JP2009001892A

JP2009001892A - 転炉耐火物補修材および転炉耐火物補修方法

Info

Publication number: JP2009001892A
Application number: JP2007166975A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Nukushina; 法明温品
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2007-06-25
Filing date: 2007-06-25
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2027-06-25
Also published as: JP5214183B2

Abstract

【課題】転炉耐火物に対する付着性に優れ、補修性能を向上することができる転炉耐火物補修材を用いる転炉耐火物補修方法を提供する。
【解決手段】吹錬された溶鋼を出鋼した後の転炉１内にスラグを残留させ、残留させたスラグ４にＭｇＯを含むスラグ調整剤５を添加し、スラグ４にスラグ調整剤５を添加して得られる転炉耐火物補修材６が、重量％で、ＭｇＯ：１０〜３０％、ＣａＯ：１０〜３０％、Ｃｒ_２Ｏ_３：５〜６０％を含有する組成になるように調整し、この転炉耐火物補修材６を転炉耐火物３の損傷部位７で静置し固化させることによって、転炉耐火物３を補修する。
【選択図】図１

Description

本発明は、転炉耐火物補修材および転炉耐火物補修方法に関する。

製鋼工程のうちの一工程である精錬において転炉が汎用されている。転炉は、鋼などから成る殻体の内壁にレンガなどの耐火物を内張りして構成される。転炉は、その内部に高温の溶鋼を収容し、さらに酸素ガスなどが溶鋼中へ吹き込まれて吹錬されるので、厳しい熱負荷を繰返し受けることになる。したがって、転炉で溶鋼が精錬される回数（いわゆるチャージ数）が増すのに伴って耐火物が損耗し、耐火物の厚みが薄くなるという現象がある。

耐火物の厚みが薄くなると、殻体に対して伝導する熱量が大きくなり、殻体が熱損傷を受けるおそれがあるので、通常内張り耐火物の損傷を受けて薄くなった部位の補修が行われる。耐火物の補修方法としては、従来、不定形耐火物を吹付ガンによって吹付ける熱間吹付補修法、またはピッチ含有不定形耐火物を損傷部位に投入し、転炉の保有熱等で焼付ける焼付補修法などが行われているけれども、これらは接着強度が低く残存寿命が短い、気孔率が高くて耐用性が低いなどの問題があり、また不定形耐火物が比較的高いのでコスト増になるという問題がある。

このような問題に対して、溶鋼を出鋼した後、転炉内にスラグを残留し、残留させたスラグを転炉内壁の補修部分にコーティングして補修する方法が提案されている。しかしながら、この方法においても、転炉内の所望の位置に、所望の厚さでスラグを付着させることが難しいという問題がある。この問題に対して、転炉内の所望の位置にスラグを付着させる方法として、転炉内に残留された溶融スラグに対して、転炉上方からランスを介して高圧ガスを噴射する方法が提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１に開示される方法では、出鋼後の転炉内に残留させた溶融スラグに、乾燥ドロマイト、軽焼ドロマイトまたは生石灰などのＭｇＯまたはＣａＯを含有する調整剤を投入後、ランスから噴射する高圧ガスの圧力／流量を調整することによって、前記溶融スラグに与える吹付け／吹上げのエネルギを制御し、転炉内の所望の位置に前記溶融スラグをコーティングするというものである。

しかしながら、特許文献１に開示されるＣａＯを主成分とし、ＭｇＯで調整したスラグは、空気中の水分と反応して消化現象が発生し、その結果安定した耐用性のある補修ができないという問題がある。すなわち、転炉耐火物の補修に際して用いられる補修材の組成が、その耐用性向上に極めて重要であるにも関らず、従来技術では明確にされていない。

特開平５−３３１５１８号公報

本発明の目的は、転炉耐火物に対する付着性に優れ、補修性能を向上することができる転炉耐火物補修材および該補修材を用いる転炉耐火物補修方法を提供することである。

本発明は、吹錬された溶鋼を出鋼した後の転炉内に残留するスラグにＭｇＯを含むスラグ調整剤を添加することによって得られる転炉耐火物補修材であって、
重量％で、
ＭｇＯ：１０〜３０％
ＣａＯ：１０〜３０％
Ｃｒ_２Ｏ_３：５〜６０％
を含有することを特徴とする転炉耐火物補修材である。

また本発明は、吹錬された溶鋼を出鋼した後の転炉の内張り耐火物を補修する転炉耐火物補修方法において、
吹錬された溶鋼を出鋼した後の転炉内にスラグを残留させるステップと、
残留されるスラグにＭｇＯを含むスラグ調整剤を添加し、スラグにスラグ調整剤を添加することによって得られる転炉耐火物補修材が、重量％で、ＭｇＯ：１０〜３０％、ＣａＯ：１０〜３０％、Ｃｒ_２Ｏ_３：５〜６０％を含有する組成になるように調整するステップと、
組成調整された転炉耐火物補修材を転炉耐火物の損傷部位で静置し固化させるステップとを含むことを特徴とする転炉耐火物補修方法である。

また本発明は、吹錬された溶鋼を出鋼した後の転炉内に残留されるスラグであって、ＭｇＯを含むスラグ調整剤が添加される前のスラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）が、１〜２であることを特徴とする。
また本発明は、転炉で吹錬される溶鋼が、ステンレス鋼であることを特徴とする。

本発明によれば、溶鋼出鋼後のスラグに、ＭｇＯを含有するスラグ調整剤、たとえばＭｇＯを含むれんが屑などを添加して所望の組成を有する補修材とすることによって、転炉内壁の耐火物に対する付着性に優れ、かつ耐用に優れる転炉耐火物補修材を得ることができ、この補修材を用いて補修することによって転炉炉体寿命を延長し、耐火物コストを削減することができる。

また本発明によれば、吹錬された溶鋼を出鋼した後の転炉内に残留されるスラグの塩基度を好適な範囲とすることによって、転炉耐火物補修後の転炉炉体の耐用を向上することができる。

また本発明によれば、転炉で吹錬される溶鋼をステンレス鋼とすることによって、転炉耐火物補修材の必須成分であるＣｒ_２Ｏ_３を、特別材料を添加することなく含有させることができるので、補修コストを低減することができる。

図１は、本発明の転炉耐火物補修方法の概要を説明する図である。本発明の転炉耐火物補修方法は、吹錬された溶鋼を出鋼した後の転炉１の殻体２の内壁に内張りされた耐火物３の損傷部位７を補修するものである。

転炉耐火物補修方法では、まず転炉１中で吹錬された溶鋼を出鋼した後、転炉内にスラグ４を残留させる。本実施の態様では、溶鋼はステンレス鋼であることが好ましい。ステンレス鋼を吹錬対象材とすることによって、後述する転炉耐火物補修材６の必須成分であるＣｒ_２Ｏ_３を、吹錬を通じてスラグ中へ供給することができるからである。

また、転炉１内に残留されるスラグ４は、吹錬を通じてその塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）が、１．０〜２．０の範囲内に調整される。塩基度の高いスラグ４が転炉１内に残留すると、そのスラグ４が耐火物３の表面に付着し、耐火物３を保護するため、転炉炉体の耐用寿命が長くなる。しかしながら、スラグ４の塩基度が２．０を超えるような転炉の操業では、吹錬中に飛散する溶鋼のスプラッシュが、転炉１の開口部およびフードまわりに付着しやすくなる。そのため飛散する溶鋼のスプラッシュが転炉１の開口部を閉塞する場合があり、転炉の操業が阻害される。

また、耐火物３の表面に付着したスラグ４は、ＣａＯが添加されて、塩基度が２．０を超えると、体積膨張が大きくなって耐火物３から剥離する。このような場合、スラグ４が耐火物３から完全に剥離するまで待機したあと、耐火物３を補修することになり、そのため補修時間が少なくなる。また塩基度が１．０未満となり、含有されるＣａＯ量が低いスラグ４から作成される補修材６は、転炉の操業における熱負荷に対して損耗が大きく、補修材６の残存寿命が短くなる。以上のことから、スラグ４の塩基度は、溶鋼を吹錬する作業性およびスラグ４の含有成分を考慮して設定する必要があり、塩基度を１．０〜２．０の範囲で設定する。

次に、転炉１内に残留されるスラグ４にＭｇＯを含むスラグ調整剤５を添加して得られる転炉耐火物補修材６（以後、単に補修材６と略称する）が、重量％で、ＭｇＯ：１０〜３０％、ＣａＯ：１０〜３０％、Ｃｒ_２Ｏ_３：５〜６０％を含有する組成になるように調整する。この組成を有する補修材６は、本発明の一実施形態である。

ＭｇＯを含むスラグ調整剤５としては、ＭｇＯのみが用いられてもよいけれども、たとえばマグネシアれんがの廃材であるれんが屑などが好適に用いられる。マグネシアれんがは、製鋼工程において使用される耐火材料であり、製鋼の操業に伴う使用劣化によって、その廃材は必然的に発生するものである。したがって、マグネシアれんがの廃材をスラグ調整剤５として用いることによって、廃材の有効利用が可能になり、かつスラグ調整剤のコストを安価にすることができる。

以下に補修材６の組成範囲限定理由について説明する。
ＭｇＯ：１０〜３０％
ＭｇＯは、補修材６の流動性を高め、転炉耐火物の補修を必要とする所望の部位に対する付着性を向上し、転炉炉体の耐用寿命を長くすることができる。図２は、ＭｇＯ含有量が異なる補修材を用いて補修した転炉耐火物の損耗速度とＭｇＯ含有量との関係を示す図である。ここで、損耗速度とは、転炉で溶鋼の吹錬を繰返し行った後、転炉内壁の耐火物厚さの減少量を測定し、１チャージ（ｃｈ）当たりの厚さ減少量［ｍｍ／ｃｈ］で表すものである。転炉耐火物の厚さ減少は、たとえば転炉を構築したときの転炉内壁を構成する耐火物のプロフィールをレーザ測定装置などで測定して、パーソナルコンピュータなどの記憶部にストアしておき、吹錬終了後に測定した転炉耐火物のプロフィールとを比較し、その変化量から求めることができる。図２に示すように、ＭｇＯ含有量が１０％未満では、損耗速度の抑制効果が充分に発現されない。また、ＭｇＯ含有量が１０％未満では、補修材６の耐火物３に対する付着性が充分ではない。ＭｇＯ含有量が３０％を超えると、損耗速度の抑制効果が充分に発現されない。

ＣａＯ：１０〜３０％
ＣａＯは、ＭｇＯと同様に、補修材６の流動性を高め、転炉耐火物の補修を必要とする所望の部位に対する付着性を向上し、転炉炉体の耐用寿命を長くすることができる。図３は、ＣａＯ含有量が異なる補修材を用いて補修した転炉耐火物の損耗速度とＣａＯ含有量との関係を示す図である。図３に示すように、ＣａＯ含有量が１０％未満では、損耗速度の抑制効果が充分に発現されない。また、ＣａＯ含有量が１０％未満では、補修材６の塩基度が低くなるため、補修材６の残存寿命が短くなる。ＣａＯ含有量が３０％を超えると、損耗速度の抑制効果が充分に発現されない。

Ｃｒ_２Ｏ_３：５〜６０％
Ｃｒ_２Ｏ_３は、補修材６の融点を高くして流動性と付着性とを向上するとともに、補修材６の耐熱性を向上することを目的として含有させる。なお、Ｃｒ_２Ｏ_３は、より好ましくは２０〜４０％の範囲で含有される。図４は、Ｃｒ_２Ｏ_３含有量が異なる補修材を用いて補修した転炉耐火物の損耗速度とＣｒ_２Ｏ_３含有量との関係を示す図である。図４に示すように、５％未満では、損耗速度の抑制効果が充分に発現されない。６０％を超えても、特に弊害等は生じないけれども、高価なＣｒを多量に含有させるにも関らず、より一層の損耗速度の抑制効果が発現される訳でもないので、補修材コストの観点から一応の上限を６０％とした。

次に、転炉１を所定の状態に傾動させることによって、組成調整された補修材６を転炉耐火物の損傷部位７へ流動させ、該位置で静置し固化させる。このようにして、補修材６を転炉１の損傷部位に強固に付着させ、耐用性に優れた補修を実現することができる。

以下本発明の実施例について説明する。本実施例では、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｇ４３０４、Ｇ４３０５などに規定されるステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を製鋼するべく、電気炉で約８０トンの溶鋼を粗溶製し、転炉での精錬を繰返し実行し、精錬操業の所定のインターバルにおいて補修を行い、転炉炉体寿命を求める試験を行った。

（転炉耐火物補修のタイミング）
転炉耐火物補修は、１００チャージ（ｃｈ）、７００ｃｈ、１２００ｃｈ、１６００ｃｈを終了した各時点において行った。

（転炉残留スラグ）
転炉耐火物補修時において、補修材の生成に用いた転炉内の残留スラグの組成を表１に示す。補修材としては、実施例１、実施例２および比較例の３種類を使用した。したがって、残留スラグの組成も、３種類の補修材それぞれに対応して示す。

（補修材の組成）
表１に示す組成の残留スラグ１に、スラグ調整剤としてＭｇＯ（純分で７４６ｋｇ）を添加して成分調整し、実施例１の補修材とした。表１に示す組成の残留スラグ２に、スラグ調整剤としてマグネシアれんが屑（ＭｇＯ純分で９８４ｋｇ）を添加して成分調整し、実施例２の補修材とした。表１に示す組成の残留スラグ３に、スラグ調整剤としてマグネシアれんが屑（ＭｇＯ純分で８０６ｋｇ）を添加して成分調整し、比較例の補修材とした。実施例１，２および比較例の各補修材の組成を表２に合わせて示す。なお、比較例では、コークス投入または転炉終点温度を高めとして、Ｃｒ_２Ｏ_３の含有量を本発明範囲外の組成とした。

（転炉炉体寿命の試験結果）
実施例１，２および比較例の補修材を使用して、所定のチャージ終了後に補修を行い、１００ｃｈ終了ごとに転炉内壁を構成する耐火物の厚さを測定した。転炉耐火物の厚さは、前述したように、転炉耐火物のプロフィールを測定し、初期プロフィールと比較することによって求めた。転炉耐火物は、転炉の操業を行うのに伴って損耗し、初期状態に比較して除除に薄くなるので、測定した転炉耐火物の厚さをれんが残寸と呼ぶことにする。転炉炉体寿命を定める方法は特に限定されるものではないけれども、本実施例では、れんが残寸が２００ｍｍになった時点を一応寿命とした。

図５は、各補修材を用いた場合のれんが残寸を測定した結果を示す図である。本発明外の組成を有する比較例の補修材を用いた場合、補修をしても約１４００ｃｈで、れんが残寸が２００ｍｍに達し、転炉炉体寿命となった。一方、本発明の組成を有する実施例１，２の補修材を用いた場合、ほぼ１９００ｃｈ以上で漸くれんが残寸が２００ｍｍに達し、比較例に比べて５００ｃｈ以上の転炉炉体寿命が延長された。なお、実施例２では、実施例１と比較して、残留スラグの塩基度が低いので、転炉炉体寿命の一層の延長が実現されている。

本発明の転炉耐火物補修方法の概要を説明する図である。ＭｇＯ含有量が異なる補修材を用いて補修した転炉耐火物の損耗速度とＭｇＯ含有量との関係を示す図である。ＣａＯ含有量が異なる補修材を用いて補修した転炉耐火物の損耗速度とＣａＯ含有量との関係を示す図である。Ｃｒ_２Ｏ_３含有量が異なる補修材を用いて補修した転炉耐火物の損耗速度とＣｒ_２Ｏ_３含有量との関係を示す図である。各補修材を用いた場合のれんが残寸を測定した結果を示す図である。

符号の説明

１転炉
２殻体
３耐火物
４スラグ
５スラグ調整剤
６転炉耐火物補修材
７損傷部位

Claims

吹錬された溶鋼を出鋼した後の転炉内に残留するスラグにＭｇＯを含むスラグ調整剤を添加することによって得られる転炉耐火物補修材であって、
重量％で、
ＭｇＯ：１０〜３０％
ＣａＯ：１０〜３０％
Ｃｒ_２Ｏ_３：５〜６０％
を含有することを特徴とする転炉耐火物補修材。
吹錬された溶鋼を出鋼した後の転炉の内張り耐火物を補修する転炉耐火物補修方法において、
吹錬された溶鋼を出鋼した後の転炉内にスラグを残留させるステップと、
残留されるスラグにＭｇＯを含むスラグ調整剤を添加し、スラグにスラグ調整剤を添加することによって得られる転炉耐火物補修材が、重量％で、ＭｇＯ：１０〜３０％、ＣａＯ：１０〜３０％、Ｃｒ_２Ｏ_３：５〜６０％を含有する組成になるように調整するステップと、
組成調整された転炉耐火物補修材を転炉耐火物の損傷部位で静置し固化させるステップとを含むことを特徴とする転炉耐火物補修方法。
吹錬された溶鋼を出鋼した後の転炉内に残留されるスラグであって、ＭｇＯを含むスラグ調整剤が添加される前のスラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）が、１．０〜２．０であることを特徴とする請求項２記載の転炉耐火物補修方法。
転炉で吹錬される溶鋼が、ステンレス鋼であることを特徴とする請求項２または３記載の転炉耐火物補修方法。