JP2007093101A - 溶融金属容器の敷れんがのライニング構造 - Google Patents

Abstract

【課題】製鋼用転炉やＡＯＤ炉、取鍋などの溶融金属容器の敷れんがの浮上を抑制する効果的な手段を提供する。
【解決手段】稼動面と底面とが長方形で少なくとも１つの側面が稼動面に対して傾斜している傾斜面を持つ六面体形状の敷れんが３を、傾斜面どうしが接ししかも炉底１中心側に倒れるように平面状に半網代積みした。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶融金属容器、例えば製鋼工程における転炉やＡＯＤ炉、取鍋などの炉底に施工される敷れんがのライニング構造に関する。

溶融金属容器において、敷れんがは、溶融金属より低密度である場合がほとんどであるために浮力を受け、使用を重ねてくると、目地の損傷などにより、浮力によって抜けて浮上しやすくなる問題がある。

通常、敷れんがは直方体であり、溶融金属容器の炉底のパーマれんがの上に平面状に並べて施工される。敷れんが同士の間には通常、モルタルが施工され、このモルタルの接着力によってれんがの抜けを防止している。通常、溶融金属容器は数百回使用されるが、繰返し使用されると、敷れんがは溶損して寸法が短くなり、しかもモルタルやれんがに亀裂が入ったりしてくる。この亀裂の程度がひどくなると、れんがが浮上によって抜け出てしまうのである。

このれんが浮上の問題を解決するための手段として、製鋼用転炉においては「球面積み」という敷れんが構造が採用されることが多い。これは、炉底を球面状にすることで、敷れんがの鉄皮側の面の面積を広げ、これによってれんがの側面が傾斜面となり、この傾斜面で隣接するれんがの荷重の一部を受けることによって敷れんがの浮上を防止する構造である。言い換えればれんが積みそのものに「迫り」の機能を与え、浮上しにくくした構造である。

ところが、球面積みにも様々な問題が内在している。球面積みには一般的に「真円積み」と「平行積み」の２方法が採用されているが、真円積みの場合、各リングでれんが形状が異なり、従来の平面積みに比べてれんが形状数が著しく増大する。また、リング間の目地を一定厚みとするためにはリングの内外面を曲面（円錐面）とする必要があるが、通常の金型成形ではれんが表面を円錐面とすることは困難で、多くの場合れんが製造後に表面をグラインダなどで研磨することになる。この２点はれんがの生産性を著しく阻害し、結果として高価なれんがを使用することになるため、経済性の面で不利である。

一方、平行積みの場合、截頭四角錐という比較的単純な１形状のれんがで築炉される。このれんが形状は炉底の球面の大円に沿って築炉されるように設計されているが、炉底の中心を通る列以外は実際には大円を外れるため、各所に不揃いな形状の目地開きが生じる。また、これを避けるためには築炉現場での煩雑な加工が必要である。

さらに球面積みの場合、炉底と側壁れんがとの境界部の構造が複雑であり、複雑な専用形状のれんがを使用したり、不定形耐火物で境界部を充填したりするが、後者の場合は境界部の先行溶損などのトラブルが発生しやすい。

平面積みでれんが浮上を抑制する方法は過去にも検討されている。例えば、特許文献１では、ＲＨ下部槽底部の環流管羽口間の「中ノ島」部（槽底のうち両環流管にはさまれた領域）に逆ジャックアーチ構造を適用する方法が提案されている。確かにＲＨ下部槽の場合、槽底の中でも「中ノ島」中央部は最も損耗が大きく、特にれんがの浮上が発生しやすいため、この方法の適用によって「中ノ島」中央部のれんが浮上を抑制する効果は確認される。しかしながら、ＲＨの「中ノ島」部が環流管によって拘束を受けるため、それと直交する１方向に逆ジャックアーチ構造を設ければ十分な浮上防止効果を得られるのに対し、ＡＯＤ炉や取鍋などでは、炉底中央部のれんがは特定の方向に拘束を受けていないので、１方向からの逆ジャックアーチ構造による浮上抑制の効果は不十分である。
実開平３−９２４９号公報

本発明が解決しようとする課題は、溶融金属容器、例えば製鋼工程における転炉やＡＯＤ炉、取鍋などの敷れんがの浮上を抑制することである。

本発明に係る溶融金属容器の敷れんがのライニング構造は、稼動面と底面とが長方形で少なくとも１つの側面が稼動面に対して傾斜している傾斜面を持つ六面体形状の敷れんがを、傾斜面どうしが接ししかも炉底中心側に倒れるように、炉底に平面状に半網代積みしてなるものである。

敷れんがとしては、稼動面と底面とが長方形で、長辺側の側面は稼動面に対して直角で短辺側の２つの側面が稼動面に対して同じ方向に傾斜した側面を持つ２面傾斜タイプと、長辺側の側面と短辺側の１つの側面は稼動面に対して直角で短辺側の１つの側面に稼動面に対して傾斜している傾斜面を持つ１面傾斜タイプとの２タイプを使用することができる。また、敷れんがの傾斜面を段差状とすることもできる。

本発明の敷れんがのライニング構造によれば、炉底中心部付近のれんがの拘束力が一方向からの拘束の場合よりも強くなり、敷れんがの浮上をより抑制することができる。

以下、実施例によって、本発明の実施形態を説明する。

図１〜図５に、ＡＯＤ炉の炉底のライニング構造とそれに使用した敷れんがを示す。図１はＡＯＤ炉の炉底の平面図、図２は１面傾斜タイプの敷れんがの正面図、図３は２面傾斜タイプの敷れんがの正面図、図４は図１のＡ−Ａ断面図、及び図５は図１のＢ−Ｂ断面図である。本実施例のＡＯＤ炉は８０トンで炉底の大きさは直径約２５００ｍｍ。敷れんがの厚みは４００ｍｍ、稼働面及び底面の大きさは１５０×７５ｍｍの長方形、目地はマグネシア質モルタル施工で厚みは１．５ｍｍとした。

図１において、炉底１は図示しない鉄皮の内側に沿って側壁用パーマれんが２が円筒状にライニングされ、その内側に敷れんが３が半網代積みでライニング配置されている。それぞれの敷れんがの間にはモルタルを使用している。

ここで、「半網代積み」とは、図１に示すように、炉底を敷れんがの稼動面で形成される平面上で直交する２本の直線（Ｘ、Ｙ）で４つの領域に分け、領域間の境界で接するれんがは直角に接するように、しかも各領域内のれんがどうしは平行になるように配置する方法である。図１の場合には、２本の直線（Ｘ、Ｙ）の交点は炉底の中心に位置している。

１面傾斜タイプの敷れんが３ａは、図２に示すように、稼動面３１と底面３２が長方形である六面体形状をし、１つの側面３３が稼動面３１に対して傾斜し、その傾斜角度αは７５度である。そして、他の側面３４は稼動面３１に対して直角である。また長辺側の側面３５は台形をしている。

２面傾斜タイプの敷れんが３ｂは、図３に示すように、稼動面３１と底面３２が長方形である六面体形状をし、短辺側の２つの側面３３，３４は稼動面３１に対して同じ方向に傾斜し、その傾斜角度αは同じ角度で７５度である。また、長辺側の側面３５は稼動面３１に対して直角で、平行四辺形をしている。

図４において、炉底中心部の１面傾斜タイプの敷れんが３ａの外側に２面傾斜タイプの敷れんが３ｂが、傾斜面どうしが接し、しかも炉底中心側（内側）に倒れるように連続して左右にライニングされている。また、中央部の１面傾斜タイプの敷れんが３ａの両側の１面傾斜タイプの敷れんが３ａは、その傾斜面と対向する側面が、中央部の１面傾斜タイプの敷れんが３ａの長辺側側面に接するようにライニングされている（図１参照）。また、中央部の１面傾斜タイプの敷れんが３ａの後方（図４において紙面に対して後側）にも２面傾斜タイプの敷れんがが、連続してライニングされている。つまり、これは図１において矢印Ｄで示す敷れんがの列であって、この列においても敷れんがの傾斜面どうしが接ししかも炉底中心側に倒れるようにライニングされている。

尚、一番外側の敷れんがは、そのれんがの外側部分をパーマれんがとの隙間に合わせて任意の大きさで切断して使用している。

このようなライニング構造により、図４において左右から中心方向に向かって内側の敷れんがに荷重の一部がかかり、しかも中央部の敷れんがにおいては紙面に対して後側からも荷重の一部がかかることになる。

図５は、図４よりも外側にライニングされた敷れんがを示し、範囲Ｐをはさむ敷れんがは、左右方向に一列に配置されている（図１参照）。この範囲Ｐをはさむ敷れんがのうち一番内側は、１面傾斜タイプの敷れんが３ａで、残りは２面傾斜タイプの敷れんが３ｂである。

この範囲Ｐの敷れんがは、図５においては紙面に対して後側から前側に向って、図１においては上から下に向って平行にライニングされている。そして、この範囲Ｐの外側の敷れんがの側面に対しては直角に接するように１面傾斜タイプの敷れんが３ａがそれぞれ配置され、その外側に２面傾斜タイプの敷れんが３ｂが配置されている。

このようなライニング構造により、範囲Ｐの敷れんがには、図５において紙面の後側から前側へ後側の敷れんがの荷重の一部がかかり、しかも左右方向からそれぞれ内側に外側の敷れんがの荷重の一部がかかることになる。つまり、範囲Ｐの敷れんがは、３方向から荷重を受けるためにより抜けにくくなる。

このように、本発明のライニング構造によれば、炉底の中心付近程、４方向から炉底の中心側に向う荷重が強くなる。このため使用時に炉底の中心付近が広範囲に損傷しても、敷れんがの浮上抑制効果が十分得られる。

次に傾斜角度の異なる２面傾斜タイプの敷れんがを使用したライニング構造の実施例を示す。尚、ライニング構造の平面図は図１と共通である。

図６はこの実施例に使用した２面傾斜タイプの敷れんがの正面図、図７は図１におけるＡ−Ａ断面図、図８は図１におけるＢ−Ｂ断面図である。

この実施例に使用した２面傾斜タイプの敷れんが３ｄ〜３ｊは、図６に示すように、稼動面３１と底面３２が長方形である六面体形状をし、短辺側の２つの側面３３，３４は稼動面３１に対して同じ方向に傾斜し、その傾斜角度はそれぞれ異なる角度αとβである。また、長辺側の側面３５は稼動面３１に対して直角で、平行四辺形に近い形状をしている。れんがの厚みは４００ｍｍ、稼働面及び底面は１５０×７５ｍｍの長方形である。尚、１面傾斜タイプの敷れんが３ｃとしては、図６における傾斜した側面の一つが稼働面と直角になったものを使用した。

図７は、実施例１の図４に相当するものあり、７種類の傾斜角度が異なる２面傾斜タイプの敷れんが３ｄ〜３ｊが使用されている点のみが実施例１と異なっている。

したがって、左右から中心方向に向かって内側の敷れんがに荷重の一部がかかり、しかも中央部においては紙面に対して後側からも荷重の一部がかかるため敷れんがが抜けにくくなるという作用効果は実施例１と同様である。ただし、実施例２のライニング構造においては、図７に示すように敷れんが間の目地を上方に延長した直線が１点（稼動面から２０００ｍｍの高さ）で交わるように設計されている(逆ジャックアーチ構造という)。

この逆ジャックアーチ構造とするため、中心部の１面傾斜タイプの敷れんが３ｃの外側には、上述のとおり、傾斜角度が異なる２面傾斜タイプの敷れんが３ｄ〜３ｊが順に配置されている。この逆ジャックアーチ構造によれば、敷れんがの稼働面より底面がより大きくなるため、敷れんががより抜けがたい構造となる。

図８の断面においても、傾斜角度がそれぞれ異なる２面傾斜タイプの敷れんがを使用して逆ジャックアーチ構造でライニングされている。また範囲Ｐのれんがにおいては、図１において上から下に向かうそれぞれの平行な列において逆ジャックアーチ構造でライニングされている。

次に傾斜面が段差状になっている敷れんがを使用したライニング構造の実施例を示す。尚、ライニング構造の平面図は図１と共通である。

図９はこの実施例に使用した敷れんがの正面図、図１０は図１におけるＡ−Ａ断面図である。

この実施例に使用した敷れんが３ｋは、図９に示すように、稼動面３１と底面３２が長方形である六面体形状をし、短辺側の２つの側面３３，３４には底面３２側に段差状の傾斜面を有している。その傾斜角度αとβはそれぞれ７０度である。れんがの厚みは４００ｍｍ、稼働面３１及び底面３２の大きさは１５０×７５ｍｍの長方形である。また、段差部は底面３２から高さ方向に７０〜１００ｍｍの範囲とした。

図１０は、実施例１の図４に相当するものある。図４に使用した敷れんがは側面全面が傾斜面になっているが、図１０で使用した敷れんがは側面の底面側に傾斜面が形成されている点が異なる。このライニング構造においても、実施例１の場合と同じように、左右から中心方向に向かって内側の敷れんがに荷重の一部がかかり、しかも中央部の敷れんがにおいては紙面に対して後側からも荷重の一部がかかるため敷れんがが抜けにくくなる。加えて、本実施例では、敷れんがの傾斜面が段差状になっており、凹部と凸部で嵌合しあっているので、敷れんががより抜けにくい構造になっている。

以上の実施例１〜３のライニング構造のＡＯＤ炉を実際に使用し試験を行った。

さらに比較例１として、実施例２と同じ敷れんがを平行積みにして試験した。この比較例１のＡＯＤ炉の炉底平面図を図１１に示し、図１１のＢ−Ｂ断面図を図１２に示す。この比較例１では逆ジャックアーチ構造が一つの方向（図１１の左右方向）にのみ形成される。また比較例２として、４００×１５０×７５ｍｍの直方体れんがを網代積みにして試験した。

各試験では毎チャージ終了後、レーザー光を利用した測距装置によって敷れんがの厚みを測定した。

試験の結果、比較例２では敷れんがの厚みが７５ｍｍ、比較例１では同じく５５ｍｍで敷れんがの浮上が確認されたが、実施例１〜３ではいずれも３０ｍｍでも敷れんがは浮上せず、敷れんが浮上抑制効果の高さが確認された。

本発明をＡＯＤ炉の炉底に適用した場合の平面図を示す。 実施例１に使用する１面傾斜タイプの敷れんがの例をその正面図によって示す。 実施例１に使用する２面傾斜タイプの敷れんがの例をその正面図によって示す。 実施例１の場合の図１のＡ−Ａ断面図である。 実施例１の場合の図１のＢ−Ｂ断面図である。 実施例２に使用する２面傾斜タイプの敷れんがの例をその正面図によって示す。 実施例２の場合の図１のＡ−Ａ断面図である。 実施例２の場合の図１のＢ−Ｂ断面図である。 実施例３に使用する敷れんがの例をその正面図によって示す。 実施例３の場合の図１のＡ−Ａ断面図である。 比較例１のＡＯＤ炉の炉底平面図を示す。 比較例１の場合の図１１のＢ−Ｂ断面図である。

符号の説明

１ 炉底
２ パーマれんが
３，３ａ〜３ｋ 敷れんが
３１ 敷れんがの稼働面
３２ 敷れんがの底面
３３，３４ 敷れんがの短辺側の側面
３５ 敷れんがの長辺側の側面

Claims (3)

1. 稼動面と底面とが長方形で少なくとも１つの側面が稼動面に対して傾斜している傾斜面を持つ六面体形状の敷れんがを、傾斜面どうしが接ししかも炉底中心側に倒れるように、炉底に平面状に半網代積みしてなる溶融金属容器の敷れんがのライニング構造。
2. 敷れんがは、稼動面と底面とが長方形で、長辺側の側面は稼動面に対して直角で短辺側の２つの側面が稼動面に対して同じ方向に傾斜した側面を持つ２面傾斜タイプと、長辺側の２つの側面と短辺側の１つの側面は稼動面に対して直角で短辺側の他の１つの側面に稼動面に対して傾斜している傾斜面を持つ１面傾斜タイプとの２タイプからなる請求項１に記載の溶融金属容器の敷れんがのライニング構造。
3. 敷れんがの傾斜面が段差状になっている請求項１または請求項２に記載の溶融金属容器の敷れんがのライニング構造。

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