JP2006152405A - 真空脱ガス装置シュノーケルの補修方法 - Google Patents

Abstract

【課題】真空脱ガス装置シュノーケルの補修方法において、補修材として圧入した不定形耐火物の迅速乾燥と、補修後の不定形耐火物の耐用性向上。
【解決手段】目開き０．０４５〜２ｍｍの金網製円筒の中子３を真空脱ガス装置１のシュノーケル２内に挿入し、このシュノーケル２と中子３の間に、アルミナセメントを結合剤として含む不定形耐火物４の混練物を圧入充填する。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空脱ガス装置のシュノーケル部の補修方法に関する。

溶鋼処理に使用されるＤＨ式、ＲＨ式等の真空脱ガス装置には、溶鋼を取鍋と脱ガス槽との間で吸い上げまたは排出させるシュノーケルが備えられている。このシュノーケルの内周面は溶鋼流によって損耗が著しい。そこで、中子を用いた不定形耐火物圧入によってシュノーケルの内周面を補修することが知られている（特許文献１、２参照）。

シュノーケル部の補修において、圧入後の不定形耐火物は炉稼動前に十分に乾燥させる必要がある。一方、この補修は、脱ガス処理対象の溶鋼取鍋を交換する僅かな休止時間内に行わなければならず、迅速さが要求される。圧入後の不定形耐火物は炉壁残熱あるいは中子の内面側からのガスバーナ等による加熱をもって乾燥させているが、圧入後の不定形耐火物は中子で覆われており、迅速な乾燥が困難である。

従来方法においては、中子に脱気孔が形成されている。脱気孔は、乾燥時に不定形耐火物の施工水分から発生する水蒸気の逃路となり、乾燥促進の効果をもつ。また、圧入時に脱気孔からの不定形耐火物の流出を確認し、不定形耐火物がどの位置まで充填されたかを監視することができる。

しかし、従来方法における中子の脱気孔の径は、一般に５〜１０ｍｍあるいはそれ以上である。不定形耐火物が圧入時に脱気孔から流出するため、その形成数に自ずと限りがあり、乾燥性向上の効果は十分なものではない。

また、不定形耐火物による補修は施工性に優れる反面、耐火レンガと違って施工体の組織強度が小さいことは否めない。施工体は組織強度に劣ると溶鋼との接触で耐用性が低下する。そこで、補修効果向上のために、不定形耐火物施工体の耐用性向上強く望まれている。
実公昭５３−４７０４６号公報 特公昭５３−４４８４号公報

本発明が解決しようとする課題は、真空脱ガス装置シュノーケルの補修方法において、補修材として圧入した不定形耐火物の迅速乾燥と、補修後の不定形耐火物の耐用性向上にある。

本発明の真空脱ガス装置シュノーケルの補修方法は、目開き０．０４５〜２ｍｍの金網製円筒の中子を真空脱ガス装置のシュノーケル内に挿入し、このシュノーケルと前記中子の間に、アルミナセメントを結合剤として含む不定形耐火物の混練物を圧入充填するものである。また、前記の中子を目開き０．０４５〜２ｍｍの金網製円筒に代えて、開孔部がその開孔部に内接する円の最大直径０．０４５ｍｍ〜２ｍｍのパンチングメタル製円筒とした真空脱ガス装置シュノーケルの補修方法の発明である。

本発明において使用する金網製円筒よりなる中子は、金網の目開きによって中子の略全面にわたって脱気孔が形成され、不定形耐火物の施工体の乾燥性が著しく向上する。

不定形耐火物は密充填組織が得られるように、耐火原料が粗粒、中粒、微粒に適宜調整された配合組成となっている。金網の目開きであっても透孔である以上、不定形耐火物が流出する。これに対し本発明では、金網の目開きを０．０４５〜２ｍｍに限定している。目開きから不定形耐火物組成のうち微粉部が流出するが、目開きが０．０４５〜２ｍｍであることでそのあとに続く粗粒あるいは中粒部によって目詰まりを生じ、目開きからの不定形耐火物の流出量は僅かであって、圧入充填を実質的に阻害するものではない。

本発明では、アルミナセメントを結合剤として含む不定形耐火物を補修材に使用する。アルミナセメントの粉末度については、ＪＩＳ Ｒ ２５１１−７７において標準網ふるい（網目８８μｍ）による残分が１０質量％以下と規定されており、その平均粒径が一般に２〜２０μｍである。このため、不定形耐火物組成においてアルミナセメントは微粉部に存在する。

圧入時において金網の目開きから流出するのは、前記のとおり不定形耐火物組成の中でも微粒部である。不定形耐火物組織は金網の目開きから流出に伴って施工体のうち内周面側に微粉部が集中する。微粉部はアルミナセメント濃度の高いことから、不定形耐火物施工体のうち微粉部が集中する内周面の強度が向上する。同時に金網の目開きから流出した微粉部の一部は金網の表面を覆い、金網に耐熱性を付与する。

金属製中子は溶鋼と接触すると瞬時に溶失するが、微粉部による充填と被覆された金網製の中子はその耐熱性によって使用直後の溶失を免れ、溶鋼による熱衝撃を緩和させる。

不定形耐火物施工体は使用中に溶鋼熱で焼結が進行し、溶鋼流にも耐えうる組織強度が付与されるが、溶鋼が最初に流通する際に従来は十分な組織強度がないままで溶鋼流と接触する。これに対し、本発明により形成される不定形耐火物施工体は、溶鋼と接触する内周面側がアルミナセメント濃度の高い材質となって、使用初期の焼結されていない状況下での組織強度が付与され、耐食性が向上する。

また、不定形耐火物施工体は内周面側が前記したようにアルミナセメント濃度の高いことによる強度付与に加え、目開きから流出した微粉部で耐熱性が付与された中子による熱衝撃の緩和作用によって、不定形耐火物施工体使用初期の激しい熱衝撃に耐え、耐用性低下の一因である亀裂の発生が抑制される。

溶鋼が最初に流通する際には圧入施工された不定形耐火物は、この熱衝撃が原因した亀裂によって損耗速度が大きくなる。これに対し本発明により得られる不定形耐火物施工体は、内周面の強度が向上と内周に位置する金網が耐熱性を付与されていることで、シュノーケルが溶鋼と最初に接する際の激しい熱衝撃が緩和され、耐用性低下の一因である亀裂の発生が抑制される。

ここで、金網の目開きは０．０４５ｍｍより小さいと不定形耐火物の微粉部であっても流出し難くなり、不定形耐火物施工体の内周面側の強度向上の効果が得られない。また、微粉部が金網を覆うことによる金網に耐熱性を付与する効果も無い。目開きが２ｍｍを超えると微粉部以外の組織の流出が激しくなって中子としての機能が損なわれる。さらに好ましい目開きは０．１〜１ｍｍである。

本発明で使用する中子は、前記した金網製円筒に代えて、パンチングメタル製円筒を使用してもよい。パンチングメタルの開孔部は形状・寸法について種々のものが知られている。本発明ではその開孔部の形状に関係なく、開孔部の寸法がその開孔部に内接する円の最大直径０．０４５ｍｍ〜２ｍｍであることが必要である。金網の目開きの場合と同様、０．０４５ｍｍより小さいと、不定形耐火物施工体の内周面側の強度向上の効果が不十分となり、また開孔部からの微粉部の流失が無いことでパンチングメタルに耐熱性を付与する効果が得られない。開孔部が２ｍｍを超えると微粉部以外の組織の流出が激しくなって中子としての機能が損なわれる。さらに好ましい開孔部は０．１〜１ｍｍである。

金網は目開きが小さくなるとそれに伴って線径が小さくなり、中子の強度が不十分となる。パンチングメタルについても一般には開孔部が小さいと肉厚が薄くなり、強度が不足する。不定形耐火物の圧入時の圧力で変形が懸念される場合は、必要によっては補強部材を設ける。補強部材は圧入管の保持固定を強固にする等の効果もある。

補強部材の例としては、例えば鋼棒等による補強リブ、中子の内周側に一定の間隔をもって同心円状に設けた金属製円筒、さらには中子の目開き又は開孔部より大きな開孔部を有するパンチングメタル等が挙げられる。

本発明によれば、真空脱ガス装置シュノーケルの補修方法において、不定形耐火物施工体の乾燥性の向上と、不定形耐火物施工体の内周面の強度付与および中子の耐熱性向上により、迅速な施工と優れた補修効果を得ることができる。

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はＲＨ式真空脱ガス装置１におけるシュノーケル２の内周を、中子３を使用して不定形耐火物４を圧入充填する態様を模式的に示した縦断面図である。

シュノーケル２は一般に環流管２ａと浸漬管２ｂとからなり、浸漬管２ｂは環流管２ａに対しフランジ５によって着脱自在となっている。同図は環流管２ａと浸漬管２ｂとを同時に補修する場合を示しているが、浸漬管２ｂはフランジ５から取り外して新規なものと交換できることから、環流管２ａのみの補修を行うこともできる。

補修の際は、真空脱ガス装置の操業によって耐火物部が損耗されたシュノーケル２に円筒状の中子３をその下方から挿入し、シュノーケル２と中子３との間に、中子３の一端に接続した圧入管７を介して不定形耐火物４を圧入充填する。この際、中子３はシュノーケル２の下端面に一時的に取り付けた基板６の上に載置され、基板６上面に突設したリング状の係止部６ａに嵌合して位置決めされる。また、圧入管７は、基板６の中央に設けた貫通孔６ｂに挿通される。

図には示していないが、圧入管７の基端部には材料圧送装置が備えられている。不定形耐火物４の充填は図に示すとおり、中子３の内周側面に接続した圧入管７からの圧入が主であるが、中子３の上方からの投入も併用することもある。

図２は本発明で使用する中子の例を示した拡大図である。同図に示した中子３１は、金網製円筒８で構成されている。金網の種類は目開きを存在させるために平織金網、綾織金網、菱型金網が好ましい。ここでは金網製円筒８に補強部材を設けた例を示している。

補強部材として同図の例は縦横に設けた鋼棒等の補強リブ９である。同図では補強リブ９を金網製円筒８の内側に設けているが、これに限らず、金網製円筒８の外側に設けてもよい。中子３１の側面に設けた貫通孔１０は、図１に示した圧入管７を接続するためのもので、鋼板等によって補強している。金網製円筒８の目開きは、前記のとおり０．０４５〜２ｍｍとする。

図３は中子の他の例を示した拡大図である。同図に示した中子３２は、補強部材として、金網製円筒８の内周側に一定の間隔をもって同心円状に金属製円筒１１を設けたものである。図１に示した圧入管７を金属製円筒１１に固着することで、圧入管の接続構造がより強固なものとなる。不定形耐火物４施工体の乾燥時、金網製円筒８の目開きを透過した水蒸気の逃路を形成するために、金網製円筒８と金属製円筒１１との間に介在した適当な厚さのスペーサー１２をもって、金網製円筒８と金属製円筒１１との間に一定の間隔を保つ。

図４の中子３３の例は、補強部材としてパンチングメタルを使用したものである。金網中子の目開きを塞がないように、パンチングメタルの開孔部は、中子の目開きより大きくする。同図ではパンチングメタル製補強部材１６を金網製円筒８の外側に設けているが、これに限らず、金網製円筒８の内側に設けてもよい。パンチングメタル製補強部材３３を外側に設けた場合は、中子をシュノーケル２内に挿入する等の際に金網の損傷を防止する保護部材としての効果がある。

図５は中子として、前記した金網製円筒に代えてパンチングメタル製円筒１４を使用したものである。ここでは、図４に示した中子と同様に、その外周にパンチングメタル製補強部材１６を設けている。この例で使用した中子としてのパンチングメタルは、開孔部が丸孔型であるがこれに限らず、長孔型、角孔型等でもよい。いずれの孔型であっても開孔部は、それに内接する円の最大直径Ｒが０．０４５〜２ｍｍとする。図６はパンチングメタルの開孔部の拡大図であり、角孔型における開孔部１５の最大直径Ｒを示したものである。

なお、図５では中子となるパンチングメタルより開孔部が大きなパンチングメタルを補強部材として使用している。図には示していないが補強部材は、例えば図２に示したリブ状のものを適用させることもできる。

補修材として使用する不定形耐火物は耐火原料として、例えばマグネシア、スピネル、クロム鉱、アルミナ、シリカ、アルミナ−シリカ、ジルコン、ジルコニア、炭化珪素、あるいはこれらを骨材としたレンガ屑などから選ばれる一種または二種以上を主材とする。最大粒子径を例えば３〜１０ｍｍとし、密充填組織が得られるようにこれらを粗粒、中粒、微粒に調整する。また、耐火原料の一部には施工時の流動性と施工後の焼結性を向上させるために、粒径３０μｍ以下のアルミナ、シリカ、マグネシア、チタニア等が適宜使用される。

本発明では、不定形耐火物の結合剤としてアルミナセメントを使用する。結合剤としては他にフェノール樹脂、ピッチ、リン酸塩、ケイ酸塩等が知れているが、フェノール樹脂、ピッチ等は施工時の不定形耐火物の粘性が高く、中子の金網目開きから不定形耐火物の微粉部の流出がなく、不定形耐火物施工体の内周面側の組織強度を向上あるいは微粉部が金網を覆うことで金網に耐熱性を付与する効果が得られない。リン酸塩、ケイ酸塩等は微粉部主体の施工体部分、すなわち不定形耐火物施工体の内周面側および金網あるいはパンチングメタルを覆う微粉部の強度が不足し、シュノーケル使用直後の熱衝撃に対する抵抗性に劣り、本発明の補修効果が得られない。

アルミナセメントの添加量は耐火原料１００質量部に対して３〜２０質量％が好ましい。少な過ぎると不定形耐火物の前記した微粉部の強度が不足し、多過ぎると耐食性の低下を招く。

他に、必要によっては湿潤剤、分散剤、金属粉、酸化防止剤、焼結剤、気泡剤、消石灰、シリカゾル、アルミナゾル、有機質ファイバー、無機ファイバー、金属ファイバーなどから選ばれる一種または二種以上を添加してもよい。

以上からなる不定形耐火物は、この不定形耐火物１００質量部に対して施工水分１０〜１５質量％程度添加して混練後、材料圧送装置から送り出され、図１に示したとおり、圧送管７を介して中子３とシュノーケル２との間に圧入充填される。充填後は常法どおり中子の内側からガスバーナ等を使用して加熱乾燥させる。中子は取り外すことなく、補修を完了する。

２５０ｔのＲＨ式真空脱ガス装置のシュノーケルである浸漬管および環流管（耐火物損耗前の寸法：内径６５０×高さ１６００ｍｍ）を補修した。

補修材として使用した不定形耐火物は耐火原料がアルミナおよびマグネシアを主体とするアルミナ−マグネシア質不定形耐火物とした。最大粒子径は５ｍｍである。１００μｍ以下の微粉部としてアルミナ、マグネシア、揮発シリカを含んでいる。結合剤として、耐火原料１００質量部に対してアルミナセメント１０質量％を添加した。さらに分散剤にヘキサメタリン酸ソーダを耐火原料１００質量部に対して０．１質量％を添加した。

中子の寸法はシュノーケル使用前の内径に見合うように、外径を６００ｍｍとし、高さは１６００ｍｍとした。

実施例１として、図２に示したとおり、金網製円筒で構成した中子を使用して補修した。目開きが０．１ｍｍ（線径０．０７ｍｍ）、０．５ｍｍ（線径０．１８ｍｍ）、１ｍｍ（線径０．４ｍｍ）の三種類の中子を作製した。金網の種類は平織金網とした。

実施例２として、図３に示したとおり、金網製円筒の内周に、さらに金属製円筒を設けた二層構造の中子を使用して補修した。金網は目開きが０．５ｍｍ（線径０．１８ｍｍ）の平織金網とした。

実施例３として、図４に示したとおり一辺５０ｍｍの角穴の開孔部を有するパンチング製円筒を補強部材とし、この補強部材の内周全体に中子となる金網製円筒を被着した。金網は目開きが０．５ｍｍ（線径０．１８ｍｍ）の平織金網を使用した。この中子をもって施工した。

実施例４として、図５に示すようにパンチングメタル製円筒よりなる中子を使用した。この例で使用したパンチングメタルは、丸穴千鳥型で、直径１ｍｍ×１．５ピッチ、開孔率４０．２％のものである。補強部材として一辺２５ｍｍ×３０ｍｍピッチ、開孔率６９．０％の角孔型パンチング製円筒を前記パンチングメタル製円筒の中子外周面に設けた。

従来公知の技術に相当する施工法として、金属製円筒に孔径３〜５ｍｍの透孔を多数形成した中子をもって補修し、比較例とした。

以上の各例をもってシュノーケルを補修したところ、比較例では中子に設けた透孔からの不定形耐火物の流出が激しく、そのために透孔の位置は中子の上方箇所に設けなければならず、またその個数も少なくする必要があった。このため、脱気孔の総面積が少なく、圧入後の不定形耐火物の乾燥に時間を要し、迅速な補修作業ができなかった。また、不定形耐火物施工体の耐用性も不十分なものであった。

これに対し実施例１〜４は、脱気孔の総面積が大きいことで、乾燥に要する所要時間は前記の比較例に比べて２／３あるいは１／２以下であった。中子の目開きあるいは開孔部からの不定形耐火物の流出は中子の内周を被覆しる程度の僅かな量であり、実質的に不定形耐火物の損失は無かった。

しかも、この実施例１〜４で形成された不定形耐火物施工体は、内周面側組織の強固化および耐熱衝撃性の向上によって、優れた補修効果を発揮し、前記した比較例で補修した場合に比べて補修後のシュノーケルの耐用寿命は１．２倍以上向上した。

本発明は、ＤＨ式、ＲＨ式等の各種の真空脱ガス装置のシュノーケルの補修に適用できる。

ＲＨ式真空脱ガス装置におけるシュノーケルの内周を、中子を使用して不定形耐火物を圧入充填する態様を模式的に示した縦断面図である。 本発明で使用する中子の例を示した拡大図である。 中子の他の例を示した拡大図である。 中子のさらに他の例を示した拡大図である。 中子のさらに他の例を示した拡大図である。 中子のパンチングメタルにおける開孔部の拡大図である。

符号の説明

１ ＲＨ式真空脱ガス装置
２ シュノーケル
３、３１、３２、３３、３４ 中子
４ 不定形耐火物
５ フランジ
６ 基板
６ａ 係止部
６ｂ 貫通孔
７ 圧入管
８ 金網製円筒
９ 補強リブ
１０ 貫通孔
１１ 金属製円筒
１２ スペーサー
１３ 開孔部
１４ パンチングメタル製円筒
１５ 開孔部
１６ パンチングメタル製補強部材

Claims (6)

1. 目開き０．０４５〜２ｍｍの金網製円筒の中子を真空脱ガス装置のシュノーケル内に挿入し、このシュノーケルと前記中子の間に、アルミナセメントを結合剤として含む不定形耐火物の混練物を圧入充填する真空脱ガス装置シュノーケルの補修方法。
2. 請求項１記載の真空脱ガス装置シュノーケルの補修方法において、中子を目開き０．０４５〜２ｍｍの金網製円筒に代えて、開孔部がその開孔部に内接する円の最大直径０．０４５ｍｍ〜２ｍｍのパンチングメタル製円筒とした真空脱ガス装置シュノーケルの補修方法。
3. 中子に補強部材が設けられている請求項１又は２記載の真空脱ガス装置シュノーケルの補修方法。
4. 補強部材が中子に設けた補強リブである請求項３記載の真空脱ガス装置シュノーケルの補修方法。
5. 補強部材が中子の内周側に一定の間隔をもって同心円状に設けた金属製円筒である請求項３記載の真空脱ガス装置シュノーケルの補修方法。
6. 補強部材が、中子の目開き又は開孔部より大きな開孔部を有し、且つ中子と同心円状に設けたパンチングメタルである請求項３記載の真空脱ガス装置シュノーケルの補修方法。
   

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