JP7485910B2 - 耐火物の築造方法 - Google Patents

Description

本発明は、精錬容器に内張りされる耐火物の築造方法に関する。

精錬容器には高温に耐える耐火物が内張りされている。内張り耐火物は、スラグへの溶損や熱衝撃による割れ等に起因して、使用回数を重ねることで残寸が減少する。一定の残寸以下となるか亀裂等で劣化した耐火物は解体し築造をし直すことで、精錬容器の安定的な稼働が達成される。ここで、耐火物のライニングは湯漏れ防止を主な目的として複数層で構成されており、鉄皮側から、パーマ耐火物およびウェア耐火物を含む。耐火物はれんがとキャスタブルがそれぞれ使用されており、れんがの方がキャスタブルと比較して組織が緻密であり耐食性に優れ、一方、キャスタブルは流し込みによる簡便な施工が可能であるという特徴がある。れんがによる耐火物の築造は人力で実施されるが、重量物の搬送を伴うため、かなりの重筋作業であり、施工時間も長くかかる。また、れんが築造には鉄皮変形への対応等、高度な技術が必要とされるため、築造技術を持った築炉工による作業が必要である。しかし、近年、過酷な労働環境や労働人口の減少によって十分な築炉工を確保するのが難しくなってきている。

上記課題に対して、耐火物の築造を機械化・省力化するために以下のような手法が提案されている。特許文献１には、内張り耐火物のキャスタブル化およびその施工装置に関する手法が提案されている。内張り耐火物のキャスタブル化により、築造作業の機械化・省力化はある程度達成可能であり、溶鋼鍋やタンディッシュの内張り等、損耗が小さい部位に関してはキャスタブル化が進んでいる。しかし、転炉に代表される精錬処理が過酷な設備ではキャスタブルでは十分な耐用が得られないため、キャスタブルと比べて高耐用であるれんがが現在も使用されている。また、特許文献１はウェア耐火物をキャスタブル化する施工方法に関するものであり、パーマ耐火物に関する記載はない。

特許文献２および特許文献３では、精錬容器用のウェアれんが築造の機械化手法が提案されている。精錬容器の各傾斜に対応してれんがを積み上げていくことや、内径の異なる容器に対応して築造を機械化することに関する記載はあるものの、容器の鉄皮に変形が生じていた場合、ウェアれんがの築造が正確に実施できない課題がある。また、パーマ耐火物の施工方法に関する記載はない。人力で築造する場合はれんがの加工や目地モルタル等で鉄皮の変形に対応することが可能であるが、人力での築造に諸々の問題があることは上述の通りである。

実開昭５８－９２７３号公報 特許第２６２７８９１号公報 特開昭６２－１７８８８４号公報

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、精錬容器の内張り耐火物の築造にあたって施工時間の短縮および省力化を実現することが可能な耐火物の築造方法を提供することを目的とする。

本発明は以下の構成を要旨とする。
［１］精錬容器に内張りされるウェアれんがおよびパーマキャスタブルを含む耐火物の築造方法であって、ウェアれんがを把持および築造する装置を用いて、築造後のウェアれんがの稼働面を基準にしてウェアれんがを築造する工程と、築造されたウェアれんがの背面と鉄皮との隙間にパーマキャスタブルを流し込む工程とを含む、耐火物築造方法。
［２］ウェアれんがを少なくとも１段築造した後、築造されたウェアれんがの背面にパーマキャスタブルを流し込む工程と、築造されたウェアれんがの上段にさらにウェアれんがを築造する工程とを並行して実施する、［１］に記載の耐火物の築造方法。
［３］ウェアれんがをパーマキャスタブルの施工済み高さを基準にして２０００ｍｍ以下の高さに築造する工程と、築造されたウェアれんがの背面にパーマキャスタブルを流し込む工程とを交互に実施する、［１］に記載の耐火物の築造方法。
［４］鉄皮の内側にパーマれんがが配置され、パーマキャスタブルは、築造されたウェアれんがの背面とパーマれんがの稼働面との間に流し込まれる、［１］から［３］のいずれか１項に記載の耐火物の築造方法。

本発明によれば、ウェアれんがを稼働面基準で築造し、背面パーマをキャスタブル化することで、鉄皮変形の影響を受けることなく、所定の位置にれんがを置いていくことで、施工精度を維持しつつウェアれんが築造の機械化ができる。これによって、人力で築造する場合と比べて施工時間が短縮され、また省力化が実現できる。

本発明の一実施形態に係る精錬容器の築造工程を概略的に示す図である。 各施工高さにおけるパーマキャスタブルのフリーフロー値と充填性の関係を示す図である。 実施例における溶銑鍋のライニング構造を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る精錬容器の築造工程を概略的に示す図である。本実施形態では、鉄皮２にパーマれんが３、パーマキャスタブル４およびウェアれんが５を含む耐火物が内張りされた精錬容器１を、ロボットアーム６およびキャスタブル流し込み装置７を用いて機械施工する。図示された例では、ロボットアーム６およびキャスタブル流し込み装置７が昇降式の架台８に載置されて、精錬容器１内の適切な高さ位置に配置される。ロボットアーム６は、ウェアれんが５を、築造後の稼働面が形成する所定の形状、具体的には例えば容器内中心を基準とする円形に並べることによって１段分のウェアれんが５を築造する。このようにウェアれんが５を稼働面を基準にして築造する場合、鉄皮２の変形の影響は考慮されないが、後述するようにウェアれんが５の背面側にはパーマキャスタブル４が流し込まれるため、耐火物の内張り構造に隙間は生じない。上記のようにして配列されるウェアれんが５の周長は鉄皮２の変形にかかわらず一定になるため、ウェアれんが５の形状は一種類でよく、必要な個数も予め特定できる。

ロボットアーム６がウェアれんが５を１段以上築造した後に、キャスタブル流し込み装置７を用いて鉄皮２とウェアれんが５の背面との間の隙間にパーマキャスタブル４を流し込むことでパーマライニングを施工する。ここで、図示された例では鉄皮２の内側にパーマれんが３が配置されているため、パーマキャスタブル４はパーマれんが３の稼働面とウェアれんが５の背面との間の隙間に流し込まれる。少なくとも１段分のウェアれんが５が築造されていれば、パーマキャスタブル４は型枠無しで流し込み施工が可能である。ウェアれんが５を１段以上築造した後、パーマキャスタブル４の流し込み施工と、上段のウェアれんが５の築造とを並行して実施してもよい。または、パーマキャスタブル４の流し込み施工と、上段のウェアれんが５の築造とを交互に実施してもよい。

ここで、パーマライニングは施工厚みが薄いため、精錬容器１の鍋高さ、例えば約４５００ｍｍ分を一度に流し込み施工する場合、キャスタブルの充填性が不足し、満足な施工体が得られない。図２に示すように、一般的なパーマライニング厚みである５０ｍｍ厚みの隙間に流し込み施工を実施した場合、施工高さが高くなるとキャスタブルのフロー値（フリーフロー）を高めても施工体の充填不良が生じてしまう。

そこで、本発明の第１の例では、ウェアれんが５が少なくとも１段以上築造された後、ウェアれんが５の築造する工程並行して、パーマキャスタブル４の流し込み施工の工程を実施する。１段分のウェアれんが築造壁は、高さが例えば２３０ｍｍ程度であるため、図２のグラフに示されるように低水分で低フロー値のキャスタブルでも充填性が良好な施工体が得られ、耐用性の向上も期待できる。

なお、パーマキャスタブル４の流し込み施工の前に築造されるウェアれんが５は必ずしも１段でなくてもよい。例えば、耐用性維持限度内でキャスタブルのフロー値を上げて、２段以上のウェアれんが５を築造した後に、並行してパーマキャスタブル４を流し込み施工することも可能である。

また、本発明の第２の例では、ウェアれんが５が少なくとも１段以上築造された後、ウェアれんが５を追加で１段以上築造する工程と、パーマキャスタブル４の流し込み施工の工程とを交互に実施する。例えばロボットアーム６とキャスタブル流し込み装置７との作業域が干渉するような場合は、この例のような工程の交互実施が適切である。第３の例として、ロボットアーム６およびキャスタブル流し込み装置７のその時々の配置に応じて、装置同士が干渉しなければ工程を並行実施し、装置同士が干渉する間は工程を交互実施してもよい。

上記の第２の例における工程の交互実施の場合、第１の例のような工程の並行実施に比べて築造に要する時間は長くなる。築造に要する時間を短縮するために、２段以上のウェアれんが５を築造し、その背面に一括してパーマキャスタブル４を流し込んでもよい。通常のパーマキャスタブル４の流し込み施工限界を検討したところ、図２に示すように、例えば水分量等を調整してフロー値を耐用性が維持できる上限である２００ｍｍまで上げた場合、充填性を確保できる上限施工高さは２０００ｍｍであり、この範囲内で一括して築造するウェアれんが５の段数を設定することができる。

上記のような本発明の一実施形態によれば、従来の人力による築造と比較して、施工に要する時間が短縮される。ロボットアーム６を用いたウェアれんが５の築造時間は、式（１）を使って算出される。

上記で説明した本発明の第１の例では、ウェアれんが５の築造とパーマキャスタブル４の流し込み施工とが並行して実施されるため、内張り耐火物の全築造時間は、式（１）で算出される時間にほぼ等しい。

一方、上記で説明した本発明の第２の例では、ウェアれんが５の築造とパーマキャスタブル４の流し込み施工とが交互に実施されるため、内張り耐火物の全築造時間は、式（１）で算出される時間に式（２）を使って算出されるパーマキャスタブル４の流し込み施工時間を加えたものである。

上記の式（２）から、パーマキャスタブル４の流し込み施工時間は、２段以上のウェアれんが５の背面に一括してパーマキャスタブル４を流し込むことによって流し込み回数を減らし、流し込みの度に発生する準備時間を削減することで短縮することができる。例えば、れんが１段分（２３０ｍｍ）ごとに流し込み施工を実施した場合と、上述した上限施工高さ（２０００ｍｍ）で一括して流し込み施工を実施した場合とでは、８回分（２０００／２３０＝８．７）の流し込み準備時間が削減される。

以下に本発明の実施例として、溶銑鍋で本発明を適用した結果について説明する。実施例の試験条件および結果を表１に示す。

各実施例における溶銑鍋の耐火物は、元々は図３に示すように鉄皮２側からパーマれんがが３０ｍｍ厚み×２層（パーマれんが３Ａ，３Ｂ）、ウェアれんが５が１８０ｍｍ厚み×１層の３層構造である。ウェアれんが５の段数は１９段あり、１段の高さが２３０ｍｍ、施工高さの合計は４３７０ｍｍである。この溶銑鍋の修理タイミングに合わせて本発明を適用した。解体時、鉄皮側のパーマれんが（パーマれんが３Ａ）のみ残し、稼働面側のパーマれんが（パーマれんが３Ｂ）をパーマキャスタブル４に変更し、耐火物の構成を図１に示される例と同様にした。敷き部のれんが築造も通常通り実施した上で、側壁のウェアれんが５およびパーマキャスタブル４の施工に関して本発明を適用した。パーマキャスタブル４は、Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２質キャスタブル（Ａｌ_２Ｏ_３：６５％、ＳｉＯ_２：３０％）を使用した。ロボットアーム６は安川電機製ＹＲ－ＭＰＬ０１００－Ｊ００を使用し、溶銑鍋の中心を基準に設置した。単一形状のれんがをパレットに積んだ状態でクレーンを使用して鍋内の装置横に搬入し、一つずつロボットアーム６で掴んで設計上のウェアれんが稼働面位置を基準に順番に並べていくことでウェアれんが５を築造した。鉄皮２は繰り返しの熱負荷を受け変形していたものの、パーマれんが３の稼働面側とウェアれんが５の背面側との間の隙間は３５ｍｍ～４５ｍｍであって設計上のパーマキャスタブル施工厚み３０ｍｍよりも大きく、また極端に隙間が狭い部分もなかったため、パーマキャスタブル４の施工には問題なかった。また、パーマれんがおよびキャスタブルの耐食性は、回転侵食試験にて評価した。パーマれんがおよび施工後のパーマキャスタブルから切り出したサンプルを３００℃で１２時間焼成し、水平の回転軸を有する円筒に内張りし、酸素－プロパンバーナーで加熱しスラグを投入して耐火物表面を侵食させた。試験温度および時間は１５００℃で５時間、スラグ組成はＣａＯ／ＳｉＯ_２＝１、ＦｅＯ＝１５％とし、３０分毎にスラグの排出および投入を繰り返した。表中の耐食性指数は、回転侵食試験後の残存厚みをパーマれんがの場合（後述する比較例１および比較例２）を１００として指数化したものであり、数値の大きいものほど耐用性が高いことを示す。

実施例１では、ウェアれんがを１段分築造した後、パーマキャスタブルの流し込み施工を開始し、ウェアれんがの築造も並行して継続した。上記の式（１）および式（２）から施工時間を算出すると、ロボットアームを用いたウェアれんがの築造時間は、２２８０（個）／１００（個／ｈ）＝２２．８（ｈ）であり、その後パーマキャスタブルが１段分遅れて流し込み施工されるため０．１（ｍ^３）／１．５（ｍ^３／ｈ）＝０．０７（ｈ）の時間を要した。この他に、パーマキャスタブルの水分を十分に蒸発させて爆裂等の問題を防ぐための乾燥時間が従来よりも２５時間余分にかかったが、乾燥装置を複数用いて、乾燥工程と築造工程を並行して実施することにより、乾燥時間が延長することによる築造工期への影響はなかった。

また、パーマキャスタブル４は適正な添加水分が５％～７％の範囲の材料を使用しており、通常はフロー値を高めるために７％の水分を添加して使用しているが、今回の試験では最も添加水分が低い５％（フロー値１４５）での流し込み施工を実施し問題なく施工が完了した。実施例１ではれんが１段分毎に並行して流し込みを行っているため、充填不良もなく良好な施工体が得られた。さらに５％と低水分での施工によって緻密な組織が得られ、パーマれんがと同等の耐食性を維持できた。キャスタブルではれんが施工の場合のような目地の隙間からの湯漏れ懸念がないことから、湯漏れ防止の観点においても本発明は有利である。

実施例２では、ウェアれんがを３段分築造した後、ロボットアームを停止させて、パーマキャスタブルの流し込み施工を実施した。３段分のパーマキャスタブル流し込み施工の完了後、再びロボットアームを用いてウェアれんがを３段分（４段目～６段目）築造し、その後ロボットアームを停止させてパーマキャスタブルの流し込み施工を実施した。このようなウェアれんが築造とパーマキャスタブルの流し込みの交互作業を７回繰り返すことで、１９段分のウェアれんがとパーマキャスタブルを施工した。パーマキャスタブルの材料および添加水分は実施例１と同様である。ウェアれんが３段分の高さは６９０ｍｍであり、添加水分を５％としたキャスタブルで充填不良もなく良好な施工体が得られた。上記の式（１）および式（２）から施工時間を算出すると、ロボットアームを用いたウェアれんがの築造時間は実施例１と同様に２２．８（ｈ）であり、パーマキャスタブル流し込み時間は（０．３（ｍ^３）／１．５（ｍ^３／ｈ）＋１（ｈ））×７＝８．４（ｈ）であった。実施例１と同様に乾燥時間が従来よりも２５時間余分にかかったが、築造工期への影響はなかった。また得られた施工体は添加水分を減少させたことで組織が緻密化し、パーマれんがと同等の耐食性を維持できた。

実施例３では、ウェアれんがを８段分築造した後、ロボットアームを停止させて、パーマキャスタブルの流し込み施工を実施した。８段分のパーマキャスタブル流し込み施工の完了後、再びロボットアームを用いてウェアれんがを８段分（９段目～１６段目）築造し、その後ロボットアームを停止させてパーマキャスタブルの流し込み施工を実施した。最後にロボットアームを用いてウェアれんがを８段分（１７段目～１９段目）築造し、その後パーマキャスタブルの流し込みを行い、築造を完了させた。パーマキャスタブルの材料は実施例１と同様であり、添加水分は７％（フロー値１９５）とした。ウェアれんが８段分の高さは１８４０ｍｍであり、添加水分を７％としたキャスタブルで充填不良もなく良好な施工体が得られた。上記の式（１）および式（２）から施工時間を算出すると、ロボットアームを用いたウェアれんがの築造時間は実施例１と同様に２２．８（ｈ）であり、パーマキャスタブル流し込み時間は（０．８(ｍ^３)／１．５(ｍ^３／ｈ)＋１(ｈ)）×２＋（０．３（ｍ^３）／１．５（ｍ^３／ｈ）＋１（ｈ））＝４．３(ｈ)であった。実施例１と同様に乾燥時間が従来よりも２５時間余分にかかったが、築造工期への影響はなかった。本実施例の場合、パーマキャスタブルは低水分化されていないが、適正な添加水分の範囲内であり、充填不良等の問題はなく十分使用可能であった。

上記の実施例に対する比較例の試験条件および結果を表２に示す。

比較例１では、従来の人力による築造を実施した。築造は５人の築造工で行い、パーマ耐火物については図３に示すような２層のれんが構造のままとし、パーマれんが稼働面側にウェアれんが背面を押し付けて配置する。つまり、ウェアれんがについては稼働面ではなく背面を基準として施工を行う。パーマれんがは、ウェアれんがの築造前に全段が築造されている。ウェアれんがについては築造工１人、１時間あたり１１個の施工で、約２２００個のウェアれんがを築造するのに４０（ｈ）かかった。これとは別に、実施例でのパーマキャスタブルに相当する１層分のパーマれんがの施工に２４（ｈ）かかった。鉄皮の変形に合わせてれんがを加工しながら築造を行えることから、ウェアれんがの背面や目地に隙間（三角目地）が形成されず、目地厚も２ｍｍ以下の良好な仕上がりであるものの、実施例と比較して２倍以上の施工時間がかかり、また多くの作業人員を要する。

比較例２では、比較例１と同様にパーマ耐火物については２層のれんが構造とし、ウェアれんがのみをロボットアームを使用して築造した。比較例１と同様にウェアれんがは背面のパーマれんがに押し付けて配置されるため、ロボットアームを使用しても築造時間がかかり（単位時間あたり配置可能れんがは、稼働面基準の場合１００個／ｈだが、背面基準の場合３０個／ｈ）、ウェアれんがの築造に７５（ｈ）かかった。また、人力で施工する場合のような鉄皮の変形に合わせたウェアれんがの加工がされないため、ウェアれんがの背面およびや目地に隙間（三角目地）が形成され、仕上がりが劣悪であった。

比較例３では、上記の実施例２，３と同様にロボットアームを使用してウェアれんがを稼働面位置を基準にして築造する工程と、パーマキャスタブルの流し込み工程とを交互に実施した。ただし、ウェアれんがを築造する段数を実施例３よりも１段多い９段にした。この場合、ウェアれんがの築造時間は実施例と同じ２２．８（ｈ）であり、パーマキャスタブル流し込み時間は４．３（ｈ）である。しかし、施工段数を９段としたことで施工高さが２０７０ｍｍと高くなり、キャスタブルへの添加水分を最大の７％としフリーフロー値２００と流動性を限界まで高めても充填不良が生じた。

上記で説明したような実施例および比較例から、本発明ではロボットアームを用いてウェアれんがを築造することによって施工時間が大幅に短縮できることがわかる。ここで、ロボットアームによる施工時間の短縮効果を得るために、ウェアれんがは背面ではなく築造後のウェアれんがの稼働面を基準にして築造することが好ましい。このようなウェアれんがの築造を可能にするために、パーマ耐火物は少なくともウェアれんがに接する部分をパーマキャスタブルとし、ウェアれんがの築造と並行して、またはウェアれんがを適切な段数だけ築造する工程と交互に流し込み施工する。パーマキャスタブルの流し込み施工と交互に築造する場合のウェアれんがの段数はパーマキャスタブルの特性によって適宜設定されるが、パーマキャスタブルの施工済み高さを基準にして２０００ｍｍ以下の高さにウェアれんがを築造することによって、パーマキャスタブルの充填性を確保し、パーマれんがと同等の耐食性を維持することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１…精錬容器、２…鉄皮、３…パーマれんが、４…パーマキャスタブル、５…ウェアれんが、６…ロボットアーム、７…キャスタブル流し込み装置。

Claims (3)

1. 精錬容器に内張りされるウェアれんがおよびパーマキャスタブルを含む耐火物の築造方法であって、
   前記ウェアれんがを把持および築造する装置を用いて、築造後の前記ウェアれんがの稼働面を基準にして前記ウェアれんがを築造する工程と、
   築造された前記ウェアれんがの背面と鉄皮との隙間に前記パーマキャスタブルを流し込む工程と
   を含み、
   前記パーマキャスタブルを流し込む工程は、前記ウェアれんがを少なくとも１段築造した後、築造された前記ウェアれんがの背面に前記パーマキャスタブルを流し込む工程であって、
   築造された前記ウェアれんがの上段にさらに前記ウェアれんがを築造する工程と並行して実施する、耐火物の築造方法。
2. 精錬容器に内張りされるウェアれんがおよびパーマキャスタブルを含む耐火物の築造方法であって、
   前記ウェアれんがを把持および築造する装置を用いて、築造後の前記ウェアれんがの稼働面を基準にして前記ウェアれんがを築造する工程と、
   築造された前記ウェアれんがの背面と鉄皮との隙間に前記パーマキャスタブルを流し込む工程と
   を含み、
   前記ウェアれんがを築造する工程は、前記ウェアれんがを前記パーマキャスタブルの施工済み高さを基準にして２０００ｍｍ以下の高さに築造する工程であって、
   築造された前記ウェアれんがの背面に前記パーマキャスタブルを流し込む工程と交互に実施する、耐火物の築造方法。
3. 前記鉄皮の内側にパーマれんがが配置され、
   前記パーマキャスタブルは、築造された前記ウェアれんがの背面と前記パーマれんがの稼働面との間に流し込まれる、請求項１又は請求項２に記載の耐火物の築造方法。

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