(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
取鍋鉄皮の外側面から中性子の弾性散乱を利用した水分測定方法により内張不定形耐火物の水分変化を連続的に測定しながら加熱バーナーの燃焼制御を行う取鍋耐火物の乾燥方法であって、鉄皮内側に加熱乾燥初期に凝縮した水分が滞留し易い取鍋高さの１／３以下の点で前記内張不定形耐火物から鉄皮内側にかけて存在する全水分量を測定し、凝縮した水分を含む全水分値がピークに達するまでの全水分増加率ｄＷ／ｄｔを一定値以下に保ちつつ前記内張不定形耐火物を加熱し、前記全水分値が減少し始めてから全水分減少率ｄＷ／ｄｔが一定値以下になる点を乾燥終了とすることを特徴とする取鍋耐火物の乾燥方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶湯を受入れる取鍋の内張不定形耐火物の乾燥技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
溶銑および溶鋼を受入れる取鍋耐火物は、溶銑または溶鋼の受入れ・払出しを繰り返し行ううちに、徐々に損耗し、永久張耐火物が損耗し始める前に、内張耐火物を取り替える。内張耐火物に不定形耐火物を使用する場合は、中子と呼ばれる型枠材と永久張耐火物との間に不定形耐火物を流し込み、自然乾燥したのち中子を取り除き、図２に示すように、バーナー５で加熱乾燥する。しかし、不定形耐火物４は混練時の水分が必ずしも一定ではなく、また、自然乾燥状態も季節により変動する。したがって、一定の燃焼パターンで加熱乾燥しても、取鍋１の内張不定形耐火物（以下、不定形耐火物と言う）４の乾燥状態は位置によって異なる。
【０００３】
このため、加熱乾燥中においては、不定形耐火物表面および内部の温度を高精度で測定し、均一に温度制御しなければならない。その理由は、不定形耐火物表面および内部の温度変動および不均一温度が発生すると、不定形耐火物内の水蒸気発生量と不定形耐火物表面からの水蒸気拡散量のバランスが崩れ、不定形耐火物内の急激な水蒸気発生が不定形耐火物を爆裂するからである。したがって、従来は、熱電対を不定形耐火物に埋め込み表面および内部の温度を、あるいは放射温度計で不定形耐火物の表面温度を測定しながら、不定形耐火物を徐々に乾燥している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図２に示すような取鍋１の３点（Ａ、Ｂ、Ｃ）について、中性子の弾性散乱を利用した水分測定方法（平成９年  特許願第２９０２４号）を用いて、加熱乾燥中の取鍋耐火物の水分変化を連続的に測定すると、図３に示すような新たな知見を得るに至った。すなわち、Ａ点は乾燥の比較的早い段階で水分値は減少を始め、乾燥していく様子が伺える。取鍋側面の中間部のＢ点では、Ａ点より少し遅れて乾燥が始まる。取鍋側面の下部のＣ点に至っては、さらに遅れて乾燥が始まる。ところが、Ａ点にしろ、Ｂ点にしろ、Ｃ点にしろ、乾燥の始まる前に水分値が上昇している。特に、Ａ点、Ｂ点よりもＣ点の方がその傾向が著しい。
【０００５】
燃焼ガスからの不定形耐火物４への水分の補給は無視できるほど小さいので、この水分値の上昇は、不定形耐火物内の水分の移動によるものと考えるのが妥当である。つまり、不定形耐火物内の水分はバーナー加熱で水蒸気となり、一部は不定形耐火物の表面から蒸発するものの大部分は、鉄皮側の方へ移動し、その一部は鉄皮に開けられた小さな蒸気孔から水蒸気となり蒸発するものの、残部はまだ十分に温度が上昇していない鉄皮内側の永久張耐火物付近で凝縮し、重力により鉄皮内側を伝わり、下方に移行するため、Ａ点よりもＢ点、Ｂ点よりもＣ点において水分値が上昇するものと考えられる。この事実は、鉄皮の代わりにガラス板を用いた可視化実験により、初めて確認されたものである。
【０００６】
以上のことより、加熱乾燥中に監視すべき点は、図４に示す（イ）〜（ニ）の点である。すなわち、点（イ）は不定形耐火物内の水蒸気が鉄皮側の方へ移動し、鉄皮内側で凝縮しはじめる点であり、加熱乾燥開始から点（イ）までの時間が長いことはバーナー燃焼が不十分か、あるいは図２に示すバーナー５の炎６が底部まで十分伸びきっていないことを示唆している。点（ロ）は鉄皮内側の水分の上昇速度を示しており、これがあまりに大きいと短時間に凝縮される水分が多くなり、これが急激に水蒸気となり不定形耐火物が爆裂を生じかねない。また、点（ハ）は鉄皮内側で凝縮した水分値がピークに達する点であるが、加熱乾燥開始からここまでの時間が長すぎることは、効率的に加熱乾燥されていないことであり、やはり望ましいことではない。点（ニ）は不定形耐火物内の水分値が一定になる点で、この点を加熱乾燥の終了と見ることができ、この点に達した後も加熱乾燥することは無駄なことである。
【０００７】
従来技術では、このような加熱乾燥中の内張不定形耐火物内の水分の挙動が不明なため、不定形耐火物の爆裂を恐れるあまり、加熱速度が不十分となって加熱乾燥時間を長引かせたり、あるいは加熱乾燥終了後も無駄な加熱を行い加熱燃料を浪費していた。
【０００８】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、加熱乾燥中の不定形耐火物内の水分変化を測定しながら加熱乾燥することによって、不定形耐火物を爆裂させることなく適正時間内で加熱乾燥する取鍋耐火物の乾燥方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
その要旨は、取鍋鉄皮の外側面から中性子の弾性散乱を利用した水分測定方法により内張不定形耐火物の水分変化を連続的に測定しながら加熱バーナーの燃焼制御を行う取鍋耐火物の乾燥方法であって、鉄皮内側に加熱乾燥初期に凝縮した水分が滞留し易い取鍋高さの１／３以下の点で前記内張不定形耐火物から鉄皮内側にかけて存在する全水分量を測定し、凝縮した水分を含む全水分値がピークに達するまでの全水分増加率ｄＷ／ｄｔを一定値以下に保ちつつ前記内張不定形耐火物を加熱し、前記全水分値が減少し始めてから全水分減少率ｄＷ／ｄｔが一定値以下になる点を乾燥終了とすることを特徴とする。
【００１０】
凝縮した水分を含む全水分値のピークは、図３に示すように、Ａ点よりもＢ点、Ｂ点よりもＣ点において高く、ピークが高くなる範囲で不定形耐火物は爆裂し易くなるため、この範囲に測定点を設定することが重要である。したがって、水分測定点は取鍋高さの１／３以下の点に限定した。なお、以下の段落における水分はすべて、凝縮した水分を含む全水分を示す。
【００１１】
上記したように、水分値の急激な増加は不定形耐火物が爆裂する恐れがあるので、水分値がピークに達するまでの水分増加率ｄＷ／ｄｔを一定値以下に保ちつつ加熱する必要がある。ここで水分増加率ｄＷ／ｄｔは、図４の縦軸である水分値をＷとしたときの、点（ロ）に相当する水分増加率である。適正なｄＷ／ｄｔの値は乾燥する取鍋ごとに異なるため、ｄＷ／ｄｔの一定値は過去の実績から求めた値を用いる。
【００１２】
水分値が減少し始めて乾燥が終了すると、水分減少率ｄＷ／ｄｔは  ０になるはずであるが、水分減少率ｄＷ／ｄｔが  ０になるまで乾燥することは困難で、また無意味なことである。したがって、本発明では水分減少率ｄＷ／ｄｔが一定値以下になった点を乾燥終了とした。乾燥が終了する適正なｄＷ／ｄｔの値は、不定形耐火物の種類によって異なるため、ｄＷ／ｄｔの一定値は使用した不定形耐火物ごとに適宜決定する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態例について説明する。
実施例で用いた取鍋は溶鋼鍋で容量２４０ｔ、外径４３３０ｍｍ、高さ４６２０ｍｍである。鉄皮の素材はＳＣＭ４１５、厚さ３２ｍｍである。永久張耐火物はろう石れんがで、密度  ３．５×１０３ｋｇ／ｍ３、厚さ７０ｍｍで、内張不定形耐火物は高アルミナ・スピネルで、密度  ３．０〜３．６  ×１０３ｋｇ／ｍ３、施工厚さは  １５０ｍｍで、施工時の水分は  ８％である。
【００１４】
水分測定点は取鍋底部から  ８００ｍｍの点に設置した。水分値がピークに達するまでの水分増加率ｄＷ／ｄｔは  １．８％／ｈ以下に抑え、水分減少率ｄＷ／ｄｔが−  ０．２％／ｈ以下になった時点を乾燥終了とした。この条件に基づいて加熱バーナーの制御を行い、不定形耐火物の乾燥を行った。このときの水分値変化と鉄皮外側面温度変化を図１に示す。なお、鉄皮外側面の温度は熱電対を用いて測定した。
【００１５】
図１において、加熱乾燥開始から点（イ）までは加熱バーナーの能力の下限で燃焼し、点（ロ）では水分増加率が  １．８％／ｈ以下になるように加熱バーナーの燃焼制御を行い、点（ハ）から点（ニ）までは通常の加熱乾燥時の加熱バーナー燃焼で加熱乾燥し、水分減少率ｄＷ／ｄｔが−  ０．１％／ｈ以下になった点（ニ）を乾燥終了とした。
【００１６】
図１に示すように、乾燥開始前の耐火物内の水分値は  ４〜５  ％で、乾燥終了の点（ニ）の水分値は  ０．１％以下である。このように加熱バーナーの燃焼制御を行うことによって、乾燥時間は目標４８時間に対し約４時間の時間短縮、使用燃料にして約  ８．５％節約することができた。
【００１７】
ピークの水分値は、不定形耐火物の初期の水分値によって変動するため、水分値がピークに達する点（ハ）は水分増加率ｄＷ／ｄｔが小さくなり  ０近くになった時点か、もしくは水分測定点の鉄皮外側面温度が  １００℃に近づき飽和しはじめる点（ホ）としても判断できる。ただし点（ホ）は点（ハ）に対して２時間程度の遅れがある。また、乾燥終了も鉄皮外側面温度が  １２０℃以上で水分値が一定値に近づいた点で、かつ水分減少率ｄＷ／ｄｔが−  ０．２％／ｈ以下になった点としてもよい。
【００１８】
なお、実施例における水分測定方法の概要は図５の通りである。高速中性子線源８には  ２５２Ｃｆ（カリフォルニウム２５２）、３．５ＭＢｑ（メガベクレル）を、検出器９には  ３Ｈｅ（ヘリウム３）カウンター（１０気圧）を２本、反射材１０には６０ｍｍ厚さの鉄を用い、鉄皮と高速中性子線源および検出器との間隙は４０ｍｍである。反射材１０の前面にはクロムめっきした薄い熱反射板１１を貼り付け、間隙には乾燥空気を流し、鉄皮２からの輻射熱を避けた。また、反射材１０に間隙調整ねじ１２を設け、間隙調整ねじ１２を出し入れすることによって、鉄皮と高速中性子線源および検出器との間隙を一定に保つた。検出器９で熱中性子をカウントし、カウント値を信号処理回路（図示せず）で水分値に換算し、耐火物内の水分変化を連続して測定した。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、本発明の取鍋耐火物の乾燥方法は、加熱乾燥中、不定形耐火物内の水分変化を連続的に測定しながら加熱乾燥することができるため、不定形耐火物の爆裂を恐れるあまり、加熱速度が不十分となって加熱乾燥時間を長引かせたり、あるいは加熱乾燥終了後も無駄な加熱を行い加熱燃料を浪費することなく、適正時間内で取鍋耐火物を加熱乾燥することができる。さらに、従来のように、耐火物に熱電対を埋め込んで耐火物内の温度変化を知る必要もなく、熱電対を埋め込むことによる耐火物の損傷もなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例における取鍋耐火物内の水分値変化と鉄皮外側面における温度変化を示す図である。
【図２】取鍋耐火物の乾燥方法を説明する図である。
【図３】加熱乾燥中の取鍋耐火物内の水分の挙動を説明する図である。
【図４】加熱乾燥中の取鍋耐火物内の水分挙動を監視すべき点を説明する図である。
【図５】実施例における水分測定方法の概要を説明する図である。
【符号の説明】
１…取鍋、２…鉄皮、３…永久張耐火物、４…不定形耐火物、５…バーナー、６…炎、７…蓋、８…高速中性子線源、９…検出器、１０…反射材、１１…熱反射板、１２…間隙調整ねじ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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