JPH09279218A

JPH09279218A - 耐火物施工体の冷却・加熱方法及びそれを用いた精錬容器の温度調整方法

Info

Publication number: JPH09279218A
Application number: JP11713496A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Nakamura; 幸弘中村; Hiroshi Imagawa; 浩志今川
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-04-16
Filing date: 1996-04-16
Publication date: 1997-10-28

Abstract

(57)【要約】【課題】耐火物施工体の温度を任意に調整すること
で、耐火物の溶損を抑制したり、耐火物の放冷時あるい
は加熱時に生ずる熱応力を緩和することで、耐火物施工
体の耐用性を向上させる。【解決手段】耐火物施工体の背面及び／または施工体
中に熱交換器を設置し、その中に該熱交換器が必要とす
る温度に対応した温度の溶融塩及び／または水ないし水
蒸気を媒体として流して、耐火物施工体を冷却あるいは
加熱する。この方法を用いて、精錬容器内に溶融金属が
ある時には冷却し、精錬容器内に溶融金属がない時には
加熱して、精錬容器の耐火物施工体の温度を調整するこ
とで、耐火物施工体の耐用性を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】溶融金属を処理する精錬容器
に用いられている耐火物施工体の冷却・加熱方法及びそ
れを用いた精錬容器の温度調整方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、溶融金属を処理するプロセスで
は、転炉ではＭｇＯ−Ｃ，ドロマイトれんが、脱ガス処
理設備ではマグ・クロれんが等が用いられていた。そし
て、精錬容器の耐用性については、主に精錬容器内に施
工、ライニングされた耐火物の材料開発において超寿命
化を図ってきた。

【０００３】特に、最近の溶融金属の精錬処理では、塩
基性の高いスラグが多く、耐火物材料としてもＭｇＯ，
ＣａＯ等の塩基性耐火物の使用が殆どである。これらの
塩基性耐火物は、スラグ浸潤が大きく、溶融金属精錬処
理後の待機時に炉内が冷却され、次の溶融金属を受鋼し
た時に、熱衝撃を受け耐火物内部に熱応力が発生し、耐
火物内の強度変化が大幅に変化するスラグ浸潤層近傍で
亀裂が入り剥離を生ずることがしばしばである。

【０００４】そのため、この耐火物の構造スポールを抑
制するために、精錬窯炉内をタップ間に保温することも
検討されている。また、このスラグ浸潤の防止、耐熱衝
撃性向上を目的に炭素含有耐火物が用いられるが、炭素
を含有することにより、熱伝導が大きくなり、鉄皮温度
の上昇による鉄皮変形、あるいは放散熱量の増大等の問
題もある。

【０００５】精錬容器の長寿命化のためには、従来から
耐火物施工体の背面及び施工体中に、パネル、ボック
ス、ジャケット等の熱交換器を設置し、その内部を通過
させる媒体として、空気、水あるいはそれらの混合物が
用いられ、それらを熱交換器を通過させることで耐火物
の冷却を行い、溶融金属精錬処理時の耐火物内の温度を
低下させ、スラグ、溶融金属との化学的反応を抑制した
り、耐火物気孔内に侵入するスラグ浸潤層厚みを小さく
することが行われてきた。

【０００６】しかしながら、溶融金属が容器内に無い待
機中においても、耐火物施工体内に蓄熱した熱を必要以
上に系外に持ち去り精錬容器が冷却され、熱ロスが大き
い課題もあった。

【０００７】また、塩基性耐火物の使用時には、待機中
に必要以上に耐火物施工体を冷却するために、精錬処理
開始時に溶融金属を装入したときの熱衝撃により、浸潤
層近傍からの剥離が懸念される。そのために、精錬容器
の耐用性向上は、実質的には耐火物の材料開発で近年ま
で耐用性を向上させてきた。

【０００８】しかしながら、現状では耐火物にとっては
益々過酷な精錬条件であり、材料開発だけでは大幅な耐
用性向上が望めない状況にある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる状況
に鑑み、精錬容器の耐用性を向上させることを目的とし
て、溶融金属の精錬処理中は、耐火物施工体の稼動面
が、溶融金属、スラグに接して高温状態になり、侵食を
伴う化学反応が激しく生じるため、できるだけ耐火物を
低温で保持できるように、耐火物施工体の背面および内
部から冷却して、耐火物と溶融金属、スラグとの化学的
反応を抑制する。

【００１０】一方、溶融金属の精錬処理終了から次の精
錬処理までのタップ間には、精錬容器の冷却を抑えるた
めに、耐火物施工体の背面および内部から加熱して、耐
火物の耐スポーリング性を補い、それによって精錬容器
の長寿命化を図ろうとするものである。

【００１１】すなわち、本発明は、耐火物施工体の温度
を任意に調整することで、耐火物の溶損を抑制したり、
耐火物の放冷時あるいは加熱時に生ずる熱応力を緩和す
ることで、耐火物施工体の耐用性を向上させることを目
的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明では、耐火物施工
体の背面および／または施工体中に熱交換器を設置し、
その中に該熱交換器が必要とする温度に対応した温度の
溶融塩及び／または水ないし水蒸気を媒体として流し、
耐火物施工体を冷却あるいは加熱するものである。

【００１３】さらに、この方法を適用して、精錬容器内
に溶融金属がある時には冷却し、精錬容器内に溶融金属
が無い時には加熱して、精錬容器の耐火物施工体の温度
を調整する。

【００１４】すなわち、耐火物施工体の背面および施工
体中に設置したパネル、ボックス、ジャケット等の熱交
換器を通過する媒体により耐火物施工体の温度を調整す
るため、冷却の際には低温の媒体を、加熱時には高温の
媒体を用いる。低温の媒体としては、水が最も一般的
で、高温側の媒体としては水蒸気が一般的である。

【００１５】しかしながら、精錬容器内への漏洩等を考
えた場合は、水の場合には、約１０００倍に体積膨張し
て、水蒸気爆発を起こす危険性がある。また、熱媒体
を、例えば水と溶融塩のように２種類使用することは、
システムが複雑になる。したがって、１種類で両者を満
足できる媒体で、さらには冷却時、加熱時に熱交換した
熱を有効に利用するために、熱媒体としては、溶融塩単
独を用いるのが最も好ましい。

【００１６】冷却、加熱での熱エネルギーを合理的に運
搬する熱媒体としては、水が最も一般的であるが、耐火
物施工体の加熱に使用するには、高温が必要であり、水
の場合、高温での蒸気圧が高いため使用する際には高圧
になり、耐火物の加熱媒体として使用するには扱いにく
い。

【００１７】その他の熱媒体として、低温でも液体状体
であり、高温でも蒸気圧が低く、安定性や伝熱性能がよ
く、取り扱い易いものが望ましい。これらを満足する熱
媒体として、有機化合物系熱媒体、無機系熱媒体の適用
が考えられる。有機化合物としては、油が一般的であ
り、高温でも使用できるダウサムＡ、エッソサーム等が
あるが、３５０℃以上では分解して変質するため適用温
度範囲が狭い。

【００１８】これに対し、無機系熱媒体としては、溶融
塩、溶融金属がある。溶融金属は、かなり高温まで使用
されるが、発火性、高融点、高価格などの点で使用範囲
が限定される。

【００１９】溶融塩は、高温でも蒸気圧が非常に低く、
伝熱性能のよい液体として高温まで使用できる。ここで
いう溶融塩とは、無機塩の溶融体で、熱媒体として利用
しやすい溶融塩は、イオン性液体である。特に、熱媒体
として使用するために、常圧・低粘性・高密度の安定な
液体で高熱容量のものが望ましい。溶融酸素酸塩、例え
ば硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩は、これらの特性を満足し、
液体状態でも安定な錯イオン、ＮＯ₃ ^-、ＳＯ₄ ^2-、ＣＯ
₃ ^2-が安定に存在している。したがって、熱媒体として
は、溶融塩及び／または水ないし水蒸気が実質的には使
用できる。

【００２０】特に、溶融塩は、液相状態のみでその顕熱
を利用してエネルギーを運搬する。溶融塩は、種類とし
て、アルカリ・ハライド、酸素酸塩があるが、常圧、低
粘性、高密度、安定性から考えて、溶融酸素酸塩が望ま
しい。ＮａＮｏ₃−ＫＮＯ₃−ＮａＮＯ₂からなる溶融
塩で、一般的に、ＨＴＳ（Heat Transfer Salt）と呼ば
れ、高熱伝導率、高熱容量、低所用動力、比較的低融
点、熱的安定性、低コスト、低腐食性等の特性を有して
いる。特に、使用温度範囲が広く、凝固点が１４２℃で
あり、５５０℃までは安定して使用でき、耐火物施工体
内の温度を調整する熱媒体としては、温度、安全面から
も優れている。

【００２１】精錬容器内に溶融金属がある精錬処理中
は、耐火物の熱負荷が大きいため、耐火物施工体の背面
及び施工体中に設置した熱交換器の熱媒体として、溶融
塩、水、水蒸気を使用し、耐火物を冷却する。

【００２２】精錬容器内に溶融金属が無い時には、精錬
容器の冷却を防ぐために、熱媒体として高温の溶融塩、
水蒸気を用いて耐火物施工体を加熱する。

【００２３】熱効率的に優位なのは、耐火物施工体を冷
却する間に熱交換し、低温の媒体を高温の媒体にして貯
蔵し、溶融金属の精錬処理終了から次の処理までの精錬
容器内に溶融金属が無い待機中に精錬容器の冷却を防ぐ
ために、貯蔵された高温の熱媒体をパネル、ボックス、
ジャケット等の熱交換器に逆に流すことで、耐火物を保
温・加熱し、その間に高温の熱媒体を熱交換し低温にし
て貯蔵する。これを繰り返すことで最小限のエネルギー
で、耐火物施工体の冷却・加熱を繰り返すことができ
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】次に、図面に基づいて、本発明に
係る脱ガス設備ＲＨの炉体等の耐火物施工体を冷却・加
熱する方法について具体的に説明する。

【００２５】ＲＨの耐火物のライニングは、通常、マグ
・クロれんがが用いられているが、最近の二次精錬条件
が耐火物にとって過酷な条件であり、その耐用性の向上
が望まれている。溶鋼の温度が高温で溶鋼処理中の耐火
物は、化学的な溶損の他に、溶鋼流動による摩耗も激し
く、熱間強度の向上が必要である。さらに、マグ・クロ
れんがの欠点として、スラグの浸潤層が大きく、待機中
の炉内の温度低下により構造スポールによる剥離も激し
い。

【００２６】図１に、ＲＨ下部層に本発明を適用した耐
火物の冷却・加熱システムの模式図を示す。図１中、１
はマグ・クロれんが、２はパーマれんが、３は鉄皮、４
はパネル、５は低温側の溶融塩タンク、６は高温側の溶
融塩タンク、７，８は三方弁、９，１０はヒータ、１１
は冷却蛇管を示す。

【００２７】マグ・クロれんが１、パーマれんが２、鉄
皮３の背面にパネル４を設置し、溶鋼の処理中は低温側
の溶融塩タンク５から、低温の溶融塩を三方弁７を経由
し冷却媒体として流し、マグ・クロれんが１を冷却す
る。この過程で、低温の溶融塩は熱交換し、高温の溶融
塩として三方弁８を経由し、高温側の溶融塩タンク６に
貯蔵する。

【００２８】溶鋼の処理が終了し、次のタップまでに炉
内の冷却を抑制するために、高温側の溶融塩タンク５か
ら三方弁７を経由し、パネル４内に流すことで、マグ・
クロれんが１の保熱・加熱を行い、高温の溶融塩は冷却
され低温となり、三方弁８を経由し、低温側の溶融塩タ
ンク５に戻される。

【００２９】低温側の溶融塩タンク５は、溶融塩が凝固
しないように、ヒータ９を有し、高温側の溶融塩タンク
６は、溶融塩の温度を調整できるようにヒータ１０と冷
却蛇管１１を有する。

【００３０】低温側、高温側の溶融塩の温度は、耐火物
のライニング厚、使用チャージ数による残存厚みの変化
等で、背面側の温度が変化するため、任意に温度を設定
すればよい。さらに、配管については、溶融塩が凝固し
ないように、断熱材、ヒータ等で温度が低下しないよう
に考慮すべきである。使用する溶融塩は、その条件にあ
った仕様のものを選択できる。

【００３１】一方、溶融塩の炉内への漏洩が何らかの方
法で対処できるならば、低温側の温度は、溶融塩の凝固
温度以下に水を添加することで低下させることが可能で
ある。

【００３２】例えば、ＨＴＳは凝固点が１４２℃である
が、４０％の水を加えると、凝固点は３０℃まで低下さ
せることができる。この水は、高温側で次第に蒸発し、
３００℃で水はなくなる。この場合は、高温側に蒸気抜
きが必要である。

【００３３】何らかのトラブルでパネルに穴があき、溶
鋼中に漏洩した場合は、水蒸気爆発の問題があり注意が
必要であるが、運転開始、停止時の操作は容易で、溶融
塩の予熱装置、保熱装置も不要になるため、設備的には
有利である。溶融塩だけの漏洩であれば、水に比べ爆発
の規模は非常に小さいと言われている。

【００３４】また、低温側の熱媒体としては、水、水蒸
気も可能である。高温側の熱媒体としては、水蒸気単独
の場合もあり得る。図１においては、低温側の熱媒体を
高温側に熱交換し、貯蔵する方法を示しているが、低温
側、高温側単独で熱交換しない場合もあり得る。

【００３５】

【実施例】図２に、耐火物施工体背面の冷却・加熱効果
を調査するラボ試験装置の模式図を示す。図２（ａ）
は、マグ・クロれんがの表面を加熱する状態のラボ試験
装置の模式図、図２（ｂ）は、マグ・クロれんがの表面
に、転炉スラグを吹き付けた状態のラボ試験装置の模式
図である。尚、図２において、図１に示した耐火物の冷
却・加熱システムと同様の機能を有する部材には、同一
の符号を付して説明する。また、図２中、１２は溶射バ
ーナ、１３はＬＰＧ、１４は酸素、１５はスラグを示
す。

【００３６】図２に示すようなラボ試験装置を試作し、
耐火物施工体背面の冷却・加熱効果を調査した。図２に
示すラボ試験装置では、銅製のパネル４の前面に、マグ
・クロれんが１をライニングし、マグ・クロれんが１と
パネル４の間は、カーボンペーストとモルタルを混合し
た物で埋め、マグ・クロれんが１との接触を十分にし、
熱抵抗を少なくした。比較例として、全く冷却・加熱し
ない、すなわち冷却媒体を通過させない場合と比較し
た。

【００３７】まず、図２（ａ）のように、マグ・クロれ
んが１の表面温度が１６００℃になるように溶射バーナ
１２を用い加熱した。耐火物の温度が定常状態になった
時のパネル４の前面の中心部温度は、４５０℃であっ
た。

【００３８】その後、図２（ｂ）のように、溶射バーナ
１２より転炉スラグ（Ｃ／Ｓ＝３）を吹き付け、マグ・
クロれんが１にスラグ１５を浸潤させた。溶射浸食試験
後、溶射バーナ１２にて、マグ・クロれんが１の表面が
１０００℃になるように保温した。

【００３９】しかしながら、マグ・クロれんが１の表面
温度が１１００℃になったとき、表面から３０ｍｍ程度
の深さの所からマグ・クロれんが１が剥離した。冷却
後、マグ・クロれんがを調査したところ、スラグ１５の
浸潤深さは、表面から３０ｍｍ程度であり、剥離はこの
部分から起こっており、構造スポールによるものと推察
される。

【００４０】次に、図２（ａ）のように、低温側の溶融
塩タンク５の溶融塩の温度を２００℃に設定し、三方弁
７を介してパネル４内に溶融塩を通過させ、三方弁８を
介して高温側の溶融塩タンク６に溶融塩を流して、マグ
・クロれんが１の表面温度が１６００℃になるように、
溶射バーナ１２にて加熱した。

【００４１】その後、温度が定常状態になり、表面温度
は１６００℃、パネル４の前面耐火物中心部の温度は３
００℃で、三方弁８を通過する溶融塩の温度は２８０℃
であった。

【００４２】それから、図２（ｂ）のように、溶射バー
ナ１２より転炉スラグ１５を吹き付け、マグ・クロれん
が１にスラグ１５を浸潤させた。これまでは、低温の溶
融塩にて、マグ・クロれんが１の背面を冷却した。

【００４３】次に、溶射バーナ１２にて、マグ・クロれ
んが１の表面温度が１０００℃になるように保温した。
このとき同時に、事前に高温側の溶融塩タンク６に貯蔵
した溶融塩を５００℃に予熱し、三方弁７を介して高温
の溶融塩をパネル４内に通過させ、三方弁８を介して低
温側の溶融塩タンク５に移動させた。マグ・クロれんが
１の表面温度が１１００℃になった時でも、何の変化も
なく、マグ・クロれんが１の表面温度が１０００℃で一
定に保った。

【００４４】溶射バーナ１２を止め、ゆっくりと熱媒体
の溶融塩を流しながら、マグ・クロれんが１の冷却を行
った。常温に戻るまで、剥離現象は見られなかった。冷
却後、マグ・クロれんが１の断面を調査したところ、ス
ラグ１５の浸潤層は、１５ｍｍ程度に留まっていた。

【００４５】これは、背面からの冷却で、マグ・クロれ
んが１内の温度分布が変化し、浸潤層が薄くなったもの
と思われる。また、浸潤部近傍からの剥離が生じなかっ
たのは、マグ・クロれんが１稼動面の冷却時に、背面か
らの高温の溶融塩による保温、加熱によりマグ・クロれ
んが１内の温度分布が変化して、マグ・クロれんが１の
表面と内部の温度差が小さく、それに伴い熱応力も小さ
かったからと考えられる。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、冷却時には耐火物内の
温度が低下することで化学的溶損量が減り、塩基性耐火
物の場合は、スラグの浸潤層厚みが小さくなる。さら
に、加熱時においては、耐火物を加熱することで、耐ス
ポーリング性を向上することができ、精錬容器の長寿命
化が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を用いた耐火物の冷却・加熱システムの
模式図である。

【図２】耐火物施工体背面の冷却・加熱効果を調査する
ラボ試験装置の模式図を示し、（ａ）は、マグ・クロれ
んがの表面を加熱する状態を示す図、（ｂ）は、マグ・
クロれんがの表面に、転炉スラグを吹き付けた状態を示
す図である。

【符号の説明】

１マグ・クロれんが２パーマれんが３鉄皮４パネル５低温側の溶融塩タンク６高温側の溶融塩タンク７三方弁８三方弁９ヒータ１０ヒータ１１冷却蛇管１２溶射バーナ１３ＬＰＧ１４酸素１５スラグ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】耐火物施工体の背面及び／または施工体中
に熱交換器を設置し、その中に該熱交換器が必要とする
温度に対応した温度の溶融塩及び／または水ないし水蒸
気を媒体として流して、耐火物施工体を冷却あるいは加
熱することを特徴とする耐火物施工体の冷却・加熱方
法。
【請求項２】請求項１記載の方法を用いて、精錬容器内
に溶融金属がある時には冷却し、精錬容器内に溶融金属
がない時には加熱して、精錬容器の耐火物施工体の温度
を調整することを特徴とする精錬容器の温度調整方法。