JP2004285441A

JP2004285441A - 底吹き羽口を有する転炉の炉底レンガ積み構造

Info

Publication number: JP2004285441A
Application number: JP2003080585A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Takahashi; 岳彦高橋; Shigeo Tateno; 重穂舘野; Michihiro Kuwayama; 道弘桑山
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2023-03-24
Also published as: JP4172299B2

Abstract

【課題】本発明は、炉底全体のレンガ積みの損耗を従来より低減可能な底吹き羽口を有する転炉の炉底れんが積み構造を提供することを目的としている。
【解決手段】弾性率が室温で１５ＧＰａ以上のＭｇＯ−Ｃ系レンガで施工した炉底の一部に、弾性率が室温で１５ＧＰａ未満のＭｇＯ−Ｃ系レンガを施工した範囲を設け、該範囲内に二重管羽口を配置した転炉の炉底レンガ積み構造である。そして、前記弾性率が室温で１５ＧＰａ未満のＭｇＯ−Ｃ系レンガと前記弾性率が１５ＧＰａ以上のＭｇＯ−Ｃ系レンガとの境界位置を、前記二重管羽口の外周から５００〜６００ｍｍとした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、底吹き羽口を有する転炉の炉底レンガ積み構造に係わり、特に、該転炉が保持している溶融金属中へ酸素ガスを吹き込むための羽口を備える炉底レンガ積み構造の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
溶融金属の精錬に用いる転炉は、図５に示すように、鉄皮１の内側にレンガ等の耐火物２を積んで、該溶融金属３が炉体を溶損しないようにしている。特に、溶融金属３が溶鋼の場合は、その温度が精錬中に１６００℃を超える高温となるので、該溶鋼と接触する炉底レンガ４の表面（稼動面という）側と裏面側とでは温度差が大きく、また、その差は、操業中と休止中では大きく異なるので、レンガには熱衝撃が作用することになる。そのため、前記レンガ等の耐火物３には、耐熱性及び耐溶損性に優れたＭｇＯ−Ｃレンガが適用されることが多い。そのＭｇＯ−Ｃレンガは、ＭｇＯの素材であるマグネシアにカーボン（記号Ｃ）として鱗状黒鉛を配合したものが一般に使用されていた。
【０００３】
そして、転炉のうちでも溶鋼中に酸化性ガス５を吹き込む複数本の底吹き羽口６を有するものでは、羽口周辺のレンガが特に損耗を受け易く、それらが炉底全体の寿命を決める場合が多い。なお、羽口６は、材質が銅やステンレス鋼等の金属製の二重管であり、内管と外管の隙間を介してプロパン・ガス等の炭化水素ガスを溶鋼中に吹き込み、その分解による吸熱で羽口を冷却するようになっている。
【０００４】
ところで、このようなＭｇＯ−Ｃ系レンガの寿命を向上させるため、従来よりＭｇＯ−Ｃ系レンガ自体の材質若しくはレンガ積み構造の改善、又はレンガの補修等の技術改良が図られてきた。
【０００５】
その一つに、前記マグネシアに配合するカーボンの一部に膨張黒鉛を採用したＭｇＯ−Ｃ系レンガを転炉の炉底全体又は羽口近傍のみ（例えば、羽口の軸心からの距離で２００ｍｍ程度まで）に張り、耐食性と耐スポーリング（粉化）性を向上させる技術がある（特許文献１参照）。また、耐熱スポーリング性を改善するため、上記レンガ中のＣ（カーボン）として薄肉黒鉛を採用すると共に、骨材としてＣａＯを配合したＭｇＯ−ＣａＯ−Ｃレンガも提案されている（特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２０９１６９号公報（２〜３頁）
【特許文献２】
特開２００１−２５４１１７号公報（２〜３頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、転炉内に保持した溶鋼へ酸素ガスを吹き込む羽口の近傍に積んだレンガは大きな熱衝撃を受けて損耗するが、その原因は、熱スポーリングによる剥離にあると言われていた。そのため、上記特許文献１や特許文献２に記載された技術では、レンガ材質を耐熱スポーリング性に優れたものとすべく、配合するカーボンに膨張黒鉛あるいは薄肉黒鉛を採用したり、骨材としてＣａＯを採用したのである。
【０００８】
しかしながら、このような膨張黒鉛や薄肉黒鉛を採用したレンガを実際に羽口近傍にのみ積んでも、全体としての耐スポーリング性は期待したほど向上しなかった。また、炉底全体に張った場合には、転炉内への溶銑やスクラップの装入時に、それらの衝撃や摩擦によって該レンガが摩耗し、羽口以外の部分において損耗速度が大きくなり、かえってレンガの寿命が短くなってしまうという問題があった。また、ＣａＯを配合したレンガは、大気に晒されている時にＣａＯが雰囲気中の水分を吸収して崩壊する現象があるので、極めて取扱いが困難であることも判明した。
【０００９】
本発明は、かかる事情に鑑み、炉底全体のレンガ積みの損耗を従来より低減可能な底吹き羽口を有する転炉の炉底れんが積み構造を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。
【００１１】
すなわち、本発明は、弾性率が室温で１５ＧＰａ以上のＭｇＯ−Ｃ系レンガで施工した炉底の一部に、弾性率が室温で１５ＧＰａ未満のＭｇＯ−Ｃ系レンガを施工した範囲を設け、該範囲内に二重管羽口を配置した転炉の炉底レンガ積み構造において、前記弾性率が室温で１５ＧＰａ未満のＭｇＯ−Ｃ系レンガと前記弾性率が１５ＧＰａ以上のＭｇＯ−Ｃ系レンガとの境界位置を、前記二重管羽口の外周から５００〜６００ｍｍとしてなることを特徴とする底吹き羽口を有する転炉の炉底れんが積み構造である。この場合、前記二重管羽口が、平面視で、直線状、チドリ状、四角状又は長方形状のいずれで複数本配置されていても良い。
【００１２】
本発明では、低弾性率で、耐スポーリング性の大きいレンガの領域を従来より拡大し、溶銑やスクラップの衝撃に強い、高弾性率、高強度のレンガの領域との調和を図るようにしたので、炉底全体で耐スポーリング性に優れた炉底レンガ積み構造になる。その結果、炉底レンガ積みの寿命が従来より格段に延長できるようになる。
【００１３】
【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。
【００１４】
本発明が適用される対象は、溶融金属の精錬に利用される転炉のうちでも、炉底に酸素ガスの底吹き羽口を備えたものであり、具体的には底吹き転炉、あるいは上底吹き転炉である。
【００１５】
このような転炉（図５参照）に保持した溶融金属３中に、二重金属管羽口６を介して酸素ガス５を吹き込むと、吹き込まれた位置が火点となり超高温となる一方で、該羽口６から冷却用ガス（炭化水素系ガス）も同時に流すため、前記熱衝撃は非常に大きくなる。そこで、従来より、その熱衝撃による損耗を抑制するレンガの開発なされてきた。そのレンガは、本発明者の調査によれば、図２に示すように、弾性率が１５ＧＰａ未満で、従来より一般に使用されていたカーボンとして鱗状黒鉛を配合したＭｇＯ−Ｃ系レンガに比べて低弾性率で、且つ低強度であった。ここに、弾性率は、超音波弾性率測定試験で室温において測定した値である。
【００１６】
このような低強度のレンガを炉底全体に使用すると、溶銑やスクラップの装入時に、その衝撃や摩擦でレンガが損耗し易く、従来よりかえって低寿命となってしまう。そこで、本発明者は、羽口周辺とそれ以外の部分で、レンガの種類を変えれば、炉底全体としてのレンガ積みの寿命を向上させ得るのではないかと考えた。この考えは、前記特許文献１及び２にも開示があり、従来においても炉底羽口６の周囲に低弾性率、低強度のレンガを施工した例がある。しかしながら、それは、単に羽口周辺の熱負荷の大きい部分にのみ、低弾性レンガを施工する提案であって、その効果は、前記したように不十分なものであった。そのため、本発明者は、前記特許文献１及び２記載の技術をさらに改良することにした。
【００１７】
まず、本発明者は、前記熱衝撃の大きさを把握するため、炉底レンガの種々の位置における温度を、酸素ガスの吹錬時（精錬中）及び非吹錬時（精錬停止中）にわたって測定した。そして、同一位置での吹錬時（精錬中）と非吹錬時との測定値の差を熱衝撃の大きさとして評価することにした。つまり、吹錬時と非吹錬時とのレンガ温度の差が大きいほど、レンガに加わる熱衝撃が大きく、そのような場所には耐熱衝撃性の優れた、低弾性レンガを使用すれば良いと考えたからである。
【００１８】
炉底レンガの表面（稼動面）から深さ１００ｍｍの位置で測定した温度の例を図３に示す。図３では、温度のばらつきを表す矢印の上端は冷却用ガスが流れていない非吹錬時、下端は冷却ガスが流れていて溶湯温度が低い吹錬初期である。この図３によれば、平面視で羽□の外周位置から５００ｍｍまでの範囲では、前記温度差が２００℃を超えることが明らかである。従って、羽口の外周位置から少なくとも５００ｍｍまでの範囲には、耐熱衝撃性の優れた低弾性レンガ、具体的には室温での弾性率にして１５ＧＰａ未満のＭｇＯ−Ｃ系レンガを施工して、スポーリングを防止することが必要である。
【００１９】
一方、図３から、羽口の外周位置から６００ｍｍ以上離れた位置では、前記温度差はほぼ１００℃以内に納まっていることがわかる。この程度の温度差であれば、通常のＭｇＯ−Ｃ系レンガが、すなわち室温での弾性率が１５ＧＰａを超えるようなＭｇＯ−Ｃ系レンガでも特にスポーリングの発生の心配はない。むしろ、溶銑やスクラップに対する耐摩耗性を考慮して、そのようなレンガを使用することが必要となる。
【００２０】
以上の知見から、本発明では、二重管羽口に近い位置に室温での弾性率が１５ＧＰａ未満である低弾性ＭｇＯ−Ｃ系レンガを施工し、その外側に室温での弾性率が１５ＧＰａ以上である通常のＭｇＯ−Ｃ系レンガを施工するようにし、それらの境界位置を二重管羽口の外周から５００〜６００ｍｍの位置と定めたのである。
【００２１】
なお、本発明におけるＭｇＯ−Ｃ系レンガの材質としてはＭｇＯ−ＣレンガあるいはＭｇＯ−ＣａＯ−Ｃレンガとする。
【００２２】
また、ＭｇＯ−Ｃ系レンガを低弾性化する手段としては、特許文献１及び２に開示されたマグネシアにカーボンとして膨張黒鉛や薄肉黒鉛を配合する方法が一般的である。また、それ以外にも、レンガの原料粒度を調整して、レンガの気孔率を大きくすることによっても、低弾性化が可能である。つまり、一般にＭｇＯ−Ｃ系レンガは、骨材としての粒状のマグネシア（ＭｇＯ）をレジンによって練り固めたものに熱処理を施して硬化させて製造するが、その際の骨材の粒度構成やレジンの添加量によって、気孔率を種々変化させることができる。
【００２３】
【実施例】
炉容１８５トンのステンレス鋼精錬用の上底吹き転炉（図５参照）を用いて、本発明の効果を確認する実験を行った。その際、本発明の手法により築炉した炉底レンガ積み構造は、図１に示す通りである。すなわち、直径２９００ｍｍの炉底に、二重管羽口を８本直線状に配置し、この炉底羽口の周辺５００ｍｍの範囲に表１に示した低弾性、低強度のＭｇＯ−Ｃレンガ８（記号：レンガＡ）を、その外周に高弾性、高強度のＭｇＯ−Ｃレンガ９（記号：レンガＢ）を施工した。そして、この上底吹き転炉を用い、ステンレス鋼の溶製を、炉底の交換時期まで多数チャージ（ヒート）行った。また、比較のため、炉底全面に従来通りの高弾性、高強度のＭｇＯ−Ｃレンガを施工した場合（比較例１）及び炉底全面に低弾性、低強度のＭｇＯ−Ｃレンガを施工した場合（比較例２）での操業も行った。
【００２４】
【表１】

【００２５】
その結果、図４に示すように、比較例１では、羽□周辺の損耗が大きく、炉底は低寿命になる。また、比較例２では、羽口周辺の損耗は小さかったが、周辺以外の部分がスクラップ装入時等の磨耗により損耗が大きくなり、本発明例に比べて、全体の寿命は短かかった。これに対して、本発明例では、羽口周辺とそれ以外の部分との損耗程度のバランスが良く、結果として炉底レンガ積みの寿命が向上した。なお、図４のボトム寿命指数は、本発明の損耗量を１００とした相対値である。また、羽口の配置は、上記実施例では直線状であったが、本発明では、それに限らずチドリ状、四角状等でもかまない。
【００２６】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明により、底吹き羽口を有する転炉の炉底レンガ積みが、羽口周辺とそれ以外の部分との損耗のバランスが良くなり、全体での寿命が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る炉底レンガ積み構造の一例を示す平面図である。
【図２】ＭｇＯ−Ｃレンガの圧縮強度と弾性率との関係を示す図である。
【図３】吹錬中及び非吹錬時に、炉底に施工したＭｇＯ−Ｃレンガの稼動面から深さ１００ｍｍの位置で測定した温度を示す図である。
【図４】本発明の実施効果を、炉底レンガ積みの寿命で評価した図である。
【図５】一般的なガスの上底吹き機能を備えた転炉を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１鉄皮
２耐火物（レンガ）
３溶融金属（溶鋼）
４炉底レンガ
５酸素ガス
６二重管羽口
７上吹きランス
８低弾性ＭｇＯ−Ｃレンガ
９高弾性ＭｇＯ−Ｃレンガ
１０スラグ

Claims

弾性率が室温で１５ＧＰａ以上のＭｇＯ−Ｃ系レンガで施工した炉底の一部に、弾性率が室温で１５ＧＰａ未満のＭｇＯ−Ｃ系レンガを施工した範囲を設け、該範囲内に二重管羽口を配置した転炉の炉底レンガ積み構造において、
前記弾性率が室温で１５ＧＰａ未満のＭｇＯ−Ｃ系レンガと前記弾性率が１５ＧＰａ以上のＭｇＯ−Ｃ系レンガとの境界位置を、前記二重管羽口の外周から５００〜６００ｍｍとしてなることを特徴とする底吹き羽口を有する転炉の炉底れんが積み構造。