特許 7341442 摺動開閉装置の充填材の充填構造及び鋳片の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-01

(45)【発行日】2023-09-11

(54)【発明の名称】摺動開閉装置の充填材の充填構造及び鋳片の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B22D 41/46 20060101AFI20230904BHJP

   B22D 11/10 20060101ALI20230904BHJP

【ＦＩ】

B22D41/46

B22D11/10 320E

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022510103

(86)(22)【出願日】2021-10-11

(86)【国際出願番号】 JP2021037594

(87)【国際公開番号】W WO2022113543

(87)【国際公開日】2022-06-02

【審査請求日】2022-02-16

(31)【優先権主張番号】P 2020196248

(32)【優先日】2020-11-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】391062333

【氏名又は名称】山川産業株式会社

(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】細川 晃平

(72)【発明者】

【氏名】松本 卓也

(72)【発明者】

【氏名】杉原 吏彦

(72)【発明者】

【氏名】井戸 洋晴

(72)【発明者】

【氏名】横山 英樹

(72)【発明者】

【氏名】加茂 百紀

(72)【発明者】

【氏名】原田 昌明

【審査官】池田 安希子

(56)【参考文献】

【文献】韓国公開特許第１０－２０１０－００９６８３１（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２００５－０８８０２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２９７４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５７－１３９４６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｄ ３３／００ － ４７／０２

Ｂ２２Ｄ １１／００ － １１／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

製鋼用の取鍋の摺動開閉装置に用いられる充填材の充填構造であって、
上部層と、中部層と、下部層とで構成される３層構造を有し、
前記上部層は、珪砂を主成分とする第１の充填材からなり、
前記中部層は、クロマイトサンドと珪砂とを主成分とする第２の充填材からなり、
前記下部層は、クロマイトサンドと珪砂とを主成分とする第３の充填材からなり、
前記第２の充填材は、前記第３の充填材よりも粒度が粗い粒子が少ない、摺動開閉装置の充填材の充填構造。

【請求項2】

前記第２の充填材を構成する粒子のうち最も粒子径が大きい粒子の粒子径は、前記第３の充填材を構成する粒子のうち最も粒子径が大きい粒子の粒子径よりも小さい、請求項１に記載の摺動開閉装置の充填材の充填構造。

【請求項3】

前記第２の充填材を構成する粒子の９９質量％以上が通過可能な篩目のうち最も細かい篩目である第１の篩目が、前記第３の充填材を構成する粒子の９９質量％以上が通過可能な篩目のうち最も細かい篩目である第２の篩目よりも小さい、請求項１に記載の摺動開閉装置の充填材の充填構造。

【請求項4】

前記第２の充填材は、粒子径が５３μｍ以上６００μｍ未満の粒子を９９質量％以上含み、
前記第３の充填材は、粒子径が５３μｍ以上８５０μｍ未満の粒子を９９質量％以上含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の摺動開閉装置の充填材の充填構造。

【請求項5】

前記中部層に用いられる前記第２の充填材の質量と前記下部層に用いられる前記第３の充填材の質量との和に対する、前記中部層に用いられる前記第２の充填材の質量の比は、０．４以上０．６以下である、請求項１～４のいずれか１項に記載の摺動開閉装置の充填材の充填構造。

【請求項6】

摺動開閉装置を有する製鋼用の取鍋を用いた鋳片の製造方法であって、
請求項１～５のいずれか１項に記載の摺動開閉装置の充填剤の充填構造を有する前記取鍋に溶鋼を受鋼し、
前記取鍋に収容された前記溶鋼に二次精錬処理を施し、
連続鋳造設備にて前記摺動開閉装置を開いて、前記二次精錬処理を施された前記溶鋼を前記取鍋から前記連続鋳造設備に注入することで、鋳片を製造する、鋳片の製造方法。

【請求項7】

前記溶鋼を前記取鍋に受鋼してから前記摺動開閉装置を開くまでの時間を８時間以内とする、請求項６に記載の鋳片の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、摺動開閉装置の充填材の充填構造及び鋳片の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

溶鋼を受鋼する取鍋の底部には、連続鋳造時に溶鋼をタンディッシュに注入する場合等に使用する摺動開閉装置（「スライディングノズル」または「ロータリーノズル」ともいう。）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、溶鋼を取鍋に受鋼する前に摺動開閉装置のノズル内に耐火性の充填材である詰砂が充填される。取鍋内に溶鋼が充填された後にノズルを開くと、ノズル内の詰砂が自重で落下するのに続いて溶鋼が流出し、注入開始となる。ノズル開の操作のみで注入開始できる場合を自然開孔と呼ぶ。

【0003】

従来、この種の詰砂としては、一般的に珪砂（ＳｉＯ_２：９０質量％～９９質量％）が用いられている。また、溶融温度の高いクロム鉱石を原料とし、乾燥、分級等を行って製造されたクロマイトサンドが詰砂として用いられる場合もある。しかしながら、珪砂は溶融温度が低く、クロマイトサンドは溶鋼保持中に焼結しやすいという欠点がある。このため、従来の詰砂では、溶鋼により焼結層が形成され、孔が開かなくなる不開孔が生じることがある。連続鋳造においてこのような不開孔が生じると、ロングノズルを取外し、下部から酸素を吹き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。したがって、このような不開孔がほとんど生じないこと、すなわち自然開孔率がほぼ１００％であることが望まれている。

【0004】

特許文献１には、ノズル孔の下層にクロマイトサンドを、上層にシリカ砂を充填する技術が開示されている。また、特許文献２には、溶湯貯留容器（取鍋）の溶湯流出口の上層にシリカ砂と長石との混合物を、下層にシリカ砂とクロマイト砂との混合物などの難溶融性の砂をそれぞれ配する技術が開示されている。これらの技術は、溶鋼（溶湯）が注入された際に、上層に配した砂と溶鋼との界面部分に緻密な溶融物を形成させて、溶鋼の浸入を防止する。そして、下層に配した砂は難溶融性であるため、上層の砂が溶解して下層の砂が溶鋼に直接接触しても溶融浮上せず、高温長時間の処理であっても高い自然開孔率が得られると記載されている。

【0005】

さらに、特許文献３には、特定の粒度分布及び配合割合を有する充填材を使用することにより、比重の異なる粒体をほぼ均一に混合すれば、満足できる開孔率を得ることができるとして、クロマイト砂が７０重量％～９０重量％、シリカ砂が１０重量％～３０重量％からなり、クロマイト砂が５００μｍ～１０００μｍの粒度分布の砂を実質的に含むスライディングノズル充填材が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開昭５７－１３９４６６号公報

【文献】特開２００５－８８０２０号公報

【文献】国際公開第９７／０５９７８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、特許文献１～３の技術を用いた場合でも、依然として不開孔は発生しており、自然開孔率のさらなる向上が望まれている。特に、ノズル使用回数が多い取鍋の場合、自然開孔率が低くなることが問題となっていた。
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、ノズル使用回数の多い取鍋を用いる場合において、高い自然開孔率が得られる、摺動開閉装置の充填材の充填構造及び鋳片の製造方法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、製鋼用の取鍋の摺動開閉装置に用いられる充填材の充填構造であって、上部層と、中部層と、下部層とで構成される３層構造を有し、上記上部層は、珪砂を主成分とする第１の充填材からなり、上記中部層は、クロマイトサンドと珪砂とを主成分とする第２の充填材からなり、上記下部層は、クロマイトサンドと珪砂とを主成分とする第３の充填材からなり、上記第２の充填材は、上記第３の充填材よりも粗い粒子が少ない、摺動開閉装置の充填材の充填構造が提供される。
本発明の一態様によれば、摺動開閉装置を有する製鋼用の取鍋を用いた鋳片の製造方法であって、上記の摺動開閉装置の充填剤の充填構造を有する上記取鍋に溶鋼を受鋼し、上記取鍋に収容された上記溶鋼に二次精錬処理を施し、連続鋳造設備にて上記摺動開閉装置を開いて、上記二次精錬処理を施された上記溶鋼を上記取鍋から上記連続鋳造設備に注入することで、鋳片を製造する、鋳片の製造方法が提供される。

【発明の効果】

【0009】

本発明の一態様によれば、ノズル使用回数の多い取鍋を用いる場合において、高い自然開孔率が得られる、摺動開閉装置の充填材の充填構造及び鋳片の製造方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態に係る充填材の充填構造を示す断面図である。

【図2】ノズル使用回数が多い場合における、充填材の充填構造を示す断面図である。

【図3】実施例における自然開孔率指数を比較例と比較した図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供するように、本発明の実施形態を例示して多くの特定の細部について説明する。しかしながら、かかる特定の細部の説明がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかである。また、図面は、簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。

【0012】

図１を参照して、製鋼用の取鍋１の摺動開閉装置２と充填材３の充填構造を説明する。図１に示すように、摺動開閉装置２は、取鍋１の溶鋼流出口に設けられ、上ノズル２１と、上ノズル２１を下方から支持する固定プレート２２と、固定プレート２２に対して摺動可能に設けられた摺動プレート２３と、摺動プレート２３の下に取り付けられた下部ノズル２４とを備えている。上ノズル２１は、溶鋼流出口側方から取鍋の耐火物に嵌め込まれたノズル受けレンガ１１に支持されている。摺動開閉装置２は、摺動プレート２３が図１の左右方向に摺動することで、閉位置と開位置との２つの状態をとる。摺動開閉装置２において閉位置とは、図１のように摺動プレート２３の開口部が、固定プレート２２の開口部と重畳していない状態である。一方、摺動開閉装置２において開位置とは、図１の状態から摺動プレート２３が左方向に移動し、摺動プレート２３の開口部の少なくとも一部と固定プレート２２の開口部とが重畳する状態である。摺動開閉装置２が開位置となる状態では、取鍋１に溶鋼が収容されていると、この溶鋼が摺動開閉装置２を介して取鍋１から排出される状態となる。

【0013】

取鍋１は、溶鋼を受鋼する前の状態において、摺動開閉装置２に充填材３が充填される。この際、摺動開閉装置２を閉位置とした状態で、取鍋１の溶鋼流出口に充填材が投入されることで、摺動開閉装置２に充填材３が充填される。摺動開閉装置２へ充填された状態で、充填材３は、鉛直方向の上側から順に、上部層４１と、中部層４２と、下部層４３とからなる３層の充填構造を有する。

【0014】

上部層４１は、第１の充填材３１からなる。第１の充填材３１は、珪砂を主成分とする詰砂であり、９５質量％以上の珪砂を有することが好ましい。また、第１の充填材３１は、成分として、ＳｉＯ_２が９５質量％以上含まれることが好ましい。また、上部層４１として用いられる第１の充填材３１は、取鍋１への投入後に、中部層４２の上面を覆う量が必要であり、投入方法や溶鋼流出口の大きさ、溶鋼の保持時間等から設定される上部層４１に必要な厚み等に応じて使用量が設定される。

【0015】

中部層４２及び下部層４３は、第２の充填材３２及び第３の充填材３３からそれぞれなる。第２の充填材３２及び第３の充填材３３は、クロマイトサンドに珪砂を混合した詰砂であり、クロマイトサンドと珪砂とを主成分とする。第２の充填材３２及び第３の充填材３３における、クロマイトサンドと珪砂との混合比は特に限定されないが、クロマイサンドに対する珪砂の質量比を１５質量％以上２５質量％以下とすることが好ましい。また、第２の充填材３２及び第３の充填材３３の成分として、Ｃｒ_２Ｏ_３が３２質量％以上３８質量％以下、ＳｉＯ_２が１４質量％以上２８質量％以下含まれることが好ましい。

【0016】

また、第２の充填材３２の粒度は、第３の充填材３３の粒度よりも粗い粒子が少ない。ここで、第２の充填材３２の実質的な粒度は、５３μｍ以上６００μｍ未満であることが好ましく、第３の充填材３３の実質的な粒度は、５３μｍ以上８５０μｍ未満であることが好ましい。なお、実質的な粒度とは、粒子径が上記の範囲となる充填材の粒子の比率が９９質量％以上であることをいう。さらに、中部層４２の第２の充填材３２の質量と下部層４３の第３の充填材３３の質量との和に対する、中部層４２の第２の充填材３２の質量の比は、０．４以上０．６以下であることが好ましい。

【0017】

さらに、中部層４２及び下部層４３は、溶鋼流出口の上下方向に対して、摺動プレート２３の上面からノズル受けレンガ１１の上端まで形成されることが好ましい。そして、上部層４１は、ノズル受けレンガ１１の上端から、溶鋼流出口を中心に盛り上がるように形成される。なお、中部層４２の上面の上部層４１の厚みは、１０ｍｍ以上とすることが好ましい。
充填材３のこのような構造は、摺動開閉装置２が閉位置の状態で、溶鋼流出口に、第３の充填材３３、第２の充填材３２及び第１の充填材３１が順に投入され、充填されることで形成される。

【0018】

上述のように充填材３が充填された取鍋１は、一例として、以下の方法で運用され、これにより鋳片が製造される。まず、充填材３を充填した取鍋１に溶鋼を受鋼し、取鍋１に収容された溶鋼に対して必要な二次精錬処理が施される。溶鋼は、転炉や電気炉等で製造され、各種の精錬炉から取鍋１へと受鋼される。この際、溶鋼にアルミニウムなどの脱酸剤を添加することで、溶鋼中の酸素を低減してもよい（脱酸、弱脱酸）。二次精錬処理は、鋼種や操業条件等に応じて適宜選択される二次精錬設備にて、溶鋼の成分や温度、品質等の調整を目的に行われる。例えば、二次精錬処理では、ＲＨ真空脱ガス装置にて真空脱ガス処理が行われてもよい。次いで、連続鋳造機にて溶鋼を連続鋳造する。連続鋳造では、取鍋１からタンディッシュに注入するが、その際、摺動開閉装置２を作動させて溶鋼を取鍋１から排出させる開孔処理が行われる。開口処理では、摺動プレート２３を摺動させ、閉位置から開位置とすること（摺動開閉装置２を開くこと）で、摺動プレート２３及び下部ノズル２４の孔の位置と、上ノズル２１及び固定プレート２２の孔の位置とが一致し、溶鋼の重さによって充填材３が落下する。そして、充填材３の落下とともに、溶鋼が落下・流出する。このように、摺動開閉装置２を開位置とすることで自然に溶鋼が流出する現象を、自然開孔という。一方、摺動開閉装置２を開位置としても溶鋼が流出しない現象を、不開孔という。万一、不開孔が生じた場合には、ノズル内を酸素洗浄して開孔させる処理が行われる。

【0019】

取鍋１に溶鋼を受鋼してから、タンディッシュに溶鋼を注入するまでの期間、溶鋼は取鍋１内に保持されることになる。その際、充填材３の上部層４１の表面は、溶鋼と接触した状態となる。本実施形態では、上部層４１は比較的融点の低い珪砂を主成分とする第１の充填材３１で構成されるので、上部層４１の表面の溶鋼と接触している部位はわずかに溶融し、その直下には固体の充填材３の充填層に溶融層がしみ込んだ緻密な層が形成される。この緻密な層が形成されることで、充填材３内の下方への溶鋼の浸入が抑えられる。また、取鍋１内に溶鋼を保持する期間中、充填材３の上部層は徐々に溶融し、上部層の厚みは徐々に減少する。その結果、溶鋼と上部層４１の表面との界面位置が下降していく。そして、上部層４１がすべて溶融すると、中部層４２が溶鋼に直接接触するようになる。上部層４１が適度に溶融することで、中部層４２や下部層４３が溶鋼に暴露されるまでの時間を遅らせるとともに、中部層４２や下部層４３に配した充填材３の焼結の進行も抑えられる。なお、溶鋼を取鍋１に受鋼してから摺動開閉装置２を開くまでの時間が長くなると、充填材３の焼結が進行するため、この時間を短くすることで自然開孔率をより高めることができる。溶鋼を取鍋１に受鋼してから摺動開閉装置２を開くまでの時間が８時間を超えると不開孔が生じる可能性があるため、この時間を８時間以内とすることが好ましい。

【0020】

本実施形態では、中部層４２及び下部層４３には、クロマイトサンドに珪砂を混合して配した充填材３が用いられる。クロマイトサンドと珪砂との混合物を使用することで、溶融温度は高いものの、単体で使用した場合に焼結しやすいというクロマイトサンドの欠点、及び溶融温度が低いという珪砂の欠点の両方を補うことができる。すなわち、上部層４１がすべて溶融して中部層４２が溶鋼に直接接触するようになっても、充填材３が溶融しにくくなり、かつ接触時間が延びた場合でも焼結厚と焼結強度とが小さくなる。その結果、自然開孔率を高めることができる。

【0021】

さて、本実施形態では、中部層４２に充填する第２の充填材３２について、下部層４３に充填する第３の充填材３３よりも粗い粒子が少なくなるようにする。発明者は、まず上記のように充填材にクロマイトサンドと珪砂との混合物を配する工夫をしたが、それだけでは自然開孔率が１００％に至らず、不開孔が発生した。不開孔が発生した操業の条件を調査したところ、不開孔はノズル使用回数の多い取鍋の場合に多いことがわかった。そして、本発明者は、ノズル使用回数が詰砂に及ぼす影響を鋭意検討し、本発明をするに至ったものである。なお、ノズル使用回数とは、取鍋１にノズル受けレンガ１１を設けた後、溶鋼を受鋼してから鋳造時に排出するまでの製鋼処理を１回として計数した回数であり、ノズル受けレンガ１１を製鋼処理で使用した回数である。

【0022】

図２には、ノズル使用回数が多い取鍋１の断面模式図を示す。ノズル使用回数が多い取鍋１では、図１のようにノズル受けレンガ１１を設けた直後の状態と比較して、ノズル受けレンガ１１が溶損し、その高さが上ノズル２１の上端に近いレベルにまで減少していることがわかる。このような状態になると、中部層４２に相当する位置に充填される第２の充填材３２は、上ノズル２１の上面を覆うように広がって充填されるようになる。このため、第２の充填材３２と溶鋼との接触面積が増加し、充填材３の温度が上昇して焼結を助長するように作用する可能性がある。さらに、不開孔が発生した取鍋から焼結した充填材３を採取し、ＳＥＭ－ＥＤＳ（走査型電子顕微鏡によるエネルギー分散型Ｘ線分光分析）にて分析した。その結果、地金の浸透（つまり、溶鋼浸透）は確認されなかった一方で、充填材３の構成物質である珪砂やクロマイトサンドの粒子の間隙にＣａＯやＳｉＯ_２、ＦｅＯ、Ａｌ_２Ｏ_３などのスラグ成分が確認された。これらのことより、充填材３の焼結は、ノズル受けレンガ１１等に付着・残留したスラグが、取鍋１中に溶鋼を保持する期間中に溶解し、比較的温度が高くなった充填材３内に浸透することで発生すると推定された。

【0023】

ノズル受けレンガ１１等に、多少のスラグが付着・残留することは操業上避けられない。このため、不開孔を防止する観点からは、付着・残留したスラグが溶解しても、詰砂内に浸透しないようにできればよい。具体的な対策としては、スラグが浸透しにくい充填材３の組成や配合の検討が挙げられるが、スラグや充填材３の成分組成によっては、低融点層を形成したり、逆に焼結を促進させたりする場合があるので、実施にはリスクがある。一方、充填材３内に浸透する溶融スラグは、溶鋼に比べて低融点で、高粘性である場合が多い。従って、詰砂内で溶融スラグを凝固させることによってその浸透を停止させるよりも、流動抵抗を大きくしてスラグの浸透を抑える対策が有効と考えられる。

【0024】

すなわち、本実施形態のように、中部層４２に充填する第２の充填材３２について、第３の充填材３３よりも粗い粒子が少なくなるようにし、充填材３の粒子間隙を小さくすることで、充填材３内におけるスラグの流動抵抗を大きくして浸透しないようにすることができる。ただし、クロマイトサンドを含む充填材３の粒度を細かくすると、スラグの浸透の有無にかかわらずクロマイトサンドの焼結自体は起こりやすくなる。このため、本実施形態では、スラグと接触する可能性が高い部分である中部層４２の第２の充填材３２のみ粒度を細かくし、下部層４３の第３の充填材３３の粒度は粗くする。これにより、仮に中部層４２でクロマイトサンドの焼結が起こったとしても、焼結する範囲が中部層４２内に限られるため焼結層厚が厚くならず、不開孔までには至らない。

【0025】

また、上述のように、第２の充填材３２は、実質的な粒度を５３μｍ以上６００μｍ未満とすることが好ましく、第３の充填材３３は、実質的な粒度を５３μｍ以上８５０μｍ未満とすることが好ましい。第２の充填材３２及び第３の充填材３３を、それぞれこのような粒度分布とすることにより、均一充填性を高めることができ、過剰な焼結層の生成が抑制され、熱膨張による棚吊りを防止でき、スラグや地鉄の浸透を低減することができる。このため、自然開孔率を向上させることができる。中部層４２及び下部層４３ともに、５３μｍ未満の粒子が含まれると、スラグの浸透の有無にかかわらずクロマイトサンドが焼結しやすくなるので、粒径は５３μｍ以上とすることが望ましい。また、下部層４３の第３の充填材３３に粒径が８５０μｍ以上の粒子が含まれると、クロマイトサンドと珪砂とが均一に混合されにくくなるため、部分的に溶鋼が浸透しやすい箇所が形成される可能性がある。万一その箇所に溶鋼が浸透すると、溶鋼は充填材３の内部で凝固して強固な焼結層が生成し、不開孔の原因になる場合がある。さらに、中部層４２においては、上部層４１の溶融後、溶鋼に直接接触するようになると、ノズル受けレンガ１１等に付着・残留したスラグが溶融して詰砂内に浸透する。中部層４２の第２の充填材３２の粒径を、下部層４３の第３の充填材３３よりも小さい６００μｍ未満とすることで、より効果的にスラグの浸透を防ぎ、かつスラグが浸透しない部位の焼結も防止できる。

【0026】

ここで、本実施形態における粒度は、ＪＩＳの鋳物砂の試験方法（Ｚ２６０１）に準じて測定した値をいう。この方法を概略説明すると、第３の充填材３３用のクロマイトサンドの場合、例えば、ふるいの呼び寸法が５３μｍのふるいの上に８５０μｍのふるいを重ね、８５０μｍのふるいの上に原料クロマイトサンドを載せ、ロータップ型ふるい機等のふるい分け機械を使用し、２つのふるい間に残ったクロマイトサンドを、粒度分布が５３μｍ～８５０μｍのクロマイトサンドとする。そして、珪砂についても同様にふるいい分けして粒度分布が５３μｍ～８５０μｍの珪砂とし、得られたクロマイトサンドと珪砂を所定の比率で混合して第３の充填材３３を得る。第２の充填材３２は、使用するふるいの呼び寸法を、５３μｍと６００μｍに変えること以外は、第３の充填材３３と同様にして得られる。

【0027】

さらに、上述のように、中部層４２の第２の充填材３２の質量と下部層４３の第３の充填材３３の質量との和に対する、中部層４２の第２の充填材３２の質量の比を、０．４以上０．６以下とすることが好ましい。上述の第２の充填材３２の比が０．４よりも小さい場合には、中部層４２の厚みが薄くなり、スラグの浸透が下部層４３まで進行してしまう場合がある。また、上述の第２の充填材３２の比が０．６よりも大きい場合には、中部層４２の厚みが厚くなり、スラグの浸透に依らない焼結層が形成した場合、中部層４２の層厚が厚いことに伴って焼結層も厚くなり、不開孔の原因となる場合がある。

【0028】

＜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。

【0029】

例えば、上記実施形態では、摺動開閉装置２が、固定プレート２２と摺動プレート２３とを有する２層式の開閉機構であるとしたが、本発明は係る例に限定されない。例えば、摺動開閉装置２は、上記の開閉機構の構成に加えて、摺動プレート２３の下面に設けられ、固定プレート２２に対して固定される下部プレートを有する３層式の開閉機構であってもよい。この場合、下部ノズル２４は、下部プレートに取り付けられる。

【0030】

さらに、上記実施形態では、第２の充填材３２の実質的な粒度が、５３μｍ以上６００μｍ未満であることが好ましく、第３の充填材３３の実質的な粒度が、５３μｍ以上８５０μｍ未満であることが好ましいとしたが本発明はかかる例に限定されない。例えば、第２の充填材３２を構成する粒子の９９質量％以上が通過可能な篩目のうち最も細かい篩目である第１の篩目が、第３の充填材３３を構成する粒子の９９質量％以上が通過可能な篩目のうち最も細かい篩目である第２の篩目よりも小さいとしてもよい。この場合、第２の充填材３２及び第３の充填材３３は、粒度分布が同じ粒子を、篩目の異なる篩でそれぞれ振り分けられたものとすることが好ましい。例えば、同じ原料の砂を、呼び寸法０．６ｍｍの篩目を通らなかったものを除いて、呼び寸法０．６ｍｍの篩下のものを第２の充填材３２とし、呼び寸法０．８５ｍｍの篩目を通らなかったものを除いて、呼び寸法０．８５ｍｍの篩下のものを第３の充填材３３としてもよい。また、第２の充填材３２を構成する粒子のうち最も粒子径が大きい粒子の粒子径は、第３の充填材３３を構成する粒子のうち最も粒子径が大きい粒子の粒子径よりも小さいとしてもよい。

【0031】

＜実施形態の効果＞
（１）本発明の一態様に係る摺動開閉装置２の充填材３の充填構造は、製鋼用の取鍋１の摺動開閉装置２に用いられる充填材３の充填構造であって、上部層４１と、中部層４２と、下部層４３とで構成される３層構造を有し、上部層４１は、珪砂を主成分とする第１の充填材３１からなり、中部層４２は、クロマイトサンドと珪砂とを主成分とする第２の充填材３２からなり、下部層４３は、クロマイトサンドと珪砂とを主成分とする第３の充填材３３からなり、第２の充填材３２は、第３の充填材３３よりも粒度が粗い粒子が少ない。

【0032】

上記（１）の構成によれば、第２の充填材３２が第３の充填材３３よりも粒度が粗い粒子が少ないため、中部層４２においては、溶融スラグの充填材３への浸透を抑制することができ、下部層４３においては、焼結する範囲を小さくすることができる。このため、ノズル使用回数の多い取鍋１であっても、充填材３が焼結しにくく、かつ溶鋼やスラグが浸透しにくいものとなる。また、上記（１）の構成によれば、第１の充填材３１について珪砂を主成分とすることで、上部層４１において、上述のように珪砂が溶融することで緻密な層が形成されて、充填材３の下方への溶鋼の侵入を抑えることができる。これにより、取鍋１で溶鋼を長時間保持することができる。以上のことから、上記（１）の構成によれば、極めて高い自然開孔率が得られる。

【0033】

（２）上記（１）の構成において、第２の充填材を構成する粒子のうち最も粒子径が大きい粒子の粒子径は、第３の充填材を構成する粒子のうち最も粒子径が大きい粒子の粒子径よりも小さい。
（３）上記（１）の構成において、第２の充填材を構成する粒子の９９質量％以上が通過可能な篩目のうち最も細かい篩目である第１の篩目が、第３の充填材を構成する粒子の９９質量％以上が通過可能な篩目のうち最も細かい篩目である第２の篩目よりも小さい。

【0034】

（４）上記（１）～（３）のいずれかの構成において、第２の充填材３２は、粒子径が５３μｍ以上６００μｍ未満の粒子を９９質量％以上含み、第３の充填材３３は、粒子径が５３μｍ以上８５０μｍ未満の粒子を９９質量％以上含む。
上記（４）の構成によれば、粒子径を５３μｍ以上とすることで、中部層４２及び下部層４３がより焼結しにくくなる。また、第２の充填材３２の粒子径を６００μｍ未満とすることで、溶融スラグの浸透がより抑制される。さらに、第３の充填材３３の粒子径を８５０μｍ未満とすることで、クロマイトサンドと珪砂とをより均一に混合させることができる。

【0035】

（５）上記（１）～（４）のいずれかの構成において、中部層４２に用いられる第２の充填材３２の質量と下部層４３に用いられる第３の充填材３３の質量との和に対する、中部層４２に用いられる第２の充填材３２の質量の比は、０．４以上０．６以下である。
上記（５）の構成によれば、溶融スラグの浸透の抑制と、焼結層の厚みの抑制とを両立させることができ、自然開孔率をより向上させることができる。

【0036】

（６）摺動開閉装置２を有する製鋼用の取鍋１を用いた鋳片の製造方法であって、上記（１）～（５）のいずれかの構成に記載の摺動開閉装置２の充填剤３の充填構造を有する取鍋１に溶鋼を受鋼し、取鍋１に収容された溶鋼に二次精錬処理を施し、連続鋳造設備にて摺動開閉装置２を開いて、二次精錬処理を施された溶鋼を取鍋１から連続鋳造設備に注入することで、鋳片を製造する。
上記（６）の構成によれば、上記（１）～（５）の構成と同様な効果が得られる。
（７）上記（６）の構成において、溶鋼を取鍋１に受鋼してから摺動開閉装置２を開くまでの時間を８時間以内とする。
上記（７）の構成によれば、自然開孔率をより高めることができる。

【実施例】

【0037】

本発明者らが行った実施例について説明する。実施例では、２００ｔの取鍋１の底に設けられた摺動開閉装置２に充填材３を充填し、２か月間操業を行ない、自然開孔率を比較した。
実施例では、上記実施形態と同様に、充填材３の構造を、上部層４１と、中部層４２と、下部層４３とからなる３層構造とした。また、実施例では、上部層４１には、第１の充填材３１として、１０ｋｇの珪砂を用いた。中部層４２には、第２の充填材３２として、実質的な粒度が５３μｍ以上６００μｍ未満のクロマイトサンドと珪砂とを、質量比で７５：２５（クロマイトサンド：珪砂）で混合させた詰砂を１０ｋｇ用いた。下部層４３には、第３の充填材３３として、実質的な粒度が５３μｍ以上８５０μｍ未満のクロマイトサンドと珪砂とを、質量比で７５：２５（クロマイトサンド：珪砂）で混合させた詰砂を１０ｋｇ用いた。

【0038】

また、実施例及び比較例の第２の充填材３２及び第３の充填材３３として用いた詰砂の粒度分布の測定結果を表１に示す。表１において、試料Ａで示す詰砂は、実施例における第２の充填材３２として用いたものであり、試料Ｂで示す詰砂は、実施例における第３の充填材３３並びに比較例における第２の充填材３２及び第３の充填材３３として用いたものである。なお、表１において、ふるい呼び寸法に対応した質量比は、ＪＩＳの鋳物砂の試験方法（Ｚ２６０１）に準じて測定される粒度分布を示すものである。また、表１において、ふるい呼び寸法が「ｐａｎ」で示される質量比は、最終的に０．０５３ｍｍのふるいを通過する、粒径が０．０５３ｍｍ未満の粒子を示すものである。

【0039】

【表1】

【0040】

比較例では、上部層４１には、第１の充填材３１として、１０ｋｇの珪砂を用い、中部層４２及び下部層４３には、第２の充填材３２及び第３の充填材３３として、実質的な粒度が５３μｍ以上８５０μｍ未満のクロマイトサンドと珪砂とを、質量比で７５：２５（クロマイトサンド：珪砂）で混合させた詰砂を各１０ｋｇ用いた。つまり、比較例では、第２の充填材３２と第３の充填材３３とは同じものが用いられ、充填材３の充填構造を実質的に２層構造とした。
実施例及び比較例の結果を図３に示す。図３において、縦軸は、実施例の自然開孔率を１００．０として指数化したものである。図３に示すように、充填材３の充填構造を上記実施形態と同様にすることで、自然開孔率が向上することが確認できた。

【符号の説明】

【0041】

１ 取鍋
１１ ノズル受けレンガ
２ 摺動開閉装置
２１ 上ノズル
２２ 固定プレート
２３ 摺動プレート
２４ 下部ノズル
３ 充填材
３１ 第１の充填材
３２ 第２の充填材
３３ 第３の充填材
４１ 上部層
４２ 中部層
４３ 下部層

【図1】

【図2】

【図3】