JP2004050256A

JP2004050256A - 断熱性を高めた取鍋

Info

Publication number: JP2004050256A
Application number: JP2002212823A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamashita; 山下　博司
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2002-07-22
Filing date: 2002-07-22
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】鋼の精錬工程で使用する各種の取鍋において、断熱性を高めて、収容した溶鋼の、時間の経過に伴う温度低下を低く抑えることができるものを提供すること。
【解決手段】鉄皮（１）に、断熱ボード（２）および耐火性のワークレンガ（３）、たとえばハイアルミナレンガを、この順で内張りしてなる取鍋において、断熱ボードとワークレンガとの間に、断熱レンガ（４）、たとえばろう石レンガの層を設けて、断熱性を高めた取鍋。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、断熱性を高め、それによって収容した溶湯の保温性が良好な取鍋に関する。本発明の取鍋は、溶融した金属を収容する容器として、任意の金属溶湯を対象に使用できるが、とくに鋼の真空精錬工程において、溶鋼を短時間収容するための容器として使用したとき、その意義が大きい。
【０００２】
【従来の技術】
製鋼の諸工程において、溶鋼を収容して輸送したり、その中である程度の精錬を行なったりするために、多数の取鍋が使用されている。それら取鍋の構造は、いずれも「鉄皮」と呼ばれる鋼製の外側容器に、断熱ボードおよび耐火性のワークレンガを、この順で内張りしてなるものである。具体的な構造の一例をあげれば、頂部の直径１８００ｍｍ、底部の直径１６００ｍｍ、高さ１７００ｍｍの桶型の底注ぎ型取鍋の形をした鋼製の外壁内側に、厚さ１３ｍｍのシリカ−アルミナ系セラミックファイバー製の断熱ボードと、厚さ９０ｍｍのハイアルミナ製耐火レンガをこの順に張ったものである。
【０００３】
取鍋に収容した溶鋼の温度降下は、取鍋の断熱性によって決定されるが、これまで、取鍋の断熱性を高める努力は、あまりなされていなかったというのが実情である。しかし、取鍋における溶鋼の温度降下を多少とも抑制することができれば、そこで精錬の一部を行なう場合の温度保持が容易になり、そのために消費するエネルギーが節約できる、単に輸送のために取鍋に注湯する場合も、温度低下を見込んだスーパーヒートが低くて済むから、省エネの要請には応えることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記のような取鍋において、断熱性を高めて、収容した溶融金属の時間の経過に伴う温度低下を低く抑えたものを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する本発明の断熱性を高めた取鍋は、図１に示すように、鉄皮（１）に、断熱ボード（２）および耐火性のワークレンガ（３）をこの順で内張りしてなる、溶融した金属を入れる取鍋において、断熱ボードとワークレンガとの間に断熱レンガ（４）の層を設けて、断熱性を高めたことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施形態】
鉄皮（１）に接して張る断熱ボード（２）は、従来から使用されているものでよい。具体的には、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３系セラミックファイバーを材質とするものであり、厚さは１０〜３０ｍｍあれば足り、市販されている厚さ１３ｍｍ程度のものが好適に使用できる。
【０００７】
ワークレンガ（３）は、溶融金属に直接接触するものであるから、それに応じた耐火度を有する必要がある。鋼の精錬工程の取鍋には、ハイアルミナレンガが好んで使用されており、これも好適に使用できる。
【０００８】
本発明を特徴づける、断熱ボード（２）とワークレンガ（３）との間に張る断熱レンガ（４）は、常用の耐火レンガにくらべて、その熱伝導度が５０〜６０％程度の低いものを意味する。代表的な断熱レンガは、ケイ酸質レンガに分類される、シリカ・アルミナ質の「ろう石レンガ」である。ろう石レンガは耐火度が低いから、直接溶鋼に触れさせることはできないが、熱伝導度が、たとえばλ＝１．０４であって、ハイアルミナレンガの熱伝導度λ＝１．８６とくらべれば６０％程度であるから、取鍋の断熱性向上には大いに役立つ。（ちなみに、断熱ボードの熱伝導度はλ＝０．１６と断熱性にすぐれるが、強度が不足であるため、あまり厚く張ることができない。）熱膨張係数が低いことも、断熱ボードとワークレンガとの中間に位置させるのに適した性質である。
【０００９】
断熱レンガの層とワークレンガの層との、ぞれぞれの厚さの配分は、主として、その取鍋に溶鋼を入れておく時間の長短と、溶鋼とワークレンガとの反応性の大小、言い換えれば、ワークレンガの溶鋼による溶損への耐性の高低によって決定すべきである。ワークレンガの耐溶損性が高く、かつ、溶鋼を入れておく時間が短ければ、ワークレンガが浸食される度合いが低いから、薄いワークレンガを張っても、その取鍋は多数回の使用に耐える。逆の場合は、多数回使用できず、張り替えが必要になる。内張の交換をひんぱんに行なうのでは、保温効果の向上にともなう省エネの利益が帳消しになることは、容易に理解されよう。
【００１０】
本発明がとくに有意義である、鋼の真空精錬工程において、溶鋼を短時間収容するために使用する取鍋においては、断熱レンガの層が６０ｍｍまたはそれ以上の厚さを有し、一方で、ワークレンガの層の厚さを３０ｍｍまたはそれ以下であるようにするのが適切である。この場合、両層の厚さの合計は９０ｍｍ程度となるから、前記した従来の取鍋におけるワークレンガの層の厚さと同等の内張りですみ、取鍋の内容積に影響を与えないで済む。
【００１１】
【実施例】
取鍋に溶鋼を入れたとき、溶鋼の熱がどのようにワークレンガを通じて鉄皮に向かって拡散するか、を検討するため、発明者は、まず従来の、ワークレンガがハイアルミナレンガであって、その厚さが９０ｍｍであり、その下に（断熱ボードとの間に）厚さ６５ｍｍのろう石レンガを入れた場合について、検討した。取鍋が溶鋼を受け入れた後、耐火物の温度は時間とともに大きく変化することが想定されるから、図２に示すような熱伝導モデルを考え、下記の半無限物体の非定常熱伝導式を導入した。
【００１２】
（Ｔ_（ _ｘ，ｔ _）−Ｔ_溶鋼）／（Ｔ_取鍋−Ｔ_溶鋼）＝ｅｒｆ（ｘ／２√ａｔ）　（１）
ａ＝λ／ｃρ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２）
ここで、ｘ：加熱端からの距離（ｍ）　ｔ：時間（ｓｅｃ）
ａ：熱拡散率（ｍ^２／ｓｅｃ）
Ｔ_取鍋：取鍋温度（℃）　Ｔ_溶鋼：溶鋼温度（℃）
Ｔ_（ _ｘ，ｔ _）：位置ｘ、時間ｔにおける温度（℃）
λ：熱伝導率（ｋｃａｌ／ｍｓ℃）
ｃ：レンガの比熱（ｋｃａｌ／ｋｇ℃）
ρ：レンガの密度（ｋｇ／ｍ^３）
【００１３】
図２の点（Ａ）、つまりろう石レンガ外側から１０ｍｍの位置における温度の、時間の経過に伴う変化を測定して、図３のグラフを得た。この結果に基づいてこの取鍋における熱拡散率を推定して、ａ＝５．８４×１０^−７の値を得た。ワークレンガの諸元にもとづいて推定した、従来の取鍋における熱拡散率の値は、ａ＝６．１６×１０^−７であった。
【００１４】
上述の結果から、ワークレンガの下に断熱レンガを張ることは、一応有効であることがわかったが、断熱性向上の効果は、長時間の使用においてはじめて認められるものであり、これは、ワークレンガが従来どおりの９０ｍｍという厚さを有しており、溶鋼の熱がワークレンガの深いところに達して断熱レンガの存在が意味を持つのは、長時間を経過した後であるからである、と理解された。
【００１５】
そこで、断熱レンガの厚さ６５ｍｍをそのままにして、ワークレンガの厚さを９０ｍｍから６０ｍｍ、３０ｍｍまたは１０ｍｍと変化させた場合について、ワークレンガに接している部分の溶鋼の温度が、どのように低下して行くかを計算し、従来の取鍋の場合と比較して、図４のグラフを得た。前提とした条件は、出鋼時の溶鋼の温度が１６００℃、ワークレンガ表面の温度が４００℃である。このグラフは、ワークレンガの厚さを３０ｍｍ程度に薄くした場合、断熱レンガの存在が有意義になり、受鋼後１０〜２０分という短時間で、取鍋の断熱性向上がもたらす溶鋼保温の効果が得られることを示している。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の断熱性を高めた取鍋を使用すれば、取鍋に受けた溶鋼の保温が効果的に行なわれるから、次工程にとって好都合であり、次工程にとっては溶鋼が一定の温度にあればよいとすれば、出鋼時のスーパーヒートの温度を低くすることができる。これは、それ自体でエネルギーの節約になるだけでなく、精錬炉の温度を低くすることを可能にし、精錬炉の耐火物の溶損を軽減できるという点でもメリットがある。
【００１７】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の断熱性を高めた取鍋の構造を示す、側壁の断面図。
【図２】本発明の途上において採用した耐火物伝熱モデル。
【図３】図２のモデルに関して、断熱レンガ内部の特定の点における温度が、時間の経過に伴ってどのように変化するかを実測したグラフ。
【図４】本発明の断熱性を高めた取鍋において、断熱レンガの厚さを一定にし、ワークレンガの厚さを種々変化させたときの、受鋼後の溶鋼の温度が時間の経過に伴って低下する様子をシミュレーションにより推定したグラフ。
【符号の説明】
１　鉄皮
２　断熱ボード
３　ワークレンガ（ハイアルミナレンガ）
４　断熱レンガ（ろう石レンガ）

Claims

鉄皮に断熱ボードおよび耐火性のワークレンガをこの順で内張りしてなる、溶融した金属を入れる取鍋において、断熱ボードとワークレンガとの間に断熱レンガの層を設けて、断熱性を高めたことを特徴とする取鍋。
ワークレンガとしてハイアルミナレンガを使用し、断熱レンガとしてろう石レンガを使用した請求項１の断熱性を高めた取鍋。
断熱レンガの層が６０ｍｍ以上の厚さを有し、ワークレンガの層の厚さが３０ｍｍ以下である請求項１または２の断熱性を高めた取鍋。
鋼の真空精錬工程において、溶鋼を短時間収容するために使用する請求項１ないし３のいずれかの断熱性を高めた取鍋。