JP4340002B2

JP4340002B2 - 製鋼用転炉ウエアライニング構造

Info

Publication number: JP4340002B2
Application number: JP2000398819A
Authority: JP
Inventors: 謹二松下; 有人溝部; 義隆石井; 敬二芥屋
Original assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd; Krosaki Harima Corp
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd; Krosaki Harima Corp
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2020-12-27
Also published as: JP2002194417A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鋼用転炉のウエアライニング構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転炉ライニングは、通常、炉の外殻内面に接して設けられるパーマネントれんがとその内面のウエアライニングれんがからなる。このウエアライニングは、１６００℃を越える高温域で使用され、時として、その熱膨張によるれんが同士の押し合いのため、機械的スポーリングを引き起こし、れんが稼働面側が剥落することがある。とくに、直胴垂直部は、下部方向においては、傾斜した鋼浴部あるいは炉底部との交差構造部を介して拘束されており、また、上部方向においては、上絞り部との交差構造を介して拘束されるウエアライニング構造では、ウエアライニングの稼働面近傍は周辺れんがより荷重と熱膨張による応力を受けるため、さらに機械的スポーリングを受け易く、特に交差部付近は局所的に機械的スポーリングを受ける。
【０００３】
このため、これに対する対策が多く提案されている。例えば、特許６３５４５号公報には、静止状態の平炉天井れんがの稼働面側先端３分の１位の所に、４面の目地部を切り欠いたれんがによって、迫り持ちの加熱による膨張を吸収する構造が開示されている。しかしながら、この構造においては、れんがの膨張による応力は、単にアーチ方向と、これに対する直角方向の２通りであり、且つ、稼働面がガス雰囲気であることもあって、交差部付近は局所的に機械的スポーリングの問題解決手段としては有効ではない。
【０００４】
また、実開平４−１８６４３号公報には、熱膨張による応力を緩和するために、れんが間の目地に加熱により焼失するボール紙や有機物のシートを設置し、高温稼働中に焼失させることでれんがの膨張を吸収させることが開示されている。しかし、れんが側面に均一な厚さの熱膨張代が形成されたものであるに過ぎず、これも上記問題の解決手段としては有効ではない。
【０００５】
さらに、特開昭５２−４４８０４公報には、セメント回転窯の円周方向のれんが目地の稼働面側に切り欠きを付けて膨張による応力で部分的剥落を防止することが記載されている。しかしながら、これも、れんがの熱膨張による応力は、円周方向とこれに対する直角方向の２通りであり、且つ稼働面に稜するものはガス雰囲気とセメントクリンカーであって、上記問題点は解決できない。
【０００６】
さらにまた、特開昭５２−１０３３４号公報には、製鋼用転炉の炉口絞り部傾斜積みれんがにおいで、炉腹部との境界に垂直方向に厚さの異なるれんがを介在させて、他は通常の厚さが均一な楔形れんがで構成し、各れんがの垂直目地において、下端が３ｍｍ開き上端が接触した垂直方向に細長い二等辺三角形の垂直目地を構成するライニングのことが記載されている。これは、二等辺三角形の垂直目地に地金の差込凝固により、れんがの固定を図るものである。しかし、この場合、炉腹部との境界及び炉底部境界にある交差部を有する炉壁の上記問題は解決されない。
【０００７】
さらには、溶鋼やスラグ等の溶損物が来ない背面にクッション性のある断熱材を設置しておき、そのクッション性によりれんが加熱時の熱膨張量を側面側へ吸収し、さらには、稼働面から背面側へ１００〜２００ｍｍの範囲のみに膨張代としてボール紙を設置し、加熱初期のれんがの熱膨張量を円周方向と垂直方向へ吸収するような方法も知られている。この様な方法においては、一般的に稼働面から背面側への膨張代の厚さは一定である。しかしながら、れんがは、稼働面から背面側方向に温度勾配があることから、稼働面での膨張量が最大となり、背面側に行くに従って減少するのが一般的である。このため、背面側では実際の膨張量よりも膨張量が大きく設定されることになる。即ち、稼働初期を基準にした背面側に向かっての一定の膨張代の設定は、背面部では過剰となり、れんが同士の拘束を過度に緩め、ライニングれんがが動き安定しない危惧がある。また、れんがが損耗し、れんが残寸が薄くなれば、初期設定時の鉄皮の膨張量の変異とともにれんが背面側でれんがを拘束している鉄皮の温度も上昇し膨張するため、必要とする膨張代は初期の膨張代よりも少なくなる。従って、稼働末期には、膨張代が多く採られることになって、れんが同士の拘束が過度に緩くなり、れんが脱落が加速することになる。
【０００８】
この様な、製綱用転炉ウエアライニングにおける上部及び下部の交差部に挟まれた直胴垂直部のれんが積みにおいては、れんが加熱時の熱膨張による応力割れの抑制のために設定される膨張代は、稼働初期の稼働面を基準とした背面側へ向かって一定であるため、背面部では過剰となり、れんが同志の拘束を過度に緩め、ライニングれんがが動き、ある時は、稼働末期にれんが脱落を加速する等の機能上の問題がある。
【０００９】
さらに、ボール紙、有機物コーティング材、クッション性断熱材等の膨張代の適用においては、そのれんが製造上、ボール紙の張り付け、有機物コーティング等、特別の工程を必要とする点や、築炉上も、ボール紙の設置、クッション性断熱材の設置等煩雑となる問題もある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明が解決しようとする課題は、製綱用転炉ウエアライニングにおける上下の交差部に挟まれた直胴垂直部のれんが積みのウエアライニング構造において、れんが加熱時の熱膨張による応力割れの抑制のための膨張代の設定によるれんがの脱落の問題、ボール紙、有機物コーティング等の配置による煩雑さの問題を解決することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上下の交差部に挟まれた製綱用転炉の直胴垂直部のれんが積みにおいて、直胴垂直部のれんがの炉軸に直角の円周方向のれんがの目地部に、稼働面側で大きく稼働面側から背面側に向って徐々に小さく膨張代を設け、炉軸と平行方向の垂直目地厚さを一定とすると共に、上下の交差部に挟まれた直胴垂直部のれんが積み以外の側壁の稼働面側から背面側に向かう円周方向の目地厚さと、炉軸と平行方向の垂直目地厚さを一定とし、前記上下の交差部に挟まれた直胴垂直部のれんが積みにおける稼働面側の膨張代が、れんがの使用温度における膨張量の４０〜１００％を吸収するために必要な膨張代とし、且つ、稼働面側かられんが厚みの５〜６０％の範囲内に形成した製鋼用転炉ウエアライニング構造である。
【００１２】
上記の上下の交差部に挟まれた直胴垂直部のれんが積みにおけるれんがの炉軸に直角の円周方向のれんが目地部以外の、他の目地部は通常の均一間隔の目地が形成される。
【００１３】
まず、上下の交差部に挟まれた直胴垂直部のれんが積みにおいて、各れんがあるいは大部分のれんがの、その膨張代を形成するためのれんがは、稼働面側から背面側に向かってのライニング厚さの５〜６０％の範囲内で、隣接のれんがとの間に膨張代を形成するための傾斜面が設けられ、目地部にモルタルのような接着材を使用しない場合、その稼働面に必要な膨張代は、次式により算出される。
【００１４】
Ｅ_β・η＝Ｅ_Ｓ＋Ｓ＋Ｃ＋Ｘ
この計算式において、各変数は、下記の通りである。
【００１５】
れんが膨張量Ｅ_β、
鉄皮膨張量Ｅ_Ｓ、
れんが積み空隙Ｓ、
れんがコーティング材厚さＣ、
れんが拘束係数η、
必要膨張代Ｘ
しかしながら、モルタルのような目地部を構成する要素や、炉の構造によって膨張代の計算式は異なり、この計算式によってのみ算出されるものではない。
【００１６】
本発明においては、稼働面側から背面側に向かっての各部位における膨張代の形成は、ライニング方向厚みの５〜６０％の深さの範囲内に形成することによって、背面部付近で周辺れんが同士を接合し、全体の固定関係を維持できる。これにより上下の交差部に挟まれた直胴垂直部のれんが積みにおいて、稼働面側の抵抗が小となり、円周方向の環状のライニングの初期加熱時の、炉軸を中心にした半径方向への膨張による移動を、滑らかにし、全休の構築強度を保つことができ、且つ稼働末期まで維持する。これが、５％未満であると、膨張吸収の奥行きとして不十分であり、膨張代として機能しにくく、結果的にれんがが機械的スポーリングに至る可能性があることと、稼働面側の抵抗が大となり、円周方向の環状のライニングの初期加熱時の、炉軸を中心にした半径方向への膨張による移動を、滑らかにできず、全体の構築強度を保てなくなる恐れがある。また、６０％を超えると隣接れんが同士の接合が築炉時に困難になる可能性がある。
【００１７】
ウエアライニングを形成する各れんがの目地部における膨張代を、稼働面側で大きく、且つ、稼働面側から背面側に向かって徐々に小さく形成するためには、隣接するれんがとの面を、曲面で形成した形状を有するれんがを用いることによっても達成できる。とくに、曲面を有するれんがの採用は、実際のれんが膨張量が稼働面から背面側に向かって、直線的に減少するのではなく、二次曲線的に減少することから、その減少率にあった曲面で膨張代を設定でき、しかも、隣接れんがとの固定関係をより強固にできるためより有効である。
【００１８】
上下の交差部に挟まれた直胴垂直部のれんがの、円周方向に直角の、すなわちち、垂直目地になる両側面を傾斜面とすれば、該直胴垂直部れんがの、炉軸を中心とする半径方向の、加熱初期の膨張応力による移動が、傾斜面によってできる空間により、半径方向以外の多方向にも移動することとなり、且つ、背面側の応力吸収代もあるため不安定要因が増し、該直胴垂直部れんがの環状ウエアライニングが歪む等、全体の構築強度低下へとつながる恐れがある。
【００１９】
次に、上下の交差部以外の側壁、即ち、直胴垂直部のれんが積み交差部より上方及び下方の側壁の稼働面側から背面側に向かう円周方向の目地厚さと、炉軸と平行方向の垂直目地厚さを一定にするれんが積みにより、ウエアライニング全体を構築する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に示す転炉に適用した実施例によって説明する。
【００２１】
図１は本発明を適用した転炉のライニング構成を断面によって示す。同図において鉄皮１の内面に接してパーマネントれんが２が設けられており、さらに、その内面にウエアライニング３が設けられている。そして、ウエアライニング３は、上方から、絞り部３１、直胴垂直部３２、傾斜積鋼浴部３３、それに、炉底部３４とからなり、直胴垂直部３２の上下に上方交差部３５と下方交差部３６を形成している。そして、直胴垂直部３２を構成するそれぞれのれんが４の間の目地部には膨張代が設けられている。
【００２２】
図２は、図１のウエアライニング３の直胴垂直部３２の点線で示す部分Ａを拡大して示す図である。同図において、れんが４の表面にはれんがの滑り止めと膨張代のために形成されたコーティング５が施されており、隣接するれんが４との間には、このコーティング５を挟んで目地部６が形成されている。この目地部６には、鉄皮のれんが積みのための空隙６２、それに本発明による膨張代７が形成されている。そして、築炉に際しては、この目地部６に相当する間隙を設けることによって、従来法と同様にウエアライニングを形成することができる。
【００２３】
図３は、図２に示す膨張代７を形成するために使用したれんが４の外面形状を示す。同図において、稼働面側４１を背面側を４２によって示している。このれんが４は、図１に示す直胴垂直部におけるウエアライニング３の厚みに相当する長さＬを有し、図２に示す隣接するれんが４と相対する面４３は、稼働面４１かられんがの長さＬの５〜６０％の範囲内で傾斜面４４を形成し、背面側４２に対しては、その表面に対して平行な面４５の２面から形成している。
【００２４】
前記図２に示す膨張代７は、図３に示すれんが４においては、稼働面側４１で、そのれんが４の稼働面での稼働温度１６５０℃における膨張量の４０〜１００％に相当する間隔に対応するように設定され、この稼働面側４１から背面側４２に向かってライニングの厚み、即ちれんがの長さＬの５〜６０％の範囲内で徐々に小さく形成されている。その傾斜面４４は、稼働面側４１で０．５ｍｍの差ａを形成するようにした。
【００２５】
そして、この膨張代７は、先に挙げた稼働面側から背面側に向かっての膨張代の式Ｅ_β・η＝Ｅ_Ｓ＋Ｓ＋Ｃ＋Ｘ
によって算出した。
【００２６】
即ち、れんが膨張量Ｅ_β：
１．９０％（１６５０℃）×１５０＝２．８５ｍｍ、
鉄皮膨張量Ｅ_Ｓ：
１１１×１０^−６×２００℃＝０．２２％×１５０＝０．３３ｍｍ、
れんが積み空隙Ｓ：
０．５ｍｍ／段、
れんがコーティング材厚さＣ：
０．４ｍｍ／段、
れんが拘束係数η：
０．６、
によって得た結果である。
【００２７】
この製鋼用転炉ウエアライニング構造は、図１において、上部交差部３５の上方の絞り部３１のれんが積みの円周方向の目地厚さと、炉軸と平行方向のれんが積みの垂直方向目地厚さが均一であるなめ、交差部３５と３６とに挟まれた直胴垂直部３２の環状ウエアライニングの炉軸に対して半径方向鉄皮側への加熱初期の膨張移動が、膨張代７により、稼働側の目地抵抗が小さく安定して、全体の構築強度を保ちながら移動する。このため、上部交差部３５より上の絞り部３１を安定して受ける結果となり、また、絞り部３１の荷重、膨張応力の下方向への作用と直胴垂直部３２、３３の上方への突き上げる相反する膨張応力の衝突を適正に緩和し、さらには、直胴垂直部３２より上方に位置する側壁３１、３２の荷重、膨張応力の下方向への作用と鋼浴部３３の上方への膨張応力による突き上げの相反する衝突を適正に緩和するので、交差部３５と３６付近稼働面側の割れを防止する。これにより引いては絞り部３１のれんがの脱落がなく、稼働末期までこの効果を維持する。
【００２８】
上記ライニング構造を１８５トン転炉に適用した結果、従来２０００〜３０００ｃｈ程度の炉寿命であったが、３５００ｃｈ以上の耐用が得られた。
【００２９】
なお、上記図２と図３に示す例では、築炉作業時、一般的によく使われているれんが取り扱い機の平板タイプの真空吸引パッドに対応させるため、上面を平面とし下面に斜めカット膨張代を設けた例を示している。この斜めカット膨張代は上側面であってもよい。
【００３０】
また、図１に示す上下交差部３５，３６以外のれんが積みにおいて、円周方向の水平目地の稼働面側に傾斜面を設けた場合、上部交差部３５より絞り部３１のれんがが脱落し易い。また、下部交差部３５より下方の傾斜積み鋼浴部３３のれんが積みにおいても、円周方向の水平目地の稼働面側に傾斜面を設けた場合、上部に位置する直胴垂直部３２と絞り部３１は傾倒し易く良くない。
【００３１】
さらに、図３に示すれんがの例では、膨張代７を形成する相隣り合う面４３を二段に形成し、稼働面側を直線的な傾斜面４４とした例を示したが、この直線的な傾斜面４１に代えて曲面とすることによって、この稼働面側４１から背面側４２に向かってその間隙の減少程度を、れんがの厚みに応じた膨張量と合致した二次曲線とすることができる。
【００３２】
また、実施例の傾斜面４４を二面以上の傾斜面で形成し、曲面に代わるものとすることができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によって以下の効果を奏することができる。
【００３４】
１．上下に交差部を有する側壁構造の製綱用ウエアライニングにおいて、稼働初期では機械的スポーリングを防止でき、稼働末期ではれんが脱落を防止し、炉寿命を従来よりも各段に延長することができる。
【００３５】
２．築炉に際しても従来と同様で、格別の手段を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製鋼用転炉のライニングの構造を示す。
【図２】膨張代を説明する図である。
【図３】膨張代を形成するためのれんがの例を示す。
【符号の説明】
１鉄皮
２パーマネントれんが
３ウエアライニング
３１絞り部、３２直胴垂直部、３３傾斜積鋼浴部
３４炉底部、３５上方交差部、３６下方交差部
３７垂直積鋼浴部３８下方交差部
４ウエアライニング用れんが
４１れんがの稼働面側４２れんがの背面側
４３隣接するれんがと相対する面４４傾斜面コーティング目地部
５コーティング
６目地部６２空隙
７膨張代

Claims

上下の交差部に挟まれた製綱用転炉の直胴垂直部のれんが積みにおいて、直胴垂直部のれんがの炉軸に直角の円周方向のれんがの目地部に、稼働面側で大きく稼働面側から背面側に向って徐々に小さく膨張代を設け、炉軸と平行方向の垂直目地厚さを一定とすると共に、上下の交差部に挟まれた直胴垂直部のれんが積み以外の側壁の稼働面側から背面側に向かう円周方向の目地厚さと、炉軸と平行方向の垂直目地厚さを一定とし、前記上下の交差部に挟まれた直胴垂直部のれんが積みにおける稼働面側の膨張代が、れんがの使用温度における膨張量の４０〜１００％を吸収するために必要な膨張代とし、且つ、稼働面側かられんが厚みの５〜６０％の範囲内に形成した製鋼用転炉ウエアライニング構造。