JP4731512B2

JP4731512B2 - 窯炉の熱間補修方法、及びこの方法に使用される窯炉用補修材

Info

Publication number: JP4731512B2
Application number: JP2007069383A
Authority: JP
Inventors: 章弘新保; 史晴西嶋; 哲赤井; 和寛本田; 敏行吉田
Original assignee: Nippon Steel Corp; Krosaki Harima Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Krosaki Harima Corp
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2007-03-16
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2027-03-16
Also published as: JP2008230870A

Description

本発明は各種精錬炉や容器などの窯炉壁面を熱間で補修するための熱間補修方法、及びこの方法に使用される窯炉用補修材に関するものである。

各種精錬炉や窯炉の炉壁の熱間補修として、吹付け補修、焼付け補修などが実施されている。代表的な精錬炉である転炉を例にとれば、補修時には炉を傾動させて行うが、その状態で水平な炉壁面には焼付け補修、炉壁の傾斜した面あるいは垂直面には吹付け補修が実施されている。

焼付け補修は、耐火材料に結合剤としてピッチ等のカーボン結合を形成する物質を組み合わせた材料を用い、数１００ｋｇないし1ｔ強の材料が入ったフレキシブルコンテナバッグをスクラップシュートにより炉内に投入するか（落とし込み法）、あるいは１〜３ｋｇ程度の材料を入れた袋を炉内に手投げする方法（手投げ法）で行われる。
投入後の焼付け補修材は炉壁からの熱により軟化して流動化し、炉を傾動することにより要補修箇所に流動移動する。その後、炉の内張りれんがに焼付けられ、施工体はカーボン結合を形成し、補修材として強固な組織を形成する。但し、その施工部位は水平壁に限定される。

一方、吹付け補修は水平壁に限らず要補修箇所に補修材を施工することが可能であるが、従来用いられてきた耐火材料にリン酸系あるいはケイ酸系の結合剤を組み合わせた補修材料は、スラグが浸透すると低融点化合物を生成して溶損するという欠点があり、耐用性に限界があった。

この課題に対して、結合剤としてピッチ等の熱間でカーボン結合を形成する物質を組み合わせた、いわゆる焼付け補修材に相当、あるいは類似した補修材を吹付け施工する方法が提案されている。（例えば、特許文献１、特許文献２参照）

特開平８−２３９２７４号公報特開２００４−１６１５２９号公報

しかしながら、特許文献１あるいは特許文献２に開示されている補修材を用いた吹付け補修では、従来のリン酸塩、ケイ酸塩を結合剤とした吹付け補修材に比べると耐用性を向上することはできるが、施工時には１５〜２０％の水分を添加して炉壁に吹付けるため、施工体は多孔質なものとなりやすく、その耐用性もまだ十分なものではない。

そこで、本発明は、上記課題を解決し、耐用性に優れた熱間吹付け補修方法、及びこの方法に使用される窯炉用補修材を提供することを目的とする。

本発明者等はこのような現状に鑑み、耐用性に優れた吹付け補修方法を開発すべく研究を重ねてきた。その結果、塩基性耐火骨材にカーボン結合を形成する物質と適量の非水系溶媒を添加、混合した補修材に少量の水を添加して吹付け補修すれば、吹付けた部位で飛散することなく緻密な施工体を形成することができ、大幅に耐用性が向上することを見出した。

即ち、本発明の要旨は以下の通りである。
（１）塩基性耐火骨材１００質量部に対し、熱間でカーボン結合を形成する物質１０〜３０質量部と、非水系溶媒０．１〜５質量部とを添加、混合してなる窯炉用補修材を、吹付け装置を使用して補修材１００質量部に対し、１〜８質量部の水を添加し、窯炉壁面に吹付ける窯炉の熱間補修方法であって、前記熱間でカーボン結合を形成する物質が、軟化点１００〜１４９℃のピッチと軟化点１５０〜３５０℃のピッチを３：７〜７：３の質量比で併用することを特徴とする窯炉の熱間補修方法。

（２）塩基性耐火骨材１００質量部に対し、熱間でカーボン結合を形成する物質１０〜３０質量部と、非水系溶媒０．１〜５質量部を添加、混合した後、造粒した窯炉用補修材を、吹付け装置を使用し、補修材１００質量部に対し、１〜８質量部の水を添加し窯炉壁面に吹付ける窯炉の熱間補修方法であって、前記熱間でカーボン結合を形成する物質が、軟化点１００〜１４９℃のピッチと軟化点１５０〜３５０℃のピッチを３：７〜７：３の質量比で併用することを特徴とする窯炉の熱間補修方法。

（３）塩基性耐火骨材１００質量部に対し、熱間でカーボン結合を形成する物質１０〜３０質量部と、非水系溶媒０．１〜５質量部とからなる窯炉用補修材であって、前記熱間でカーボン結合を形成する物質は、軟化点１００〜１４９℃のピッチと軟化点１５０〜３５０℃のピッチを３：７〜７：３の質量比で配合されていることを特徴とする窯炉用補修材。

本発明によれば、吹付け装置を用いて耐用性に優れた補修を行うことができ、補修頻度を低減することができるとともに、手投げによる過酷な作業からも開放される効果も得られる。

本発明に使用する塩基性耐火骨材としては、マグネシア、カルシア、ドロマイトなどの耐火材料を適宜粒度調整して使用する。

次に、熱間でカーボン結合を形成する物質としては、通常の有機系結合剤として使用されているピッチ、タール類やフェノール樹脂類を単独あるいは２種以上併用で使用できる。その使用量は塩基性耐火骨材１００質量部に対し１０〜３０質量部が好適である。この量が１０質量部未満では、カーボン結合が十分に形成されず、強度および接着性に劣る施工体となり、３０質量部を超えると施工体の気孔率が高く、スラグに対する耐食性が低下する。
熱間でカーボン結合を形成する物質として、より好ましいのは軟化点１００〜１４９℃の低軟化点ピッチと軟化点１５０〜３５０℃の高軟化点ピッチを併用することである。併用の比率はピッチ全体中、質量比で低軟化点ピッチ：高軟化点ピッチ＝３：７〜７：３の範囲が好ましい。低軟化点ピッチは補修材の付着性向上に、高軟化点ピッチは補修材の耐食性向上に寄与する。

本発明の第１の特徴は、適量の非水系溶媒で上記の配合された材料を混練することにある。吹付け補修部の耐用性を向上させるためには、吹付けの際に添加する水分量を減らす必要がある。
吹付け補修材に水を添加して吹付けるのは、吹付けノズル内での補修材に流動性を付与すること、吹付け補修材の飛散を防止することと、高温の炉壁耐火物の表面を吹付けた水の蒸発熱によって冷却することにある。
そこで、水の添加なしに上記の効果を得る方法を種々検討した結果、吹付け補修材の飛散防止には、非水系溶媒を添加して補修材に適度な湿潤性を付与すればよいことを見出した。

この効果を得るための非水系溶媒としては、例えば重油、軽油等の石油類、大豆油、紅花油、オリーブ油、しそ油、ごま油、あまに油、シリコンオイル等の人工油脂、アントラセン、エチレングリコール等のアルコール類が単独あるいは２種以上の併用で使用できる。
その量は塩基性耐火骨材１００質量部に対して０．１〜５質量部が好適である。この範囲の添加量であれば、材料は吹付け施工された箇所で保形性を発揮し、飛散することなく施工体を形成することができる。
この量が０．１質量部未満では、補修材が施工された際に、飛散して目的とする箇所への施工が困難であり、５質量部を超えると、補修材が流動して目的箇所から移動する可能性が高い。

吹付け施工後、補修材中の非水系溶媒は揮発するが、その際に生じる気孔は細かく、気孔率も小さいため、優れた耐用性が得られる。

本発明に使用する補修材では、その他に材料の性能に悪影響を及ぼさない範囲で、炭素材料、炭化ケイ素、窒化ケイ素などの非酸化物、アルミニウム、シリコン、マグネシウム等の金属粉末などの添加も可能である。

本発明の第２の特徴は、上記の補修材を、吹付け装置を使用して、少量の水を添加し、窯炉壁面に吹付け施工することにある。種々検討した結果、吹付けノズル内での補修材の流動性を確保するためには、水の添加が必要であった。但し、流動性確保に必要な水の添加は少量でよく、塩基性耐火骨材、熱間でカーボン結合を形成する物質、非水系溶媒、その他添加剤からなる補修材１００質量部に対し１〜８質量部で効果的であることがわかった。
水の量が１質量部未満であると、吹付けノズル内で補修材が詰まり、吹付け施工ができない。また８質量部を超えると、施工体が高気孔となり十分な耐用が得られない。
水の添加位置は従来の吹付け施工と同様であり、補修材を気相搬送し吐出するノズルに接続したホースより水を注入する。水分添加量のコントロールは吹付け装置に装備されたバルブにより行う。

また、炉壁の冷却に対しては、非水系溶媒の揮発熱と少量添加した水の蒸発熱が寄与し、補修材の付着性向上に機能する。

本発明においては、材料を混合した後、造粒した窯炉用補修材を、吹付け装置を使用し、１〜８質量部の水を添加し、窯炉壁面に吹付けることにより、さらに良好な補修効果が得られる。
造粒する方法は特に限定されるものではなく、造粒機を使用し最大粒径５ｍｍ程度に造粒する方法、あるいは混合した材料を適度な形状の型を用いてプレス成形した後、最大粒径５ｍｍ程度に粉砕する方法が使用できる。
本発明に使用する補修材は、塩基性耐火骨材１００質量部に対し０．１〜５質量部の非水系溶媒を添加しているので、適度な湿潤性を有しており、造粒あるいはプレス成形が可能である。ここで最大粒径を５ｍｍとしたのは、本発明の補修方法は従来の吹付け装置を使用するので、従来の吹付け補修材に使用される耐火骨材の一般的な最大粒径に合わせたものである。

表１および表２に示す配合割合の補修材を図１に示すような従来から吹付け補修に使用されている自走式の吹付け装置を用い、転炉を傾動させた状態で転炉の出鋼口周辺に吹付け施工した。
図１に示されるように、吹付け装置は、補修材料タンク１、水タンク２、材料ホース３、水ホース４、及び吹付けノズル５を備えて構成される。
補修材料タンク１内の補修材が、材料ホース３内に供給され、材料ホース３内を気流搬送される。この気流搬送される補修材に対し、水タンク２内の水が水ホース４を経由して添加される。なお、図１では、水ホース４の接続位置を、材料ホース３の途中としたが、水ホース４の接続位置は、吹付けノズル５の途中であってもよい。即ち、吹付け装置としては、補修材を材料ホース３内に送り込んで気流搬送し、材料ホース３内又は吹付けノズル５内にて補修材に水を添加して吹付ける乾式タイプのものを使用することができる。
補修材造粒の有無、施工時の添加水分も表１に示している。施工できたものについてはそのまま転炉を稼動させ、７ｃｈ稼動後の施工体の残存率（施工時の補修材付着面積に対する残存部面積）を目視で評価した。また、実機と同一条件で実験室の装置により吹付け施工した施工体の物性値を表１に合わせて示した。

見掛け気孔率とかさ比重はＪＩＳＲ２２０５（耐火れんがの見掛気孔率・吸水率・比重の測定方法）に準拠した方法で測定した。
圧縮強さはＪＩＳＲ２２０６（耐火れんがの圧縮強さの試験方法）に準拠した方法で測定した。なお、実機で施工できなかった条件では物性値の調査は実施していない。

表１に示す実施例２〜５，７の補修方法では、補修材はほとんど飛散することなく炉壁に付着し焼き付けられ良好な施工体を形成した。７ｃｈ稼動後の施工体の残存率も５０％以上であり、良好な耐用を示した。

表２に比較例１〜５を示した。比較例１は補修材に非水系溶媒を添加しない場合であり、補修材が飛散してしまい、補修施工不能であった。
比較例２は非水系溶媒が多すぎる場合であり、要補修箇所に吹付けた補修材が流動してしまった。
比較例３は添加する水分量が少なすぎる例であり、ノズル詰まりを生じて施工不能であった。
比較例４は添加する水分量が多すぎる例であり、施工体を形成できたものの気孔率が高く、7ｃｈ稼動後の残存率が２０％以下と低かった。
比較例５は耐火材料に結合材としてリン酸塩を添加した従来の吹付け補修材で補修した場合であり、７ｃｈ稼動後に補修材はほとんど残存していなかった。

吹付け装置の模式図

符号の説明

１…補修材料タンク、２…水タンク、３…材料ホース、４…水ホース、５…吹付けノズル

Claims

塩基性耐火骨材１００質量部に対し、熱間でカーボン結合を形成する物質１０〜３０質量部と、非水系溶媒０．１〜５質量部とを添加、混合してなる窯炉用補修材を、吹付け装置を使用して補修材１００質量部に対し、１〜８質量部の水を添加し、窯炉壁面に吹付ける窯炉の熱間補修方法であって、前記熱間でカーボン結合を形成する物質が、軟化点１００〜１４９℃のピッチと軟化点１５０〜３５０℃のピッチを３：７〜７：３の質量比で併用することを特徴とする窯炉の熱間補修方法。
塩基性耐火骨材１００質量部に対し、熱間でカーボン結合を形成する物質１０〜３０質量部と、非水系溶媒０．１〜５質量部を添加、混合した後、造粒した窯炉用補修材を、吹付け装置を使用し、補修材１００質量部に対し、１〜８質量部の水を添加し窯炉壁面に吹付ける窯炉の熱間補修方法であって、前記熱間でカーボン結合を形成する物質が、軟化点１００〜１４９℃のピッチと軟化点１５０〜３５０℃のピッチを３：７〜７：３の質量比で併用することを特徴とする窯炉の熱間補修方法。
塩基性耐火骨材１００質量部に対し、熱間でカーボン結合を形成する物質１０〜３０質量部と、非水系溶媒０．１〜５質量部とからなる窯炉用補修材であって、前記熱間でカーボン結合を形成する物質は、軟化点１００〜１４９℃のピッチと軟化点１５０〜３５０℃のピッチを３：７〜７：３の質量比で配合されていることを特徴とする窯炉用補修材。