JPS6028882B2 - 高炉炉底の内張り構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高炉炉底の内張り構造に係り、特に高炉炉底の
溶銑の侵食による異常損傷を防止し得る高炉炉底の内張
り構造に関する。

高炉の湯溜部および炉底部には通常カーボンれんがが用
いられている。

その理由はカーボンれんがは本来溶銑に対して耐食性が
大きくかつ熱伝導率が高いために鉄皮の冷却により炉内
側のれんが面に熔鉄の凝固層を形成しカーボンれんがを
保護する効果があるためである。しかし近年高炉が次第
に大型となり、また操業条件も苛酷となって来たので、
第１図にて点線Ａで示される如き炉底の湯溜部側壁直下
部位に溶鉄の侵食による異常損傷が見られらるようにな
って来た。

かかる炉底部の異常損傷の高炉の寿命を決定する致命的
欠陥となるので、その防止が極めて重要な問題となって
いる。本発明の目的は、カーボンれんがより成る高炉湯
溜部および炉底部を含む上言己高炉炉底の異常損傷を防
止し得る効果的な内張り構造を提供するにある。

本発明の要旨とするところは次のとおりである。

すなわち、高炉鉄皮の内側にカーボンれんがより成る傷
溜部側壁、炉底部および炉底耐火材の膨張を吸収する炉
内側スタンプを有して成る高炉炉底の内張り構造におい
て、前記湯溜部の側壁下部れんがの稼動面側部位および
該傷溜部側壁より下部の炉底部であって前記鉄皮と前記
炉内側スタンプとの間に内張りするれんがの炉内側部位
にＳＩＣを３の雲量％以上含有するＳＩＣ−Ｃ系れんが
を配設したことを特徴とする高炉炉底の内張り構造であ
る。本発明者らは高炉炉底部の傷溜部側壁直下の外周の
前記異常損傷の原因について調査研究した結果次の事実
が明らかとなった。

すなわち、高炉においては炉の上部から鉄鉱石、暁結鉱
、コークス、石灰石などの原料が装入されるが、これら
の原料中にはアルカリおよび亜鉛の酸化物が含まれてい
る。これらの成分は高炉内を降下すると共にコークスに
よって還元され金属蒸気となって炉内を上昇するが、炉
内シャフト部上部の低温部に達すると再び酸化されて酸
化物となって炉内を降下する。このようにアルカリおよ
び亜鉛の蒸気は炉内の上昇、下降を繰返すほか、高炉の
炉底の内張り耐火物のカーボンれんがにも吸収されカー
ボンれんがの損傷の原因となることが判明した。すなわ
ち、カーボンれんが内の気孔を通じて内部に侵入したア
ルカリおよび亜鉛の蒸気は、ある温度城で下記‘１’，
■式の反応により炉内のＣＯガスと反応して金属酸化物
とカーボンを生成する。次（９十Ｃ０（９一Ｋ２０（ｓ
）＋ＣＧ）・・・｛１｝Ｚｎ亀）十ＣＯ蜂）→Ｚｎ○（
ｓ）＋ＣＧ）・・・（２１これらの団体析出によりカー
ボンれんが内に微細な亀裂を生成する。

炉内の温度が上昇すると上記‘１’，■式の逆反応が起
り析出した金属酸化物とカーボンが再びガス化するので
折出部のカーボンれんがが多孔質化する。

このような酸化、還元の繰返し１こよってカーボンれん
が内に多孔質脱化層を形成し、これが断熱層となって炉
内側の温度上昇をもたらし、カーボンれんがの溶銑への
加炭溶解を促進することとなり、カーボンれんが自身は
次第に侵食され異常損傷を招くことが明らかとなった。
次に本発明者らは上記カーボンれんがの損傷を防止する
材質について種々比較研究した結果、ＳＩＣを含む耐火
物がアルカリおよび亜鉛に対し著しい効果を示すことが
明らかとなった。

すなわち、下記実験例にて示す如く、ＳＩＣを３の重量
％以上含有するＳＩＣ−Ｃ系耐火物をアルカリもしくは
亜鉛蒸気中で処理すると気孔率、通気率が低下し強度が
上昇するが、これと全く同じ処理を従来のカーボンれん
がについて行なうとＳＩＣ−Ｃ系れんがの場合と反対に
多孔質化すると共に強度も劣化することが判明した。実
験例 １ 高炉炉底の周辺部に使用する本発明によるＳＩＣ−Ｃ系
れんがと従来のカーボンれんがとのアルカリに対する耐
食性の比較試験を行った。

アルカリとして代表的なＫよ０３を使用し、ＳＩＣ−Ｃ
系れんがとカーボンれんがとの各供試体より２仇帆×２
仇肋×１２仇舷の試験片を切出し、それぞれＫ２Ｃ０３
：コークスブリーズ＝１：１の重量比であって全量２ｋ
９の混合物と共にＳＩＣ質容器に入れ、シリコニット電
気炉中で９００００に３時間加熱保持して炉冷した。冷
却した試験片をコークスブリーズと共にＳＩＣ質容器に
入れ、更に１２００ＣＯに３時間加熱処理した。この熱
処理を繰返し５回行ない各処理ごとに見掛気孔率の測定
を行ない処理前の値との見掛気孔率の変化率を求めた。
結果は第２図に示すとおりである。また１，３，５回線
返し処理後の試験片断面の平均Ｋ２０濃度の定量を行っ
た。

第２図において「アルカリ１回後」とは Ｋ２Ｃ０３：コークスブリーズ＝１：１の混合物中で９
００ｏｏに３時間加熱処理を１回施したことを意味し、
「コークス１回後」とは「アルカリＩ回後」更にコーク
スブリーズ中で１２００ｑｏに３時間加熱処理したこと
を意味する。

第２図より明らかな如く、従来のカーボンれんがはコー
クスブリーズ中の処理回数が増加する毎に見掛気孔率の
変化率が上昇し、Ｃ曲線の如くなるのに対し、本発明に
よるＳＩＣ−Ｃ系れんがの見掛気孔率の変化率はＳ曲線
の如く、アルカリ処理により急激に減少し、その質が処
理回数の増加とともに極めて繊密になることを示してい
る。これに対し、カーボンれんがの多孔質化はアルカリ
の侵入によって亀裂を発生することによるものである。
以上の結果からＳＩＣ−Ｃ系れんがを高炉炉底側壁に使
用すれば、Ｋ２０等のアルカリ金属の酸化物の析出、還
元が起ったとしてもＳＩＣ−Ｃ系れんがは益々繊密化し
アルカリ蒸気の侵入を許さないものと考えられる。次に
上記９００こ０×汎ｒのアルカリ処理および１２０００
０×３Ｈｒのコークス処理の各々１回、３回、５回後の
試験片断面のＫ２０量を分析し、Ｋ２０の侵入量を測定
した。結果は第１表に示すとおりである。第１表第１表
より明らかな如く、カーボンれんがは９００００ｘがｒ
のアルカリ処理１回、３回、５回後と次第にＫ２０の侵
入量が多くなり、１２００ｏｏ×狙ｒのコークス処理で
のＫ２０残留量も多い。

これはれんが中の灰分として存在するＮ２０３，Ｓｉ０
２とＫ２０との反応によりＫ２０・山２０３×おｉ０２
とその他の複合化合物を作るためと考えられ、第２図に
示す如き見掛気孔率の上昇は、かかる化合物生成による
亀裂発生を示唆するものである。しかるに本発明のＳＩ
Ｃ−Ｃ系れんがでは９００００×狙ｒのアルカリ処理５
回後でもＫ２０の侵入量は１重量％以下ときわめて少し
、ことを示している。

実験例 ２本発明によるＳＩＣ−Ｃ系れんがと従来のカ
ーボンれんがの亜鉛に対する耐食性の比較試験を行なっ
た。実験例１と同様教Ｃ−Ｃ系れんがとカーボンれんが
の各供試体より２仇凧×２０脚×１２仇帆の試験片を切
出し、それぞれＺｎ：コークスプリーズ＝１：１の重量
比であって全量２ｋ９の混合物と共にＳＩＣ質容器に入
れ、シリコニット電気炉中で９００００ｘ汎功０熱処理
して炉冷した。冷却した試験片を更にコークスブリーズ
と共にＳＩＣ質容器に入れ、１２００００ｘ汎ｒ加熱処
理した。この熱処理を繰返し５回行ない各処理毎に見掛
気孔率の測定を行ない処理前の値との見掛気孔率の変化
率を求めた。結果は第３図に示すとおりである。第３図
より明らかな如く、ＳＩＣ−Ｃ系れんがの場合には各処
理の繰返しで見掛気孔率は低下し繊密化する傾向を示す
のに対し、カーボンれんがの場合は亜鉛処理で見掛気孔
率は低下するが、１２００℃コークス処理後は元のれん
がの見掛気孔率より大となりコークス処理回数の増加と
共に益々上昇する傾向を示す。

これは亜鉛酸化物の析出による亀裂の発生により多孔質
化が進行しているものである。上記実験例より明らかな
とおりＳＩＣ−Ｃ系れんががアルカリ並びに亜鉛に対し
て強い耐食性を示し、高炉炉底の異常損傷を防止するこ
とができることが明らかとなった。

しかしＳＩＣ−Ｃ系れんが中のＳＩＣ量は本発明では３
の重量％以上と限定する必要がある。その理由はＳＩＣ
量が３０重量％禾満の場合には、れんが内に侵入したア
ルカリ、もしくは亜鉛蒸気とカーボンとの酸化、還元反
応による多孔質化とこれらの金属蒸気とＳＩＣとの反応
による前記見掛気孔率の低下による繊密化現象とが相殺
され気孔率、通気率の低減効果が認められないからであ
る。上記の如く、高炉炉底の異常損傷対策としてＳＩＣ
を３の重量％以上含有するＳＩＣ−Ｃ系れんがを使用す
ることにより、アルカリおよび亜鉛蒸気の侵入による従
来のカーボンれんがの多孔質化を完全に防止することが
でき高炉の寿命を飛躍的に延長することができる。

次にＳＩＣ３の重量％以上のＳＩＣ−Ｃ系れんがを使用
する高炉炉底の内張り構造の実施例について説明する。

実施例第４図は本発明による高炉炉底の内張り構造を示
す模式部分断面図である。

第４図に示す如く、鉄皮２の内側には鉄皮側スタンプ材
４を介してカーボンれんが６が積重ねられて湯溜部側壁
８および炉底部１０を形成しているが、ＳＩＣ３の重量
％以上のＳＩＣ−Ｃ系れんが１２を湯溜部側壁８の最下
段もしくは第５図に示す如く湯溜部側壁８の最下段を含
む２段以上のれんがの稼動面側部位と、湯溜部側壁８の
内側れんが１４下方の炉底部１０の最上段を含む１段ま
たは２段以上のれんがであって鉄皮２と炉内側スタンプ
１６との間に内張りするれんがの炉内側部位に第４図、
第５図に示す如く配置し、炉底部１０‘こおいては炉底
耐火物の膨張を吸収する炉内側スタンプ材１６を介して
カーボンれんが６を内張りする方法をとる。従ってこの
場合は高炉炉底の鉄皮２に隣接するカーボンれんが６に
挟まれた湯溜部側壁８の最も内側および炉底部１０の炉
内側スタンプ１６の外周部に配置することとなる。これ
により従来のカーボンれんが６のみを使用していた時に
発生した点線Ａにて示す如き異常損傷部は１点鉄線Ｂに
て示す如き正常損傷に防止することができ、それ以上の
侵食が避けられるので高炉の寿命を著しく延長すること
ができる。ＳＩＣ３０重量％以上含有するＳＩＣ−Ｃ系
れんが１２は第６図に示す如く階段状に配置してもよい
。

すなわち、この場合は傷溜部側壁８の稼動面側部位に配
設したＳＩＣ−Ｃ系れんが１２は第４図、第５図と同様
に内側最下段または最下段を含む２段以上とし、その下
方の炉底部１０の鉄皮２と炉内側スタンプ１６との間に
内張りするれんがの炉内側部位に最上段かり順次炉内側
へ階段状に配置し、中央部のカーボンれんが６との接合
部には炉内側スタンプ１６を充填する構成をとるもので
ある。この場合は従釆のカーボンれんが６のみを使用し
ていた時の点線Ａにて示す如き異常損傷部は１点鎖線Ｃ
にて示す如き椀形の正常損傷に止めることができ、高炉
の寿命の著しい延長が可能である。以上に本発明による
高炉炉底の内張り構造のＳＩＣ−Ｃ系れんがの構築方法
について説明したが、ＳＩＣ−Ｃ系れんがは高価である
ので最少限の使用で最大の効果をあげる方法をとること
が望ましく、上記２つの実施態様以外にも本発明の請求
範囲内で種々の態様が可能であることは勿論である。

いずれの態様においても本発明による高炉炉底の限定部
位にＳＩＣを３の重量％以上含有するＳＩＣ−Ｃ系れん
がを配置することにより高炉炉底の異常損傷を有効に防
止することが可能である。なお、ＳＩＣ−Ｃ系れんがの
長さは、好ましくは第４〜６図に示すように湯溜部側壁
下部れんがおよび湯溜部側壁より下方の炉底部内張りれ
んがの各々の全長の１／４〜１／２であることが望まし
い。またＳＩＣ−Ｃ系れんがの使用配置に際しては、れ
んが接着剤を使用して従来のカーボン材と結合する方法
、またはカーボンれんが製造時にＳＩＣ−Ｃ系れんがを
一体物として製造したれんがを内張り使用してもよい。
上記本発明および実施例より明らかなとおり、本発明は
従来力−ボンれんがのみ、もしくは炉底中央部のみシャ
モツトれんがを使用するカーボンれんが主体の高炉炉底
の内張り構造は原料中に含まれるアルカリおよび亜鉛に
よって多孔質となって溶鉄に侵食され、炉底の異常損傷
をもたらし高炉の寿命を左右する重大欠陥となるので、
アルカリおよび亜鉛に対して多孔質とならず却って質の
繊密化を招来するＳＩＣ３の重量％以上を含むＳＩＣ−
Ｃ系れんがの特質を見出し、これを高炉炉底に使用する
ことによって次の効果を収めることができた。

‘ィ｝ 本発明によりＳＩＣ３低重量％以上を含むＳＩ
Ｃ−Ｃ系れんがを高炉炉底の限定部位、すなわち湯溜部
の側壁下部れんがの稼動面側部位および該湯溜部側壁よ
り下方の炉底部であって鉄皮と炉内側スタンプとの間に
内張りするれんがの炉内側部位に配置することにより、
従来の炉底のアルカリおよび亜鉛による異常損傷が防止
され高炉寿命の著しい延長が可能となった。

【ｏ｝ 本発明において使用するＳＩＣ−Ｃ系れんがは
最少限の使用で最大限の効果をあげることを目的として
いるので高炉の寿命の延長を考慮すれば高炉の構築費の
高騰分は償って余りある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のカーボンれんがのみにて構成された高炉
の湯溜部側壁および炉底部と、炉底の異常損傷ラインＡ
を示す高炉炉底の漠式部分断面図、第２図はＳＩＣ−Ｃ
系れんがとカーボンれんがとのアルカリ処理およびコー
クスブリーズ処理回数による見掛気孔率の変化率に及ぼ
す影響を対比する線図、第３図はＳＩＣ−Ｃ系れんがと
カーボンれんがとの亜鉛処理およびコークスブリーズ処
理回数による見錨気孔率の変化率に及ぼす影響を対比す
る線図、第４図より第６図まではＳＩＣ−Ｃ系れんがを
使用する高炉炉底の内張り構造の実施例を示す模式部分
断面図である。 ２・・・高炉鉄皮、４・・・鉄皮側スタンプ、６・・・
カーボンれんが、８・・・湯溜部側壁、１０・・・炉底
部、１２・・・ＳＩＣ−Ｃ系れんが、１４・・・傷溜部
側壁内側れんが、１６・・・炉内側スタンプ材。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高炉鉄皮の内側にカーボンれんがより成る湯溜部側
   壁、炉底部および炉底耐火材の膨張を吸収する炉内側ス
   タンプを有して成る高炉炉底の内張り構造において、前
   記湯溜部の側壁下部れんがの稼動面側部位および該湯溜
   部側壁より下方の炉底部であつて前記鉄皮と前記炉内側
   スタンプとの間に内張りするれんがの炉内側部位にＳｉ
   Ｃを３０重量％以上含有するＳｉＣ−Ｃ系れんがを配設
   したことを特徴とする高炉炉底の内張り構造。