JPS597667B2 - 高炉炉床構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高炉の内張り耐火層の改善特に炉底湯溜部の耐
火層寿命延長構造に関するものである。

高炉の炉底部、特に、出銃孔より下部では常に溶銃が貯
わえられており、内張り耐火層の表面は１４００〜１６
００℃の溶銃と接触している。

上記耐火層を構成する耐火材料としては炭素質レンガが
使用されており、該耐火層はその外周から冷却すること
により保護している。

しかし高炉炉容の拡大に伴ない大型のレンガが要求され
てきたこと、あるいは、高圧操業、高出銃、比操業等苛
酷な条件下における操業に伴ない、炭素質レンガの溶損
が激し《なっている傾向がみられる。

その際の溶損メカニズムとしては、 ■ 炭素質レンガから溶銃中への加炭溶解、■ 炭素質
レンガの気孔を通じての溶銃侵入、が主原因となってい
る。

まず、第１点の炭素質レンガから溶銃中への加炭溶解を
防止するためには加炭溶解しにくい炭素材料を使用する
こと、あるいは加炭溶解を抑制する材料を添加すること
であり、これについては種種の試みがなされている。

また、第２点の炭素質レンガの気孔を通じての溶銃侵入
を防止するためには該気孔の細孔径化が不可欠となる。

気孔への溶銃侵入は試算によると５μ程度の気孔で見ら
れる。

又、実炉の解体調査結果によると最少径として１μ程度
の気孔にまで侵入があったことが確認されている。

これらのことからすると、気孔は小さければ小さい程よ
いものであるが、５μ以下にすれば殆んどの溶銃侵入を
防ぐことができ、炭素質レンガの寿命を飛躍的に延長で
きるであろう。

従来の一般的な製造条件にもとすいて得られる大型の炭
素質レンガについて、その気孔を調査すると、１０μ程
度の気孔が多量に発見できる。

これらの炭素質レンガは極めて溶銃侵入の生じやすい状
況といえる。

上記のような炭素質レンガの気孔を小さくする基本的な
手段としては、原料粒子を特定の粒度分布で配合する方
法、特に微粒の配合量を増すことが知られている。

しかし、上記手段であると、微粒子の増加量に比例して
タール等のバインダーの添加量を増加しなげればならな
いので気孔量の増加が避けられない。

又、多量のバインダーの使用は焼成収縮量を増太し、多
数のクランク発生をもたらす。

そして気孔の細孔径化は高々５μ程度までしか達成でき
ない。

以上のように、大型の炭素質レンガの製造は極めて難か
しく、気孔の小さい大型の炭素質レンガは入手できなか
った。

この発明は従来の高炉炉床が有する上記のような問題を
解決するためになされたもので、この発明の目的は溶銃
による溶損が少く、耐久性に優れた高炉炉床を提供する
ことである。

上記目的を達成するためにこの発明の高炉炉床は、炭素
質粒子、金属珪素粒子、炭素質結合材を混練したのち、
レンガ状に成形し、この成形品をコークスブリーズ中に
埋設させ、これに加熱空気を通じて加熱焼成することに
より、成形品中に形成される気孔内に、繊維状のＳｉ−
Ｎ−０組成物を生成させて気孔を細孔径化した炭素質レ
ンガで高炉炉底湯溜部の少くとも内周面層を築造したこ
とを特徴としている。

この発明の高炉炉床は上記特徴によりレンガの気孔内に
は極めて僅かの溶銃しか侵入せず、このためレンガの溶
銃による溶解が著し《減少スル。

また、レンガ組織内にＳｉＣが生成されていることによ
ってレンガの溶銃に対する安定性が向上する。

これらのことより、高炉炉床の耐久性は著しく改善され
る。

本発明者等は炭素質レンガの上記した微細粒子の充填に
よる気孔の細孔径化の限界を確認し、他の手段、特に炭
素質粒子群に金属微粒子を分散せしめ、化学的な反応に
伴なう結合構造を形成する方法において、金属珪素を添
加することにより、詳しくは炭素質粒子、金属珪素粒子
、炭素質結合材を混練したのちレンガ状に成形し、この
成形品をコークスブリーズ中に埋設させ、これに加熱空
気を通じて加熱焼成し成形品中に形成される気孔内に繊
維状のＳｉ−Ｎ−０組成物を生成させて連続した空隙を
分断、細分化したり或は空隙を部分的に閉塞することに
より、該炭素質レンガ中の気孔の細孔径化が達成できる
ことを知見した。

そして、この炭素質レンガの特性を調査したところ、高
炉炉底湯溜部を築造する炭素質レンガとして現有のレン
ガの中で最高の特性を持ったものであることを見出した
。

この発明は上記知見に基づいてなされたものである。

以下、本発明を具体的に説明する。

上記したように、炭素質レンガ原料の粒度調製、特に微
粒の配合量を増し、これを成形、焼成すると、粒子相互
間に避けることのできない連続したあるいは不連続の空
隙（気孔）の一部について、その大きさを５μｍ程度ま
でに細孔径化できるものであるが別の問題を発生する等
充分とはいえな℃・。

そこで、この発明では炭素質レンガの気孔内にＳｉ −
Ｎ−０組成物を生成させ、気孔を細孔径化するようにし
ている。

このような炭素質レンガを得るには、まず粒度調製した
炭素質原料７５〜８５部に１００μｍ以下の金属珪素の
微粉０．５〜１５部および炭素質結合材１５〜２５部を
添加、混合し、炭素質粒子間に金属珪素粒子を分散させ
る。

ついで、混練した混合物をレンガ状に成形する。

そして、この成形品をコークスブリーズ中に埋設し、こ
れに加熱空気を通して１１５０〜１５００℃に加熱して
数十〜二、三百時間程度焼成する。

第１表は上記粒度調製した炭素質原料の粒度分布の例を
示している。

上記焼成工程において、レンガ中の炭素粒子間に分散介
在している金属珪素粒子は高温下で主としてＣＯガスよ
りなる雰囲気成分と化学反応を起し、大部分の金属珪素
はレンガ材料内の炭素と結合して安定な炭化珪素となる
。

また、気孔内に露出する金属珪素粒子は気孔内の酸素お
よび窒素と結合してＳｉ−Ｎ−０系組成物（主としてＳ
ｉ２０Ｎ２ の繊維状結晶）を生成する。

すなわち、露出した金属珪素の一部は気孔内の酸素と結
合してＳｉＯ２となり、このＳｉ０２は更に他の珪素と
結合して下式に示すようにＳｉＯガスとなる。

ついで、このＳｉＯガスは窒素と共に気孔内に溶出した
珪素と結合して次式に示すようにＳｉ２０Ｎ２ を生成
する。

このようにして生成されたＳｉ２０Ｎ２ は繊維状を
している。

上記Ｓｉ−Ｎ−０組成物は微細生成物であるが、上記し
たように、金属珪素を微粉、好ましくは極微粉にして添
加することにより、少量の添加でもって該レンガ中に多
数の生成核を分散せしめることができ、この生成したＳ
ｉ −Ｎ−０系の繊維状生成物が連続した空隙を分断
、細分化したり、あるいは空隙を部分的に閉塞したりす
ることによって該レンガ中の気孔が細孔径化されると考
えられる。

以上のようにして得られた炭素質レンガの気孔径を測定
すると、それらの気孔は５μｍ以下となり、しかも気孔
径分布がより小気孔径側へ移動し、全気孔容積に占める
１μｍ以上の好ましくない気孔の割合が大幅に低減し、
かつ平均気孔径が１μｍ以下であった。

これは気孔内で窒素、酸素および珪素が結合してＳｉ２
０Ｎ２ の繊維状結晶が生成したことに起因する。

すなわち、気孔はこの結晶によって細分化され、見掛け
の気孔径を減ずる。

また、通気率が大幅に低下し、従来の５０〜１００分の
１にまで低減した。

これは、上記したように気孔内に生成したＳｉ２０Ｎ２
の繊維状結晶によって気孔が見掛け上細分化され１μ
ｍ以上の気孔が減少したこと、および結晶によって気孔
の連続性が失われたことに起因する。

さらにまた、添加した金属珪素粒子の一部は上記レンガ
焼成中に炭化珪素の化学結合を形成し、この結合はバイ
ンダーによってもたらされる炭素結合より強いので焼成
収縮にもとづくクランク発生を抑制する。

上記したように、気孔が５μｍ以下に細孔径化され、し
かも、クラツクの少ない大型の炭素質レンガは溶銃に対
して好ましい特性を示す。

これは、大径気孔が減少したため気孔への溶銃の侵入が
減少し、これによる気孔内での溶解が減少したこと、お
よび組織内にＳｉＣが生成されていることによって溶銃
に対する安定性が向上することに起因するものである。

前記したように、高炉の湯溜部は１４００〜１６００℃
の溶銃と加圧下で常時接触している。

かかる湯溜部においてレンガ目地は弱点であり、少ない
程良い。

しかして、本発明は断面５００〜６ ０ ０ｍｍＸ ６
０ ０〜７ ０ ０ｍｍ、長さ８００〜１２００ｍｍ
の大型炭素質レンガを使用する。

そして、第１図に示すように、送風羽口１より下位の湯
溜部の少な《とも内周面層２を上記細孔径化した炭素質
レンガを用いて築造する。

上記内周面層２の厚みは該湯溜部を形成している耐火層
３の全厚との関係、外部冷却能力との関係で異なるもの
であるが、少なくとも１０００〜６００℃までの温度分
布範囲まで、あるいは少なくとも全厚の１／３〜１／２
までの厚み範囲を上記細孔径化した大型炭素質レンガで
築造するものである。

４は鉄皮で上記内周面層２以外の耐火層３は通常入手で
きる炭素質レンガで築造してもよいものである。

つぎに本発明の実施例について説明する。

大型の炭素質レンガを製造するに適した粒度調製をした
焙焼無煙炭６３％および天然土状黒鉛１６％にコールタ
ールピッチ２１％を加え、混練した。

なののち、この混合物を押出成形して５ ００Ｘ６００
Ｘ２５００１ｎｒ／Ｌの大きさのブロック（試供品１）
を得た。

また、同様の原料に焙焼無煙炭と天然士状黒鉛との和の
量に対して５％の量の金属珪素微粉を添加混練し、上記
ブロックと同寸法のブロック（試供品２）を押出成形し
た。

尚、試供品２の原料としてはＳｉ添加量に相当する炭素
質微粒を削除した。

上記試供品１、２をコークス粒に埋設し、加熱空気を通
じて１３００℃まで焼成した。

次いで上記試供品１、２を第２図に示す溶銃加圧浸透試
験法にもとづいて試験した。

この試験法は５０ｍｍ角のサンプル５を真空脱気後、溶
銃６に浸漬し、ついで容器７に気体８を圧入し、５ｋｇ
／ｃ４に加圧するものである。

試験後サンプル５を取出し切断研磨し、顕微鏡観察によ
る面積割合から溶銃侵入量を推測した。

又、外形の容積減少から溶損容積指数を算出した。

試供品の各測定値を第２表に示す。

第２表から明らかなように、全気孔率はいずれもほぼ同
等の値であるが、５μ以上の気孔は試供品２において、
大幅な減少がみられ、これは溶銃の加圧浸透試験におけ
る侵入銃の割合が証明している。

この侵入銃が少ないということは長期間の使用において
溶損量の拡大原因であるきっかけが生じにくいことであ
り、耐溶銃性が向上されていることを示している。

以上のように、本発明は、気孔内にＳｉ−Ｎ−０組成物
を生成させて細分径化した大型の炭素質レンガを用いて
高炉湯溜部の内周面を築造するので、溶損の主原因の一
つである溶銃侵入を大幅に抑制でき、炉床部の耐火層の
寿命を延長できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる湯溜部の概要説明図、第２図は
本発明に使用する炭素質レンガの溶銃侵入試験法の説明
図である。 図中１は送風羽目、２は細孔径化した炭素質レンガによ
る内周面層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 炭素質粒子、金属珪素粒子、炭素質結合材を混練し
   たのちレンガ状に成形し、この成形品をコークスブリー
   ズ中に埋設させ、これに加熱空気を通じて加熱焼成し、
   成形品中に形成される気孔内に繊維状のＳｉ−Ｎ−０組
   成物を生成させて、連続した空隙を分断、細分化したり
   或は空隙を部分的に閉塞することで気孔を細孔径化した
   炭素質レンガで、高炉炉底湯溜部の少なくとも内周面層
   を築造したことを特徴とする高炉炉床構造。