JP4473666B2 - 高炉出銑孔の補修方法 - Google Patents

Description

本発明は高炉出銑孔の補修方法に関する。

製鉄産業における高炉は、炉底近くの側壁に溶銑を取り出す出銑孔を備えている。出銑孔は耐火性骨材にタール等の炭素質バインダーを加えたマッド材をもって閉塞されている。出銑時には穿孔機にて出銑孔が開孔される。この閉塞と開孔の繰り返しで高炉から間欠的に溶銑が取り出される。

出銑孔は溶銑の通過により、熱的および機械的な作用を受けて損傷される。出銑孔は損傷が進行すると、出銑孔を構成するレンガの目地緩み、あるいはマッド材のみで形成された炉内側出銑孔に発生した横穴から噴出する高圧炉内ガスによって、出銑孔は一層激しく損傷される。

この対策として、出銑孔を定期的に補修することが行われている。その方法の一つとして、マッド材で閉塞された出銑孔に錐をもって所定の深さに穿孔を形成した後、耐火性微粉および炭素質バインダーを主材とする軟質の補修材を、マッドガンを用いて前記穿孔に圧入する方法が提案されている（特許文献１参照）。

この補修方法によれば、出銑孔内周面の亀裂、レンガ目地、横穴等の欠損部に補修材が充填され、出銑孔が補修される。
特開平２−３０７０８号公報

前記従来の補修方法においては、補修材を出銑孔内周の亀裂、レンガ目地、横穴の狭い空隙に円滑に充填させるために、補修材は骨材に耐火性微粉を使用し、しかもバインダーの増量等で軟質に調整している。しかし、この補修材は軟質であるために自身がマッドガンのピストンによる押し圧を緩和する。また、軟質の補修材は押し圧の際にピストンとシリンダーとの隙間から後方に漏れ出て、ピストン圧を低下させる。そして、これらが原因し、補修材が出銑孔の亀裂、レンガ目地および横穴に対して十分に充填されないという問題があった。

本発明は上記従来の問題を改善するために創案されたものであり、特別な装置を使用することなく、レンガ目地、亀裂および横穴等へ補修材を十分に充填し、出銑孔の損傷を防止することができる補修方法を提供することにある。

本発明は、マッド材で閉塞された出銑孔に錐をもって所定の深さに穿孔を形成した後、耐火性微粉：５０〜８５質量％と炭素質バインダー：１５〜５０質量％とからなる軟質の補修材を、マッドガンにて前記穿孔に圧入する出銑孔の補修方法において、シリンダーの前方に補修材、その後方に前記補修材よりバインダー量が少なく、前記補修材より軟度の低い硬質材料を装填し、硬質材料をピストンで直接押し圧することで、硬質材料を介して補修材を押し圧し、前記穿孔に補修材を圧入する高炉出銑孔の補修方法である。

出銑孔の補修において本発明の方法によれば、補修材と硬質材料との組み合わせによって、補修材を出銑孔のレンガ目地、亀裂および横穴へより確実に充填することが可能となり、出銑孔に対して優れた補修効果が得られる。

この本発明において、特定量の黒鉛を含む補修材を使用した場合は、出銑孔の補修効果がさらに顕著なものとなる。また、この黒鉛を含む補修材の使用は、補修後の出銑孔の熱伝導率の向上による冷却作用によって、出銑孔に限らず、炉壁の寿命向上にも効果がある。

図１および図２は本発明の補修方法を模式的に示したものである。図１（ａ）および図２（ａ）はシリンダーに対する補修材の装填状況、図１（ｂ）および図２（ｂ）は穿孔への補修材の圧入充填状態である。

図１（ｂ）および図２（ｂ）に示すように、出銑孔１１の補修時には、マッド材１０で閉塞された出銑孔１１に錐をもって所定の深さに穿孔７を形成する。穿孔７の深さは炉殻である鉄皮８の内側から少なくとも１００ｍｍ、好ましくは５００ｍｍ以上とする。穿孔７はさらに、炉内に貫通させてもよい。なお、炉壁９の内側には先に圧入されたマッド材１０が堆積し、出銑孔１１が延長された形となっている。

マッドガン１のシリンダー２は出銑孔１１の口径に合わせるために先端部３が先細りとなっている。本発明においては、このシリンダー２の前方に補修材５、後方に硬質材料６を装填する。補修材５の装填量は穿孔７の容積に合わせて適宜調整する。

シリンダー２内において補修材５の後方に硬質材料６が位置することで、補修材圧入の際は、ピストン４の押し圧を受けた硬質材料６を介して補修材５を押し圧する。硬質材料６はピストン４の押し圧による圧力緩和が少ない。しかも、軟質の補修材５と違ってピストン４とシリンダー２との隙間から後方に漏れ出ることもない。このように補修材５は硬質材料６を介した押し圧によって、高圧力をもって圧入することができ、被補修箇所であるレンガ目地１２、亀裂１３および横穴１４といった狭い空隙に対し、補修材５がより確実に充填される。

図１（ｂ）および図２（ｂ）では炉内に貫通しない程度に穿孔７を形成した例を示しているが、これに限らず、炉内に貫通した穿孔７に対して補修材５を圧入してもよい。穿孔７を炉内に貫通させると溶銑が噴出するが、出銑孔１１にマッドガン１を押し当て、補修材５を圧入することができる。

シリンダー２の先端部３は、出銑孔１１の口径に合わせるために、一般に先細りになっている。先端が先細りのシリンダー２をもっての圧入では、ピストン４がこの先細りの箇所から前進せず、このことも補修材５を十分に押し圧できない原因となっている。これに対し本発明では、補修材５を直接押し圧する硬質材料６はピストン４と違ってシリンダー２の先細りの箇所にも侵入あるいは存在し、補修材５を終始高圧力をもって圧入することが可能となる。

硬質材料６の装填量は前方の補修材５の装填量によっても定まるが、少な過ぎると硬質材６による押し圧が不足し、本発明の効果が不十分となる。硬質材料６による十分な押し圧効果を得るには、シリンダー２内容量の５０％以上を硬質材料６が占めるようにすることが好ましい。

図２（ｂ）の本発明の補修方法は、穿孔７に対して前記のとおり補修材５を圧入した後、続いてシリンダー２後方に装填した硬質材料６を圧入するものである。この方法によれば、硬質材料６の穿孔７への侵入によって、補修材５が穿孔７内において硬質材料６にて押し圧されることになり、出銑孔１１のレンガ目地１２、亀裂１３および横穴１４への補修材５の充填が一層確実なものとなる。しかも、硬質材料６の押し圧が出銑孔１１の奥深く伝播し、補修材５は炉底側壁煉瓦の損傷部をも補修する。

シリンダー２に対する補修材５および硬質材料６の装填は、例えばシリンダー２の上部に開閉自在にもうけた投入孔（図示せず）から、あるいは補修材５についてはシリンダー前方から装填することもできる。

本発明の方法において、穿孔７に対し、補修材５の圧入に続いてシリンダー２後方に装填した硬質材料６を圧入する場合、補修材５を圧入し、この補修材５が炉内熱で溶融流動化した後、硬質材料６を圧入してもよい。この場合、補修材５の溶融流動化は炭素質バインダーの溶融によって生じる。補修材５の溶融流動化によって補修材５はさらに軟化し、被補修部のレンガ目地１２、亀裂１３および横穴１４の狭い空隙にさらに充填されやすくなる。

本発明の方法において好適な補修材は、粒度１ｍｍ以下の耐火性微粉５０〜８５質量％と、炭素質バインダーを主材とする。骨材を耐火性微粉としたのは、狭いレンガ目地、亀裂および横穴に充填され易くするためである。耐火性微粉の好ましい粒度は０．５ｍｍ以下である。なお、ここでの耐火性微粉の粒度は、ＪＩＳふるい目開きに基づいたものである。また、補修材を軟質とするために、炭素質バインダーは補修材に占める割合で１５〜５０質量％が好ましい。

耐火性微粉の使用量が少な過ぎると補修材の耐食性が低下する。逆に多すぎると炭素バインダー量が少なくなって補修材に必要な軟度が不足する。耐火性微粉のさらに好ましい範囲は、６０〜８０質量％である。その場合、残部を占める炭素質バインダーの割合は２０〜４０質量％となる。

耐火性微粉はすべて粒度１ｍｍ以下であることが好ましいが、本発明の効果を損なわない範囲で粒度１ｍｍを超えるものを一部に併用しても良い。例えば、粒度１ｍｍを超えるものを１０質量％以下、さらに好ましくは５質量％以下の範囲で使用してもよい。

補修材の炭素質バインダーの具体例は、マッド材のバインダーとしても知られているタールピッチ、クレオソート、トール油、重油等の瀝青物質、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂等である。

補修材は、例えばこの炭素質バインダーの種類・使用量等の調整で軟質に調整する。軟度の指標としてＪＩＳ Ｒ２５０６「モルタルちょう度試験」において、穿孔充填時の温度を想定した６０℃において、８０〜１５０が好ましい。また、マーシャル試験値は、入口径７０ｍｍ、出口径２０ｍｍモールドへ６０℃に保持したマッド材を入れ、５０ｍｍ／分の移動速度で加圧、押し出した時の最大荷重の測定において、１ＭＰａ以下が好ましい。

本発明ではこの補修材について、耐火性微粉として黒鉛微粉を使用するとその補修効果はさらに向上する。黒鉛はその滑りやすい表面性状によって、被補修部の狭い空隙に対して充填されやすい。

黒鉛微粉の具体例はリン状黒鉛、土状黒鉛、電極屑あるいはこれらを主材とする廃材である。粒度は、例えば１ｍｍ以下が好ましく、さらに好ましくは０．３ｍｍ以下である。また、補修材において黒鉛使用による効果を充分なものにするには、耐火性微粉と炭素質バインダーの合計量の占める割合で、黒鉛を少なくとも５０質量％含むことが好ましい。また、黒鉛は狭い空隙に充填されやすいことに加えて、熱伝導性に優れている。これにより、この補修材による補修では、出銑孔近傍および炉底の熱伝導率が向上し、ステーブクーラー等による炉壁冷却が効率的に作用する。その結果、出銑孔周囲の炉壁および炉底の耐火物寿命が向上する。

補修材の耐火性微粉において、黒鉛以外には、アルミナ、アルミナ−シリカ、ジルコン、ジルコニア、マグネシア、スピネル、炭化珪素、窒化珪素、窒化珪素鉄、粘土、揮発シリカ、仮焼アルミナ、無煙炭、コークス、カーボンブラック等が挙げられる。これらを黒鉛と共に使用してもよい。必要によっては、さらにＡｌ，Ａｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ−Ｍｇ合金等の酸化防止剤を添加してもよい。

硬質材料６は、ピストン４からの圧力を補修材５にロスなく伝播させる作用をもつ。そのためには、軟度が補修材５より低い材質であることが必要となる。硬質材料６は耐火性骨材とバインダーからなり、軟度が低い材質に調整するためには、例えば骨材粒度、バインダーの種類・量等で行う。耐火骨材の粒度は特に限定されるものではなく、例えば最大３〜８ｍｍとし、粗粒、中粒、微粒に適宜調整する。

硬質材料の押し出し抵抗性を表すマーシャル試験値は６０℃での測定において、０．５〜２ＭＰａが好ましい。マーシャル試験の測定は、後述する実施例の欄に示した条件である。

なお、補修材の軟度の測定は前記したようにＪＩＳ Ｒ２５０６「モルタルちょう度試験」によって行っているが、硬質材料は軟度が低いことで「モルタルちょう度試験」での測定は困難であり、マーシャル試験機にて測定した。

硬質材料としては出銑孔の閉塞に使用するマッド材を使用してもよい。硬質材料にマッド材を使用した場合、出銑時の開孔の際、高耐食性のマッド材層が出銑孔の内周面に存在し、出銑孔の耐食性が向上する。

硬質材料としてマッド材を使用する場合、その材質は従来のマッド材と特に変わりなく、例えば酸性、中性あるいは塩基性の耐火性原料を主骨材とし、これに炭素質バインダーを添加したものである。耐火性原料の粒径は最大３〜８ｍｍとし、粗粒、中粒、微粒に適宜調整する。

炭素質バインダーの具体例は、タールピッチ、クレオソート等の瀝青物質、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂等である。バインダー量は硬質材料の軟度に大きく影響する。本発明の方法で使用する硬質材料の軟度は、補修材より低いことが必要であり、自ずとバインダー量は補修材より少ないものとなる。硬質材料に占める炭素質バインダーの割合は、２０質量％未満が好ましく、さらに好ましくは５〜１８質量％である。

穿孔７を形成する際、錐の外径は、出銑のために出銑孔を開孔させる錐の外径より大きくすることが好ましい。錐の外径を大きくすることで、出銑孔内のマッド材を完全に除去し、出銑孔のレンガ目地、亀裂および横穴を露出した状態で補修材を圧入することが可能になる。これにより、出銑孔のレンガ目地、亀裂および横穴への補修材の充填がより直接的なものとなり、その発明の補修効果がさらに向上する。

本発明により補修された後の出銑孔は、補修材あるいは補修材と硬質材料とによって閉塞されることから、出銑時の開孔までその状態で放置してもよい。しかし、補修材は溶銑に対する耐食性に劣るため、補修後は出銑時の操作と同様に錐で出銑孔を錐で開孔し、その開孔部にマッドガンにてマッド材を圧入充填しておくことが好ましい。

以下に本発明の実施例とその比較例とを示す。使用したマッドガンは一般的な構造であって、図１、図２に示すように先端部が先細りであり、内容物をピストンで押し圧するようになっている。補修対象の出銑孔の長さは、炉内側のマッドのみで形成された出銑孔も合わせて約４０００ｍｍである。炉壁の厚さは炉殻鉄皮の内側から約２０００ｍｍである。補修に際し、マッド材で充填された出銑孔に、先端にビットを備えた錐で深さ２５００ｍｍの穿孔を形成した。出銑の際に出銑孔を開孔する錐の直径が７０ｍｍであるのに対し、ここでは、これより若干大きな直径７５ｍｍの錐をもって穿孔を形成した。

表１は各例で使用した補修材組成と材料軟度を示したものである。補修材の軟度はちょう度およびマーシャル試験にて測定した。ちょう度は軟度の大きい補修材については測定できるが、軟度の低い硬質材料は測定ができない。そこで、硬質材料の軟度はマーシャル試験のみで測定した。

ちょう度は、ＪＩＳ Ｒ２５０６「モルタルちょう度試験」に準じて測定した。マーシャル試験は、入口径７０ｍｍ、出口径２０ｍｍモールドへ６０℃に保持したマッド材を入れ、５０ｍｍ／分の移動速度で加圧、押し出した時の最大荷重を測定した。

各例によって補修された出銑孔は、錐によって開孔し、マッドガンにてマッド材を圧入充填し、閉塞した。表２は各例より補修された出銑孔の出銑時間および横穴発生率によって、その補修効果を対比したものである。横穴は主として炉内に堆積したマッドのみで形成された出銑孔に発生するものであり、出銑孔の損傷はこの横穴からの高圧ガスの噴出が特に大きく原因している。また、横穴が生じた場合、炉内の溶銑滓レベルが出銑孔の位置まで下がるのを待つことなく横穴を通して炉内ガスが出銑孔内に入り、出銑荒れとなり、出銑を直ちに中止しなければならない。出銑孔は十分な補修がなされると、横穴発生率の低下および出銑途中でのガス巻き込みが減少し、長時間の出銑が可能となる。

（実施例１）
シリンダーの先方に表１に示した黒鉛５０質量％含む軟質の補修材ａを１５０ｋｇ、その後方に硬質材料ａを３５０ｋｇ装填した。硬質材料後方からのピストン圧により、硬質材料を介して補修材を出銑孔に形成した穿孔に圧入した。補修材は硬質材料の押し圧を受けてすべて圧入された。

本実施例によれば、ピストン圧が硬質材料を介して軟質の補修材に充分に伝播し、高圧力をもって圧入することができた。しかも硬質材料は、シリンダーの先細りの箇所に侵入し、補修材を終始高圧力をもって圧入することができた。その結果、出銑孔は横穴発生率が低下し、出銑時間が延長した。

（実施例２）
シリンダーの先方に表１に示した軟質の補修材ａを１００ｋｇ、その後方に表１に示した硬質材料ａを４００ｋｇ装填した。硬質材料後方からのピストン圧で、硬質材料を介して補修材を出銑孔に形成した穿孔に圧入し、続いて硬質材料を圧入した。

穿孔に圧入後の補修材を硬質材料がさらに押し圧し、出銑孔のレンガ目地、亀裂および横穴への補修材の充填がさらに確実なものとなった。その結果、横穴発生率の低下と出銑時間の延長の効果は、前記実施例１よりさらに向上した。

（実施例３）
前記実施例２と同様に、穿孔に軟質の補修材を圧入した後、続いて硬質材料ｂを圧入した。同実施例では黒鉛２０質量％含む軟質の補修材ｂを使用した。前記実施例２と同様に、横穴発生率の低減と出銑時間の延長の効果が得られた。

（実施例４）
前記実施例２と同様に、穿孔に軟質の補修材を圧入した後、続いて硬質材料ａを圧入した。同実施例では黒鉛７０質量％を含む軟質の補修材ｃを使用した。黒鉛量が多い補修材を使用したことで、横穴発生率の低減と出銑時間の延長の効果がより一層向上した。また、補修材の黒鉛量が多いことで、出銑孔近傍の熱伝導率が向上し、ステーブクーラー等による炉壁冷却が効率的に作用し、出銑孔周囲の炉壁および炉底の耐火物寿命の向上が期待できる。

（実施例５）
前記の実施例２〜４のそれぞれについて、補修材を穿孔に圧入し、１〜３分間経過後、補修材が炉内熱を受けて充分に溶融流動化したのを見計らって、硬質材料を圧入した。その結果、それぞれの実施例において、さらに横穴発生率が２０〜４０％低下し、出銑時間は５〜２０％向上した。

（比較例）
従来方法に相当するものであって、シリンダーに表１に示した軟質の補修材ｂのみを装填し、穿孔に圧入した。比較例では補修材が軟質のためにピストンによる圧力が緩和され、さらに補修材の一部はシリンダーとピストンとの間からピストンの後方に漏出したことで、補修材を高圧でもって圧入することが出来ず、横穴発生率の低減および出銑時間の向上の効果において、本発明実施例のいずれにも劣る。

本発明の実施の形態例を示し、（ａ）は、補修材と硬質材料をマッドガンのシリンダーに装填した状況、（ｂ）は、穿孔に対し補修材を圧入した状態を示す。 本発明の他の実施の形態例を示し、（ａ）は、補修材と硬質材料をマッドガンのシリンダーに装填した状況、（ｂ）は、穿孔に対し補修材を圧入した状態を示す。

符号の説明

１ マッドガン
２ シリンダー
３ 先端部
４ ピストン
５ 補修材
６ 硬質材料
７ 穿孔
８ 炉殻鉄皮
９ 炉壁
１０ マッド材
１１ 出銑孔
１２ レンガ目地
１３ 亀裂
１４ 横穴

Claims (6)

1. マッド材で閉塞された出銑孔に錐をもって所定の深さに穿孔を形成した後、耐火性微粉：５０〜８５質量％と炭素質バインダー：１５〜５０質量％とからなる軟質の補修材を、マッドガンにて前記穿孔に圧入する出銑孔の補修方法において、シリンダーの前方に補修材、その後方に前記補修材よりバインダー量が少なく、前記補修材より軟度の低い硬質材料を装填し、硬質材料をピストンで直接押し圧することで、硬質材料を介して補修材を押し圧し、前記穿孔に補修材を圧入する高炉出銑孔の補修方法。
2. 請求項１記載の高炉出銑孔の補修方法において、穿孔に対し、補修材の圧入に続いてシリンダー後方に装填した硬質材料を圧入する高炉出銑孔の補修方法。
3. 請求項２記載の高炉出銑孔の補修方法において、補修材を圧入し、この補修材が炉内熱で溶融流動化した後、硬質材料を圧入する高炉出銑孔の補修方法。
4. 硬質材料が、マッド材である請求項１、２または３記載の高炉出銑孔の補修方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項記載の高炉出銑孔の補修方法において、穿孔を形成する錐の外径を、出銑のために出銑孔を開孔させる錐の外径より大きくした高炉出銑孔の補修方法。
6. 前記補修材が、耐火性微粉として黒鉛微粉を少なくとも５０質量％（補修材に占める割合）含む請求項１ないし５のいずれか１項記載の高炉出銑孔の補修方法。

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