JP2008127619A - 溶銑鍋の耐火物補修要否の判断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】操業中における溶銑鍋の耐火物補修の要否つまり継続使用の可否を判断する方法を提供する。
【解決手段】予め耐火物補修直前の溶銑鍋１の鉄皮温度と耐火物３，４の残厚とを測定して両者の相関関係を求めておき、溶銑の運搬のための使用開始より所定時間以上経過後に溶銑鍋の鉄皮温度を測定し、測定した鉄皮温度を予め求めた相関関係に照らし合わせて溶銑鍋の耐火物の残厚を推定し、推定した耐火物の残厚が管理厚み以下のときに耐火物の点検を実施する、内面が耐火物で保護され溶銑の運搬を繰り返し連続して行う溶銑鍋の耐火物補修要否の判断方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、溶銑装入用の溶銑鍋に使用される耐火物の補修要否の判断方法に関する。

高炉から出湯された溶銑を転炉により製鋼する工程において、溶銑の運搬には取鍋が使用される。取鍋の鉄皮は、収容される溶銑または溶鋼の融点に近い融点を有するため、熱損傷を避けるために内面がマグネシア（ＭｇＯ）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、シリカ（ＳｉＯ₂）などを主成分とする耐火性煉瓦（以下「耐火物」ということがある）で覆われている。
しかし、耐火性煉瓦は、急激な温度変化による熱衝撃、高比重の溶銑の流動による衝撃、および内部に浸透した酸化鉄による変質等によって損傷を受け易い。そして、そのような損傷は、必ずしも使用頻度に比例して一定速度で進行するものではないため、損傷の程度の推定が容易ではない。耐火性煉瓦の損傷が大きくなり耐火性煉瓦の厚み（残厚）が減少すると、取鍋を構成する鉄皮への伝熱量が増加して鉄皮温度が上昇し、鉄皮自体が変形したり鉄皮が強度不足となって、大掛かりな取鍋の補修が必要となる。また、更に耐火性煉瓦の損傷が大きくなると鉄皮が溶損し、漏鉄事故に至る危険性がある。

したがって、そのような事態になる前に、損傷し残厚が減少した耐火性煉瓦の補修または交換が行われる。耐火性煉瓦の損傷程度を精度良く知ることができれば、安全操業が可能となりかつ取鍋の補修頻度を減少させることで補修コストを低減させることができる。
耐火性煉瓦の損傷程度を予測する方法として、従来、高速中性子を取鍋等の耐火性煉瓦に照射して、耐火性煉瓦施工から乾燥までの水分量を検出することにより耐火性煉瓦の摩耗状況を把握する技術（特許文献１）、取鍋の排滓を行うごとに底部の鉄皮の温度を測定して経時的に管理し比較して耐火性煉瓦の亀裂および溶損等を予測する技術（特許文献２）、および２つのレーザー距離計を用いて混銑車の受銑口から混銑車内底部の耐火性煉瓦形状と混銑車外面鉄皮形状とを計測して耐火性煉瓦の厚みを推定する技術（特許文献３）が開示されている。
特開２０００−１０５２０５号公報 特開２０００−１６７６５７号公報 特開２００５−３３７９２２号公報

しかし、特許文献１および特許文献３に開示された技術では、取鍋等の受銑口から高速中性子またはレーザーを内部の耐火性煉瓦に照射する必要があり、高温環境下での中性子発生源またはレーザー発生源の配置に配慮が必要になる。また、高価な計測用機器が必要であり、費用対効果の面からも導入に慎重にならざるを得ない。
特許文献２に開示された技術では、取鍋の鉄皮表面の温度を間接的に計測するものであるから特許文献１，３のように計測機器の配置に配慮を要しないが、経時的な管理を要することから排滓ごとに煩雑な計測をしなければならないという問題がある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、操業中に簡便に溶銑鍋の耐火物補修の要否つまり継続使用の可否を判断する方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明に係る方法は、内面がＡｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系の耐火物で保護され高炉から出銑された溶銑を脱りん炉や脱炭炉に装入するべく運搬を行う溶銑鍋の前記耐火物の補修要否の判断方法において、前記耐火物の補修すべき残厚ｘ（ｍｍ）を予め設定しておき、前記溶銑鍋の連続使用時間が１０時間以上経過した後に前記溶銑鍋の鉄皮温度ｙ_m（℃）を測定し、前記鉄皮温度ｙ_m が３００℃以下であって、次の（１）式が成立するとき前記耐火物の点検を実施し、次の（２）式が成立するときは前記耐火物の点検を行わずに前記溶銑鍋を使用する。

ｙ_m≧４２８−０．８×ｘ …（１）
ｙ_m＜４２８−０．８×ｘ …（２）
なお、上記における「Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系の…」の意は、耐火物を構成する成分のうちＡｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂が大部分を占めることをいう。

本発明によると、操業中に簡便に溶銑鍋の耐火物補修の要否つまり継続使用の可否を判断する方法を提供することができる。

図１は溶銑鍋１の正面断面図、図２は溶銑鍋１の底部における耐火物の部分配列図である。
図１を参照して、溶銑鍋１は、鉄皮２、パーマ煉瓦３および内張煉瓦４等からなる。
鉄皮２は溶銑鍋１の本体をなすものであり、底部が鏡板で形成され、上方の開口部に向けて徐々に断面積が増加するように側部が形成されている。開口部には、溶銑を転炉に注ぎやすいように注ぎ口５が設けられている。
パーマ煉瓦３はロウ石（Ａｌ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂）を主成分とするものである。パーマ煉瓦３は、鉄皮２の内面のほぼ全面に鉄皮２に接してライニングされている。底部には厚みの薄いパーマ煉瓦３からなる第１層６が鉄皮２内面にライニングされており、その上にやや厚みのあるパーマ煉瓦３からなる第２層７がライニングされている。底部におけるライニングされたパーマ煉瓦３の厚みは第１層６および第２層７を併せて約１４４ｍｍである。鉄皮２の側部内面にも底部の第１層６とほぼ同じ厚みのパーマ煉瓦３がライニングされている。

内張煉瓦４はロウ石−ＳｉＣを主成分とするものである。内張煉瓦４はパーマ煉瓦３の上にライニングされている。図２に示されるように、底部にライニングされた内張煉瓦４は、中央からリング（同心円）状に並べて配置されている。
ところで、溶銑鍋１には高炉から出湯された溶銑または高炉から出湯後に脱りんおよび脱硫処理がなされた１２００〜１３５０℃程度の温度でＣ：４．０％程度の溶銑が装入される。溶銑鍋１は、１時間に１回以上の頻度で連続使用され、溶銑の受け入れと排出（例えば転炉への装入）とを繰り返し行い、その繰り返しに伴って注ぎ口５およびスラグライン部への地金の付着量が増加していく。溶銑鍋１に地金が多量に付着すると、地金が形成する堰により溶銑を転炉に装入するときに溶銑の飛散が発生し正常に溶銑を装入することが難しくなる。そのため、溶銑鍋１に付着した地金は定期的に除去される。

地金の除去は、地金の温度が低い方が容易であることから、溶銑鍋１を自然放冷した後に行われる。この自然放冷の過程で、溶銑鍋１内に残った溶銑が球面状の底部（敷部）中央に集まり、凝固するときに底部の煉瓦（耐火物）の表面を剥離させ、耐火物の残厚を減少させる。
また、地金を除去した後に冷えた溶銑鍋１に溶銑を受け入れるときの熱衝撃によっても、底部の煉瓦（耐火物）の表面に剥離が生ずる。
このような剥離等によって耐火物の残厚が一定以上減少すると、耐火物の交換等の補修が行われる。

次に、上記のような耐火物の剥離等による残厚の減少が不可避である場合における、溶銑鍋１の継続使用の可否を判断する方法について説明する。
溶銑鍋１は、トピードカーにより運搬された溶銑を受けて転炉に装入するために使用される。トピードカーから溶銑を受ける場所と転炉が設けられた場所との距離は、一般に近接している。そして、溶銑受け入れ場所と転炉とが近接する場合、溶銑鍋１がトピードカーから溶銑を受けてから転炉まで移動し、溶銑を転炉に装入して再びトピードカーから溶銑を受け入れるまでの周期は短かい。溶銑鍋１は、通常は、トピードカーから転炉までの溶銑の運搬と回送との繰り返しを連続して行う。

図３は連続使用された溶銑鍋１の底部の鉄皮表面温度実測値の経時変化を示す図である。図３における溶銑鍋１は、溶銑を受け入れてから転炉に溶銑を装入するまでに約３０分および転炉に溶銑を装入してから再び溶銑を受け入れるまで約３０分を要する運搬工程に使用されたものである。また、図４は耐火物および鉄皮２の熱伝導率から計算した図３の運搬工程と同一条件における溶銑鍋１の鉄皮温度の推定経時変化を示す図である。図４の鉄皮温度の推定経時変化は、溶銑鍋１が受け入れる溶銑の温度を１３００℃および環境温度を２０℃とし、鉄皮初期温度を５０，１００，２００℃と仮定して行った伝熱計算の結果である。

なお、「鉄皮温度」とは溶銑鍋１を構成する鉄皮２の表面温度をいうものとする。
図４に示される伝熱計算結果では、溶銑鍋１の推定鉄皮温度が受銑作業開始から約１０〜１５時間経過後にほぼ一定温度になった。つまり、溶銑鍋１は、受銑作業開始後数回の溶銑の運搬では鉄皮温度は急上昇せず、連続して使用されることにより鉄皮温度が徐々に上昇して一定の温度に安定する。この傾向は、図３に示されるように、溶銑鍋１の実測鉄皮温度が受銑開始後１０時間以上経過すれば鉄皮温度がほぼ一定になっていることからも確認された。

図５は耐火物補修前の鉄皮温度とその時の耐火物残厚との関係を示す図である。図５における鉄皮温度は、溶銑鍋１を連続して使用し温度上昇がおさまってほぼ定常状態になった以降に、サーモビュアーにより測定した溶銑鍋１の底部外表面の最も高い値を示した部分の温度である。
鉄皮２外表面の温度を決定するのは溶銑鍋１における耐火物内面から鉄皮２内面までの伝熱量であり、この伝熱量は耐火物残厚が薄くなると多くなる。また、この伝熱量の大小は鉄皮温度に反映される。つまり、鉄皮温度は耐火物の熱遮蔽能力つまり残厚に依存し、耐火物残厚が小さいほど鉄皮温度が高くなる傾向がある。

そこで、図５に示される測定結果から、耐火物残厚を鉄皮温度により管理するための管理線を求めたものが（３）式である。
ｘ＝−１．２５ｙ＋５３５ …（３）
（３）式においてｘは耐火物残厚（ｍｍ）、ｙは鉄皮温度（℃）である。（３）式を鉄皮温度ｙで整理し直したものが（４）式である。なお、（３）式および（４）式は、操業の安全を考慮し、鉄皮温度ｙに対して耐火物残厚が最も小さくなる場合を想定している。
ｙ＝４２８−０．８×ｘ …（４）
耐火物残厚についての使用下限値を予め決めておけば、その決めた耐火物残厚の下限値を（３）式の耐火物残厚ｘに代入して求めた鉄皮温度ｙつまり管理温度ｙ以上に実測の鉄皮温度がなったとき、耐火物の残厚が薄くなり、耐火物の補修が必要と判断される。実測の鉄皮温度が管理温度ｙ未満の場合には、溶銑鍋１は継続して使用することができると判断される。実測の鉄皮温度は、溶銑を転炉に装入した後の溶銑鍋１の底部外表面をサーモビュアーで測定しその最も高い値を示した部分の温度が採用される。

（３）式による鉄皮２の管理温度ｙの設定は、図５のデータ（Ａ鉄皮３０８℃、内張煉瓦の残厚０ｍｍ）の実績値から３００℃以下の範囲に適用されるのが好ましく、さらに安全側で考えて、内張煉瓦４の残厚が７０ｍｍ以上（残厚２１４ｍｍ以上）を期待できる２５０℃とするのがさらに好ましい。
つまり、次の（１）式が成立する場合溶銑鍋１の耐火物の点検を実施すべきと判断され、（１）式が成立しない場合耐火物の点検を行うことなく溶銑鍋１を継続使用することができると判断される。

ｙ_m≧４２８−０．８×ｘ …（１）
（１）式においてｙ_m は実測の鉄皮温度（℃）、ｘは耐火物残厚の設定使用下限値（ｍｍ）であり、右辺は管理温度ｙでもある。
なお、溶銑鍋１の鉄皮２は熱伝導度が大きいため内表面温度と鉄皮温度である外表面温度との温度差は極めて小さい。上記実施例では鉄皮温度としてサーモビュアーにより測定した外表面温度を用いたが、例えば鉄皮２内に熱電対を設けて測定した鉄皮２内部の温度を用いても、上記と同様に（１）式により耐火物の点検の要否を判断することができる。

鉄皮温度の測定を溶銑鍋１の底部外表面ではなく側部外表面でおこなってもよい。
図６は従来の補修解体時における溶銑鍋１の底部の耐火物残厚の実績（比較例）を示す図、図７は（１）式による溶銑鍋１の継続使用可否判断を導入後の補修解体時における溶銑鍋１の底部の耐火物残厚の実績（実施例）を示す図である。
図６，７における１迫目（１せりめ）、２迫目および３迫目とは、溶銑鍋１の底部に同心円状に並べてライニングされた耐火物のうち、それぞれ中心から１重目、２重目および３重目のものをいう（図２参照）。また、横軸の溶銑鍋番号とは、複数の溶銑鍋１のそれぞれを識別するために各溶銑鍋１に付された識別番号である。溶銑鍋１は耐火物等の補修により使用できない期間があるため、複数用意されて取り替えながら使用される。

図６に示される従来行われてきた比較例では、解体補修時の溶銑鍋１の底部の耐火物残厚が２１４ｍｍよりも小さな場合もみられ、耐火物残厚が小さなままで操業をさらに継続すれば、パーマ煉瓦３が損傷し大掛かりな補修を要する事態になる危険がある。一方、図７に示された実施例では、（１）式により実測の鉄皮温度ｙ_mと管理温度ｙとを比較して耐火物残厚が下限値以下か否かを予測しながら操業したために、解体補修時の溶銑鍋１の底部の耐火物残厚は２１４ｍｍよりも薄くなることがなく常に一定以上の値を維持している。

図７の操業結果が示しているように、本発明によれば、操業中に簡便に溶銑鍋１の耐火物の補修の要否つまり継続使用の可否を判断することができ、適切な補修時期が判定可能なことから操業機会の損失を減少させ、製造コストの上昇を防止することができる。
上述の実施形態において、耐火物として不定形材料を使用してもよい。耐火物の種類および配置を上記実施例と異なるものとすることができる。
その他、溶銑鍋１、および溶銑鍋１の各構成または全体の構造、形状、寸法、個数、材質などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

本発明は、操業中における溶銑鍋の耐火物補修の要否つまり継続使用の可否の判断に利用することができる。

図１は溶銑鍋の正面断面図である。 図２は溶銑鍋の底部における耐火物の部分配列図である。 図３は溶銑鍋底部の鉄皮表面温度実測値の経時変化を示す図である。 図４は耐火物等の熱伝導率から計算した鉄皮温度の推定経時変化を示す図である。 図５は耐火物補修前の鉄皮温度と耐火物残厚との関係を示す図である。 図６は従来の補修解体時における底部の耐火物残厚の実績を示す図である。 図７は溶銑鍋の継続使用可否判断を導入後の耐火物残厚の実績を示す図である。

符号の説明

１ 溶銑鍋
３ 耐火物（パーマ煉瓦）
４ 耐火物（内張煉瓦）

Claims (1)

1. 内面がＡｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系の耐火物で保護され高炉から出銑された溶銑を脱りん炉や脱炭炉に装入するために使用する溶銑鍋の前記耐火物の補修要否の判断方法において、
   前記耐火物の補修すべき残厚ｘ（ｍｍ）を予め設定しておき、
   前記溶銑鍋の連続使用時間が１０時間以上経過した後に前記溶銑鍋の鉄皮温度ｙ_m（℃）を測定し、
   前記鉄皮温度ｙ_m が３００℃以下であって、次の（１）式が成立するとき前記耐火物の点検を実施し、次の（２）式が成立するときは前記耐火物の点検を行わずに前記溶銑鍋を使用する
   ことを特徴とする溶銑鍋の耐火物補修要否の判断方法。
   ｙ_m≧４２８−０．８×ｘ …（１）
   ｙ_m＜４２８−０．８×ｘ …（２）

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