JPH11293313A - 高炉用出銑孔用耐火物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の出銑孔の持つ溶銑、溶滓に対する耐化
学性耐食性と高温下での耐摩耗性の低さと亀裂や割れの
発生の多さなどの問題点を解決し、安定した連続出銑を
可能とし、出銑孔の開閉作業回数を少なくし、安定した
使用条件で使用できることで損傷度を少なくすることの
できる高炉用出銑孔用耐火物を提供することを技術的課
題とする。 【解決手段】 高炉の出銑孔を形成する耐火物におい
て、出銑孔部のスリーブ材内層部の出銑孔壁の外周部孔
内壁面により近い位置に出銑孔に沿って円筒状に空隙部
を形成し、強度が不足する場合は空隙部内に任意の支柱
を設け、空隙部または空隙部とスリーブ材の組織上の空
隙部に揮発成分を含有する炭素質物を含浸または挿入し
て保有させる。 【効果】 安定した連続出銑を可能としたために、３Ｋ
作業である出銑孔の開閉作業機会が減少し、出銑孔の損
傷量（孔の溶損量と溝状の異状損傷量を加算した総損傷
量）も少なくなり、安定した使用条件で使用できるよう
になった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高炉の出銑孔部に装
着して出銑孔を形成する高炉用出銑孔用耐火物に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】高炉の出銑孔は現在一般には珪酸塩原料
およびまたは中アルミナ質原料に粘土質原料、炭素質
材、炭化珪素質材または窒化珪素質材の一者もしくは二
者以上が配合され水またはタール、ピッチおよび樹脂等
をバインダーとして混練された軟らかい練土状の不定形
耐火物（以下マッド材と称する）を閉塞材として用いて
閉塞して操業され、溶銑の出銑時はこのマッド材を開孔
機により必要な大きさの鉄棒状キリにより孔を穿孔する
ことにより開孔して出銑孔として溶銑の出銑を行なって
いる。

【０００３】近年の高炉は、４０００〜５０００ｍ³と
ますます大型化されてきていることと操業方法もコーク
ス比をより低くするため高炉の羽口から熱風のみならず
熱風と重油、ピッチ粉や石英の微粉、微粉炭等々の燃料
を共に炉内に吹き込むことによりコークス比が引き下げ
られ燃費の節減に効果をあげるとともに炉の性能も高ま
り、出銑量が増加してきている。

【０００４】このため現在一般に用いられている練土状
のマッド材では出湯時、溶銑や溶滓による摩耗や化学反
応による溶損が大きく長時間連続出銑が不可能となり正
常な出銑を行なうには複数の出銑孔を使用することとな
るための開閉作業回数が増し、その作業が１日６〜７回
と数え、頻繁となってきている。

【０００５】この出銑孔の開閉作業は高温下で煤煙、塵
埃が多くたちこめる中での悪環境下での作業で、代表的
な３Ｋ作業であり、環境衛生上および作業の安全上にも
大きな問題を抱えている。そのうえ、出銑孔の耐用上の
問題のみならず溶銑、溶滓の湯道となる主樋、スキンマ
ー部、溶銑樋やノロ樋等、これらの各部も加熱、冷却の
頻度が多くなる等その使用条件もますます過酷となり樋
全体の損傷も激しくなることより、保全作業の機会も増
しているのが現状である。

【０００６】最近これらの問題点を解決するために特開
平２−２０５６１号公報では出銑孔に円筒形の耐火物ス
リーブを装着して出銑口を形成する方法（以下先行技術
と称する）が開示され長寿命化がはかられ、多少の改善
傾向が見られるがいまだ満足する結果を得るスリーブ材
がなく、大きな問題が未解決のままでこの改善が強く求
められているのが現状である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は前記の如
き現状に鑑み、現在抱えている諸問題を解決するため、
出銑孔を構成する耐火物が溶銑、溶滓に対する耐化学的
侵食性と高温下での耐摩耗性が高く、しかも亀裂、割れ
の発生が小さく使用上に悪影響をおよぼさない等の特性
を具備し、少なくとも６時間以上の長時間を安定して連
続出銑を可能とし、出銑孔の開閉作業を一日に３回程度
となし、出銑孔開閉作業のための用員を２４時間配置す
ることなく省人化が計られしかも連続出銑を行なうこと
により主樋以下の湯道の使用条件が一定し、安定して使
用することができるようになることにより損傷度を少な
くすることのできる高炉出銑孔用耐火物を提供すること
を技術的な課題とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は前述したよ
うな諸問題を解決するためいろいろ調査検討し、研究を
重ねた結果、まず高炉の出銑孔の使用条件より高炉用出
銑孔用耐火物に求められる特性は、 １．熱間での強度と粘性が高く高温下での耐摩耗性が高
いこと。 ２．溶銑、溶滓に対する反応性が小さいこと。 ３．耐衝撃性が高いこと（使用上有害な亀裂、割れが発
生しないこと）。 等が求められる。

【０００９】これらの特性を満たすため、出銑孔用材と
していろいろな耐火物材につき実用試験を重ねてきた結
果、圧縮強さ８００ｋｇ／ｃｍ²以上、熱間曲げ強さ１
４００℃で６０ｋｇ／ｃｍ²以上、熱間線膨張率１００
０℃で０．６％以下の特性を有する珪酸塩質材、ハイア
ルミナ質材、アルミナ質材の一者もしくは二者以上と炭
素質材、炭化珪素質材、窒化珪素質材および窒化アルミ
ニウム質材のうち、二者以上で構成する複合材が最も良
い結果を得ることを見い出したが、目標とする６時間以
上の連続出銑を行なえる成績を修めることができる者で
はなく、現在の問題点を充分に解決するには至らず、さ
らにいろいろ実用試験を重ねながらの幾多の試験より、
タール、ピッチ、アスファルトおよび樹脂等の揮発分と
炭素を持ちかつ加熱することにより軟化溶融して液状化
する物質の一者もしくは二者以上の混合物を組織内の空
隙部に含浸、保有させることが有効であることを見い出
した。

【００１０】これは揮発成分を含む炭素質物を含浸させ
ることにより、使用中の受熱により揮発分がガス化し、
出湯孔回りの内面へ噴出することにより内表面がガスシ
ールされて溶湯のアタック度を非常に小さくすること、
および溶銑や溶滓に対して反応性の小さい特性を有する
炭素質材が有効に働き、損傷度を改善し軽減させている
ことを知り得た。

【００１１】このような有効な結果を多く取り入れるた
めにさらに研究を重ねた結果、これら揮発性成分を含有
する炭素質物であるタール、ピッチ、アスファルトおよ
び樹脂等をより多く、高炉用出銑孔用耐火物の出銑孔回
りに積極的に保有させてより長時間出銑孔内に噴出させ
効果を持続させることができることより高炉用出銑孔耐
火物に、より多く保有させることに着目し、出銑孔を中
心として出銑孔内面部により近い位置の内層部に出銑孔
に沿って、空隙部を設けるがこの空隙部の内側を形成す
る出銑孔の壁が強度的に弱くなり不具合を生ずる恐れが
あればこの空隙部内の内壁と外壁の間に支え部（支柱）
を設けることが好ましい。また出銑孔に沿って設ける空
隙部はスリーブの内層部に密閉型でもまた開放型でも良
い。

【００１２】このように設けられた空隙部や空隙部とス
リーブの組織内の粒子間空隙部にもタール、ピッチ、ア
スファルトおよび樹脂等の熱間において揮発性成分を含
有する炭素質物（以下改良材と称する）を加熱溶融して
液状化させて挿入、またはスリーブ全体を浸漬させて含
浸することにより全空隙部に浸溜、保有させることによ
り、前述のごとくスリーブの使用時に出銑孔内を流れ出
る溶銑よりの受熱により保有させた改良材が溶出または
分解、揮発してガスを噴出することにより出銑孔内部が
ガスシールされて溶湯、溶滓のアタックを抑制し軽減す
る作用を有し、さらに残溜する炭素質材は溶湯、溶滓と
の反応性を小さく耐食性の改善効果を有する。改良材を
積極的に溜める空隙部の位置は出銑孔の内壁を保護させ
ることを第一の目的とするため、全てを出銑孔内壁部に
噴出させたいことより、その噴出量を出銑孔内壁面に他
の部位より大とすることが必要であり、空隙層を境とし
て出銑孔内壁層は他の部位より総合通気性を大きくす
る。

【００１３】また同材質で構成する場合は出銑孔の内壁
層を薄くして噴出を容易となし、内蔵する改良材が受熱
し分解し、揮発してガス化するガス体による内壁の保護
と残溜炭質材による溶損の改善を有効に導き出して、出
銑孔内壁面の損傷を軽減できることにより耐用寿命が大
巾に向上して長時間連続出銑することを可能とし、操
業面、作業環境面、３Ｋ作業の回数減による省人化
に大きな効果をあげるとともに炉外の主樋、スキーマー
部、溶銑樋およびスラグ樋等の溶損度も小さくなるな
ど、現在の問題点を解決し、さらに大きな副効果をもた
らすことのできた高炉出銑孔用耐火物のスリーブ材をこ
こに提供するものである。

【００１４】（限定理由） スリーブ材の品質特性値のうち、圧縮強さ８００ｋｇ
／ｃｍ²以上、熱間曲げ強さ１４００℃で６０ｋｇ／ｃ
ｍ²以上、熱間線膨張率を１０００℃で０．６％以下と
する。スリーブ材の組織の強さが使用時の諸条件に耐え
ることに必要な特性値を示したもので、これらの強度、
圧縮強さや熱間曲げ強さを下まわると前者は強度不足に
よる割れ、後者は使用初期の溶損流による不規則損傷を
生ずる可能性が大きいため、また熱間線膨張率が高くな
ると対熱衝撃抵抗性が小さくなり割れを生ずる危険性が
出るためである。 スリーブ材の出銑孔回りの内層部に空隙部を設ける。
スリーブ材の出銑孔回りの内層部に空隙部を設けるのも
揮発性成分を含有する炭素質物であるタール、ピッチ、
アスファルトおよび樹脂等の一者もしくは二者以上の混
合物をより多く保有させるためである。これらの揮発性
成分を含有する炭素質物は使用時に溶銑、溶滓よりの受
熱により溶融して液状化しさらには揮発性成分が分解、
揮発してガス化してともに出銑孔内に噴出してきてこの
噴出物によりガスシール現象や孔内表面を覆うことによ
る保護効果が大きい。これらのものをスリーブ材の組織
的空隙部のみならず、より多くを積極的に内蔵させてよ
り長くより効果を大きくするためである。 スリーブ材の内層部に設ける、タール、ピッチ、アス
ファルトおよび樹脂等である揮発分を含有する炭素質物
を溜める空隙部をスリーブ材の出銑孔内壁面のより近い
部位とする。出銑孔を通過する溶湯よりの受熱によりス
リーブ材の組織の空隙部および設けられた空隙層に保有
された揮発成分を含有する炭素質物であるタール、ピッ
チ、アスファルトおよび樹脂等が、溶融して液状化しさ
らに分解、揮発してガス化してこの噴出する物質により
スリーブ材の出銑孔内壁を保護することを目的としてい
るため、他の部位への噴出を抑えて出銑孔内壁面により
集中させることが効果を高めることにつながるためであ
る。以下、実施例について記述する。

【００１５】

【実施例】実施例に用いた原材料の化学成分値を表１
に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】実施例材の粒度構成を表２に示す。

【００１８】

【表２】

【００１９】基礎試験材の配合比率を表３に示す。

【００２０】

【表３】

【００２１】表１に示した各種耐火材料を表２、表３に
記されているような粒度構成にし、配合を行い、基礎試
験材１材、２材、３材はＳｉＯ₂系無機質バインダー
（コロイダルシリカ材）を３重量％と水３重量％とを添
加して混練したのち、振動台上で加振脱泡工程を行った
のち吸水性鋳型を振動台に取り付けて振動させながら鋳
型内に徐々に投入して加振充填し成形を終え、養生し、
保形できる強度に硬化したのち脱型、乾燥して１材と２
材は雰囲気を調整することなくトンネル窯で最高１５５
０℃、総時間７２時間で焼成し製出する。また３材は雰
囲気焼成炉で窒素雰囲気に調整して珪素質材を窒化させ
ながら最高１５５０℃、総時間７２時間を要し焼結させ
て製出する。尚、４材は水を１２重量％添加し、混練し
た後３材同様窒素雰囲気中で同じ焼結行程により焼結さ
せて製出した。この基礎試験材の品質特性値を表４に示
す。

【００２２】

【表４】

【００２３】以上の表４に示される品質特性値および高
周波誘導炉の内張り方式による侵食試験の結果より基礎
試験材（ＳｉＣ質材７０重量％、アルミナ質材３０重
量％）を選び、内径４５ｍｍ、外径１３０ｍｍ、長さ５
００ｍｍの形状の一層形状を基本形状とし、図１のよう
にセットされた本発明の高炉用出銑孔用耐火物（スリー
ブ材）２はこの形状のスリーブ材の内孔壁面より２０ｍ
ｍの位置に内孔壁面に沿って厚み２ｍｍの空隙部４を上
端と下端２５ｍｍを残し、さらに内層部３の強度面の補
助のため約６０ｍｍ間隔に約１５ｍｍ径の支柱５を同材
質により同時成形して作る。この際、出銑孔１に沿って
設ける空隙部４はスリーブ材２の内層部３において図２
のように密閉型であってもよいし、図３のように封止材
を用いた開放型であってもよい。この一層形状の基本形
状体と本発明の形状体を基礎試験の試料製作方法と同
様、湿式原料調整を行い、振動台上に吸水性鋳造を取り
付けて振動させながら鋳型内に徐々に投入して加振充填
し成形して養生し、保形できる程度に硬化したのち脱
型、乾燥して雰囲気を調整することなくトンネル窯にて
最高１５５０℃で総時間７２時間で焼成する本発明品の
実用実施例材は前記のごとき基本形状で内孔壁面に沿っ
て内層部３に空隙部４を持つ構造としたスリーブ材２を
中ピッチを２２０℃に加熱し、溶解しこの溶液中に浸漬
してこの空隙部４とスリーブ材２の組織空隙部に滲透さ
せて製造する。

【００２４】比較例材は同材による一層品、比較例
材は同一層材の組織空隙部４に改良材の中ピッチ材を含
浸して製造する。これらのスリーブの外周部にモルタル
を塗布して圧入施工をする。比較例材は基礎試験材４
材の練土状のマッド材を閉塞機を用いて直接圧入施工を
行ない実用に供する。実用実施条件は以下の通りであ
る。 １．高炉の大きさ ４２８８ｍ³ ２．出銑時の溶湯温度 １５５０〜１５７０℃ ３．耐用寿命限度 ５．５Ｔ／分 実用実施例による使用結果を表５に示す。

【００２５】

【表５】

【００２６】

【発明の効果】以上実用実施例による使用結果は表５に
示されるように本発明品材は出銑量５．５Ｔ／分まで
の連続出銑時間が４８９分に対して比較例材材、
材、材はそれぞれ２８６分、３４９分、２２３分であ
り出銑孔の損傷量を孔の溶損量と溝状の異状損傷量を加
算して総損傷比で示せば現在最も一般的に用いられてい
る練土状不定形耐火物マッド材材に比べて３８．６％
の損傷量にとどまっている。また同材質１層式材でスリ
ーブ材の組織空隙部に同じようにピッチを含浸した比較
例材に比べての総合損傷比も６３．２％にとどまり材
質、スリーブ材の形態およびスリーブ材の組織化の空隙
部やピッチ保有空隙部を設けて保有させる構造としたこ
とにより絶大なる効果を修めることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高炉用出銑孔用耐火物（スリーブ材）
の縦断面図である。

【図２】本発明の空隙部密閉型の高炉用出銑孔用耐火物
（スリーブ材）の出銑孔の縦断面図である。

【図３】本発明の空隙部一端開放型の高炉用出銑孔用耐
火物（スリーブ材）の出銑孔の縦断面図である。

【符号の説明】

１ 出銑孔 ２ 高炉用出銑孔用耐火物（スリーブ材） ３ 内層部 ４ 空隙部 ５ 支柱 ６ 封止材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高炉の出銑孔を形成する耐火物において
   出銑孔部を円筒形の定形耐火物（以下スリーブ材と称す
   る）としてこのスリーブ材の品質特性値を圧縮強さ８０
   ０ｋｇ／ｃｍ²、熱間曲げ強さ１４００℃で６０ｋｇ／
   ｃｍ²以上、熱間線膨張率を１０００℃で０．６％以下
   とし、かつスリーブ材の内層部の出銑孔壁の外周部孔内
   壁面により近い位置に出銑孔に沿って円周上に空隙部を
   形成する。この空隙部を形成することにより出銑孔内壁
   に強度が不足する場合は、設けられた空隙部内に任意な
   位置、形をした支柱を設けた構造としこの空隙部または
   この空隙部とスリーブ材の組織上の空隙部にタール、ピ
   ッチ、アスファルトおよび樹脂等の揮発成分を含有する
   炭素質物の一者または二者以上の混合物を含浸または挿
   入して保有させることを特徴とする高炉用出銑孔用耐火
   物。