JP2005307230A - 高炉出銑樋の出銑レベルの調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高炉出銑樋において、残銑抜きを行わずにメタルラインのレベル調整を行う出銑樋耐火物の寿命延長方法を提供する。
【解決手段】高炉１の出銑樋２の出銑の立ち上がり部８を階段状に形成し、高炉の出銑樋の使用期間中に樋内に貯めいている銑鉄とスラグを抜くことなしに立ち上がりの階段状の部分を機械手段１２によって削り取ることにより、メタルラインのレベルを調整する。出銑の立ち上がり部の階段部の段差は４０〜５０ｍｍの複数段のものとし、この段差ごと順次削り取って除去する。
【選択図】図６

Description

本発明は、製鉄分野における高炉出銑樋の出銑レベルの調整方法に関するものである
。

高炉１の出銑樋２は、高炉１から流出する銑鉄とスラグを比重差によって分離するも
ので、概ね図１のような断面形状をしており、耐火材３でライニングされている。

高炉１の炉内４で生成した銑鉄とスラグは、出銑孔５から炉外へ流出し、出銑樋２に
落下する。このような銑鉄とスラグの出銑孔５からの流出を出銑と言い、出銑樋２内で銑
鉄とスラグは比重によって分離するが、出銑樋２は銑鉄とスラグをそれぞれ別に回収し、
処理するような構造となっている。

すなわち、図１におけるスキンマーダンパー６により、スラグは堰き止められ、滓は
ね７から流出する。銑鉄は、スキンマーダンパー６をくぐって立ち上がり８をオーバーフ
ローする。このように出銑樋２は滓はね７、スキンマーダンパー６、立ち上がり８のレベ
ルを適正に保つことで、銑鉄とスラグを別々に回収できる構造となっているため、稼働中
は常に銑鉄とスラグを貯めており、貯銑式といわれている。

上述のような出銑樋２であるが、銑鉄とスラグの通過により浸食される。貯銑部にお
いて浸食されるのは壁の部分である。図２は、その出銑樋２の浸食プロフイールを示して
いる。浸食は局部損耗であり、銑鉄−スラグ界面のメタルライン１０部とスラグ−大気界
面のスラグライン１１部が損耗する。したがって、メタルライン１０、スラグライン１１
のレベルを分散させることで出銑樋２の耐用日数を延長させ、耐火物コストを低減させる
ことが可能となる。

このような人為的なレベル変更に着目した発明が、特公平３−６２７６６号公報で提
案されている。これは、該当出銑樋の滓はね部及び立ち上がり部の双方或いはいずれかを
削り取り、あるいは耐火材による肉盛りの何れか、またはそれ等の複合でレベル変更する
ものである。これにより出銑樋の耐用日数を延長することが可能となった。
特公平３−６２７６６号公報

前述の特公平３−６２７６６号公報は、削り取りや肉盛りの方法については記載され
ていないが、特公平３−６２７６６号公報に示されているようにレベルを精密に管理する
ためには、削り取りはハンドブレーカーで、肉盛りはスタンプ材を用いてランマーで行う
必要がある。

出銑樋に銑鉄やスラグを貯めた状態での人力による作業は危険を伴うため、レベル変
更を行うためには出銑樋に貯めている銑鉄やスラグをドレインすること（以下、残銑抜き
と表す）が不可欠であった。このような残銑抜きであるが、現状では1回の残銑抜きは不
可避である。それは、稼働中盤に出銑樋の損傷状況を把握しておかないと、出銑樋稼働の
終点予測が不可能となるからである。

残銑抜きは、通常、図１に示した残銑孔９に孔を開けることで行われる。この場合、
銑鉄とスラグの分離は不可能で、銑鉄を処理する工程にスラグが混入し、銑鉄の品質を低
下させるという問題がある。また、残銑抜きにより作業負荷が増大するという問題が生じ
る。

さらに、削り取りや肉盛り作業は、高温環境下での作業となり、作業環境上好ましく
ない。加えて、残銑抜きとレベル変更工事を行うため、もう一方の出銑孔を連続して使用
する場合（以下連続出銑と表す）が生じる。この連続出銑は、高炉の生産量の低下につな
がるという問題も生じる。

近年の高炉は、２〜４本の出銑孔を有しており、２本の出銑孔を交互に使用する方法
が主流である。今、Ａ出銑孔から出銑しているとする。出銑孔は、銑鉄、スラグにより損
傷するため銑鉄とスラグの流出量は増大する。流出量が炉内での銑鉄、スラグの生成量を
上回り、炉内のスラグレベルが低下し始め、出銑孔のレベルまで低下すると、炉内ガスを
噴出するため出銑孔閉塞材で閉塞する。

そして、閉塞とほぼ同じタイミングでＢ出銑孔をドリルで掘削し、Ｂ出銑孔から出銑
をする。Ａ出銑孔の出銑樋を残銑抜きし、レベル変更工事を行う場合、Ｂ出銑孔を使用し
て出銑を行う。Ａ出銑孔の出銑樋の工事中にＢ出銑孔から炉内ガスを噴出し始めた場合、
Ｂ出銑孔の連続出銑となる。連続出銑する場合、炉内ガスを噴出しているＢ出銑孔には通
常の１／４〜１／３程度の量の出銑孔閉塞材を充填し、１０分〜３０分程度の出銑孔閉塞
材の乾燥を行った上で出銑を開始する。

出銑孔閉塞材は、耐火粉末をコールタールピッチやフェノール樹脂で混練した可塑体
であるが、乾燥を行わずに掘削をすると、揮発分に着火し、爆発する。このため、上述し
た乾燥が必要となる。しかし、乾燥中も高炉炉内では銑鉄とスラグが生成し続ける。銑鉄
とスラグが高炉から排出されずに溜まり続けると、高炉炉内の圧力が上昇し、炉内の鉄鉱
石、コークスの充填構造を壊し、高炉操業が不可能になる。

そのため、炉内で反応を制御して銑鉄やスラグの生成速度を低下させなければならな
い。このような生成速度の低下は、すなわち生産量の低下である。上述した理由により、
残銑抜きは最低必要となる１回以上は行わないのが好ましい。しかし、出銑樋の稼働日数
を延長させるためにレベル変更を複数回行うと、その度ごとに残銑抜きが必要であった。

本発明は、上述のような課題に鑑み、残銑抜きすること無しにメタルラインレベルの
変更ができるようにしたもので、高炉出銑樋の出銑の立ち上がり部を階段状に形成し、高
炉出銑樋の使用期間中に樋内に貯めいている銑鉄とスラグを抜くことなしに上記立ち上が
り部の階段状の部分を機械手段によって除去することにより、メタルラインのレベルを調
整することを特徴とする高炉出銑樋の出銑レベルの調整方法を提案するものである。

また、出銑の立ち上がり部の階段部の段差が４０〜５０ｍｍの複数段のものとし、こ
の段差ごと重機によって機械的に順次削り取って除去する請求項１に記載の高炉出銑樋の
修理方法を提案するものである。

本発明は、高炉出銑樋の出銑の立ち上がり部を階段状に形成し、高炉出銑樋の使用期
間中に樋内に貯めいている銑鉄とスラグを抜くことなしに上記立ち上がり部の階段状の部
分を機械手段によって除去することにより、メタルラインのレベルを調整することによっ
て、残銑抜きを行わずに出銑樋のレベル変更が可能となり、スラグ混入による溶銑品質の
低下、残銑抜き作業負荷、高温環境下での削り取りや肉盛りの作業負荷、連続出銑による
生産の低下を生じることなく、出銑樋の耐火物寿命を延長し、耐火物コストを低減できる
。

また、出銑の立ち上がり部の階段部の段差が４０〜５０ｍｍの複数段のものとし、こ
の段差ごと重機によって機械的に順次削り取って除去することによって、メタルラインの
レベルを５０〜１００ｍｍずつ低下させることができ、出銑樋のメタルラインの最大損傷
部を分散させて出銑樋の寿命を延長することができる。

本発明の高炉出銑樋の出銑レベルの調整方法は、高炉出銑樋の出銑の立ち上がり部を
階段状に形成し、高炉出銑樋の使用期間中に樋内に貯めいている銑鉄とスラグを抜くこと
なしに上記立ち上がり部の階段状の部分を機械手段によって除去することにより、メタル
ラインのレベルを調整することを特徴としている。

発明者らの観察によると、Ｂ出銑孔稼働中のＡ出銑孔の出銑樋である出銑待機樋のス
ラグライン、メタルラインは数十ｍｍ低下する。そのため、スラグラインの最大損傷部は
、出銑待機樋では銑鉄とスラグを貯めたままで吹き付けによる補修が可能である。したが
って、出銑樋の耐用日数を延長させるにはメタルラインの最大損傷部を分散させることが
重要であることがわかった。

そこで発明者らは、出銑待機樋では立ち上がり部の銑鉄のレベルも数十ｍｍ低下する
ことに着目した。出銑待機樋の出銑の立ち上がり部の銑鉄レベルより高いレベルで立ち上
がり部を精度よく削り取れば、銑鉄を流出させることなくメタルラインのレベル変更が可
能となる。

削り取りを公知の重機等の機械手段で行えば、銑鉄を貯めた出銑樋で危険な削り取り
の除去作業を行う必要がなくなる。重機で削り取る場合、削り取りの精度が非常に悪くな
り、管理できなくなる可能性があるが、予め立ち上がり部の形状を精度よく３０〜１００
ｍｍ、好ましくは４０〜５０ｍｍ段差の階段状にしておくことで解決できる。

また、アイソスタシーの原理より、立ち上がり部のレベルの低下はそれ以上にメタル
ラインのレベルを低下させる効果がある。出銑樋のスキンマーダンパー周辺のバランスは
、図３に示すようにこの関係はアイソスタシーの原理で次のように記述される。

ｈ_s・ρ_s＋ｈ_p ・ρ_p ＝
（Ｈ₁＋ｙ）・ρ_p ・・・（１）
Ｈ₁＋Ｈ₂ ＝
ｈ_p＋ｈ_s −ｘ ・・・（２）
（１）、（２）よりスラグ層厚ｈ_s 、銑鉄層厚ｈ_p を表す式
を得ることができる。
ｈ_s ＝〔ρ_p ／（ρ_p−ρ_s）〕・
（Ｈ₂＋ｘ−ｙ） ・・・（３）
ｈ_p＝Ｈ₁−〔ρ_s／
（ρ_p−ρ_s）〕・（Ｈ₂＋ｘ) ＋
〔ρ_p／（ρ_p−ρ_s）〕・ｙ
・・・（４）
ここにρ_p は溶銑である銑鉄の比重、ρ_sは溶滓であるスラ
グの比重を示す。

これらの関係式から、滓はねレベルを一定として立ち上がり部のレベル低下がメタル
ラインのレベル低下におよぼす影響を計算した結果を、図４に示す。計算にあたっては、
Ｈ₁ ＝１．３ｍ、Ｈ_b ＝０．１５ｍ、ρ_s ＝２６
００ｋｇｍ^-3、ρ_p ＝６７００ｋｇｍ^-3、
Ｄ_s ＝０．２５ｍ、ｘ＝０．２ｍ、ｙ＝０．２ｍとし、Ｄ_P を
変化させたときのＤ_MLとの関係から、Ｄ_P の変化量と
Ｄ_MLの変化量を計算して図４に示した。これより、例えば立ち上がり８のレ
ベルを０．１ｍ低下させるとメタルラインを約０．１５ｍ低下させることができ、立ち上
がり８の低下量以上にメタルラインを低下させることができる。従って最大浸食部の分散
に効果的であることがわかる。

出銑樋の耐火物ライニングは、流し込み材によって施工される。立ち上がりの部分も
同様である。このとき、図５のように立ち上がりの部分を階段状に施工するための金枠を
予め階段状にしておく。階段の高さや階段の数は、高炉の出銑量、樋の断面形状などに依
存するため操業環境を観察して出銑樋ごとに経験的に決定する必要がある。

その上で一定量の銑鉄通過時に出銑待機樋の状態にあるときに、図６のように立ち上
がり部の階段の部分を重機１２で削り取ることでメタルラインレベルを低下させる。出銑
樋２の損傷速度は、樋の構造や操業環境によって変化するため出銑樋ごとに適正なタイミ
ングを試行錯誤で決定していく必要がある。

次に、本発明の一実施例について説明する。使用した高炉としては、炉容積が約５０
００ｍ³ の高炉で、約１０Ｍｋｇ／日の銑鉄を生産するものである。したが
って、出銑樋２は、約５Ｍｋｇ／日の銑鉄が通過する。出銑樋２の長さは２４ｍで、スキ
ンマーダンパー周辺の深さは１．３ｍ、滓はね７の深さは０．３ｍ、ダンパー６の深さは
１．１ｍ、立ち上がり８の上部までの深さは０．５ｍである。

従来の技術では、出銑樋を通過した通銑量の銑鉄約９０Ｍｋｇ通過時に残銑抜き点検
を行い、吹き付け等で損傷部の補修を行い、特公平３−６２７６６号公報に示されている
技術でレベル変更を行っていた。その後、通銑量約１４０〜１６０Ｍｋｇで最大損傷部の
耐火物ライニングの残厚が管理限界に達し、稼働を停止させ、流し込みによるライニング
の更新を行っていた。

この出銑樋の通銑量約９０Ｍｋｇ時のメタルラインの損耗速度は、銑鉄の温度が１７
７０Ｋ前後では銑鉄１Ｍｋｇあたり３．２ｍｍ程度で、稼働停止までの通銑量は１６０Ｍ
ｋｇ程度、１７８５Ｋ前後では銑鉄１Ｍｋｇあたり４．５ｍｍ程度で、稼働停止までの通
銑量は１４０Ｍｋｇ程度であった。

これに対して、本発明では、立ち上がり部の形状を段差５０ｍｍの階段を一段とした
。すなわち、本発明では５０ｍｍのレベル変更を行うことにした。これは発明者らの出銑
樋の観察から、出銑待機樋の状態で立ち上がり部の銑鉄レベルが１００ｍｍ程度立ち上が
りの上端より低下することが分かっていたからである。

本発明の立ち上がり形状の樋は、通銑量７１．２Ｍｋｇ時の出銑待機樋の状態でブレ
ーカーの重機１２により階段部を削り取った。削り取り作業は数分で完了し、階段部分に
大きな凹凸もなく奇麗に削り取ることができ、溶銑のオーバーフローは観察されなかった
。その後通銑量９２．１Ｍｋｇ時に残銑抜きを行って損傷状況を観察し、損傷量を測定し
た。銑鉄の温度は１７８８Ｋであった。

観察の結果、メタルラインは奇麗に分散されており、メタルラインの最大損傷部の損
傷速度は銑鉄１Ｍｋｇあたり３．６２ｍｍであった。またこのときに、損傷部の吹き付け
補修と従来技術によるレベル変更を行い、最終通銑量は１５９．４Ｍｋｇであった。表１
に従来技術と本発明の対比を示す。損傷速度の低減と通銑量の増大は明らかである。

従来技術で同様なレベル変更を行うと残銑抜きが２回となり、１）スラグ混入による
銑鉄品質の低下、２）残銑抜きに伴う作業、３）高温環境下での削り取りや肉盛り作業、
４）連続出銑、が２回発生していたことになる。なお、本実施例では、階段を１つにした
が、出銑樋の構造などを勘案し、複数段の階段をつけることが可能であることは明白であ
る。

表１ 発明の実施例と比較例の比較表

このように本発明では、残銑抜きを行わずに出銑樋のレベル変更が可能となったので
、１）スラグ混入による溶銑品質の低下、２）残銑抜き作業負荷、３）高温環境下での削
り取りや肉盛りの作業負荷、４）連続出銑による生産の低下、を生じることなく、出銑樋
の耐火物寿命を延長し、耐火物コストを低減させることが可能となった。

高炉出銑樋の概要側断面図、 同上の出銑樋の浸食プロフィール説明図、 同上のスキンマー周辺の静水圧バランス説明図、 同上の立ち上がり部とメタルライン部のレベル低下量の関係図、 本発明の一実施例の立ち上がり部の断面説明図、 同上の重機を利用した施工法の説明図。

符号の説明

１…高炉 ２…出銑樋 ６…スキンマダンパー ７…滓はね
８…立ち上がり １０…メタルライン １１…スラグライン １２…重機

Claims (2)

1. 高炉出銑樋の出銑の立ち上がり部を階段状に形成し、高炉出銑樋の使用期間中に樋内
   に貯めいている銑鉄とスラグを抜くことなしに上記立ち上がり部の階段状の部分を機械手
   段によって除去することにより、メタルラインのレベルを調整することを特徴とする高炉
   出銑樋の出銑レベルの調整方法。
2. 出銑の立ち上がり部の階段部の段差が４０〜５０ｍｍの複数段のものとし、この段差
   ごと重機によって機械的に順次削り取って除去する請求項１に記載の高炉出銑樋の出銑レ
   ベルの調整方法。

Images