JP5659529B2

JP5659529B2 - 溶銑用保持炉

Info

Publication number: JP5659529B2
Application number: JP2010077144A
Authority: JP
Inventors: 清田　禎公; 禎公清田; 哲也菅原
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2030-03-30
Also published as: JP2011208223A

Description

本発明は、耐用性に優れる溶銑用保持炉に関するものである。

溶銑用保持炉、即ち溶銑保持炉や混銑炉は、高炉から出銑された銑鉄を、転炉で脱炭処理するまでの間一時的に保持するために使用される。溶銑用保持炉の一種である溶銑保持炉は、温度低下を抑制するため、通常、樽型の密閉構造を持ち、上部に開閉式の蓋付の受銑口、側壁に出銑口および出滓口を有する。また、溶銑の温度を一定に保持するために、電磁誘導ヒータ、バーナーなどを付帯する設備もある。

溶銑保持炉は、外殻をなす鉄皮に内張りされた耐火物（内張り耐火物）として、永久煉瓦と、その永久煉瓦の内側に配置された消耗部材としてのワーク煉瓦とを有している。ワーク煉瓦には、マグクロ（マグネシア−クロミア）質、アルクロ（アルミナ−クロミア）質、マグネシア質、ハイアルミナ質などの焼成煉瓦が使用されるのが一般的である。これらのワーク煉瓦は、溶銑と同時に持ち込まれるスラグとの反応によって最も損耗する。スラグは、焼成煉瓦を侵食すると同時に、煉瓦内部に浸透して構造的スポーリングを引き起こし、溶銑保持炉の損耗を著しく助長する（非特許文献１参照）。

スラグとの反応を抑制するためには、スラグとの濡れ性が悪いＣ、ＳｉＣ等を含有する耐火物を使用するのが一般的であるが、Ｃ、ＳｉＣ等を含有する耐火物は、酸化雰囲気中では損耗が激しく使用に耐えない。

昭和４７年６月耐火物技術協会発行の「耐火物と築炉工学（前編）」

以上のように、スラグが持ち込まれる環境でもスラグに損耗を助長されない、十分に長寿命の溶銑用保持炉が無かったのが実情である。かかる実情に鑑み、本発明は、スラグが持ち込まれる環境でも十分に長い寿命を持つ溶銑用保持炉を提供することを目的とする。

本発明の溶銑用保持炉は、前記課題を解決するために、α−アルミナとβ−アルミナの混合組成からなる、α，β−アルミナ質の電鋳煉瓦を内張り耐火物として使用したものである。本発明では、特に、出銑口（出滓口を兼ねるものを含む）および出滓口の何れか一方もしくは両方の内張り耐火物に電鋳煉瓦を使用したものが好ましい。さらに本発明では、電鋳煉瓦が剥落回数２以上の耐スポーリング性を有することがより好ましい。

本発明によれば、溶銑用保持炉の内張り耐火物、特に、スラグとの接触の機会が多い出銑口（出滓口を兼ねるものを含む）および出滓口の何れか一方もしくは両方の内張り耐火物に、α−アルミナとβ−アルミナの混合組成からなる、α，β−アルミナ質の電鋳煉瓦、好ましくは剥落回数２以上の耐スポーリング性を有する電鋳煉瓦を使用したので、溶銑用保持炉を、スラグによる耐火物損耗反応に強く、十分に長寿命のものとすることができるようになった。

本発明の溶銑用保持炉の一実施形態としての溶銑保持炉を示す水平断面図である。本発明の溶銑用保持炉の他の一実施形態としての溶銑保持炉を示す水平断面図である。本発明の溶銑用保持炉のさらに他の一実施形態としての溶銑保持炉を示す水平断面図である。実際に溶銑保持炉に電鋳煉瓦を使用した際の外観を、それらの周辺に存在する従来のマグクロ煉瓦の外観と比較して示す写真である。

本発明の溶銑用保持炉の実施形態では、例えば溶銑保持炉の内張り耐火物、特に、主としてワーク煉瓦の少なくとも一部に電鋳煉瓦を使用する。

溶銑保持炉の内張り耐火物として従来のマグクロ煉瓦などの焼成煉瓦を使用した場合、炉内のスラグは煉瓦使用開始から数日の間に焼成煉瓦内に浸透する。その後、数週間以内には煉瓦に亀裂が入り、さらに数週間以内に煉瓦の剥離損耗が起こり、煉瓦厚みは減少する。このスラグ浸透から剥離損耗までの一連の過程が繰り返され、継続的に損耗が進行する。

一方、電鋳煉瓦は、耐火物原料を溶融後、鋳型中で凝固させて製造される煉瓦であり、気孔率が低く、開気孔がほとんど皆無である。従って、溶銑保持炉の内張り耐火物として使用しても煉瓦中にスラグが浸透することはなく、結果として、スラグ浸透から剥離損耗までの過程を防止できる。

本発明の実施形態における電鋳煉瓦としては、組成的に限定するものではないが、ジルコニア煉瓦、アルミナ−ジルコニア−シリカ煉瓦、アルミナ−シリカ煉瓦（通常ムライト組成）、α−アルミナとβ−アルミナの単独もしくは混合組成の煉瓦などが使用できる。

本発明の実施形態における電鋳煉瓦としては、アルミナ−シリカ煉瓦（通常ムライト組成）および、α−アルミナとβ−アルミナの単独もしくは混合組成の煉瓦が、耐割れ性に優れるために好ましい。なかでも、α−アルミナとβ−アルミナが略５０％ずつ含まれるα，β−アルミナが、耐食性と耐割れ性の両方に優れるため特に好ましい。

本発明の実施形態では、出銑口（出滓口を兼ねるものを含む）および出滓口の何れか一方もしくは両方に電鋳煉瓦を好ましく使用できる。

溶銑保持炉の内張り耐火物は、スラグに接触する部位の損耗が激しい。そのため、スラグに接触する部分に電鋳煉瓦を使用するのが好ましい。特に、出銑口および出滓口の内張り耐火物は、スラグとの接触の機会が多いためスラグに起因する損耗が激しいので、電鋳煉瓦を使用するのが好ましい。

なお、スラグと接触しない部位については、電鋳煉瓦以外の従来煉瓦を使用することができる。従来煉瓦としては、マグネシア質、マグクロ質、アルクロ質、ハイアルミナ質煉瓦などが使用できる。

図１は、本発明の溶銑用保持炉の一実施形態としての溶銑保持炉を示す水平断面図であり、図中、符号１は出滓口を兼ねる単一の出銑口、２は受銑口、３は例えば鉄皮からなる外殻、４は内張り耐火物、５はその内張り耐火物４の一部をなす電鋳煉瓦を示す。この図１に示す実施形態では、内張り耐火物４のうち、出滓口を兼ねる出銑口１の入口付近の内周面および入口の周囲部分を構成するワーク煉瓦にのみ電鋳煉瓦５を使用している。

また、図２は、本発明の溶銑用保持炉の他の一実施形態としての溶銑保持炉を示す水平断面図であり、図中、先に実施形態と同様の部分はそれと同一の符号にて示す。この図２に示す実施形態では、内張り耐火物４のうち、出滓口を兼ねる出銑口１の、出口付近を除く大部分を構成するワーク煉瓦に電鋳煉瓦５を使用している。

そして、図３は、本発明の溶銑用保持炉のさらに他の一実施形態として溶銑保持炉を示す水平断面図であり、図中、先に実施形態と同様の部分はそれと同一の符号にて示す。この図３に示す実施形態では、内張り耐火物４のうち、出滓口を兼ねる出銑口１の入口付近の内周面を構成するワーク煉瓦にのみ電鋳煉瓦５を使用している。

本発明の溶銑用保持炉で用い得る実施例の煉瓦と、比較例の煉瓦とを用意し、耐食性および、構造的スポーリングに対する耐スポーリング性を比較した。実施例１はＡＺＳ（アルミナ−ジルコニア−シリカ）質電鋳煉瓦、実施例２はα，β−アルミナ質電鋳煉瓦、実施例３はムライト質電鋳煉瓦、比較例１はマグクロ質焼成煉瓦、比較例２はアルクロ質焼成煉瓦とした。

構造的スポーリングに対する耐スポーリング性は、熱衝撃試験による剥落回数で評価した。熱衝撃試験は、試験煉瓦より切り出した４０×４０×１６０ｍｍの試験片を使用し、試験片を１４００℃の電気炉中に２０分保持した後１５℃の水槽に投入して熱衝撃を与えるという処理を繰り返し、試験片が破断（剥落）に至るまでの回数（剥落回数）を比較した。なお、予め１５００℃の溶銑保持炉スラグ（ここでは塩基度＝０．５）中に８時間保持した試験片を使用して評価した。

耐食性は、回転侵食試験によって得られた侵食指数で評価した。回転侵食試験は、試験煉瓦より切り出したφ２０×１６０ｍｍの試験片を使用し、坩堝中で溶銑および溶銑保持炉スラグ（ここでは塩基度＝０．５）を１５００℃で溶解させ、試験片をその溶銑およびスラグ中に浸漬して回転（１００ｒｐｍ）させて２時間後に取り出し、冷却後、試験片の侵食量を測定し、侵食指数（侵食されて細った部位の外径減少量の、比較例１の場合を１００とした割合）として比較した。また、侵食後の試験片について、スラグの浸透の有無を目視にて調べた。

試験片の組成および試験結果を以下の表１に示す。この結果から明らかなように、スラグ中に保持した場合、従来の焼成煉瓦ではスラグ浸透が避けられないのに比較して、電鋳煉瓦はスラグ浸透がない。スラグが浸透した焼成煉瓦の試料は、１回の熱衝撃で破断が生じ、著しく耐スポーリング性に劣る。一方、電鋳煉瓦はスラグが浸透しないので、未使用状態での剥落回数２〜７回に相当する耐スポーリング性が維持できる。すなわち、スラグが存在する環境で電鋳煉瓦を使用した場合、焼成煉瓦よりも優れた耐スポーリング性が得られ、長寿命を達成することができる。

耐食性については、侵食指数が１０００未満であれば、実用上何の問題もないが、電鋳煉瓦同士の比較では、α，β−アルミナ質のものが、耐スポーリング性のみならず耐食性にも優れているので特に好ましい。

図４の写真は、実際に溶銑保持炉にワーク煉瓦として電鋳煉瓦（α，β−アルミナ）を使用した際の外観を、従来のワーク煉瓦であるマグクロ煉瓦と比較して示している。また同時に試験したＡＳ（アルミナ−３％ＳｉＣ）煉瓦の外観も示している。何れの煉瓦も幅１５０ｍｍ、高さ１００ｍｍの稼動面を持つ。

この写真から明らかなように、電鋳煉瓦（α，β−アルミナ）は、従来のマグクロ煉瓦と比較して、表面の位置について大差がない。しかしながらマグクロ煉瓦は、何れも鉛直方向に大亀裂が入り、幅方向で２分割されてしまっている。一方、電鋳煉瓦は、全く亀裂がない点で優れている。一般に、スラグと接触する部位では、亀裂が発生するとそれに引き続く剥落が避けられず、特に出銑口および出滓口では、亀裂の発生に引き続く剥離により煉瓦厚みの減少が急速に起こる。従って、マグクロ煉瓦では、亀裂が発生するため剥落による損耗が生じるが、電鋳煉瓦では、亀裂の発生がないため剥落による損耗もないので、長寿命が期待できる。

以上述べたように、本発明の溶銑用保持炉によれば、内張り煉瓦に電鋳煉瓦、好ましくは剥落回数２以上の電鋳煉瓦、より好ましくはα，β−アルミナ質の電鋳煉瓦を使用したので、スラグによる耐火物損耗反応に強くすることができ、十分に長寿命とすることができるようになった。電鋳煉瓦は、特に、出銑口および出滓口の何れか一方もしくは両方に使用することが好ましい。

なお、本発明の溶銑用保持炉は、上述の実施形態に限られるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更することができる。すなわち例えば、電鋳煉瓦は、溶銑用保持炉の出銑口および出滓口以外の、例えば受銑口等の内張り耐火物、あるいは溶銑用保持炉の内張り耐火物のワーク煉瓦の一部でなくワーク煉瓦全体、もしくはワーク煉瓦と永久煉瓦との一部、またはワーク煉瓦と永久煉瓦とからなる内張り耐火物全体に用いることもできる。また、電鋳煉瓦は、出銑口および出滓口をそれぞれ有する溶銑用保持炉のそれら出銑口および出滓口の何れか一方もしくは両方の内張り耐火物に用いることもできる。さらに、本発明の溶銑用保持炉は、混銑炉であってもよい。

かくして本発明によれば、スラグが持ち込まれる環境でも十分に長い寿命を持つ溶銑用保持炉を提供することができる。

１出滓口を兼ねる出銑口
２受銑口
３外殻
４内張り耐火物
５電鋳煉瓦

Claims

α−アルミナとβ−アルミナの混合組成からなる、α，β−アルミナ質の電鋳煉瓦を内張り耐火物として使用したことを特徴とする溶銑用保持炉。
出銑口および出滓口の何れか一方もしくは両方の内張り耐火物として前記電鋳煉瓦を使用したことを特徴とする請求項１に記載の溶銑用保持炉。
前記電鋳煉瓦が剥落回数２以上の耐スポーリング性を有することを特徴とする請求項１または２に記載の溶銑用保持炉。