JP2013053322A - 高炉用の出銑樋 - Google Patents

Abstract

【課題】流路の溶銑およびスラグの流入位置近傍における側面部の耐火材の溶損を低減し、従来の出銑樋と比べて寿命の延長を図ることができる高炉用の出銑樋を提供する。
【解決手段】高炉１０の出銑口１１から排出された溶銑１２およびスラグ１３が流入するとともに、流入した溶銑１２およびスラグ１３を比重差により分離して個々に排出する流路２を備える高炉用の出銑樋１において、流路２は、下流側に向けて低く傾斜する底面部２０を有し、溶銑１２およびスラグ１３が流入する位置Ｐにおける底面部２０の水平方向に対する傾斜角度αが１．６度以上であることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、高炉からの出銑口から出銑された溶銑およびスラグを分離してそれぞれ個別に排出する高炉用の出銑樋に関するものである。

一般に、高炉などにおいては、溶銑とスラグとが混在した状態で出銑口から排出されるため、溶銑とスラグとを分離するために、出銑樋が使用される（例えば、特許文献１を参照）。この出銑樋は、図７に示すように、高炉１００の出銑口１０１から排出される溶銑１０２およびスラグ１０３を分離させながら、下流方向へ流下させる流路１０４を備えている。この流路１０４は、上部の幅が下部の幅よりも広い断面視台形状の溝により構成されており、流路１０４の底面部は、溶銑１０２およびスラグ１０３が下流方向へ流れるように、若干、下流方向に向けて低く傾斜している。

溶銑１０２およびスラグ１０３は、放物線の軌跡を描いて高炉１００の出銑口１０１から出銑された後、出銑樋の流路１０４に対して斜めの角度で流入する。溶銑１０２およびスラグ１０３の流入直後は、スラグ１０３は溶銑１０２中に分散しているが、溶銑１０２とスラグ１０３とではその比重が異なるので、流路１０４を下流方向へ流れるにつれて、各々が分離し、溶銑１０２が下部に沈降するとともに、スラグ１０３が溶銑１０２上を浮遊する状態で流下するようになる。

出銑樋の流路１０４の下流側には、ダンパー１０５が設けられており、流路１０４を流れる溶銑１０２およびスラグ１０３のうち、スラグ１０３はダンパー１０５で堰き止められて、スラグ排出口１０６から排出される。一方、溶銑１０２は、ダンパー１０５と流路１０４の底面部との間の隙間を通過して、ダンパー１０５と立ち上がり部１０７との間に貯留され、立ち上がり部１０７をオーバーフローすることで、図示しない溶銑樋や溶銑傾注樋に流入される。このように、出銑樋は、スラグ排出口１０６、ダンパー１０５、立ち上がり部１０７のレベルを適正に保つことで、溶銑１０２とスラグ１０３とを別々に回収できる構造となっており、また、高炉１００の出銑口１０１から溶銑１０２およびスラグ１０３が排出されない非出銑中は、溶銑１０２を貯留できるようになっている。なお、非出銑中に、出銑樋の流路１０４の全域に溶銑１０２が貯留されているタイプのものを貯銑式といい、一方、非出銑中に、出銑樋の流路１０４の下流側にのみ溶銑１０２が貯留されているタイプのものをセミ貯銑式という。セミ貯銑式では、非出銑中、出銑樋の流路１０４の上流側にはスラグ１０３のみが貯留されているのが一般的である。

特開２００５−３０７２３０号公報

ところで、上記した構成の出銑樋では、通常、流路１０４の側面部および底面部は、流路１０４を流れる溶銑１０２やスラグ１０３が高温であるため、耐火材により内張りされているが、この耐火材は、溶銑１０２およびスラグ１０３の流動による摩耗などによって局部的に損傷を受けて溶損する。そのため、耐火材の溶損を極力少なくすることが、出銑樋の寿命の延長を図るうえで重要である。この耐火材の溶損は、流路１０４の側面部１０８部分において特に顕著になっており、図８に示すように、流路１０４の深さ方向においては、気相−スラグ界面（スラグライン）ＳＬおよびスラグ−溶銑界面（メタルライン）ＭＬで大きく溶損し、また、図９に示すように、流路１０４の長手方向においては、高炉１００の出銑口１０１から排出された溶銑１０２およびスラグ１０３が流路１０４へ流入する位置近傍で大きく溶損することが知られている。

このうち、スラグラインおよびメタルラインにおいて耐火材が大きく溶損する原因については解明されており、耐火材の溶損を低減するための種々の対策が講じられている一方で、溶銑１０２およびスラグ１０３が流路１０４へ流入する位置近傍で耐火材が大きく溶損する原因については明確に判明しておらず、該位置で耐火材が大きく溶損する原因の解明が問題となっている。

本発明は、上記した問題に着目してなされたもので、流路の溶銑およびスラグの流入位置近傍における側面部の耐火材の溶損を低減し、従来の出銑樋と比べて寿命の延長を図ることができる高炉用の出銑樋を提供することを目的とする。

本発明の前記目的は、高炉の出銑口から排出された溶銑およびスラグが流入するとともに、流入した溶銑およびスラグを比重差により分離して個々に排出する流路を備える高炉用の出銑樋において、前記流路は、下流側に向けて低く傾斜する底面部を有し、少なくとも溶銑およびスラグが流入する位置における前記底面部の水平方向に対する傾斜角度が１．６度以上であることを特徴とする高炉用の出銑樋により達成される。

本願の発明者が鋭意検討したところ、上記した流路の溶銑およびスラグが流入する流入位置近傍における側面部の耐火材の溶損の原因が、流路の底面部の傾斜角度に起因する前記流入位置での溶銑およびスラグの流動によるものであると考え、つまり、高炉の出銑口から出銑樋に排出された溶銑およびスラグは、流路の底面部に当って下流側に向かって流れるとともに、流路の側面部に向かって両側に分かれるところ、従来の出銑樋では、流路の底面部の水平方向に対する傾斜角度が約１度と緩やかに設定されていたために、流路の底面部に当った後、下流側に向かって流れる溶銑およびスラグの流動が小さくなり、その分、流路の各側面部に向かう分流の流動が大きくなる。その結果、流路の溶銑およびスラグが流入する流入位置においては、流路の各側面部に対して溶銑およびスラグの混合層が勢いよくぶつかるので、磨耗による各側面部の耐火材の溶損が大きくなるため、この結果をもとに、各側面部に向かう分流の流動を抑制することが耐火材の損傷の抑制につながるという知見を得て、本発明に到達した。

つまり、本発明の出銑樋では、少なくとも流路の前記流入位置における底面部の傾斜角度を、１．６度以上に大きくして、底面部をより急傾斜させることにより、流路の底面部に当った後、下流側に向かって流れる溶銑およびスラグの流動を大きくすることで、流路の各側面部に向かう分流の流動を小さくした。このように、底面部をより急傾斜させて、流路の各側面部に向かう分流の流動を小さくすることにより、溶銑およびスラグの混合層が各側面部にぶつかる勢いが小さくなるので、耐火材の溶損を低減することができるようになっている。

本発明の好ましい実施態様においては、前記傾斜角度は、５度以下であることを特徴としている。

流路の底面部の前記傾斜角度は、大きければ大きいほど、溶銑およびスラグが流入する位置における側面部の耐火材の損傷を低減することができるが、前記傾斜角度が大き過ぎると、出銑樋の敷部の厚みが薄くなり過ぎてしまって出銑樋の耐用性に影響が生じるので、５度以下であることが好ましく、３度以下であることがさらに好ましい。

本発明の好ましい実施態様においては、上記した出銑樋が、前記出銑口からの溶銑およびスラグの排出時、前記流路の少なくとも溶銑およびスラグが流入する位置に溶銑が貯留されていないセミ貯銑式のものであることを特徴としている。

本発明の高炉用の出銑樋によれば、流路の溶銑およびスラグの流入位置付近における側面部の耐火材の溶損を低減することができるため、従来の出銑樋と比べて寿命の延長を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る高炉用の出銑樋を模式的に示す断面図である。 図１の平面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 従来例の出銑樋の流路の溶銑およびスラグが流入する位置における溶銑およびスラグの流動を説明する模式図である。 本実施形態の出銑樋の流路の流入位置における溶銑およびスラグの流動を説明する模式図である。 流路の底面部の傾斜角度を変えた時の流路の流入位置における側面部の溶損速度を計測したグラフである。 従来例の高炉用の出銑樋を模式的に示す断面図である。 典型的な出銑樋の流路の側面部の溶損を説明する断面図である。 出銑口からの距離と出銑樋の流路の側面部の溶損速度との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実態形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る高炉用の出銑樋を模式的に示す断面図であり、図２はその平面図である。また、図３は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図１〜図３に示すように、本発明の高炉用の出銑樋１は、鋼鉄よりなる樋外枠１ａと、樋外枠１ａの内張りとして設けられた、煉瓦またはキャスタブルよりなる断熱用耐火材１ｂ、アルミナ、炭珪質レンガまたはキャスタブルよりなるパーマ用耐火材１ｃ、およびワーク用耐火材１ｄとにより形成されており、その幅中央部に、高炉１０の出銑口１１から排出された溶銑１２およびスラグ１３を受け入れて、出銑樋１の長手方向へ流下させる流路２を備えている。

流路２は、上部の幅が下部の幅よりも広い断面視台形状に形成されている。流路２の底面部２０は、出銑口１１より流入した溶銑１２およびスラグ１３の混合層が出銑樋１の長手方向の先端部Ｙ（下流方向）へ流れるように、下流方向に向けて低く傾斜している。

溶銑１２およびスラグ１３は、放物線の軌跡を描いて高炉１０の出銑口１１から排出された後、出銑樋１の流路２に対して斜めの角度で流入する。溶銑１２およびスラグ１３の流入直後は、スラグ１３は溶銑１２中に分散して混合している。しかし、溶銑１２は鉄を主成分とする溶融状態の金属である一方、スラグ１３は Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＣａＯなどの溶融状態の酸化物であり、溶銑１２と溶融スラグ１３とではその比重が異なるため、溶銑１２およびスラグ１３の混合層が流路２を下流方向へ流れるにつれて、流路２内で各々が分離し、溶銑１２が下部に沈降するとともに、スラグ１３が溶銑１２上を浮遊する状態で流下するようになっている。なお、図１中のＭＬは溶銑１２とスラグ１３との界面を、また、ＳＬはスラグ１３と気相との界面を、それぞれ示している。

出銑樋の流路２の下流側には、ダンパー３が設けられており、流路２を流れる溶銑１２およびスラグ１３のうち、スラグ１３は、ダンパー３で堰き止められる。そして、スラグ１３は、スラグ排出口４をオーバーフローすることで、図示しないスラグ樋へ排出される。図２中の矢印ａは、スラグ１３が流れる方向を示している。一方、溶銑１２は、ダンパー３と流路２の底面部２０との間の隙間を通過して、ダンパー３と立ち上がり部５との間に貯留される。そして、立ち上がり部５をオーバーフローすることで、図示しない溶銑樋や溶銑傾注樋に流入される。図２中の矢印ｂは、溶銑１２の流れる方向を示している。

このように、出銑樋１は、スラグ排出口４、ダンパー３、立ち上がり部５のレベルを適正に保つことで、溶銑１２とスラグ１３とを別々に排出できる構造となっており、また、高炉１０の出銑口１１から溶銑１２およびスラグ１３が排出されない非出銑中においては、溶銑１２およびスラグ１３を貯留できるようになっている。なお、本実施形態の出銑樋１は、非出銑中において、流路２の下流側にのみ溶銑１２が貯留されるセミ貯銑式と呼ばれるタイプのものであり、非出銑中、流路２の上流側にはスラグ１３のみが存在している。

本実施形態の出銑樋１では、流路２の少なくとも溶銑１２およびスラグ１３が流入する位置における底面部２０の傾斜角度αが、水平方向に対して、１．６度以上となっており、前記傾斜角度αを、従来の出銑樋の流路の底面部の傾斜角度（約１度）と比較すると、急傾斜にしたことに特徴を有している。

つまり、図１において、高炉１０の出銑口１１から排出された溶銑１２およびスラグ１３が、出銑樋１の流路２に流入する流入位置をＰとすると、少なくとも前記流入位置Ｐ近傍における流路２の底面部２０の水平方向に対する傾斜角度αが、１．６度以上の急傾斜となっている。例えば、流路２の溶銑１２およびスラグ１３が流入する前記流入位置Ｐが、出銑樋１の基端部Ｘから３ｍ〜４ｍ離れた位置である場合には、少なくとも出銑樋１の基端部Ｘから３ｍ〜６ｍ離れた位置における流路２の底面部２０の傾斜角度αを１．６度以上にする。なお、流路２の底面部２０は、出銑樋１の基端部Ｘから流路２の前記流入位置Ｐ近傍まで同じ傾斜角度αで傾斜させるようにしてもよく、また、出銑樋１の基端部Ｘから少し離れた位置（１ｍ〜２ｍ程度離れた位置）から流路２の前記流入位置Ｐ近傍まで同じ傾斜角度αで傾斜させるようにしてもよい。

上記した構成の出銑樋１では、流路２の長手方向において、高炉１０の出銑口１１から溶銑１２およびスラグ１３が流入する流入位置Ｐ近傍で、流路２の側面部２１の耐火材１ｂが大きく溶損することが知られているが（図９を参照）、本願の発明者が鋭意検討したところ、流路２の前記流入位置Ｐ近傍における側面部２１の耐火材１ｂの溶損の原因は、流路２の底面部２０の傾斜角度αに起因する前記流入位置Ｐでの溶銑１２およびスラグ１３の流動に原因があることが分かった。つまり、高炉１０の出銑口１１から出銑樋１に排出された溶銑１２およびスラグ１３は、流路２の底面部２０に当って下流側に向かって流れるとともに、流路２の各側面部２１に向かって両側に分かれるところ、従来の出銑樋では、流路２の前記流入位置Ｐ近傍における底面部２０の水平方向に対する傾斜角度αが約１度と緩やかに設定されていたために、図４に示すように、流路２の底面部２０に当った後、下流側に向かって流れる溶銑１２およびスラグ１３の流動Ｌ１が小さくなり、その分、流路２の各側面部２１に向かう分流の流動Ｌ２が大きくなる。その結果、流路２の前記流入位置Ｐにおいては、流路２の各側面部２１に対して溶銑１２およびスラグ１３の混合層が勢いよくぶつかるので、磨耗による各側面部２１の耐火材１ｂの溶損が大きくなる。

これに対して、本発明の出銑樋１のように、少なくとも流路２の前記流入位置Ｐ近傍における底面部２０の傾斜角度を、１．６度以上に大きくして、底面部２０をより急傾斜させると、図５に示すように、流路２の底面部２０に当った後、下流側に向かって流れる溶銑１２およびスラグ１３の流動Ｌ１が大きくなる一方で、流路２の各側面部２１に向かう分流の流動Ｌ２が小さくなる。これにより、溶銑１２およびスラグ１３の混合層が流路２の各側面部２１にぶつかる勢いが小さくなるので、流路２の前記流入位置Ｐにおける各側面部２１の耐火材１ｂの溶損を低減することが可能になっている。

上述のとおり、流路２の底面部２０の前記傾斜角度αは、大きければ大きいほど、下流側に向かって流れる溶銑１２およびスラグ１３の流動が大きくなる一方で、流路２の各側面部２１に向かう分流の流動が小さくなるので、流路２の前記流入位置Ｐにおける両側面部２１の耐火材１ｂの損傷を低減することができるが、前記傾斜角度αが大き過ぎると、出銑樋１の敷部１４の厚みが薄くなり過ぎてしまって出銑樋１の耐用性に影響が生じるおそれがある。よって、流路２の底面部２０の前記傾斜角度αは、５度以下であることが好ましく、３度以下であることがより好ましい。

なお、流路２の前記流入位置Ｐ近傍よりも下流側の底面部２０については、前記流入位置Ｐ近傍と連続するように同じ傾斜角度αで傾斜させてもよいし、前記傾斜角度αよりも緩やかな傾斜角度で傾斜させてもよい。

本発明の高炉用の出銑樋１の作用・効果を確認するため、上記した構成の出銑樋１において、高炉１０の出銑口１１から溶銑１２およびスラグ１３が流入する流入位置Ｐを含むその近傍における流路２の底面部２０の水平方向に対する傾斜角度αを、０．５度から３度の間で適宜変えたものを複数製作した。そして、これらの製作された出銑樋１の流路２に対して、それぞれ高炉１０の出銑口１１から溶銑１２およびスラグ１３を排出し、出銑樋１の流路２を通過した溶銑量が所定量（１５０００トン〜３００００トン）に達した後、溶銑１２およびスラグ１３の排出を中止して、出銑樋１の流路２から残銑を抜き、流路２の前記流入位置Ｐ付近の側面部２１の耐火材１ｂの最大溶損部位での溶損量を実測することで評価した。なお、溶銑１２およびスラグ１３の排出時の平均出銑温度は１５００℃〜１５７０℃であった。

試験結果を、図６に示す。図６に示すように、流路２の前記流入位置Ｐ近傍における底面部２０の前記傾斜角度αを大きくすればするほど、前記流入位置Ｐにおける流路２の各側面部２１の耐火材１ｂの溶損速度（ｍｍ／千トン）が低減する傾向にあることが確認され、少なくとも前記流入位置Ｐにおける流路２の底面部２０の前記傾斜角度αが１．６度以上であれば、前記流入位置Ｐにおける流路２の各側面部２１の耐火材１ｂの溶損速度が従来（傾斜角度が約１度）よりも大幅に抑制されることが明らかになっている。

以上のように、本発明の高炉用の出銑樋１によれば、溶銑１２およびスラグ１３の流入位置Ｐ付近における流路２の各側面部２１の耐火材１ｂの溶損を低減することが可能であり、その結果、出銑樋１全体の寿命を従来より大幅に延長することが可能である。

１ 出銑樋
２ 流路
１０ 高炉
１１ 出銑口
１２ 溶銑
１３ スラグ
２０ 底面部
Ｐ 流入位置
α 傾斜角度

Claims (3)

1. 高炉の出銑口から排出された溶銑およびスラグが流入するとともに、流入した溶銑およびスラグを比重差により分離して個々に排出する流路を備える高炉用の出銑樋において、
   前記流路は、下流側に向けて低く傾斜する底面部を有し、溶銑およびスラグが流入する位置における前記底面部の水平方向に対する傾斜角度が１．６度以上であることを特徴とする高炉用の出銑樋。
2. 前記傾斜角度は、５度以下であることを特徴とする請求項１に記載の高炉用の出銑樋。
3. 請求項１または２に記載の高炉用の出銑樋であって、
   該出銑樋が、前記出銑口からの溶銑およびスラグの排出時、前記流路の少なくとも溶銑およびスラグが流入する位置に溶銑が貯留されていないセミ貯銑式のものであることを特徴とする高炉用の出銑樋。