JP4692477B2

JP4692477B2 - 高炉本体底板下圧入材及び高炉炉底の構築方法

Info

Publication number: JP4692477B2
Application number: JP2006343797A
Authority: JP
Inventors: 賢一下平; 久樹加藤
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2026-12-21
Also published as: JP2008156133A

Description

本発明は、高炉本体底板と、この高炉本体底板の直下に施工された高熱伝導率充填材層との狭い空間（以下「隙間」と記す）に、これらを密着させて熱伝導を促進させるために圧入される、高熱伝導率の高炉本体底板下圧入材に関し、更に、この高炉本体底板下圧入材を利用した高炉炉底の構築方法に関するものである。

高炉の炉底には、炉内の熱が基礎コンクリート層に伝達しないようにするとともに、炉底の耐火物を冷却するために、種々の工夫が施されている。例えば、高炉炉底と基礎コンクリート層との間に冷却管を設け、この冷却管を流れる冷却水によって炉内からの熱を系外に取り出す方法が知られている。図２に、特許文献１に提案されたその１例を示す。

図２において、基礎コンクリート層２１と高炉本体底板２２との間に断熱層２３を設け、また、高炉本体底板２２と断熱層２３との間に高熱伝導率の充填層２４を形成している。そして、この充填層２４の内部に冷却管２５を埋設している。このようにすることで、冷却管２５によって炉内からの熱が効率良く系外に取り出される。また、断熱層２３と基礎コンクリート層２１との間にも冷却管２６を配置しており、基礎コンクリート層２１に対する伝熱を抑制している。尚、高炉本体底板２２はＩ型鋼ビーム２７で支持されており、高炉の耐火物２８や鉄皮２９などの荷重が、冷却管２５，２６に直接加わることを防止している。

このような炉底構造において、冷却管２５の周囲に形成される高熱伝導率の充填層２４としては、黒鉛質の耐火物が使用される。つまり、黒鉛質の耐火物を冷却管２５の周囲にランマーなどによって施工し、充填層２４を形成する。この場合に、ランマーなどによる施工であることから寸法精度が良くない上に、高炉本体底板２２の面積が極めて広いことから、充填層２４は高炉本体底板２２とは密着せず、場所によっては間隙（エアーギャップ）が生ずる。間隙つまり空気の熱伝導率は極めて低く、従って、間隙が生じた場合には、高炉本体底板２２から充填層２４への熱伝導が著しく阻害される。

そこで、この間隙の生成を防止するために、高炉本体底板２２と充填層２４との間に数ｍｍ程度の隙間が生じるように充填層２４を施工し、この隙間に、熱伝導率の高い黒鉛質圧入材を、高炉本体底板２２に設けた圧入口から圧入することが行われていた。つまり、従来、高炉本体底板下圧入材として黒鉛質圧入材が使用されていた。

この黒鉛質圧入材は、熱伝導率を最大限上げるべく、その化学成分の９７質量％以上が高熱伝導率の黒鉛である。黒鉛は、水との濡れ性が低く、水を用いても十分な混練ができない。そこで、黒鉛質圧入材には、混練性を確保するために樹脂液及び硬化液が添加されている。つまり、黒鉛質圧入材の混練性は樹脂液及び硬化液によって確保されている。尚、黒鉛質圧入材は、水を使用しないことから「非水系」と呼ばれている。

しかしながら、黒鉛質圧入材を黒鉛質耐火物からなる充填層２４の上に圧入施工すると、黒鉛質圧入材に含まれる樹脂液が充填層２４に吸収されてしまい、黒鉛質圧入材の流動性が阻害され、黒鉛質圧入材が高炉本体底板２２と充填層２４との隙間に充填しない、或いは、黒鉛質圧入材の圧入層に気泡が生じるなどの問題が発生する場合があった。このような場合には、間隙が生じた場合と同様に、熱伝導率が低下し、所望する冷却ができないことになる。

そこで、特許文献２は、黒鉛質圧入材の施工時の流動性を確保するために、充填層２４の上に早硬性黒鉛質コテ塗り材を施工し、その上に黒鉛質圧入材を注入することを提案している。特許文献２によれば、早硬性黒鉛質コテ塗り材は、施工後約１時間で硬化し、表面に樹脂膜を形成した円滑な層が形成されるので、黒鉛質圧入材の圧入が円滑に行われるとしている。
特開昭５６−２３２０４号公報特開平２−１４５７１４号公報

上記特許文献２により、黒鉛質圧入材の圧入時における問題は大幅に減少した。しかしながら、高炉本体底板下圧入材として非水系の黒鉛質圧入材を使用するという点において、特許文献２には基本的に問題がある。

即ち、黒鉛質圧入材に添加される樹脂液の粘性、つまり黒鉛質圧入材の流れ特性は、気温に左右されやすく、特に冬場の外気温の低いときの施工では、粘度の上昇に伴う充填不良の発生や材料の硬化時間の延長などが発生する恐れがある。これにより、施工工程が延長し、生産影響や費用の増大が免れない。仮に、施工前に黒鉛質圧入材を加熱しても、絶対的な熱容量の不足や、均一な温度制御が困難であるために、その効果は期待できない。また、黒鉛質圧入材の残材の処分には、「非水系」であるがために特定の産業廃棄物業者への処分を依頼する必要があり、且つ多額の費用を費やすことから、費用面での負担も大きいという問題点もある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、従来の非水系の黒鉛質圧入材と同等の熱伝導率を有し、施工が容易であって充填不良などを発生せず、且つ、処理費用が少なく、しかもリサイクル利用が可能である、非水系の黒鉛質圧入材に代わる水系の高炉本体底板下圧入材を提供することであり、更に、この高炉本体底板下圧入材を利用した高炉炉底の構築方法を提供することである。

上記課題を解決するための第１の発明に係る高炉本体底板下圧入材は、水を添加する前の化学成分が、ＳｉＣ：２０質量％以上、黒鉛：１０〜３０質量％、Ａｌ₂ Ｏ₃ ：２０質量％以下、ＳｉＯ₂：１５質量％以下で、且つ、ＳｉＣ、黒鉛、Ａｌ₂ Ｏ₃ 及びＳｉＯ₂ の含有量の合計が９５質量％以上であり、常温における熱伝導率が４．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とするものである。

第２の発明に係る高炉炉底の構築方法は、高熱伝導率充填材耐火物を、その上面が高炉本体底板の設置レベルとの間に若干の隙間を形成する高さまで、高炉本体の炉底に配置された冷却管と接触させて施工して高熱伝導率充填材層を形成し、次いで、形成した高熱伝導率充填材層の上方に高炉本体底板を設置し、その後、該高炉本体底板と前記高熱伝導率充填材層との隙間に、第１の発明に記載の高炉本体底板下圧入材を圧入することを特徴とするものである。

上記組成の本発明に係る高炉本体底板下圧入材によれば、水系の圧入材であるにも拘わらず、従来の非水系の黒鉛質圧入材と同等の熱伝導率を得ることができ、従来と同等の効率で高炉炉底を冷却することができる。また、本発明に係る高炉本体底板下圧入材は水系であるので、圧入時の流れ特性がよく、気泡や間隙などを形成することなく、迅速且つ容易に高炉本体底板下の狭い隙間に圧入することができる。また更に、水系であるので、仮に廃棄処分したとしてもその費用は安価であるのみならず、高炉鋳床の樋用耐火物などへの転用が可能であり、残材の処理費を従来の非水系の黒鉛質圧入材に比べて大幅に削減することができる。また、水系であることから硬化に費やす時間も気温に合せて制御が可能となり、施工時間の延長を回避可能となり、工程の短縮が可能となる。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明を適用した高炉炉底の構造を示す概略断面図である。尚、図１は、高炉底部の中心から片側のみを表示している。

図１に示すように、高炉本体１を設置するに当たり、先ず地盤に、高炉本体１を保持するに十分な強度を有する基礎コンクリート層４を施工する。この基礎コンクリート層４の上に、高炉本体１の外殻を構成する高炉本体鉄皮２を据付け、基礎コンクリート層４に届くアンカーボルト９によって高炉本体鉄皮２を基礎コンクリート層４に固定する。次いで、基礎コンクリート層４の上に、２次コンクリート層１２が高炉本体鉄皮２の底部に嵌合するように、２次コンクリート層１２を施工する。高炉本体鉄皮２の設置前或いは設置後に、２次コンクリート層１２の上にＩ型鋼ビーム１１を配置するとともに、２次コンクリート層１２の上方に、２次コンクリート層１２と或る程度の間隔を確保させた、冷却水を通すための冷却管７を配置する。その後、冷却管７と２次コンクリート層１２との間隙に高熱伝導率充填材耐火物を施工し、高熱伝導率充填材層１０を形成する。

その後、高熱伝導率充填材層１０と冷却管７とが接触した状態で、高熱伝導率充填材層１０の上に高熱伝導率充填材耐火物を施工して高熱伝導率充填材層５を形成する。高熱伝導率充填材層５及び高熱伝導率充填材層１０を形成するための高熱伝導率充填材耐火物としては、不定形耐火物である慣用の黒鉛質スタンプ材やＳｉＣキャスタブルを用いることができる。高熱伝導率充填材層５の施工に当たり、その後に設置される高炉本体底板３の設置レベルとの隙間が０．５〜５ｍｍ程度になるように調整することが好ましい。

施工した高熱伝導率充填材層５が硬化した後、高熱伝導率充填材層５の上方所定位置に高炉本体底板３を設置する。その際、高炉本体底板３を、溶接などによって高炉本体鉄皮２及びＩ型鋼ビーム１１と一体的に接合する。高炉本体底板３には、高炉本体底板下圧入材６を圧入するための圧入口８が複数箇所に設置されている。高炉本体底板３を高炉本体鉄皮２及びＩ型鋼ビーム１１に取り付けた後、本発明に係る水系の高炉本体底板下圧入材６を、高炉本体底板３と高熱伝導率充填材層５との隙間に圧入し、高炉本体１の炉底部分を構築する。

ここで、本発明に係る水系の高炉本体底板下圧入材６について説明する。

本発明に係る高炉本体底板下圧入材６は、水を添加する前の化学成分が、ＳｉＣ：２０質量％以上、黒鉛：１０〜３０質量％、Ａｌ₂ Ｏ₃ ：２０質量％以下、ＳｉＯ₂：１５質量％以下で、且つ、ＳｉＣ、黒鉛、Ａｌ₂ Ｏ₃ 及びＳｉＯ₂ の含有量の合計が９５質量％以上であり、常温における熱伝導率が４．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを必須とする。

本発明に係る高炉本体底板下圧入材６は、水系であって、高炉本体底板３と高熱伝導率充填材層５との隙間に圧入され、高炉本体底板３の有する熱を高熱伝導率充填材層５に積極的に伝達する機能を有することが必要であることから、高い熱伝導率を有することが必要である。そこで、高炉本体底板下圧入材６の主原料として、水による混練が可能であって、しかも高熱伝導率であるＳｉＣを採用し、それに、熱伝導率を高くすることを目的として、従来の非水系圧入材の主成分である黒鉛を添加した。

但し、水系とするには、黒鉛の配合量を制限する必要があり、種々検討した結果、黒鉛が３０質量％以下であるならば、水による混練が可能であることが分かった。黒鉛を配合しなければ容易に水系となるが、黒鉛の高熱伝導率を利用することは高炉本体底板下圧入材６にとって有効であり、従って、黒鉛を１０質量％以上配合することとした。そして、黒鉛の配合量を抑えたので、熱伝導率を確保することを目的として、ＳｉＣの配合量を２０質量％以上とした。更に、熱伝導率を確保するためにはＳｉＣを６０質量％以上含有することが好ましい。このように配合することで、水系であっても高い熱伝導率を確保できることが分かった。黒鉛の原料としては、リン状黒鉛、土壌黒鉛、カーボンブラック、人造黒鉛などの慣用の黒鉛質原料を使用すればよい。ＳｉＣの原料としては、金属Ｓｉなどから工業的に製造される、比較的純度の高いＳｉＣを使用する。

Ａｌ₂ Ｏ₃ 及びＳｉＯ₂ は粘土を構成する成分であり、Ａｌ₂ Ｏ₃及びＳｉＯ₂ を加えることにより、より一層、水による混練が容易になる。しかしながら、Ａｌ₂ Ｏ₃及びＳｉＯ₂ は断熱体に近く、これらの配合量が多くなると、高炉本体底板下圧入材６の熱伝導率は低下する。そこで、Ａｌ₂Ｏ₃ の配合量を２０質量％以下、ＳｉＯ₂ の配合量を１５質量％以下とした。熱伝導率の観点からは、より好ましくは、Ａｌ₂Ｏ₃ の配合量は１５質量％以下、ＳｉＯ₂ の配合量は１０質量％以下である。Ａｌ₂ Ｏ₃源及びＳｉＯ₂ 源は、アルミナ粉や珪石粉などのそれぞれ単独の原料を使用してもよく、また、ムライトやカオリナイトのようなＡｌ₂Ｏ₃ とＳｉＯ₂ との化合物の原料を使用してもよい。水による混練性を高めるためには、Ａｌ₂ Ｏ₃とＳｉＯ₂ との化合物の原料を使用することが好ましい。

更に、本発明に係る高炉本体底板下圧入材６は、常温における熱伝導率が４．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを必須とする。但し、上記の化学成分の範囲であるならば、一般的には、常温における熱伝導率は４．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上となる。

本発明に係る高炉本体底板下圧入材６は水系の圧入材であり、施工後の乾燥時に水が抜ける。この水は、下部の基礎コンクリート層４に浸透したり、高炉本体底板３に設けた複数の圧入口８が脱気口の役割を担い、圧入口８から排出されたりするので、問題にはならない。

また、非水系の黒鉛質圧入材の場合には、硬化時間の調整に硬化液が用いられているが、硬化時間は主に樹脂液の温度依存性に関与しており、特に冬場における硬化時間の把握は困難である。これに対して、本発明の水系の高炉本体底板下圧入材６では、一般のキャスタブルと同様に硬化時間調整剤（硬化促進剤及び遅延剤）を使用することができ、この硬化時間調整剤を使用することで、原料温度や気候の影響を受けることなく、硬化時間の調整ができるという利点も有している。

即ち、本発明に係る水系の高炉本体底板下圧入材６を、高炉本体底板３と高熱伝導率充填材層５との隙間に圧入して、この隙間に高炉本体底板下圧入材６の圧入層（図示せず）を形成することで、水系の圧入材であるにも拘わらず、従来の非水系の黒鉛質圧入材と同等の熱伝導率を得ることができ、従来と同等の効率で高炉本体底板３を冷却することができる。また、水系であるので、圧入時の流れ特性がよく、気泡や間隙などを形成することなく、迅速且つ容易に、しかも高い熱伝導率を確保して、高炉本体底板３の下の狭い隙間に圧入することができ、工期を大幅に短縮することができる。

また、水系であるので、非水系に比べて取り扱いが容易であり、仮に廃棄処分したとしてもその費用は安価であるのみならず、上記成分組成であるかぎり高炉鋳床の樋用耐火物などへの転用が可能であり、残材の処理費を従来の非水系に比べて大幅に削減することができる。また更に、従来の黒鉛質圧入材はそれ自体が極めて高価であったが、本発明の高炉本体底板下圧入材６は、黒鉛質圧入材に比べて大幅に価格を低減することができる。

図１に示す容量が５０００Ｎｍ³ 級の高炉本体において、本発明の高炉本体底板下圧入材を用いて高炉炉底の施工を実施した。

用いた高炉本体底板下圧入材の成分は、ＳｉＣ：６０質量％、黒鉛：１５質量％、Ａｌ₂ Ｏ₃ ：１５質量％、ＳｉＯ₂：８質量％であり、常温における熱伝導率は５．２Ｗ／ｍ・Ｋであった。圧入終了後、約６時間経過した時点で、高炉本体底板下圧入材の硬化が完了したことが確認できた。従来の非水系黒鉛質圧入材（黒鉛：９７質量％）を使用した場合には、硬化するまでに、バーナー加熱を実施しつつ２〜３日を費やしており、大幅に工期を短縮することができた。

本発明を適用した高炉炉底の構造を示す概略断面図である。従来の高炉炉底の構造を示す概略断面図である。

符号の説明

１高炉本体
２高炉本体鉄皮
３高炉本体底板
４基礎コンクリート層
５高熱伝導率充填材層
６高炉本体底板下圧入材
７冷却管
８圧入口
９アンカーボルト
１０高熱伝導率充填材層
１１Ｉ型鋼ビーム
１２２次コンクリート層

Claims

水を添加する前の化学成分が、ＳｉＣ：２０質量％以上、黒鉛：１０〜３０質量％、Ａｌ₂ Ｏ₃ ：２０質量％以下、ＳｉＯ₂：１５質量％以下で、且つ、ＳｉＣ、黒鉛、Ａｌ₂ Ｏ₃ 及びＳｉＯ₂ の含有量の合計が９５質量％以上であり、常温における熱伝導率が４．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする高炉本体底板下圧入材。
高熱伝導率充填材耐火物を、その上面が高炉本体底板の設置レベルとの間に若干の隙間を形成する高さまで、高炉本体の炉底に配置された冷却管と接触させて施工して高熱伝導率充填材層を形成し、次いで、形成した高熱伝導率充填材層の上方に高炉本体底板を設置し、その後、該高炉本体底板と前記高熱伝導率充填材層との隙間に、請求項１に記載の高炉本体底板下圧入材を圧入することを特徴とする、高炉炉底の構築方法。