JP2005214548A

JP2005214548A - 転炉の耐火物ライニング構造及び転炉操業方法

Info

Publication number: JP2005214548A
Application number: JP2004023849A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Kubo; 吉一久保; Toshiyuki Ueki; 俊行植木
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】送酸素速度が上昇して転炉内が強い酸化雰囲気となっても、鋼浴部以外の溶鋼やスラグが接触していない部位での溶損を抑制する。
【解決手段】転炉１の溶鋼接触部１ａにＣ含有量が１５質量％以上のマグネシアカーボン煉瓦２ａを、溶鋼非接触部１ｂにＣ含有量が１１質量％以上、１５質量％未満のマグネシアカーボン煉瓦２ｂを内張り施工する。
【効果】送酸素速度が３Ｎｍ³／ｍｉｎ・スチールトン以上、スラグボリュームが５０ｋｇ／トン以下の条件で高速吹錬する場合であっても、溶鋼との非接触部に内張り施工したマグネシアカーボン煉瓦の損傷を効果的に抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、転炉に内張り施工する耐火物のライニング構造、及び、このライニング構造を有する転炉を用いた転炉操業方法に関するものである。

送酸素速度が３Ｎｍ³／ｍｉｎ・スチールトン未満、スラグポリュームが５０ｋｇ／トン以上の従来の転炉操業においては、内張り施工された耐火物は、溶鋼接触部における溶損が大きく、この部分の溶損量によって転炉の寿命が決定されていた。

そこで、極力、スラグとの濡れ性（スラグ浸透性抑制）を向上させるべく、転炉に内張り施工されるマグネシアカーボン煉瓦の含有Ｃ量を１５質量％以上に増加させることで（２０質量％程度が一般的）、耐火煉瓦の損耗速度を低減させ、転炉の寿命向上を図っていた。
特開平８−２４０３８９号公報

前記従来の転炉操業では、溶鋼と接触しない部分のマグネシアカーボン煉瓦の損耗速度が小さく、問題となっていなかったので、図７に示したように、転炉１の内部には、溶鋼接触部も溶鋼非接触部も区別することなく、Ｃ含有量が１５質量％以上のマグネシアカーボン煉瓦２ａを内張り施工していた。

ところで、転炉操業においては、エネルギーロス減少等を目的に、極力１つの転炉で操業を行い、操業効率を上げる高能率操業が採用されるようになってきている。この高能率操業においては、送酸素量のアップ（送酸素速度が３Ｎｍ³／ｍｉｎ・スチールトン以上）と使用するスラグのミニマム（スラグボリュームが５０ｋｇ／トン以下）化は必須技術である。

かかるスラグレス高速吹錬操業においては、上部ランスからの送酸素速度が上昇し、転炉内は強い酸化雰囲気となる。その結果、内張り施工しているマグネシアカーボン煉瓦は、鋼浴部では従来通りのアタックを受けるだけであるが、鋼浴部以外の溶鋼やスラグが接触していない部位においては強い酸化アタックを受けることになる。

従って、従来のように、溶鋼接触部も溶鋼非接触部も区別することなく、同じＣ含有量のマグネシアカーボン煉瓦を内張り施工していたのでは、内張り耐火物に局部的な溶損が発生して耐火物寿命が低下し、耐火物コストの悪化原因となっていた。本発明者らの調査によれば、特に転炉直胴部における両トラニオンサイドの炉壁の溶損が激しかった。

本発明者らが、操業後、煉瓦の溶損原因を調査するとマグネシアカーボン煉瓦を構成しているマグネシア粒と黒鉛の中で、煉瓦表面近傍において黒鉛の消失がみられた。これは、高温、高酸素雰囲気で、煉瓦表面がスラグでカバーされることなく使用されたため、黒鉛が酸化反応を起こして黒鉛が消失したものと考えられる。つまり、マグネシアの粒と粒を結合する役割を有する黒鉛の消失によりマグネシアの粒と粒が結合できなくなり、煉瓦表面が崩壊し、煉瓦溶損が大きくなったものと考えられる。

本発明が解決しようとする問題点は、近年のスラグレス高速吹錬操業においては、上部ランスからの送酸素速度が上昇して転炉内は強い酸化雰囲気となり、鋼浴部以外の溶鋼やスラグが接触していない部位での溶損が大きくなるという点である。

本発明者らは、高速吹錬操業に使用する転炉においては、転炉における各部位の損傷形態が異なるため、前記の問題点を解決するには、各部位によって最適なＣ含有量のマグネシアカーボン煉瓦を張り分けることが必要であるとの考えをもとに各種の実験を行った。

図２はマグネシアカーボン煉瓦の含有カーボン量と溶損量、すなわち耐食性の関係を、回転アーク炉（１７５０℃、転炉スラグ：塩基度＝３．５、Ｔ．Ｆｅ＝２０質量％）によりオフラインで調査した結果を示した図である。この図２より、カーボン量が低下すると（１１質量％未満）、煉瓦の亀裂起因によるマグネシアの溶損により損耗量が増加する反面、カーボン量が多くなると（２５質量％超）、煉瓦の亀裂は抑制できるものの、カーボンの損傷により煉瓦の酸化損耗が増加することが判明した。

図３はマグネシアカーボン煉瓦の含有カーボン量と亀裂損傷指数、すなわちスポーリング性の関係を、溶銑浸漬法（１６５０℃）でオフライン調査した結果を示した図であり、亀裂損傷指数は、マグネシアカーボン煉瓦の含有カーボン量が多くなるほど小さくなる、すなわちスポーリングが発生し易くなることが確認された。

図４はマグネシアカーボン煉瓦の含有カーボン量と酸化層の厚み、すなわち耐酸化性の関係を、大気中で加熱（１３００℃）した状態でオフライン調査した結果を示した図であり、酸化層の厚みは、マグネシアカーボン煉瓦の含有カーボン量が多くなるほど厚くなることが確認された。

前記図２に示した調査結果より、強い酸化アタックによるマグネシアカーボン煉瓦における黒鉛の消失を防止するためには、図５に示すように、Ｃ含有量を減少させたマグネシアカーボン煉瓦２ｂを内張り施工することが有効な手段である。但し、Ｃ含有量を少なくしていくと、図３に示したように、熱による膨張、収縮が大きいマグネシア粒の配合比率が増加し、吸収代の黒鉛が少なくなって、煉瓦がヒ−トショックに弱くなり、転炉操業時、スポーリングが発生する。本発明者らの前記調査によれば、スボーリングが発生させないためには、１１質量％以上のＣ含有量が望ましい。

本発明の転炉の耐火物ライニング構造は上記の知見に基づいてなされたものであり、
転炉の溶鋼接触部にＣ含有量が１５質量％以上のマグネシアカーボン煉瓦を、
溶鋼非接触部にＣ含有量が１１質量％以上、１５質量％未満のマグネシアカーボン煉瓦、あるいは、Ｃ含有量が１１質量％以上、１５質量％未満で、ＭｇＯ骨材の表面に熱膨張吸収代を設けたマグネシアカーボン煉瓦を内張り施工することを最も主要な特徴とする。

上記の本発明において、内張り施工する、Ｃ含有量が１１質量％以上、１５質量％未満のマグネシアカーボン煉瓦、あるいは、Ｃ含有量が１１質量％以上、１５質量％未満でＭｇＯ骨材の表面に熱膨張吸収代を設けたマグネシアカーボン煉瓦は，転炉の溶鋼非接触部全域でなくても、溶鋼非接触部のうちの特に酸化アタックによる溶損の激しい部分のみでも十分に溶損の抑制効果がある。

また、本発明の転炉操業方法は、上記本発明の耐火物ライニング構造を採用した転炉を用い、送酸素速度が３Ｎｍ³／ｍｉｎ・スチールトン以上、スラグボリュームが５０ｋｇ／トン以下の条件で高速吹錬することを最も主要な特徴とする。

本発明は、損傷形態が異なる、溶鋼との接触部と非接触部とで、内張り施工するマグネシアカーボン煉瓦のＣ含有量を変化させたので、送酸素速度が３Ｎｍ³／ｍｉｎ・スチールトン以上、スラグボリュームが５０ｋｇ／トン以下の条件で高速吹錬する場合であっても、溶鋼との非接触部に内張り施工したマグネシアカーボン煉瓦の損傷を効果的に抑制することができる。

本発明の転炉の耐火物ライニング構造の実施態様を、図１を用いて、以下に説明する。
図１（ａ）は請求項１に対応する耐火物ライニング構造を説明する図で、転炉１の溶鋼及びスラグと接触している部分（溶鋼接触部）１ａは、内張り施工したマグネシアカーボン煉瓦へのアタック条件は、送酸素速度が３Ｎｍ³／ｍｉｎ・スチールトン以上、スラグボリュームが５０ｋｇ／トン以下の条件で高速吹錬する場合であっても、送酸素速度が３Ｎｍ³／ｍｉｎ・スチールトン未満、スラグポリュームが５０ｋｇ／トン以上の従来の転炉操業の場合と変化が無いので、従来より採用されている、Ｃ含有量が１５質量％以上のマグネシアカーボン煉瓦２ａを内張り施工する。

一方、転炉１の溶鋼及びスラグと接触しない部分（溶鋼非接触部）１ｂは、前記高速吹錬操業を行う場合には、強い酸化アタックを受けて、煉瓦表面近傍に存在する黒鉛が酸化反応を起こして消失し、煉瓦表面が崩壊して溶損が大きくなるので、Ｃ含有量が１１質量％以上、１５質量％未満のマグネシアカーボン煉瓦２ｂを内張り施工する。

このような耐火物ライニング構造を有する本発明によれば、前記高速吹錬操業を行う場合であっても、溶鋼との非接触部に内張り施工したマグネシアカーボン煉瓦の損傷を効果的に抑制することができるようになる。

図１（ａ）に示した例では、溶鋼非接触部１ｂの全域にＣ含有量が１１質量％以上、１５質量％未満のマグネシアカーボン煉瓦２ｂを内張り施工しているが、図１（ｂ）に示したように、溶鋼非接触部１ｂのなかでも、特に酸化アタックによるカーボン消失による溶損が大きい直胴部の両トラニオン部１ｃの炉壁部分にのみ、Ｃ含有量が１１質量％以上、１５質量％未満のマグネシアカーボン煉瓦２ｂを内張り施工したものでも良い。これが請求項３に対応する例である。

上記の各例では、溶鋼非接触部１ｂに、Ｃ含有量が１１質量％以上、１５質量％未満のマグネシアカーボン煉瓦２ｂを内張り施工したものであるが、このマグネシアカーボン煉瓦２ｂは、Ｃ含有量が１１質量％以上、１５質量％未満のものであれば、その製造時、ＭｇＯ骨材の表面に熱膨張吸収代を設けて製造したものであっても良い。このＭｇＯ骨材の表面に熱膨張吸収代を設けて製造したマグネシアカーボン煉瓦２ｂを内張り施工した場合には、前記熱膨張吸収代によって従来煉瓦の急速昇温時のヒートショックで発生していた煉瓦のスポーリングを防止することができる。これが、請求項２，４に対応する例である。

以下に、本発明の効果を確認するために行った実験結果について説明する。
図６は両トラニオン部にのみＣ含有量が１３質量％のマグネシアカーボン煉瓦（▲と●）を内張り施工し、その他の部分にはＣ含有量が１８質量％のマグネシアカーボン煉瓦（×と△）を内張り施工した請求項３に相当する耐火物ライニング構造を有する転炉を用いて、送酸素速度が３Ｎｍ³／ｍｉｎ・スチールトン以上、スラグボリュームが５０ｋｇ／トン以下の条件で高速吹錬操業を行った際の、使用回数と煉瓦残存厚みの関係を調査した結果を示した図である。

この図６より、本発明の耐火物ライニング構造を採用した場合には、両トラニオン部の炉壁部分の残存厚みの方が溶鋼接触部分の炉壁部分の残存厚みよりも厚く、トラニオン部に内張り施工したマグネシアカーボン煉瓦の損傷を効果的に抑制できていることが明らかである。

本発明は、上記の実施例に示した実施形態に限るものではなく、各請求項に記載の技術的思想の範囲であれば、その実施形態の変更は任意である。

以上の本発明は、転炉の耐火物ライニング構造に限らず、同様の強い酸化アタックを受ける溶鋼容器の耐火物ライニング構造にも適用できる。

（ａ）（ｂ）は本発明の転炉における耐火物ライニング構造を説明する図である。マグネシアカーボン煉瓦の含有カーボン量と耐食性の関係を示した図である。マグネシアカーボン煉瓦の含有カーボン量と耐スポーリング性の関係を示した図である。マグネシアカーボン煉瓦の含有カーボン量と耐酸化性の関係を示した図である。本発明者らによる知見を説明する図である。本発明の効果を確認するために行った結果を示した図である。従来の転炉における耐火物ライニング構造を説明する図である。

符号の説明

１転炉
１ａ溶鋼接触部
１ｂ溶鋼非接触部
１ｃトラニオン部
２ａＣ含有量が１１〜１５質量％のマグネシアカーボン煉瓦
２ｂＣ含有量が１５質量％以上のマグネシアカーボン煉瓦

Claims

転炉の溶鋼接触部にＣ含有量が１５質量％以上のマグネシアカーボン煉瓦を、
溶鋼非接触部にＣ含有量が１１質量％以上、１５質量％未満のマグネシアカーボン煉瓦を内張り施工したことを特徴とする転炉の耐火物ライニング構造。
溶鋼非接触部の内張り施工煉瓦を、
Ｃ含有量が１１質量％以上、１５質量％未満のマグネシアカーボン煉瓦に代えて、
Ｃ含有量が１１質量％以上、１５質量％未満で、ＭｇＯ骨材の表面に熱膨張吸収代を設けたマグネシアカーボン煉瓦としたことを特徴とする請求項１記載の転炉の耐火物ライニング構造。
転炉の溶鋼非接触部のうちの特に酸化アタックによる溶損の激しい部分に、
Ｃ含有量が１１質量％以上、１５質量％未満のマグネシアカーボン煉瓦を部分的に内張り施工したことを特徴とする転炉の耐火物ライニング構造。
転炉の溶鋼非接触部のうちの特に酸化アタックによる溶損の激しい部分に、
Ｃ含有量が１１質量％以上、１５質量％未満で、ＭｇＯ骨材の表面に熱膨張吸収代を設けたマグネシアカーボン煉瓦を内張り施工したことを特徴とする転炉の耐火物ライニング構造。
請求項１〜４の何れかに記載の耐火物ライニング構造を採用した転炉を用い、上部ランスからの送酸素速度が３Ｎｍ³／ｍｉｎ・スチールトン以上、スラグボリュームが５０ｋｇ／トン以下の条件で高速吹錬することを特徴とする転炉操業方法。