JP2000226611A

JP2000226611A - 溶湯容器の高温断熱内張り構造

Info

Publication number: JP2000226611A
Application number: JP11024785A
Authority: JP
Inventors: Yoshitoshi Saito; 吉俊齋藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-02-02
Filing date: 1999-02-02
Publication date: 2000-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】溶湯の温度降下、熱負荷に伴う鉄皮の変形及
び亀裂を防止する。【解決手段】比重が０．１５〜０．５、熱伝導率が図
１のＡ（２００，０．０１５）、Ｂ（１０００，０．０
２５）、Ｃ（１０００，０．１）及びＤ（２００，０．
０６）で囲まれる範囲に含まれる断熱材をパーマ層と鉄
皮の間にライニングし、内側から順にキャスタブル、パ
ーマ層、断熱材及び鉄皮からなることを特徴とする溶湯
容器の高温断熱内張り構造。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄、アルミニウ
ム、銅及びガラス等の溶湯を保持する転炉、電気炉、真
空脱ガス漕などの溶湯容器の断熱内張り構造に関する。
さらに詳しくは、溶湯容器における炉体からの放熱によ
る溶湯の温度降下及び炉体鉄皮への熱負荷の軽減を可能
としうる断熱内張り構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、高温の溶湯が在湯する容器の内
張り耐火物は、ウェア層とパーマ層により形成されてい
る。近年、溶湯容器のウェア層には簡易施工が可能な不
定形耐火物の利用が拡大しつつある。一方、例えば、鉄
鋼業においては、鋼材の高付加価値化に伴い脱ガス処理
や連続鋳造の普及が進み、その間での溶湯の温度降下が
大きくなるため、温度補償が一層求められるようになっ
てきている。そのために、エネルギー的には負荷の大き
いプロセスとなっているのが現状である。また、溶鋼温
度が高くなっていることは、耐火物の寿命にも悪影響を
及ぼすだけでなく、鉄皮への熱負荷も増加し、諸設備の
コストや生産計画に悪影響を及ぼしている。

【０００３】特開平４−４６０７７では、タンディッシ
ュなどの工業窯炉の断熱化のために、耐火性の多孔質部
材をハニカム状に配列する内張り構造を提供している。
実開昭５６−８１９５７では、空隙部を設けたパーマれ
んがを用いた転炉の内張り構造を提供しており、鉄皮温
度低減、断熱化を達成している。特開昭５７−１５８３
１５では、水冷と断熱を組み合わせた熱影響の少ない転
炉の炉体構造を提供し、鉄皮温度を恒常的に下げること
が可能としている。特開平４−４６０７７では、各種工
業窯炉の断熱化に、多孔質部材をハニカム上に交錯して
層形成し、キャスタブルで鋳込み成形する方法を提案し
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、確かに各種工業窯炉の断熱化や鉄皮への熱負荷低減
が可能となる。しかしながら、従来技術を適用するにあ
たって、新たに以下に記述するような改善すべき問題点
が判明した。

【０００５】第一に工業窯炉の断熱化のために、耐火性
の多孔質部材をハニカム状に配列する内張り構造では、
多孔質部材の厚みの分を考慮しなければならないため、
工業窯炉の容量を狭めることになり、操業に悪影響を与
える可能性がある。窯炉の断熱化のために、セラミック
ファイバーなどの断熱材の使用やウェアれんがまたパー
マれんがの長大化、また、パーマれんがあるいはウェア
れんが内にマクロな空隙を設けて断熱化をはかる方法が
ある。ウェアれんがやパーマれんがの長尺化では、窯炉
の容量に大きな影響を与え、生産計画上好ましくない。
また、従来のセラミックファイバーなどの断熱材適用で
は、断熱材の熱伝導率の温度依存性が十分に考慮されて
いない場合がある。セラミックファイバー等の断熱材の
使用では、初期においてはその断熱効果が高いものの、
ウェアれんがの溶損が進行し、厚みが薄くなるのに従っ
て、断熱材の使用雰囲気温度が急上昇し、それに伴い、
断熱材の熱伝導率が急上昇するために断熱効果が著しく
損なわれるという問題点がある。

【０００６】第二に空隙部を設けたパーマれんがを用い
た窯炉の内張り構造では、確かに鉄皮温度低減、断熱化
を行うことができるが、空隙部を設けるために全てのパ
ーマれんがに特殊な加工を行う必要があること、空隙を
持たない部分では、従来通りの鉄皮温度となり、溶湯の
温度降下防止には十分でない点に問題がある。

【０００７】第三に水冷を行う窯炉の炉体構造では、確
かに鉄皮温度を恒常的に下げることが可能であるが、省
エネルギープロセス実現の視点から見ると水冷は好まし
い手段ではない。

【０００８】第四に溶湯容器におけるウェア層の温度は
炉の末期には７００〜１１００℃程度に上昇することも
あり得る。通常の加熱炉と異なり、製鋼用転炉をはじめ
とする溶湯容器では、スラグによる浸潤、溶損により、
使用時間につれてウェアれんがの厚さは薄くなる環境で
の使用も想定される。そのために、末期には初期の状態
よりも高温の雰囲気にさらされる。

【０００９】そこで、本発明は、溶湯の温度降下、熱負
荷に伴う鉄皮の変形及び亀裂を防止する溶湯容器の内張
り構造を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は、製鋼用転炉
などの各種の溶湯容器の断熱化を目的として、鋭意検討
を重ねてきた。本発明の要旨とするところは、（１）比重が０．１５〜０．５、熱伝導率が図１のＡ
（２００，０．０１５）、Ｂ（１０００，０．０２
５）、Ｃ（１０００，０．１）及びＤ（２００，０．０
６）で囲まれる範囲に含まれる断熱材をパーマ層と鉄皮
の間にライニングし、内側から順にキャスタブル、パー
マ層、断熱材及び鉄皮からなることを特徴とする溶湯容
器の高温断熱内張り構造。（２）断熱材の厚さを１〜３０ｍｍとすることを特徴と
する前記（１）記載の溶湯容器の高温断熱内張り構造。（３）断熱材が３〜１００ｎｍの細孔を有することを特
徴とする前記（１）又は（２）に記載の溶湯容器の高温
断熱内張り構造。（４）溶湯容器が溶融金属容器であることを特徴とする
前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の溶湯容器の
高温断熱内張り構造。（５）溶湯容器が溶銑又は溶鋼であることを特徴とする
前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の溶湯容器の
高温断熱内張り構造。

【００１１】なお、３〜１００ｎｍの細孔とは、ガス吸
着による吸着脱離等温線を用いた解析または、高分解能
の電子顕微鏡による観察に基づく画像解析で作成した直
径１ｎｍ以上２００ｎｍ以下の細孔径分布において、分
布曲線の最大ピークの位置が３〜１００ｎｍに存在する
場合と定義する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００１３】本発明者らは、溶湯容器の内張り構造につ
いて検討を重ねた。ウェア層とパーマ層の間に断熱材を
適用する構造とした場合、断熱材の使用雰囲気温度が高
くなり、温度に依存する断熱材の熱伝導率が急激に上昇
し、特にスラグによる溶損の進行でキャスタブルの厚み
が薄くなる溶湯容器末期においては、断熱効果が著しく
低下することがわかった。これに対して、パーマ層と鉄
皮との間に断熱材を適用する構造とすると、断熱材の使
用雰囲気温度も低く、長期間にわたって優れた断熱効果
を得ることができた。

【００１４】ここで、ライニングとしては、内側から
（１）ウェアーのキャスタブル１層、パーマれんが１
層、パーマのキャスタブル１層、断熱材１層、鉄皮の順
のライニング、（２）ウェアーのキャスタブル１層、パ
ーマれんが２層、断熱材１層、鉄皮の順のライニング、
（３）ウェアーのキャスタブル１層、パーマれんが１
層、断熱材１層、鉄皮の順のライニング、（４）ウェア
ーのキャスタブル１層、パーマれんが１層、断熱材２
層、鉄皮の順のライニング、（５）ウェアーのキャスタ
ブル１層、パーマれんが２層、断熱材２層、鉄皮の順の
ライニングなどのいずれにおいても本発明の効果を得る
ことができる。キャスタブルには、アルミナ−マグネ
シア系、アルミナ−スピネル系、アルミナ−炭化珪素−
カーボン系、マグネシア−カーボン系などがあるが、こ
れらに限ったものではない。パーマ層には、焼成マグネ
シアれんが、けい酸質れんが、高アルミナ質れんが、ス
ピネル質れんが、アルミナ−マグネシア系キャスタブル
などが挙げられる。パーマ層と鉄皮との間に使用する断
熱材としては、微細な細孔構造を有して高温での熱伝導
率が低いＴｈｅｒｍａｌＣｅｒａｍｉｃｓ社のカタロ
グに記載のＭｉｎＫ（商標登録）を使用することがで
きる。

【００１５】次に数値限定の理由について説明する。

【００１６】断熱材の比重は０．１５未満になると、極
めて微細な粒子の構成となり、粒子の反応表面積は著し
く増大するために、高温で粒子間の焼結速度が上昇し、
断熱材の収縮を引き起こす。また、比重が０．５を越え
て大きい場合、マクロな細孔を多数形成することにな
り、空気分子の運動を規制することが困難になり、高温
での熱伝導率の急激な上昇を招くことになる。一方、断
熱材の熱伝導率が２００℃で０．０６Ｗ／ｍ・Ｋあるい
は１０００℃で０．１Ｗ／ｍ・Ｋを越えて大きい場合上
すなわち図１におけるＣとＤを結ぶ線よりも上の領域に
ある場合、６００〜１０００℃以上の高温域における熱
伝導率の上昇が大きく、十分な断熱効果を得ることが困
難になる。一方、図１におけるＡとＢを結ぶ線よりも下
の領域にある場合、断熱材の粒度構成が極端に微粒子の
域となるために、強度の低下や製造上のハンドリングの
問題が発生するために好ましくないので、図１のＡＢＣ
Ｄの領域内であることが必要である。ここで、断熱材の
熱伝導率の測定は、ＪＩＳＡ１４１２及びＡＳＴＭ
Ｃ１７７の平板直接法（ＧＨＰ法）またはＪＩＳ
Ａ１４１２及びＡＳＴＭＣ５１８の平板熱流計法
（ＨＦＭ法）のいずれの方法でも実施することができ
る。

【００１７】断熱材の厚さが１ｍｍ未満では、十分な断
熱効果を得ることができない。一方、断熱材の厚さが３
０ｍｍを越えて厚くなると、ウェアれんがの温度勾配が
フラットになり、温度上昇とともに増大するスラグの浸
潤速度が大となり、ウェアれんがの溶損が進行する可能
性がある。さらに、容器の容量の低下により、操業およ
び生産性に悪影響を及ぼす可能性もある。

【００１８】断熱材の細孔は３ｎｍ未満では、超微粒子
による材料の構成となるために、製造が困難となるだけ
でなく、各粒子の反応表面積が著しく増大するために、
高温で焼結が容易に進行し、断熱材の収縮をおこし、結
果的には熱伝導率の著しい低下につながるため、十分な
断熱効果が得られなくなる。また、断熱材の細孔が１０
０ｎｍを越えて大きい場合、空気分子の運動を規制する
ことが困難となり、熱伝導率は、温度の上昇とともに急
激に上昇するために、十分な断熱効果を得ることが困難
となる。ここで、細孔の測定は、窒素、クリプトン及び
アルゴンなどの不活性ガスの吸着脱離等温線をＢ．Ｊ．
Ｈ．法などにより解析する方法（吸着，共立出版株式会
社，１９９０年３月１０日初版１８刷，ｐ．１２０）又
は高解像度の電子顕微鏡による観察のいずれの方法でも
実施することができる。

【００１９】次に、本発明者らは、溶融金属容器を対象
として鋭意検討を進めた。高品質鋼が求められる時代で
二次精錬及び連続鋳造比率の拡大に伴い、一連の処理時
における溶鋼温度の降下分の温度補償の必要性から、前
工程での出鋼温度は高くなっている。そのために、いず
れの溶融金属容器も高い温度で使用されるようになって
おり、温度的に見て断熱化のメリットは非常に大きい。
放散熱量が大きいエネルギーロスの大きなプロセスとな
っている。溶鋼鍋の断熱化により溶鋼の温度降下を抑制
することができる。パーマ層と鉄皮との間に断熱材をラ
イニングすることにより、溶銑、溶鋼の温度降下を防止
することができ、また、熱負荷に伴う鉄皮の変形や亀裂
を抑制に効果的である。また、溶銑鍋、溶銑予備処理容
器、転炉、タンディッシュなどでも本発明の効果は得ら
れる。

【００２０】

【実施例】実施例１そこで、厚み１８０ｍｍのウェア層、厚み８０ｍｍのパ
ーマ層がライニングされ、鉄皮厚み３０ｍｍの１００ｔ
の溶鋼鍋において、（１）比重０．３５、熱伝導率が２
００℃で０．０２５Ｗ／ｍ・Ｋかつ１０００℃で０．０
６０Ｗ／ｍ・Ｋ、厚さ１０ｍｍ、細孔５０ｍｍの断熱材
をパーマ層と鉄皮の間に適用した場合、（２）パーマ層
を２層とした場合、（３）断熱材をキャスタブルとパー
マ層の間に適用した３つの場合について、１６００℃の
溶鋼を受容しているときの鉄皮温度を放射温度計を用い
て測定し、放散熱低減の効果の評価を実施した。ウェア
層にはアルミナ−マグネシア質キャスタブル、パーマ層
にはロー石れんがを使用した。従来例は、キャスタブ
ル、パーマ層、鉄皮の順のライニングとした。

【００２１】Ｎｏ．１は、厚さ１０ｍｍ、細孔５０ｎ
ｍ、比重０．３５、２００℃における熱伝導率０．０２
５Ｗ／ｍ・Ｋ及び１０００℃における熱伝導率が０．０
６０Ｗ／ｍ・Ｋの断熱材をパーマ層と鉄皮の間に適用
し、ウェア層、パーマ層、断熱材及び鉄皮の順の４層構
造を形成した例を示す。Ｎｏ．２は、パーマ層を２層と
した場合である。Ｎｏ．３は、Ｎｏ．１と同じ断熱材を
ウェア層とパーマ層の間に適用し、ウェア層、断熱材、
パーマ層、鉄皮の順の４層構造を形成した例を示す。

【００２２】評価結果を表１に示す。Ｎｏ．１は十分な
断熱効果が得られ、鉄皮表面温度を１００℃も低減する
ことが可能になった。また、操業面への影響もなく良好
な結果を得た。Ｎｏ．２は、ウェアれんがよりも断熱性
の高いパーマれんがを２層として断熱化を試みたもの
で、確かに断熱は達成することは可能になったが、容器
の容量を狭めることになり、操業また生産計画上問題を
生じた。Ｎｏ．３では、ウェアれんがとパーマれんがの
間に断熱材を適用したため、断熱材の使用雰囲気温度が
Ｎｏ．１よりも高いため、温度に依存する断熱材の熱伝
導率が著しく上昇したため、十分な断熱効果を得ること
ができなかった。また、ウェアれんがの厚みが薄くなる
溶鋼鍋末期ほどこの傾向が顕著となった。以上のよう
に、断熱構造を検討した結果、パーマれんがと鉄皮の間
に断熱材を適用し、４層構造をつくることによって、操
業に影響を与えることなく、放散熱量の低減、省エネル
ギー化を行うことができた。

【００２３】

【表１】

【００２４】実施例２次に、上記実施例１の４層構造における断熱材の検討を
行った。対象としたのは、実施例１と同じ溶鋼鍋であ
る。評価結果を表２に示す。

【００２５】

【表２】

【００２６】まず、断熱材の厚みの影響を検討した。Ｎ
ｏ．Ａは厚さ０．５ｍｍで前記（２）に係る本発明の断
熱材の厚さの下限を満たしていない。Ｎｏ．Ａは、操業
への悪影響は与えず、鉄皮表面温度を下げ断熱効果は得
られているものの、従来のライニングと比較して断熱効
果を十分に向上させることはできなかった。前記本件
（１）〜（３）で規定する条件を全て満たす本発明例Ｎ
ｏ．Ｂ、Ｃ及びＤは、大幅に鉄皮表面温度を下げること
が可能になり、また、操業に対しても悪影響を与えるこ
とがなかった。Ｎｏ．Ｅは厚さ５０ｍｍで前記本発明
（２）の断熱材の厚さの上限を満たしていない。Ｎｏ．
Ｅは放散熱抑制効果は非常に高かったものの、断熱材適
用によりウェアれんが内部の温度勾配がフラットにな
り、ウェアれんがの温度分布が全般に高くなり、スラグ
ライン部分ではスラグの浸潤速度が急激に高くなり、鍋
の寿命延長効果は十分には得られなかった。Ｎｏ．Ｆは
前記本発明（３）の細孔に関する規定の下限を満たして
いない。Ｎｏ．Ｆは、操業への悪影響はなかったもの
の、微細な細孔が高温で消滅したために１０００℃での
熱伝導率が高くなり、今回の使用環境では十分な断熱効
果を得ることができなかった。Ｎｏ．Ｇは前記本発明
（３）の細孔に関する上限を満たしていない。そのため
に、十分な断熱効果が得られていない。Ｎｏ．Ｈ及びＮ
ｏ．Ｉは前記本発明（４）の比重及び熱伝導率に関する
規定の上限を満たしていない。その結果、どちらも熱伝
導率及び熱伝導率の温度依存性が高く、使用雰囲気温度
付近での熱伝導率が高いことが影響し、十分な断熱効果
を得ることができなかった。

【００２７】いずれの場合も、断熱材を適用しない従来
例と比較して、放散熱抑制効果は得られたものの、その
抑制効果の程度や操業への影響を考慮すると、前記本発
明（１）〜（３）で規定する条件を全て満たす本発明例
Ｎｏ．Ｂ，Ｃ及びＤが最も優れた効果を示した。

【００２８】

【発明の効果】断熱材の比重を０．１５〜０．５、熱伝
導率が図１のＡ（２００，０．０１５）、Ｂ（１００
０，０．０２５）、Ｃ（１０００，０．１）及びＤ（２
００，０．０６）で囲まれる範囲に含まれることを特徴
とする断熱材をパーマ層と鉄皮の間にライニングし、炉
内側からキャスタブル、パーマ層、断熱材、鉄皮の順の
４層の構造からなることを特徴とする製鋼用転炉をはじ
めとする溶湯容器の断熱構造は、炉体からの放散熱を大
幅に低減し溶湯の温度降下を防止することが可能とな
り、省エネルギーのプロセスを達成することができる。
同時に、鉄皮へ伝導する熱量も大幅に低減させ、熱負荷
に伴う鉄皮の変形、亀裂を防止することが可能となり、
設備の長寿命化にも有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１記載の断熱材の熱伝導率の温
度依存性の規定を示す図。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】比重が０．１５〜０．５、熱伝導率が図
１のＡ（２００，０．０１５）、Ｂ（１０００，０．０
２５）、Ｃ（１０００，０．１）及びＤ（２００，０．
０６）で囲まれる範囲に含まれる断熱材をパーマ層と鉄
皮の間にライニングし、内側から順にキャスタブル、パ
ーマ層、断熱材及び鉄皮からなることを特徴とする溶湯
容器の高温断熱内張り構造。
【請求項２】断熱材の厚さを１〜３０ｍｍとすること
を特徴とする請求項１記載の溶湯容器の高温断熱内張り
構造。
【請求項３】断熱材が３〜１００ｎｍの細孔を有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の溶湯容器の内
張り構造。
【請求項４】溶湯容器が溶融金属容器であることを特
徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の溶湯容
器の高温断熱内張り構造。
【請求項５】溶湯が溶銑又は溶鋼であることを特徴と
する請求項１から４のいずれか１項に記載の溶湯容器の
高温断熱内張り構造。