JP6429190B2 - Electric furnace for melting steelmaking slag - Google Patents
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Description
本発明は、製鋼スラグの溶融処理用の電気炉に関し、特に、外側が鉄皮、内側が耐火物れんが壁で構成される炉壁を有する、製鋼スラグの溶融還元処理用の電気炉に関する。 The present invention relates to an electric furnace for melting treatment of steelmaking slag, and more particularly to an electric furnace for smelting reduction treatment of steelmaking slag having a furnace wall composed of an iron skin on the outside and a refractory brick wall on the inside.
近年、溶銑予備処理炉、転炉、電気炉、脱ガス炉等の各種窯炉で発生する製鋼スラグを溶融還元処理することによって有価物を回収し、さらにスラグ成分を調整して改質する方法が開発されている。製鋼スラグは、例えばFeOを5質量%〜40質量%含み、C/Sが1〜4程度である。ここで、C/Sとはスラグ中のCaOとSiO2の比(CaO/SiO2)を表したもので、塩基度とも呼ばれる。このような製鋼スラグを溶融還元処理の方法として、例えば特許文献1に記載された溶融還元炉や、特許文献2に記載されたアーク式電気炉などを使用する方法が知られている。
In recent years, a method for recovering valuable materials by melting and reducing steelmaking slag generated in various kilns such as hot metal pretreatment furnaces, converters, electric furnaces, degassing furnaces, and adjusting and modifying slag components Has been developed. Steelmaking slag contains 5 mass%-40 mass% of FeO, for example, and C / S is about 1-4. Here, C / S represents the ratio of CaO to SiO 2 in the slag (CaO / SiO 2 ) and is also called basicity. As a method of smelting reduction treatment of such steelmaking slag, for example, a method using a smelting reduction furnace described in
上記のような従来の技術の例によれば、製鋼スラグを溶融還元処理する直流アーク式電気炉は、スラグの装入口、出銑口、出滓口、炉蓋および炉蓋中央部から挿入される加熱用の黒鉛電極を有し、スラグの装入口には製鋼スラグを溶融状態で保持する装入炉が接続される。溶融還元処理では、溶融状態のスラグを直流アーク式電気炉に装入炉から断続的に装入し、アーク溶解しながら還元材およびスラグ改質材を添加する。スラグから回収された鉄を含む溶銑は炉の下部の出銑口から排出され、成分調整されたスラグは出滓口から排出される。スラグの成分調整は、例えば、FeOが1質量%以下、C/Sがスラグの用途によって0.5〜1.5程度になるように実施される。ここで、従来の直流アーク式電気炉の耐火物れんが壁には、MgO−Cr2O3れんがが一般的に用いられている。スラグの溶融還元処理中はC/Sが大きく変動するため、高C/Sおよび低C/Sの両方のスラグに対して耐食性が優れるMgO−Cr2O3れんがが有利である。 According to the example of the conventional technology as described above, the DC arc electric furnace for smelting and reducing steelmaking slag is inserted from the slag inlet, the tap, the tap, the furnace lid, and the center of the furnace lid. And a charging furnace for holding the steelmaking slag in a molten state is connected to the inlet of the slag. In the smelting reduction treatment, molten slag is intermittently charged from a charging furnace into a DC arc electric furnace, and a reducing material and a slag modifier are added while arc melting. The molten iron containing iron recovered from the slag is discharged from the tap at the bottom of the furnace, and the slag whose components are adjusted is discharged from the tap. The slag component adjustment is performed, for example, so that FeO is 1% by mass or less and C / S is about 0.5 to 1.5 depending on the use of slag. Here, MgO—Cr 2 O 3 brick is generally used for the refractory brick wall of the conventional DC arc electric furnace. Since C / S fluctuates greatly during the slag smelting reduction treatment, MgO—Cr 2 O 3 brick, which has excellent corrosion resistance against both high C / S and low C / S slag, is advantageous.
一方、特許文献3には、外側が鉄皮、内側が耐火物れんが壁からなる炉壁を有する、金属くず等の原料を溶解する金属溶解用三相交流アーク炉が記載されている。特許文献3に記載された技術では、三相交流アーク炉でスラグが溶融する箇所であるホットスポット部の炉壁が、水ミストおよび空気からなる冷媒を発生する冷媒発生手段によって冷却される。このとき、ホットスポット部の耐火物れんがを炭素含有率が30質量%〜50重量%のMgO−C系耐火物からなる耐火物れんがとすることにより、効率的な冷却が可能になる。この結果、MgO−C系耐火物の損傷を抑制でき、その耐用性を大幅に向上できる。
On the other hand,
また、電気炉以外で製鋼スラグへの耐食性が求められる窯炉として、転炉があげられる。転炉でスラグに接触する部分の炉壁には、一般的に黒鉛含有率が20質量%以下のMgO−C系耐火物からなる耐火物れんがが用いられている。ここで、特許文献4によれば、MgO−C系耐火物において、黒鉛含有率が高いと耐スポール性およびMgOの耐溶解性が向上する一方で、製鋼スラグ中のFeOへの耐酸化性は低くなるためにれんが全体としての損耗は増大する。非特許文献1には、上記のような性質のために、転炉でスラグに接触する部分には、黒鉛含有率が11質量%〜15質量%のMgO−C系耐火物からなる耐火物れんがを内張り施工することが記載されている。
In addition to the electric furnace, a converter is an example of a kiln that requires corrosion resistance to steelmaking slag. A refractory brick made of an MgO—C refractory having a graphite content of 20% by mass or less is generally used for the furnace wall at the portion of the converter that contacts the slag. Here, according to
製鋼スラグを処理する際、従来の耐火物れんが壁であるMgO−Cr2O3れんがは、耐食性の面では有利であるが、スラグ成分を調整して改質する場合には、耐火物れんが壁の溶損によってスラグ中のCr2O3濃度が高まるという問題が発生する。 When processing steelmaking slag, the conventional refractory brick wall, MgO-Cr 2 O 3 brick, is advantageous in terms of corrosion resistance. However, when the slag component is adjusted and modified, the refractory brick wall This causes a problem that the Cr 2 O 3 concentration in the slag increases due to the melting damage.
これに対して、特許文献3では、交流式電気炉のホットスポット部の炉壁に炭素含有率が30〜50重量%のMgO−C系耐火物からなる耐火物れんがを用い、これを水ミストおよび空気からなる冷媒を発生する冷媒発生手段により冷却している。金属くずを溶解するための炉ではスラグの量も少ないことから、ホットスポット部の炉壁れんがの損耗は、輻射によって2000℃を超える高温になったことによって、れんがを構成するMgO骨材と黒鉛とが反応して消失するMgO−C反応であると考えられる。この反応による損耗は、溶融スラグや溶融金属の有無に関わらずれんがの温度によって起き、れんがの温度を概ね1700℃程度以下にすることで低減される。
On the other hand, in
しかしながら、製鋼スラグ処理用の直流電気炉ではスラグの量が多く、スラグに含まれるFeOが多く(例えば5質量%〜40質量%)、スラグのC/Sも高い(例えば1〜4)ことから、炉壁れんがの損耗は、製鋼スラグによるれんがの酸化および溶解によって発生する。従って、特許文献3のように水ミストおよび空気から成る冷媒を発生する冷媒発生手段を使用しても、熱伝達係数が小さいために冷却効果が十分ではない。つまり、製鋼スラグ処理用の直流電気炉でもそのような冷媒発生手段を使用して炉壁れんがを冷却することは可能であるが、1600℃を超えるスラグに接している耐火物れんが壁の冷却には十分ではなく、従ってスラグに接するれんがの損耗を抑制できない。従って、特許文献3の技術を製鋼スラグ処理用の直流電気炉に適用することは困難である。
However, in a DC electric furnace for steelmaking slag treatment, the amount of slag is large, the amount of FeO contained in the slag is large (for example, 5 mass% to 40 mass%), and the C / S of the slag is also high (for example, 1-4). Furnace wall brick wear is caused by oxidation and melting of brick by steelmaking slag. Therefore, even if the refrigerant generating means for generating the refrigerant composed of water mist and air as in
一方、転炉で発生するスラグは、製鋼スラグ処理用の直流電気炉が扱うスラグと同様に、スラグに含まれるFeOが多く(例えば5質量%〜40質量%)、スラグのC/Sも高い。しかし、転炉は密閉された直流電気炉とは異なり大気開放系の炉であることから、炉壁には、耐酸化性を重視した黒鉛含有率20質量%以下の低黒鉛含有量のMgO−C系耐火物からなる耐火物れんがが用いられている。このように、製鋼スラグ処理用の直流電気炉において炉壁れんがの損耗を抑制して耐用性を改善するための技術は、いまだ提案されていない。 On the other hand, the slag generated in the converter, like the slag handled by the DC electric furnace for steelmaking slag treatment, contains much FeO contained in the slag (for example, 5 mass% to 40 mass%), and the C / S of the slag is also high. . However, since the converter is an open-air furnace, unlike a closed DC electric furnace, the furnace wall has a low graphite content of 20% by mass or less MgO− with an importance on oxidation resistance. Refractory bricks made of C-based refractories are used. As described above, a technique for improving the durability by suppressing the wear of the furnace wall brick in a DC electric furnace for steelmaking slag treatment has not yet been proposed.
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、製鋼スラグ用の直流電気炉において耐火物れんが壁を構成する各部位のワークれんがの損耗を平準化させ耐用性を改善することが可能な、新規かつ改良された製鋼スラグの溶融処理用の電気炉を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to level out the wear of work bricks in each part constituting the refractory brick wall in a DC electric furnace for steelmaking slag. It is an object of the present invention to provide a new and improved electric furnace for melting treatment of steelmaking slag, which can be improved in durability.
製鋼スラグを直流電気炉で溶融処理する際、スラグ中のFeOは主に炭素質を含む還元材と反応してFeOがFeに還元される。また、SiO2やAl2O3などを主成分とするスラグ改質材の添加によって、スラグのC/Sは0.5〜1.5程度に調整される。上述の通り、耐食性に優れたMgO−Cr2O3れんがを直流電気炉の炉壁に使用すると、Cr2O3が溶出し、上記のようなスラグの改質に影響を与える可能性がある。そこで、本発明者らは、MgO−Cr2O3れんがを代替できるれんがとして、MgO−Cれんがの可能性を検討した。 When steelmaking slag is melted in a DC electric furnace, FeO in the slag mainly reacts with a reducing material containing carbonaceous matter, and FeO is reduced to Fe. Further, the addition of slag modifier consisting mainly of SiO 2 or the like and Al 2 O 3, C / S of the slag is adjusted to about 0.5 to 1.5. As described above, when MgO—Cr 2 O 3 brick having excellent corrosion resistance is used for the wall of a DC electric furnace, Cr 2 O 3 may be eluted, which may affect the slag reforming as described above. . Therefore, the present inventors examined the possibility of an MgO—C brick as a brick that can replace the MgO—Cr 2 O 3 brick.
スラグ中のFeOは、MgO−Cれんがと接触すると、れんが中の黒鉛と反応して還元され、この還元に伴ってれんがが損耗する。MgO−CれんがはスラグのC/Sが高ければ耐食性を有するが、スラグ改質材や低C/Sの製鋼スラグ、および改質後のスラグに対しては耐食性が劣る。従って、製鋼スラグ用の直流電気炉では通常MgO−Cれんがは用いない。 When the FeO in the slag comes into contact with the MgO-C brick, it reacts with the graphite in the brick and is reduced, and the brick is worn with this reduction. MgO-C bricks have corrosion resistance if the C / S of the slag is high, but are inferior in corrosion resistance to slag modifiers, low C / S steelmaking slag, and slag after modification. Therefore, MgO-C brick is not usually used in a DC electric furnace for steelmaking slag.
しかし、本発明者らは、MgO−Cれんがの背面を冷却することによってれんが表面にスラグの凝固層を形成させ、スラグ中のFeO、スラグ改質材、低C/Sの製鋼スラグおよび改質後のスラグによる損耗を低減できることを見出した。本発明者らは、さらに、この凝固層による損耗低減が、黒鉛含有率30質量%〜50質量%のMgO−Cれんがを用い、またれんが背面の冷却方法として水冷による強冷却を実施した場合に良好に実現されることを見出した。 However, the present inventors have formed a solidified layer of slag on the brick surface by cooling the back surface of the MgO-C brick, so that FeO in the slag, slag modifier, low C / S steelmaking slag and modification It has been found that wear due to later slag can be reduced. The present inventors further reduced the wear due to the solidified layer when MgO—C brick having a graphite content of 30% by mass to 50% by mass was used, and when the strong cooling by water cooling was performed as a cooling method for the back of the brick. It was found that it was realized well.
上記のようなスラグの凝固層を利用した炉壁れんがの損耗抑制は、耐用性向上のために非常に有効である。しかしながら、これを実現するためには、溶融したスラグに接する部位のワークれんがの稼働面を、スラグの凝固開始温度以下に冷却する必要がある。そのための冷却手段としては水冷が有効であるが、ワークれんが全体を一様に水冷すると、メタルと接触する部分(メタル部)のワークれんが、および溶融物と接触しない部分(フリーボード部)のワークれんがについては、冷却しなくても溶損による損耗が小さいため、過剰な冷却は熱ロスになる。 Suppression of the wear of the furnace wall bricks using the solidified layer of slag as described above is very effective for improving the durability. However, in order to realize this, it is necessary to cool the working surface of the work brick at the part in contact with the molten slag to be equal to or lower than the solidification start temperature of the slag. Water cooling is effective as a cooling means for this purpose, but if the work brick is uniformly water cooled, the work brick in the part that contacts the metal (metal part) and the part that does not contact the melt (free board part) As for bricks, even if they are not cooled, wear due to melting damage is small, so excessive cooling results in heat loss.
そこで、ワークれんが全体の背面を水冷構造とした上で、スラグに接する部位のワークれんがについては黒鉛含有率を高めて高熱伝導性とし、耐スラグ性および冷却効果を高める。一方、スラグに接する部位以外のワークれんがについては黒鉛含有率をある程度低くすることで熱伝導性を低下させ、過剰な水冷による熱ロスを抑制することとした。 Therefore, after making the back surface of the entire work brick a water-cooled structure, the work brick at the portion in contact with the slag is made to have high thermal conductivity by increasing the graphite content, thereby improving the slag resistance and the cooling effect. On the other hand, for the work bricks other than the part in contact with the slag, the thermal conductivity is lowered by lowering the graphite content to some extent, and the heat loss due to excessive water cooling is suppressed.
すなわち本発明は、下記構成を特徴とする。
(1)外側が鉄皮、内側が耐火物れんが壁で構成される炉壁を有する、製鋼スラグの溶融還元処理用の電気炉であって、少なくとも炉壁が炉内に貯留されるスラグに接する部位で炉壁の外周に配置されて鉄皮を冷却する冷却手段を備え、耐火物れんが壁は、スラグに接する部位に配置され、黒鉛含有率が30質量%〜50質量%である高熱伝導性のMgO−Cれんがと、スラグに接する部位以外に配置され、黒鉛含有率が10質量%〜25質量%である低熱伝導性のMgO−Cれんがとを含む、製鋼スラグの溶融還元処理用の電気炉。
(2)鉄皮と耐火物れんが壁との間に、炭素含有率が5質量%以下の不定形耐火物が充填される、(1)に記載の製鋼スラグの溶融還元処理用の電気炉。
That is, the present invention is characterized by the following configuration.
(1) An electric furnace for smelting reduction treatment of steelmaking slag having a furnace wall composed of an iron skin on the outside and a refractory brick wall on the inside, at least the furnace wall being in contact with the slag stored in the furnace It is provided on the outer periphery of the furnace wall at the site and is provided with a cooling means for cooling the iron skin, the refractory brick wall is arranged at the site in contact with the slag, and the graphite content is 30% by mass to 50% by mass. Electricity for smelting reduction treatment of steelmaking slag, including MgO-C brick of low thermal conductivity, which is disposed at a portion other than the portion in contact with slag and having a graphite content of 10% by mass to 25% by mass Furnace.
(2) The electric furnace for smelting reduction treatment of steelmaking slag according to (1), wherein an amorphous refractory having a carbon content of 5% by mass or less is filled between the iron shell and the refractory brick wall.
上記の構成では、スラグに接する部位のワークれんがに、製鋼スラグに対する耐食性を優先して高熱伝導性のMgO−Cれんがを使用する。高熱伝導性のMgO−Cれんがは、炉壁の外部からの冷却によって稼働面の温度を十分に低下させて耐食性を高めるため、黒鉛含有率を30質量%〜50質量%とする。黒鉛含有率が30質量%未満では稼働面の温度が十分に下がらないために耐食性が不足する可能性がある。一方、黒鉛含有率が50質量%を超えると、稼働面の温度が耐食性を得るのに必要な程度を超えて低下するため、結果的に熱ロスが大きくなってしまう。 In the above configuration, MgO—C brick with high thermal conductivity is used for work bricks in contact with the slag, giving priority to corrosion resistance against the steelmaking slag. The highly heat-conductive MgO-C brick has a graphite content of 30% by mass to 50% by mass in order to sufficiently reduce the temperature of the operating surface by cooling from the outside of the furnace wall and thereby improve the corrosion resistance. If the graphite content is less than 30% by mass, the temperature of the working surface is not sufficiently lowered, so that the corrosion resistance may be insufficient. On the other hand, if the graphite content exceeds 50% by mass, the operating surface temperature decreases beyond the level necessary to obtain corrosion resistance, resulting in an increase in heat loss.
一方、スラグに接する部位以外、すなわちメタル部およびフリーボード部のワークれんがは、黒鉛含有率が10質量%〜25質量%の低熱伝導性のMgO−Cれんがとする。上述の通り、この部位では炉壁の稼働面の冷却はさほど必要ではないため、ワークれんがの熱伝導性を高める必要はなく、むしろ熱ロスを少なくするために熱伝導性は低い方が望ましい。ただし、黒鉛含有率が10質量%未満では、相対的にマグネシアの含有量が多くなるためにワークれんがの熱膨張が顕著になり、耐スポーリング性が不足して剥離による損傷が大きくなる可能性がある。従って、スラグに接する部位以外でも、MgO−Cれんがの黒鉛含有率は10質量%以上とする。また、黒鉛含有率を高めて耐スポーリング性が有意に改善するのは黒鉛含有率が25質量%程度までであり、それ以上に黒鉛含有率を高めても熱ロスの増大の方が顕著である。従って、スラグに接する部位以外ではMgO−Cれんがの黒鉛含有率を25質量%以下とする。 On the other hand, the work bricks other than the portion in contact with the slag, that is, the work bricks of the metal part and the free board part are low thermal conductive MgO-C bricks having a graphite content of 10% by mass to 25% by mass. As described above, since it is not necessary to cool the working surface of the furnace wall at this portion, it is not necessary to increase the thermal conductivity of the work brick. Rather, it is desirable that the thermal conductivity is low in order to reduce heat loss. However, if the graphite content is less than 10% by mass, the thermal expansion of the work bricks becomes remarkable due to the relatively high content of magnesia, and there is a possibility that damage due to peeling will increase due to insufficient spalling resistance. There is. Therefore, the MgO—C brick has a graphite content of 10% by mass or more even at a portion other than the portion in contact with the slag. Further, the spalling resistance is significantly improved by increasing the graphite content, and the graphite content is up to about 25% by mass. Even if the graphite content is further increased, the increase in heat loss is more remarkable. is there. Accordingly, the MgO—C brick has a graphite content of 25% by mass or less except for the portion in contact with the slag.
なお、本明細書でいうスラグに接する部位とは、電気炉の炉壁において操業中にスラグに接する可能性がある部分をいう。操業中、電気炉内では下層に溶融鉄(メタル)が貯留され、その上層にスラグが貯留された状態で、スラグの溶融還元処理が進行する。このとき、スラグに含まれるFeOが還元されることによって生じたFeが溶融鉄の層に移行することによって、スラグとメタルとの界面は上昇する。また、出銑口から溶融鉄が排出されれば、スラグとメタルとの界面は低下する。従って、操業中にスラグに接する可能性がある部分の下限は、平均的な操業状態におけるスラグとメタルとの界面から、出銑口の高さや溶融鉄の排出の実施条件などを考慮した所定の高さだけメタル側に下降した位置になる。例えば、この下限の位置は、平均的なスラグとメタルとの界面から、メタル側へ100mm程度下がった位置でありうる。 In addition, the site | part which contacts slag as used in this specification means the part which may contact | connect slag during operation in the furnace wall of an electric furnace. During operation, the molten iron (metal) is stored in the lower layer in the electric furnace, and the slag is melted and reduced while the slag is stored in the upper layer. At this time, Fe generated by reducing FeO contained in the slag moves to the molten iron layer, whereby the interface between the slag and the metal rises. Moreover, if molten iron is discharged | emitted from a sprue opening, the interface of slag and a metal will fall. Therefore, the lower limit of the portion that may come into contact with the slag during operation is determined from the interface between the slag and metal in the average operation state, taking into account the height of the spout and the discharge conditions of the molten iron. It will be in a position that is lowered to the metal side by the height. For example, the lower limit position may be a position that is lowered about 100 mm toward the metal side from the average interface between the slag and the metal.
一方、操業中に電気炉内に貯留されるスラグの湯面も、処理の進行に伴って変動する。より具体的には、装入炉から新たにスラグが装入されれば、スラグの湯面は上昇する。また、スラグの下層にある溶融鉄の層から出銑口を経由して溶融鉄が排出されたり、出滓口からスラグ自体が排出されたりすれば、スラグの湯面は下降する。従って、操業中にスラグに接する可能性がある部位の上限は、平均的な操業状態におけるスラグの湯面から、スラグの装入速度や、溶融鉄およびスラグの排出の実施条件などを考慮した所定の高さだけ上昇した位置になる。 On the other hand, the hot water surface of the slag stored in the electric furnace during operation also varies as the process proceeds. More specifically, when slag is newly charged from the charging furnace, the molten metal level of the slag rises. Moreover, if molten iron is discharged | emitted from the molten iron layer in the lower layer of slag via a tap, or if slag itself is discharged from a tap, the molten metal level of slag will fall. Therefore, the upper limit of the portion that may come into contact with the slag during operation is determined in consideration of the slag charging speed and the conditions for discharging molten iron and slag from the slag surface in the average operation state. The position is raised by the height of.
なお、以下の説明では、スラグに接する可能性がある部分の上限よりも上の炉壁の部分を、フリーボード部ともいう。同様に、以下の説明では、スラグに接する可能性がある部分の下限よりも下であって炉床面よりも上の炉壁の部分、すなわち専らメタルに接する炉壁の部分を、メタル部ともいう。 In the following description, the portion of the furnace wall above the upper limit of the portion that may be in contact with the slag is also referred to as a free board portion. Similarly, in the following description, the portion of the furnace wall that is below the lower limit of the portion that may contact the slag and above the hearth surface, that is, the portion of the furnace wall that is exclusively in contact with the metal is referred to as the metal portion. Say.
また、電気炉において炉壁の鉄皮を冷却する冷却手段を設けた場合、鉄皮とワークれんが間の密着性を上げて熱伝導性を確保するために、鉄皮とワークれんがとの隙間にスタンプ材などの不定形耐火物を充填する。ただし、黒鉛電極から鉄皮への漏電を防止するために、ある程度の電気抵抗を有する不定形耐火物を充填する必要がある。基本的には、黒鉛電極からの放電は溶融された金属を通じて導電性のより高い炉底の陽極れんがに向かうため、完全に絶縁とする必要はなく、相対的に絶縁性が高ければ十分なレベルである。従って、従来のスタンプ材等の不定形耐火物を使用することができる。しかし、より確実に漏電を防止する必要がある場合には、導電性を抑制するために、充填される不定形耐火物の炭素含有率を5質量%以下としてもよい。あるいは、充填される不定形耐火物は炭素を含有しなくてもよい。また、鉄皮とワークれんが間の熱伝導性を最大化するためには、不定形耐火物のライニング厚は100mm以下、より好ましくは70mm以下とするのがよい。さらに高い熱伝導性が必要な場合には、熱伝導率の高い緻密な組織が形成されやすいことから、不定形耐火物をスタンプ材とすることが好ましい。 In addition, when a cooling means for cooling the iron skin of the furnace wall is provided in the electric furnace, in order to increase the adhesion between the iron skin and the work brick and ensure thermal conductivity, the gap between the iron skin and the work brick is secured. Filled with an irregular refractory such as stamp material. However, in order to prevent electric leakage from the graphite electrode to the iron skin, it is necessary to fill an amorphous refractory having a certain electric resistance. Basically, the discharge from the graphite electrode goes to the anode brick at the bottom of the furnace with higher conductivity through the molten metal, so it is not necessary to completely insulate, and a relatively high level of insulation is sufficient. It is. Therefore, it is possible to use a conventional refractory material such as a stamp material. However, when it is necessary to more reliably prevent leakage, the carbon content of the filled amorphous refractory may be 5% by mass or less in order to suppress conductivity. Alternatively, the filled refractory does not have to contain carbon. In order to maximize the thermal conductivity between the iron skin and the work brick, the lining thickness of the amorphous refractory is 100 mm or less, more preferably 70 mm or less. If higher thermal conductivity is required, a dense structure with high thermal conductivity is likely to be formed. Therefore, it is preferable to use an amorphous refractory as a stamp material.
以上で説明したように、本発明によれば、製鋼スラグ用の直流電気炉において耐火物れんが壁を構成する各部位のワークれんがの損耗を平準化させ耐用性を改善することができ、さらにスラグに接する部位以外での冷却の熱ロスを低減させることができる。 As described above, according to the present invention, in a DC electric furnace for steelmaking slag, it is possible to level the wear of the work bricks of each part constituting the refractory brick wall and improve the durability, and further It is possible to reduce the heat loss of cooling at a portion other than the portion in contact with.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態および実施例について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments and examples of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, components having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
本発明で使用される炉壁用のMgO−Cれんがは、転炉や電気炉などで一般的に使用されるMgO−Cれんがを使用することができる。ただし、既に説明したように、炉内に貯留されるスラグに接する部位には、黒鉛含有率が30質量%〜50質量%の高熱伝導性のMgO−Cれんがを、スラグに接する部位以外には、黒鉛含有率が10質量%〜25質量%の低熱伝導性のMgO−Cれんがを、それぞれ配置する。 As the MgO—C brick for the furnace wall used in the present invention, MgO—C brick generally used in converters, electric furnaces and the like can be used. However, as already explained, in the part in contact with the slag stored in the furnace, the highly heat-conductive MgO-C brick having a graphite content of 30% by mass to 50% by mass, except for the part in contact with the slag. A low thermal conductivity MgO-C brick having a graphite content of 10% by mass to 25% by mass is disposed.
また、本発明で使用されるMgO−Cれんがにおいて、黒鉛以外の残部成分はマグネシア(MgO)であるが、黒鉛およびマグネシア以外にアルミニウムやシリコン等の金属、B4Cなどの金属炭化物、カーボンブラック、有機バインダーおよびピッチのうち1種以上を7質量%以下で含有してもよい。 Further, in the MgO-C brick used in the present invention, the remaining component other than graphite is magnesia (MgO), but in addition to graphite and magnesia, metals such as aluminum and silicon, metal carbides such as B 4 C, and carbon black In addition, one or more of the organic binder and pitch may be contained at 7% by mass or less.
また、炉壁のワークれんがと鉄皮との間に配置する不定形耐火物として、スタンプ材、圧入材、あるはモルタルなどを充填することができる。緻密性を高めて熱伝導率をより高くしたい場合にはスタンプ材を用いてもよい。必要に応じて絶縁性を高める場合には、不定形耐火物における黒鉛、炭化珪素などの炭素成分を5質量%以下とするか、炭素成分を含有しないことが好ましい。また、不定形耐火物は、ワークれんがとの過剰な反応を抑制する必要がある場合にはマグネシア系としてもよい。 Moreover, a stamp material, a press-fitting material, or mortar can be filled as an indeterminate refractory material disposed between the work brick and the iron shell on the furnace wall. A stamp material may be used when it is desired to increase the density and to increase the thermal conductivity. In the case where the insulation is increased as required, it is preferable that the carbon component such as graphite and silicon carbide in the amorphous refractory is 5 mass% or less or does not contain a carbon component. In addition, the amorphous refractory may be a magnesia type when it is necessary to suppress an excessive reaction with the work brick.
炉床の陽極れんがは、陰極電極の真下に位置する部位である炉床のほぼ中央部に配置され電気伝導性と耐食性の面から、タールまたはピッチを含浸した焼成MgO−Cれんがとすることが好ましい。より具体的には、炉床の陽極用のMgO−Cれんがとしては、鱗状黒鉛を10質量%〜30質量%程度含有し、800℃以上で熱処理した後にタールまたはピッチを含浸したものを使用することができる。陽極用のMgO−Cれんがと電極との間のカーボン系スタンプ材は、導電性を確保するために、カーボン系スタンプ材を使用する。このスタンプ材には、通常の電気炉等で使用されているカーボン系スタンプ材を使用することができる。より具体的には、炭素含有率が70質量%〜99質量%のスタンプ材を使用することができる。 The hearth brick of the hearth is arranged in the almost central part of the hearth, which is a portion located directly under the cathode electrode, and is a fired MgO-C brick impregnated with tar or pitch from the viewpoint of electrical conductivity and corrosion resistance. preferable. More specifically, as the MgO-C brick for the anode of the hearth, one containing about 10% to 30% by weight of scaly graphite and heat-treated at 800 ° C. or higher and impregnated with tar or pitch is used. be able to. The carbon-based stamp material between the anode MgO-C brick and the electrode uses a carbon-based stamp material in order to ensure conductivity. As this stamp material, a carbon-based stamp material used in an ordinary electric furnace or the like can be used. More specifically, a stamp material having a carbon content of 70 mass% to 99 mass% can be used.
炉床の陽極以外の部分のれんがは、スラグに接触することがないため、耐スラグ性は求められない。また、黒鉛は金属に溶解しやすいため、炉床の陽極以外の部分には、溶融金属に対する耐食性に優れるMgOれんがを配置することが好ましい。より具体的には、炉床のMgOれんがは、一般的に転炉や電気炉などのパーマれんがとして使用されているものを使用することができる。すなわち、MgO含有率が90質量%以上で黒鉛を含有せず、1000℃以上で焼成されたものである。なお、炉床れんがの湯当たり部の損耗が大きい場合には、湯当たり部をMgO−Cれんがとすることで損耗を抑制することができる。この場合、耐磨耗性および耐熱衝撃性を考慮して、黒鉛含有率が10質量%〜25質量%以下のものを使用することが望ましい。 Since bricks other than the anode of the hearth do not contact the slag, the slag resistance is not required. Moreover, since graphite is easily dissolved in metal, it is preferable to arrange MgO bricks having excellent corrosion resistance against molten metal in portions other than the anode of the hearth. More specifically, what is generally used as a permanent brick such as a converter or an electric furnace can be used as the MgO brick for the hearth. That is, the MgO content is 90% by mass or more, does not contain graphite, and is fired at 1000 ° C. or more. In addition, when the wear of the hot metal contact portion of the hearth brick is large, the wear can be suppressed by using the MgO-C brick as the hot water contact portion. In this case, it is desirable to use those having a graphite content of 10% by mass to 25% by mass in consideration of wear resistance and thermal shock resistance.
図1は、本発明の一実施例に係る製鋼スラグの溶融処理用の直流電気炉の概略的な縦断面図である。図1を参照すると、電気炉1では鉄皮10の内側に不定形耐火物13がライニングされており、さらにその内側に炉壁のワークれんがが配置されている。ワークれんがは、上からフリーボード部に配置される低熱伝導性れんが3(3段)、スラグに接する部位に配置される高熱伝導性れんが4(4段)、およびメタル部に配置される低熱伝導性れんが5(2段)を含む。ここで、フリーボード部およびメタル部に配置される低熱伝導性れんが3,5は、いずれも鱗状黒鉛を20質量%含有するMgO−Cれんがである。また、スラグに接する部位に配置される高熱伝導性れんが4は、鱗状黒鉛を40質量%含有するMgO−Cれんがである。なお、スラグを排出するための出滓口、および溶融鉄を排出するための出銑口については図示されていない。
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a DC electric furnace for melting treatment of steelmaking slag according to one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, in the
電気炉1では、炉底に近い部分を除いて、炉壁の外周には水冷ジャケット11が設置される。炉壁のワークれんがと水冷ジャケット11との間に充填される不定形耐火物13は、炭素を含有しないシリカ系ボンドのマグネシア材質スタンプ材であり、約50mmの厚さを有する。炉床の中央部(黒鉛電極の真下)には陽極れんが6としてタール含浸MgO−Cれんがが配置され、その周囲に炉床れんが7として焼成MgOれんがが配置されている。なお、陽極れんが6には、黒鉛含有率が23質量%のタール含浸MgO−Cれんがを使用した。陽極れんが6とその下側の電極との間には、炭素含有率95質量%のカーボン系スタンプ材9が充填されている。
In the
なお、上記のように、炉床の湯当たり部にMgO−Cれんがを配置する場合には、漏電を防止するため、炉壁のMgO−Cれんがとの間に、MgOれんがあるいはスタンプ材などを介在させることが望ましい。 As described above, when MgO-C brick is disposed in the hot water contact part of the hearth, in order to prevent electric leakage, an MgO brick or a stamp material is used between the MgO-C brick on the furnace wall. It is desirable to intervene.
図中において、ラインAは、操業中に想定される最も高いスラグの湯面の位置を示す。また、ラインBは、操業中に想定される最も低いスラグと溶融鉄との界面の位置を示す。従って、電気炉の炉壁において操業中にスラグに接する可能性がある部分は、ラインAとラインBとの間の範囲になる。 In the figure, line A indicates the position of the highest slag hot water surface assumed during operation. Line B shows the position of the interface between the lowest slag and molten iron expected during operation. Accordingly, the portion of the furnace wall that may come into contact with the slag during operation is in the range between line A and line B.
本発明の実施形態に係る電気炉では、炉壁の外周に配置される冷却手段(電気炉1の場合は水冷ジャケット11)が、少なくとも上記のラインAとラインBとの間の範囲をカバーする。既に説明したように、少なくともこの範囲では、冷却手段による炉壁の冷却によって稼働面の温度を十分に低下させて耐食性を高める必要があるためである。冷却手段は、上記の範囲以外には配置されなくてもよい。その場合も、スラグに接する部位以外に配置されるワークれんがを上述したような低熱伝導性のMgO−Cれんがにすれば、炉内雰囲気またはメタルの熱が鉄皮伝わってダメージを与えることを防止できる。
In the electric furnace according to the embodiment of the present invention, the cooling means (
あるいは、操業の安定性を重視する場合、スラグに接する部位以外にも冷却手段を配置してもよい。この例として、電気炉1では、フリーボード部の全体と、メタル部の炉底に近い部分を除く一部にも、水冷ジャケット11が配置されている。この場合にも、スラグに接する部位以外に配置されるワークれんがを上述したような低熱伝導性のMgO−Cれんがにすることによって熱ロスを低減する効果が得られることは、既に説明した通りである。
Or when importance is attached to the stability of operation, you may arrange | position a cooling means besides the site | part which touches slag. As an example of this, in the
次に、上記のような電気炉1を使用した操業における、炉壁のワークれんがの黒鉛含有率と耐用性との関係について実験した結果について説明する。実施例および比較例として行った実験では、図1に示した電気炉1において、溶融スラグ(CaOを45質量%、SiO2を15質量%、FeOを15質量%(Feも含む)、その他の成分を25質量%含む)を装入しながら、1650℃の温度で溶融還元処理を40時間行った後、各部位におけるれんがの平均損耗寸法(mm)を測定した。フリーボード部、スラグに接触する部分(スラグライン)、およびメタル部について、それぞれワークれんがの黒鉛含有率を変化させ、それぞれの部位におけるれんがの損耗量と、熱ロス、および耐スポール性を測定した。なお、MgO−Cれんがは、黒鉛以外に、アルミニウムを2質量%、炭化ホウ素を0.5%、および非晶質カーボンを2質量%含み、残部がマグネシアからなる。表1に、実験の結果を示す。なお、レンガの損耗量は、実施例1における各部位の平均損耗寸法(mm)を100とする指数によって表示されている。損耗量の指数は、小さいほど損耗量が小さいことを示す。同様に、熱ロスも、実施例1を100とした指数によって表示されている。熱ロスの指数は、小さいほど熱ロスが少ないことを示す。
Next, the results of experiments on the relationship between the graphite content of the work bricks on the furnace wall and the durability in the operation using the
表1に示された例のうち、実施例1〜実施例3は、スラグに接する部位のMgO−Cれんがの黒鉛含有量が30質量%〜50質量%の範囲で異なる例である。いずれの例でも損耗量は小さく、良好な耐用性が得られている。一方、比較例1は、スラグに接する部位のMgO−Cれんがの黒鉛含有率を20質量%とした例である。比較例1では熱ロスが実施例1よりも少なくなるものの、炉壁の稼働面の冷却が不十分であるため、MgO−Cれんがの損耗量が大きい。比較例2は、スラグに接する部位のMgO−Cれんがの黒鉛含有率を60%とした例である。比較例2では、例えば実施例3(同部位の黒鉛含有率が50質量%)と比較して損耗量にほとんど差が見られないにもかかわらず、熱ロスが増大している。 Among the examples shown in Table 1, Examples 1 to 3 are examples in which the graphite content of the MgO-C brick in contact with the slag is different in the range of 30% by mass to 50% by mass. In any example, the amount of wear is small and good durability is obtained. On the other hand, Comparative Example 1 is an example in which the graphite content of the MgO-C brick at the portion in contact with the slag is 20% by mass. In Comparative Example 1, although the heat loss is smaller than that in Example 1, the amount of wear of the MgO-C brick is large because the cooling of the operating surface of the furnace wall is insufficient. Comparative Example 2 is an example in which the graphite content of the MgO-C brick at the portion in contact with the slag is 60%. In Comparative Example 2, the heat loss is increased although there is almost no difference in the amount of wear compared to, for example, Example 3 (the graphite content of the same part is 50% by mass).
実施例4および実施例5は、フリーボード部のMgO−Cれんがの黒鉛含有率が10質量%〜25質量%の範囲で異なる例である。いずれの例でも損耗量は小さく、良好な耐用性が得られている。なお、実施例4ではフリーボード部に軽微なスポールの発生が認められたが、最大損耗部位と比較して損耗は小さいため、問題はないと考えられる。ただし、操業の安定性を重視する場合には、より耐スポール性の高い高黒鉛含有率のウェアれんがを用いた耐火物ライニングの方が好ましい。一方、比較例3は、フリーボード部のMgO−Cれんがの黒鉛含有率を5質量%とした例である。比較例3では、スポーリングによる剥落が顕著になったために損耗量が大きく、耐用性が低下している。比較例4は、フリーボード部のMgO−Cれんがの黒鉛含有率を40質量%とした例である。比較例4では、例えば実施例5(同部位の黒鉛含有率が25質量%)と比較して損耗量にほとんど差が見られないにもかかわらず、熱ロスが増大している。
Examples 4 and 5 are examples in which the graphite content of the MgO-C brick in the free board part is different in the range of 10% by mass to 25% by mass. In any example, the amount of wear is small and good durability is obtained. In Example 4, the occurrence of a slight spall in the free board portion was observed, but since the wear is small compared to the maximum worn portion, it is considered that there is no problem. However, when importance is attached to the stability of the operation, a refractory lining using a wear brick having a higher graphite content and higher spall resistance is preferred. On the other hand, the comparative example 3 is an example which made the graphite content rate of the MgO-C brick of a
実施例6および実施例7は、メタル部のMgO−Cれんがの黒鉛含有率が10質量%〜25質量%の範囲で異なる例である。いずれの例でも損耗量は小さく、良好な耐用性が得られている。なお、実施例6において、メタル部に軽微なスポールの発生が認められたが、最大損耗部位と比較して損耗は小さいため、問題はないと考えられる。ただし、操業の安定性を重視する場合には、より耐スポール性の高い高黒鉛含有率のウェアれんがを用いた耐火物ライニングの方が好ましい。一方、比較例5は、メタル部のMgO−Cれんがの黒鉛含有率を5質量%とした例である。比較例5では、スポーリングによる剥落が顕著になったために損耗量が大きく、耐用性が低下している。比較例6は、メタル部のMgO−Cれんがの黒鉛含有率を40質量%とした例である。比較例6では、例えば実施例7(同部位の黒鉛含有率が25質量%)と比較して損耗量にほとんど差が見られないにもかかわらず、熱ロスが増大している。また、電気炉1では、メタル部のうち炉底に近い部分では、炉壁の外周に水冷ジャケット11が設置されていない。従って、比較例6では、この部分でワークれんが背面の鉄皮10の温度が許容範囲を超え、鉄皮10へのダメージが発生した。
Example 6 and Example 7 are examples in which the graphite content of the MgO-C brick in the metal part is different in the range of 10% by mass to 25% by mass. In any example, the amount of wear is small and good durability is obtained. In Example 6, the occurrence of a slight spall in the metal part was recognized, but since the wear is small compared to the maximum worn part, it is considered that there is no problem. However, when importance is attached to the stability of the operation, a refractory lining using a wear brick having a higher graphite content and higher spall resistance is preferred. On the other hand, the comparative example 5 is an example which made the graphite content rate of the MgO-C brick of a
図2は、表1に示した本発明の実施例および比較例におけるれんがの損耗量および熱ロスに基づいて算出された操業コストを、実施例1を100とした指数で示す図である。図2を参照すると、実施例におけるコストはいずれも比較例を下回っており、本発明の実施形態に係る電気炉が従来の電気炉に比べて低いコストで操業可能であることがわかる。 FIG. 2 is a diagram showing the operating costs calculated based on the amount of brick wear and heat loss in the examples of the present invention and the comparative examples shown in Table 1 as indices based on Example 1. Referring to FIG. 2, the costs in the examples are lower than those in the comparative examples, and it can be seen that the electric furnace according to the embodiment of the present invention can be operated at a lower cost than the conventional electric furnace.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態および実施例について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment and the Example of this invention were described in detail, referring an accompanying drawing, this invention is not limited to this example. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.
1 電気炉
3,5 低熱伝導性れんが
4 高熱伝導性れんが
6 陽極れんが
7 炉床れんが
9 スタンプ材
10 鉄皮
11 水冷ジャケット
13 不定形耐火物
DESCRIPTION OF
Claims (2)
少なくとも前記炉壁が炉内に貯留されるスラグに接する部位で前記炉壁の外周に配置されて前記鉄皮を冷却する冷却手段を備え、
前記耐火物れんが壁は、
前記スラグに接する部位に配置され、黒鉛含有率が30質量%〜50質量%である高熱伝導性のMgO−Cれんがと、
前記スラグに接する部位以外に配置され、黒鉛含有率が10質量%〜25質量%である低熱伝導性のMgO−Cれんがと
を含む、製鋼スラグの溶融還元処理用の電気炉。 An electric furnace for smelting reduction treatment of steelmaking slag having a furnace wall composed of an iron skin on the outside and a refractory brick wall on the inside,
A cooling means for cooling the iron skin disposed at an outer periphery of the furnace wall at a site where at least the furnace wall is in contact with the slag stored in the furnace;
The refractory brick wall is
A highly heat-conductive MgO-C brick that is disposed at a site in contact with the slag and has a graphite content of 30% by mass to 50% by mass,
An electric furnace for smelting reduction treatment of steelmaking slag, comprising a low thermal conductivity MgO-C brick, which is disposed in a region other than the portion in contact with the slag and has a graphite content of 10% by mass to 25% by mass.
The electric furnace for smelting reduction treatment of steelmaking slag according to claim 1, wherein an amorphous refractory having a carbon content of 5% by mass or less is filled between the iron skin and the refractory brick wall.
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