JP4658847B2 - 円筒型溶融金属炉の炉壁内張り施工方法とそれに使用する耐火物ブロック - Google Patents
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Description
この発明は、ＲＨ式真空脱ガス炉等の円筒溶融金属炉の炉壁内張り施工方法とそれに用いる耐火物ブロックに関するものである。
溶融金属炉の炉壁内張り施工は、施工工期の短縮と工数低減が要求されている。耐火レンガによる積み付けにおいては、例えば不定形耐火物の流し込み施工に比べて工期が長く、工期短縮が強く望まれている。
そこで、多数の耐火レンガを予め積み付けて一体化した耐火物ブロックを用意し、内張り施工の際にこの耐火物ブロックをクレーン等で搬送し、所定の位置に順次積み付ける方法が提案されている。この方法は、耐火レンガを１個毎に積み付ける方法に比べて、施工工期の短縮と工数低減を図ることができる（特許文献１、特許文献２）。
特開昭５２−９３４０９号公報
特開平７−１３３９８９号公報
溶融金属炉は繰り返しの使用によって外殻鉄皮が熱変形する。この変形の状態は炉の使用後毎に異なり、また外殻鉄皮の部位によっても異なる。
多数の耐火レンガを予め積み付けて一体化した耐火物ブロックを使用しての施工は、耐火物ブロックをいかに正確な寸法をもって製作しても、外殻鉄皮の熱変形が原因し、耐火物ブロック同士の接合部が正確に合致しない。外殻鉄皮の変形を見越して、形状の異なる何種類もの耐火物ブロックを用意することが考えられるが、コスト面から実際的でない。
耐火物ブロックは接合部を密着させるために、目地は全面が均等厚さであることが好ましい。しかし、外殻鉄皮の変形によって耐火物ブロックの接合部は正確に合致せず、耐火物ブロックの厚さ方向さらには高さ方向に、端部を頂点とするいわゆる三角目地の形成が余儀なくされる。図５（ａ）は耐火物ブロックＡ４、Ａ５の接合部における三角目地１１の一例を模式的に示した平面図である。同図では炉内側を頂点とした三角目地の例を示す。耐火物ブロックはこの三角目地によって接合部が密着しない。
この接合部には目地モルタルを介在させるが、目地モルタルは耐火レンガに比べて耐食性に劣るためにモルタル層が厚くなると目地先行溶損の原因となる。例えば、図５（ａ）のように、頂点が炉内側の三角目地の場合では、当初は溶融金属の進入は阻止されるが、耐火物ブロックの損耗が目地幅の大きい箇所に達すると、目地溶損が急激に進行する。また、図５（ｂ）の例では三角目地１１の頂点が耐火性ブロックの厚さ方向の背面側であり、この場合は炉内側の目地開きが大きいことで目地に溶融金属等が直ちに進入し、目地先行溶損を生じる。
内張り施工対象が真空脱ガス炉の場合、前記した目地先行損耗は一層顕著なものである。真空脱ガス炉は操業中に炉内が減圧されることで、炉のフランジ部等から外殻鉄皮の内側に大気が侵入し、耐火物ブロックの背面に拡散し、さらに目地から減圧炉内に噴出する。目地からの大気の噴出は、周囲の溶融金属を攪拌し、攪拌応力と化学反応の活性化が促進され、目地先行損耗が著しい。
本発明の課題は、耐火物ブロックを使用した内張り施工において、外殻鉄皮の変形に影響されることなく、耐火物ブロックの接合部を密着させ、目地先行溶損を抑止することにある。
本発明の特徴とするところは、多数の耐火レンガをその長さ方向が炉壁厚さの方向に配向するように積み重ねて接着一体化した耐火物ブロックを炉内に搬入し、この耐火物ブロックを円筒型溶融金属炉の炉内の周方向および高さ方向に順次積み付ける炉壁内張り施工方法において、前記耐火物ブロックの両側端に位置する耐火レンガを短尺化して炉壁厚さ方向の後方側に位置させることにより、耐火物ブロックを積み付けた際、炉周方向に隣接する耐火物ブロック同士の接合部に高さ方向に延び且つ炉内側に開口した凹溝を形成させ、次いでこの凹溝を嵌入耐火レンガをもって充填する円筒型溶融金属炉の炉壁内張り施工方法とそれに使用する耐火物ブロックである。
本発明によれば、耐火物ブロックを積み付けた際に隣接した耐火物ブロック同士の接合部に形成される凹溝を、嵌入耐火レンガをもって充填することにより、耐火物ブロック側面の目地が、耐火物ブロックの厚さ方向に屈曲する。この目地の屈曲部で溶融金属の進入が阻止され、従来の単に耐火物ブロック同士を接合した場合に形成されるストレート目地に比べて、目地先行溶損が抑止される。
本発明では、耐火物ブロック同士の接合部に形成された凹溝に嵌入耐火レンガを充填し、耐火物ブロック同士の接合部はこの嵌入耐火レンガの存在により、目地が耐火物ブロックの背面から内面にかけて、嵌入耐火レンガの個所で二箇所に分岐する。耐火物ブロック同士の接合部および凹溝に充填される嵌入耐火レンガと耐火物ブロックの接合部には三角目地の形成が余儀なくされるが、この三角目地が炉壁の厚さ方向に二箇所に分岐されたことで、炉内側の一箇所あたりの目地幅が狭くなり、目地先行溶損を抑制する。
真空脱ガス炉の内張りの場合は前記したとおり、目地から炉内への大気の噴出が原因した先行損耗が生じる。本発明では目地が嵌入耐火レンガの個所で二箇所に分岐されるので、その分、大気噴出の抵抗となり、目地一箇所あたりの炉内への大気噴出応力が低下し、この大気の噴出が原因した目地先行溶損の抑制にもきわめて効果的である
耐火物ブロックは施工の際に、耐火物ブロック同士の接合部の目地幅が最小限になるように設置することが必要である。耐火物ブロックは大型で重量も大きいことから、正確な設置には、相当な時間と手間を強いられる。これに対し、本発明では前記のとおり目地が耐火物ブロックの厚さ方向および左右に分割されていることで、耐火物ブロックの位置決めをさほど正確に行わなくても容易に狭い目地幅を形成することができる。その結果、より一層の工期短縮と工数低減を図ることができる。
本発明で使用する耐火物ブロックは、耐火物ブロック同士の接合部に凹溝を形成させるために、全体形状としては両側面に段差を有している。耐火物ブロックが単一構造の場合は、炉稼動時に受ける熱応力がこの段差部に集中し、段差部を基点としたキレツが入り、耐火物ブロックの寿命低下の原因となる。本発明では耐火物ブロックの両側面に位置する段差が耐火レンガの短尺化によって形成されており、段差部への応力集中によるキレツ発生という問題もない。
前記段差部は、耐火物ブロックの両側端に位置する耐火レンガの短尺化によって形成される。段差構造のような異形形状の耐火レンガを使用する必要もないことから、耐火物ブロックの製造コスト面からも好ましい。
本発明は、多数の耐火レンガを積み重ねて一体化した耐火物ブロックを使用した内張り施工において、さらなる工期短縮と工数低減を図ると共に、耐火物ブロックの正確な積み付けによって耐用性に優れた内張りを得ることができる。
以下に本発明例を図面に基づいて説明する。図１は本発明で使用する耐火物ブロックＡ１の斜視図である。
耐火レンガ１は長尺のバチ形とする。内張り対象炉は円筒型溶融金属炉であり、各耐火レンガ１はその長さ方向が炉壁厚さの方向に配向するように積み重ね、一体化することで扇形環の平面形状を有する耐火物ブロックＡ１を構成する。
耐火レンガ１の材質について特に限定されるものではない。例えばマグネシア質、マグシア−チタニア質、マグネシア−クロム質、マグネシア−炭素質、マグネシア−アルミナ質等の焼成あるいは不焼成の耐火レンガとする。
耐火レンガ１の接着剤の種類は特に限定されるものでない。有機系接着剤としては例えばフェノール樹脂、フラン樹脂、フルフラール樹脂、ポリイソシアネート、ポリイミド、エポキシ樹脂等を使用する。必要により、その硬化剤として例えばパラトルエンスルホン酸、燐酸、ヘキサメチレンテトラミン等を組み合わせる。
無機質系接着剤では、マグネシア、アルミナ、アルミナ−シリカ等の耐火性微粉末に有機質接着剤、セメント類、粘土類、有機質糊料、ケイ酸塩、リン酸塩、炭酸マグネシウム等の結合剤として添加したものが挙げられる。耐火性微粉末の具体例は、例えば１ｍｍ以下の粒度に調整した酸性、中性あるいは塩基性の耐火無機材料粉である。無機質系接着剤を使用した場合は接着機能の他に、目地への溶融金属、溶融スラグ、高温ガス等の進入防止の効果もある。
耐火物ブロックＡ１は、両側端に位置する耐火レンガ２を短尺化し、炉壁厚さ方向の後方側に位置させる。これにより、耐火物ブロックＡ１を炉内に設置した際、隣接した耐火物物ブロック同士の接合部に高さ方向に延び且つ炉内側に開口した凹溝を形成させる。
図２（ａ）、（ｂ）は耐火物ブロックＡ１を炉内の周方向に積み付ける状況を示した要部斜視図である。図２（ａ）は耐火物ブロックＡ１をクレーン４で吊り下げた状態、図２（ｂ）は耐火物ブロックＡ１を外殻鉄皮３の内側に積み付け後、耐火物ブロックＡ１からクレーン４を取り外した状態を示す。同図は耐火物ブロックＡ１の移送を、クレーン４の先端に取付けたＬ字型フック５で受けて行った例である。
図４（ａ）、（ｂ）は外殻鉄皮３の内面に、周方向にわたって複数の耐火物ブロックＡ１，Ａ２，Ａ３を積み付けた後の状態である。このうち、図４（ａ）は要部斜視図、図４（ｂ）は平面図である。なお、同図における耐火物ブロックは、個々の耐火レンガの表示は省略した。
耐火物ブロック全体のサイズは、内張り対象となる炉のサイズ、耐火物ブロックの搬送設備等を考慮して適宜定める。例えば内張り内径が１９００〜３３００ｍｍの溶鋼真空脱ガス炉では耐火物ブロックの厚さを３５０〜５５０ｍｍとし、耐火物ブロックを炉の周方向に５〜１０個配置し、内張りする。
本発明では図１のとおり、耐火物ブロックの両側端に位置する耐火レンガ２を短尺化したことで、耐火物ブロックを積み付けた後は、図４の例では隣接した耐火物ブロックＡ１同士、Ａ１とＡ２、さらにはＡ１とＡ３との接合部に凹溝６が形成される。次いで、この凹溝６を嵌入耐火レンガ７ａにて充填する。
嵌入耐火レンガ７ａと各耐火物ブロックＡ１，Ａ２，Ａ３の凹溝６との間に生じる目地部には、耐火性モルタルを介在させておくことが好ましい。嵌入耐火レンガ７ａは凹溝６の空隙に見合う横幅および厚さとする。嵌入耐火レンガ７ａは一体物でもよいが、それには嵌入耐火レンガ７ａが大型化して凹溝６への充填作業が容易でないことから、凹溝６に対し、複数の嵌入耐火レンガ７ａをもって充填するのが好ましい。
凹溝６の深さは、耐火物ブロック厚さの２／８〜５／８が好ましい。この凹溝６の深さは、耐火物ブロックの両側端に位置する耐火レンガ２の短尺化サイズで調整することができる。凹溝６の深さが２／８未満であれば図５に示した三角目地の幅を低減させる効果に乏しく、しかも、凹溝６に嵌入充填した嵌入耐火レンガ７ａの抜け落ちが懸念される。また、目地の先行溶損は炉内側から進行することから、耐火物ブロック厚さ方向に対して内面側の目地幅が狭いことが必要であるが、凹溝６の深さが５／８を超えると内面側の三角目地の目地幅を狭く保つことが容易でなくなる。
図４（ｂ）は、耐火物ブロックを積み付けた後の平面図である。耐火物ブロックは、隣接する耐火物ブロックＡ１，Ａ２，Ａ３同士の目地が最小限になるように、炉の周方向に目地押しをしつつ施工する。例えば右回りに順次、積み付ける。
図４（ｂ）において耐火物ブロックＡ２，Ａ３は、それぞれ炉周方向の最初と最後に積み付ける耐火ブロックの例を示したものである。この耐火物ブロックＡ２と耐火物ブロックＡ３とが対向するそれぞれの側面は、凹溝を形成しないために同図のとおり必ずしも短尺化レンガを設ける必要が無い。
炉周方向に積み付け後の耐火物ブロックＡ１，Ａ２，Ａ３の全数を組み合わせた長さは、炉の周方向全体の長さより短めにしておくことが好ましい。その結果、例えば図４（ｂ）のとおり周方向の最終位置に積み付けた耐火物ブロックＡ３は、最初に積み付けた耐火物ブロックＡ２との間に自ずと通常の目地幅以上に空隙８が生じる。この空隙８には、耐火レンガ若しくは不定形耐火物９を充填する。これにより、外殻鉄皮３の熱変形に追随し、耐火物ブロックを外殻鉄皮３内に確実に納めることができる。
耐火物ブロックは周方向に設置後、さらに上方に、同様にして順次積み付けることで炉全体を内張りする。耐火物ブロックでは内張りできないような炉の異形箇所は、耐火レンガ単体の積み付け、あるいは不定形耐火物による施工を行ってもよい。
耐火物ブロックは、さらにその背面に耐火性断熱ボード１０を接着しておくことが好ましい。耐火レンガは緻密なために熱伝導性が高く、外殻鉄皮内に直接内張り施工すると熱損失、鉄皮赤熱等のトラブルの原因となる。耐火性断熱ボード１０は、内張り背面の断熱層となって、この熱損失、鉄皮赤熱等のトラブルを解消することができる。
内張りの背面に断熱層を設けることは公知の技術である。しかし、外殻鉄皮に断熱層を内張りした後、その内側に耐火物ブロックを配置する方法では、断熱層の内張りに要する時間が加算され、施工の迅速性が損なわれる。
また、外殻鉄皮内に耐火物ブロックを配置した後、外殻鉄皮と耐火物ブロック背面との間に耐火性原料粉末を投入充填し、断熱層を形成することが知られている。しかし、この場合も耐火性原料粉末を投入充填する工程が必要となり、同様に施工の迅速性が損なわれる。
これに対し、耐火物ブロックの背面に予め耐火性断熱ボードを接着しておく方法は、耐火物ブロックの配設と同時に断熱層の形成が可能となる。
また、耐火性断熱ボード１０は耐火性モルタル等と違って厚さが一定なことから、耐火物ブロックを外殻鉄皮内に設置することで自ずと均一厚さの耐火断熱層の形成が可能となる。これにより、耐火性断熱ボードの使用によっても施工の迅速性は損なわれない。
耐火性断熱ボード１０は、その厚さを例えば１０〜５０ｍｍとする。また、接着方法は何ら限定されるものではなく、例えば前記耐火レンガの接着に使用した接着剤をもって行う。
耐火物ブロックは３００ｋｇ以上、通常５００〜１０００ｋｇの重量物である。その搬送は高い作業安全性が要求される。例えば図１、図３のとおり、耐火物ブロックの下部の一部に耐火レンガ１の積み重ね欠落部１２を設け、内張り施工に際しては図２のとおり、この欠落部１２により形成された空隙にＬ字型フック５を挿通し、耐火物ブロックを吊り下げて耐火物ブロックを炉壁内の所定の積み付け箇所に搬送する。これにより作業安全性と工期短縮化がさらに向上する。また、耐火物ブロックを積み付けた後、前記の欠落部１２には嵌入耐火レンガ７ｂ等の耐火物を充填する。
Ｌ字型フック５を挿通するために耐火物ブロックに設けた欠落部１２は最下段以外にも、例えば下から二段目あるいは三段目の箇所としてもよい。図１は最下段、図３は下から二段目に欠落部１２を設けた例である。
Ｌ字型フック５は、耐火物ブロックを安定して支持できるように先端水平部１３を平板状にするのが好ましい。その長さは耐火物ブロックＡ１とほぼ同じ長さであることが好ましい。本体上部は例えば図のように内側に傾斜させることで、耐火物ブロックを受けた際、耐火物ブロックの重心がクレーン４の吊ひもの延長線上に位置させる。
円筒型溶融金属炉の例として７０ｔのＲＨ式真空脱ガス炉の内張り施工を本発明の方法で行った。同炉の外殻鉄皮の内径は２１００ｍｍである。耐火物ブロックのサイズは厚さ１５０〜４００ｍｍ、幅は内張りの水平断面をほぼ６分割したものである。耐火物ブロックを構成する耐火レンガの個数は４０〜７０個とし、マグネシア微粉に硬化剤入りエポキシ樹脂を添加混合してなる接着剤をもって互いを接着した。
耐火物ブロックは、その両側端の耐火レンガを短尺化したことで、積み付け後は隣接する耐火物ブロック同士の間に幅７０〜１４０ｍｍの凹溝が形成される。この凹溝には、耐火物ブロックを構成する耐火レンガと同質の嵌入耐火レンガを嵌入充填し、またこの嵌入耐火レンガは耐火性モルタルによって固定した。
炉の周方向に対し、最後の耐火物ブロックと最初の耐火物ブロックとの間に形成された空隙に対しては、耐火物ブロックを構成する耐火レンガと同質の耐火レンガ、および不定形耐火物をもって充填した。以上の耐火物ブロックによる積み付けを、炉の高さ方向にも順に行い、内張りを完了した。
この実施例をもって施工された内張りは、耐火物ブロック同士の接合部に形成された凹溝に嵌入耐火レンガを充填させたことで、熱変形した外殻鉄皮に対する積み付けにもかかわらず、耐火物ブロック間の目地幅は狭くなり、目地の先行溶損が大幅に減少した。その結果、従来の、耐火物ブロック使用の施工方法に比べてその耐用寿命は少なくとも１．２倍向上した。
耐火物ブロックの背面に耐火性断熱ボードを設けた場合は、炉の熱損失および鉄皮赤熱の防止に効果がある。ここでは、耐火物ブロックの背面に予め耐火性断熱ボードを接着しての施工により、耐火性断熱ボードを使用したにもかかわらず迅速な施工が可能となった。また、耐火性断熱ボードの厚さを利用して耐火断熱層の層厚さを容易に均等化することができた。
耐火物ブロックの一部に耐火レンガの積み重ね欠落部を設け、これに吊具を挿通して耐火物ブロックを所定の位置に搬送しての積み付けでは、安全かつ正確な施工が可能となった。
本発明の内張り施工方法は、円筒溶融金属炉の中でも特に高さ方向に長尺構造であるＲＨ式真空脱ガス炉に対して好適である。これに限らず、円筒溶融金属炉であれば、ＤＨ式真空脱ガス炉、各種溶融金属容器等の内張り施工にも適用することができる。
Ａ１〜Ａ５ 耐火物ブロック
１ 耐火レンガ
２ 耐火物ブロックの両側端に位置する耐火レンガ
３ 外殻鉄皮
４ クレーン
５ Ｌ字型フック
６ 凹溝
７ａ、７ｂ 嵌入耐火レンガ
８ 空隙
９ 耐火レンガ若しくは不定形耐火物
１０ 耐火性断熱ボード
１１ 三角目地
１２ 耐火レンガの積み重ね欠落部
１３ Ｌ字型フックの先端水平部
１ 耐火レンガ
２ 耐火物ブロックの両側端に位置する耐火レンガ
３ 外殻鉄皮
４ クレーン
５ Ｌ字型フック
６ 凹溝
７ａ、７ｂ 嵌入耐火レンガ
８ 空隙
９ 耐火レンガ若しくは不定形耐火物
１０ 耐火性断熱ボード
１１ 三角目地
１２ 耐火レンガの積み重ね欠落部
１３ Ｌ字型フックの先端水平部
Claims (8)
- 多数の耐火レンガをその長さ方向が炉壁厚さの方向に配向するように積み重ねて接着一体化した耐火物ブロックを炉内に搬入し、この耐火物ブロックを円筒型溶融金属炉の炉内の周方向および高さ方向に順次積み付ける炉壁内張り施工方法において、前記耐火物ブロックの両側端に位置する耐火レンガを短尺化して炉壁厚さ方向の後方側に位置させることにより、耐火物ブロックを積み付けた際、炉周方向に隣接する耐火物ブロック同士の接合部に高さ方向に延び且つ炉内側に開口した凹溝を形成させ、次いでこの凹溝を嵌入耐火レンガをもって充填する円筒型溶融金属炉の炉壁内張り施工方法。
- 炉内側に開口した凹溝の深さが、耐火物ブロック厚さの２／８〜５／８である請求項１記載の円筒型溶融金属炉の炉壁内張り施工方法。
- 耐火物ブロックがその背面に耐火性断熱ボードを接着したものである請求項１又は２記載の円筒型溶融金属炉の炉壁内張り施工方法。
- 耐火物ブロックの下部に耐火レンガの積み重ね欠落部を設け、この欠落部により形成された空隙に吊具を挿通して耐火物ブロックを吊り下げ、耐火物ブロックを炉壁内の所定の積み付け箇所に搬送して積み付けた後、前記の欠落部に耐火物を充填する請求項１、２又は３記載の円筒型溶融金属炉の炉壁内張り施工方法。
- 耐火レンガの積み重ね欠落部で形成された空隙に、耐火物ブロックの内周面側から吊具としてＬ字型フックを挿入して耐火物ブロックを吊り下げることにより、耐火物ブロックを炉壁内の所定の積み付け箇所に搬送する請求項４記載の円筒型溶融金属炉の炉壁内張り施工方法。
- 円筒型溶融金属炉の炉内の周方向および高さ方向に順次積み付ける炉壁内張り施工用の耐火物ブロックであって、多数の耐火レンガをその長さ方向が炉壁厚さの方向に配向するように積み重ねて接着一体化してなり、さらに両側端に位置する耐火レンガを短尺化して炉壁厚さ方向の後方側に位置させた炉壁内張り施工用の耐火物ブロック。
- 両側端に位置する耐火レンガの長さが、他の耐火レンガの長さの３／８〜６／８である請求項６記載の炉壁内張り施工用の耐火物ブロック。
- 下部に耐火レンガの積み重ね欠落部を設け、この欠落部により空隙を形成した請求項６又は７記載の炉壁内張り施工用の耐火物ブロック。
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