CN101784859A - 铁浴式熔融还原炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铁浴式熔融还原炉，其具备由多个耐火材料形成的侧壁炉衬，所述耐火材料为含有1质量％以上且低于5质量％的碳的MgO-C砖。

Description

铁浴式熔融还原炉

技术领域

本发明涉及用于还原、熔化氧化铁以及含有氧化铁的铁原料的铁浴式熔融还原炉。

本申请以日本特愿2007-220227号为基础申请，这里援引其内容。

背景技术

在用于还原、熔化氧化铁以及含有氧化铁的铁原料的铁浴式熔融还原炉中，作为内衬耐火材料炉衬，主要采用MgO-C砖、MgO-Cr₂O₃砖等。例如，在下述专利文献1中公开了内衬有炼钢用转炉的内衬用耐火材料即C含量为15质量％～18质量％的MgO-C砖的铁浴式熔融还原炉。此外，在下述专利文献2及下述专利文献3中公开了在砖内设有气体导入管、利用气体吹入的冷却效果来抑制耐火材料损伤的方法。

可是，在采用专利文献1中公开的炼钢用转炉的内衬耐火材料即C含量为15质量％～18质量％的MgO-C砖时，铁浴式熔融还原炉的操作中产生的CaO与SiO₂的比(CaO/SiO₂)达到1.0～1.7的范围，存在对于含有起因于投入的氧化铁原料的氧化铁的熔渣不能充分得到耐用性的问题。

此外，专利文献2及专利文献3中公开的利用吹入气体的冷却效果来抑制耐火材料损伤的方法中，因在砖内设有冷却配管而存在砖的单价上升、结构复杂等问题。

相对于此，作为不需要时间和劳动力、不采用吹气砖来抑制耐火材料损伤的方法，在下述专利文献4及专利文献5中公开了采用顶吹主喷枪将熔渣吹喷成飞溅状从而进行涂覆的顶吹修补法。可是，在上述专利文献4及下述专利文献5公开的方法中，难以使铁浴式熔融还原炉的操作中产生的、CaO/SiO₂的比为1.0～1.7的粘性小的熔渣均匀地附着在整个炉体内，存在的问题是不能充分得到抑制耐火材料的损伤的效果。

专利文献1：日本特开平1-252706号公报

专利文献2：日本实开昭63-39147号公报

专利文献3：日本实开昭63-90562号公报

专利文献4：日本特开昭61-56223号公报

专利文献5：日本特开昭62-17112号公报

发明内容

本发明涉及用于还原、熔化氧化铁以及含有氧化铁的铁原料的铁浴式熔融还原炉，其目的是解决上述以往技术中存在的问题，提供一种具备可发挥优良的耐用性的内衬耐火材料炉衬的铁浴式熔融还原炉。

本发明者们鉴于上述现状，采用了在还原、熔化氧化铁以及含有氧化铁的铁原料的铁浴式熔融还原炉中，作为内衬耐火材料主要采用C含量在特定范围的MgO-C砖，进而为谋求炉衬的稳定化而将炉衬内的发生热应力规定在特定范围的构成。其结果是，能够提供一种耐用性优良的耐火材料炉衬。本发明的要旨如下。

(1)本发明的铁浴式熔融还原炉具备由多个耐火材料形成的侧壁炉衬；所述耐火材料是含有1质量％以上且低于5质量％的碳的MgO-C砖。

(2)在上述(1)的铁浴式熔融还原炉中，在将所述耐火材料的弯曲强度规定为σ_B(MPa)、将通过下式(1)计算得到的所述侧壁炉衬内的发生热应力规定为σ_L(MPa)时，可以满足3≤σ_B/σ_L≤6。

σ_L＝E·(α·L·T-A)/[L+(α·L·T-A)]…………式(1)

式中，

E：所使用耐火材料的弹性模量(GPa)、

α：所使用耐火材料的热膨胀率(/℃)

T：炉衬表面温度(℃)

L：炉衬长度(m)

A：炉衬内膨胀接合缝长度(m)

根据本发明，在用于还原、熔化氧化铁以及含有氧化铁的铁原料的铁浴式熔融还原炉中，作为侧壁的内衬耐火材料主要采用C含量在特定范围的MgO-C砖，进而为谋求炉衬的稳定化而将炉衬内的发生热应力规定在特定范围。由此，能够提供具备耐用性优良的耐火材料炉衬的铁浴式熔融还原炉等，其在产业上有用且具有显著的效果。

再者，铁浴式熔融还原炉的特性是：(a)平时铁水在炉内，(b)为使含铁冷料熔化而进行2次大的燃烧、发生热量大。由于具有这样的特性，因而存在比以往更难进行熔渣涂覆的问题。相对于此，在本发明中，通过采用C含量在1质量％以上且低于5质量％的范围内的低碳的MgO-C砖，可进行以往难以进行的熔渣涂覆。

此外，在铁水和钢水中，由于铁水的粘性较低，因而熔液容易进入炉衬的砌缝。相对于此，本发明者们经过深入实验，结果发现，通过按上述(2)所述地规定为3≤σ_B/σ_L≤6，可防止此问题。

附图说明

图1A是表示铁浴式熔融还原炉的一例子的图示，是发生耐火材料损伤前的纵向剖视图。

图1B是该铁浴式熔融还原炉的耐火材料发生损伤时的纵向剖视图。

图2是本发明的一实施方式的铁浴式熔融还原炉的纵向剖视图。

图3是表示本发明的铁浴式熔融还原炉的另一实施方式的纵向剖视图。

符号说明

1-熔融还原炉、2-底吹风口、3-吹炼用氧枪、4-铁水、5-熔融熔渣、6-耐火材料损伤部位、7-耐火材料、8-C含量为1～5质量％的MgO-C砖的应用部位、9-C含量为15～18质量％的MgO-C砖的应用部位

具体实施方式

下面，采用图1A～图3对本发明的铁浴式熔融还原炉的一实施方式进行详细说明。

如图1A所示，本实施方式的铁浴式熔融还原炉1为转炉状，在炉的下部具备底吹风口2。而且，在该铁浴式熔融还原炉1中，为了搅拌铁水及熔融熔渣而促进反应，向炉内吹入搅拌气体(例如N₂气)、O₂气、CO₂气、微粉碳、氧化铁等。在图1A中，符号1表示铁浴式熔融还原炉、符号2表示底吹风口、符号3表示吹炼用氧枪、符号4表示铁水、符号5表示熔融熔渣、符号7表示耐火材料。

在该铁浴式熔融还原炉1中，向包含铁水及熔融熔渣的熔融物中连续地或间断地加入氧化铁或含有氧化铁的铁原料以及碳材。进而，从吹炼用氧枪3吹入氧，使氧化铁还原成铁，铁水量增加，当达到规定的铁水量时进行出铁。也就是说，向投入到铁浴式熔融还原炉1内的、温度为1380℃～1415℃且C浓度为4.2质量％～4.3质量％的熔融铁浴中供给氧化铁或含有氧化铁的铁原料。然后，从顶吹的氧枪3以7000Nm³/h以上的速度吹入氧，进而从上方投入碳材或从底吹供给碳材。通过熔化、还原所供给的氧化铁或含有氧化铁的铁原料，进行熔化直到铁水量从50吨达到80吨，熔化结束后，从铁浴式熔融还原炉1将铁水量为30吨的铁水出炉到未图示的浇包中。

此时产生的熔渣的CaO与SiO₂的比低到1.0～1.7，并且受熔渣内含有的氧化铁或作为原料投入的氧化铁的影响，使内衬耐火材料炉衬显著损伤。特别是如图1B所示，作为熔融还原时与熔融熔渣及氧化铁直接接触的侧壁的耐火材料7的损伤比较明显。再者，图1B中的符号6表示耐火材料7中的耐火材料损伤部位。

在本实施方式的铁浴式熔融还原炉1中，作为侧壁炉衬即内衬耐火材料7，采用C含量为1质量％以上且低于5质量％的范围内的MgO-C砖。

作为侧壁内衬中使用的MgO-C砖，如果C含量低于1质量％，则熔渣向MgO-C砖内部的浸润变得显著，使耐用性变差。此外，如果C含量达到5质量％以上，则MgO-C砖表面的熔渣涂覆效果显著降低，使耐用性变差。这是因为碳向MgO-C砖表面的露出面积比例增大，阻碍熔渣涂覆。在C含量低于5质量％时，即使是CaO/SiO₂的比低到1.0～1.7、含有作为原料投入的氧化铁且粘性低的熔渣，其涂覆性也非常好。所以，也就不需要通过采用顶吹主喷枪将熔渣吹喷成飞溅状进行涂覆的方法等特殊的熔渣涂覆方法，因此是优选的。

最优选的C含量为3质量％以上且4质量％以下，该C含量的MgO-C砖的熔渣涂覆性特别优异。

本实施方式中使用的MgO-C砖由氧化镁颗粒、碳、及Al系合金、B系化合物等抗氧化剂构成。优选氧化镁颗粒是MgO为95质量％以上的电熔氧化镁或烧结氧化镁。碳为鳞状石墨、无定形石墨、人造石墨、膨胀石墨、沥青、碳黑、酚醛树脂、无烟煤等。

作为抗氧化剂，优选采用Al、Al-Mg等Al系合金、或CaB₆、B₄C等B系化合物。

图2中的符号8表示C含量为1质量％～5质量％的MgO-C砖的应用部位。此外，在该图中，符号9表示C含量为15质量％～18质量％的MgO-C砖。

本实施方式中使用的MgO-C砖，与炼钢用转炉的内衬耐火材料即C含量为15质量％～18质量％的MgO-C砖相比，因C含量非常低而使得热膨胀量增大。因此，优选要考虑到不要因操作中的高温环境下产生的热应力而使MgO-C砖产生裂纹及剥落。

本发明者们反复进行了深入实验，结果发现：通过将耐火材料的弯曲强度σ_B(MPa)与通过下式(1)计算得到的侧壁炉衬内的发生热应力σ_L(MPa)的比σ_B/σ_L控制在3≤σ_B/σ_L≤6的范围内，则MgO-C砖内不会产生裂纹及剥落，炉衬稳定。

σ_L＝E·(α·L·T-A)/[L+(α·L·T-A)]…………式(1)

式中，

E：所使用耐火材料的弹性模量(GPa)、

α：所使用耐火材料的热膨胀率(/℃)

T：炉衬表面温度(℃)

L：炉衬长度(m)

A：炉衬内膨胀接合缝长度(m)

也就是说，在σ_B/σ_L低于3的条件下，在MgO-C砖内产生裂纹，MgO-C砖的一部分发生剥落，内衬炉衬的稳定性显著下降。在σ_B/σ_L超过6的条件下，在炉衬被冷却时，MgO-C砖的砌缝开裂，由于砌缝熔损的发生及炉衬约束力的下降，从而发生MgO-C砖的脱落。

再者，本实施方式中的炉衬长度L是炉衬即MgO-C砖的水平方向的长度，炉衬内膨胀接合缝长度A表示水平方向的MgO-C砖的砌缝间隙间隔。关于垂直方向，由于炉壳对炉衬的约束与水平方向相比较弱，因而不特别规定σ_B/σ_L的条件。

在本实施方式中，用于将σ_B/σ_L控制在3以上的方法可通过设定炉衬内膨胀接合缝长度A来进行。关于炉衬内膨胀接合缝长度A的设定方法没有特别的规定，但从容易控制的观点出发，优选采用在砌缝部插入瓦楞板纸等通过加热可燃烧消失的物质的方法、或在砖表面上涂布通过加热可挥发或燃烧的涂敷材料的方法等。

更优选的是，如图3所示，即使是侧壁耐火材料，作为在熔化、还原中不与熔渣接触的部位，也采用炼钢用转炉的内衬耐火材料即C含量为15质量％～18质量％的MgO-C砖9。不与熔渣接触的部位，主要是铁水对耐火材料的侵蚀，其侵蚀量与和熔渣接触的部位相比非常小。因此，对于采用了C含量为15质量％～18质量％的MgO-C砖的内衬炉衬，不需要将σ_B/σ_L控制在3以上。在图3中，符号1为铁浴式熔融还原炉、符号2表示底吹风口、符号3表示吹炼用氧枪、符号4表示铁水、符号5表示熔融熔渣、符号6表示耐火材料损伤部位、符号8表示C含量为1质量％以上且低于5质量％的MgO-C砖的应用部位。

实施例

以下示出本发明的一个实施例。

以下示出将各种MgO-C砖应用于本实施例的铁浴式熔融还原炉的侧壁炉衬(图3的符号8所示的部分)时的试验结果。

关于MgO-C砖，作为氧化镁颗粒采用纯度为98％以上的电熔氧化镁、作为碳采用鳞状石墨及酚醛树脂、作为抗氧化剂采用Al及B₄C。作为图3的符号9所示的部分，采用C含量为15质量％的MgO-C砖。通过设定炉衬内膨胀接合缝长度A(砖的水平方向砌缝间隔)来调整σ_B/σ_L。准备好在图3的符号8所示的部分设置有下表1中示出的炉衬的铁浴式熔融还原炉1。然后，按该表1中示出的熔渣组成进行熔融还原，评价MgO-C砖的熔渣涂覆状况和MgO-C砖的损伤状况。

表1

表1中记载的所谓涂覆性指数，是将MgO-C砖表面上的熔渣附着厚度指数化的指数，数值越大越好。此外，所谓损伤速度指数，是将MgO-C砖的损伤速度(mm/eat)指数化的指数，数值越小越好。再有，关于涂覆性指数及损伤速度指数，都是将下述比较例中的表2左端所记载的条件下的结果作为100而指数化的指数。

(比较例)

作为比较例，表2中示出将C含量为5质量％以上的MgO-C砖即直接结合镁铬砖用于侧壁炉衬时的试验结果。本比较例中的其它条件与上述表1的情况相同。关于MgO-C砖，与上述实施例相同，作为氧化镁颗粒采用纯度为98％以上的电熔氧化镁、作为碳采用鳞状石墨及酚醛树脂、作为抗氧化剂采用Al及B₄C。

表2

从上述表1及表2的试验结果阐明，关于涂覆性指数及损伤速度指数的双方，实施例都比比较例优异，从而能够确认本发明的优势。

根据本发明，在用于还原、熔化氧化铁以及含有氧化铁的铁原料的铁浴式熔融还原炉中，作为侧壁的内衬耐火材料，主要采用C含量在特定范围的MgO-C砖，进而为谋求炉衬的稳定化而将炉衬内的发生热应力设定在特定范围。由此，能够提供具备耐用性优良的耐火材料炉衬的铁浴式熔融还原炉等，其在产业上是有用的，且具有显著的效果。

Claims (2)

1.一种铁浴式熔融还原炉，其特征在于：

具备由多个耐火材料形成的侧壁炉衬；

所述耐火材料是含有1质量％以上且低于5质量％的碳的MgO-C砖。

2.根据权利要求1所述的铁浴式熔融还原炉，其中，在将所述耐火材料的弯曲强度规定为σ_B、将通过下式(1)计算得到的所述侧壁炉衬内的发生热应力规定为σ_L时，满足3≤σ_B/σ_L≤6，其中σ_B、σ_L的单位分别为MPa；

σ_L＝E·(α·L·T-A)/[L+(α·L·T-A)]............式(1)

式中，

E：所使用耐火材料的弹性模量，单位为GPa，

α：所使用耐火材料的热膨胀率，单位为/℃，

T：炉衬表面温度，单位为℃，

L：炉衬长度，单位为m，

A：炉衬内膨胀接合缝长度，单位为m。

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