(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉炉床の耐火物構造において、炉床の耐火物を中心部から炉壁部に向かって、同心円的に３つ以上の領域に分割し、それぞれの領域に敷設する耐火物を炉壁部に向かって熱伝導率が大きくなる耐火物を配置したことを特徴とする高炉炉床構造。
【請求項２】
高炉炉床の耐火物構造において、炉床の耐火物に少なくとも３種類以上の熱伝導率の耐火物を使用すると共に、炉床の中心部から炉壁部、及び炉床の中心部表面から内部に向かってそれぞれ熱伝導率が大きな耐火物を積層配置したことを特徴とする高炉炉床構造。
【請求項３】
高炉炉床の耐火物構造において、炉床の耐火物に少なくとも２種類以上の熱伝導率の耐火物を使用すると共に、熱伝導率が大きな耐火物の使用割合を中心部から炉壁部に向かって多く配置したことを特徴とする高炉炉床構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉の炉床構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉の構造は、外周を鉄皮で覆い、内側に耐火物を内張りしたものとなっている。炉床あるいは炉底部においては、溶銑にさらされるため、溶銑による浸食に強いカーボンレンガやシャモットレンガが用いられる。炉底面は通常水平に構成され、下部から複数段のレンガが積み重ねられる。
【０００３】
火入れ後高炉の炉床部は、鉱石の還元・溶融によって生じた溶銑・溶滓と、炉芯と呼ばれるコークスの充填層が混在した領域となる。溶銑は比重が約７であり、見かけ比重約１のコークスに比べて非常に重いため炉芯コークスに対して大きな浮力が働くが、一方、炉芯コークス層には上部の鉱石層・コークス層等の荷重がかかるため、この浮力と荷重による重力、さらに壁面と炉内充填物の間の応力、送風ガスによる浮力等の力のバランスにより、炉芯コークス層は炉底面に着床あるいは炉底面から浮上している。特に大型高炉では、炉内の半径方向によって荷重が異なるため、炉芯の浮沈状況あるいは炉底面からの浮上量が位置によって異なり、普通は壁面との応力や送風ガスによりレースウェイが形成される炉壁部の方が中心部よりも荷重が小さく、炉芯コークス層が浮上しやすい条件にあると考えられる。
【０００４】
溶銑は炉床部の湯溜まりを出銑口に向かって流れるが、炉芯内部の状態や炉芯の浮沈状態によってこの溶銑流れは変化する。炉芯コークス層が浮上して炉底面との間にコークスが存在しない空隙ができると溶銑はここを流れやすくなり、特に炉芯の中央部が炉底面に着床し、炉芯の周辺部が浮上していると炉底コーナー部にできた空隙を環状に速い流れが生成し、この付近の耐火物が浸食されやすくなる。また、ひとたびこの部位の耐火物が浸食されると、炉底コーナー部の空隙はさらに拡大し、ここを流れる溶銑が増加して浸食がさらに進む悪循環に陥る。このような炉床側壁から炉底周辺部にかけて浸食される状況は「のらくろ型浸食」と呼ばれ、これに対し炉底の中央部から浸食が進んでいく状況は「おわん型浸食」と呼ばれる。
【０００５】
近年の高炉の寿命は炉床側壁部の浸食が最大の支配要因であり、炉寿命を延長するためには「のらくろ型浸食」を避けることが望ましい。「のらくろ型浸食」を誘導する炉底環状流を抑制するための炉底構造に関する工夫としては、例えば特開平１−７５６１２号公報に、炉底中央部に高さの異なるレンガを用いて凹凸面を形成する高炉炉底構造が、また、特開平４−４５２１３号公報に、炉底面を傾斜させて構成する高炉炉床構造が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１−７５６１２号公報の構造で高さの異なるレンガを用いて凹凸面を形成しても、粒径の小さい炉芯コークスが凹面に入り込んでコークス非充填領域が期待通りに出来ないことが考えられ、また、高炉の経年による耐火物の損耗により凸側の耐火物の角が取れるなどして凹凸が緩慢になり、炉底中央部にコークス非充填行きが形成しなくなることも考えられる。
【０００７】
また、特開平４−４５２１３号公報の構造は、炉底環状流を防ぐには有効な方法ではあるものの、水平断面が円形である高炉において周辺から中心にかけて下向きに傾斜した炉底面を構成することは、その部分はすりばち状の構造になっていなければならず、一般的な角形のレンガを用いた通常のレンガ積み方法では構成できない。実現するためには特殊な形状のレンガを特別に製作するか、多量のレンガをカット加工するか、レンガを斜めに傾けて積まねばならない。斜めに傾けてもすりばち状の構造を作るのは難しく、隣接のレンガとの接触部にやはり一部特殊形状かカット加工が必要となる。従って、施工上の困難と設備費用の増大を招く。
【０００８】
そこで、本発明者等は特開平９−２７９２０８号公報の技術を提案している。
この発明は、簡易な耐火物積み構成で、前記浸食が「おわん型浸食」となるような炉床構造を簡便、かつ低コストの耐火物構造でもって達成することを目的とする。ただ、この発明は、前記浸食を「おわん型浸食」に誘導する為に、炉中央部に空間を設けるようにレンガ積みを行う構成であるが、炉中央部の溶損時間を考慮した高炉炉床中央部の厚みが必要となり、炉壁近傍部はその分厚く形成されることになる。
そこで、本発明では、高炉炉床は通常の厚みで、かつ、高炉使用時に溶銑による浸食を「おわん型浸食」に誘導できる炉床構造とすることを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（特徴点）
本発明においては、高炉炉床の耐火物構造において、炉床基盤の耐火物を中心部から炉壁部に向かって、同心円的に３つ以上の領域に分割し、それぞれの領域に敷設する耐火物を炉壁部に向かって熱伝導率が大きくなる耐火物を配置する構成とした高炉炉床構造にある。
また、高炉炉床の耐火物構造において、炉床基盤の耐火物に少なくとも３種類以上の熱伝導率の耐火物を使用すると共に、炉床の中心部から炉壁部、及び炉床の中心部表面から内部に向かってそれぞれ熱伝導率が大きな耐火物を積層配置した高炉炉床構造にある。
更に、高炉炉床の耐火物構造において、炉床基盤の耐火物に少なくとも２種類以上の熱伝導率の耐火物を使用すると共に、熱伝導率が大きな耐火物の使用合を中心部から炉壁部に向かって多く配置する構成とした高炉炉床構造にある。
【００１０】
（作用）
本発明において、炉底基盤の中心部から炉壁部に向かって熱伝導率が大きくなる耐火物を配置する構成、又は炉底基盤の中心部から炉壁部及び中心部表面から内部に向かって熱伝導率が大きな耐火物を積層配置する構成、或いは熱伝導率が大きな耐火物の使用割合を中心部から炉壁部に向かって多く配置する構成となっており、熱伝導率の高い耐火物の方が冷却効率が高く耐火物稼働表面温度が低くなることより、高炉操業時に炉壁に近い炉床周辺部の冷却効率が良く、この周辺部の溶損を大幅に軽減する。これに対し炉床中央部の耐火物は、熱伝導率が炉床周辺部に比べ低く通常の溶損状態となり、炉床中央部の方の浸食が進むことになり、炉底の状況を「おわん型浸食」に誘導することが出来るように作用する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づき説明するが、本発明は本実施の形態に限るものではない。
図１は、本発明の実施形態の概略平面図であり、高炉炉体１の炉底基盤の耐火物２を中心部から炉壁部３に向かって、同心円的に３つ以上の領域に分割し、それぞれの領域に敷設する耐火物を炉壁部に向かって熱伝導率が大きくなる耐火物を配置する構成としている。
【００１２】
ここで、耐火物を３種類以上としているのは、２種類以下では「おわん型浸食」に誘導することが出来ないからである。
即ち、２種類の耐火物をもって、熱伝導率が高い耐火物２Ａを炉底周辺部に、熱伝導率が低い耐火物２Ｂを炉底中心部に用いる場合、次のような溶損形態が想定しうる。２種類の耐火物の境界が周辺に近い、すなわち熱伝導率が低い耐火物２Ｂの使用領域が大きい場合、図２のように、熱伝導率が一定の２Ｂ領域の中で中心側の溶損が抑制され、凝固層の形成が中心部のみ進むいわゆる「炉底隆起」が起こりやすくなる。これは間接的に「のらくろ型侵食」の原因となりうる。
また逆に、２種類の耐火物の境界が中心に近い、すなわち熱伝導率が高い耐火物２Ａの使用領域が大きい場合、図３のように、熱伝導率が一定の２Ａ領域の中でコークス非充填域が生成しやすい炉壁近傍の溶損が進み、「のらくろ型侵食」を引き起こしてしまう。
これに対し、３種類以上の耐火物をもって、熱伝導率が周辺側ほど高い耐火物を炉底に使用すれば、中心部に使用する低熱伝導率耐火物の領域を上記「炉底隆起」が起こらない程度にとどめ、かつ、炉壁側に使用する高熱伝導率耐火物の領域を上記「のらくろ型侵食」を引き起こさない程度にとどめることが可能となり、炉底部の侵食を図６のような「おわん型侵食」に誘導することができる。
【００１３】
具体的構成を述べると、例えば炉壁３に近い部分の耐火物には、熱伝導率が２５Ｗ／ｍＫ以上の耐火物２Ａを使用し、その内側領域には熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫの耐火物２Ｂを使用し、炉の中心部分には熱伝導率が１５Ｗ／ｍＫの耐火物２Ｃを使用して、炉床を構築する。
このように高炉炉底部に２に耐久性の異なる３段階以上の耐火物を２Ａ，Ｂ，Ｃにより構築した具体的な耐火物配置とした実施の形態例を図４に示す。
図１に示す如く、耐火物を敷設するには、明確な同心円的となるように各耐火物を切断する必要があり、作業効率が悪いことより、図４に示す第１の実施形態例の如く、耐火物の端部が同心円的に位置するように配置することが出来る。
ここで、炉壁３に近い部分の耐火物には、熱伝導率が２５Ｗ／ｍＫ以上の耐火物２Ａを使用し、その内側領域には熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫの耐火物２Ｂを使用し、炉の中心部分には熱伝導率が１５Ｗ／ｍＫの耐火物２Ｃを配置している。
【００１４】
次に、図５は、本発明の第２の実施形態例を示す高炉炉床部の断面図を示し、耐火物を炉床の中心部から炉壁部に向かって熱伝導率の大きな耐火物を使用することは前述の実施例と同様であるが、これに加え炉床の中心部表面から内部に向かっても同様に熱伝導率の大きな耐火物を使用する構成で、炉床中央部は、熱伝導率が１５Ｗ／ｍＫ以上の耐火物２Ｃを使用し、その下方領域には熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫの耐火物２Ｂを使用し、更に下方には熱伝導率が２５Ｗ／ｍＫの耐火物２Ａを配置している。また、炉床表面が、熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫの耐火物２Ｂを使用している部分の下方には熱伝導率が２５Ｗ／ｍＫの耐火物２Ａを配置している。
【００１５】
このようにして構成された高炉を操業すると、火入れ後、定常操業になって以降炉床部に溜まった溶銑の浮力により、前記従来の技術の項で述べたような作用で炉芯が浮上しようとするが、中央部の炉底が周辺部よりも深いために中央部の方が周辺部よりも大きな浮力を受け、周辺部よりも先に浮上する。貯銑量の増加や荷重の低下によってさらに浮力が荷重より大きくなると、周辺部も浮上して全体が浮上する。このような炉芯浮上状態では、炉芯コークス充填層４に比べてコークス非充填領域５の方が通液抵抗が小さく、コークス非充填領域５を通る溶銑量が多くなり、耐火物の浸食が大きくなる。ところが、炉壁近傍の耐火物は炉底面の中央部に比べ、熱伝導率が高いものを使用しているため、浸食の度合いを大幅に低減することが出来る。これに比べ炉床の中央部では、冷却効率が炉床周部に比べ悪い為、炉床中央部の溶損が進みやすく、図６に示す如く高炉炉床の中部の耐火物が点線に示す如く溶損し、炉床面のプロフィールとなり、いわゆる「おわん型浸食」の炉底部全体を誘導することが出来る。
【００１６】
図７は、第３の実施の形態例を示すもので、上記実施の形態と異なり、炉床基盤の耐火物に２種類の熱伝導率が２５Ｗ／ｍＫの耐火物２Ａと熱伝導率が１５Ｗ／ｍＫの耐火物２Ｃを使用し、熱伝導率を大きな耐火物２Ａの使用割合を中心部から炉壁部３に向かって多く配置する構成としている。このような構成とすることにより、炉床部分の熱伝導率をマクロ的に見た場合、炉半径方向に段階的に熱伝導率を変化させることが出来、上記実施の形態と同様の効果を２種類の耐火物でも提供することができるが、３種類以上の熱伝導率の耐火物を使用して構成しても良いことは言うまでもない。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の高炉炉床構造によれば、高炉の炉床を構築する際に、炉壁部に向かって熱伝導率が大きくなる耐火物を配置するという単純な構成とすることのみで、火入れ後の高炉炉床部耐火物の浸食プロフィールを「のらくろ型浸食」でなく「おわん型浸食」に誘導することができる。更に、構成自体が単純であり、従来の高炉にそのまま適用することが出来等優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高炉の炉床構造であって、高炉を横断面とした模式的説明図である。
【図２】２種類の耐火物を使用した時の炉底構造における溶損形態の説明図である。
【図３】２種類の耐火物を使用した時の炉底構造における溶損形態の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る高炉の炉床構造であって、高炉を横断面とした説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る高炉の炉床構造であって、高炉を縦断面とした説明図である。
【図６】本発明の高炉の炉床構造であって、高炉を側面から見た状態の説明図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る高炉の炉床構造であって、高炉の横断面図である。
【符号の説明】
１  高炉炉床の鉄皮
２    耐火物
２Ａ    熱伝導率が大きい耐火物
２Ｂ    Ａよりも熱伝導率が小さい耐火物
２Ｃ    Ｂよりも熱伝導率が小さい耐火物
３    炉壁耐火物
４    コークス充填層
５    コークス非充填層
【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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【図６】
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【図７】
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