JP2003183713A

JP2003183713A - 高炉樋

Info

Publication number: JP2003183713A
Application number: JP2001384089A
Authority: JP
Inventors: Takashi Haraoka; たかし原岡; Sadakimi Kiyota; 禎公清田; Masato Takagi; 正人高木
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2001-12-18
Publication date: 2003-07-03

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】安全で、且つ内張りしたワークライニング材
の寿命が長くて安価な高炉樋を提供する。【解決手段】樋壁の外側を保護する鉄皮１と、その内面
に内張りされ、補修時にも交換しない永久張り耐火物２
と、該永久張り耐火物の内面側及び樋の底部を覆い、溶
銑及びスラグと接触するワークライニング材５とで形成
した高炉樋において、前記永久張り耐火物のうち、樋底
である樋敷部から平均スラグライン６より１５０ｍｍ高
い位置までの高さに相当する部位に、一般の永久張り耐
火物より熱伝導度の大きい材料８を用いた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高炉樋に係わり、
詳しくは、高炉樋に施工される一部の耐火物の特性を改
善して他の耐火物の損耗を低減し、その寿命延長により
溶銑製造コストの低減を図る技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉は、鉄鉱石類とコークスとを層状に
装入し、羽口から熱風を吹き込んで製錬を行ない、得ら
れた溶銑及びスラグを出銑口から同時に排出する。これ
ら溶銑及びスラグは、それぞれの収容容器あるいは収容
場所まで高炉樋と称され、多種の耐火物が層状に内張り
された樋を流して排出される。ここで、従来より一般に
使用されている高炉樋は、図１（ａ）に示すように、樋
の側壁を保護する鉄皮１と、その内面に一定厚みで内張
りされ、補修時にも交換しない永久張り耐火物２と、該
永久張り耐火物２の内面側及び樋の底部を覆い、溶銑３
及びスラグ４と接触するワークライニング材（単に、樋
材ともいい、溶銑やスラグと接触する部位に施工する耐
火物のこと）５とで形成されている。そして、その永久
張り耐火物２には、鉄皮１への熱伝導を抑制し、それを
保護するため断熱性の大きい、つまり熱伝導度の小さい
もの（通常、１．０Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以下）を使用するよ
うにしていた。

【０００３】このような高炉樋に内張りする耐火物の高
寿命化と原単位削減は、溶銑の製造コストに大きく反映
するので、従来より樋に使用する材料及び施工方法の改
良が繰り返し行われている。特に、近年は、耐火物の損
耗低減のために、樋の使用中に耐火物を強制的に冷却す
る技術も提案されている。

【０００４】例えば、特開昭５６−８７６１２号公報及
び特開昭６２−１５６２１３号公報は、前記ワークライ
ニング材と外鉄皮との間、あるいは耐火物中に冷却用の
配管を内蔵し、そこに冷却水を通して樋を使用中に冷却
する方法を開示している。また、特開２０００−１７８
６２１号公報は、前記ワークライニング材と鉄皮との間
に、空冷ダクトを設置して空気を流して冷却する方法を
開示している。

【０００５】しかしながら、冷却に水等の液体を使用し
た場合には、樋材の異常損耗時に溶銑やスラグが冷却配
管を埋設した部位まで達して水蒸気爆発等を起こす危険
性があり、また、空冷ダクトを設置した場合には、設備
コストが大きくなるので、前記した方法で実用化されて
いるものはない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
に鑑み、従来より安全で、且つ内張りしたワークライニ
ング材の寿命が長くて安価な高炉樋を提供することを目
的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明者らは、上記目的を
達成するため、耐火物の強制冷却を行なわなくても高炉
樋からの抜熱が促進され、また強制冷却を行なう場合に
は、冷却面積をできるだけ小さくすることに着眼して検
討を進め、本発明を完成させた。

【０００８】すなわち、本発明は、樋壁の外側を保護す
る鉄皮と、その内面に内張りされ、補修時にも交換しな
い永久張り耐火物と、該永久張り耐火物の内面側及び樋
の底部を覆い、溶銑及びスラグと接触するワークライニ
ング材とで形成した高炉樋において、前記永久張り耐火
物のうち、樋底である樋敷部から平均スラグラインより
１５０ｍｍ高い位置までの高さに相当する部位に、熱伝
導度が２Ｗ・ｍ^-1・Ｋ ^-1以上の耐火物を用いたことを特
徴とする高炉樋である。

【０００９】この場合、前記熱伝導度が２Ｗ・ｍ^-1Ｋ^-1
以上の耐火物が、永久張り耐火物の全厚みに及ぶのが良
く、あるいは前記熱伝導度が２Ｗ・ｍ^-1Ｋ^-1以上の耐火
物を使用する位置が、出銑口より１〜５ｍの範囲内であ
るのが好ましい。また、前記熱伝導度が２Ｗ・ｍ^-1Ｋ^-1
以上の耐火物を使用した位置に対応する鉄皮の外面を冷
却する冷却手段を設けたり、あるいは前記冷却手段が、
空気又は水蒸気のミストを噴射するノズルとそれらの供
給源とを備えたものであれば一層良い。

【００１０】本発明によれば、樋の耐火物を強制的に冷
却しなくても、従来より抜熱が良くなる。また、強制冷
却を行なう場合には、冷却する部位をなるべく最小範囲
とすることが可能となる。その結果、ワークライニング
材の損耗を低減でき、溶銑の製造コストが低減できるば
かりでなく、安全性も向上する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、発明をなすに至った経緯を
まじえ、本発明の実施の形態を説明する。

【００１２】まず、発明者は、実際の高炉から出銑が行
なわれた時の条件をシミュレートして、樋の伝熱解析を
行った。つまり、図１（ｂ）〜図１（ｇ）に示すよう
に、樋の永久張り耐火物の材質及び張り分け範囲を変え
て、ワークライニング材の溶銑等との接触面（以下、樋
耐火物の稼動面という）の温度を計算したのである。

【００１３】図１（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、高熱伝導
度の耐火物８の下端位置を溶銑樋の底に相当する樋敷９
のレベルに揃え、その上方への該耐火物施工高さｈ₁を
それぞれ２３０ｍｍ，４２０ｍｍ，６１０ｍｍとした例
である。また、図１（ｅ），（ｆ），（ｇ）は、高熱伝
導度の耐火物８の上端位置をスラグライン６の高さに揃
え、該耐火物の下端位置までの施工高さｈ₂をそれぞれ
２３０ｍｍ、４２０ｍｍ、６１０ｍｍとした例である。
いずれの場合においても、平均スラグライン６の位置は
樋敷９から２５０ｍｍの位置、平均メタルライン７の位
置は樋敷９から１００ｍｍの位置とした。これらの解析
結果は、下記の通りである。１永久張り耐火物２の一部に従来より高熱伝導度の耐
火物８を使用し、その使用範囲を、図１（ｂ）〜（ｄ）
に示すように、側壁の上方へと広くするほど、スラグラ
イン６（スラグと接触する）位置のワークライニング材
５の稼動面温度は低下する（図２（ａ）参照）。２永久張り耐火物の高熱伝導化の範囲を、図１（ｆ）
〜（ｇ）に示すように、側壁の下方に広げた場合にも、
メタルライン７（溶銑と接触する）位置のワークライニ
ング材５の稼動面温度は低下する（図２（ｂ）参照）。これら解析結果は、永久張り耐火物を高熱伝導化し、そ
の範囲をなるべく広くすればワークライニング材５の稼
動面温度が低下して、その損耗抑制に望ましいことを示
唆している。そこで、発明者は、この永久張り耐火物２
の一部に高熱伝導度の耐火物８を採用すれば、従来より
抜熱に優れた樋になると考えた。しかしながら、図２
（ａ）より明らかなように、ワークライニング材５の稼
動面は、永久張り耐火物の高熱伝導化の範囲を広げる
と、１３５０℃より低い温度になる場合もある。この１
３５０℃という温度は、高炉スラグ４の融点（軟化開始
温度）に相当するので、それ以下の温度まで低下させる
ことは、実際上の意味がない。つまり、スラグ４が樋内
で凝固し、流れなくなるからである。そのため、発明者
は、側壁上方への高熱伝導化した永久張り耐火物８の適
用範囲を４００ｍｍ以上にする必要がないと考えた。そ
して、実際の樋サイズ及びスラグ流厚みから、その位置
を平均スラグライン６のほぼ１５０ｍｍ上方までと決め
た。

【００１４】また、図２（ｂ）より明らかなように、側
壁の下方向に永久張りの高熱伝導化範囲を大きくした場
合にも、前記メタルライン７位置のワークライニング材
５の稼動面温度は低下していくが、上記同様に、スラグ
ライン６から３００ｍｍ下方まで広げると、該稼動面の
温度が１３５０℃以下となっている。これは、樋底を意
味する樋敷９の高さ（平均スラグラインの下方２３０ｍ
ｍ程度離れた位置）よりさらに下方まで、高熱伝導化し
た永久張り耐火物８を施工する必要のないことを示唆し
ている。

【００１５】そして、発明者は、以上述べた２つの知見
に基づき、現在一般に使用されてい永久張り耐火物より
高熱伝導度を有する耐火物の適用範囲を、樋敷の高さよ
り平均スラグライン上方１５０ｍｍの間とする本発明を
完成させたのである。ここに、永久張り耐火物を高熱伝
導化するには、基本となる耐火物に熱伝導度の高い物質
を添加すれば良い。そのような物質としては、ＳｉＣ，
Ｃ等が好ましく使用できる。具体的には、通常使用され
ているＡｌ₂Ｏ₃系、あるいはＡｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ ₂系の永
久張り耐火物に、ＳｉＣを５〜４０質量％及び／又はＣ
を５〜２０質量％添加すれば良い。その際の熱伝導度の
大きさについては後述する。

【００１６】引き続き、発明者は、永久張り耐火物の厚
み方向についても高熱伝導化の範囲を検討し、この場合
はワークライニング材の厚み等に影響されるため、必要
とされる熱伝導度との関係で決定すれば良いと考えた。
つまり、本発明では、その厚みを特に限定するものでは
ない。ただし、高炉樋の実用上の観点からは、厚み方向
に対しても、高さ方向と同程度の熱伝導度であることが
好ましく、それは２〜１５Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1の範囲にあれ
ば良い。熱伝導度が２Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1未満では、稼動面
側からの抜熱が不十分で永久耐火物の損耗低減に効果が
なく、逆に熱伝導度が１５Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1超えだと、鉄
皮温度が上がり過ぎて周辺機器へ悪影響を与えるので、
鉄皮の冷却コストが嵩むからである。また、永久張りは
一体である必要は必ずしもないが、施工時の手間等を配
慮するとワークライニング材側から鉄皮までの間を一種
類の材料で施工した方が有利なので、永久張り耐火物の
全幅に及ぶのが好ましい。

【００１７】また、本発明では、高熱伝導度の永久張り
耐火物の適用範囲を、高炉樋の長手方向について特に制
限するものではない。しかしながら、後述の鉄皮冷却を
実施する場合に、なるべく冷却コストを低減する必要が
あるので、損耗の激しい部位周辺にだけ適用することも
考えられる。具体的には、その位置は、出銑口の傾斜角
度や出銑滓速度にも影響されるので一概に決められない
が、通常の高炉では出銑口から噴出した溶銑やスラグが
高炉樋に落下する地点が出銑口より３ｍ程度の位置なの
で、その前後２ｍ程度が最も激しく損耗すると考えられ
る。そこで、本発明では、長手方向の好ましい適用範囲
を１〜５ｍとした。

【００１８】さらに、永久張り耐火物の一部を高熱伝導
化すると、鉄皮の温度が上昇するので、周辺機器への影
響を低減するため、あるいは高熱伝導化の効果をさらに
高めるための対策が必要である。そこで、本発明では、
冷却方式を特に限定しないが、外部からの鉄皮冷却を施
すようにもした。ただし、万が一溶銑やスラグが漏洩し
た場合の危険性を考慮して、具体的には、空冷か水蒸気
ミストによる冷却を採用するが望ましい。その際、空冷
の場合には、鉄皮にダクト状の配管を取付けて、その中
に空気を流通させて冷却させる方式の他、鉄皮外面に対
向するようにノズルを設置し、圧縮空気の噴流を当てて
冷却させる方式等を採用すれば良い。冷却の程度は、こ
れも一概には言えないが、鉄皮温度を２５０℃程度とす
れば良いと考える。

【００１９】

【実施例】（比較例）まず、本発明に係る高炉樋の効果
を確認するため、従来の高炉樋による比較例を実施し
た。それは、図１（ａ）に示した高炉樋のように、永久
張り耐火物に従来の熱伝導度が１．０Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1の
アルミナ系断熱材を使用し、それを３７０ｍｍの厚みで
施工した。また、その内側には、ワークライニング材を
約５００ｍｍの厚みで施工した。ワークライニング材を
乾燥してから、実際に出銑を開始し、９万トンの溶銑を
流した。そして、出銑終了後に、樋の損耗状況を調査し
た。その結果、ワークライニング材の損耗速度は、通銑
量１ｔ当たりメタルラインで３．０ｍｍ／千トン、スラ
グラインで２．５ｍｍ／千トンであった。

【００２０】なお、アルミナ系断熱材及びワ−クライニ
ング材の組成を一括して表１に示す。

【００２１】

【表１】（発明例１）高炉樋の長手方向で出銑口より１〜５ｍの
範囲において、側壁高さ方向で、樋敷より平均スラグラ
インの１５０ｍｍ上方まで、鉄皮の内面側にＳｉＣを１
５質量％含有する高熱伝導度（熱伝導度：６・０Ｗ・ｍ
^-1・Ｋ^-1）の流し込み材を３７０ｍｍの厚みで施工し
た。その後、その内側にワークライニング材を約５００
ｍｍの厚みで施工した。ワークライニング材を乾燥後、
出銑を開始した。出銑中の鉄皮温度は、５００℃を超え
ることなく、９万トンの通銑を行なった。出銑終了後に
上記同様、損耗速度を測定したが、その値は通銑量１ｔ
当たりメタルラインで２．５ｍｍ／千トン、スラグライ
ンで２．１ｍｍ／千トンと前記比較例の約８割程度であ
った。なお、使用した高熱伝導度の流し込み材の組成
は、上記表１に示してある。（発明例２）上記発明例１と同じに施工した高炉樋の鉄
皮外面に対向させて、図３に示すように、空気を噴出す
るノズル１０を設置し、該ノズル１０に圧縮空気を送
り、秒速２０ｍ／秒の噴流１１が鉄皮１に当たるように
した。前記ワークライニング材５を乾燥後、直ちに出銑
を開始したが、その際、出銑中はこのノズル１０を介し
て空気を鉄皮１に吹き付け、その冷却を行なったが、鉄
皮温度は２５０℃を超えることがなかった。溶銑を９万
トン出銑してから、前記同様に損耗速度の測定を行なっ
た。その結果、ワークライニング材の損耗速度は、通銑
量１ｔ当たりメタルラインで２．０ｍｍ／千トン、スラ
グラインで１．５ｍｍ／千トンと前記比較例の約７割で
あった。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明により、耐火
物を強制的に冷却しなくても、従来より抜熱が良い高炉
樋が提供できるようになる。また、強制冷却を行なう場
合には、冷却する部位をなるべく最小範囲とすることが
可能となる。その結果、樋耐火物の損耗を従来より低減
でき、溶銑の製造コストが低減できるばかりでなく、安
全性も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のベースとなる伝熱解析を行なった高炉
樋の態様を説明する横断面図であり、（ａ）は従来の高
炉樋、（ｂ）〜（ｄ）は、高熱伝導度の耐火物８の下端
位置を溶銑樋の底に相当する樋敷９のレベルに揃え、そ
の上方への該耐火物施工高さｈ₁をそれぞれ２３０ｍ
ｍ，４２０ｍｍ，６１０ｍｍとした例であり、（ｅ）〜
（ｇ）は、高熱伝導度の耐火物８の上端位置をスラグラ
イン６の高さに揃え、該耐火物の下端位置までの施工高
さｈ₂をそれぞれ２３０ｍｍ、４２０ｍｍ、６１０ｍｍ
とした例である。

【図２】伝熱解析の結果を、ワークライニング材の稼動
面温度と高伝熱化した永久張り耐火物の範囲との関係で
整理した図であり、（ａ）はスラグラインの稼動面温
度、（ｂ）はメタルラインの稼動面温度の場合である。

【図３】鉄皮を空冷する手段を設置した高炉樋を示す図
である。

【符号の説明】

１鉄皮２永久張り耐火物３溶銑４スラグ５ワークライニング材（樋材）６スラグライン７メタルライン８高熱伝導度の耐火物（高熱伝導化した耐火物）９樋敷１０ノズル１１噴流１２空気源（コンプレッサ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高木正人千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究所内Ｆターム(参考） 4K015 EC02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】樋壁の外側を保護する鉄皮と、その内面
に内張りされ、補修時にも交換しない永久張り耐火物
と、該永久張り耐火物の内面側及び樋の底部を覆い、溶
銑及びスラグと接触するワークライニング材とで形成し
た高炉樋において、前記永久張り耐火物のうち、樋底である樋敷部から平均
スラグラインより１５０ｍｍ高い位置までの高さに相当
する部位に、熱伝導度が２Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以上の耐火物
を用いたことを特徴とする高炉樋。
【請求項２】前記熱伝導度が２Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以上の
耐火物が、永久張り耐火物の全厚みに及ぶことを特徴と
する請求項１記載の高炉樋。
【請求項３】前記熱伝導度が２Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以上の
耐火物を使用する位置が、出銑口より１〜５ｍの範囲内
であることを特徴とする請求項１又は２記載の高炉樋。
【請求項４】前記熱伝導度が２Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以上の
耐火物を使用した位置に対応する鉄皮の外面を冷却する
冷却手段を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいず
れかに記載の高炉樋。
【請求項５】前記冷却手段が、空気又は水蒸気のミス
トを噴射するノズルとそれらの供給源とを備えたもので
あることを特徴とする請求項４記載の高炉樋。