JP5463752B2 - 底吹き機能を有する転炉の炉底耐火物補修方法 - Google Patents

Description

本発明は底吹き機能を有する転炉の炉底耐火物補修方法に関するものである。

一般に、底吹き機能を有する転炉では、炉底よりガスを吹き込むために、炉底部に高温溶融金属の強い攪拌および内張り耐火物の加熱と放冷との繰り返し等により底吹き羽口、及びその周囲の炉底れんがに亀裂，剥離が生じ、底吹き羽口を含む炉底中央部が局部的に、炉底周辺部に較べて損耗することはよく知られており、当該炉底部の局部損耗対策として、従来より様々な技術が開示されている。

例えば、特許文献１には、焼付け材補修用耐火物を用いた補修方法が開示されている。しかし、当該方法では、操業停止後の転炉の残熱を利用して耐火物を硬化させるため、転炉れんが温度９００℃以上が必要で、また補修施工体厚みが厚い場合、施工体内部への伝熱の不良、施工体からの揮発分の抜けの不良などにより施工体品質の確保が難しく良好な補修が出来ないという問題があった。

特許文献２には、羽口の詰まりを防止する目的で羽口先端を保護した上で、稼動面より吹付け補修を行う方法が開示されているが、当該方法では、吹付け補修は単位時間当たりに施工できる補修材の量が少なく、広範囲な損傷部位を十分な厚みをもって迅速に復元することは難しいという問題があった。

特許文献３には、圧入補修を利用して転炉炉底に設けた専用の孔から圧入材を炉内に施工する方法が開示されているが、当該方法では、圧入補修材の爆裂防止のために炉冷却時間が必要なことと、背面側から材料を供給するため広範囲に均一に施工することが難しいという問題があった。

特許文献４には、炉内にスラグを残し改質した上で炉底をコーティングする方法が開示されているが、当該方法では、スラグを利用するため補修施工体の耐用が短い欠点があった。

特許文献５には、炉底を再築造する方法が開示されているが、当該方法では、炉を冷却し転炉内に築炉タワーを設置、れんが積みによる築造が必要で時間がかかり転炉稼働率を低下させる問題があった。

その他、あらかじめ炉底を交換できる構造として炉底を交換する手法が知られており、例えば特許文献６には、種々機械を用いて短工期化する提案がなされている。しかし、炉底を交換する方法においても、炉冷却工程、炉底取り外し工程、取付け工程、及び昇温工程を経るため、例えば４８時間以上もの長時間を要し、転炉の稼働率低下が問題となった。

特開平9-61061 特開昭59-129711 特開昭63-216945 特開昭63-149310 特開昭59-200710 特開平11-350016

本発明の目的は、前記問題を解決し、底吹き機能を有する転炉炉底部の広範囲に及ぶ局部損耗部に対して、周囲の耐火物残存と同等のライニング厚みとなるような十分な施工厚みを有し、なおかつ補修材の耐用性が優れる耐火物補修を、従来に比べて迅速に行う技術を提供することである。

上記課題を解決するためになされた本発明の底吹き機能を有する転炉の炉底耐火物補修方法は、底吹きノズルを交換する工程と、炉底耐火物の補修材原料と化学反応により自硬性を発揮する樹脂を混練してスラリーを得る工程と、該スラリーを転炉炉口から転炉炉底部の広範囲におよぶ局部損耗箇所に向けて投入し、該局部損耗箇所全体を該スラリーで覆う工程と、該局部損耗箇所全体を覆ったスラリーが、該スラリー内で生じる化学反応により硬化していく工程を有し、前記スラリーの投入を、転炉耐火物れんが温度が４００℃以上９００℃以下の範囲内で行うことを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の転炉の炉底耐火物補修方法において、該スラリーは、レゾール型フェノール樹脂を硬化させるために用いる酸または触媒を添加してなるマグネシアを主成分とする固体粉末状原料と、レゾール型フェノール樹脂と、その溶媒を主成分とするバインダー溶液と、を混練して得られることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の転炉の炉底耐火物補修方法において、該スラリーは、固体粉末状原料にカルシア、アルミナ、シリカ及びそれらの複合酸化物を含むことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の転炉の炉底耐火物補修方法において、投入する該スラリーの量を４トン以上２５トン以下であることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１記載の転炉の炉底耐火物補修方法において、転炉炉口の中央位置から、該スラリーを投入することを特徴とする。

本願請求項１乃至３に係る炉底耐火物補修方法は、非水系の耐火物補修材であるスラリーを炉底の局部損耗箇所に投入するため、れんがに含まれる金属炭化物と水が反応することがない。このため、れんがの膨張による崩壊が発生せず、れんがの健全性を損なわない。また、自硬性の耐火物補修材であるスラリーを炉底の局部損耗箇所に投入するため、操業停止後に転炉れんが温度が低下しても低温度域の転炉れんがの残熱を利用して、短時間で耐火物補修材を硬化させることができる。

本願請求項１に係る炉底耐火物補修方法は、転炉れんが温度が４００℃以上９００℃以下で該スラリーを投入するため、当該温度域の転炉れんがの残熱を利用して、短時間で耐火物を硬化させることができる。

本願請求項４に係る炉底耐火物補修方法は、投入する該スラリーの量が４トン以上２５トン以下であるため、炉底局部損耗箇所が広範囲であっても補修することができる。

本願請求項５に係る炉底耐火物補修方法は、転炉炉口の中央位置から該スラリーを投入するため、炉底局部損耗箇所を均等に補修することでき、スラリー硬化後に耐火物補修材が偏在することがない。

本発明の炉底耐火物補修方法の説明図である。 転炉稼働回数と耐火物残存指数の関係を示すデータである。 本発明の補修実施前後の転炉炉底プロフィールである。

図１には、本発明の炉底耐火物補修方法の説明図を示している。

本願発明の底吹き機能を有する転炉の炉底耐火物補修方法は、底吹きノズルを交換する工程と、炉底耐火物の補修材原料と化学反応により自硬性を発揮する樹脂を混練してスラリーを得る工程と、該スラリーを転炉炉口から転炉炉底部の広範囲におよぶ局部損耗箇所に向けて投入し、該局部損耗箇所全体を該スラリーで覆う工程と、該局部損耗箇所全体を覆ったスラリーが、該スラリー内で生じる化学反応により硬化していく工程を有する。以下、各工程について、詳細に説明する。

（底吹きノズルを交換する工程）
底吹きノズルはノズル周辺のれんがと同様に損耗していくため、該ノズルを交換せずに本願の炉底耐火物補修方法を実施した場合、スラリー硬化後の耐火物補修材によってノズル口が厚く覆われて閉塞し、ガスを吹き込むことができない。このため、スラリーを転炉炉口より投入する前に底吹きノズルを交換し、耐火物補修材がノズル口を覆うことを回避する。補修材による補修部位の厚みが交換後のノズル口の高さと同等なるように調整すれば、ノズル口に耐火物補修材が多少覆うことになっても、底吹きガスを吹き込む際に、ノズル口の閉塞状態は容易に解消する。このため、ノズルを交換する際にノズル口が閉塞することを防止する養生等は不要である。

（炉底耐火物の補修材原料と化学反応により自硬性を発揮する樹脂を混練してスラリーを得る工程）
耐火物補修材を構成する複数原料は、固体粉末状の原料（以下、粉末原料）と液体状の原料（以下、液体原料）に区分される。粉末原料は耐火性を有するマグネシアを主成分とし、同じく耐火性を有するカルシア、アルミナ、シリカ、及びそれらの複合酸化物、さらにカーボン、その他これら原料に含まれる不純物を含有する。粉末原料は、流動性発現のため直径５ｍｍ以下の粒子であるが、耐食性を向上させるために耐火性を有するマグネシア、カルシア、アルミナ、シリカ、及びそれら複合酸化物からなる粒径３０ｍｍ以下の粗粒を粉末原料全体の１８質量％以下添加してもよい。これ以上添加すればスラリーの流動性を損なう場合がある。一方、液体原料は、レゾール型フェノール樹脂とその溶媒を主成分とするバインダー溶液と、必要に応じて硬化用酸触媒、硬化促進剤、硬化遅延剤、脱気促進剤を添加する。

粉末原料はあらかじめ製造する段階で均一に混合されている。また硬化させるために用いる酸または触媒は、別途用意し、粉末原料と樹脂、溶媒溶液を混合する際に添加してもよい。

前記の複数の原料をあわせミキサーで混練すると、レゾール型フェノール樹脂が酸または触媒の作用により脱水、縮合反応を起こし一定の反応時間を経て架橋体を形成し強度を発現する。

マグネシア、カルシアなどの塩基性耐火骨材を多く含むほうが耐火性、耐食性がよく好ましい。具体的にはマグネシアを粉末原料中に５０質量％以上含むことが好ましい。粉末原料に対して添加するフェノール樹脂とその溶剤の割合は、多すぎると耐火性の観点から好ましくないが、少ないと流動性を阻害する。したがってスラリー全体に対し６〜２４質量％が好ましい。

混練は２００〜２０００kg/バッチで実施し、混練時の環境温度は最高でも４０℃程度とする。

混練した結果得られたスラリーの性質はフロー値で評価する。フロー値とは、モルタルフローコーン（JIS R 5201 に基くφ70mm×φ100mm×60mmのフロー測定コーン）に材料を充填しコーンを上方に引き抜いた後、混練物が自然流動して広がった円の直径である。スクイーズポンプを使用する場合、フロー値２００ｍｍ以上、ピストンポンプを使用する場合、フロー値１３０ｍｍ以上が必要で、フロー値はミキサーの羽根回転速度、混練時間などの混練条件及び、粒度構成、溶媒添加割合等の材料の配合で調整する。

（該スラリーを転炉炉口から転炉炉底部の広範囲におよぶ局部損耗箇所に向けて投入し、該局部損耗箇所全体を該スラリーで覆う工程）
図１に示すように、該スラリーは、転炉炉口１から、転炉炉底部の広範囲に及ぶ局部損耗箇所２に向けて投入される。投入手段は結果的に補修材料が局部損耗箇所２に到達すればよい。例えば、圧送機４に接続した圧送用配管口を転炉炉口１の中央に渡し、当該位置よりスラリーを投入することが望ましい。また、圧送機４に耐熱ホースを炉底補修部位まで垂下せしめてスラリーを投入してもよい。さらに、局部損耗箇所２の損耗形状に応じて、圧送用配管口、耐熱ホース口を適宜移動させ均等にスラリーを投入することが望ましい。

スラリーは、レーザー距離計などにより局部損耗箇所２の範囲及び深さを定量的に把握することにより、補修すべき容積に応じた量を投入することが望ましい。具体的には本願発明によると投入するスラリーの量は４トン以上２５トン以下が望ましい。スラリー投入量が４トン未満の場合は、従来の吹付け補修方法等で十分であり、仮に本願の補修方法を実施すれば小規模な補修にも関わらず補修に伴う費用と時間が過大となる。また、一般的な転炉の局部損耗箇所２ならば２５トン以下のスラリー量で十分補修可能である。例えば、１５トンのスラリーの投入により、溶鋼重量３００トン転炉の炉底を１０００mm増厚し補修することができる。ここで、増厚量＝投入スラリー重量÷補修材比重×炉底局部損傷部面積とした。

（該局部損耗箇所全体を覆ったスラリーが、該スラリー内で生じる化学反応により硬化していく工程）
本発明の化学反応とは、レゾール型フェノール樹脂が酸または触媒の作用により脱水、縮合反応を起こし一定の反応時間を経て架橋体を形成し強度を発現する反応をいう。

また、本発明で「硬化する」とは、スラリーが流動しなくなること、たとえば４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍの試験用金枠に施工し所定時間放置した後に、枠を返転しても材料が流動して枠外に出ないことをいう。該スラリーが効率的に硬化するためには、転炉れんが温度４００℃以上９００℃以下でスラリーを投入することが望ましい。４００℃より低い温度で投入した場合、スラリーが硬化するまでの時間が前記温度域と比較して２倍程度になるため補修時間が長くなり、また９００℃を超える温度で投入した場合は、耐火物中の気孔が増加し耐食性が低下することに加えて、爆裂の可能性が高くなる。

以上のとおり、本願発明の転炉の炉底耐火物補修方法は、適切なフロー値を有するスラリー状とした耐火物補修材を、転炉炉口から大量に投入し、操業停止後の転炉れんがの低温度の残熱を利用して短時間で硬化せしめて、広範囲に損耗した耐火物に対して厚くかつ均等に補修することができる。このため、当該補修方法は、高い稼動効率と多量の溶鋼処理が求められる製鋼工程の主要設備である転炉の極めて有効な補修方法である。

溶鋼重量２６８トン転炉について炉底の損耗が激しく２０００ｃｈ使用した段階で炉底羽口の損耗速度から予測される炉底寿命は３０００ｃｈ程度であった。一方側壁については４０００ｃｈ程度の耐用が予測される損耗状況であった。そこで炉底の補修を行うこととした。補修には図１に示すような装置を用いた。補修材原料はマグネシアを７０質量％、その他フェノール樹脂硬化用触媒等を含有し、粒度は３ｍｍ以下である粉体原料と、液体原料については、レゾール型フェノール樹脂及びその溶媒として多価アルコールからなる樹脂バインダー溶液を用いた。混練は粉体原料４に対し液体原料１の割合で行った。

転炉を停止し作業の準備の後、最初に炉底の底吹きノズルを交換した。続いて転炉炉頂床に設置した２台の定格混練量２５０ｋｇミキサーにて前記の粉体原料と液体原料を混練し、フロー値２２０ｍｍの混練物を得た。ミニクリートから転炉炉口中央へ圧送用配管を渡し、これを通じてスラリーを圧送し転炉炉内に投入した。スラリーが転炉炉底の局部損耗箇所の全域に広がるように転炉炉口中央より投入開始し、スラリーの流動状況を炉内監視用カメラを用いてモニター画像により確認しながら圧送用配管の配管口の位置を調整しながら投入した。スラリー投入時の転炉れんがの温度は、放射温度計等で測定した結果５５０℃であった。スラリー投入量は１５トンで、炉底局部損耗箇所全域を覆った。スラリーの硬化後、転炉を昇温し稼動再開した。本願発明に係る補修方法の実施に伴い、稼動停止から稼動再開までの時間は２１時間であり、従来の補修方法に費やす時間と比較して約１／２となった。２１時間の内訳として準備と底吹きノズル交換に１２時間、補修材原料の混練、スラリーの投入に４時間、投入したスラリー硬化に５時間であった。

補修実施前後の転炉炉底のプロフィールをレーザー距離計を用いて測定した結果を図３に示す。
またその後の炉底の損耗状況を図２に示す。図２に示すように、本補修方法により最低でも７００ｃｈ程度（図中矢印）の寿命延長効果が認められる。

１ 転炉炉口
２ 局部損耗箇所
３ 圧送用配管
４ 圧送機
５ 混練機
６ 転炉本体
７ 炉頂フード

Claims (5)

1. 底吹きノズルを交換する工程と、炉底耐火物の補修材原料と化学反応により自硬性を発揮する樹脂を混練してスラリーを得る工程と、該スラリーを転炉炉口から転炉炉底部の広範囲におよぶ局部損耗箇所に向けて投入し、該局部損耗箇所全体を該スラリーで覆う工程と、該局部損耗箇所全体を覆ったスラリーが、該スラリー内で生じる化学反応により硬化していく工程を有し、
   前記スラリーの投入を、転炉耐火物れんが温度が４００℃以上９００℃以下の範囲内で行うことを特徴とする底吹き機能を有する転炉の炉底耐火物補修方法。
2. 該スラリーは、レゾール型フェノール樹脂を硬化させるために用いる酸または触媒を添加してなるマグネシアを主成分とする固体粉末状原料と、レゾール型フェノール樹脂と、その溶媒を主成分とするバインダー溶液と、を混練して得られることを特徴とする請求項１記載の底吹き機能を有する転炉の炉底耐火物補修方法。
3. 該スラリーは、固体粉末状原料にカルシア、アルミナ、シリカ及びそれらの複合酸化物を含むことを特徴とする請求項２記載の底吹き機能を有する転炉の炉底耐火物補修方法。
4. 投入する該スラリーの量を４トン以上２５トン以下であることを特徴とする請求項１記載の底吹き機能を有する転炉の炉底耐火物補修方法。
5. 転炉炉口の中央位置から、該スラリーを投入することを特徴とする請求項１記載の底吹き機能を有する転炉の炉底耐火物補修方法。