JP5527337B2

JP5527337B2 - 転炉の炉底構造及び羽口交換方法

Info

Publication number: JP5527337B2
Application number: JP2012021060A
Authority: JP
Inventors: 朋英埋金
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2032-02-02
Also published as: JP2013159801A

Description

本発明は、溶銑ないし溶鋼中にガスを吹き込む羽口を炉底部に備えた転炉の炉底構造、及びこの炉底構造を有する転炉の羽口交換方法に関するものである。

炉底部に設けられた羽口から炉内の溶銑ないし溶鋼にガスを吹き込む機能を有する転炉において、前記羽口（以下、本明細書において単に「底吹き羽口」ということがある。）の損耗は他の炉底部に比べて大きく、また、側壁の損耗よりはるかに大きいので、底吹き羽口が損耗した場合には交換することが一般的である。

この底吹き羽口の交換は、損耗した羽口を解体し、解体した位置に新たな羽口を挿入する、或いは、予め別の位置に設置した穿孔用煉瓦を穿孔してこの穿孔した孔に新たな羽口を挿入する羽口交換方式と、損耗した羽口を含む炉底部を交換する炉底交換方式がある。

このうち、羽口交換方式は、交換範囲が羽口のみと狭くて済む半面、炉の使用回数あるいは羽口の交換回数が増加する程羽口周辺の煉瓦残厚が薄くなって交換した羽口の寿命が短くなる。従って、頻繁に羽口の交換をせざるを得なくなり、非稼働時間の短縮には好ましくない。

一方、炉底交換方式は、羽口以外の一般炉底部分も更新するため、炉の使用回数が増加しても交換した羽口の損耗が大きくなることは比較的少ない半面、更新範囲が広いために廃棄される煉瓦が多量となるので好ましくない。また、交換工事も大掛かりとなり、作業費も羽口交換方式と比べて高額となる。

このように、羽口交換方式と炉底交換方式は、共に一長一短があり、転炉操業の生産性とコストを両立させる羽口交換方法とはなっていない。

そこで、転炉の底吹き羽口の交換に関し、以下の技術が提案されている。
羽口交換方式では、例えば特許文献１，２等、種々の羽口交換方法が提案されている。

これら特許文献１，２で提案された技術は、羽口交換そのものによる羽口の寿命延長技術であるが、炉の使用回数が増加するにつれて羽口周辺の煉瓦残厚が薄くなり、交換した羽口の寿命もだんだん短命化するので、根本的な解決策とはなっていない。

また、炉底交換方式では、例えば特許文献３に特定の炉底構造が提案されている。しかし、この特許文献３で提案された炉底構造も、羽口周辺部が溶損した場合に、全羽口を包含する区域の炉底部分を、別に準備した交換用炉底部と交換する方式であることに変わりはない。従って、羽口以外の煉瓦の溶損が軽微であっても交換せざるを得ず、廃棄される煉瓦が多量となってしまう等の難点がある。

特許第３４２４１４４号公報特開２００４‐２８５４７５号公報実開平１−５８６４７号公報

本発明が解決しようとする課題は、転炉の底吹き羽口の交換に際しては、羽口交換方式と炉底交換方式があり種々の提案がなされているが、何れの提案も転炉操業の生産性向上とコスト低減の両立の観点から改善を必要としているということである。

本発明は、前記した従来の問題点を解決するために、底吹き羽口およびその周辺の炉底の損耗状況に応じ、羽口交換と炉底交換を選択して実施することを可能とすべく、羽口交換と炉底交換の両方式による交換機能を有する炉底構造とすることを特徴としている。

そして、このような特徴を有する本発明により、転炉の側壁を含む内壁全体の築造完了時点からその内壁全体の再築造を必要とする時点（炉停止時点）までの一炉代を通した底吹き羽口寿命の安定が確保でき、転炉の生産性向上と炉材コストの低減の両立を図ることができる。

本発明の課題は、一炉代を通して交換した羽口の寿命低下を抑制し、転炉の非稼働時間を短縮して生産性を高めると共に、廃棄される煉瓦の量を少なくし、かつ、羽口の交換に伴う作業費等も抑制して転炉操業コストを低減することである。

このうち、まず、交換した羽口の寿命低下を抑制するためには、羽口のみならず、その周辺部の煉瓦残厚を確保することが必要である。図１（ａ）に羽口交換方式における羽口残厚推移を、図１（ｂ）に炉底交換方式における羽口残厚推移を示す。

炉の使用回数が少なく、羽口周辺部の煉瓦の溶損が軽微な場合、羽口交換方式では、羽口の有効使用厚みが大きいために羽口寿命を長く確保することができ、また、交換範囲が羽口のみであるために炉材コストの低減を図ることができる。

一方、炉底交換方式では、羽口寿命を安定して長く確保することができるが、羽口以外の煉瓦残厚があるにも関わらずそれを含めて交換することになるため、過剰範囲の交換となる。

炉の使用回数が増すと、羽口のみならず、羽口周辺部の煉瓦も溶損が進行することになる。このような場合に、羽口のみを交換する羽口交換方式では、交換する羽口煉瓦を長くするとそれが羽口周辺部の煉瓦より炉内側に突出し、突出した羽口煉瓦がスクラップや熱衝撃による折損を引き起こす。また、羽口周辺部の煉瓦と同等の長さの短い羽口煉瓦を挿入した場合は、羽口煉瓦の有効使用厚みが小さくなる。つまり、何れの場合も短寿命となり、このような状態で羽口交換を続けることは転炉の生産性を低下させると共に炉材コストの悪化を引き起こし、ひいては羽口残厚がネックとなってその転炉の使用を停止することになる。

一方、炉底交換方式では、溶損した羽口周辺の煉瓦も含めて交換するため、羽口煉瓦の有効使用厚みは羽口周辺煉瓦の溶損の影響を受けず、羽口寿命を長く確保することができる。
つまり、一炉代の全期間を通してそれぞれの交換方法は適切とは言えない。

そこで、発明者は、安定した羽口寿命の確保及び炉材コスト低減のためには、羽口周辺煉瓦の溶損が軽微な時は羽口交換方式を採用し、羽口周辺煉瓦の溶損が進行した時には炉底交換方式を採用する事が有効であると考え、両方式を具備した炉底構造として、適切な交換炉底範囲を検討した。

炉底の交換範囲は極力狭い範囲であることが望ましいが、転炉内の溶銑ないし溶鋼の全体を攪拌する効果を考慮しつつ稼働羽口の選択も可能なように、最低４本の羽口を設置できる範囲とし、羽口間の距離が羽口の損耗に及ぼす影響と、羽口位置による炉底の交換範囲外の固定炉床部分の損耗の影響について、炉容８０トン／チャージの上底吹き転炉を用いて調査した。

炉底の交換範囲は、炉底ウエア煉瓦の上面における交換半径Ｒを６５０mmとし、羽口間の距離Ａ〜Ｃを４００〜８６０mmの間で、また、羽口と固定炉床間の距離Ｄを２２０〜３３０mmの間で変更した（図２（ａ）参照）。

その結果、羽口交換方式と炉底交換方式の併用において、使用に供する羽口間の距離を５００mm以上、羽口と固定炉床間の距離を２５０mm以上とすることで、炉代を通して羽口の損耗速度を安定させ、炉材コストを低減できる炉底構造を見出した。

本発明の底吹き転炉の炉底構造は、
発明者の上記調査による知見に基づき、羽口交換と炉底交換の両方式の交換を可能とすべくなされたものであり、
炉底部に設けられた複数の羽口から炉内の溶銑ないし溶鋼にガスを吹き込んで精錬する転炉において、
当該転炉は、
本体の鉄皮及びこの鉄皮の転炉内部側に設けた固定炉床と切り離された状態で、炉底部に交換炉底の鉄皮及びこの鉄皮の転炉内部側に設けた交換炉底を配置した炉底構造を有し、
前記交換炉底部に、使用に供する羽口の軸中心間の距離が５００mm以上、羽口の軸中心と固定炉床の内周側端面間の距離が２５０mm以上となるように複数の羽口を配置したことを最も主要な特徴としている。

そして、上記本発明の炉底構造を有する底吹き転炉の操業においては、
使用に供する羽口の軸中心間の距離が５００mm以上、羽口の軸中心と固定炉床の内周側端面間の距離が２５０mm以上となるように交換炉底部にＮ個（Ｎは整数）の羽口を配置した転炉の、前記羽口の内のＮ／２個以下を稼働羽口とした操業において、損耗した稼働羽口の交換時には当該稼働羽口のガス孔を詰め、残りの非稼働羽口を新たな稼働羽口とすることが好ましい。

本発明では、羽口交換と炉底交換の両方式の交換が可能な炉底構造とすることで、炉材コストを従来比３０％以上の削減が可能となり、一炉代を通して安定した羽口損耗速度を達成することが可能となる。

（ａ）は羽口交換方式における羽口の残厚推移を示した図、（ｂ）は炉底交換方式における羽口の残厚推移を示した図である。交換炉底のウエア煉瓦の模式図であり、（ａ）は上方から見た図、（ｂ）は（ａ）図のＡ−Ａ断面を拡大して示した図である。炉底の鉄皮構造の模式図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は下方から見た図である。本発明の炉底構造の比較例の問題点を説明する図２（ｂ）と同様の図である。

本発明の転炉の炉底構造は、炉底部に設けられた複数の羽口から炉内の溶銑ないし溶鋼にガスを吹き込んで精錬する転炉において、新たな羽口を挿入して羽口交換を行う羽口交換方式と羽口を含む炉底部を交換する炉底交換方式を、共に実施可能とする。羽口交換方式と炉底交換方式とは、底吹き羽口およびその周辺の炉底の損耗状況に応じ、羽口交換と炉底交換を選択して実施する。一般的には、一炉代のうちの前半期など羽口周辺煉瓦の溶損が軽微な時は羽口交換方式を採用し、一炉代のうちの後半期など羽口周辺煉瓦の溶損が進行した時には炉底交換方式を採用することが好適である。

そして、その炉底構造は、本体の鉄皮及びこの鉄皮の転炉内部側に設けた固定炉床と切り離された状態で、炉底部に交換炉底の鉄皮及びこの鉄皮の転炉内部側に設けた交換炉底を配置した炉底構造を有し、前記交換炉底部に、使用に供する羽口の軸中心間の距離が５００mm以上、羽口の軸中心と固定炉床の内周側端面間の距離が２５０mm以上となるように複数の羽口を配置することが必要である。
また、その羽口交換方法は、転炉の交換炉底部にＮ個（Ｎは整数）の羽口を配置し、それらの羽口の内のＮ／２個以下を稼働羽口として、その稼働羽口が損耗した際に当該稼働羽口のガス孔を詰め、残りの非稼働羽口を新たな稼働羽口とすることが好ましい。

以下、本発明の実施例について説明する。
質量％で、C：３．２〜４．９％、Si：０．０１〜０．８０％、P：０．００５〜０．０９０％の成分で、温度が１２５０〜１３８０℃の溶銑８０トンを、炉容８０トン／チャージの上底吹き転炉にて、質量％で、C：０．０３〜０．９５％、Si：０．０１％以下、P：０．００３〜０．０３０％の成分に精錬した。この精錬時の底吹きガス流量は溶鋼１トン当たり０．０１〜０．０６Nm³／minで、精錬終点の溶鋼温度は１６８０℃〜１７１０℃となるようにした。

下記表１に記載の試験No.１〜４は、本発明で規定する交換方式、使用に供する羽口の軸中心間の最短距離（以下、最短羽口間距離という。）、羽口の軸中心と固定炉床の内周側端面間距離Ｄの条件を全て満足する発明例である。一方、試験No.５〜１０は、本発明で規定する交換方式、最短羽口間距離、羽口の軸中心と固定炉床の内周側端面間距離Ｄの少なくとも１つの条件を満足しない比較例である。以下、羽口の軸中心間の距離を、単に羽口間距離或いは羽口間の距離と、羽口の軸中心と固定炉床の内周側端面間距離を、単に羽口と固定炉床間距離或いは羽口と固定炉床間の距離という。

図２に交換炉底ウエア煉瓦の模式図、図３に炉底鉄皮構造の模式図を示す。なお、図２および図３中の２ａａ〜２ｄａは羽口２ａ〜２ｄのノズル孔を、３は固定炉床を示す。また、図３中の１ａは交換炉底１の鉄皮、４は羽口２ａ〜２ｄの交換鉄皮、５は羽口ノズル孔フランジ、６は交換炉底１と固定炉床３間の圧入孔、７は本体の鉄皮を示す。

また、下記表１に試験No.１〜１０の諸条件の一覧を、下記表２に試験No.１〜１０の結果の一覧を示す。なお、本試験は図２及び図３に示すように、炉底部の交換炉底１に４個の羽口２ａ〜２ｄを有するものについて行った。

まず、交換方式は炉底交換のみの試験No.５（稼働羽口は２ｂと２ｃ）において、最短羽口間距離は７８１mm、羽口２ｃと固定炉床３間の距離は２５９mmの炉底構造による羽口損耗速度は１チャージ当り０．５５mmであり、この時の炉材コスト指数を１００とした。ここで、炉材コスト指数は小さいほど低コストである。

また、交換方式は羽口交換のみの試験No.６（稼働羽口は２ｂと２ｃ）において、最短羽口間距離は７８１mm、羽口２ｃと固定炉床３間の距離は２５９mmの炉底構造による羽口損耗速度は１チャージ当り０．６８mmであり、炉材コスト指数は１０２であった。

羽口交換方式では、交換範囲が羽口のみであるため、コストは低減できるが、炉底交換方式のように周辺部の更新がないために焼付け補修による炉底保護を行ったので、コスト指数は炉底交換式と同等であった。

次に、試験No.７〜８（稼働羽口は共に２ｂと２ｃ）は、炉底交換と羽口交換を併用した交換方式ではあるものの、羽口２ｃと固定炉床３間の距離Ｄが２５０mm未満の比較例である。

試験No.７は、最短羽口間距離は８２０mmであったが、羽口２ｃと固定炉床３間の距離Ｄを２４０mmとした比較例である。羽口２ｃと固定炉床３間の距離が小さいため、固定炉床３のウエア煉瓦の損耗が進行し、炉底交換を行っても図４に示すような固定炉床３と交換炉底１の境界に段差ができた。そして、この段差を起点に交換炉底１のスポーリングが発生し、徐々にスポーリングが交換炉底１の内部まで派生して羽口２ａ〜２ｄまで損耗が進行した。この時の羽口損耗速度は１チャージ当り０．７０mm、炉材コスト指数は１０４であった。

試験No.８は、羽口２ｃと固定炉床３間の距離Ｄが２２０mmと試験No.７より更に小さくした炉底構造であるため、試験No.７と同様な現象が更に助長され、羽口損耗速度は１チャージ当り０．７４mm、炉材コスト指数は１０８となり、試験No.７より悪化した。

最後に、試験No.９〜１０（稼働羽口は共に２ａと２ｂ）は、炉底交換と羽口交換を併用した交換方式ではあるものの、最短羽口間距離が５００mm未満の比較例である。

試験No.９は、最短羽口間距離が４５０mmで、羽口２ａと固定炉床３間の距離Ｄを２７５mmとした比較例である。羽口２ａと固定炉床３間の距離は２５０mm以上あるため固定炉床３の損耗は軽微であった。しかしながら、最短羽口間距離が４５０mmと小さいため、羽口の噴出口に生成するマッシュルームの形状にも依存するが、底吹きガス攪拌による羽口間煉瓦の露出が多く、羽口間煉瓦の保護がなされないので、羽口を含め、羽口煉瓦より炉底中心にかけてすり鉢状に損耗した。そのため、羽口損耗速度は１チャージ当り０．７７mmと大きく、炉材コスト指数は１１０となった。

試験No.１０は、最短羽口間距離を４００mmと、試験No.９より更に小さくした炉底構造であるため、試験No.９と同様な現象が更に助長され、羽口損耗速度は１チャージ当り０．８５mm、炉材コスト指数は１２０となり、試験No.９より悪化した。

これらに対し、試験No.１〜４は、炉底交換と羽口交換を併用した交換方式で、最短羽口間距離を５００mm以上、羽口と固定炉床間の距離Ｄを２５０mm以上とした発明例である。なお、これら試験No.１〜４のうち、試験No.１は羽口２ａと２ｂを一炉代の当初の稼働羽口とし、試験No.２，３は羽口２ｂと２ｃを一炉代の当初の稼働羽口とした。また、試験No.４は４個すべての羽口２ａ〜２ｄを一炉代の当初から稼働羽口とした。

このようにすることで、前記試験No.５〜１０の比較例と比べ、羽口損耗速度は１チャージ当り０．５５〜０．６２mmとなって、図１（ｂ）に示す炉底交換方式と同様な残厚推移となり、炉材コスト指数は５０〜７０と大幅に低減できた。

試験No.１〜４の発明例のうち、試験No.３のように羽口と固定炉床間の距離Ｄが３３０mmと２５０mm以上よりもかなり大きい場合は、交換炉底の範囲を更に狭くすることで、炉材コスト指数を低減することが可能である。

また、試験No.１〜３のように羽口の半分を稼働羽口をとした場合は、羽口交換において、損耗した稼働羽口のガス孔を耐火物で詰め、残りの非稼働羽口を新たな稼働羽口とするように、稼働羽口を入替えることで、同じ稼働羽口数でも損耗速度及び炉材コストを更に低減することができる。

前記試験No.１〜１０では、図２に示す炉底交換範囲内の羽口数が４本のものについて試験を行ったが、既定の範囲内での羽口数の増加や固定炉床に羽口交換式の羽口を設けることも可能である。

以上の結果から、本発明のように、使用に供する羽口間の距離が５００mm以上、羽口と固定炉床間の距離が２５０mm以上となるように複数の羽口を配置することで、羽口交換と炉底交換の両方式の交換が可能となり、低位安定した羽口損耗速度と炉材コスト低減が可能となることが確認された。

また、本発明の炉底構造を有する底吹き転炉の操業においては、羽口の内の半分以下を稼働羽口として操業し、操業により損耗した稼働羽口の交換時には稼働羽口のガス孔を養生し、残りの非稼働羽口を稼働羽口とすることで、同じ稼働羽口数でも損耗速度及び炉材コストを更に低減できるようになる。

１交換炉底
１ａ交換炉底の鉄皮
２ａ〜２ｄ羽口
３固定炉床
４羽口の交換鉄皮
５羽口ノズル孔フランジ
６交換炉底と固定炉床間の圧入孔
７本体鉄皮

Claims

炉底部に設けられた複数の羽口から炉内の溶銑ないし溶鋼にガスを吹き込んで精錬する転炉において、
当該転炉は、
本体の鉄皮及びこの鉄皮の転炉内部側に設けた固定炉床と切り離された状態で、炉底部に交換炉底の鉄皮及びこの鉄皮の転炉内部側に設けた交換炉底を配置した炉底構造を有し、
前記交換炉底部に、使用に供する羽口の軸中心間の距離が５００mm以上、羽口の軸中心と固定炉床の内周側端面間の距離が２５０mm以上となるように複数の羽口を配置したことを特徴とする転炉の炉底構造。
使用に供する羽口の軸中心間の距離が５００mm以上、羽口の軸中心と固定炉床の内周側端面間の距離が２５０mm以上となるように交換炉底部にＮ個（Ｎは整数）の羽口を配置した転炉の、前記羽口の内のＮ／２個以下を稼働羽口とした操業において、損耗した稼働羽口の交換時には当該稼働羽口のガス孔を詰め、残りの非稼働羽口を新たな稼働羽口とすることを特徴とする請求項１に記載の炉底構造を有する転炉の羽口交換方法。