特開 2022-65959 溶融金属収容容器の鉄皮構造及び溶融金属収容容器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022065959

(43)【公開日】2022-04-28

(54)【発明の名称】溶融金属収容容器の鉄皮構造及び溶融金属収容容器

(51)【国際特許分類】

   B22D 41/00 20060101AFI20220421BHJP

   F27D 1/00 20060101ALI20220421BHJP

   C21C 1/06 20060101ALI20220421BHJP

   B22D 11/10 20060101ALI20220421BHJP

【ＦＩ】

B22D41/00 Z

F27D1/00 A

C21C1/06

B22D11/10 310F

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020174796

(22)【出願日】2020-10-16

(71)【出願人】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103850

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼

(74)【代理人】

【識別番号】100105854

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 一

(74)【代理人】

【識別番号】100116012

【弁理士】

【氏名又は名称】宮坂 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100066980

【弁理士】

【氏名又は名称】森 哲也

(72)【発明者】

【氏名】安藤 健治

(72)【発明者】

【氏名】久永 知慶

(72)【発明者】

【氏名】柚木 昌明

【テーマコード（参考）】

4K014

4K051

【Ｆターム（参考）】

4K014AD03

4K014AD23

4K051AA06

(57)【要約】

【課題】ガス抜き孔からの溶融金属の流出を抑制することができる、溶融金属収容容器の鉄皮構造及び溶融金属収容容器を提供すること。
【解決手段】容器状に外殻をなす鉄皮２と、鉄皮２の内面側に内張りされる１層又は２層以上の耐火物層３と、を備える溶融金属収容容器１の鉄皮構造であって、鉄皮２の厚み方向に鉄皮２を貫通して設けられる１個又は２個以上のガス抜き孔２１を有し、ガス抜き孔２１の貫通深さＬは、ガス抜き孔２１の直径Ｄ_１の２．５倍以上である。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

容器状に外殻をなす鉄皮と、前記鉄皮の内面側に内張りされる１層又は２層以上の耐火物層と、を備える溶融金属収容容器の鉄皮構造であって、
前記鉄皮の厚み方向に前記鉄皮を貫通して設けられる１個又は２個以上のガス抜き孔を有し、
前記ガス抜き孔の貫通深さは、前記ガス抜き孔の直径の２．５倍以上である、溶融金属収容容器の鉄皮構造。

【請求項2】

前記直径は、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下である、請求項１に記載の溶融金属収容容器の鉄皮構造。

【請求項3】

前記鉄皮の外面に前記鉄皮の厚みを増した凸部を有し、
前記ガス抜き孔は、前記鉄皮の内面側から前記凸部の鉄皮外面側にかけて、前記厚み方向に前記鉄皮を貫通して設けられる、請求項１又は２に記載の溶融金属収容容器の鉄皮構造。

【請求項4】

前記凸部は、軸方向を前記厚み方向とする円筒形であり、
前記ガス抜き孔は、前記鉄皮の内面側から前記凸部の鉄皮外面側にかけて、前記厚み方向に前記凸部と同軸に前記鉄皮を貫通して設けられ、
前記凸部の外径は、前記ガス抜き孔の直径の２倍以上である、請求項３に記載の溶融金属収容容器の鉄皮構造。

【請求項5】

容器状に外殻をなす鉄皮と、前記鉄皮の内面側に内張りされる１層又は２層以上の耐火物層と、を備え
前記鉄皮は、前記鉄皮の厚み方向に前記鉄皮を貫通して設けられる１個又は２個以上のガス抜き孔を有し、
前記ガス抜き孔の貫通深さは、前記ガス抜き孔の直径の２．５倍以上である、溶融金属収容容器。

【請求項6】

前記直径は、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下である、請求項５に記載の溶融金属収容容器。

【請求項7】

前記鉄皮は、外面に前記鉄皮の厚みを増した凸部を有し、
前記ガス抜き孔は、前記鉄皮の内面側から前記凸部の鉄皮外面側にかけて、前記厚み方向に前記鉄皮を貫通して設けられる、請求項５又は６に記載の溶融金属収容容器。

【請求項8】

前記凸部は、軸方向を前記厚み方向とする円筒形であり、
前記ガス抜き孔は、前記鉄皮の内面側から前記凸部の鉄皮外面側にかけて、前記厚み方向に前記凸部と同軸に前記鉄皮を貫通して設けられ、
前記凸部の外径は、前記ガス抜き孔の直径の２倍以上である、請求項７に記載の溶融金属収容容器。

【請求項9】

前記溶融金属収容容器は、混銑車、高炉鍋、溶銑装入鍋、溶鋼取鍋又はタンディッシュである請求項５～８のいずれか１項に記載の溶融金属収容容器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶融金属収容容器の鉄皮構造及び溶融金属収容容器に関する。

【背景技術】

【0002】

製鉄所においては、混銑車や高炉鍋、溶銑装入鍋、溶鋼取鍋、タンディッシュなどの、容器状に外殻をなす鉄皮と鉄皮の内面に内張りされる耐火物とから構成される溶融金属収容容器が使用される。これら溶融金属収容容器に内張りされる耐火物には、定形耐火物や不定形耐火物があるが、定形耐火物施工時に目地材として使用されるモルタル（不定形耐火物の一種）や、流し込み施工される不定形耐火物には水分や揮発分が含まれる。これらの水分及び揮発分を除去するため、施工後の耐火物は加熱されることで、水抜き乾燥が施される。この加熱・乾燥によって水分及び揮発分はガスとして大気中に放散されるが、発生するガスの排出径路を確保するために、溶融金属収容容器の外殻を形成する鉄皮には、特許文献１に示されるように、鉄皮を貫通して多数のガス抜き孔（「蒸気抜き孔」、「蒸気孔」ともいう）が設置されている。

【0003】

ただし、耐火物が溶損するなどして、溶融金属が鉄皮まで差し込んだ際には、上記のガス抜き孔は、溶融金属が容器外へ流出する経路となり得る。これに対して、特許文献２には、永久張り耐火物が定形耐火物で施工され、且つ、耐火物の加熱・乾燥時に発生するガスを抜くためのガス抜き孔の設置された溶融金属収容容器であって、前記ガス抜き孔の設置位置と前記永久張り耐火物の目地とが一致せず、ずれていることを特徴とする溶融金属収容容器が開示されている。この技術によれば、ガス抜き孔の設置位置と永久張り耐火物の目地とを一致させずにずらしているため、仮に溶融金属が永久張り耐火物の目地を通って鉄皮の位置まで流入しても、流入した溶融金属はガス抜き孔の設置位置に到達する以前に鉄皮によって冷却されて凝固する。このため、特許文献２には、ガス抜き孔からの溶融金属の流出というトラブルを未然に防止することができると記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平３－２１７７９１号公報

【特許文献2】特開２００７－３００２０号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】（社）日本鉄鋼協会編：第5版鉄鋼便覧 第１巻 製銑・製鋼

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、近年では、収容される溶融金属の温度低下を抑制するため、溶融金属収容容器の断熱性を高めるよう、永久張り耐火物に熱伝導度の低い耐火物を施工するなどの取り組みがなされている（非特許文献１）。従って、特許文献２に記載の技術を適用しても、永久張り耐火物の目地を通って流入してくる溶融金属は、従来より温度降下が小さい状態で鉄皮の位置まで到達するようになっている。そのため、溶融金属は鉄皮によって冷却されても凝固するには至らず、ガス抜き孔から流出するトラブルが発生するようになった。
ガス抜き孔からの溶融金属の流出トラブルが発生すると、ガス抜き孔の数を経験知に基づき減少させる対策もなされるが、ガス抜き孔を減少させ過ぎて、揮発分の圧力により耐火物が変形したり、揮発分成分と耐火物とが化学反応を起こし、耐火物の健全性が損なわれる場合があった。

【0007】

そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、ガス抜き孔からの溶融金属の流出を抑制することができる、溶融金属収容容器の鉄皮構造及び溶融金属収容容器を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様によれば、容器状に外殻をなす鉄皮と、上記鉄皮の内面側に内張りされる１層又は２層以上の耐火物層と、を備える溶融金属収容容器の鉄皮構造であって、上記鉄皮の厚み方向に上記鉄皮を貫通して設けられる１個又は２個以上のガス抜き孔を有し、上記ガス抜き孔の貫通深さは、上記ガス抜き孔の直径の２．５倍以上である、溶融金属収容容器の鉄皮構造が提供される。

【0009】

本発明の一態様によれば、容器状に外殻をなす鉄皮と、上記鉄皮の内面側に内張りされる１層又は２層以上の耐火物層と、を備え上記鉄皮は、上記鉄皮の厚み方向に上記鉄皮を貫通して設けられる１個又は２個以上のガス抜き孔を有し、上記ガス抜き孔の貫通深さは、上記ガス抜き孔の直径の２．５倍以上である、溶融金属収容容器が提供される。

【発明の効果】

【0010】

本発明の一態様によれば、ガス抜き孔からの溶融金属の流出を抑制することができる、溶融金属収容容器の鉄皮構造及び溶融金属収容容器が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態に係る溶融金属収容容器を示す一部断面図である。

【図2】溶融金属収容容器の鉄皮構造を示す模式図であり、（Ａ）は鉄皮を外面から視た図であり、（Ｂ）は図２（Ａ）のＩ－Ｉ線矢視図である。

【図3】耐火物層の損傷による漏鋼のメカニズムを示す模式図である。

【図4】ガス抜き孔の貫通深さ及び直径を変化させた条件での漏鋼の発生状況を示すグラフである。

【図5】鉄皮に凸部を設けた場合の溶融金属収容容器の鉄皮構造を示す模式図であり、（Ａ）は鉄皮を外面から視た図であり、（Ｂ）は図５（Ａ）のＩＩ－ＩＩ線矢視図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下の詳細な説明では、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付し、重複する説明を省略する。各図面は模式的なものであり、現実のものとは異なる場合が含まれる。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において種々の変更を加えることができる。

【0013】

＜溶融金属収容容器及び溶融金属収容容器の鉄皮構造＞
本発明の一実施形態に係る溶融金属収容容器１及び溶融金属収容容器１の鉄皮構造について説明する。溶融金属収容容器１は、混銑車や高炉鍋、溶銑装入鍋、溶鋼取鍋、タンディッシュなどの、溶銑や溶鋼などの溶融金属を収容する容器であり、容器状に外殻をなす鉄皮２と鉄皮２の内面に内張りされる耐火物層３とを備える。本実施形態では、一例として、図１には、溶融金属収容容器１が溶鋼取鍋であるものとする。図１に示す例では、鉄皮２の内面には、耐火物層３として、耐火レンガからなる永久耐火物層３１と、永久耐火物層３１よりも内側の不定形耐火物及び耐火レンガからなるワーク耐火物層３２とが内張りされる。なお、ワーク耐火物層３２では、耐火レンガは、不定形耐火物の上側に形成される。

【0014】

鉄皮２には、図２及び図３に示すように、鉄皮２の厚み方向に鉄皮２を貫通する複数のガス抜き孔２１が設けられる。鉄皮２の厚み方向におけるガス抜き孔２１の長さを貫通深さＬ（ｍｍ）という。また、ガス抜き孔２１は、深さ方向に直交する断面形状が円形の孔であり、直径をＤ_１（ｍｍ）とする。
ガス抜き孔２１の貫通深さＬは、直径Ｄ_１の２．５倍以上である。ここで、本発明者らは、耐火物層内に侵入し、鉄皮２の内面のガス抜き孔２１まで到達した溶融金属を、ガス抜き孔内で冷却して凝固させることにより、溶融金属がガス抜き孔から流出することを防止する、という観点で鋭意検討を重ねた。図３には、耐火物層の損傷による漏鋼のメカニズムを示す。取鍋のような溶融金属収容容器１では、ワーク耐火物層３２が損傷した場合（図３（Ａ）→図３（Ｂ））、永久耐火物層３１と溶融金属である溶鋼４とが接触する状態となる。この状態での使用が続くと、永久耐火物層３１の目地等を通じて溶鋼４が永久耐火物層３１内に浸潤していき、ガス抜き孔２１から溶鋼４が流出する漏鋼が発生する（図３（Ｃ））。

【0015】

このような溶融金属の流出に対して、本発明者らは、ガス抜き孔２１の貫通深さＬと直径Ｄ_１との関係に着目した。図４には、ガス抜き孔２１の貫通深さＬ及び直径Ｄ_１を変化させた条件での漏鋼の発生状況について調査した結果を示す。図４において、「○」は漏鋼が発生しなかった条件、「△」は漏鋼が発生せず、耐火物の爆裂又はガス抜き孔のダストによる閉塞が発生した条件、「×」は漏鋼が発生した条件をそれぞれ示す。図４に示すように、ガス抜き孔２１の貫通深さＬを直径Ｄ_１の２．５倍以上とすることで、漏鋼の発生を抑制できることが確認できた。これは、鉄皮２まで到達する溶銑や溶鋼は過熱度（液相線温度に対する実際の温度）が２０℃程度であり、到達した溶銑や溶鋼に対する比熱を考えると直径Ｄ_１の２．５倍以上の貫通深さＬがあれば溶銑溶鋼の加熱度を吸収して冷却、凝固せしめ、漏鋼や漏銑（溶銑の漏れ）を止めることが可能であったためである。

【0016】

また、ガス抜き孔２１の貫通深さＬの上限は特に設けないが、ガス抜き孔２１の直径Ｄ_１に対して４．０倍を超えない程度とすることがより好ましい。ガス抜き孔２１の貫通深さＬを深くするためには、ガス抜き孔２１を設ける部分の鉄皮２の厚みを厚くする必要がある。しかし、ガス抜き孔２１の貫通深さＬがガス抜き孔２１の直径Ｄ_１に対して４．０倍を超えると鉄皮２の厚みが厚くなるため、容器外面に突起が生じ、突起が長くなると容器鉄皮表面に地金付着が多くなるためである。また、容器の重量も重くなるため好ましくない。
さらに、ガス抜き孔２１の直径Ｄ_１は、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下とすることが好ましい。直径Ｄ_１が５ｍｍ未満となる場合、ガス抜き孔が閉塞し、耐火物層３の乾燥中に爆裂する可能性がある。一方、直径Ｄ_１が３０ｍｍ超となる場合、耐火物層３の乾燥中の爆裂防止効果に差はなく、侵入した溶融金属の孔内での接触面積が小さくなる。

【0017】

さらに、本実施形態に係る溶融金属収容容器１の鉄皮構造は、図２に示すような例に限定されない。溶融金属収容容器１の既存の鉄皮２の厚みが薄く、ガス抜き孔２１の貫通深さＬがガス抜き孔２１の直径Ｄ_１の２．５倍以上にできない場合には、図５に示すように、鉄皮２の外面に鉄皮２の厚みを増した凸部２２を設けることでガス抜き孔の貫通深さＬを大きくしてもよい。凸部２２は、鉄皮２の外面に鉄皮と同材質の部材を取り付けたり、肉盛りを行なったりすることで形成することができる。凸部２２は、図５に示すように、鉄皮２の厚み方向を自身の軸方向とする円筒形とすると設置しやすく、ガス抜き孔２１内に侵入した溶融金属が均一に抜熱されるので好ましい。なお、凸部２２を設ける場合、ガス抜き孔２１は、鉄皮２の内面側から凸部２２の鉄皮外面側にかけて、鉄皮２の厚み方向に鉄皮を貫通して設けられる。つまり、貫通深さＬは、鉄皮２の厚み（鉄皮２の孔の深さ）と凸部２２の孔の深さとを足し合わせた長さとなる。また、凸部２２が円筒形の場合、ガス抜き孔２１は、鉄皮２の内面側から凸部２２の鉄皮外面側にかけて、鉄皮２の厚み方向に凸部２２と同軸に鉄皮２を貫通して設けられる。さらに、凸部２２が円筒形の場合、円筒の外径Ｄ_２はガス抜き孔２１の直径Ｄ_１の２倍以上とすることが望ましい。円筒の外径Ｄ_２をガス抜き孔の直径Ｄ_１の２倍以上とすることにより、ガス抜き孔２１内に侵入した溶融金属の凝固に必要な凸部２２の熱容量が十分に確保される。外径Ｄ_２の上限は特に設けないが、直径Ｄ_１の４倍を超えて大きくしても凸部２２内の熱伝導が律速してガス抜き孔２１内に侵入した溶融金属の凝固効果が頭打ちとなるので、直径Ｄ_１の４倍以内がより好ましい範囲である。

【0018】

＜変形例＞
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態とともに種々の変形例を含む本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲に記載された発明の実施形態には、本明細書に記載したこれらの変形例を単独または組み合わせて含む実施形態も網羅すると解すべきである。

【0019】

例えば、上記実施形態では、耐火物層３は、永久耐火物層３１とワーク耐火物層３２とからなる２層であるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。耐火物層３の数は、１層又は２層以上であればよく、溶融金属収容容器１の種類や用途等に応じて適宜設定される。また、耐火物層３にどのような種類の耐火物を用いるかについても、溶融金属収容容器１の種類に応じて適宜設定される。

【0020】

また、上記実施形態では、ガス抜き孔２１を複数設けるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。ガス抜き孔２１の数は、１個又は２個以上であればよく、溶融金属収容容器１の形状や寸法等に応じて適宜選択される。さらに、ガス抜き孔２１が複数設けられた場合において、全てのガス抜き孔２１ではなく、漏孔が懸念されるガス抜き孔２１のみを上記実施形態と同様な構造としてもよい。
さらに、上記実施形態では、溶融金属が溶銑又は溶鋼である例について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。溶融金属収容容器１が、鉄皮２と耐火物層３とを有するものであれば、鉄以外の溶融金属についても適用することができる。

【0021】

＜実施形態の効果＞
（１）本発明の一態様に係る溶融金属収容容器１の鉄皮構造は、容器状に外殻をなす鉄皮２と、鉄皮２の内面側に内張りされる１層又は２層以上の耐火物層３と、を備える溶融金属収容容器１の鉄皮構造であって、鉄皮２の厚み方向に鉄皮２を貫通して設けられる１個又は２個以上のガス抜き孔２１を有し、ガス抜き孔２１の貫通深さＬは、ガス抜き孔２１の直径Ｄ_１の２．５倍以上である。
上記（１）の構成によれば、万一耐火物の損傷などにより溶融金属が耐火物層３内に侵入し、鉄皮２内面のガス抜き孔２１まで到達しても、溶融金属はガス抜き孔２１内を通過する際に冷却され凝固する。これにより、ガス抜き孔２１からの溶融金属が流出するトラブルの発生を減少させることができる。

【0022】

（２）上記（１）の構成において、直径Ｄ_１は、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。
上記（２）の構成によれば、耐火物の加熱・乾燥に伴うガス抜きを適切に行うことができる。
（３）上記（１）又は（２）の構成において、鉄皮２の外面に鉄皮２の厚みを増した凸部２２を有し、ガス抜き孔２１は、鉄皮２の内面側から凸部２２の鉄皮外面側にかけて、厚み方向に鉄皮２を貫通して設けられる。
上記（３）の構成によれば、鉄皮２の厚みが薄い場合においても、上記（１）の構成と同様な効果を得ることができる。

【0023】

（４）上記（３）の構成において、凸部２２は、軸方向を厚み方向とする円筒形であり、ガス抜き孔２１は、鉄皮２の内面側から凸部２２の鉄皮外面側にかけて、厚み方向に凸部２２と同軸に鉄皮２を貫通して設けられ、凸部２２の外径Ｄ_２は、ガス抜き孔２１の直径Ｄ_１の２倍以上である。
上記（４）の構成によれば、凸部２２を設けた場合において、ガス抜き孔２１内に侵入した溶融金属の凝固に必要な凸部２２の熱容量が十分に確保されるため、溶融金属の流出をより確実に抑制することができる。

【0024】

（５）本発明に一態様に係る溶融金属収容容器は、容器状に外殻をなす鉄皮と、鉄皮の内面側に内張りされる１層又は２層以上の耐火物層と、を備え鉄皮は、鉄皮の厚み方向に鉄皮を貫通して設けられる１個又は２個以上のガス抜き孔を有し、ガス抜き孔の貫通深さは、ガス抜き孔の直径の２．５倍以上である。
上記（５）の構成によれば、上記（１）と同様な効果が得られる。

【0025】

（６）上記（５）の構成において、直径は、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。
上記（６）の構成によれば、上記（２）と同様な効果が得られる。
（７）上記（５）又は（６）の構成において、鉄皮は、外面に鉄皮の厚みを増した凸部を有し、ガス抜き孔は、鉄皮の内面側から凸部の鉄皮外面側にかけて、厚み方向に鉄皮を貫通して設けられる。
上記（７）の構成によれば、上記（３）と同様な効果が得られる。

【0026】

（８）上記（７）の構成において、凸部は、軸方向を厚み方向とする円筒形であり、ガス抜き孔は、鉄皮の内面側から凸部の鉄皮外面側にかけて、厚み方向に凸部と同軸に鉄皮を貫通して設けられ、凸部の外径は、ガス抜き孔の直径の２倍以上である。
上記（８）の構成によれば、上記（４）と同様な効果が得られる。
（９）上記（５）～（８）のいずれか一つの構成において、溶融金属収容容器は、混銑車、高炉鍋、溶銑装入鍋、溶鋼取鍋又はタンディッシュである。

【実施例0027】

本発明者らは、上記実施形態に係る溶融金属収容容器１を、２２６ｔの内容量である溶鋼取鍋に実際に用いた。溶鋼取鍋は、転炉精錬を施され、転炉から出鋼された溶鋼を受鋼する。溶鋼の温度は１６５０℃以上である。次いで、この溶鋼取鍋に保持された溶鋼に二次精錬処理を施す。二次精錬処理はＲＨ真空脱ガス設備での真空脱ガス精錬処理や、ガスバブリング処理などがある。二次精錬処理が施された溶鋼は、この溶鋼取鍋に保持されて連続鋳造機に搬送される。連続鋳造機において、溶鋼取鍋からタンディッシュに溶鋼が注入される。空となった溶鋼取鍋は、次の受鋼に供される。このようにして、耐火物補修なしに５０回以上の処理を行った。
この結果、鉄皮２まで溶鋼が到達したケースが３件/年ほどあったが、いずれも漏鋼トラブルには至らなかったことを確認した。

【符号の説明】

【0028】

１ 溶融金属収容容器
２ 鉄皮
２１ ガス抜き孔
２２ 凸部
３ 耐火物層
３１ 永久耐火物層
３２ ワーク耐火物層
４ 溶鋼（溶融金属）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】