JP2007032966A

JP2007032966A - 溶融金属出湯口用閉塞材の評価装置及び評価方法

Info

Publication number: JP2007032966A
Application number: JP2005218590A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Kageyama; 達也影山; Masatsugu Kitamura; 匡譜北村; Daisuke Tanaka; 大輔田中
Original assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Current assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Priority date: 2005-07-28
Filing date: 2005-07-28
Publication date: 2007-02-08

Abstract

【課題】閉塞材の熱間での充填組織の形成や炉内での堆積基盤の形成の状態、また、閉塞材による溶融金属の押し返し性から、開孔時における横穴を低減させる材質の評価が可能な溶融金属出湯口用閉塞材の評価装置及び評価方法の提供を課題とする。
【解決手段】溶融金属出湯口用閉塞材の評価装置は、溶融金属１１を形成・収容する高周波誘導炉１と、該溶融金属１１中に試験用閉塞材７を浸漬管９を通して押し出す閉塞材押し出し装置２とからなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶融金属出湯口用閉塞材の評価装置及び評価方法に関する。

現在の各種高炉は一炉で１〜４箇所の出湯口が設けられ、通常の出湯作業はこれらの出湯口を交互に使用して行われ、また、出湯口の開孔、閉塞の間隔は同一出湯口で通常数時間かけられているが、近年、高炉の大型化と高圧操業による出銑量の増大、微粉炭等の吹き込みによるコークス比の大幅な低減、稼働年数の大幅な延長等の状況の中で、溶融金属出湯口用閉塞材に対する要求品質はますます厳しいものとなっている。

溶融金属出湯口用閉塞材としては、シャモット、ロー石、コークス、粘土を主原料とする珪酸塩質、低バン土質系に代わって、高バン土アルミナ、電融（または焼成）アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、コークス、粘土を主原料とするアルミナ質系が主流になりつつあり、バインダーとしても作業環境の改善の観点から石炭系タール主体から石油系、樹脂系への転換が図られている。

閉塞材に要求される特性としては（１）マッドガンによる出湯口への充填作業を容易にするため最適な粘りと可塑性を有すること、（２）炉内に閉塞材を充填した後、閉塞材の焼成所要時間が短く、また、開孔時の発煙が少ないこと、（３）焼成後の焼成強度の変動が少なく、開孔作業が容易であること、（４）溶融金属に対して耐食性があり、炉内堆積が長時間可能で、かつ出湯口の口径拡大が少なく、出湯速度が安定維持できること、（５）炉内への充填時において、高温度の旧材との接着性に優れること、また、炉内での急速な加熱時の容積安定性に優れること、早強性に優れ、安定した出湯口深度を形成維持でき、炉壁煉瓦を保護し得ること、（６）作業環境を汚染しないこと等が挙げられるが、閉塞材がこれらの特性との関係で評価することが求められている。すなわち、閉塞材の熱間での充填組織の評価、また、炉内でどのように堆積基盤が形成され、例えば旧材との接着性や、安定した出湯口深度の形成維持性等の評価が事前になされる必要がある。

また、マッドガンによる出湯口への充填作業に際しては、出湯口に溶融金属が残り、閉塞材はマッドガンにより出湯口内の溶融金属を炉内へ押し返して出湯口に充填されるため、閉塞材の押し返し性が不十分であると、ドリルで出湯口における閉塞材を開孔する際に横穴、あるいは穴切れと呼ばれる開孔難を招く。このような現象が生じると、炉内に溶銑滓が溜まり、鉄の生産量の減少や高炉炉体の負担が大きくなるという問題があり、閉塞材の材質と共に充填作業の関係での評価が事前になされる必要がある。

高炉出銑口充填材の作業性の評価方法としては、ＬＰＧ燃焼炉と閉塞材を充填するパイプとからなる作業性評価装置が知られているが（特許文献１）、ＬＰＧ燃焼炉ではあまり温度が上がらず、実際の高炉での使用条件とはかなり異なるため充分な評価はできないという問題がある。

また、出湯口深度を伸長させ得るマッド材として、数平均分子量３００〜６００の範囲のノボラック型フェノール樹脂を粘結用バインダーとして用いたマッド材が提案され、マッド材（閉塞材）の接着性が、加熱コークス中に閉塞材を充填するシミュレーション炉を使用して評価されているが（特許文献２）、コークス粒を詰めた炉内はコークスの詰め方のバラツキが大きく、また、加熱中にコークスの燃焼により空洞ができたりするため、接着性を評価する上での試験誤差が大きく、適切な評価方法とはいえない。

このような従来の技術では、閉塞材の熱間での充填組織や炉内での堆積基盤の形成あるいは溶銑の押し返し性に関して充分に評価できているとはいえないのが現状である。
特開平６−３０６４２２号公報特開平４−２８０８７８号公報

本発明は、閉塞材の熱間での充填組織の形成や炉内での堆積基盤の形成の状態、また、閉塞材による溶融金属の押し返し性から、開孔時における横穴を低減させる材質の評価が可能な溶融金属出湯口用閉塞材の評価装置及び評価方法の提供を課題とする。

本発明の溶融金属出湯口用閉塞材の評価装置は、溶融金属を形成・収容する高周波誘導炉と、該溶融金属中に試験用閉塞材を浸漬管を通して押し出す閉塞材押し出し装置とからなることを特徴とする。

また、本発明の溶融金属出湯口用閉塞材の評価方法は、溶融金属を形成・収容した高周波誘導炉における溶融金属中に、試験用閉塞材を浸漬管を通して押し出し、閉塞材を焼成した後、前記浸漬管を取り出し、冷却して、浸漬管出口と一体化した閉塞材、および浸漬管内部の閉塞材を分析することにより、試験用閉塞材の熱間での閉塞材の充填組織の状態、炉内での堆積基盤の形成の状態および溶融金属の押し返し性に関して評価を行うことを特徴とする。

本発明の溶融金属出湯口用閉塞材の評価装置は、高周波誘導炉に閉塞材押し出し装置を組み合わせたものであり、実際の高炉などでの閉塞材の使用状況に近い条件でシミュレーション試験を行うことができる評価装置である。本発明の装置を用いることにより、溶融金属出湯口用閉塞材の熱間での充填組織、炉内堆積基盤の形成、溶銑の押し返し性を評価することが可能である。

図１は、本発明の溶融金属出湯口用閉塞材の評価装置を説明するための概略図である。図中、１は高周波誘導炉、２は閉塞材押し出し装置、３は走行レール、４はクレーン、５は押し棒、６は試料投入筒、７は閉塞材サンプル、８はシミュレーション装置架台、９は浸漬管、１０はロードセル、１１は溶融金属である。

高周波誘導炉１は、例えば内容積を０．３×１０^-2ｍ³〜２．０×１０^-2ｍ³とし、銑鉄２０ｋｇ〜１００ｋｇが投入され、１５００〜１６００℃に加熱して溶融金属１１を形成する。

閉塞材押し出し装置２は閉塞材を押し出す押し棒５と、閉塞材サンプル７を溶銑中に押し出す時の押し出し荷重を記録するロードセル１０、及び閉塞材サンプル７を投入する試料投入筒６からなる。閉塞材押し出し装置２はシミュレーション装置架台８ごとクレーン４にて吊り上げ可能とするとよい。

閉塞材浸漬管９は高炉で閉塞材がマッドガンから押し出されることを模すために、アルミナ質のテーパーのついたものを使用するとよく、浸漬管出口の内径は３ｃｍφ〜８ｃｍφとするとよい。

試験手順としては、まず、試料投入筒６に閉塞材サンプル７を投入し、押し棒５により高周波誘導炉１内の溶融金属１１中に押し出す。閉塞材サンプル７を溶銑中に押し出す時の押し出し速度は、０．５ｍｍ／ｓ〜５ｍｍ／ｓとし、押し出しストロークを１０〜２０ｃｍとして、溶融金属中に閉塞材を７０ｇ〜１０００ｇの押し出し量となるように押し出し、その状態で５分〜１８０分放置して閉塞材を焼成させる。溶融金属中に押し出された閉塞材の一部は焼成されて浸漬管の出口付近に付着し一体物となる。その後、閉塞材サンプル７を押し出した浸漬管９ごとクレーン４で吊り上げ、移動してサンプルを回収し、試験終了とする。

回収したサンプルを冷却後、浸漬管９の出口付近に付着した閉塞材を切り出し、アルキメデス法により体積を測定し、その大きさから炉内堆積基盤の形成のしやすさを評価する。更に、浸漬管９ごと押し出し方向と平行方向に切断し、目視による評価と共に、試験後試料の圧縮強さ、見掛気孔率を測定することにより熱間での充填組織が評価できる。

また、切断面の組織を観察し、浸漬管９と閉塞材サンプル７の間の溶銑の差し込み具合を判断でき、充填作業に際しての閉塞材の溶銑の押し返し特性を評価できる。

本発明の溶融金属出湯口用閉塞材の評価装置によると、溶銑中に押し出した閉塞材の一部は浸漬管の出口付近に付着し一体物となるため、実際の高炉炉内の堆積基盤形成をイメージしやすいという利点をもっている。また、炉内堆積基盤は高炉炉底保護の役割を持つため、堆積基盤の形成しやすさは高炉延命のためには非常に重要な閉塞材の特性のひとつである。堆積基盤の体積を測定することにより閉塞材の炉内堆積基盤の形成特性を評価可能である。

また、閉塞材が浸漬管を通して溶融金属中に押し出されるときに、閉塞材は、浸漬管内の溶融金属を押し返して炉内溶融金属中へと出てくる。試験後サンプルを切断したとき、閉塞材が充分に溶融金属を押し返していないと浸漬管内と閉塞材との間に溶融金属が残るが、このように溶銑が残っている場合、実際の高炉ではドリルで閉塞材を開孔すると、横穴あるいは穴切れと呼ばれる開孔難を招く恐れがある。開孔難になると炉内に溶銑滓が溜まり、鉄の生産性が落ちるばかりか、高炉炉体の負担が大きくなり好ましくない。

本発明の評価装置で評価された閉塞材（１）（２）の組成を示す。
閉塞材（１）：
・アルミナ・・・２５質量％
・シリカ・・・１０質量％
・炭化珪素・・・２０質量％
・窒化珪素・・・２５質量％
・コークス・・・８質量％
・粘土・・・１０質量％
・石炭ピッチ・・・２質量％
・コールタール（外掛け）・・・１８質量％
閉塞材（２）：
・アルミナ・・・２５質量％
・シリカ・・・１０質量％
・炭化珪素・・・２０質量％
・窒化珪素・・・２５質量％
・コークス・・・１０質量％
・粘土・・・１０質量％
・コールタール（外掛け）・・・１８質量％
閉塞材（１）（２）における骨材は、いずれも粒径が３ｍｍ以下である。なお、閉塞材として適していると評価しえた閉塞材（１）には石炭ピッチを２質量％含有させたものである。閉塞材（１）（２）の組成は、保温装置の付いた万能ミキサーで３０分間混練を行い、評価用試料とした。

図１に示す評価装置の高周波誘導炉（内容積１×１０^-2ｍ³）に、銑鉄８０ｋｇを投入し、１５５０℃の溶融金属を形成した。浸漬管９出口の内径は４．５ｃｍφとし、各閉塞材サンプルの押し出し速度は１ｍｍ／ｓとし、溶融金属中に５００ｇ押し出し、その状態で１５分間、閉塞材を焼成させた。

試験終了後、各サンプルの浸漬管の出口付近に付着した閉塞材を切り出し、アルキメデス法により体積を測定したところ、閉塞材（１）は１２０ｃｍ³であり、また、閉塞材（２）は９５ｃｍ³であった。この結果から、閉塞材（１）は炉内堆積基盤を形成しすいことがわかる。

次に、浸漬管ごと押し出し方向と平行方向に切断し、試験後試料の圧縮強さ、見掛気孔率を測定した。閉塞材（１）の試験後試料の圧縮強さは３０．５ＭＰａであり、また、見掛気孔率は２４．８％であった。これに対して、閉塞材（２）の試験後試料の圧縮強さは２６．０ＭＰａであり、また、見掛気孔率は２５．５％であった。この結果から、閉塞材（１）は閉塞材（２）に比較して、熱間での充填組織が緻密であることがわかる。

また、切断面の組織を観察したところ、閉塞材（１）の切断面は、閉塞材で充填されており、溶銑の押し返し性が認められたが、閉塞材（２）の切断面は、閉塞材と浸漬管との間に溶融金属が観察され、浸漬管と閉塞材の間の溶銑の差し込みが見られた。

本発明の溶融金属出湯口用閉塞材の評価装置および評価方法は、高炉等の出湯口に適用される溶融金属出湯口用閉塞材の評価に有用である。

図１は、本発明の溶融金属出湯口用閉塞材の評価装置を説明するための概略図である。

符号の説明

１…高周波誘導炉、２…閉塞材押し出し装置、３…走行レール、４…クレーン、５…押し棒、６…試料投入筒、７…閉塞材サンプル、８…シミュレーション装置架台、９…浸漬管、１０…ロードセル、１１…溶融金属

Claims

溶融金属を形成・収容する高周波誘導炉と、該溶融金属中に試験用閉塞材を浸漬管を通して押し出す閉塞材押し出し装置とからなることを特徴とする溶融金属出湯口用閉塞材の評価装置。
溶融金属を形成・収容した高周波誘導炉における溶融金属中に、試験用閉塞材を浸漬管を通して押し出し、閉塞材を焼成した後、前記浸漬管を取り出し、冷却して、浸漬管出口と一体化した閉塞材、および浸漬管内部の閉塞材を分析することにより、閉塞材の熱間での充填組織の状態、炉内での堆積基盤の形成の状態および溶融金属の押し返し性に関して評価を行うことを特徴とする溶融金属出湯口用閉塞材の評価方法。