JPH0441610A - 炭素含有耐火物の損耗抑制方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は製鋼、溶融還元など酸素吹錬により溶融金属あ
るいは合金を製造する冶金炉において、他の面では優れ
た特性を持つ炭素含有耐火物の酸化性雰囲気下での損耗
を抑制するための方法に関する。

（従来の技術） 近年、溶融金属あるいは合金の製造において、酸素ガス
が広く用いられている。これは、酸素ガスを炭材が存在
する高温炉内に吹きつけると、炭材の燃焼によって高温
が得られ、鉱石還元あるいはスクラップ溶解を、電力の
ように高価なエネルギーによらずに行えること、また炭
素を含有する溶融金属あるいは合金に酸素を吹きつける
と脱炭が生じ、かつその際発生する熱を溶融物の加焦に
効率的に用いることができるからである。しかし、酸素
ガスを用いることによって冶金炉の耐火物、特に溶融物
層よりも上部の空間の耐火物に対する負荷が大きくなっ
ているのは否めない事実である。

冶金炉用の耐火物としては、スラグの浸食への耐久性、
および耐スポーリング性の観点からマグカーボンやアル
ミナグラファイトのような炭素含有耐火物が広く用いら
れるようになってきている。

しかし、この種の耐火物は炭素分が燃焼してしまうと、
スラグに対する抵抗が急激に低下するという欠点があり
、酸素吹錬を行う冶金炉では炭素の燃焼が耐火物の損耗
を律速しでいる。従って、特に酸素原単位の大きいプロ
セスにおいては耐火物の損耗をいかに低減するかが大き
な問題である。

炭素含有耐火物中の炭素の燃焼は雰囲気の温度と酸素分
圧に依存する。そのため、温度を低下させるとともに酸
素分圧も低下させるという観点から耐火物に直線状の穴
をあけてそこからガスを吹込むという方法が提案されて
いる。しかし、この方法では一応の耐火物冷却効果は期
待できるが、耐火物損耗抑制効果としては十分に満足で
きるものでないという問題があった。つまり耐火物の長
さ分しか冷却ガスとの接触面積をとることができないた
め、損耗抑制を目的として冷却効果を高めようとすると
使用するガス量を多くする必要が生じる。その結果、多
量のガスによる希釈のためにガス潜熱が低十し、排ガス
の利用価値が低ｒすること、また吹込むガスの線速度が
炉内の排ガス流速よりも大きくなるため、冷却ガスが雰
囲気ガスを突きφ番づてしまい、酸素分圧低減効果が期
待されるよりも減少することが問題となるのである。

（発明が解決しようとする課題） 前記のように、従来の炭素含有耐火物損耗抑制方法では
、耐火物の冷却ガス量を多くせざるを得す、その結果、
排ガスの利用価値並びに酸素分圧低減効果が期待される
レベルよりも低くなるために、耐火物損耗抑制効果はあ
っても満足し得るものでなかった。

本発明は、このような従来技術に内包された問題に鑑み
、酸素吹錬操業を行う冶金炉の耐火物損耗を弊害なくし
て大幅に低減し、それによってこれまで以上に溶銑ある
いは溶鋼の製造コストを下げることを目的とする。

（課題を解決するための手段） 酸素吹錬を行う冶金炉において、溶融物の１４部空間に
内張りとして用いた炭素含有耐火物内部に。

第１図（ａ）に示すようならせん状の空隙を設けて、酸
素吹錬操業中は該空隙を通して窒素ガスなどの非酸化性
ガスを耐火物断面＠（単位；Ｍ）当り、５０〜３０ＯＮ
ｍ’／ｈで吹込む。この時、らせん状の空隙は、１つの
らせん状空隙の長さを耐火物の長さに対して２倍以上と
し、空隙径と空隙間距離（１つの空隙と他の空隙との間
の距離）との比を０．０１以ヒとする。

なお、炭素含有耐火物の配列を第１図（ｂ）に示す。

（作用） 耐火物を通して窒素などの非酸化性ガスを炉内に吹込む
と、ｉ大物の中を通る間に耐火物の冷却が行われて結果
的に耐火物の表面温度が低下する。

また、非酸化性のガスが炉内に入るとそれによって酸素
分圧が低下し、両者あいまって耐火物の損耗が低減され
ることになる。ところが、窒素のような非酸化性ガスの
吹込み量が多い程、耐火物損耗抑制効果は大きくなるが
、一方、プロセス全体としてみた場合には、冶金炉内で
の熱効率が低下すること、排ガスが窒素によって希釈さ
れるため、単位ガス量尚りの発熱量が低下することなど
の副作用が増加することになる。従って、できるだけ少
ない量のガス吹込みによ−）で、目的とする耐火物損耗
抑制効果を得ることが工業的には重要である。

そこで、［耐火物損耗抑制効果指数Ｊという特性値を導
入して、ガス吹込みの適性条件を検Ｊイしてみた。ここ
で［耐火物損耗抑制効果指数」とは耐火物損耗抑制量を
吹込んだ窒素などの非酸化性ガス量で割ったものを指数
としたものである。

第２図は、　この指数に及ぼす空隙径（Ｄ、）と空隙間
外Ｍ（Ｄゎ）との比の関係を示す。（Ｄｐ、Ｄｂは第１
図（ｂ）参照）。ＤＰ／Ｄ。がＯ，０，１以上の場合に
耐火物損耗抑制効果の大きいことがわかる。

これは、Ｄ、／Ｄｂが小さいと耐大物前面のめ却が均一
に行なわれなくなり、一方、Ｄ　ｐ／　Ｄ　、を０．０
１以りにすると耐火物前面全体が均一に冷却されるよう
になるためである。また従来の直線状の空隙を設けた場
合に比へると、らせん状にすることにより耐火物損耗抑
制効果が大きくなることがわかる。これは、らせん化す
ることにより、各空隙ごとにガスの吐出方向が変わり、
ガスが耐火物表面全面をカバー可能となるため、ここで
の酸素分圧低減効果が大きくなり、耐火物中の炭素の燃
焼が抑制されて、結果的に損耗抑制が効果的に行なわれ
るためである。

第３図は、　Ｄ　ｐ／　Ｄ　ｂ”　０　、０１のときの
「耐火物損耗抑制効果指数」に及ぼすらせん状空隙の長
さ（Ｑ）と耐火物の長さ（Ｌ）の比の影響を示す。

Ｑ／Ｌが２以上の場合に耐火物損耗抑制効果の大きいこ
とがわかる。これは、Ｑ／Ｌが２未満の場合、耐火物内
部の冷却効果が小さくなるためで、この１２／Ｌを２以
上にすることにより、耐火物内部の冷却効果を大きくす
る必要がある。

第４図は、Ｄ　ｐ／　Ｄ　ｂ＝　０　、０１、Ｑ／Ｌ＝
２．５の時にらせん状の空隙を通して耐火物断面積当り
炉内に吹込まれる窒素ガス流量（Ｎ　ｒｎ’　／　ｈ　
／　ｒｒＦ　）と「耐火物損耗抑制効果指数」の関係を
示す。窒素ガス流量が５０〜３０ＯＮｍ／ｈ／ｍ　の範
囲にある場合に、最も効率的に耐火物損耗抑制効果の得
られることがわかる。

その理由については次のように説明できる。すなわち、
吹込みガス流量が小さ過ぎると、耐火物内を通過する際
のガスの冷却効果が弱くなり、結果的に耐火物表面近く
の温度が思うように低下しないこと、また、炉内のスプ
ラッシュなどが空隙に付着するのを防止する効果が小さ
くなるために、結果として吹込まれるガス量の分布が安
定しなくなることが、耐火物損耗抑制が困難となる理由
である。一方、吹込みガス流量が多過ぎると、耐火物に
対する冷却効果は発揮されるが、吹込まれたガスが炉の
内部の方まで突き進み、耐火物壁に沿って上昇するガス
の割合が小さくなるため、吹込まれたガスによる耐火物
近傍の酸素分圧低減効果は小さくなる。そのために、耐
火物の損耗を抑制できなくなる。

（実施例） 耐火物としてアルミナ−カーボンレンガを用いた転炉に
おいて、２０　、ＯＯ０Ｎｒｎ’／ｈで酸素を上吹きし
＋　１，０ＯＯＮｉ／ｈで窒素を底吹きしながら。

鉄鉱石と石炭を投入して溶銑を製造した。この転炉向上
部（高さ方向で上側１／２以上の部分）のレンガ（断面
は１５０ｍＸ１５０ａｎで深さ方向が５００閣）は１個
につきその中心部に４ｓｅの径でレンガ長さの３倍の距
離となる（５００ｍ＋＋＋Ｘ３）らせん状の空隙（この
試験では空隙としてはパイプをらせん状に加工したもの
を用いた）を１つ有するものであり、　この場合のＤ　
ｐ　／　Ｄ　ｂは０．０２６であった。そして、このレ
ンガには耐火物単位断面積当り１００ＮｒｒＩ″／ｈの
窒素ガスを流した。その結果、炉上半分の耐火物平均損
耗速度は０．８ｍ／ｈとなった。

一方比較のためらせん状の空隙がない場合を調査した結
果、耐火物平均損耗速度は４　ｒｒｍ　／　ｈであり、
本発明により大幅に損耗速度を低減できた。

また、従来の直線状の空隙をレンガに設けた場合（レン
ガ１個に内径４ｍの直線状のパイプを４本設置し、そこ
に窒素を上記本発明の場合と同じく耐火物単位断面積当
り１００Ｎｒｎ’／ｈ流す）には平均損耗速度が１．７
ｍ／ｈとなり１本発明はこの場合と比べても半分以下に
低減できた。

なお、本発明による方法では、炉全体での窒素の吹込み
量が２，５０ＯＮｒｎ’／ｈであり、排ガス総量の約５
％を占めているに過ぎない。

以上のように、耐火物損耗抑制に対して比較的少ないガ
ス吹込みにより大きな効果が得られるのが本発明の特徴
である。

（発明の効果） 本発明を実施することにより、耐火物に多大の負荷がか
かる酸素吹錬操業を行なう冶金炉に対して、その耐火物
損耗を大幅に低減し、その結果、溶銑、溶鋼などの溶融
金属あるいは合金の製造コストを低減することができる
ため、工業的には非常に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施に用いるらせん状の空隙を設けた耐
火物の一例を示す。 第２図は耐火物に設けた空隙径（Ｄ、）と空隙間距離（
Ｄ５）との比に対する耐火物損耗抑制効果指数（耐火物
損耗抑制量／吹込みガス量）の関係を示す。 第３図はらせん状空隙の長さ（Ｒ）と耐火物の長さ（Ｌ
）の比に対する耐火物損耗抑制効果指数の関係を示す６ また、第４図はらせん状の空隙から炉内に吹込まれる窒
素ガスの耐火物単位断面積当りのガス流量（Ｎ　ｒｎ’
　／ｓｉｎ／　ｒｒｒ　）と耐火物損耗抑制効果指数の
関係を示す。 １・・・耐火物の稼動面側 ２・・・空隙のガス吹出し口 第２図 窒Ｐ！Ｆ、間０距岐 、Ｄｂ 第１図 （ｂ） 第４ｖｌＪ 而す火孕η章イグ訛テ面償含りの力々腐り量（Ａ＃／す
／−２）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸素吹錬を行う冶金炉において、溶融物の上部空
   間に内張りとして用いた炭素含有耐火物内部にらせん状
   の空隙を設けて、操業中は該空隙を通して非酸化性のガ
   スを耐火物断面積（単位；ｍ＾２）当り、５０〜３００
   Ｎｍ＾３／ｈで吹込むことを特徴とする炭素含有耐火物
   の損耗抑制方法。
2. （２）１つのらせん状空隙の長さを耐火物の長さに対し
   て２倍以上とし、空隙径と空隙間距離（１つの空隙と他
   の空隙との間の距離）との比を０．０１以上とするよう
   に空隙を設けることを特徴とする請求項（１）記載の炭
   素含有耐火物の損耗抑制方法。