JP2022160897A - 溶融金属容器のライニング構造 - Google Patents

Abstract

【課題】水平断面形状が略長円形である溶融金属容器のライニング構造において、直線部の側壁にライニングされるれんがの抜け落ちや脱落を抑制する。
【解決手段】水平断面形状が円弧部１２と直線部１１とを有する略長円形をしている溶融金属容器１において、直線部１１の側壁に、背面の幅が直線部１１の長さの７０％以上で、内面の幅が背面よりも小さく、平面視における一対の円弧側側面の傾斜角度がそれぞれ０．８度以上である大型れんが２をライニングする。
【選択図】図２

Description

本発明は、水平断面形状が略長円形をしている溶鋼鍋、二次精錬炉、電気炉等の溶融金属容器のライニング構造に関する。

溶鋼鍋などの溶融金属容器は、通常は、水平断面形状が略円形であるが、容器容量アップの検討等において、クレーン設備の制約等により、水平断面形状が略長円形である容器も使用されている。

このように水平断面形状が略長円形である溶融金属容器のライニング構造においては、れんがが円弧状にライニングされる円弧部と直線状にライニングされる直線部とがある。円弧部にライニングされるれんがは、水平断面形状が略等脚台形である四角柱体であり、容器の内方側に向かって幅が先細りになる形状をしている。このような形状であれば、隣接するれんが同士が競り合うため、れんがが容器の内方側に抜け落ちにくい。また、れんがに亀裂等が発生して割れ、内外方向の分断が生じたとしても、れんが同士の競り合いにより脱落は生じにくい。

一方、直線部にライニングされるれんがは、従来一般的には水平断面形状が長方形である四角柱体であるため、隣接するれんが同士の競り合いがなく、れんがが容器の内方側に抜け落ちやすい。また、れんがに亀裂等が発生して割れ、内外方向の分断が生じた場合には、れんがの内方側部分が容器内に脱落しやすい。この現象は、スラグによる溶損が大きな溶融金属容器のスラグライン部において顕著に現れやすく、溶融金属容器の寿命のネックとなっている。

そこで特許文献１では、直線部にライニングされるれんがを、水平断面形状が略台形をなす四角柱体であって、背面の幅よりも内面の幅が小さく、容器内方側に向かって幅が先細りになる形状とし、この直線部のれんがからなるれんが群を、全体として水平断面形状が略台形をなし、その背面の幅よりも内面の幅が小さく、容器内方側に向かって幅が先細りになる形状とすることが提案されている。
しかし、特許文献１において直線部にライニングされる個々のれんがについては、その内面の幅と背面の幅の寸法差を極力小さくする必要がある。この場合、加熱時に発生する応力により外周方向へれんがを押さえつける力が発生し難い。このため、れんがの残寸が小さくなると、加熱、冷却の繰り返しの中で、直線部の個々のれんがには、外周方向へ押さえつける力が発生し難いため、早い段階で抜け落ちや脱落が発生し、れんがの有効残寸を十分に生かせず低寿命になる問題がある。
一方、特許文献１において直線部の個々のれんがを、内面の幅と背面の幅の寸法差を大きくした形状とし、そのれんがのライニング時に縦方向の目地となる円弧側側面同士の隙間がないようにした場合、れんがの背面側に三角状の大きな空隙が発生し、構造体として非常に弱い構造となる。

特開２０１５－４８４９７号公報

本発明が解決しようとする課題は、水平断面形状が略長円形である溶融金属容器のライニング構造において、直線部の側壁にライニングされるれんがの抜け落ちや脱落を抑制することにある。

本発明の要旨は次の通りである。
１．
水平断面形状が円弧部と直線部とを有する略長円形をしている溶融金属容器のライニング構造であって、
前記直線部の側壁に、背面の幅が前記直線部の長さの７０％以上で、内面の幅が前記背面の幅よりも小さく、平面視における一対の円弧側側面の傾斜角度がそれぞれ０．８度以上である大型れんがをライニングしている、溶融金属容器のライニング構造。
２．
前記円弧部の側壁には、内面の幅が背面の幅よりも小さく、当該背面の幅が前記大型れんがの背面の幅の１５～５０％であり、平面視における一対の円弧側側面の傾斜角度がそれぞれ１度以上４度未満であるれんがをライニングしている、前記１に記載の溶融金属容器のライニング構造。
３．
前記大型れんがは、前記円弧部のれんがのライニング層の高さ方向で２段以上４段以下に配置されている、前記１又は前記２に記載の溶融金属容器のライニング構造。
４．
前記大型れんがは、前記側壁におけるスラグライン部に配置されている前記１～前記３のいずれか１項に記載の溶融金属容器のライニング構造。

本発明によれば、水平断面形状が略長円形である溶融金属容器のライニング構造において、直線部の側壁にライニングされるれんがの抜け落ちや脱落を抑制することができる。そのため、ライニング構造の耐用性が格段に向上し、溶融金属容器の寿命が大幅に向上する。

本発明の一実施形態であるライニング構造を適用した溶鋼鍋の縦断面図。 図１のＡ－Ａ水平断面の半分。 直線部の側壁にライニングされる大型れんがを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図。 円弧部の側壁にライニングされる円弧部れんがを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図。 円弧部の側壁にライニングされる円弧部れんがを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図。 比較例であるライニング構造を適用した溶鋼鍋の水平断面図の半分。 比較例で使用した中央部れんがの平面図。 比較例で使用した両側用れんがの平面図。

図１に、本発明の一実施形態であるライニング構造を適用した溶鋼鍋の縦断面を示している。また、図２には、図１のＡ－Ａ水平断面の半分を示している。
図１及び図２に示すように、溶鋼鍋１は、水平断面形状が略長円形をしており、水平断面形状は、直線状に延びる直線部１１と、直線部１１の両端のそれぞれに連続する円弧部１２とを有する。そして、溶鋼鍋１の鉄皮１３の内側に、バーマライニング層１４が設けられ、本実施形態に係るライニング構造が構築されている。

具体的に本実施形態では、直線部１１の側壁においてスラグライン部１５に、図３に示す大型れんが２が片側で４個、両側で合計８個がライニングされ、円弧部１２の側壁には図４及び図５に示す円弧部れんが３、４がライニングされている。上下に隣接する大型れんが２同士は縦方向の目地が同一直線状にならないように水平方向に位置をずらしてライニングされている。ここで、スラグライン部とは、溶融金属の液面が位置する範囲として設定される領域であり、溶融金属容器の側壁においてスラグによるれんがの損傷が大きい部位をいう。

図１に示すように、大型れんが２の高さＨ１は、円弧部れんがのライニング層の３段分の高さと等しくなっている。具体的には、大型れんが２の高さＨ１は、円弧部れんがの高さの３倍＋２つの水平目地厚みとなる。なお、図１には、円弧部れんがのライニング層の段数を数字で示している。

図３（ａ）に示す大型れんが２の背面２１の幅Ｗ１は、溶鋼鍋１の直線部１１の長さの９３％で、内面２２の幅Ｗ２は背面２１の幅Ｗ１より小さくなっている。そして、大型れんが２は平面視において、内面側（上底）の内角θ１及びθ２がそれぞれ鈍角である台形をしている。また、２つの円弧側側面２３の傾斜角度θはそれぞれ０．８度である。ここで、円弧側側面の傾斜角度θとは、平面視において、れんがの内面側（上底）の頂点から背面側（下底）に降ろした垂線と当該頂点に対応する円弧側側面との間の角度をいう。

円弧部れんが３は、図４（ａ）に示すように平面視において、内面３２の幅よりも背面３１の幅が大きい等脚台形をしており、円弧側側面３３の傾斜角度はそれぞれ１．４度である。この円弧部れんが３の背面３１の幅は大型れんが２の背面２１の幅Ｗ１の２２％の長さである。
円弧部れんが４は、図５（ａ）に示すように平面視において、内面４２の幅よりも背面４１の幅が大きい等脚台形をしており、円弧側側面４３の傾斜角度はそれぞれ２．９度である。この円弧部れんが４の背面４１の幅は大型れんが２の背面２１の幅Ｗ１の２２％の長さである。
円弧部１２の側壁には、これら２種類の円弧部れんが３、４を組み合わせてライニングしている。

なお、本発明においてれんがの高さ、幅、長さとは、れんがを溶融金属容器にライニングしたときの位置を基準とし、れんがの高さは溶融金属容器の炉長方向の寸法、れんがの幅は溶融金属容器の円周方向の寸法、れんがの長さは溶融金属容器の半径方向の寸法である。また、本発明においてれんがの背面、内面、円弧側側面とは、れんがを溶融金属容器にライニングしたときの位置を基準とし、溶融金属容器の外方側（鉄皮側）を背面、内方側を内面、円弧側を円弧側側面とする。

本実施形態において直線部１１の側壁にライニングする大型れんが２の円弧側側面２３の傾斜角度は、れんがの抜け落ち及び脱落抑制効果の面から０．８度以上必要である。また、大型れんが２の円弧側側面２３の傾斜角度は大きいほど、れんがの抜け落ち及び脱落抑制効果が大きくなるので、溶鋼鍋１の大きさや円弧部れんが３、４の形状から最適値とすればよい。一般的な溶鋼鍋等の溶融金属容器の大きさ及びそれ使用されている円弧部れんがの形状を考慮すると、大型れんが２の円弧側側面２３の傾斜角度の上限値は３度とすることもできる。

大型れんが２の背面２１の幅Ｗ１は、溶鋼鍋１の直線部１１の長さに近いほど、れんがの抜け落ち及び脱落抑制効果が高いが、れんがの製造時あるいはライニング時のハンドリングの制限がある場合を考慮すると、少なくとも７０％以上は必要である。大型れんが２の背面２１の幅Ｗ１が溶鋼鍋１の直線部１１の長さの７０％未満では、れんがの抜け落ち及び脱落抑制効果が小さくなる。
なお、溶鋼鍋１の直線部１１の長さに対する大型れんが２の背面２１の幅Ｗ１の上限は特になく、大型れんが２の背面２１の幅Ｗ１は溶鋼鍋１の直線部１１を超えて円弧部１２に掛かる長さとしてもよい。ただし、大型れんが２の背面２１が溶鋼鍋１の円弧部１２に掛りすぎるとライニング時の作業性等が低下するので、大型れんが２の背面２１の幅Ｗ１は溶鋼鍋１の直線部１１の長さの１４０％以下とすることもできる。

本実施形態では、直線部１１に大型れんが２をライニングすることで、背面２１の幅Ｗ１と内面２２の幅Ｗ２の寸法差を大きく確保することができ、しかも縦方向の目地がなくなることから、加熱時に発生する応力は大型れんが２を外周方向へ押さえつける大きな力となり、大型れんが２の抜け落ちや脱落を抑制する効果が高まる。

また、本実施形態では、大型れんが２の高さＨ１が円弧部れんがのライニング層の３段分になっているため、大型れんが２をライニングした領域は、水平方向の目地の数が通常のライニング構造と比較して１／３少ない構造となる。スラグライン部１５のれんがの損傷形態として、れんがの中央部よりも目地部分において選択的に損傷が進行し、厚みの減少が進行する傾向にある。そして、水平方向の目地は縦方向の目地よりも、損傷進行が激しい傾向にある。よって、大型れんが２をスラグライン部１５に適用することにより、相対的に損傷進行の激しい水平方向の目地の数を減少させることができる。このことは、れんが残寸確保の観点で有利であり、結果的にれんがの抜け落ち及び脱落抑制効果をより高めることができる。

大型れんが２の高さＨ１は、ライニング時の作業性の面を考慮すると、少なくとも円弧部れんがの高さＨ２と等しくすることができる。そして大型れんが２の高さＨ１を高くすることで水平方向の目地を少なくすることができるため、大型れんが２の高さＨ１は円弧部れんがのライニング層の２段以上４段以下とすることもできる。ここで、円弧部れんがのライニング層は水平目地の厚みを含んでおり、２段のライニング層の場合には１つの水平目地厚みを、３段のライニング層の場合には２つの水平目地厚みを含んでいる。大型れんが２の高さＨ１が高すぎすると重量が大きくなり作業性が低下する。

円弧部１２の側壁については、従来の円弧部れんがをライニングすることができる。具体的に円弧部れんがは、背面の幅が大型れんが２の１５～５０％で内面の幅が背面よりも小さく、円弧側側面の傾斜角度がそれぞれ１度以上４度未満のものとすることができる。

本発明の実施例として、表１の実施例１～３に示すような異なる形状の大型れんがを、図１及び図２に示すように直線部１１のスラグライン部１５にライニングして実操業に供し、使用後の大型れんがの損耗状態を評価した。また、比較例として、大型れんがを使用していないライニング構造について同様に実操業に供し、直線部１１のスラグライン部１５にライニングされているれんがの損耗状態を評価した。具体的には、実施例１～３では、使用後の大型れんがのうち、図１に示す２３段目から２５段目にライニングされているそれぞれの大型れんがの残存寸法（ｍｍ）を測定して平均損耗速度（ｍｍ／ｃｈ）を算出した。また、比較例では、直線部１１のスラグライン部１５にライニングされているれんがについて、実施例と同様な方法で平均損耗速度（ｍｍ／ｃｈ）を算出した。表１では、損耗状態の評価結果を、比較例の平均損耗速度（ｍｍ／ｃｈ）を１００とする損耗指数で示している。この損耗指数の数値が小さいほど耐損耗性に優れ、れんがの抜け落ち及び脱落抑制効果が高いということである。

実施例１は、図１～図５に示した実施形態であり、片側の直線部１１のスラグライン部１５に４個、両側で合計８個の大型れんが２をライニングしたものである、損耗指数は７２と最も小さく優れており、れんがの抜け落ち及び脱落もなく良好な結果であった。
実施例２は、実施例１で使用した大型れんがにおいて高さを円弧部れんがと等しくした点以外は同じ寸法の大型れんがを、片側の直線部１１のスラグライン部１５に１２個、両側で合計２４個ライニングし、他の部位には実施例１と同じ円弧部れんがをライニングしたものである。損耗指数は８１と良好で、れんがの抜け落ち及び脱落もなく良好な結果であった。
実施例３は、背面の幅が溶鋼鍋１の直線部１１の長さの７０％で、円弧側側面の傾斜角度が０．８度、高さを円弧部れんがと等しくした大型れんがを、片側の直線部１１のスラグライン部１５に１２個、両側で合計２４個ライニングし、他の部位には実施例１と同じ円弧部れんがをライニングしたものである。損耗指数は８８と良好で、れんがの抜け落ち及び脱落もなく良好な結果であった。

比較例１は、図６に示す水平断面において溶鋼鍋１の直線部１１の側壁に、図７に示す中央部用れんが５を２個と、図８に示す両側用れんが６を２個とをライニングして、ライニング後の背面側の隙間にモルタルを充填して少し円弧状になるようにライニングし、円弧部１２の側壁には実施例１と同じ円弧部れんがをライニングしたものである。ここで、中央部用れんが５は、円弧側側面５３の傾斜角度が０．７度で平面視が等脚台形である。また、両側用れんが６は、平面視において内面６の幅Ｗ４が背面６１の幅Ｗ３より小さく、内面側（上底）の内角θ３が鈍角でθ４が鋭角である台形をしている。
比較例の損耗指数は、実施例１～３と比較すると大きくなって劣っており、直線部１１の一部のれんがに脱落が見られた。

１ 溶鋼鍋
１１ 直線部
１２ 円弧部
１３ 鉄皮
１４ パーマライニング層
１５ スラグライン部
２ 大型れんが
２１ 背面
２２ 内面
２３ 円弧側側面
３ 円弧部れんが
３１ 背面
３２ 内面
３３ 円弧側側面
４ 円弧部れんが
４１ 背面
４２ 内面
４３ 円弧側側面
５ 中央部用れんが
５１ 背面
５２ 内面
５３ 円弧側側面
６ 両側用れんが
６１ 背面
６２ 内面
６３ 円弧側側面

Claims (4)

1. 水平断面形状が円弧部と直線部とを有する略長円形をしている溶融金属容器のライニング構造であって、
   前記直線部の側壁に、背面の幅が前記直線部の長さの７０％以上で、内面の幅が前記背面の幅よりも小さく、平面視における一対の円弧側側面の傾斜角度がそれぞれ０．８度以上である大型れんがをライニングしている、溶融金属容器のライニング構造。
2. 前記円弧部の側壁には、内面の幅が背面の幅よりも小さく、当該背面の幅が前記大型れんがの背面の幅の１５～５０％であり、平面視における一対の円弧側側面の傾斜角度がそれぞれ１度以上４度未満であるれんがをライニングしている、請求項１に記載の溶融金属容器のライニング構造。
3. 前記大型れんがは、前記円弧部のれんがのライニング層の高さ方向で２段以上４段以下に配置されている、請求項１又は請求項２に記載の溶融金属容器のライニング構造。
4. 前記大型れんがは、前記側壁におけるスラグライン部に配置されている請求項１～３のいずれか１項に記載の溶融金属容器のライニング構造。

Images