JP2013181202A

JP2013181202A - ブローパイプおよびその内張り耐火物層施工方法

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Publication number: JP2013181202A
Application number: JP2012045467A
Authority: JP
Inventors: Yoko Miyamoto; 陽子宮本; Sadakimi Kiyota; 禎公清田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2013-09-12

Abstract

【課題】寿命を向上させるとともに内張り耐火物層を構成する耐火物の施工効率を向上させるブローパイプおよびその内張り耐火物層の施工方法を提供することにある。
【解決手段】筒状の鉄皮２と、前記鉄皮の内側に位置する内張り耐火物層３と、それら鉄皮および内張り耐火物層を貫通するランス装入用のガイド管４とを具え、高炉羽口に接続されるブローパイプ１において、前記内張り耐火物層３を構成する耐火物が、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫ以下であり、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が４８質量％以上で７２質量％以下であり、かつＡｌ_２Ｏ_３／ＳｉＯ_２の質量比が１．１以上である耐火材からなり、前記内張り耐火物層３が、前記耐火材の層５からなる１層構造のものであることを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、筒状の鉄皮と、前記鉄皮の内側に位置する内張り耐火物層と、それら鉄皮および内張り耐火物層を貫通するランス装入用のガイド管とを具え、高炉羽口に接続されるブローパイプに関し、特には、寿命を向上させるとともに耐火物の施工効率を向上させるブローパイプおよびその内張り耐火物層の施工方法に関するものである。

近年の高炉操業においては、燃料原単位の低減および炉況安定化のため、微粉炭を羽口より直接、高炉内に吹き込む操業方法が実施されている。この微粉炭を補助燃料として使用する方法は、コークス比を低減できるので、コークス炉の負荷も低減可能であることから、より多量の微粉炭吹込みが指向されている。

一般に微粉炭の吹込みは、高炉の送風羽口に接続されたブローパイプのガイド管に微粉炭用ランスを装入し、このランスから吐出された微粉炭をブローパイプ内の熱風流れによって羽口先のレースウェイ空間へ運ぶことにより行われ、その際、ブローパイプ内で微粉炭が燃焼する。

図２は、上記の微粉炭の吹込みに用いられる従来のブローパイプおよびその内張り耐火物層の施工方法を示す断面図である。この図２に示すように従来のブローパイプ１は、筒状の鉄皮２と、その鉄皮２の内側に位置する内張り耐火物層３と、それら鉄皮２および内張り耐火物層３を貫通するランス装入用のガイド管４とを具え、その内張り耐火物層３が耐火材層５と断熱材層６との２層構造とされ、このため内張り耐火物層３を構成する耐火物が、耐火材層５を形成する耐火材と断熱材層６を形成する断熱材とからなっている。

ところで上記の微粉炭の燃焼効率を上昇させるためには、送風条件を変更する、具体的には送風温度上昇や酸素付加を実施することが有効であるが、酸素価格は高価であり、送風温度上昇や酸素付加はコスト上昇を招く。また、ランスの取り付け位置やランス形状の変更によって、微粉炭の分散性を上昇させて酸素との反応を促進させる方法もあるが、極度の分散性上昇は、羽口の磨耗や羽口への微粉炭中の溶融灰分の付着を招く。

こういった制約がある中で、ブローパイプにランスを２本以上備える構造をとる場合も多い（例えば、特許文献１、特許文献２および特許文献３参照）。しかしながら、構造が複雑になるほどブローパイプ内の内張り耐火物の施工が困難となる。

特開２００７−１３１８７３号公報特許第２９５３２５５号公報特開平１１−２２２６１２号公報

上述のように、ブローパイプ内の構造が複雑化している現状にあっては、内張り耐火物の充填不良および、それに伴う外側の鉄皮の赤熱により、ブローパイプの寿命が低下するという問題があった。

また、従来の内張り耐火物の施工方法では、鉄皮２の内周面に最初に断熱材を施工し、それを硬化させて断熱材層６を形成した後、その断熱材層６の内周面に耐火材を施工し、それを硬化させて耐火材層５を形成するという方法であったが、この方法では施工に時間がかかり、作業効率が悪いという問題もあった。

それゆえ本発明は、前記課題を解決し、寿命を向上させるとともに耐火物の施工効率を向上させるブローパイプおよびブローパイプの内張り耐火物層の施工方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、使用後のブローパイプを回収して解析したところ、断熱材が溶融していることを発見した。断熱材が溶融するのはそれより稼動面側（内側）に施工している耐火材の断熱性が不足していることに起因しており、それゆえ本発明者は、前記課題の解決には耐火物の充填性の向上とともに断熱性の向上が必要であると考え、下記の本発明を想到するに到った。

すなわち、前記課題を解決する本発明のブローパイプは、筒状の鉄皮と、前記鉄皮の内側に位置する内張り耐火物層と、それら鉄皮および内張り耐火物層を貫通するランス装入用のガイド管とを具え、高炉羽口に接続されるブローパイプにおいて、
前記内張り耐火物層を構成する耐火物が、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫ以下であり、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が４８質量％以上で７２質量％以下であり、かつ、Ａｌ_２Ｏ_３／ＳｉＯ_２の質量比が１．１以上である耐火材からなり、
前記内張り耐火物層が、前記耐火材の層からなる１層構造のものであることを特徴とするものである。

また、前記課題を解決する本発明のブローパイプの内張り耐火物層施工方法は、筒状の鉄皮と、前記鉄皮の内側に位置する内張り耐火物層と、それら鉄皮および内張り耐火物層を貫通するランス装入用のガイド管とを具え、高炉羽口に接続されるブローパイプの、前記内張り耐火物層を施工するに際し、
前記内張り耐火物層を構成する耐火物として、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫ以下であり、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が４８質量％以上で７２質量％以下であり、かつ、Ａｌ_２Ｏ_３／ＳｉＯ_２の質量比が１．１以上である耐火材を用い、
前記内張り耐火物層として、前記耐火材を１層で施工することを特徴とするものである。

上述したように、本発明のブローパイプおよびその内張り耐火物層の施工方法では、ブローパイプの鉄皮の内側に内張り耐火物層として耐火材を１層施工するようにしたので、耐火物の充填不良がなくなるとともに、工期の短縮が図られて作業効率が向上した。

また、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫ以下と低い耐火材を使用することにより、ブローパイプ内の半径方向の温度勾配が大きくなり、耐火物の充填不良がなくなったことと相俟って、鉄皮が赤熱することがなくなり、ブローパイプの寿命が向上した。

さらに、Ａｌ_２Ｏ_３／ＳｉＯ_２の質量比が１．１以上であるので耐火材中のＡｌ_２Ｏ_３含有量がＳｉＯ_２含有量よりも多く、しかもＡｌ_２Ｏ_３含有量が４８質量％以上で７２質量％以下であることから、耐用温度が高いため、耐火物が溶融することがなくなり、この点でもブローパイプの寿命が向上した。

本発明のブローパイプおよびその内張り耐火物層の施工方法の一実施形態を示す断面図である。従来のブローパイプおよびその内張り耐火物層の施工方法を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１は、本発明のブローパイプおよびその内張り耐火物層の施工方法の一実施形態を示す断面図であり、図中図２と同様の部分はそれと同一の符号にて示す。

図１に示すこの実施形態のブローパイプ１は、図２に示す従来のブローパイプ１と同様に高炉羽口に接続されるものであって、筒状の鉄皮２と、その鉄皮２の内側に位置する内張り耐火物層３と、それら鉄皮２および内張り耐火物層３を貫通するランス装入用のガイド管４とを具えているが、その内張り耐火物層３は、従来のブローパイプ１の２層構造と異なり、耐火物として耐火材を用いた耐火材層５のみからなる１層構造とされている。

ここで耐火材層５を形成する耐火材は、耐用温度が高いものであると同時に、断熱材としても機能する熱伝導率の低いものであり、具体的には、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫ以下であり、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が４８質量％以上で７２質量％以下であり、かつ、Ａｌ_２Ｏ_３／ＳｉＯ_２の質量比が１．１以上である耐火材である。

そして、この実施形態のブローパイプの内張り耐火物層の施工方法では、図１に示す、筒状の鉄皮２と、その鉄皮２の内側に位置する内張り耐火物層３と、それら鉄皮２および内張り耐火物層３を貫通するランス装入用のガイド管４とを具え、高炉羽口に接続されるブローパイプ１の、その内張り耐火物層３を施工するに際し、その内張り耐火物層３を構成する耐火物として、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫ以下であり、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が４８質量％以上で７２質量％以下であり、かつ、Ａｌ_２Ｏ_３／ＳｉＯ_２の質量比が１．１以上である耐火材を用い、その内張り耐火物層３として、前記耐火材の層５を１層で施工する。

この実施形態のブローパイプおよびその内張り耐火物層の施工方法によれば、高炉羽口に接続されるブローパイプ１の筒状の鉄皮２の内側に内張り耐火物層３として耐火材層５を１層施工するようにしたから、耐火物の充填不良がなくなった。

また、この実施形態のブローパイプおよびその内張り耐火物層の施工方法によれば、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫ以下と低い耐火材を使用したから、ブローパイプ内の半径方向の温度勾配が大きくなり、耐火物の充填不良がなくなったことと相俟って、鉄皮が赤熱することがなくなり、ブローパイプの寿命が向上した。なお、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫを超えると、ブローパイプ内の半径方向の温度勾配が小さくなり、鉄皮が赤熱してブローパイプの寿命が低下する。

さらに、この実施形態のブローパイプおよびその内張り耐火物層の施工方法によれば、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が４８質量％以上で７２質量％以下であり、かつ、Ａｌ_２Ｏ_３／ＳｉＯ_２の質量比が１．１以上である耐火材を使用したから、ブローパイプ１の使用中に耐火物が溶融することがなくなった。

なお、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が４８質量％未満またはＡｌ_２Ｏ_３／ＳｉＯ_２の質量比が１．１未満の耐火材あるいは断熱材を耐火物として使用すると、耐火物の融点が低く、ブローパイプ１の使用中に耐火物が溶融する。また、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が７２質量％を超えると、ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）よりもＡｌ_２Ｏ_３が多くなるため耐火物の熱伝導率が高くなり、鉄皮が赤熱してブローパイプの寿命が低下する。耐火物の熱伝導率はＡｌ_２Ｏ_３含有量とＳｉＯ_２含有量とに依存する。これは、例えば緻密質のＡｌ_２Ｏ_３では熱伝導率は３６〜３８Ｗ／ｍＫであり、一方、緻密質のムライトでは熱伝導率は約５Ｗ／ｍＫであるからである。

Ａｌ_２Ｏ_３含有量およびＳｉＯ_２含有量の少なくとも一方が異なる５種類の耐火物（耐火材および断熱材）を試作した。これらの耐火物をそれぞれ、水を加えて２分間混練し、成形型内に流し込んで１１４×２３０×６５ｍｍに成形した。そして１日養生後、脱型し、１１０℃×２４時間乾燥させ、１０００℃×３時間熱処理を行って試料とした。これらの試料について、ＪＩＳＲ２２５１−２：２００７耐火物の熱伝導率の試験方法−第２部：熱線法（平行法）により、１０００℃での熱伝導率を測定した。これらの試料のＡｌ_２Ｏ_３含有量（質量％）およびＳｉＯ_２含有量（質量％）並びに熱伝導率の測定結果を表１に示す。

次に、外径２００ｍｍ、内径１６０ｍｍの鉄皮の内側にこれらの耐火物を８０ｍｍ（半径分厚さ４０ｍｍ）施工してブローパイプを形成した。実施例１（図１参照）、実施例２および比較例２〜４は、耐火物として耐火材を１層施工したものである。比較例１（図２参照）は、鉄皮２の内側に耐火物として耐火材と断熱材とを２層に施工したものであり、ここで、稼動面側（内側）が１層目（耐火材層５）、鉄皮側（外側）が２層目（断熱材層６）である。

サーモグラフィーにより、操業中のブローパイプの鉄皮温度を測定した。また、使用後のブローパイプから耐火物を採取し、顕微鏡にて倍率１０倍で溶融した組織の有無の観察を行った。それらの結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例１および実施例２は、何れも鉄皮温度が３００℃以下であり、使用後の耐火物組織が健全であった。これに対し従来構造を持つ比較例１では、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が多く融点は高いものの熱伝導率が高い耐火材を１層目に施工し、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が少なくＡｌ_２Ｏ_３／ＳｉＯ_２質量比が低い断熱材を２層目に施工したため、鉄皮温度は３００℃以下であったものの、使用後耐火物に溶融した組織が観察された。なお、耐火物の溶融は、突発トラブルの原因となり、安定操業を妨げることになるため好ましくない。

比較例２および比較例３は、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が少ない耐火材を１層だけ施工したものである。比較例１と同様に鉄皮温度は３００℃以下であったものの、使用後耐火物に溶融した組織が観察された。比較例４は、Ａｌ_２Ｏ_３含有量、Ａｌ_２Ｏ_３／ＳｉＯ_２質量比ともに本発明の範囲内であるが、熱伝導率が本発明の範囲より大きいものである。この比較例４では、使用後の耐火物組織は健全であったが、鉄皮温度が３５１℃と高温になり、使用時に鉄皮が赤熱しているのが観察された。

従って上記の結果から、これら実施例１，２のブローパイプによれば、従来のブローパイプと比較して、寿命を向上させるとともに耐火物の施工効率を向上させることができるということが確認された。

以上、図示の実施形態に基づき説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変形し得るものであり、例えば、ランス装入用のガイド管４は、図示例では１本のみ具えるが、特許文献１〜３に記載のように複数本具えていてもよい。

かくして本発明のおよびその内張り耐火物層の施工方法によれば、ブローパイプの鉄皮の内側に内張り耐火物層として耐火材を１層施工するようにしたので、耐火物の充填不良がなくなるとともに、工期の短縮が図られて作業効率が向上した。

１ブローパイプ
２鉄皮
３耐火物層
４ガイド管
５耐火材層
６断熱材層

Claims

筒状の鉄皮と、前記鉄皮の内側に位置する内張り耐火物層と、それら鉄皮および内張り耐火物層を貫通するランス装入用のガイド管とを具え、高炉羽口に接続されるブローパイプにおいて、
前記内張り耐火物層を構成する耐火物が、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫ以下であり、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が４８質量％以上で７２質量％以下であり、かつ、Ａｌ_２Ｏ_３／ＳｉＯ_２の質量比が１．１以上である耐火材からなり、
前記内張り耐火物層が、前記耐火材の層からなる１層構造のものであることを特徴とする、ブローパイプ。
筒状の鉄皮と、前記鉄皮の内側に位置する内張り耐火物層と、それら鉄皮および内張り耐火物層を貫通するランス装入用のガイド管とを具え、高炉羽口に接続されるブローパイプの、前記内張り耐火物層を施工するに際し、
前記内張り耐火物層を構成する耐火物として、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫ以下であり、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が４８質量％以上で７２質量％以下であり、かつ、Ａｌ_２Ｏ_３／ＳｉＯ_２の質量比が１．１以上である耐火材を用い、
前記内張り耐火物層として、前記耐火材を１層で施工することを特徴とする、ブローパイプの内張り耐火物層施工方法。