JP2013047375A - 転炉の内張り耐火物の保護・補修方法 - Google Patents

Abstract

【課題】使用済み耐火物を再利用して転炉の内張り耐火物の保護・補修を可能とした方法を提案する。
【解決手段】使用済み耐火物を用いて、転炉１の炉体に敷設された内張り耐火物１ａを、保護・補修する方法において、前記使用済み耐火物と、液状無機系バインダーとを詰め込んだ１〜複数個のフレキシブルコンテナ３を、排滓後の原料装入前における傾転姿勢下の転炉１の炉内に、スクラップシュート２を介して投入する。
【選択図】図２

Description

本発明は、転炉の炉体内面に敷設された内張り耐火物の保護・補修方法に関するものであり、とくに、製鉄所で多量に発生する使用済み耐火物を再利用することによって該内張り耐火物の保護・補修を行なう方法について提案する。

製鉄所では、溶融金属を保持する容器として、耐火物を内張りした容器（転炉等の精錬炉、取鍋、タンディッシュ等）が数多く使用されている。

転炉等の内張り耐火物は、溶融金属やスラグが直接接触する部分であり、とくに、溶銑や鉄源であるスクラップ等が衝撃的に接する部位の内張り耐火物は、他の部分に比べて損耗の激しいことで知られている。

このため、前記内張り耐火物は、通常、特定部位が所定の厚さに減肉したときに新しい耐火物に張り替えるとか、不定形耐火物の吹付け、流し込みを行なうことによって補修するのが普通である。

ところで、新しい耐火物への張り替え、補修用不定形耐火物の吹付け等による補修に際しては、使用済み耐火物が発生する。この使用済み耐火物は、地金や酸化鉄、スラグ等が混入（付着、浸潤）しているため再利用が難しく、これまでは、産業廃棄物として廃棄処理されていた。

しかし、近年、廃棄処理にかかるコストの低減を図るとともに、資源の有効活用を図る観点から、こうした使用済み耐火物を再利用する気運が高まっている。

この点に関する先行技術として、特許文献１には、使用済み耐火物を、所定のサイズ以下にまで破砕したのち、破砕した耐火物（粉砕品）を、圧縮空気が流れる輸送管内に吸引し、次いで、その粉砕品を、溶融金属容器内の補修箇所に向けて吹き付けることによって補修するという方法が開示されている。

また、特許文献２、３には、骨材と有機結合剤とを主成分とする補修材において、該骨材として、粒径０．３〜２０ｍｍのマグネシア・カーボン系廃れんがを２０〜７０質量％程度含有させ、これを、吹付け装置によって補修部位に吹付けるか、コンテナバックか可燃性のフレキシブルコンテナ内に入れて損傷部位に向けて投入することによって補修するようにした熱間補修材とこの補修材を用いた補修方法が開示されている。

特開２００５―１８８７９８号公報 特開２００４―１６５９５２号公報 特開平０４−１１３１８９号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示の方法は、破砕にかかる耐火物を、気相搬送するものであり、専用の設備を別途用意しなければならず、コスト高になるという問題がある。

また、この文献１に開示のものは、気相搬送を前提としていることから、耐火物の破砕に際してサイズの調整が不可避であり、処理コストの上昇が避けられないと共に、接着剤と耐火物を別系統にて吸引しているため、均一混合が難しく、耐火物を所定の部位に効率よく堆積させることができないという課題もあった。

次に、上記特許文献２に開示の熱間補修材および補修方法については、廃れんがの粒径調整が必要であることに加え、補修材の配合割合に厳密な制約が設けられていることから、コストの上昇が避けられないという問題がある。

次に、特許文献２や特許文献３に開示されている補修材は、粉末状の結合剤（ピッチ、タール等）の他にフェノール樹脂を含有すると共に、補修の直前にその結合剤と骨材とを混合する必要があるところ、常温での流動性を確保し難いこともあってこれらを均一に混合するのが困難である。そのため、事前の混合作業が必要となって、結合剤が高価であることも加わって、コスト高となる。しかも、この結合剤の場合、硬化までに約３０分程度を要するため、生産調整が必要となり、補修を急ぐ場合の使い勝手がよいとはいえない。

そこで、本発明の目的は、使用済み耐火物を、特別な設備を用いたり、事前整粒等の余計な処理を施すことなにしに再利用して、内張り耐火物の保護・補修を行なうことができる方法を提案するところにある。

上掲の目的の実現に向けた検討を重ねた結果、発明者らは、使用済み耐火物を投入することによって、転炉の炉体に敷設された内張り耐火物を、保護・補修する方法において、前記使用済み耐火物と、液状無機系バインダーとを詰め込んだ１〜複数個のフレキシブルコンテナを、排滓後の原料装入前における傾転姿勢下の転炉炉内に、スクラップシュートを介して投入することを特徴とする転炉の内張り耐火物の保護・補修方法である。

上記の構成からなる転炉の内張り耐火物の保護・補修方法において、
（１）前記液状無機系バインダーが、水ガラスや珪酸カリウムを含む珪酸塩系バインダー、リン酸ソーダを含むリン酸塩系バインダーをそれぞれ単独にもしくは複合したものであること、
（２）前記液状無機系バインダーは、少なくとも５〜３０ｍａｓｓ％の珪素含有化合物を含むこと、
（３）前記珪素含有化合物が水ガラスであること、
（４）使用済み耐火物と液状無機系バインダーとは、使用済み耐火物１００ｍａｓｓ％に対し、１０〜２５ｍａｓｓ％相当量の液状無機系バインダーとを混合して用いること、
（５）前記フレキシブルコンテナが、前記転炉炉内への投入時に、保護・補修箇所の表面に馴染み、かつ、前記使用済み耐火物と前記液状無機系バインダーとの混合の促進に寄与するプラスチック製、繊維製または紙製の袋からなること、
（６）前記使用済み耐火物が、３０ｍｍ以下の耐火物であること、
が、本発明の課題解決のための具体的手段として好ましい。

前記のような構成からなる本発明によれば、転炉において最も損耗、損傷を受けやすい部位、すなわち、スクラップシュートの直下に位置する炉体側壁部位に、使用済み耐火物による保護・補修層を形成することができるため、内張り耐火物の寿命の延長が可能となる。また、予め保護層を形成しておくことにより、炉体側壁部位の耐火物の減肉を抑制することができる。

また、本発明にかかる上記の保護・補修方法によれば、使用済み耐火物と、液状無機系バインダーとを詰め込んだフレキシブルコンテナを、スクラップシュートを介して投入するようにしたため、損耗、損傷が大きい部位である炉体側壁部位に、的確に、かつ、速やかに定着させることが可能であり、効率的な保護・補修が行える。

しかも、本発明によれば、上記の構成に併せて液状無機系バインダーを用いているので、該使用済み耐火物が短時間のうちに炉体側壁部位に定置、付着し、これが保護、補修層となるため、次回のスクラップ、溶融金属の装入時に、その部位に対する衝撃が緩和される。

さらに、本発明によれば、使用済み耐火物を詰め込むフレキシブルコンテナとして、プラスチック製、繊維製、紙製等からなる袋タイプのフレキシブルコンテナを採用したことで、使用済み耐火物と液状無機系バインダーとの均一な混合が達成できる。また、該フレキシブルコンテナは、保形性が低いため、炉内への投入時に、保護・補修箇所の表面に馴染みやすく、投入かかる使用済み耐火物のほぼ全てが、保護層、補修層を形成するのに消費され、歩留まりが高い。

とくに、本発明の保護・補修方法において、珪素含有化合物（水ガラス系のもの）等を含有する液状無機系バインダーを用いるので、常温における流動性が確保される。従って、使用済み耐火物を詰め込んだフレキシブルコンテナに、投入の直前に該液状無機系バインダーを添加しても使用済み耐火物粉との十分な均一混合が可能である。しかも、この方法は取り扱いも容易でハンドリング性に優れる他、該液状無機系バインダーをフレキシブルコンテナ内に添加するだけで自然に使用済み耐火物に浸透していくため、事前の混合やフレキシブルコンテナ内での混合作業が不要となるので、作業性に優れる。また、この方法の場合、該使用済み耐火物と、該液状無機系バインダーとをそれぞれ個別に、しかも長期にわたって保存することができる。

さらに、本発明によれば、使用済み耐火物の使用に際し、前記液状無機系バインダーの使用を前提するとき、該使用済み耐火物を３０ｍｍ以下の大きさに粉砕しておくだけで、炉壁耐火物の保護材、補修材として再使用することでき、整粒に要する作業が不要となる分、コスト的に有利である。

傾転姿勢に保持された転炉を模式的に示した図である。 フレキシブルコンテナを、スクラップシュートを介して転炉に投入した状態を示した図である。

以下、図面を用いて本発明をより具体的に説明する。
図１は、本発明を実施するのに用いて好適な傾転状態の転炉を模式的に示した図である。

図における符号１は、傾転姿勢下に保たれた転炉である。この転炉１は、鉄皮１ａの内側に、内張り耐火物１ｂが施されている。なお、本発明において、内張り耐火物とは、図示は省略したが、永久れんが層の上に施されたワークれんが層あるいは不定形耐火物層をいうものとする。

また、図中の２は、転炉１内にスクラップ等の鉄源を投入するために用いられるスクラップシュートである。このスクラップシュート２は、通常、クレーン等で転炉の炉口１ｃから転炉内を指向する位置に適宜、導入するものである。

溶銑やスクラップは、転炉１を、図１に示すように傾転させ、その姿勢を維持した状態で、取鍋やスクラップシュートを介して投入される。

ところで、転炉に溶銑やスクラップを投入する時は、図示したところから明らかなように、転炉の炉底部寄りの側壁部に落下による衝撃が加えられる。従って、当該部位は他の部位に比較して内張り耐火物の損耗、損傷が激しい。このこと前述したとおりである。

そこで本発明では、このような状況に鑑み、前記使用済み耐火物と、液状無機系バインダーとを詰め込んだ１〜複数個のフレキシブルコンテナを、排滓後〜原料装入前の傾転姿勢下にある転炉の炉内に、スクラップシュート２を介して投入するようにしたのである。図２は、傾転させた転炉内の炉壁補修位置にフレキシブルコンテナ３を投入する模様を示す図である。

前記フレキシブルコンテナ３は、クレーン等によるスクラップシュート２の適切な繰り出しと位置の調整とにより、上記の損耗、損傷を受けやすい部位である炉底寄りの側壁へと投入され、このことにより、やがてその部位に、保護層あるいは補修層が形成される。

本発明は、保護層、補修層を形成するに当たって、使用済み耐火物を再利用するのであるから、該使用済み耐火物の大幅な削減（資源の有効活用）が可能となり、併せて転炉の寿命も延長される。

かかる使用済み耐火物としては、転炉や取鍋、タンディッシュ、その他、各種の溶湯保持容器において使用される耐火物、ＭｇＯ−Ｃ質れんが、Ａｌ₂Ｏ₃質れんが等を含むものを用いることができる。その際、とくに整粒する必要はないが、短時間で保護層、補修層が形成されるよう、３０ｍｍ以下の大きさに粉砕しておく。

また、本発明において特徴的な前記液状無機系バインダーは、使用済み耐火物と速やかに均一混合させるための分散媒として役立つ他、保護、補修層の形成に際して、該使用済み耐火物を、損耗、損傷部位において固定する機能を有するものである。例えば、該液状無機系バインダーとして、水ガラスや珪酸カリウム等を含む珪酸塩系バインダー、リン酸ソーダ等を含むリン酸塩系バインダーをそれぞれ単独に、またはこれらの複合物からなる液状無機系バインダーを用いることができる。

特に、前記液状無機系バインダーは、例えば、珪素含有化合物としての水ガラスを、５〜２０ｍａｓｓ％の範囲で含有させた場合、これにより、該液状無機系バインダーの常温での流動性が確保され、投入直前での使用済み耐火物との均一な混合が可能となり、ハンドリング性が向上する。

また、使用済み耐火物と液状無機系バインダーとの混合割合は、使用済み耐火物１００ｍａｓｓ％に対し液状無機系バインダーを１０〜２５ｍａｓｓ％とする。その理由は、バインダー比率が１０ｍａｓｓ％より小さいと、炉体へ到達する前に固まったり、強度が低下するからであり、逆に、バインダー比率が２５ｍａｓｓ％より大きくなると、硬化に時間がかかり生産性を阻害することになるからである。

使用済み耐火物を詰め込むフレキシブルコンテナは、該フレキシブルコンテナ自体の容易な形状変形によって、液状無機系バインダーとの均一な混合を促進させることが可能になるとともに、転炉への投入に際し、液状無機系バインダーと混合された使用済み耐火物が、保護・補修箇所の外表面によく馴染み、かつ、該フレキシブルコンテナから速やかに露出させることができるようなものが好ましく、ポリプロピレンや塩化ビニル、ポリエチレンその他のプラスチック製の袋、繊維製の袋あるいは紙製の袋を用いることができる。

例えば、直径１ｍ程度の袋であれば、５００ｋｇ前後の使用済み耐火物を詰め込むことが可能であり、転炉の保護・補修の程度に応じて直径４０〜６０ｍｍ、８０〜１２０ｍｍ程度の袋を１〜複数個用いることが好ましい。とくに、使用済み耐火物の詰め込みに当たっては、強度確保のために、嵩比重が２．５程度となるように詰め込むのがよい。

上掲図１に示したような、容量２５０ｔの転炉を用い、排滓〜受銑に至るまでの間に、下記の条件のもとに、スクラップシュート２を使ってフレキシブルコンテナの投入を行い、使用済み耐火物の消費状況、転炉の寿命についての調査を行った。

条件：３０ｍｍ以下に粉砕したＭｇＯ−Ｃ質使用済みれんがを５００ｋｇ、液状無機系バインダーとして珪酸塩系バインダーＤＡＩＫＡＣＯＡＴ ｘ−５０（大新化工製、水ガラス系）を６０ｋｇ（使用済れんがに対し１２ｍａｓｓ％）を含む補修材をポリプロピレン製のフレキシブルコンテナに詰め込んだものを使用した。液状無機系バインダーは、フレキシブルコンテナ内に直接添加し、混合処理は事前および事後とも特に行なわなかった。また、比較例として、液状無機系バインダーに代えてピッチ系バインダーを同様の条件で添加した補修材のものを実験した。

その結果、比較例のピッチ系バインダーを使用した補修材が硬化までに約３０分かかっていたのに対して、本発明に適合する水ガラス等を用いた補修材の場合２〜３分で硬化が完了し、所要時間は従来の１０分の1となったため、生産工程に全く支障なく補修が可能となった。
さらに、製鉄所において年間４０００ｔ 程度発生していた使用済み耐火物が、１０％程度削減されるとともに、従来の補修材に置換しても転炉寿命に変化がなく、とくに、使用済み耐火物を無整粒のままで使用しても転炉の保護・補修に有用であることが確認された。

本発明によれば、特別な設備を用いたり、余計な処理を伴うことなしに使用済み耐火物を再利用して、短時間の間に転炉の保護・補修を行える方法が提供できると共に、この方法は、他の冶金炉の炉壁補修にも応用が可能である。

１ 転炉
１ａ 鉄皮
１ｂ 内張り耐火物
１ｃ 炉口
２ スクラップシュート
３ フレキシブルコンテナ

Claims (7)

1. 使用済み耐火物を投入することによって、転炉の炉体に敷設された内張り耐火物を、保護・補修する方法において、
   前記使用済み耐火物と、液状無機系バインダーとを詰め込んだ１〜複数個のフレキシブルコンテナを、排滓後の原料装入前における傾転姿勢下の転炉炉内に、スクラップシュートを介して投入することを特徴とする転炉の内張り耐火物の保護・補修方法。
2. 前記液状無機系バインダーが、水ガラスや珪酸カリウムを含む珪酸塩系バインダー、リン酸ソーダを含むリン酸塩系バインダーをそれぞれ単独にもしくは複合したものであることを特徴とする請求項１に記載した転炉の内張り耐火物の保護・補修方法。
3. 前記液状無機系バインダーは、少なくとも５〜３０ｍａｓｓ％の珪素含有化合物を含むことを特徴とする請求項１または２に記載した転炉の内張り耐火物の保護・補修方法。
4. 前記珪素含有化合物が水ガラスであることを特徴とする請求項３に記載した転炉の内張り耐火物の保護・補修方法。
5. 使用済み耐火物と液状無機系バインダーとは、使用済み耐火物１００ｍａｓｓ％に対し、１０〜２５ｍａｓｓ％相当量の液状無機系バインダーとを混合して用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載した転炉の内張り耐火物の保護・補修方法。
6. 前記フレキシブルコンテナが、前記転炉炉内への投入時に、保護・補修箇所の表面に馴染み、かつ、前記使用済み耐火物と前記液状無機系バインダーとの混合の促進に寄与するプラスチック製、繊維製または紙製の袋からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載した転炉の内張り耐火物の保護・補修方法。
7. 前記使用済み耐火物が、３０ｍｍ以下の耐火物であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１に記載した転炉の内張り耐火物の保護・補修方法。

Images