(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉の耐火レンガの冷却構造において、
前記転炉の炉体を形成する内側の耐火レンガと外壁材との間に通風用の隙間を形成すると共に、前記隙間が形成されている部分の前記外壁材に複数の孔部を設け、溶湯中に空気又は酸素富化空気を吹き込むための羽口パイプの一部に開口部を設けて羽口から溶湯中に吹き込む空気又は酸素富化空気の一部を前記開口部から前記隙間に通風して前記孔部から排気することにより前記耐火レンガを冷却することを特徴とする転炉の耐火レンガの冷却構造。
【請求項２】
請求項１に記載の耐火レンガの冷却構造において、
前記孔部の開口径は、溶湯中に空気又は酸素富化空気を吹き込む前記羽口の開口径に対して、３０〜６０％の大きさであることを特徴とする転炉の耐火レンガの冷却構造。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の耐火レンガの冷却構造において、
前記孔部の数は、前記炉体の側面に水平方向に複数配置された前記羽口数の１０〜４０％であることを特徴とする転炉の耐火レンガの冷却構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐火レンガの冷却構造において、
前記孔部は、前記炉体の側面に水平方向に複数配置された前記羽口の配列方向に沿って配置したことを特徴とする転炉の耐火レンガの冷却構造。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の転炉の耐火レンガの冷却構造において、
前記孔部の間隔は、前記炉体の側面に水平方向に複数配置された前記羽口の間隔の２．５〜７．５倍であることを特徴とする転炉の耐火レンガの冷却構造。
【請求項６】
転炉の耐火レンガの冷却方法において、
前記転炉の炉体を形成する内側の耐火レンガと外壁材との間に通風用の隙間を形成すると共に、前記隙間が形成されている部分の前記外壁材に複数の孔部を設け、溶湯中に空気又は酸素富化空気を吹き込むための羽口パイプの一部に開口部を設けて羽口から溶湯中に吹き込む空気又は酸素富化空気の一部を前記開口部から前記隙間に通風して前記孔部から排気することにより前記耐火レンガを冷却することを特徴とする転炉の耐火レンガの冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転炉の耐火レンガの冷却構造及びその方法に関し、さらに詳しくは、転炉の耐火レンガ、特に羽口付近の耐火レンガの過熱による損耗速度を抑制して転炉の寿命を延命するための転炉の耐火レンガの冷却構造及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、銅製錬では乾燥した微粉末の精鉱を酸素富化空気又は高温熱風と同時に精鉱バーナによって自熔炉内に吹き込んでマットとスラグに分離してこれを自熔炉のタップホールから抜き出し、得られたマットをＰＳ転炉内に収容し、複数の羽口から空気又は酸素富化空気を吹き込んで処理を行うことにより粗銅を得ている。このＰＳ転炉での操業はバッチ式であり、造かん期と造銅期に分けられ、造かん期ではマット中の硫化鉄を酸化して溶融状態のスラグ（カラミ）として分離除去する。そして、スラグを排出した後のＰＳ転炉には、新たに自熔炉からのマットが装入され、上記の転炉造かん期の操業が繰り返される。この造かん期を２〜３回繰り返し、生成したマット（白かわ）が、ある量に達したのち造銅期に入り粗銅を得る。尚、造かん期で得られるスラグには３〜１０％の銅を含んでいるので浮遊選鉱により銅分を分離濃縮してさらに銅分の回収を行う。造かん期及び造銅期とも熱源は硫化物の酸化熱を利用し、基本的には必要としない。特に、造銅期には反応熱が過剰となるため、電解に際して発生するアノード鋳返し材料（電解残基銅）、製錬所内の繰り返し物、銅スクラップ等の冷材を装入して温度上昇を調節する。また、操業中に発生する排ガスにはＳＯ２が７〜１２％含まれており、硫酸の回収が行われる。
【０００３】
ＰＳ転炉の炉体は円筒横型で、マグネサイトやクロム・マグネサイトレンガで内張りされており、炉体の側面には装入・排出口が設けられておりモータによって前後に傾転することによってマットの装入や粗銅の排出が行われるようになっている。また、炉体の側面には多数の羽口が横方向に連設されており、この羽口から約１００ｋＰａ程度の加圧空気や酸素富化空気を溶融マットの中に吹き込んでいる。羽口の先端は固体の酸化鉄などによって閉塞しやすいので鉄棒を装入し、羽口の穿孔（パンチング）が行われる。
【０００４】
ところで、羽口から転炉内に加圧空気や酸素富化空気を吹き込むとマットとの反応により羽口付近が非常に高温となり、羽口付近の耐火レンガの溶損が著しく進行する。そのため、損耗した羽口付近の耐火レンガの交換を余儀なくされており、耐火レンガの交換の頻度が高いと操業効率が低下することになるので羽口付近の耐火レンガの寿命延命を図ることが望まれていた。例えば、特許文献１では、羽口部分に使用される耐火煉瓦の形状が特殊な形状であるため耐火煉瓦の製造及び補修作業に多大な労力を必要としていたことから施工が容易でしかも長期の使用に耐え得るようにするため羽口用パイプの周辺に不定型耐火物を流し込むことが提案されている。
【０００５】
また、特許文献２では、従来、羽口から底吹きガスを吹き込みながら溶射補修、焼付補修、又は吹き付け補修を行って補修体により保護層を形成し、この保護層により熱衝撃を緩和して底吹き羽口の寿命延長を図ることが行われていたが、補修後の吹錬開始時に底吹きガスの流量をあげると、補修体は羽口煉瓦の表面から容易に剥がれ脱落し、その後この剥離脱落によって羽口煉瓦の表面が溶鋼中に露出し急激に加熱されるので、羽口煉瓦は熱的スポーリングを発生して亀裂剥脱することにより損耗速度を早め、補修の効果が充分に発揮されないことから、羽口から底吹きガスを線流速５０Ｎｍ／ｓｅｃ〜５００Ｎｍ／ｓｅｃの範囲で通入しつつ、熱間補修を行うことを特徴とするガス吹き込み羽口を有する転炉型精錬容器の補修方法を提案している。
【０００６】
さらに、引用文献３では、羽口の内管内中心流路からは酸素ガスを噴射し、羽口の外管内の環状流路からは冷却ガスを噴射する同心多重管構造とし、内管を、Ｃｒ：２０〜２６ｍａｓｓ％、Ｎｉ：１０〜２５ｍａｓｓ％を含むオーステナイト系ステンレス鋼にて構成することにより、底吹き転炉あるいは上底吹き転炉等の精錬炉における羽口寿命ならびに転炉炉底の寿命を著しく向上させることができるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−５０６７１号公報
【特許文献２】特許第２８７６９５５号公報
【特許文献３】特開２００５−２６４２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、転炉の寿命は、ほとんどの場合が、羽口が貫通する近傍の羽口レンガの損耗により決まっている。従って、羽口レンガの損耗速度を抑えることが、転炉寿命の延長に大いに貢献することになる。だからといって、耐熱性のより高いレンガを使用することはコストアップとなり、また、耐熱性向上のために複雑な構造とすれば補修作業に手間がかかると共に再稼働までの時間も長期にわたりかえって操業効率を低下させることになりかねない。
【０００９】
そこで、本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、より簡単な構造でありながら羽口レンガの過熱による損耗の速度を効果的に抑制して転炉の寿命を従来よりも延長することが可能な転炉の羽口付近の耐火レンガの冷却構造及びその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために請求項１に記載の本発明は、転炉の耐火レンガの冷却構造において、転炉の炉体を形成する内側の耐火レンガと外壁材との間に通風用の隙間を形成すると共に、隙間が形成されている部分の外壁材に複数の孔部を設け、溶湯中に空気又は酸素富化空気を吹き込むための羽口パイプの一部に開口部を設けて羽口から溶湯中に吹き込む空気又は酸素富化空気の一部を開口部から隙間に通風して孔部から排気することにより耐火レンガを冷却することを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決するために請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の耐火レンガの冷却構造において、孔部の開口径は、溶湯中に空気又は酸素富化空気を吹き込む羽口の開口径に対して、３０〜６０％の大きさであることを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決するために請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載の耐火レンガの冷却構造において、孔部の数は、炉体の側面に水平方向に複数配置された羽口数の１０〜４０％であることを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決するために請求項４に記載の本発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐火レンガの冷却構造において、孔部は、炉体の側面に水平方向に複数配置された羽口の配列方向に沿って配置したことを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決するために請求項５に記載の本発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の転炉の耐火レンガの冷却構造において、孔部の間隔は、炉体の側面に水平方向に複数配置された羽口の間隔の２．５〜７．５倍であることを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決するために請求項６に記載の本発明は、転炉の耐火レンガの冷却方法において、転炉の炉体を形成する内側の耐火レンガと外壁材との間に通風用の隙間を形成すると共に、隙間が形成されている部分の外壁材に複数の孔部を設け、溶湯中に空気又は酸素富化空気を吹き込むための羽口パイプの一部に開口部を設けて羽口から溶湯中に吹き込む空気又は酸素富化空気の一部を開口部から隙間に通風して孔部から排気することにより耐火レンガを冷却することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る転炉の耐火レンガの冷却構造及びその方法によれば、簡単な構造でありながら羽口付近のレンガの過熱による損耗の速度を効果的に抑制して転炉の寿命を従来よりも延長させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る転炉の耐火レンガの冷却構造を示す転炉の正面図である。
【図２】図１の転炉の側面一部断面図である。
【図３】羽口付近の一部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［転炉の耐火レンガの冷却構造の構成］
以下、本発明に係る転炉の耐火レンガの冷却構造及びその方法について、好ましい一実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る転炉の耐火レンガの冷却構造を示す転炉の正面図、図２はその側面一部断面図である。
【００２１】
図１及び図２に示す転炉は、ＰＳ転炉１であり、初めにその概要について説明する。ＰＳ転炉１は、概略として、円筒横型の炉体２を備えており、その上面部には装入・排出口３が形成されている。炉体２の内部は耐熱材、例えば、マグネサイト又はクロム・マグネサイト煉瓦等の耐熱レンガ７によって内張りされると共に、外側の外壁材はセル８と呼ばれＳＳ等の金属材料によって被覆されている。また、電動機１ｂによって回転するローラ１ａ、１ａが炉体２の側面に接するように配置されており、これによって炉体２が傾倒可能とされている。このような傾倒機構によって炉体２を傾倒させることによりマットや冷材等の装入又はスラグや粗銅等の排出等が行われる。尚、マット等の炉体２内への装入は、炉体２を傾倒させて装入・排出口３を排ガスフード５の外側へ位置させることによって行われ、内容物を炉体２外へ排出する際には炉体２をさらに大きく傾倒させて装入・排出口３から流出させるようにして行われる。
【００２２】
ＰＳ転炉１の上方には排ガスフード５が配置されており、排ガスフード５の正面には排ガスフード５に沿うようにスライドしつつ開閉する前面フード６が配置されている。前面フード６の開閉は、前面フード６に取り付けられたワイヤＷを天井側へ引き上げ又は引き下げすることで行われるようになっている。操業中は、図２に示すように、炉体２の装入・排出口３が排ガスフード５の内側に位置するように炉体２を回転させると共に、前面フード６を閉じ、炉内で発生するガスを排ガスフード５と繋がった図示しない廃熱ボイラへ送られるようになっている。回収された排ガスは硫酸工場に運ばれ、硫酸の製造に供せられる。一方、マットや冷材を炉体２内に装入する場合は、前面フード６を開け、炉体２を手前側に傾倒させて装入・排出口３を排ガスフード５の内側から外側に位置させ、レードル９によって炉体２内へ装入する。
【００２３】
炉体２の側面下方には水平方向に沿って複数の羽口２０が設けられており、この羽口２０から溶湯中に空気又は酸素富化空気が吹き込まれるようになっている。ここで、羽口２０の構造を図３に示す。羽口２０は、本体である羽口ボックス２１に設けられた空気又は酸素富化空気を導入する空気導入部２３を備えており、羽口ボックス２１は基台２５を介して羽口スタンド２７と連結された状態で炉体２に固定されている。羽口ボックス２１の炉体２への固定は、羽口スタンド２７と基台２５とセル８を貫通するようにして配置された固定部材２９によって強固に取り付けられている。そして、空気導入部２３にはセル８及び耐火レンガ７を貫通するようにして炉内に延びる羽口パイプ２２が取り付けられている。羽口パイプ２２の周囲はモルタル２３が充填されて固定されている。尚、羽口ボックス２１と羽口スタンド２７とはボルト２１ａによって連結されており、この連結部には図示しないパッキン等を介在させることによってシール性を高め、空気又は酸素富化空気の洩れを防止している。
【００２４】
セル８と耐火レンガ７との間には隙間９が形成されており、この隙間９を形成するには、例えば、セル８と耐火レンガ７との間に配置される固定部材２９の台座部２９ａの厚みを利用することによってセル８と耐火レンガ７とが接触しない空間を形成することによって設けることができる。また、隙間９が形成されている箇所に相当する部分のセル８には、複数の孔部８ａ（図１参照）が設けられている。このように、セル８と耐火レンガ７との間に隙間９を形成することによってこの隙間９に一部の孔部８ａから空気を導入しつつ他の孔部８ａから排気するように形成することでこの空気の流れに伴う熱交換によって耐火レンガ７を冷却することができる。特に、羽口２０付近をこのような構造を設けることで高温に晒されやすい羽口２０付近の耐火レンガ７を効率的に冷却することが可能となる。
【００２５】
また、孔部８ａは、図１に示すように、羽口２０の配列方向に沿って配置することが好ましい。セル８と耐火レンガ７との間の隙間９で加熱された空気を効率よく孔部８ａから排気するためである。また、孔部８ａの開口径は、羽口２０の開口径の約３０〜６０％の大きさであることが好ましい。耐火レンガ７の支持を十分に行うにはセル８に穿設する孔部８ａの大きさはなるべく小さい方が好ましく、その一方で隙間９内の空気を十分に排気する必要があるためである。さらに、孔部８ａの数は、羽口２０の数の１０〜４０％であることが好ましい。具体的には、孔部８ａの直径は約φ２０ｍｍで、０．５〜１．５ｍ間隔で設けることが好ましい。耐火レンガ７からの熱を空気に十分に吸収させた状態で孔部８ａから排気するためである。尚、図１では、孔部８ａは羽口２０から所定の距離を隔てた上部側の炉体２に羽口２０の配設方向に沿って直線状に連続して設けられているが、直線状ではなく位置をずらしてジグザグ状に配置することもできる。また、羽口２０の下側に設けることも可能であり、さらには羽口２０の上下両方に設けることもできる。
【００２６】
他の実施形態としては以下のようなものがある。すなわち、セル８と耐火レンガ７との間を貫通するようにして配置されている羽口パイプ２２のうち、ちょうど隙間９の部分に位置する部分の羽口パイプ２２の側面に開口部２４を設け、炉内に吹き込む空気又は酸素富化空気の一部を隙間９に通風し、孔部８ａから排気することにより耐火レンガ７を冷却するように構成することもできる。炉内には、５５０〜７５０Ｎｍ３／分の容量の空気又は酸素富化空気が導入されているので、この場合には、より積極的に隙間９へ空気又は酸素富化空気の一部を通風することになるので大きな冷却効果が期待できる。尚、孔部８ａの大きさ、数、配置場所等については上述の実施形態と同様にすることができる。空気又は酸素富化空気の吹き込みによって起こる酸化反応は、羽口２０先端近傍で最も活発に起こるため、羽口付近の耐火レンガ７最も損耗速度が大きくなっている。耐火レンガ７の損耗速度の抑制、ひいては転炉炉壁の寿命の延命を図るにはかかる冷却構造及びその方法によるのが最も効果的であると考えられる。
【００２７】
[転炉の耐火レンガの冷却方法]
次に、上述した転炉の耐火レンガの冷却構造の動作の説明と併せて本発明に係る転炉の耐火レンガの冷却方法について説明する。まず、ＰＳ転炉１内に溶湯が装入されて排ガスフード５ｇ閉じられた状態で羽口２０から空気又は酸素富化空気を炉内に吹き込む。空気又は酸素富化空気は羽口パイプ２２から炉内に吹き込まれるので羽口２０付近の温度が相対的に高温となる。このときセル８に設けられた複数の孔部８ａの一部から隙間９内に空気が吸い込まれ、隙間９の内部において耐火レンガ７の熱によって吸い込まれた空気によって熱交換され、耐火レンガ７冷却されると共に加熱された空気は他の孔部８ａから排気されて炉の外部に排気される。これが順次繰り返されることによって比較的高温になりやすい羽口２０付近の耐火レンガ７は効率的に冷却される。
【００２８】
さらに、空気又は酸素富化空気の一部を羽口パイプ２２の開口部２４から積極的に隙間９に吹き込んで耐火レンガ７の冷却を行う方法について上記した実施形態の動作と併せて説明する。本実施形態では、空気導入部２３から送り込まれた空気又は酸素富化空気は羽口パイプ２２を通って炉内の溶湯中に吹き込まれるが、空気又は酸素富化空気の一部が羽口パイプ２２に設けられた開口部２４から積極的に隙間９へ通風される。隙間９に導入された空気又は酸素富化空気は耐火レンガ７の熱と熱交換して耐火レンガ７を冷却すると共に隙間９内の空気又は酸素富化空気は加熱されて孔部８ａから排気される。これにより、耐火レンガ７は積極的に冷却されることになり、最も損耗速度が大きい羽口２０付近の耐火レンガ７の損耗速度が効果的に抑制され、ひいては転炉寿命の延命を図ることが可能となる。
【００２９】
[実施形態の効果]
本発明を実施することにより、従来よりも耐火レンガの補修作業の回数を減らすことができた。特に、羽口パイプに設けた開口部２４から隙間９へ空気又は酸素富化空気の一部を通風するようにした場合にはこれまで耐火レンガを交換してから次の交換までの転炉の操業回数が従来よりも約１０％増加した。すなわち、操業効率が１０％アップした。
【００３０】
以上のように、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００３１】
Ｗ      ワイヤ
１      ＰＳ転炉
２      炉体
３      装入・排出口
５      排ガスフード
６      前面フード
７      耐火レンガ
８      セル
８ａ      孔部
９      隙間
２０      羽口
２１      羽口ボックス
２１ａ      ボルト
２２      羽口パイプ
２３      空気導入部
２４      開口部
２５      基台
２７      羽口スタンド
２９      固定部材
２９ａ      台座部
【図１】
0005726614.tif 000002
【図２】
0005726614.tif 000003
【図３】
0005726614.tif 000004