JPH1036904A - 炉体構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】炉体構造を提供する。 【解決手段】れんが、鉄皮又は強制冷却手段を有する鉄
皮及びこれらの間のスタンプ材の３層を備えた炉体構造
であって、スタンプ材層は熱伝導率及び圧縮強さの異な
る２種類のスタンプ材を上下方向に交互に積層施工して
なり、一方のスタンプ材が他方のスタンプ材よりも高い
熱伝導率と低い圧縮強さとを有するもの。 【効果】スタンプ材層全体としてその熱伝導率及び圧縮
強さを向上させ、稼働が進行した後も、れんが巻き替え
時と同等程度の冷却能を維持させることにより、れんが
の溶損防止を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は冶金炉、特に高炉の
炉底部の側壁に好適な炉体構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】総合エネルギー効率および経済的な観点
から、高炉の大型化および操業の過酷化が進んでいる。
特に、操業条件が高温送風、高温出銑および高圧かつ高
出銑比操業に推移しており、高炉耐火物が受ける負荷は
以前と比較にならないほど大きくなっている。

【０００３】最近の高炉寿命は１５年以上となっている
が、この延命理由の一つに耐火物の補修技術の進歩が挙
げられる。例えば、シャフト部れんがでは熱間における
不定形耐火物の吹付補修法やステーブクーラーの取り替
え技術が既に確立しており、この部分のれんがや不定形
耐火物の損耗は炉命を律する要因ではなくなってきてい
る。

【０００４】これに対し高炉炉底部は常時溶銑をプール
しているため、熱間での直接的な補修は非常に困難であ
る。このため、現在までのところ、炉底れんがの直接的
な補修技術は存在せず、高炉炉底部が高炉寿命を律速す
る部位となっている。

【０００５】K.W.Cowling は高炉における炉底れんがの
損傷ラインに対する考え方を整理したが、それによると
炉底れんがの侵食ラインは銑鉄の凝固温度に一致するこ
とになっている。これ以来、炉底れんがの最終侵食ライ
ンは銑鉄の凝固温度である１１５０℃の等温線となると
の考え方が一般化した。現在においても、この考え方を
ベースとして、炉底におけるれんが積み設計や冷却能の
検討が行われている。炉底における冷却能を向上させる
具体的な方策として、建設時、炉底れんが積み高さの
大幅圧縮（薄炉底化）、炉底下部への高熱伝導率黒鉛
質カーボンれんがの採用、炉底鉄皮への散水、ステー
ブおよび水冷配管の設置、鉄皮とカーボンれんが間の
隙間に対する高熱伝導率スタンプ材の施工などが採用さ
れている。

【０００６】鉄皮とカーボンれんがの間の隙間に充填さ
れるスタンプ材では高熱伝導率のものが望ましいが、長
期にわたる稼働の間、鉄皮、スタンプ材およびカーボン
れんがは膨張と収縮とを繰り返すため、鉄皮とスタンプ
材の間およびスタンプ材とカーボンれんが間にの空隙が
発生し、冷却能が低下する。したがって、スタンプ材に
は、高熱伝導率のほか、高圧縮強さおよび或る程度の可
縮性が要求される。しかし現状では、これらの特性をす
べて満足するスタンプ材は開発されていない。

【０００７】上述のような冷却能の低下を防止するため
に、休風時、鉄皮とスタンプ材の間およびスタンプ材と
カーボンれんがの間に黒鉛系の不定形耐火物（圧入材）
の圧入を行っている。

【０００８】空気の熱伝導率は低いため、微小な空隙の
存在でも冷却能は著しく低下する。そのため、微小な空
隙にも確実に充填可能な圧入材と施工方法とが必要とさ
れている。

【０００９】「鉄と鋼」(1987)73、 S73 では、接触する
れんがの濡れ性をよくするため、最初、バインダーが多
く黒鉛の少ない材料を圧入し、順次黒鉛を増やす圧入法
が報告されている。また、特開平４−３１１７５７号公
報に示される高炉炉壁間隙充填用圧入材では、１価アル
コールで炭素粉の表面を適度に浸潤させることにより、
圧入流動性を増し、高残炭量の樹脂の使用を可能として
いる。

【００１０】さらに、特開昭６３−１９０７６６号公報
では、炭素粉末に特定性状のリボン状金属などを添加し
た高熱伝導性スタンプ材が示されている。

【００１１】しかし、「鉄と鋼」(1987)73、 S73および
特開平４−３１１７５７号公報に示す圧入材ではスタン
プ材に匹敵する熱伝導率は得られない。これらの圧入材
の熱伝導率は大きくても５ kcal/(m・hr・℃) であり、
空気層と比較すればこの値は大きいものの、スタンプ材
の熱伝導率１０〜２５ kcal/(m・hr・℃) と比較すれば
小さい。その結果、圧入材による補修を行ってもスタン
プ材の冷却能不足は回避できず、圧入補修はカーボンれ
んがの損傷防止対策として不十分である。

【００１２】また、特開昭６３−１９０７６６号公報に
示されるリボン状金属の添加によってスタンプ材の高熱
伝導率を確保する方法でも、金属自体が炉体稼働後の数
年の経時変化によって酸化物や炭化物に変質するため、
当初の高熱伝導率を維持する事は困難である。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
課題を解決するためになされたものである。本発明の目
的は、炉体を構築する際に、鉄皮とれんがとの間のスタ
ンプ材層が全体として高圧縮強さおよび高熱伝導率を有
するものとすることにより、熱伝導率の低下を防止して
その冷却能を向上させ、れんがの損傷防止が達成できる
ようにした炉体構造を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は次の炉体構造を
要旨とする。

【００１５】れんが、鉄皮およびこれらの間のスタンプ
材の３層を備えた炉体構造であって、スタンプ材層は熱
伝導率および圧縮強さの異なる２種類のスタンプ材を上
下方向に交互に積層施工してなり、一方のスタンプ材が
他方のスタンプ材よりも高い熱伝導率と低い圧縮強さと
を有するものであることを特徴とする炉体構造。

【００１６】上記の鉄皮は強制冷却手段を備えても良
い。

【００１７】高熱伝導率の望ましい範囲は３０〜５０kc
al/(m・hr・℃) 程度、および低熱伝導率の望ましい範
囲は１０〜２９kcal/(m・hr・℃) 程度である。低圧縮
強さ の望ましい範囲は８０〜１２０kg/cm²程度、およ
び高圧縮強さの望ましい範囲は２００〜２５０kg/cm²程
度である。

【００１８】この炉体構造は、カーボンれんがを用いる
高炉の炉底側壁に適用するのが最も望ましい。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の炉体構造を図１および図
２に示す高炉の例に基づいて説明する。

【００２０】図１は、高炉の炉底側壁部に本発明の炉体
構造を適用する場合の例を示す部分水平断面図である。
この構造は、カーボンれんが１、鉄皮３およびこの両者
の間のスタンプ材２の３層を備えている。鉄皮３には、
図示しない空冷または水冷などによる通常の強制冷却手
段（ジャケット、配管、ノズルまたはステーブクーラー
型など）を備えてもよい。

【００２１】カーボンれんが１は、炉底部側壁を構成す
るれんがであり、溶銑に対する耐溶損性が優れているこ
とから一般的に用いられている。スタンプ材２は、カー
ボンれんが１の背面と鉄皮３の内面との間に充填されて
いるものである。このスタンプ材２は、高炉の火入れ前
の昇温時にはカーボンれんが１の熱膨張を吸収し、稼働
中にはカーボンれんが１を冷却することにより、その溶
損防止作用をなすものである。スタンプ材２のこのよう
な作用効果をさらに向上させるためには、スタンプ材２
の層全体にさらに高い熱伝導率および圧縮強さを具備さ
せることが重要である。

【００２２】次に、図２により、本発明の炉体構造にお
けるスタンプ材層の構成例を説明する。

【００２３】図２は、図１の炉体構造を示す部分縦断面
図（図１のＡ−Ａ矢視図）である。スタンプ材２の層
は、図示のように、高熱伝導率かつ低圧縮強さスタンプ
材Ａ（符号４）と低熱伝導率かつ高圧縮強さスタンプ材
Ｂ（符号５）とを上下方向に交互に積層施工したもので
ある。すなわち、一方のスタンプ材Ａ，４と他方のスタ
ンプ材Ｂ，５とでは、熱伝導率および圧縮強さが異なっ
ている。

【００２４】前記のように、高熱伝導率の望ましい範囲
は３０〜５０kcal/(m・hr・℃) 程度、および低熱伝導
率の望ましい範囲は１０〜２９kcal/(m・hr・℃) 程度
である。低圧縮強さの望ましい範囲は８０〜１２０kg/c
m²程度、および高圧縮強さの望ましい範囲は２００〜２
５０kg/cm²程度である。このような特性を有するスタン
プ材は、高炉などでも使用実績がある既存のスタンプ材
の種類の中から選択することが可能である。

【００２５】スタンプ材Ａ（４）およびスタンプ材Ｂ
（５）の上下方向の厚さの望ましい範囲は、いずれも５
０〜２５０mmである。厚さが５０mm未満であると、施工
時に時間がかかり能率的ではない。一方、２５０mmを超
えると、カーボンれんが１の縦断面寸法が５００×５０
０mm程度であることから、カーボンれんが１の熱応力に
よって各スタンプ材４，５が破壊される。さらに望まし
い厚さの範囲はそれぞれ１００〜２００mmである。

【００２６】スタンプ材Ａ（４）およびスタンプ材Ｂ
（５）の水平方向の厚さの望ましい範囲は５０〜１５０
mm程度であるが、炉の種類およびれんがの形状などに応
じた所要冷却能によって決定される。高炉の炉底側壁部
で望ましい範囲は８０〜１００mm程度である。

【００２７】スタンプ材層の施工にあたっては、特性の
異なる２種類のスタンプ材を事前にサンドイッチ状に成
形したものを使用してもよい。

【００２８】上記のような構成の炉体構造とすることに
より、スタンプ材層全体としての高熱伝導率、高圧縮強
さ、さらには可縮性を有効に作用させ、稼働前の昇温時
にはれんが層の熱膨張を吸収することはもちろん、稼働
中にはれんがを冷却することにより、その溶損防止を図
ることができる。

【００２９】次に、異なる特性のスタンプ材を積層しな
い従来の構造における稼働中のスタンプ材の状態を確認
するために、外径４m 、高さ３m の模型実験高炉を用い
て行った実験およびその結果を述べる。

【００３０】実験条件は次のとおりとした。

【００３１】 スタンプ材：表１に示す高熱伝導率のスタンプ材(a) のみ 表１に示す低熱伝導率のスタンプ材(b) のみ スタンプ材厚さ：水平方向１００mm、上下方向１００mm れんが：カーボンれんが（厚さ５００mm、幅５００mm 、長さ２０００mm） 炉内位置：側壁部 れんがの炉内表面温度：min８００〜max１５００℃ 加熱、冷却の繰り返し回数：１０回

【００３２】

【表１】

【００３３】カーボンれんがの内面を加熱、冷却する繰
り返し実験を行った後、カーボンれんがを解体し、スタ
ンプ材層を調査した。

【００３４】その結果、高熱伝導率スタンプ材(a) に
は、多くの割れおよび部分的には黒鉛粉の脱落が生じて
いた。他方、低熱伝導率スタンプ材(b) には、亀裂の発
生もなく、黒鉛粉の脱落も認められなかった。

【００３５】その原因を調べるため、各スタンプ材(a)
および(b) を成形した後、２００℃で還元焼成し、その
圧縮強さと熱伝導率を測定した。表１にその結果を併せ
て示す。

【００３６】表１に示すように、高熱伝導率スタンプ材
では圧縮強さが低く、一方、高圧縮強さスタンプ材では
熱伝導率が比較的低いことがわかった。

【００３７】上記実験から明らかなように、高熱伝導率
スタンプ材(a) では圧縮強さが低いため、稼働中のカー
ボンれんがおよび鉄皮などの膨張収縮により亀裂が生
じ、これが冷却能の著しい低下の原因となる。逆に、高
圧縮強さスタンプ材(b) では保形性が良好であるが、熱
伝導率が小さいため冷却能は低い。すなわち、どちらに
しても、カーボンれんがの溶銑などに対する耐溶損性は
悪化する。

【００３８】このように、従来、高熱伝導率、高圧縮強
ささらには高炉火入れ時の熱応力を吸収するための可縮
性を満たすスタンプ材の開発はまだなされていない。し
たがって、図２に示すような、熱伝導率および圧縮強さ
の異なる２種類のスタンプ材を上下方向に交互に積層す
る構造によって、スタンプ材層全体として上記の各性能
を満たして冷却能を向上させ、れんがの溶損防止を図る
のである。冷却能は、稼働が進行した後も、稼働初期と
同等程度に維持することができる 。

【００３９】

【実施例】図１および図２に示す構成の炉体構造を、外
径４m および高さ３m の模型実験高炉の側壁に適用し、
前記と同様の実験および調査を行った。

【００４０】実験条件は次のとおりとした。

【００４１】スタンプ材Ａ：表１に示す高熱伝導率かつ
低圧縮強さ材(a) スタンプ材Ｂ：表１に示す低熱伝導率かつ高圧縮強さ材
(b) 各スタンプ材厚さ：水平方向１００mm、上下方向１００
mm れんが：カーボンれんが（厚さ５００mm、幅５００mm
、長さ２０００mm） れんがの炉内表面温度：min８００〜max１５００℃ 加熱、冷却の繰り返し回数：１０回 実験を終了した後、カーボンれんがを解体してスタンプ
材層を調査した結果、亀裂の発生もなく、黒鉛粉の脱落
も認められなかった。

【００４２】

【発明の効果】本発明の炉体構造によれば、スタンプ材
層全体としてその熱伝導率および圧縮強さを向上させ、
稼働が進行した後も、稼働初期と同等程度の冷却能を維
持させることにより、れんがの溶損防止を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】高炉の炉底側壁部に本発明の炉体構造を適用す
る場合の例を示す部分水平断面図である。

【図２】図１の炉体構造を示す部分縦断面図（図１のＡ
−Ａ矢視図）である。

【符号の説明】

１：カーボンれんが、２：スタンプ材、３：鉄皮、４：
高熱伝導率、低圧縮強さのスタンプ材Ａ、５：低熱伝導
率、高圧縮強さのスタンプ材Ｂ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】れんが、鉄皮およびこれらの間のスタンプ
   材の３層を備えた炉体構造であって、スタンプ材層は熱
   伝導率および圧縮強さの異なる２種類のスタンプ材を上
   下方向に交互に積層したものであり、一方のスタンプ材
   が他方のスタンプ材よりも高い熱伝導率と低い圧縮強さ
   とを有するものであることを特徴とする炉体構造。