WO2003066911A1 - Garnissage au niveau de la partie restrictive d'un convertisseur - Google Patents

Description

明細書

転炉絞り部のライニング 技術分野

本発明は、 転炉のライニングに係わり、 詳しくは、 溶鋼の溶製に用いられる転 炉の内張りレンガ、 特に炉ロ絞り部のレンガ積み構造に関する。 背景技術

転炉は、 溶鋼を溶製する際に用いられる冶金容器の一つである。 その全体構造 は、 図 6に示すように、 原料の投入、 精鍊で生じたスラグの排出に用いられる炉 口 1、 溶鋼ゃスラグを保持し、 精鍊を行なう炉腹部 2及び炉底部 3、 並びに直径 の大きい前記炉腹部 2から炉ロ 1までの間で、 直径を上方に向け徐々に狭めてあ る絞り部 4からなる。 そして、 該転炉 5の外側は、 鉄皮 6で形成され、 高温の溶 鋼ゃスラグと接触する内部は、 耐火レンガ 7等の耐火物を内張りして （ライニン グという） その部分を保護するようになっている。

ところで、 前記 「絞り部」 4のライニングは、 耐火レンガ 7 (以下、 単にレン ガという） を、 図 4に示すように、 レンガ面を水平にして積む 「水平積み」 、 あ るいは図 5に示すように、 レンガ面を水平から傾斜させて積む 「傾斜積み」 で施 ェされるのが一般的である。 また、 この他にも、 レンガ積みに際して、 下記のよ うな特殊な工夫を凝らした技術もある。

例えば、 絞り部の鉄皮面に対し、 レンガ面を垂直にして積み上げることが提案 されている （特許文献 1参照） 。 また、 絞り部のレンガに金物を装備して、 それ を互いに引っ掛け合うことで、 該絞り部のレンガが落下するのを防止する技術が 開示されている （特許文献 2及び 3参照） 。 さらに、 施工時にレンガに予め溝を 彫って、 隣り合うレンガ同士を一体ィ匕して落下の防止を図る技術が開示されてい る （特許文献 4及び 5参照） 。

そして、 今までの経験によれば、 絞り部 4の長寿命化を図るには、 前記 「水平 積み」 よりは 「傾斜積み」 の構造の方が良い。 溶鋼ゃスラグ等による侵食は、 一 般に炉腹部 2から絞り部 4に向けて進むが、 「水平積み」 であると、 溶損部より 上方に位置するレンガにかかる下向きの力によって下方のレンガが折れ易いから である。 ちなみに、 レンガが折れてその一部が脱落すると、 絞り部全周のレンガ のせり力が失われ、 レンガ全体が脱落してしまう事故を招き、 操業に支障をきた すようになる。

これに対して、 「傾斜積み」 では、 前記下向きの力が分力して軽減されるので 、 「水平積み」 に比べてレンガの折れを軽減する効果がある。 そして、 この効果 を最大に発揮させるには、 前記特許文献 1に開示されているように、 炉壁面に対 してレンガ面を直角にして積むのが良い。

しかしながら、 該特許文献 1記載の技術では、 炉壁の傾斜がきついと、 築炉中 にレンガが滑り落ちてくるので、 築炉作業が円滑に行えないという問題がある。 特に、 転炉を最初に使用 （立ち上げ） する際には、 炉内にコークスを装入して加 熱し、 施工されたライニングを乾燥後、 逆さまにしてコークスを排出するが、 傾 斜積みした絞り部のレンガが抜けていまうことがある。 また、 絞り部レンガの落 下防止対策として、 前記特許文献 2及び 3に記載されているように、 レンガに金 物を装備する技術があるが、 材料がコストアップになってしまう。 さらに、 前記 特許文献 4及び 5に記載されているように、 絞り部レンガに予め溝をつけて一体 化するのは、 溝をつける作業が別途必要なため、 作業工数が増大して、 コストア ップするという問題があつた。 前記特許文献 4及び 5に開示されるような溝を、 レンガをプレス成形する際に使用する型に該溝に対応する凹凸を設けて製作する のでは、 後にレンガを熱処理した際にその溝のコーナからクラックが発生し易く なる。 従って、 レンガを製造した後に溝切り加工を別途行わなければならない。 本発明は、 かかる事情に鑑み、 絞り部のレンガが 「傾斜積み」 であっても、 レ ンガの脱落を従来より抑制でき、 且つ施工時の作業性に優れた転炉のライニング を提供することを目的としている。

【特許文献 1】

実開平 3— 6 7 0 5 0号公報

【特許文献 2】

特開平 1— 3 0 9 9 1 5号公報

【特許文献 3】 実開平 5— 3 7 9 5 0号公報

【特許文献 4】

特公昭 5 8— 3 2 3 1 1号公報

【特許文献 5】

特開平 5— 2 7 9 7 1 9号公報 発明の開示

発明者は、 上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、 その成果を本発明に具現 化した。

すなわち、 本発明は、 転炉絞り部の鉄皮に耐火レンガを傾斜積みで内張りし、 高温の溶鋼及びスラグによる溶損を保護する転炉絞り部のライニングにおいて、 前記耐火レンガの上面及び下面に上に凸の折れ曲がり係止部を設け、 上側に積む 耐火レンガ下面の該係止部と、 下側に積む耐火レンガ上面の係止部とを互いに重 ね合わせてなることを特徴とする転炉絞り部のライニングである。

また、 本発明は、 前記耐火レンガの上面及び下面を、 前記鉄皮の面に対して垂 直にしたり、 前記上に凸の折れ曲がり係止部の高さを 5〜2 0 mmとしたり、 あ るいは前記上に凸の折れ曲がり係止部の位置を、 耐火レンガの鉄皮側端部よりレ ンガ全長の 1 / 1 5 - 1 / 3とするのが良い。

本発明によれば、 新規に設けた上に凸の折れ曲がり係止部により、 上下で隣り 合うレンガ同士を互いに係止し合うので、 炉腹部の溶損が進んでもレンガが抜け 落ち難くなる。 また、 レンガ積み時や逆さまにした時のレンガの抜け落ちも防止 できるようになる。 つまり、 本発明により、 絞り部のレンガが 「傾斜積み」 であ つても、 レンガの脱落を従来より抑制でき、 且つ施工時の作業性に優れた転炉の ライニングを安価に提供できるようになる。 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明に係る転炉絞り部の全体イメージを示す横断面図である。 図 2は、 本発明に係る転炉絞り部の詳細を示す横断面図である。

図 3は、 本発明に係る絞り部及び従来の絞り部を備えた転炉の絞り部寿命を示 す図である。

図 4は、 従来の 「水平積み」 による転炉の絞り部を示す横断面図である。 図 5は、 従来の 「傾斜積み」 による転炉の絞り部を示す横断面図である。 図 6は、 一般的な上吹き転炉の構造を示す横断面図である。

図 7は、 本発明に係るレンガのサイズ、 形状の一例を示す図であり、 （a ) は 側面、 （b ) は平面である。 発明を実施するための最良の形態

以下に、 図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

本発明に係る転炉絞り部のライニングの全体イメージを図 1に示す。 このライ ニングに用いるレンガ 7は、 図 1に示すように、 炉腹部 2の水平に積まれた炉腹 部レンガ 8の上に、 傾斜させて積むようにしたものである。 そして、 その重要な ポイントは、 一般のレンガのような単に平坦面を有するレンガではなく、 図 2に 横断面で示すように、 レンガ面の一部に上に凸の折れ曲がり係止部 9を設けたレ ンガを採用したことにある。 つまり、 上側に積むレンガ下面の該係止部 9 aと、 下側に積むレンガ上面の係止部 9 bとを互いに重ね合わせるようにしたのである 。 このようにすれば、 上下で隣り合うレンガ同士が互いに係止し合うので、 炉腹 部レンガ 8や絞り部 4のレンガ 7の溶損がある程度進み、 下方を支えるレンガが 失われても、 上方のレンガが抜け落ち難くなるからである。 なお、 係止部 9を上 に凸としたのは、 上に凹であると、 レンガを上下に重ね合わせた際に滑り易くな り、 外力が加わった際にレンガが共に抜けてしまうからである。

また、 このようなライニングであると、 レンガ積みに際して、 炉内に入った作 業者が手前側から鉄皮側へレンガ 7を押し付けて、 下側に積まれたレンガの係止 部 9 bに上側に積むレンガの係止部 9 aを落とし込むだけで施工できるので、 築 炉作業上の負荷の増大にはならない。 さらに、 レンガの製造は、 上記したような 形状を出現可能な型枠を製作するだけで、 別途特別なコストを要しない。 さらに 転炉用内張りレンガは、 円環状の鉄皮に施工するため、 一般的に長方体でなく、 隣り合うレンガの相対する 2面が平行でない場合が生じる。 本発明では、 レンガ の上に凸の折れ曲がりを付けて多面体とし、 施工に何ら問題が生じないようにし た。

ところで、 転炉とは異なる技術分野においては、 例えば熱風炉等の内壁、 特に その天井部において、 レンガの落下を防止するために系止部を有する耐火レンガ が既に使用されている。 熱風炉等に使用される耐火レンガの代表的なものは、 ラ イニング厚方向中央付近に前記系止部 （図 1の 9 a相当） を有し、 系止部の段差 の高さは約 2 5 mm前後、 また段差に至る傾斜部 （9 c相当） は、 レンガの水平 面に対して約 3 0 ° 前後の角度 （0 1相当） を成すように構成されている。 しか し、 このような形状は、 以下の事情により転炉のライニングに適用することが困 難であった。

第一に、 熱風炉等の耐火レンガの傷みは、 比較的少なく、 交換するまでの寿命 は十年以上であることが一般的である。 一方、 転炉の内壁は、 溶鋼による侵食等 を常に受けるので、 その寿命は最大でも 1年程度である。 しかも、 ライニングの 侵食が前記系止部まで至ると系止効果は当然に消失するので、 レンガの欠落のリ スクが急増する。 したがって、 熱風炉に用いられるように、 系止部がライニング 厚方向中央部付近にあると、 レンガが半分侵食されたところでレンガ欠落のリス クが急増することになり、 レンガ交換頻度が多くなるという問題が生じる。

第二に、 熱風炉での炉内温度は 1 2 0 0 °C程度であるが、 転炉の炉内温度は最 犬で 1 7 0 0 °Cを超えるため、 転炉という環境は熱風炉等より熱負荷が高い。 ま た、 熱伝導率も熱風炉等に用いられる珪石レンガに比べ、 転炉で用いる M g O— Cレンガ (マグネシア 'カーボン) は大きいため、 転炉のライニングの場合、 そ の系止部等の変形部分に集中する力は、 熱風炉の場合より大きくなるという問題 がある。

上記第一の問題を解決するには、 系止部はできるだけライリニング厚方向の鉄 皮側に寄せて設けることが要求されるが、 他方、 第二の問題点は、 系止部をレン ガの端近くに設けたり、 系止部の突き出しを大きくして系止力を高めたりするこ とを困難にしている。 この相反する要件を満たすべく、 本発明者らはさまざまな 形状 '寸法を試した結果、 下記の形状とすることにより、 上記問題点を克服して 課題を解決できることを見出した。

まず、 本発明では、 この上に凸の折れ曲がり係止部の形状については、 所謂 「 鍵」 のような形状、 階段のように直角の段差や傾斜した段差、 日本文字のひらが な 「へ」 字状やローマ字の 「S」 字状等、 互いを係止し合う効果があれば良い。 ただし、 系止力と系止部強度との兼ね合いからは、 図 2に示すような緩やかな S 字状が最も好ましい。 また、 凸部 9 aは、 角ではなく曲面とし、 角度にして直角 より大きくすることが好ましい。 そのようにすると、 応力集中により折れ曲がり の角 （力ド） を起点とした割れを抑止できるからである。

さらに、 傾斜部 9 cがレンガの水平面となす傾斜角 ( θ 1 ) は約 3 0〜9 0 ° 未満、 より好ましくは約 4 5〜7 5 ° とすることが好ましい。 すなわち、 角度が 小さ過ぎると系止力が不足し、 特に炉壁面に対して垂直に積む傾斜積みではその 傾向が大きくなる。 他方、 角度が大き過ぎると、 系止部が破壊され易くなる。 加えて、 本発明では、 上に凸の折れ曲がり係止部 9の高さを 5〜2 O mmとす るのが良い。 その理由は、 5 mm未満では、 レンガ同士の係止が不安定で小さな 外力でもレンガ抜けが起きる可能性があり、 2 0 mm超えでは係止効果が飽和し 、 また系止部が脆弱になる懸念があるからである。

さらに加えて、 本発明では、 上に凸の折れ曲がり係止部 9の位置を、 レンガの 鉄皮側端部よりライニング厚み方向の全長の 1 / 1 5〜 1 / 3とするのが一層好 ましい。 該係止部の位置がレンガの鉄皮側端部より全長の 1ノ1 5未満では、 万 一レンガが折れた場合に残部のレンガで鉄皮を保護し切れないからであり、 1 / 3超えでは、 侵食が進んだり、 下向きの力が加えられたりした際に抜け易くなる からである。 なお、 好ましくは、 レンガ全長の 1 Z 1 5〜1 Z 1 0程度が特に好 適である。 また、 上述のような折れ曲がり係止部は、 形状が単純なためレンガを 製造する際の型枠に折れ曲がり係止部に対応する凹凸を設けておくことで容易に 形成できる。 なお、 レンガの種類は問わないが、 前延のように、 マグネシア ·力 一ボン系の適用が好ましい。 レンガ 7を積む傾斜角度 （図 1の 0 2 ) については 、 水平に対してある程度傾いていれば良いが （例えば、 約 1 0 ° ) 、 1 5 ° 以上 が好ましく、 鉄皮面に対してレンガ面が垂直であることが最も好ましい。 レンガ 7にかかる下向きの力を分力する効果が大きいからである。

(実施例）

転炉の絞り部用として、 図 2に示すようなレンガを製作し、 転炉 5の絞り部 4 にレンガ 7が鉄皮に垂直になるように施工し （本発明例） 、 該転炉で溶鋼を溶製 する操業を行なった。 また、 通常の平坦面を有するレンガで施工した転炉での操 業も行なった （比較例） 。 それらのレンガ 7は、 材質が M g〇— C系 （マグネシ ァ 'カーボン系） であり、 M g Oと Cの混合粉末をそれぞれの型枠に流し込み成 形し、 乾燥させて製作した所謂 「不焼性」 のレンガである。 なお、 本発明に係る レンガのサイズは、 図 7に示すように、 高さ 1 5 0 mmX長さ （ライニング厚み 方向） 8 1 O mmX幅 7 5 mmとし， 上下面にそれぞれに、 上に凸の折れ曲がり 係止部 9を設けた。 その上に凸の折れ曲がり係止部 9は、 鉄皮側になる端部から' 7 5 mmの位置に、 図 2に示したような傾斜した段差を設け、 その段差の高さを 1 5 mmとしてある。 また、 絞り部 4以外の転炉 5の各部は、 通常通りのレンガ 積みで施工されている。 段差に至る傾斜部の傾斜 9 cの傾斜角 ( Θ 1 ：図 2参照 ) は、 6 0 ° であった。 さらに、 上記絞り部レンガの施工方法としては、 比較例 1が従来の 「水平積み」 ( θ 2 = 0 ° ) 、 比較例 2が傾斜角 ( Θ 2 ) が 1 2 ° の 「傾斜積み」 、 本発明例が鉄皮面にレンガ面を垂直にした 「傾斜積み」 である。 なお、 従来の平坦なレンガでは、 これ以上の傾斜にすることは困難であった。 ま た、 鉄皮面 （炉壁面） に垂直に傾斜積みした場合の水平面からのレンガの傾斜 （ Θ 2 ：図 1参照） は約 3 0 ° であった。 また、 本発明では、 転炉絞り部の鉄皮に 垂直に （0 3 = 9 0 ° 、 （図 1参照） ) 積むことで効果が最大になるが、 0 3 ( 図 1参照） が 9 5〜1 0 5 ° においても効果のあることを確認している （図 3参 照） 。 なお、 操業では、 普通炭素鋼を始め種々の鋼種を多数チャージ溶製したが 、 比較例及び本発明例で平均してほぼ同様の鋼種 （組成） になるようにした。 これら転炉での操業結果を転炉絞り部の寿命指数 （水平積みでの寿命を基準と した） で評価し、 図 3に示す。 図 3より、 本発明によれば転炉絞り部の寿命を従 来の 2倍程度に向上できることが明らかである。 これは， 従来の水平積みや傾斜 積みでは、 レンガの消耗は割れと溶損の複合であつたが、 鉄皮に垂直に積むこと により絞りレンガへかかる力が分散され、 レンガの割れを抑制することができた ためである。 また、 本発明に係る転炉のライニングを施工するに際しては、 従来 の施工に比べて築炉作業での工数の増加もなく、 また、 レンガのコストは、 新た な型枠を製作するのみで、 レンガの製造コストは上昇しなかった。

Claims

請求の範囲

1. 転炉絞り部の鉄皮に耐火レンガを傾斜積みで内張りし、 高温の溶鋼及び スラグによる溶損を保護する転炉絞り部のライニングにおいて、

前記耐火レンガの上面及び下面に上に凸の折れ曲がり係止部を設け、 上側に積 む耐火レンガ下面の該係止部と、 下側に積む耐火レンガ上面の係止部とを互いに 重ね合わせてなることを特徴とする転炉絞り部のライニング。

2. 前記耐火レンガの上面及び下面を、 前記鉄皮の面に対して垂直にしてな ることを特徴とする請求項 1記載の転炉絞り部のライニング。

3. 前記上に凸の折れ曲がり係止部の高さが 5〜 2 Ommであることを特徴 とする請求項 1又は 2記載の転炉絞り部のライニング。

4. 前記上に凸の折れ曲がり係止部の位置が、 耐火レンガの鉄皮側端部より 該レンガ全長の 1/15〜1Z3であることを特徴とする請求項 1〜 3のいずれ かに記載の転炉絞り部のライニング。

5. M g O及び Cを主成分とするほぼ直方体のレンガであって、 該レンガの 長手方向の端部から全長の 1Z15〜1Z3の位置のレンガ上下面に、 上に凸の 折れ曲がり系止部を有するマグネシア ·カーボン耐火レンガ。