取鍋摺動開閉装置用充填材
【課題】製鋼工場において、取鍋で受ける高温の溶融金属によっても容易に溶融せず、焼結及び溶融金属が浸透することなく、容易に落下、開孔しうる取鍋摺動開閉装置用充填材を提供することを課題とする。
【解決手段】アルカリ分が０．５質量％以上の第１のシリカ砂８０〜５０質量％と、アルカリ分が０．５質量％未満の第２のシリカ砂２０〜５０質量％からなることを特徴とする取鍋摺動開閉装置用充填材により上記課題を解決する。
【解決手段】アルカリ分が０．５質量％以上の第１のシリカ砂８０〜５０質量％と、アルカリ分が０．５質量％未満の第２のシリカ砂２０〜５０質量％からなることを特徴とする取鍋摺動開閉装置用充填材により上記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、取鍋摺動開閉装置用充填材に関する。更に詳しくは、本発明は、製鋼工場において、取鍋で受ける高温の溶融金属によっても容易に溶融せず、焼結及び溶融金属が浸透することなく、容易に落下、開孔しうる取鍋摺動開閉装置用充填材に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鋼工場にて使用される取鍋には、溶鋼の排出及び流量を制御するために、底部に摺動開閉装置（スライディングノズルあるい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はノズル内での溶鋼凝固を防止するため、あらかじめ耐火度の高い詰砂（以下充填材と呼ぶ）をノズル内に充填しておくことが一般的で、溶鋼の満たされた取鍋はこの摺動装置を開くことで、まず充填材が落下し、続いて溶鋼が自然に流出する仕組みとなっている（以下自然開孔と呼ぶ）。この際、充填材が焼結、高温溶融物の浸透等によって凝固し、溶鋼の自然流出を妨げる（以下開孔不良と呼ぶ）と、作業者が酸素パイプ等により凝固部を再加熱、溶解して溶鋼を排出する必要があり、労働災害の危険性及び溶鋼の酸化による品質悪化等により多大な損害が発生する。そのため自然開孔率（＝自然開孔回数／全使用回数×１００（％）で示される）を１００％に近づける充填材の開発が不可欠であった。
【０００３】
このような充填材として、天然シリカ砂、オリビンサンド、ジルコンサンド、粒状アルミナ等を用いたものが従来研究されてきた。しかし、いずれも性能とコストのバランスが悪いため、現在では比較的安価で高耐火度を有するクロマイト砂とシリカ砂を組合せたものが主流となっている。
【０００４】
クロマイト砂とシリカ砂を組み合わせた充填材は、比較的容易に高い自然開孔率を得ることができる点で優れている。ところが、クロマイト砂は有害な６価クロムを反応生成する危険性があるため、安全性及び環境問題の観点から、その使用は望ましいものではない。
【０００５】
このような背景から、より安全で低コストな充填材を得るために、クロマイト砂を使用しないか極力減らした充填材の開発が求められている。
【０００６】
従来シリカ砂を用いた充填材として、特開昭６２−２４４５７０号公報（特許文献１）には、ＳｉＯ2の含有量が９６重量％でかつＡｌ2Ｏ3含有量が２．０重量％以下であるシリカ砂の混合物であって、粒度分布０．７１〜１．６８ｍｍの砂が６０〜７５重量％、０．１０〜０．７１ｍｍの砂が２５〜４０重量％、及び０．１ｍｍ未満の砂が５質量％以下である充填材が開示されている。
【０００７】
また、特開平１−１８０７７６号公報（特許文献２）には、粒度分布が２．３８〜０．１２５ｍｍであり、空隙率が２５〜５０％である充填材が開示されている。
しかしながら、これらの充填材においても自然開孔率は９７〜９８％程度であり、満足いくものではなかった。
【０００８】
これに対し、特許第２７３２７９５号公報（特許文献３）には、粒度分布が０．３〜１．７ｍｍで粒形係数が１．４以下のシリカ砂で、Ａｌ2Ｏ3の含有量が２重量％以下、かつＫ2ＯとＮａ2Ｏの含有量の和が１重量％以下である充填材が開示されている。この特許には、特開昭６２−２４４５７０号公報及び特開平１−１８０７７６号公報において開示されている充填材より耐火度を向上させるために、過焼結の原因となる０．３ｍｍ（実施例からすると実質的には０．６ｍｍ）未満の微粒子を除去し、シリカ砂の溶融性を増加させるＡｌ2Ｏ3、Ｋ2Ｏ及びＮａ2Ｏ成分（不純物）を低減することで、より高い耐火度の充填材が得られると記載されている。加えて、この特許には、丸みを帯びたシリカ砂を用いることで、溶融物の浸透を防止できると記載されている。
【０００９】
【特許文献１】特開昭６２−２４４５７０号公報
【特許文献２】特開平１-１８０７７６号公報
【特許文献３】特許第２７３２７９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許の充填材を使用すれば、この特許の出願当時の製鋼条件であれば、９９．２６％以上の自然開孔率が得られていた。しかし、近年のより高温かつ長時間化された製鋼条件下においては、十分でない場合があり、自然開孔率を更に向上しうる充填材の提供が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の発明者等は、アルカリ分が異なるシリカ砂を特定の割合で含む取鍋摺動開閉装置用充填材により、上記近年の製鋼条件下でも十分な自然開孔率が得られることを意外にも見い出し本発明にいたった。
【００１２】
かくして本発明によれば、アルカリ分が０．５質量％以上の第１のシリカ砂８０〜５０質量％と、アルカリ分が０．５質量％未満の第２のシリカ砂２０〜５０質量％からなることを特徴とする取鍋摺動開閉装置用充填材が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、製鋼工場において、取鍋で受ける高温の溶融金属によっても容易に溶融せず、焼結及び溶融金属が浸透することなく、容易に落下、開孔しうる取鍋摺動開閉装置用充填材を提供できる。更に、公知の充填材において、満足しうる開孔率を得ることが困難な重精錬条件（溶鋼保持時間１００分以上かつ受鋼温度１６６０℃以上）においても、満足しうる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】
【００１４】
本発明では、取鍋摺動開閉装置用充填材（以下、単に充填材ともいう）が、アルカリ分が０．５質量％以上含まれる第１のシリカ砂８０〜５０質量％と、アルカリ分が０．５質量％未満の第２のシリカ砂２０〜５０質量％からなることで、充填材の焼結性を低減できることを見出している。本発明では、第１のシリカ砂に規定したような、一般に採取されるシリカ砂と同程度のアルカリ分を含むシリカ砂が高い焼結性を示すのに対して、第２のシリカ砂に規定したような、アルカリ分をほとんど含まないシリカ砂の焼結性が特異的に低いことを利用している。ここで、アルカリ分はＪＩＳ−Ｒ２２１６規定の蛍光Ｘ線分析方法に準じて測定したＫ2Ｏ及びＮａ2Ｏ成分の総和を意味する。
【００１５】
第１のシリカ砂に対し、第２のシリカ砂を少なくとも２０質量％以上配合すると、焼結性を見かけ上低減する効果が得られる。なお、第２のシリカ砂の配合割合を５０質量％まで増やすほどこの効果は高くなる。５０質量％を超えて配合すると、第２のシリカ砂は、アルカリ分が少ない、言い換えるとＳｉＯ2純度が高いため熱膨張率が高く、第２のシリカ砂が熱膨張した結果、充填材が摺動開閉装置（特に、ノズル）内で棚つり現象を起こし、自然開孔率が悪化するため好ましくない。
【００１６】
より好ましい第１のシリカ砂と第２のシリカ砂の配合割合は、８０〜６０質量％と２０〜４０質量％であり、更に好ましい配合割合は、７５〜６５質量％と２５〜３５質量％である。
【００１７】
また、本発明では、第１のシリカ砂のアルカリ分が０．５質量％以上であり、第２のシリカ砂のアルカリ分が０．５質量％未満である。このようにアルカリ分の異なる２種のシリカ砂を使用すれば、アルカリ分の多いシリカ砂で溶融物を保持し、アルカリ分の少ないシリカ砂で溶融物の浸透防止性を向上できる。
【００１８】
第１のシリカ砂のアルカリ分が０．５質量％未満の場合、溶融物の浸透防止性が十分でないため好ましくない。第２のシリカ砂のアルカリ分が０．５質量％以上の場合、焼結性が強くなりすぎるため好ましくない。第１のシリカ砂と第２のシリカ砂のより好ましいアルカリ分は、それぞれ０．５〜３．０質量％と０〜０．１質量％であり、特に好ましいアルカリ分は、それぞれ０．８〜１．４質量％と０〜０．０５質量％である。
【００１９】
更に、本発明において好ましい充填材は、第１のシリカ砂が、０．６〜１．７ｍｍの粒度分布のシリカ砂を９０質量％以上かつ０．８５〜１．７ｍｍの粒度分布のシリカ砂を５０質量％以上含み、前記第２のシリカ砂が、０．２１２〜０．８５ｍｍの粒度分布のシリカ砂を９０質量％以上かつ０．２１２〜０．６ｍｍの粒度分布のシリカ砂を５０質量％以上含む充填材である。ここで、粒度分布はＪＩＳ−Ｚ２６０２規定の粒度試験方法に準じて測定した値を意味する。
【００２０】
上記粒度分布のシリカ砂を混合した充填材は、混合後の粒度分布において、例えば図１中（ａ）に示すように０．８５〜１．７ｍｍ及び０．２１２〜０．６ｍｍの範囲に通常２つのピークが存在しているか、又は図１中（ｂ）に示すように２つの範囲内で変曲点Ａを有していることが好ましい。本発明の充填材では、０．２１２〜０．６ｍｍの範囲のシリカ砂のアルカリ分が０．５質量％未満であることが、特に好適である。
【００２１】
上記背景技術に記載した特許では、０．３ｍｍ未満（実施例から実質的には０．６ｍｍ未満）の粒子の除去により、充填材の耐火度を向上させている。しかし、このような粒子を除去すると、溶融物の浸透防止性が低下し、十分な自然開孔率を得ることが困難であった。これに対し本発明では、除去されていた微細な粒子を除去せずに、アルカリ分が低く、低焼結性の第２のシリカ砂とすることで、充填材の耐火性の向上（焼結性の低減）と溶融物の浸透防止性を両立でき、その結果自然開孔率を向上できることを見出している。
【００２２】
粒度分布０．６〜１．７ｍｍの砂を９０質量％以上、０．８５〜１．７ｍｍの砂を５０質量％以上含む第１のシリカ砂を使用すると、これはアルカリ分を少なくとも０．５質量％以上含む焼結性の高いシリカ砂であっても、焼結性を比較的低く保持できる。実際に、第１のシリカ砂は、取鍋に受鋼する溶鋼温度（以下受鋼温度と呼ぶ）が１，６６０℃未満、及び取鍋内での溶鋼保持時間（受鋼から連続鋳造機上で取鍋摺動装置を開にするまでに要する時間）が１００分未満であれば、１００％に近い自然開孔率を得ることができることを発明者等は見い出している。また、第１のシリカ砂のアルカリ分は、熱膨張率を低く保つために０．５〜３．０質量％程度であることが望ましい。
【００２３】
このようなアルカリ分の第１のシリカ砂は、粒度分布０．６ｍｍ〜１．７ｍｍが８０質量％以上含まれる長石をシリカ砂に配合することにより得ることも可能である。なお、長石に含まれるアルカリ分は、通常７〜１４質量％である。更に、長石の第１のシリカ砂に対する配合割合は、３０質量％以下であることが好ましい。長石の粒子は一般的に形状が角張っているため、３０質量％以上の混合は充填性を悪化させる場合があるので好ましくない。より好ましい長石の配合割合は、２０質量％以下である。
【００２４】
添加する長石は、カリ長石であることが好ましい。このカリ長石には、セイチョウ石、ビシャカリチョウ石、ハリチョウ石、コオリチョウ石等があるが、これらに限定されるものではなく、また、これらを単独もしくは２種類以上組み合わせて使用することも可能である。
【００２５】
第２のシリカ砂は、粒度分布の０．２１２〜０．８５ｍｍの砂を９０質量％以上、０．２１２〜０．６ｍｍの砂を５０質量％以上含むことが好ましいが、これはスラグ、地金等の高温溶融物の浸透を防ぐのに、０．２１２〜０．８５ｍｍ、より詳しくは０．２１２〜０．６ｍｍの微粒子を配合することが有効なためである。特に受鋼温度が１，６６０℃以上、及び取鍋内での溶鋼保持時間が１００分以上の製鋼の場合、高温溶融物の浸透による開孔不良の発生がより顕著になる。そのため、第２のシリカ砂を配合すれば、開孔不良の発生を抑制できる。更に、第２のシリカ砂のアルカリ分が０．５質量％未満であることで、焼結しやすい微粒子であっても、焼結性を極めて低く保つことができるからである。
【００２６】
上記特定の粒度分布及びアルカリ分の第２のシリカ砂が、第１と第２のシリカ砂の合計に対して、少なくとも２０質量％以上含まれていることで、充填材の焼結性を低く保ったまま高温溶融物の浸透性を低減することができる。その結果として自然開孔率を１００％に近づけることが可能となる。
【００２７】
第１及び第２のシリカ砂は、１．４未満の粒形係数を有することが好ましい。この粒形係数を有することにより、充填性が向上し、高温溶融物の浸透をより効果的に低減することが可能となる。より好ましい粒形係数は１．３未満である。ここで、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を意味する。具体的には、粒形係数とは、１ｇあたりの実際の砂粒（シリカ砂）の表面積を、砂粒を真球と仮定して求めた理論的表面積で割った値を指す。従って、粒形係数が１に近いほど砂粒が真球に近い形状であることを表している。
【００２８】
一般的に、シリカ砂は産出地によって、アルカリ分が０〜７質量％に分布している。特に日本産のシリカ砂のアルカリ分は、０．１〜７質量％に分布し、海外産出のシリカ砂のアルカリ分は、０〜７質量％に分布している。そのため、所望の性質の充填材を得るべく砂を各産地から選択すればよい。
【００２９】
なお、上記のシリカ砂及び長石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。更に、磨鉱処理を施した砂と施さない砂とを２以上混合して使用してもよい。
磨鉱処理には、公知の乾式法、湿式法による処理が挙げられる。また、乾式法と湿式法とを組み合わせてもよい。
【００３０】
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り磨鉱処理するサンドリクレマ等のニューマッチスクラバー装置、高速回転するロータ上に原料砂を投入し、その遠心力で生ずる投射砂と落下する投入砂との間で起こる衝突と摩擦によって磨鉱処理する高速回転するスクラバー装置、砂粒同士の摩擦を利用して磨鉱処理するアジテーターミル等の高速攪拌機等を用いた方法が挙げられる。
【００３１】
一方、湿式法には、羽を回転させたトラフ内の砂粒相互の摩擦によって磨鉱処理するトラフ式等の磨鉱機による方法が挙げられる。
【００３２】
これらの磨鉱処理のうち、湿式法を使用することが望ましい。これは、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、水洗装置を併設すれば湿式法と同程度の砂を得ることができる。
【００３３】
また、第１のシリカ砂、第２のシリカ砂、又は第１のシリカ砂及び第２のシリカ砂が、外部添加で０．０５〜１．０質量％のカーボン（例えば、鱗状黒鉛、土状黒鉛、カーボンブラック等）で表面全体又は表面の一部をコートされていることが好ましい。コートされたシリカ砂を使用することで、高温溶融物の浸透及び焼結を効果的に低減することが可能である。カーボンの添加量が、１．０質量％を超えると、カーボンの作用により焼結層が形成されにくくなり、不開孔の発生原因となるうえ、極低炭素鋼を製造する場合には、加炭が促進されることとなって、溶鋼の組成分上に問題が生じる場合があるので好ましくない。
【００３４】
シリカ砂の表面をカーボンでコートする方法としては、特に限定されないが、例えば、リボン型ブレンダーにより、シリカ砂を、別々又は同一の装置で別々又は同時に攪拌して帯電させた後、カーボンを添加し、更に攪拌して静電コートする方法がある。この場合、攪拌によって充填材に生じる静電気の電位は、−０．１ｋｖ以上の電位に相当する静電気量を有するが、好ましくは、−０．１〜−０．０５ｋｖの範囲にあることが望まれる。−０．１ｋｖ以上の電位を有することにより、遊離カーボンの実質的に存在しない充填材を得ることができる。また、この攪拌によって、カーボンはシリカ砂の全表面又は一部に静電コートできる。
【００３５】
本発明では、カーボンの内、カーボンブラックが好ましい。使用できるカーボンブラックは特に限定されず、公知のものでよいが、衛生上の観点や充填材の性能及びコストの観点から、粒状のカーボンブラックを使用することが好ましい。粒状品は、例えば、乾式法や湿式法で造粒することにより得られたものを使用することがより好ましい。この粒状品の粒度分布は、２０００μｍ以下であることが好ましく、２５０〜２０００μｍであることがより好ましい。
【００３６】
更に、本発明に効果を阻害しない範囲において、クロマイト砂、ジルコン砂、アルミナ砂、カーボン等を含んでいてもよい。充填材に占める第１及び第２のシリカ砂の割合は、５０質量％以上であることが好ましく、７０質量％以上であることがより好ましい。更には、充填材の粒度分布及びアルカリ分を微調整するために、所定の粒度分布及びアルカリ分のシリカ砂を更に加えてもよい。
【００３７】
本発明の充填材は、公知の充填材と同様にして取鍋摺動開閉装置中のノズルに充填できる。また、ノズルを充填しかつノズル上及びその周辺領域に盛り上がるように充填材を使用してもよい。更に、ノズルへの充填材を公知のシリカ砂とクロマイト砂の混合砂とし、ノズル上及びその周辺領域に盛り上がるように使用される充填材を本発明の充填材とすることで、より開孔率を向上できる。０．８５ｍｍ以下の粒度分布の混合砂であることが好ましい。より好ましくは、０．８５〜０．１５ｍｍの粒度分布の砂を９０質量％以上含み、０．５質量％以下のアルカリ分の混合砂である。
【００３８】
更に、混合砂と本発明の充填材との使用割合は、０．５〜１：１（質量比）であることが好ましい。
混合砂を構成するシリカ砂とクロマイト砂は、１．４未満の粒形係数を有することが好ましい。この粒形係数を有することにより、充填性が向上し、高温溶融物の浸透をより効果的に低減することが可能となる。より好ましい粒形係数は１．３未満である。
【実施例】
【００３９】
以下に実験例及び実施例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
実験例１
シリカ砂のアルカリ分を０．５質量％未満に限定すると、焼結性が特異的に低下する現象を確認する試験を行った。
【００４０】
具体的には、粒度分布０．２１２〜０．８５ｍｍの砂を９０質量％以上、０．２１２〜０．６ｍｍの砂を５０質量％以上含み、アルカリ分を０〜２．５質量％の間で調整したシリカ砂（第２のシリカ砂に対応）を用意し、有機バインダーを用いて３０ｍｍφ×３０ｍｍ高さに成型、乾燥した後、耐火坩堝内に低焼結性骨材にて埋め込み拘束した。この耐火坩堝ごと電気炉にて１，６００℃雰囲気中で２時間加熱して焼結させて得た試験片を、室温で油圧式万能試験機（前川試験機製作所製、商品名ＭＲ−３０−ＡＣＴ）にかけて残留圧縮強度を求めた。
結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】
【００４２】
表１から、アルカリ分が０質量％では全く焼結が認められず、０．５質量％であってもきわめてわずかな焼結しか認められなかった。しかし、アルカリ分が１．０質量％になるとかなりの焼結が認められ、更に２．５質量％では強固な焼結体となった。よって、シリカ砂のアルカリ分を０．５質量％以下に限定することで、焼結性を特異的に低下できることが確認された。
【００４３】
実験例２
表２に示した第１のシリカ砂と第２のシリカ砂の割合を変化させて配合した充填材に対して、充填材に含まれる第２のシリカ砂の質量割合と液体（水）浸透性との関係、及び第２のシリカ砂の配合割合と充填材の１，６００℃焼成による焼結体残留圧縮強度の関係を調査した結果を表３に示した。なお液体浸透量は、液状となった高温融物の充填材への浸透性の代替値として、焼結体残留圧縮強度は充填材の焼結性の代替値として評価に用いた。また、実験例には第２のシリカ砂にアルカリ分を実質的に含まない第２のシリカ砂（Ａ）を用い、比較実験例には第２のシリカ砂としてアルカリ分を２．５質量％含む第２のシリカ砂（Ｂ）を用いた。
【００４４】
これ以降、実験例と比較実験例には全て同様の第２のシリカ砂の使い分けを行った。
液体浸透量は、５０ｍｍφ×５１ｍｍ高さの円筒容器に充填した充填材の内部を通過する５０ｍｍφの水柱の量を表す。具体的には、土壌透水性測定器（大起理化工業社製、商品名ＤＩＫ−４０００）により、定水位法で測定したシリカ砂の透水係数から算出した。
【００４５】
【表２】
【００４６】
【表３】
【００４７】
その結果、実験例、比較実験例に関わらず、充填材に含まれる第２のシリカ砂の割合が２０質量％になると、充填材への液体浸透量は大きく減少することが確認された。従って、第２のシリカ砂の割合を２０質量％以上にすることで、スラグ、溶鋼等の高温溶融物の浸透性も低減されることが類推された。このときの充填材に含まれる０．２１２〜０．６ｍｍの粒子量は何れもほぼ１４質量％であった。また、粒形係数が小さい実験例の第２のシリカ砂の方が、この効果がより高いことも確認された。
【００４８】
一方、各充填材の焼結体残留圧縮強度には、実験例と比較実験例で顕著な差が認められた。実験例の場合は第２のシリカ砂の配合割合増加によって、焼結体残留圧縮強度が低下するのに対し、比較実験例の場合では第２のシリカ砂の配合割合増加によって焼結体残留圧縮強度が大きく増加することが確認された。従って、実質的にアルカリ分を含まない第２のシリカ砂を配合することにより、充填材の焼結性が低く保たれることが明らかとなった。
【００４９】
以上の結果から、表２に示したような０．６ｍｍ未満の粒子を実質的に含まない第１のシリカ砂に対して、実施例に示したようなアルカリ分を実質的に含まない第２のシリカ砂を少なくとも２０質量％以上配合することにより、スラグ、溶鋼等の高温溶融物の浸透性を低減しつつ、焼結性をも低減した充填材が得られることが見出された。
【００５０】
実施例１〜３及び比較例１〜３
表２に示したシリカ砂原料を用いて、表４に示した各種充填材を製造し、これらの充填材を製鋼工場にて、２５０ｔの取鍋の底部に備えられた図２のような摺動開閉装置に充填し、約２００回使用して得られた自然開孔率を表６に示す。図２中、１は充填材、２は受レンガ、３は上ノズル、４は固定盤、５は摺動盤、６は下ノズルを意味する。実施例１〜３及び比較例２では、第２のシリカ砂に表１の第２のシリカ砂（Ａ)を使用し、比較例３では、第２のシリカ砂（Ｂ）を使用した。
【００５１】
なお使用条件を、溶鋼保持時間と受鋼温度によって分類し、熱条件の比較的易しい軽精錬条件（溶鋼保持時間１００分未満かつ受鋼温度１６６０℃未満）と、熱条件のより厳しい重精錬条件（溶鋼保持時間１００分以上かつ受鋼温度１６６０℃以上）に対して個別に自然開孔率を求め、比較した。なお、具体的な溶鋼保持時間と受鋼温度は、軽精錬条件では４５〜９９分、１５５０〜１６５９℃とし、重精錬条件では１００〜３００分、１６６０〜１７２０℃とした。
【００５２】
更に、実施例３として、図３に示した通りノズル内の下層部にシリカ砂３０質量％とクロマイト砂７０質量％を混合した充填材（粒形係数１．２７）を充填し、上層部に実施例２のシリカ砂を３０ｋｇ盛り上げて自然開孔率を測定し、表６に示した。下層部に使用した充填材の粒度分布及びアルカリ分を表５に示す。図３中、１ａは充填材上層部、１ｂは充填材下層部を意味する（２〜６は図２と同じ）。
【００５３】
また、実施例３で使用した表５に示す粒度分布及びアルカリ分のシリカ砂３０質量％とクロマイト砂７０質量％を混合した充填材のみを使用した場合を比較例４として、自然開孔率を測定し、表６に示した。
【００５４】
【表４】
【００５５】
【表５】
【００５６】
【表６】
【００５７】
※比較例２は開孔性が非常に悪かったため、２回使用にてテストを中止した。
比較例１は従来技術により開発されたシリカ砂と同等の特性を持ち、軽精錬条件では高い開孔率が得られたが、より熱条件の厳しい重精錬条件では自然開孔率が大きく悪化した。
【００５８】
実施例１及び２では、軽精錬条件では比較例１に対する自然開孔率の差はなかったが、重精錬条件では比較例１に対して自然開孔率が大きく改善されており、軽精錬条件と比較しても自然開孔率の悪化はわずかであった。
【００５９】
一方、比較例２では使用初回から重篤な開孔不良が発生し、２回使用にてテストを打ち切ることとなった。これは第２のシリカ砂のアルカリ量が極端に少なく、配合割合を過剰に増やしたために熱膨張率が増加し、上ノズル内で強固な棚吊り閉塞が発生したものと考えられる。
【００６０】
また比較例３では、軽精錬条件での自然開孔率もやや悪く、重精錬条件では更に悪化した。これは第２のシリカ砂の焼結によるものと考えられる。
【００６１】
比較例４では、軽精錬条件では高い開孔率が得られたが、より熱条件の厳しい重精錬条件では自然開孔率が大きく悪化した。また、この比較例では、使用量を減らすことが望まれているクロマイト砂を使用しているという課題を有する。
【００６２】
更には、図２に示した通りノズル内の下層部にシリカ砂３０質量％とクロマイト砂７０質量％を混合した充填材を充填し、上層部に実施例２のシリカ砂を３０ｋｇ盛り上げて使用した実施例３の形態では、軽精錬条件及び重精錬条件の何れにおいても非常に高い自然開孔率が得られた。
【００６３】
以上の結果から、アルカリ分を０．５質量％以上含む第１のシリカ砂８０〜５０質量％と、アルカリ分が０．５質量％未満の第２のシリカ砂２０〜５０質量％とからなる充填材は、より厳しい精錬条件にも適合する取鍋摺動開閉装置用充填材であることが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の充填材の粒度分布の一例を示すグラフである。
【図２】実施例で使用した摺動開閉装置の概略図である。
【図３】実施例で使用した摺動開閉装置の概略図である。
【符号の説明】
【００６５】
Ａ 変曲点、１ 充填材、２ 受レンガ、３ 上ノズル、４ 固定盤、５ 摺動盤、６ 下ノズル、１ａ 充填材上層部、１ｂ 充填材下層部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、取鍋摺動開閉装置用充填材に関する。更に詳しくは、本発明は、製鋼工場において、取鍋で受ける高温の溶融金属によっても容易に溶融せず、焼結及び溶融金属が浸透することなく、容易に落下、開孔しうる取鍋摺動開閉装置用充填材に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鋼工場にて使用される取鍋には、溶鋼の排出及び流量を制御するために、底部に摺動開閉装置（スライディングノズルあるい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はノズル内での溶鋼凝固を防止するため、あらかじめ耐火度の高い詰砂（以下充填材と呼ぶ）をノズル内に充填しておくことが一般的で、溶鋼の満たされた取鍋はこの摺動装置を開くことで、まず充填材が落下し、続いて溶鋼が自然に流出する仕組みとなっている（以下自然開孔と呼ぶ）。この際、充填材が焼結、高温溶融物の浸透等によって凝固し、溶鋼の自然流出を妨げる（以下開孔不良と呼ぶ）と、作業者が酸素パイプ等により凝固部を再加熱、溶解して溶鋼を排出する必要があり、労働災害の危険性及び溶鋼の酸化による品質悪化等により多大な損害が発生する。そのため自然開孔率（＝自然開孔回数／全使用回数×１００（％）で示される）を１００％に近づける充填材の開発が不可欠であった。
【０００３】
このような充填材として、天然シリカ砂、オリビンサンド、ジルコンサンド、粒状アルミナ等を用いたものが従来研究されてきた。しかし、いずれも性能とコストのバランスが悪いため、現在では比較的安価で高耐火度を有するクロマイト砂とシリカ砂を組合せたものが主流となっている。
【０００４】
クロマイト砂とシリカ砂を組み合わせた充填材は、比較的容易に高い自然開孔率を得ることができる点で優れている。ところが、クロマイト砂は有害な６価クロムを反応生成する危険性があるため、安全性及び環境問題の観点から、その使用は望ましいものではない。
【０００５】
このような背景から、より安全で低コストな充填材を得るために、クロマイト砂を使用しないか極力減らした充填材の開発が求められている。
【０００６】
従来シリカ砂を用いた充填材として、特開昭６２−２４４５７０号公報（特許文献１）には、ＳｉＯ2の含有量が９６重量％でかつＡｌ2Ｏ3含有量が２．０重量％以下であるシリカ砂の混合物であって、粒度分布０．７１〜１．６８ｍｍの砂が６０〜７５重量％、０．１０〜０．７１ｍｍの砂が２５〜４０重量％、及び０．１ｍｍ未満の砂が５質量％以下である充填材が開示されている。
【０００７】
また、特開平１−１８０７７６号公報（特許文献２）には、粒度分布が２．３８〜０．１２５ｍｍであり、空隙率が２５〜５０％である充填材が開示されている。
しかしながら、これらの充填材においても自然開孔率は９７〜９８％程度であり、満足いくものではなかった。
【０００８】
これに対し、特許第２７３２７９５号公報（特許文献３）には、粒度分布が０．３〜１．７ｍｍで粒形係数が１．４以下のシリカ砂で、Ａｌ2Ｏ3の含有量が２重量％以下、かつＫ2ＯとＮａ2Ｏの含有量の和が１重量％以下である充填材が開示されている。この特許には、特開昭６２−２４４５７０号公報及び特開平１−１８０７７６号公報において開示されている充填材より耐火度を向上させるために、過焼結の原因となる０．３ｍｍ（実施例からすると実質的には０．６ｍｍ）未満の微粒子を除去し、シリカ砂の溶融性を増加させるＡｌ2Ｏ3、Ｋ2Ｏ及びＮａ2Ｏ成分（不純物）を低減することで、より高い耐火度の充填材が得られると記載されている。加えて、この特許には、丸みを帯びたシリカ砂を用いることで、溶融物の浸透を防止できると記載されている。
【０００９】
【特許文献１】特開昭６２−２４４５７０号公報
【特許文献２】特開平１-１８０７７６号公報
【特許文献３】特許第２７３２７９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許の充填材を使用すれば、この特許の出願当時の製鋼条件であれば、９９．２６％以上の自然開孔率が得られていた。しかし、近年のより高温かつ長時間化された製鋼条件下においては、十分でない場合があり、自然開孔率を更に向上しうる充填材の提供が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の発明者等は、アルカリ分が異なるシリカ砂を特定の割合で含む取鍋摺動開閉装置用充填材により、上記近年の製鋼条件下でも十分な自然開孔率が得られることを意外にも見い出し本発明にいたった。
【００１２】
かくして本発明によれば、アルカリ分が０．５質量％以上の第１のシリカ砂８０〜５０質量％と、アルカリ分が０．５質量％未満の第２のシリカ砂２０〜５０質量％からなることを特徴とする取鍋摺動開閉装置用充填材が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、製鋼工場において、取鍋で受ける高温の溶融金属によっても容易に溶融せず、焼結及び溶融金属が浸透することなく、容易に落下、開孔しうる取鍋摺動開閉装置用充填材を提供できる。更に、公知の充填材において、満足しうる開孔率を得ることが困難な重精錬条件（溶鋼保持時間１００分以上かつ受鋼温度１６６０℃以上）においても、満足しうる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】
【００１４】
本発明では、取鍋摺動開閉装置用充填材（以下、単に充填材ともいう）が、アルカリ分が０．５質量％以上含まれる第１のシリカ砂８０〜５０質量％と、アルカリ分が０．５質量％未満の第２のシリカ砂２０〜５０質量％からなることで、充填材の焼結性を低減できることを見出している。本発明では、第１のシリカ砂に規定したような、一般に採取されるシリカ砂と同程度のアルカリ分を含むシリカ砂が高い焼結性を示すのに対して、第２のシリカ砂に規定したような、アルカリ分をほとんど含まないシリカ砂の焼結性が特異的に低いことを利用している。ここで、アルカリ分はＪＩＳ−Ｒ２２１６規定の蛍光Ｘ線分析方法に準じて測定したＫ2Ｏ及びＮａ2Ｏ成分の総和を意味する。
【００１５】
第１のシリカ砂に対し、第２のシリカ砂を少なくとも２０質量％以上配合すると、焼結性を見かけ上低減する効果が得られる。なお、第２のシリカ砂の配合割合を５０質量％まで増やすほどこの効果は高くなる。５０質量％を超えて配合すると、第２のシリカ砂は、アルカリ分が少ない、言い換えるとＳｉＯ2純度が高いため熱膨張率が高く、第２のシリカ砂が熱膨張した結果、充填材が摺動開閉装置（特に、ノズル）内で棚つり現象を起こし、自然開孔率が悪化するため好ましくない。
【００１６】
より好ましい第１のシリカ砂と第２のシリカ砂の配合割合は、８０〜６０質量％と２０〜４０質量％であり、更に好ましい配合割合は、７５〜６５質量％と２５〜３５質量％である。
【００１７】
また、本発明では、第１のシリカ砂のアルカリ分が０．５質量％以上であり、第２のシリカ砂のアルカリ分が０．５質量％未満である。このようにアルカリ分の異なる２種のシリカ砂を使用すれば、アルカリ分の多いシリカ砂で溶融物を保持し、アルカリ分の少ないシリカ砂で溶融物の浸透防止性を向上できる。
【００１８】
第１のシリカ砂のアルカリ分が０．５質量％未満の場合、溶融物の浸透防止性が十分でないため好ましくない。第２のシリカ砂のアルカリ分が０．５質量％以上の場合、焼結性が強くなりすぎるため好ましくない。第１のシリカ砂と第２のシリカ砂のより好ましいアルカリ分は、それぞれ０．５〜３．０質量％と０〜０．１質量％であり、特に好ましいアルカリ分は、それぞれ０．８〜１．４質量％と０〜０．０５質量％である。
【００１９】
更に、本発明において好ましい充填材は、第１のシリカ砂が、０．６〜１．７ｍｍの粒度分布のシリカ砂を９０質量％以上かつ０．８５〜１．７ｍｍの粒度分布のシリカ砂を５０質量％以上含み、前記第２のシリカ砂が、０．２１２〜０．８５ｍｍの粒度分布のシリカ砂を９０質量％以上かつ０．２１２〜０．６ｍｍの粒度分布のシリカ砂を５０質量％以上含む充填材である。ここで、粒度分布はＪＩＳ−Ｚ２６０２規定の粒度試験方法に準じて測定した値を意味する。
【００２０】
上記粒度分布のシリカ砂を混合した充填材は、混合後の粒度分布において、例えば図１中（ａ）に示すように０．８５〜１．７ｍｍ及び０．２１２〜０．６ｍｍの範囲に通常２つのピークが存在しているか、又は図１中（ｂ）に示すように２つの範囲内で変曲点Ａを有していることが好ましい。本発明の充填材では、０．２１２〜０．６ｍｍの範囲のシリカ砂のアルカリ分が０．５質量％未満であることが、特に好適である。
【００２１】
上記背景技術に記載した特許では、０．３ｍｍ未満（実施例から実質的には０．６ｍｍ未満）の粒子の除去により、充填材の耐火度を向上させている。しかし、このような粒子を除去すると、溶融物の浸透防止性が低下し、十分な自然開孔率を得ることが困難であった。これに対し本発明では、除去されていた微細な粒子を除去せずに、アルカリ分が低く、低焼結性の第２のシリカ砂とすることで、充填材の耐火性の向上（焼結性の低減）と溶融物の浸透防止性を両立でき、その結果自然開孔率を向上できることを見出している。
【００２２】
粒度分布０．６〜１．７ｍｍの砂を９０質量％以上、０．８５〜１．７ｍｍの砂を５０質量％以上含む第１のシリカ砂を使用すると、これはアルカリ分を少なくとも０．５質量％以上含む焼結性の高いシリカ砂であっても、焼結性を比較的低く保持できる。実際に、第１のシリカ砂は、取鍋に受鋼する溶鋼温度（以下受鋼温度と呼ぶ）が１，６６０℃未満、及び取鍋内での溶鋼保持時間（受鋼から連続鋳造機上で取鍋摺動装置を開にするまでに要する時間）が１００分未満であれば、１００％に近い自然開孔率を得ることができることを発明者等は見い出している。また、第１のシリカ砂のアルカリ分は、熱膨張率を低く保つために０．５〜３．０質量％程度であることが望ましい。
【００２３】
このようなアルカリ分の第１のシリカ砂は、粒度分布０．６ｍｍ〜１．７ｍｍが８０質量％以上含まれる長石をシリカ砂に配合することにより得ることも可能である。なお、長石に含まれるアルカリ分は、通常７〜１４質量％である。更に、長石の第１のシリカ砂に対する配合割合は、３０質量％以下であることが好ましい。長石の粒子は一般的に形状が角張っているため、３０質量％以上の混合は充填性を悪化させる場合があるので好ましくない。より好ましい長石の配合割合は、２０質量％以下である。
【００２４】
添加する長石は、カリ長石であることが好ましい。このカリ長石には、セイチョウ石、ビシャカリチョウ石、ハリチョウ石、コオリチョウ石等があるが、これらに限定されるものではなく、また、これらを単独もしくは２種類以上組み合わせて使用することも可能である。
【００２５】
第２のシリカ砂は、粒度分布の０．２１２〜０．８５ｍｍの砂を９０質量％以上、０．２１２〜０．６ｍｍの砂を５０質量％以上含むことが好ましいが、これはスラグ、地金等の高温溶融物の浸透を防ぐのに、０．２１２〜０．８５ｍｍ、より詳しくは０．２１２〜０．６ｍｍの微粒子を配合することが有効なためである。特に受鋼温度が１，６６０℃以上、及び取鍋内での溶鋼保持時間が１００分以上の製鋼の場合、高温溶融物の浸透による開孔不良の発生がより顕著になる。そのため、第２のシリカ砂を配合すれば、開孔不良の発生を抑制できる。更に、第２のシリカ砂のアルカリ分が０．５質量％未満であることで、焼結しやすい微粒子であっても、焼結性を極めて低く保つことができるからである。
【００２６】
上記特定の粒度分布及びアルカリ分の第２のシリカ砂が、第１と第２のシリカ砂の合計に対して、少なくとも２０質量％以上含まれていることで、充填材の焼結性を低く保ったまま高温溶融物の浸透性を低減することができる。その結果として自然開孔率を１００％に近づけることが可能となる。
【００２７】
第１及び第２のシリカ砂は、１．４未満の粒形係数を有することが好ましい。この粒形係数を有することにより、充填性が向上し、高温溶融物の浸透をより効果的に低減することが可能となる。より好ましい粒形係数は１．３未満である。ここで、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を意味する。具体的には、粒形係数とは、１ｇあたりの実際の砂粒（シリカ砂）の表面積を、砂粒を真球と仮定して求めた理論的表面積で割った値を指す。従って、粒形係数が１に近いほど砂粒が真球に近い形状であることを表している。
【００２８】
一般的に、シリカ砂は産出地によって、アルカリ分が０〜７質量％に分布している。特に日本産のシリカ砂のアルカリ分は、０．１〜７質量％に分布し、海外産出のシリカ砂のアルカリ分は、０〜７質量％に分布している。そのため、所望の性質の充填材を得るべく砂を各産地から選択すればよい。
【００２９】
なお、上記のシリカ砂及び長石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。更に、磨鉱処理を施した砂と施さない砂とを２以上混合して使用してもよい。
磨鉱処理には、公知の乾式法、湿式法による処理が挙げられる。また、乾式法と湿式法とを組み合わせてもよい。
【００３０】
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り磨鉱処理するサンドリクレマ等のニューマッチスクラバー装置、高速回転するロータ上に原料砂を投入し、その遠心力で生ずる投射砂と落下する投入砂との間で起こる衝突と摩擦によって磨鉱処理する高速回転するスクラバー装置、砂粒同士の摩擦を利用して磨鉱処理するアジテーターミル等の高速攪拌機等を用いた方法が挙げられる。
【００３１】
一方、湿式法には、羽を回転させたトラフ内の砂粒相互の摩擦によって磨鉱処理するトラフ式等の磨鉱機による方法が挙げられる。
【００３２】
これらの磨鉱処理のうち、湿式法を使用することが望ましい。これは、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、水洗装置を併設すれば湿式法と同程度の砂を得ることができる。
【００３３】
また、第１のシリカ砂、第２のシリカ砂、又は第１のシリカ砂及び第２のシリカ砂が、外部添加で０．０５〜１．０質量％のカーボン（例えば、鱗状黒鉛、土状黒鉛、カーボンブラック等）で表面全体又は表面の一部をコートされていることが好ましい。コートされたシリカ砂を使用することで、高温溶融物の浸透及び焼結を効果的に低減することが可能である。カーボンの添加量が、１．０質量％を超えると、カーボンの作用により焼結層が形成されにくくなり、不開孔の発生原因となるうえ、極低炭素鋼を製造する場合には、加炭が促進されることとなって、溶鋼の組成分上に問題が生じる場合があるので好ましくない。
【００３４】
シリカ砂の表面をカーボンでコートする方法としては、特に限定されないが、例えば、リボン型ブレンダーにより、シリカ砂を、別々又は同一の装置で別々又は同時に攪拌して帯電させた後、カーボンを添加し、更に攪拌して静電コートする方法がある。この場合、攪拌によって充填材に生じる静電気の電位は、−０．１ｋｖ以上の電位に相当する静電気量を有するが、好ましくは、−０．１〜−０．０５ｋｖの範囲にあることが望まれる。−０．１ｋｖ以上の電位を有することにより、遊離カーボンの実質的に存在しない充填材を得ることができる。また、この攪拌によって、カーボンはシリカ砂の全表面又は一部に静電コートできる。
【００３５】
本発明では、カーボンの内、カーボンブラックが好ましい。使用できるカーボンブラックは特に限定されず、公知のものでよいが、衛生上の観点や充填材の性能及びコストの観点から、粒状のカーボンブラックを使用することが好ましい。粒状品は、例えば、乾式法や湿式法で造粒することにより得られたものを使用することがより好ましい。この粒状品の粒度分布は、２０００μｍ以下であることが好ましく、２５０〜２０００μｍであることがより好ましい。
【００３６】
更に、本発明に効果を阻害しない範囲において、クロマイト砂、ジルコン砂、アルミナ砂、カーボン等を含んでいてもよい。充填材に占める第１及び第２のシリカ砂の割合は、５０質量％以上であることが好ましく、７０質量％以上であることがより好ましい。更には、充填材の粒度分布及びアルカリ分を微調整するために、所定の粒度分布及びアルカリ分のシリカ砂を更に加えてもよい。
【００３７】
本発明の充填材は、公知の充填材と同様にして取鍋摺動開閉装置中のノズルに充填できる。また、ノズルを充填しかつノズル上及びその周辺領域に盛り上がるように充填材を使用してもよい。更に、ノズルへの充填材を公知のシリカ砂とクロマイト砂の混合砂とし、ノズル上及びその周辺領域に盛り上がるように使用される充填材を本発明の充填材とすることで、より開孔率を向上できる。０．８５ｍｍ以下の粒度分布の混合砂であることが好ましい。より好ましくは、０．８５〜０．１５ｍｍの粒度分布の砂を９０質量％以上含み、０．５質量％以下のアルカリ分の混合砂である。
【００３８】
更に、混合砂と本発明の充填材との使用割合は、０．５〜１：１（質量比）であることが好ましい。
混合砂を構成するシリカ砂とクロマイト砂は、１．４未満の粒形係数を有することが好ましい。この粒形係数を有することにより、充填性が向上し、高温溶融物の浸透をより効果的に低減することが可能となる。より好ましい粒形係数は１．３未満である。
【実施例】
【００３９】
以下に実験例及び実施例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
実験例１
シリカ砂のアルカリ分を０．５質量％未満に限定すると、焼結性が特異的に低下する現象を確認する試験を行った。
【００４０】
具体的には、粒度分布０．２１２〜０．８５ｍｍの砂を９０質量％以上、０．２１２〜０．６ｍｍの砂を５０質量％以上含み、アルカリ分を０〜２．５質量％の間で調整したシリカ砂（第２のシリカ砂に対応）を用意し、有機バインダーを用いて３０ｍｍφ×３０ｍｍ高さに成型、乾燥した後、耐火坩堝内に低焼結性骨材にて埋め込み拘束した。この耐火坩堝ごと電気炉にて１，６００℃雰囲気中で２時間加熱して焼結させて得た試験片を、室温で油圧式万能試験機（前川試験機製作所製、商品名ＭＲ−３０−ＡＣＴ）にかけて残留圧縮強度を求めた。
結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】
【００４２】
表１から、アルカリ分が０質量％では全く焼結が認められず、０．５質量％であってもきわめてわずかな焼結しか認められなかった。しかし、アルカリ分が１．０質量％になるとかなりの焼結が認められ、更に２．５質量％では強固な焼結体となった。よって、シリカ砂のアルカリ分を０．５質量％以下に限定することで、焼結性を特異的に低下できることが確認された。
【００４３】
実験例２
表２に示した第１のシリカ砂と第２のシリカ砂の割合を変化させて配合した充填材に対して、充填材に含まれる第２のシリカ砂の質量割合と液体（水）浸透性との関係、及び第２のシリカ砂の配合割合と充填材の１，６００℃焼成による焼結体残留圧縮強度の関係を調査した結果を表３に示した。なお液体浸透量は、液状となった高温融物の充填材への浸透性の代替値として、焼結体残留圧縮強度は充填材の焼結性の代替値として評価に用いた。また、実験例には第２のシリカ砂にアルカリ分を実質的に含まない第２のシリカ砂（Ａ）を用い、比較実験例には第２のシリカ砂としてアルカリ分を２．５質量％含む第２のシリカ砂（Ｂ）を用いた。
【００４４】
これ以降、実験例と比較実験例には全て同様の第２のシリカ砂の使い分けを行った。
液体浸透量は、５０ｍｍφ×５１ｍｍ高さの円筒容器に充填した充填材の内部を通過する５０ｍｍφの水柱の量を表す。具体的には、土壌透水性測定器（大起理化工業社製、商品名ＤＩＫ−４０００）により、定水位法で測定したシリカ砂の透水係数から算出した。
【００４５】
【表２】
【００４６】
【表３】
【００４７】
その結果、実験例、比較実験例に関わらず、充填材に含まれる第２のシリカ砂の割合が２０質量％になると、充填材への液体浸透量は大きく減少することが確認された。従って、第２のシリカ砂の割合を２０質量％以上にすることで、スラグ、溶鋼等の高温溶融物の浸透性も低減されることが類推された。このときの充填材に含まれる０．２１２〜０．６ｍｍの粒子量は何れもほぼ１４質量％であった。また、粒形係数が小さい実験例の第２のシリカ砂の方が、この効果がより高いことも確認された。
【００４８】
一方、各充填材の焼結体残留圧縮強度には、実験例と比較実験例で顕著な差が認められた。実験例の場合は第２のシリカ砂の配合割合増加によって、焼結体残留圧縮強度が低下するのに対し、比較実験例の場合では第２のシリカ砂の配合割合増加によって焼結体残留圧縮強度が大きく増加することが確認された。従って、実質的にアルカリ分を含まない第２のシリカ砂を配合することにより、充填材の焼結性が低く保たれることが明らかとなった。
【００４９】
以上の結果から、表２に示したような０．６ｍｍ未満の粒子を実質的に含まない第１のシリカ砂に対して、実施例に示したようなアルカリ分を実質的に含まない第２のシリカ砂を少なくとも２０質量％以上配合することにより、スラグ、溶鋼等の高温溶融物の浸透性を低減しつつ、焼結性をも低減した充填材が得られることが見出された。
【００５０】
実施例１〜３及び比較例１〜３
表２に示したシリカ砂原料を用いて、表４に示した各種充填材を製造し、これらの充填材を製鋼工場にて、２５０ｔの取鍋の底部に備えられた図２のような摺動開閉装置に充填し、約２００回使用して得られた自然開孔率を表６に示す。図２中、１は充填材、２は受レンガ、３は上ノズル、４は固定盤、５は摺動盤、６は下ノズルを意味する。実施例１〜３及び比較例２では、第２のシリカ砂に表１の第２のシリカ砂（Ａ)を使用し、比較例３では、第２のシリカ砂（Ｂ）を使用した。
【００５１】
なお使用条件を、溶鋼保持時間と受鋼温度によって分類し、熱条件の比較的易しい軽精錬条件（溶鋼保持時間１００分未満かつ受鋼温度１６６０℃未満）と、熱条件のより厳しい重精錬条件（溶鋼保持時間１００分以上かつ受鋼温度１６６０℃以上）に対して個別に自然開孔率を求め、比較した。なお、具体的な溶鋼保持時間と受鋼温度は、軽精錬条件では４５〜９９分、１５５０〜１６５９℃とし、重精錬条件では１００〜３００分、１６６０〜１７２０℃とした。
【００５２】
更に、実施例３として、図３に示した通りノズル内の下層部にシリカ砂３０質量％とクロマイト砂７０質量％を混合した充填材（粒形係数１．２７）を充填し、上層部に実施例２のシリカ砂を３０ｋｇ盛り上げて自然開孔率を測定し、表６に示した。下層部に使用した充填材の粒度分布及びアルカリ分を表５に示す。図３中、１ａは充填材上層部、１ｂは充填材下層部を意味する（２〜６は図２と同じ）。
【００５３】
また、実施例３で使用した表５に示す粒度分布及びアルカリ分のシリカ砂３０質量％とクロマイト砂７０質量％を混合した充填材のみを使用した場合を比較例４として、自然開孔率を測定し、表６に示した。
【００５４】
【表４】
【００５５】
【表５】
【００５６】
【表６】
【００５７】
※比較例２は開孔性が非常に悪かったため、２回使用にてテストを中止した。
比較例１は従来技術により開発されたシリカ砂と同等の特性を持ち、軽精錬条件では高い開孔率が得られたが、より熱条件の厳しい重精錬条件では自然開孔率が大きく悪化した。
【００５８】
実施例１及び２では、軽精錬条件では比較例１に対する自然開孔率の差はなかったが、重精錬条件では比較例１に対して自然開孔率が大きく改善されており、軽精錬条件と比較しても自然開孔率の悪化はわずかであった。
【００５９】
一方、比較例２では使用初回から重篤な開孔不良が発生し、２回使用にてテストを打ち切ることとなった。これは第２のシリカ砂のアルカリ量が極端に少なく、配合割合を過剰に増やしたために熱膨張率が増加し、上ノズル内で強固な棚吊り閉塞が発生したものと考えられる。
【００６０】
また比較例３では、軽精錬条件での自然開孔率もやや悪く、重精錬条件では更に悪化した。これは第２のシリカ砂の焼結によるものと考えられる。
【００６１】
比較例４では、軽精錬条件では高い開孔率が得られたが、より熱条件の厳しい重精錬条件では自然開孔率が大きく悪化した。また、この比較例では、使用量を減らすことが望まれているクロマイト砂を使用しているという課題を有する。
【００６２】
更には、図２に示した通りノズル内の下層部にシリカ砂３０質量％とクロマイト砂７０質量％を混合した充填材を充填し、上層部に実施例２のシリカ砂を３０ｋｇ盛り上げて使用した実施例３の形態では、軽精錬条件及び重精錬条件の何れにおいても非常に高い自然開孔率が得られた。
【００６３】
以上の結果から、アルカリ分を０．５質量％以上含む第１のシリカ砂８０〜５０質量％と、アルカリ分が０．５質量％未満の第２のシリカ砂２０〜５０質量％とからなる充填材は、より厳しい精錬条件にも適合する取鍋摺動開閉装置用充填材であることが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の充填材の粒度分布の一例を示すグラフである。
【図２】実施例で使用した摺動開閉装置の概略図である。
【図３】実施例で使用した摺動開閉装置の概略図である。
【符号の説明】
【００６５】
Ａ 変曲点、１ 充填材、２ 受レンガ、３ 上ノズル、４ 固定盤、５ 摺動盤、６ 下ノズル、１ａ 充填材上層部、１ｂ 充填材下層部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ分が０．５質量％以上の第１のシリカ砂８０〜５０質量％と、アルカリ分が０．５質量％未満の第２のシリカ砂２０〜５０質量％からなることを特徴とする取鍋摺動開閉装置用充填材。
【請求項２】
前記第１のシリカ砂が、０．６〜１．７ｍｍの粒度分布のシリカ砂を９０質量％以上かつ０．８５〜１．７ｍｍの粒度分布のシリカ砂を５０質量％以上含み、前記第２のシリカ砂が、０．２１２〜０．８５ｍｍの粒度分布のシリカ砂を９０質量％以上かつ０．２１２〜０．６ｍｍの粒度分布のシリカ砂を５０質量％以上含む請求項１記載の取鍋摺動開閉装置用充填材。
【請求項３】
前記取鍋摺動開閉装置用充填材が、０．５質量％未満のアルカリ分で０．２１２〜０．６ｍｍの粒度分布の粒子を含む請求項１又は２に記載の取鍋摺動開閉装置用充填材。
【請求項４】
前記取鍋摺動開閉装置用充填材が、１，６６０℃以上の受鋼温度、１００分以上の溶鋼保持時間の溶鋼精錬に用いられる充填材である請求項１〜３いずれか１つに記載の取鍋摺動開閉装置用充填材。
【請求項５】
前記第１のシリカ砂が、０．６〜１．７ｍｍの粒度分布の砂を８０質量％以上含む長石とシリカ砂との混合砂である請求項１〜４のいずれか１つに記載の取鍋摺動開閉装置用充填材。
【請求項６】
前記第１のシリカ砂及び第２のシリカ砂が、１．４以下の粒形係数を有する請求項１〜５のいずれか１に記載の取鍋摺動開閉装置用充填材。
【請求項７】
前記第１のシリカ砂、前記第２のシリカ砂、又は第１のシリカ砂及び第２のシリカ砂は、外部添加で０．０５〜１．０質量％のカーボンで表面全体又は表面の一部がコートされたシリカ砂である請求項１〜６のいずれか１つに記載の取鍋摺動開閉装置用充填材。
【請求項１】
アルカリ分が０．５質量％以上の第１のシリカ砂８０〜５０質量％と、アルカリ分が０．５質量％未満の第２のシリカ砂２０〜５０質量％からなることを特徴とする取鍋摺動開閉装置用充填材。
【請求項２】
前記第１のシリカ砂が、０．６〜１．７ｍｍの粒度分布のシリカ砂を９０質量％以上かつ０．８５〜１．７ｍｍの粒度分布のシリカ砂を５０質量％以上含み、前記第２のシリカ砂が、０．２１２〜０．８５ｍｍの粒度分布のシリカ砂を９０質量％以上かつ０．２１２〜０．６ｍｍの粒度分布のシリカ砂を５０質量％以上含む請求項１記載の取鍋摺動開閉装置用充填材。
【請求項３】
前記取鍋摺動開閉装置用充填材が、０．５質量％未満のアルカリ分で０．２１２〜０．６ｍｍの粒度分布の粒子を含む請求項１又は２に記載の取鍋摺動開閉装置用充填材。
【請求項４】
前記取鍋摺動開閉装置用充填材が、１，６６０℃以上の受鋼温度、１００分以上の溶鋼保持時間の溶鋼精錬に用いられる充填材である請求項１〜３いずれか１つに記載の取鍋摺動開閉装置用充填材。
【請求項５】
前記第１のシリカ砂が、０．６〜１．７ｍｍの粒度分布の砂を８０質量％以上含む長石とシリカ砂との混合砂である請求項１〜４のいずれか１つに記載の取鍋摺動開閉装置用充填材。
【請求項６】
前記第１のシリカ砂及び第２のシリカ砂が、１．４以下の粒形係数を有する請求項１〜５のいずれか１に記載の取鍋摺動開閉装置用充填材。
【請求項７】
前記第１のシリカ砂、前記第２のシリカ砂、又は第１のシリカ砂及び第２のシリカ砂は、外部添加で０．０５〜１．０質量％のカーボンで表面全体又は表面の一部がコートされたシリカ砂である請求項１〜６のいずれか１つに記載の取鍋摺動開閉装置用充填材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−２９７４２６（Ｐ２００６−２９７４２６Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１２００３０（Ｐ２００５−１２００３０）
【出願日】平成１７年４月１８日（２００５．４．１８）
【出願人】（３９１０６２３３３）山川産業株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月１８日（２００５．４．１８）
【出願人】（３９１０６２３３３）山川産業株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
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