JP2012126949A

JP2012126949A - 精錬炉

Info

Publication number: JP2012126949A
Application number: JP2010278507A
Authority: JP
Inventors: Reita Saito; 礼太齊藤; Michitake Fujiwara; 道丈藤原; Masaki Imanishi; 正記今西
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2010-12-14
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2012-07-05
Anticipated expiration: 2030-12-14
Also published as: JP5477274B2

Abstract

【課題】羽口を有する精錬炉において、マグクロ系耐火物を廃棄物とすることなく、従来よりもライニングコストをかけずに炉寿命を向上させる。
【解決手段】炉壁に横吹き羽口２が設けられた精錬炉１である。炉壁に内張りされた耐火煉瓦のうちで、鉄皮側に設けられるパーマネント煉瓦３よりも炉内側に施工されるワーク煉瓦４の、少なくとも横吹き羽口２部の上方部分における所定範囲を稼動面側と背面側に２分する。２分した部分の稼動面側にはCr₂O₃を含有するマグクロ系煉瓦４ａを使用し、背面側にはCr₂O₃を含有しないドロマイト系煉瓦４ｂを使用して築炉施工する。
【効果】耐火物の溶損を抑制でき、従来よりも炉寿命を向上させることができる。また、炉の解体時に、含有クロムによる環境問題が発生することがない。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば横吹き羽口を有する精錬炉に関するものである。

ステンレス鋼の精錬では、AOD（Argon Oxygen Degassing）炉で代表される横吹き羽口を有する精錬容器が使用され、この羽口部からアルゴンや酸素、あるいはその混合ガスを吹き込み、脱炭、還元及び成分調整が行われる。

このAOD炉を用いた精錬は、その精錬条件が極めて高温で、かつ高侵食性の溶滓が使用されることから、炉内の耐火物が溶損され易い。また、横吹き羽口からガスを吹き込む場合、炉内では一般の底吹き撹拌とは異なると推定される激しいガス対流、溶鋼流が発生しているので、羽口部とその上方に局部的な溶損が発生する。

一方、炉内に内張りされた煉瓦は、使用限界を超えると解体されて再構築されるが、この解体時に発生する廃棄耐火物は構築時のおよそ４０〜６０ %となっている。

そこで、羽口の周りと羽口の上方に位置する煉瓦を耐溶損性に優れたマグネシア−クロム（MgO・Cr₂O₃）煉瓦（以下、マグクロ系煉瓦という）とし、他の部分は安価なドロマイト系煉瓦とする構造が開示されている（例えば特許文献１）。このような構造とすることにより、横吹き羽口を有する精錬炉における耐火物の局所的な激しい溶損を抑制して炉全体の寿命を伸ばすことができる。

しかしながら、特許文献１に開示された構造では、解体時に溶け残った耐火煉瓦を廃棄する際、前記マグクロ系煉瓦からは、六価クロムが発生して人体や環境への悪影響が危惧される。従って、環境上の問題から解決を迫られている。

クロムフリー化として、マグクロ系煉瓦の代替に、精錬容器の内張り煉瓦を安価で経済性に優れたドロマイト系煉瓦にするものがある。しかしながら、ドロマイト系煉瓦の溶損速度は、マグクロ系煉瓦に比べて速いため、マグクロ系煉瓦に代えてドロマイト系煉瓦を設ける部分の煉瓦厚さを長尺化する必要がある。

煉瓦厚さを長尺化するとライニングコストを悪化させるだけでなく、炉容積が減少するので、１チャージ当りの精錬量が減少し、また湯面の上昇によりスロッピングの危険性が高まる。従って、送酸速度を減じる必要があり、処理時間延長等、生産性を悪化させる。

炉内の煉瓦厚さに関しては、羽口近傍での煉瓦厚さを厚くすると同時に、羽口上方の煉瓦を大きな傾斜角で引っ込める構造が開示されているが（例えば特許文献２）、この羽口上方の煉瓦を大きな傾斜角で引っ込める構造は、煉瓦の施工が複雑になる。

特開２００７−２２６９号公報特開昭６３−２６２４１０号公報

本発明が解決しようとする問題点は、羽口周りと羽口の上方位置にある煉瓦を耐溶損性の高いマグクロ系煉瓦として寿命の延長を図る場合、溶け残った耐火煉瓦を廃棄する際、含有クロムによる環境問題が懸念されるという点である。これに対して、マグクロ系煉瓦の代替にドロマイト系煉瓦を使用する場合、煉瓦厚さの長尺化に伴う問題があるという点である。

本発明の精錬炉は、
羽口を有する精錬炉において、マグクロ系耐火物を廃棄物とすることなく、従来よりもライニングコストをかけずに炉寿命を向上させるために、
炉壁に羽口が設けられた精錬炉において、
炉壁に内張りされた耐火煉瓦のうちで、鉄皮側に設けられるパーマネント煉瓦よりも炉内側に施工されるワーク煉瓦の、少なくとも羽口部の上方部分における所定範囲を稼動面側と背面側に２分し、前記２分した部分の稼動面側にはCr₂O₃を含有するマグクロ系煉瓦を使用し、背面側にはCr₂O₃を含有しないドロマイト系煉瓦を使用して築炉施工したことを最も主要な特徴としている。

本発明の精錬炉は、ワーク煉瓦の、少なくとも羽口部の上方部分における所定範囲を稼動面側と背面側に２分し、前記２分した部分の稼動面側にはCr₂O₃を含有するマグクロ系煉瓦を使用するので、耐火物の溶損を抑制できる。また、炉の解体時には、稼動面側のマグクロ系煉瓦は溶損され、背面側のCr₂O₃を含有しないドロマイト系煉瓦だけを解体するので、含有クロムによる環境問題は発生しない。

本発明は、溶損の激しい部分の稼動面側煉瓦を、Cr₂O₃を含有するマグクロ系煉瓦を使用するので、耐火物の溶損を抑制でき、従来よりも炉寿命を向上させることができる。また、炉の解体時には、稼動面側のマグクロ系煉瓦は溶損されているので、背面側のCr₂O₃を含有しないドロマイト系煉瓦だけを解体することになって、含有クロムによる環境問題が発生することがない。

本発明の精錬炉における耐火物の施工例を示す羽口側部分の縦断面図である。本発明の精錬炉における羽口部の上方部分に施工する耐火物の説明図である。図２を高さ方向に施工する場合の一例を示した図である。従来の精錬炉における耐火物の施工例（従来例１）を示す羽口側部分の縦断面図である。従来の精錬炉における耐火物の施工例（従来例２）を示す羽口側部分の縦断面図である。

本発明では、マグクロ系耐火物を廃棄物とすることなく、従来よりもライニングコストをかけずに炉寿命を向上させるという目的を、鉄皮側のパーマネント煉瓦よりも炉内側のワーク煉瓦の少なくとも羽口部の上方部分を稼動面側と背面側に２分し、その稼動面側にはマグクロ系煉瓦を、背面側にはドロマイト系煉瓦を使用することで実現した。

以下、本発明の精錬炉を、羽口側部分の縦断面図を示した図１を用いて説明する。
１は炉壁に横吹き羽口２が設けられた本発明の精錬炉で、鉄皮１ａ側にパーマネント煉瓦３を、このパーマネント煉瓦３の炉内側にワーク煉瓦４が内張り施工されて炉壁を形成している。

本発明では、前記構成からなる炉壁のうち、横吹き羽口２部の上方部分の所定範囲、例えば炉底から６段目から２５段目までの前記ワーク煉瓦４を、稼動面側と背面側に２分している。なお、この所定範囲は、精錬時における横吹き羽口２から吹き出す撹拌用ガスの流量等によって、適宜決定するものである。

そして、この２分した部分の稼動面側には耐溶損性に優れたマグクロ系煉瓦４ａを使用し、背面側には安価で経済性に優れ、含有クロムによる環境問題が発生することがないドロマイト系煉瓦４ｂを使用している。

なお、横吹き羽口２部（炉底から２段目から５段目）は、従来と同様、背面側及び稼動面側共にマグクロ系煉瓦４ａを使用している。

前記稼動面側のマグクロ系煉瓦４ａは、例えばCaOが０質量％、MgOが５０質量％以上含み、耐溶損性を考慮してCr₂O₃が１５質量％以上含むものを使用する。一方、前記背面側のドロマイト系煉瓦４ｂは、CaOが３０〜５０質量％、MgOが７０〜５０質量％含み、含有クロムによる環境問題が発生することがないようにCr₂O₃が０質量％のものを使用する。

前記ワーク煉瓦４の有効厚みである、前記パーマネント煉瓦４の炉内側端面から前記稼動面側のマグクロ系煉瓦４ａの炉内側端面までの長さは、段毎に炉容積等で決まるものである。

本発明では、段毎の前記マグクロ系煉瓦４ａと前記ドロマイト系煉瓦４ｂの厚さは、図２に示すように、それぞれ前記有効厚みの２０〜８０％とすることが望ましい。そして、この範囲内で、稼動面側のマグクロ系煉瓦４ａが先行溶損されて背面側のドロマイト系煉瓦４ｂが残り、マグクロ系煉瓦４ａのクロム分が鋼中で還元リサイクルされるように、溶損速度に応じてマグクロ系煉瓦４ａの厚みを設定するのである。

このようにすることで、ドロマイト系煉瓦４ｂのマグクロ系煉瓦４ａに対する溶損性の劣位を克服して、炉寿命を向上させることが可能になる。また、最終的に残る煉瓦（図１にハッチングを施した部分の煉瓦）はドロマイト系煉瓦４ｂだけとなって、マグクロ系煉瓦４ａの廃棄による環境汚染の問題がなくなる。

図３に前記ワーク煉瓦４の高さ方向の積み方の模式図を示す。
図３に示したように、段毎の、前記背面側のドロマイト系煉瓦４ｂと前記稼動面側のマグクロ系煉瓦４ａの長さが、前記有効厚みの２０〜８０％の範囲内で交互に長短となるようにし、上下段で挟む千鳥構造とすれば、煉瓦の抜け落ちを防止することができる。

上記本発明の効果を確認するために行った実施条件を下記表１に、実施結果を下記表２に示す。ここで、表１中の有効煉瓦厚さとは、炉内に施工した段毎のワーク煉瓦の煉瓦長さに占めるマグクロ系煉瓦の厚さの割合（図２参照）を示したものである。

従来例１は、横吹き羽口を有するAOD炉のワーク煉瓦として、図４に示すように、全段マググロ系煉瓦を、従来例２は、図５に示すように、横吹き羽口部分を除いて全段ドロマイト系煉瓦を使用したものである。従来例２の煉瓦長さは、従来例１よりも長尺化した。なお、図４、図５中のハッチングを施した部分は、解体時に煉瓦が残存する範囲である。

これに対し、発明例１〜１８は、炉底から６段目から２５段目までのワーク煉瓦の稼動面側にマグクロ系煉瓦を、背面側にドロマイト系煉瓦を施工したものである。このうち、発明例１〜９は稼動面側と背面側に施工した二種類の煉瓦を従来の施工方法で築炉したもの、発明例１０〜１８は稼動面側と背面側に施工した二種類の煉瓦を、図３のように千鳥積みにして築炉したものである。

上記従来例及び発明例のように築炉施工したAOD炉で、SUS304に代表されるステンレス鋼を以下の条件で精錬した。

撹拌用のガス種：Arガス
撹拌用のガスの流量：３０００ Nm³／hr程度
スラグの塩基度（CaO／SiO₂）：概ね１．３〜２．０
MgO／CaO：０．６程度
精錬時の最高到達温度：概ね１７００℃

ライニングコストと精錬回数から、１チャージ当たりのコストを、従来例１を基準に指数化したものを下記表２に示した。

従来例２では、ドロマイト系煉瓦の厚さを従来例１よりも長尺化しているが、マグクロ系煉瓦に比べてドロマイト系煉瓦は安価であるため、ライニングコストは低くなる。しかしながら、ドロマイト系煉瓦の方がマグクロ系煉瓦よりも耐溶損性に劣るため、従来例１よりも従来例２の方が、炉寿命が低位となり、その分１チャージ当たりのコストは高位となる。

これに対して、発明例１〜１８は、ワーク煉瓦の稼動面側にマグクロ系煉瓦を施工することにより、従来例２よりもライニングコストは若干増加するが、炉寿命が延びるため、１チャージ当たりのコストは、従来の煉瓦施工を施した従来例１、２よりも低位となり、コストを抑え炉寿命向上が図れた。

但し、発明例１〜９は、二種類の煉瓦を組み合わせるので、従来例１、２と比べて煉瓦の抜け落ち頻度は増加するが、発明例１０〜１８のように、二種類の煉瓦を千鳥積みにすることで、発明例１〜９はもとより従来例１、２よりも煉瓦の抜け落ち頻度が減り、１チャージ当たりのコストを低くすることができた。

また、発明例のうち、有効煉瓦厚さが１０％の発明例１、１０は、マグクロ系煉瓦の比率が少ないので、発明例のなかではトータル煉瓦の溶損速度が速く、炉寿命が低下して１チャージ当たりのコストが高くなった。

一方、発明例２〜９、１１〜１８のように有効煉瓦厚さを２０〜９０％と増加させれば、溶損を抑えることができ、１チャージ当たりのコストを従来例１、２よりも低くできた。

しかしながら、発明例９、１８のように、有効煉瓦厚さを９０％とすると、１チャージ当たりのコストは抑えられるものの、解体時における羽口部上方の廃棄煉瓦中にCr₂O₃が含まれるので、クロムフリー化を達成することができない。

以上より、本発明においては、有効煉瓦厚さは、２０〜８０％とすることが望ましいことが分かる。

本発明は上記の例に限らず、請求項に記載された技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

例えば上記の例では横吹き羽口２を有する精錬炉１について説明したが、斜め吹き込み、底吹き羽口の精錬炉に適用することも可能である。

１精錬炉
２横吹き羽口
３パーマネント煉瓦
４ワーク煉瓦
４ａマグクロ系煉瓦
４ｂドロマイト系煉瓦

Claims

炉壁に羽口が設けられた精錬炉において、
炉壁に内張りされた耐火煉瓦のうちで、鉄皮側に設けられるパーマネント煉瓦よりも炉内側に施工されるワーク煉瓦の、少なくとも羽口部の上方部分における所定範囲を稼動面側と背面側に２分し、前記２分した部分の稼動面側にはCr₂O₃を含有するマグクロ系煉瓦を使用し、背面側にはCr₂O₃を含有しないドロマイト系煉瓦を使用して築炉施工したことを特徴とする精錬炉。
前記背面側のドロマイト系煉瓦として、質量％でCaOが３０〜５０％、MgOが７０〜５０％、Cr₂O₃が０％のものを、前記稼動面側のマグクロ系煉瓦として、CaOが０％、MgOが５０％以上、Cr₂O₃が１５％以上含むものを使用することを特徴とする精錬炉。
炉容積等で決まる一般的な段毎の、前記パーマネント煉瓦の炉内側端面から前記稼動面側の煉瓦の炉内側端面までの長さをワーク煉瓦の有効厚みとした場合、背面側の煉瓦と稼動面側の煉瓦それぞれの厚さが占める割合を前記有効厚みの２０〜８０％としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の横吹き精錬炉。
段毎の、前記背面側の煉瓦と前記稼動面側の煉瓦の長さが交互に長短となるようにし、上下段で挟む構造としたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の横吹き精錬炉。