JP4410702B2 - 溶銑予備処理炉の補修方法 - Google Patents

Description

本発明は、転炉方式の溶銑予備処理炉の損耗した内壁を、熱間補修する方法に関するものである。

転炉方式の溶銑予備処理炉は、内壁が耐火物により構成されている。このため炉内に装入される溶鋼やスクラップが装入される側の炉内壁（装入壁）は、装入物から受ける衝撃により損耗を生じやすい。そこで従来から特許文献１に示されるように、ピッチやフェノール樹脂と耐火性骨材とを主材とするニーダと呼ばれる樹脂系保護材を用い、炉内壁の熱間補修を行っていた。

しかしこのような樹脂系保護材は寿命が短く、約１０チャージ毎に補修を行う必要があるうえ、１回あたりの補修に４０分程度の長い時間を要する。このため溶銑予備処理炉の補修が生産障害を招いていた。しかも樹脂系保護材は高価であるため、ランニングコストが高くなるという問題があった。

なお特許文献２，３，４に示すように、転炉の炉内壁の熱間補修方法として、スラグコーティング法が知られている。このスラグコーティング法は、転炉の残存スラグに炭酸カルシウムやドロマイトを吹き込み、固化させることによって炉内壁に強固なコーティング層を形成する方法であり、この方法によれば高価な樹脂系保護材を用いる必要がない。

ところが転炉は処理終点温度が１６４０〜１６７０℃と高温であるのに対して、溶銑予備処理炉は処理終点温度が１３００℃と低温であり、また炉内のフリー酸素も転炉では３００〜４００ｐｐｍであるのに対して、溶銑予備処理炉では２０ｐｐｍ以下と大幅に相違している。このため転炉のスラグコーティング法をそのまま溶銑予備処理炉に適用しようとしても、コーティングに適した流動性の高いスラグを得ることはできなかった。
特開平９−２２７２１５号公報 特開昭５９−９３８１６号公報 特開昭６２−４０３０９号公報 特開平９−２０９０２２号公報

本発明は上記した従来の問題点を解決し、炉内の残存スラグを利用して溶銑予備処理炉の炉内壁に短時間で長寿命のスラグコーティング層を形成することができる溶銑予備処理炉の補修方法を提供するためになされたものである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の溶銑予備処理炉の補修方法は、溶銑予備処理炉の残存スラグに酸素ブローを行うことにより、スラグ中のＦｅＯ分を増加させてスラグの融点を低下させたうえ、スラグ深さと等しい直径の石灰石を投入してスラグの融点を高めるとともに冷却固化させ、炉内壁に高融点のスラグコーティング層を形成することを特徴とするものである。また、石灰石の投入後に溶銑予備処理炉を傾動させ、スラグを装入壁に移動させることが好ましい。

本発明の溶銑予備処理炉の補修方法によれば、残存スラグに酸素ブローを行うことにより、スラグ中のＦｅと酸素とを反応させて発熱させると同時に、スラグ中のＦｅＯ分を増加させてスラグ組成を変化させ、低融点化する。これにより転炉におけるスラグと同様に、流動性の高いスラグとなる。次に石灰石を投入するとともに、溶銑予備処理炉を傾斜させてこのスラグを補修すべき部位である装入壁に流動させる。石灰石の投入により吸熱反応が生じて急速に冷却固化するとともに、スラグ組成が高融点化し、炉内壁に高融点のスラグコーティング層が形成される。このため、炉内の残存スラグを利用して溶銑予備処理炉の炉内壁に短時間で長寿命のスラグコーティング層を形成することが可能となる。

以上に説明したように、本発明の溶銑予備処理炉の補修方法によれば、炉内の残存スラグを利用して溶銑予備処理炉の炉内壁に短時間で長寿命のスラグコーティング層を形成することができる。このため従来のように溶銑予備処理炉の補修が生産障害を招くことがなく、また従来よりもランニングコストを大幅に低減させることが可能となった。またスラグ深さと等しい直径の石灰石を投入することにより、スラグ層の全体において石灰石の分解吸熱反応が進行し、均質で付着性に優れたスラグコーティング層が装入壁に形成される。しかも形成されたスラグコーティング層の寿命が長いので、補修頻度も従来の半分以下にまで低下させることができる。

以下に図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施形態を示す。
先ず溶銑を排出した直後の溶銑予備処理炉１の炉内に、図１に示すように酸素ランス２を装入し、残存スラグ３に対して酸素ブローを行う。この残存スラグ３は溶銑予備処理炉１の処理末期温度である１３００℃付近のホットスラグである。この溶銑予備処理炉１の残存スラグはＦｅＯ濃度の低い固いスラグであり、図５のＳｉＯ_２-ＣａＯ-ＦｅＯの３成分系状態図においてＡとして示す組成を持つものである。その融点は約１６００℃であるから、酸素ブローを行う前には固体の比率（固相率）が高い。本発明の酸素ブローの要件は通常純酸素を用いるものであるが、酸素に窒素、ＣＯ_２などの不純物を多少含んでいても、本発明を逸脱するものではない。

しかし溶銑予備処理炉１の炉内に酸素ブローを行うことにより、残存スラグ中に含まれているＦｅ分とブローされた酸素とが反応し、ＦｅＯを生成する。このＦｅＯの増加により図５の３成分系状態図においてＡとして示された残存スラグの組成はＢに移行し、その融点は１２００〜１３００℃にまで低下する。しかもＦｅ＋Ｏ→ＦｅＯは発熱反応（△Ｈ＝−２６４ｋＪ/ｍｏｌ）であるからスラグ温度が上昇し、流動性の高いスラグとなる。なお、好ましいブロー時間は例えば約２分である。実験の結果、スラグ中のＦｅＯが２０％以上に達するまで酸素ブローを行えば、スラグの流動性が確保されることを確認した。この時、発熱反応を促進させる目的で燃料となるもの、例えばコークス、土壌黒鉛、プラスチックなどを共に入れ、スラグの流動性を改善する方法もある。

次に図２のように溶銑予備処理炉１を傾斜させ、石灰石４を投入する。そしてその後直ちに、図３のように溶銑予備処理炉１を更に傾斜させ、スラグを補修対象位置である装入壁５に移動させる。石灰石４の投入直後はスラグの流動性が高いため、このような操作が可能である。なお石灰石４の投入量は１チャージ当たり約１トンとした。石灰石４は完全なＣａＣＯ_３でなくても良く、例えばＭｇＣＯ_３、ＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３などが一部含まれていても差し支えない。例えば石灰石より高価であるが、ＣａＣＯ_３とＭｇＣＯ_３を含む生ドロマイトでも同様の効果は得られる。

石灰石４の投入が行われると、スラグ組成は図５の３成分系状態図においてＢとして示された組成から更にＣａＯの多いＣの組成に徐々に移行する。このＣの組成のスラグの融点は１８００〜２０００℃である。しかもＣａＣＯ_３→ＣａＯ＋ＣＯ_２の反応は吸熱反応（△Ｈ＝３８０ｋＪ/ｍｏｌ）であるから、石灰石４の投入後はスラグは吸熱されて温度が降下し、１０〜１５分程度の短時間で冷却固化して高融点のスラグコーティング層６を形成する。なお、冷却を促進させるために、Ｎ_２，ＣＯ_２などの不活性ガスを吹き付けて時間短縮を図ることも効果的である。

ところで、石灰石４として通常粒径のものを投入すると、図６に示すようにスラグ中に沈降し、耐火物表面のスラグは石灰石４の分解吸熱により固化するが、スラグ表面では固化が生じないので、スラグコーティング層６の付着状況が悪くなる。そこで図７に示すように、スラグ深さとほぼ等しい直径の石灰石４を投入することが好ましい。具体的には、スラグ深さが２００ｍｍの場合、直径が１５０〜２００ｍｍの石灰石４を投入することにより、スラグ層の全体において石灰石４の分解吸熱反応が進行し、均質で付着性に優れたスラグコーティング層６が装入壁５に形成される。

補修に要したここまでのトータル時間は１７〜２２分であり、従来の樹脂系保護材を用いた補修方法の半分以下である。その後、図４に示すように溶銑予備処理炉１に溶銑を装入し、通常の操業が行われるが、本発明の補修により形勢されたスラグコーティング層６の融点は１８００〜２０００℃の高温であるから、１３００〜１５００℃前後の溶銑予備処理炉１の処理温度では溶解するおそれもなく、長寿命の保護層となる。

処理終点温度が１３００℃、容量が３００トンの溶銑予備処理炉内に０.２トンのホットスラグを残存させた。この残存スラグはＳｉＯ_２：３０％、ＣａＯ：６０％、ＦｅＯ：１０％の組成を有し、その融点は約１４００℃である。この溶銑予備処理炉内に酸素ランスを挿入して、３００Ｎｍ^３/ｍｉｎの酸素ブローを２分間行った。この結果、残存スラグ中のＦｅが酸化して発熱するとともに、スラグ組成はＳｉＯ_２：３０％、ＣａＯ：４５％、ＦｅＯ：２５％に変化し、その融点は約１２５０℃まで低下した。これによりスラグは溶融し、炉内のスラグ深さは２００ｍｍとなった。

次に、直径２００ｍｍの石灰石を炉内に１トン投入し、その直後に５分間を掛けて炉体を傾斜させて溶融スラグを炉体の装入壁にまで流動させた。この状態で１０分間静置したところ、石灰石の分解による吸熱反応によりスラグは急速に冷却固化した。また石灰石の投入によりスラグ組成はＳｉＯ_２：２０％、ＣａＯ：６５％、ＦｅＯ：１５％に変化し、その融点が約１９００℃の強固なスラグコーティング層が形成された。以上の熱間補修に要したトータル時間は１７分である。

このように、本発明の補修方法によれば補修時間を従来の半分以下に短縮できるとともに、補修費用を従来の樹脂系保護材を用いていた場合の１/１０程度にまで低減することが可能となった。

酸素ブロー工程の説明図である。 石灰石の投入工程の説明図である。 冷却固化工程の説明図である。 補修後の溶銑予備処理炉の使用状態の説明図である。 スラグの３成分系状態図である。 小径の石灰石を投入した場合の断面図である。 大径の石灰石を投入した場合の断面図である。

符号の説明

１ 溶銑予備処理炉
２ 酸素ランス
３ 残存スラグ
４ 石灰石
５ 装入壁
６ スラグコーティング層

Claims (2)

1. 溶銑予備処理炉の残存スラグに酸素ブローを行うことにより、スラグ中のＦｅＯ分を増加させてスラグの融点を低下させたうえ、スラグ深さと等しい直径の石灰石を投入してスラグの融点を高めるとともに冷却固化させ、炉内壁に高融点のスラグコーティング層を形成することを特徴とする溶銑予備処理炉の補修方法。
2. 石灰石の投入後に溶銑予備処理炉を傾動させ、スラグを装入壁に移動させることを特徴とする請求項１記載の溶銑予備処理炉の補修方法。

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