製鉄用容器の耐火物ライニング構造
【課題】 高炉から出湯される溶銑を受銑して保持し、保持した溶銑を搬送する或いは保持した溶銑に精錬処理を実施するための製鉄用容器の耐火物ライニング構造において、施工が容易であって施工工数を抑えることができるとともに、長期間にわたって断熱効果を十分に発揮することのできる、製鉄用容器の耐火物ライニング構造を提供する。
【解決手段】 本発明に係る製鉄用容器の耐火物ライニング構造は、高炉から出湯される溶銑を受銑して保持し、保持した溶銑を搬送する或いは保持した溶銑に精錬処理を実施するための製鉄用容器１の耐火物ライニング構造であって、製鉄用容器の外側から、鉄皮２、永久耐火物層３、ワーク耐火物層４をこの順に有し、製鉄用容器の側壁部位においては、前記永久耐火物層は、厚みが３０ｍｍ以上６５ｍｍ以下の成形煉瓦の２層以上の煉瓦層からなり、且つ、前記鉄皮と前記永久耐火物層との間に、断熱材５を有することを特徴とする。
【解決手段】 本発明に係る製鉄用容器の耐火物ライニング構造は、高炉から出湯される溶銑を受銑して保持し、保持した溶銑を搬送する或いは保持した溶銑に精錬処理を実施するための製鉄用容器１の耐火物ライニング構造であって、製鉄用容器の外側から、鉄皮２、永久耐火物層３、ワーク耐火物層４をこの順に有し、製鉄用容器の側壁部位においては、前記永久耐火物層は、厚みが３０ｍｍ以上６５ｍｍ以下の成形煉瓦の２層以上の煉瓦層からなり、且つ、前記鉄皮と前記永久耐火物層との間に、断熱材５を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉から出湯される溶銑を受銑して保持し、保持した溶銑を搬送する或いは保持した溶銑に精錬処理を実施するための製鉄用容器の耐火物ライニング構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日、地球環境保全のために、全世界的規模でＣＯ2排出量の削減活動がなされている。製鉄業においても、多量の炭素源を使用することから、特に製銑分野及び製鋼分野においては、ＣＯ2排出量削減への取り組みが急務となっており、高炉での還元剤比の低減、熱ロスの低減、熱の有効利用化などの熱余裕度創出技術が研究・開発されている。また、熱余裕度の創出は、転炉におけるフェロシリコンなどの発熱剤原単位の削減が見込めるため、製鉄コスト合理化の面からも技術開発が重要である。
【０００３】
製鉄プロセスにおいては、一般に、高炉で製造されて高炉から出湯される溶銑は、トピードカーまたは溶銑鍋に代表される容器で受銑され、次工程の製鋼工程へと輸送される。また、製鋼工程の転炉或いは電気炉で溶製された溶鋼は、取鍋などの容器に出湯され、二次精錬工程や連続鋳造工程などの次工程へと輸送される。これらの製鉄用容器は、一般的には、稼働面（溶湯との接触面）側から順に、ワーク耐火物層、永久耐火物層、鉄皮の３層から形成されるライニング構造である。ワーク耐火物層及び永久耐火物層は、ともに成形煉瓦（定形耐火物）または不定形耐火物で構成され、成形煉瓦で構成されるときには、ワーク煉瓦層及び永久煉瓦層とも呼ばれる。尚、本発明においては、溶銑及び溶鋼を受けるための容器をまとめて製鉄用容器と称する。
【０００４】
溶銑或いは溶鋼を次工程へ輸送する場合、その経過時間（以下、「リードタイム」と記す）が長くなると、溶銑或いは溶鋼の熱が耐火物層を伝達し、鉄皮から外気に放出する熱量が増大し、溶銑或いは溶鋼の温度降下量が増大するという問題が発生する。また、リードタイムが長くなると、最外殻である鉄皮の温度が上昇し、鉄皮のクリープ変形や亀裂発生を引き起こす恐れがある。そこで、これらの問題を解決する手段の一つとして、製鉄用容器ライニング構造の断熱化に関する技術が幾つか提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、鉄皮に断熱ボード及びワーク煉瓦をこの順に施工してなる取鍋において、断熱ボードとワーク煉瓦との間にロー石煉瓦などの断熱煉瓦を設けた断熱ライニング構造が提案されている。そして、特に、断熱煉瓦層厚みは６０ｍｍ以上、ワーク煉瓦層厚みは３０ｍｍ以下が望ましいとしている。
【０００６】
しかしながら、溶銑を受銑する溶銑鍋に対して、特許文献１に記載されている技術を適用した場合には、断熱煉瓦の厚みが大きく、容積が低下するという問題点がある。また、断熱煉瓦の厚みが大きいことから断熱煉瓦内の温度勾配が大きくなり、断熱煉瓦内に亀裂が発生して耐火物寿命が低下する恐れもある。また更に、ワーク煉瓦厚みを３０ｍｍ以下にすると、断熱煉瓦の稼働面側温度が高温になることから、それに応じて熱伝達量が増加し、結果的に断熱性能が低下するという懸念もある。
【０００７】
一方、特許文献２及び特許文献３には、熱伝導率の範囲を規定した断熱材を、永久耐火物と鉄皮との間に配置し、稼働面側から、ワーク耐火物、永久耐火物、断熱材、鉄皮からなる４層構造の製鉄用容器のライニング構造が提案されている。そして、特に、断熱材は、厚みを３０ｍｍ以内とし、３〜１００ｎｍの細孔を有するものが望ましいとしている。
【０００８】
特許文献２及び特許文献３に開示される技術は、一見、断熱性の効果が得られるように見える。しかしながら、特許文献２及び特許文献３に開示される技術を溶銑鍋において適用した場合、各部位のライニング厚みによっては断熱材の適用温度範囲を超える可能性もあり、長期間にわたって断熱効果を得るためには十分な技術とはいえない。断熱材は一般的な耐火物に比較して耐熱性は低く、通常、１０００℃程度が断熱材使用の上限温度であり、それ以上の温度では変質し、断熱性能を劣化させる。また更に、細孔を有する断熱材を使用した場合には、耐火物施工時に断熱材と水分とが反応し、その結果、断熱性能が損なわれるという問題が生じる。
【０００９】
この耐火物施工時での断熱性能の劣化を防止するために、特許文献４では、ワーク耐火物と永久耐火物との間に保護板を配置する技術を提案している。しかし、この方法では耐火物施工時に保護板を施工する工程が増えるため、耐火物施工費が増大するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−５０２５６号公報
【特許文献２】特開２０００−１０４１１０号公報
【特許文献３】特開２０００−２２６６１１号公報
【特許文献４】特開２００３−４２６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
溶銑鍋のような製鉄用容器のライニング構造を断熱化して、溶湯温度降下量の低減及び鉄皮変形の低減などを図るには、断熱材の配置位置、耐火物層の層数、厚み、材質を十分に考慮した上で、しかも、施工工数を抑えることのできる耐火物ライニング構造とする必要がある。これらの観点から上記従来技術を検証すれば、未だ改善すべき点が多々あるのが実情である。
【００１２】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、高炉から出湯される溶銑を受銑して保持し、保持した溶銑を搬送する或いは保持した溶銑に精錬処理を実施するための製鉄用容器の耐火物ライニング構造において、施工が容易であって施工工数を抑えることができるとともに、長期間にわたって断熱効果を十分に発揮することのできる、製鉄用容器の耐火物ライニング構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するための第１の発明に係る製鉄用容器の耐火物ライニング構造は、高炉から出湯される溶銑を受銑して保持し、保持した溶銑を搬送する或いは保持した溶銑に精錬処理を実施するための製鉄用容器の耐火物ライニング構造であって、製鉄用容器の外側から、鉄皮、永久耐火物層、ワーク耐火物層をこの順に有し、製鉄用容器の側壁部位においては、前記永久耐火物層は、厚みが３０ｍｍ以上６５ｍｍ以下の成形煉瓦の２層以上の煉瓦層からなり、且つ、前記鉄皮と前記永久耐火物層との間に、断熱材を有することを特徴とするものである。
【００１４】
第２の発明に係る製鉄用容器の耐火物ライニング構造は、第１の発明において、前記製鉄用容器の底部においては、前記永久耐火物層は、厚みが３０ｍｍ以上６５ｍｍ以下の成形煉瓦の３層以上の煉瓦層からなり、且つ、前記鉄皮と前記永久耐火物層との間に、断熱材を有することを特徴とするものである。
【００１５】
第３の発明に係る製鉄用容器の耐火物ライニング構造は、第１または第２の発明において、前記ワーク耐火物層は、施工時の厚みが１２０ｍｍ以上であることを特徴とするものである。
【００１６】
第４の発明に係る製鉄用容器の耐火物ライニング構造は、第１ないし第３の発明の何れかにおいて、前記断熱材は、厚みが５ｍｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１７】
第５の発明に係る製鉄用容器の耐火物ライニング構造は、第１ないし第４の発明の何れかにおいて、前記断熱材は、その熱伝導率が０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることを特徴とするものである。
【００１８】
第６の発明に係る製鉄用容器の耐火物ライニング構造は、第１ないし第５の発明の何れかにおいて、前記ワーク耐火物層は、熱伝導率が３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の成形煉瓦または不定形耐火物からなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、断熱材の設置位置を最適化するとともに、断熱材よりも稼働面側の永久耐火物層の構成を適正化することによって、溶銑鍋のような製鉄用容器の耐火物ライニング構造を断熱化するので、施工が容易であり、施工工数を増加させることなく、長期間にわたって十分な断熱効果を得ることができる。その結果、溶銑の熱余裕度の創出が実現でき、転炉におけるフェロシリコンなどの発熱剤原単位の削減などが可能になる。また、熱余裕度の創出により鉄スクラップの使用量の増加が見込めるため、高炉での還元剤比の低減、即ちＣＯ2の削減が可能になり、環境に配慮した製鉄プロセスが可能になる。更に、鉄皮の温度が低減するので、鉄皮における亀裂や変形が抑制され、製鉄用容器の長寿命化が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】耐火物ライニングのモデル構造を示す概略図である。
【図２】断熱材の施工位置を変えたときの断熱効果の算出結果を示す図である。
【図３】断熱材の厚みを変化させたときの断熱材内面側の温度変化の算出結果を示す図である。
【図４】断熱効果を確認するための実験装置の概略図である。
【図５】実験装置により得られた熱流束の測定結果を示す図である。
【図６】本発明に係るライニング構造で施工された溶銑鍋の例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２２】
溶銑鍋に代表される取鍋型形状の製鉄用容器の場合、その抜熱形態は、（ａ）耐火物層を通じた鉄皮から外気への放熱、（ｂ）開口部から外気への放熱の２通りが挙げられる。これらの放熱は何れも、放熱面から外気への輻射伝熱及び放熱面からの対流伝熱による２種の伝熱機構で抜熱されると考えられる。
【００２３】
下記の（１）式に輻射伝熱による放熱量を示す。但し、（１）式において、ＱRは輻射伝熱による放熱量（Ｊ／ｓ）、σはステファン−ボルツマン定数（＝５．６７×１０-8Ｊ／ｍ2・ｓ・Ｋ4）、εは輻射率（−）、Ｓnは伝熱面面積（ｍ2）、Ｔは物体表面温度（Ｋ）、Ｔ0は外気温度（Ｋ）である。
【００２４】
【数１】
【００２５】
また、下記の（２）式に対流伝熱による放熱量を示す。但し、（２）式において、ＱCは対流伝熱による放熱量（Ｊ／ｓ）、ｈCは自然対流熱伝達係数（Ｊ／ｍ2・ｓ・Ｋ）、Ｓnは伝熱面面積（ｍ2）、Ｔは物体表面温度（Ｋ）、Ｔ0は外気温度（Ｋ）である。
【００２６】
【数２】
【００２７】
本発明者らは、事前検討として、実機溶銑鍋の抜熱量とその内訳を調査した。その結果を表１に示す。表１に示すように、上記（ａ）の「鉄皮からの抜熱」が全体の約４０％、上記（ｂ）の「開口部からの放熱」が全体の約６０％であることが判明した。
【００２８】
【表１】
【００２９】
開口部からの抜熱を低減することに関しては、取鍋において一般的に適用されている蓋の設置が考えられるが、着脱に大規模な設備を要すること、及び、溶銑予備処理を実施する際の地金付着による着脱不能などの懸念事項が多く、現実的ではない。しかし、今回の調査により、鉄皮からの抜熱が４割もあることから、ライニング構造の断熱化による抜熱量低減は十分に可能であることが分かった。そこで、本発明者らは、溶銑鍋の最適ライニングについて種々検討を行った。
【００３０】
先ず、断熱材の施工部位について、非定常伝熱計算を用いて総括的に検討した。計算に用いた耐火物ライニングのモデル構造の概略図を図１に示す。ここでは、永久耐火物層３は２層の成形煉瓦を仮定した。断熱材の施工部位を、それぞれ、ワーク耐火物層４と永久耐火物層３との間、永久耐火物層３を構成する２層の成形煉瓦３ａと成形煉瓦３ｂとの間、永久耐火物層３と鉄皮２との間とし、断熱材の厚みを変化させた場合の抜熱量（溶融メタルの温度降下量）を算出した。尚、図１では、永久耐火物層３を構成する２層の成形煉瓦を３ａ及び３ｂで表示しており、一方、断熱材は表示していない。また、図１に示す●印は温度分布を表している。
【００３１】
計算結果を図２に示す。図２の縦軸は、断熱材を設置しないときを基準とし、断熱材を配置したときの溶銑温度の上昇を負の数値で表示しており、負の数値が大きくなるほど、断熱効果が大きいことを示している。図２に示すように、断熱材を上記の三箇所の何れかに設置した場合、ワーク耐火物層４と永久耐火物層３との間に断熱材を施工した場合に最も抜熱量が大きく、一方、永久耐火物層３と鉄皮２との間に断熱材を施工した場合に最も抜熱量が抑制されることが分かった。つまり、永久耐火物層３と鉄皮２との間に断熱材を施工した場合に最も断熱効果が高くなることが分かった。また、断熱材厚みが５ｍｍを超える場合には抜熱量の変化割合が小さくなることも分かった。
【００３２】
また、断熱材を前述したそれぞれの部位に施工した場合において、断熱材の厚みを変化させたときの断熱材の内面側（＝稼動面側）の温度変化を算出した結果を図３に示す。図３に示すように、断熱材を永久耐火物層３と鉄皮２との間に施工した、断熱効果が最も高い場合であっても、断熱材の厚みが５ｍｍを超えると、断熱材の内側温度は１０００℃を超えることが分かった。また、断熱材の厚みが５ｍｍを超えると断熱材厚みに対する温度変化の割合は低下することが分かった。
【００３３】
図２及び図３の結果から、断熱材厚みを５ｍｍよりも大きくしても、抜熱量の変化は単純には増大せず、抜熱量の変化割合は徐々に停滞することが判明した。尚、市販の断熱材は１０００℃を超える高温では、断熱材自身の熱による収縮が起こり、その熱伝導率が増大することが起こり得るため、断熱材の変質を避けるためにも断熱材の温度を１０００℃以下に抑えることが好ましい。
【００３４】
本発明者らは、上記の計算結果を実証するために実験室にて実験を行った。実験装置の概略図を図４に示す。電気抵抗加熱炉の側壁部に実機溶銑鍋の耐火物ライニングを模擬したライニング層を設置し、電気抵抗加熱炉の内部温度を一定温度（＝１３００℃）に保持し、そのときの鉄皮表面の熱流束を測定した。断熱材は、それぞれ、ワーク耐火物層４と永久耐火物層３との間、永久耐火物層３の２層の成形煉瓦３ａ及び成形煉瓦３ｂとの間、永久耐火物層３と鉄皮２との間に配置し、断熱材の厚みを、それぞれ、１ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍ、１０ｍｍと変化させた。
【００３５】
熱流束の測定結果を図５に示す。断熱材を永久耐火物層３と鉄皮２の間に施工した条件において、最も熱流束が低位となった。また、各条件で断熱材厚みが５ｍｍまでは断熱材厚みが増加するほど熱流束は低位となったが、５ｍｍから１０ｍｍへと変化しても熱流束の増加は見られなかった。この実験結果から、上記計算結果の妥当性が確認できた。
【００３６】
更に、溶銑鍋において、永久耐火物層３の成形煉瓦の層数を、１層の場合、２層の場合、３層の場合と変更したときの永久耐火物層３の背面側、つまり断熱材の内面側の温度を調査したところ、永久耐火物層３を２層以上の成形煉瓦とした場合において、前記温度が低位になることが分かった。これは２枚の成形煉瓦間にモルタルなどの接着面が存在することにより、温度ギャップが生じるためである。モルタルが存在しない、所謂「カラ目地」の場合でも、空気層による温度ギャップが生じることから、永久耐火物層３を２層以上の成形煉瓦とすることは有効である。また、永久耐火物層３を２層以上の成形煉瓦とすることは、煉瓦の加熱による熱応力の吸収代を形成する意味でも有効である。
【００３７】
また、永久耐火物層３を構成する、２層の成形煉瓦の厚みを変更したときの放熱量、断熱材内面側温度を調査したところ、厚みが３０ｍｍ以上の場合において、放熱量が低位になることが判明した。よって、十分な断熱性能を得るためには成形煉瓦の厚みは３０ｍｍ以上確保することが必要である。一方上限については、断熱性の面からは特に上限値は定めないが、容器の容積確保の面及び施工性の面から６５ｍｍ以下とすることが必要である。尚、永久耐火物層３を構成する成形煉瓦の材質には、ＭｇＯ質煉瓦、高アルミナ質煉瓦、ロー石質煉瓦などの各種煉瓦を使用することができる。
【００３８】
本発明は上記検討結果に基づきなされたもので、発明に係る製鉄用容器の耐火物ライニング構造は、高炉から出湯される溶銑を受銑して保持し、保持した溶銑を搬送する或いは保持した溶銑に精錬処理を実施するための製鉄用容器の耐火物ライニング構造であって、製鉄用容器の外側から、鉄皮、永久耐火物層、ワーク耐火物層をこの順に有し、製鉄用容器の側壁部位においては、前記永久耐火物層は、厚みが３０ｍｍ以上６５ｍｍ以下の成形煉瓦の２層以上の煉瓦層からなり、且つ、前記鉄皮と前記永久耐火物層との間には、断熱材を有することを特徴とする。
【００３９】
一方、溶銑鍋の炉部においては、漏銑防止、更なる保熱性、溶銑による発生応力緩和の観点から、永久耐火物層３を構成する成形煉瓦の層を３層以上とすることが望ましい。この場合でも１層あたりの煉瓦厚みは、上記の理由から３０ｍｍ以上６５ｍｍ以下とする必要がある。
【００４０】
ワーク耐火物層の厚みに関しては１２０ｍｍ以上確保するのが好ましい。通常、溶銑鍋は長期間使用され、ワーク耐火物層はスポーリングやスラグとの反応により徐々に損傷する。耐火物張替えの日数及びコストを削減するためには最低でも半年に１回の頻度でのワーク耐火物層の張替えにとどめたい。溶銑鍋の長期間使用によりワーク耐火物層が損傷するが、その厚みが稼働開始から半年間経過後に１／４まで低減した場合でも最低３０ｍｍを確保するためには、ワーク耐火物層の厚みは施工時の厚みを１２０ｍｍ以上確保することが好ましい。
【００４１】
また、ワーク耐火物層は成形煉瓦または不定形耐火物の何れでも構わないが、ワーク耐火物層を構成する成形煉瓦または不定形耐火物は、断熱性の観点からはなるべく低熱伝導率のものを使用すべきであり、その熱伝導率の上限値を３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下とすることが好ましい。熱伝導率が３５Ｗ／ｍ・Ｋを越える耐火物では断熱材内面側の温度が１０００℃を超えてしまい、断熱材の性能が劣化するからである。尚、ワーク耐火物層を構成する耐火物の材質としては、ＭｇＯ−Ｃ煉瓦、Ａｌ2Ｏ3−Ｃ系、Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＣ系、Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＣ−Ｃ系煉瓦などの各種煉瓦を使用することができる。
【００４２】
本発明で使用する断熱材としては、その材質は、ＳｉＯ2系、Ａｌ2Ｏ3系などの各種材質を使用することができ、特に制限されない。しかし、断熱材の熱伝導率は、抜熱量低減の効果を得る観点から、０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下とすることが望ましい。０．１Ｗ／ｍ・Ｋを超えると、放熱量が増大し、期待される断熱効果が得られない。尚、市販の断熱材は１０００℃を超える高温では、断熱材自身の収縮が起こり、熱伝導率の増大が起こり得るため、その使用温度は１０００℃以下にすることが好ましい。また、断熱材の施工に関しては、断熱材への水分吸収を避けるような施工方法を採ることが望ましい。
【００４３】
このような構成の本発明によれば、断熱材の設置位置を最適化するとともに、断熱材よりも稼働面側の永久耐火物層の構成を適正化することによって、溶銑鍋のような製鉄用容器の耐火物ライニング構造を断熱化するので、施工が容易であり、施工工数を増加させることなく、長期間にわたって十分な断熱効果を得ることができる。特に、断熱材の厚みを５ｍｍ以下にした場合には、断熱材は１０００℃を超える温度に曝されることがなく、断熱材の変質が防止されて、長期間にわたって高い断熱効果を得ることが可能となる。
【実施例】
【００４４】
製鉄用容器として、ヒートサイズが３００ｔである、図６に示す溶銑鍋を取り上げ、この溶銑鍋の側壁部及び底部に種々の施工方法で、ワーク耐火物層、永久耐火物層及び断熱材を施工した。本発明例及び比較例の施工条件を表２に示す。尚、図６において、符号１は溶銑鍋、２は鉄皮、３は永久耐火物層、４はワーク耐火物層、５は断熱材であり、図６は、本発明例１の例を示している。
【００４５】
【表２】
【００４６】
本発明例１では、永久耐火物層を成形煉瓦の２層とし、１層あたりの厚みを３０ｍｍとした。ワーク耐火物層は厚み１００ｍｍ、１０００℃における熱伝導率が３５Ｗ／ｍ・Ｋのものを使用した。断熱材は永久耐火物層と鉄皮との間に厚み５ｍｍのものを施工した。使用した断熱材の熱伝導率は０．１Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００４７】
本発明例２では、永久耐火物層を成形煉瓦の２層とし、１層あたりの厚みを３０ｍｍとした。ワーク耐火物層は厚み１６０ｍｍ、１０００℃における熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋのものを使用した。断熱材は永久耐火物層と鉄皮との間に厚み５ｍｍのものを施工した。使用した断熱材の熱伝導率は０．０２Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００４８】
これに対して、比較例１では、永久耐火物層を成形煉瓦の１層とし、１層あたりの厚みを６０ｍｍとした。ワーク耐火物層は厚み１００ｍｍ、１０００℃における熱伝導率が３５Ｗ／ｍ・Ｋのものを使用した。断熱材は施工しなかった。比較例２では、永久耐火物層を成形煉瓦の２層とし、１層あたりの厚みを３０ｍｍとした。ワーク耐火物層は厚み１００ｍｍ、１０００℃における熱伝導率が３５Ｗ／ｍ・Ｋのものを使用した。断熱材は施工しなかった。比較例３では、永久耐火物層を成形煉瓦の１層とし、１層あたりの厚みを６０ｍｍとした。ワーク耐火物層は厚み１００ｍｍ、１０００℃における熱伝導率が３５Ｗ／ｍ・Ｋのものを使用した。断熱材は永久耐火物層と鉄皮との間に厚み５ｍｍのものを施工した。使用した断熱材の熱伝導率は０．１Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００４９】
また、比較例４では、永久耐火物層を成形煉瓦の２層とし、１層あたりの厚みを３０ｍｍとした。ワーク耐火物層は厚み１６０ｍｍ、１０００℃における熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋのものを使用した。断熱材はワーク耐火物層と永久耐火物層との間に厚み５ｍｍのものを施工した。使用した断熱材の熱伝導率は０．０２Ｗ／ｍ・Ｋである。比較例５では、永久耐火物層を成形煉瓦の２層とし、１層あたりの厚みを３０ｍｍとした。ワーク耐火物層は厚み１６０ｍｍ、１０００℃における熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋのものを使用した。断熱材は永久耐火物層を構成する２層の成形煉瓦の間に厚み５ｍｍのものを施工した。使用した断熱材の熱伝導率は０．０２Ｗ／ｍ・Ｋである。比較例６では、永久耐火物層を成形煉瓦の２層とし、１層あたりの厚みを７０ｍｍとした。ワーク耐火物層は厚み１８０ｍｍ、１０００℃における熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋのものを使用した。断熱材は永久耐火物層と鉄皮との間に厚み５ｍｍのものを施工した。使用した断熱材の熱伝導率は０．０２Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００５０】
本発明例及び比較例の施工条件の溶銑鍋を用いて高炉から出湯される約３００ｔの溶銑を受銑し、受銑から溶銑払出しの期間における溶銑温度の降下量（ΔＴ（℃））を調査した。また、それぞれ耐火物ライニング構造が異なることから、各溶銑鍋での平均受銑量を調査した。また更に、赤外線温度計を用いて鉄皮温度を測定し、各条件での最高鉄皮温度を比較した。尚、全ての調査において、受銑から溶銑払出までの間は溶銑処理がない条件、つまり、途中で昇温処理工程或いは降温処理工程がない条件で調査を行った。調査結果を、表３に示す。
【００５１】
【表３】
【００５２】
本発明の条件を満たす本発明例１及び本発明例２では、比較例１〜５の何れと比較しても、最高鉄皮温度及び溶銑温度降下量ともに低位であり、断熱の効果が有効に得られている。
【００５３】
特に、ワーク耐火物層及び永久耐火物層の施工条件が同一で、断熱材の有無のみが異なる本発明例１と比較例２とを比べると、本発明例１の方が最高鉄皮温度及び溶銑温度降下量ともに低位であった。また、永久耐火物層が１層で断熱材のない比較例１、及び、断熱材は設置されるものの、永久耐火物層が１層である比較例３と本発明例１とを比べても、本発明例１の方が断熱性に優位であることが確認できた。
【００５４】
また、ワーク耐火物層及び永久耐火物層の施工条件が同一で、断熱材の施工部位が異なる本発明例２と比較例４及び比較例５とを比べると、永久耐火物層と鉄皮との間に断熱材を施工した本発明例２が最も良好な断熱効果が得られた。
【００５５】
また、ワーク耐火物層及び永久耐火物層の厚みが大きい比較例６は、溶銑温度降下については最も優れていたが、内容積が低下し、平均受銑量は他の条件に比べ減少し、溶銑鍋の配置数を増やす必要があり、この点で実操業には不適であった。
【００５６】
また、溶銑を払いだした後の空の溶銑鍋での地金付着状況を観察した結果、本発明例１，２の溶銑鍋では地金付着は観察されなかったが、断熱材を施工していない比較例１，２では多量の地金付着が観察された。また、比較例３〜５でも、比較例１，２ほどではないが地金付着が観察された。比較例６では、地金付着は観察されなかった。
【００５７】
以上の結果から、断熱条件を的確に規定した本発明の優位性が確認できた。
【符号の説明】
【００５８】
１ 溶銑鍋
２ 鉄皮
３ 永久耐火物層
４ ワーク耐火物層
５ 断熱材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉から出湯される溶銑を受銑して保持し、保持した溶銑を搬送する或いは保持した溶銑に精錬処理を実施するための製鉄用容器の耐火物ライニング構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日、地球環境保全のために、全世界的規模でＣＯ2排出量の削減活動がなされている。製鉄業においても、多量の炭素源を使用することから、特に製銑分野及び製鋼分野においては、ＣＯ2排出量削減への取り組みが急務となっており、高炉での還元剤比の低減、熱ロスの低減、熱の有効利用化などの熱余裕度創出技術が研究・開発されている。また、熱余裕度の創出は、転炉におけるフェロシリコンなどの発熱剤原単位の削減が見込めるため、製鉄コスト合理化の面からも技術開発が重要である。
【０００３】
製鉄プロセスにおいては、一般に、高炉で製造されて高炉から出湯される溶銑は、トピードカーまたは溶銑鍋に代表される容器で受銑され、次工程の製鋼工程へと輸送される。また、製鋼工程の転炉或いは電気炉で溶製された溶鋼は、取鍋などの容器に出湯され、二次精錬工程や連続鋳造工程などの次工程へと輸送される。これらの製鉄用容器は、一般的には、稼働面（溶湯との接触面）側から順に、ワーク耐火物層、永久耐火物層、鉄皮の３層から形成されるライニング構造である。ワーク耐火物層及び永久耐火物層は、ともに成形煉瓦（定形耐火物）または不定形耐火物で構成され、成形煉瓦で構成されるときには、ワーク煉瓦層及び永久煉瓦層とも呼ばれる。尚、本発明においては、溶銑及び溶鋼を受けるための容器をまとめて製鉄用容器と称する。
【０００４】
溶銑或いは溶鋼を次工程へ輸送する場合、その経過時間（以下、「リードタイム」と記す）が長くなると、溶銑或いは溶鋼の熱が耐火物層を伝達し、鉄皮から外気に放出する熱量が増大し、溶銑或いは溶鋼の温度降下量が増大するという問題が発生する。また、リードタイムが長くなると、最外殻である鉄皮の温度が上昇し、鉄皮のクリープ変形や亀裂発生を引き起こす恐れがある。そこで、これらの問題を解決する手段の一つとして、製鉄用容器ライニング構造の断熱化に関する技術が幾つか提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、鉄皮に断熱ボード及びワーク煉瓦をこの順に施工してなる取鍋において、断熱ボードとワーク煉瓦との間にロー石煉瓦などの断熱煉瓦を設けた断熱ライニング構造が提案されている。そして、特に、断熱煉瓦層厚みは６０ｍｍ以上、ワーク煉瓦層厚みは３０ｍｍ以下が望ましいとしている。
【０００６】
しかしながら、溶銑を受銑する溶銑鍋に対して、特許文献１に記載されている技術を適用した場合には、断熱煉瓦の厚みが大きく、容積が低下するという問題点がある。また、断熱煉瓦の厚みが大きいことから断熱煉瓦内の温度勾配が大きくなり、断熱煉瓦内に亀裂が発生して耐火物寿命が低下する恐れもある。また更に、ワーク煉瓦厚みを３０ｍｍ以下にすると、断熱煉瓦の稼働面側温度が高温になることから、それに応じて熱伝達量が増加し、結果的に断熱性能が低下するという懸念もある。
【０００７】
一方、特許文献２及び特許文献３には、熱伝導率の範囲を規定した断熱材を、永久耐火物と鉄皮との間に配置し、稼働面側から、ワーク耐火物、永久耐火物、断熱材、鉄皮からなる４層構造の製鉄用容器のライニング構造が提案されている。そして、特に、断熱材は、厚みを３０ｍｍ以内とし、３〜１００ｎｍの細孔を有するものが望ましいとしている。
【０００８】
特許文献２及び特許文献３に開示される技術は、一見、断熱性の効果が得られるように見える。しかしながら、特許文献２及び特許文献３に開示される技術を溶銑鍋において適用した場合、各部位のライニング厚みによっては断熱材の適用温度範囲を超える可能性もあり、長期間にわたって断熱効果を得るためには十分な技術とはいえない。断熱材は一般的な耐火物に比較して耐熱性は低く、通常、１０００℃程度が断熱材使用の上限温度であり、それ以上の温度では変質し、断熱性能を劣化させる。また更に、細孔を有する断熱材を使用した場合には、耐火物施工時に断熱材と水分とが反応し、その結果、断熱性能が損なわれるという問題が生じる。
【０００９】
この耐火物施工時での断熱性能の劣化を防止するために、特許文献４では、ワーク耐火物と永久耐火物との間に保護板を配置する技術を提案している。しかし、この方法では耐火物施工時に保護板を施工する工程が増えるため、耐火物施工費が増大するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−５０２５６号公報
【特許文献２】特開２０００−１０４１１０号公報
【特許文献３】特開２０００−２２６６１１号公報
【特許文献４】特開２００３−４２６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
溶銑鍋のような製鉄用容器のライニング構造を断熱化して、溶湯温度降下量の低減及び鉄皮変形の低減などを図るには、断熱材の配置位置、耐火物層の層数、厚み、材質を十分に考慮した上で、しかも、施工工数を抑えることのできる耐火物ライニング構造とする必要がある。これらの観点から上記従来技術を検証すれば、未だ改善すべき点が多々あるのが実情である。
【００１２】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、高炉から出湯される溶銑を受銑して保持し、保持した溶銑を搬送する或いは保持した溶銑に精錬処理を実施するための製鉄用容器の耐火物ライニング構造において、施工が容易であって施工工数を抑えることができるとともに、長期間にわたって断熱効果を十分に発揮することのできる、製鉄用容器の耐火物ライニング構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するための第１の発明に係る製鉄用容器の耐火物ライニング構造は、高炉から出湯される溶銑を受銑して保持し、保持した溶銑を搬送する或いは保持した溶銑に精錬処理を実施するための製鉄用容器の耐火物ライニング構造であって、製鉄用容器の外側から、鉄皮、永久耐火物層、ワーク耐火物層をこの順に有し、製鉄用容器の側壁部位においては、前記永久耐火物層は、厚みが３０ｍｍ以上６５ｍｍ以下の成形煉瓦の２層以上の煉瓦層からなり、且つ、前記鉄皮と前記永久耐火物層との間に、断熱材を有することを特徴とするものである。
【００１４】
第２の発明に係る製鉄用容器の耐火物ライニング構造は、第１の発明において、前記製鉄用容器の底部においては、前記永久耐火物層は、厚みが３０ｍｍ以上６５ｍｍ以下の成形煉瓦の３層以上の煉瓦層からなり、且つ、前記鉄皮と前記永久耐火物層との間に、断熱材を有することを特徴とするものである。
【００１５】
第３の発明に係る製鉄用容器の耐火物ライニング構造は、第１または第２の発明において、前記ワーク耐火物層は、施工時の厚みが１２０ｍｍ以上であることを特徴とするものである。
【００１６】
第４の発明に係る製鉄用容器の耐火物ライニング構造は、第１ないし第３の発明の何れかにおいて、前記断熱材は、厚みが５ｍｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１７】
第５の発明に係る製鉄用容器の耐火物ライニング構造は、第１ないし第４の発明の何れかにおいて、前記断熱材は、その熱伝導率が０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることを特徴とするものである。
【００１８】
第６の発明に係る製鉄用容器の耐火物ライニング構造は、第１ないし第５の発明の何れかにおいて、前記ワーク耐火物層は、熱伝導率が３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の成形煉瓦または不定形耐火物からなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、断熱材の設置位置を最適化するとともに、断熱材よりも稼働面側の永久耐火物層の構成を適正化することによって、溶銑鍋のような製鉄用容器の耐火物ライニング構造を断熱化するので、施工が容易であり、施工工数を増加させることなく、長期間にわたって十分な断熱効果を得ることができる。その結果、溶銑の熱余裕度の創出が実現でき、転炉におけるフェロシリコンなどの発熱剤原単位の削減などが可能になる。また、熱余裕度の創出により鉄スクラップの使用量の増加が見込めるため、高炉での還元剤比の低減、即ちＣＯ2の削減が可能になり、環境に配慮した製鉄プロセスが可能になる。更に、鉄皮の温度が低減するので、鉄皮における亀裂や変形が抑制され、製鉄用容器の長寿命化が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】耐火物ライニングのモデル構造を示す概略図である。
【図２】断熱材の施工位置を変えたときの断熱効果の算出結果を示す図である。
【図３】断熱材の厚みを変化させたときの断熱材内面側の温度変化の算出結果を示す図である。
【図４】断熱効果を確認するための実験装置の概略図である。
【図５】実験装置により得られた熱流束の測定結果を示す図である。
【図６】本発明に係るライニング構造で施工された溶銑鍋の例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２２】
溶銑鍋に代表される取鍋型形状の製鉄用容器の場合、その抜熱形態は、（ａ）耐火物層を通じた鉄皮から外気への放熱、（ｂ）開口部から外気への放熱の２通りが挙げられる。これらの放熱は何れも、放熱面から外気への輻射伝熱及び放熱面からの対流伝熱による２種の伝熱機構で抜熱されると考えられる。
【００２３】
下記の（１）式に輻射伝熱による放熱量を示す。但し、（１）式において、ＱRは輻射伝熱による放熱量（Ｊ／ｓ）、σはステファン−ボルツマン定数（＝５．６７×１０-8Ｊ／ｍ2・ｓ・Ｋ4）、εは輻射率（−）、Ｓnは伝熱面面積（ｍ2）、Ｔは物体表面温度（Ｋ）、Ｔ0は外気温度（Ｋ）である。
【００２４】
【数１】
【００２５】
また、下記の（２）式に対流伝熱による放熱量を示す。但し、（２）式において、ＱCは対流伝熱による放熱量（Ｊ／ｓ）、ｈCは自然対流熱伝達係数（Ｊ／ｍ2・ｓ・Ｋ）、Ｓnは伝熱面面積（ｍ2）、Ｔは物体表面温度（Ｋ）、Ｔ0は外気温度（Ｋ）である。
【００２６】
【数２】
【００２７】
本発明者らは、事前検討として、実機溶銑鍋の抜熱量とその内訳を調査した。その結果を表１に示す。表１に示すように、上記（ａ）の「鉄皮からの抜熱」が全体の約４０％、上記（ｂ）の「開口部からの放熱」が全体の約６０％であることが判明した。
【００２８】
【表１】
【００２９】
開口部からの抜熱を低減することに関しては、取鍋において一般的に適用されている蓋の設置が考えられるが、着脱に大規模な設備を要すること、及び、溶銑予備処理を実施する際の地金付着による着脱不能などの懸念事項が多く、現実的ではない。しかし、今回の調査により、鉄皮からの抜熱が４割もあることから、ライニング構造の断熱化による抜熱量低減は十分に可能であることが分かった。そこで、本発明者らは、溶銑鍋の最適ライニングについて種々検討を行った。
【００３０】
先ず、断熱材の施工部位について、非定常伝熱計算を用いて総括的に検討した。計算に用いた耐火物ライニングのモデル構造の概略図を図１に示す。ここでは、永久耐火物層３は２層の成形煉瓦を仮定した。断熱材の施工部位を、それぞれ、ワーク耐火物層４と永久耐火物層３との間、永久耐火物層３を構成する２層の成形煉瓦３ａと成形煉瓦３ｂとの間、永久耐火物層３と鉄皮２との間とし、断熱材の厚みを変化させた場合の抜熱量（溶融メタルの温度降下量）を算出した。尚、図１では、永久耐火物層３を構成する２層の成形煉瓦を３ａ及び３ｂで表示しており、一方、断熱材は表示していない。また、図１に示す●印は温度分布を表している。
【００３１】
計算結果を図２に示す。図２の縦軸は、断熱材を設置しないときを基準とし、断熱材を配置したときの溶銑温度の上昇を負の数値で表示しており、負の数値が大きくなるほど、断熱効果が大きいことを示している。図２に示すように、断熱材を上記の三箇所の何れかに設置した場合、ワーク耐火物層４と永久耐火物層３との間に断熱材を施工した場合に最も抜熱量が大きく、一方、永久耐火物層３と鉄皮２との間に断熱材を施工した場合に最も抜熱量が抑制されることが分かった。つまり、永久耐火物層３と鉄皮２との間に断熱材を施工した場合に最も断熱効果が高くなることが分かった。また、断熱材厚みが５ｍｍを超える場合には抜熱量の変化割合が小さくなることも分かった。
【００３２】
また、断熱材を前述したそれぞれの部位に施工した場合において、断熱材の厚みを変化させたときの断熱材の内面側（＝稼動面側）の温度変化を算出した結果を図３に示す。図３に示すように、断熱材を永久耐火物層３と鉄皮２との間に施工した、断熱効果が最も高い場合であっても、断熱材の厚みが５ｍｍを超えると、断熱材の内側温度は１０００℃を超えることが分かった。また、断熱材の厚みが５ｍｍを超えると断熱材厚みに対する温度変化の割合は低下することが分かった。
【００３３】
図２及び図３の結果から、断熱材厚みを５ｍｍよりも大きくしても、抜熱量の変化は単純には増大せず、抜熱量の変化割合は徐々に停滞することが判明した。尚、市販の断熱材は１０００℃を超える高温では、断熱材自身の熱による収縮が起こり、その熱伝導率が増大することが起こり得るため、断熱材の変質を避けるためにも断熱材の温度を１０００℃以下に抑えることが好ましい。
【００３４】
本発明者らは、上記の計算結果を実証するために実験室にて実験を行った。実験装置の概略図を図４に示す。電気抵抗加熱炉の側壁部に実機溶銑鍋の耐火物ライニングを模擬したライニング層を設置し、電気抵抗加熱炉の内部温度を一定温度（＝１３００℃）に保持し、そのときの鉄皮表面の熱流束を測定した。断熱材は、それぞれ、ワーク耐火物層４と永久耐火物層３との間、永久耐火物層３の２層の成形煉瓦３ａ及び成形煉瓦３ｂとの間、永久耐火物層３と鉄皮２との間に配置し、断熱材の厚みを、それぞれ、１ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍ、１０ｍｍと変化させた。
【００３５】
熱流束の測定結果を図５に示す。断熱材を永久耐火物層３と鉄皮２の間に施工した条件において、最も熱流束が低位となった。また、各条件で断熱材厚みが５ｍｍまでは断熱材厚みが増加するほど熱流束は低位となったが、５ｍｍから１０ｍｍへと変化しても熱流束の増加は見られなかった。この実験結果から、上記計算結果の妥当性が確認できた。
【００３６】
更に、溶銑鍋において、永久耐火物層３の成形煉瓦の層数を、１層の場合、２層の場合、３層の場合と変更したときの永久耐火物層３の背面側、つまり断熱材の内面側の温度を調査したところ、永久耐火物層３を２層以上の成形煉瓦とした場合において、前記温度が低位になることが分かった。これは２枚の成形煉瓦間にモルタルなどの接着面が存在することにより、温度ギャップが生じるためである。モルタルが存在しない、所謂「カラ目地」の場合でも、空気層による温度ギャップが生じることから、永久耐火物層３を２層以上の成形煉瓦とすることは有効である。また、永久耐火物層３を２層以上の成形煉瓦とすることは、煉瓦の加熱による熱応力の吸収代を形成する意味でも有効である。
【００３７】
また、永久耐火物層３を構成する、２層の成形煉瓦の厚みを変更したときの放熱量、断熱材内面側温度を調査したところ、厚みが３０ｍｍ以上の場合において、放熱量が低位になることが判明した。よって、十分な断熱性能を得るためには成形煉瓦の厚みは３０ｍｍ以上確保することが必要である。一方上限については、断熱性の面からは特に上限値は定めないが、容器の容積確保の面及び施工性の面から６５ｍｍ以下とすることが必要である。尚、永久耐火物層３を構成する成形煉瓦の材質には、ＭｇＯ質煉瓦、高アルミナ質煉瓦、ロー石質煉瓦などの各種煉瓦を使用することができる。
【００３８】
本発明は上記検討結果に基づきなされたもので、発明に係る製鉄用容器の耐火物ライニング構造は、高炉から出湯される溶銑を受銑して保持し、保持した溶銑を搬送する或いは保持した溶銑に精錬処理を実施するための製鉄用容器の耐火物ライニング構造であって、製鉄用容器の外側から、鉄皮、永久耐火物層、ワーク耐火物層をこの順に有し、製鉄用容器の側壁部位においては、前記永久耐火物層は、厚みが３０ｍｍ以上６５ｍｍ以下の成形煉瓦の２層以上の煉瓦層からなり、且つ、前記鉄皮と前記永久耐火物層との間には、断熱材を有することを特徴とする。
【００３９】
一方、溶銑鍋の炉部においては、漏銑防止、更なる保熱性、溶銑による発生応力緩和の観点から、永久耐火物層３を構成する成形煉瓦の層を３層以上とすることが望ましい。この場合でも１層あたりの煉瓦厚みは、上記の理由から３０ｍｍ以上６５ｍｍ以下とする必要がある。
【００４０】
ワーク耐火物層の厚みに関しては１２０ｍｍ以上確保するのが好ましい。通常、溶銑鍋は長期間使用され、ワーク耐火物層はスポーリングやスラグとの反応により徐々に損傷する。耐火物張替えの日数及びコストを削減するためには最低でも半年に１回の頻度でのワーク耐火物層の張替えにとどめたい。溶銑鍋の長期間使用によりワーク耐火物層が損傷するが、その厚みが稼働開始から半年間経過後に１／４まで低減した場合でも最低３０ｍｍを確保するためには、ワーク耐火物層の厚みは施工時の厚みを１２０ｍｍ以上確保することが好ましい。
【００４１】
また、ワーク耐火物層は成形煉瓦または不定形耐火物の何れでも構わないが、ワーク耐火物層を構成する成形煉瓦または不定形耐火物は、断熱性の観点からはなるべく低熱伝導率のものを使用すべきであり、その熱伝導率の上限値を３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下とすることが好ましい。熱伝導率が３５Ｗ／ｍ・Ｋを越える耐火物では断熱材内面側の温度が１０００℃を超えてしまい、断熱材の性能が劣化するからである。尚、ワーク耐火物層を構成する耐火物の材質としては、ＭｇＯ−Ｃ煉瓦、Ａｌ2Ｏ3−Ｃ系、Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＣ系、Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＣ−Ｃ系煉瓦などの各種煉瓦を使用することができる。
【００４２】
本発明で使用する断熱材としては、その材質は、ＳｉＯ2系、Ａｌ2Ｏ3系などの各種材質を使用することができ、特に制限されない。しかし、断熱材の熱伝導率は、抜熱量低減の効果を得る観点から、０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下とすることが望ましい。０．１Ｗ／ｍ・Ｋを超えると、放熱量が増大し、期待される断熱効果が得られない。尚、市販の断熱材は１０００℃を超える高温では、断熱材自身の収縮が起こり、熱伝導率の増大が起こり得るため、その使用温度は１０００℃以下にすることが好ましい。また、断熱材の施工に関しては、断熱材への水分吸収を避けるような施工方法を採ることが望ましい。
【００４３】
このような構成の本発明によれば、断熱材の設置位置を最適化するとともに、断熱材よりも稼働面側の永久耐火物層の構成を適正化することによって、溶銑鍋のような製鉄用容器の耐火物ライニング構造を断熱化するので、施工が容易であり、施工工数を増加させることなく、長期間にわたって十分な断熱効果を得ることができる。特に、断熱材の厚みを５ｍｍ以下にした場合には、断熱材は１０００℃を超える温度に曝されることがなく、断熱材の変質が防止されて、長期間にわたって高い断熱効果を得ることが可能となる。
【実施例】
【００４４】
製鉄用容器として、ヒートサイズが３００ｔである、図６に示す溶銑鍋を取り上げ、この溶銑鍋の側壁部及び底部に種々の施工方法で、ワーク耐火物層、永久耐火物層及び断熱材を施工した。本発明例及び比較例の施工条件を表２に示す。尚、図６において、符号１は溶銑鍋、２は鉄皮、３は永久耐火物層、４はワーク耐火物層、５は断熱材であり、図６は、本発明例１の例を示している。
【００４５】
【表２】
【００４６】
本発明例１では、永久耐火物層を成形煉瓦の２層とし、１層あたりの厚みを３０ｍｍとした。ワーク耐火物層は厚み１００ｍｍ、１０００℃における熱伝導率が３５Ｗ／ｍ・Ｋのものを使用した。断熱材は永久耐火物層と鉄皮との間に厚み５ｍｍのものを施工した。使用した断熱材の熱伝導率は０．１Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００４７】
本発明例２では、永久耐火物層を成形煉瓦の２層とし、１層あたりの厚みを３０ｍｍとした。ワーク耐火物層は厚み１６０ｍｍ、１０００℃における熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋのものを使用した。断熱材は永久耐火物層と鉄皮との間に厚み５ｍｍのものを施工した。使用した断熱材の熱伝導率は０．０２Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００４８】
これに対して、比較例１では、永久耐火物層を成形煉瓦の１層とし、１層あたりの厚みを６０ｍｍとした。ワーク耐火物層は厚み１００ｍｍ、１０００℃における熱伝導率が３５Ｗ／ｍ・Ｋのものを使用した。断熱材は施工しなかった。比較例２では、永久耐火物層を成形煉瓦の２層とし、１層あたりの厚みを３０ｍｍとした。ワーク耐火物層は厚み１００ｍｍ、１０００℃における熱伝導率が３５Ｗ／ｍ・Ｋのものを使用した。断熱材は施工しなかった。比較例３では、永久耐火物層を成形煉瓦の１層とし、１層あたりの厚みを６０ｍｍとした。ワーク耐火物層は厚み１００ｍｍ、１０００℃における熱伝導率が３５Ｗ／ｍ・Ｋのものを使用した。断熱材は永久耐火物層と鉄皮との間に厚み５ｍｍのものを施工した。使用した断熱材の熱伝導率は０．１Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００４９】
また、比較例４では、永久耐火物層を成形煉瓦の２層とし、１層あたりの厚みを３０ｍｍとした。ワーク耐火物層は厚み１６０ｍｍ、１０００℃における熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋのものを使用した。断熱材はワーク耐火物層と永久耐火物層との間に厚み５ｍｍのものを施工した。使用した断熱材の熱伝導率は０．０２Ｗ／ｍ・Ｋである。比較例５では、永久耐火物層を成形煉瓦の２層とし、１層あたりの厚みを３０ｍｍとした。ワーク耐火物層は厚み１６０ｍｍ、１０００℃における熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋのものを使用した。断熱材は永久耐火物層を構成する２層の成形煉瓦の間に厚み５ｍｍのものを施工した。使用した断熱材の熱伝導率は０．０２Ｗ／ｍ・Ｋである。比較例６では、永久耐火物層を成形煉瓦の２層とし、１層あたりの厚みを７０ｍｍとした。ワーク耐火物層は厚み１８０ｍｍ、１０００℃における熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋのものを使用した。断熱材は永久耐火物層と鉄皮との間に厚み５ｍｍのものを施工した。使用した断熱材の熱伝導率は０．０２Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００５０】
本発明例及び比較例の施工条件の溶銑鍋を用いて高炉から出湯される約３００ｔの溶銑を受銑し、受銑から溶銑払出しの期間における溶銑温度の降下量（ΔＴ（℃））を調査した。また、それぞれ耐火物ライニング構造が異なることから、各溶銑鍋での平均受銑量を調査した。また更に、赤外線温度計を用いて鉄皮温度を測定し、各条件での最高鉄皮温度を比較した。尚、全ての調査において、受銑から溶銑払出までの間は溶銑処理がない条件、つまり、途中で昇温処理工程或いは降温処理工程がない条件で調査を行った。調査結果を、表３に示す。
【００５１】
【表３】
【００５２】
本発明の条件を満たす本発明例１及び本発明例２では、比較例１〜５の何れと比較しても、最高鉄皮温度及び溶銑温度降下量ともに低位であり、断熱の効果が有効に得られている。
【００５３】
特に、ワーク耐火物層及び永久耐火物層の施工条件が同一で、断熱材の有無のみが異なる本発明例１と比較例２とを比べると、本発明例１の方が最高鉄皮温度及び溶銑温度降下量ともに低位であった。また、永久耐火物層が１層で断熱材のない比較例１、及び、断熱材は設置されるものの、永久耐火物層が１層である比較例３と本発明例１とを比べても、本発明例１の方が断熱性に優位であることが確認できた。
【００５４】
また、ワーク耐火物層及び永久耐火物層の施工条件が同一で、断熱材の施工部位が異なる本発明例２と比較例４及び比較例５とを比べると、永久耐火物層と鉄皮との間に断熱材を施工した本発明例２が最も良好な断熱効果が得られた。
【００５５】
また、ワーク耐火物層及び永久耐火物層の厚みが大きい比較例６は、溶銑温度降下については最も優れていたが、内容積が低下し、平均受銑量は他の条件に比べ減少し、溶銑鍋の配置数を増やす必要があり、この点で実操業には不適であった。
【００５６】
また、溶銑を払いだした後の空の溶銑鍋での地金付着状況を観察した結果、本発明例１，２の溶銑鍋では地金付着は観察されなかったが、断熱材を施工していない比較例１，２では多量の地金付着が観察された。また、比較例３〜５でも、比較例１，２ほどではないが地金付着が観察された。比較例６では、地金付着は観察されなかった。
【００５７】
以上の結果から、断熱条件を的確に規定した本発明の優位性が確認できた。
【符号の説明】
【００５８】
１ 溶銑鍋
２ 鉄皮
３ 永久耐火物層
４ ワーク耐火物層
５ 断熱材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉から出湯される溶銑を受銑して保持し、保持した溶銑を搬送する或いは保持した溶銑に精錬処理を実施するための製鉄用容器の耐火物ライニング構造であって、製鉄用容器の外側から、鉄皮、永久耐火物層、ワーク耐火物層をこの順に有し、製鉄用容器の側壁部位においては、前記永久耐火物層は、厚みが３０ｍｍ以上６５ｍｍ以下の成形煉瓦の２層以上の煉瓦層からなり、且つ、前記鉄皮と前記永久耐火物層との間に、断熱材を有することを特徴とする、製鉄用容器の耐火物ライニング構造。
【請求項２】
前記製鉄用容器の底部においては、前記永久耐火物層は、厚みが３０ｍｍ以上６５ｍｍ以下の成形煉瓦の３層以上の煉瓦層からなり、且つ、前記鉄皮と前記永久耐火物層との間に、断熱材を有することを特徴とする、請求項１に記載の製鉄用容器の耐火物ライニング構造。
【請求項３】
前記ワーク耐火物層は、施工時の厚みが１２０ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の製鉄用容器の耐火物ライニング構造。
【請求項４】
前記断熱材は、厚みが５ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載の製鉄用容器の耐火物ライニング構造。
【請求項５】
前記断熱材は、その熱伝導率が０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることを特徴とする、請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の製鉄用容器の耐火物ライニング構造。
【請求項６】
前記ワーク耐火物層は、熱伝導率が３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の成形煉瓦または不定形耐火物からなることを特徴とする、請求項１ないし請求項５の何れか１つに記載の製鉄用容器の耐火物ライニング構造。
【請求項１】
高炉から出湯される溶銑を受銑して保持し、保持した溶銑を搬送する或いは保持した溶銑に精錬処理を実施するための製鉄用容器の耐火物ライニング構造であって、製鉄用容器の外側から、鉄皮、永久耐火物層、ワーク耐火物層をこの順に有し、製鉄用容器の側壁部位においては、前記永久耐火物層は、厚みが３０ｍｍ以上６５ｍｍ以下の成形煉瓦の２層以上の煉瓦層からなり、且つ、前記鉄皮と前記永久耐火物層との間に、断熱材を有することを特徴とする、製鉄用容器の耐火物ライニング構造。
【請求項２】
前記製鉄用容器の底部においては、前記永久耐火物層は、厚みが３０ｍｍ以上６５ｍｍ以下の成形煉瓦の３層以上の煉瓦層からなり、且つ、前記鉄皮と前記永久耐火物層との間に、断熱材を有することを特徴とする、請求項１に記載の製鉄用容器の耐火物ライニング構造。
【請求項３】
前記ワーク耐火物層は、施工時の厚みが１２０ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の製鉄用容器の耐火物ライニング構造。
【請求項４】
前記断熱材は、厚みが５ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載の製鉄用容器の耐火物ライニング構造。
【請求項５】
前記断熱材は、その熱伝導率が０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることを特徴とする、請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の製鉄用容器の耐火物ライニング構造。
【請求項６】
前記ワーク耐火物層は、熱伝導率が３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の成形煉瓦または不定形耐火物からなることを特徴とする、請求項１ないし請求項５の何れか１つに記載の製鉄用容器の耐火物ライニング構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２６６１０３（Ｐ２０１０−２６６１０３Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１７１１１（Ｐ２００９−１１７１１１）
【出願日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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