特開 2024-72595 溶融金属精錬容器の装入壁用耐火物の選定方法および溶融金属精錬容器

(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】P2024072595

(43)【公開日】2024-05-28

(54)【発明の名称】溶融金属精錬容器の装入壁用耐火物の選定方法および溶融金属精錬容器

(51)【国際特許分類】

   F27D 1/00 20060101AFI20240521BHJP

   C21C 5/44 20060101ALI20240521BHJP

【ＦＩ】

F27D1/00 N

C21C5/44 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022183515

(22)【出願日】2022-11-16

(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】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】天野 雄貴

(72)【発明者】

【氏名】鶴丸 裕史

【テーマコード（参考）】

4K051

4K070

【Ｆターム（参考）】

4K051AA02

4K051AA05

4K051BB02

4K051BB07

4K070CC10

(57)【要約】

【課題】熱間曲げ試験の結果から実炉での耐用性を評価し、より適当な耐火物を選定することができる、溶融金属精錬容器の装入壁用耐火物の選定方法および溶融金属精錬容器を提供すること。
【解決手段】溶融金属精錬容器の装入壁用耐火物の選定方法は、熱間曲げ試験によって測定した熱間曲げ強度の値と破壊エネルギーの値とから算出される耐スクラップ指数の大小に基づいて、スクラップの衝突に対する耐火物の耐用性を評価する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱間曲げ試験によって測定した熱間曲げ強度の値と破壊エネルギーの値とから算出される耐スクラップ指数の大小に基づいて、スクラップの衝突に対する耐火物の耐用性を評価する溶融金属精錬容器の装入壁用耐火物の選定方法。

【請求項2】

前記耐スクラップ指数は、前記熱間曲げ強度の値σ（ＭＰａ）と前記破壊エネルギーの値γ（Ｊ／ｍ^２）とを用いて、下記式（１）により算出される請求項１に記載の溶融金属精錬容器の装入壁用耐火物の選定方法。

【数1】

【請求項3】

請求項１に記載の溶融金属精錬容器の装入壁用耐火物の選定方法によって選定された耐火物を、スクラップが衝突する部位に施工した、転炉または電気炉からなる溶融金属精錬容器。

【請求項4】

熱間曲げ試験によって測定した熱間曲げ強度の値と破壊エネルギーの値とから算出される耐スクラップ指数が１４以上の耐火物を、スクラップが衝突する部位に施工した、転炉または電気炉からなる溶融金属精錬容器。

【請求項5】

前記耐スクラップ指数は、前記熱間曲げ強度の値σ（ＭＰａ）と前記破壊エネルギーの値γ（Ｊ／ｍ^２）とを用いて、下記式（１）により算出される請求項４に記載の溶融金属精錬容器。

【数2】

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、転炉や電気炉等の溶融金属精錬容器の装入壁用耐火物の選定方法および溶融金属精錬容器に関する。

【背景技術】

【0002】

溶融金属精錬容器の耐火物の損耗形態は、施工する部位によって異なり、耐火物の損耗速度は操業条件によって変化する。そのため、施工する部位ごとに操業条件に適合した材質を選定する必要がある。例えばスラグによる溶損や、溶鋼流による摩耗が損耗の主要因である出鋼口用スリーブれんがでは、材料強度の測定結果や耐食性テスト結果に基づいた耐火物の耐用予測および選定方法が実施されている（特許文献１，２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平６－１４５７５４号公報

【特許文献2】特開２０１１－４７００７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

出鋼口用スリーブれんがの耐用性を事前に評価する方法が提案されている一方、これまで装入壁用耐火物の耐用性を事前に評価する手法は提案されていなかった。スクラップが衝突することによる機械的損傷が損耗の主要因である装入壁では、一般的に、熱間強度に優れる耐火物が選定される。

【0005】

しかしながら、実炉では、スクラップの衝突による稼働面表層の損傷に加え、スクラップの衝突が繰り返されることにより、耐火物内部に亀裂が進展し、あるタイミングで剥離する現象が発生する。そのため、熱間強度の値のみで実炉での耐用性を評価し、適当な耐火物を選定することは困難であった。

【0006】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、熱間曲げ試験の結果から実炉での耐用性を評価し、より適当な耐火物を選定することができる、溶融金属精錬容器の装入壁用耐火物の選定方法および溶融金属精錬容器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】

【0007】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る溶融金属精錬容器の装入壁用耐火物の選定方法は、熱間曲げ試験によって測定した熱間曲げ強度の値と破壊エネルギーの値とから算出される耐スクラップ指数の大小に基づいて、スクラップの衝突に対する耐火物の耐用性を評価する。

【0008】

また、本発明に係る溶融金属精錬容器の装入壁用耐火物の選定方法は、上記発明において、前記耐スクラップ指数は、前記熱間曲げ強度の値σ（ＭＰａ）と前記破壊エネルギーの値γ（Ｊ／ｍ^２）とを用いて、下記式（１）により算出される。

【数1】

【0009】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る溶融金属精錬容器は、上記の溶融金属精錬容器の装入壁用耐火物の選定方法によって選定された耐火物を、スクラップが衝突する部位に施工した、転炉または電気炉からなる。

【0010】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る溶融金属精錬容器は、熱間曲げ試験によって測定した熱間曲げ強度の値と破壊エネルギーの値とから算出される耐スクラップ指数が１４以上の耐火物を、スクラップが衝突する部位に施工した、転炉または電気炉からなる。

【0011】

本発明に係る溶融金属精錬容器は、上記発明において、前記耐スクラップ指数は、前記熱間曲げ強度の値σ（ＭＰａ）と前記破壊エネルギーの値γ（Ｊ／ｍ^２）とを用いて、下記式（１）により算出される。

【数2】

【発明の効果】

【0012】

本発明に係る溶融金属精錬容器の装入壁用耐火物の選定方法および溶融金属精錬容器では、スクラップの衝突による稼働面表層の損傷に加え、スクラップの衝突が繰り返されることによる耐火物内部への亀裂進展を加味する。また、耐火物内部への亀裂進展を加味した指数を用いて評価することにより、これにより、熱間曲げ試験の結果から実炉での耐用性を高精度に事前評価することができる。更に、本発明に係る溶融金属精錬容器の装入壁用耐火物の選定方法および溶融金属精錬容器では、熱間曲げ試験の結果のみで耐用性を評価することができるため、耐火物の選定を迅速に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本発明に係る溶融金属精錬容器の装入壁用耐火物の選定方法を、転炉で実施した結果を示す図である。

【図2】図２は、実施例で用いた耐火物の熱間曲げ強度の値を示す図である。

【図3】図３は、実施例で用いた耐火物の破壊エネルギーの値を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の実施形態に係る溶融金属精錬容器の装入壁用耐火物の選定方法および溶融金属精錬容器について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、以下の実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものも含まれる。

【0015】

実施形態に係る溶融金属精錬容器の装入壁用耐火物の選定方法では、耐火物の耐用性を評価するために、下記式（１）で示すように、熱間曲げ試験の結果で得た耐スクラップ指数を用いる。

【0016】

【数3】

【0017】

熱間曲げ試験の方法は、例えば「ＪＩＳ Ｒ ２６５６」に規定された方法を用いることができる。また、熱間曲げ試験の試験温度は、スクラップ装入時の耐火物表面温度に合わせて、例えば８００℃～１５００℃とすることが好ましい。

【0018】

上記のような条件で熱間曲げ試験を実施し、試験片が折れたときの最大曲げ応力を、熱間曲げ強度σ（ＭＰａ）とする。この熱間曲げ強度の値が大きい耐火物ほど、スクラップ衝突時の稼働面表層の損傷が小さい。ＭｇＯ－Ｃれんがの熱間曲げ強度を向上させる手法として、ＡｌやＳｉ等の金属を添加する方法が知られている。

【0019】

また、上記式（１）の破壊エネルギーγ（Ｊ／ｍ^２）は、亀裂面を生成させるために必要なエネルギーを、亀裂の面積の二倍で割った値であり、例えば下記式（２）により定義される。

【0020】

【数4】

【0021】

熱間曲げ試験において、荷重Ｐが０から破壊終了までの間の、荷重Ｐと変位ｕの曲線の面積で表されるエネルギー（仕事量）Ｕを、試験片断面積Ａの二倍で割ることにより、破壊エネルギーγ（Ｊ／ｍ^２）を求めることができる。

【0022】

この破壊エネルギーの値が大きい耐火物ほど、耐火物内部への亀裂進展が小さい。ＭｇＯ－Ｃれんがの破壊エネルギーを向上させる手法として、膨張黒鉛の添加やピッチ含浸処理といった方法が知られている。

【0023】

このように、実施形態に係る溶融金属精錬容器の装入壁用耐火物の選定方法では、熱間曲げ試験によって測定した熱間曲げ強度の値σ（ＭＰａ）と破壊エネルギーの値γ（Ｊ／ｍ^２）とを用いて、上記式（１）により算出される耐スクラップ指数の大小に基づいて、スクラップの衝突に対する耐火物の耐用性を評価する。

【0024】

また、実施形態に係る溶融金属精錬容器は、例えば転炉または電気炉からなり、上記の溶融金属精錬容器の装入壁用耐火物の選定方法によって選定された耐火物を、スクラップが衝突する部位に施工する。また、実施形態に係る溶融金属精錬容器は、例えば転炉または電気炉からなり、上記式（１）により算出される耐スクラップ指数が１４以上の耐火物を、スクラップが衝突する部位に施工する。

【0025】

以上説明した実施形態に係る溶融金属精錬容器の装入壁用耐火物の選定方法および溶融金属精錬容器では、スクラップの衝突による稼働面表層の損傷に加え、スクラップの衝突が繰り返されることによる耐火物内部への亀裂進展を加味する。また、耐火物内部への亀裂進展を加味した指数を用いて評価することにより、これにより、熱間曲げ試験の結果から実炉での耐用性を高精度に事前評価することができる。更に、実施形態に係る溶融金属精錬容器の装入壁用耐火物の選定方法および溶融金属精錬容器では、熱間曲げ試験の結果のみで耐用性を評価することができるため、耐火物の選定を迅速に行うことができる。

【0026】

（実施例）
本発明の実施形態に係る溶融金属精錬容器の装入壁用耐火物の選定方法の実施例について、図１～図３を参照しながら説明する。

【0027】

実施例では、熱間曲げ強度の値と破壊エネルギーの値とが異なる４種類のＭｇＯ－Ｃれんが（耐火物Ａ～Ｄ）を転炉の装入壁に施工し、実機試験を行った。図１にその結果を示す。同図の縦軸は、レーザープロフィール計によって測定した、れんが残厚から損耗速度（ｍｍ／ｃｈ）を見積り、耐火物Ａの損耗速度を１として指数化した損耗速度指数を示している。また、同図の横軸は、耐スクラップ指数（上記式（１）参照）を示している。

【0028】

図２は、実機試験に用いた耐火物Ａ～Ｄの熱間曲げ強度の値を示している。また、図３は、耐火物Ａ～Ｄの破壊エネルギーの値（上記式（２）参照）を示している。ここで、耐スクラップ指数と損耗速度とは、非常に強い相関がある。そのため、耐スクラップ指数が大きい耐火物ほど損耗速度が小さく、実炉での耐用性を精度良く評価することが可能であった。なお、本実施例では、転炉の装入壁の場合について説明したが、本発明はこれに限るものでなく、電気炉の装入壁であってもよい。

【0029】

以上、本発明に係る溶融金属精錬容器の装入壁用耐火物の選定方法および溶融金属精錬容器について、発明を実施するための形態および実施例により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。

【図1】

【図2】

【図3】