JP6863353B2 - Ｒｈ真空脱ガス装置の耐火物製の投入シュート - Google Patents

Description

本発明は、溶鋼を減圧下で精錬するＲＨ真空脱ガス装置の真空槽の側壁に設けられた、精錬剤や溶鋼成分調整用の合金鉄などの原材料を真空槽内の溶鋼に添加するための耐火物製の投入シュートに関する。

転炉や電気炉で溶製され、取鍋に出鋼された溶鋼は、脱炭素、脱水素、脱窒素、及び、狭い範囲への溶鋼成分の調整などのために、真空脱ガス設備で精錬（「二次精錬」という）されている。真空脱ガス設備には、ＲＨ真空脱ガス装置、ＤＨ真空脱ガス装置、ＶＡＤ炉など、多種類の装置が存在するが、溶鋼の攪拌力が大きく、短時間で効率的な精錬な可能であることから、ＲＨ真空脱ガス装置が広く使用されている。

このＲＨ真空脱ガス装置には、真空槽内の溶鋼に成分調整用の合金鉄などを添加するための投入シュートが設置されている。この投入シュートとしては、真空槽の天蓋を貫通して設置され、精錬剤（生石灰、鉄鉱石など）、合金鉄（Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｎｂなど）、純金属（金属Ａｌ、金属Ｍｎなど）などの原材料を真空槽内で鉛直方向に落下させる形式（例えば、特許文献１を参照）と、真空槽の側壁を貫通して設置され、精錬剤や合金鉄などの原材料を真空槽内で鉛直方向に対して斜めに落下させる形式（例えば、特許文献２を参照）との２つの形式が採用されている。真空槽の天蓋に設置する場合には、原材料を収納するホッパーなどを地上から高い位置に配置する必要があり、建物が高くなって設備費が高価になるという欠点があり、これに対して真空槽の側壁に設置する場合には、建物の高さが抑えられ、設備費が安価になるという利点がある。

図１に、特許文献２に開示されたＲＨ真空脱ガス装置の模式的断面図を示す。図１において、符号１は、ＲＨ真空脱ガス装置、２は取鍋、３は溶鋼、４は真空槽、５は上部槽、６は下部槽、７は上昇側浸漬管、８は下降側浸漬管、９は環流用ガス吹き込み管、１０は排気口、１１は投入シュートである。排気口１０は排気装置（図示せず）と接続されている。

真空槽４は、上部槽５と下部槽６とで構成されており、上部槽５及び下部槽６は、側壁外殻を鉄皮１２とし、その内側に耐火物（以下、「側壁耐火物１３」と記す）が施工された構造である。また、上部槽５の側壁に設置される投入シュート１１も、上部槽５及び下部槽６と同様に、外殻を鉄皮１２Ａとし、その内側に耐火物（以下、「シュート耐火物１５」と記す）が施工された構造である。精錬剤や合金鉄などの原材料は、耐火物製の投入シュート１１を通って真空槽内に投入されるように構成されている。図１におけるθは、投入シュート１１のシュート孔１６を構成する下側の傾斜面（以下、「底面」とも記す）の水平方向に対する下向き傾斜角度θである。

図１に示す従来の投入シュート１１の構造の１例を、図２を用いて更に詳しく説明する。図２に示すように、投入シュート１１は、上部槽５の側壁外殻を形成する鉄皮１２に、溶接などによって取り付けられた鉄皮１２Ａを外殻とし、鉄皮１２Ａの内側に成形煉瓦からなるシュート耐火物１５が施工されて構成されており、上下左右をシュート耐火物１５で囲まれた、横断面形状を矩形状とする、水平方向に対して傾斜したシュート孔１６を具備している。

シュート孔１６の下側の傾斜面、つまり、底面を構成するシュート耐火物１５の形状は、大きく２種類に分けられる。つまり、投入シュート１１の上部槽５への出口となる、傾斜面の先端位置に、大型のシュート出口耐火物１５Ｂ（成形煉瓦）が１段施工され、その上流側の鉄皮１２Ａの範囲には、小型のシュート底面耐火物１５Ａ（成形煉瓦）が複数段施工されている。シュート出口耐火物１５Ｂは、上部槽５の側壁外殻を形成する鉄皮１２よりも上部槽５の中心側の位置に、真空槽４の側壁耐火物１３の上に載った状態で施工されている。これに対して、シュート底面耐火物１５Ａは、投入シュート１１の外殻を形成する鉄皮１２Ａに載った状態で施工されている。尚、シュート出口耐火物１５Ｂは、上部槽５の円周方向には複数個施工されており、同様に、シュート底面耐火物１５Ａも、上部槽５の円周方向に複数個施工されている。

投入シュート１１の上部は鋼製ダクト１４で構成されており、鋼製ダクト１４は、上方に設置された原材料収納ホッパー、原材料切り出し装置などの原材料供給装置と、密閉可能な状態で接続されている。即ち、原材料収納ホッパーに収納された合金鉄などの原材料が、大気と遮断された減圧下の状態で、投入シュート１１の鋼製ダクト１４及びシュート孔１６を通って真空槽４の内部に投入されるように構成されている。

ところで、シュート孔１６の底面である傾斜面の水平方向に対する下向き傾斜角度θが４０°程度の場合、投入シュート１１から真空槽内に投入される合金鉄などの原材料が、投入シュート１１と相対する側の真空槽４の側壁耐火物１３に衝突し、この衝突に起因して側壁耐火物１３が損傷し、側壁耐火物１３の使用回数（寿命）が低下するという問題が発生する。尚、投入シュートを真空槽４の天蓋を貫通して設置した場合には、この問題は発生しない。

上部槽５の側壁に設置した投入シュート１１のシュート孔１６の底面の下向き傾斜角度θを、例えば５０°程度に大きくすると、真空槽内を落下する原材料の落下軌跡が鉛直方向に近づき、投入シュート１１と相対する側の真空槽４の側壁耐火物１３への衝突が抑制されて、真空槽４の側壁耐火物１３の使用回数を延長させることができる。

しかしながら、投入シュート１１のシュート孔１６の底面の下向き傾斜角度θを５０°程度またはそれ以上に大きくすると、投入シュート１１の上部槽５への出口となる、傾斜面の先端位置のシュート出口耐火物１５Ｂの鉛直方向長さが大きくなり、シュート出口耐火物１５Ｂの厚みを、成形煉瓦として強度上の必要量な厚みに確保すると、シュート出口耐火物１５Ｂの質量が増大する。

投入シュート１１のシュート孔１６を構成する耐火物は、人手作業で施工されることから、耐火物の単重は３０ｋｇ以下であることが要求されている。投入シュート１１のシュート孔１６の下向き傾斜角度θを５０°程度に大きくすると、シュート出口耐火物１５Ｂの単重が３０ｋｇを超え、人手作業による耐火物の施工を妨げる。

シュート出口耐火物１５Ｂを複数に分割して小型化すれば、それぞれの耐火物の単重は３０ｋｇ以下になる。但し、この場合に、分割して小型化した耐火物の使用回数が、シュート出口耐火物１５Ｂの使用回数と同等またはそれ以上になるように、分割して小型化した耐火物を施工することが重要である。

特開平６−７３４３６号公報 特開平１０−２８００３０号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、少なくともシュート孔の底面が耐火物で構成された投入シュートにおいて、シュート孔の底面が水平方向に対して下向き５０°以上に傾斜していても、前記底面を構成する耐火物であって、上部槽の側壁外殻を形成する鉄皮よりも上部槽の中心側の範囲に施工される耐火物の脱落を防止し、これにより、投入シュートの耐火物寿命を真空槽の側壁耐火物の耐火物寿命と同等にすることができる、ＲＨ真空脱ガス装置の上部槽の側壁に設置される耐火物製の投入シュートを提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決するべく、検討・試験を行った。その結果、以下の知見を得た。

即ち、シュート出口耐火物１５Ｂを上下２段に分離すれば、分離したそれぞれの耐火物の単重は３０ｋｇ以下に抑えられるが、この場合には、上下２段に分割した上部側耐火物を支える下部側耐火物の重心が、下向き傾斜角度θが４０°程度の場合でのシュート出口耐火物１５Ｂの重心に比較して上部槽５の中心側に移動する。分離した下部側耐火物は、シュート出口耐火物１５Ｂと同様に、真空槽４の側壁耐火物１３の上に載った状態で施工されており、したがって、側壁耐火物１３が損耗してくると、前記下部側耐火物は、その重心が上部槽５の中心側に寄っていることから、脱落しやすくなるという問題があることがわかった。

つまり、シュート出口耐火物１５Ｂを、ただ単に上下２段に分離するだけでは、投入シュート１１のシュート孔１６の使用回数（寿命）が、シュート孔１６の底面の下向き傾斜角度θが４０°程度の場合に比較して低下するという問題が起こることがわかった。

この問題を解消するためには、上下２段に分離した下部側耐火物の重心位置を制御する必要があるとの知見を得た。

本発明は上記知見に基づきなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
［１］ＲＨ真空脱ガス装置の上部槽の側壁に設置される耐火物製の投入シュートであって、
該投入シュートは、原材料の排出方向が水平方向下側に傾斜した傾斜面で形成されるシュート孔を有し、
該シュート孔は、少なくとも前記傾斜面が耐火物で構成され、且つ、前記傾斜面の水平方向に対する下向き傾斜角度θが５０°以上であり、
前記傾斜面を構成する耐火物であって、前記上部槽の側壁外殻を形成する鉄皮よりも上部槽の中心側の範囲に施工される耐火物が、上段側シュート出口耐火物と下段側シュート出口耐火物との上下２段で構成され、
前記上段側シュート出口耐火物が前記下段側シュート出口耐火物に載った状態で施工され、
且つ、前記下段側シュート出口耐火物の重心が前記上部槽の側壁外殻を形成する鉄皮の内面から２６５ｍｍ以内に位置することを特徴とする、ＲＨ真空脱ガス装置の耐火物製の投入シュート。
［２］前記上段側シュート出口耐火物と前記下段側シュート出口耐火物との接触面が平面であり、該接触面の水平方向に対する傾斜角度φが、上部槽の側壁外殻を形成する鉄皮側から上部槽の中心側に向かって上向き５〜４０°の範囲であることを特徴とする、上記［１］に記載のＲＨ真空脱ガス装置の耐火物製の投入シュート。

本発明によれば、シュート孔の底面である傾斜面の水平方向に対する下向き傾斜角度θが５０°以上であるＲＨ真空脱ガス装置の耐火物製の投入シュートにおいて、投入シュートのシュート孔底面を構成する耐火物であって、上部槽の側壁外殻を形成する鉄皮よりも上部槽の中心側の範囲に施工される耐火物を、上段側シュート出口耐火物と下段側シュート出口耐火物との上下２段に分割し、且つ、下段側シュート出口耐火物の重心を上部槽の側壁外殻を形成する鉄皮の内面から２６５ｍｍ以内に位置させるので、上段側シュート出口耐火物及び下段側シュート出口耐火物の単重は３０ｋｇ以下に抑えられ、且つ、下段側シュート出口耐火物の真空槽の側壁耐火物からの脱落が抑制され、投入シュートを構成する耐火物寿命を真空槽の側壁耐火物の耐火物寿命と同等にすることが実現される。

特許文献２に開示されたＲＨ真空脱ガス装置の模式的断面図である。 図１に示す従来の投入シュートの構造の１例を示す縦断面概略図である。 本発明に係る耐火物製の投入シュートの１例を示す縦断面概略図である。 図３の耐火物製の投入シュートを鉛直方向上方から見た概略図（但し、耐火物製の投入シュート以外は水平断面を示す）である。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図３は、本発明の実施の形態を示す図であって、本発明に係る耐火物製の投入シュートの１例を示す縦断面概略図、図４は、図３の耐火物製の投入シュートを鉛直方向上方から見た概略図（但し、耐火物製の投入シュート以外は水平断面を示す）である。

図３及び図４において、符号５は、ＲＨ真空脱ガス装置の上部槽、１１は、耐火物製の投入シュート、１２は、上部槽の側壁外殻を形成する鉄皮、１２Ａは、投入シュートの外殻を形成する鉄皮、１３は、真空槽の側壁耐火物、１３Ａは、側壁耐火物１３のうちの永久耐火物（「永久煉瓦」ともいう）、１３Ｂ及び１３Ｃは、側壁耐火物１３のうちの内張り耐火物（「ワーク煉瓦」ともいう）、１３Ｄは、側壁耐火物１３のうちの内張り耐火物であって、投入シュートとの仕切り耐火物、１４は鋼製ダクト、１５は、シュート孔を構成するシュート耐火物、１５Ａは、シュート耐火物のうちの鉄皮１２Ａの範囲に施工されるシュート底面耐火物、１５Ｃ及び１５Ｄは、シュート耐火物のうちの鉄皮１２よりも上部槽の中心側に施工される耐火物であり、１５Ｃは上段側シュート出口耐火物、１５Ｄは下段側シュート出口耐火物、１６は、上下左右をシュート耐火物で囲まれたシュート孔である。尚、シュート孔１６は、上下左右をシュート耐火物１５で囲む必要はなく、少なくとも、シュート孔１６の底面である傾斜面が、シュート耐火物１５で構成されていればよい。

図３及び図４に示すように、耐火物製の投入シュート１１は、ＲＨ真空脱ガス装置の上部槽５の側壁外殻を形成する鉄皮１２に、溶接などによって取り付けられた鉄皮１２Ａを外殻とし、鉄皮１２Ａの内側に成形煉瓦からなるシュート耐火物１５が施工されて構成されている。投入シュート１１の内部には、上下左右をシュート耐火物１５で囲まれ、横断面形状を矩形状とするシュート孔１６が形成されている。シュート孔１６の底面は、原材料の排出方向に向かって水平方向下側に傾斜した傾斜面を呈している。

本発明に係る投入シュート１１において、シュート孔１６の底面である傾斜面の水平方向に対する下向き傾斜角度θを５０°以上とする。これは、投入シュート１１を介して真空槽内に投入される原材料が、投入シュート１１と相対する側の真空槽の側壁耐火物１３に衝突することを未然に防止するためである。尚、図３では、シュート孔１６の底面である傾斜面の傾斜角度が、シュート孔１６の鉛直方向上部よりも鉛直方向下部（出口側）の方が大きくなっており、本明細書においては、原材料の落下軌跡に影響するシュート孔１６の出口側の傾斜角度を「水平方向に対する下向き傾斜角度θ」と定義する。

本発明に係る耐火物製の投入シュート１１において、シュート孔１６の底側の傾斜面には、鉄皮１２Ａの範囲にはシュート底面耐火物１５Ａ（成形煉瓦）が複数段施工され、上部槽５の側壁外殻を形成する鉄皮１２よりも上部槽５の中心側の範囲には、上段側シュート出口耐火物１５Ｃ（成形煉瓦）と下段側シュート出口耐火物１５Ｄ（成形煉瓦）とが上下２段に施工されている。尚、上段側シュート出口耐火物１５Ｃ及び下段側シュート出口耐火物１５Ｄは、上部槽５の円周方向には複数個施工されており、同様に、シュート底面耐火物１５Ａも、上部槽５の円周方向に複数個施工されている。上段側シュート出口耐火物１５Ｃ及び下段側シュート出口耐火物１５Ｄは、それぞれの単重が３０ｋｇ以下となるように、それぞれの形状を制御することが好ましい。

シュート底面耐火物１５Ａは、投入シュート１１の外殻を形成する鉄皮１２Ａに載った状態で施工されている。これに対して、下段側シュート出口耐火物１５Ｄは、真空槽の内壁に施工された側壁耐火物１３の上に載った状態で施工されており、上段側シュート出口耐火物１５Ｃは、下段側シュート出口耐火物１５Ｄの上に載った状態で施工されている。上段側シュート出口耐火物１５Ｃと下段側シュート出口耐火物１５Ｄとの接触面は平面である。ここで、側壁耐火物１３の厚みは、永久耐火物１３Ａ及び内張り耐火物１３Ｂ、１３Ｃを含めて、４００〜７００ｍｍ程度である。但し、ＲＨ真空脱ガス装置１の設備規模によっては、この範囲を外れることもある。

尚、上段側シュート出口耐火物１５Ｃ及び下段側シュート出口耐火物１５Ｄには、これら耐火物における上部槽５の円周方向での寸法において、図４に示すように、上部槽５の中心側よりも上部槽５の側壁外殻を形成する鉄皮側の方が大きくなるように、テーパーが形成されている。

本発明に係る投入シュート１１において、下段側シュート出口耐火物１５Ｄの重心を、上部槽５の側壁外殻を形成する鉄皮１２の内面から２６５ｍｍ以内に位置させることが必要である。これは、鉄皮１２の近い側に重心が在るような形状に、下段側シュート出口耐火物１５Ｄの形状を調整する、または、下段側シュート出口耐火物１５Ｄの耐火物材質を２相以上に変化させるなどによって実現できる。特に、下段側シュート出口耐火物１５Ｄにおける前記テーパーを大きくすることは有効な手法である。

下段側シュート出口耐火物１５Ｄの重心を、上部槽５の側壁外殻を形成する鉄皮１２の内面から２６５ｍｍ以内に位置させることで、下段側シュート出口耐火物１５Ｄを載せた側壁耐火物１３が損耗しても、下段側シュート出口耐火物１５Ｄの側壁耐火物１３からの脱落を抑制することができる。理論的には、側壁耐火物１３が損耗し、側壁耐火物１３の稼働面（先端面）が、下段側シュート出口耐火物１５Ｄの重心位置と一致するまでは、下段側シュート出口耐火物１５Ｄの脱落を防止することができる。

また、本発明に係る投入シュート１１において、上段側シュート出口耐火物１５Ｃと下段側シュート出口耐火物１５Ｄとの接触面の水平方向に対する傾斜角度φを、上部槽５の側壁外殻を形成する鉄皮側から上部槽５の中心側に向かって上向き５〜４０°の範囲とすることが好ましい。前記傾斜角度φを５°未満とすると、上段側シュート出口耐火物１５Ｃが下段側シュート出口耐火物１５Ｄの上を滑って脱落するおそれがあり、一方、前記傾斜角度φを４０°より大きくすると、上段側シュート出口耐火物１５Ｃの重力荷重が下段側シュート出口耐火物１５Ｄを上部槽５の中心側に向かって押し出すように作用し、いずれも好ましくない。

投入シュート１１の上部は鋼製ダクト１４で構成されており、鋼製ダクト１４は、上方に設置された原材料収納ホッパー、原材料切り出し装置などの原材料供給装置と、密閉可能な状態で接続されている。即ち、原材料収納ホッパーに収納された合金鉄などの原材料は、大気と遮断された減圧下の状態で、投入シュート１１の鋼製ダクト１４及びシュート孔１６を通って真空槽の内部に投入される。

以上説明したように、本発明によれば、シュート孔１６の底面である傾斜面の水平方向に対する下向き傾斜角度θが５０°以上である投入シュート１１において、投入シュート１１のシュート孔１６の底面を構成する耐火物であって、上部槽５の側壁外殻を形成する鉄皮１２よりも上部槽５の中心側の範囲に施工される耐火物を、上段側シュート出口耐火物１５Ｃと下段側シュート出口耐火物１５Ｄとの上下２段に分割し、且つ、下段側シュート出口耐火物１５Ｄの重心を上部槽５の側壁外殻を形成する鉄皮１２の内面から２６５ｍｍ以内に位置させるので、上段側シュート出口耐火物１５Ｃ及び下段側シュート出口耐火物１５Ｄの単重は３０ｋｇ以下に抑えられ、且つ、下段側シュート出口耐火物１５Ｄの側壁耐火物１３からの脱落が抑制され、投入シュート１１を構成する耐火物寿命を真空槽の側壁耐火物１３の耐火物寿命と同等にすることが実現される。

尚、上記説明は、耐火物と耐火物との目地（隙間）、及び、耐火物と鉄皮との隙間に、モルタルなどを充填させることについて言及していないが、本発明を実施する上で、通常の耐火物構造と同様に、耐火物と耐火物との目地、及び、耐火物と鉄皮との隙間に、モルタルなどを充填させることは何ら問題にならない。

１ ＲＨ真空脱ガス装置
２ 取鍋
３ 溶鋼
４ 真空槽
５ 上部槽
６ 下部槽
７ 上昇側浸漬管
８ 下降側浸漬管
９ 環流用ガス吹き込み管
１０ 排気口
１１ 投入シュート
１２ 鉄皮
１２Ａ 鉄皮
１３ 側壁耐火物
１４ 鋼製ダクト
１５ シュート耐火物
１５Ａ シュート底面耐火物
１５Ｃ 上段側シュート出口耐火物
１５Ｄ 下段側シュート出口耐火物
１６ シュート孔

Claims (2)

1. ＲＨ真空脱ガス装置の上部槽の側壁に設置される耐火物製の投入シュートであって、
   該投入シュートは、原材料の排出方向が水平方向下側に傾斜した傾斜面で形成されるシュート孔を有し、
   該シュート孔は、少なくとも前記傾斜面が耐火物で構成され、且つ、前記傾斜面の水平方向に対する下向き傾斜角度θが５０°以上であり、
   前記傾斜面を構成する耐火物であって、前記上部槽の側壁外殻を形成する鉄皮よりも上部槽の中心側の範囲に施工される耐火物が、上段側シュート出口耐火物と下段側シュート出口耐火物との上下２段で構成され、
   前記上段側シュート出口耐火物が前記下段側シュート出口耐火物に載った状態で施工され、
   且つ、前記下段側シュート出口耐火物の重心が前記上部槽の側壁外殻を形成する鉄皮の内面から２６５ｍｍ以内に位置することを特徴とする、ＲＨ真空脱ガス装置の耐火物製の投入シュート。
2. 前記上段側シュート出口耐火物と前記下段側シュート出口耐火物との接触面が平面であり、該接触面の水平方向に対する傾斜角度φが、上部槽の側壁外殻を形成する鉄皮側から上部槽の中心側に向かって上向き５〜４０°の範囲であることを特徴とする、請求項１に記載のＲＨ真空脱ガス装置の耐火物製の投入シュート。

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