(57)【要約】【課題】  水平断面が楕円状の溶融金属保持容器において、溶融金属保持容器の傾転時に、長径側の円弧部に施工した成形煉瓦の自重による成形煉瓦の迫り出し、脱落、迫り割れなどのトラブルを防止する。【解決手段】  本発明に係る溶融金属保持容器の内張り耐火物の施工方法は、内張り耐火物として成形煉瓦４が施工され、水平断面が長径及び短径を有する非円形であり、長径側がストレートに近い形状の溶融金属保持容器１の内張り耐火物の施工方法であって、長径側の円弧部に施工した成形煉瓦の長さＬ０を、成形煉瓦の圧縮強度σｃによって定まる所定長さ以下として、溶融金属保持容器を傾転した際に、長径側の円弧部に内張り耐火物として施工した成形煉瓦の自重による、長径側鉄皮円弧と短径側鉄皮円弧との境界位置６に施工した成形煉瓦に掛かる応力σが、成形煉瓦の圧縮強度σｃを超えないようにする。【選択図】            図１
2019115917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内張り耐火物として圧縮強度σｃの成形煉瓦が施工され、溶融金属保持容器の水平断面の鉄皮形状が長径及び短径を有する非円形であり、溶融金属保持容器の側壁上端位置での長径側鉄皮の円弧半径Ｒ１が５０００ｍｍ以上で、溶融金属保持容器の側壁上端位置での、長径側鉄皮の円弧と短径側鉄皮の円弧との境界位置間の長径側の間隔幅である長径側境界間隔幅Ｗが、成形煉瓦の圧縮強度σｃと嵩比重ｄとから、下記の（１）式で算出される長径側境界臨界間隔幅ＷCRよりも大きい溶融金属保持容器の内張り耐火物の施工方法であって、
長径側の円弧部に内張り耐火物として施工した前記成形煉瓦の溶融金属保持容器周方向長さＬ０を、成形煉瓦の圧縮強度σｃによって定まる所定長さ以下として、前記溶融金属保持容器を傾転した際に、長径側の円弧部に内張り耐火物として施工した成形煉瓦の自重による、長径側鉄皮円弧と短径側鉄皮円弧との境界位置に施工した成形煉瓦に掛かる応力σが、該成形煉瓦の圧縮強度σｃを超えないようにすることを特徴とする、溶融金属保持容器の内張り耐火物の施工方法。
ＷCR＝（１０×σｃ）／（ｄ×０．０９８）…（１）
ここで、（１）式において、ＷCRは長径側境界臨界間隔幅（ｍｍ）、σｃは成形煉瓦の圧縮強度（ＭＰａ）、ｄは成形煉瓦の嵩比重（ｋｇ／ｃｍ３）である。
【請求項２】
前記成形煉瓦の任意の溶融金属保持容器周方向長さＬｉ（ｍｍ）と前記長径側境界間隔幅Ｗ（ｍｍ）との積を煉瓦長係数Ａｉ（ｍｍ２）と定義し、
前記成形煉瓦の任意の溶融金属保持容器周方向長さＬｉを２種以上に変更し、それぞれの溶融金属保持容器周方向長さＬｉにおいて、長径側の円弧部に内張り耐火物として施工した成形煉瓦の自重による、前記境界位置に施工した成形煉瓦に掛かる応力σｉ（ＭＰａ）を熱応力解析によって求め、
求めたそれぞれの応力σｉ（ＭＰａ）と、当該応力σｉを求める際に用いた溶融金属保持容器周方向長さＬｉにおける煉瓦長係数Ａｉ（Ａｉ＝Ｌｉ×Ｗ；ｍｍ２）と、の関係に基づいて、応力σｉが成形煉瓦の圧縮強度σｃと一致するときの臨界煉瓦長係数Ａ０（ｍｍ２）を求め、
前記成形煉瓦の溶融金属保持容器周方向長さＬ０を、前記臨界煉瓦長係数Ａ０及び前記長径側境界間隔幅Ｗを用いて下記の（２）式で算出される範囲とすることを特徴とする、請求項１に記載の溶融金属保持容器の内張り耐火物の施工方法。
Ｌ０≦Ａ０／Ｗ…（２）
ここで（２）式において、Ｌ０は成形煉瓦の溶融金属保持容器周方向長さ（ｍｍ）、Ａ０は臨界煉瓦長係数（ｍｍ２）、Ｗは長径側境界間隔幅（ｍｍ）である。
【請求項３】
内張り耐火物として圧縮強度σｃの成形煉瓦が施工され、溶融金属保持容器の水平断面の鉄皮形状が長径及び短径を有する非円形であり、溶融金属保持容器の側壁上端位置での長径側鉄皮の円弧半径Ｒ１が５０００ｍｍ以上で、溶融金属保持容器の側壁上端位置での、長径側鉄皮の円弧と短径側鉄皮の円弧との境界位置間の長径側の間隔幅である長径側境界間隔幅Ｗが、成形煉瓦の圧縮強度σｃと嵩比重ｄとから、下記の（１）式で算出される長径側境界臨界間隔幅ＷCRよりも大きい溶融金属保持容器であって、
前記成形煉瓦の任意の溶融金属保持容器周方向長さＬｉ（ｍｍ）と前記長径側境界間隔幅Ｗ（ｍｍ）との積を煉瓦長係数Ａｉ（ｍｍ２）と定義し、
前記成形煉瓦の任意の溶融金属保持容器周方向長さＬｉを２種以上に変更し、それぞれの溶融金属保持容器周方向長さＬｉにおいて、長径側の円弧部に内張り耐火物として施工した成形煉瓦の自重による、長径側鉄皮円弧と短径側鉄皮円弧との境界位置に施工した成形煉瓦に掛かる応力σｉ（ＭＰａ）を熱応力解析によって求め、
求めたそれぞれの応力σｉ（ＭＰａ）と、当該応力σｉを求める際に用いた溶融金属保持容器周方向長さＬｉにおける煉瓦長係数Ａｉ（Ａｉ＝Ｌｉ×Ｗ；ｍｍ２）と、の関係に基づいて、応力σｉが成形煉瓦の圧縮強度σｃと一致するときの臨界煉瓦長係数Ａ０（ｍｍ２）を予め求めておき、
前記成形煉瓦の溶融金属保持容器周方向長さＬ０が、前記臨界煉瓦長係数Ａ０及び前記長径側境界間隔幅Ｗを用いて下記の（２）式で算出される範囲であり、
前記溶融金属保持容器を傾転した際に、長径側の円弧部に内張り耐火物として施工した成形煉瓦の自重による、長径側鉄皮円弧と短径側鉄皮円弧との境界位置に施工した成形煉瓦に掛かる応力σが、該成形煉瓦の圧縮強度σｃを超えないように構成されていることを特徴とする溶融金属保持容器。
ＷCR＝（１０×σｃ）／（ｄ×０．０９８）…（１）
Ｌ０≦Ａ０／Ｗ…（２）
ここで、（１）式において、ＷCRは長径側境界臨界間隔幅（ｍｍ）、σｃは成形煉瓦の圧縮強度（ＭＰａ）、ｄは成形煉瓦の嵩比重（ｋｇ／ｃｍ３）であり、また、（２）式において、Ｌ０は成形煉瓦の溶融金属保持容器周方向長さ（ｍｍ）、Ａ０は臨界煉瓦長係数（ｍｍ２）、Ｗは長径側境界間隔幅（ｍｍ）である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐火物で内張りされ、その内部に溶銑や溶鋼などの溶融金属を保持する取鍋型の溶融金属保持容器の内張り耐火物の施工方法、及び、この施工方法によって成形煉瓦を施工した溶融金属保持容器に関し、詳しくは、水平断面の形状が非円形つまり楕円状の溶融金属保持容器の内張り耐火物の施工方法及び溶融金属保持容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄所においては、高炉からの溶銑及び転炉からの溶鋼を受ける溶融金属保持容器として、円筒形または円錘台形（上面半径≧底面半径）の鉄皮を備え、鉄皮内面に内張り耐火物が施工され、レードルクレーンによって吊り上げられ、且つ、傾転するためのトラニオン軸を幅方向両側に備えた取鍋型の溶融金属保持容器が広く用いられている。
【０００３】
このような溶融金属保持容器の容積を拡大する手段としては、溶融金属保持容器の外形寸法（幅、長さ、高さ）の拡大が考えられるが、高さの変更は、高炉出銑口や転炉などの設備との干渉のおそれがあり、幅（トラニオン軸）の変更は、レードルクレーンフックの改造や搬送用台車の拡幅が必要になるなど、大幅な設備改造費用を要する。
【０００４】
そこで、容積を拡大する場合は、溶融金属保持容器の高さ及び幅を一定としたまま、長さを拡大させ、水平断面が楕円形、または、角部を円弧状にした四角形のような非円形の形状に改造する手法が行われている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。
【０００５】
このような非円形断面を有する溶融金属保持容器では、溶融金属保持容器の幅及び高さ寸法が変わらないので、設備との干渉を気にすることなく溶融金属保持容器の容積を拡大することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−７６６７号公報
【特許文献２】特開２０１６−５９９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、溶融金属保持容器の容積を拡大するには、溶融金属保持容器の水平断面を非円形にすることが有効である。しかし、非円形の水平断面を有する溶融金属保持容器に対して内張り耐火物をブロック状の煉瓦（「成形煉瓦」という）で施工する場合には問題が生じる。
【０００８】
すなわち、水平断面が四角形に近い形状の場合には、コーナー部に非常に大きな応力が掛かり、内張りした成形煉瓦の亀裂破壊や脱落が発生するリスクが高まる。
【０００９】
水平断面が楕円状の場合には、コーナー部の応力は緩和されるものの、成形煉瓦の形状を短径側の円弧に合わせると、長径側の成形煉瓦では、溶融金属と接触する側の目地代が大きくなる。成形煉瓦の目地は、成形煉瓦の膨張代を吸収する役割があることから必要であるが、目地材は、一般に、成形煉瓦に比べて耐用性が低く、溶融金属保持容器内に収容された溶銑及び溶鋼の漏洩リスクを低減するためには目地代を小さくすることが望ましい。一方、成形煉瓦の形状を長径側の円弧に合わせると、短径側の成形煉瓦の施工に無理が生じる。
【００１０】
そこで、一般的に、短径側と長径側とでそれぞれ異なる寸法の成形煉瓦を施工するが、短径側と長径側との境界位置で成形煉瓦の施工が不連続になるので、境界位置の成形煉瓦に応力が集中しやすくなり、成形煉瓦の迫り出しや脱落、迫り割れなどが発生するおそれがある。特に、溶融金属保持容器の容積が大きくなると、長径側がストレートに近い形状となるために、溶融金属保持容器の傾転時に、長径側の円弧部に施工した成形煉瓦の自重が境界位置の成形煉瓦に集中し、境界位置の成形煉瓦が破断するトラブルが発生しやすくなる。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、水平断面が楕円状の溶融金属保持容器において、溶融金属保持容器の傾転時に、長径側の円弧部に施工した成形煉瓦の自重が境界位置の成形煉瓦に集中せず、境界位置の成形煉瓦の迫り出し、脱落、迫り割れなどのトラブルを未然に防止した、溶融金属保持容器の内張り耐火物の施工方法を提供することであり、また、この施工方法によって成形煉瓦を施工した溶融金属保持容器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記課題を解決するべく、鋭意、研究検討を実施した。その結果、長径側の円弧部に内張り耐火物として施工した成形煉瓦の溶融金属保持容器周方向長さＬ０を、成形煉瓦の圧縮強度σｃによって定まる所定長さ以下として、成形煉瓦の目地数を所定の数以上とすることで、長径側の円弧部に内張り耐火物として施工した成形煉瓦の自重による、長径側鉄皮円弧と短径側鉄皮円弧との境界位置に施工した成形煉瓦に掛かる応力σを、成形煉瓦の圧縮強度σｃ以下にできることが知見された。ここで、目地とは、成形煉瓦と成形煉瓦との隙間であり、通常、アルミナ−シリカ系またはアルミナ系の目地材が目地に充填され、溶融金属の目地への侵入が防止されている。
【００１３】
本発明は上記知見に基づきなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
［１］内張り耐火物として圧縮強度σｃの成形煉瓦が施工され、溶融金属保持容器の水平断面の鉄皮形状が長径及び短径を有する非円形であり、溶融金属保持容器の側壁上端位置での長径側鉄皮の円弧半径Ｒ１が５０００ｍｍ以上で、溶融金属保持容器の側壁上端位置での、長径側鉄皮の円弧と短径側鉄皮の円弧との境界位置間の長径側の間隔幅である長径側境界間隔幅Ｗが、成形煉瓦の圧縮強度σｃと嵩比重ｄとから、下記の（１）式で算出される長径側境界臨界間隔幅ＷCRよりも大きい溶融金属保持容器の内張り耐火物の施工方法であって、
長径側の円弧部に内張り耐火物として施工した前記成形煉瓦の溶融金属保持容器周方向長さＬ０を、成形煉瓦の圧縮強度σｃによって定まる所定長さ以下として、前記溶融金属保持容器を傾転した際に、長径側の円弧部に内張り耐火物として施工した成形煉瓦の自重による、長径側鉄皮円弧と短径側鉄皮円弧との境界位置に施工した成形煉瓦に掛かる応力σが、該成形煉瓦の圧縮強度σｃを超えないようにすることを特徴とする、溶融金属保持容器の内張り耐火物の施工方法。
ＷCR＝（１０×σｃ）／（ｄ×０．０９８）…（１）
ここで、（１）式において、ＷCRは長径側境界臨界間隔幅（ｍｍ）、σｃは成形煉瓦の圧縮強度（ＭＰａ）、ｄは成形煉瓦の嵩比重（ｋｇ／ｃｍ３）である。
［２］前記成形煉瓦の任意の溶融金属保持容器周方向長さＬｉ（ｍｍ）と前記長径側境界間隔幅Ｗ（ｍｍ）との積を煉瓦長係数Ａｉ（ｍｍ２）と定義し、
前記成形煉瓦の任意の溶融金属保持容器周方向長さＬｉを２種以上に変更し、それぞれの溶融金属保持容器周方向長さＬｉにおいて、長径側の円弧部に内張り耐火物として施工した成形煉瓦の自重による、前記境界位置に施工した成形煉瓦に掛かる応力σｉ（ＭＰａ）を熱応力解析によって求め、
求めたそれぞれの応力σｉ（ＭＰａ）と、当該応力σｉを求める際に用いた溶融金属保持容器周方向長さＬｉにおける煉瓦長係数Ａｉ（Ａｉ＝Ｌｉ×Ｗ；ｍｍ２）と、の関係に基づいて、応力σｉが成形煉瓦の圧縮強度σｃと一致するときの臨界煉瓦長係数Ａ０（ｍｍ２）を求め、
前記成形煉瓦の溶融金属保持容器周方向長さＬ０を、前記臨界煉瓦長係数Ａ０及び前記長径側境界間隔幅Ｗを用いて下記の（２）式で算出される範囲とすることを特徴とする、請求項１に記載の溶融金属保持容器の内張り耐火物の施工方法。
Ｌ０≦Ａ０／Ｗ…（２）
ここで（２）式において、Ｌ０は成形煉瓦の溶融金属保持容器周方向長さ（ｍｍ）、Ａ０は臨界煉瓦長係数（ｍｍ２）、Ｗは長径側境界間隔幅（ｍｍ）である。
［３］内張り耐火物として圧縮強度σｃの成形煉瓦が施工され、溶融金属保持容器の水平断面の鉄皮形状が長径及び短径を有する非円形であり、溶融金属保持容器の側壁上端位置での長径側鉄皮の円弧半径Ｒ１が５０００ｍｍ以上で、溶融金属保持容器の側壁上端位置での、長径側鉄皮の円弧と短径側鉄皮の円弧との境界位置間の長径側の間隔幅である長径側境界間隔幅Ｗが、成形煉瓦の圧縮強度σｃと嵩比重ｄとから、下記の（１）式で算出される長径側境界臨界間隔幅ＷCRよりも大きい溶融金属保持容器であって、
前記成形煉瓦の任意の溶融金属保持容器周方向長さＬｉ（ｍｍ）と前記長径側境界間隔幅Ｗ（ｍｍ）との積を煉瓦長係数Ａｉ（ｍｍ２）と定義し、
前記成形煉瓦の任意の溶融金属保持容器周方向長さＬｉを２種以上に変更し、それぞれの溶融金属保持容器周方向長さＬｉにおいて、長径側の円弧部に内張り耐火物として施工した成形煉瓦の自重による、長径側鉄皮円弧と短径側鉄皮円弧との境界位置に施工した成形煉瓦に掛かる応力σｉ（ＭＰａ）を熱応力解析によって求め、
求めたそれぞれの応力σｉ（ＭＰａ）と、当該応力σｉを求める際に用いた溶融金属保持容器周方向長さＬｉにおける煉瓦長係数Ａｉ（Ａｉ＝Ｌｉ×Ｗ；ｍｍ２）と、の関係に基づいて、応力σｉが成形煉瓦の圧縮強度σｃと一致するときの臨界煉瓦長係数Ａ０（ｍｍ２）を予め求めておき、
前記成形煉瓦の溶融金属保持容器周方向長さＬ０が、前記臨界煉瓦長係数Ａ０及び前記長径側境界間隔幅Ｗを用いて下記の（２）式で算出される範囲であり、
前記溶融金属保持容器を傾転した際に、長径側の円弧部に内張り耐火物として施工した成形煉瓦の自重による、長径側鉄皮円弧と短径側鉄皮円弧との境界位置に施工した成形煉瓦に掛かる応力σが、該成形煉瓦の圧縮強度σｃを超えないように構成されていることを特徴とする溶融金属保持容器。
ＷCR＝（１０×σｃ）／（ｄ×０．０９８）…（１）
Ｌ０≦Ａ０／Ｗ…（２）
ここで、（１）式において、ＷCRは長径側境界臨界間隔幅（ｍｍ）、σｃは成形煉瓦の圧縮強度（ＭＰａ）、ｄは成形煉瓦の嵩比重（ｋｇ／ｃｍ３）であり、また、（２）式において、Ｌ０は成形煉瓦の溶融金属保持容器周方向長さ（ｍｍ）、Ａ０は臨界煉瓦長係数（ｍｍ２）、Ｗは長径側境界間隔幅（ｍｍ）である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、溶融金属保持容器の側壁上端位置での長径側鉄皮の円弧半径Ｒ１が５０００ｍｍ以上で、且つ、溶融金属保持容器の側壁上端位置での長径側境界間隔幅Ｗが長径側境界臨界間隔幅ＷCRよりも大きい溶融金属保持容器において、長径側の円弧部に内張り耐火物として施工する成形煉瓦の溶融金属保持容器周方向長さＬ０を、成形煉瓦の圧縮強度σｃによって定まる所定長さ以下として、溶融金属保持容器を傾転した際に、長径側の円弧部に内張り耐火物として施工した成形煉瓦の自重による、長径側鉄皮円弧と短径側鉄皮円弧との境界位置に施工した成形煉瓦に掛かる応力σが、成形煉瓦の圧縮強度σｃを超えないようにするので、内張り耐火物として施工した成形煉瓦の亀裂発生が抑制され、成形煉瓦の寿命を長期化することが実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る内張り耐火物の施工方法を実施する際に用いた溶融金属保持容器の一例を示す概略図であり、図１（Ａ）は側面断面図、図１（Ｂ）は平面図である。
【図２】溶融金属保持容器を傾転したときの成形煉瓦の自重による重力の方向を模式的に示す図である。
【図３】熱応力解析によって求められた、境界位置の成形煉瓦に掛かる応力σの大きさ及び方向を模式的に示す図で、図３（Ａ）は条件１の熱応力解析結果、図３（Ｂ）は条件２の熱応力解析を示す。
【図４】条件１及び条件２における応力σｉと煉瓦長係数Ａｉとの関係を示す図である。
【図５】条件１及び条件２での溶銑装入用取鍋の寿命（ヒート数）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明に係る内張り耐火物の施工方法を実施する際に用いる溶融金属保持容器の一例を示す概略図であり、図１（Ａ）は側面断面図、図１（Ｂ）は平面図である。
【００１７】
溶融金属保持容器１は、高さをＨ、長径をＤＬ、短径をＤＳとし、水平断面の鉄皮形状が非円形であり、且つ、側面形状が円錘台形（上面面積＞底面面積）となっている。溶融金属保持容器１の側壁上端位置における鉄皮形状を説明すれば、図１に示すように、その側壁の鉄皮２が、円弧半径Ｒ１と円弧半径Ｒ２との２種類の円弧（Ｒ１＞Ｒ２）を組み合わせた曲面で構成されている。
【００１８】
具体的には、直交する長径軸と短径軸との交点、つまり溶融金属保持容器１の中心点よりも短径軸上に変位した点ＯＡ１を中心として円弧半径Ｒ１の円弧を描き、同様に、溶融金属保持容器１の中心点よりも短径軸上に、点ＯＡ１の反対側に等距離だけ変位した点ＯＡ２を中心として円弧半径Ｒ１の円弧を描く。更に、溶融金属保持容器１の中心点よりも長径軸上に変位した点ＯＢ１及び点ＯＢ２を中心として、円弧半径Ｒ１の円弧に接続する円弧半径Ｒ２で円弧を描く。円弧半径Ｒ１の部分が主に長径側鉄皮を構成し、円弧半径Ｒ２の部分が、主に短径側鉄皮を構成している。本明細書では、円弧半径Ｒ１を長径側鉄皮円弧、円弧半径Ｒ２を短径側鉄皮円弧と称す。円弧半径Ｒ１（長径側鉄皮円弧）と円弧半径Ｒ２（短径側鉄皮円弧）との境界位置６が、溶融金属保持容器１の周方向に４箇所、形成されている。そして、トラニオン軸５が、その軸心を短径軸上として、長径側鉄皮に設置されている。
【００１９】
溶融金属保持容器１は、側面形状が円錘台形であり、したがって、長径側鉄皮を構成する円孔半径Ｒ１は、溶融金属保持容器１の底面側に向かって所定の縮小率で縮小し、縮小する円弧半径Ｒ１に接続するように、短径側鉄皮を構成する円孔半径Ｒ２も、溶融金属保持容器１の底面側に向かって縮小している。溶融金属保持容器１の底面は平坦となっている。
【００２０】
この溶融金属保持容器１の例では、鉄皮２は、側面形状が円錘台形であるが、上下方向でストレート状（筒状）であっても、また、鉄皮底部が平坦であるが、鉄皮底部を下方に向かって凸形状としてもよい。
【００２１】
このような形状の鉄皮２の内側に、鉄皮側から、永久耐火物３、内張り耐火物（「ワーク耐火物」ともいう）としての成形煉瓦４の順で、耐火物が施工されている。成形煉瓦４は、圧縮強度をσｃ（ＭＰａ）、嵩比重をｄ（ｋｇ／ｃｍ３）とする。永久耐火物３及び成形煉瓦４の組成は、どのような組成であっても構わない。
【００２２】
図２に、溶融金属保持容器１を、トラニオン軸５を傾転軸として傾転したときの成形煉瓦４の自重による重力Ｑの方向を模式的に示す。図２は、溶融金属保持容器１の側壁上端面が鉛直方向を向くように、溶融金属保持容器１をほぼ水平に傾転した場合を示す。溶融金属保持容器１の鉛直方向上部側の成形煉瓦４の重力Ｑは鉛直下側を向き、成形煉瓦４には掛からない。溶融金属保持容器１の鉛直方向下部側の成形煉瓦４の重力Ｑは鉛直下側を向き、鉄皮２に掛かり、成形煉瓦４には掛からない。
【００２３】
しかしながら、溶融金属保持容器１の長径側の円弧部、つまり、長径側鉄皮の円弧と短径側鉄皮の円弧との境界位置間に施工した成形煉瓦４の自重による重力Ｑは、鉛直下方を向き、鉛直下方に設置した成形煉瓦４に掛かる。特に、円弧半径Ｒ１と円弧半径Ｒ２との境界位置６及びその近傍に施工した成形煉瓦４には、鉛直上方の境界位置間に施工した成形煉瓦４の大半の重力Ｑが掛かり、応力σとして作用する。
【００２４】
円孔半径Ｒ１が大きくなるほど、長径側の円弧部はストレートに近づき且つ長くなるので、境界位置６及びその近傍に施工した成形煉瓦４に作用する応力σは大きくなる。したがって、本発明は、側壁上端位置での長径側鉄皮の円孔半径Ｒ１が５０００ｍｍ以上の溶融金属保持容器１を対象とする。円孔半径Ｒ１が５０００ｍｍ未満の溶融金属保持容器１であれば、自重に起因する応力σが小さく、本発明を適用する必要がない。
【００２５】
長径側鉄皮の円弧と短径側鉄皮の円弧との境界位置間の長径側の間隔幅を長径側境界間隔幅Ｗと定義すれば、長径側境界間隔幅Ｗが大きくなるほど、境界位置６及びその近傍に施工した成形煉瓦４に作用する応力σは大きくなる。傾転時に自重による応力σが成形煉瓦４の圧縮強度σｃを超えると、境界位置６及びその近傍に施工した成形煉瓦４に亀裂が発生し、短寿命での成形煉瓦４の交換を余儀なくされる。
【００２６】
鉄皮がストレートの場合は、傾転時に、長径側の成形煉瓦４の自重が全て鉛直真下方向に掛かり、境界位置６に施工した成形煉瓦４に掛かる応力σを単純な計算で算出することができる。円孔半径Ｒ１が５０００ｍｍ以上の場合は、長径側鉄皮はストレートに近い形状であり、鉄皮がストレートの場合と同様に、応力σを単純な計算で算出しても、大きな誤差は生じない。つまり、円孔半径Ｒ１が５０００ｍｍ以上の溶融金属保持容器１では、境界位置６に施工した成形煉瓦４に掛かる応力σは、下記の（３）式で算出することができる。
【００２７】
σ＝（Ｗ／１０）×ｄ×０．０９８…（３）
ここで、（３）式において、σは境界位置６に施工した成形煉瓦４に掛かる応力（ＭＰａ）、Ｗは長径側境界間隔幅（ｍｍ）、ｄは成形煉瓦４の嵩比重（ｋｇ／ｃｍ３）である。
【００２８】
（３）式からも明らかなように、応力σは長径側境界間隔幅Ｗに比例して大きくなることから、長径側境界間隔幅Ｗが大きくなる過程で、応力σが成形煉瓦の圧縮強度σｃと一致する場合が発生する。そこで、応力σが成形煉瓦の圧縮強度σｃと一致するときの長径側境界間隔幅Ｗを長径側境界臨界間隔幅ＷCRと定義すると、長径側境界臨界間隔幅ＷCRは下記の（１）式で算出される。
【００２９】
ＷCR＝（１０×σｃ）／（ｄ×０．０９８）…（１）
ここで、（１）式において、ＷCRは長径側境界臨界間隔幅（ｍｍ）、σｃは成形煉瓦の圧縮強度（ＭＰａ）、ｄは成形煉瓦の嵩比重（ｋｇ／ｃｍ３）である。
【００３０】
一例として、溶銑鍋の内張り耐火物として広く使用されているＡｌ２Ｏ３−ＳｉＣ−ＳｉＯ２−Ｃ煉瓦を施工した溶融金属保持容器１において、長径側境界臨界間隔幅ＷCRを計算した例を表１に示す。表１は、煉瓦Ａ、煉瓦Ｂの特性の異なる２種類の成形煉瓦４を施工した場合を比較している。
【００３１】
【表１】
2019115917.tif 000003
【００３２】
表１に示すように、成形煉瓦４の圧縮強度σｃ及び嵩比重ｄに応じて長径側境界臨界間隔幅ＷCRは変化し、長径側境界間隔幅Ｗが、施工した成形煉瓦４によって定まる長径側境界臨界間隔幅ＷCRよりも大きい溶融金属保持容器１では、成形煉瓦４の亀裂が発生しやすくなる。
【００３３】
したがって、本発明は、溶融金属保持容器１の側壁上端位置での、長径側鉄皮の円弧と短径側鉄皮の円弧との境界位置間の長径側の間隔幅である長径側境界間隔幅Ｗが、上記の（１）式で算出される長径側境界臨界間隔幅ＷCRよりも大きい溶融金属保持容器１を対象とする。長径側境界間隔幅Ｗが長径側境界臨界間隔幅ＷCR以下の溶融金属保持容器１であれば、自重に起因する応力σが小さく、本発明を適用する必要がない。
【００３４】
尚、成形煉瓦４の嵩比重ｄ及び圧縮強度σｃは表１に記載される数値に限定されるものではなく、嵩比重ｄが２．５〜３．２ｋｇ／ｃｍ３、圧縮強度σｃが３２〜７０ＭＰａ程度の成形煉瓦であれば、同様の関係が成り立つ。
【００３５】
本発明者らは、熱応力解析の結果、長径側鉄皮の円弧と短径側鉄皮の円弧との境界位置間に施工した成形煉瓦４の自重に起因する、境界位置６に施工した成形煉瓦４に掛かる応力σを軽減するには、長径側の円弧部に内張り耐火物として施工する成形煉瓦４の目地数を増加させることが有効であることを見出した。つまり、長径側の円弧部に施工する成形煉瓦４の溶融金属保持容器周方向長さＬ０を、成形煉瓦４の圧縮強度σｃによって定まる所定長さ以下として、溶融金属保持容器周方向の目地数を増加することで、溶融金属保持容器１を傾転したときの成形煉瓦４の自重に起因する応力σが軽減し、応力σを圧縮強度σｃ以下にできることを見出した。
【００３６】
表２に、長径側の円弧部に施工した成形煉瓦４の自重による、境界位置６に施工した成形煉瓦４に掛かる応力σを、熱応力解析によって求める際に用いた溶融金属保持容器１の諸元を示す。
【００３７】
【表２】
2019115917.tif 000004
【００３８】
また、表３に、長径側の円弧部に施工した成形煉瓦４の自重による、境界位置６に施工した成形煉瓦４に掛かる応力σを、熱応力解析によって求める際に用いた成形煉瓦４の成分種類及び特性を示す。
【００３９】
【表３】
2019115917.tif 000005
【００４０】
表３に記載する成形煉瓦４の条件では、長径側境界臨界間隔幅ＷCRは１８１４ｍｍ（＝10×48/(2.70×0.098)）になり、表２に記載する溶融金属保持容器１は、長径側境界間隔幅Ｗ（＝2006ｍｍ）が長径側境界臨界間隔幅ＷCR（1814ｍｍ）よりも大きいことがわかる。したがって、表３に記載する成形煉瓦４が施工された、表２に記載する溶融金属保持容器１は、境界位置６に施工した成形煉瓦４に掛かる応力σが圧縮強度σｃよりも大きくなる条件を満足している。
【００４１】
ここでは、熱応力解析を、長径側の円弧部に施工する成形煉瓦４の溶融金属保持容器周方向長さＬ０を２３０ｍｍ（条件１）及び１１４ｍｍ（条件２）の２水準に変更して行った。表４に、溶融金属保持容器１を傾転した際に、条件１及び条件２において算出された、長径側の円弧部に施工した成形煉瓦４の自重による、境界位置６に施工した成形煉瓦４に掛かる応力σを示す。
【００４２】
【表４】
2019115917.tif 000006
【００４３】
長さＬ０が２３０ｍｍの並形煉瓦で施工した条件１では、境界位置６の成形煉瓦４に掛かる応力σは５８ＭＰａであり、成形煉瓦４の圧縮強度σｃ（＝48MPa）を超えていた。一方、長さＬ０が１１４ｍｍの半マス煉瓦で施工した条件２では、境界位置６の成形煉瓦４に掛かる応力σは４３ＭＰａであり、成形煉瓦４の圧縮強度σｃ（＝48MPa）未満であった。
【００４４】
図３に、条件１及び条件２において、熱応力解析によって求められた、境界位置６の成形煉瓦４に掛かる応力σの大きさ及び方向を模式的に示す。図３（Ａ）は条件１の熱応力解析結果を示し、図３（Ｂ）は条件２の熱応力解析を示す。尚、図３に示す傾転方向は、鉛直下方に向いた方向である。
【００４５】
条件１では、応力σは、最大値が５８ＭＰａであり、鉛直下方の方向に向いて掛かっている。これに対して、条件２では、応力σは、緩和されて最大値が４３ＭＰａであり、且つ、応力σの方向は成形煉瓦４の対角線方向になり、境界位置６の成形煉瓦４に掛かる応力σは分散されることがわかった。
【００４６】
このように、長径側の円弧部に施工する成形煉瓦４の溶融金属保持容器周方向長さＬ０を、成形煉瓦４の圧縮強度σｃによって定まる所定長さ以下として、溶融金属保持容器周方向の目地を増加することで、溶融金属保持容器１を傾転した際に境界位置６の成形煉瓦４に掛かる応力σを成形煉瓦４の圧縮強度σｃ以下にできることがわかった。
【００４７】
更に、本発明者らは、境界位置６の成形煉瓦４に掛かる応力σが圧縮強度σｃ以下となる臨界の、成形煉瓦４の溶融金属保持容器周方向長さＬ０を求める方法を検討した。
【００４８】
この検討にあたり、成形煉瓦４の任意の溶融金属保持容器周方向長さＬｉ（ｍｍ）と長径側境界間隔幅Ｗ（ｍｍ）との積を煉瓦長係数Ａｉ（ｍｍ２）と定義し、任意の溶融金属保持容器周方向長さＬｉにおいて熱応力解析によって求められた応力σｉ（ＭＰａ）と、当該応力σｉを求める際に用いた溶融金属保持容器周方向長さＬｉにおける煉瓦長係数Ａｉ（Ａｉ＝Ｌｉ×Ｗ；ｍｍ２）との関係を求めた。
【００４９】
図４に、上記条件１及び上記条件２における応力σｉと煉瓦長係数Ａｉとの関係を示す。尚、条件１は、応力σｉが５８ＭＰａで、煉瓦長係数Ａｉが４６１３８０（＝230×2006）ｍｍ２であり、条件２は、応力σｉが４３ＭＰａで、煉瓦長係数Ａｉが２２８６８４（＝114×2006）ｍｍ２である。
【００５０】
施工される成形煉瓦４の圧縮強度σｃは４８ＭＰａであるので、応力σｉが圧縮強度σｃと一致するときの煉瓦長係数Ａｉとして、条件１と条件２とを繋ぐ直線と、σｃ＝４８ＭＰａとの交点を求める。応力σｉが成形煉瓦４の圧縮強度σｃと一致するときの煉瓦長係数Ａｉを臨界煉瓦長係数Ａ０と定義すると、図４の場合には、臨界煉瓦長係数Ａ０は約３×１０５になる。このように、応力σｉと、当該応力σｉを求める際に用いた溶融金属保持容器周方向長さＬｉにおける煉瓦長係数Ａｉとの関係に基づいて、応力σｉが成形煉瓦の圧縮強度σｃと一致するときの臨界煉瓦長係数Ａ０（ｍｍ２）を求める。
【００５１】
図４は、溶融金属保持容器周方向長さＬｉが２種の場合であるが、溶融金属保持容器周方向長さＬｉを２種以上とし、それらの近似式を用いることで、臨界煉瓦長係数Ａ０を精度良く求めることができる。
【００５２】
すなわち、成形煉瓦４の溶融金属保持容器周方向長さＬ０を、下記の（２）式で算出される範囲とすることで、溶融金属保持容器１を傾転した際の、長径側の円弧部に施工した成形煉瓦４の自重に起因する、境界位置６の成形煉瓦４に掛かる応力σを圧縮強度σｃ以下にすることが可能になる。
【００５３】
Ｌ０≦Ａ０／Ｗ…（２）
ここで（２）式において、Ｌ０は成形煉瓦の溶融金属保持容器周方向長さ（ｍｍ）、Ａ０は臨界煉瓦長係数（ｍｍ２）、Ｗは長径側境界間隔幅（ｍｍ）である。
【００５４】
以上説明したように、本発明によれば、溶融金属保持容器１の円弧半径Ｒ１が５０００ｍｍ以上で、且つ、長径側境界間隔幅Ｗが長径側境界臨界間隔幅ＷCRよりも大きい溶融金属保持容器１において、長径側の円弧部に内張り耐火物として施工する成形煉瓦４の溶融金属保持容器周方向長さＬ０を、成形煉瓦４の圧縮強度σｃによって定まる所定長さ以下として、溶融金属保持容器１を傾転した際に、長径側の円弧部に施工した成形煉瓦４の自重による、境界位置６に施工した成形煉瓦４に掛かる応力σが、成形煉瓦４の圧縮強度σｃを超えないようにするので、内張り耐火物として施工した成形煉瓦４の亀裂発生が抑制され、成形煉瓦４の寿命を長期化することが実現される。
【実施例】
【００５５】
形状が図１に示す溶融金属保持容器と同等であり、表２に示す諸元の溶銑装入用取鍋に、表３に示す、嵩比重ｄが２．７０ｋｇ／ｃｍ２、圧縮強度σｃが４８ＭＰａのＡｌ２Ｏ３−ＳｉＣ−Ｃ煉瓦を、内張り煉瓦として施工することした。
【００５６】
内張り煉瓦の施工前に、長径側の円弧部に内張り耐火物として施工するＡｌ２Ｏ３−ＳｉＣ−Ｃ煉瓦の溶融金属保持容器周方向長さＬ０を２３０ｍｍ及び１１４ｍｍの２水準とし、つまり、上記条件１及び上記条件２の２水準として、長径側鉄皮円弧と短径側鉄皮円弧との境界位置に施工した成形煉瓦に掛かる応力σｉを熱応力解析によって求めた。熱応力解析の結果、長さＬ０が２３０ｍｍの場合は、前記応力σｉが５８ＭＰａになり、長さＬ０が１１４ｍｍの場合は、前記応力σｉが４３ＭＰａになった。
【００５７】
このように、溶融金属保持容器周方向長さＬ０が１１４ｍｍの場合は、長径側鉄皮円弧と短径側鉄皮円弧との境界位置に施工した成形煉瓦に掛かる応力σｉが、施工するＡｌ２Ｏ３−ＳｉＣ−Ｃ煉瓦の圧縮強度σｃ以下になることがわかった。つまり、Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＣ−Ｃ煉瓦の溶融金属保持容器周方向長さＬ０が１１４ｍｍの場合は、この溶融金属保持容器周方向長さＬ０が当該煉瓦の圧縮強度σｃによって定まる所定長さ以下となり、溶融金属保持容器周方向の目地数が確保され、長径側の円弧部に内張り耐火物として施工した成形煉瓦の自重による、長径側鉄皮円弧と短径側鉄皮円弧との境界位置に施工した成形煉瓦に掛かる応力σを、成形煉瓦の圧縮強度σｃ以下にできることがわかった。
【００５８】
この熱応力解析による結果をふまえ、長径側の円弧部に内張り耐火物として施工するＡｌ２Ｏ３−ＳｉＣ−Ｃ煉瓦の溶融金属保持容器周方向長さＬ０を２３０ｍｍ及び１１４ｍｍの２水準とし、それぞれ別々の溶銑装入用取鍋に施工した。
【００５９】
図５に、それぞれの溶銑装入用取鍋の寿命（ヒート数）を示す。成形煉瓦の溶融金属保持容器周方向長さＬ０が２３０ｍｍの場合には、溶銑装入用取鍋の寿命は２５６ヒートであり、低寿命であった。寿命後に回収した成形煉瓦は、亀裂が生じて破壊されていた。
【００６０】
一方、成形煉瓦の溶融金属保持容器周方向長さＬ０が１１４ｍｍの場合には、溶銑装入用取鍋の寿命は５６０ヒートになり、溶融金属保持容器周方向長さＬ０が２３０ｍｍの場合の寿命の２倍を超える寿命であり、寿命後に回収した成形煉瓦に亀裂破壊も認められなかった。
【００６１】
溶銑装入用取鍋の諸元、並びに、Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＣ−Ｃ煉瓦の溶融金属保持容器周方向長さＬ０が２３０ｍｍ及び１１４ｍｍの条件から、臨界煉瓦長係数Ａ０を求めた。臨界煉瓦長係数Ａ０は、前述したように、約３×１０５になり、（２）式から算出される溶融金属保持容器周方向長さＬ０は、１５０（＝300000/2006）ｍｍ以下になった。図５に、参考のために、Ａ０／Ｗを示す。
【００６２】
そこで、上記Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＣ−Ｃ煉瓦の溶融金属保持容器周方向長さＬ０を１４５ｍｍとし、別の溶銑装入用取鍋に、嵩比重ｄが２．７０ｋｇ／ｃｍ２、圧縮強度σｃが４８ＭＰａのＡｌ２Ｏ３−ＳｉＣ−Ｃ煉瓦を施工した。この溶銑装入用取鍋の寿命は、５５７ヒートになり、寿命後に回収した成形煉瓦に亀裂破壊も認められなかった。
【００６３】
このように、成形煉瓦の特性毎に、（２）式で示すＡ０／Ｗを設定し、施工する成形煉瓦の溶融金属保持容器周方向長さＬ０をＡ０／Ｗ以下とすることで、溶融金属保持容器を長寿命化できることが確認できた。
【符号の説明】
【００６４】
１  溶融金属保持容器
２  鉄皮
３  永久耐火物
４  成形煉瓦
５  トラニオン軸
６  境界位置
【図１】
2019115917.tif 000007
【図２】
2019115917.tif 000008
【図３】
2019115917.tif 000009
【図４】
2019115917.tif 000010
【図５】
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