JP2007084900A - 高炉炉底極小空隙への骨材圧入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高炉炉底極小空隙により低下した炉壁内部の熱伝導性を、確実に回復することができる骨材圧入方法を提供する。
【解決手段】高炉炉底に形成された幅が１ｍｍ以下の極小空隙に、粒径がいずれも５００μｍ以下の金属骨材と耐火骨材とを流動媒体中に分散させたペースト状の圧入材を圧入する。金属骨材としては熱伝導率が大きい銅粒子が好ましく、耐火骨材としては例えばムライトビーズが用いられ、流動媒体としては例えばエチレングリコールが用いられる。金属骨材の真円度を３０％以下とすることが好ましく、金属骨材と耐火骨材との粒径をいずれも７５〜３００μｍの範囲内とすることがより好ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、製鉄用の高炉の炉底部に発生した幅が１ｍｍ程度あるいはそれ以下の極小空隙を補修するための、高炉炉底極小空隙への骨材圧入方法に関するものである。

高炉の炉底部は、図１に示すように内側から順に、カーボン煉瓦１、スタンプ２、ステーブ３、鉄皮４により構成されている。スタンプ２は黒鉛と樹脂を主成分とするものであり、ステーブ３は金属材である。炉底部は鉄皮４の外側から冷却され、カーボン煉瓦１の温度を下げてその熱劣化を抑制している。

ところが高炉の長期間にわたる運転により、カーボン煉瓦１とスタンプ２との境界面やスタンプ２とステーブ３との境界面に幅が１ｍｍ以下の微小な空隙５が発生することがある。このような隙間５が発生するとカーボン煉瓦１から鉄皮４への熱伝導が阻害され、隙間５が発生した部位周辺のカーボン煉瓦１の温度が異常に上昇し、煉瓦寿命を低下させることとなる。

なお出願人は先に、特許文献１に示されたような金属骨材を含む高熱伝導性キャスタブル耐火物を開発している。そこでこれを高炉炉底極小空隙へ圧入することにより、炉壁内部の熱伝導性を回復することも検討したが、２００〜２５０℃程度の高温条件下で流動性を確保しつつ、幅が１ｍｍ以下の微小な空隙５を完全に充填することは困難であり、高炉炉底極小空隙の補修用としては未だ満足できないものであった。
特開２００４−３１５３４８号公報

本発明は上記した従来の問題点を解決して、高炉炉底極小空隙により低下した炉壁内部の熱伝導性を、確実に回復することができる高炉炉底極小空隙への骨材圧入方法を提供するためになされたものである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、高炉炉底極小空隙に、粒径がいずれも５００μｍ以下の金属骨材と耐火骨材とを流動媒体中に分散させたペースト状の圧入材を圧入することを特徴とするものである。金属骨材の（最大径−最小径）／最大径で定義される真円度を３０％以下とすることが好ましく、金属骨材と耐火骨材との粒径をいずれも７５〜３００μｍの範囲内とすることがより好ましい。なお、流動媒体としてはフラン樹脂またはエチレングリコールを主成分とするものが好ましく、金属骨材としては熱伝導率が大きい銅粒子が好ましい。

本発明によれば、２００〜２５０℃程度の高温条件下で流動性を確保しつつ、幅が１ｍｍ以下の高炉炉底極小空隙内に、金属骨材と耐火骨材とを含む圧入材を確実に充填することができる。このため高炉炉底部の熱伝導性及び強度を速やかに回復し、煉瓦寿命の低下を防止することができる。

本発明では、高炉炉底極小空隙に金属骨材と耐火骨材とを流動媒体中に分散させたペースト状の圧入材を圧入する。金属骨材は充填後に高炉炉底部の熱伝導性を回復するためのもので、耐熱性と熱伝導率及びコストの点から、銅粒子を用いることが好ましい。また極小空隙内における流動性を確保するうえで金属骨材はフレーク状あるいは不定形の粒子よりも球状粒子であることが好ましく、溶融させた銅を空中に噴霧して表面張力により球状化し、そのまま凝固させたアトマイズ銅粉が最も好ましい。

耐火骨材の材質は特に限定されるものではなく、充填後の高炉炉底部の温度に耐えることができる耐火性があればよい。またその形状は流動性を確保するために、金属骨材と同様に球状粒子であることが好ましい。このため球状シリカ、球状ジルコニア、球状ムライトなど様々な耐火骨材が使用可能である。

流動媒体はこれらの金属骨材と耐火骨材とを流動させるための液状媒体であり、２００〜２５０℃程度の高温条件下で流動性を確保でき、かつこれらの金属骨材と耐火骨材とを移送するに適した粘性を有することが必要である。例えばフラン樹脂のような低粘性樹脂や、エチレングリコールのような低粘性流体が適している。流動媒体は充填後には熱分解され、金属骨材と耐火骨材とが残存する。なお滑性を高めるために、流動媒体中に界面活性剤を添加することも可能である。

本発明者は実験を繰り返し、上記した金属骨材と耐火骨材とを含有する圧入材を極小空隙内に圧入するために必要な条件を追求した。その結果、金属骨材と耐火骨材の最大粒径、金属骨材の真円度、流動媒体との配合比、金属骨材と耐火骨材の粒度差などによって充填状況が大きく変化することが判った。以下に各項目について説明する。

先ず図２に骨材最大粒径と圧入成功率との関係を示す。なお、実際の高炉炉底極小空隙内への圧入材の圧入状態を目視確認することは不可能であるため、２枚の透明樹脂パネルを相互間に１ｍｍの隙間を明けて固定した実験装置を作成し、最大吐出圧が３ＭＰａの圧送ポンプで様々な性状のペースト状圧入材を圧入して充填状況を観察した。このグラフに示すように１ｍｍ以下の空隙への圧入を成功させるためには、金属骨材と耐火骨材の最大粒径を５００μｍ以下とすることが重要であり、最大粒径がこれよりも大きくなると圧入成功率が急速に低下する。よって請求項１では、金属骨材と耐火骨材の粒径がいずれも５００μｍ以下であることを規定した。なお、３００μｍ以下とすることがより好ましい。

次に重要であるのは、金属骨材の真円度である。図３は横軸に銅粒子の真円度を取り、縦軸にペーストの内部摩擦係数を取ったグラフである。ここで真円度は、粒子の（最大径−最小径）／最大径で定義した値を用いた。真円度が３０％を越えると圧入材の内部摩擦係数が急速に増加し、３０％を越えると圧送が困難となるので、請求項２で真円度を３０％以下と規定した。なお、真円度を２０％以下とすることがより好ましい。

次に、これらの金属骨材と耐火骨材とを流動媒体に乗せて圧入する場合、金属骨材と耐火骨材との合計量が流動媒体に占める割合を適正範囲とし、流動に適した粘性を確保する必要がある。図４は横軸に（流動媒体の質量：金属骨材と耐火骨材との合計質量）を取り、縦軸にこれらを含む圧入材の粘性を取ったグラフである。グラフの左端部分では粘性が小さくなり過ぎて比重の大きい銅粒子が沈降分離しやすくなり、グラフの右端部分では粘性が大きくなり過ぎて圧送困難となる。このため金属骨材と耐火骨材とを分離させることなくスムーズに圧入するためには、圧入材の粘性は２０００〜２００００ＭＰａ・ｓｅｃの範囲とし、上記の流動媒体と骨材との質量混合比は８：２〜３：７とすることが好ましい。

さらに金属骨材と耐火骨材とを含有する圧入材を極小空隙内にスムーズに圧入するためには、金属骨材と耐火骨材との粒径比が問題となる。図５に金属骨材と耐火骨材との粒度分布が狭い場合の概念図を示し、図６に粒度分布が広い場合の概念図を示す。図６のように様々な粒径の粒子が混在していると、骨材粒子間の空隙が極度に小さくなり、圧入時に急激な閉塞が発生して圧入不能となるおそれがある。これに対して図５のように粒度分布が狭い場合には、骨材粒子間の空隙が適度に保たれるため圧入時に急激な閉塞が発生しない。

図７は粒径に関する以上の検討結果をまとめたグラフであり、金属骨材、耐火骨材ともに３００μｍを越えると１ｍｍ以下の空隙への圧入が阻害される。また７５μｍよりも細かくなると、粒子間の空隙が確保しにくくなってやはり流動性が阻害されるおそれがある。さらに金属骨材、耐火骨材の粒径は大きく異ならないことが好ましい。従って金属骨材、耐火骨材の粒径を何れも７５〜３００μｍ、より好ましくは１００〜２００μｍの範囲とする。

粒径が１００〜２００μｍの範囲にあるアトマイズ銅粉５０質量部と、粒径が１００〜２００μｍの範囲にあるムライトビーズ３０質量部と、流動媒体であるエチレングリコール２０質量部とを均一に撹拌した。アトマイズ銅粉のみかけ比重は４.８６、熱伝導率は３９１.７Ｗ／ｍ・Ｋ、ムライトビーズの耐熱温度は１５００℃である。これらの３成分が混合された状態を図８に示す。

この圧入材は０.３ＭＰａ程度の圧力で高炉炉底極小空隙に容易に充填することができ、図１に示したように高炉炉底部の熱伝導特性を向上させ、圧入前よりもカーボン煉瓦の温度を約１３０℃低下させることに成功した。このように本発明によれば、高炉炉底極小空隙により低下した炉壁内部の熱伝導性を、圧入材の圧入によって確実に回復することができる。

高炉炉底部の断面図である。 骨材最大粒径と圧入成功率との関係を示すグラフである。 銅粒子の真円度と圧入材の内部摩擦係数との関係を示すグラフである。 骨材配合比と圧入材の粘性との関係を示すグラフである。 金属骨材と耐火骨材との粒度分布が狭い場合の流動状態の概念図である。 金属骨材と耐火骨材との粒度分布が狭い場合の流動状態の概念図である。 粒径に関する検討結果をまとめたグラフである。 実施例における混合状態の概念図である。

符号の説明

１ カーボン煉瓦
２ スタンプ
３ ステーブ
４ 鉄皮
５ 隙間（高炉炉底極小空隙）

Claims (5)

1. 高炉炉底極小空隙に、粒径がいずれも５００μｍ以下の金属骨材と耐火骨材とを流動媒体中に分散させたペースト状の圧入材を圧入することを特徴とする高炉炉底極小空隙への骨材圧入方法。
2. 金属骨材の（最大径−最小径）／最大径で定義される真円度を３０％以下としたことを特徴とする請求項１記載の高炉炉底極小空隙への骨材圧入方法。
3. 金属骨材と耐火骨材との粒径をいずれも７５〜３００μｍの範囲内としたことを特徴とする請求項１または２記載の高炉炉底極小空隙への骨材圧入方法。
4. 流動媒体がフラン樹脂またはエチレングリコールであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の高炉炉底極小空隙への骨材圧入方法。
5. 金属骨材が銅粒子であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の高炉炉底極小空隙への骨材圧入方法。

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