JPH11294963A - 溶融金属容器のライニング構造および不定形耐火物の施工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 減圧下でマイクロ波照射して乾燥する際、施
工厚みの影響による乾燥効率の低下を抑制して、施工体
背面まで短時間で乾燥できる溶融金属容器のライニング
構造及びそのための不定形耐火物の施工方法を提供す
る。 【解決手段】 溶融金属容器に内張りする不定形耐火物
本体と容器鉄皮の間に、不定形耐火物より大きな通気特
性を有する耐火性の層を設けるとともに、容器鉄皮に配
管を複数箇所に設け、真空脱気させることを特徴とする
溶融金属容器のライニング構造。および、このライニン
グで不定形耐火物を内張りした溶融金属容器に、容器内
にマイクロ波を導入するための導波管と容器内を減圧状
態にするための排気管を備えた蓋状の乾燥装置を容器内
の上に載置して、容器鉄皮に設けた配管から真空脱気し
ながら、容器内を減圧状態に保ってマイクロ波を照射す
る不定形耐火物の施工方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、不定形耐火物を内
張りした溶融金属容器のライニング構造、および該容器
への不定形耐火物の施工方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】溶融金属容器に内張りされた不定形耐火
物の乾燥方法の一つに、従来から行われてきた大容量ガ
スバーナーによる耐火物表面からの片面加熱乾燥法があ
る。この乾燥方法では、耐火物施工体背面における水分
を十分に除去するため、背面が百数十℃の温度レベルに
達するまで耐火物表面を加熱し続けなければならない。
この際、背面の昇温は、加熱面からの熱伝導のみに依
り、しかも耐火物中の水分が蒸発する過程で潜熱を奪わ
れるため、背面部の乾燥効率が非常に悪くなる。また、
耐火物施工体内における加熱表面と背面との間に生じる
温度差や、施工体内部蒸気圧の上昇により、耐火物内に
亀裂が発生し、極端な場合には爆裂といった現象に至る
場合もある。

【０００３】このような片面加熱乾燥法で、施工体内部
で急激に上昇する蒸気圧に着目し、不定形耐火物の施工
体の非稼働面側に、多数の細孔を有する中空パイプを稼
働面と平行に複数本埋設し、各々の中空パイプの一端を
大気中に開放させる発明が、特開平６−３３１２８０号
公報で開示されている。しかし、この発明においても、
含有水分を水蒸気化させる熱は耐火物施工体の稼働面側
から伝達されるため、依然として、耐火物施工体の養生
時間や乾燥時間を長くする必要があり、上記問題点の根
本的な解決策を得ることはできなかった。

【０００４】このような問題点のあるバーナー加熱に対
して、マイクロ波を用いて、不定形耐火物内の水や耐火
性骨材、耐火性微粉といった誘電体を直接誘導加熱し、
発生した水蒸気を循環させた熱風により除去する不定形
耐火物の乾燥方法が知られている。しかしながら、この
乾燥方法でも大気圧下での乾燥ゆえに、材料温度が百数
十℃に達するまで材料内に自由水の形で水分が残存する
という問題がある。また、周波数９１５または２４５０
MHz の工業用マイクロ波の水への浸透深さが数cmである
ため、耐火物施工体の肉厚が厚くなると、背面まで浸透
しないうちにマイクロ波エネルギーの大部分が途中の水
分子の振動等のために費やされる。そのため、マイクロ
波が耐火物背面まで浸透し、乾燥が完了する迄には多大
な時間を要する。

【０００５】一方、近年、内部を減圧状態にしながら、
マイクロ波を照射し加熱する乾燥方法が開発され、実用
化されている。この方法では、容器内の自由水の沸点が
減圧下で低下することから低温での乾燥が可能となり、
また、減圧下では水蒸気が移動し易くなるため、効率の
良い乾燥が図れるという特長を有している。

【０００６】この減圧下における材料のマイクロ波乾燥
技術として、特開平７−１６７５６７号公報には、小さ
な設備投資額で、耐火物だけを選択的に効率よくマイク
ロ波加熱する発明が開示されている。すなわち、同公報
で、容器内にマイクロ波を導入するための導波管と、容
器内を減圧状態にするための排気管を備え、且つ前記容
器上に載置して容器内の気密を保つことができるような
シール構造を有する蓋状の装置であって、容器にかぶ
せ、内部を減圧に保った状態でマイクロ波を照射する不
定形耐火物の乾燥装置が開示されている。

【０００７】また、特開平６−３００４３８号公報に
は、内張り不定形耐火物を減圧下でマイクロ波照射して
乾燥運転する最適条件として、容器内部を２５０Torr以
下、３０Torr以上に保持し、マイクロ波を耐火物１kg当
り０．５Ｗ以上、１５Ｗ以下照射する発明が開示されて
いる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術の減圧下マイクロ波加熱による乾燥方法では、容
器内部の減圧度は高くても、耐火物内部の減圧は耐火物
の開気孔を通じて減圧されるため、開気孔が抵抗とな
り、耐火物内部の減圧度は容器内よりも低くなる。しか
も、耐火物厚みとともに直線的に圧力勾配が生じるの
で、耐火物背面ほど水の沸点が上昇する。また、緻密な
不定形耐火物ほど、耐火物内部に生じる圧力勾配は大き
くなる。

【０００９】一方、本発明者らの調査結果によれば、完
全に脱水した不定形耐火物においても、マイクロ波が浸
透する深さは最大３００mmであることから、３００mm以
上の厚みを有する不定形耐火物施工体では、その以上の
背面方向は熱伝達でしか温度が上昇しない環境にある。

【００１０】したがって、３００mm以上の背面方向は内
部加熱できず、背面ほど水の沸点が上昇するため、乾燥
効率が低下して、乾燥時間が長引き、減圧下でマイクロ
波照射する優位性が損なわれる。場合によっては、施工
体背面の水の沸点が８０℃を越えることもあり、Ｍｇ
Ｏ、ＣａＯのような水分と反応して消化現象が起きる成
分を含む耐火物構成では、減圧下のマイクロ波照射によ
る乾燥でも、乾燥中に大きな亀裂が発生するのを食い止
めることはできず、使用不可能な状態に陥いってしま
う。

【００１１】そこで、本発明は、減圧下でマイクロ波照
射して不定形耐火物施工体を乾燥する際、溶融金属用容
器に内張りした不定形耐火物の施工厚みが厚くても、施
工厚みの影響による乾燥効率の低下を抑制して、施工体
背面まで、より短時間で乾燥できる、溶融金属容器のラ
イニング構造および不定形耐火物の施工方法を提供する
ことを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記の
通りである。すなわち、 （１） 溶融金属容器に内張りする不定形耐火物本体と
容器鉄皮の間に、不定形耐火物より大きい通気特性を有
する耐火性の層を設け、さらに、該層と真空排気装置と
を連接するための、容器鉄皮を貫通する配管を、容器鉄
皮の複数箇所に配設したことを特徴とする、溶融金属容
器のライニング構造。 （２） 煉瓦または不定形耐火物施工体からなるパーマ
層を内装した、またはパーマ層を有しない溶融金属容器
内に中子型を挿入配置し、パーマ層または容器鉄皮と中
子型との間に不定形耐火物を流し込み、養生後に離型し
てウェアー層の耐火物施工体を乾燥する不定形耐火物の
施工方法において、前記パーマ層または容器鉄皮とウェ
アー層の耐火物施工体との間に、不定形耐火物より大き
い通気特性を有する耐火性の層が位置するようにし、か
つ、該層が容器鉄皮の複数箇所で容器鉄皮を貫通して真
空排気装置と連接するように配管して、不定形耐火物を
流し込み、その後の不定形耐火物の乾燥時に、溶融金属
容器内にマイクロ波を導入するための導波管と容器内を
減圧状態にするための排気管を備えた蓋状の乾燥装置を
容器内の上に載置して、該乾燥装置で容器内を減圧状態
に保ってマイクロ波を照射しながら、容器鉄皮に設けた
前記配管からも真空脱気することを特徴とする、不定形
耐火物の施工方法。なお、ここで言う溶融金属用容器と
は、たとえば、製鋼工程における転炉、取鍋、脱ガス精
錬炉等を意味する。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を、図面を参照
しながら説明する。図１は、乾燥装置を鉛直面による断
面図であり、脱ガス精錬炉内の内張り耐火物として、水
硬性セメントを主な結合剤とする不定形耐火物２を、現
場で加水混練後、振動を与えながら流し込み施工した場
合の溶融金属容器の耐火ライニング構造、及び乾燥方法
を説明する図である。本発明の耐火物ライニングは、予
め脱ガス精錬炉の内面側の表面に、不定形耐火物より大
きな通気特性を有する耐火性の層３を設けた後、常法通
り、中枠（図示せず）を用いて不定形耐火物２を流し込
んで施工される。

【００１４】耐火性の層３としては、材質面から耐火性
を有しているとともに、水蒸気が抜け易いようにガス透
過性を備えていることが必要である。耐火性の層を設け
るには、セラミックファイバーに無機結合剤を添加し、
所定の形状に成形したボードを接着剤で脱ガス精錬炉に
固定する方法、並びに鉄皮１に型枠または厚紙で仕切っ
た脱ガス精錬炉との隙間にアルミナ、マグネシア、シリ
カなどの耐火性の粉末を充填する方法などが考えられ
る。ただし、前者の方法は、脱ガス精錬炉１の形状に合
致したセラミックファイバーから成る成形ボードを予め
用意しておく必要があり、後者の方法は、不定形耐火物
を流し込み施工し、一定時間養生して、養生強度が発現
したところで、脱ガス精錬炉の鉄皮１との仕切に用いた
型枠または厚紙を引き抜いて、仕切分に相当する耐火粉
末を補充充填する必要がある。特に、後者の方法は、脱
ガス精錬炉の形状が複雑なほど、作業工程が煩雑になっ
てしまう。

【００１５】不定形耐火物２の養生強度が十分に発現し
たところで、脱ガス精錬炉にマイクロ波照射できる導波
管４と真空脱気できる配管５を設けた密閉蓋６をかぶせ
る。導波管４と脱ガス精錬炉の間は、気密性を保ちつつ
マイクロ波を透過させるような材質、例えば石英ガラス
７で仕切られている。

【００１６】また、脱ガス精錬炉の鉄皮１の外側には、
高さ方向、周方向で或る特定の間隔で配管８を設置し、
該配管８からも通じて、真空脱気できるようにする。な
お、脱ガス精錬炉の鉄皮１と配管８のつなぎ目には、ガ
スは通過できるものの、耐火粉末は通過できないほど細
かいメッシュのフィルター９が配設されている。また、
配管８に開閉栓１０とジョイント１１を設置し、乾燥時
のみに栓を開放し、配管８からも真空脱気する。また、
乾燥終了後、ジョイント１１と真空ポンプの配管との連
結を外すことで、脱ガス精錬炉を移動できるようになっ
ている。

【００１７】不定形耐火物の養生後の乾燥は、脱ガス精
錬炉の背面から真空脱気しながら、容器内を減圧状態に
し、気密性を確認した後、熱電対１２で耐火物背面温度
を管理しながら耐火物にマイクロ波を照射して行う。こ
こで、本発明に用いるマイクロ波照射装置は、通常、周
波数が数百から数千MHz の工業用マイクロ波加熱装置で
あれば利用でき、真空脱気用のポンプは、水封式ポン
プ、メカニカルポンプ、スチームエゼクター等、多量の
水蒸気を含んだ気体についても大きな排気速度が得られ
るものであればよい。

【００１８】マイクロ波の出力の大きさは、炉の大き
さ、乾燥対象の内張りの厚さ、目標乾燥時間などの合わ
せて適宜定めるものであり、従来法と特に変わりなく、
内張りの不定形耐火物１kg当り例えば３〜１０Ｗとし、
容器内を４０〜２５０Torrに減圧して乾燥を行うのが好
ましい。

【００１９】また、耐火性の層３の厚みは、脱ガス精錬
炉を実操業した際の不定形耐火物２の理論膨張量に７０
％掛けた値より、耐火性の層３の可縮量が小さくなるよ
うに設計しておけばよい。そうすれば、実操業におい
て、脱ガス精錬炉の鉄皮１と不定形耐火物２の間に隙間
が生じることがなく、操業下においても炉内の目標真空
度を保つことができる。

【００２０】

【実施例】以下に本発明の実施例および比較例を示し、
本発明の特徴とすることを一層明確にする。

【００２１】（実施例１）脱ガス精錬炉の主要寸法は、
直径２．４ｍ、高さ１．２ｍ、浸漬管の内径０．６ｍ、
２本の浸漬管の中心距離０．９ｍである。不定形耐火物
２の内張り厚みは壁部、敷部とも０．５ｍで、耐火物重
量は総計２２トン程度である。脱ガス精錬炉の鉄皮１と
不定形耐火物２の間に設置した耐火性の層３として、シ
リカ質ファイバーから成る厚さ６mmの断熱ボードを不定
形耐火物２を流し込み施工する前に、脱ガス精錬炉に張
り合わせた。なお、断熱ボードの可縮率は５０％で、最
大３mmであり、通気性は不定形耐火物の嵩比重の約１／
３０なので、圧倒的に大きい。乾燥は、容器内をほぼ７
０Torr一定になるように減圧しつつ、脱ガス精錬炉の鉄
皮１の外側に設置した配管８からも真空脱気しながら、
所定出力のマイクロ波を照射して行った。なお、脱ガス
精錬炉の鉄皮１の外側に設置した配管８は、高さ方向に
等間隔で３箇所、周方向で４５°間隔で８箇所、合計２
４箇所から真空脱気を行った。

【００２２】なお、本発明に用いる不定形耐火物の厚
み、耐火性の層の厚みと材質、容器内の減圧度、脱ガス
精錬炉の外側に設置した配管の位置は、本実施例に限ら
ず、目標乾燥時間、溶融金属の種類、処理時間等によっ
て適宜選択される。不定形耐火物２として、施工水分と
消化反応の心配が全く無い高アルミナ質を流し込み施工
した。なお、この材料の乾燥後の平均気孔径は約０．２
μｍである。

【００２３】比較例として、従来法による乾燥も行っ
た。すなわち、耐火性の層３の設置が無く、脱ガス精錬
炉の鉄皮１に不定形耐火物２を直に施工した構造で、脱
ガス精錬炉の鉄皮１の外側からの真空脱気を行わない方
法である。マイクロ波の出力は２．０kW/t−耐火物の一
定条件で行った。それに対して、本発明の乾燥方法は、
耐火性の層３として厚さ６mmの断熱ボードを配設して施
工した構造で、脱ガス精錬炉の鉄皮１の外側からの真空
脱気を行う方法であり、マイクロ波の出力は２．０kW/t
−耐火物の一定条件で行った。

【００２４】図２に、両者における耐火物厚み方向の発
生蒸気圧の関係を示す。同図より、本発明では、従来法
に比べ背面側の発生蒸気圧が大幅に低減でき、それに伴
い、背面側の水の沸点を低下させることができることが
分かる。この効果で、従来法で７５時間掛かっていた乾
燥時間が、本発明では５０時間まで短縮できるようにな
った。このように、本発明により、マイクロ波の消費エ
ネルギーが大幅に削減でき、従来の乾燥方法に比べ、エ
ネルギーコスト的に優れることが確認できた。

【００２５】（実施例２）不定形耐火物２として、乾燥
後の平均気孔径が種々異なる高マグネシア質の不定形耐
火物を流し込み施工した。なお、この材料系は、７５℃
以上で施工水分と含有するマグネシア原料とが消化反応
を起こす危険性があるものである。

【００２６】比較例としての従来技術による乾燥では、
耐火性の層３を設置せず、脱ガス精錬炉の鉄皮１に不定
形耐火物２を直に施工した構造で、脱ガス精錬炉の鉄皮
１の外側からの真空脱気も行わなかった。不定形耐火物
２の背面に埋め込んだ熱電対１２で管理しながら、耐火
物温度が７５℃を越えないように、マイクロ波出力を調
整した。それに対して、本発明の乾燥方法は、耐火性の
層３として厚さ６mmの断熱ボードを配設して、施工した
構造を採用し、脱ガス精錬炉の鉄皮１の外側からの真空
脱気も行った。背面の耐火物温度が７５℃を越えないよ
うに、マイクロ波出力を調整した。

【００２７】図３に高マグネシア質流し込み材における
乾燥後の平均気孔径と、耐火物内部の最大発生蒸気圧か
ら求めた水の沸点の関係を示す。従来の乾燥方法では、
乾燥後の平均気孔径が０．５μｍ以上でないと、マグネ
シアを消化させずに、完全脱水できなかったが、本発明
では、乾燥後の平均気孔径が０．１μｍでもマグネシア
を消化させずに、完全脱水できるようになった。このよ
うに、本発明では、肉厚施工においても、緻密な耐火物
組織体を有する材料を、消化反応を起こさずに乾燥でき
る。また、同じ材料系でも緻密化の効果により、実使用
時の耐用性が１．５倍と飛躍的に向上した。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
施工水分と消化反応の心配が全く無い不定形耐火物で
は、大幅に乾燥時間を短縮できてマイクロ波の消費エネ
ルギーを削減でき、施工水分と消化反応を起こし易い不
定形耐火物では、緻密な耐火物組織体を肉厚施工しても
消化反応させずに乾燥できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である溶融金属容器のライニ
ング構造と不定形耐火物の施工方法を模式的に説明する
図である。

【図２】高アルミナ質不定形耐火物施工体の厚み方向の
内部蒸気圧の変化を、従来法と本発明とで比較しながら
説明する図である。

【図３】高マグネシア質不定形耐火物の乾燥後の平均気
孔径と、耐火物内部の最大発生蒸気圧から求めた水の沸
点の関係を、従来法と本発明とで比較しながら説明する
図である。

【符号の説明】

１ 脱ガス精錬炉の鉄皮 ２ 不定形耐火物 ３ 不定形耐火物より大きな通気特性を有する耐火性の
層 ４ マイクロ波照射用の導波管 ５ 真空脱気用配管 ６ 密閉蓋 ７ 石英ガラス ８ 背面真空脱気用配管 ９ フィルター １０ 背面真空脱気用配管の開閉栓 １１ ジョイント １２ 熱電対

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融金属容器に内張りする不定形耐火物
   本体と容器鉄皮の間に、不定形耐火物より大きい通気特
   性を有する耐火性の層を設け、さらに、該層と真空排気
   装置とを連接するための、容器鉄皮を貫通する配管を、
   容器鉄皮の複数箇所に配設したことを特徴とする、溶融
   金属容器のライニング構造。
2. 【請求項２】 煉瓦または不定形耐火物施工体からなる
   パーマ層を内装した、またはパーマ層を有しない溶融金
   属容器内に中子型を挿入配置し、パーマ層または容器鉄
   皮と中子型との間に不定形耐火物を流し込み、養生後に
   離型してウェアー層の耐火物施工体を乾燥する不定形耐
   火物の施工方法において、 前記パーマ層または容器鉄皮とウェアー層の耐火物施工
   体との間に、不定形耐火物より大きい通気特性を有する
   耐火性の層が位置するようにし、かつ、該層が容器鉄皮
   の複数箇所で容器鉄皮を貫通して真空排気装置と連接す
   るように配管して、不定形耐火物を流し込み、 その後の不定形耐火物の乾燥時に、溶融金属容器内にマ
   イクロ波を導入するための導波管と容器内を減圧状態に
   するための排気管を備えた蓋状の乾燥装置を容器内の上
   に載置して、該乾燥装置で容器内を減圧状態に保ってマ
   イクロ波を照射しながら、容器鉄皮に設けた前記配管か
   らも真空脱気することを特徴とする、不定形耐火物の施
   工方法。