JP2021059757A - Ｒｈ脱ガス環流管用耐火物 - Google Patents

Abstract

【課題】環流管の上下全体で損耗バランスがとれた一体成形環流管を得る。さらには、異なる材質を一体成形した場合であっても全体が均一に成形でき、材質の境界部やその周辺に亀裂が発生しない成形体を得る。【解決手段】環流管の上部域にはFeOスラグに対し耐溶損性に優れる鱗状黒鉛をカーボン原料として主に使用したMgO-Cれんがを適用し、環流管の下部域には耐熱スポール性に優れる膨張化黒鉛をカーボン原料として主に使用したMgO-Cれんがを適用する。さらには、環流管の上部と下部の材質の間に、両者の中間の性質を示す材質を配置する。【選択図】 なし

Description

本発明はＲＨ脱ガス装置に関し、特に、ＲＨ脱ガス装置の環流管用耐火物に関するものである。

図１はＲＨ脱ガス装置の縦断面を示すものである。

ＲＨ脱ガス装置の下部槽１は下部槽内張レンガ７と敷レンガ６により内張りされており、この下部槽１の底部には左右に１対の開口部が設けられ、この開口部には上方から環流管４および浸漬管５が接続して設けられている。下部槽１と浸漬管５とは、下部槽フランジ２と浸漬管フランジ３とをボルトで接合しており、浸漬管５は両フランジを切り放して交換される。

溶鋼１２の脱ガス処理は、取鍋１１内の溶鋼１２に浸漬管５を浸漬させ、エジェクターやブースター（図示しない）によって真空脱ガス装置内の空気を排気して減圧し、図１の左側の浸漬管内壁レンガ９内を貫通する羽口（図示しない）より所定量の環流用Ａｒガス１４を吹き込む。これにより、溶鋼１２は矢印の方向に上昇し、下部槽１内に導かれ、右側の浸漬管５から矢印の方向に下降して取鍋１１と下部槽１間を環流する。この際に、真空脱ガス装置内では溶鋼１２中の水素、窒素、炭素等が除去される。

このような下部構造を持つ環流式真空脱ガス装置では、特に上昇側（左側）の環流管内壁レンガ８が環流溶鋼により上方に引っ張られ、その横目地Ａに溶鋼が差し込み、局部溶損（以降、環流管内壁レンガの局部溶損という）が生じるため、環流管内壁レンガ８の溶損が激しく、全体として下部構造の耐火物寿命が低下する。

そこで、特許文献１では、耐用性向上を目的に目地を設けないで一体の筒形構造体としたＲＨ脱ガス環流管用耐火物を適用した例が開示されている。

特開2012-1742号公報

前記したように、特許文献１に開示された発明は、環流管を一体成形することによって目地の無い構造とし、溶鋼の侵入を抑制して耐用性の向上を図ったものである。

このようにすると、目地部からの損傷を抑えられることにはなるが、溶鋼に常時接しているのであるから、高温による損傷は免れることはできない。この損傷は以下に説明するように上部ではFeO主体のスラグによる溶損であり、下部では熱スポーリングであって、部分によって損傷の原因が異なっている。従って、前記特許文献１のように、単一の材質で一体成形した環流管では、一方の側が未だ使用できる状態であるのに他方の側が大きく損傷して寿命となってしまうことがある。

本発明は上記従来の事情を鑑みて提案されたものであって、環流管の上下全体で損耗バランスがとれる環流管耐火物を得ることにある。さらには異なる材質を一体成形した場合であっても全体が均一に成形でき、材質の境界部やその周辺に亀裂が発生しない成形体を得ることにある。

本発明は前記目的を達成するために以下の手段を採用している。

まず、本発明は、一体成形したＲＨ脱ガス装置の環流管用マグネシア・カーボン質耐火物に関するものである。

前記環流管を高さ方向に複数に区分し、下の区分から上の区分に向かって順次膨張化黒鉛の含有率が少なくなるように配置した構成を採用する。

前記区分を下部域と上部域の２区分とした場合、前記下部域の膨張化黒鉛の含有率を４〜２０質量％とし、前記上部域の膨張化黒鉛の含有率を４質量％以下（ゼロを含む）とする。

この場合、前記下部域の高さの環流管の全高さに対する比率が０．１〜０．９であり、前記上部域の環流管の高さの全高さに対する比率が０．１〜０．９である。

前記区分を下部域、中間域、上部域の３区分とした場合、前記下部域の膨張化黒鉛の含有率を４〜２０質量％とし、前記中間域の膨張化黒鉛の含有率前記下部域より少なくかつ前記上部域より多くし、前記上部域の膨張化黒鉛の含有率を４質量％以下（ゼロを含む）とする。

この場合、前記下部域の環流管の高さの環流管の全高さに対する比率が０．１〜０．９であり、前記中間域の環流管の高さの環流管の全高さに対する比率が０（ゼロを含まない）〜０．６であり、前記上部域の環流管の長さの環流管の全高さに対する比率が０．１〜０．９である。

前記構成により、環流管の高さによる損耗にむらのないＲＨ脱ガス装置の環流管を提供することができる。また、異なる材質を一体成形した場合であっても全体が均一に成形でき、材質の境界部やその周辺に亀裂が発生しない成形体を得ることができる。

本発明が適用されるＲＨ脱ガス装置の概念図である。

＜原理＞
ＲＨ脱ガス装置の環流管の損傷状況を詳細に解析したところ、環流管上部では、FeO主体のスラグにさらされるため溶損による損傷が主体である。これに対し環流管下部では、温度変化が激しいため、熱スポールによる損傷が主体である。

そこで、環流管上部にはFeOスラグに対し耐溶損性に優れる鱗状黒鉛をカーボン原料として主に使用したMgO-Cれんがを適用し、環流管下部には耐熱スポーリング性に優れる膨張化黒鉛をカーボン原料として主に使用したMgO-Cれんがを適用すれば、全体の損耗バランスがとれた一体成形の環流管が得られることになる。

さらには、環流管の上部と下部の中間部を、両者の中間の性質を示す材質とすることで、前記異なる材質の上部と下部の境界付近に発生する亀裂を抑制することもできる。

＜実施の形態＞
ＲＨ脱ガス装置の環流管耐火物の基本的な組成は、マグネシア・カーボン耐火物であることは従来と変わりないところである。本発明では、前記カーボン原料としての、耐熱スポール性を備えた膨張化黒鉛と耐溶損性に優れる鱗状黒鉛（土状黒鉛、カーボンブラック、無煙炭、人造黒鉛、コールタールピッチ）の配合量を環流管の高さに応じて変更する。

＜カーボン原料＞
まず、環流管を下部域Ｌと上部域Ｕに２段分け（下部域Ｌと上部域Ｕの全長ｈに対する長さの比については後述する）する。前記下部域Ｌは耐熱スポール性を高める必要上、膨張化黒鉛を４〜２０質量％含み、前記上部域Ｕは耐熱スポール性よりも耐溶損性を考慮して、膨張化黒鉛の配合量を４質量％未満とする。

前記下部域Ｌの膨張化黒鉛が４質量％未満であると下部域Ｌの耐熱スポール性が低下し、逆に２０質量％を超えると成形時に材質境界部に亀裂が発生し好ましくない。

前記上部域Ｕには膨張化黒鉛を４質量％まで含むことができる。膨張化黒鉛が４質量％を超えると、上部域Ｕの耐食性が低下する。当該上部域Ｕは耐熱スポール性よりも、耐溶損性に優れる鱗状黒鉛を主として使用することになる。

上記のように、下部域Ｌと上部域Ｕの２段分けしたとき、下部域Ｌと上部域Ｕの接する部分に種類の異なる炭素質を含む材質境界部が生じることになる。この材質境界部は成形条件によっては亀裂が発生することがあるので、下部域Ｌと上部域Ｕの間に中間域Ｍを介在させる構成とするのがより好ましい。

この場合下部域Ｌは、上記２段分けの場合と同じく、膨張化黒鉛を４〜２０質量％含み、上部域Ｕには膨張化黒鉛は４質量％以下（０を含む）含む構成とし、中間域Ｍには前記下部域Ｌの量以下で上部域Ｕの量以上の膨張化黒鉛を含ませるようにする。

前記２段分けの場合と同様、上部域Ｕには耐熱スポール性よりも溶損を配慮した炭素材料である鱗状黒鉛が主として使用される。

さらに、２段分けであっても３段分けであっても、膨張化黒鉛を含むトータルのカーボン量は6〜20質量％とすることが好ましく、全カーボン量が8〜12質量％がより好ましい。全カーボン量が6質量％未満では耐熱スポール性が低下し、２０質量％を超えると型枠への充填性が悪化し、成形が困難となる。

＜各区分の高さの比率＞
前記の２段分けの構成において、下部域Ｌの高さは全高ｈに対して０．１〜０．９とされ、また上部域Ｕの高さも全高ｈに対して０．１〜０．９とされる。

下部域Ｌの高さの全高に対する比が０．１未満では下部の耐熱スポール性が低下し、０．９を超えると上部の耐食性と練土の充てん性が低下するため好ましくない。また、上部域Ｕの高さの全高に対する比が0.1未満では上部の耐食性と練土の充てん性が低下し、0.9を超えると下部の耐熱スポール性が低下して好ましくない。

さらに上中下の３段分けにする場合、各区分の全高さに対する比率は、下部域Ｌ０．１〜０．９、中間域Ｍ０（ゼロを含まない）〜０．６、上部域Ｕ０．１〜０．９とする。

＜マグネシア原料＞
マグネシア原料は公知の電融マグネシア、海水マグネシア、天然マグネシアが使用できる。さらに耐食性が要求される場合は結晶粒径の大きい、高純度の電融マグネシアを使用することができる。

＜カーボン原料＞
鱗状黒鉛、膨張化黒鉛の他のカーボン原料としては公知の土状黒鉛、カーボンブラック、無煙炭、人造黒鉛、コールタールピッチ等を使用することができる。

＜金属原料＞
酸化防止を目的として金属Ａｌ、金属Ｓｉ、Ａｌ-Ｍｇ合金、Ｆｅ-Ｓｉ合金、Ｂ₄Ｃ、ＢＮ、ＳｉＣなど公知の酸化防止剤を添加することができる。

＜混練・成形＞
本発明のＲＨ脱ガス装置の環流管用耐火物の原料は、公知の方法を用いて混練・成形することができる。マグネシア原料および膨張化黒鉛を含むカーボン原料は密充填が得られるよう粒度構成を調整し、フェノール樹脂等のバインダーを添加する。混練は従来から公知の混練機を使用することができる。成形についても従来公知の方法が可能であるが、一体成形するためには等方圧プレスによる成形が望ましい。成形圧力は150MPa以上とすることが好ましい。

＜熱処理・含浸＞
成形後に熱処理を行ってフェノール樹脂の重合を促進し強度を発現させる。通常500℃以下の熱処理で強度を発現するが、必要に応じて還元雰囲気下で焼成することもできる。さらにコールタールピッチ等を含浸することもできる。

＜評価方法＞
下部域Ｌの耐熱スポール性、上部域Ｕの耐食性は実機使用後の損傷状態から評価した。練土充てん性は、成形型に練土を投入したときの充てん性の良否から評価した。材質境界部の亀裂は、成形後の外観に現れた亀裂の大小から評価した。総合評価は各種評価のうち×が１項目以上ある場合は×、×がなく△が１項目以上ある場合は△、×および△がない場合は○、×および△がなく◎が２項目以上ある場合は◎と評価した。

＜実施例＞
表１に示す配合率に従い、上部域、中間域、下部域の材質の練土を作成し、等方圧プレスで成形し、表２の上段に示す高さ割合で、成形型に練土を充填した。

実施例１〜５は、本発明の範囲内で、上部域と下部域の二段に異なる材質を使用したものである。それに対して比較例１、２は、全高さに単一材質のみを使用した例であって、比較例１は、表１の上部域対応の材料のみ、比較例２は、表１の下部域対応の材料のみを使用した。

実施例６〜８は、本発明の範囲内で、上部域、中間域、下部域に異なる材質を使用したものである。それに対して、比較例３は、中間域の長さが本発明の範囲を外れるものである。

実施例１〜５は下部域の耐熱スポール性、上部域の耐食性がバランスしているのに対して、比較例１は下部の耐熱スポール性が劣り、また比較例２は上部耐食性が劣り大きく損傷していた。

環流管の全長を３区分にした場合、実施例６〜８は実施例１〜５よりも材質境界部の亀裂が少なく、上下方向に均一な成形体が得られたのに対し、中間域を本発明の範囲より長くした比較例３は材質境界部に亀裂が見られた。

以上説明したように、本発明はＲＨ脱ガス装置の環流管用耐火物の耐久性を高めることにおいて、著しく効果があり、極めて有用である。

１・・ＲＨ脱ガス装置の下部槽
２・・下部槽フランジ
３・・浸漬管フランジ
４・・環流管
５・・浸漬管
６・・敷レンガ
７・・内張レンガ
８・・環流管内壁レンガ
９・・浸漬管内壁レンガ
１１・・取鍋
１２・・溶鋼

Claims (5)

1. 一体成形したＲＨ脱ガス装置の環流管用マグネシア・カーボン質耐火物であって、
   前記環流管を高さ方向に複数に区分し、下の区分から上の区分に向かって順次膨張化黒鉛の含有率が少なくなるように配置したことを特徴とするＲＨ脱ガス環流管用耐火物。
2. 前記区分を下部域と上部域の２区分とし、
   前記下部域の膨張化黒鉛の含有率を４〜２０質量％とし、
   前記上部域の膨張化黒鉛の含有率を４質量％以下（ゼロを含む）とする、
   請求項１に記載のＲＨ脱ガス環流管用耐火物。
3. 前記下部域の全高さに対する比率が０．１〜０．９であり、
   前記上部域の全高さに対する比率が０．１〜０．９である
   請求項２に記載のＲＨ脱ガス環流管用耐火物。
4. 前記区分を下部域、中間域、上部域の３区分とし、
   前記下部域の膨張化黒鉛の含有率を４〜２０質量％とし、
   前記上部域の膨張化黒鉛の含有率を４質量％以下（ゼロを含む）とし、
   前記中間域の膨張化黒鉛の含有率を前記下部域より少なくかつ前記上部域より多くした、
   請求項１に記載のＲＨ脱ガス環流管用耐火物。
5. 前記下部域の全高さに対する比率が０．１〜０．９であり、
   前記中間域の全高さに対する比率が０（ゼロを含まない）〜０．６であり、
   前記上部域の全高さに対する比率が０．１〜０．９である
   請求項４に記載のＲＨ脱ガス環流管用耐火物。

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