JP4516995B2

JP4516995B2 - 高炉荒れ出銑抑制方法

Info

Publication number: JP4516995B2
Application number: JP2008219144A
Authority: JP
Inventors: 浩昭大坪; 強志松田; 康成松村; 法生新田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2008-08-28
Filing date: 2008-08-28
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2028-08-28
Also published as: WO2010024360A1; BRPI0917177A2; KR101235550B1; CN102057057B; KR20110023909A; BRPI0917177B1; CN102057057A; JP2010053396A

Description

本発明は高炉ライニング背面に生じる隙間が炉内ガス流出経路となり、出銑孔で荒れ出銑を生じる現象を効果的に抑制する方法に関するものである。

高炉の炉壁は、図１に示すように、内側から内張りれんが１、スタンプ材２、ステーブ３、鉄皮４の順に構成されており、炉底部の内張りれんが１には熱伝導率の高いカーボンれんがが用いられることが一般的である。一方、鉄皮４はステーブ３を用いて冷却される。従って、内張りれんが１及びスタンプ材２は、ステーブ３及び鉄皮４と比較して大きく熱膨張する。これらの熱膨張の差に起因して、高炉立ち上げ時にスタンプ材２層とステーブ３層との間には、図１に示す隙間ａ−ａが発生する。次に、図２に示すように、前記隙間ａ−ａに羽口５経由の炉内ガスが流入してスタンプ材２層が熱劣化する過程で、前記隙間ａ−ａが拡大していく。このようにして出来た隙間ａ−ａ（以下、高炉ライニング背面隙間という）は炉内ガス流出経路となる。当該炉内ガス流出経路内の炉内ガスは、出銑時に出銑用の孔の中を流れる溶銑およびスラグの中に巻き込まれ、溶銑及びスラグが出銑孔６出口で吹き荒れる「高炉荒れ出銑」の原因となる。高炉荒れ出銑は、近辺設備である出銑大樋等を溶損させ、出銑大樋や大樋カバー等の設備寿命低下の原因となる。

このような現象に対して従来の高炉荒れ出銑抑制方法は、特許文献１に記載の羽口下に設けられた圧入孔に圧入材を圧入して、高炉ライニング背面隙間を充填するものであった。しかしながら、一般的には羽口から出銑孔までの距離は５．０ｍ以上あり、高い流動性を有する低粘性の圧入材を圧入しても、圧入材が出銑孔付近の隙間まで到達せず、望ましい充填効果が得られない問題があった。また、低粘性圧入材に含まれる液体分が熱によって揮発し、圧入材が収縮したり、低粘性であるが故に一部のガス流出経路から圧入材が出銑孔に流出してしまい、高炉ライニング背面隙間の充填に用いた圧入材による炉内ガスシール効果が短期間で低下してしまう問題があった。
一方で、炉内ガスシール効果の高い高粘性圧入材を使用した場合は、圧入孔または圧入配管の閉塞が問題となり、圧入材の圧入圧力を高めて圧入すると図１に記すような内張りれんが１を押し出す等、高炉炉壁を損傷させる懸念があるため、設備保護上の観点から圧入圧力を高めて高粘性圧入材を圧入することが困難であった。
特許第2617859号公報

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、高炉ライニング背面隙間のうち、炉内ガス漏風出口である出銑孔付近を確実に充填し、かつ圧入材充填による炉内ガスシール効果を長期間維持可能とする、荒れ出銑抑制技術を提供することである。

上記課題を解決するためになされた本発明に係る高炉荒れ出銑抑制方法は、出銑孔横に設けた圧入孔から、出銑孔周辺部の高炉ライニング背面隙間へ、高粘性圧入材を圧入する高炉荒れ出銑抑制方法であって、該圧入孔を、出銑孔の周囲０．５〜４ｍの位置に設け、常温における粘性が２０００〜７０００ｃＰの高粘性圧入材を、出銑中に出銑孔近傍に生じるエゼクター効果を利用して圧入することを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項1記載の高炉荒れ出銑抑制方法において、炉内圧力検出手段によりエゼクター効果の発生を検出し、エゼクター効果発生確認後に圧入を開始することを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項1〜２の何れかに記載の高炉荒れ出銑抑制方法において、高粘性圧入材圧入後に、樹脂のみの圧入を行うことを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、請求項1〜３の何れかに記載の高炉荒れ出銑抑制方法において、羽口下に設けた圧入孔から常温における粘性が２０〜２０００ｃＰの低粘性圧入材の圧入を組み合わせて行うことを特徴とするものである。

従来の高炉荒れ出銑抑制方法では、羽口下に設けられた圧入孔から粘性２０〜２０００ｃＰの低粘性圧入材を圧入する方法が採用されていた。これに対し、本発明では、出銑孔の周囲０．５〜４ｍの位置に設けた圧入孔から粘性２０００〜７０００ｃＰの高粘性圧入材を圧入することにより、高炉ライニング背面隙間のうち、炉内ガス漏風出口である出銑孔付近を確実に充填し、かつ圧入材充填による炉内ガスシール効果を長期間維持することを可能とした。

なお、圧入材の粘度を高めると、前記のとおり、圧入孔または圧入配管が閉塞することが問題となり、また設備保護上の観点から圧入圧力の制約があるため、従来の方法では粘度２０００ｃＰ以上の圧入材を用いることはできなかったが、本発明では、高炉出銑時に出銑孔付近の炉内圧力が低下し、出銑孔付近へ向かう吸引力が生じること（以下、エゼクター効果）を利用して、出銑中に圧入を行うことにより粘度２０００〜７０００ｃＰの高粘性圧入材の使用を可能とした。

請求項２記載の発明では、炉内圧力検出手段によりエゼクター効果の発生を検出し、エゼクター効果発生確認後に圧入を開始することにより、圧入材の逆流を防止し圧入材を高炉ライニング背面隙間に確実に充填することができる。

請求項３記載の発明では、高粘性圧入材圧入後に樹脂のみの圧入を行うことにより、圧入材圧入用配管内及び圧入孔炉内側周囲に付着した高粘性圧入材が樹脂で置換される。これにより、圧入材圧入用配管内及び圧入孔炉内側周囲の詰まりが防止可能となった。また、次回の高粘性圧入材圧入時には圧入配管内壁面に残存する低粘性の樹脂によって、高粘性圧入材を圧入する際の配管内摩擦を軽減することができる。このため、圧入材を効率的に圧入することができる。

請求項４記載の発明では、羽口下に設けた圧入孔から粘性２０〜２０００ｃＰの低粘性圧入材の圧入を組み合わせて行うことにより、炉内ガスが前記高粘性圧入材が充填されたシール部分に直接吹き込むことによるシール部分の損傷を防止した。これにより、炉内ガスシール効果を長期間維持することを可能となる。

以下、本発明の高炉荒れ出銑抑制方法を実施するための最良の形態を、図３〜５を参照しながら説明する。
図３には、本発明の高炉荒れ出銑抑制方法の概略説明図を示している。図４には、本発明に用いる出銑孔横に設けた圧入孔の位置説明図を示している。図５には、本発明の一実施形態を示している。

図３は高炉ライニング断面と圧入機７を模式的に示している。出銑孔６の横の圧入孔９は出銑孔からみて高炉円周方向に設置されており、圧入材を圧入するためのポンプ、モーター等を有する圧入機７と配管１０を介して接続される。圧入材は圧入機７による圧力によって、配管１０を通して圧入孔９へ圧入される。出銑孔６横に設けた圧入孔から圧入する場合、羽口下に設けた圧入孔から圧入する場合に関わらず、作業員の安全と設備の保護を考慮して、出銑時の溶銑の飛散が及ばない羽口デッキ８に圧入機７を設置する。

図４は、高炉の出銑孔のレベルにおける高炉炉内水平断面を模式的に示している。
図４に示すように、前記圧入孔９は、出銑孔の周囲０．５〜４ｍの位置に設けられている。圧入孔９の設置位置が出銑孔６の周囲０．５ｍより近い場合は、出銑孔６横に設置された圧入孔９に接続される配管１０が、出銑孔から飛散する溶銑により損傷する懸念がある。また、圧入孔９の設置位置が出銑孔６の周囲４ｍより遠い場合は、出銑時のエゼクター効果による炉内圧力低下が十分に得られないため、高粘性圧入材を圧入することが困難となる。このため、圧入孔９は出銑孔６横の周囲０．５〜４ｍの位置に設置することが望ましい。

本発明に用いられる高粘性圧入材は粘性２０００〜７０００ｃＰの圧入材であり、当該高粘性圧入材は、例えばフラン系樹脂と黒鉛の混練物を用いることができる。なお、荒れ出銑抑制用圧入材として求められる物性とは、３５０℃付近の高温ガスに接触した場合でも、粉体と樹脂が分離して収縮することなく、また反対に、揮発ガスを内部に取り込んで膨張することもなく、ガスシールに最適な緻密性を維持可能であること、及び、高い熱伝導性を有することであり、本発明に用いる圧入材（粘性２０００〜７０００ｃＰ）は当該物性を具備するものである。

本発明は、粘性２０００〜７０００ｃＰの圧入材を圧入可能とするために、出銑中に圧入を行うことを特徴とするものである。以下、図８及び図９に基づいて当該特徴につき説明する。図８には出銑時の炉圧力変動を示し、図９には圧入圧と圧入可能粘度の関係を示している。

図８に示すように、出銑待機中には約０．４ＭＰａであった出銑孔周囲の圧力が、出銑時には0.1MPa以下へと大きく低下する。すなわち、出銑時に出銑孔周囲では吸引力が大きく働いている。本発明は、この吸引力を利用して高粘性の圧入材を出銑孔横に設けた圧入孔から圧入することを特徴とするものである。なお、図９に示すように、出銑待機時（炉内圧約０．４ＭＰａ）の適正圧送圧は１．５〜２ＭＰａであり、当該圧力では１０００〜２０００ｃＰ以上の粘性の圧入材を圧入することはできない。一方、本発明では、出銑時に出銑孔周囲の圧力が0.1MPa以下へと大きく低下するエゼクター効果を利用して、１．５〜２ＭＰａの適正圧送圧下において、２０００〜７０００ｃＰの圧入材を圧入可能とし、炉内ガスシール効果を大きく改善することに成功した。

高炉ライニング背面隙間に圧入材を充填する場合、圧入圧力と炉内圧力によっては圧入材が逆流する懸念がある。また、圧入管によってエゼクター効果発生のタイミングが異なる。このため、炉内圧力を測定することによってエゼクター効果の発生タイミングを検知し、圧入することが必要となる。例えば、図５に示すように、延長配管１０と圧入機７との間に弁１３ａと、圧力計Ａ１１と、弁１３ｂと、圧力計Ｂ１２と、弁１３ｃを設けて圧入タイミング調整を行うことができる。具体的には、まず弁１３ａのみ解放し、弁１３ｂと弁１３ｃとは閉じた状態で、圧力計Ａ１１により炉内圧力を測定し、図８に示すような炉内圧の急激な低下（エゼクター効果の発生）を確認する。エゼクター効果の発生が確認された後、弁１３ｃも開放して圧力計Ｂ１２の示す圧力が炉内送風圧力を超えたことを確認した後に弁１３ｂを開放する。これにより、圧入材の逆流を防止することとともに、エゼクター効果発生のタイミングを検知し炉内圧力低下後に圧入することができる。

高粘性圧入材はガスシール性が向上するという効果を有するが、圧入後に延長配管１０内や圧入孔９炉内側周囲で圧入材が閉塞してしまい、繰り返し圧入が困難になる。これに対し、高粘性圧入材圧入終了後、樹脂のみを圧入して配管内に充填させることで、圧入材圧入用配管内及び圧入孔炉内側周囲の詰まりを防止している。また、次回の高粘性圧入材圧入時には圧入配管内壁面に残存する低粘性の樹脂によって、高粘性圧入材を圧入する際の配管内摩擦を軽減することができる。このため、圧入材で配管を閉塞させることなく効率的に圧入することができる。

本発明の他の実施形態としては、上記方法と羽口下に設けた圧入孔から低粘性圧入材を圧入する方法とを併用する方法がある。前記のように、羽口下に設けた圧入孔から低粘性圧入材を圧入するのみでは、流動性重視の低粘性圧入材が出銑孔に流入し、シール性が低下していく。一方、出銑孔横に設けた圧入孔から高粘性圧入材を圧入した場合、前記問題は解消するものの、羽口下から炉内ガス流出経路を通ってガスが吹き込み、シール部分を除々に損傷する問題が発生する。これに対し、羽口下に設けた圧入孔から粘性２０〜２０００ｃＰの低粘性圧入材の圧入を組み合わせて行うことにより、炉内ガスが前記高粘性圧入材が充填されたシール部分に直接吹き込むことによるシール部分の損傷を防止可能となった。

炉内容積５４００ｍ^３の高炉の出銑孔から炉円周方向に２ｍの位置に内径４０Ａの圧入孔が左右１箇所ずつ設置されている。圧入機を溶銑の飛散が及ばない羽口デッキに設置し、１回の圧入作業で１〜２箇所の出銑孔横に設けられた圧入孔から圧入した。圧入材はフラン系樹脂と黒鉛の混練物であって、３０００〜５０００ｃＰの粘度を有するものを、１箇所の圧入孔に対して約１００ｋｇ使用した。圧入にあたっては、エゼクター効果の見込める出銑中に前記の圧力確認と弁操作を実施し、圧入圧力１．２〜１．５ＭＰａで圧入した。炉内ガスが出銑孔における出銑流に混流し出銑流に乱れが生じるため、出銑孔の出銑流経路である大樋、そのカバーが損傷する。該圧入による大樋、カバーの寿命を確認した結果、図６に示すように大樋は出銑量で９万トン、図７に示すようにカバーは出銑量５万トンであり、図１０に示すように圧入による炉内ガスシール効果は、７〜１２日間継続した。

前記の高炉の羽口下に炉全周にわたって、内径４０Ａの圧入孔が４２箇所設置されている。圧入機を溶銑の飛散が及ばない羽口デッキに設置し、１回の圧入作業で１０箇所程度の羽口下に設けられた圧入孔から圧入した。圧入材はフラン系樹脂と黒鉛の混練物であって、１０００ｃＰの粘度を有するものを、１箇所の圧入孔に対して約１００ｋｇ使用した。圧入にあたっては、操業中に前記の圧力確認と弁操作を実施し、圧入圧力１．５〜１．８ＭＰａで圧入した。この圧入と組み合せて、前記の要領で出銑孔横に設けられた圧入孔からの圧入を実施した。組み合せた圧入による大樋、カバーの寿命を確認した結果、図６に示すように大樋は出銑量９．８万トン、図７に示すようにカバーは出銑量５．５万トンであり、図１０に示すように圧入による炉内ガスシール効果は、１０〜１７日間継続した。

[比較例１]
前記の高炉の羽口下に炉全周にわたって、内径４０Ａの圧入孔が４２箇所設置されている。圧入機を溶銑の飛散が及ばない羽口デッキに設置し、１回の圧入作業で１０箇所程度の羽口下に設けられた圧入孔から圧入した。圧入材はフラン系樹脂と黒鉛の混練物であって、１０００ｃＰの粘度を有するものを、１箇所の圧入孔に対して約１００ｋｇ使用した。圧入にあたっては、操業中に前記の圧力確認と弁操作を実施し、圧入圧力１．５〜１．８ＭＰａで圧入した。圧入による大樋、カバーの寿命を確認した結果、図６に示すように大樋は出銑量７．０万トン、図７に示すようにカバーは出銑量３．０万トンであり、図１０に示すように圧入による炉内ガスシール効果は、２〜３日間継続した。

高炉立ち上げ時にスタンプ層―ステーブ間に発生する隙間の説明図である。「高炉荒れ出銑」の原因となる炉内ガス流出経路の説明図である。本発明の高炉荒れ出銑抑制方法の概略説明図である。本発明に用いる出銑孔横に設けた圧入孔の位置説明図である。本発明の一実施形態を示す説明図である。大樋寿命の比較を示す図である。大樋カバー寿命の比較を示す図である。出銑時の炉圧力変動を示す図である。圧入圧と圧入可能粘度の関係を示す図である。圧入材圧入によるシール効果の継続期間の比較図である。

１内張りれんが
２スタンプ層
３ステーブ
４鉄皮
５羽口
６出銑孔
７圧入機
８羽口デッキ
９圧入孔
１０延長配管
１１圧力計Ａ
１２圧力計Ｂ
１３ａ〜１３ｃボール弁

Claims

出銑孔横に設けた圧入孔から、出銑孔周辺部の高炉ライニング背面隙間へ、高粘性圧入材を圧入する高炉荒れ出銑抑制方法であって、
該圧入孔を、出銑孔の周囲０．５〜４ｍの位置に設け、
常温における粘性が２０００〜７０００ｃＰの高粘性圧入材を、出銑中に出銑孔近傍に生じるエゼクター効果を利用して圧入することを特徴とする高炉荒れ出銑抑制方法。
炉内圧力検出手段によりエゼクター効果の発生を検出し、エゼクター効果発生確認後に圧入を開始することを特徴とする請求項１記載の高炉荒れ出銑抑制方法。
高粘性圧入材圧入後に、樹脂のみの圧入を行うことを特徴とする請求項1〜２の何れかに記載の高炉荒れ出銑抑制方法。
羽口下に設けた圧入孔から常温における粘性が２０〜２０００ｃＰの低粘性圧入材の圧入を組み合わせて行うことを特徴とする請求項1〜３の何れかに記載の高炉荒れ出銑抑制方法。