JP4351715B2 - 溶解炉の羽口構造 - Google Patents

Description

本発明は、羽口周辺における損傷がなく、かつ十分な強度を有していて羽口の寿命を延長することができる溶解炉の羽口構造に関するものである。

従来から、鉱石等の溶解に用いる溶解炉やキューポラ等の溶解炉の羽口構造としては、羽口レンガに形成した孔部内に羽口本体をセットし、その周囲を隙間充填材である耐火性のスタンプ材で埋めて固定したものが普通である（特許文献１を参照）。前記羽口は、炉内に高温ガスを吹き込むためのものであり、羽口本体は銅または銅合金からなる筒状のものである。

この羽口は、高温の溶融金属やスラグが滴下する環境に置かれており、羽口前方の火炎温度は２０００℃以上にもなるため、摩耗と溶損が起きて羽口寿命を極めて短くしている。そのため、羽口寿命を延長するために、羽口の冷却室を分離した羽口構造、内部冷却水通路をスパイラル状にした羽口構造、耐摩耗金属を埋め込んだ羽口構造、先端部に硬化肉盛りをしたり耐火物で表面を被覆した羽口構造、耐熱、耐摩耗性の布で被覆した羽口構造等、羽口の寿命を延長のための種々の対策が提案され、採用されてきた。

また、高炉の羽口においては、羽口レンガに形成した孔部内に羽口本体を配置し、該羽口本体の周囲（約９０ｍｍ）をスタンプ材で埋めて固定した構造が採られているが、高炉の場合は羽口前方の温度が約１１００℃と低いため、スタンプ材の溶損はみられず１０〜２０年の定期的な炉改修の際に必要な補修・交換等すれば十分であった。

更に、溶解炉では、羽口から鉄皮にかけて耐火物をライニングする構造が採られているが、適用耐火物が損傷すると鉄皮が剥き出しになり、断熱性が損なわれてヒートロスが大きくなるという欠点があった。

一方、本発明の対象である溶解炉における羽口では、羽口前方の火炎温度が２０００℃以上であり、高炉と同じようにスタンプ材で埋めて固定した場合は、羽口周辺部の摩耗や溶損は避けられず、約３０日に１回の割合で羽口およびその周辺部を頻繁に交換・補修する必要があるというのが現状である。また、羽口周辺部の局部的な溶損が生じると、鉄皮が剥き出しになって断熱性が損なわれることとなり、これに起因してヒートロスによる操業負担の増加が問題となっていた。
このような事情から、羽口の寿命を延長することができる新規な羽口構造の開発が強く要望されていた。
特開２００３−１７１０６号公報

そこで、本発明者は羽口周辺部の局部的な溶損の発生原因について研究した結果、羽口周りの約１００ｍｍの部分においてスタンプ材が乾燥後においても酸化変色していない箇所があり、その他の酸化変色したスタンプ材の部分では溶損が発生しないのに、この変色していない箇所では局部的な溶損が発生していることを突き止めた。そして、この変色していない箇所は、冷却保護されている羽口本体に直接接触していてスタンプ材が十分に乾燥しておらず、この結果、強度が十分に発現していないので、この部分が局部的に溶損してしまうことを解明した。

図３に、従来例の羽口構造の断面図を示す。
図３において、１１は羽口本体、１３はスタンプ材、１４は鉄皮である。スタンプ材１３のうち、羽口本体１１の周辺部にある部分（周りの約１００ｍｍの部分）は、局部的な溶損部１２ａと、乾燥後において強度不足部１２ｂが存在していることがわかった。
また、スタンプ材の焼成温度と強度の関係を調べた結果、図４に示すように、１２０℃未満の温度で焼成した場合には、強度が１８Ｍｐａより小さくなり、所望する強度が発現していないことがわかった。従って、もっとスタンプ材の強度をしっかりと発現させる必要があることが判明し、またスタンプ材の強度が十分あれば羽口周辺部の局部的な溶損の発生を防止できることにつながると予測できる。

本発明は上記のような問題点を解決して、羽口周辺における局部的な溶損などの損傷がなく、かつ十分な強度を有していて羽口の寿命を大幅に延長することができ、また局部的な溶損に起因する鉄皮の露出により断熱効果が低下してヒートロスによる操業負担の増加もなくすることができる溶解炉の羽口構造を提供することを目的として完成されたものである。

上記課題を解決するためになされた本発明の溶解炉の羽口構造は、レンガに形成した孔部内に、外周を事前に焼成したリング部材により被覆されている羽口本体を配置し、該リング部材の周囲をスタンプ材で埋めて固定した羽口構造であって、前記羽口本体は冷却保護されたものであり、また前記リング部材はスタンプ材と同じ材質からなり熱膨張係数が同じであることを特徴とするものである。

リング部材は、１２０℃以上で焼成されているものが好ましく、これを請求項２に係る発明とする。

前記リング部材は円周方向に分割されていることが好ましく、これを請求項３に係る発明とする。

本発明は、羽口レンガに形成した孔部内に、外周を事前に焼成したリング部材により被覆されている羽口本体を配置し、該リング部材の周囲をスタンプ材で埋めて固定した構造で、冷却保護されている羽口本体に直接接触するのが事前に焼成して十分な耐磨耗性および強度を有するリング部材となるので、従来のようにスタンプ材の局部的な溶損部や乾燥後における強度不足部が生じることがなくなり、この結果、十分な強度を発現して優れた耐久性を発揮することとなる。

リング部材が、１２０℃以上で焼成され、強度が１８Ｍｐａ以上となるように事前に焼成されている場合は、強度が大きく羽口本体をしっかりと支持できることとなる。

前記リング部材を円周方向に分割されているものとした場合は、羽口本体への装着を容易に行えることとなる。

また、リング部材をスタンプ材と同じ材質からなり熱膨張係数が同じものとした場合は、昇温しても隙間を生じさせることがない。

以下に、図面を参照しつつ本発明の好ましい実施の形態を示す。
図１は本発明の羽口構造を示す断面図であり、図中、１は銅または銅合金からなる筒状の羽口本体、３はアルミナを主成分とするセラミックスからなるスタンプ材、４は鉄皮である。なお、前記羽口本体１は、炉内に高温ガスを吹き込むためのものである点は従来と同じである。

本発明では、羽口レンガに形成した孔部内に、外周を事前に焼成したリング部材２により被覆されている羽口本体１を配置し、該リング部材２の周囲をスタンプ材３で埋めて固定した構造となっている。ここで事前に焼成したとは、いわゆるプレキャストという意味であり、セラミックス原料を事前に焼成しておき所定形状で、かつ所定強度を有するセラミックス成形体にするという意味である。また、この該リング部材２は厚みが１００ｍｍ程度のものである。
そして、この事前に焼成したリング部材２を羽口本体１の外周に装着したものを、羽口レンガに形成した孔部内に配置し、その後、該リング部材２の周囲をスタンプ材３で埋めて所定位置に固定した構造とするのである。

前記リング部材２は、１２０℃以上で焼成され、強度が１８Ｍｐａ以上となるように事前に焼成（プレキャスト）されている。
即ち、羽口本体１を一定の強度を有しているリング部材２により支持させることで、従来のように羽口周辺における局部的な溶損などの損傷を防止し、しかも十分な強度を有していて羽口の寿命を大幅に延長するのである。

図４は、スタンプ材の焼成温度と強度の関係を示すグラフである。このグラフから明らかなように、１２０℃未満の温度で焼成した場合には、強度が１８Ｍｐａより小さくなり、所望する強度が発現していないことがわかった。即ち、従来のように、スタンプ材を羽口本体１の周りに充填し、炉の操業温度によりスタンプ材を焼成するようにした場合は、羽口本体１が水冷等されていて低温状態にあり、この羽口本体１に直接に接触しているスタンプ材は１２０℃以上に加熱されることがない。このため、これが原因で十分な強度が発現できず、結果的にはスタンプ材の局部的な溶損部や乾燥後における強度不足部が生じていることを究明した。
従って、本発明ではもっとスタンプ材の強度をしっかりと発現させる必要があることを認識し、またスタンプ材の強度が十分あれば羽口周辺部の局部的な溶損の発生を防止できることにつながると予測し、発明の完成に至ったのである。

リング部材２は、図２に示されるように、円周方向に分割（図示のものでは３等分）されており、羽口本体１への装着が容易に行える構造となっている。勿論、分割形式については、羽口本体１の外形に応じて任意の形状、分割数とすることができる。

また、リング部材２は、スタンプ材３と同等の材質からなるものである。一例を挙げればリング部材２は、重量％で、Ａｌ_２Ｏ_３：６９％、ＳｉＯ_２：０．３％、ＳｉＣ：２３％、Ｃ：３％のセラミックス原料からなる。スタンプ材３と同等の材質とすることで、熱膨張に起因する両者間の隙間の発生を極力避けることができ好ましい。

以上のように構成した羽口の構造においては、従来のような冷却保護されている羽口本体に直接接触していてスタンプ材が十分に乾燥されずに強度の発現ができず、この部分が局部的に溶損してしまう原因になっていたのに対し、羽口本体を一定の強度を有するリング部材により支持させることで、羽口周辺における局部的な溶損を防止するとともに、十分な強度を発揮して羽口の寿命を大幅に延長するのである。しかも、局部的な溶損がないため、鉄皮が露出することもないので、断熱効果の低下に伴うヒートロスによる操業負担の増加もなくすことができる。

なお、以上に説明した羽口構造では、９０日経過後においても局部的な溶損などの損傷は見られず、また十分な強度を有しており、従来は約３０日で交換を強いられていたのに比べて大幅に寿命を延長できることが確認できた。

以上の説明からも明らかなように、本発明は羽口レンガに形成した孔部内に、外周を事前に焼成したリング部材により被覆されている羽口本体を配置し、該リング部材の周囲をスタンプ材で埋めて固定した構造としたので、羽口周辺における局部的な溶損などの損傷がなく、かつ十分な強度を有していて羽口の寿命を大幅に延長することができることとなる。また、局部的な溶損に起因するヒートロスによる操業負担の増加も防止することができるという利点も有する。

本発明の実施の形態を示す断面図である。 （ａ）は本発明のリング部材を示す正面図、（ｂ）はその断面図である。 従来例を示す断面図である。 スタンプ材の焼成温度と強度の関係を示すグラフである。

１ 羽口本体
２ リング部材
３ スタンプ材
４ 鉄皮

Claims (3)

1. 羽口レンガに形成した孔部内に、外周を事前に焼成したリング部材により被覆されている羽口本体を配置し、該リング部材の周囲をスタンプ材で埋めて固定した羽口構造であって、前記羽口本体は冷却保護されたものであり、また前記リング部材はスタンプ材と同じ材質からなり熱膨張係数が同じであることを特徴とする溶解炉の羽口構造。
2. リング部材は、１２０℃以上で焼成されている請求項１に記載の溶解炉の羽口構造。
3. リング部材は、円周方向に分割されている請求項１または２に記載の溶解炉の羽口構造。

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