製鋼用容器の内張りライニング構造
【課題】キャスタブルの施工性を損なうことなくスラグライン部直下のライニング厚みを増すことにより、湯面低下による損傷増に対応し、且つ、熱ロスを抑制し清浄鋼製造に耐えうる優れた製鋼用容器の内張り耐火物ライニング構造を提供する。
【解決手段】鋼浴部２が不定形流し込み材で、スラグライン部１がマグネシア−カーボン質煉瓦で構成される製鋼用容器の内張りライニング構造において、鋼浴部の上部とスラグライン部の下部を繋ぐつなぎ煉瓦３として、１２００℃以下の温度で熱処理された不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦を使用することを特徴とする製鋼用容器の内張りライニング構造にある。
【解決手段】鋼浴部２が不定形流し込み材で、スラグライン部１がマグネシア−カーボン質煉瓦で構成される製鋼用容器の内張りライニング構造において、鋼浴部の上部とスラグライン部の下部を繋ぐつなぎ煉瓦３として、１２００℃以下の温度で熱処理された不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦を使用することを特徴とする製鋼用容器の内張りライニング構造にある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼浴部が不定形流し込み材、スラグライン部が耐火煉瓦で内張りライニングされている溶融金属の精錬用または運搬用容器のような製鋼用容器の内張りライニング構造に関し、特に、鋼浴部にアルミナ−マグネシア質キャスタブルを用いた製鋼用容器の内張りライニング構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
国内高炉メーカーの製鋼用容器、例えば、取鍋には、鋼浴部に不定形流し込み材（キャスタブル）が使用され、スラグライン部にはマグネシア−カーボン質煉瓦が一般的に使用されている。ここで、製鋼用容器のスラグライン部とは、製鋼用容器内に溶鋼を貯めた際、溶融スラグと接する部分を言い、スラグライン部は、溶融スラグに対して耐食性の優れるマグネシア−カーボン質煉瓦でライニングされている。スラグライン部は、製鋼用容器り容量にもよるが、スラグラインを中心に上下約５００ｍｍ程度の範囲内である。また、鋼浴部に使用されるキャスタブルとしては、アルミナ−マグネシア質のものが主流となっている。アルミナ−マグネシア質キャスタブルは耐食性と耐浸潤性に優れ、アルミナとマグネシアが反応してスピネルが生成する際の膨張を利用した膨張性と、若干量のシリカを含み、高温での液相生成によるクリープ特性を兼ね備えているために収縮による割れや膨張過多による破壊を抑制できる優れた材質である。
【０００３】
しかしながら、スラグライン部の内張りライニングするマグネシア−カーボン質煉瓦直下、特に、スラグライン部の下端より下方約１０００ｍｍの部分は湯面低下や湯面変動の影響により溶融スラグによる侵食を受け易い。そのため、当該部位を構成するアルミナ−マグネシア質キャスタブルよりなる内張りライニングは損傷が激しく、耐用上のネックとなることがある。
【０００４】
この対策としては、スラグライン部に使用しているマグネシア−カーボン質煉瓦のライニング範囲を下部方向に広げることが考えられている。しかしこの場合、熱伝導率の高いカーボン含有系煉瓦を広範囲に適用することとなるため、炉壁からの熱ロスが増大し、溶鋼温度の低下を引き起こすという問題点があった。さらに、溶鋼とカーボン含有系煉瓦が接触することにより、煉瓦から溶鋼へとカーボンが取り込まれる（カーボンピックアップ）ため、清浄鋼製造の点から問題となっていた。
【０００５】
別の対策は、キャスタブルのライニング厚を厚くすることである。しかし、キャスタブルでは施工のための中子をキャスタブル硬化後に引き抜く必要がある。このため、中子を引き抜くための抜きテーパーを設けなければならず、一定以上の厚さの施工体を得ることができないという問題点があった。
【０００６】
一方、ライニング厚を厚くすることは、中子を使用しない煉瓦施工とすることで容易となる。また、二つの異なる耐火物間に第三の耐火物を施工することは従来から実施されてきた。この場合、この第三の耐火物を繋ぎ煉瓦と称することがある。この繋ぎ煉瓦には、耐食性の優れる他のカーボン含有煉瓦(例えばアルミナ−マグネシア−カーボン質煉瓦やアルミナ−シリカ−カーボン質煉瓦)を施工することが可能である。しかし、マグネシア−カーボン質煉瓦と同様に熱ロスやカーボンピックアップの問題が発生する。
【０００７】
他方、従来から製鋼用として一般的に使用されている煉瓦、具体的にはジルコン質煉瓦や高アルミナ質煉瓦、マグクロ質煉瓦、マグネシア質煉瓦やスピネル質煉瓦を施工することも可能あるが、これらはそれぞれ耐用面で問題を有している。ジルコン質煉瓦や高アルミナ質煉瓦は耐食性が低く、問題となるスラグライン部直下の部分では著しく損傷し、実用的ではない。また、マグクロ質煉瓦、マグネシア質煉瓦やスピネル質煉瓦は、耐食性では優位にあるが、耐スポーリング性や耐スラグ浸潤性に乏しいため、温度変動による熱スポーリングやスラグ浸潤に伴う構造スポーリングを起こし十分な耐用が得られないという問題点があった。このように、一般的な製鋼用煉瓦は、当該部位に適用する煉瓦として必要な具備特性である耐食性、耐スラグ浸潤性、耐スポーリング性のうちの１つ、もしくは２つ以上を欠いているため十分な寿命を得られないという問題点があった。
【０００８】
また、製鋼用取鍋用のアルミナ−マグネシア質耐火煉瓦として、例えば特許文献１には、アルミナ原料と０．５ｍｍ以下の微粉を９０質量％以上含有するマグネシア原料を使用し、Ａｌ２Ｏ３とマグネシアとの合量が９０質量％以上であり、ＭｇＯを４〜１６質量％、ＳｉＯ２を０．５〜５質量％、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの合量を０．３〜２質量％含有し、残部が不可避不純物とＡｌ２Ｏ３である、プレス成形された後１００℃以上１１５０℃以下で加熱処理され、１５００℃での熱膨張率が２〜５％で１ＭＰａの荷重下での膨張率が−６〜１％である耐火煉瓦が開示されている。
【０００９】
また、本出願人は、特願２０１０−１７３４５９号において、アルミナ質原料と、粒度０．５ｍｍ以下の微粉を９０質量％以上含有するマグネシア質原料を使用し、化学成分としてＡｌ２Ｏ３とＭｇＯとの合量が８５質量％以上、ＭｇＯが４〜２０質量％、ＳｉＯ２が０．５〜５質量％、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏが合量で０．３〜２質量％、Ｃが０．５質量％以上、７質量％未満であることを特徴とするアルミナ−マグネシア質耐火れんが（請求項１）；１ＭＰａの荷重下において１５００℃での膨張率が−６〜２％である、請求項１記載のアルミナ−マグネシア質耐火れんが（請求項２）；アルミナ質原料と、粒度０．５ｍｍ以下の微粉を９０質量％以上含有するマグネシア質原料を使用し、化学成分としてＡｌ２Ｏ３とＭｇＯとの合量が８５質量％以上、ＭｇＯが４〜２０質量％、ＳｉＯ２が０．５〜５質量％、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏが合量で０．３〜２質量％、Ｃが０．５質量％以上、７質量％未満となるように各種原料を混合・混練し、得られた混練物をプレス成形した後、１００〜１１５０℃の温度範囲で加熱処理することを特徴とするアルミナ−マグネシア質耐火れんがの製造方法（請求項３）を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４４７０２０７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、キャスタブルの施工性を損なうことなくスラグライン部直下のライニング厚みを増すことにより、湯面低下による損傷増に対応し、且つ、熱ロスを抑制し清浄鋼製造に耐えうる優れた製鋼用容器の内張り耐火物ライニング構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋼浴部が不定形流し込み材、スラグライン部が耐火煉瓦で構成される製鋼用容器の鋼浴部の上部並びにスラグライン部の下部に、不定形流し込み材と同様な材質と特性を有する不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦を適用することで、十分なライニング厚を確保して耐食性に対する対応が可能となることや、剥離や亀裂が発生し難くそれらが寿命を決める要因にはならず、その結果、十分な耐用性を得ることが可能となることを見出し、本発明に至った。
【００１３】
即ち、本発明は、鋼浴部が不定形流し込み材で、スラグライン部がマグネシア−カーボン質煉瓦で構成される製鋼用容器の内張りライニング構造において、鋼浴部の上部とスラグライン部の下部を繋ぐつなぎ煉瓦として、１２００℃以下の温度で熱処理された不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦を使用することを特徴とする製鋼用容器の内張りライニング構造にある。
【００１４】
また、本発明の製鋼用容器の内張りライニング構造は、前記不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦が、アルミナ質原料と０．５ｍｍ以下の微粉を９０質量％以上含有するマグネシア質原料を使用し、化学組成としてＡｌ２Ｏ３とＭｇＯとの合量が９０質量％以上であり、ＭｇＯを４〜１６質量％、ＳｉＯ２を０．５〜５質量％、Ｎａ２ＯとのＫ２Ｏを合量で０．３〜２質量％含有し、Ｃ（カーボン）を５質量％未満（ゼロを含む）含有し、残部が不可避不純物からなり、プレス成形された後１００℃以上、１２００℃以下で加熱処理され、１５００℃での熱膨張率が２〜５％で、１ＭＰａで荷重下での膨張率が−６〜１％であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の製鋼用容器の内張り耐火物ライニング構造によれば、キャスタブルの施工性を損なうことなく、湯面低下によるスラグライン部直下の損傷増に対応し、且つ、熱ロスを抑制し、清浄鋼製造に耐えうる優れたライニングを得ることができ、その結果、製鋼用容器のライフを飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の製鋼用容器の内張り耐火物ライニング構造の１実施態様を示す概略図である。
【図２】本発明の製鋼用容器の内張り耐火物ライニング構造の他の実施態様を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の製鋼用容器の内張りライニング構造は、不定形流し込み材より構成される鋼浴部の上部と、マグネシア−カーボン質煉瓦より構成されるスラグライン部の下部、即ち、鋼浴部とスラグライン部を繋ぐつなぎ煉瓦として、１２００℃以下の温度で熱処理された不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦（以下、「不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦」という）を配設してなるものである。不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦をつなぎ煉瓦として配設することにより、不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦の耐食性に応じて充分な耐用性を得るための内張りライニング厚を確保することができる。更に、不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦を使用することにより、高い耐食性と耐亀裂・剥離性を付与することができる。また、不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦の熱伝導率は、マグネシア−カーボン質煉瓦と比べてかなり低く、熱ロスを抑制し、熱ロスを増やすことなく耐用性を向上することができる。更に、後述するように不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦は、カーボンを全く含有しないか、あるいは含有したとしても５質量％未満と極少量なので、カーボンピックアップを防ぐことができる。
【００１８】
以下、本発明の製鋼用容器の内張りライニング構造について詳述する。
図１及び２は、本発明の製鋼用容器の内張りライニング構造の実施態様を示すものである。図１及び２において、製鋼用容器のスラグライン部（１）は、慣用のマグネシア−カーボン質煉瓦で内張りライニングされている。また、鋼浴部（２）は、慣用の不定形流し込み材で内張りライニングされている。また、スラグライン部（１）の下端と鋼浴部（２）の上端の間のつなぎ煉瓦（３）は、１２００℃以下で加熱処理された不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦で内張りライニングされた構成となっている。
【００１９】
ここで、つなぎ煉瓦（３）は、内張りライニング帯域は特に限定されるものではないが、例えば、スラグライン部（１）の下端から下方に１０００ｍｍ程度、好ましくは７００ｍｍ程度、さらに好ましくは４００ｍｍの範囲で内張りライニングすることができる。また、つなぎ煉瓦（３）の内張りライニング厚みは、製鋼用容器の内張り耐火物と同等の耐用回数となるように任意の厚みで調整可能である。
【００２０】
なお、つなぎ煉瓦（３）の内張りライニングの最大厚みは、鋼浴部（２）の内張りライニング厚みを１００とした場合、１１０〜３００とすることが好ましい。不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦（３）の内張りライニングの最大厚みが１１０より小さければ、つなぎ煉瓦（３）内張りライニング厚みを厚くする効果が発現しないために好ましくない。また、３００を超えると、スラグライン部（１）の下部だけの耐用性を見れば向上させることができるか、他の部位の損傷が、製鋼用容器の寿命決定要因となるため経済的でない。さらに好ましくは１２０〜２５０の範囲内である。
【００２１】
また、スラグライン部（１）に対するつなぎ煉瓦（３）の内張りライニングの厚みは、スラグライン部（１）の内張りライニング厚みを１００とした場合、６０〜１８０とすることが好ましく、さらに好ましくは７０〜１７５である。
【００２２】
つなぎ煉瓦（３）の形状は、特に限定されるものではなく、例えば並型煉瓦のような矩形のもののほか、バチ型、扇状、セミユニバーサル形状のものなど各種のものが使用でき、複数の形状を組み合わせることも可能である。また、縦方向の断面で見た場合には、矩形のものの他に、台形のものや異形のものを使用することにより、テーパー付きの鍋に対して鉄皮に沿った内張りライニングを提供することもできる。例えば、段ごとにつなぎ煉瓦（３）の内張りライニング厚みを変え、鋼浴部（２）からスラグライン部（１）にかけての段差が小さくなるように内張りライニング厚みを調整することで、つなぎ煉瓦（３）やスラグライン部（１）を構成するマグネシア−カーボン質煉瓦の初期剥離を抑制することができる。また、図１及び２に示す実施態様のように、上下のつなぎ煉瓦（３）とイニシャル厚みの異なる構成とする場合に最下段や最上段のつなぎ煉瓦（３）の炉内面下側の角を取ることで、つなぎ煉瓦（３）の初期スポーリングを抑制することもできる。
【００２３】
なお、スラグライン部（１）には、慣用のマグネシア−カーボン質煉瓦を使用することができる。マグネシア−カーボン質煉瓦の組成は特に限定されるものではないが、例えばカーボン量が５〜２０質量％で、５質量％以下の金属アルミニウム及び／または金属シリコンを含有し、残部がマグネシア質原料と不可避不純物からなるもの等を使用することができる。また、鋼浴部（２）を構成する不定形流し込み材としては、慣用のアルミナ−マグネシア質キャスタブル、アルミナ−マグネシア−スピネル質キャスタブル等を使用することができる。アルミナ−マグネシア質キャスタブルの組成は特に限定されるものではないが、例えばマグネシアを４〜１２質量％、シリカを０．３〜１．２質量％、残部がアルミナ質原料と不可避不純物からなるもの等を使用することができる。アルミナ−マグネシア−スピネル質キャスタブルの組成もまた特に限定されるものではないが、例えばマグネシアを２〜５質量％、スピネルを５〜１５質量％、シリカを０．３〜１．２質量％、残部がアルミナ質原料と不可避不純物からなるもの等を使用することができる。
【００２４】
次に、スラグライン部（１）の下部と、鋼浴部（２）の上部、即ち、両者の境界部に使用するつなぎ煉瓦（３）には、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦を使用する。不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦は、特に限定されるものではないが、例えばアルミナ質原料と０．５ｍｍ以下の微粉を９０質量％以上含有するマグネシア質原料を使用し、化学組成としてＡｌ２Ｏ３とＭｇＯとの合量が９０質量％以上であり、ＭｇＯが４〜１６質量％、ＳｉＯ２が０．５〜５質量％、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏとの合量が０．３〜２質量％、カーボン質原料が５質量％未満（ゼロを含む）の範囲内にあり、残部が不可避不純物からなる構成のものを使用することが好ましい。
【００２５】
ここで、アルミナ質原料とマグネシア質原料は、単独でも優れた耐食性を持つ骨材であるため、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦の主骨材として採用している。アルミナ質原料としては、市販されているホワイト電融アルミナやブラウン電融アルミナのような電融アルミナや焼結アルミナ、仮焼アルミナに加え、焼成ボーキサイトや焼成礬土頁岩のような天然アルミナも使用可能であり、これらのうちの１種または２種以上を配合することもできる。また、マグネシア質原料としては、天然マグネシア、焼結マグネシア、電融マグネシアなどマグネシアを主体としたものであれば何れでも使用可能であり、これらのうちの１種または２種以上を配合することができる。
【００２６】
なお、アルミナ質原料中のアルミナの結晶であるコランダムと、マグネシア質原料中のマグネシアの結晶であるペリクレーズの反応によるスピネル結晶生成反応は、これらの混合物を室温から加熱していくと、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦が使用される時の稼動面の温度よりやや低い約１２００℃から活発となり、１４００℃までの範囲内で生じ、また、反応と共に熱間での膨張率及び残存膨張率も大きくなっていくことが知られている。不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦において、適度な残存膨張性を得るために、上記スピネル結晶生成反応は重要である。そのため、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦において、化学組成としてＡｌ２Ｏ３とＭｇＯの合量は、９０質量％以上である。Ａｌ２Ｏ３とＭｇＯの合量が９０質量％未満であると、アルミナ（コランダム結晶）とマグネシア（ペリクレーズ結晶）との熱間におけるスピネル生成反応、及びこれに伴う膨張挙動が明確でなくなり、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦の耐スラグ湿潤性を大きく改善することができないために好ましくない。
【００２７】
不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦には、マグネシア質原料はアルミナ質原料とのスピネル生成反応により、高温の稼動面付近に緻密なスピネル含有層を形成するために使用される。マグネシア質原料としては、粒度が０．５ｍｍ以下の微粉を９０質量％以上含有するものを用いる。スピネル生成に伴う膨張性及びその制御の容易さからは、マグネシア質原料は細かい方が好ましい。実用上は粒度が０．５ｍｍ以下の微粉を使用すれば、より微細なものを使用したときと殆ど変わらない程度に、スピネル生成時の膨張挙動が現れ、その制御も可能となる。更に、粒度が０．５ｍｍを超える粒子が１０質量％未満混在していても、特に弊害なくスピネル生成に伴う膨張が現れ、その調整も大きな困難なく可能であり、実用的に充分である。しかし、粒度が０．５ｍｍを超える粒子が１０質量％以上混在すると、スピネル生成反応が速やかに生じなくなり、反応に時間がかかると共に最終的な絶対膨張量が大きくなるために好ましくない。また、スピネル生成反応がマグネシア粒子の周囲で生じるため、煉瓦組織内でスピネルが均等に分散した状態で生成しないため、稼動面付近に緻密なスピネル含有層を生じ難いために好ましくない。
【００２８】
なお、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦において、化学組成としてＭｇＯの含有量は、４〜１６質量％、好ましくは５〜１０質量％の範囲内である。ＭｇＯの含有量が４質量％未満であると、アルミナ質原料と反応してスピネルを生成しても、その生成絶対量が不充分であり、このスピネル生成反応に伴う膨張量も不充分であるため、スラグ浸潤を抑制するに充分な稼動面付近の組織の緻密化が困難となるために好ましくない。また、ＭｇＯの含有量が１６質量％を超えると、スラグ湿潤が大きくなり、耐スラグ湿潤性に影響を及ぼすために好ましくない。
【００２９】
不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦において、スピネル生成反応は、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦組織中でアルミナ粒子とマグネシア粒子が接触していれば、約１２００℃以上の温度域で必ず生じる。不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦が全く拘束されず、自由に寸法を変化できる状態で、膨張率を測定すると、スピネルの生成に伴い、必ず大きな膨張を示す。膨張率は、通常、線膨張率として測定され、その値は２％を超えるのが普通である。不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦を、窯炉内張り材として実用化する上で問題となるのは、膨張特性に関するものであるが、この無拘束下での自由膨張が問題ということではない。重要なのは、拘束された状態、即ち、荷重を受けた状態での荷重下膨張である。不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦が、窯炉内に内張りされた状態で加熱されてスピネルを生成する温度域に達すると、スピネル生成と共に膨張しようとするが、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦は鉄皮に拘束されているため、膨張しようとする分だけ圧縮応力を受けることになる。この時の圧縮応力は、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦に荷重を与えた状態と同じとみなすことができる。もし、拘束下での膨張が自由膨張に近い膨張量であると、窯炉内に内張りされた状態で、非常に大きい応力が不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦内に発生し、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦が破壊されて崩壊する。一方、自由膨張が大きく、且つ荷重が掛かった状態での膨張が小さい、即ち、全体体積の変化が小さいということは、ミクロ組織中の気孔などで吸収されていることを意味する。これは、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦が崩壊することなく、膨張による体積変化分を不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦組織内で吸収しているのであって、組織が緻密化されていることにほかならない。本発明の製鋼用容器の内張りライニング構造に使用される不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦の特徴は、このような自由膨張特性と荷重下膨張特性とを制御することにより、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦の稼動面付近に緻密なスピネル含有層を形成させて耐スラグ湿潤性を大幅に向上させたものである。
【００３０】
不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦において、液相の主体を成すＳｉＯ２は必須の化学成分であるが、ＳｉＯ２を主体とする液相は融点が高いため、スピネル生成反応が活発となる約１２００℃前後の温度域では殆ど液相を生じない。この状態で不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦に変形能は殆ど付与されないため、膨張に伴い発生する応力を緩和するには不充分である。しかし、ＳｉＯ２は、Ｎａ２ＯやＫ２Ｏといったアルカリ金属酸化物との共存下で、約８５０℃まで融点が低下する。そこでＳｉＯ２をＮａ２ＯやＫ２Ｏといったアルカリ金属酸化物成分と共存させることにより、より低い温度で充分な液相を得ることができる。
【００３１】
ＳｉＯ２や、Ｎａ２ＯやＫ２Ｏといったアルカリ金属酸化物成分は、従来、高温下で煉瓦組織に液相を生じ、煉瓦の耐食性の低下を招くという観点から忌避されている成分である。しかし、スラグによる侵食と同等またはそれ以上に剥離損傷は煉瓦（内張り煉瓦）の耐用を左右するため、煉瓦にこれらの成分を適量配合して応力緩和能を付与することによって、耐用を向上させることができる。不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦では、化学組成としてＳｉＯ２成分を０．５〜５質量％、Ｎａ２Ｏ成分＋Ｋ２Ｏ成分を０．３〜２質量％含むことにより、スピネル生成温度域において、スピネル生成反応に伴う膨張を吸収するために適度な液相を不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦中に存在させることができ、この液相が所謂潤滑剤のような役割で、粒子の移動を可能とするものである。
【００３２】
ＳｉＯ２成分を単独で含有する際の液相量は、スピネルが生成する１２００〜１４００℃の温度領域では、膨張吸収に必要な量に達しない。より高温度域では、より多くのガラス相が生じるが、それでは、もはやスピネル生成に伴う膨張を吸収するという役目を果たすことができない。ＳｉＯ２成分が、Ｎａ２Ｏ成分、Ｋ２Ｏ成分等のアルカリ金属酸化物成分と共存することにより、アルミナとマグネシアとの反応でスピネルが生成される温度域で、ガラス相を形成し、スピネル化反応に伴う大きな膨張を吸収する働きが得られる。ＳｉＯ２成分と、Ｎａ２Ｏ成分、Ｋ２Ｏ成分等のアルカリ金属酸化物が共存すると、およそ８５０℃という低温からガラス相が形成され、これはスピネル生成反応温度よりも十分に低い温度であり、その後、温度上昇とともにガラス相の量は増加する。不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦では、これらの低融点でガラス相を形成する成分を上記範囲で含有することによって、膨張を吸収するという作用を与え、耐食性を低下させることなく、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦の破壊が生じず、大幅に耐スラグ浸潤性を高めることが可能となる。
【００３３】
化学組成として、ＳｉＯ２成分の含有量は、０．５〜５質量％、好ましくは０．８〜２質量％の範囲内である。ＳｉＯ２成分の含有量が０．５質量％未満では、ガラス相の絶対量が不足してスピネル生成時の粒子の移動を促すことができず、膨張を吸収することができないために好ましくない。また、ＳｉＯ２成分の含有量が５質量％を超えると、液相量が過剰となって耐食性が低下するために好ましくない。
【００３４】
Ｎａ２Ｏ成分、Ｋ２Ｏ成分等のアルカリ金属酸化物は、ＳｉＯ２成分と共存することによりその融点を下げ、また同じ温度においては粘性を下げる働きがある。化学組成として、Ｎａ２Ｏ成分とＫ２Ｏ成分の合計含有量は、０．３〜２質量％、好ましくは０．５〜１．５質量％の範囲内であれば、ＳｉＯ２成分と共に適度な粘度のガラス相を形成し、スピネルが生成する温度域において、粒子の移動を助け、スピネル生成による膨張を吸収し、緻密な稼動面付近のスピネル含有層の形成が可能となる。Ｎａ２Ｏ成分とＫ２Ｏ成分の合計含有合量が０．３質量％未満であると、液相量をスピネル生成温度域で充分確保することができないために好ましくなく、一方、２質量％を超えると、耐食性が低下するために好ましくない。
【００３５】
不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦において、化学組成としてＣ（カーボン）の含有量を５質量％未満（ゼロを含む）とすることで、溶鋼中へのＣ（カーボン）の溶出を抑制しつつ、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦へのスラグ浸潤を抑制でき、剥離を抑制するために必要な熱伝導率を得ることができる。鋼の清浄化の観点から、Ｃ（カーボン）を含くまないことが望ましいが、耐用と鋼の清浄度の両立を考慮した場合、より好ましいＣ（カーボン）の含有量は４質量％未満（ゼロを含む）であり、更に好ましくは３質量％未満（ゼロを含む）である。なお、５質量％以上含有する場合は、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦から溶鋼へのＣ（カーボン）の溶出が顕著となり、清浄鋼の製造には適さなくなるために好ましくない。
【００３６】
アルミナ質原料やマグネシア質原料には、様々なグレードの原料があり、相応の不純物成分を含有している。不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦において、Ａｌ２Ｏ３成分、ＭｇＯ成分、ＳｉＯ２成分、Ｎａ２Ｏ成分、Ｋ２Ｏ成分以外の不可避不純物は含まれない方が好ましいが、実用的には、コストの妥当性も考慮する必要があり、ある程度の不可避不純物は致し方ない。不可避不純物の含有量は、本来のアルミナ＋マグネシアのもつ耐食性を発揮させるために、可能ならば６質量％以下が好ましい。さらに、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦の膨張特性の制御を確実に行うためには、不可避不純物の含有量は５質量％以下であることがより好ましい。また、電融アルミナ原料等を使用する場合には、その高い耐食性を発揮させるために、不可避不純物の含有量は、４質量％以下であることが望ましい。なお、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦は、低温で加熱されるので、煉瓦中には結晶水などのいわゆる灼熱減量分を含むことがあり、この灼熱減量分は不可避不純物と見なされる。
【００３７】
不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦は、上記配合を有する練り土を所定の形状にプレスによって成形する。プレス方法は特には限定されず、油圧プレス、フリクションプレス、などが利用できる。真空脱気を併用してもかまわない。場合によっては手打ち成形とすることも可能である。得られた成形体は、成形に必要な少量の水分を完全に乾燥させるために１２００℃以下で加熱処理する。好ましくは１００〜８００℃の温度範囲で加熱処理する。加熱温度が１２００℃を超えると、スピネル化反応が進むために好ましくない。
【００３８】
このようにして得られた不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦の１５００℃での熱膨張率は２〜５％、好ましくは２．５〜４％の範囲内である。１５００℃での熱膨張率が２％未満であると、拘束による緻密化が十分ではなく、５％を超えると荷重下膨張の制御が困難になる場合が生じるために好ましくない。
【００３９】
また、不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦の１ＭＰａで荷重下での膨張率は、−６〜１％、好ましくは−５〜０％の範囲内である。１ＭＰａで荷重下での膨張率が１％を超えると、不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦に亀裂が生じ、更には割れを発生して崩壊してしまう可能性があるために好ましくない。また、１ＭＰａの荷重下で、多少の収縮は問題とならない。しかしながら、収縮が大きくなるような不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦では溶損が大きくなる傾向があるので、−６％を超えないことが好ましい。
【００４０】
なお、本発明の製鋼用容器の内張りライニング構造の構築に際して、各々の煉瓦はモルタルについてはマグネシア質モルタル、アルミナ質モルタルのようなモルタルを使用して施工することができる。また、煉瓦の目地は基本的に空目地で施工可能である。ただし、鉄皮の歪み等の要因により施工に難をきたす場合は煉瓦背面に塗布するモルタルと同様に、マグネシア質、アルミナ質など各種のモルタルを用いることができる。この場合、目地厚は、２ｍｍ程度となることが望ましい。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明の製鋼用容器の内張りライニング構造を実施例及び比較例により更に具体的に説明する。
３００トンの普通鋼を製造する取鍋を用いて図１に示す配材パターンにて内張りライニングを施工して実炉テストを行った。ここで、スラグライン部（１）には、ＭｇＯ：７９質量％、Ｃ：１４質量％の化学組成を有するマグネシア−カーボン質煉瓦を用い、鋼浴部（２）には、Ａｌ２Ｏ３：８８質量％、ＭｇＯ：７質量％の化学組成を有するアルミナ−マグネシア質キャスタブルを用いた。なお、スラグライン部（１）の内張りライニング厚みは２００ｍｍであり、鋼浴部（２）の上端の内張りライニング厚みは１１５ｍｍであった。
表１に記載する化学組成を有する不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦を用い、スラグライン部（１）と溶鋼部（２）の境界領域に、幅６９０ｍｍにわたり、内張りライニングを施してつなぎ煉瓦（３）を形成した。なお、比較例１は、つなぎ煉瓦（３）に鋼浴部（２）に使用したアルミナ−マグネシア質キャスタブルを用いた例である。また、比較例２は、つなぎ煉瓦（３）にスラグライン部（１）に使用したマグネシア−カーボン質煉瓦を用いた例である。また、比較例３は、つなぎ煉瓦（３）に表１に記載するジルコン煉瓦を用いた例である。更に、比較例４は、つなぎ煉瓦（３）に表１に記載するマグネシア−クロム煉瓦を用いた例である。
【００４２】
【表１】
【００４３】
本発明の製鋼用容器の内張りライニング構造の構成例及び諸特性を表２に記載する。
なお、表２中、
カーボンピックアップ量において、◎は、溶鋼へのカーボンピックアップが少ない、○は、やや大きいものの許容範囲内にある、×は、カーボンピックアップ量が過大で目的の組成の鋼が得られないをそれぞれ示す；
熱ロスの評価は、受鋼から出鋼終了までの溶鋼温度を測定し、各内張りランニング構造の溶鋼温度の低下量を測定したものであり、◎は、低下量が少ない、○は、低下量が中程度、△は、低下量が大きい、×は、低下量が非常に大きく、操業上問題があるをそれぞれ示す；
耐用回数は、比較例１を１００とした時のそれぞれの耐用回数を指数化したものであり、数値が高いものほど耐用回数が多いことを示す；
つなぎ煉瓦の形態は、使用中の観察及び使用後回収煉瓦を解析したものである。
【００４４】
【表２】
【００４５】
比較例の製鋼用容器の内張りライニング構造の構成例及び諸特性を表３に記載する。
【００４６】
【表３】
【００４７】
表２の結果から、つなぎ煉瓦として不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦を使用した本発明例１〜５は、スラグライン部下のライニング厚をアルミナ−マグネシア質キャスタブルを使用した比較例１に比べて厚くすることができ、耐用性が著しく向上させることができた。また、熱ロスも少なく、溶鋼へのカーボンピックアップ量は許容範囲内であった。
比較例２は、スラグライン部に使用されるマグネシア−カーボン質煉瓦を下方へ拡大した例であり、耐用性の面では優れているが、カーボンピックアップ量が許容範囲を超えており、清浄鋼製造の観点から不適であり、更には、熱ロスが大きくなった。
比較例３は、つなぎ煉瓦としてジルコン煉瓦を使用したものであるが、ジルコン煉瓦の溶損が大きく、損傷が甚大であり、比較例１よりも耐用性が低下した。
比較例４は、つなぎ煉瓦としてマグネシア−クロム煉瓦を使用したものであり、耐食性に優れるため、稼動初期は良好な状態であったが、中期以降稼動面の剥離が繰り返し発生し、比較例１より耐用性が低下した。
【符号の説明】
【００４８】
１ スラグライン部、２ 鋼浴部、３ つなぎ煉瓦。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼浴部が不定形流し込み材、スラグライン部が耐火煉瓦で内張りライニングされている溶融金属の精錬用または運搬用容器のような製鋼用容器の内張りライニング構造に関し、特に、鋼浴部にアルミナ−マグネシア質キャスタブルを用いた製鋼用容器の内張りライニング構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
国内高炉メーカーの製鋼用容器、例えば、取鍋には、鋼浴部に不定形流し込み材（キャスタブル）が使用され、スラグライン部にはマグネシア−カーボン質煉瓦が一般的に使用されている。ここで、製鋼用容器のスラグライン部とは、製鋼用容器内に溶鋼を貯めた際、溶融スラグと接する部分を言い、スラグライン部は、溶融スラグに対して耐食性の優れるマグネシア−カーボン質煉瓦でライニングされている。スラグライン部は、製鋼用容器り容量にもよるが、スラグラインを中心に上下約５００ｍｍ程度の範囲内である。また、鋼浴部に使用されるキャスタブルとしては、アルミナ−マグネシア質のものが主流となっている。アルミナ−マグネシア質キャスタブルは耐食性と耐浸潤性に優れ、アルミナとマグネシアが反応してスピネルが生成する際の膨張を利用した膨張性と、若干量のシリカを含み、高温での液相生成によるクリープ特性を兼ね備えているために収縮による割れや膨張過多による破壊を抑制できる優れた材質である。
【０００３】
しかしながら、スラグライン部の内張りライニングするマグネシア−カーボン質煉瓦直下、特に、スラグライン部の下端より下方約１０００ｍｍの部分は湯面低下や湯面変動の影響により溶融スラグによる侵食を受け易い。そのため、当該部位を構成するアルミナ−マグネシア質キャスタブルよりなる内張りライニングは損傷が激しく、耐用上のネックとなることがある。
【０００４】
この対策としては、スラグライン部に使用しているマグネシア−カーボン質煉瓦のライニング範囲を下部方向に広げることが考えられている。しかしこの場合、熱伝導率の高いカーボン含有系煉瓦を広範囲に適用することとなるため、炉壁からの熱ロスが増大し、溶鋼温度の低下を引き起こすという問題点があった。さらに、溶鋼とカーボン含有系煉瓦が接触することにより、煉瓦から溶鋼へとカーボンが取り込まれる（カーボンピックアップ）ため、清浄鋼製造の点から問題となっていた。
【０００５】
別の対策は、キャスタブルのライニング厚を厚くすることである。しかし、キャスタブルでは施工のための中子をキャスタブル硬化後に引き抜く必要がある。このため、中子を引き抜くための抜きテーパーを設けなければならず、一定以上の厚さの施工体を得ることができないという問題点があった。
【０００６】
一方、ライニング厚を厚くすることは、中子を使用しない煉瓦施工とすることで容易となる。また、二つの異なる耐火物間に第三の耐火物を施工することは従来から実施されてきた。この場合、この第三の耐火物を繋ぎ煉瓦と称することがある。この繋ぎ煉瓦には、耐食性の優れる他のカーボン含有煉瓦(例えばアルミナ−マグネシア−カーボン質煉瓦やアルミナ−シリカ−カーボン質煉瓦)を施工することが可能である。しかし、マグネシア−カーボン質煉瓦と同様に熱ロスやカーボンピックアップの問題が発生する。
【０００７】
他方、従来から製鋼用として一般的に使用されている煉瓦、具体的にはジルコン質煉瓦や高アルミナ質煉瓦、マグクロ質煉瓦、マグネシア質煉瓦やスピネル質煉瓦を施工することも可能あるが、これらはそれぞれ耐用面で問題を有している。ジルコン質煉瓦や高アルミナ質煉瓦は耐食性が低く、問題となるスラグライン部直下の部分では著しく損傷し、実用的ではない。また、マグクロ質煉瓦、マグネシア質煉瓦やスピネル質煉瓦は、耐食性では優位にあるが、耐スポーリング性や耐スラグ浸潤性に乏しいため、温度変動による熱スポーリングやスラグ浸潤に伴う構造スポーリングを起こし十分な耐用が得られないという問題点があった。このように、一般的な製鋼用煉瓦は、当該部位に適用する煉瓦として必要な具備特性である耐食性、耐スラグ浸潤性、耐スポーリング性のうちの１つ、もしくは２つ以上を欠いているため十分な寿命を得られないという問題点があった。
【０００８】
また、製鋼用取鍋用のアルミナ−マグネシア質耐火煉瓦として、例えば特許文献１には、アルミナ原料と０．５ｍｍ以下の微粉を９０質量％以上含有するマグネシア原料を使用し、Ａｌ２Ｏ３とマグネシアとの合量が９０質量％以上であり、ＭｇＯを４〜１６質量％、ＳｉＯ２を０．５〜５質量％、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの合量を０．３〜２質量％含有し、残部が不可避不純物とＡｌ２Ｏ３である、プレス成形された後１００℃以上１１５０℃以下で加熱処理され、１５００℃での熱膨張率が２〜５％で１ＭＰａの荷重下での膨張率が−６〜１％である耐火煉瓦が開示されている。
【０００９】
また、本出願人は、特願２０１０−１７３４５９号において、アルミナ質原料と、粒度０．５ｍｍ以下の微粉を９０質量％以上含有するマグネシア質原料を使用し、化学成分としてＡｌ２Ｏ３とＭｇＯとの合量が８５質量％以上、ＭｇＯが４〜２０質量％、ＳｉＯ２が０．５〜５質量％、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏが合量で０．３〜２質量％、Ｃが０．５質量％以上、７質量％未満であることを特徴とするアルミナ−マグネシア質耐火れんが（請求項１）；１ＭＰａの荷重下において１５００℃での膨張率が−６〜２％である、請求項１記載のアルミナ−マグネシア質耐火れんが（請求項２）；アルミナ質原料と、粒度０．５ｍｍ以下の微粉を９０質量％以上含有するマグネシア質原料を使用し、化学成分としてＡｌ２Ｏ３とＭｇＯとの合量が８５質量％以上、ＭｇＯが４〜２０質量％、ＳｉＯ２が０．５〜５質量％、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏが合量で０．３〜２質量％、Ｃが０．５質量％以上、７質量％未満となるように各種原料を混合・混練し、得られた混練物をプレス成形した後、１００〜１１５０℃の温度範囲で加熱処理することを特徴とするアルミナ−マグネシア質耐火れんがの製造方法（請求項３）を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４４７０２０７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、キャスタブルの施工性を損なうことなくスラグライン部直下のライニング厚みを増すことにより、湯面低下による損傷増に対応し、且つ、熱ロスを抑制し清浄鋼製造に耐えうる優れた製鋼用容器の内張り耐火物ライニング構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋼浴部が不定形流し込み材、スラグライン部が耐火煉瓦で構成される製鋼用容器の鋼浴部の上部並びにスラグライン部の下部に、不定形流し込み材と同様な材質と特性を有する不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦を適用することで、十分なライニング厚を確保して耐食性に対する対応が可能となることや、剥離や亀裂が発生し難くそれらが寿命を決める要因にはならず、その結果、十分な耐用性を得ることが可能となることを見出し、本発明に至った。
【００１３】
即ち、本発明は、鋼浴部が不定形流し込み材で、スラグライン部がマグネシア−カーボン質煉瓦で構成される製鋼用容器の内張りライニング構造において、鋼浴部の上部とスラグライン部の下部を繋ぐつなぎ煉瓦として、１２００℃以下の温度で熱処理された不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦を使用することを特徴とする製鋼用容器の内張りライニング構造にある。
【００１４】
また、本発明の製鋼用容器の内張りライニング構造は、前記不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦が、アルミナ質原料と０．５ｍｍ以下の微粉を９０質量％以上含有するマグネシア質原料を使用し、化学組成としてＡｌ２Ｏ３とＭｇＯとの合量が９０質量％以上であり、ＭｇＯを４〜１６質量％、ＳｉＯ２を０．５〜５質量％、Ｎａ２ＯとのＫ２Ｏを合量で０．３〜２質量％含有し、Ｃ（カーボン）を５質量％未満（ゼロを含む）含有し、残部が不可避不純物からなり、プレス成形された後１００℃以上、１２００℃以下で加熱処理され、１５００℃での熱膨張率が２〜５％で、１ＭＰａで荷重下での膨張率が−６〜１％であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の製鋼用容器の内張り耐火物ライニング構造によれば、キャスタブルの施工性を損なうことなく、湯面低下によるスラグライン部直下の損傷増に対応し、且つ、熱ロスを抑制し、清浄鋼製造に耐えうる優れたライニングを得ることができ、その結果、製鋼用容器のライフを飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の製鋼用容器の内張り耐火物ライニング構造の１実施態様を示す概略図である。
【図２】本発明の製鋼用容器の内張り耐火物ライニング構造の他の実施態様を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の製鋼用容器の内張りライニング構造は、不定形流し込み材より構成される鋼浴部の上部と、マグネシア−カーボン質煉瓦より構成されるスラグライン部の下部、即ち、鋼浴部とスラグライン部を繋ぐつなぎ煉瓦として、１２００℃以下の温度で熱処理された不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦（以下、「不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦」という）を配設してなるものである。不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦をつなぎ煉瓦として配設することにより、不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦の耐食性に応じて充分な耐用性を得るための内張りライニング厚を確保することができる。更に、不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦を使用することにより、高い耐食性と耐亀裂・剥離性を付与することができる。また、不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦の熱伝導率は、マグネシア−カーボン質煉瓦と比べてかなり低く、熱ロスを抑制し、熱ロスを増やすことなく耐用性を向上することができる。更に、後述するように不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦は、カーボンを全く含有しないか、あるいは含有したとしても５質量％未満と極少量なので、カーボンピックアップを防ぐことができる。
【００１８】
以下、本発明の製鋼用容器の内張りライニング構造について詳述する。
図１及び２は、本発明の製鋼用容器の内張りライニング構造の実施態様を示すものである。図１及び２において、製鋼用容器のスラグライン部（１）は、慣用のマグネシア−カーボン質煉瓦で内張りライニングされている。また、鋼浴部（２）は、慣用の不定形流し込み材で内張りライニングされている。また、スラグライン部（１）の下端と鋼浴部（２）の上端の間のつなぎ煉瓦（３）は、１２００℃以下で加熱処理された不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦で内張りライニングされた構成となっている。
【００１９】
ここで、つなぎ煉瓦（３）は、内張りライニング帯域は特に限定されるものではないが、例えば、スラグライン部（１）の下端から下方に１０００ｍｍ程度、好ましくは７００ｍｍ程度、さらに好ましくは４００ｍｍの範囲で内張りライニングすることができる。また、つなぎ煉瓦（３）の内張りライニング厚みは、製鋼用容器の内張り耐火物と同等の耐用回数となるように任意の厚みで調整可能である。
【００２０】
なお、つなぎ煉瓦（３）の内張りライニングの最大厚みは、鋼浴部（２）の内張りライニング厚みを１００とした場合、１１０〜３００とすることが好ましい。不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦（３）の内張りライニングの最大厚みが１１０より小さければ、つなぎ煉瓦（３）内張りライニング厚みを厚くする効果が発現しないために好ましくない。また、３００を超えると、スラグライン部（１）の下部だけの耐用性を見れば向上させることができるか、他の部位の損傷が、製鋼用容器の寿命決定要因となるため経済的でない。さらに好ましくは１２０〜２５０の範囲内である。
【００２１】
また、スラグライン部（１）に対するつなぎ煉瓦（３）の内張りライニングの厚みは、スラグライン部（１）の内張りライニング厚みを１００とした場合、６０〜１８０とすることが好ましく、さらに好ましくは７０〜１７５である。
【００２２】
つなぎ煉瓦（３）の形状は、特に限定されるものではなく、例えば並型煉瓦のような矩形のもののほか、バチ型、扇状、セミユニバーサル形状のものなど各種のものが使用でき、複数の形状を組み合わせることも可能である。また、縦方向の断面で見た場合には、矩形のものの他に、台形のものや異形のものを使用することにより、テーパー付きの鍋に対して鉄皮に沿った内張りライニングを提供することもできる。例えば、段ごとにつなぎ煉瓦（３）の内張りライニング厚みを変え、鋼浴部（２）からスラグライン部（１）にかけての段差が小さくなるように内張りライニング厚みを調整することで、つなぎ煉瓦（３）やスラグライン部（１）を構成するマグネシア−カーボン質煉瓦の初期剥離を抑制することができる。また、図１及び２に示す実施態様のように、上下のつなぎ煉瓦（３）とイニシャル厚みの異なる構成とする場合に最下段や最上段のつなぎ煉瓦（３）の炉内面下側の角を取ることで、つなぎ煉瓦（３）の初期スポーリングを抑制することもできる。
【００２３】
なお、スラグライン部（１）には、慣用のマグネシア−カーボン質煉瓦を使用することができる。マグネシア−カーボン質煉瓦の組成は特に限定されるものではないが、例えばカーボン量が５〜２０質量％で、５質量％以下の金属アルミニウム及び／または金属シリコンを含有し、残部がマグネシア質原料と不可避不純物からなるもの等を使用することができる。また、鋼浴部（２）を構成する不定形流し込み材としては、慣用のアルミナ−マグネシア質キャスタブル、アルミナ−マグネシア−スピネル質キャスタブル等を使用することができる。アルミナ−マグネシア質キャスタブルの組成は特に限定されるものではないが、例えばマグネシアを４〜１２質量％、シリカを０．３〜１．２質量％、残部がアルミナ質原料と不可避不純物からなるもの等を使用することができる。アルミナ−マグネシア−スピネル質キャスタブルの組成もまた特に限定されるものではないが、例えばマグネシアを２〜５質量％、スピネルを５〜１５質量％、シリカを０．３〜１．２質量％、残部がアルミナ質原料と不可避不純物からなるもの等を使用することができる。
【００２４】
次に、スラグライン部（１）の下部と、鋼浴部（２）の上部、即ち、両者の境界部に使用するつなぎ煉瓦（３）には、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦を使用する。不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦は、特に限定されるものではないが、例えばアルミナ質原料と０．５ｍｍ以下の微粉を９０質量％以上含有するマグネシア質原料を使用し、化学組成としてＡｌ２Ｏ３とＭｇＯとの合量が９０質量％以上であり、ＭｇＯが４〜１６質量％、ＳｉＯ２が０．５〜５質量％、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏとの合量が０．３〜２質量％、カーボン質原料が５質量％未満（ゼロを含む）の範囲内にあり、残部が不可避不純物からなる構成のものを使用することが好ましい。
【００２５】
ここで、アルミナ質原料とマグネシア質原料は、単独でも優れた耐食性を持つ骨材であるため、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦の主骨材として採用している。アルミナ質原料としては、市販されているホワイト電融アルミナやブラウン電融アルミナのような電融アルミナや焼結アルミナ、仮焼アルミナに加え、焼成ボーキサイトや焼成礬土頁岩のような天然アルミナも使用可能であり、これらのうちの１種または２種以上を配合することもできる。また、マグネシア質原料としては、天然マグネシア、焼結マグネシア、電融マグネシアなどマグネシアを主体としたものであれば何れでも使用可能であり、これらのうちの１種または２種以上を配合することができる。
【００２６】
なお、アルミナ質原料中のアルミナの結晶であるコランダムと、マグネシア質原料中のマグネシアの結晶であるペリクレーズの反応によるスピネル結晶生成反応は、これらの混合物を室温から加熱していくと、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦が使用される時の稼動面の温度よりやや低い約１２００℃から活発となり、１４００℃までの範囲内で生じ、また、反応と共に熱間での膨張率及び残存膨張率も大きくなっていくことが知られている。不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦において、適度な残存膨張性を得るために、上記スピネル結晶生成反応は重要である。そのため、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦において、化学組成としてＡｌ２Ｏ３とＭｇＯの合量は、９０質量％以上である。Ａｌ２Ｏ３とＭｇＯの合量が９０質量％未満であると、アルミナ（コランダム結晶）とマグネシア（ペリクレーズ結晶）との熱間におけるスピネル生成反応、及びこれに伴う膨張挙動が明確でなくなり、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦の耐スラグ湿潤性を大きく改善することができないために好ましくない。
【００２７】
不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦には、マグネシア質原料はアルミナ質原料とのスピネル生成反応により、高温の稼動面付近に緻密なスピネル含有層を形成するために使用される。マグネシア質原料としては、粒度が０．５ｍｍ以下の微粉を９０質量％以上含有するものを用いる。スピネル生成に伴う膨張性及びその制御の容易さからは、マグネシア質原料は細かい方が好ましい。実用上は粒度が０．５ｍｍ以下の微粉を使用すれば、より微細なものを使用したときと殆ど変わらない程度に、スピネル生成時の膨張挙動が現れ、その制御も可能となる。更に、粒度が０．５ｍｍを超える粒子が１０質量％未満混在していても、特に弊害なくスピネル生成に伴う膨張が現れ、その調整も大きな困難なく可能であり、実用的に充分である。しかし、粒度が０．５ｍｍを超える粒子が１０質量％以上混在すると、スピネル生成反応が速やかに生じなくなり、反応に時間がかかると共に最終的な絶対膨張量が大きくなるために好ましくない。また、スピネル生成反応がマグネシア粒子の周囲で生じるため、煉瓦組織内でスピネルが均等に分散した状態で生成しないため、稼動面付近に緻密なスピネル含有層を生じ難いために好ましくない。
【００２８】
なお、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦において、化学組成としてＭｇＯの含有量は、４〜１６質量％、好ましくは５〜１０質量％の範囲内である。ＭｇＯの含有量が４質量％未満であると、アルミナ質原料と反応してスピネルを生成しても、その生成絶対量が不充分であり、このスピネル生成反応に伴う膨張量も不充分であるため、スラグ浸潤を抑制するに充分な稼動面付近の組織の緻密化が困難となるために好ましくない。また、ＭｇＯの含有量が１６質量％を超えると、スラグ湿潤が大きくなり、耐スラグ湿潤性に影響を及ぼすために好ましくない。
【００２９】
不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦において、スピネル生成反応は、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦組織中でアルミナ粒子とマグネシア粒子が接触していれば、約１２００℃以上の温度域で必ず生じる。不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦が全く拘束されず、自由に寸法を変化できる状態で、膨張率を測定すると、スピネルの生成に伴い、必ず大きな膨張を示す。膨張率は、通常、線膨張率として測定され、その値は２％を超えるのが普通である。不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦を、窯炉内張り材として実用化する上で問題となるのは、膨張特性に関するものであるが、この無拘束下での自由膨張が問題ということではない。重要なのは、拘束された状態、即ち、荷重を受けた状態での荷重下膨張である。不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦が、窯炉内に内張りされた状態で加熱されてスピネルを生成する温度域に達すると、スピネル生成と共に膨張しようとするが、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦は鉄皮に拘束されているため、膨張しようとする分だけ圧縮応力を受けることになる。この時の圧縮応力は、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦に荷重を与えた状態と同じとみなすことができる。もし、拘束下での膨張が自由膨張に近い膨張量であると、窯炉内に内張りされた状態で、非常に大きい応力が不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦内に発生し、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦が破壊されて崩壊する。一方、自由膨張が大きく、且つ荷重が掛かった状態での膨張が小さい、即ち、全体体積の変化が小さいということは、ミクロ組織中の気孔などで吸収されていることを意味する。これは、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦が崩壊することなく、膨張による体積変化分を不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦組織内で吸収しているのであって、組織が緻密化されていることにほかならない。本発明の製鋼用容器の内張りライニング構造に使用される不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦の特徴は、このような自由膨張特性と荷重下膨張特性とを制御することにより、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦の稼動面付近に緻密なスピネル含有層を形成させて耐スラグ湿潤性を大幅に向上させたものである。
【００３０】
不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦において、液相の主体を成すＳｉＯ２は必須の化学成分であるが、ＳｉＯ２を主体とする液相は融点が高いため、スピネル生成反応が活発となる約１２００℃前後の温度域では殆ど液相を生じない。この状態で不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦に変形能は殆ど付与されないため、膨張に伴い発生する応力を緩和するには不充分である。しかし、ＳｉＯ２は、Ｎａ２ＯやＫ２Ｏといったアルカリ金属酸化物との共存下で、約８５０℃まで融点が低下する。そこでＳｉＯ２をＮａ２ＯやＫ２Ｏといったアルカリ金属酸化物成分と共存させることにより、より低い温度で充分な液相を得ることができる。
【００３１】
ＳｉＯ２や、Ｎａ２ＯやＫ２Ｏといったアルカリ金属酸化物成分は、従来、高温下で煉瓦組織に液相を生じ、煉瓦の耐食性の低下を招くという観点から忌避されている成分である。しかし、スラグによる侵食と同等またはそれ以上に剥離損傷は煉瓦（内張り煉瓦）の耐用を左右するため、煉瓦にこれらの成分を適量配合して応力緩和能を付与することによって、耐用を向上させることができる。不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦では、化学組成としてＳｉＯ２成分を０．５〜５質量％、Ｎａ２Ｏ成分＋Ｋ２Ｏ成分を０．３〜２質量％含むことにより、スピネル生成温度域において、スピネル生成反応に伴う膨張を吸収するために適度な液相を不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦中に存在させることができ、この液相が所謂潤滑剤のような役割で、粒子の移動を可能とするものである。
【００３２】
ＳｉＯ２成分を単独で含有する際の液相量は、スピネルが生成する１２００〜１４００℃の温度領域では、膨張吸収に必要な量に達しない。より高温度域では、より多くのガラス相が生じるが、それでは、もはやスピネル生成に伴う膨張を吸収するという役目を果たすことができない。ＳｉＯ２成分が、Ｎａ２Ｏ成分、Ｋ２Ｏ成分等のアルカリ金属酸化物成分と共存することにより、アルミナとマグネシアとの反応でスピネルが生成される温度域で、ガラス相を形成し、スピネル化反応に伴う大きな膨張を吸収する働きが得られる。ＳｉＯ２成分と、Ｎａ２Ｏ成分、Ｋ２Ｏ成分等のアルカリ金属酸化物が共存すると、およそ８５０℃という低温からガラス相が形成され、これはスピネル生成反応温度よりも十分に低い温度であり、その後、温度上昇とともにガラス相の量は増加する。不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦では、これらの低融点でガラス相を形成する成分を上記範囲で含有することによって、膨張を吸収するという作用を与え、耐食性を低下させることなく、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦の破壊が生じず、大幅に耐スラグ浸潤性を高めることが可能となる。
【００３３】
化学組成として、ＳｉＯ２成分の含有量は、０．５〜５質量％、好ましくは０．８〜２質量％の範囲内である。ＳｉＯ２成分の含有量が０．５質量％未満では、ガラス相の絶対量が不足してスピネル生成時の粒子の移動を促すことができず、膨張を吸収することができないために好ましくない。また、ＳｉＯ２成分の含有量が５質量％を超えると、液相量が過剰となって耐食性が低下するために好ましくない。
【００３４】
Ｎａ２Ｏ成分、Ｋ２Ｏ成分等のアルカリ金属酸化物は、ＳｉＯ２成分と共存することによりその融点を下げ、また同じ温度においては粘性を下げる働きがある。化学組成として、Ｎａ２Ｏ成分とＫ２Ｏ成分の合計含有量は、０．３〜２質量％、好ましくは０．５〜１．５質量％の範囲内であれば、ＳｉＯ２成分と共に適度な粘度のガラス相を形成し、スピネルが生成する温度域において、粒子の移動を助け、スピネル生成による膨張を吸収し、緻密な稼動面付近のスピネル含有層の形成が可能となる。Ｎａ２Ｏ成分とＫ２Ｏ成分の合計含有合量が０．３質量％未満であると、液相量をスピネル生成温度域で充分確保することができないために好ましくなく、一方、２質量％を超えると、耐食性が低下するために好ましくない。
【００３５】
不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦において、化学組成としてＣ（カーボン）の含有量を５質量％未満（ゼロを含む）とすることで、溶鋼中へのＣ（カーボン）の溶出を抑制しつつ、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦へのスラグ浸潤を抑制でき、剥離を抑制するために必要な熱伝導率を得ることができる。鋼の清浄化の観点から、Ｃ（カーボン）を含くまないことが望ましいが、耐用と鋼の清浄度の両立を考慮した場合、より好ましいＣ（カーボン）の含有量は４質量％未満（ゼロを含む）であり、更に好ましくは３質量％未満（ゼロを含む）である。なお、５質量％以上含有する場合は、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦から溶鋼へのＣ（カーボン）の溶出が顕著となり、清浄鋼の製造には適さなくなるために好ましくない。
【００３６】
アルミナ質原料やマグネシア質原料には、様々なグレードの原料があり、相応の不純物成分を含有している。不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦において、Ａｌ２Ｏ３成分、ＭｇＯ成分、ＳｉＯ２成分、Ｎａ２Ｏ成分、Ｋ２Ｏ成分以外の不可避不純物は含まれない方が好ましいが、実用的には、コストの妥当性も考慮する必要があり、ある程度の不可避不純物は致し方ない。不可避不純物の含有量は、本来のアルミナ＋マグネシアのもつ耐食性を発揮させるために、可能ならば６質量％以下が好ましい。さらに、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦の膨張特性の制御を確実に行うためには、不可避不純物の含有量は５質量％以下であることがより好ましい。また、電融アルミナ原料等を使用する場合には、その高い耐食性を発揮させるために、不可避不純物の含有量は、４質量％以下であることが望ましい。なお、不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦は、低温で加熱されるので、煉瓦中には結晶水などのいわゆる灼熱減量分を含むことがあり、この灼熱減量分は不可避不純物と見なされる。
【００３７】
不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦は、上記配合を有する練り土を所定の形状にプレスによって成形する。プレス方法は特には限定されず、油圧プレス、フリクションプレス、などが利用できる。真空脱気を併用してもかまわない。場合によっては手打ち成形とすることも可能である。得られた成形体は、成形に必要な少量の水分を完全に乾燥させるために１２００℃以下で加熱処理する。好ましくは１００〜８００℃の温度範囲で加熱処理する。加熱温度が１２００℃を超えると、スピネル化反応が進むために好ましくない。
【００３８】
このようにして得られた不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦の１５００℃での熱膨張率は２〜５％、好ましくは２．５〜４％の範囲内である。１５００℃での熱膨張率が２％未満であると、拘束による緻密化が十分ではなく、５％を超えると荷重下膨張の制御が困難になる場合が生じるために好ましくない。
【００３９】
また、不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦の１ＭＰａで荷重下での膨張率は、−６〜１％、好ましくは−５〜０％の範囲内である。１ＭＰａで荷重下での膨張率が１％を超えると、不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦に亀裂が生じ、更には割れを発生して崩壊してしまう可能性があるために好ましくない。また、１ＭＰａの荷重下で、多少の収縮は問題とならない。しかしながら、収縮が大きくなるような不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦では溶損が大きくなる傾向があるので、−６％を超えないことが好ましい。
【００４０】
なお、本発明の製鋼用容器の内張りライニング構造の構築に際して、各々の煉瓦はモルタルについてはマグネシア質モルタル、アルミナ質モルタルのようなモルタルを使用して施工することができる。また、煉瓦の目地は基本的に空目地で施工可能である。ただし、鉄皮の歪み等の要因により施工に難をきたす場合は煉瓦背面に塗布するモルタルと同様に、マグネシア質、アルミナ質など各種のモルタルを用いることができる。この場合、目地厚は、２ｍｍ程度となることが望ましい。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明の製鋼用容器の内張りライニング構造を実施例及び比較例により更に具体的に説明する。
３００トンの普通鋼を製造する取鍋を用いて図１に示す配材パターンにて内張りライニングを施工して実炉テストを行った。ここで、スラグライン部（１）には、ＭｇＯ：７９質量％、Ｃ：１４質量％の化学組成を有するマグネシア−カーボン質煉瓦を用い、鋼浴部（２）には、Ａｌ２Ｏ３：８８質量％、ＭｇＯ：７質量％の化学組成を有するアルミナ−マグネシア質キャスタブルを用いた。なお、スラグライン部（１）の内張りライニング厚みは２００ｍｍであり、鋼浴部（２）の上端の内張りライニング厚みは１１５ｍｍであった。
表１に記載する化学組成を有する不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦を用い、スラグライン部（１）と溶鋼部（２）の境界領域に、幅６９０ｍｍにわたり、内張りライニングを施してつなぎ煉瓦（３）を形成した。なお、比較例１は、つなぎ煉瓦（３）に鋼浴部（２）に使用したアルミナ−マグネシア質キャスタブルを用いた例である。また、比較例２は、つなぎ煉瓦（３）にスラグライン部（１）に使用したマグネシア−カーボン質煉瓦を用いた例である。また、比較例３は、つなぎ煉瓦（３）に表１に記載するジルコン煉瓦を用いた例である。更に、比較例４は、つなぎ煉瓦（３）に表１に記載するマグネシア−クロム煉瓦を用いた例である。
【００４２】
【表１】
【００４３】
本発明の製鋼用容器の内張りライニング構造の構成例及び諸特性を表２に記載する。
なお、表２中、
カーボンピックアップ量において、◎は、溶鋼へのカーボンピックアップが少ない、○は、やや大きいものの許容範囲内にある、×は、カーボンピックアップ量が過大で目的の組成の鋼が得られないをそれぞれ示す；
熱ロスの評価は、受鋼から出鋼終了までの溶鋼温度を測定し、各内張りランニング構造の溶鋼温度の低下量を測定したものであり、◎は、低下量が少ない、○は、低下量が中程度、△は、低下量が大きい、×は、低下量が非常に大きく、操業上問題があるをそれぞれ示す；
耐用回数は、比較例１を１００とした時のそれぞれの耐用回数を指数化したものであり、数値が高いものほど耐用回数が多いことを示す；
つなぎ煉瓦の形態は、使用中の観察及び使用後回収煉瓦を解析したものである。
【００４４】
【表２】
【００４５】
比較例の製鋼用容器の内張りライニング構造の構成例及び諸特性を表３に記載する。
【００４６】
【表３】
【００４７】
表２の結果から、つなぎ煉瓦として不焼成アルミナ−マグネシア煉瓦を使用した本発明例１〜５は、スラグライン部下のライニング厚をアルミナ−マグネシア質キャスタブルを使用した比較例１に比べて厚くすることができ、耐用性が著しく向上させることができた。また、熱ロスも少なく、溶鋼へのカーボンピックアップ量は許容範囲内であった。
比較例２は、スラグライン部に使用されるマグネシア−カーボン質煉瓦を下方へ拡大した例であり、耐用性の面では優れているが、カーボンピックアップ量が許容範囲を超えており、清浄鋼製造の観点から不適であり、更には、熱ロスが大きくなった。
比較例３は、つなぎ煉瓦としてジルコン煉瓦を使用したものであるが、ジルコン煉瓦の溶損が大きく、損傷が甚大であり、比較例１よりも耐用性が低下した。
比較例４は、つなぎ煉瓦としてマグネシア−クロム煉瓦を使用したものであり、耐食性に優れるため、稼動初期は良好な状態であったが、中期以降稼動面の剥離が繰り返し発生し、比較例１より耐用性が低下した。
【符号の説明】
【００４８】
１ スラグライン部、２ 鋼浴部、３ つなぎ煉瓦。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼浴部が不定形流し込み材で、スラグライン部がマグネシア−カーボン質煉瓦で構成される製鋼用容器の内張りライニング構造において、鋼浴部の上部とスラグライン部の下部を繋ぐつなぎ煉瓦として、１２００℃以下の温度で熱処理された不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦を使用することを特徴とする製鋼用容器の内張りライニング構造。
【請求項２】
１２００℃以下の温度で熱処理された不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦が、アルミナ質原料と０．５ｍｍ以下の微粉を９０質量％以上含有するマグネシア質原料を使用し、化学組成としてＡｌ２Ｏ３とＭｇＯとの合量が９０質量％以上であり、ＭｇＯを４〜１６質量％、ＳｉＯ２を０．５〜５質量％、Ｎａ２ＯとのＫ２Ｏを合量で０．３〜２質量％含有し、Ｃ（カーボン）を５質量％未満（ゼロを含む）含有し、残部が不可避不純物からなり、プレス成形された後１００℃以上、１２００℃以下で加熱処理され、１５００℃での熱膨張率が２〜５％で、１ＭＰａで荷重下での膨張率が−６〜１％であることを特徴とする製鋼用容器の内張りライニング構造。
【請求項１】
鋼浴部が不定形流し込み材で、スラグライン部がマグネシア−カーボン質煉瓦で構成される製鋼用容器の内張りライニング構造において、鋼浴部の上部とスラグライン部の下部を繋ぐつなぎ煉瓦として、１２００℃以下の温度で熱処理された不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦を使用することを特徴とする製鋼用容器の内張りライニング構造。
【請求項２】
１２００℃以下の温度で熱処理された不焼成アルミナ−マグネシア質煉瓦が、アルミナ質原料と０．５ｍｍ以下の微粉を９０質量％以上含有するマグネシア質原料を使用し、化学組成としてＡｌ２Ｏ３とＭｇＯとの合量が９０質量％以上であり、ＭｇＯを４〜１６質量％、ＳｉＯ２を０．５〜５質量％、Ｎａ２ＯとのＫ２Ｏを合量で０．３〜２質量％含有し、Ｃ（カーボン）を５質量％未満（ゼロを含む）含有し、残部が不可避不純物からなり、プレス成形された後１００℃以上、１２００℃以下で加熱処理され、１５００℃での熱膨張率が２〜５％で、１ＭＰａで荷重下での膨張率が−６〜１％であることを特徴とする製鋼用容器の内張りライニング構造。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−７２１３７（Ｐ２０１３−７２１３７Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１４７１５（Ｐ２０１１−２１４７１５）
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（０００００１９７１）品川リフラクトリーズ株式会社 (112)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（０００００１９７１）品川リフラクトリーズ株式会社 (112)
【Ｆターム（参考）】
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