(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉鋳床樋の溶湯に接する耐火物であるウエアーライニング材と、樋の外枠を形成する鉄皮との間に、上記ウエアーライニング材側から順に、アルミナ質耐火物層，断熱れんが層，アルミナ炭珪れんが層を配してなり、前記断熱れんが層は、Ａｌ2Ｏ3：４０重量％以上，ＳｉＯ2：３０重量％以上を含有し、かつ熱伝導率が０．５ｋｃａｌ／ｍｈ℃以下，１２００℃で２ｋｇ／ｍ2の応力を５時間負荷したときのクリープ変形率が０．５％以下の特性を有する断熱れんがを使用して形成されている高炉鋳床樋の耐火物構造。
【請求項２】
アルミナ質耐火物層は、Ａｌ2Ｏ3：８０重量％以上，ＳｉＣ：７重量％以上，残部にＳｉＯ2を含有し、かつ熱伝導率が２．５〜５．０ｋｃａｌ／ｍｈ℃である特性を有するアルミナ質耐火物を使用して形成されている、請求項１に記載の高炉鋳床樋の耐火物構造。
【請求項３】
アルミナ炭珪れんが層は、Ａｌ2Ｏ3：５５重量％以上，ＳｉＣ：２０重量％以上，残部にＳｉＯ2を含有し、かつ熱伝導率が１．２〜２．０ｋｃａｌ／ｍｈ℃である特性を有するアルミナ炭珪れんがを使用して形成されている、請求項１に記載の高炉鋳床樋の耐火物構造。
【請求項４】
アルミナ質耐火物層の一部または全部が、Ａｌ2Ｏ3：８０重量％以上，ＳｉＣ：７重量％以上，残部にＳｉＯ2を含有し、かつ熱伝導率が２．５〜５．０ｋｃａｌ／ｍｈ℃である特性を有するアルミナ質耐火物のプレキャストブロックを使用して構成されている、請求項１に記載の高炉鋳床樋の耐火物構造。
【請求項５】
断熱れんが層は２種以上の断熱れんがを積層した複層構造を有し、その複層構造を構成する断熱れんがのうち少なくとも１種以上が、Ａｌ2Ｏ3：６０重量％以上，ＳｉＯ2：３０重量％以上を含有し、かつ熱伝導率が０．５ｋｃａｌ／ｍｈ℃以下，１２００℃で２ｋｇ／ｍ2の応力を５時間負荷したときのクリープ変形率が０．５％以下である特性を有する断熱れんがである、請求項１に記載の高炉鋳床樋の耐火物構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉の出銑口から出湯された溶湯を所定の運搬設備まで流す高炉鋳床樋に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高炉の出銑口からは、１４５０〜１５５０℃の高温の溶湯（溶銑・溶滓）が一定間隔で出湯される。この溶湯を受け止めて流す役割を果たす樋において、溶湯と接する部分の耐火物（ウエアーライニング材）は、高温に曝され、しかも溶滓による浸食を受けやすいため、耐熱性・耐食性に優れた材質であることが要求される。一般的には、アルミナ，マグネシウムスピネル，炭化珪素等を骨材とした不定形材を流し込み施工して、湯道を形成させている。このウエアーライニング材は、通常、アルミナ炭珪れんがや断熱キャスタブル（不定形材）等の耐火物を介して樋の外枠を形成する鉄皮により支持されている。
【０００３】
ウエアーライニング材は、高温の溶湯と接して加熱−冷却を繰り返し受けるため、亀裂や局部的損傷を生じやすい。このような欠陥を放置すると欠陥部分から溶湯が侵入し、ついには溶湯が鉄皮にまで達して鉄皮を溶損させ漏銑（落銑）事故につながる恐れがある。また、外枠鉄皮は長期間使用するうちに膨張−収縮を繰り返し受けて熱変形し、これに起因して耐火物の劣化（亀裂・剥離・目地損傷）が進み、その結果同様の事故につながる恐れもある。このため、実操業においては、ウエアーライニング材およびそれを支える耐火物，鉄皮の入念な点検・補修作業を頻繁に行って、漏銑トラブルを未然に防止している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の多くの樋では、鉄皮に最も近い部分に断熱キャスタブル材を使用しているが、このような耐火物構造では、鉄皮近くの断熱キャスタブル材の部位に大きな温度勾配が生じて、樋全体としての温度分布に大きな偏りが発生する。このため、樋を構成する各材料間に作用する応力状態にアンバランスが生じやすく、また、鉄皮に接する耐火物がキャスタブルであるためこの部分での破損も大きい。
【０００５】
漏銑トラブルを防止する方法としては、ウエアーライニング材の性能を飛躍的に向上させることも考えられるが、現実的には難しい。したがって、損傷部位の早期補修を実施すること以外に効果的な漏銑トラブル対処法がないのが現状である。本発明は、上記漏銑トラブルが、膨張−収縮を繰り返し受けることにより樋を構成する各材料間に不均一な歪みが生じることに起因して発生する点に着目し、特性の異なる耐火物を適切に配置して樋内部の温度勾配を適正化することにより、樋全体としての耐久性を向上させた高炉鋳床樋を提供することを目的とする。
【０００６】
上記目的は、高炉鋳床樋の溶湯に接する耐火物であるウエアーライニング材と、樋の外枠を形成する鉄皮との間に、上記ウエアーライニング材側から順に、アルミナ質耐火物層，断熱れんが層，アルミナ炭珪れんが層を配してなり、前記断熱れんが層は、Ａｌ2Ｏ3：４０重量％以上，ＳｉＯ2：３０重量％以上を含有し、かつ熱伝導率が０．５ｋｃａｌ／ｍｈ℃以下，１２００℃で２ｋｇ／ｍ2の応力を５時間負荷したときのクリープ変形率が０．５％以下の特性を有する断熱れんがを使用して形成されている高炉鋳床樋の耐火物構造によって達成される。
【０００７】
本発明は、特に、アルミナ質耐火物層として、Ａｌ2Ｏ3：８０重量％以上，ＳｉＣ：７重量％以上，残部にＳｉＯ2を含有し、かつ熱伝導率が２．５〜５．０ｋｃａｌ／ｍｈ℃である特性を有するアルミナ質耐火物を使用した耐火物構造を提供する。同様に、アルミナ炭珪れんが層として、Ａｌ2Ｏ3：５５重量％以上，ＳｉＣ：２０重量％以上，残部にＳｉＯ2を含有し、かつ熱伝導率が１．２〜２．０ｋｃａｌ／ｍｈ℃である特性を有するアルミナ炭珪れんがを使用した耐火物構造を提供する。
【０００８】
また、本発明は、アルミナ質耐火物層の一部または全部に、Ａｌ2Ｏ3：８０重量％以上，ＳｉＣ：７重量％以上，残部にＳｉＯ2を含有し、かつ熱伝導率が２．５〜５．０ｋｃａｌ／ｍｈ℃である特性を有するアルミナ質耐火物のプレキャストブロックを使用した耐火物構造を提供する。さらに、断熱れんが層として、２種以上の断熱れんがを積層した複層構造を有し、その複層構造を構成する断熱れんがのうち少なくとも１種以上が、Ａｌ2Ｏ3：６０重量％以上，ＳｉＯ2：３０重量％以上を含有し、かつ熱伝導率が０．５ｋｃａｌ／ｍｈ℃以下，１２００℃で２ｋｇ／ｍ2の応力を５時間負荷したときのクリープ変形率が０．５％以下である特性を有する耐火物構造を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の樋耐火物構造は、ウエアーライニング材に近い部位では温度勾配が緩やかになり、逆に、鉄皮に近い部位では比較的温度勾配が大きくなるようにし、しかも、鉄皮近くの温度勾配があまり大きくなりすぎないよう配慮して、ウエアーライニング材と鉄皮の間に熱伝導率の異なる耐火物を配置することにより、樋全体として熱応力を緩和するものである。ただし、ウエアーライニング材と鉄皮の間には通常１０００℃以上の温度差が生じるので、単に熱伝導率の異なる耐火物を張り合わせただけでは、それぞれの耐火物中での温度勾配が大きくなりすぎ、応力状態のアンバランスの解消にはならない。そこで、本発明では、ウエアーライニング材側の耐火物と鉄皮側の耐火物の間に断熱れんが層を挟み、この断熱れんが層で温度差を吸収して、ウエアーライニング材側と鉄皮側の両方において温度勾配の適正化を図る。
【００１０】
ウエアーライニング材側にアルミナ質耐火物層を配置するのは、アルミナ質耐火物はウエアーライニング材と熱伝導率が比較的近似しているからである。アルミナ質耐火物としては、Ａｌ2Ｏ3：８０重量％以上，ＳｉＣ：７重量％以上，残部にＳｉＯ2を含有し、かつ熱伝導率が２．５〜５．０ｋｃａｌ／ｍｈ℃である特性を有するものを使用することが望ましい。このアルミナ質耐火物は、特に敷部においてプレキャストブロックの形態のものが好適に適用できる。プレキャストブロックはメーカーの工場で一定の品質管理の下で生産されるので、これを使用することで強度的に安定したアルミナ質耐火物層を形成できる。また、プレキャストブロックはあらかじめ充分乾燥されているので、樋の施工期間も短縮できる。このプレキャストブロックは、アルミナ質耐火物層全体に使用することもできるが、経済的な観点から、負荷の大きい敷部およびコーナー部のみにプレキャストブロックを使用し、壁部には流込み材を使用することもできる。
【００１１】
鉄皮側にアルミナ炭珪れんが層を配置するのは、アルミナ炭珪れんがは比較的熱伝導率が大きく、鉄皮からの冷却能を高めることが可能であること、および、従来の断熱キャスタブル材等と比較すると強度が高いため、万一耐火物中に溶湯が侵入してきた場合においても、鉄皮とともにいわゆる「最後のとりで」としての機能を発揮できるからである。アルミナ炭珪れんがとしては、Ａｌ2Ｏ3：５５重量％以上，ＳｉＣ：２０重量％以上，残部にＳｉＯ2を含有し、かつ熱伝導率が１．２〜２．０ｋｃａｌ／ｍｈ℃である特性を有するものを使用することが望ましい。このアルミナ炭珪れんがは、前記のアルミナ質耐火物のプレキャストブロックと同様、メーカーの工場で生産され、充分乾燥したものを使用するので、品質面、および樋の施工期間の面で優れている。
【００１２】
断熱れんが層は、前述のとおり、アルミナ質耐火物層とアルミナ炭珪れんが層の間の大きな温度差を吸収する役割を果たす。断熱れんが層内部において充分な温度勾配を維持するためには、熱伝導率が０．５ｋｃａｌ／ｍｈ℃以下である断熱れんがを使用する必要がある。また、両側のアルミナ質耐火物層とアルミナ炭珪れんが層から大きな応力を受けることになるので、この応力による変形に耐えるためには、熱間における曲げ強度が高いと同時に、１２００℃で２ｋｇ／ｍ2の応力を５時間負荷したときのクリープ変形率が０．５％以下である断熱れんがを使用する必要がある。このような特性を有する断熱れんがとしては、Ａｌ2Ｏ3：４０重量％以上，ＳｉＯ2：３０重量％以上を含有するものが使用できる。
【００１３】
断熱れんがの材質として、Ａｌ2Ｏ3の含有率が高いものほど、強度が高く、クリープ変形率が小さいという点で優れた特性を示す。しかし、Ａｌ2Ｏ3は高価であり、また、Ａｌ2Ｏ3含有率が高くなるほど熱伝導率が上昇するため、断熱れんが層全体にＡｌ2Ｏ3の含有率の高いれんがを使用することは必ずしも適切ではない。そこで、断熱れんが層をＡｌ2Ｏ3含有率の異なる２種以上の断熱れんがを積層した複層構造とし、性能とコストの両面においてバランスのとれた構成とすることが望ましい。具体的には、その複層構造を構成する断熱れんがのうち少なくとも１種以上に、Ａｌ2Ｏ3：６０重量％以上，ＳｉＯ2：３０重量％以上を含有した強度と耐クリープ性に優れたれんがを使用し、他の部分に、これよりＡｌ2Ｏ3含有率が低く断熱性に優れたれんがを使用することが望ましい。複層構造は、２種類の断熱れんがを張り合わせた２層構造とするだけでも効果があるが、３層以上としても良い。２層構造とする場合、Ａｌ2Ｏ3の含有率が高いれんがをアルミナ質耐火物側（＝ウエアーライニング材側）とすることが好ましい。種類の異なる断熱れんがを張り合わせる方法としては、例えば、モルタル等をバインダーとして使用する方法が好適に採用できる。
【００１４】
【実施例】
樋の幅方向両サイドの鉄皮内側の間隔が２８００ｍｍ，湯道の最大幅が１３００ｍｍの高炉鋳床の大樋において、本発明の耐火物構造を採用して操業に使用した。図１に、この樋の略断面図を示す。表１には、使用した耐火物の組成、および特性を示す。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
鉄皮の内側には、厚さ１２０ｍｍのアルミナ炭珪れんが層を設けた。この内側に、厚さ１００ｍｍの断熱れんが層を設けた。断熱れんが層は、Ａｌ2Ｏ3の含有率が異なる２種類の断熱れんがをモルタルを用いて張り合わせた複層構造とした。ここで、内側（アルミナ質耐火物層側）にはＡｌ2Ｏ3含有率が６４．８重量％の断熱れんが（５０ｍｍ厚）を配置し、外側にはＡｌ2Ｏ3含有率が４３．８重量％の断熱れんが（５０ｍｍ厚）を配置する構造とした。この断熱れんが層の内側には、１６０ｍｍ厚さのアルミナ質耐火物層を設けた。このアルミナ質耐火物層のうち、敷部とコーナー部にはプレキャストブロックを配し、壁部には流込み材を使用した。そして、この内側にウエアーライニング材を流し込んで、湯道を形成させた。ウエアーライニング材の厚さは、湯道直下において４１３ｍｍである。
【００１７】
図２に、この本発明の耐火物構造を採用した樋について、敷部（幅方向中央部）における耐火物の温度勾配を計算した結果を例示する。ウエアーライニング材の湯道表面温度が１５００℃、外気温度が３０℃の場合の定常状態を想定し、鉄皮の熱伝導率は４０ｋｃａｌ／ｍｈ℃、各耐火物の熱伝導率は表１に示す値を採用した。図２の結果は、耐火物の間に配置した断熱れんが層において約７８０℃の温度差を吸収し、ウエアーライニング材側と鉄皮側の両方において、それぞれ温度勾配の適正化が図られることを示している。
【００１８】
（比較例）
樋の幅方向両サイドの鉄皮内側の間隔が１７４８ｍｍ，湯道の最大幅が９１０ｍｍの高炉鋳床の大樋において、従来の耐火物構造を採用した場合の比較例を示す。表２には、使用した耐火物の組成、および特性を示す。
【００１９】
【表２】
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【００２０】
鉄皮の内側には、厚さ８０ｍｍの断熱キャスタブル層を設けた。この内側に、厚さ７５ｍｍの耐火れんが層を設けた。その内側には、厚さ１６０ｍｍのアルミナ炭珪れんが層を設けた。そして、このアルミナ炭珪れんが層の内側に、ウエアーライニング材を流し込んで湯道を形成させた。ウエアーライニング材の厚さは、湯道直下において２００ｍｍである。
【００２１】
図３に、この比較例の樋について、敷部（幅方向中央部）における耐火物の温度勾配を計算した結果を例示する。前記実施例と同様に、ウエアーライニング材の湯道表面温度が１５００℃、外気温度が３０℃の場合の定常状態を想定し、鉄皮の熱伝導率は４０ｋｃａｌ／ｍｈ℃、各耐火物の熱伝導率は表２に示す値を採用した。図３の結果から、鉄皮近傍に急激な温度勾配が存在し、この温度分布の偏りが、樋全体としての応力状態のアンバランスを引き起こす要因になっていたものと推測される。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の樋耐火物構造は、各種耐火物を、それぞれの特性が十分に利用できるよう、いわば適材適所に配置する構造を採用するものである。この構造により、温度分布の適正化を通じて各部位に生じる歪を緩和し、樋全体としての耐久性を向上させることが可能になる。すなわち、特殊な材質のウエアーライニング材を開発することなく、比較的簡便に樋の耐久性が向上できる。したがって、高炉操業現場の鋳床における作業性の改善に大きく貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の耐火物構造を有する高炉鋳床樋の断面構造の一例を示す図である。
【図２】本発明の耐火物構造を有する高炉鋳床樋を使用した場合における温度分布の計算結果を示すグラフである。
【図３】従来の耐火物構造を有する高炉鋳床樋を使用した場合における温度分布の計算結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１  ウエアーライニング層
２ａ  アルミナ質耐火物プレキャストブロック層
２ｂ  アルミナ質耐火物流込み成形層
３  断熱れんが層
４  アルミナ炭珪れんが層
５  鉄皮
【図１】
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【図２】
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【図３】
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