JPH11131129A

JPH11131129A - 精錬炉の内張り構造

Info

Publication number: JPH11131129A
Application number: JP9294674A
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−クロム質
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、マグクロれんが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−クロム
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）に築造された各種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】このような精錬炉の内張り耐火物における
損傷機構は、スラグによる溶損と、熱的および構造的ス
ポ−リングに大別される。そして、このような損傷条件
下で耐用性に優れた炉材として、マグネシア−クロム質
れんが(以下“マグクロれんが”という)やＭｇＯ−Ｃな
どの炭素含有耐火物が使用されている。

【０００４】このうち、マグクロれんがは、主成分のひ
とつであるＣｒ₂Ｏ₃がスラグを高融点化・高粘性化させ
て該れんがの“スラグによる溶損”を抑制する性質があ
り、耐溶損性が極めて良好な耐火物である。

【０００５】しかし、マグクロれんがは、熱伝導性が悪
いため、該れんが内に温度勾配が生じやすく、熱的スポ
−リングが生じやすいという欠点を有している。また、
スラグがれんがの気孔に浸潤しやすいため、“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
すいという欠点も有している。さらに、マグクロれんが
は、再加熱後に膨張する性質があるため、れんが同士の
機械的な押し合いによる応力によって、“ピンチング”
と呼ばれる「目地損傷」が生じやすいという欠点があ
る。

【０００６】一方、ＭｇＯ−Ｃ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、該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。

【０００７】しかしながら、炭素含有耐火物は、含有す
るカ−ボンが溶鋼中にすみやかに溶解し、その耐溶損性
は酸化物骨材の溶損速度で律速される。そして、該耐火
物中にＣｒ₂Ｏ₃が含有されていない場合には、酸化物骨
材が溶損されやすいため、炭素含有耐火物の耐溶損性
は、前記マグクロれんがに比して劣っている。

【０００８】また、極低炭素鋼のような炭素含有量の少
ない鋼種の場合には、炭素含有耐火物から溶鋼へのカ−
ボンの混入が問題となる。さらに、炭素含有耐火物は、
再加熱後に膨張せず、むしろ、樹脂，ピッチ，タ−ルな
どの結合材が使用中に揮発し、この揮発した分だけ収縮
し、目地開きが生じる。そのため、炭素含有耐火物で
は、この目地開きによる“目地損傷が生じやすい”とい
う欠点をも有している。

【０００９】以上要約すると、マグクロれんがは、耐溶
損性に優れているが、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欠点を有しており、一方、炭
素含有耐火物は、熱的および構造的スポ−リングが生じ
にくいが、耐溶損性が劣り、この溶損により損傷される
という欠点を有している。このように、マグクロれんが
及び炭素含有耐火物は、損傷機構が異なるものの、結果
的には、両者とも同じような耐用を示しており、そし
て、いずれの炉材も、ピンチングや目地開きにより、目
地が先行損傷した場合には“精錬炉の耐用が低下する”
という問題があった。

【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。そのた
め、前記したマグクロれんがや炭素含有耐火物におい
て、それぞれ“原料の高純度化，製造方法の改良による
緻密化など”の対策がすでに実施されているが、通常の
手法では、大幅な改良が難しいのが現状である。

【００１１】例えば、マグクロれんがにおいて、耐スポ
−リング性を抜本的に改良するためには、該れんがにカ
−ボンを配合することで、熱伝導率を高めると同時に、
れんがとスラグとを濡れにくくすることが考えられてい
る。そして、焼成れんがにおいては、原料にカ−ボンを
添加しても焼成後消滅するので、マグクロれんがにカ−
ボンを配合するには、不焼成れんがとするとする方法
や、焼成後にタ−ルやピッチなどのカ−ボン原料を含浸
する方法が知られている。

【００１２】しかし、マグクロれんが中のＦｅ₂Ｏ₃やＣ
ｒ₂Ｏ₃は、還元されやすい酸化物であるため、カ−ボン
を配合したマグクロれんがでは、使用中に、れんが自体
還元現象が生じ、耐用性が低下するという欠点がある。

【００１３】一方、炭素含有耐火物の耐溶損性を高める
ためには、耐火物中にクロム成分を添加する方法が考え
られている。そして、Ｃｒ₂Ｏ₃は還元されやすい成分で
あるため、酸化物形態として添加することができず、カ
−ボンと共存しても安定な形態で存在する「金属クロ
ム，炭化クロム，硼化クロム」などを添加する方法が提
案されている(特開平1−320262号公報参照)。

【００１４】しかし、上記のような金属，炭化物，硼化
物は、スラグ中に溶解してスラグを高融点化させる前
に、スラグ中の酸素と反応して体積膨張を起こし、れん
が組織を破壊するという問題がある。また、マグクロれ
んがに比べると、添加できるクロム成分の量が微量であ
り、耐溶損性の点では、マグクロれんがに及ばないのが
実状である。

【００１５】以上詳述したように、マグクロれんがの耐
スポ−リング性や炭素含有耐火物の耐溶損性を抜本的に
改良することは、技術的に困難であり、このように炉材
自体の改良では、精練炉の寿命を高めることには限界が
あった。

【００１６】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模様または市松模様状
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、平炉天井の耐火物構造と
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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】以上のとおり、“炉材自体の改良”や従来
の“複数の酸化物系耐火物を組み合わせたゼブラ構造”
では、精練炉の耐用性の向上を十分に満足するものでは
なかった。そこで、間欠的に使用されて、スポ−リング
を生じやすい各種精練炉において、その耐用を向上させ
得る新しい内張り構造が求められているのが現状であ
る。

【００２０】本発明は、上記要望に鑑みなされたもので
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。

【００２１】また、本発明の他の目的は、従来の技術の
前記欠点・問題点を解消し、つまり、従来のマグクロれ
んがによる内張り構造の欠点・問題点「耐スポ−リング
性の低下，ピンチングと呼ばれる目地損傷の発生」など
を解消し、一方、炭素含有耐火物による内張り構造の欠
点・問題点「耐溶損性の低下，収縮に伴う目地開きによ
る目地損傷の発生，溶鋼へのカ−ボン混入」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。

【００２２】

【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−クロム質耐火物，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って、本発明に
係る精錬炉の内張り構造は、このように２種類の特定の
耐火物を使用し、かつ特定の構造に築造することで、前
記目的を達成したものである。

【００２３】即ち、本発明は、「精錬炉の内張り構造に
おいて、マグネシア−クロム質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。

【００２４】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−クロム
質耐火物と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−クロム質耐火物
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。

【００２５】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−クロム質耐火物，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、耐スポ−リング性や耐溶損
性などを改良することができ、目地損傷の軽減を図るこ
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補
い、内張り炉材の耐用性を向上させることができる。

【００２６】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。

【００２７】

【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。

【００２８】（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、マグクロれんが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。

【００２９】（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、マグクロれんが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。

【００３０】（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、マグクロれんが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。

【００３１】（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、マグクロれんが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。

【００３２】前記第１〜第４の実施形態において、図１
〜４に示すように、マグクロれんが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クロれんが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。

【００３３】一方、マグクロれんが１の溶損によってス
ラグが高粘性化するため、炭素含有耐火物の溶損速度
は、マグクロれんが１と張り合わせない場合よりも大幅
に減少する。

【００３４】このようにマグクロれんが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、マグクロれんが１の「熱ス
ポ−リングおよび構造的スポ−リングによる損傷」が減
少し、また、炭素含有耐火物の「溶損速度」が低下する
ため、それぞれを単一で配材した場合よりも耐用性が向
上する。

【００３５】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、マグクロれんが１と炭素含有
耐火物２とを長尺れんがとし、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。

【００３６】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(マグクロれんが
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、マグクロれんが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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】前記第１〜第４の実施形態のゼブラ構造に
おいて、図１〜４に示すように、マグクロれんが１と炭
素含有耐火物２との面積比率は、いずれも１：１である
が、本発明は、この面積比率に限定されるものではな
く、本発明の“ゼブラ構造”に伴う前記作用効果が生じ
る範囲内で自由に設定することができる。しかし、本発
明の“ゼブラ構造”に伴う前記作用効果を発揮させるた
めには、炉内の展開図において、マグクロれんが１と炭
素含有耐火物２との面積比率は、１：３〜３：１である
ことが好ましい。

【００４１】なお、極低炭素鋼のような炭素含有の少な
い鋼種を処理する炉において、炭素含有耐火物を炉内全
面に内張りすると、溶鋼中への炭素の溶解が問題となる
場合もあるが、本発明に係る“ゼブラ構造”では、この
炭素の溶解量の減少にも効果がある。即ち、本発明に係
る精錬炉の内張り構造として、前記した“ゼブラ構造”
とすることで、内張りに使用する炭素含有耐火物の量が
減少し、さらに、マグクロれんがの溶損により、スラグ
が高粘性化して炭素含有耐火物の溶損速度が低下するた
め、溶鋼中への炭素の溶解度が減少する。

【００４２】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。

【００４３】即ち、マグクロれんがは、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。これに対
し、マグクロれんがと炭素含有耐火物との“ゼブラ構
造”においては、マグクロ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、
マグクロ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。

【００４４】なお、本発明の“ゼブラ構造”と異なり、
炉の内面側にマグクロれんがを、その背面側に炭素含有
耐火物を配置した２層構造では、マグクロれんがの稼働
面での温度低下が十分ではなく、内張りのマグクロれん
がのスポ−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。

【００４５】本発明で使用する“マグネシア−クロム質
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、Ｃｒ₂Ｏ₃による耐溶損性向上の
作用効果を得るためには、Ｃｒ₂Ｏ₃を５重量％以上含有
することが好ましい。

【００４６】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−クロム
質耐火物の温度を下げるためには、カ−ボン量が多く熱
伝導率が高いものが望ましいが、耐火物自体の耐溶損性
の点では、カ−ボン量は少ない方がよい。実用上は、
“カ−ボン量：1〜50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。

【００４７】

【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−クロム質耐火物と
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。

【００４８】また、本発明では、マグネシア−クロム質
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−クロム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」を解消することができ、・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。

【００４９】(1) マグネシア−クロム質耐火物によるス
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。

【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(マグクロれんが，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(マグクロれんが，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(マグクロれんが，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(マグクロれんが，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マグクロれんが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−クロム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−クロム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−ク
ロム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。