JP4950375B2

JP4950375B2 - 弾性変形性を有する高炉用ラミング材およびこれを用いた高炉炉壁構造

Info

Publication number: JP4950375B2
Application number: JP2000314204A
Authority: JP
Inventors: 俊久佐々木; 平和堀; 法生新田; 倫中村
Original assignee: Nippon Steel Corp; Krosaki Harima Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Krosaki Harima Corp
Priority date: 2000-10-13
Filing date: 2000-10-13
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2020-10-13
Also published as: JP2002121080A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弾性変形性を有する高炉用ラミング材とそれを用いた高炉炉壁構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高炉の炉底および炉壁は、鉄皮水冷やステーブクーラーによって冷却し、その寿命の延長を図ることが行われている。また、その冷却効果を高めるために、内張り材としてのカーボンブロックと鉄皮間またはステーブクーラー間に、例えば特開昭５４−８６１１号公報や特開昭５５−５１７６７号公報に開示されている熱伝導率の高い黒鉛原料を主骨材とした高熱伝導性ラミング材を充填している。
【０００３】
この種の黒鉛原料を主骨材とした高熱伝導性ラミング材は、高熱伝導率による冷却効率の向上の他に、熱膨張応力緩和の作用によってカーボンブロック、ステーブクーラー、鉄皮に対する熱膨張応力緩和の機能をもつ。
【０００４】
高炉は長期の使用において稼働−休風の繰り返しによって、鉄皮が熱的歪みで変形し、ラミング材充填部に隙間が生じる。そして、これが空気溜まりとなって熱伝導性を低下し、冷却効果が大きく損なわれる。しかも、こうして生じた空気溜まりに高温ガスが侵入し、鉄皮が赤熱してさらに大きく変形し、高炉寿命低下の原因となる。この対策として、例えば特開昭６３−２９７４８７号公報には、この隙間に不定形耐火物を圧入充填して補修することが提案されている。
【０００５】
しかし、圧入補修に使用する不定形耐火物は密充填組織が得られないためにラミング材に比較して熱伝導率が低く、冷却効果に大きく劣る。また、圧入不定形耐火物は密充填組織でないことで熱膨張等の外圧で大きく圧縮されやすく、鉄皮の動きに対し対応が悪く隙間発生防止の効果の持続性が劣る等の欠点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、高炉用ラミング材において、熱伝導率を劣化することなく隙間発生防止機能を持続させることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の高炉用ラミング材は、液状フェノール樹脂を１５〜２５質量％含み、残部が黒鉛主体の耐火原料である配合物に、長さが１０〜３０ｍｍかつ最小径が０．５〜１ｍｍで弾性率／比重が０．１５×１０^２ＧＰａ以上の鋼又はステンレス鋼よりなる板状、棒状、又は直線状の金属ファイバーを外掛け１〜１０質量％添加することによって弾性変形性を付与し、それによって上記課題を解決した。
【０００８】
このラミング材は、カーボンブロックと鉄皮間またはステーブクーラー間に、上方からの打撃で搗き固めることで高炉炉壁構造を形成する。
【０００９】
本発明のラミング材は、施工に際しての打撃によって内在する金属ファイバーが必然的に水平方向に配向する。そして、上記サイズの金属ファイバーの配向によって施工体は水平方向に弾性変形に優れ、高炉の稼働−休風に伴う繰り返しの熱膨張応力に対しても体積復元機能を有し、これによって隙間の発生が防止される。
【００１０】
本発明における液状フェノール樹脂は、結合剤として作用する他に、可縮性と弾性変形特性の付与にも寄与する。特に弾性変形特性は、液状フェノール樹脂の含有量が上記特定範囲内においてはじめて顕著な効果が発揮される。
【００１１】
その液状フェノール樹脂としては、フェノール、オルソクレゾール、メタクレゾール、パラクレゾール、キシレノール、エチルフェノール、プロピルフェノール、ブチルフェノール、オクチルフェノール、ノニルフェノール、フェニルフェノール、クミルフェノール、カテコール、レゾルシノール、ハイドロキノン、ビスフェノールＡ等のフェノール類等を単独、あるいは２種類以上組み合わせて使用する。
【００１２】
フェノール樹脂の形態は、固体状、粉体状、液体状に大別される。しかし、本発明で使用するフェノール樹脂は、有機溶剤で溶解された液状フェノール樹脂である。フェノール樹脂の有機溶剤としては、一価アルコール類、二価アルコール類、多価アルコール類、ケトン類、エステル類、エーテル類、ケトンエステル類、ケトンエーテル類、エステルエーテル類、芳香族系溶剤、脂肪族系溶剤等が挙げられる。中でも、二価アルコール類（グリコール類）、多価アルコール類（例えば三価アルコール類のトリオール類）等の沸点の高い有機溶剤を二価アルコールと併用することが望ましい。
【００１３】
ここで沸点の高い有機溶剤としては、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，２−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、２，３−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、テトラエチレングリコール、ヘキシレングリコール、オクチレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン等が挙げられ、これらの有機溶剤の使用割合は、液状フェノール樹脂の１０〜６０質量％を占めるように調整する。
【００１４】
液状フェノール樹脂の使用割合が、１５質量％未満では施工性の低下で充填不足を招き、所望の高熱伝導率が得られないし、また、後述の金属ファイバーの配向が不十分となる。また、２５質量％を超えると黒鉛原料を主体とする耐火骨材の割合が少なくなって高熱伝導率の効果が損なわれる。
【００１５】
ラミング材の熱伝導率はカーボンブロックの耐食性維持のために熱伝導率ができる限り高いことが望ましい。一般には、カーボンブロックと同等の２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上が好ましい。そのため、耐火骨材はラミング材に必要な高熱伝導率を付与するため、黒鉛を主体とした耐火原料とする。黒鉛の具体例は、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛等の天然黒鉛、あるいは黒鉛電極屑等の人造黒鉛粒であり、粒状あるいは粉状として使用する。配合黒鉛は耐火原料の主体をなすもので、７０〜９０質量％が好ましい。７０質量％未満では高熱伝導性の効果に乏しく、９０質量％を超えると液状フェノール樹脂の割合が少なくなって、ラミング材の施工時の充填不足を招き、高熱伝導率が低下し、さらには、金属ファイバーの配向が不十分となって、弾性変形性が損なわれる。
【００１６】
耐火原料としては、必要により、黒鉛に他の耐火骨材を組み合わせてもよい。他の耐火原料は炭素、炭化物、ホウ化物、窒化物、酸化物等である。配合物中に占める割合は、高熱伝導性の効果を損なわないためにも１０質量％以下とすることが好ましい。炭素としては、木炭、コークス、仮焼無煙炭、ピッチ粉、カーボンブラック等である。炭化物としては炭化珪素、炭化アルミニウム、炭化ジルコニウム等である。窒化物としては窒化ジルコニウム、窒化珪素、窒化珪素鉄、窒化硼素、窒化アルミニウム等である。他にも炭化硼素等の硼化物、珪素、フェロシリコン等の珪化物等が挙げられる。酸化物系としては、珪石、珪砂、電融シリカ、含水無定形シリカ、無水無定形シリカ等のシリカ質、ムライト、ボーキサイト、バン土頁岩、シリマナイト、カイヤナイト、焼結アルミナ、電融アルミナ、仮焼アルミナ等のアルミナ質、ロー石、シャモット、陶土、粘土、カオリン、ベントナイト等のアルミナ−シリカ質、ジルコン、ジルコニア等のジルコニア質等である。
【００１７】
また、添加する金属ファイバーとしては、０．１５×１０^２ＧＰａ以上の金属ファイバーがラミング材への弾性変形性をより効果的に発揮させる。図１は、金属ファイバーの各材質についてファイバー自身の弾性率／比重をグラフで示したものである。この図から明らかなように、鉄、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、銅またはこれらの合金が熱伝導率も高く、ラミング材の熱伝導率低下防止でも有利である。しかしながら、鉛のファイバーでは弾性率／比重が小さく、好ましくない。カーボンファイバーは弾性率／比重が大きいものの、一般には直径が１０〜２０μｍと微細径のために折れやすく、弾性変形性に劣る。この金属ファイバーの添加によって、高炉用ラミング材の熱伝導性を損なうこともない。この意味から、金属ファイバーに代えて、例えば有機質ファイバーでは、直径が大きいとファイバー自体の弾性変形性は優れるものの、高温下で消失する。また、ラミング材施工組織はファイバー消失個所が空隙となって高熱伝導性の効果が損なわれることになる。
【００１８】
金属ファイバーの形態は限定されるものではない。断面形状は、例えば円形、楕円形、正方形、矩形、三角形、菱形あるいは任意の不規則な形状が挙げられる。長さ方向の形状は、板状、棒状、又は直線状である。
【００１９】
本発明で使用する金属ファイバーの長さは、１０〜３０ｍｍであることが必要である。この範囲から外れると十分な弾性変形性の効果が得られない。また、長さ１０〜３０ｍｍの金属ファイバーを本発明で限定した範囲で添加すれば、長さが１０〜３０ｍｍから外れる金属ファイバーを組み合わせて使用してもよい。
【００２０】
金属ファイバーの径は最小径で０．５〜１ｍｍとする。円柱状のファイバーであれば径はどの方向も同じであるが、例えば四角形あるいは平板状での径は方向によって径が異なる。ここで、最小径は例えば平板状のファイバーを例にとれば、その断面は厚さ方向と幅とで径が異なるが、最小径は厚さ方向が相当する。金属ファイバーの最小径が小さいと弾性変形性付与の効果が劣る傾向にある。１ｍｍを超えると腰が強すぎるためか、この場合も弾性変形性付与の効果が不十分となる。
【００２１】
金属ファイバーの総添加量は外掛け１〜１０質量％の範囲を逸脱しないことが必要である。１質量％未満ではラミング材に対する弾性変形特性を付与の効果に劣る。１０質量％より多いとスタンプ材の施工時に金属ファイバー同志が絡み合ってファイバーボールを生じやすくなり、配向性に劣ることになる。
【００２２】
本発明のラミング材は、上述の組成の他に、不定形耐火物の添加物として既知の各種ファイバー類、酸化防止剤、作業性付剤を添加してもよい。ファイバー類としては例えばカーボンファイバー、ＳｉＣファイバー等であり、酸化防止剤としてはガラス、金属粉や金属粒等である。カーボンファイバー、ＳｉＣファイバー等を添加する場合、本発明の効果を損なわないために、その割合は１質量％未満、さらに好ましくは０．３質量％以下である。
【００２３】
本発明によるラミング材の施工個所への搬送は、例えばウェット状の混練物そのままの他、予め油圧式成形機等を用いて成形したプレフォーム状態で行うことができる。
【００２４】
施工個所は、高炉炉底に配設されたカーボンブロックと鉄皮の間あるいは鉄皮内に配設されたステーブクーラーとカーボンブロックの間である。
【００２５】
施工は、エアーランマー、バイブロランマー等によるスタンプ打撃をもって行う。隅部等のランマーの使用が容易でない狭い個所に対しては、例えば振動鏝等による加圧を併用してもよい。ラミング材はこの加圧施工で組織中の空気が排除され、密充填の施工体組織が形成される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を実施例によって説明する。
【００２７】
図２は本発明によるラミング材の施工を模式的に示したものである。カーボンブロック１と高炉鉄皮２の間にラミング材３を投入し、ランマー４等を用い、ほぼ垂直方向から搗き固める。カーボンブロック１と鉄皮２の間は一般に１００ｍｍ前後である。充填効率を上げるために、例えば高さ方向に厚さ５０〜７０ｍｍ程度づつ搗き固めるのが好ましい。本発明のラミング材３はランマー４等による搗き固めの際の上方からの打撃を受けて、配合物中の金属ファイバー５が水平方向に配向することになる。
【００２８】
同図ではカーボンブロック１と鉄皮２間に対するラミング材３の施工例を示しているが、カーボンブロックとステーブクーラー間に対しても同様に施工できる。ラミング材は鉄皮またはステーブクーラーに対し、カーボンブロックからの膨張を吸収緩和する可縮性が要求される。カーボンブロックは０．２％の熱膨張が見込まれ、例えば直径１２ｍの高炉炉底の場合、カーボンブロックの膨張は半径方向で１２ｍｍ程度となる。従って、ラミング材層は水平方向の施工厚さが８０〜１００ｍｍ程度の場合、１２〜１５％の膨張吸収代が求められる。
【００２９】
ラミング材がカーボンブロック、鉄皮あるいはステーブクーラーとの境界に発生する隙間は、高炉の操業条件によっても異なるが、概ね１ｍｍ〜２ｍｍ程度である。この隙間を生じさせないためには必要なラミング材の復元率は、ラミング材の施工厚みが例えば１８０〜１００ｍｍでは２％以上必要となる。
【００３０】
【表１】

【表２】

表１は、本発明のラミング材組成の実施例を試験結果とともに示す。表２はその比較例を示す。比較例１は金属ファイバーの添加がない例を、比較例２は金属ファイバーの添加量が規定量より少ない例を、比較例３は金属ファイバーの添加量が多すぎる例を、比較例４は添加したファイバーがビニル質である場合を、比較例５は液状フェノール樹脂の割合が多すぎる例を、比較例６は液状フェノール樹脂の割合が少ない例を、比較例７は金属ファイバーの長さが長すぎる例を、さらに、比較例８は短すぎる例をそれぞれ示す。
【００３１】
各表に示す各例は配合組成物をタイヤ付きミキサーにて混練後、３５０×３００×８０ｍｍの型枠内に投入し、ランマーによる上方からの打撃によって搗き固め、施工体の試験片を得た。
【００３２】
使用した液状フェノール樹脂は、粉末フェノール樹脂をモノエチレングリコールに溶解して得たものである。溶剤の割合は、液状フェノール樹脂の４０質量％を占めるように調整した。
【００３３】
熱伝導率はコールラウシュ法で測定した。
【００３４】
可縮率は、８０ｍｍ厚方向に３０ｋｇ／ｃｍ^２の一軸方向加圧下において、２００℃×２時間加熱し、この加熱下での収縮寸法から可縮率を求めた。
【００３５】
弾性変形性は、前記可縮率の試験で収縮した試験片について、加圧除去によって復元する復元率を弾性変形性とした。復元後の寸法は加圧除去後、同様に２００℃での加熱で２時間経過後に測定した。
【００３６】
表１に見られるとおり、本発明の実施例はいずれの場合も高炉用ラミング材に要求される高熱伝導性と可縮性に加え、優れた弾性変形性が得られた。
【００３７】
これに対し比較例１〜比較例４は、いずれも弾性変形性に劣る。また、液状フェノール樹脂の割合が多すぎる比較例５は施工体が多孔質となり、高熱伝導性の効果が損なわれる。液状フェノール樹脂の割合が少ない比較例６は、施工体の充填性が不十分なために熱伝導性に劣る。しかも、金属ファイバーの配向性が不十分となって弾性変形性の効果が低下する。
【００３８】
金属ファイバーの長さが規定長さ範囲を外れた比較例７と比較例８は弾性変形性の効果に劣る。
【００３９】
本発明実施例１、３および比較例１、４、７、８については、高炉炉底のカーボンブロックと高炉鉄皮との間に施工することで、実機試験を行った。その結果、本発明実施例はいずれも高炉の使用状況において必要な可縮率５〜１５％および復元率２％を示し、その弾性変形性によって長期の使用においても鉄皮赤熱等の問題もなく、良好な結果が得られた。
【００４０】
比較例はいずれも弾性変形性が不十分なために、隙間発生が原因した高炉鉄皮の局部的な温度上昇が見られ、早期の圧入補修が余儀なくされた。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によるラミング材は以上のように高熱伝導性、可縮性および弾性変形性を備えることで、高炉炉底あるいは高炉炉壁の保護に大きく貢献する。その結果、高炉の稼働率向上、補修作業の低減等、その効果はきわめて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】金属ファイバーの各材質について金属ファイバー自身の弾性率／比重をグラフで示したものである。
【図２】本発明によるラミング材の施工を模式的に示したものである。
【符号の説明】
１カーボンブロック２高炉鉄皮
３ラミング材４ランマー
５金属ファイバー

Claims

液状フェノール樹脂を１５〜２５質量％含み、残部が黒鉛主体の耐火原料である配合物に、長さが１０〜３０ｍｍかつ最小径が０．５〜１ｍｍで弾性率／比重が０．１５×１０^２ＧＰａ以上の鋼又はステンレス鋼よりなる板状、棒状、又は直線状の金属ファイバーを外掛け１〜１０質量％添加してなる弾性変形性を有する高炉用ラミング材。
液状フェノール樹脂を１５〜２５質量％含み、残部が黒鉛主体の耐火原料である配合物に、長さが１０〜３０ｍｍかつ最小径が０．５〜１ｍｍで弾性率／比重が０．１５×１０^２ＧＰａ以上の鋼又はステンレス鋼よりなる板状、棒状、又は直線状の金属ファイバーを外掛け１〜１０質量％添加してなる弾性変形性を有する高炉用ラミング材を、カーボンブロックと鉄皮間又はステーブクーラー間に、上方からの打撃で搗き固めてなる高炉炉壁構造。