JPH11131128A

JPH11131128A - 精錬炉の内張り構造

Info

Publication number: JPH11131128A
Application number: JP9294644A
Authority: JP
Inventors: Ryosuke Nakamura; 良介中村; Masanori Ogata; 昌徳小形; Minoru Sudo; 実須藤; Tamiatsu Koyake; 民淳小宅
Original assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Current assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Priority date: 1997-10-27
Filing date: 1997-10-27
Publication date: 1999-05-18

Abstract

(57)【要約】【課題】精錬炉の操業条件の苛酷化のために生じる
“精錬炉の寿命低下”、間欠的に使用されるために生じ
る“耐スポ−リング性の低下”を抑制し、耐用性に優れ
た精錬炉の内張り構造を提供すること。【解決手段】２種類の耐火物（マグネシア−スピネル
質耐火物，炭素含有耐火物）を組み合わせてゼブラ構造
にすること。例えば図１に示すように、精錬炉の内張り
構造として、マグネシア−スピネル質れんが１と炭素含
有耐火物２とを市松模様に内張りしてゼブラ構造とした
精錬炉の内張り構造。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、精錬炉の内張り構
造に関し、特に、２種類の耐火物(マグネシア−スピネ
ル質耐火物，炭素含有耐火物)を使用し、特定の構造(ゼ
ブラ構造)に築造された精錬炉の内張り構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、鋼の高純度化が求められるように
なり、二次精錬または特殊精錬と呼ばれる精錬炉の役割
が著しく重要になっている。例えば、ＲＨ，ＤＨ，ＶＯ
Ｄなどの真空脱ガス槽では、高純度鋼を溶製するため、
脱ガスのみならず、脱炭，脱硫など様々な処理が高温下
で行われている。

【０００３】このような精錬炉では、高温下でのスラグ
溶損が著しく、このため、内張り炉材として、耐スラグ
溶損性に優れた「高温焼成マグネシア−クロム質れんが
(以下“マグクロれんが”という)」が、これまで使用さ
れてきた。しかし、マグクロれんがは、スラグ浸潤を抑
制するなどの有利な点があるけれども、クロムを含有し
ているため、使用後れんがを廃棄処分する際に環境上の
問題があった。

【０００４】そこで、最近では、精錬炉の内張り炉材と
して、クロムフリ−の耐火物、例えば、ＭｇＯ−Ｃれん
がなどの“炭素含有耐火物”や、マグネシア−スピネル
質れんがなどの“炭素を含有しない酸化物系耐火物”が
使用されている。

【０００５】クロムフリ−の耐火物のうち、ＭｇＯ−Ｃ
れんがなどの“炭素含有耐火物”は、含有するカ−ボン
が熱伝導性に優れているため、耐火物内に温度勾配が生
じにくく、耐熱スポ−リング性に優れており、また、カ
−ボンがスラグに濡れにくいため、耐火物内の気孔にス
ラグが浸潤せず、構造的スポ−リングが生じないという
長所を有している。

【０００６】しかし、炭素含有耐火物は、含有するカ−
ボンが溶鋼中に容易に溶解するため、特に“極低炭素
鋼”の精錬の場合には、耐火物から溶鋼へのカ−ボンの
混入が問題となる。また、炭素含有耐火物は、使用時
に、樹脂，ピッチ，タ−ルなどの結合材が揮発して加熱
収縮するため、使用中に目地開きを起こし“目地損傷が
生じやすい”という欠点を有している。さらに、酸化物
系耐火物に比べてスラグが付着しにくいため、スラグコ
−チングによる炉材の保護が難しいという欠点も有して
いる。

【０００７】一方、カ−ボンを含有しない酸化物系耐火
物のうち、マグネシア−スピネル質れんがは、使用条件
によっては、マグクロれんがと同等の耐用性を有し、ま
た、スラグに濡れやすく付着しやすいため、スラグコ−
チングによる炉材の保護も容易であるという長所を有し
ているので、特に、二次精錬炉の内張り炉材に適してい
る。

【０００８】しかし、マグネシア−スピネル質れんが
は、熱伝導性が悪いため、れんが内に温度勾配が生じや
すく、マグクロれんがと同様、熱スポ−リングが生じや
すいという欠点を有している。また、前記したマグクロ
れんがでは、主成分のひとつであるＣｒ₂０₃が該れんが
に浸潤したスラグを高融点化させ、スラグ浸潤を抑制す
る効果があるのに対し、マグネシア−スピネル質れんが
では、浸潤スラグにＡｌ₂Ｏ₃が溶解しても高融点化しな
いため、スラグ浸潤が大きくなり、マグクロれんが以上
に、構造的スポ−リングと呼ばれる“浸潤層の剥離損
傷”が生じやすい欠点を有している。

【０００９】さらに、マグネシア−スピネル質れんが
は、マグクロれんがと同様、再加熱後に膨張する性質が
あるため、隣接するれんが同士がその膨張圧によって相
互に押しあい、この押圧応力により、ピンチングと呼ば
れる“目地の損傷”が生じやすいという欠点を有してい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】近年、高純度鋼溶製に
よる“操業条件の苛酷化”のため、二次精錬炉の寿命が
低下しており、その延命対策が求められている。また、
環境問題上の配慮もますます重要になってきており、こ
のため、前記したように、マグクロれんがにかえて、ク
ロムフリ−耐火物(具体的には、炭素含有耐火物やマグ
ネシア−スピネル質れんが)が使用されている。

【００１１】しかしながら、炭素含有耐火物やマグネシ
ア−スピネル質れんがでは、前記した欠点，問題点があ
るところから、このようなクロムフリ−耐火物におい
て、耐用性に優れ、溶鋼へのカ−ボン混入量が少ない内
張り構造を実現することが求められている。そのため、
炭素含有耐火物においては、低カ−ボン化の研究が、ま
た、マグネシア−スピネル質れんがにおいては、耐スラ
グ浸潤性や耐スポ−リング性の改良研究がなされている
けれども、炉材自体の改良のみでは、抜本的解決が難し
いのが現状である。

【００１２】そこで、炉材自体の改良ではなく、特性の
異なる複数の酸化物系耐火物を縞状または市松模様状に
配置したゼブラ構造に築造し、それぞれの耐火物の長所
を組み合わせて窯炉の耐用性を向上させる手段が提案さ
れている。例えば、過去に、平炉の天井として、“珪石
れんがとマグクロれんが”または“焼成マグクロれんが
と不焼成マグクロれんが”の２種類の酸化物系耐火物を
ゼブラ構造に築造することが実施されていた。

【００１３】また、実開昭62−29092号公報には、セメ
ントロ−タリ−キルンにおいて、“ドロマイト質耐火物
とスピネル質耐火物”の２種類の酸化物系耐火物を、そ
れぞれ交互配列パタ−ン(チェッカ−模様，ゼブラ模様
など)に組み合わせて築造する内張り構造について開示
されている。さらに、特開平5−248767号公報には、同
じくセメントロ−タリ−キルンにおいて、“マグクロれ
んがやスピネルれんが”などの２種以上の酸化物系耐火
れんがを縞状に張り合わせたゼブラ構造に築造する内張
り構造について提案されている。

【００１４】このように、従来のゼブラ構造では、複数
の酸化物系耐火物を組み合わせたものであって、「熱的
または構造的スポ−リングにより損傷されやすい」とい
う酸化物系耐火物の本質的な欠点を改良するものではな
かった。

【００１５】本発明は、上記従来技術における耐火物の
欠点・問題点を考慮してなされたものであって、その目
的は、精錬炉の“操業条件の苛酷化”のために生じる
「該炉の寿命低下」、及び、間欠的に使用されるために
発生する「耐スポ−リング性の低下」を抑制し、耐用性
に優れた精錬炉の内張り構造を提供することにある。

【００１６】また、本発明の他の目的は、従来の技術の
前記欠点・問題点を解消すること、つまり、従来の炭素
含有耐火物による内張り構造の欠点・問題点「溶鋼への
カ−ボン混入，目地開きによる目地損傷，スラグの難コ
−チング性」などを解消し、一方、マグネシア−スピネ
ル質れんがによる内張り構造の欠点・問題点「熱的また
は構造的スポ−リングによる損傷，ピンチングによる目
地損傷」などを解消し、耐用性を向上させる精錬炉の内
張り構造を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、特定の２
種類の耐火物「マグネシア−スピネル質耐火物，炭素含
有耐火物」を組み合わせて「ゼブラ構造」にすること
で、個々の材質の欠点を補い、優れた耐用性を実現する
ことを見いだし、本発明を完成したものである。このよ
うに、本発明に係る精錬炉の内張り構造は、２種類の特
定の耐火物(マグネシア−スピネル質耐火物，炭素含有
耐火物)を使用し、特定の構造(ゼブラ構造)に築造する
ことを特徴とし、これにより、前記目的を達成したもの
である。

【００１８】即ち、本発明は、「精錬炉の内張り構造に
おいて、マグネシア−スピネル質耐火物と炭素含有耐火
物とをゼブラ構造に配置してなることを特徴とする精錬
炉の内張り構造。」 (請求項１)を要旨(発明を特定する事項)とするものであ
る。

【００１９】また、本発明は、・前記ゼブラ構造が、縞模様および／または市松模様に
張り合わせた構造からなること(請求項２)、・精錬炉が真空脱ガス槽であって、その環流管および／
または浸漬管の内張り構造として、マグネシア−スピネ
ル質耐火物および炭素含有耐火物を長尺れんがとし、該
長尺れんがを縦縞状に張り合わせたゼブラ構造を、前記
内張り構造の一部または全体に採用すること(請求項
３)、・前記ゼブラ構造におけるマグネシア−スピネル質耐火
物と炭素含有耐火物との面積比率が“１：３〜３：１”
であること(請求項４)、を特徴とする。

【００２０】本発明に係る精錬炉の内張り構造は、２種
類の特定の耐火物(マグネシア−スピネル質耐火物，炭
素含有耐火物)を使用し、かつ、特定の構造(ゼブラ構
造)に築造することで、前記した従来の単一の炉材で築
造した内張り構造に比べて、“コ−チングの生成”“ス
ポ−リング，目地損傷の発生”“溶鋼へのカ−ボンの混
入”について改良することができる。つまり、特定の２
種類の炉材を張り合わせてゼブラ構造に築造するため、
各炉材が具備する欠点を補い、内張り炉材の耐用性を向
上させることができる。

【００２１】本発明において、“ゼブラ構造”とは、２
種類の耐火物(内張り炉材)を、それぞれ上・下方向また
は左・右方向に交互になるように、縞状(縦縞状または
横縞状)や市松模様などに配置した構造をいう。その場
合、縞模様，市松模様の各１模様に限定されず、例え
ば、一部が縦縞模様，他部が市松模様というように、２
種以上の模様が組み合わされるものも含まれる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る精錬炉の内張
り構造の実施形態(第１〜第４の実施形態)について、図
１〜４を参照して説明する。

【００２３】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態を説明する図であって、ゼブラ構造の１例を
示す展開図である。この実施形態では、図１に示すよう
に、マグネシア−スピネル質れんが１と炭素含有耐火物
２とを市松模様に内張りしてゼブラ構造とした例であ
る。

【００２４】（第２の実施形態）図２は、本発明の第２
の実施形態を説明する図であって、ゼブラ構造の他の例
を示す展開図である。この実施形態では、図２に示すよ
うに、マグネシア−スピネル質れんが１と炭素含有耐火
物２とを円周方向に縞模様に内張りしてゼブラ構造とし
た例である。

【００２５】（第３の実施形態）図３は、本発明の第３
の実施形態を説明する図であって、ゼブラ構造のその他
の例を示す展開図である。この実施形態では、図３に示
すように、マグネシア−スピネル質れんが１および炭素
含有耐火物２を数区画単位で内張りしてゼブラ構造とし
た例である。

【００２６】（第４の実施形態）図４は、本発明の第４
の実施形態を説明する図であって、ゼブラ構造の更にそ
の他の例を示す展開図である。この実施形態では、図４
に示すように、マグネシア−スピネル質れんが１および
炭素含有耐火物２を長尺れんがとし、これを円周方向に
縞模様に内張りしてゼブラ構造とした例である。

【００２７】前記第１〜第４の実施形態において、図１
〜４に示すように、マグネシア−スピネル質れんが１と
炭素含有耐火物２とを市松模様状または縞状に張り合わ
せて“ゼブラ構造”とすることにより、炭素含有耐火物
２の熱伝導性が良好なため、その間に配置されたマグネ
シア−スピネル質れんが１内の温度が相対的に低下し、
スラグがすぐに固化する。このため、スラグ浸潤が抑制
され、構造的スポ−リング損傷が大幅に軽減され、ま
た、背面側への温度勾配が小さくなるため、熱的スポ−
リングも軽減される。

【００２８】また、炭素含有耐火物の比率が半減するこ
とにより、炭素含有耐火物のみの内張り構造に比べて、
溶鋼へのカ−ボン混入量が半減する。さらに、マグネシ
ア−スピネル質れんが１の稼働面部分にスラグが付着し
やすいため、炭素含有耐火物のみの内張り構造に比し
て、スラグコ−チングによる耐火物保護が容易となる利
点も有する。

【００２９】このようにマグネシア−スピネル質れんが
１と炭素含有耐火物２とを張り合わせて図１〜図４に示
すような“ゼブラ構造”とすることにより、両材質の欠
点を補うことができ、そのため、耐用性に優れた精錬炉
を提供することができる。

【００３０】前記第１〜第４の実施形態において、それ
らのゼブラ構造を、ＲＨ，ＤＨ，ＶＯＤなどの円筒形状
部に適用することができる。特に、精錬炉が真空脱ガス
槽であって、その環流管および／または浸漬管の内張り
構造(内径の小さい円筒形状部の内張り構造)としては、
前掲の図４に示すように、マグネシア−スピネル質れん
が１および炭素含有耐火物２を長尺れんがとし、この長
尺れんがを縦縞状に張り合わせたゼブラ構造を、その内
張り構造の一部または全体に採用するのが好ましい。

【００３１】その理由は、前掲の図１に示すような市松
模様の場合、内張り施工の際に各段の高さを合わせる必
要があり、内径が小さいと、目地だけで調節することが
難しく、れんが自体の寸法精度や内張り施工精度が要求
される。また、数多くの２種のれんが(マグネシア−ス
ピネル質れんが１および炭素含有耐火物２)を交互に内
張り施工すること(市松模様に施工すること)は、施工時
間も長くかかる。これに対して、マグネシア−スピネル
質れんが１，炭素含有耐火物２を長尺れんがとすること
で、上記欠点（“れんがの寸法精度等の要求”の解消，
“市松模様の施工の複雑さ”の解消）を図ることができ
る。

【００３２】また、環流管および／または浸漬管の内張
りでは、その内径が小さいため、上述した縦縞状とする
ことで、加熱された際の膨張による応力を均等化させ、
エッジのせり合いなどによるピンチングを抑制すること
ができる。

【００３３】さらに、環流管及び浸漬管においては、そ
の内張り耐火物は上下のいずれか片側でしか拘束されて
いないため、熱変化を受けると、各々のれんがが上下方
向に膨張収縮して横目地が開き、目地損傷が生じやす
い。そのため、長尺れんがを縦縞状に張り合わせたゼブ
ラ構造(図４参照)を、その内張り構造の一部または全体
に採用することにより、横目地を減らし、目地損傷を抑
制することができる。

【００３４】なお、本発明において、“縦縞状”とは、
必ずしも図４に示すような場合に限られず、例えば、縦
方向に２〜３に分割して図３に示すような配列にする場
合も包含するものであり、さらに、図３に比して同種れ
んが間の横目地を減らし、前記した目地損傷抑制の効果
を得ることができる。また、このように“縦方向に２〜
３に分割して図３に示すような配列”にした場合、図４
に示す長尺れんがを縦縞状に施工した場合とほぼ同じ効
果(“市松模様の施工の複雑さ”の解消，“れんがの寸
法精度の要求”の解消)と、“ゼブラ構造”に伴う本発
明の効果とを同時に得ることができる。

【００３５】前記第１〜第４の実施形態のゼブラ構造に
おいて、マグネシア−スピネル質れんが１と炭素含有耐
火物２との面積比率は、このマグネシア−スピネル質れ
んが１の大きさ及び形状にもよるが、１：３〜３：１程
度が好ましい。より好ましい面積比率は１：１である
(前掲の図１〜４参照)。

【００３６】この面積比率の範囲内においては、マグネ
シア−スピネル質れんが１及び炭素含有耐火物２が有す
る長所が生かされると共に、それぞれの欠点を解消する
効果が生じる。一方、この比率が上記範囲外の場合、
“ゼブラ構造”の効果が得られない。つまり、マグネシ
ア−スピネル質れんが１または炭素含有耐火物２のいず
れかが過多となり、その炉材が有する欠点が顕現するの
で好ましくない。

【００３７】本発明では、各種精錬炉の内張り用に適用
できるが、その中でも特にＶＯＤ炉などの取鍋精錬炉に
おいては、内張り炉材自体の損傷に加えて、目地の先行
損傷が炉の耐用を律速する場合があるが、本発明の“ゼ
ブラ構造”では、この目地損傷の軽減に対しても効果が
ある。

【００３８】即ち、マグネシア−スピネル質れんがは、
再加熱により膨張する性質があるため、ピンチングによ
り目地損傷が生じやすく、逆に、炭素含有耐火物は、加
熱後に収縮するため、目地開きにより目地損傷が生じや
すい。

【００３９】これに対し、マグネシア−スピネル質れん
がと炭素含有耐火物との“ゼブラ構造”においては、マ
グネシア−スピネル質れんがの再加熱膨張性と炭素含有
耐火物の再加熱収縮性とが釣り合うことによって、マグ
ネシア−スピネル質れんがの機械的な押し合いや目地開
きが解消される。そのため、目地損傷がなくなり、平滑
な損傷形態が得られ、安定耐用が得られるようになる。

【００４０】なお、本発明の“ゼブラ構造”と異なり、
炉の内面側にマグネシア−スピネル質れんがを、その背
面側に炭素含有耐火物を配置した２層構造では、マグネ
シア−スピネル質れんがの稼働面の温度低下が十分では
なく、スポ−リングを軽減することができない。また、
このような２層構造の場合は、本発明のような目地損傷
の軽減が得られない。

【００４１】本発明で使用する“マグネシア−スピネル
質耐火物”としては、様々な組成のものを使用すること
ができ、また、不焼成品，普通焼成品，高温焼成品のい
ずれも使用可能であるが、特に「耐溶損性，耐スポ−リ
ング性」のバランスの点から、“Ａｌ₂Ｏ₃量：3〜20重
量％，ＭｇＯ量：80〜97重量％”の化学組成を有する高
温焼成品の使用が好ましい。また、組織の緻密化のた
め、マグネシア−スピネル質耐火物の製造時に、ＴｉＯ
₂やＦｅ₂Ｏ₃などの焼結助材を添加することもできる。

【００４２】一方、本発明で使用する“炭素含有耐火
物”としては、ＭｇＯ−Ｃ，Ａｌ₂Ｏ₃−Ｃ，ＭｇＯ−Ａ
ｌ₂Ｏ₃−Ｃ，ＭｇＯ−スピネル−Ｃなどのカ−ボンを含
んだ様々な耐火物を使用することができる。しかし、炭
素含有量についてみると、隣接するマグネシア−スピネ
ル質耐火物内の温度を下げるためには、カ−ボン量が多
く熱伝導率が高い炭素含有耐火物が望ましいが、溶鋼へ
のカ−ボン混入を抑制する点では、カ−ボン量は少ない
方がよい。実用上は、“カ−ボン量：1〜30重量％”の
範囲の炭素含有耐火物を、使用条件に応じて選択し使用
するのが好ましい。

【００４３】

【発明の効果】本発明は、以上詳記したとおり、精錬炉
の内張り構造において、マグネシア−スピネル質耐火物
と炭素含有耐火物とを組み合わせてゼブラ構造にするこ
とを特徴とし、これにより、精錬炉の“寿命低下”“耐
スポ−リング性の低下”を抑制し、耐用性に優れた精錬
炉を提供することができる。

【００４４】また、本発明では、マグネシア−スピネル
質耐火物および炭素含有耐火物を使用するけれども、こ
の両耐火物を組み合わせてゼブラ構造にすることで、・マグネシア−スピネル質耐火物自体の欠点「熱的また
は構造的スポ−リングによる損傷，ピンチングによる目
地損傷など」、・炭素含有耐火物自体の欠点「溶鋼へのカ−ボン混入，
目地開きによる目地損傷，スラグの難コ−チング性な
ど」を解消することができ、特に、次の(1)〜(4)の顕著な効
果が生じる。

【００４５】(1) マグネシア−スピネル質耐火物による
“スポ−リング損傷”が大幅に減少する。 (2) 炭素含有耐火物のみの場合に比し、“溶損速度”が
大幅に減少する。 (3) 機械的な押し合いや目地開きがなくなり、“目地損
傷”が発生しない。 (4) 炭素含有耐火物からの溶鋼への“カ−ボン混入量”
が半減する。 (5) 使用する両耐火物は、クロムフリ−の耐火物であ
り、Ｃｒを含有していないため、使用後れんがの廃棄処
分による環境上の影響がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す図であって、２
種類の耐火物(マグネシア−スピネル質れんが，炭素含
有耐火物)を、市松模様に内張りしたゼブラ構造を示す
展開図である。

【図２】本発明の第２の実施形態を示す図であって、２
種類の耐火物(マグネシア−スピネル質れんが，炭素含
有耐火物)を、円周方向に縞模様に内張りしたゼブラ構
造を示す展開図である。

【図３】本発明の第３の実施形態を示す図であって、２
種類の耐火物(マグネシア−スピネル質れんが，炭素含
有耐火物)を数区画単位で内張りしたゼブラ構造を示す
展開図である。

【図４】本発明の第４の実施形態を示す図であって、２
種類の耐火物(マグネシア−スピネル質れんが，炭素含
有耐火物)を長尺れんがとし、これを円周方向に縞模様
に内張りしたゼブラ構造を示す展開図である。

【符号の説明】

１マグネシア−スピネル質れんが２炭素含有耐火物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ２７Ｄ 1/00 Ｃ０４Ｂ 35/04 Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】精錬炉の内張り構造において、マグネシ
ア−スピネル質耐火物と炭素含有耐火物とをゼブラ構造
に配置してなることを特徴とする精錬炉の内張り構造。
【請求項２】前記ゼブラ構造が、縞模様および／また
は市松模様に張り合わせた構造からなることを特徴とす
る請求項１に記載の精錬炉の内張り構造。
【請求項３】精錬炉が真空脱ガス槽であって、その環
流管および／または浸漬管の内張り構造として、マグネ
シア−スピネル質耐火物および炭素含有耐火物を長尺れ
んがとし、該長尺れんがを縦縞状に張り合わせたゼブラ
構造を、前記内張り構造の一部または全体に採用するこ
とを特徴とする精錬炉の内張り構造。
【請求項４】前記ゼブラ構造におけるマグネシア−ス
ピネル質耐火物と炭素含有耐火物との面積比率が、１：
３〜３：１であることを特徴とする請求項１，２または
３に記載の精錬炉の内張り構造。