(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出銑孔の傷んだ部分を除去して耐火物の健全部分を露出させる解体工程と、空洞部分に不定形耐火物を注入し成形する耐火物打込み工程と、打込んだ耐火物を乾燥させる乾燥工程とからなる高炉出銑孔補修方法において、前記解体工程と耐火物打込み工程との間に、前記耐火物の健全部分を所定温度まで強制冷却する強制冷却工程を挿入したことを特徴とする高炉出銑孔補修方法。
【請求項２】
前記強制冷却工程では、耐火物の健全部分に水を散布する液冷却法、空気、蒸気、不活性ガスの単体若しくは組合わせたものを耐火物の健全部分に吹きつけるガス冷却法、ガスで水滴をミストにしたものを耐火物の健全部分に吹きつけるミスト冷却法からなる、液冷却法、ガス冷却法、ミスト冷却法の単独若しくは組合わせたものを用いることを特徴とする請求項１記載の高炉出銑孔補修方法。
【請求項３】
前記所定温度は２３０℃を上限値としたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の高炉出銑孔補修方法。
【請求項４】
前記所定温度の確認は、耐火物の健全部分が放射する赤外線を検出すると共にこれを温度分布の形式で表示させる温度分布画像出力型赤外線放射温度計であることを特徴とする請求項３記載の高炉出銑孔補修方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高炉出銑孔の補修方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉は炉底近傍に出銑孔を備え、この出銑孔を通じて銑鉄を取出した後、マットガンでマッド（耐火物の粉末やコークス粉末をタールで練ったもの）を注入することで出銑孔を閉じ、次の出銑時に穿孔機（回転ドリルや棒材打込み）で出銑孔を開けるという手順を繰り返すことで間欠的に銑鉄を取出すことができる。出銑の際には、高温の溶銑が出銑孔を通過するため、出銑孔は熱的及び機械的にダメージを受ける。この傷みが進行すると、出銑孔から炉内ガスや溶銑が洩れるため、定期的に出銑孔を補修する必要がある。
【０００３】
この高炉出銑孔の補修に係る発明には例えば、特開平５−２３０５１４号公報「高炉出銑口の補修方法」が提案され、同公報の図１において、先ず出銑口の傷んだ部分を解体（除去）することで解体部５（符号は公報記載のものを使用。）を形成し、開口を硬質ゴム板１０で塞ぎ、蓋９を開けて解体部５へ不定形耐火物１２を注入し、公報の図２に示すようにマッドガン１６の先端で硬質ゴム板１０を介して不定形耐火物１２を圧縮し成形するというものである。上記公報の補修方法若しくは同類の補修方法により出銑孔を補修することは、高炉操業にとって欠くことのできない作業の一つである。
【０００４】
ところで、上述の出銑孔（出銑口）補修は炉内ガスの吹出しや溶銑の洩れの危険を考慮すると、年数回実施する休風時に同時に実施するしかない。休風時には出銑孔補修の他、操炉中には行えないような諸々の点検、補修作業を一括して行う。そして、休風中は生産を中断しているために、出銑量を確保する若しくは高めることからすれば、当然休風期間は短い方が良い。
【０００５】
出銑孔補修作業が延びることにより、休風時間が延びることは好ましくないため、出銑孔補修は従来次の手順で実施されてきた。すなわち、補修作業が可能になったら、先ず解体作業と称して傷んだ耐火物を砕き、除去する。この解体作業は、耐火物の健全部分が露出するまで行う。健全部分が露出したら直ちに不定形耐火物を注入し、圧縮成形する。次に、乾燥を実施し、成形耐火物中の水分を除去して耐火物の強度を高める。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の手順で補修作業を行ったところ、補修時間は２４時間であり、寿命は１２ヵ月であった。通常設備補修のために行われる休風は２０時間以内であることが殆どであるため、出銑孔の補修を行なう場合は休風時間を余分（この場合は４時間余分）に取らなければならない。出銑孔の寿命が１２ヵ月であり出銑孔が４本存在する高炉であれば、６ヵ月に１回長時間（２４時間）の休風を行うことになり、出銑量を高める上で障害となる。また、補修コストの面から見ても寿命が延びれば１年当りのコストは低下する。従って、出銑孔の寿命は長ければ長いほど良い。
そこで、本発明の目的は、従来よりも出銑孔の寿命を延長することのできる補修方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、出銑孔の寿命を延長する技術を確立するために、先ず今までの補修方法で補修した出銑孔を、一定期間終了後に分解し、その強度を調べた。すると、所定の強度が発生していないことが分かった。本来であれば、乾燥により混練水を除去し、その後の加熱により焼成が進行し、強度が高まる。しかし、作業を急ぐ余り、高温の既存耐火物に不定形耐火物を接触させたために、不定形耐火物中の混練水が急激に沸騰し、蒸発したために不定形耐火物内に好ましくない微細なクラック等の欠陥を発生させ、これが機械的な部分劣化として現われたと推定するに至った。そこで、この推定を確認するために、解体後に既存耐火物をある程度まで冷却し、その後に不定形耐火物を接触させたところ、出銑孔の寿命を従来より数十％延長することに成功した。
【０００８】
すなわち、本発明は以下の通りである。
請求項１は、出銑孔の傷んだ部分を除去して耐火物の健全部分を露出させる解体工程と、空洞部分に不定形耐火物を注入し成形する耐火物打込み工程と、打込んだ耐火物を乾燥させる乾燥工程とからなる高炉出銑孔補修方法において、解体工程と耐火物打込み工程との間に、耐火物の健全部分を所定温度まで強制冷却する強制冷却工程を挿入したことを特徴とする。
【０００９】
すなわち、出銑孔解体、強制冷却、耐火物打込み及び乾燥をこの順で行い、十分に強制冷却した後に空洞部分に不定形耐火物を注入するので、不定形耐火物に含む水分が実害が出るほどに沸騰する心配はない。この結果、不定形耐火物の寿命を延ばすことができ、出銑孔寿命の大幅な延長が見込める。
【００１０】
請求項２は、強制冷却工程では、耐火物の健全部分に水を散布する液冷却法、空気、蒸気、不活性ガスの単体若しくは組合わせたものを耐火物の健全部分に吹きつけるガス冷却法、ガスで水滴をミストにしたものを耐火物の健全部分に吹きつけるミスト冷却法からなる、液冷却法、ガス冷却法、ミスト冷却法の単独若しくは組合わせたものを用いることを特徴とする。
【００１１】
ガス冷却法は冷却所要時間は延びるが健全部分に急冷によるショックを与える心配はない。液冷却法は急冷によるショックに注意する必要はあるが冷却所要時間は短くなる。ミスト冷却法は、ガス冷却と液冷却の中間的冷却法であり、中間的冷却速度で中間的な冷却所要時間で冷却を終えることができる。従って、これらの液冷却法、ガス冷却法、ミスト冷却法の単独若しくは組合わせにより、強制冷却を実施する。
【００１２】
請求項３では、所定温度は２３０℃を上限値としたことを特徴とする。
【００１３】
沸騰の発生を回避するには耐火物の健全部分は１００℃未満にすることが望ましい。しかし、そこまで冷却するには時間がかかるため発明者等が研究したところでは２８０℃並びに２３０℃であれば沸騰の発生を実質的に回避することができることを見出した。充填する不定形耐火物は常温（約２５℃）であり、これが冷却剤となって２８０℃若しくは２３０℃の健全部分を１００℃未満まで冷却する作用をなすと考える。ただし、沸騰の危険を余裕をもって回避できること、並びに出銑孔寿命をより延長できることから、２３０℃を上限値とすることが望まし。そこで、所定温度の上限値を２３０℃に設定した。
【００１４】
請求項４では、所定温度の確認は、耐火物の健全部分が放射する赤外線を検出すると共にこれを温度分布の形式で表示させる温度分布画像出力型赤外線放射温度計であることを特徴とする。
【００１５】
強制冷却をする場合に健全部分が所定温度に達したか否かを測定することは重要であり、温度測定に時間を費やすと補修時間の延びて好ましくない。温度分布画像出力型赤外線放射温度計は温度分布を連続的に画像として出力するものであり、作業者はこの画像を見ながら冷却効果を確認し、高温部位を見つけてそこを集中的に強制冷却することが可能となり、結果として、強制冷却作業の所要時間を大幅に短縮することができた。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１（ａ）は従来の出銑孔補修方法のフロー図、（ｂ）は本発明に係る出銑孔補修方法のフロー図であり、ＳＴ××やＳＴ×××はステップ番号を示す。
従来の出銑孔補修方法を（ａ）の比較例で説明すると、従来はＳＴ１０１にて出銑孔を解体し（図２で詳しく説明する。）、ＳＴ１０２で不定形耐火物の打込みを行い、ＳＴ１０３で乾燥を行う。
【００１７】
これに対して、本発明の出銑孔補修方法を（ｂ）の実施例で説明すると、ＳＴ０１の解体工程で出銑孔の傷んだ部分を除去して耐火物の健全部分を露出させ、ＳＴ０２の強制冷却工程で前記耐火物の健全部分を所定温度まで強制冷却し、ＳＴ０３の耐火物打込み工程で空洞部分に不定形耐火物を注入し成形し、ＳＴ０４の乾燥工程で打込んだ耐火物を乾燥させる。
すなわち、比較例に対して強制冷却工程を挿入したものが実施例である。
【００１８】
図２（ａ），（ｂ）は出銑孔の解体説明図である。
（ａ）は解体前の出銑孔１０を示し、この出銑孔１０は高炉鉄皮１１から突出させた筒状の出銑孔ホルダ１２の先に鍔状のフランジ１３を備え、出銑孔ホルダ１２並びに高炉鉄皮１１内に耐火物１５を充填し、この耐火物１５に溶銑通路１６を開け、この溶銑通路１６をマッド１７で塞いだ構造物であり、溶銑通路１６がかなり傷んでいることが分かる。
【００１９】
（ｂ）は解体後の出銑孔１０を示し、傷んだ部分を削岩機のような道具を用いて除去して耐火物の健全部分１８を露出させる。１９は空洞部分である。これで解体工程は完了する。しかし、高炉が休風に入っても耐火物１５は蓄熱しており、健全部分１８は５００℃を超える高温の部分もある。そこで、健全部分１８を次の要領で強制冷却すると共に温度測定を行う。
【００２０】
図３（ａ），（ｂ）は本発明に係る強制冷却の説明図である。
（ａ）において、圧縮空気ヘッダ２１からホース２２を延ばし、このホース２２の先端にバルブ２３及びスプレーパイプ２４を取付け、このスプレーパイプ２４から吹出した空気で健全部分１８を強制冷却する。又は、給水ヘッダ２６からホース２７を延ばし、このホース２７の先端にバルブ２８及びスプレーパイプ２９を取付け、このスプレーパイプ２９から吹出した水で健全部分１８を強制冷却する。空気は蒸気や不活性ガスであってもよい。また、冷却能力の高い水で冷却工程の前半を行い、冷却能力の低いガスで冷却工程の後半を行うことや、水で冷却を実施した後に冷却工程の末期に乾燥ガスを吹きつけて健全部分１８に残る水分を除去することなど、冷却要領は自在であり、要は健全部分１８が速かに冷却できればよい。
【００２１】
また（ｂ）において、２重管ノズル３１へ圧縮空気ヘッダ２１、ホース２２及びバルブ２３にて圧縮空気を供給するとともに給水ヘッダ２６、ホース２７及びバルブ２８にて水を供給し、この水を圧縮空気でミスト（霧）化し、このミスト３２で健全部分１８を冷却する。ミスト３２は水と空気の混合物であるから、水と空気の中間の冷却性能を有する。
【００２２】
このように強制冷却工程では、耐火物の健全部分に水を散布する液冷却法、空気、蒸気、不活性ガスの単体若しくは組合わせたものを耐火物の健全部分に吹きつけるガス冷却法、ガスで水滴をミストにしたものを耐火物の健全部分に吹きつけるミスト冷却法からなる、液冷却法、ガス冷却法、ミスト冷却法の単独若しくは組合わせたものを用いればよい。
【００２３】
図４（ａ），（ｂ）は本発明に係る温度測定の説明図である。
（ａ）では、熱電対４１を先端に備えた測温バー４２と温度表示器４３とを準備し、熱電対４１を健全部分１８に接触させることで健全部分１８の表面の温度を局部的に検出する。この方式の温度計を熱電対接触温度計４０と呼ぶ。
【００２４】
（ｂ）では、赤外線検出カメラ５１と温度分布画像モニター５２とを準備し、健全部分１８から放射される赤外線を赤外線検出カメラ５１で検出し、温度分布画像を温度分布画像モニター５２に表示させる。すなわち、物体が放射する赤外線の強さとスペクトルは、物体の温度により変化する。そこで、赤外線を検出することにより、物体の表面の温度を測定することができる。赤外線検出カメラ５１に内蔵した走査駆動系で検出点を高速で移動することで、面の温度情報を得ることができ、これを画像情報で表わすことができる。この方式の温度計を温度分布画像出力型赤外線放射温度計５０と呼ぶ。
【００２５】
以上の図３，４を用いた強制冷却工程の具体例を次図で説明する。
図５は本発明の強制冷却工程の具体的フロー図であり、図１のＳＴ０２の詳細であるから、ステップ番号はＳＴ０２１〜ＳＴ０２４とする。
ＳＴ０２１で強制冷却を開始する。強制冷却は図３（ａ），（ｂ）の要領で実施する。
ＳＴ０２２で耐火物の健全部分の温度ｔ１を測定する。この測定は図４（ａ），（ｂ）の要領で実施する。
【００２６】
ＳＴ０２３で測定温度ｔ１が所定温度ｔ０（例えば２８０℃）以下になったか否かを判別し、Ｎｏであれば強制冷却及び温度測定を継続する。Ｙｅｓなら次に進む。
ＳＴ０２４で健全部分の温度が十分に下がったので強制冷却を終了する。
【００２７】
【実施例】
本発明に係る実験例を次に説明する。なお、本発明は以下の実験例に限定されるものではない。
0003611030.tif 000002
【００２８】
次表は比較例及び実施例を一覧表にしたものであり、この表に基づいて比較例並びに実施例を説明する。
【００２９】
【表１】
0003611030.tif 000003
【００３０】
比較例１：
従来実施していた補修方法であり、強制冷却は行わずに解体後直ちに不定形耐火物の充填を行った例である。周知の手順で解体を行った直後に熱電対接触温度計で健全部分の温度を測定したものを次図に示す。
【００３１】
図６は解体直後の健全部分の温度分布を示す図、小丸は測定点、小丸に添えた数値は測定温度である。フランジ１３の奥の健全部分１８を上述した熱電対接触温度計で全９箇所測定したところ、上段中央が６５０℃（最高値）、下段中央が１４６℃（最低値）であった。
【００３２】
表１に戻って、熱電対で温度を測定したところ最高が６５０℃であったが、冷却をせずに直ちに不定形耐火物の打込み並びに乾燥を実施したところ、補修時間（解体開始から復旧完了までの補修所要時間）は２４時間で済ませることができた。以降、高炉操業を１年間続けた後の休風時に、補修耐火物をコアボーリングして組織を調べたところ亀裂が多数認められるなど劣化の進行が認められ、ほぼ寿命に達していた。
【００３３】
従って、比較例１は出銑孔寿命が１２ヵ月であり、満足できる寿命ではないので、評価は×とした。
【００３４】
実施例１：
比較例１と同様に、解体直後の健全部分の表面を熱電対で測定したところ最高が６５０℃であった。この実施例１では健全部分にミスト（空気で水を霧にしたもの）で健全部分の表面温度（最高値）が２８０℃になるまで強制冷却した。この際の測温は熱電対接触温度計で実施し且つ９ヶ所の測定を所定温度になるまでに計５回測定した。従って測定作業に時間が係ると共に、測定中は冷却を中断せざるを得なかった。強制冷却と測温作業とで合計２時間を要したので、補修時間は２６時間となった。以降、高炉操業を１年間続けた後の休風時に、補修耐火物をコアボーリングして組織を調べたところ劣化の進行は軽微であり、この劣化の具合からさらに４ヵ月程度は寿命の延長が見込める。
【００３５】
従って、実施例１は出銑孔寿命が１６ヵ月であり、比較例１に対する余裕が３３％（４／１２＝０．３３＝３３％）あるので評価は○とした。
【００３６】
実施例２：
この実施例では解体直後の健全部分の表面を温度分布画像出力型赤外線放射温度計で測定した。
図７は解体直後の健全部分の温度分布画像図であり、温度レベルを色分けすることで、最高６５０℃のエリア、最低１５０℃のエリア、中間的な３００℃や４００℃のエリアが目視確認できる。
【００３７】
表１に戻って、健全部分にミストで表面温度（最高値）が２３０℃になるまで強制冷却した。この際の測温も温度分布画像出力型赤外線放射温度計で実施したため、測定は瞬時に行え、且つ強制冷却中も連続的に測定することが可能であった。従って、温度分布を見ながらそれの高温部位を主にミスト冷却することで、効率のよい冷却が実施でき、強制冷却と測温を併せても１時間弱で作業を終えることができ、結果として補修時間は２５時間となった。以降、高炉操業を１年間続けた後の休風時に、補修耐火物をコアボーリングして組織を調べたところまだ確りしており、劣化も軽度であることからさらに６ヵ月程度は寿命の延長が見込める。
【００３８】
従って、実施例２は出銑孔寿命が１８ヵ月であり、比較例１に対する余裕が５０％（６／１２＝０．５０＝５０％）あるので評価は◎とした。
実施例１と実施例２とを比較すると、温度分布画像出力型赤外線放射温度計を採用した実施例２が補修時間の短縮化の点で有利であることが確認できた。
【００３９】
比較例２：
比較例１と同様に、解体直後の健全部分の表面を熱電対で測定したところ最高が６５０℃であった。この比較例２では強制冷却を行わずに、自然冷却により健全部分の表面温度（最高値）を２９０℃まで冷却した。
強制冷却に比べて自然冷却は冷却時間が大幅に延びるため、測温作業を含め冷却時間は５時間を要した。以降、高炉操業を１年間続けた後の休風時に、補修耐火物をコアボーリングして組織を調べたところ劣化の進行は軽微であり、この劣化の具合からさらに４ヵ月程度は寿命の延長が見込める。
【００４０】
従って、比較例２は出銑孔寿命が１６ヵ月であり、比較例１に対する余裕が３３％（４／１２＝０．３３＝３３％）あるが、補修時間が２９時間と長く、補修を短時間で済ませる点では不合格であるから評価は△とした。
【００４１】
尚、実施例１では所定温度が２８０℃であっても出銑孔寿命は満足する結果が得られたので、請求項１での所定温度は２８０℃であっても差支えない。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１では、出銑孔解体、強制冷却、耐火物打込み及び乾燥をこの順で行い、十分に強制冷却した後に空洞部分に不定形耐火物を注入するので、不定形耐火物に含む水分が実害が出るほどに沸騰する心配はない。この結果、不定形耐火物の寿命を延ばすことができ、出銑孔寿命の大幅な延長が見込める。
【００４３】
請求項２では、液冷却法、ガス冷却法、ミスト冷却法の単独若しくは組合わせたものを用いることを特徴とする。ガス冷却法は冷却所要時間は延びるが健全部分に急冷によるショックを与える心配はない。液冷却法は急冷によるショックに注意する必要はあるが冷却所要時間は短くなる。ミスト冷却法は、ガス冷却と液冷却の中間的冷却法であり、中間的冷却速度で中間的な冷却所要時間で冷却を終えることができる。従って、これらの液冷却法、ガス冷却法、ミスト冷却法の単独若しくは組合わせにより、強制冷却を効果的に実施することができる。
【００４４】
請求項３では、所定温度は２３０℃を上限値としたことを特徴とし、所定温度を２３０℃に設定すれば、例えば１００℃まで冷却するときに比較して冷却所要時間の短縮が図れ、補修作業の所要時間を縮めることができる。
【００４５】
請求項４では、所定温度の確認は、耐火物の健全部分が放射する赤外線を検出すると共にこれを温度分布の形式で表示させる温度分布画像出力型赤外線放射温度計であることを特徴とし、作業者はこの画像を見ながら冷却効果を確認し、高温部位を見つけてそこを集中的に強制冷却することが可能となり、結果として、強制冷却作業の所要時間を大幅に短縮することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は従来の出銑孔補修方法のフロー図、（ｂ）は本発明に係る出銑孔補修方法のフロー図
【図２】出銑孔の解体説明図
【図３】本発明に係る強制冷却の説明図
【図４】本発明に係る温度測定の説明図
【図５】本発明の強制冷却工程の具体的フロー図
【図６】解体直後の健全部分の温度分布を示す図
【図７】解体直後の健全部分の温度分布画像図
【符号の説明】
１０…出銑孔、１５…耐火物、１８…耐火物の健全部分、１９…空洞部分、２１…圧縮空気ヘッダ、２６…給水ヘッダ、３２…ミスト、５０…温度分布画像出力型赤外線放射温度計、５１…赤外線検出カメラ、５２…温度分布画像モニター、ｔｓ…所定温度。
【図１】
0003611030.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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