JP5217389B2

JP5217389B2 - 耐火物の熱間吹き付け方法および吹き付け装置

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Publication number: JP5217389B2
Application number: JP2007305422A
Authority: JP
Inventors: 章宏新保; 裕一黒土; 範良牧; 利之田谷
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2027-11-27
Also published as: JP2009127967A

Description

本発明は、製鉄所等で使用される各種精錬炉、窯炉、転炉、取鍋、溶銑鍋、溶鋼鍋、タンディッシュ等の各種炉や容器において、溶銑または溶鋼と接触する耐火物層を熱間で補修するための耐火物の熱間吹き付け方法およびその装置に関するものである。

製鉄所等で使用される各種炉や容器等の内壁に設けられる耐火物層を熱間で補修する方法として、耐火物の吹き付けによる補修が行われている。これは、ノズルを備えた長尺の補修装置を補修箇所へ挿入し、補修箇所の壁面にノズルを近づけて耐火物を吹き付ける補修方法である。即ち、作業者が、内壁の耐火物層の損傷状態を肉眼で判断し、ノズルを備えた補修装置を直接手で持つか或いは遠隔操作により耐火物層の損傷箇所に近づけて、補修材である耐火物をノズルから吐出させる。

このような吹き付けによる補修は、作業時の温度に関わらず、ノズルから吐出した耐火物が損傷箇所に勢いよく当たって跳ね返るリバウンドを抑えることが必要である。手動による吹き付け補修では、目視により、ノズル先端と損傷箇所との距離や、ノズルと損傷箇所との角度を調整しなければならず、作業者の経験や勘等の熟練技術を要する。そのため、作業者により仕上がり状態に差が生じることがある。

また、極めて高温の熱間においては、作業者が補修箇所に近づくことは困難であるため、小窓を設けた防熱板を介して作業したり、一定距離、例えば８ｍ程度離れた位置から遠隔操作により補修装置を挿入することになる。前者においては、死角が多く、内壁全体を観察することは難しい。また、後者においては、内壁から距離が離れているため、正確な凹凸等を視認しにくい。したがって、ノズルと損傷箇所との距離や耐火物の吹き付け角度が一定でなく、作業時の条件により吹き付け状況が異なる。

このような課題を解決するため、自動的に耐火物の吹き付け補修を行う補修装置や適正な吹き付け条件が提案されている。例えば特許文献１においては、高炉の炉内補修装置が開示されている。これは、高さ調整可能な吊り下げ機構に、旋回可能に吊持した補修部を先端に配設し、補修部の旋回位置、傾き、伸縮長、耐火物層までの距離をセンサで検出し、これらの測定データから、高炉内壁の側面形状を演算して補修を行うものである。また、特許文献２は、特許文献１と同様に高炉の炉壁の熱間補修に関し、ノズル先端から炉壁の吹き付け位置までの距離を５００ｍｍ以上とすることで高効率に補修されることが開示されている。さらに、特許文献３では、補修時の吹き付け角度を５０〜８０度の範囲に保持することにより、補修箇所の耐用性を向上させる方法が開示されている。さらに、特許文献４では、距離計を設けてノズルの距離を制御する装置が開示され、吹き付け距離が４００ｍｍ、吐出量が７ｔｏｎ／ｈｒ（約１１７ｋｇ／分）による実施例が記載されている。

特開平７−３１６６１４号公報特開２００１−６４７０８号公報特開平５−１１２８０７号公報特開２００２−２４３３７２号公報

しかしながら、前記特許文献１および２に開示されたものは、高炉の炉内補修を目的としたものであり、その補修装置は、距離等の各種センサや演算判定装置等の大がかりな構造を有する。そのため、小規模な例えば金属精錬容器等の補修には向かない。また、熱間で補修を行う場合には、これらの各種センサに大きな熱負荷がかかり、耐用性に問題が生じる。

また、特許文献２では、ノズル先端から炉壁の吹き付け位置までの距離を５００ｍｍ以上とすることが開示されているが、吹き付け時のノズル先端と炉壁との距離が大きく離れると、補修材の運動エネルギが小さくなり、補修材である耐火物の骨材が炉壁の補修箇所に付着しにくくなるか、あるいは付着してもすぐに剥離するという問題がある。

さらに、前記特許文献３は、例えば直径が１００〜３００ｍｍ程度の小規模な出湯孔の内壁に対して、未溶着吹き付け粒子の堆積を低減させるための溶射補修特有の角度範囲であり、それ以外の補修方法に対する汎用性に乏しい。

また、前記特許文献４の実施例と同様の条件を熱間で行うと、高い吐出量で短時間に強制的に堆積した補修材の水蒸気の逃げ場が閉ざされ、ポッピングと呼ばれる小規模な水蒸気爆発が生じて、堆積した補修材が剥がれ落ちる。そのため、熱間においては、前記条件では十分な付着歩留を有する吹き付けが行われない場合がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、熱間で炉や容器の内壁の耐火物層を補修する際に、補修面へ吹き付け耐火物を確実に付着させ、耐火物の吹き付け歩留まりを向上させて、効率よく短時間に補修できる耐火物吹き付け方法および吹き付け装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、溶銑または溶鋼と接触する耐火物層の熱間状態の損傷箇所に、ノズルを介して補修用耐火物を吹き付けて補修するに際して、前記ノズルからの補修用耐火物の吐出量が３０〜１００ｋｇ／分で、かつ、前記補修用耐火物に添加する水分量が、補修材に対して外掛けで５〜２５質量％であり、前記ノズル先端と前記損傷箇所との距離が３００〜１０００ｍｍの範囲で前記ノズルの吹き付け角度が前記損傷箇所の耐火物面に対して９０〜５０度の範囲を保持することを特徴とする、耐火物の熱間吹き付け方法を提供する。これにより、吹き付けた耐火物が適正に耐火物層に堆積し、リバウンドを低減させることができる。

また、本発明は、溶銑または溶鋼と接触する耐火物層の熱間状態の損傷箇所に、ノズルを介して、補修材に対して外掛けで５〜２５質量％の水分を添加した補修用耐火物を３０〜１００ｋｇ／分で吹き付けるための装置であって、前記耐火物を吹き付けるノズルの先端と前記損傷箇所との距離が３００〜１０００ｍｍ、前記損傷箇所の耐火物面に対する前記補修用耐火物の吹き付け角度が９０度〜５０度の範囲を保持するように、前記ノズルの位置および角度を制御する手段を有することを特徴とする、耐火物の熱間吹き付け装置を提供する。これにより、作業者の熟練に頼ることなく、安定した精度で補修が行える。また、作業員を熱間における過酷な補修作業から解放することができる。

本発明によれば、吹き付けた耐火物のリバウンドが低減し緻密な施工体が形成されるので、耐火物層の付着歩留を向上させることができる。したがって、吹き付ける耐火物が無駄なく短時間で耐火物層の施工体として堆積されるため、材料および手間に要するコストを削減できる。

以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。

図１および図２は、本発明にかかる耐火物吹き付け装置の一例を示し、図１は側面図、図２は上方から見た平面図である。

耐火物吹き付け装置１は、耐火物層の補修時、耐火物層を有する容器の近傍に設置される。容器は、例えば図１に示すような溶鋼鍋７等であり、鋼板からなる外壁の内面に耐火物層を有している。

図１に示すように、耐火物吹き付け装置１は、先端にノズル部１１を備えたランス２を有している。ランス２は、ランス旋回モータ２２により、図２に示すように、自身の中心軸線を中心としてＣ方向に回転可能である。ノズル１２は、ノズル旋回モータ２１により、図１の実線で示した水平方向から点線で示した垂直方向までのＡ方向に回動可能である。ノズル１２の基端部には、水を供給するための水供給路１３が連結されている。尚、水の供給は、図１に示すようなノズル１２の位置に限定されることはなく、ランス２内部や耐火物の供給場所等、どこでも構わない。ランス２は、腕部５を介してフレーム３に昇降可能に連結され、フレーム３を中心として図２のＤ方向に旋回可能である。フレーム３は、ブラケット６を介して支柱４に取り付けられた鉛直方向の縦部材であり、フレーム旋回モータ２４により図２のＥ方向に旋回可能であるとともに、昇降モータ２３により図１のＢ方向（上下方向）に移動可能である。各モータは、制御部１０により制御される。以上の構成により、耐火物吹き付け装置１は、溶鋼鍋７内部の耐火物層で形成された側壁面７１および底面７２に対して、ノズル１２の位置および角度を任意に変えられる。

溶鋼鍋７内の耐火物層の損傷箇所が、目視またはレーザ等を用いた装置により確認されると、耐火物吹き付け装置１が溶鋼鍋７の近くにセットされ、フレーム旋回モータ２４でフレーム３を適宜位置に配置させるとともに、昇降モータ２３によりランス２を昇降させて、ランス２を所定の位置に配置させる。耐火物吹き付け時には、制御部１０の制御により昇降モータ２３、ランス旋回モータ２２、ノズル旋回モータ２１を連動させて、溶鋼鍋７内の耐火物層の損傷箇所に対するノズル１２の位置および角度を調整する。尚、ノズル１２と損傷箇所との距離および角度が所定の範囲から外れないように、ランス２やノズル１２の稼動範囲を機構的に固定しても構わない。

本発明においては、ノズル１２から、吐出量３０〜１００ｋｇ／分の補修用耐火物を吹き付け、補修用耐火物に添加する水分量は５〜２５質量％とする。また、ノズル１２の先端は、内壁の耐火物層の損傷箇所からの距離を３００〜１０００ｍｍに保ちながら吹き付けを行う。なお、距離が３００ｍｍよりも小さい場合には、補修材である耐火物が内壁に強く当たり過ぎて、リバウンドを起こす。距離が１０００ｍｍよりも大きくなると、吐出される耐火物の運動エネルギが不足するために、耐火物が緻密に堆積せず、剥離しやすくなる。

また、ノズル１２の先端は、耐火物層の損傷箇所との角度を９０〜５０度に保って吹き付ける。５０度よりも小さい角度で吹き付けると、耐火物が堆積しにくく、吹き付け方向の反対側へ耐火物が飛散(リバウンド)する。

本発明において使用される補修材としての耐火物は、アルミナ系、アルミナ−マグネシア系、アルミナ−スピネル系、マグネシア系、カルシア系、ドロマイト系等を材料とし、これらを適宜粒度調整して用いる。

なお、本発明においては、熱間の条件を２００℃〜１２００℃の範囲とした。即ち、操業稼動を一旦停止して各種炉または容器を補修する際、補修時間が十分に確保されている場合には、設備全体が長時間にわたって自然冷却され、２００℃近くまで下がる。一方、補修時間が短い場合には、１２００℃付近の高温下で補修を行うこととなる。本発明は、この温度範囲において補修を行う場合に適応できるものとした。

また、本発明は、乾燥した耐火物の原料を空気圧送してノズル近傍で所定の水を添加する乾式吹き付け方法、および、耐火物の原料と水とをあらかじめミキサで混練したものをポンプでノズルから吐出させる湿式吹き付け方法のいずれにも適応可能である。なお、湿式吹き付け方法は、耐火物と水とが十分に混練されていて緻密な施工体を形成できるが、高温下では水蒸気の爆裂が起こりやすいため、内壁温度が６００℃以下の場合に適している。一方、乾式吹き付け方法は、水と耐火材との混練状態が不完全であり、施工体の気孔率はやや高くなるが、水蒸気による爆裂が回避できる。したがって、６００℃程度以上の高温の内壁では、乾式吹き付け方法が適している。

以上、溶鋼鍋についての補修方法を説明したが、本発明は、精錬炉や窯炉、転炉等の各種炉の内壁の補修に関しても、同様に実施可能である。

以下に、本発明における吹き付け条件の限定理由を説明する。

アルミナ−マグネシア系不定形耐火物を施工したパネル（１０００ｍｍ×１０００ｍｍ，厚さ１００ｍｍ）をガス炉に入れて、耐火物の表面が１２００℃になるまで加熱し、外へ出した。このパネルを耐熱シートの上に垂直方向に立てて、耐火物の表面温度が約８００℃の状態において、パネル面に対して９０度の角度にノズルを向けて、耐火物の吹き付けを実施した。吐出量が３０，５０，７０，１００ｋｇ／分のそれぞれに対して、ノズルとパネルとの距離を、１００ｍｍ〜１２００ｍｍの間で１００ｍｍずつ変えて、それぞれについて耐火物のリバウンド量を計測した。パネルの吹き付けに使用した耐火物の重量と、耐火物層に堆積せずに跳ね返った耐火物の重量から、リバウンド率および付着率を算出した。ここで使用した補修材としての耐火物は、パネルに施工した耐火物と同様のアルミナ−マグネシア系不定形耐火物（後述の表１の補修材Ｂ）とした。

その結果、図３に示すように、いずれの吐出量においても、ノズルとパネルとの距離が３００ｍｍ以上になると付着率が急速に上昇し、また、１０００ｍｍを超えると付着率が再び急速に低下することから、その距離を３００ｍｍ〜１０００ｍｍにすることにより、付着率を８０％以上確保できることが判明した。尚、付着率が８０％以上であれば、時間および材料コストの両面から、実質的に有効であると判断される。

さらに、上記と同様の条件で加熱したアルミナ−マグネシア系不定形耐火物を施工したパネルに対して、３０，５０，７０，１００ｋｇ／分のそれぞれの吐出量で、ノズルとパネルとの距離を５００ｍｍに固定し、パネルに対するノズルの角度を１０度から９０度の間で１０度ずつ変えて、吹き付けを実施した。それぞれについて、耐火物のリバウンド量を計測した。

その結果、図４に示すように、角度が５０度よりも鋭角の場合には、いずれの吐出量においても付着率は８０％未満であったが、５０度を超えると付着量が急速に増加し、９０度へ向けて角度を増すにつれて付着量が増加して、付着率８０％以上を確保することが可能となった。したがって、吹き付け角度条件を５０度〜９０度にすることが好ましいことが確認された。

図１に示した耐火物吹き付け装置１を用いて、溶鋼鍋７の側壁面に対して、耐火物の吹き付け試験を行った。図２に示すように、ノズル部１１を待機位置から補修対象である溶鋼鍋７の補修箇所へ旋回してセットした後、昇降モータ２３によりランス２を昇降させて、ランス２を所定の高さに設定した。耐火物補修材は、表１に示す３種類を用いた。表１の補修材Ｂは、前述のアルミナ−マグネシア系不定形耐火物である。

耐火物の吹付量、ノズルの先端と耐火物層の被補修面との間の吹き付け距離、吹き付け角度の各条件について、本発明の条件に適合する実施例と比較例の試験を行った。即ち、本発明の実施例としては、表１に示す３種類の各補修材について、吹き付け量が３０〜１００ｋｇ／分、吹き付け距離が３００〜１０００ｍｍ、吹き付け角度が９０〜５０度の条件で、２４通りの吹き付けを行った。比較例は、それぞれ、Ｎｏ．１，６は吹き付け量が３０ｋｇ／分よりも少ない場合、Ｎｏ．２は吹き付け量が１００ｋｇ／分よりも多い場合、Ｎｏ．３は吹き付け角度が５０度未満の場合、Ｎｏ．４は吹き付け距離が３００ｍｍ未満の場合、Ｎｏ．５は吹き付け距離が１０００ｍｍを超える場合、Ｎｏ．７〜９はいずれも添加水分が５％未満、Ｎｏ．１０は添加水分が２５％を超える場合、の１０通りの吹き付けを行った。

以上の各条件について、室温で吹き付け試験を行い、吹き付け範囲を１０００ｍｍ×１０００ｍｍとして、耐火物の付着率を計測した。底面にシートを設置して、リバウンドした耐火物の重量と使用した耐火物の重量から、付着率を算出した。結果を表２に示す。

本発明に適合する条件で吹き付けを行った実施例Ｎｏ．１〜２４は、補修材の種類にかかわらず、いずれも付着率が８０％以上となった。比較例は、いずれも付着率が７８％以下となり、本発明の条件を外れた場合には、付着歩留まりが低下することが確認された。

本発明は、製鉄所等で使用される精錬炉、窯炉、転炉等の各種炉や、取鍋、溶銑鍋、溶鋼鍋、タンディッシュ等の容器における耐火物層を熱間で補修する際の耐火物吹き付け方法および装置に適用できる。

本発明にかかる耐火物吹き付け装置の概略側面図。図１の平面図。ノズルとパネル面との距離による耐火物の付着率を示すグラフ。ノズルとパネル面との角度による耐火物の付着率を示すグラフ。

符号の説明

１耐火物吹き付け装置
２ランス
３フレーム
４支柱
５腕部
６ブラケット
７溶鋼鍋
１０制御部
１１ノズル部
１２ノズル
１３水供給路
２１ノズル回転モータ
２２ランス旋回モータ
２３昇降モータ
２４フレーム旋回モータ

Claims

溶銑または溶鋼と接触する耐火物層の熱間状態の損傷箇所に、ノズルを介して補修用耐火物を吹き付けて補修するに際して、
前記ノズルからの補修用耐火物の吐出量が３０〜１００ｋｇ／分で、かつ、前記補修用耐火物に添加する水分量が、補修材に対して外掛けで５〜２５質量％であり、前記ノズル先端と前記損傷箇所との距離が３００〜１０００ｍｍの範囲で前記ノズルの吹き付け角度が前記損傷箇所の耐火物面に対して９０〜５０度の範囲を保持することを特徴とする、耐火物の熱間吹き付け方法。
溶銑または溶鋼と接触する耐火物層の熱間状態の損傷箇所に、ノズルを介して、補修材に対して外掛けで５〜２５質量％の水分を添加した補修用耐火物を３０〜１００ｋｇ／分で吹き付けるための装置であって、
前記耐火物を吹き付けるノズルの先端と前記損傷箇所との距離が３００〜１０００ｍｍ、前記損傷箇所の耐火物面に対する前記補修用耐火物の吹き付け角度が９０度〜５０度の範囲を保持するように、前記ノズルの位置および角度を制御する手段を有することを特徴とする、耐火物の熱間吹き付け装置。