JP5544790B2 - 耐火物の施工方法 - Google Patents
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Description
しかし、れんがやブロックは、作業者が施工できることを限度とした大きさを単位としているため、必ず目地が生じ、この目地部分から溶鉄やスラグの侵入が起きやすいという問題がある。
また、流し込み材を硬化させた後に、その表面に、水を混合しながらドロマイト質のコーティングを施すこともあるが、コーティング材では20mmを超える厚くて緻密な施工体を得ることはできない。
また、吹き付け材は流し込み材と同様に水分の問題に加えて厚い施工体を形成しにくい。
このため、特許文献1に記載の技術では、スタンプ材に類似した鋳物砂を高周波誘電加熱で硬化する方法が開示されている。
(1)溶鉄および溶融スラグを扱う製鉄用設備の金属製部材に耐火物を施工する際に、前記製鉄用設備の金属製部材に対して金属製の型枠を所定の隙間を設けて設置する工程と、
前記製鉄用設備の金属製部材及び前記金属製の型枠間の隙間に、耐火物粒子と、フェノール樹脂、フラン樹脂、塩化ビニル樹脂の少なくともいずれかの樹脂粉末と、を混合した乾式スタンプ材を充填する工程と、
前記製鉄用設備の金属製部材及び前記金属製の型枠を電極として、誘電加熱により前記乾式スタンプ材を硬化させる工程とを実施することを特徴とする耐火物の施工方法。
(4)(3)に記載の耐火物の施工方法において、前記芯金の内側にさらに金属製の内型枠を隙間を設けて設置し、前記芯金と前記内型枠の間に前記乾式スタンプ材を充填し、前記芯金、前記外型枠、前記内型枠を電極として誘電加熱を行うことを特徴とする耐火物の施工方法。
前記耐火物粒子は、粒径1mm以上の粒子が30質量%以上、89質量%以下、粒径75μm以上、1mm未満の粒子が10質量%以下、69質量%以下、粒径75μm未満の粒子が1質量%以上、60質量%以下の粒度分布を有し、
前記樹脂粉末は、前記耐火物粒子に対して外掛けで0.5質量%以上、20質量%以下の割合で混合されることを特徴とする耐火物の施工方法。
また、水を使用せずに耐火物を施工できるため、水に由来する水素による溶鉄の汚染が生じることもなく、製鉄用設備の金属製部材の様な大型の設備であっても、一体的に耐火物を施工できるため、目地が生じることがなく、溶鉄、スラグの侵入が生じることもなく、耐久性の高い製鉄用設備とすることができる。
この方法によれば、例えば50〜100cm程度の厚みでも均一に加熱できるため、肉厚で均質な硬化体を形成することができる。
また、加熱時間は特に規定するものではないが、10分〜6時間程度が例示できる。
また、本発明の耐火物の施工方法は、製鉄用設備の金属製部材を対象としている。製鉄用設備の金属製部材としては、材質は鉄である場合が通常であり、例えば、転炉、取鍋、タンディッシュ等の精錬容器の鉄皮や、高炉から出銑した溶銑を流すための樋や、精錬用のランスの芯金、浸漬管の芯金等が挙げられる。
さらに、製鉄用設備の金属製部材には、事前に他の耐火物、例えばパーマネントれんがが予め施工されていてもよく、さらには、例えば精錬容器の鉄皮等であれば、内面にアンカー等が設置されていてもよく、ランスの芯金等であれば芯金の内周、外周にスタッドが溶接されていてもよい。
さらに、芯金の内側にさらに金属製の内型枠を隙間を設けて設置して、芯金と内型枠の間に乾式スタンプを充填し、芯金、外型枠、内型枠を電極として誘電加熱を行って施工される。このような製鉄用設備としては、例えば、真空脱ガス炉等の浸漬管が挙げられる。
なお、浸漬管に耐火物を施工する場合、溶鋼内に挿入される浸漬管の芯金の下端が溶鋼に晒されないように、芯金の下端も耐火物で被覆する。
この範囲とすることで高密度に充填でき、硬化体の強度や耐用性を確保でき、溶鉄、スラグの侵入を充分に抑制できる。
また、耐火物粒子には、例えば、内掛けで5質量%以下の炭素(黒鉛、ピッチ粉末、カーボンブラックなど)、10質量%以下の炭化珪素、2質量%以下の金属(アルミニウム、シリコン、マグネシウムのうちの2種、あるいは2種以上の混合物あるいは合金あるいは化合物)の粉末を含有させても良い。但し、これらの原料は導電性を有するため、各原料の添加量をこれよりも多くすると、耐火物粒子全体で電気的導通性が上がり、誘電加熱回路が破損し易くなるため、この点を考慮して、添加量を設定することが好ましい。
粉末樹脂の添加量が0.5質量%未満では、誘電加熱を行っても乾式スタンプ材が十分に硬化しない可能性があり、耐火物の強度を確保しづらくなる。
一方、粉末樹脂の添加量が20質量%を超えると、施工後の耐火物の常温での強度は確保できるが、精錬容器、ランス、浸漬管等の使用時に、溶鋼と接触すると、溶鋼の熱により樹脂分が消失し、耐火物がポーラスな構造となり、溶鉄、スラグが侵入し易くなる場合がある。
ちなみに、上記の粉末樹脂の粒径は、1〜100μm程度が例示できる。
以下、本発明の具体的な実施の形態を図面に基づいて説明する。
[1]第1実施形態
図1には、本発明の第1の実施の形態に係る精錬容器としての取鍋1が示されている。この取鍋1は、容器外周を形成する鉄皮2と、この鉄皮2の内面に設置されるパーマネントれんが3と、このパーマネントれんが3の内面に施工される耐火物4とを備える。
鉄皮2は底部を有する略円筒状をなす鉄製の容器である。パーマネントれんが3は、定形の耐火物焼成体から構成され、鉄皮2の内面に敷き詰め、かつ積み上げ施工される。耐火物4は、パーマネントれんが3の内側に形成される不定形耐火物として構成される。
上記乾式スタンプ材の施工が終了したら、パーマネントれんが3の壁面と内型枠5の外面の間に隙間を設けるように、内型枠5を取鍋1の内部に挿入する(図2C)。
最後に、鉄皮2及び内型枠5に誘電加熱電源6の電極を装着し、耐火物4の誘電加熱を行い、耐火物4を硬化させる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分とは同一符号を付してその説明を省略する。
前述した第1の実施の形態では、取鍋1の底部及び側壁部にパーマネントれんが3を築造した後、その内側に誘電加熱により耐火物4を施工していた。
これに対して、第2の実施の形態では、図3に示されるように、高炉から出銑した溶銑を流すための樋に本発明に係る耐火物の施工方法を用いたものである。
本実施形態では、断面がV字型の樋の鉄皮7の内側に、シャモット質焼成れんがをパーマネントれんが3として築造する。その後、断面がV字型のステンレス製の内型枠8を、パーマネントれんが3との間に、所定の隙間を設けて設置する。
前述した取鍋1の場合と同様に、鉄皮7と内型枠8を誘電加熱電源6に接続し、乾式スタンプ材からなる耐火物4を硬化させる。
本発明の耐火物の施工方法は、このような樋にも採用することができ、前述した取鍋1の場合と同様の作用及び効果を享受することができる。
前述した第1の実施の形態及び第2の実施の形態では、鉄皮2、7の内面に耐火物4を形成していた。
これに対して、本実施形態では、本発明に係る耐火物の施工方法を、精錬用のランスに採用し、ランス芯金9の外周に耐火物4の硬化体を形成している点が相違する。
すなわち、図4に示されるように、円筒状のランス芯金9の回りに耐火物4の厚みの3分の2に相当する突出寸法のスタッド10を設置し、その外側に、筒状体からなるステンレス製の外型枠11で、スタッド10と接触しないように隙間を設けて設置する。
そして、誘電加熱電源6をランス芯金9と外型枠11に接続し、肉厚中央部が150℃になるようにして40分間加熱して乾式スタンプ材からなる耐火物4を硬化させる。
本発明に係る耐火物の施工方法は、このようなランスにも適用することができ、前述した作用及び効果と同様の作用及び効果を享受できる。
前述した第3の実施の形態では、ランス芯金9の外周に耐火物4を施工していた。
これに対して、本実施形態では本発明に係る耐火物の施工方法を、RH脱ガス炉の浸漬管に採用し、浸漬管芯金12の内周、外周、下端に耐火物4の硬化体を形成する。その様子を図5に示す。なお、浸漬管の施工は、浸漬管が使用される場合とは上下逆にして行うと容易である。このため図5も施工状態、すなわち使用状態とは上下逆に図示している。従って、浸漬管芯金12の下端に形成される耐火物の硬化体は、図5では上端に位置している。
具体的には、図5に示されるように、円筒状の浸漬管芯金12に、例えば耐火物4の厚みの3分の2に相当する突出寸法のスタッド10を設置し、浸漬管芯金12の内側に円筒状のステンレス製の内型枠14、外側には円筒状のステンレス製の外型枠15を、それぞれスタッドと接触しないように隙間を設けて設置する。
なお、浸漬管芯金12と一体となっているフランジ13と外型枠15の電気的絶縁を確保するために、例えば、ガラス繊維−樹脂積層板からなる絶縁型枠16を、両者の間に設置する。
そして、誘電加熱電源6をフランジ13と内型枠14および外型枠15に接続し、耐火物4の肉厚中央部が150℃になるようにして40分間加熱して乾式スタンプ材からなる耐火物4を硬化させる。
本発明に係る耐火物の施工方法は、浸漬管にも適用することができ、前述した作用及び効果と同様の作用及び効果を享受できる。
ここで、水平に折り曲げた内型枠と外型枠の端部が、離間している場合、その隙間から乾式スタンプ材を投入することができる。また、水平に折り曲げた内型枠と外型枠の部分に、孔が形成されているものを用いると、この孔からも乾式スタンプ材を投入することができる。
また、水平に折り曲げた内型枠と外型枠の端部が、接触していても良く、あるいは、当該部分が一体物であっても良い。この場合は、水平に折り曲げた型枠部分に、孔が形成されているものを用いることで、この孔から乾式スタンプ材を投入することができる。
[1]タンディッシュへの適用
[実施例1]
鉄皮の底に注入羽口をセットし、さらにろう石質焼成れんがをパーマネントれんがとして築造した。その後、底の部分に乾式スタンプ材を150mm施工した。その上にステンレス製の内型枠を載せ、鉄皮の側壁と内型枠との隙間部分に乾式スタンプ材を150mm施工した。
乾式スタンプ材はCaOを10質量%含有するマグネシア−ドロマイト質で、最大粒径は5mmであり、1mm以上が60質量%、1mm未満、75μm以上が30質量%、75μm未満が10質量%の粒度分布とした。また80℃以上で軟化し、130℃以上で硬化する粒径10〜80μmのフェノール樹脂粉末を外掛けで2質量%配合していた。
27MHzの周波数の誘電加熱用電源の電極を鉄皮と内型枠にそれぞれ接続して電力を供給し、乾式スタンプ材の温度が150℃になるように調節して1時間加熱した。なお、温度測定は光ファイバー温度計を用い、鉄皮の側壁部のスタンプ材の肉厚中央で測定した。
さらに、このボーリングコアの表面側とパーマネントれんが側の二箇所から試料を切り出して圧縮強度を調査したところ、表面側は3.3MPa、パーマネントれんが側は3.1MPaと、ほぼ同じ強度であることがわかった。圧縮強度の測定は、JIS−R2206に準拠して行った。(但し、試料サイズは25mm角の立方体とし、加圧方向はボーリングの軸方向とした。)
比較例1として、実施例1と同じ乾式スタンプ材をバーナー加熱で硬化させる実験を行った。準備、施工は上記を同じとした。ただし内型枠は鉄製とした。
誘電加熱用の電源を接続せず、内型枠の内側からCOG(コークス炉ガス)を用いてバーナーで加熱した。鉄皮の側壁部の乾式スタンプ材の肉厚中央に埋め込んだ熱電対が150℃を示すように火力を調節しながら10時間加熱した。
加熱が終了し、内型枠が取り扱い可能な温度となった時点で取り外したところ、表面は硬化していたが、長時間の加熱で樹脂が炭化し、ややぼろついた状態だった。
側壁上部をコアボーリングしたところ、パーマネントれんが側は硬化が不十分で、ぼろついた状態だった。このためこの部位からは圧縮強度測定用試料を採取できなかった。
通常はタンディッシュの築造は流し込み材によって行う。その際に、アルミナ−シリカ質の流し込み材(粉末)に水を加えて混練して流し込み施工する。本来、タンディッシュの内張材としては、鋼中非金属介在物として有害なアルミナの使用は避け、マグネシアやドロマイトなどの材質を選択したいところではあるが、マグネシアやドロマイトは水と反応して劣化するため、流し込み材とすることができない。
さらに、水分が残留していると、使用時に水分が分解して水素となり、鋼品質に悪影響を及ぼす。このため、乾燥後の昇熱段階でも、さらに2時間を掛けて水分を除去した。それでも、完全に水分を除去することは困難であり、稼動開始初期には水素汚染を蒙り難い鋼種を当てるなどの対策が必要であった。
以上の通り、本発明の硬化方法は水を使用しないため、マグネシアやドロマイトを使用でき、しかも乾燥の必要がない。このため乾燥エネルギーの節約、硬化乾燥時間の短縮にとどまらず、アルミナ系非金属介在物や水素汚染の問題がないことから鋼品質も向上させることができる。
[実施例2]
タンディッシュの場合と同様、鉄皮に羽口をセットし、ろう石焼成れんがをパーマネントれんがとして築造した(図1参照)。
その後、乾式スタンプ材を施工した。タンディッシュの場合と同様に、底部を200mm施工した後に内型枠を載せ、鉄皮の側壁部を250mm施工した。内型枠はステンレスとした。
乾式スタンプ材は焼結アルミナ80質量%と焼結スピネル20質量%の混合物とした。また粒度配合は前述のタンディッシュ用乾式ドロマイト質スタンプ材と同じとし、フェノール樹脂の添加量は外掛けで4質量%とした。
加熱終了後、側壁の上部の位置を代表サンプルとして、この箇所の側壁表面側から水平方向に乾式コアボーリングし、得られたサンプルを肉眼観察したところ、やはり深さ方向に均質な硬化体が得られていることが確認できた。また、このボーリングコアから圧縮強度測定用試料を内型枠側とパーマネントれんが側の二箇所から切り出して調査したところ、表面側は3.9MPa、パーマネントれんが側は4.1MPaと、ほぼ同強度であることがわかった。
通常の取鍋の内張は、アルミナ−スピネル質流し込み材である。施工方法はタンディッシュの流し込み材の場合と同様とした。
所要時間は底の硬化に半日(12時間)、側壁の硬化に1日(24時間)、乾燥に50時間を要し、すなわち、莫大な乾燥エネルギーと長い時間(12+24+50=86時間)を必要とした。
以上、実施例2では、乾式スタンプ材は焼結アルミナ80質量%と焼結スピネル20質量%のものを用いたが、本発明に係る硬化方法は水を使用しないため、マグネシアやドロマイトを使用することもでき、幅広い材料に対応できるのに対し、比較例3では、流し込み材であるがゆえにマグネシアやドロマイトなどの塩基性耐火材を使用することもできない。
また、本発明では、大幅な時間短縮、省エネルギー、耐火材選択範囲拡大に寄与できる。
[実施例3]
断面がV字型の樋の鉄皮にシャモット質焼成れんがをパーマネントれんがとして築造した(図3参照)。その後、ステンレス製の内型枠を、パーマネントれんがとの間に隙間を150mm設けて設置した。その隙間にSiO2含有量約30質量%のアルミナ−シリカ質の乾式スタンプ材を施工した。また粒度配合は前述のタンディッシュ用乾式ドロマイト質スタンプ材や取鍋用乾式アルミナ−スピネル質スタンプ材と同様とし、またフェノール樹脂の添加量は外掛けで5質量%とした。施工方法は前述のタンディッシュや取鍋の側壁の場合と同様とした。
前述のタンディッシュあるいは取鍋の場合と同様に鉄皮と内型枠を27MHzの誘電加熱用電源に接続し、鉄皮側壁部の肉厚中央部が150℃になるようにして1時間加熱した。
加熱終了後、側壁の上部の位置を代表サンプルとして、鉄皮に垂直に乾式コアボーリングして得られたサンプルを肉眼観察したところ、深さ方向に均質な施工体が得られていることが確認できた。
[比較例4]
実施例3の場合と同様に鉄皮にパーマネントれんがを築造して内型枠をセットした後、SiO2含有量約30質量%のアルミナ−シリカ質流し込み材に水を加えて混練したものを隙間に流し込み施工した。1日(24時間)養生して硬化させた後に内型枠を取り外した。その後、COGバーナーで爆裂が起こらないようにしながら徐々に温度を上げ、流し込み施工体全層が300℃以上になるように加熱して乾燥させた。乾燥には合計42時間を要した。
[まとめ]
以上、実施例3は、比較例4と比較して大幅な時間短縮と省エネルギーに寄与できる。
[実施例4]
ランス芯金の周囲に乾式スタンプ材を施工した。ランス芯金の周囲にはスタンプ材の層の厚さ180mmの3分の2に相当する高さのスタッドを20cm間隔で設置した(図4参照)。
ステンレス製の外型枠を芯金との間にスタンプ材の層の厚さに相当する隙間を設けて設置した。外型枠には電動式バイブレーターが設置されていた。シリカを20質量%、SiCを5質量%含有したアルミナ−シリカ−SiC質の乾式スタンプ材を投入して外枠をバイブレーターで加振して乾式スタンプ材を充填した。また乾式スタンプ材の粒度配合は前述のタンディッシュ用や取鍋用と同様とし、フェノール樹脂の添加量は外掛けで8質量%とした。
40MHzの誘電加熱用電源を芯金と外型枠に接続し、肉厚中央部が150℃になるようにして40分間加熱した。
加熱終了後、ランスの端を解体して施工体の状態を調べたところ、外枠近傍から芯金近傍にいたるまで、均一な施工体が形成されていることが確認できた。
実施例4の場合と同様の芯金と外型枠を用い、シリカを20質量%、SiCを5質量%含有したアルミナ−シリカ−SiC質の流し込み材を水で混練して施工した。流し込み後に1日(24時間)養生して乾燥させた後に外型枠を取り外し、熱風乾燥機で芯金付近が250℃になるように、24時間掛けて乾燥させた。
[まとめ]
以上、実施例4は、比較例5と比較して大幅な時間短縮と省エネルギーに寄与できる。
Claims (5)
- 溶鉄および溶融スラグを扱う製鉄用設備の金属製部材に耐火物を施工する際に、
前記製鉄用設備の金属製部材に対して金属製の型枠を所定の隙間を設けて設置する工程と、
前記製鉄用設備の金属製部材及び前記金属製の型枠間の隙間に、耐火物粒子と、フェノール樹脂、フラン樹脂、塩化ビニル樹脂の少なくともいずれかの樹脂粉末と、を混合した乾式スタンプ材を充填する工程と、
前記製鉄用設備の金属製部材及び前記金属製の型枠を電極として、誘電加熱により前記乾式スタンプ材を硬化させる工程とを実施することを特徴とする耐火物の施工方法。 - 請求項1に記載の耐火物の施工方法において、
前記製鉄用設備の金属製部材は、容器または樋のいずれかの鉄皮であり、前記金属製の型枠は、前記鉄皮の内側に内型枠として設置されることを特徴とする耐火物の施工方法。 - 請求項1に記載の耐火物の施工方法において、
前記製鉄用設備の金属製部材は、金属製の筒状体からなる芯金であり、前記金属製の型枠は、前記芯金の外側に外型枠として設置されることを特徴とする耐火物の施工方法。 - 請求項3に記載の耐火物の施工方法において、
前記芯金の内側にさらに金属製の内型枠を隙間を設けて設置し、前記芯金と前記内型枠の間に前記乾式スタンプ材を充填し、前記芯金、前記外型枠、前記内型枠を電極として誘電加熱を行うことを特徴とする耐火物の施工方法。 - 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の耐火物の施工方法において、
前記耐火物粒子は、粒径1mm以上の粒子が30質量%以上、89質量%以下、粒径75μm以上、1mm未満の粒子が10質量%以上、69質量%以下、粒径75μm未満の粒子が1質量%以上、60質量%以下の粒度分布を有し、
前記樹脂粉末は、前記耐火物粒子に対して外掛けで0.5質量%以上、20質量%以下の割合で混合されることを特徴とする耐火物の施工方法。
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