JP5090139B2 - 転炉の底吹き羽口開口部の閉止用部材とその除去方法 - Google Patents

Description

本発明は、転炉の炉底に配置された底吹き羽口を他の羽口に切り替えるために予備的に配置されている羽口開口部の閉止用部材およびその除去方法に関する。

転炉では、炉底からガスを吹き込むために炉底にガスを透過する羽口を配置する場合がある。この羽口は耐火材料から構成されているが、ガス吹き込みによって生じる溶鋼の攪拌によって他の部位よりも激しく損耗する。そこで、羽口の損傷が大きくなると当該羽口の使用を中断し、別個に設けておいた羽口を使用する方式が採用されていた。
この方式を実現する手法として、転炉の炉底にあらかじめ、ガスを透過する稼動羽口とガスを透過しない非稼動羽口からなる複数の羽口を配置しておき、損耗時に羽口を切り換える方法が実用化されている。

上述した方法において従来から用いられていた非稼働羽口としては、例えば、特許文献１には、転炉炉底に配設した複数の羽口開口部に稼動羽口及び予備羽口を装着した底吹転炉の羽口において、上記予備羽口は外周が下広がりのテーパを有すると共に上部が開放し下部が閉塞した金属枠と、上記金属枠内に充填した不定形耐火物と、上記金属枠の下端部に設けた支持金物とで構成され、上記支持金物を介して上記転炉炉底の羽口開口部に予備羽口を着脱自在に装着してなる底吹転炉の羽口が開示されている。そして予備羽口を取外し、当該予備羽口を取外した羽口開口部に新品の稼動羽口を装着する羽口交換方法が開示されている。
また特許文献２には、転炉の底部を覆う耐火物層内の底吹き羽口の設置部分以外の部分に予め設置した穿孔用煉瓦に、穿孔機によって穿孔し新たな転炉底吹き羽口を挿入する方法が開示されている。
特開平２−３８５１１号 特開２００４−２８５４７５号

特許文献１の方法では、予備羽口の外周部の金属枠部分と周囲の耐火物とが高温下で反応してしまうこと、あるいは隙間にスラグや溶鋼が侵入して凝固すること等により予備羽口が羽口開口部煉瓦に強固に接着してしまう不都合があった。そして、予備羽口を取外すため引き抜こうとすると、予備羽口の下部のみが外れて残部が羽口開口部に残留する問題がある。予備羽口の長さは、１ｍ以上もありこの羽口のみを引き抜こうとしても、予備羽口と羽口開口部煉瓦との接着力が高いため耐火物の強度が耐えられずどうしても金属枠内に充填された不定形耐火物が水平方向に割れてしまう。また金属製のケースであっても簡単に引きちぎれてしまう。そしてこの残留物を除去するためには、例えば穿孔機で中央分に貫通孔を形成し、さらにブレーカーの衝撃力で耐火物を破壊しなければならず、非常に手間と時間を要する問題がある。しかも、もし羽口開口部煉瓦に亀裂等が発生した場合には、使用中に漏鋼が発生する危険性があることから、予備羽口を解体する際には、羽口開口部煉瓦に損傷を与えないような慎重な作業が要求される。
また、特許文献２の方法では、転炉の炉底は球面形状を呈しており、穿孔機で穿孔用煉瓦の中心に新たな孔を設けることは非常に困難な作業となる。例えば、中心軸のずれが発生すると、穿孔用煉瓦の損耗が局所的に大きな部分が発生し、羽口の寿命が低下する問題がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、転炉の炉底に配置した底吹き羽口を他の羽口に切り替えるために予備的に配置した羽口開口部を閉止する閉止用部材を除去する際に、羽口開口部煉瓦に損傷を与えず、しかも容易に除去することができる羽口開口部の閉止用部材とその除去方法を提供することである。

本発明者等は、閉止用部材の外周表面に溝を形成することにより、閉止用部材を取り出す際に、非稼動羽口の内孔に閉止用部材が残留しても、閉止用部材を穿孔したりあるいはブレーカー等で衝撃を与えることで閉止用部材が複数に分割され、その結果、より効率的に閉止用部材を取り除くことができ、しかも羽口開口部煉瓦に損傷を与えることがないことを知見し、本発明を完成した。
即ち、本発明の要旨は、次のとおりである。
（１）転炉の底吹き羽口開口部の閉止用部材であって、全体形状が円錐台状を成す耐火物と、該耐火物の大径側底面と該底面近傍の端部側面とを一体的に被覆した金属ケースと、該金属ケースの底面部のほぼ中央を前記耐火物の軸心方向に貫通して一部が前記耐火物内に埋設され、中間位置にて前記金属ケースの底面部に固設された金属棒（パイプを含む）とから構成され、前記耐火物の小径側の端部側面部と前記金属ケースにより被覆された側面部とを除く側面部に複数の溝を形成したことを特徴とする転炉の底吹き羽口開口部の閉止用部材。
（２）前記溝は、耐火物の軸心回りに周設されたものであることを特徴とする上記（１）記載の転炉の底吹き羽口開口部の閉止用部材。
（３）前記溝は、耐火物の軸心方向または軸心に対し斜めに配設されたものであることを特徴とする上記（１）記載の転炉の底吹き羽口開口部の閉止用部材。
（４）前記溝の深さが、小径側の底面径の１０〜４０％であることを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の転炉の底吹き羽口開口部の閉止用部材。
（５）上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の閉止用部材を、前記耐火物の小径側を上方にして転炉の底吹き羽口開口部に装着し操業した後の除去方法であって、前記金属棒を下方に引き抜き、しかる後に、底吹き羽口開口部内に残留した耐火物の中央部を穿孔して、該残留耐火物を除去することを特徴とする転炉の底吹き羽口開口部の閉止用部材の除去方法。

本発明によれば、転炉の底吹き羽口開口部に装着し操業した後の閉止用部材を除去する際、閉止用部材の側面に形成した溝によって羽口開口部内で閉止用部材が容易に複数に分離するため、非常に効率的に無理なく閉止用部材を取り除くことができ、しかも羽口開口部煉瓦を損傷させることは無い。

本発明は、閉止用部材の耐火物の側面部に溝を配設したことを基本的特徴とするものである。
溝は、非稼動羽口の内孔に残留した閉止用部材を穿孔した時あるいはブレーカー等で衝撃を与えた時に、閉止用部材が複数に分割されるように形成しておく。なかでも、閉止用部材のほぼ中央部を穿孔することによって形成された貫通孔と溝とが連続するように形成しておくことがより好ましいが、貫通孔と溝との距離が十分近ければ穿孔時の衝撃、あるいは解体時の衝撃で亀裂が発生することで分離することができる。
金属ケースにより、耐火物の大径側の底面と該底面近傍の端部側面とを一体的に被覆するのは、金属棒を引き抜いた時に閉止用部材の耐火物の底部全体に引き抜き力を加えて羽口開口部から効率的に閉止用部材の一部を除去させるためのものである。該金属ケースの側面部の長さは、あまり短すぎてもケースと共に除去する耐火物の量が少なくなって意味を有せず、また、長すぎても引き抜き力が大きくなって作業に支障を来すため、閉止用部材耐火物の全長の５〜３０％とするのが好ましい。

溝の配設部位は、底面（端面）径が小さい側端部の側面部と金属ケースにより被覆された側面部とを除く側面部とするのは、溝が小径側の端部側面に配設されると、使用中に閉止用部材の表面に露出した溝に溶鋼が浸入し、漏鋼に至る危険性があるからであり、底面近傍の側面部の金属ケースにより被覆された側面部に溝を配設すると、前記金属ケースと接触する耐火物の底面近傍の端部側面の表面が凹凸となり、使用中に金属ケースが耐火物の底面近傍の端部側面と密着しなくなり、金属棒を引抜いた時に閉止用部材を非稼動羽口の開口部から効率的に除去することができないからである。

溝の方向は、軸心回り方向、即ち円周方向に形成することができる。このように形成することで、羽口開口部内に耐火物が残留しても、穿孔したりあるいはブレーカー等で衝撃を与えれば容易に長手方向に複数に分割しやすくなる。また、埋設耐火物の製造時に旋盤で溝を形成しやすい利点もある。
このとき円周方向の溝を複数形成することができ、１００〜２５０ｍｍの間隔で２〜５つ形成することがより好ましい。その間隔が１００ｍｍ未満でも発現される効果は同等であるため非効率となり、間隔が２５０ｍｍを超えると解体作業時の衝撃で割れ難くなる。
また、溝を、軸心方向または軸心に対し斜めに形成することができる。溝を軸心方向または軸心に対し斜めに形成することにより、穿孔後の残留耐火物は円周方向に複数個に分割されるため、その除去が容易となる。このような縦方向の溝は耐火物用の円盤形状をした一般的なダイヤモンドカッターを使用して形成しやすいメリットがある。
また溝は、円周方向、軸心方向、及び斜め方向を各々組み合わせることもでき、組み合わせるとより分割数が多くなり解体性が良くなる。

溝の深さは、埋設耐火物の先端部外径、即ち円錐台状の閉止用耐火物の小径側底面（端面）外径に対して１０〜４０％、より好ましくは２０〜３０％であることが好ましい。１０％未満では、間通孔と溝との距離が不十分となり穿孔時に分割できないし、４０％を超えると耐火物の強度が不足し運搬時や羽口開口部に挿入する時に破損する。
溝の幅は０．１〜２０ｍｍが好ましい、０．１ｍｍより小さい場合にも発現される効果は同等であるため溝を設けることに手間を要し非効率的となり、２０ｍｍを超えると耐火物の強度に悪影響を与え、運搬時や羽口開口部に挿入する時に破損する。
溝は、耐火物に対して耐火物用のカッターや旋盤等を使用して成形後に設けることができる。また成形時に耐火原料の混練物と溝用消失物とを一体的に成形することでも形成することができる。消失物としては、プラスチックの板、ゴム、ワックス、紙等を使用することができる。耐火物の乾燥中あるいは、使用中に加熱され消失する有機物が適している。
溝には、解体性に悪影響を与えない範囲であれば、耐火性モルタル等を充填しておくこともできる。耐火性モルタル等を充填しておくことで、万一閉止用耐火物と羽口との隙間に溶鋼が侵入してきても溝への侵入を防止することができる。その結果、解体性に悪影響を与えることがない。さらに漏鋼防止効果もある。

閉止用部材に使用される耐火物としては、マグネシアカーボン煉瓦、マグクロ煉瓦、ドロマイト煉瓦、アルミナ質不定形耐火物、マグネシア質不定形耐火物等が採用される。閉止用部材に使用される埋設耐火物の材質は、マグネシアカーボン煉瓦とするのが好ましい。
金属棒（パイプを含む）は、材質を鋼鉄製とするのが好ましく、耐火物への埋設深さは、耐火物の全長に対して２０〜４０％、かつ、金属ケースの側面部の長さ以上とするのが好ましい。金属ケースも材質を鋼鉄製とすることが望ましい。
閉止用部材の羽口開口部への装着は、上部内径が小さく、下部内径が大きい羽口開口部へ、その外表面に耐火性モルタルを塗布した円錐台状閉止用部材を径が小さい側を上方にして挿入するようにして行う。
底吹き羽口の切替方法としては、転炉の炉底に予備の羽口開口部を設け、この予備羽口開口部に前記閉止用部材を装着して置き、転炉の操業により稼動羽口の損傷が大きくなった時に使用途中でこの予備羽口開口部から前記閉止用部材を引き抜き、その後、羽口開口部の内孔に残留する前記閉止用部材を穿孔し、その残部を取り除いた後、ガスを透過する羽口を装着することにより、羽口を切り換えることができる。

図をもって、さらに具体的に本発明の実施態様を説明する。
図１の閉止用部材１は、円錐台の形状をした耐火物２と、この耐火物２の大径側の外周部と底面部とを一体的に覆う金属ケース７と、該金属ケース底面部の金属板６のほぼ中央部を貫通して耐火物内まで埋設された金属棒（図ではパイプを示す）４とからなる。金属棒（パイプ）４は金属板６に溶接固定されている。
耐火物２は、具体例として、マグネシアカーボン煉瓦で、炭素含有量が１９％、見掛気孔率が３．０％、かさ比重が２．８６、圧縮強さが３５ＭＰａのものを採用できる。金属ケース７の材質は鋼鉄製とした。
金属棒（パイプ）４には、閉止用部材を非稼動羽口の開口部から効率的に除去するため、スタッド５を設けるのが好ましい。
この閉止用部材１の耐火物には、３つの溝３が軸心回り方向にドーナツ状にかつ軸心方向に一定間隔をおいて周設されている。溝の深さ方向は軸心に対し垂直である。図２は、図１における矢視Ａ−Ａの切断面図である。
なお、図１におけるドーナツ状の溝３は、水平方向（軸心に対し垂直）に形成しているが、これに限ることなく、水平方向に対し一定の傾斜角度をもって斜めに形成することもできる。

各部の寸法として、例えば、転炉炉底の内張り煉瓦厚みが１２００ｍｍの場合、下記のような寸法を採用することができる。
閉止用部材の長さ（非埋設パイプ長さ含まず） １２００ｍｍ
閉止用部材の耐火物の大径底面の直径 ３３０ｍｍ
閉止用部材の耐火物の小径底面の直径 ２７０ｍｍ
溝の深さ ７０ｍｍ
溝の幅 １３ｍｍ
溝の間隔 １５０ｍｍ
金属ケースの側面部の長さ １００ｍｍ
金属棒（パイプ）の埋設長さ ４５０ｍｍ

図３は、本発明に係る第２の閉止用部材の実施態様例であり、軸心方向である縦方向に４つの溝３を円周方向にほぼ等角度で形成したものである。図４は、図３の矢視Ａ−Ａの切断面図である。図４でわかるように、溝の深さ方向は、軸心に向かっており、放射状である。なお、図３における溝は、軸心方向と同一方向に形成しているが、本発明ではこれに限らず、軸心方向に対し一定の角度をもって縦方向に溝を形成することもできる。
この実施態様の例では、各部の寸法として、上記と同様の場合、下記のような寸法を採用できる。
閉止用部材の長さ（非埋設パイプ長さ含まず） １２００ｍｍ
閉止用部材の耐火物の大径底面の直径 ３３０ｍｍ
閉止用部材の耐火物の小径底面の直径 ２７０ｍｍ
溝の深さ ６５〜７５ｍｍ
溝の幅 １３ｍｍ
金属ケースの側面部の長さ １００ｍｍ
金属棒（パイプ）の埋設長さ ４５０ｍｍ

図５に、図１及び図２に示す例の閉止用部材１を転炉炉底の羽口開口部煉瓦８により形成される羽口開口部９へ装着した場合を示す。転炉の炉底の鉄皮１２には閉止用部材１やガス吹ノズルが着脱可能なように切り欠き部１４を設けている。鉄皮の上にパーマ煉瓦１０がライニングされ、このパーマ煉瓦１０の上に羽口開口煉瓦８がライニングされている。羽口開口煉瓦８には、ガス吹込み羽口または閉止用部材が装着されるための平面視が円形をした円錐台状の羽口開口部９が形成されている。羽口開口部煉瓦８の周囲には炉底用の内張り煉瓦１１が配置されている。閉止用部材１は、下側にスペーサー１３が配置され、その下側は図示していないが、炉底鉄皮１２に固設された適宜の押さえ機構により、羽口開口部９に強く圧着され固定保持されている。従って、この押さえ機構を緩めると底から閉止用部材を引き抜く事ができるようになっている。閉止用部材とガス吹込み羽口とはそれぞれの底部の外径と側面の傾斜角度が同じになっており、同じ非稼動羽口に着脱可能である。
通常、転炉炉底には、閉止用部材で閉止された羽口開口部とガス吹込み羽口が装着された羽口開口部がそれぞれの複数施工されている。

次に、閉止用部材をガス吹込みの羽口に交換する作業について、図６で説明する。
稼働羽口が使用により所定の損耗状態に至った場合、転炉の操業を中断し、上記閉止用部材で閉止された羽口開口部の押さえ機構を緩め、スペーサーを外して閉止用部材１の金属棒（パイプ）を、油圧を駆動源とする引き抜き器具で引っ張ると、閉止用部材１が分断され、その下部の一部のみが抜ける（図６Ａ）。この状態では羽口開口部９内には、閉止用部材１が残留している。この残留した閉止用部材の中央部を穿孔機で孔を開ける。孔を開けると閉止用部材が溝３によって４つ以上の部分に分離した状態になる（図６Ｂ）。この状態になるとブレーカー等を使った人手の作業で簡単に残留物を取り除くことができる。また、過剰な力が加わることが無いので羽口開口部煉瓦８の内面を損傷させたり、あるいは羽口開口部煉瓦８に亀裂を発生させることもない。この残留閉止用部材の除去後、羽口開口部９へガス吹込み羽口を挿入・装着し、押さえ機構で固定することで新しいガス吹込み羽口に交換される。

本発明の第１の実施態様例である閉止用部材の縦断面図。 図１におけるＡ−Ａ矢視図。 本発明の第２の実施態様例である閉止用部材の縦断面図。 図２におけるＡ−Ａ矢視図。 閉止用部材が装着された状態を示す縦断面図。 閉止用部材の取り出し方法を示す説明図。

符号の説明

１ 閉止用部材
２ 耐火物
３ 溝
４ 金属棒（パイプ）
５ スタッド
６ 金属ケース底面部の金属板
７ 金属ケース
８ 羽口開口部煉瓦
９ 羽口開口部
１０ パーマ煉瓦
１１ 炉底内張り煉瓦
１２ 鉄皮
１３ スペーサー
１４ 切り欠き部

Claims (5)

1. 転炉の底吹き羽口開口部の閉止用部材であって、全体形状が円錐台状を成す耐火物と、該耐火物の大径側底面と該底面近傍の端部側面とを一体的に被覆した金属ケースと、該金属ケースの底面部のほぼ中央を前記耐火物の軸心方向に貫通して一部が前記耐火物内に埋設され、中間位置にて前記金属ケースの底面部に固設された金属棒（パイプを含む）とから構成され、前記耐火物の小径側の端部側面部と前記金属ケースにより被覆された側面部とを除く側面部に複数の溝を形成したことを特徴とする転炉の底吹き羽口開口部の閉止用部材。
2. 前記溝は、耐火物の軸心回りに周設されたものであることを特徴とする請求項１記載の転炉底吹き羽口開口部の閉止用部材。
3. 前記溝は、耐火物の軸心方向または軸心に対し斜めに配設されたものであることを特徴とする請求項１記載の転炉の底吹き羽口開口部の閉止用部材。
4. 前記溝の深さが、小径側の底面径の１０〜４０％であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の転炉の底吹き羽口開口部の閉止用部材。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の閉止用部材を、前記耐火物の小径側の底面を上方にして転炉の底吹き羽口開口部に装着し操業した後の除去方法であって、前記金属棒を下方に引き抜き、しかる後に、底吹き羽口開口部内に残留した耐火物の中央部を穿孔して、該残留耐火物を除去することを特徴とする転炉の底吹き羽口開口部の閉止用部材の除去方法。

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