JP4436222B2 - 真空脱ガス処理用浸漬管 - Google Patents

Description

本発明は、ＲＨ、ＤＨ等の溶鋼の真空脱ガス装置に装着される真空脱ガス処理用浸漬管に関するものである。

製鉄産業における真空脱ガス装置に装着される浸漬管は耐火物で構成され、溶鋼流の作用、溶鋼上に浮遊するスラグとの反応、熱サイクルによる剥落などによって耐火物の消耗が著しい。そして、消耗代が少なくなった浸漬管はフランジ部から取り外され、別途準備された浸漬管と交換される。

浸漬管は、フランジ部を有する金属製円筒と、この金属製円筒の内周と外周にそれぞれ配置された耐火物とからなっている。浸漬管の下部は、金属製円筒が下端まで伸びていないため内側と外側の耐火物が直接接触する構造になっている。浸漬管は通常内側にマグクロ質れんが等の定形耐火物を配置し、外側にはキャスタブル等の不定形耐火物を配置している。このため、使用を重ねてくると下端面の不定形耐火物とマグクロ質れんがとの境界部が開いてくる。このため、マグクロ質れんがあるいは不定形耐火物に亀裂等が生じ、これらが脱落する問題がある。そこで、この境界部からの損傷を防止する目的で、内周部のマグクロ質れんがの下部にも不定形耐火物を配置したタイプが使用されている。この場合には、マグクロ質れんがの下端と不定形耐火物との水平方向の境界部の損耗が大きくなり、このため、その損耗がさらに進行すると不定形耐火物が脱落する問題がある。

これらの損傷の要因の一つとしては、浸漬管が使用を重ねると下部が外側に広がってくるためと考えられている。その結果、定形耐火物と不定形耐火物との水平方向の境界（目地）は特に接合力が弱いため境界部が開き、優先的にこの部分から脱落する。そこで、浸漬管の開きを抑制するために金属製円筒を補強する目的で鉄板の厚みを大きくしたり、補強構造を持たせること、あるいは、金属製円筒を冷却することなどが検討されてきたが、内周下端部の耐火物の損傷を十分抑制することはできなかった。

一方、内周の定形耐火物を配置する構造について、特許文献１では、金属製円筒の内周に配置するマグクロ質れんがの下端が凹凸になるようにライニングし、その下部に不定形耐火物を配置する方法が開示されている。この凹凸により金属製円筒の拡大変形が小さい上方部に水平目地を設けることができ、これにより目地切れの発生を防止できると記載されている。また、定形耐火物と不定形耐火物の水平方向の境界面が連続しないため水平方向の亀裂が進展しにくいと考えられる。しかしながら、この場合においては下端部の脱落はある程度改善されたものの、さらに使用が進むと定形耐火物の最下端面から水平方向に亀裂が進展するために、不定形耐火物が脱落することがあり、このことが交換要因になることが問題となっている。

一方、目地開きやそれによる耐火物の脱落を防止するために、例えば、特許文献２では金属製円筒の外周にマグネシア−カーボン（ＭｇＯ−Ｃ）質れんがを配列するとともに、このＭｇＯ−Ｃ質れんがの下端を浸漬管の周方向に交互の長短構造とし、外周の前記定形耐火物以外の部分を不定形耐火物とし、内周部にはマグクロ質れんがを配置した浸漬管が記載されている。この構造により、浸漬管の下方の広がりにともなう目地開きを抑制すると共に、耐火物の脱落を防止する効果が得られるとされている。実際にこの発明においては、外周下端部の損傷について改善がみられる。しかしながら、浸漬管における損傷のほとんどは内周下端部の不定形耐火物の損傷であり、この点についてはほとんど効果がない。

さらに、特許文献３においては、外周にＭｇＯ−Ｃ質れんがを配置し、下端までれんがにした長尺れんがと、溶鋼面までれんがにした短尺れんがとの交互千鳥構造であり、その間に不定形耐火物を配置した構造が開示されている。この発明は、浸漬管の外周スラグライン部の溶損対策を目的としたもので、外周下端部におけるスラグによる溶損が改善されたことが記載されている。しかしながら、この構造では、内周下端部の耐火物の損耗は改善されていない。

一方、ＲＨ等の真空脱ガス処理炉には、高温での耐食性に優れるマグクロ質れんがが多用されている。しかしながら、低融点スラグの浸潤による構造スポーリングや脱落損傷、あるいは剥離損傷が問題となっており、最近ＭｇＯ−Ｃ質れんがも使用されてきている。例えば、特許文献４ではカーボン原料を１〜５重量％含有する低カーボンＭｇＯ−Ｃ質れんがが開示されている。しかしながら、これらのＭｇＯ−Ｃ質れんがは、ＲＨにおいては、下部層等に使用され、浸漬管では外周のみで使用されており浸漬管の内周で使用して良好な実績はこれまで報告されていなかった。特に浸漬管の内周下端部は非常に損耗が大きいため、不定形耐火物と融着しにくい炭素含有れんがは、不定形耐火物の脱落が激しくなるため使用されていないのが現状であった。
特開２０００−１０４１１３号公報 特開平９−６７６１２号公報 特開平１０−６０５２０号公報 特開平９−３０９７６２号公報

本発明が解決しようとする課題は、下端部に不定形耐火物を配置した真空脱ガス処理用浸漬管において、下端部の耐火物、特に内周下端部の不定形耐火物の損傷を抑制することである。

本発明者等は、内周用定形耐火物層の下端を浸漬管の周方向に交互に長短構造とするだけでなく、内周用定形耐火物層の最下端を構成する長尺定形耐火物の下端が浸漬管の最下端に位置し、かつ、内周用定形耐火物層の最下端以外を構成する短尺定形耐火物の下部、換言すれば長尺定形耐火物どうしの間から外周部へ連続するように不定形耐火物を配置した構造とすることで、内周下端部の損傷を抑制できることを知見した。

この理由は、長尺定形耐火物が不定形耐火物の亀裂の進展を止める効果が非常に大きいことよるものであると推定している。つまり、不定形耐火物と定形耐火物との水平方向の境界（目地）は、短尺定形耐火物の下端にのみ形成され、しかも両側は定形耐火物で挟まれる構造となっている。このため、この境界部分を基点とする水平方向の亀裂の進展は、より強度の高い定形耐火物によって妨げられる。このため不定形耐火物の脱落を抑制することができ、不定形耐火物の損傷を抑制することができる。しかも長尺定形耐火物どうしの間に設けた不定形耐火物は、外周部へ連続するように配置しているので、内周耐火物はより脱落しにくくなっている。さらに、長尺定形耐火物が下端面まで配置されているので、この間に挟まれた不定形耐火物の溶損や剥離等の損耗速度を小さくする効果も得られる。

さらに、この内周用定形耐火物層として炭素含有耐火物（炭素含有れんが）を配置することで、より耐用性が向上することがわかった。浸漬管の内周用定形耐火物層として一般的に使用されているマグクロ質れんがの場合には、使用中に水平方向に亀裂が入る傾向があり、長尺定形耐火物の下端部に不定形耐火物を配置しないで使用を続けると、次第にその下端部が脱落してくることがある。これに対して、内周用定形耐火物層を炭素含有れんがとすることで、内周下端部の脱落防止効果がさらに高まることがわかった。これは、炭素含有れんがは耐スポーリング性が高くかつ熱間強度が高いため、亀裂の進展を抑制する効果がより高いためと考えられる。

そして、外周にも炭素含有れんがを配置することで、さらに耐用性が向上する。すなわち、外周に熱間強度の高い炭素含有れんがを配置することで、さらに使用中の浸漬管の外側への開きを抑制することができる。つまり、外周に熱間強度の高い炭素含有れんがを配置すると、れんがが外側へ曲がりにくいため浸漬管の開きを抑える効果があると考えられる。しかも内周にも炭素含有れんがを配置しているため、これによって構成される内周用定形耐火物層についても同じように、外側へ曲がりにくくなっている。このように、内周部と外周部とを共に炭素含有れんがとすることで、浸漬管が外側へ開くことを強く抑制することが可能となるので、内周下端部への亀裂発生を抑える効果が飛躍的に高くなるのである。

本発明で言う炭素含有れんがとは、炭素ボンドを有する耐火物であって、例えばマグネシア−カーボン（ＭｇＯ−Ｃ）質、スピネル−カーボン質、マグネシア−スピネル−カーボン質、アルミナ−カーボン質、アルミナ−炭化珪素−カーボン質などの焼成品または不焼成品とする。

この炭素含有れんがとしては、ＭｇＯ−Ｃ質れんががより好ましい。特にＭｇＯ−Ｃ質れんがを使用することで、内周用定形耐火物層に水平亀裂が生じにくくなり、耐食性がすぐれることと相俟って内周用定形耐火物層の下端の長短構造（凹凸構造）の効果がより一層発揮される。特に内周の不定形耐火物の溶損速度が非常に小さくなり不定形耐火物の寿命が著しく向上する。ＭｇＯ−Ｃ質れんがは一般に耐火物として使用されているものであれば特に問題なく使用することが可能である。また、Ａｌ，Ｍｇ，Ｓｉ等の金属、ＳｉＣ，Ｂ_４Ｃ等の炭化物、Ｓｉ_３Ｎ_４，ＢＮ等の窒化物、ＣａＢ_６，ＭｇＢ_２等の硼化物を酸化防止のために１種または２種以上組み合わせて使用できる。

ＭｇＯ−Ｃ質れんがとしては、外周部には炭素量が１０〜２５質量％のものを、内周部には炭素量が１〜１０質量％のものを使用することが好ましい。外周部では炭素含有量が１０質量％未満では耐スラグ性が不十分となり、２５質量％を超えるとカーボンの酸化によって組織強度の低下を招く。内周部では炭素含有量が１質量％未満ではスラグの浸透が大きくなり構造的スポーリングの原因となり、１０質量％を超えると膨張が小さくなり目地損耗が大きくなる。この内周部に使用するＭｇＯ−Ｃ質れんがの炭素含有量は１〜３質量％とすることがより好ましい。

本発明は、内周用定形耐火物層の下端を浸漬管の周方向に交互に長短構造としたことと、内周用定形耐火物層の最下端を構成する長尺定形耐火物の下端を浸漬管の下端に合わせたことにより、浸漬管の内周下端部の損耗が著しく小さくなり、耐火物の脱落が防止される。その結果、定形耐火物が持つ高耐食性と不定形耐火物が持つ一体性の効果がいかんなく発揮され、浸漬管全体の耐用性が格段に向上する。

図面に基づいて、本発明をさらに詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態を示す部分断面図である。同図において、金属製円筒１の内周部に内周用定形耐火物層３を、その他の部位に不定形耐火物層４を配置している。金属製円筒１の上端には、一般に浸漬管を着脱自在にするためのフランジ２を備えている。

内周用定形耐火物層３の支持は、下方の不定形耐火物層４に頼ってもよいが、支持金物５で下端を押さえるのが好ましい。内周用定形耐火物層３を構成する内周用定形耐火物の個数は、浸漬管のサイズなどに合わせて適宜決定する。

本発明では、この内周用定形耐火物層３の下端を浸漬管の周方向に交互に長短構造とする。下端部における高さ方向の長短の差は、好ましくは５０〜２００ｍｍ程度とする。

図２ａは本発明における内周用定形耐火物層の構造例を示す部分断面図である。同図に示す例では、内周用定形耐火物として内周方向に長尺れんが７と短尺れんが８を一個ごとに交互に配置して内周用定形耐火物層３を形成し、この内周用定形耐火物層３の下端を交互に長短構造としている。

内周用定形耐火物層３の下端を交互に長短構造とする手段は、図２ａの例に限らず、例えば図２ｂのように長尺れんが７あるいは短尺れんが８を二個ずつ配置しても良いし、図２ｃのように長尺れんが７と２種類の短尺れんが８，９の長短３種類のれんがを組み合わせても良い。また、各れんがは長さ方向に一体物でも良いし、２つあるいは３つに分割しても良い。分割する場合は図２ａのように水平目地を一体化しても良いし、図２ｃのようにジグザグとしても良い。目地にはモルタルを使用してもしなくても良い。円周方向の分割数は直径にもよるが、２４〜４８分割程度が好ましい。さらに長尺れんが７と短尺れんが８，９の幅を互いに異なるものにしても良い。

また、図１においては、不定形耐火物層４は短尺れんが８，９の下部から外周部まで連続して配置されている。このように不定形耐火物層４は、短尺れんが８，９の下部つまり長尺れんが７どうしの間から外周部まで連続していることで、脱落しにくい構造になっている。ただし、外周部の不定形耐火物層４は外周全面を覆う必要はなく、下端部のみでも十分であり、少なくとも浸漬管の下端面から短尺れんが８，９の下端面までの範囲が不定形耐火物層４で覆われていれば十分である。不定形耐火物層４の外周部側の施工範囲がこれよりも狭い場合には、不定形耐火物が脱落しやすくなる。また、外周の不定形耐火物層４は円周方向に連続した構造になっているが、外周部では内周下端部と比較すると水平方向へ亀裂を入れようとする力が弱いため、亀裂はほとんど入らないため耐火物脱落の原因とはなりにくい。

図３は、本発明の他の実施形態を示す。同図には、内周部と外周部とに定形耐火物を配置した浸漬管を示している。なお、図１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する

図３において、外周用定形耐火物１０として、スラグライン部に炭素含有れんがを周方向に配列する。この外周用定形耐火物１０の支持は、下方の不定形耐火物層４に頼ってもよいが、支持金物１１で上下端を押さえるのが好ましい。スラグライン部の外周用定形耐火物１０の個数は、浸漬管のサイズなどに合わせて適宜決定する。また、高さ方向のサイズは、スラグラインが湯面の高さの変化に応じて推移するので、余裕をもって一定の幅を取る。また、外周用定形耐火物１０の上部と下部には不定形耐火物が配置されている。このうち外周下部の不定形耐火物は、内周下部と連続することで内周部と一体化した不定形耐火物層４となっている。

以上の各実施形態において、内周用定形耐火物層３の長尺れんが７の下端を浸漬管下端に合わせるのは、下端が不定形耐火物層４だけでは耐食性が低く、損耗が進みやすいためである。これに対して、従来のように、内周用定形耐火物層を長尺れんがのみから構成し、その下端を浸漬管下端に合わせ、その背部に不定形耐火物層を配置した場合、内周用定形耐火物層と外周不定形耐火物層との浸漬管下端部における境界が連続して、スラグ、溶鋼が侵入しやすくなり不定形耐火物が剥離しやすくなる。なお、外周用不定形耐火物は内周用定形耐火物層３の短尺れんが８，９の下部の不定形耐火物と一体施工されるため連続した境界部ができないので目地損耗が生じにくい。

本発明で使用する不定形耐火物の具体的な材質は限定されるものではなく、例えばアルミナ質、アルミナ−スピネル質、アルミナ−マグネシア質、アルミナ−マグネシア−スピネル質、マグネシア質、マグネシア−カルシア質などのキャスタブル耐火物とする。

なお、不定形耐火物層４の支持のために、図１、３に示すように、金属製円筒１にスタッド６を立設させることが好ましい。また、図には示していないが、金属円筒下端を板状あるいは棒状のバンドで補強しても良いし、例えば特開平６−１４５７６８号公報に見られるように下方外周にテーパーを設けた浸漬管にも本発明を適用することができる。

実機試験として、内径５００×外径１０００×高さ１０００ｍｍのＲＨ真空脱ガス装置用浸漬管において、内周用定形耐火物層を表１に示す実施例の炭素含有量２質量％の不焼成マグネシア−カーボン質れんがとし、短尺れんがの下部と外周耐火物層をアルミナ−マグネシア質の不定形耐火物で一体施工した。内周用定形耐火物層を構成する不焼成マグネシア−カーボン質耐火物の下端は、図２ａに示すように長尺れんがと短尺れんがを交互に配列し、長尺れんがの下端を浸漬管の下端に合わせ、長尺れんがと短尺れんがとの高さ方向の長さの差を１００ｍｍとした。

こうして得られた本発明実施例の浸漬管と、比較例として内周用定形耐火物層にマグクロれんがを使用し、その下端を一直線状にした以外は本発明実施例と同じ構造にした従来の浸漬管とを比較試験した。その結果、従来の浸漬管では内周マグクロれんがと不定形耐火物との境界に連続した目地開きが生じ、３０チャージ使用後には境界部より下の不定形耐火物の脱落によって寿命となった。これに対し、本発明実施例による浸漬管は、内周の不焼成マグネシアーカーボン質れんがの損耗が小さく、かつ不定形耐火物との境界の目地開きが小さく、脱落も認められず１００チャージの耐用を示した。

次の実機試験として、内径５００×外径１０００×高さ１０００ｍｍのＲＨ真空脱ガス装置用浸漬管において、内周用定形耐火物層を表２に示す実施例の炭素含有量２質量％の不焼成マグネシア−カーボン質れんがとし、外周には、スラグライン部に炭素を２０質量％含有する不焼成マグネシア−カーボン質れんがを設け、その下部および上部はアルミナ−マグネシア質キャスタブル耐火物とした。また、内周部の不焼成マグネシア−カーボン質耐火物層の下端は、図２ａに示すように内周は長尺れんがと短尺れんがを交互に配列し長尺れんがの下端を浸漬管の下端に合わせた。外周も同様に長尺れんがと短尺れんがを周方向に交互に配置し、その下端を浸漬管の周方向に交互に長短構造にした。長尺れんがと短尺れんがとの高さ方向の長さの差は、内周で１００ｍｍ、外周で５０ｍｍとした。

こうして得られた本発明実施例の浸漬管と、比較例として内周用定形耐火物層にマグクロれんがを使用し、その下端を一直線状にした以外は本発明実施例と同じ構造にした従来の浸漬管とを比較試験した。その結果、従来の浸漬管では下部の広がりにともなって外周の定形耐火物とその下方の不定形耐火物との水平方向の境界に連続した目地開きが生じ、しかもその目地幅が大きいために、溶鋼侵入が原因で２６チャージ使用後には不定形耐火物の脱落によって寿命となった。これに対し、本発明実施例による浸漬管は、内周用定形耐火物層とその下方の不定形耐火物との水平方向の境界の目地が不連続で、しかも目地幅は小さく、１５０チャージで使用を中止したが、その間、下方の不定形耐火物の脱落は認められなかった。

本発明の一実施形態を示す部分断面図である。 本発明における内周用定形耐火物層の構造例を示す部分断面図である。 本発明における内周用定形耐火物層の他の構造例を示す部分断面図である。 本発明における内周用定形耐火物層のさらに他の構造例を示す部分断面図である。 本発明の他の実施形態を示す部分断面図である。

符号の説明

１ 金属製円筒
２ フランジ
３ 内周用定形耐火物層
４ 不定形耐火物層
５ 支持金物
６ スタッド
７ 長尺れんが（長尺定形耐火物）
８、９ 短尺れんが（短尺定形耐火物）
１０ 外周用定形耐火物
１１ 支持金物

Claims (5)

1. 金属製円筒の内周部に内周用定形耐火物層を設けた真空脱ガス処理用浸漬管において、この内周用定形耐火物層の下端を浸漬管の周方向に交互に長短構造とし、さらに、内周用定形耐火物層の最下端を構成する長尺定形耐火物の下端が浸漬管の最下端に位置し、かつ、内周用定形耐火物層の最下端以外を構成する短尺定形耐火物の下部から外周部に連続する不定形耐火物を配置したことを特徴とする真空脱ガス処理用浸漬管。
2. 内周用定形耐火物層として炭素含有れんがを配置した請求項１に記載の真空脱ガス処理用浸漬管。
3. 金属製円筒の外周部に炭素含有れんがを配置した請求項２に記載の真空脱ガス処理用浸漬管。
4. 炭素含有れんががマグネシア−カーボン質れんがである請求項２または請求項３に記載の真空脱ガス処理用浸漬管。
5. 金属製円筒の外周部に配置する炭素含有れんがが炭素量１０〜２５質量％のマグネシア−カーボン質れんがであり、金属製円筒の内周部に配置する炭素含有れんがが炭素量１〜１０質量％のマグネシア−カーボン質れんがである請求項３に記載の真空脱ガス処理用浸漬管。

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