JPS6057420B2 - 取鍋への不安形耐火物の施工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は取鍋への不定形耐火物の施工方法に関し、詳し
くは内周面に不定形耐火物を内張し、この不定形耐火物
施工体を雰囲気加熱で乾燥する取鍋への不定形耐火物の
施工方法の改良に関するものである。

取鍋、例えは溶鋼用取鍋は、第１図及び第２図に示す如
く取鍋１の外殻を構成する鉄皮２の内面を耐火物３でラ
イニングしてある。

その耐火ライニングは、取鍋１の底面鉄皮２ａ及び周面
鉄皮２ｂの内面を定形耐火物（耐火レンガ）４てライニ
ングし、更にその取鍋１の周面鉄皮２ｂの定形耐火物４
の内面を不定形耐火物を内張してなる不定形耐火物施工
体５でライニングしてなる。

なお上記不定形耐火物施工体５の上端面は、取鍋１の上
面鉄皮２ｃて下端は、定形端火物４で各々拘束されてい
る。上記の如く、定形耐火物４の内周面に成形された不
定形耐火物施工体５には多量の水分が含有されているた
め、溶鋼を受けるに先立つて乾燥しておく必要がある。

なお、上記施工体５に含有されている水分量は、不定形
耐火物を取鍋層内に内張成形する際の施工法、例えば振
動成形法、流し込み成形法等によつて左右され、通常４
〜１踵量％の水分を保有している。

この水分は成分、粒度が調整された配合耐火材を混練す
る際に添加されたものである。上記取鍋１の内周面に内
張された不定形耐火物施工体５の乾燥は、ガスバーナー
あるいはオイルバーナー等の火炎によつて取鍋層内に数
１００℃以上、一般には１２００℃前後の高温雰囲気を
作り、上記施工体を１００℃以上に加熱することによつ
て施工体５中の水分を蒸気にして逸出させて乾燥する能
率のよいバーナー乾燥法が採用されており、この乾燥法
の場合の雰囲気の昇温速度は２０℃／ｈｒ以上となつて
いる。上記の如く多量の水分を含んて低強度の不定形耐
火物施工体５に急激な温度変化を与えたり、施工体に急
激な温度勾配を形成することは施工体を劣化させ、加熱
面に平行な層状のクラック（以下（層状クラックを呼ぶ
）が発生する場合がある。

このように不定形耐火物施工体の乾燥時に発生した層状
クラックは溶鋼受け入れ時に拡大して施工体部分が剥落
し、ライニング寿命が短かくなる。なお、耐火物ライニ
ング後の最初の溶鋼受け入れ時の取鍋の不定形耐火物施
工体の表面温度は乾燥直後の温度である１２００℃から
乾燥後自然放冷で冷却された常温までの広い温度域とな
つている。従つて、上記不定形耐火物施工体には、上記
乾燥過程及び自然放冷過程で、層状クラックを発生しな
いことが要求され、このため上記クラックを生成せず、
かつ安価な成分、粒度の配合耐火材の研究開発が行なわ
れている。しかしながら、開発された配合耐火材を、取
鍋の内張耐火ライニングに採用するかどうか判定を下す
に際しては、上記クラックが発生するかどうか調査しな
ければならない。

従来、施工体内部に生成される層状クラックの発生の有
無の検知は次のようにして行なわれている。

１配合耐火材に施工必要水分を添加し混練する。

２不定形耐火物を型枠を用いて、取鍋の内周面にライニ
ングした定形耐火物の内周面に内張りし所定時間養生す
る。

３ガスバーナーあるいはオイルバーナー等の火．炎によ
つて２０あＣ／Ｈｒ以上の昇温速度て数１００℃以上の
高温雰囲気を作り、不定形耐火物施工体の全体を１００
℃以上に加熱し施工体を乾燥する。

４上記施工体を自然放冷して、常温になつた施．゛工体
から施工厚方向に試料を抜き取ることを周方向複数個所
で行ない、それら試料の断面を観察して層状クラックの
発生の有無を知る。

以上のような実施工、破壊検査によつて層状クラックの
発生のないことの確率された配合耐火材くがはじめて取
鍋の内張耐火ライニング用の不定形耐火物として定常的
に使用されることとなり、この不定形耐火物を用いた取
鍋の不定形耐火物施工体は良好なライニング寿命を得る
ことができる。

しかしながら新しく開発された不定形耐火物を取鍋の内
周面に内張し、この施工体を雰囲気加熱で乾燥する取鍋
への不定形耐火物の施工に際して、まず実施工条件で実
取鍋へ内張成形、養生、乾燥、冷却してその不定形耐火
物施工体を破壊検査して層状クラックの有無を確認して
クラック発生のない不定耐火物を使用する取鍋への施工
方法では層状クラックの発生のないことを確認するため
に大きな手間と大きな費用が必要であつた。扉 本発明
は、上記実状に鑑みなされたもので、層状クラックの発
生の有無の確認方法に改善を加えて上記手間と費用を軽
減して、不定形耐火物施工体の寿命を良好ならしめる取
鍋への不定形耐火物の施工方法を提供するものである。
すなわち、本発明の要旨は、取鍋の内周面に不定形耐火
物を内張し、この不定形耐火物施工体を雰囲気加熱で乾
燥する取鍋への不定形耐火物の施工方法において、上記
不定形耐火物は予め円弧状鉄皮の内周面に内張した不定
形耐火物施工体を、その施工体表面から雰囲気加熱し、
施工体表面温度が１２００℃になつたのち、常温まで自
然冷却し、常温での施工体円周方向の残留応力のないこ
との確認された不定形耐火物であることを特徴とする取
鍋への不定形耐火物の施工方法にある。

以下、本発明について詳しく説明する。

本発明者等は、不定形耐火物て施工された溶鋼取鍋の内
張成形後、乾燥後、受鋼後の上記不定形耐火物施工体に
ついて詳細に調査した結果、受鋼後の損傷の主要因は乾
燥後に既に発生している層状クラックの拡大による施工
体部分の剥離損傷であることが確認された。

すなわち第１，２図図示の２基の実機取鍋１に第１表に
示す不定形耐火物Ａを使用して厚１００Ｗｒ！ｎの不定
形耐火物施工体を形成し、第３図に示す加熱条件で乾燥
し、自然放冷した。

また第１表に示す不定形耐火物Ｂを同様に２基の実機取
鍋に、施工し、同様に乾燥し自然放冷した。そして、耐
火物Ａ，Ｂを施工した各々１基の取鍋について、不定形
耐火物施工体を破壊検査すると共に、残りの耐火物Ａと
Ｂを施工した各々１基の取鍋については実際に受鋼を行
なつて取鍋寿命を調査した。

この結果、耐火物Ｂよりなる施工体には層状クラックが
発生しており、一方耐火物Ａよりなる施工体には、上記
クラックはなかつた。

また取鍋寿命は第１表に併記したように耐火物Ａよりな
る施工体は受鋼回数３８回であつたのに対し、耐火物Ｂ
よりなる施工体は３０回であつた。このように不定形耐
火物の耐食性の主要因であるＺｒＯ２（％）の配合量に
ほとんど差がなく、しかも乾燥条件及び冷却条件にも差
のない耐火物Ａ，Ｂが、上記乾燥過程で層状クラックが
発生したり、しなかつたりすること、そして層状クラッ
クの発生した不定形耐火物施工体は寿命が短いことが判
明した。

本発明者らは、上記乾燥過程で層状クラックが発生した
り、しなかつたりするメカニズムについて検討し、次の
ように考えた。

即ち、第１，２図の取鍋の不定形耐火物施工体は、その
乾燥過程て円周方向及び上下方向に応力が発生する。

しかし、その円周方向への応力は施工体自身て、拘束状
態にあり周方向でその応力を吸収できす、また上下方向
は鉄皮と定形耐火物で拘束状態にあるため、施工体厚み
方向にその応力が作用して、施工体がその応力に耐えな
いとき、結果として層状クラックが発生すると考え、ま
た、不定形耐火物Ａ，Ｂによつて層状クラックの発生の
有無が決つている点から、円周方向の発生応力値によつ
て、クラック発生が左右されている可能性があると考え
た。以上の検討結果にもとつき、本発明者等は取鍋の不
定形耐火物施工体の円周方向の応力を測定することに着
目したが、実機取鍋で実測するのが困難なので、第４図
に示す如き円弧半径１５０−、円弧長さ１２００Ｔｓ１
ｔ１高さ６０『の円弧状鉄皮６に厚さ１００７７！７７
！の施工体７を内張形成した試験用施工体８を作成し、
上記施工体７の表面９ａを試験用加熱炉の炉壁の一内面
として、雰囲気加熱する際に、上記施工体７の円周方向
の両端面９ｂにプレート１０を密着して、プレート１０
に植設したロッド１１をロードセル１２に当接し、ロー
ドセル１２を図示しない支持部材て支持固定して施工体
方向の応力を測定した。

なお第４図の６ａ及び６ｂは、円弧状鉄皮６の上、下端
に取りつけた施工体７上面、下面を拘束する鉄皮である
。具体的には、上記不定形耐火物Ａ＜５Ｂよりなる試験
用施工体８を各々作成し、まず第５図に示す条件で施工
体表面温度１２００℃まで加熱を行ない。

加熱終了直後の発生応力（以下収束応力と呼ぶ）と、自
然冷却を用いない施工体が表温に達した時の施工体の応
力（以下残留応力と呼ふ）を測定した。次いで、上記測
定の終わつた試験用施工体８に第６図の条件で再度加熱
を行なつて同様に収束応力と残留応力とを測定した。更
に同試験用施工体８を第７図の条件で再々度加熱し、同
様に収束、残留応力を測定した。前記第５，６，７図の
加熱条件は、同一施工体に順番に作用させた加熱条件で
ある一カ）ら、加熱冷却の１，２，３サイクルと呼ふこ
とにすると、不定形耐火物Ａ又はＢよりなる試験用施工
体８の不定形耐火物施工体７の各サイクルにおける収束
、残留応力は第８図Ａ，Ｂの通りてあつた。

第８図から次のことが明らかとなつた。

１実機取鍋で層状クラックのなかつた不定形耐火物Ａよ
りなる施工体７は、収束応力が各サイクルとも約１ｋｇ
／Ｃｌｔであり残留応力が各サイクルともに０であり残
留応力がないこと。

２実機取鍋で層状クラックの発生のあつた不定形耐火物
Ｂよりなる施工体７は収束応力が各サイクルとの約２ｋ
ｇ／ｃｌであり、残留応力が各サイクルともに約１ｋ９
／Ｃｄであり残留応力が残つていること。

３不定形耐火物Ａよりなる施工体７及び不定形耐火物Ｂ
よりなる施工体７とともに収束応力から残留応力を減じ
た値は、各サイクルとも一定値の１ｋ９／ｄを示してお
り、前記条件下での施工体７の昇温、冷却に伴なう周方
向応力の変化巾は１ｋ９／Ｃ！ｌであること。

また、前記３サイクルの加熱冷却を終えた施工体７につ
いて、破壊検査による施工厚方向断面観察を実施したと
ころ、上記不定形耐火物Ｂよりなる施工体７では加熱面
から２０〜３『ピッチで加熱面に平行な層状クラックが
発生しているのに対して上記不定形耐火物Ａよりなる施
工体７には層状クラックは認められなかつた。

その施工厚方向断面観察結果を第９図に示す。第９図に
おいて１３は層状クラックを示す。

更に不定形耐火物Ｂを用いて再度前記試験用施工体８を
作成し第５図に示す加熱条件で加熱し、しる後自然冷却
して、その施工体７を破壊検査したところ、層状クラッ
クが認められ、不定形耐火物Ｂよりなる施工体７では１
サイクル目の加熱、冷却で既に層状クラックが発生して
いることが明らかとなつた。前記応力測定結果並びに破
壊検査結果から試験用施工体において層状クラックが発
生した場合に収束応力が大きくなり残留応力がのこる理
由について本発明者らは、次の様に考えた。

即ち、内部クラツを有する不定形耐火物Ｂよりなる施工
体は、１空間のクラック部分ョと、１材料が密につまつ
た健全部分ョとの２つの部分に分けられる。そして昇温
時にクラックが発生すると、このクラックが上記健全部
分以外の施工体の体積膨張として作用し、クラック発生
のない施工体に比して収速応力が高い値を示す。一方冷
却時、各健全部分はクラックで区切られているので、冷
却に伴なう収縮はクラックを残したまま健全部のみ収縮
し、ク，ラック分の体積増により残留応力が残つた形態
を示すと考えられる。ところが、内部クラックのない不
定形耐火物Ａよりなる施工体では昇温に伴なう応力発生
及び冷却に伴なう収縮による応力解放は施工体全体の健
一全部分で行なわれるので残留応力はほぼＯの全て応力
開放の形となると考えられる。

従つて、残留応力の有無と層状クラックの有無とは等価
てあると考えられる。

以上の様に、実機取鍋で層状クラックが発生し、取鍋寿
命の短かい不定形耐火物施工体の原料である不定形耐火
物Ｂは、オフラインで円弧状鉄皮の内周面に上記不定形
耐火物を内張し、その不定形耐火物施工体をその表面か
ら雰囲気加熱し、施工体表面温度が１２００℃になつた
のち常温まで自然冷却する過程での施工体円周方向の応
力を測定する応力測定法によれば上記常温ての施工体円
周方向の残留応力が残り、一方実機取鍋で層状クラ”ツ
クが発生せず、取鍋寿命の長い不定形耐火物施工体の原
料である不定形耐火物Ａは、上記応力測定法によれば上
記常温での施工体円周方向の残留応力が残らないことが
明らかとなつた。

そこで本発明者らは、上記応力測定法による残留応力の
有無により判断した層状クラックの有無が、実機取鍋に
施工した際に対応するかどうかを調査した。

このため前記第４図に示す試験用施工体を第５図の加熱
条件で加熱し、自然放冷した常温での施工体の円周方向
の残留応力を測定した結果、残留応力が残らなかつた。

そして破壊検査による施工体厚方向断面観察結果層状ク
ラックのなかつた第１表の不定形耐火物Ｃと、残留応力
が残つたそして破壊検査で層状クラックのあつた第１表
の不定形耐火物Ｄを用いて直径３ｍφ、高さ３７ｎの取
鍋に施工（高さ方向平均施工厚１００ｍ）して、バーナ
ーを用いて第３図に示す加熱条件で加熱乾燥した。なお
上記耐火物Ｃ及びＤについて各々２基の取鍋に施工した
。そして、上記施工体の自然冷却後、１基については破
壊検査を行なうと共に残りの１基は受鋼した。その結果
、応力測定結果で、残留応力のなかつた第１表の不定形
耐火物Ｃよりなる取鍋の不定形耐火物施工体には層状ク
ラックの発生が見られず、その取鍋寿命も第１表に併記
したように受鋼回数あ回と長かつたのに対し、応力測定
結果で残留応力のあつた第１表の不定形耐火物Ｄよりな
る取鍋の不定形耐火物施工体には層状クラックが発生し
ており、その寿命も受鋼回数２昭と短かつた。

このような再度の円弧状鉄皮６に内張成形した施工体７
の前記応力測定結果と、上記施工体７の厚方向断面観察
結果と、前記実機取鍋の破壊検査並びに寿命調査結果と
から、応カカ測定で残留応力値が０でない不定形耐火物
は実機取鍋で層状クラックが発生し寿命が短いと評価で
き、残留応力値がＯで残留応力のない不定形耐火物は実
機取鍋で層状クラックが発生せず寿命が長いと評価でき
ることが確認された。本発明は、以上の種々の調査結果
にもとづきなされたものであり、取鍋の内周面に不定形
耐火物を内張し、この不定形耐火物を雰囲気加熱で乾燥
する取鍋への不定形耐火物の施工に際して、予じめ円弧
状鉄皮の内周面に内張した不定形耐火物施工体をその施
工体表面から雰囲気加熱し、施工体表面温度が１２００
′Ｃになつたのち常温まで自然冷却した時、常温での施
工体円周方向の残留応力のないことを確認した不定形耐
火物を使用することにある。

この本発明の施工方法によれば前述の残留応力の有無と
施工体内層状クラックの発生の有無の関係から、取鍋の
不定形耐火物施工体の内部に層状クラックが発生せず、
層状クラックの有無と施工体損傷速度（寿命）の関係か
ら施工体寿命が長くなる。

この結果、取鍋の不定形耐火物ライニング費用が減少す
る。

更に、実施工条件て不定形耐火物を取鍋へ内張成形、乾
燥、冷却してその不定形耐火物施工体を破壊検査して層
状クラックの発生の有無を確認してクラック発生のない
不定形耐火物を用いる従来の施工方法に比較して、本発
明法ては応力を測定するだけであり、破壊検査の必要が
なく、手間が大巾に軽減できると共に、クラック発生有
無の確認試験に使用される不定形耐火物の量も、本発明
法では円弧状鉄皮に施工するだけて取鍋の内周全面に施
工する従来法に比して大巾に減少でき費用が減少できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は取鍋の説明図、第３図は取鍋に内張し
た不定形耐火物の乾燥のための加熱雰囲気（鍋内）の昇
温パターン図、第４図は円弧状鉄皮に内張した不定形耐
火物施工体の加熱、冷却過程における円周方向応力の測
定法の説明図、第５図、第６図、第７図は応力測定時の
施工体の加熱（雰囲気温度の昇温）パターン図、第８図
Ａは不定形耐火物Ａの応力測定結果の説明図、同Ｂは不
定形耐火物Ｂの応力測定結果の説明図、第９図Ａ，Ｂは
夫々不定形耐火物Ａ，Ｂの応力測定を終えた施工体の破
壊検査による施工厚方向断面観察ｌ結果の模式図である
。 １・・・取鍋、２・・・鉄皮、３・・・耐火物、４・・
・不定形耐火物、５・・・不定形耐火物施工体、６・・
・円弧状鉄皮、７・・・不定形耐火物施工体、８・・・
試験用施工物、９ａ・・・施工体表面、９ｂ・・・施工
体円周方向端７面、１０・・・プレート、１１・・・ロ
ッド、１２・・・ロードセル、１１３・・・層状クラッ
ク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 取鍋の内周面に不定形耐火物を内張し、この不定形
   耐火物施工体を雰囲気加熱で乾燥する取鍋への不定形耐
   火物の施工法において、上記不定形耐火物は予め円弧状
   鉄皮の内周面に内張した不定形耐火物施工体を、その施
   工体表面から雰囲気加熱し、施工体表面温度が１２００
   ℃になつたのち、常温まで自然冷却し、常温での施工体
   円周方向の残留応力のないことを確認した不定形耐火物
   であることを特徴とする取鍋への不定形耐火物の施工方
   法。