JP2010249461A - 溶融金属容器 - Google Patents

Abstract

【課題】内張り耐火物が不定形耐火物を主体とする各種精錬炉や溶融金属容器において、その不定形耐火物に発生する亀裂発生・伸展の抑制とともに剥離を防止すること。
【解決手段】溶融金属容器は、鉄皮６の内面に内張りされるパーマネントれんが７、８と、該パーマネントれんが７、８の内面に内張りされる複数の定形耐火物４及び不定形耐火物５とを備え、定形耐火物４は、相互に隙間を設けてパーマネントれんが８に挟み込まれて固定され、不定形耐火物５は、定形耐火物４相互の隙間に設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、内張り耐火物が不定形耐火物を主体とする溶融金属容器に関するものである。

各種精錬炉や溶融金属容器の内張り耐火物は、れんがと不定形耐火物に大別できる。特に搬送容器として複数個の準備が必要とされる溶融金属容器では、耐火物価格、修理費用等のコストパフォーマンスの良さから、不定形耐火物の使用が主流である。不定形耐火物はれんがと比べると目地が無く、単一構造体となるのが特徴である。
しかし、この構造は、目地のあるれんが構造に比べて、熱間で使用される際に発生する熱応力を吸収しにくい構造のため、亀裂が発生し易く、さらに発生した亀裂の進展を抑制することができないという課題を有している。

このような不定形耐火物の短所を補う材料技術として、特許文献１には、アルミナセメントにカルボン酸類、アルカリ金属炭酸塩、ホウ酸塩類を添加し、養生時の短時間乾燥での爆裂や内部欠陥を防止し、さらにアルミナセメントの残部に粒度調整された耐火骨材を混ぜ膨れや亀裂を抑制する方法が開示されている。
また、特許文献２には、金属アルコキシド溶液または酸化物粒子が水に分散したゾル溶液を表面被覆した粒度１０〜３０ｍｍの耐火物粉砕粒を１０〜３０質量％含有させることで熱的スポーリングまたは構造的スポーリングの亀裂伸展を抑制する方法が開示されている。

一方、耐火物築造の構造における亀裂伸展防止技術として、特許文献３には、ＭｇＯ含有不定形耐火物にて内張りした溶融金属容器において、炭素含有定形耐火物を間隙をもって該不定形耐火物間に埋設し、この定形耐火物による亀裂伸展阻止により、当該部位の耐用性を向上させる技術が開示されている。

特開平７−２３２９６８号公報 特開平８−２７７１７０号公報 特開平８−１５５６３１号公報

ところで、溶融金属容器に内張りした不定形耐火物は、稼動回数が増加するに伴い溶損し、初期の施工厚さから徐々に厚さが減少してゆく。
また、内張り不定形耐火物は、稼動中に高温の溶融金属にさらされるため、側壁部ならば壁横方向や縦方向、そして敷部であれば外周の方向へそれぞれ熱膨張が起こる。この時、この内張り不定形耐火物中に熱応力が発生する。
ここで、内張り不定形耐火物の厚みの減少は均一ではなく、他部位に比べて薄くなった部位には熱応力の集中が起こる。周囲の耐火物拘束力が高いと、熱応力が集中した部位はこの熱応力に耐えきれず、壁や敷から浮き上がり、剥離を起こすこととなる。
前記特許文献１〜３に開示された技術は、亀裂の発生防止や伸展抑制の効果はあるものの、上記のように稼動回数が増加して内張り耐火物が溶損して薄くなった後の剥離現象は防止できない課題があった。

本発明の目的は、内張り耐火物が不定形耐火物を主体とする各種精錬炉や溶融金属容器において、その不定形耐火物に発生する亀裂発生・伸展の抑制とともに剥離を防止することのできる溶融金属容器を提供することにある。

本発明者らは、このような現象に鑑み、溶融金属容器の熱間における内張り不定形耐火物の亀裂伸展抑制および剥離現象の防止方法を開発すべく研究を重ねてきた。
その結果、プレキャストブロックあるいはれんがブロックのような定形耐火物を、内張り不定形耐火物と鉄皮の間に配置するパーマネントれんがに固定配置し、その周囲に不定形耐火物を流し込んだ基本構造を採用することにより、不定形耐火物に発生する亀裂の伸展を、この定形耐火物で阻止し、さらには耐火物の溶損が進み残厚が薄くなった場合でも、耐火物の剥離・浮上を防止する効果があることを見出した。

即ち、本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）鉄皮の内面に内張りされるパーマネントれんがと、
該パーマネントれんがの内面に内張りされる複数の定形耐火物及び不定形耐火物とを備え、
前記定形耐火物は、相互に隙間を設けて前記パーマネントれんがに挟み込まれて固定され、
前記不定形耐火物は、前記定形耐火物相互の隙間に設けられることを特徴とする溶融金属容器。
（２）前記定形耐火物は、内張り面に面する端面が一辺１００ｍｍ以上、３００ｍｍ以下の四角形であることを特徴とする（１）に記載の溶融金属容器。

（３）前記定形耐火物相互の隙間寸法（Ｄ）は、前記定形耐火物の一辺の寸法（Ｌ）に対して、５０ｍｍ≦Ｄ≦Ｌｍｍの範囲であることを特徴とする（２）に記載の溶融金属容器。
（４）前記定形耐火物は、予め特定された当該溶融金属容器の損傷を生じ易い部位に設けられることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の溶融金属容器。

本発明によれば、溶融金属容器の内張りを構成する不定形耐火物に発生する亀裂の伸展を阻止でき、さらに不定形耐火物残厚が薄くなった時に発生する浮上・剥離の現象を防止できる効果がある。

定形耐火物を配置した溶鋼鍋敷部の正面図。 定形耐火物を配置した溶鋼鍋敷部または壁部の断面図（固定なしの場合）。 定形耐火物を配置した溶鋼鍋敷部または壁部の断面図（固定ありの場合）。 定形耐火物を配置した溶鋼鍋壁部の正面図。

本発明の溶融金属容器の基本構造は、溶融金属容器の内張り不定形耐火物中に定形耐火物を背面のパーマネントれんがに挟み固定して設置するものである。
一般に埋設する定形耐火物は、周囲の不定形耐火物よりも均質で欠陥が少ない。したがって、たとえ不定形耐火物中に亀裂が発生して伸展しようとしても、定形耐火物が壊れにくいため、定形耐火物が障害になり、亀裂伸展が抑制される。さらに、この定形耐火物がパーマネントれんがに挟まれ固定されていることで、不定形耐火物に浮上・剥離の動きが起きても固定されている定形耐火物のアンカー効果で、不定形耐火物の剥離を抑える作用が生ずる。

本発明に使用する定形耐火物は、プレキャストブロック又はれんがブロックであればよい。
プレキャストブロックとは、不定形耐火物をあらかじめ型枠に流し込み、養生・乾燥をしたものである。
一方、れんがブロックとは、あらかじめ成形体を焼成するかあるいはバインダーを焼き飛ばす熱処理を施したものである。
これらの定形耐火物を用いれば、きちんと管理された条件の下で製造されるため、均質で欠陥が少ない、壊れにくい耐火物となる。材料は、例えば、アルミナ系、アルミナーマグネシア系、アルミナースピネル系、マグネシア系、カルシア系、ドロマイト系などの耐火材料を使用することができる。

また、定形耐火物は、不定形耐火物の高温における線熱膨張率と略同じ程度のものを採用するのが好ましく、例えば、下記のようなもの使用することができる。
温度 定形耐火物の線熱膨張率 不定形耐火物の線熱膨張率
１０００℃ ０．９５％ ０．８２％
１１００℃ １．１２％ ０．９７％
１２００℃ １．３３％ １．０２％
１３００℃ １．５２％ １．１６％
１４００℃ １．６９％ １．２３％

溶融金属容器の内張り不定形耐火物の中に配置する定形耐火物の寸法形状は、内張り面に面する端面が一辺１００以上、３００ｍｍ以下の四角形断面を有する直方体とすることが好ましい。
一辺が１００ｍｍより小さいと配置するブロック数が多くなり、設置施工に手間や時間を要する。
一方、一辺が３００ｍｍより大きいと重量が増加し、これもまた施工に手間や時間を要する結果となる。
形状を直方体とするのは、挟み固定するパーマネントれんがの形状が直方体のため、そのパーマれんがの間に挟み込んで固定しやすくするためである。
鉄皮内面から耐火物内張り面に至る定形耐火物の厚さは、各溶融金属容器の内張り耐火物の設計厚さとパーマネントれんが厚さを足し合わせた厚さとすればよい。
また、定形耐火物の内張り面に面する端面は、定形耐火物の端面が完全に露出していてもよく、定形耐火物が不定形耐火物によって薄く覆われた状態であってもよい。定形耐火物を覆う不定形耐火物の厚さ寸法は、定形耐火物を覆う部分不定形耐火物に発生した亀裂が定形耐火物相互の隙間に設けられる不定形耐火物に進展しない程度の厚さ寸法であれば
よく、例えば、２０ｍｍ〜３０ｍｍであればよい。
この様にして、ブロックの稼動面側を周囲の不定形稼動面と同じレベルにすることで、稼動初期から終期にかけて、不定形耐火物厚さ方向に常にブロックが存在することになり、不定形耐火物の内在亀裂の伸展を阻害する効果を得ることができる。

次に、ブロックを設置する時に各ブロック内の間隙（Ｄ）ｍｍをブロック断面の一辺（Ｌ）ｍｍに対して、
５０ｍｍ≦Ｄ≦Ｌｍｍ
とすることが好ましい。定形耐火物間の隙間が５０ｍｍより小さいと周囲に不定形耐火物を流し込む際に、このブロック間の隙間に十分に充填できない。
一方、（Ｌ）ｍｍより大きくなると発生した亀裂の伸展が定形耐火物によって抑制されず、隙間を伸展していくからである。
また、溶融金属容器によって、亀裂の発生しやすい部位や剥離を生じやすい部位は決まっており、例えば、溶鋼鍋の底面では湯当りブロックの周囲で亀裂や剥離が発生しやすい。したがって、定形耐火物は、溶融金属容器などの全面に配置する必要はなく、溶融金属容器の種類毎にあらかじめ特定した亀裂や剥離が発生しやすい部位に定形耐火物を配置することが、施工の容易性からも好ましい。

[実施例１]
図１には、本発明の実施例１が示されている。実施例１は、溶鋼鍋１の敷部における湯当りブロック２の周囲に形成されるものであり、溶鋼鍋１の敷部不定形耐火物では、湯当りブロック２の周囲に亀裂が発生する。湯当りブロック２は、溶鋼鍋１の円形中心を中心として、スライディングノズルの羽口３とは反対側に設けられる。
尚、３はスライディングノズルの羽口である
そこで、定形耐火物４として、周囲の不定形耐火物５と同じ材料であるアルミナ−マグネシア系のプレキャストブロックあるいはＭｇＯ−Ｃれんがブロックを短辺１００ｍｍ×長辺２００ｍｍ×厚さ３００ｍｍのサイズに作製し、湯当りブロック２を囲むように配置した。

定形耐火物４相互の設置間隔Ｌ１を、２００ｍｍ、２５０ｍｍ、４００ｍｍと変化させ、さらに湯当りブロックからの距離Ｌ２は１５０ｍｍと一定にした。
定形耐火物４の亀裂・剥離抑制効果を、表１に示す６条件で実溶鋼鍋１の敷部で調査した。条件Ａは、アルミナ−マグネシア不定形耐火物を敷部全域に施工した。条件Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅはアルミナーマグネシア系プレキャストブロックを、条件ＦはＭｇＯ−Ｃれんがブロックを図１に示す湯当りブロック２の周囲に配置し、その他の領域を従来のアルミナーマグネシア不定形耐火物を流し込んだ。ここで、条件Ｂ、Ｃ、Ｆでは定形耐火物４の設置間隔Ｌ１を２００ｍｍ、条件Ｄでは２５０ｍｍ、条件Ｅでは４００ｍｍとした。
次に、定形耐火物４の固定については、条件Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ（実施例１〜実施例４）は、いずれも図２に示すように定形耐火物４を、鉄皮６上の第１層パーマネントれんが７上に設置し、その上側の第２層パーマネントれんが８で挟み込んで固定する構造とした。
この固定の効果を見る比較条件として、図３に示されるように、定形耐火物４を第２層パーマネントれんが８上に設置してパーマネントれんが８による挟み込んだ固定がない条件Ｂ（比較例１）を実施し、条件Ｃと比較できるようにした。また、定形耐火物４を全く用いない場合として条件Ａ（比較例２）を実施した。

以上の条件で、それぞれの溶鋼鍋１の稼動中に発生する亀裂や剥離の状況を調査した。
条件Ａは、３５チャージで湯当りブロック２の周囲の不定形耐火物５に多数の亀裂が発生、伸展し、さらに剥離が発生して補修が必要となった。
定形耐火物４を第２層パーマネントれんが８に固定をしない条件Ｂでは、亀裂は発生しなかったものの、９０チャージで湯当りブロック２周辺の不定形耐火物５および定形耐火物４の剥離が発生し、補修が必要となった。
条件Ｃは、稼動計画の１３０チャージの間に亀裂、剥離は発生しなかった。

条件Ｄ、Ｅでは定形耐火物４の設置間隔Ｌ１を、定形耐火物４の長辺の２００ｍｍよりも大きく２５０ｍｍ、４００ｍｍとし、他の条件は条件Ｃと同じにした。
条件Ｄの２５０ｍｍ間隔では７５チャージで湯当りブロック２と定形耐火物４の周辺の不定形耐火物５に小亀裂が発生したが、補修は不要であり、稼動計画の１３０チャージの処理が可能であった。
条件Ｄよりも設置間隔を４００ｍｍと大きくした条件Ｅは、６０チャージと早い稼動時期に湯当りブロック２から亀裂が発生し、一部の亀裂が設置ブロック間を亀裂が伸展したが、補修は不要であり、稼動計画の１３０チャージの処理が可能であった。
条件Ｆでは、定形耐火物４としてＭｇＯ−Ｃれんがブロックを使用したが、条件Ｃと同じく稼動計画の１３０チャージの間に亀裂、剥離は発生しなかった。

[実施例２]
溶鋼鍋の壁部の不定形耐火物では壁全域に亀裂が発生する。そこで、図３に示されるように、溶鋼鍋の壁部９に不定形耐火物１０を施工するに際して、定形耐火物１１として周囲の不定形耐火物１０と同じ材料であるアルミナ−マグネシア系のプレキャストブロックあるいはＭｇＯ−Ｃれんがブロックを定形耐火物１１として使用した。定形耐火物１１は、短辺１１４ｍｍ×長辺２３０ｍｍ×厚さ３００ｍｍのサイズに作製し、溶鋼鍋の壁部９の全面に千鳥状に配置した。
定形耐火物１１は、横方向（定形耐火物９の短辺方向）の設置間隔Ｌ３を１１４ｍｍ、縦方向（定形耐火物１１の長辺方向）の設置間隔Ｌ４を２３０ｍｍとした。
実溶鋼鍋の壁部９を表２に示す４条件で施工し、定形耐火物の有無、定形耐火物の固定の有無、定形耐火物の種類による亀裂・剥離抑制効果を調査した。

定形耐火物１１を配置しない条件Ｇ（比較例３）は、３５チャージで壁部９の不定形耐火物１０の全域に多数の亀裂が発生、伸展し、さらに剥離が発生して補修が必要となった。
定形耐火物１１を、パーマネントれんがで挟み込んで固定しない条件Ｈ（比較例４）では亀裂の発生は見られなかったが、７５チャージで不定形耐火物１０および定形耐火物１１の剥離が発生し、補修が必要となった。
定形耐火物１１をパーマネントれんがに挟み込んで固定した条件Ｉ（実施例５）では稼動計画の１３０チャージ間、亀裂や剥離の発生は認められなかった。定形耐火物１１としてＭｇＯ−Ｃれんがブロックを使用した条件Ｊ（実施例６）では１３０チャージ間、亀裂や剥離の発生はなかった。

本発明は、内張り耐火物が不定形耐火物を主体とする溶鋼鍋等の溶融金属容器に好適に利用することができる。

１…溶鋼鍋、２…湯当りブロック、３…スライディングノズルの羽口、４…定形耐火物、５…不定形耐火物、６…鉄皮、７…第１層パーマネントれんが、８…第２層パーマネントれんが、９…壁部、１０…不定形耐火物、１１…定形耐火物、Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４…設置間隔、Ｌ２…距離

Claims (4)

1. 鉄皮の内面に内張りされるパーマネントれんがと、
   該パーマネントれんがの内面に内張りされる複数の定形耐火物及び不定形耐火物とを備え、
   前記定形耐火物は、相互に隙間を設けて前記パーマネントれんがに挟み込まれて固定され、
   前記不定形耐火物は、前記定形耐火物相互の隙間に設けられることを特徴とする溶融金属容器。
2. 前記定形耐火物は、内張り面に面する端面が一辺１００ｍｍ以上、３００ｍｍ以下の四角形であることを特徴とする請求項１に記載の溶融金属容器。
3. 前記定形耐火物相互の隙間寸法（Ｄ）は、前記定形耐火物の一辺の寸法（Ｌ）に対して、５０ｍｍ≦Ｄ≦Ｌｍｍの範囲であることを特徴とする請求項２に記載の溶融金属容器。
4. 前記定形耐火物は、予め特定された当該溶融金属容器の損傷を生じ易い部位に設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の溶融金属容器。

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