JP5169434B2 - Ｖｏｄ鍋の築炉方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に高温域で使われるＶＯＤ鍋の築炉方法に関するもので、ドロマイト煉瓦を使用したＶＯＤ鍋の築炉方法に関するものである。

製銑、製鋼用の窯炉は、多量の煉瓦を用いて築炉されている。そのうち、ＡＯＤ炉やＶＯＤ鍋は、その使用条件が極めて高温で、かつ高侵食性の溶滓に曝されるため、多量のマグネシア−クロム（ＭｇＯ・Ｃｒ₂Ｏ₃）煉瓦が使用されている。

これらの煉瓦は使用限界を越えると解体されて再構築されるが、この解体時に発生する廃棄耐火物は構築時のおよそ４０〜６０％とされている。

この廃棄耐火物のうち、マグネシア−クロム煉瓦からは、六価クロムが発生し、人体や環境への悪影響が危惧されるので、この廃棄処理が地球環境上の問題から解決を迫られている。

また、昨今、クロムフリー化の問題により、マグネシア−クロム煉瓦から、マグネシア−カーボン煉瓦や安価なドロマイト煉瓦の使用に変わりつつある。

クロムを含まない煉瓦を取鍋に使用する方法としては、特許文献１に記載されているように、マグネシア単味煉瓦またはマグネシアを主成分とする煉瓦を用い、熱膨張応力をセラミックシートによって緩衝させる方法が知られている。
特開平０９−０４２８５６号公報

しかしながら、マグネシア質の煉瓦は、基本的に熱的、構造的スポーリングが生じやすく、取鍋での使用には元来不向きであるので使い難い。

マグネシア質の煉瓦の代わりに、マグネシアドロマイト質煉瓦を用いる可能性も特許文献２に記載されているが、稼働面側の変質、緻密化が著しく、構造的スポーリングの問題があるとされていた。
特開昭６２−２６９９６８号公報

ＶＯＤ鍋は、近年、ステンレス鋼材の高品質化に伴い、ＶＯＤの稼動温度が極めて高温となっている。このような稼動温度が高温のＶＯＤ鍋の築炉に際し、図６に示したようなクリープ特性を有するドロマイト煉瓦は、迫り応力を低減し、機械的スポーリングを抑制する効果があるといわれている。

しかしながら、ドロマイト煉瓦は、下記表１に示すように、マグネシア−クロム煉瓦に比べて熱膨張率が約１割大きい。

ＶＯＤ鍋は、受鋼・精錬・鋳込・排滓・整備のサイクルを繰り返すので、ＶＯＤ鍋の築炉に使用したドロマイト煉瓦は、前記サイクルに伴って加熱と冷却が繰り返され、膨張と収縮が繰り返される。

前記のような熱履歴を受ける使用条件下では、図７に示すマグネシア−クロム煉瓦１を用いた築炉のように、ＶＯＤ鍋２の高さ方向の上下部と中間部で高さの異なる煉瓦を使用した場合、煉瓦の膨張量が高さ方向に相違する。

従って、高さ方向に隣接する煉瓦間の横方向の目地（以下、敷目地という。）に溶湯が侵入（以下、地金差しという。）することになる。また、周方向にも煉瓦が収縮するが、その場合も周方向に隣接する煉瓦間の縦方向の目地（以下、縦目地という。）に地金差しが発生する。

このような地金差しが発生すると、煉瓦同士の迫り応力が不足して煉瓦脱落の原因となる。また、その過程で、敷目地や縦目地への地金差しが進展して、さらに煉瓦寿命が悪化する。

本発明が解決しようとする問題点は、ＶＯＤ鍋の築炉に際し、クロムを含有しないドロマイト煉瓦を従来のマグネシア−クロム煉瓦の場合と同様の形態で使用すると、使用の過程で目地に地金差しが発生し、煉瓦の脱落や煉瓦寿命の悪化を招くという点である。

本発明のＶＯＤ鍋の築炉方法は、
ＶＯＤ鍋の築炉にドロマイト煉瓦を使用した場合にも、使用中、敷目地への地金差しの発生を抑制し、この地金差しに起因する煉瓦の脱落や煉瓦寿命の悪化を抑制するために、
ＣａＯを３０〜６０質量％、ＭｇＯを４０〜７０質量％を含むドロマイト煉瓦を用いてＶＯＤ鍋を築炉する方法であって、
前記ドロマイト煉瓦として、高さが１００mm〜１５０mmの、同じ高さのドロマイト煉瓦を使用することを最も主要な特徴としている。

本発明において、周方向に隣接する前記ドロマイト煉瓦間の縦目地は、空目地としモルタルを使用しないようにすれば、縦目地への地金差しの発生も抑制することができる。

また、本発明において、ＶＯＤ鍋の底部に不定形キャスタブルを施工する場合は、この不定形キャスタブルとドロマイト煉瓦が接触する部分より、高さ方向の上方１００mm以上まで、ドロマイト煉瓦の表面に非水系グリスを塗布すれば、ドロマイト煉瓦の消化を防止できて望ましい。

本発明では、鍋の高さ方向の煉瓦高さを１００〜１５０mmにし、かつ全ての煉瓦を同じ高さにすることで、煉瓦に作用する上下方向の応力が緩和され、かつ敷目地に作用する応力が均等に分散され、競り割れ等がなく、地金の侵入も抑制される。

また、本発明において、周方向に隣接する煉瓦同士の縦目地には、モルタルを使用しないで空目地にすることで、より煉瓦同士が密着して、溶湯の侵入が抑制される。
従って、煉瓦目地の損傷だけでなく、溶損自体の損耗も抑制できて煉瓦寿命の延長が図れる。

以下、本発明の着想から課題解決に至るまでの過程と共に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
発明者は、ドロマイト煉瓦の形状、積み方等について種々検討、試験を重ねた結果、次のような知見を得て、本発明を成立させた。

(1) ＶＯＤ鍋の高さ方向の煉瓦高さの均等化及び小分割化（図１参照）
従来、マグネシア−クロム煉瓦によるライニングでは、図７を用いて説明したように、鋼浴部に通常形状（図７（ｂ）（ｃ）に示すＬＷ形状、高さ：２３０mm）を使用していたが、これと同じ形態でドロマイト煉瓦３を使用した場合、煉瓦間の目地が開き、地金差しがあった。

そこで、発明者による種々の検討、試験の結果、ドロマイト煉瓦３を使用する場合は、図１に示すように、敷き裏張り煉瓦から上部まで、高さが１００mm〜１５０mm（図１に示す例では１００mm）の、同じ高さの煉瓦を使用して施工した場合に、煉瓦の膨張が均等に分散され、地金差しもなくなることを知見し、請求項１に係る発明を成立させた。

本発明において、使用するドロマイト煉瓦３の高さを１００〜１５０mmに規定した理由は、発明者の調査結果によるものである。

すなわち、表１にその一例を示したドロマイト煉瓦では、温度上昇とＣａＯ添加量の増加に応じてクリープ特性が良好な結果となった。そして、煉瓦高さが１００mm未満の場合は、煉瓦自体の膨張が小さくなり、競り応力も小さくなると共に、目地が多くなり目地開きが大きくなった。一方、煉瓦高さが１５０mmを超えると、煉瓦自体の膨張が大きくなり、競り割れの発生、及び加熱冷却が繰り返され、膨張、収縮も繰り返され、収縮したときに大きく隙間が生じて、目地開きが大きくなり、地金差しが発生した。従って、本発明では、使用するドロマイト煉瓦の高さを１００〜１５０mmとした。

(2) ドロマイトモルタルの使用状況（図２参照）
また、発明者の試験結果によれば、ドロマイト煉瓦３の背面と、ＶＯＤ鍋２の外周壁との目地４、及び高さ方向に隣接する前記ドロマイト煉瓦３間の敷目地５は、例えば下記表２に示す化学成分の非水系ドロマイトモルタルを使用することが望ましいことも判明した（請求項３に係る発明）。

加えて、周方向に隣接する前記ドロマイト煉瓦３間の縦目地６は、モルタルを使用せず、空目地とすることが望ましいことも判明した（請求項２に係る発明）。

本発明において、ドロマイト煉瓦３の背面と、ＶＯＤ鍋２の外周壁との目地４に非水系ドロマイトモルタルを使用するのは、ＶＯＤ鍋２の外周壁に直線部分２ａがあり、この直線部分２ａと相対する煉瓦背面が円弧であるため、ドロマイト煉瓦３の背面に隙間が生じるためである。

ところで、煉瓦はリング状に下から積み上げていくため、縦目地６が高さ方向に繋がらない、すなわち通し目地にならないように、高さ方向の煉瓦は、千鳥状に積んでいく（図２（ｂ）参照）。一方、各煉瓦一つ一つの高さには多少の誤差があり、積み上げたリング間に空隙が生じる。

よって、本発明においては、高さ方向の敷目地５間も、非水系ドロマイトモルタルを使用することが望ましい。
これらの目地４，５に非水系ドロマイトモルタルを使用した場合、ドロマイト煉瓦３は、水性モルタルの水分を吸収して消化し、粉化する。

また、本発明において、周方向に隣接する煉瓦同士の接触面（縦目地６）には、モルタルを使用しないで、空目地にするのは、空目地とすることで、より煉瓦同士が密着して、溶湯の侵入が抑制されるからである。

(3) 不定形キャスタブルの流し込み（図１参照）
ＶＯＤ鍋２の底部に、不定形キャスタブル７を流し込んだ場合、不定形キャスタブル７の水分がドロマイト煉瓦３の気孔から浸透して消化し、粉化する。

よって、鍋床からドロマイト煉瓦３と不定形キャスタブル７が接触する位置より上方１００mm以上までの間、鍋床の裏張り煉瓦８からドロマイト煉瓦３の表面に非水系グリス９を塗布する。

このようにすることで、不定形キャスタブル７の水分がドロマイト煉瓦３に浸透しないようになり、ドロマイト煉瓦３への給水を防止して消化を抑制できる。これが請求項４に係る発明である。

ちなみに、従来のマグネシア−クロム煉瓦によるライニング方法でドロマイト煉瓦を施工したときの２１チャージ使用後と、本発明方法で下記表３に示す物性及び化学成分のドロマイト煉瓦を施工したときの２４チャージ使用後の煉瓦の状態を図３及び図４に示す。

図３及び図４より、本発明方法によれば、明らかに地金の侵入が無くなっていることが分かる。これにより、ドロマイト煉瓦の寿命も、マグネシア−クロム煉瓦と同じ形態でドロマイト煉瓦を施工した場合（図５において従来と記す。）に比べて大幅に向上し、マグネシア−クロム煉瓦と同等になって、原単位も低下した（図５参照）。

本発明は上記した例に限らないことは勿論であり、各請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

以上の本発明は、ＶＯＤ鍋の築炉に限らず、高温域で使われるものであればどのような鍋や炉の築炉にも適用できる。

（ａ）はドロマイト煉瓦を使用した本発明のＶＯＤ鍋の築炉形態を縦断面して示した概略図、（ｂ）は鋼浴部に使用するドロマイト煉瓦の高さ方向の上面から見た図、（ｃ）は同じく側面から見た図である。 （ａ）は本発明のＶＯＤ鍋の築炉形態を横断面して示した概略図、（ｂ）は同じくドロマイト煉瓦の煉瓦積みの形態を示した側面図である。 従来のマグネシア−クロム煉瓦によるライニング方法でドロマイト煉瓦を施工したときの２１チャージ使用後の煉瓦の状態を示した図である。 本発明方法でドロマイト煉瓦を施工したときの２４チャージ使用後の煉瓦の状態を示した図である。 本発明方法でドロマイト煉瓦を施工したときと、マグネシア−クロム煉瓦を施工したときと、マグネシア−クロム煉瓦と同じ形態でドロマイト煉瓦を施工したときの原単価指数と、寿命を比較した図である。 焼成ドロマイト煉瓦におけるＣａＯ量とクリープ特性の関係を示した図で、白抜きの四角印は１７００℃で１０時間経過したときのクリープ特性を、黒丸印は１５００℃で１０時間経過したときのクリープ特性を示す図である。 （ａ）はマグネシア−クロム煉瓦を使用したＶＯＤ鍋の築炉形態を縦断面して示した概略図、（ｂ）は鋼浴部に使用するマグネシア−クロム煉瓦の高さ方向の上面から見た図、（ｃ）は同じく側面から見た図である。

符号の説明

２ ＶＯＤ鍋
３ ドロマイト煉瓦
４ 目地
５ 敷目地
６ 縦目地
７ 不定形キャスタブル
８ 裏張り煉瓦
９ 非水系グリス

Claims (4)

1. ＣａＯを３０〜６０質量％、ＭｇＯを４０〜７０質量％を含むドロマイト煉瓦を用いてＶＯＤ鍋を築炉する方法であって、
   前記ドロマイト煉瓦として、高さが１００mm〜１５０mmの、同じ高さのドロマイト煉瓦を使用することを特徴とするＶＯＤ鍋の築炉方法。
2. 周方向に隣接する前記ドロマイト煉瓦間の縦方向の目地は、空目地としモルタルを使用しないことを特徴とする請求項１に記載のＶＯＤ鍋の築炉方法。
3. 前記ドロマイト煉瓦の背面と、ＶＯＤ鍋の外周壁との目地、及び高さ方向に隣接する前記ドロマイト煉瓦間の横方向の敷目地は、非水系のドロマイトモルタルを使用することを特徴とする請求項１又は２に記載ＶＯＤ鍋の築炉方法。
4. ＶＯＤ鍋の底部に不定形キャスタブルを施工する場合、この不定形キャスタブルと前記ドロマイト煉瓦が接触する部分より、高さ方向の上方１００mm以上まで、前記ドロマイト煉瓦の表面に非水系グリスを塗布することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のＶＯＤ鍋の築炉方法。