ砂が、粒径０．４２５ｍｍ以上１．１８ｍｍ未満を９５質量％以上含み、０．６ｍｍ以上１．１８ｍｍ未満を８０質量％以上含む粗目シリカ砂であることを特徴とする取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【００１９】
（６）上記（１）〜（５）のいずれかにおいて、クロマイト砂およびシリカ砂の合計量に対して、外部添加で０．０５〜５質量％のカーボンブラックを配合したことを特徴とする取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【００２０】
（７）上記（１）〜（６）のいずれかにおいて、前記シリカ砂が、１．４以下の粒形係数を有することを特徴とする取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【００２１】
（８）上記（１）〜（７）のいずれかにおいて、粒径が０．３〜１．７ｍｍの長石を、外部添加で、全アルカリ量が０．３〜１．５質量％となるように配合してなることを特徴とする取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【００２２】
（９）上記（８）において、前記長石がカリ長石であることを特徴とする取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【００２３】
（１０）上記（１）〜（９）のいずれかにおいて、前記シリカ砂は、ＳｉＯ２含有量が９５質量％以上であることを特徴とする取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、クロマイト砂とシリカ砂とを混合した詰砂において、その粒度分布を適切に調整することにより、具体的には、シリカ砂を粒径０．４２５ｍｍ以上１．１８ｍｍ未満のものを９５質量％以上含む粗目粒度とし、かつクロマイト砂の粒径０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満を３０質量％以上とすることにより、焼結性を低減し、また、クロマイト砂の粒径０．１０６ｍｍ以上０．２１２ｍｍ未満を１０質量％以上とすることにより地金浸透を低減して、クロマイト砂の含有量が５０質量％まで低下しても、詰砂の焼結、熱膨張による棚吊りおよびスラグや地金浸透による不開孔を有効に防止することができ、炉外精錬を伴う高温長時間処理において高い自然開孔率を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明に係る取鍋摺動開閉装置の詰砂は、シリカ砂１０〜５０質量％と、クロマイト砂を５０〜９０質量％とを配合してなり、シリカ砂は、粒径０．４２５ｍｍ以上１．１８ｍｍ未満のものを９５質量％以上含み、クロマイト砂は、粒径０．０７５ｍｍ以上０．８５ｍｍ未満のものを９５質量％以上、０．１０６ｍｍ以上０．２１２ｍｍ未満のものを１０質量％以上、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満のものを３０質量％以上含むものである。
【００２６】
本発明において、クロマイト砂を５０〜９０質量％、シリカ砂を１０〜５０質量％としたのは、この範囲で配合することにより、後述のように粒度分布を適切に調整すれば、耐火性が低いというシリカ砂の欠点、および溶融温度は高いが単体で使用した場合焼結しやすいというクロマイト砂の欠点の両方を補い、自然開孔率を高いものとすることができるからである。すなわち、クロマイト砂は２０３０℃までの耐火性を有し、シリカ砂の１７５０℃よりも十分高いためクロマイト砂を５０〜９０質量％配合することにより耐火性を向上させることができ、これに１０〜５０質量％のシリカ砂が配合されることにより、クロマイト砂の焼結しやすいという問題が解消されるからである。低いクロマイト砂含有量で高い自然開口率を得る観点から、クロマイト砂が５０質量％以上７０質量％未満の範囲が有効である。
【００２７】
出鋼温度１７００℃以上、あるいは溶鋼滞留時間３時間以上の溶鋼に対してはクロマイト砂が７０〜９０重量％、シリカ砂が１０〜３０重量％の配合割合が好ましく、出鋼温度が１７００℃未満、あるいは溶鋼滞留時間３時間未満の溶鋼に対してはクロマイト砂が５０〜６０重量％、シリカ砂が４０〜５０重量％の配合割合が好ましい。
【００２８】
また、シリカ砂は、粒径０．４２５ｍｍ以上１．１８ｍｍ未満のものを９５質量％以上含み、クロマイト砂は、粒径０．０７５ｍｍ以上０．８５ｍｍ未満のものを９５質量％以上、０．１０６ｍｍ以上０．２１２ｍｍ未満のものを１０質量％以上、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満のものを３０質量％以上含むという粒度分布としたのは、このような粒度分布とすることにより、過剰な焼結層の生成、熱膨張による棚吊りおよびスラグ、地金の浸透を有効に防止することができ、つまり、焼結性および溶鋼浸透性を低くすることができ、自然開孔率を極めて高くすることができるからである。具体的には、シリカ砂を、粒径０．４２５ｍｍ以上１．１８ｍｍ未満のものを９５質量％以上含む粗目粒度とし、かつクロマイト砂の粒径０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満を３０質量％以上とすることにより、焼結性を低減し、また、クロマイト砂の粒径０．１０６ｍｍ以上０．２１２ｍｍ未満を１０質量％以上とすることにより、地金浸透を低減して、クロマイト砂の含有量が５０質量％まで低下しても焼結性および溶鋼浸透性を低くして自然開孔率を極めて高くすることができる。
【００２９】
上記効果をさらに有効に発揮するためには、クロマイト砂は、粒径０．０７５ｍｍ未満のものが２質量％以下で、０．１０６ｍｍ以上０．２１２ｍｍ未満のものを１５質量％以上含み、０．８５ｍｍ以上のものが２質量％以下の細目クロマイト砂と、０．３ｍｍ未満のものが１０質量％以下で、０．０７５ｍｍ未満のものが２質量％以下で、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満のものを６０質量％以上含み、０．８５ｍｍ以上のものが２質量％以下の粗目クロマイト砂の配合によって得られるものであることが好ましい。すなわち、細目クロマイト砂は地金浸透防止のために０．１０６以上０．２１２ｍｍ未満が十分に含まれる粒度である必要があり、過焼結防止の観点から微粉をカットする必要がある。粗目クロマイト砂は焼結性防止のために０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満のものが十分に含まれる粒度である必要があり、かつ配合を確実なものとするため細目粒度をカットする必要がある。
【００３０】
なお、いずれのクロマイト砂も地金浸透の観点から、０．８５ｍｍ以上の粗目部分は不必要であり、かつ０．４２５ｍｍ以上の割合が３０質量％以下であることが好ましく、また、焼結性を低減するために０．１５ｍｍ未満の部分が５質量％以下であることが好ましい。
【００３１】
シリカ砂は、粒径０．４２５ｍｍ以上１．１８ｍｍ未満を９５質量％以上含み、０．６ｍｍ以上１．１８ｍｍ未満を８０質量％以上含む粗目シリカ砂であることが好ましい。従来のシリカ砂は粒径０．４２５ｍｍがピークであるが、この従来のシリカ砂よりも明確に粗目のシリカ砂粒度とすることにより、より焼結し難くできるからである。このような効果はラボ試験にて確認できている。
【００３２】
なお、以上の粒度分布は、ＪＩＳの鋳物砂の粒度試験方法(Ｚ２６０２)に準じて測定した値である。この方法は、ふるいを粗いほうから呼び寸法順に重ね、一番上すなわち最も目の大きいふるい上に原料を載せ、ロータータップ型ふるい機等のふるい分け機械を使用してふるい分けを行う。
【００３３】
本発明において、カーボンブラックをクロマイト砂およびシリカ砂の合計量に対して外部添加で０．０５〜５質量％配合することが好ましい。この範囲で配合することにより、クロマイト砂およびシリカ砂の粒同士が焼結して結合することを効果的に防止することができ、かつその溶鋼侵入防止特性によって溶鋼が詰砂内に侵入することを防止できるからである。ここで、カーボンブラックの配合量が０．０５質量％未満であると、砂粒子同士の結合防止作用が不足し、５質量％を超えるとカーボンの溶鋼へのピックアップ量が多くなり、成分規格を外れることになる。極低炭素鋼の溶製の際に適用する場合には、カーボンの溶鋼へのピックアップ量を極力抑制する必要があり、この場合にはカーボンブラックの配合量を１質量％以下とすることが好ましい。
【００３４】
このように、クロマイト砂およびシリカ砂を所定の割合で配合して両者の欠点を補い、かつこれらの粒度を規定した上で、さらにカーボンブラックの焼結防止効果および溶鋼侵入防止効果を発揮させることにより、これらの相乗効果によって、長時間の炉外精錬を伴う溶鋼滞留時間３時間以上の処理であっても極めて高い自然開孔率を得ることができる。カーボンブラックを配合しない場合には、詰砂がノズル受け煉瓦表面に焼結しやすく、ノズル受けの酸素洗浄頻度が増加してノズル受けの寿命低下または鍋内残鋼による歩留低下を招きやすいが、カーボンブラックを配合することによりこのような問題も解消される。
【００３５】
シリカ砂は、その充填性および流動性をよくするため、粒形係数を１．４以下のものを用いることが好ましい。粒形係数のより好ましい範囲は１．３〜１．０である。
【００３６】
なお、ここでいう粒形係数は、砂表面積測定器(ジョージフィッシャー社製)を用いて算出した値である。すなわち、粒形係数は１ｇ当りの実際の砂の表面積(比表面積)を理論的表面積で割った値で表す。ここで、理論的表面積とは、砂粒がすべて球形であると仮定した場合の比表面積をいう。したがって、粒形係数が１に近いほど球に近い形状である。なお、このように充填性および流動性の観点よりクロマイトサンドの粒形係数も１．４以下であることが望ましい。
【００３７】
本発明において、粒径が０．３〜１．７ｍｍの長石を、外部添加で、全アルカリ量が０．３〜１．５質量％となるように配合することが好ましい。これは、シリカ砂が多い配合では長石の添加により熱膨張抑制および地金浸透防止性の向上を図ることができるからである。なお、長石添加はシリカ砂の溶融を促進する効果がある。また、長石が、カリ長石であることが好ましい。日本国内ではカリ長石が一般的に入手しやすいためである。
【００３８】
シリカ砂としては、ＳｉＯ２含有量が９５質量％以上のものを用いることが好ましい。
【００３９】
シリカ砂は、特に限定されるものではなく、天然に産出されるものを原料として乾燥、分級等を行って製造してもよいし、天然に産出されるものをそのまま用いてもよい。シリカ砂の成分もその産地に左右されるが、一般的には、ＳｉＯ２を９０質量％以上含有する。天然砂としては、例えば、中国産の福建省硅砂や国産の東北硅砂が挙げられる。尚、シリカ砂にはＡｌ２Ｏ３、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ等の成分が含まれてもよいが、Ａｌ２Ｏ３は２質量％以下、Ｋ２ＯとＮａ２Ｏの含有量の和は０．５〜１．２質量％程度が望ましい。
【００４０】
一方、クロマイト砂も、特に限定されるものではなく、天然に産出されるものを原料として乾燥、分級等を行って製造してもよいし、天然に産出されるものをそのまま用いてもよい。クロマイト砂の成分は、その産地に左右されるが、一般的にはＣｒ２Ｏ３を３０質量％以上、好ましくは３０〜６０質量％含有する。例えば、Ｃｒ２Ｏ３を４０〜５０質量％、ＦｅＯを２０〜３０質量％、その他、Ａｌ２Ｏ３を約１５質量％程度、ＭｇＯを約１０質量％程度を含有するものが典型例として挙げられる。これらのクロマイト砂の粒形係数は通常１．４以下である。
【００４１】
クロマイト砂およびシリカ砂の品質を一定にするため、磨鉱処理を施した砂を使用してもよい。また、磨鉱処理を施した砂または施さない砂を２種類以上混合してもよい。
【００４２】
磨鉱処理には、公知の乾式法、湿式法のいずれも適用することができる。乾式法には、原料砂を高速気流により装置内で上昇させ、衝突板に衝突させることによって、砂粒相互の衝突と摩擦によって磨鉱処理するサイドリクレーマ等のニューマチックスクラバー装置、砂同士の摩擦を利用して磨鉱処理するアジテータミル等の高速攪拌機を用いた方法が挙げられる。これら乾式法と湿式法の磨鉱処理の中では湿式法を使用することが好ましい。これは、湿式法を用いることにより磨鉱処理時の水洗によって所望の粒度より小さい砂を同時に取り除くことができるからである。しかしながら、乾式法であっても水洗装置を併設することにより同様の効果を得ることができる。
【００４３】
また、本発明の詰砂は粒度分布を一定に保つため、前述のシリカ砂、細目クロマイト砂、粗目クロマイト砂をそれぞれ個別に計量し、バッチミキサーを用いた混合により製造されることが好ましい。具体的には１バッチ混合に必要なシリカ砂、細目クロマイト砂、および粗目クロマイト砂をそれぞれコンテナバックに計量充填し、バッチミキサーに内容物を投入、混合を行うことによりシリカ砂、粗目クロマイト砂および細目クロマイト砂の割合が本発明の条件を確実に満たした詰砂を得ることができる。特に、粗目クロマイト砂と細目クロマイト砂の配合割合を管理することで、焼結性に影響を与えるクロマイト砂の０.３〜０．６ｍｍ部分の割合と、地金浸透性に影響を与える０．１０６〜０．２１２ｍｍの部分の割合を所望の値にすることが可能である。本発明の詰砂は粒度分布幅が広く粒度偏析を起こしやすいため、上記製造方法によって偏析を抑制することが好ましい。スクリューフィーダー等を用いた連続混合機や他の混合方法によっても、粒度偏析対策が施された生産設備であれば製造可能であるため、製造方法は上記のものに限定されるものではない。また、バッチミキサーにはリボン型ブレンダー等のカーボンコーティング用のミキサーを併用することもできる。
【００４４】
また、本発明の詰砂は上記配合割合であればその形態は問わないが、カーボンブラックを配合する場合には、適度な粘性のあるカーボンブラック、具体的には造粒カーボンブラックが好ましい。これをシリカ砂の表面にコーティングしておき、このようにコーティングされたシリカ砂とクロマイト砂を均一に混合して用いることが好ましい。これによりカーボンブラックの均一分散を図ることができるとともにシリカ砂の焼結を一層有効に防止することができる。なお、ここでいうコーティングはカーボンブラック粒子をシリカ砂に表面に付着させることを意図しており、必ずしもカーボンブラックの層が形成されている必要はない。また、クロマイト砂にコーティングしてもよく、シリカ砂およびクロマイト砂にコーティングしてもよい。
【００４５】
本発明の詰砂が適用される取鍋摺動開閉装置としてはスライディングノズルおよびロータリーノズルが挙げられ、その形状は特に限定されない。
【００４６】
本発明の詰砂が適用される摺動開閉装置の一例としてのスライディングノズルの構造を図１に示す。スライディングノズル１０は上ノズル３とそれを側方から支持するノズル受けレンガ２と、上ノズル３を下方から支持する固定盤４と固定盤４に対して摺動可能に設けられた摺動盤５と、摺動盤５の下に取付けられた下部ノズル６とを備えている。そして、上ノズル３で規定されるノズル孔７内には本発明の詰砂１が充填される。図示するように、スライディングノズル１０が閉状態で取鍋に溶鋼が注入される。溶鋼の注入が終了した時点で、摺動盤５を移動することにより、スライディングノズルが開かれる。この状態で詰砂が落下しノズル孔７が自然開孔する。なお、ロータリーノズルも基本構造は同様であり、摺動盤が回転可能になっている点が異なるのみである。
【００４７】
このようにして用いる本発明の詰砂は、出鋼温度１７００℃未満あるいは溶鋼滞留時間３時間未満の処理のみならず、出鋼温度１７００℃以上あるいは溶鋼滞留時間３時間以上長時間の炉外精錬を伴う過酷な条件の処理においても、焼結しにくく、かつ溶鋼が浸透しにくいため、自然開孔率を極めて高く維持することができる。
【実施例】
【００４８】
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
表１に示す、本発明の範囲内の粒度分布を有する粗目シリカ砂および上記特許文献３の粒度分布を有する細目シリカ砂に、それぞれ上記特許文献３の粒度分布を有する中目クロマイト砂を、シリカ砂３０質量％、クロマイト砂７０質量％の割合で配合し、有機バインダーを用いて、３０ｍｍφ×３０ｍｍ高さに成形し、乾燥後、耐火坩堝内に低焼結性骨材で埋め込み拘束、１６００℃で２時間焼成し、試験片を得た。試験片を油圧式万能材料試験機にかけて冷間圧縮強度を測定した。その結果、表２に示すように、粗目シリカ砂の使用により、細目シリカ砂に対して、１６００℃における焼結性が低減できることが確認された。
【００４９】
次に、表３に示すような粒度分布を有する、粗目シリカ砂と粗目クロマイト砂とを配合したもの、粗目シリカ砂と細目クロマイト砂とを配合したもの、細目シリカ砂と中目クロマイト砂とを配合したものの３種類について、同様な試験片を作成し、焼成後、冷間圧縮強度と空隙率を測定した。なお、細目シリカ砂と中目クロマイト砂とを配合したものは上記特許文献３の粒度分布を有する従来品である。その結果を表４に示す。粗目クロマイト砂の使用により、１６００℃での焼結性が低減される一方、焼結体空隙率の増加により、地金浸透の増大が懸念された。また、細目クロマイト砂の使用により、１６００℃での焼結性は増加するものの、焼結体空隙率を低減する効果により、地金浸透の防止が期待された。
【００５０】
上記ラボ試験にて得られた知見をもとに、粗目シリカ砂と粗目クロマイト砂および細目クロマイト砂の配合比を検討した。表５に示すように、粗目シリカ砂を３０質量％に固定し、粗目クロマイト砂と細目クロマイト砂の配合比（質量比）を１００：０（試験例１）、６０：４０（試験例２）、３０：７０（試験例３）、０：１００（試験例４）にしたもの、および上記特許文献３の粒度分布を有する従来品について、同様な試験片を作成し、焼成後、冷間圧縮強度と空隙率を測定した。その結果を表６に示す。粗目シリカ砂は配合比３０％一定とし、クロマイト砂を粗目クロマイト３０％、細目クロマイト７０％の配合で調整した試験例３において、従来技術と同等の空隙率で低い焼結性が得られた。なお、試験例１〜４および従来品の粒度分布を図２に示す。
【００５１】
次に、表７に示す粒度分布を有する、試験例３で得られた最適原料を用いた詰砂（実施例１、２）と、上記特許文献３の粒度分布を有する詰砂（比較例１、２）とについて、上記と同様なラボ試験と実操業での評価試験を行った。その結果を表８に示す。なお、表８に示すように実施例１および比較例１は、シリカ砂３０質量％、クロマイト砂７０質量％のものであり、実施例２および比較例２は、シリカ砂５０質量％、クロマイト砂５０質量％のものである。図３に本発明の範囲内である実施例１、２の詰砂全体の粒度分布、シリカ砂の粒度分布、クロマイト砂の粒度分布を示す。
【００５２】
実操業の評価試験は、これら実施例１、２および比較例１、２の配合を有する詰砂を、２５０ｔ取鍋の底に設けられた摺動開閉装置のノズル径７５ｍｍφのノズル孔に充填し、１０００チャージにおける自然開孔率を調査することにより行った。
【００５３】
実施例１、比較例１では長時間の炉外精錬を伴う出鋼温度が１７００℃以上あるいは溶鋼滞留時間３時間以上という過酷な条件の割合が１０％を占めているもので、実施例２、比較例２では全チャージが出鋼温度が１７００℃未満あるいは溶鋼滞留時間が３時間以下のものである。この際の自然開孔率を表８に記載した。
【００５４】
表８に示すように、クロマイト砂割合７０質量％の場合において、実施例１では９９．７％と良好な成績が得られたが、比較例１では９７．１％と良好な成績は得られなかった。これは実施例では比較例に対して同等の地金浸透防止性を持ちつつ、焼結性が低減された結果であると考えられる。クロマイト砂割合５０質量％の場合においても、実施例２では９９．５％と良好な結果が得られたが比較例２では９７．４％と良好な結果は得られなかった。これは地金浸透が起こりやすい低クロマイト割合においても、細目クロマイト砂の配合により、地金浸透性が改善されたこと、さらに粗目クロマイト砂の配合により、焼結性の低減が可能になったことによる。なお、クロマイト砂およびシリカ砂としては、いずれも粒形係数が１．３以下のものを用いた。
【００５５】
この結果から、粗目シリカ砂、粗目クロマイト砂および細目クロマイト砂を適切な割合で配合して本発明の粒度分布を満たすことにより、出鋼温度１７００℃未満あるいは溶鋼滞留時間３時間以下の処理はもちろんのこと、出鋼温度１７００℃以上あるいは溶鋼滞留時間３時間以上の長時間の炉外精錬を伴う過酷な条件の処理においても高い自然開孔率が得られることが確認された。
【００５６】
【表１】
【００５７】
【表２】
【００５８】
【表３】
【００５９】
【表４】
【００６０】
【表５】
【００６１】
【表６】
【００６２】
【表７】
【００６３】
【表８】
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の詰砂が適用される摺動開閉装置の一例としてのスライディングノズルを示す断面図。
【図２】試験例１〜４および従来品の粒度分布を示すグラフ。
【図３】本発明の範囲内である実施例１、２の詰砂全体の粒度分布、シリカ砂の粒度分布、クロマイト砂の粒度分布を示すグラフ。
【符号の説明】
【００６５】
１……詰砂
２……ノズル受レンガ
３……上ノズル
４……固定盤
５……摺動盤
６……下部ノズル
７……ノズル孔
１０……スライディングノズル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鋼用取鍋などの出湯に用いられるスライディングノズルまたはロータリーノズルなどの取鍋摺動開閉装置の詰砂に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶鋼を受鋼する取鍋は、転炉精錬の後に行われる炉外精錬および連続鋳造などに用いられ、その底部には溶鋼出鋼用の摺動開閉装置(スライディングノズルまたはロータリーノズル)が設けられている。このような摺動開閉装置を備えた取鍋では、摺動開閉装置のノズル内で溶鋼が凝固することを防止するために、溶鋼を受鋼する前に摺動開閉装置のノズル内に耐火性の詰砂が充填され、取鍋内に溶鋼が注入された後にノズルを開くと、自然に詰砂が落下し溶鋼が流出する自然開孔により出鋼している。
【０００３】
従来、この種の詰砂としては、一般的にシリカ砂(ＳｉＯ２：９０〜９９％)が用いられている。そして、使用状況によってＳｉＯ２の純度調整で焼結することを防止したり(例えば、特許文献１)、逆に正長石(Ｋ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・６ＳｉＯ２)を添加して焼結を生じさせ、溶鋼に接する部分に粘調な皮膜を生成させて溶鋼の浸透を防止したりしている。
【０００４】
しかし、前者では、詰砂が焼結するのを防止しているが、溶鋼の浸透を有効に防止することができないため、取鍋の自然開孔率を大幅に向上させることはできない。一方、後者は、通常の操業では使用可能であるが、鋼の高級化に伴って炉外精錬や取鍋等において長時間に亘って高温で処理する場合には、詰砂自身の焼結が進んで強固な皮膜が生成され、そのため自然開孔しないことが多い。自然開孔しなかった場合には、ロングノズルを取外し、下部から酸素を吹込んで強制的に開孔しなければならず、溶鋼が空気に触れて品質に悪影響を与え、鋳片の格落ちやスクラップとなって多大な損害を生じる。
【０００５】
近年、このような問題を解決するため、黒鉛の持つ焼結阻害性や溶鋼との濡れにくさに着目して、詰砂に鱗状黒鉛や土状黒鉛を添加することが試みられている。しかしながら、使用前のホッパー内や紙袋およびコンテナバック内で比重差や黒鉛の滑りやすさから偏析を生じ、実機において期待したほどの性能を発揮するに至っていない。また、ピッチを使用することも検討されているが、揮発分を３０〜７０％有し、かつ使用中にガスが発生し、さらに偏析も生じ好ましくない。
【０００６】
これに対して、硅砂、ＭｇＯクリンカー、ジルコンサンドなどの詰砂にカーボンブラックを０．０５〜５重量％配合することが提案されている(特許文献２)。カーボンブラックは、鱗状または土状黒鉛、ピッチ等の配合物に比べ高い残存率を持ち、揮発分が少なく、焼結防止、溶鋼侵入防止特性が優れ、また、比表面積が大きいため、配合した際の分散効果に優れ、偏析を防止することができる。さらに、硅砂への付着性が優れる。このため、カーボンブラックを添加することにより、焼結防止、溶鋼侵入防止等の詰砂として必要な特性に優れたものとなることが期待される。
【０００７】
しかしながら、特許文献２に記載された詰砂は、ある程度の効果は得られるものの、炉外精錬(ＶＡＤ、ＶＯＤ等）を伴う高温長時間処理における自然開孔率は十分なものとは言えず、このような過酷な条件においても高い自然開孔率が得られる詰砂が要求されている。
【０００８】
一方、シリカ砂よりも融点の高いクロマイト砂も詰砂として用いられている。ただし、クロマイト砂は単独で使用した場合、焼結により、不開孔を生じやすいため、単独で使用されることは少なく、シリカ砂と混合して用いられている。しかし、クロマイト砂とシリカ砂を単に混合しても、炉外精錬を伴う高温長時間処理における自然開孔率は必ずしも十分なものではない。
【０００９】
このようなことから、炉外精錬を伴う高温長時間処理においても高い自然開孔率を得るべく、クロマイト砂を７０〜９０質量％、シリカ砂を１０〜３０質量％とした上で、これらの粒度を調整した詰砂が提案されている（特許文献３）。この詰砂は、具体的には、クロマイト砂として、粒径１５０〜８５０μｍの範囲のものが９５％以上、粒径２００〜４２５μｍの範囲のものが６０％以上含まれるものを用い、シリカ砂として、粒径２００〜８５０μｍの範囲のものが９５％以上、粒径３００〜６００μｍの範囲のものが６０％以上含まれものを用いている。
【００１０】
しかしながら、特許文献３の技術では高価なクロマイト砂が７０〜９０質量％も必要であるため高コストであり、現実的には高級な鋼種にしか用いることができず、適用が制限されてしまう。したがって、クロマイト砂の含有量がより低くても炉外精錬を伴う高温長時間処理において高い自然開孔率を得ることができる詰砂が求められている。
【特許文献１】特開昭６４−４８６６２号
【特許文献２】特開平４−８４６６４号公報
【特許文献３】特許第３２１６５７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、クロマイト砂とシリカ砂とを混合した詰砂であって、より低いクロマイト砂含有量であっても炉外精錬を伴う高温長時間処理において高い自然開孔率を得ることができる取鍋摺動開閉装置の詰砂を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、炉外精錬を伴う高温長時間処理においても高い自然開孔率を得ることができる取鍋摺動開閉装置の詰砂について検討を重ねた結果、クロマイト砂とシリカ砂とを混合した詰砂において、その粒度分布を適切に調整することにより、より低いクロマイト砂含有量であっても、詰砂の焼結、熱膨張による棚吊りおよびスラグや地金浸透による不開孔を有効に防止できることを見出した。具体的には、シリカ砂を粒径０．４２５ｍｍ以上１．１８ｍｍ未満のものを９５質量％以上含む粗目粒度とし、かつクロマイト砂の粒径０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満を３０質量％以上とすることにより、焼結性を低減し、また、クロマイト砂の粒径０．１０６ｍｍ以上０．２１２ｍｍ未満を１０質量％以上とすることにより、地金浸透を低減して、クロマイト砂の含有量が５０質量％まで低下しても、炉外精錬を伴う高温長時間処理においても高い自然開孔率を得ることができることを見出した。
【００１３】
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、以下の（１）〜（１０）を提供する。
【００１４】
（１）シリカ砂１０〜５０質量％と、クロマイト砂を５０〜９０質量％とを配合してなり、前記シリカ砂は、粒径０．４２５ｍｍ以上１．１８ｍｍ未満のものを９５質量％以上含み、前記クロマイト砂は、粒径０．０７５ｍｍ以上０．８５ｍｍ未満のものを９５質量％以上、０．１０６ｍｍ以上０．２１２ｍｍ未満のものを１０質量％以上、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満のものを３０質量％以上含むことを特徴とする取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【００１５】
（２）上記（１）において、前記クロマイト砂を５０質量％以上７０質量％未満含むことを特徴とする取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【００１６】
（３）上記（１）または（２）において、前記クロマイト砂は、０．４２５ｍｍ以上のものが３０質量％以下、０．１５ｍｍ未満のものが５質量％以下であることを特徴とする取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【００１７】
（４）上記（１）〜（３）のいずれかにおいて、前記クロマイト砂は、粒径０．０７５ｍｍ未満のものが２質量％以下で、０．１０６ｍｍ以上０．２１２ｍｍ未満のものを１５質量％以上含み、０．８５ｍｍ以上のものが２質量％以下の細目クロマイト砂と、０．３ｍｍ未満のものが１０質量％以下で、０．０７５ｍｍ未満のものが２質量％以下で、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満のものを６０質量％以上含み、０．８５ｍｍ以上のものが２質量％以下の粗目クロマイト砂の配合によって得られることを特徴とする取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【００１８】
（５）上記（１）〜（４）のいずれかにおいて、前記シリカ砂が、粒径０．４２５ｍｍ以上１．１８ｍｍ未満を９５質量％以上含み、０．６ｍｍ以上１．１８ｍｍ未満を８０質量％以上含む粗目シリカ砂であることを特徴とする取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【００１９】
（６）上記（１）〜（５）のいずれかにおいて、クロマイト砂およびシリカ砂の合計量に対して、外部添加で０．０５〜５質量％のカーボンブラックを配合したことを特徴とする取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【００２０】
（７）上記（１）〜（６）のいずれかにおいて、前記シリカ砂が、１．４以下の粒形係数を有することを特徴とする取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【００２１】
（８）上記（１）〜（７）のいずれかにおいて、粒径が０．３〜１．７ｍｍの長石を、外部添加で、全アルカリ量が０．３〜１．５質量％となるように配合してなることを特徴とする取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【００２２】
（９）上記（８）において、前記長石がカリ長石であることを特徴とする取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【００２３】
（１０）上記（１）〜（９）のいずれかにおいて、前記シリカ砂は、ＳｉＯ２含有量が９５質量％以上であることを特徴とする取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、クロマイト砂とシリカ砂とを混合した詰砂において、その粒度分布を適切に調整することにより、具体的には、シリカ砂を粒径０．４２５ｍｍ以上１．１８ｍｍ未満のものを９５質量％以上含む粗目粒度とし、かつクロマイト砂の粒径０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満を３０質量％以上とすることにより、焼結性を低減し、また、クロマイト砂の粒径０．１０６ｍｍ以上０．２１２ｍｍ未満を１０質量％以上とすることにより地金浸透を低減して、クロマイト砂の含有量が５０質量％まで低下しても、詰砂の焼結、熱膨張による棚吊りおよびスラグや地金浸透による不開孔を有効に防止することができ、炉外精錬を伴う高温長時間処理において高い自然開孔率を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明に係る取鍋摺動開閉装置の詰砂は、シリカ砂１０〜５０質量％と、クロマイト砂を５０〜９０質量％とを配合してなり、シリカ砂は、粒径０．４２５ｍｍ以上１．１８ｍｍ未満のものを９５質量％以上含み、クロマイト砂は、粒径０．０７５ｍｍ以上０．８５ｍｍ未満のものを９５質量％以上、０．１０６ｍｍ以上０．２１２ｍｍ未満のものを１０質量％以上、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満のものを３０質量％以上含むものである。
【００２６】
本発明において、クロマイト砂を５０〜９０質量％、シリカ砂を１０〜５０質量％としたのは、この範囲で配合することにより、後述のように粒度分布を適切に調整すれば、耐火性が低いというシリカ砂の欠点、および溶融温度は高いが単体で使用した場合焼結しやすいというクロマイト砂の欠点の両方を補い、自然開孔率を高いものとすることができるからである。すなわち、クロマイト砂は２０３０℃までの耐火性を有し、シリカ砂の１７５０℃よりも十分高いためクロマイト砂を５０〜９０質量％配合することにより耐火性を向上させることができ、これに１０〜５０質量％のシリカ砂が配合されることにより、クロマイト砂の焼結しやすいという問題が解消されるからである。低いクロマイト砂含有量で高い自然開口率を得る観点から、クロマイト砂が５０質量％以上７０質量％未満の範囲が有効である。
【００２７】
出鋼温度１７００℃以上、あるいは溶鋼滞留時間３時間以上の溶鋼に対してはクロマイト砂が７０〜９０重量％、シリカ砂が１０〜３０重量％の配合割合が好ましく、出鋼温度が１７００℃未満、あるいは溶鋼滞留時間３時間未満の溶鋼に対してはクロマイト砂が５０〜６０重量％、シリカ砂が４０〜５０重量％の配合割合が好ましい。
【００２８】
また、シリカ砂は、粒径０．４２５ｍｍ以上１．１８ｍｍ未満のものを９５質量％以上含み、クロマイト砂は、粒径０．０７５ｍｍ以上０．８５ｍｍ未満のものを９５質量％以上、０．１０６ｍｍ以上０．２１２ｍｍ未満のものを１０質量％以上、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満のものを３０質量％以上含むという粒度分布としたのは、このような粒度分布とすることにより、過剰な焼結層の生成、熱膨張による棚吊りおよびスラグ、地金の浸透を有効に防止することができ、つまり、焼結性および溶鋼浸透性を低くすることができ、自然開孔率を極めて高くすることができるからである。具体的には、シリカ砂を、粒径０．４２５ｍｍ以上１．１８ｍｍ未満のものを９５質量％以上含む粗目粒度とし、かつクロマイト砂の粒径０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満を３０質量％以上とすることにより、焼結性を低減し、また、クロマイト砂の粒径０．１０６ｍｍ以上０．２１２ｍｍ未満を１０質量％以上とすることにより、地金浸透を低減して、クロマイト砂の含有量が５０質量％まで低下しても焼結性および溶鋼浸透性を低くして自然開孔率を極めて高くすることができる。
【００２９】
上記効果をさらに有効に発揮するためには、クロマイト砂は、粒径０．０７５ｍｍ未満のものが２質量％以下で、０．１０６ｍｍ以上０．２１２ｍｍ未満のものを１５質量％以上含み、０．８５ｍｍ以上のものが２質量％以下の細目クロマイト砂と、０．３ｍｍ未満のものが１０質量％以下で、０．０７５ｍｍ未満のものが２質量％以下で、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満のものを６０質量％以上含み、０．８５ｍｍ以上のものが２質量％以下の粗目クロマイト砂の配合によって得られるものであることが好ましい。すなわち、細目クロマイト砂は地金浸透防止のために０．１０６以上０．２１２ｍｍ未満が十分に含まれる粒度である必要があり、過焼結防止の観点から微粉をカットする必要がある。粗目クロマイト砂は焼結性防止のために０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満のものが十分に含まれる粒度である必要があり、かつ配合を確実なものとするため細目粒度をカットする必要がある。
【００３０】
なお、いずれのクロマイト砂も地金浸透の観点から、０．８５ｍｍ以上の粗目部分は不必要であり、かつ０．４２５ｍｍ以上の割合が３０質量％以下であることが好ましく、また、焼結性を低減するために０．１５ｍｍ未満の部分が５質量％以下であることが好ましい。
【００３１】
シリカ砂は、粒径０．４２５ｍｍ以上１．１８ｍｍ未満を９５質量％以上含み、０．６ｍｍ以上１．１８ｍｍ未満を８０質量％以上含む粗目シリカ砂であることが好ましい。従来のシリカ砂は粒径０．４２５ｍｍがピークであるが、この従来のシリカ砂よりも明確に粗目のシリカ砂粒度とすることにより、より焼結し難くできるからである。このような効果はラボ試験にて確認できている。
【００３２】
なお、以上の粒度分布は、ＪＩＳの鋳物砂の粒度試験方法(Ｚ２６０２)に準じて測定した値である。この方法は、ふるいを粗いほうから呼び寸法順に重ね、一番上すなわち最も目の大きいふるい上に原料を載せ、ロータータップ型ふるい機等のふるい分け機械を使用してふるい分けを行う。
【００３３】
本発明において、カーボンブラックをクロマイト砂およびシリカ砂の合計量に対して外部添加で０．０５〜５質量％配合することが好ましい。この範囲で配合することにより、クロマイト砂およびシリカ砂の粒同士が焼結して結合することを効果的に防止することができ、かつその溶鋼侵入防止特性によって溶鋼が詰砂内に侵入することを防止できるからである。ここで、カーボンブラックの配合量が０．０５質量％未満であると、砂粒子同士の結合防止作用が不足し、５質量％を超えるとカーボンの溶鋼へのピックアップ量が多くなり、成分規格を外れることになる。極低炭素鋼の溶製の際に適用する場合には、カーボンの溶鋼へのピックアップ量を極力抑制する必要があり、この場合にはカーボンブラックの配合量を１質量％以下とすることが好ましい。
【００３４】
このように、クロマイト砂およびシリカ砂を所定の割合で配合して両者の欠点を補い、かつこれらの粒度を規定した上で、さらにカーボンブラックの焼結防止効果および溶鋼侵入防止効果を発揮させることにより、これらの相乗効果によって、長時間の炉外精錬を伴う溶鋼滞留時間３時間以上の処理であっても極めて高い自然開孔率を得ることができる。カーボンブラックを配合しない場合には、詰砂がノズル受け煉瓦表面に焼結しやすく、ノズル受けの酸素洗浄頻度が増加してノズル受けの寿命低下または鍋内残鋼による歩留低下を招きやすいが、カーボンブラックを配合することによりこのような問題も解消される。
【００３５】
シリカ砂は、その充填性および流動性をよくするため、粒形係数を１．４以下のものを用いることが好ましい。粒形係数のより好ましい範囲は１．３〜１．０である。
【００３６】
なお、ここでいう粒形係数は、砂表面積測定器(ジョージフィッシャー社製)を用いて算出した値である。すなわち、粒形係数は１ｇ当りの実際の砂の表面積(比表面積)を理論的表面積で割った値で表す。ここで、理論的表面積とは、砂粒がすべて球形であると仮定した場合の比表面積をいう。したがって、粒形係数が１に近いほど球に近い形状である。なお、このように充填性および流動性の観点よりクロマイトサンドの粒形係数も１．４以下であることが望ましい。
【００３７】
本発明において、粒径が０．３〜１．７ｍｍの長石を、外部添加で、全アルカリ量が０．３〜１．５質量％となるように配合することが好ましい。これは、シリカ砂が多い配合では長石の添加により熱膨張抑制および地金浸透防止性の向上を図ることができるからである。なお、長石添加はシリカ砂の溶融を促進する効果がある。また、長石が、カリ長石であることが好ましい。日本国内ではカリ長石が一般的に入手しやすいためである。
【００３８】
シリカ砂としては、ＳｉＯ２含有量が９５質量％以上のものを用いることが好ましい。
【００３９】
シリカ砂は、特に限定されるものではなく、天然に産出されるものを原料として乾燥、分級等を行って製造してもよいし、天然に産出されるものをそのまま用いてもよい。シリカ砂の成分もその産地に左右されるが、一般的には、ＳｉＯ２を９０質量％以上含有する。天然砂としては、例えば、中国産の福建省硅砂や国産の東北硅砂が挙げられる。尚、シリカ砂にはＡｌ２Ｏ３、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ等の成分が含まれてもよいが、Ａｌ２Ｏ３は２質量％以下、Ｋ２ＯとＮａ２Ｏの含有量の和は０．５〜１．２質量％程度が望ましい。
【００４０】
一方、クロマイト砂も、特に限定されるものではなく、天然に産出されるものを原料として乾燥、分級等を行って製造してもよいし、天然に産出されるものをそのまま用いてもよい。クロマイト砂の成分は、その産地に左右されるが、一般的にはＣｒ２Ｏ３を３０質量％以上、好ましくは３０〜６０質量％含有する。例えば、Ｃｒ２Ｏ３を４０〜５０質量％、ＦｅＯを２０〜３０質量％、その他、Ａｌ２Ｏ３を約１５質量％程度、ＭｇＯを約１０質量％程度を含有するものが典型例として挙げられる。これらのクロマイト砂の粒形係数は通常１．４以下である。
【００４１】
クロマイト砂およびシリカ砂の品質を一定にするため、磨鉱処理を施した砂を使用してもよい。また、磨鉱処理を施した砂または施さない砂を２種類以上混合してもよい。
【００４２】
磨鉱処理には、公知の乾式法、湿式法のいずれも適用することができる。乾式法には、原料砂を高速気流により装置内で上昇させ、衝突板に衝突させることによって、砂粒相互の衝突と摩擦によって磨鉱処理するサイドリクレーマ等のニューマチックスクラバー装置、砂同士の摩擦を利用して磨鉱処理するアジテータミル等の高速攪拌機を用いた方法が挙げられる。これら乾式法と湿式法の磨鉱処理の中では湿式法を使用することが好ましい。これは、湿式法を用いることにより磨鉱処理時の水洗によって所望の粒度より小さい砂を同時に取り除くことができるからである。しかしながら、乾式法であっても水洗装置を併設することにより同様の効果を得ることができる。
【００４３】
また、本発明の詰砂は粒度分布を一定に保つため、前述のシリカ砂、細目クロマイト砂、粗目クロマイト砂をそれぞれ個別に計量し、バッチミキサーを用いた混合により製造されることが好ましい。具体的には１バッチ混合に必要なシリカ砂、細目クロマイト砂、および粗目クロマイト砂をそれぞれコンテナバックに計量充填し、バッチミキサーに内容物を投入、混合を行うことによりシリカ砂、粗目クロマイト砂および細目クロマイト砂の割合が本発明の条件を確実に満たした詰砂を得ることができる。特に、粗目クロマイト砂と細目クロマイト砂の配合割合を管理することで、焼結性に影響を与えるクロマイト砂の０.３〜０．６ｍｍ部分の割合と、地金浸透性に影響を与える０．１０６〜０．２１２ｍｍの部分の割合を所望の値にすることが可能である。本発明の詰砂は粒度分布幅が広く粒度偏析を起こしやすいため、上記製造方法によって偏析を抑制することが好ましい。スクリューフィーダー等を用いた連続混合機や他の混合方法によっても、粒度偏析対策が施された生産設備であれば製造可能であるため、製造方法は上記のものに限定されるものではない。また、バッチミキサーにはリボン型ブレンダー等のカーボンコーティング用のミキサーを併用することもできる。
【００４４】
また、本発明の詰砂は上記配合割合であればその形態は問わないが、カーボンブラックを配合する場合には、適度な粘性のあるカーボンブラック、具体的には造粒カーボンブラックが好ましい。これをシリカ砂の表面にコーティングしておき、このようにコーティングされたシリカ砂とクロマイト砂を均一に混合して用いることが好ましい。これによりカーボンブラックの均一分散を図ることができるとともにシリカ砂の焼結を一層有効に防止することができる。なお、ここでいうコーティングはカーボンブラック粒子をシリカ砂に表面に付着させることを意図しており、必ずしもカーボンブラックの層が形成されている必要はない。また、クロマイト砂にコーティングしてもよく、シリカ砂およびクロマイト砂にコーティングしてもよい。
【００４５】
本発明の詰砂が適用される取鍋摺動開閉装置としてはスライディングノズルおよびロータリーノズルが挙げられ、その形状は特に限定されない。
【００４６】
本発明の詰砂が適用される摺動開閉装置の一例としてのスライディングノズルの構造を図１に示す。スライディングノズル１０は上ノズル３とそれを側方から支持するノズル受けレンガ２と、上ノズル３を下方から支持する固定盤４と固定盤４に対して摺動可能に設けられた摺動盤５と、摺動盤５の下に取付けられた下部ノズル６とを備えている。そして、上ノズル３で規定されるノズル孔７内には本発明の詰砂１が充填される。図示するように、スライディングノズル１０が閉状態で取鍋に溶鋼が注入される。溶鋼の注入が終了した時点で、摺動盤５を移動することにより、スライディングノズルが開かれる。この状態で詰砂が落下しノズル孔７が自然開孔する。なお、ロータリーノズルも基本構造は同様であり、摺動盤が回転可能になっている点が異なるのみである。
【００４７】
このようにして用いる本発明の詰砂は、出鋼温度１７００℃未満あるいは溶鋼滞留時間３時間未満の処理のみならず、出鋼温度１７００℃以上あるいは溶鋼滞留時間３時間以上長時間の炉外精錬を伴う過酷な条件の処理においても、焼結しにくく、かつ溶鋼が浸透しにくいため、自然開孔率を極めて高く維持することができる。
【実施例】
【００４８】
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
表１に示す、本発明の範囲内の粒度分布を有する粗目シリカ砂および上記特許文献３の粒度分布を有する細目シリカ砂に、それぞれ上記特許文献３の粒度分布を有する中目クロマイト砂を、シリカ砂３０質量％、クロマイト砂７０質量％の割合で配合し、有機バインダーを用いて、３０ｍｍφ×３０ｍｍ高さに成形し、乾燥後、耐火坩堝内に低焼結性骨材で埋め込み拘束、１６００℃で２時間焼成し、試験片を得た。試験片を油圧式万能材料試験機にかけて冷間圧縮強度を測定した。その結果、表２に示すように、粗目シリカ砂の使用により、細目シリカ砂に対して、１６００℃における焼結性が低減できることが確認された。
【００４９】
次に、表３に示すような粒度分布を有する、粗目シリカ砂と粗目クロマイト砂とを配合したもの、粗目シリカ砂と細目クロマイト砂とを配合したもの、細目シリカ砂と中目クロマイト砂とを配合したものの３種類について、同様な試験片を作成し、焼成後、冷間圧縮強度と空隙率を測定した。なお、細目シリカ砂と中目クロマイト砂とを配合したものは上記特許文献３の粒度分布を有する従来品である。その結果を表４に示す。粗目クロマイト砂の使用により、１６００℃での焼結性が低減される一方、焼結体空隙率の増加により、地金浸透の増大が懸念された。また、細目クロマイト砂の使用により、１６００℃での焼結性は増加するものの、焼結体空隙率を低減する効果により、地金浸透の防止が期待された。
【００５０】
上記ラボ試験にて得られた知見をもとに、粗目シリカ砂と粗目クロマイト砂および細目クロマイト砂の配合比を検討した。表５に示すように、粗目シリカ砂を３０質量％に固定し、粗目クロマイト砂と細目クロマイト砂の配合比（質量比）を１００：０（試験例１）、６０：４０（試験例２）、３０：７０（試験例３）、０：１００（試験例４）にしたもの、および上記特許文献３の粒度分布を有する従来品について、同様な試験片を作成し、焼成後、冷間圧縮強度と空隙率を測定した。その結果を表６に示す。粗目シリカ砂は配合比３０％一定とし、クロマイト砂を粗目クロマイト３０％、細目クロマイト７０％の配合で調整した試験例３において、従来技術と同等の空隙率で低い焼結性が得られた。なお、試験例１〜４および従来品の粒度分布を図２に示す。
【００５１】
次に、表７に示す粒度分布を有する、試験例３で得られた最適原料を用いた詰砂（実施例１、２）と、上記特許文献３の粒度分布を有する詰砂（比較例１、２）とについて、上記と同様なラボ試験と実操業での評価試験を行った。その結果を表８に示す。なお、表８に示すように実施例１および比較例１は、シリカ砂３０質量％、クロマイト砂７０質量％のものであり、実施例２および比較例２は、シリカ砂５０質量％、クロマイト砂５０質量％のものである。図３に本発明の範囲内である実施例１、２の詰砂全体の粒度分布、シリカ砂の粒度分布、クロマイト砂の粒度分布を示す。
【００５２】
実操業の評価試験は、これら実施例１、２および比較例１、２の配合を有する詰砂を、２５０ｔ取鍋の底に設けられた摺動開閉装置のノズル径７５ｍｍφのノズル孔に充填し、１０００チャージにおける自然開孔率を調査することにより行った。
【００５３】
実施例１、比較例１では長時間の炉外精錬を伴う出鋼温度が１７００℃以上あるいは溶鋼滞留時間３時間以上という過酷な条件の割合が１０％を占めているもので、実施例２、比較例２では全チャージが出鋼温度が１７００℃未満あるいは溶鋼滞留時間が３時間以下のものである。この際の自然開孔率を表８に記載した。
【００５４】
表８に示すように、クロマイト砂割合７０質量％の場合において、実施例１では９９．７％と良好な成績が得られたが、比較例１では９７．１％と良好な成績は得られなかった。これは実施例では比較例に対して同等の地金浸透防止性を持ちつつ、焼結性が低減された結果であると考えられる。クロマイト砂割合５０質量％の場合においても、実施例２では９９．５％と良好な結果が得られたが比較例２では９７．４％と良好な結果は得られなかった。これは地金浸透が起こりやすい低クロマイト割合においても、細目クロマイト砂の配合により、地金浸透性が改善されたこと、さらに粗目クロマイト砂の配合により、焼結性の低減が可能になったことによる。なお、クロマイト砂およびシリカ砂としては、いずれも粒形係数が１．３以下のものを用いた。
【００５５】
この結果から、粗目シリカ砂、粗目クロマイト砂および細目クロマイト砂を適切な割合で配合して本発明の粒度分布を満たすことにより、出鋼温度１７００℃未満あるいは溶鋼滞留時間３時間以下の処理はもちろんのこと、出鋼温度１７００℃以上あるいは溶鋼滞留時間３時間以上の長時間の炉外精錬を伴う過酷な条件の処理においても高い自然開孔率が得られることが確認された。
【００５６】
【表１】
【００５７】
【表２】
【００５８】
【表３】
【００５９】
【表４】
【００６０】
【表５】
【００６１】
【表６】
【００６２】
【表７】
【００６３】
【表８】
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の詰砂が適用される摺動開閉装置の一例としてのスライディングノズルを示す断面図。
【図２】試験例１〜４および従来品の粒度分布を示すグラフ。
【図３】本発明の範囲内である実施例１、２の詰砂全体の粒度分布、シリカ砂の粒度分布、クロマイト砂の粒度分布を示すグラフ。
【符号の説明】
【００６５】
１……詰砂
２……ノズル受レンガ
３……上ノズル
４……固定盤
５……摺動盤
６……下部ノズル
７……ノズル孔
１０……スライディングノズル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカ砂１０〜５０質量％と、クロマイト砂を５０〜９０質量％とを配合してなり、前記シリカ砂は、粒径０．４２５ｍｍ以上１．１８ｍｍ未満のものを９５質量％以上含み、前記クロマイト砂は、粒径０．０７５ｍｍ以上０．８５ｍｍ未満のものを９５質量％以上、０．１０６ｍｍ以上０．２１２ｍｍ未満のものを１０質量％以上、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満のものを３０質量％以上含むことを特徴とする取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【請求項２】
前記クロマイト砂を５０質量％以上７０質量％未満含むことを特徴とする請求項１に記載の取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【請求項３】
前記クロマイト砂は、粒径０．４２５ｍｍ以上のものが３０質量％以下、０．１５ｍｍ未満のものが５質量％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【請求項４】
前記クロマイト砂は、粒径０．０７５ｍｍ未満のものが２質量％以下で、０．１０６ｍｍ以上０．２１２ｍｍ未満のものを１５質量％以上含み、０．８５ｍｍ以上のものが２質量％以下の細目クロマイト砂と、０．３ｍｍ未満のものが１０質量％以下で、０．０７５ｍｍ未満のものが２質量％以下で、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満のものを６０質量％以上含み、０．８５ｍｍ以上のものが２質量％以下の粗目クロマイト砂の配合によって得られることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【請求項５】
前記シリカ砂が、粒径０．４２５ｍｍ以上１．１８ｍｍ未満を９５質量％以上含み、０．６ｍｍ以上１．１８ｍｍ未満を８０質量％以上含む粗目シリカ砂であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【請求項６】
クロマイト砂およびシリカ砂の合計量に対して、外部添加で０．０５〜５質量％のカーボンブラックを配合したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【請求項７】
前記シリカ砂が、１．４以下の粒形係数を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【請求項８】
粒径が０．３〜１．７ｍｍの長石を、外部添加で、全アルカリ量が０．３〜１．５質量％となるように配合してなることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【請求項９】
前記長石がカリ長石であることを特徴とする請求項８に記載の取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【請求項１０】
前記シリカ砂は、ＳｉＯ２含有量が９５質量％以上であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【請求項１】
シリカ砂１０〜５０質量％と、クロマイト砂を５０〜９０質量％とを配合してなり、前記シリカ砂は、粒径０．４２５ｍｍ以上１．１８ｍｍ未満のものを９５質量％以上含み、前記クロマイト砂は、粒径０．０７５ｍｍ以上０．８５ｍｍ未満のものを９５質量％以上、０．１０６ｍｍ以上０．２１２ｍｍ未満のものを１０質量％以上、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満のものを３０質量％以上含むことを特徴とする取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【請求項２】
前記クロマイト砂を５０質量％以上７０質量％未満含むことを特徴とする請求項１に記載の取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【請求項３】
前記クロマイト砂は、粒径０．４２５ｍｍ以上のものが３０質量％以下、０．１５ｍｍ未満のものが５質量％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【請求項４】
前記クロマイト砂は、粒径０．０７５ｍｍ未満のものが２質量％以下で、０．１０６ｍｍ以上０．２１２ｍｍ未満のものを１５質量％以上含み、０．８５ｍｍ以上のものが２質量％以下の細目クロマイト砂と、０．３ｍｍ未満のものが１０質量％以下で、０．０７５ｍｍ未満のものが２質量％以下で、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満のものを６０質量％以上含み、０．８５ｍｍ以上のものが２質量％以下の粗目クロマイト砂の配合によって得られることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【請求項５】
前記シリカ砂が、粒径０．４２５ｍｍ以上１．１８ｍｍ未満を９５質量％以上含み、０．６ｍｍ以上１．１８ｍｍ未満を８０質量％以上含む粗目シリカ砂であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【請求項６】
クロマイト砂およびシリカ砂の合計量に対して、外部添加で０．０５〜５質量％のカーボンブラックを配合したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【請求項７】
前記シリカ砂が、１．４以下の粒形係数を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【請求項８】
粒径が０．３〜１．７ｍｍの長石を、外部添加で、全アルカリ量が０．３〜１．５質量％となるように配合してなることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【請求項９】
前記長石がカリ長石であることを特徴とする請求項８に記載の取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【請求項１０】
前記シリカ砂は、ＳｉＯ２含有量が９５質量％以上であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の取鍋摺動開閉装置の詰砂。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−１９８６７１（Ｐ２００６−１９８６７１Ａ）
【公開日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１５６２４（Ｐ２００５−１５６２４）
【出願日】平成１７年１月２４日（２００５．１．２４）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【出願人】（３９１０６２３３３）山川産業株式会社 (7)
【出願人】（３９００１０３３１）日本ロータリーノズル株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月２４日（２００５．１．２４）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【出願人】（３９１０６２３３３）山川産業株式会社 (7)
【出願人】（３９００１０３３１）日本ロータリーノズル株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
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