JP6137784B2 - 出銑樋の樋先構造、樋先構造を備える出銑樋、および、出銑樋の樋先の施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、高炉から出銑した溶銑などの溶融金属を流す出銑樋の樋先構造、この樋先構造を備える出銑樋、および、出銑樋の樋先の施工方法に関するものである。

一般に、高炉には、大樋、溶銑樋、傾注樋、スラグ樋などが設けられており、高炉の出銑口から排出された溶銑は、大樋においてスラグと分離されて流下した後、溶銑樋を通って傾注樋内に一旦溜められて、高炉鍋などの受銑容器に注入される。一方、大樋で分離されたスラグは、スラグ樋に流入し、ドライピットなどに搬出される。大樋、溶銑樋、スラグ樋、傾注樋をまとめて出銑樋と称する。

出銑樋の一般的な構造は、図６に示すように、外殻部分が鋼鉄などからなる樋外枠１００で構成され、樋外枠１００の内側に耐火レンガ、キャスタブル、または炭珪質レンガなどからなる外側耐火物層１０１，１０２が内張りされているとともに、さらにその内側に、溶銑やスラグと接触する内側耐火物層１０３が不定形耐火物を流し込み施工することにより設けられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−３０７２３０号公報

上記構造の出銑樋において、施工時に不定形耐火物を流し込み硬化後、これを乾燥させる際、または、施工後の稼動時（出銑時）に高温の溶銑やスラグを収容して流下させる際に、出銑樋は高温に加熱されるが、特に樋の開放端である先端部（樋先）では、この熱の影響を受けて外側（図６において矢印Ｘで示す）に向けて変動する。このとき、樋外枠１００と耐火物とではその熱膨脹係数が異なるために、樋外枠１００が変動してその内側に内張りされた外側耐火物層１０１，１０２とともに外側に開くと、樋外枠１００の変動による引張応力が内側耐火物層１０３に作用する結果、樋先の内側耐火物層１０３に亀裂１０４が発生する。内側耐火物層１０３に亀裂１０４が発生すると、亀裂１０４から溶銑などが漏れ、樋外枠１００を溶損させるおそれがあるために、稼動（出銑）を一旦止めて補修などする必要があるため非常に手間を要するという問題がある。

本発明は、上記した問題に着目してなされたもので、樋先の内側耐火物層の亀裂発生を効果的に防止することができる出銑樋の樋先構造、この樋先構造を備える出銑樋、および、出銑樋の樋先の施工方法を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、溶融金属と接する不定形耐火物よりなる内側耐火物層と、前記内側耐火物層の外側に設けられた外側耐火物層とを有する出銑樋の先端部における構造であって、前記内側耐火物層と前記外側耐火物層との間には、変形自在な柔軟性を有するクッション材が介在されている出銑樋の樋先構造により達成される。

本発明の好ましい実施態様においては、前記クッション材は、断熱性を有するウール材からなることを特徴としている。

本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記ウール材は、セラミックファイバーからなることを特徴としている。

本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記クッション材の厚みは、５ｍｍ以上であることを特徴としている。なお、前記クッション材の厚みは、必ずしも５ｍｍ以上である必要はなく、内側耐火物層と外側耐火物層との間に介在していれば、５ｍｍ未満であっても構わない。

本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記クッション材は、前記外側耐火物層の内周面の少なくとも底面を除く側面、すなわち、少なくとも内周面のうちの側面（内周面全面でも可）に設けられていることを特徴としている。

本発明の上記目的は、上記構成の樋先構造を先端部に備える出銑樋によっても達成される。

本発明の上記目的は、溶融金属と接する不定形耐火物よりなる内側耐火物層と、前記内側耐火物層の外側に設けられた外側耐火物層とを有する出銑樋の樋先の施工方法であって、前記外側耐火物層の内周面上に、変形自在な柔軟なクッション材が敷設された状態で、型枠との間に不定形耐火物を流し込み、不定形耐火物を硬化・乾燥させる出銑樋の樋先の施工方法によっても達成される。

本発明によれば、溶銑などの溶融金属を流す出銑樋の樋先における内側耐火物層の亀裂発生を効果的に防止することができる。

本発明の一実施形態に係る出銑樋の樋先構造を模式的に示す断面図である。 樋先構造の作用を説明する模式的な断面図である。 樋先構造の作用を説明する模式的な断面図である。 出銑樋の樋先の施工方法を説明する模式的な断面図である。 出銑樋の樋先の施工方法を説明する模式的な断面図である。 従来例の出銑樋の樋先構造を模式的に示す断面図である。

以下、本発明の実態形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る出銑樋１の先端部（樋先）の内部構造を模式的に示す断面図である。図１に示すように、出銑樋１は、長手方向に延びる鋼鉄よりなる樋外枠２と、樋外枠２の内周面に内張り層として一体に設けられた外側耐火物層３と、外側耐火物層３の内周面に内張り層として一体に設けられた内側耐火物層４とにより構成されている。

外側耐火物層３は、溶銑などの溶融金属およびスラグと直接接触するためのものではなく、溶融金属の漏洩を防止するためのものであり、補修の際には再利用される。本実施形態では、外側耐火物層３は、耐火レンガまたはキャスタブルよりなる断熱用耐火材３ａと、アルミナ、炭珪質レンガまたはキャスタブルよりなるパーマ用耐火材３ｂとの二層構造になっている。

内側耐火物層４は、溶銑やスラグと直に接触するものであり、内側耐火物層４の幅中央部には、溶銑やスラグを収容して、出銑樋１の長手方向へ流下させる流路４０が形成されている。この内側耐火物層４は、不定形耐火物の流し込みおよび硬化により形成されている。内側耐火物層４を形成する不定形耐火物としては、内側耐火物層４が高温に曝され、しかも溶銑やスラグによる損傷を受けやすいため、耐熱性・耐食性に優れた材質であることが好ましく、アルミナ−炭化珪素−カーボン材質の不定形耐火物を好ましく例示することができるが、何もアルミナ−炭化珪素−カーボン材質の不定形耐火物のみに限られるものではない。この内側耐火物層４は、損傷が大きくなると、一般に、損傷している古い内側耐火物層４を解体して除去した後、再び、不定形耐火物を流し込んでこれを硬化させることにより、補修される。

本実施形態の出銑樋１は、その先端部側の樋先の構造に特徴を有しており、外側耐火物層３の内周面と内側耐火物層４の外周面との間に、仕切り材として、柔軟性を有する変形自在なクッション材５を介在させることで、外側耐火物層３と内側耐火物層４とを縁切りしている。

このように、不定形耐火物からなる内側耐火物層４とその外側の外側耐火物層３との間に、仕切り材として変形自在な柔軟性を有するクッション材５を設けて、外側耐火物層３と内側耐火物層４とを縁切りしているため、施工時に不定形耐火物を流し込んだ後、これを硬化させて乾燥させる際、または、施工後の稼動時（出銑時）に高温の溶銑やスラグを収容して流下させる際に、出銑樋１が高温に加熱されることで、樋先の樋外枠２が変動し、その内周面に内張りした外側耐火物層３とともに、図２の矢印Ｙに示すように、外側に開いたとしても、クッション材５が介在し縁切りしているため、内側耐火物層４には樋外枠２の変動による引張応力が及ばない。一方で、出銑樋１が冷却されて、図３の矢印Ｚに示すように、樋先の出銑樋１が内側に変動しても、クッション材５が圧縮変形するだけで、内側耐火物層４には樋外枠２の変動による圧縮応力も及ばない。従って、本実施形態の出銑樋１の樋先構造によれば、樋外枠２の変動により内側耐火物層４に作用する引張応力および圧縮応力を、クッション材５を介在させることによって、縁切りかつ仕切り材のクッション性により緩和しているので、内側耐火物層４に亀裂が発生するのを効果的に防止することができ、その結果、出銑樋１の寿命を延長可能となっている。

クッション材５としては、耐熱性を有する繊維からなる繊維束、前記繊維を綿状にしたウール材、前記繊維を布状に加工した不織布または織布などを例示することができるが、その中でも、柔軟性の点からウール材を用いるのが好ましい。なお、柔軟性を有し、変形可能なものであれば、何もこれらのものに限られるものではない。

ウール材としては、ガラスウール、ロックウール、セラミックファイバーを綿状にしたもの、または、金属繊維を綿状にしたものなどを例示することができるが、その中でも、セラミックファイバーからなるウール材は、断熱性、耐熱性に優れている点で好ましい。

また、クッション材５は、その厚みが５ｍｍ以上であることが好ましい。クッション材５の厚みが薄すぎると、クッション性が乏しく、クッション材５が樋外枠２の変動に追随して変形できる変形可能量が小さくなる。外側耐火物層３の内周面は、一般的に、凸凹を有し、ざらざらしていて滑らかではないため、クッション材５の効力が低いと、内側耐火物層４が外側耐火物層３に引っ掛かって外側耐火物層３とともに外側に開くおそれがある。また、樋外枠２がクッション材５の変形可能量以上に内側に変動した場合も同様である。そうすると、クッション材５を介して、樋外枠２の変動による引張応力や圧縮応力が内側耐火物層４に作用する結果、内側耐火物層４に亀裂が発生するおそれがある。以上の理由により、クッション材５は、十分にクッション性を有することが好ましく、その厚みが５ｍｍ以上であることが好ましい。ただし、クッション材の厚みは、必ずしも５ｍｍ以上である必要はなく、５ｍｍ未満であっても構わない。

なお、クッション材５を外側耐火物層３および内側耐火物層４の間に介在させる範囲としては、出銑樋１の先端部から３００ｍｍ以上であることが好ましく、５００ｍｍ以上１０００ｍｍ以内であることがより好ましい。

次に、上記した樋先構造を備える出銑樋１の樋先の施工方法を、図４を用いて説明する。まず、略Ｕ字状の樋外枠１の内周面に、耐火レンガなどの耐火物を内張りして外側耐火物層３を施工する（図４（１））。そして、出銑樋１の先端部から所定の範囲にわたって、外側耐火物層３の内周面上に、その全面（本実施形態では、側面３１および底面３０）を覆うようにクッション材５を敷設する（図４（２））。そして、外側耐火物層３の内側に型枠Ｃをセットし（図４（３））、この型枠Ｃと外側耐火物層３との間に、クッション材５を敷設した状態で、不定形耐火物Ｄを流し込む（図４（４））。この不定形耐火物Ｄが硬化後、型枠Ｃを脱枠し、バーナなどの加熱手段を用いて不定形耐火物Ｄを乾燥させる。これにより、上記した樋先構造を備える出銑樋１が形成される。

また、長期間の稼動により、溶銑などと接触する内側耐火物層４の損傷が激しいと、一旦稼動を止めて補修する必要があるが、この場合には、損傷している古い内側耐火物層４を解体してそのほとんど全てを除去した後（図４（０），（１´））、上記した図４（２）と同様に、出銑樋１の先端部から所定の範囲にわたって、再び、外側耐火物層３の内周面上に、その全面を覆うようにクッション材５を敷設する。そして、外側耐火物層３の内側に型枠Ｃをセットし、この型枠Ｃと外側耐火物層３との間に、クッション材５を敷設した状態で、不定形耐火物Ｄを流し込む。この不定形耐火物Ｄが硬化した状態で型枠Ｃを脱枠し、バーナなどの加熱手段を用いて不定形耐火物Ｄを乾燥させる。これにより、上記した樋先構造を備える出銑樋１が復元補修される。

また、補修の際には、図５に示すように、損傷している古い内側耐火物層４の一部を解体し（図５（０），（１））、古い内側耐火物層４の内周面上に、出銑樋１の先端部から所定の範囲にわたって、再び、その全面を覆うようにクッション材５を敷設するようにしても構わない。そして、古い内側耐火物層４の内側に型枠Ｃをセットし、この型枠Ｃと古い内側耐火物層４との間に、クッション材５を敷設した状態で、不定形耐火物Ｄを流し込む。この不定形耐火物Ｄが硬化した状態で型枠Ｃを脱枠し、バーナなどの加熱手段を用いて不定形耐火物Ｄを乾燥させる。これにより、出銑樋１を復元補修してもよい。

本実施形態の出銑樋１の樋先構造の作用・効果を確認するため、上記構成の出銑樋１において、仕切り材となるクッション材５として、セラミックファイバーからなるウール材（以下、「セラミックウール材」という。）を採用したものを実施例１，２とした。実施例１では、セラミックウール材の厚みを１０ｍｍとし、実施例２では、セラミックウール材の厚みを５ｍｍとした。また、仕切り材を外側耐火物層３と内側耐火物層４との間に介在させない態様のものを従来例とした。さらに、仕切り材として、０．３ｍｍ厚のビニールシートを採用したものを比較例とした。なお、内側耐火物層４の不定形耐火物としては、アルミナ−炭化珪素−カーボン材質の不定形耐火物を使用した。そして、これらの実施例１，２、従来例および比較例の出銑樋１の流路４０に対して、それぞれ溶銑を所定量供給した後、流路４０から残銑を抜き、出銑樋１の樋先において、内側耐火物層４に亀裂が発生しているかを実測した。これを１０回繰り返して行うことで、亀裂の発生頻度を評価した。評価結果を、以下の表１に示す。

表１に示すように、厚さが５ｍｍ以上のセラミックウール材（クッション材５）を仕切り材として、外側耐火物層３と内側耐火物層４との間に介在させることにより、内側耐火物層４に亀裂が発生することを大幅に抑制可能であることが確認された。また、厚さが０．３ｍｍのビニールシートを仕切り材として、外側耐火物層３と内側耐火物層４との間に介在させることで、外側耐火物層３と内側耐火物層４とが縁切りされるため、内側耐火物層４の亀裂の発生を多少は低減できるが、亀裂の発生を完全には抑制できないことが確認された。これは、厚さが０．３ｍｍのビニールシートでは、クッション性に乏しく、樋外枠２の変動により内側耐火物層４に作用する応力を、完全には緩和できないからであると思われる。

以上のように、本実施形態の出銑樋１の樋先構造によれば、加熱と冷却が断続的に繰り返されることにより亀裂が発生しやすい樋先において、変形自在な柔軟性を有するクッション材５を仕切り材として介在させることにより、外側耐火物層３と内側耐火物層４とを縁切りし、かつ、仕切り材にクッション性を持たせるようにしたので、樋外枠２の変動に伴う応力が内側耐火物層４に作用するのが緩和され、その結果、内側耐火物層４に亀裂が発生するのを効果的に防止することが可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、本実施形態では、外側耐火物層３の内周面の全面（側面３１および底面３０）を覆うようにクッション材５を設けているが、必ずしも底面３０には設ける必要がなく、少なくとも側面３１だけに設けるようにしてもよい。

また、出銑樋１として、大樋、溶銑樋、スラグ樋および傾注樋に、本実施形態の樋先構造を適用することができる。傾注樋では、その両端部に樋先構造を適用することができる。

１ 出銑樋
３ 外側耐火物層
４ 内側耐火物層
５ クッション材

Claims (5)

1. 溶融金属と接する不定形耐火物よりなる内側耐火物層と、前記内側耐火物層の外側に設けられた外側耐火物層とを有し、前記外側耐火物層の内周面に内張り層として前記内側耐火物層が一体に設けられた出銑樋であって、
   前記内側耐火物層と前記外側耐火物層との間には、樋先の所定の範囲のみに、繊維を綿状にしたウール材から構成されるクッション材が介在されている出銑樋。
2. 前記ウール材は、セラミックファイバーからなる請求項１に記載の出銑樋。
3. 前記クッション材の厚みは、５ｍｍ以上である請求項１または２に記載の出銑樋。
4. 前記クッション材は、前記外側耐火物層の内周面の少なくとも底面を除く側面に設けられている請求項１から３のいずれかに記載の出銑樋。
5. 溶融金属と接する不定形耐火物よりなる内側耐火物層と、前記内側耐火物層の外側に設けられた外側耐火物層とを有し、前記外側耐火物層の内周面に内張り層として前記内側耐火物層が一体に設けられた出銑樋の樋先の施工方法であって、
   前記外側耐火物層の内周面上に、樋先の所定の範囲のみに、繊維を綿状にしたウール材から構成されるクッション材が敷設された状態で、型枠との間に不定形耐火物を流し込み、不定形耐火物を硬化・乾燥させて前記内側耐火物層を形成する出銑樋の樋先の施工方法。

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