(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冶金反応炉に用いられる炉床であって、
外側シェル（１２）及び該シェル内部に配置され、かつ溶融金属を含む槽を形成するための耐火材から成る環状壁ライニング（１６；２１６；３１６）から構成され、
前記壁ライニング（１６；２１６；３１６）には、前記炉床内部へ向き、かつ少なくとも１個の耐火材から成る内側リング（２４）を形成する半径方向の内層（２０）と、前記外側シェルへ向き、かつ耐火材から成る少なくとも１個の外側リング（２６）を形成する半径方向の外層（２２）から構成される下方部分が設けられ、
前記少なくとも１個の内側リング（２４）は、前記外層のエレメントが作製される１または２以上のカーボン質耐火材とは異なる第一カーボン質耐火材から成るエレメント（２１；２２１；３２１；３２１’）から構成され、
前記第一耐火材には、全量として少なくとも５質量％の比率で、金属珪素または炭化珪素以外の少なくとも１種の添加剤が含まれ、及び
前記少なくとも１個の内側リング（２４）は、該内側リングの全ての高さにわたって前記壁ライニング（１６；２１６；３１６）の全壁厚（Ｄ）の４５％未満の厚さ（ｄ）に構成され、及び
前記少なくとも１個の内側リング（２４）は、外面上に固定部分（２３１；３３１）を有して成るエレメント（２２１；３２１）から成り、及び前記少なくとも１個の外側リング（２６）は、内面上に固定部分（２３３；３３３）を有して成るエレメント（２２３；３２３）から構成され、これら固定部分の各対は、前記内側リング（２４）のエレメント（２２１；３２１）を前記外側リングの対応エレメントに対して炉の半径方向内側及び円周接線方向へ転位しないように協力し合うことを特徴とする炉床。
【請求項２】
前記第一耐火材に、添加剤として、全量として５〜２０質量％の金属チタンあるいはチタン化合物が含有されることを特徴とする請求項１項記載の炉床。
【請求項３】
前記第一耐火材に、５０〜８５質量％のカーボン及び、添加剤として、金属チタン、炭化チタン、窒化チタン、及び炭窒化チタンまたは酸化チタンから選択される１または２以上の材料が全量で５〜２０質量％含まれることを特徴とする請求項２項記載の炉床。
【請求項４】
前記第一耐火材にさらに、全量で５〜１５質量％の金属珪素、及び全量で５〜１５質量％のアルミナが含まれることを特徴とする請求項３項記載の炉床。
【請求項５】
前記内側リング（２４）の外面上の固定部分（２３１；３３１）及び外側リング（２６）の内面上の固定部分（２３３；３３３）は、対応するエレメント（２２１，２２３，３２１，３２３）の外面及び内面の間に連続した遊びを形成するように形状化された、相補的水平断面形状を有することを特徴とする請求項１項記載の炉床。
【請求項６】
前記下方部分にさらに、前記外層（２２）と前記内層（２０）の間を縦方向に延びる中間ラミング層（２８）が設けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の炉床。
【請求項７】
前記ラミング層（２８）が、
黒鉛から成る微粒子相と、
微孔性カーボンから成る粗粒子相から成る組成物から作製されることを特徴とする請求項６項記載の炉床。
【請求項８】
前記少なくとも１個の外側リング（２６）が第二カーボン質耐火材から成る幅広ブロック（２３）から成り、前記少なくとも１個の外側リング（２６）が前記外側リングの全ての高さにわたって前記壁ライニング（１６，２１６，３１６）の全壁厚（Ｄ）の６５％以上の幅をもつ幅広ブロックから成り、及び
前記少なくとも１個の内側リング（２４）が前記内側リングの全ての高さにわたって前記壁ライニング（２１６）の全壁厚（Ｄ）の３５％未満の幅をもつ小幅のブロック（２２１）から成ることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の炉床。
【請求項９】
前記少なくとも１個の内側リング（２４）が、水平断面がマッシュルーム形状の固定用突起（２３１）がその外面上に設けられた幅小ブロック（２２１）から成り、及び
前記少なくとも１個の外側リング（２６）が、水平断面がマッシュルーム形状の固定用凹み（２３３）がその内面上に設けられた幅広ブロック（２２１）から成り、
前記固定用突起（２３１）及び前記固定用凹み（２３３）は、前記幅小ブロックを前記幅広ブロックから半径方向内側かつ円周接線方向へ転位しないように、噛み合い及び協力することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の炉床。
【請求項１０】
前記少なくとも１個の内側リングは交互に配置される第一型幅小ブロック（４２１）及び第二型幅小ブロック（４２１’）から成り、
前記第一型幅小ブロック（４２１）には固定部分（２３３）が形成され、及び前記第二型幅小ブロック（４２１’）は固定部分を持たない形状であり、及び
前記第一型及び第二型幅小ブロック（４２１，４２１’）のそれぞれは、協力して前記第二型幅小ブロック（４２１’）を固定する相補形状をなす横端部を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の炉床。
【請求項１１】
前記第一耐火材の熱伝導率が６００℃において１５Ｗ／ｍＫ以上あることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の炉床。
【請求項１２】
前記少なくとも１個の内側リング（２４）が、炉の半径方向に見て、前記内側リング（２４）の厚さと等しい幅をもつ同一形状の複数の耐火ブロック（２１，２２１，３２１，３２１’）から作製され、及び
前記少なくとも１個の外側リングが、炉の半径方向に見て、前記外側リングの厚さと等しい幅をもつ同一形状の複数の耐火ブロックから作製されることを特徴とする請求項１〜９、１１のいずれかに記載の炉床。
【請求項１３】
前記内側リング（２０）が、少なくとも２個の縦に積み上げられた耐火性エレメントとしての耐火ブロック（２１，２２１，３２１，３２１’）から成る内側リング（２４）の連続体として構成されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の炉床。
【請求項１４】
前記内層（２０）によって前記ライニングの熱面が形成され、及び最も下の内側リングの高さにおける前記内層（２０）の厚さ（ｄ）が２００ｍｍ〜６００ｍｍの範囲内であり、
前記壁ライニング（１６）の全壁厚（Ｄ）が１３５０ｍｍ未満であり、または前記壁ライニングにさらに環状セラミック層（３０）が含まれ、該セラミック層が最も下の内側リングの高さにおいて前記内層（２０）の内面上に設けられ、及び
前記内層の厚さ（ｄ）が２５０ｍｍ〜４００ｍｍの範囲内であり、及び前記セラミック層を含む前記壁ライニングの全壁厚が１５００ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の炉床。
【請求項１５】
前記少なくとも１個の内側リング（２４）は、該内側リングの全ての高さにわたって前記壁ライニング（１６；２１６；３１６）の全壁厚（Ｄ）の３５％未満となる厚さ（ｄ）に構成されることを特徴とする請求項１項記載の炉床。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれかに記載の炉床（１０）を設けて成る高炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略的には冶金反応炉、特に高炉等の製鉄炉の炉床建設に関する。本発明は、より詳細には炉床壁を内張りする耐火材の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
冶金炉の炉床には通常１個の外側スチール製シェルが設けられ、このシェルには一般的に溶融金属をタッピングするための少なくとも１個のタップホール（出銑口）が備えられ、また１１００℃を超える高温となる溶融金属溶液槽を収容するために耐火材製ライニングが施される。このライニングは、前記シェルの側部ライニング（以下壁ライニングと称する）と、炉床底部のライニング（以下炉床パッドと称する）から構成される。
【０００３】
高炉分野においては、壁ライニングの建造には種々アプローチがある。よく知られているアプローチとして、比較的小さな煉瓦を同心円状に積み重ねて壁ライニングを作る方法がある。これらの煉瓦は一般的には高伝導性熱加圧カーボンから作製される。別のアプローチでは、比較的大きく、典型例として同様にカーボン質材料（カーボン、熱加圧カーボン、黒鉛、半黒鉛、及び熱加圧半黒鉛を含む）から成る耐火材ブロックが用いられる。通常、大きな煉瓦がシェルから熱面にまで一層の厚さに設置されるため、ライニングは断面全体に亘って同一材で構成される。壁ライニングの保護及び耐久性の増大を目的としたさらに公知のアプローチとして、壁ライニングのカーボン質ブロックを保護するために、高融点セラミック、例えばアルミナ高含有プレキャストブロック等の高融点セラミックから成る側面内層を含む所謂セラミックカップを増設する構成もある。また、異種材料から成る２つの環状層から成る複合ライニングを備える炉床構成も周知である。通常、外層材料には、その熱伝導性が溶融鉄と接触する熱面となる内層の熱伝導性より高くなる材料が用いられる。
【０００４】
例えば米国特許第３，９５３，００７号には、特に高炉の朝顔及びシャフトゾーンのための複合ライニング構成が開示されている。この特許では、異なるカーボン質耐火材から成る２つの別個の層、例えば高熱伝導性黒鉛ブロックから成る外層と、摩耗及び化学的攻撃反応に対して耐久性の高い炭化珪素から成る内層が示唆されている。実際、高炉耐火材分野では、透過性を向上（減少）させ、孔サイズを減じ、及び耐摩耗性を向上させるためにカーボン質混合物中へ炭化珪素あるいは金属珪素を添加することが公知である。
【０００５】
炉床壁ライニングに関し、米国特許第３，５２０，５２６号では同様な層構成アプローチが提案されている。この特許では、２層としての厚さはほぼ同一であるが、外層の厚さが好ましくは内層の厚さの０．８〜１．２倍である２層を与えることが示唆されている。さらに具体的なこととして、米国特許第３，５２０，５２６号には、例えばステーブを備える冷却システムと接する半径方向外層は半径方向内層の熱伝導性よりも大幅に高い熱伝導性、とりわけ５倍高い熱伝導性をもつべきことが示唆されている。
【０００６】
炉床の耐火性ライニングの耐久性は耐用期間についての重大要因である。耐火性ライニングの欠陥は早期閉鎖の理由として最も通常の原因の一つとなるからである。従って、所望の耐用期間を達成するために、最先端の高機能耐火材及び構成が取り入れられ、それに関わる費用が受け入れられる。要求される品質として、特に溶融銑鉄による腐食に対する良好な耐久性、高い抗酸化性、低い炭化崩壊率、高機械的強度、及び熱面を可能な限り低い温度に保持するための高熱伝導性が挙げられる。それゆえ、炉床の全建造費を考えた場合、耐火性ライニング自体で全体コストの２／３（６６％）以上を占めてしまう。すなわち、耐火性ライニングのコストはスチール製シェル及び炉床冷却システムのコストを超えてしまう。既存のシェル及び冷却施設を保持するライニングの張り替えにおいても、耐火材が全コストのさらに主要な部分を占めることは明らかである。
【０００７】
他方、周知のように、かつてない製造コストの高騰傾向が進んでいる。高炉の生産能力には、特に炉床の有効内部容量による限界があり、その容量は半径方向においてライニングの厚さ及びシェル径によって制限される。
【０００８】
上記を鑑みれば、好ましくはライニングコストの低減と炉床の有効内部容量の増加の双方の利益を得るために、炉床壁ライニングの壁厚を全体に減ずることが望まれることが明らかである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、壁ライニングの耐久性に対する影響が最小限に抑えられ、あるいは殆ど影響が生ぜず、さらに冶金炉、特に高炉に用いられる壁ライニングの壁厚（半径方向の厚さ）を減ずることが可能な炉床構造を提供することを目的とする。
【００１０】
上記目的は請求項１項記載の炉床によって達成される。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
公知方式においては、冶金反応炉、特に高炉用反応炉は外部金属支持構造（以下シェルと称する）から成り、高炉の場合、この構造には溶融金属をタッピングするためのタップホール（出銑口）が少なくとも１個設けられる。溶融金属を含む槽を収容するため、炉床には耐火材から成る環状の全周縁に亘る壁ライニングが設けられ、このライニングは前記シェル内側に設けられ、そして通常冷却システム、例えばシェルとライニングの間に置かれるステーブクーラーの外側リングによって補強される。本発明は特に通常最も厳しい条件下に置かれる壁ライニング下方部分の構造に関する。高炉の場合、前記下方部分はタップホールより下に位置する。本発明によれば、前記下方部分には第一半径方向内層が含まれ、この第一半径方向内層は炉床内部へ向き、そして少なくとも１個の、また通常は数個が縦方向に積み重ねられた、耐火性エレメント（構造部材）、例えば小形煉瓦あるいは相対的に大きなブロック、から成るリングから構成される。前記下方部分にはさらに第二半径方向外層が含まれ、この第二半径方向外層は外側シェルの方へ向き、かつ内側層を補強している。この外層も少なくとも１個の、また通常は縦方向に数個積み重ねられた、耐火性エレメントから成るリングから構成される。さらに本発明によれば、前記下方部分中の内側リングの少なくとも１個は、前記外層中のエレメントが作製される１または２以上のカーボン質耐火材とは異なる第一カーボン質耐火材から作製されるエレメントから成る。
【００１２】
本発明の重要な観点によれば、前記少なくとも１個の内側リングのカーボン質耐火材は、前記外層中のエレメントの耐火材中に含まれておらず、かつ比較的安価な周知の特性強化添加剤である金属珪素及び炭化珪素の一方あるいは双方がさらに追加され、あるいはそれらに代替して与えられる少なくとも１種の特性強化添加剤を全量で５質量％以上の比率で含有する高性能耐火材である。
【００１３】
本発明の別の重要な観点によれば、前記少なくとも１個の内側リングの厚さは、当該内側リングの高さにおける壁ライニングの全壁厚の４５％未満、好ましくは３５％未満とされる。
【００１４】
本発明が、より経済的な、すなわち露出される熱面にはより安価な耐火材を設置すべき（例えば前記米国特許第３，５２０，５２６号を参照）等の、これまで受け入れられてきた実務及び広く支持されてきた考え方に対して反する提案であることが理解されよう。さらに、本発明の完成に至る開発過程において、比較的厚さが薄くても、高性能耐火材、例えばＴｉＣブースト耐火材は、露出面へ置いた場合でも極めて高いライニング性能及び耐久性を示すことが理論づけられた。その結果、本発明の提案に係る構成によって補強外層の厚さを減ずること、及びさらに広くは壁ライニングの全厚を大幅に減ずるが可能とされた。さらに、本発明の提案に係る構成によれば、極めて低コストで、対応する高性能耐火材の全厚（熱面から冷面）だけで、従来得られてきた程度と同様のライニング性能が得られると期待される。従って、内層を、特性が向上された、例えば液状高温金属による摩耗性に対する耐久性が増大された耐火材を用いて建造することにより、壁ライニングの耐久性に与えられる悪影響を最小限に抑え、あるいは悪影響を与えることなく壁ライニング厚を減ずることが可能となる。
【００１５】
好ましい追加の特性強化添加剤には、金属チタンあるいはチタン化合物が全量で５〜２０質量％含有される。さらに、前記第一耐火材には好ましくはカーボンが５０〜８５質量％含有され、さらに追加の特性強化添加剤として、金属チタン、炭化チタン、窒化チタン及び炭窒化チタンあるいは酸化チタンから選択される１または２以上が５〜２０質量％含有される。最も好ましい耐火材では、金属珪素が全量で５〜１５質量％、及びアルミナが全量で５〜１５質量％含有される。このような耐火材の製造方法は例えばＥＰ１２７５６２６から公知である。また本発明の別の観点に従って、前記第一耐火材の熱伝導率は、例えば本発明の最も好ましい耐火材を用いて得られたが、好ましくは６００℃において１５Ｗ／ｍＫ以上である。
【００１６】
本発明の重要な観点によれば、前記少なくとも１個の内側リングはその外面上にアンカー部を有するエレメントから作製され、及び前記少なくとも１個の外側リングはその内面上にアンカー部を有するエレメントから作製され、それらアンカー部の各対は協力して前記内側リングのエレメントを半径方向内側かつ円周接線方向へ転位しないよう前記外側リングのエレメントへ固定する。このように構成することにより、単純な石造り建造物とは対照的に、その建造物の機械的安定性に妥協することなく、内層の厚さを減ずることが可能とされることが理解されよう。かかる構成において、協力型アンカー部分は、好ましくは向かい合うエレメントの外面と内面間に連続した隙間を与える相補型の理想的な丸まった形状とされる。
【００１７】
前記アンカー操作を行うことにより、前記少なくとも１個の外側リングを、第二カーボン質耐火材から成り、かつ前記外側リングの高さにおける壁ライニングの全壁厚の６５％以上の幅をもつ幅の広いブロックから好ましく構成することが可能である。その結果、前記少なくとも１個の内側リングを、該内側リングの高さにおける壁ライニングの全壁厚の３５％未満の幅をもつ幅の小さいブロックから構成することが可能となる。好ましくかつ単純なアンカー方式においては、前記少なくとも１個の内側リングにはその外面上にマッシュルーム形状のアンカー突起をもつ幅の小さいブロックが設けられ、他方前記少なくとも１個の外側リングにはその内面上に対のマッシュルーム形状のアンカーリセスをもつ幅広なブロックが設けられる。これら突起及びリセスは噛み合い、協力して幅小ブロックを半径方向内側かつ円周接線方向へ転位にしないよう、幅広ブロックに対して固定することにより、建造物の安定性がさらに増大される。アンカー手段を用いて特殊ブロック数を減ずることによって製造コストを下げる構成においては、前記少なくとも１個の内側リングは第一型の幅の小さいブロックと第二型の幅の小さいブロックを交互配列して作製される。前記第一型にはアンカー部が備えられるが、前記第二型はアンカー部を欠く。前記第二型の幅の小さいブロックを固定するため、これら第一型及び第二型の幅の小さいブロックにはそれぞれ相補形状となる横方向断面が与えられる。
【００１８】
好ましい実施態様において、前記下方部分にはさらに前記外層と前記内層間中に縦方向に延びる中間ラミング層が内有される。このラミング層は、好ましくは本質的に黒鉛から成る微粒子層と本質的に細孔炭素から成る粗粒子層から成る組成物から作製される。
【００１９】
最も単純な建造においては、前記内側リングは該内側リングの厚さと等しい幅をもつ単一の半径方向耐火ブロックから作製され、また前記外側リングは同様に該外側リングの厚さと等しい幅をもつ単一の半径方向耐火ブロックから作製される。典型例として、前記内層は、２以上、好ましくは３又は４個の耐火性部材、特に第一耐火材から成る耐火性ブロックの縦方向の連続体として構成される。
【００２０】
全壁厚の減少を達成するため、前記内層がライニングの熱面とされる場合、該内層の厚さを２００〜６００ｍｍ、好ましくは２５０〜５５０ｍｍの範囲として、壁ライニングの全壁厚を（内側リングの一番下の高さにおいて）１３５０ｍｍ未満、好ましくは１１００ｍｍ未満とすることが可能である。セラミックカップを与えて熱面を作製する場合、前記内層の厚さは２５０〜４００ｍｍの範囲内であり、及び（内側リングの一番下の高さにおける）該セラミック層を含めた壁ライニングの全壁厚は１５００ｍｍ未満である。
【００２１】
本発明による炉床は、他の用途を排除するものではないが、既存炉を再ライニングする改造、あるいは新規建造に際しての設計など、特に高炉への工業的用途に適することが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】本発明の第一の実施態様に従った高炉炉床の縦断面図である。
【図１Ｂ】本発明の第一の実施態様に従った高炉炉床の、図１Ａの切断線ＩＢ−ＩＢに沿った下方部分の模式的横断面図である。
【図２Ａ】本発明の第二の実施態様に従った高炉炉床の縦断面図である。
【図２Ｂ】本発明の第ニの実施態様に従った高炉炉床の、図２Ａの切断線IIＢ−IIＢに沿った下方部分の模式的横断面図である。
【図３Ａ】本発明の第三の実施態様に従った高炉炉床の模式的横断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示した部分の拡大図である。
【図４Ａ】本発明の第三の実施態様に従った高炉炉床の模式的横断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示した部分の拡大図である。
【発明を実施するための手段】
【００２３】
以下に本発明のさらなる詳細及び利点についていくつかの非限定的実施態様を用いて添付図面を参照しながら明らかにする。尚、全図面を通して、実質的に同一の機能あるいは構造を示す部分は同一符号で示す。
【００２４】
図１Ａ〜１Ｂは冶金反応炉、より具体的には高炉の炉床を説明するための模式図である。炉床は本願を通して符号１０で示す。公知方式においては、炉床１０には外側シェル１２が設けられる。シェル１２は図１Ａに示されるような円筒形あるいは縦断面が円錐形である（図示せず）溶接スチール構造である。公知方式においては、溶融銑鉄及びスラグをタッピングするために、シェル１２の上方部分に１または２以上のタップホール（出銑口）１４（図３〜４参照）が設けられる。炉床１０は、全体を通して符号１６で示される環状周縁壁ライニングで囲まれる。炉床１０にはさらに底部ライニング、すなわち炉床パッド１７が設けられる。壁ライニング１６の内面及びパッド１７の上面によって炉床１０内部の有効容積が半径方向及び軸方向に画定されている。
【００２５】
前記環状壁ライニング１６は炉床１０の円周全体に亘って延び、１０〜３５°の広がりをもつタップホール１４周囲の限られた円周角区域を除き、図１Ｂに示すように回転対称形状を呈している。図１Ａ〜１Ｂにはさらに、液冷式の冷却部材１８、例えば鋳鉄又は銅製の冷却ステーブが示されている。冷却部材１８はシェル１２内部のシェル１２と壁ライニング１６の外面との間にリング状に固定配置され、さらに公知方式の強制循環冷却システムへ接続される。冷却部材１８を、外側シェル１２をスプレー冷却する構成に置き換え、あるいはそれによって補強することも可能である。外層を熱伝導ラミング(ramming)質量体１９、例えば適当なカーボン質質量体で作製することにより、冷却部材１８と壁ライニング１６外面との熱伝導接触が確保される。公知方式において、冷却部材１８によって壁ライニング１６を冷却することにより該壁ライニングの摩耗が軽減され、及び特に操作中において壁ライニング１６内面上に固形化物から成る永久保護付着物（スカル／スクラブ）が形成される。シェル１２と冷却部材１８の間に断熱ラミング質量体（図示せず）を与えてシェル１２の温度を低下させることが可能である。
【００２６】
本発明は、特に図１Ａにおいて"ｈ"で示されている壁ライニング１６の下方部分の構造に関する。従って、炉床１０の構造に関する他の公知である詳細についての説明は省略する。周知の通り、前記下方部分ｈは摩耗に関して通常最も重大な部分の一つであり、高炉の場合、この部分に「エレファントフット」と称される摩耗パターンが生ずる。この下方部分ｈは通常炉床パッド中まで広がり、及び炉床底面（パット頂部）から上方へ１０００〜１４００ｍｍまで延びている。以下において述べる実施態様はこの重要部分ｈから有利な特徴が得られるものである。しかしながら、以下に記載される有利性を与える教示は、より上方の部分、例えば通常タップホール中心線からパッド頂部（図示せず）までの８００〜３５００ｍｍに亘る、タップホール１４下方からパッド１７の頂部までの全高（Ｈ）に対しても勿論適用可能である。
【００２７】
図１Ｂに、図１Ａの切断線ＩＢ−ＩＢに沿った、壁ライニング１６の耐火エレメントの一番下の列の、より具体的にはパッド１７の上部、あるいはその直ぐ上の部分における断面を示す。この高さは、通常壁ライニングの最も厚い部分である。すなわち図１においてＤで示される壁ライニング１６の全厚は、パッド１７の直ぐ上の壁ライニング１６の下端において最大となる。しかしながら、図１Ａから理解されるように、壁ライニング１６の下端部の厚さ（半径方向の広がり）は、パッド上部からタップホール１４までの全高Ｈに亘る全壁厚Ｄに対応して一貫して同じ厚さであってもよい。いかなる形状及び型式の反応炉においても、壁ライニング１６は主として溶融金属、特に溶融銑鉄、及びスラグ等のその他成分を含む溶液槽の収容に適した耐火材から成る自己支持構造を為す。
【００２８】
より具体的には、図１Ａ〜１Ｂに示すように、壁ライニング１６は炉床１０の内部側面上の第一内層２０と、シェル１２の側面上にあって、該内層２０を補強する第二外層２２から成っている。壁ライニング１６の下端部を形成するこれら２層２０，２２は、それぞれ円周方向に組み合わされた耐火性エレメントから成る数段の縦方向棚状内側リング２４及び外側リング２６を構成する。このようにしてリング２４，２６のそれぞれによって、炉床１０中心の周囲全体に亘って延びる水平環状空間が形成される。図１から理解されるように、耐火性エレメントは比較的厚いブロックであり、リング２４及び２６はそれぞれ、半径方向に厚さをもつ単一耐火ブロック２１，２３から構成される。従って、前記ブロック２１，２３の幅は内層２０及び外層２２のそれぞれの厚さも限定する。しかしながら、図示されておらず、また好ましいわけでもないが、リング２２，２６のそれぞれを比較的小さなブロックの複数環状層から作製することも可能である。これに関し煉瓦に対抗するものとして、圧搾ブロックとして、少なくとも２０ｄｍ３（０．０２ｍ３）の全容積、例えば２００×２００ｍｍ（高さ×幅）を超える寸法及び５００ｍｍを超える長さ（円周方向）をもつエレメントが挙げられる。図１Ａ〜１Ｂの実施態様において、２層２０，２２のそれぞれは煉瓦造り建造物のブロック２１，２３から成る自己支持型環状壁である。
【００２９】
より具体的には、本発明に従って、内側リング２４の耐火ブロック２１は、周知である金属珪素及び又は炭化珪素に加えて、あるいはそれらの代替として、特別な特性強化添加剤を全量で５質量％以上の高含量で含む特殊な高性能カーボン質第一耐火材から作製される。好ましいカーボン質耐火材は、炭素を５０〜８５質量％、及び特性強化添加剤として金属チタン、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン及び酸化チタンから選択される１または２以上の材料を全量で５〜２０質量％含むものである。最も好ましくは、ＥＰ１２７５６２６に従った炭化チタンまたは炭窒化チタン（ＴｉＣ）強化耐火材（この耐火材の詳細は参照のためその番号を示しておく）が内側列２４のブロック２１を作製するために用いられる。ＥＰ１２７５６２６に従った耐火材にはさらに、全量で５〜２０質量％の金属珪素及び全量で５〜１５質量％のアルミナが含まれる。なお、本発明に従った内側リング２４に適する耐火ブロックの製造に他の高性能耐火材が排除されるわけではない。他の添加剤としては、カーボン質耐火材の特性向上のために該カーボン質耐火材中に混合される、炭化珪素以外の黒鉛粒子及びセラミックが挙げられる。ＵＳ３，００７，８０５にはその他の比較的好ましい耐火材が開示されており、特に炭化珪素結合黒鉛耐火材の代替として炭化ジルコニウム結合黒鉛耐火材が提案されている。しかしながら、炭化分解に対する付加的耐久性の観点から、特に槽１０が炭素で飽和されていない場合はニ酸化炭素放出の低減の観点から、内側耐火ブロック２１には例えば日本電極株式会社から商品名ＢＣ−１５ＳＲＴで販売されているＥＰ１２７５６２６に従った耐火材が好ましい。
【００３０】
図１Ａ〜１Ｂに図示された実施態様において、内層２０中には同一高性能耐火材（同一の斜線が付されているもの参照）から作製される数段の縦方向棚状の内側リング２４、すなわち６〜８個のリングが用いられている。すなわち、重要な下方部分ｈと同様な形状が全高Ｈに亘って適用されている。次いで外層２２は、１または２以上の異なる材料から成る、例えば上方列中の第三材料よりも熱伝導性の高い下方列２６の数段においては第二耐火材（交叉斜線で表示）を用いて成る外側リング２６から構成可能である。
【００３１】
さらに、本発明に従って、また図１Ｂに示すように（縮尺は厳密でない）、内側リング２４の厚さｄは壁ライニング１６の全壁厚Ｄの４５％未満、例えば２００〜６００ｍｍ、好ましくは２５０〜５５０ｍｍの範囲内とされる。この比率は、絶対的な厚さに拘わらず、パッド１７上方の関連する主要領域、特に壁ライニング１６の下方部分ｈを構成する縦方向に積み重ねられた内側リング２４のそれぞれにも適用され、またこの比率は、厚さを変更する場合において、（図２Ａに示すように）問題となる内側リング２４の縦方向の高さにおいてその都度考慮される。図１Ａ〜１Ｂに示すように、単一ブロック２１の厚さをもつ内側リング２４を含めて、ブロック２１は、壁ライニング１６の所定の寸法に基づいて、内側リングの厚さｄに等しい幅となるように機械加工される。その結果として、図１Ｂからさらに分かるように、外側リング２６は、壁ライニング１６の全壁厚Ｄの５０％以上、好ましくは５５％以上、さらに好ましくは６５％以上となる相対的に大幅な（≒Ｄ−ｄ）ブロック２３として構成される。耐火材に関して、外側ブロック２３はいずれか適当な第二の慣用のカーボン質材料、好ましくは熱伝導性がかなり高い高品質の微孔質あるいは超微孔質耐火材から作製可能である。また、位置次第では、別タイプの外側ブロック２３を用いることも可能である。好ましくは、内層２０、より具体的には耐火ブロック２１は、ＥＰ１２７５６２６に従った材料を用いて達成されるような、６００℃で１５Ｗ／ｍＫ以上の相対的に高い熱伝導性を合わせもつ材料から構成される。
【００３２】
図１Ａ〜１Ｂからさらに理解されるように、壁ライニング１６には、熱・機械的ストレスによる損傷を防止するための中間ラミング層２８が外層２２と内層２０の間に設けられる。層２０と層２２の間における熱膨張の差の許容に加えて、中間層２８によりそれら層間における熱移動が確保される。中間層２８はいずれか適当な組成物、好ましくは特別な三相のカーボン質ラミング組成物から作製される。その第一相はほぼ黒鉛、好ましくは高温での無煙炭燃焼によって得られる人工黒鉛から成る微粒子相である。第二相は粉砕された低空隙率の微孔性カーボンからほぼ成る粗粒子相である。この第二相は好ましくは高品質超微孔カーボン質耐火材の製造残渣を粉砕することによって得られる。前記組成物は、一般的にはラミング材料へラミング（打ち固める）特性を与える適当な公知結合相から構成される。中間ラミング相２８には、熱に晒されるブロック２１と冷却部材１８によって冷却される外側ブロック２３の間において最大の熱移動性を得るために高熱伝導性をもつラミング組成物が用いられる。図１Ａから最もよく理解されるように、環状ラミング層２８は妨害のない円筒形状を呈し、内層２０と外層２２の間をほぼ垂直方向に延びている。
【実施例】
【００３３】
図１Ａ〜１Ｂに関する上記説明に従った壁ライニング１６のタップホール１４下の下方部分の構造の好ましい具体例について以下に述べる。
【００３４】
実施例１：
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【００３５】
提案された壁ライニング１６には、壁の全厚（Ｄ）を減じても壁ライニング１６の耐久性で長期耐用期間のある構造を保持できる一方において、必要とされる高性能耐火材、例えばＢＣ−１５ＳＲＴの全量、及びそれに関連するコストを減じられる明白なメリットがあることが理解されよう。また、壁全厚Ｄを最下列のブロックの最大壁厚である約１２００ｍｍとすることにより、通常壁厚が１７００〜２０００ｍｍの範囲とされる従来技術によるライニングと機能的に同等となる条件で、２５％あるいはそれ以上の大幅な厚さの低減が達成されることが理解されよう。
【００３６】
図２Ａ〜２Ｂにさらに別の実施態様を図示する。この実施態様は、主として、炉床１０の有効径がさらに増加されている一方において、２つの付加的手段によって高性能耐火材の使用が最小限まで抑えられている点で異なる。第一に、内層２０の厚さが絶対的に減じられ、該厚さはパッド上部から上方へ向けてさらに減じられている。第二に、少なくとも１種の特性強化添加剤（金属珪素あるいは炭化珪素以外）を含む第一耐火材が用いられている内側列２４（異なる斜線で示すように）の個数がさらに減じられている。
【００３７】
図２Ａ〜２Ｂに示す実施態様は、例えば下記に示す実施例に従って実用化可能である。
【００３８】
実施例２
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【００３９】
以下においては、図１Ａ〜１Ｂとの主要な相違点及び関連する共通の特徴についてのみ詳細に説明する。その他は既に述べた特徴と同一である。
【００４０】
壁ライニング２１６には、図２Ｂから最も分かるように、リング２４，２６からそれぞれ成る内層２０及び外層２２が含まれている。また、内層２０も上述したＴｉＣ含量増加耐火材から成る耐火ブロック２２１から作製されている。しかしながら、図１Ａ〜１Ｂとは異なり、内側リング２４の厚さは検討された高さにおいて、ライニング２１６の全壁厚Ｄの３５％未満まで減じられている。その結果として、耐火材２２１の幅は概して約２００〜４００ｍｍの範囲内で狭くなっている。適当な安定性を確保するために、本願の独立した観点では、内側リング２４の幅小耐火ブロックは協力型固定部分を用いて外側リング２６の耐火ブロック２２３へ固定される。
【００４１】
この趣旨において、図２Ｂの拡大図から最もよく分かるように、内側リング２４の幅小耐火ブロック２２１のそれぞれには、その凸状外面上に、固定部分、より具体的には丸いマッシュルーム形状の突起２３１が設けられる。外側リング２６の対応する耐火ブロック２２３には、協力型固定部分、例えば相補型のマッシュルーム形状を呈するリセス２２３がその凹状内面上に設けられる。固定用突起２３１及びリセス２３３は一種の「緩い」形状嵌合（正嵌合）の噛み合いを保証する相補型形状に構造化される。より具体的には、例えば水平部分において全体として鳩尾形状の突起２３１によって達成できるように、突起２３１と相補型リセス２３３は、幅小耐火ブロック２２１が半径方向内側及び接線方向へ、すなわち幅広耐火ブロック２２３に対して円周方向へ転位しないように固定、すなわち締め付けるように構造化される。鳩尾型連結とすることにより、符号Ｗで示される突起２３１の最大円周方向寸法は符号ｗで示されるリセス２３３の最小円周方向寸法に等しくなるか、あるいはそれより大きくなる。さらに図２Ｂから分かるように、突起２３１及び相補型リセス２３３は、それらが噛み合った時にそれらの間に２０〜１００ｍｍ程度の小間隙を形成するように寸法化される。この間隙によって、図２Bから分かるように、妨害のない中間ラミング層２８が、該間隙中、すなわち内側ブロック２２１外面と外側ブロック２２３内面との間を通ることが可能となり、ラミングジョイントの機能が継続確保される。固定部分２３１，２３３の他のタイプを用い、また突起とリセスの位置を逆にしても同様の効果が得られることが理解されよう。いずれにしても、ラミング層２８にとって、滑らかな丸い形状が好ましい。図２Ｂにさらに示すように、内側リング２４のブロック２２１は、そのジョイントは符号ｓで示される僅かな程度だけ外側リングのブロック２２３に対してずらされて配置される。その結果、突起２３１及びリセス２３３は、ブロック２２１及び２２３のそれぞれにおいて円周方向に幾分偏心した状態で配置される。
【００４２】
さらに、図２Ａの異なる斜線から最もよく分かるように、この実施態様は、特別な第一耐火材から作製される耐火ブロック２２１を有する、さらに限定された個数の内側リング２４を用いた内層２０から構成されている。例えば、下方の４個のリング２４だけを前記のような耐火ブロック２２１から作製し、全高Ｈに亘って延ばさず、重要な下方部分ｈだけを覆うことも可能である。さらに上方にある内側列２４を、外側列２６に用いたものと同じ従来の耐火材から作製することも可能である。協力型固定部分２３１，２３３を用いる固定構成は、内装２０及び外層２２の耐火ブロック中に使用される材料に関係なく、全高Ｈに亘り、またその高さを超えて有利に適用されることが理解されよう。また、本願提案の固定方式により、ラミング層２８に悪影響を与えることなく、極めて厚さの薄い内層を用いることが可能となることも理解されよう。
【００４３】
また、図２Ａ〜２Ｂの実施態様においては、内層２０は上方向へ向けて段階的に少なくなっていることから、内層２０が真っ直ぐな円筒形熱面になっていないことにも注意すべきである。その結果として、煉瓦２２１の幅ｄは要求される垂直レベルに従って個別に最小化される。
【００４４】
図３Ａ〜３Ｂは、図２Ａ〜２Ｂに示した先の実施態様と、主として必ずしも組み合わせて適用される必要のない３つの観点において相違する第三の実施態様を示した図である。第一に、セラミックカップが与えられている。第二に、その結果として、内層２０に真っ直ぐな円筒形熱面が与えられる（図示せず）。第三に、セラミックカップの利点により、内層２０の絶対圧がさらに減じられる。
【００４５】
従って、図３Ａ〜３Ｂに示すように、前記第三の実施態様に従った壁ライニング３１６には、内層２０及び外層２２を保護するため、セラミック材料、例えばＳｉＡｌＯＮ-結合高アルミナ含有煉瓦から成る最内部保護層３００を有する。それ自体が公知である方式により、前記セラミック層３００は下方部分ｈの上方へ及び該下方部分を超えて延びており、及びキャスタブルあるいはラミング質量体（図示せず）から成る比較的厚いジョイント（例えば１０〜１５ｍｍ）を用いてカーボン層から、すなわち図３Ａ〜３Ｂの場合では内層２０から全体に分離されている。環状セラミック層３００は公知方式で作られたセラミックカップの一部であり、その壁厚は例えば３００ｍｍと比較的薄い。セラミックカップ３００の使用は、必ずというわけではないが、特に炭素で飽和されていない槽を備える炉床を操作する場合に推奨される。図３Ａに示されたタップホール１４の中心線の周りの±α、例えば±５〜１２．５°の部域に見られるように、この部域内では内側リング２０は中央幅の広い特別ブロック２５から成っている。従って、また図１Ａ〜１Ｂ及び図２Ａ〜２Ｂの実施態様についても同様であるが、この周辺部の限定された領域（例えば１０〜２５°）においては、図２の壁ライニング２１６の全壁厚はより厚くなっている（例えば１５００〜２１００ｍｍ）。所望されるタッピング速度を得るためには、タップホール部位がより厚くなっていることが要求される。タップホール１４の周りのブロック２５をブロック２１，２２１，３２１の材料とは異なる耐火材から作製可能なことに注意すべきである。タップホールブロック２５には支持ラミング層２８がないことから、それらタップホールブロック２５には固定部分２３１，２３３が必要とされないことが理解されよう。
【００４６】
従って、図３Ａ〜３Ｂの実施態様では、下記に従った炉床の建造が可能である。
【００４７】
実施例３（セラミックカップを使用）
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【００４８】
図４Ａ〜４Ｂには、別の好ましい実施態様に従った壁ライニング４１６が図示されている。この壁ライニング４１６については図３Ａ〜３Ｂとの相違についてのみ以下に記載する。この実施態様によれば、異なる固定方式を用いて幅小内側リング２４を外側リング２６へ固定することが可能となる。図４Ａから最もよく理解されるように、内側リング２４は周辺に交互に配置される２つの異なるタイプの幅小ブロック４２１，４２１‘から構成される。第一のタイプのブロック４２１は周縁の範囲が相対的に小さく、また図４Ａのものに類似する形状嵌合突起２３１がブロック４２１の中央に設けられている。第二のタイプのブロック４２１‘は、形状嵌合突起がなく、周縁の範囲が相対的に大きく形成されている。図４Ｂから最もよく理解されるように、第一タイプのブロック４２１及び第二タイプのブロック４２１’は、固定突起のない第二タイプの幅小ブロック４２１’を第一タイプの幅小ブロック４２１と共に外側リング２６のブロック２２３へ固定するために相補協力型の横断面を有する。図４Ｂに示すように、該相補形状は、例えば斜め接線方向面を用いて幅小ブロック４２１、４２１’へ概して台形状を成す接合断面を与えることによって得られる。第二タイプブロック４２１’、すなわち本実施態様による内側リング２４は、図３Ａ−Ｂに比較してより安価に作製される。さらに、外層２２中、第二タイプの幅小ブロック４２１’の周縁位置においては、図２Ｂに示すような固定部分をもたない単純なブロック２３を用いることが可能である。従って、固定部分２３１、２３３を特別に作製することを要する内層２０及び外層２２中のブロック２２３及び４２１の総数が減じられる。なお、図４Ａ−Ｂに示す実施態様におけるその他の特徴は同一である。しかしながら、図４Ａ−Ｂに従った固定構造をセラミックカップ３００の存在、あるいは固定ブロック４２１、４２１’の材料種とは無関係に有利に用い、あるいは固定部分を有する特別形状ブロック４２１、２２３’の個数を５０％まで減ずることが可能なことが理解されよう。
【００４９】
結論として、本発明に従った壁ライニング１６、２１６、３１６、４１６に構造化することにより、壁ライニング１６の全壁厚を、セラミック層３００を与えない場合でも１３５０ｍｍ未満、さらには１１００ｍｍ未満とし、セラミック層３００を与えた場合には１５００ｍｍ未満とすることが可能なことが理解されよう。このような構造は、幅が６００ｍｍ未満、好ましくは４００ｍｍ未満のカーボン質耐火材から成る小幅の内層を用いた多層壁ライニングを設けることによってコスト効率的に達成される。
【００５０】
本発明は、その用途として、とくに限定されるわけではないが、高炉の炉床１０への適用に極めて適する。
【符号の説明】
【００５１】
図１Ａ−１Ｂ
１０：炉床
１２：シェル
１６：壁ライニング
１７：底部ライニング
１８：冷却部材
１９：外側ラミング層
２０：内層
２１：内側耐火ブロック
２２：外層
２３：外側耐火ブロック
２４：内側リング
２６：外側リング
２８：中間ラミング層
図２Ａ−２Ｂ
１０：炉床
１２：シェル
１７：底部ライニング
１８：冷却部材
１９：外側ラミング層
２０：内層
２２：外層
２４：内側リング
２５：タップホールブロック
２６：外側リング
２８：中間ラミング層
３０：セラミック層
２１６：壁ライニング
２２１：内側耐火ブロック
２２３：外側耐火ブロック
２３１：固定突起
２３３：固定リセス
図３Ａ−３Ｂ
１０：炉床
１２：シェル
１７：底部ライニング
１８：冷却部材
１９：外側ラミング層
２０：内層
２２：外層
２４：内側リング
２５：タップホールブロック
２６：外側リング
２８：中間ラミング層
３００：セラミック層
３１６：壁ライニング
３２１：内側耐火ブロック
２２３：外側耐火ブロック
２３１：固定突起
２３３：固定リセス
図４Ａ−４Ｂ
１０：炉床
１２：シェル
１４：タップホール
１８：冷却部材
１９：外側ラミング層
２０：内層
２２：外層
２４：内側リング
２５：タップホールブロック
２６：外側リング
２８：中間ラミング層
３０：セラミック層
４１６：壁ライニング
４２１：内側耐火ブロック（第一型）
４２１‘：内側耐火ブロック（第二型）
４２３：外側耐火ブロック
４３１：固定突起
４３３：固定リセス
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
0005919271.tif 000006
【図２Ａ】
0005919271.tif 000007
【図２Ｂ】
0005919271.tif 000008
【図３Ａ−３Ｂ】
0005919271.tif 000009
【図４Ａ−４Ｂ】
0005919271.tif 000010