JPS5910864B2 - ポ−ラス耐火物及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は連続鋳造設備のタンディッシュ等の溶鋼容器の
底部又は側壁から溶鋼中にガスを吹込んで介在物の浮上
促進等を図る際に使用されるボーラス耐火物及びその製
造方法に関する。

連続鋳造においては取鍋からタンディッシュに注入され
た溶鋼はタンディッシュをその長手力向に通流して底部
に取付けられたタンディッシュノズルから鋳型内に供給
される。

而して取鍋から注入される溶鋼中には種々の非金属介在
物が含まれており、これが鋳型内に侵入して凝固殼に捕
捉されると鋳片に介在物欠陥が発生する。

このためタンディッシュにおける取鍋からの溶鋼注入位
置と、タンディッシュノズルの配設位置との間に、通気
性の高いボーラス耐火物からなるボーラスプラグをタン
ディッシュの幅方向に複数個並設し、該ボーラスプラグ
を介してＡ ｒ ， Ｎ２等の不活性ガスを溶鋼中に吹
込み、不活性ガスによる気泡の上昇流を形成して溶鋼中
の非金属介在物の浮上分離を促進することにより、非金
属介在物を除去せんとする試みがなされている。

然るにこの場合第９図にタンディッシュ１０の底部れん
がに嵌着設置されたボーラスプラグ７周りの拡大模式図
を示すようにポーラスブラグ７の通気孔径そのものは５
０μｍ程度と極めて小径であるが、通気孔の相互間隔が
通気孔径に比して十分でないため、不活性ガスの溶鋼中
吹込みによって生成した気泡は相互に合体して、ボーラ
スプラグ７の口径（通常数ｃｍ）と同程度の大気泡とな
ってしまい、徒らに溶鋼を攪拌するのみで非金属介在物
の除去に関しては十分な効果が得られないという難点が
ある。

即ち大気泡は気泡の単位体積当りの表面積（比表面積）
が小さいため、介在物の捕捉には不利であり、更に溶鋼
の過剰攪拌によるスラグ巻込みによって新たな介在物を
生成するという不都合があるのであるがこのような大気
泡が生成するのは、ボーラスプラグ用の耐火物の製造に
あたっては、通気性の良否を支配する気孔率が考慮され
るだけであって、ボーラス耐火物の気孔径及び気孔の相
互間隔については何ら配慮されていないことが原因であ
る。

即ち従来のポーラス耐火物の製造方法は、粗粒の骨材を
用いて耐火物に成形する方法及び繊維を用いて通気性を
得る方法がある。

前者は比較的粗粒の骨材（耐火物素材）をボーラス耐火
物に成形するものであるが、骨材粒子間に隙間があり、
この隙間をぬってポーラス耐火物の一端から他端に連通
連結する気孔が形成され、ランダムではあるがある程度
一定の気孔率を有するボーラス耐火物が製造される。

然るにこの場合ポーラス耐火物の気孔率については骨材
粒子の粒度を調節することによって調整可能であるが、
気孔径及び気孔相互の間隔については全く調整不可能で
あり、上述の如く大気泡が生成する不都合が生ずる。

また後者は細径の繊維を同方向に並べ又は基盤状に並べ
て骨材中に埋込み、これを焼成した場合に繊維が燃焼し
て消失し、繊維が存在した部分が気孔となるボーラス耐
火物が製造される。

この場合は、繊維の配列方向を調節することにより、通
気方向を所望の方向に設定し得るのであるが、繊維の強
度が低いことから気孔相互の間隔を所望値にコントロー
ルすることは不可能に近く、このポーラス耐火物も大気
泡の生成を抑制することはできない。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであって、溶
鋼中に微細気泡が整然と浮上する気泡上昇流を形成すべ
く、気孔径及び気孔間隔を精細に検討することにより、
溶鋼中の非金属介在物の浮上分離を効果的に行い得るよ
うにしたポーラス耐火物及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。

以下本発明を具体的に説明する。

先ずボーラス耐火物の気孔径と該ボーラス耐火物から生
成した気泡の気泡径との関係について水モデル実験によ
り検討した結果について説明する。

タンディッシュを縮少模擬して製作した透明アクリル樹
脂製の樋状の容器の底部に一定の気孔径を有するボーラ
ス耐火物からなるボーラスプラグを嵌着設置して、前記
容器内を通流すろ水の中に該ポーラスプラグを介してガ
スを吹込み気泡の上昇流を形成し得るように構成した実
験設備により、気孔径を違えた種々のボーラスプラグを
使用して該ポーラスプラグにより形成された気泡径と前
記気孔径との関係を調査した。

この結果前記容器を通流すろ水の流量が、レイノズル数
で５００未満の低流量時においては、生成直後の気泡径
ｄｂと気孔径ｄとの間には下記（１）式が成立する。

但し、ｄｂ：気泡径（ｃｍ） ｄ：気孔径（ ｃｒｎ） σ ：表面張力（約１ｓｏｏａｙｎ／ｃｍ）ｇ ：重力
加速度（約９ ８ ０ ｄｙｎ／ｇ）ρ：溶鋼比重（約
７．０ｇ贋） ρ ：ガス比重（ ｇ／ｆｆｌ） ここでρ》ρ２であるからρ一ρ２Ｆ！ρと近似すると
、（１）式は下記（２）式の如くになる。

従って気泡径ｄｂは下記（３）式の如く表わされる。

而してタンディッシュ底にてポーラスプラグの気孔から
生成した気泡が、隣接する気孔から生成した気泡と合体
して大気泡に成長することがないためには、気孔相互の
間隔Ｐは少くとも生成直後の気泡径より大である必要が
ある。

従ってポーラス耐火物の気孔相互の間隔Ｐは（３）式よ
り下記（４）式の如く表わされる。

但し、Ｐ：気孔相互の間隔（ａｍ） 次に溶鋼中の非金属介在物を効果的に除去し得る気泡上
昇流における気泡径について前述の水モデル実験設備に
より検討した結果を説明する。

前記容器内の水中に介在物を模擬してアクリル製の微粒
子を含有させ、該微粒子の除去率と気泡径との関係を調
査した。

第１図は横軸に気泡径をとり、また縦軸に微粒子の除去
率をとって両者の関係を示したグラフである。

このように気泡径が０．５ｃｍ以下の小径になると微粒
子の除去率が著しく上昇する。

また気泡形状についても、気泡径が０． ５ ａｎ以下
の場合は球状を保持したまま、固体浮遊物と同様にスト
ークスの定理に従って整然と浮上するのに対し、気泡径
が０．５〜１．０ａｎと大径の場合は浮上する過程で球
状から楕円状に変形し、また浮上軌跡も螺旋状を呈し、
更に気泡同士の衝突合体が激しく気泡の上昇流は極めて
ランダムなものとなる。

このために、また比表面積が小さいために大気泡は微粒
子の浮上促進効果が低くなると考えられ、溶鋼中の非金
属介在物の浮上分離除去を効果的に行うためには、溶鋼
中に０．５ａｎ径以下の気泡による上昇流を形成するこ
とが必要である。

このｄｂ≦０．５と（３）式とから下記（５）式が成立
する。

ｄ≦０． ０ ８ （ ａｍ） ＝（５）即
ち気孔径ｄは０．０８ｃｍ以下であることが必要である
。

上述の如く溶鋼中の介在物を効果的に除去するためには
、０．５ｃｍ径以下の微小な気泡の上昇流を溶鋼中に形
成する必要があり、このためには気孔径は０．０８ｃｍ
以下であるべきであり、また生成気泡同士が合体して大
気泡に成長することを抑制するためには、気孔相互の間
隔Ｐは（４）式よりより犬とする必要がある。

次にこのように気孔径及び気孔間隔を調節することがで
きるポーラス耐火物の製造方法について説明する。

本発明に係るボーラス耐火物の製造方法は、適宜形状の
ポーラス耐火物素体の表面上に、熱可溶性又は可燃性素
材よりなり、その直径がｄ以上であるマスク板複数片を
相互にＰ以上隔てて載置し、このマスク板間の間隙を充
填すべく前記ポーラス耐火物素体上に流体上耐火物を塗
着し、次いでマスク板及び流体状耐火物を加熱すること
により、マスク板を溶解又は燃焼除去するとともに流体
状耐火物を焼結することを特徴とする。

以下具体的に説明する。

第２図はこのボーラス耐火物の製造方法の実施状態を不
す模式的斜視図である。

ボーラス耐火物素体３は従来方法で製造されたボーラス
耐火物である。

即ちボーラス耐火物素体３は前述の如く粗粒の骨材を用
いて成形するか、又は繊維を埋込んで成形した後焼成す
る方法により製造され、気孔径及び気孔間隔は何ら調節
されてはいないが、略々一定の気孔率を有しているもの
である。

而して１は銅薄板であって、適厚の円盤状をなしている
。

銅薄板１はその平面図を第３図に示すように、その直径
がボーラス耐火物の設計にあたり（５）式を満足するよ
うに決定される気孔径ｄと同等のものか又はこれより若
干大きなものである。

そして多数の銅薄板１を、銅薄板１相互の間隔がボーラ
ス耐火物の設計において（４）式を満足するように決定
された気孔間隔Ｐと同値になるようにして、銅製等の細
線２により網目状に接続する。

このような銅ネットワークを第２図及び第４図の模式的
斜視図に示す如くボーラス耐火物素体３上に、銅薄板１
と細線２との結合部分が下方になるようにして載置する
。

次いでボーラス耐火物素体３上に載置された銅薄板１間
の間隙を耐火物４で充填すべく、流体状の耐火物４をボ
ーラス耐火物素体３上に吹付け、銅薄板１と同厚の耐火
物４の層を形成する。

即ちボーラス耐火物素体３上に、吹付けられた耐火物４
の中に銅薄板１が所定間隔をおいて点在し、両者の表面
が面一であって銅薄板１の表面が露出している層を形成
する。

次いでこの銅薄板１及び耐火物４を高温に加熱すると、
銅薄板１は溶解して除去され、耐火物４は焼結される。

これにより一定の気孔率を有するボーラス耐火物素体３
の表面に耐火物４の薄層が形成され、且つこの耐火物４
には銅薄板１が溶出した部分に直径ｄの空孔が耐火物４
層の厚み方向に貫通して形成されており、気孔の吐出面
が気孔径ｄ及び気孔間隔Ｐで整然と血ぶボーラス耐火物
が製造される。

従ってこのボーラス耐火物によりポーラスプラグを製作
して該ポーラスプラグから溶鋼中にガスを吹込んだ場合
は、気泡径ｄｂ｛（３）式参照｝の微小な気泡が整然と
浮上する気泡上昇流を溶鋼中に形成することができる。

なお上述の説明から明らかな如く、銅薄板１は流体状の
耐火物４を吹付ける際にマスク板として機能せしめるも
のであるから、耐火物４の吹付時及び焼成時に所要の間
隔を保持し得る強度と、焼成時に加熱されて溶出又は燃
焼し得る融点又は燃焼温度とを有しているものであれば
銅薄板１の替りにマスク板として使用することができる
。

この観点から銅薄板１の替りに同様の寸法を有するプラ
スチック製の薄板又は鎖状炭化水素系樹脂製の薄板等を
使用してもよい。

次に本発明の効果について説明する。

先ず本発明により製造したボーラス耐火物から製作した
ボーラスノズルにより形成される気泡の上昇流と従来の
ボーラスノズルにより形成される気泡の上昇流とを比較
した水モデル実験結果について説明する，第５図及び第
６図において透明アクリル製の桶状容器５の底部に本発
明に係るボーラスプラグ６（第５図）及び従来のボーラ
スプラグ７（第６図）を嵌着設置し、このボーラスプラ
グ６，７を介して水中に種々の流量の空気を吹込んだ。

なお容器５の内径は３０ｃｍであり、また水深は２０ｃ
ｍである。

またボーラスプラグ６，７はいずれもその口径が２唾、
高さが３ａｎの円柱台状のものである。

第１表にボーラスプラグ６及び７の気孔径ｄ及び気孔間
隔Ｐを示す。

このようにボーラスプラグ６はｄ及びＰが夫々（５）式
及び（４）式を満足し、またポーラスプラグ７はｄが（
５）式を満足するが、Ｐが小さく且つバラツイでいる。

従って空気流量が１．ＯＪＪ／分である場合は第５図に
示す如くボーラスプラグ６から水中に吹込まれた空気に
より形成される気泡は層流状態で整然と浮上し、僅かに
水面下約２ｃｍの範囲で乱流となるのみであるのに対し
、第６図に示す如くポーラスプラグ７から水中に吹込ま
れた空気により形成される気泡は、大気泡であり且つ浮
上域の略全域で乱流状態となっている。

第２表に空気流量と気泡上昇流の状態との関係を示す。

空気流量の単位はｌ／分、層は層流、乱は乱流このよう
に本発明に係るボーラスプラグ６の場合は空気流量を増
大させても気泡は層流状態で浮上するのに対し、ボーラ
スプラグ７の場合は空気流量が０．３Ｊ；３／分以上に
なると乱流となる。

次にボーラスプラグ６及び７をタンディッシュの実機に
設置して介在物の除去効果を調査した結果について説明
する。

第７図はマストランド型連続鋳造設備の模式的縦断面図
、第８図はタンディッシュ１０の模式的平面図である。

容量１５０Ｔの取鍋８からノズル８ａを介してタンディ
ッシュ１０の長手方向中央に注入された溶鋼（ Ｓ ｉ
−Ａ７キルド鋼）はタンディッシュ１０をその両端に
向けて通流し、ノズル１０ａ，１０ａから鋳型１１１１
に鋳込まれて鋳片１２，１２となる。

なお取鍋８からタンディッシュ１０に注入された溶鋼ノ
空気酸化を防止するために、タンディッシュ１０の上部
開口及びノズル８ａの周囲はフード９により覆ってあり
、フード９内はＡｒガスを導入してＡｒシールしてある
。

而してタンディッシュ１０の底部における取鍋注入流位
置とノズル１０ａ及び１０ａとの間には、夫々ボーラス
プラグ６及び７をタンディッシュ１０の幅方向に各１０
個設置してある。

なおこのポーラスプラグ６又は７の口径は前述の如＜２
ａｎであり、その周縁同士の間隔は３ａｎである。

各ポーラスプラグ６，７からはＡｒガスを０．５１７分
・個の流量で溶鋼中に吹込んだ。

この場合の取鍋８内の溶鋼から採取したサンプル並びに
ポーラスノズル６を設置した側のストランドにて鋳造さ
れた鋳片から採取したサンプル及びポーラスノズル７を
設置した側のストランドにて鋳造された鋳片から採取し
たサンプルについて、試片研摩後顕微鏡による目視観察
で介在物の個数を調査した。

その結果を第３表に示す。このようにボーラスノズル７
を使用した方の鋳片における介在物は３．９個／一と取
鍋内溶鋼中の介在物数４．２個／一と略同様の値であり
、ポーラスノズル７による介在物除去率は極めて低いの
に対し、ボーラスノズル６を使用した場合は、鋳片の介
在物数が１．７個／ｄと極めて高い介在物除去率を示し
、ボーラスノズル６は優れた介在物除去効果を奏するこ
とが明らかである。

以上詳述した如く本発明に係るポーラス耐火物は、溶鋼
中に気泡を形成すべく溶鋼容器に設置されるボーラス耐
火物において、その気孔径ｄ及び各気孔相互の間隔Ｐは
前記（４）式の関係を満足するようになしてあることを
特徴とするものであり、更に気孔径ｄは前記（５）式の
関係を満足するようになしてあるものであるから、本発
明に係るボーラス耐火物を使用して例えばタンディッシ
ュを通流する溶鋼中にガスを吹込んだ場合は、溶鋼中に
０．５ａｎ径以下の微小な気泡の上昇流を形成すること
ができ、また気泡同士が合体して大気泡となることもな
く整然と層流状態で浮上する気泡流を形成することがで
きるので、溶鋼中の介在物の浮上促進効果が高く、介在
物を効果的に除去することができる等、本発明は極めて
優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は気泡径と微粒子除去率との関係を示すグラフ、
第２図，第４図は本発明に係るボーラス耐火物の製造方
法の実施状態を示す模式的斜視図、第３図は銅薄板１の
直径と間隔とを説明する模式図、第５図，第６図は本発
明の効果を示す水モデル実験の説明図、第７図は連続鋳
造設備の模式的縦断面図、第８図はタンディッシュ１０
の模式的平面図、第９図は従来のポーラスプラグの模式
図である。 １・・・・・・銅薄板、２・・・・・・細線、３・・・
・・・ポーラス耐火物本体、４・・・・・・耐火物、６
，７・・・・・・ポーラスプラグ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶鋼中に気泡を形成すべく溶鋼容器に設置されるポ
   ーラス耐火物において、その気孔径ｄ及び各気孔相互の
   間隔Ｐは 但し、σ：表面張力 ｇ：重力加速度 ρ：溶鋼比重 いずれもＣＧＳ単位系による の関係を満足するようになしてあることを特徴とするポ
   ーラス耐火物。 ２ 適宜形状のポーラス耐火物素体の表面上に、熱可溶
   性又は可燃性素材よりなり、その直径がｄ以上であるマ
   スク板複数片を相互にＰ以上隔てて載置し、このマスク
   板間の間隙を充填すべく前記ボーラス耐火物素体上に流
   体状耐火物を塗着し、次いでマスク板及び流体状耐火物
   を加熱するととにより、マスク板を溶解又は燃焼除去す
   るとともに流体状耐火物を焼結することを特徴とするボ
   ーラス耐火物の製造方法。 但し、 Ｐ：気干Ｌ間隔 ｄ：気孔径 σ：表面張力 ｇ：重力加速度 ρ：溶鋼比重 いずれもＣＧＳ単位系による