JP4516934B2

JP4516934B2 - 精錬容器の補修方法

Info

Publication number: JP4516934B2
Application number: JP2006145382A
Authority: JP
Inventors: 智伊藤; 新一福永; 泰次郎松井; 元邦板楠
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2006-05-25
Filing date: 2006-05-25
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2026-05-25
Also published as: JP2007313539A

Description

本発明は、溶融金属を鋳型に注ぐ際に用いられ、耐火物が内張りされた精錬容器を補修する精錬容器の補修方法に関する。

連続鋳造で使用されるタンディッシュ、取鍋等の精錬容器は、内部に高温の溶鋼が流し込まれるため、外皮となる鉄皮の内側に内張り材が施工されており、内張り材としては、ろう石質、ジルコン質、高アルミナ質等の耐火物が使用されている。
このような精錬容器は、流し込まれる高温の溶鋼やスラグ等によって損傷を受けることがあり、溶損の状態によっては補修をしなければならないことがある。

従来、このような精錬容器の補修は、精錬容器を常温まで冷却して解体した後、ウェア部の耐火物を補修し、コーティングした後、予熱して再度使用に供することがあるが、この際、補修材としては、水系の不定形材が用いられることが多い。
しかし、このような水系の補修材を使用する場合、部分的な補修で十分にも拘わらず、内張り面全体に補修材を施工しなければならず、手間がかかるという問題がある。
そこで、部分的な補修でよい場合には、局部溶損部に煉瓦の部分積み替えを行い、周囲部にはカーボン含有耐火物を用いて補修範囲をなるべく少なくするという技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、コークス炉の補修方法として、操業中に酸化性粒子及び耐火性粒子とＣａ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｍｇ等の金属粉とを補修箇所に吹き付けてテルミット反応を起こして補修する溶射を利用した補修方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平６−４７５２５号公報（図１）特開平２−７００５２号公報（第１頁、第２頁）

しかしながら、前記特許文献１に記載の補修方法では、結局水系の補修材を使用しなければならず、補修材の水分が多い場合には、十分な乾燥時間を取る必要があり、十分に乾燥させないと、予熱に際して耐火物の爆裂が起きたり、補修材中の水分により鋼中に水素がピックアップされて鋼の品質が低下する可能性があるという問題がある。
また、前記特許文献２に記載の補修方法では、操業中のコークス炉における補修であり、壁面温度が６００℃〜１０００℃の環境下で補修を行うものであるから、テルミット反応を容易に起こせるのであるが、前述した精錬容器は、操業を止めて容器を冷却した状態で補修するのが通常であるから、前記特許文献２に記載の補修方法をそのまま適用することはできない。

本発明の目的は、補修後の乾燥時間を取る必要がなく補修時間を大幅に短縮することができ、かつ鋼中に水素がピックアップされて鋼の品質が低下することのない、精錬容器の補修方法を提供するものである。

本発明は、冷間状態であっても強制的にテルミット反応を起こさせることで、水系補修材を用いることなく、乾燥工程を必要とせず、短時間で補修を行うことができるという知見に基づいて案出されたものである。

（１）本発明に係る精錬容器の補修方法は、耐火物と同成分の骨材と、アルミニウム（Ａｌ）及びシリコン（Ｓｉ）の少なくともいずれか一方とを含む粉体を、酸素により前記耐火物の補修箇所に吹付ノズルを用いて吹き付け、金属及び酸素のテルミット反応により、溶融金属を鋳型に注ぐ際に用いられ、耐火物が内張りされた精錬容器を補修する精錬容器の補修方法であって、前記吹付ノズルには、前記酸素による粉体の吹付とともに燃料を噴出する燃料噴出管が設けられ、前記金属及び酸素のテルミット反応は、前記燃料を噴出させて前記補修箇所近傍で前記吹付ノズルに着火する段階と、着火後、前記酸素を噴出させながら前記粉体を吹き付け、テルミット反応を開始させる段階と、テルミット反応開始後、燃料噴出を停止させる段階とを経て開始させることを特徴とする。
ここで、補修対象となる精錬容器としては、例えば、タンディッシュ、取鍋の他、二次精錬装置である真空脱ガス炉や、トーピードカー、トーピードカーと転炉の間に用いられる溶銑鍋等が考えられる。
また、吹付ノズルへの着火は、例えば、トーチランプ等を用いて行うことができる。
さらに、補修箇所近傍とは、補修作業ができれば特に規定されるものではないが、１ｍ以内が推奨される。

この発明によれば、テルミット反応を利用した溶射によって補修箇所の補修を行うことができるため、従来のように水系の補修材を用いる必要がなく、乾燥時間を取る必要がなくなるので、補修作業に要する時間を大幅に短縮できる。
また、補修後の耐火物に水分が含有されないので、補修後の精錬容器を使用しても、鋼中に水素がピックアップされて鋼の品質が低下することもない。
さらに、Ａｌ及びＳｉの少なくともいずれか一方を骨材に含ませることにより、テルミット反応時の発熱量を大きくすることができる上、テルミット反応によってこれらの元素からアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）が生成するので、そのまま耐火物として使用することができる。
また、補修箇所近傍で着火することにより、着火後直ちに粉体の吹き付けを開始して、テルミット反応による補修作業を行うことができる。
さらに、吹付ノズルに燃料噴出管が設けられていることにより、燃料噴出管に着火して燃焼させ、着火後、酸素を噴出させながら粉体を吹き付けるだけで、テルミット反応を開始させることができるため、補修作業の作業性が一層向上する。
また、燃料噴出管から噴出される燃料を燃焼させて着火した後、テルミット反応を開始させることにより、精錬容器の状態によらず補修作業を行うことができるため、作業環境によらずに補修作業を実施することができる。

（２）本発明において、前記精錬容器をテルミット反応が生じる温度以下に冷却した状態で、粉体の吹き付けを行うことができる。
具体的には、補修作業に際しては、耐熱対策を講じた場合に作業可能な温度として５００〜６００℃まで冷却し、さらには作業可能な温度としてはより低い温度である１００℃以下で常温程度まで、冷却しても粉体の吹き付けを行うことができる。
この発明によれば、精錬容器が補修作業可能な温度に冷却されていることにより、作業者による精錬容器の取り扱いが容易となるため、効率的に補修作業を行うことができる。

このような本発明によれば、補修後の乾燥時間を取る必要がなく補修時間を大幅に短縮することができ、かつ鋼中に水素がピックアップされて鋼の品質が低下することがない、という効果がある。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔１〕取鍋１の構造
図１には、本発明による補修対象となる精錬容器としての取鍋１が示され、この取鍋１は、連続鋳造において最初に溶鋼が投入される容器であり、溶鋼が投入されると、溶鋼中の介在物が浮遊してくるので、取鍋１内に溶鋼を投入した際、この介在物の除去も行われる。
取鍋１は、図１に示されるように、容器本体１１と、この容器本体１１の底部に設けられるロングノズル１２及び上ノズル１３とを備えて構成され、ロングノズル１２は、タンディッシュへの溶鋼注入時、鋳込み流を直接大気と触れさせないで酸化を防止する他、タンディッシュに注入された溶鋼流の乱れを防止するために設けられている。

容器本体１１は、略円筒形状の鉄皮１１１の内側面に内張りされる裏張り煉瓦１１２と、この裏張り煉瓦１１２の内側に内張りされた耐火煉瓦１１３と、容器底部に内張りされる裏張り煉瓦１１４と、この裏張り煉瓦１１４の内側に内張りされた耐火煉瓦１１５とを備えて構成される。
容器内側面に内張りされる耐火煉瓦１１３、１１５は、例えば、コランダム及びスピネルを主成分とする材料から構成されている。さらに、耐火煉瓦１１３のうち、上部の取鍋スラグと接触する部分には、耐溶損性からマグネシアを主成分とする材料が使用されることもある。
容器底部に内張りされる耐火煉瓦１１５のうち、ロングノズル１２の挿入孔の羽口回り部の耐火煉瓦１１５は、例えば、コランダム及びムライトを主成分とする材料から構成され、容器内側面に内張りされる耐火煉瓦１１３よりも耐溶損性の高い材料が採用されている。

このような取鍋１において、耐火煉瓦１１３、１１５の溶損が生じる箇所としては、例えば、容器内側面に内張りされた耐火煉瓦１１３のうち、容器底部と取り合う損傷箇所Ａである。この部分の損傷は、取鍋１内に残留したスラグ等によって発生する。また、耐火煉瓦１１３のスラグと接触する部分にも、スラグとの接触により損傷箇所Ａ’が生じる。
さらに、上ノズル１３の挿入孔の羽口回りの箇所Ｂにも損傷が生じる。この部分の損傷は、上ノズル１３の酸素洗浄の際に発生する酸化鉄により生じるものである。

〔２〕タンディッシュ２の構造
図２には、本発明による他の補修対象となるタンディッシュ２が示され、このタンディッシュ２は、取鍋１のロングノズル１２から供給される溶鋼を受け入れ、溶鋼中の介在物をさらに除去した後、溶鋼を連続鋳造用の鋳型に供給する。
タンディッシュ２は、図２に示されるように、容器本体２１と、この容器本体２１の底部に設けられ、鋳型に溶鋼を供給するための浸漬ノズル２２とを備えて構成される。尚、図２では図示を略したが、浸漬ノズル２２は、容器本体２１の底部に複数設けられており、各浸漬ノズル２２の下部にはそれぞれ鋳型が配置され、タンディッシュ２に投入された溶鋼は、容器本体２１内で分配され、各鋳型に供給される。

容器本体２１は、略船底形状の鉄皮２１１の内側面に内張りされる裏張り煉瓦２１２と、この裏張り煉瓦２１２のさらに内張りされる耐火煉瓦２１３とを備えて構成される。
このタンディッシュ２に用いられる耐火煉瓦２１３は、例えば、ムライトを主成分とする材料から構成されている。
また、容器本体２１内部には、耐火煉瓦２１３の面から突出して堰２１４が設けられ、この堰２１４は、溶鋼の流れをコントロールしたり、溶鋼中の介在物を浮遊させるために設けられている。

このようなタンディッシュ２において、耐火煉瓦２１３の溶損が生じる箇所としては、例えば、堰２１４の下流側近傍に損傷箇所Ｃである。この部分の損傷は、堰２１４によって流れが調整された溶鋼によって生じるものと考えられる。
また、取鍋１の場合と同様に、浸漬ノズル２２の交換時に、羽口回りにも箇所Ｄにも損傷が生じる。
さらに、タンディッシュ２では、操業中常時溶鋼の流れがあり、溶鋼のスラグラインＳに応じた耐火煉瓦２１３の箇所Ｅに溶損が生じる。

〔３〕補修装置３の構造
図３には、本発明に係る補修装置３が示されており、この補修装置３は、スプレーノズル３１及び燃料噴出管３２を備えて構成されている。
スプレーノズル３１は、補修材及び金属からなる粉体及び酸素を噴出する部分であり、図示を略したが、粉体を噴出するコンプレッサと、酸素ボンベ等の酸素供給源とに接続されている。
燃料噴出管３２は、燃料ガス等の可燃性ガスを噴出する部分であり、やはり図示を略したが、ガスボンベ等の燃料ガス供給源に接続されている。
補修装置３の着火に際しては、燃料ガスを噴出させた状態で火花やグロー放電を利用して着火する。

〔４〕補修装置３による補修手順
次に、図３に基づいて、前記の補修装置３による補修手順について説明する。
まず、溶射に使用する骨材は、基本的には、内張りされた耐火煉瓦の材質と同様のものを採用するのが好ましく、また、テルミット反応を生じさせるには、アルミニウム（Ａｌ）やシリコン（Ｓｉ）等を骨材に混合して粉体を構成する。具体的には、前述した損傷箇所に応じて、例えば、次のような粉体成分を採用するのが好ましい。
■損傷箇所Ａ：コランダム８０質量％＋スピネル１０質量％＋金属アルミニウム１０質量％
■損傷箇所Ａ’：マグネシア９０質量％＋金属アルミニウム１０質量％
■損傷箇所Ｂ：コランダム８０質量％＋ムライト１０質量％＋金属アルミニウム１０質量％
■損傷箇所Ｃ〜Ｅ：ムライト９０質量％＋金属アルミニウム１０質量％

損傷箇所に対する粉体の調合が終了したら、図３の３Ａに示されるように、燃料噴出管３２から燃料ガスを噴出させた後、これらの噴出部分に火花等を散らせば着火し、燃料ガスが燃焼した状態となる。
次に、図３の３Ｂに示されるように、燃料ガスの燃焼状態を維持したまま、コンプレッサを駆動して、酸素を噴出させながら粉体の吹付を開始し、燃焼ガスの燃焼温度によりテルミット反応を開始させる。
最後に、テルミット反応が安定したら、図３の３Ｃに示されるように、燃料ガスの噴出を遮断して、粉体を損傷箇所に吹き付け、溶射補修を行う。

〔５〕実施形態の変形
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、次に示すような変形をも含むものである。
前記実施形態では、補修装置３が燃料噴出管３２を備え、この燃料噴出管３２から燃料ガスを噴出させてこれに着火することでテルミット反応を起こさせていたが、本発明はこれに限られない。すなわち、補修対象となる精錬容器を予めテルミット反応開始温度まで加熱しておき、これに粉体及び酸素を吹き付けることでテルミット反応を起こさせてもよく、トーチランプ等の燃焼装置を別途準備しておき、これを用いて補修箇所近傍で粉体及び酸素のテルミット反応を起こさせてもよい。

前記実施形態では、取鍋１、タンディッシュ２の内張り耐火煉瓦を補修対象としていたが、これに限らず、真空脱ガス炉の内壁を構成する耐火煉瓦の補修に本発明に係る補修方法を採用してもよい。
その他、本発明の実施の際の具体的な構造等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。

前述した実施形態による補修方法について、従来の方法と比較してどの程度の施工能率が向上したかを実験により確認した。尚、補修対象は前述したタンディッシュ２とした。
〔１〕従来の補修方法
従来の補修方法として、次の補修方法を比較対象とした。
■流し込み補修
タンディッシュ２を連続鋳造設備から取り外し、補修材を水で混練した水系の不定形補修材をタンディッシュ内に流し込み、養生及び乾燥を行う補修方法である。

■煉瓦積み替え補修
流し込み補修と同様に、タンディッシュ２を連続鋳造設備から取り外し、タンディッシュ２内の損傷した耐火煉瓦を剥がし、新たな煉瓦に積み替えて行う補修方法である。
■湿式吹付補修
タンディッシュ２を連続鋳造設備上に取り付けたまま、スプレーガンで水系の不定形補修材を吹き付けた後、乾燥させて行う補修方法である。
■パッチング補修
補修箇所に粘土状又はパテ状の補修材を塗りつけて行う補修方法である。

〔２〕評価結果
各方法による補修に要した施工時間、施工に要した補修材の施工量、及び補修後の再補修が必要となるまでの溶鋼のチャージ数、すなわち耐用に基づいてそれぞれの補修方法の評価を行った。
各補修方法による評価結果を表１に示す。

〔３〕考察
前述した実施形態に係る補修方法では、施工時間が２時間であり、補修材の施工量も１００ｋｇと少なくて済み、かつ５０チャージまで再補修が必要ないという結果が得られた。
これに対して、流し込み補修による補修方法は、再補修が必要となるまでは１００チャージと長くなるが、施工時間が１２時間と長く、また、補修材の施工量も２００ｋｇと多い。
また、煉瓦積み替え補修においても、乾燥時間を４時間確保しなければならず、施工時間が６時間と長く、補修材の施工量も２００ｋｇと多い。

さらに、湿式吹付補修においても、乾燥時間を８時間確保しなければならず、施工時間が９時間と長くなってしまう。
そして、パッチング補修は、施工時間は１時間と短く、補修材の施工量も１００ｋｇと少ないが、３チャージ程度で再補修が必要となるため、操業中に何度も補修を行わなければならない。
以上のことから、前述した実施形態に係る補修方法は、施工時間、施工量、耐用すべてについてバランスがとれており、さらに水分乾燥の時間を確保する必要がなく、鋼中の水素ピックアップのおそれもないので、最も優れた補修方法であることが確認された。

本発明は、内部に耐火物が内張りされた精錬容器の補修に好適に用いることができ、とりわけ、連続鋳造に用いられる取鍋、タンディッシュの補修に好適である。

本発明の実施形態に係る補修方法の補修対象となる取鍋の構造を表す模式断面図。前記実施形態における補修対象となるタンディッシュの構造を表す模式断面図。前記実施形態における補修方法の手順を表す模式図。

符号の説明

１…取鍋、２…タンディッシュ、３…補修装置、１１…容器本体、１２…ロングノズル、１３…上ノズル、２１…容器本体、２２…浸漬ノズル、３１…スプレーノズル、３２…燃料噴出管、１１１…鉄皮、１１２、１１４…裏張り煉瓦、１１３、１１５…耐火煉瓦、１１４…耐火煉瓦、２１１…鉄皮、２１２…煉瓦、２１３…耐火煉瓦、２１４…堰、Ａ乃至Ｅ…損傷箇所、Ｓ…スラグライン

Claims

耐火物と同成分の骨材と、アルミニウム及びシリコンの少なくともいずれか一方とを含む粉体を、酸素により前記耐火物の補修箇所に吹付ノズルを用いて吹き付け、金属及び酸素のテルミット反応により、溶融金属を鋳型に注ぐ際に用いられ、耐火物が内張りされた精錬容器を補修する精錬容器の補修方法であって、
前記吹付ノズルには、前記酸素による粉体の吹付とともに燃料を噴出する燃料噴出管が設けられ、
前記金属及び酸素のテルミット反応は、
前記燃料を噴出させて前記補修箇所近傍で前記吹付ノズルに着火する段階と、
着火後、前記酸素を噴出させながら前記粉体を吹き付け、テルミット反応を開始させる段階と、
テルミット反応開始後、燃料噴出を停止させる段階とを経て開始させることを特徴とする精錬容器の補修方法。
前記精錬容器をテルミット反応が生じる温度以下に冷却した状態で、前記粉体の吹き付けを行うことを特徴とする請求項１に記載の精錬容器の補修方法。