| 【発明の名称】 |
羽口煉瓦の補強構造および補強方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】高橋 達人
【氏名】加藤 久樹
【氏名】倉科 幸信
【氏名】神余 正浩
|
| 【要約】 |
【課題】熱スポーリングを防止し、スポーリングした場合でも、スポーリングで割れた煉瓦が炉内に抜けることを防止し、羽口煉瓦の寿命を向上させことのできる羽口煉瓦の補強構造および補強方法を提供する。
【解決手段】羽口煉瓦1の外面にカーボンファイバー2を巻き付けるときに、羽口煉瓦1の一端側から巻き始めるとともに、カーボンファイバー2の巻き付け向きを、羽口煉瓦1の貫通孔の方向に対して傾斜させて巻き付け、他端側から巻くときには、一端側から巻き付ける向きとは交差する向きで巻き付け、さらにカーボンファイバー2を、羽口煉瓦1の外面に接着剤3により接着する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 溶湯収容容器に設けられる羽口煉瓦の補強構造において、カーボンファイバーが、前記羽口煉瓦の外面に厚み２ｍｍ以下に巻き付けられ、前記カーボンファイバーが、前記羽口煉瓦の外面に接着剤により接着されていることを特徴とする羽口煉瓦の補強構造。
【請求項２】 溶湯収容容器に設けられる羽口煉瓦の補強構造において、前記羽口煉瓦の外面に、カーボンファイバーから成る厚み２ｍｍ以下のシートが巻き付けられ、前記シートが、前記羽口煉瓦の外面に接着剤により接着されていることを特徴とする羽口煉瓦の補強構造。
【請求項３】 前記接着剤として、熱硬化性を有する液体樹脂が使用されたことを特徴とする請求項１〜２記載の羽口煉瓦の補強構造。
【請求項４】 前記カーボンファイバーは、前記羽口煉瓦の貫通孔の方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の羽口煉瓦の補強構造。
【請求項５】 溶湯収容容器に設けられる羽口煉瓦の補強方法であって、前記羽口煉瓦の外面にカーボンファイバーを巻き付けるときに、該羽口煉瓦の一端側から巻き始めるとともに、前記カーボンファイバーの巻き付け向きを、前記羽口煉瓦の貫通孔の方向に対して傾斜させて巻き付け、他端側から巻くときには、前記一端側から巻き付ける向きとは交差する向きで巻き付け、さらに前記カーボンファイバーを、前記羽口煉瓦の外面に接着剤により接着することを特徴とする羽口煉瓦の補強方法。
【請求項６】 前記カーボンファイバーが、巻き始めから巻き終わりまで連続していることを特徴とする請求項５に記載の羽口煉瓦の補強方法。
|
【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、転炉その他各種の精錬用の炉に形成される羽口に用いられる羽口煉瓦の補強構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の精錬方法において各種の方法が用いられているが、その中に転炉を用いた方法がある。転炉は、高炉から出た溶銃に、スクラップ、生石灰などの副原料を加え、そこに純酸素を吹き込むことで珪素、マンガン、燐、硫黄などの成分を制御し所定の溶鋼を得る反応炉である。
【０００３】この転炉は、酸素供給方法、および攪拌方法の違いによって、上吹き転炉、底吹き転炉、上底吹き転炉の３種類がある。そして、特に最近においては、反応効率を向上させるため、底吹き転炉に上吹きを複合させた上底吹き転炉が主流になり現在に至っている。
【０００４】この転炉において、底吹きに用いられる羽口煉瓦の構造は、該羽口煉瓦が転炉炉底に埋設され、酸素吹き込み用パイプが外部に突出された円錐状、又は角錐状の切頭形状等からなりものである。その内部構造は、酸素の供給手段として、高通気性を有する多孔体、又は円筒状、スリット状の貫通孔が設けられている。そして、操業を容易にしかつ耐用性の強化を図る目的で、金属パイプを埋め込んだものもある。
【０００５】この転炉による精錬は、転炉内に装入された１６００℃を越える溶鋼に酸素供給パイプを介して酸素を吹き込み、溶鋼を攪拌し成分処理がなされる。このときパイプ周辺は冷却され、羽口煉瓦内に急激な温度勾配が生じ、熱スポーリングが起こり易い。また、スポーリングで割れた煉瓦は、炉内に抜けることが多く損傷が一気に進み羽口寿命に大きな影響を与えるとともに、抜けた部所から周囲に割れ抜けが拡大していくため、炉体寿命にも大きな影響を与えていた。
【０００６】この対策として、下記の対策技術が提案されている。
■特開昭６１−２２９３６号公報に記載された技術では、ガス吹き込み用耐火物において、耐火材中に金属細管を埋没させて供給ガス流量を調節し易くしたり、また、マグネシア、炭素および結合材の耐火配合物を用いて、耐火物に熱衝撃抵抗を付与する構成が開示されている。
【０００７】■特開平６−１２５４２７号公報に記載された技術では、羽口冷却の熱応力に起因する羽口煉瓦の亀裂などの損耗を防止する目的で、冶金反応炉の羽口の外管と羽口煉瓦との間に、セラミックファイバー断熱材を介在させる構成が開示されている。
【０００８】■特開平２−１３３１６６号公報に記載された技術では、内部に貫通孔を有する耐火物の補強方法において、この耐火物の亀裂及び脱落を発生し易い部位の周囲に、炭素繊維の束または編状物を該貫通孔の方向と垂直の方向に巻き付けることにより、耐火物の亀裂発生及び拡大を阻止し且つノズル等の脱落を防止することが開示されている。
【０００９】■特公昭６０−４９１５７号公報に記載された技術では、カーボンボンドの耐火性プレートにおいて、亀裂発生を防止する目的で、該プレートの溶融メタル流通孔周囲の組織体中に、カーボンファイバーで構成されたネットを、プレートの滑動面に平行に配した高耐用性スライディング・ノズル・プレートが開示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記■の特開昭６１−２２９３６号公報に記載された技術では、熱伝導率の大きい炭素を複合させてはいるものの、主材に熱膨張率の大きいマグネシアを使用しているために、溶鋼処理の初期に羽口煉瓦に酸素を吹き込んだ際に生じる急激な温度変化による熱応力に耐えられずスポーリングを生じ易い問題がある。
【００１１】上記■の特開平５−１２５４２７号公報に記載された技術では、羽口煉瓦への冷却ガスの作用による羽口煉瓦の温度勾配を少なくし、熱応力による亀裂発生を防止し、しかも煉瓦の熱歪みを吸収するため伸縮自在の弾力性をもつセラミックファイバーを利用することが記載されている。しかし、このような構成では、羽口煉瓦の熱膨張を拘束して亀裂発生の防止、割れた煉瓦の浮き上がりの防止、といった実質的な効果を得ることができなかった。
【００１２】また、上記■の特開平２−１３３１６６号公報に記載された技術では、耐火物の亀裂及び脱落を発生し易い部位の周囲に、炭素繊維の束または縞状物を該貫通孔の方向と垂直の方向に巻き付けているが、この炭素繊維が耐火物に固定されておらず、炭素繊維と耐火物との間に緩みを生じるためか、耐火物の亀裂発生及び亀裂拡大を阻止する実質的な効果が得られない。
【００１３】上記■の特公昭６０−４９１５７号公報に記載された技術は、耐火性プレートに関するものであることから、これを羽口煉瓦に適用するため、カーボンファイバーで構成されたネットを補強材として成形を試みたが羽口煉瓦の適切な位置に配設させることが難しい。また繊維状態で試みたが、羽口煉瓦中に均一に分散されず使用に際し耐用性に問題があることが判明した。
【００１４】本発明の目的は、羽口煉瓦において、熱スポーリングを防止し、スポーリングした場合でも、スポーリングで割れた煉瓦が炉内に抜けることを防止し、その結果羽口煉瓦の寿命を向上させ、ひいては炉体寿命を延長させることのできる羽口煉瓦の補強構造および補強方法を開発することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明に係る羽口煉瓦の補強構造は、溶湯収容容器に設けられる羽口煉瓦の補強構造において、カーボンファイバーが、前記羽口煉瓦の外面に厚み２ｍｍ以下に巻き付けられ、前記カーボンファイバーが、前記羽口煉瓦の外面に接着剤により接着されていることを特徴とし(請求項１)、これにより上記目的を達成することができる。
【００１６】また、本発明に係る羽口煉瓦の他の補強構造は、溶湯収容容器に設けられる羽口煉瓦の補強構造において、前記羽口煉瓦の外面に、カーボンファイバーから成る厚み２ｍｍ以下のシートが巻き付けられ、前記シートが、前記羽口煉瓦の外面に接着剤により接着されていることを特徴し(請求項２)、これにより上記目的を達成することができる。
【００１７】また、本発明に係る前記羽口煉瓦の補強構造において、・前記接着剤として、熱硬化性を有する液体樹脂が使用されたこと(請求項３)、・前記カーボンファイバーは、前記羽口煉瓦の貫通孔の方向に対して傾斜していること(請求項４)、を特徴とする。
【００１８】更に、本発明に係る羽口煉瓦の他の補強方法は、溶湯収容容器に設けられる羽口煉瓦の補強方法であって、前記羽口煉瓦の外面にカーボンファイバーを巻き付けるときに、該羽口煉瓦の一端側から巻き始めるとともに、前記カーボンファイバーの巻き付け向きを、前記羽口煉瓦の貫通孔の方向に対して傾斜させて巻き付け、他端側から巻くときには、前記一端側から巻き付ける向きとは交差する向きで巻き付け、さらに前記カーボンファイバーを、前記羽口煉瓦の外面に接着剤により接着することを特徴とし(請求項５)、これにより上記目的を達成することができる。
【００１９】また、本発明に係る前記羽口煉瓦の補強方法において、・前記カーボンファイバーが、巻き始めから巻き終わりまで連続していること(請求項６)、を特徴とする。
【００２０】（作用）本発明に係る羽口煉瓦の補強構造によれば、羽口煉瓦の外面にカーボンファイバーを厚み２ｍｍ以下に巻き付けることにより、巻き付け部分における周囲の煉瓦との隙間を小さく押さえることができ、該隙間への溶鋼の進入を防止でき、かつカーボンファイバーが、羽口煉瓦の外面に接着剤により接着されていることにより、耐火煉瓦とカーボンファイバーとの間の緩みを効果的に回避することができる。また、仮に羽口煉瓦に亀裂等が発生しても、接着によって、破片の脱落を防止することができる。(請求項１)【００２１】また、本発明に係る羽口煉瓦の補強構造によれば、羽口煉瓦の外面にカーボンファイバーからなる厚み２ｍｍ以下のシートを巻き付けることにより、巻き付け部分における周囲の煉瓦との隙間を小さく押さえることができ、該隙間への溶鋼の進入を防止でき、かつ前記シートを、前記羽口煉瓦の外面に接着剤により接着することにより、耐火煉瓦とカーボンファイバーとの間の緩みを効果的に回避することができる。また、羽口煉瓦に前記シートを直接巻き付けて製造することができる。(請求項２)【００２２】また、本発明に係る前記羽口煉瓦の補強構造によれば、前記接着剤に、熱硬化性を有する液体樹脂を使用したことにより、カーボンファイバーを羽口煉瓦の外周に固定するときに、高熱に対して耐久性があり好都合である。(請求項３)【００２３】また、本発明に係る前記羽口煉瓦の補強構造によれば、前記カーボンファイバーが、羽口煉瓦の貫通孔の方向(軸線方向)に対して傾斜していることにより、該カーボンファイバーを素材とする補強構造部分が、羽口煉瓦の径方向並びに軸線方向にある程度の伸縮性を備えているので、該カーボンファイバーが、煉瓦の熱歪みを巧みに吸収する。(請求項４)【００２４】更に、本発明に係る羽口煉瓦の他の補強方法によれば、羽口煉瓦の外面にカーボンファイバーを巻き付けるときに、該羽口煉瓦の一端側から巻き始めるとともに、前記カーボンファイバーの巻き付け向きを、前記羽口煉瓦の貫通孔の方向に対して傾斜させて巻き付け、他端側から巻くときには、前記一端側から巻き付ける向きとは交差する向きで巻き付けることにより、巻き付けの傾斜角度を所望にでき、また、羽口煉瓦が円錐状または角錐状の切頭形状のような形態の場合でも、安定した張力を維持しつつ巻き付けることができる。さらにカーボンファイバーを、羽口煉瓦の外面に接着剤により接着することで、該カーボンファイバーの固定が、羽口煉瓦の前記の如き形状に左右されることなく、確実にできる。(請求項５)【００２５】また、本発明に係る前記羽口煉瓦の補強方法において、カーボンファイバーが、巻き始めから巻き終わりまで連続していることで、巻き付け操作が連続してできる。また、カーボンファイバーの張力においても、巻き付け全域において安定させることが容易である。また、接着剤の塗布も、カーボンファイバーを巻き付けるときに、該カーボンファイバーに付着させて塗布することができる。(請求項６)【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る羽口煉瓦の補強構造および補強方法の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明に係る羽口煉瓦の補強構造および補強方法における第１の実施の形態であって、羽口煉瓦の外面へカーボンファイバーを巻き付けた形態（図１の(ｃ)）、巻き付け中段の状態（図１の(ｂ)）並びに巻き付け始めの状態（図１の(ａ)）を示す斜視図である。また、図２は、本発明に係る羽口煉瓦の補強構造における第２の実施の形態であって、羽口煉瓦の外面へカーボン製シートを巻き付けた形態（図２の(ｂ)）および巻き付け途中の状態（図２の(ａ)）を示す斜視図である。
【００２７】（第１の実施の形態）図１に示すように、本実施の形態の羽口煉瓦１は、溶湯収容容器(図示せず)に取り付けられるものであり、一方端面１６よりも他端面１７が大きく構成された円錐切頭形状で、そのほぼ中心には長手方向(軸方向)に延びた一つの貫通孔１０を備えた構造である。そして、この羽口煉瓦１の補強構造は、カーボンファイバー２が、羽口煉瓦１の外面１ａに厚み２ｍｍ以下に巻き付けられ、かつ該カーボンファイバー２が、羽口煉瓦１の外面１ａに接着剤３により接着されている。
【００２８】本実施の形態においては、カーボンファイバー２が、羽口煉瓦１の貫通孔１０の方向(軸線方向)に対して傾斜(角度α)している。この傾斜により、カーボンファイバー２が、羽口煉瓦１の径方向並びに軸線方向にある程度の伸縮性を備えることができる。
【００２９】以下、図１を参照して、羽口煉瓦１にカーボンファイバー２を巻き付ける工程を説明する。先ず、図１の(ａ)に示すように、一端面１６側からカーボンファイバー２を、外面１ａに巻き始める(巻き付け往路)。このとき、カーボンファイバー２は、適宜張力Ｆにて引っ張られた状態であるとともに、羽口煉瓦１の軸方向に沿った線Ｍに対して適宜傾斜した角度αにて巻き付けるようにする。
【００３０】なお、この巻き付け動作は、例えば、羽口煉瓦１を、図示しない回転可能な支持手段により予め支持しておき、この支持手段を回転駆動することにより、羽口煉瓦１を所定方向(矢印Ａ方向)に回転することで、カーボンファイバー２を巻き込むことができる。また、図示においては、カーボンファイバー２間の隙間が開いているように、便宜上示してあるが、実際には、極めて密な状態で巻き付ける。
【００３１】その後、巻き付けが他端面１７側に到達すると、巻き付け角度を逆向き(巻き付けの往路とは交差する向き)にして、図１の(ｂ)に示すように、他端面１７側から一方端面１６側へ巻き付け始める(巻き付け復路)。このような、巻き付けの往復動作を繰り返して巻き厚を所定の厚み(２ｍｍ以下)にして、巻き付けを完了する（図１の(Ｃ)参照）。
【００３２】そして、最後に、接着剤３が、カーボンファイバー２を巻き付けた後に表面に塗布される形態でもよいが、接着剤３の塗布は、例えば、カーボンファイバー２を羽口煉瓦１の外周１ａに巻き付ける直前に、該カーボンファイバー２に塗布する形態、すなわち、カーボンファイバー２を巻き付けながら塗布する形態であってもよい。
【００３３】本実施の形態において、カーボンファイバー２は、カーボン繊維を縒り合わせた糸を使用することができる。この場合、例えば、線径10μｍ以下の素線を、縒り合わせ数 1000 〜1200本で縒り合わせ、その縒り合わせより合わせた糸の引張強度は、50kgf/mm2 以上、より好ましくは200kgf/mm2以上にすることができる。
【００３４】また、カーボンファイバー２の巻き付け方は、羽口煉瓦１の軸方向に対する傾斜角αを、２５°〜７５°とし、該カーボンファイバー２間の間隔を、０〜５０ｍｍに設定することができる。また、巻き付け時のカーボンファイバー２に加えられる張力は、１kgf以下に設定することができる。
【００３５】接着剤３は、例えば、フェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることができる。なお、カーボンファイバー２の羽口煉瓦外面への巻き付け厚みを、２ｍｍ以下にすることによって、周囲の煉瓦との隙間が大きくならず、溶鋼の不測の侵入が回避できる。
【００３６】（第２の実施の形態）図２に示すように、本実施の形態の羽口煉瓦４は、一方端面４６よりも他端面４７が大きく構成された円錐切頭形状で、そのほぼ中心には長手方向(軸方向)に延びた多数の貫通孔２４を備えた構造である。そして、羽口煉瓦４の外面４ａに、カーボンファイバー５ａから成る厚み２ｍｍ以下のシート５が巻き付けられており、さらに、このシート５が、羽口煉瓦４の外面４ａに接着剤３により接着されている。このカーボンファイバー５ａからなるシート５は、例えば網目状のシートとすることができる。また、カーボンファイバー５ａは、前掲の第１の実施の形態において述べたような、縒り合わせた糸を使用することができる。また、シート５の厚みは、例えば０．４〜１．０ｍｍとすることができる。
【００３７】以下、図２を参照して、羽口煉瓦４の外面４ａへのシート５の巻き付け方を説明する。先ず、図２の(ａ)に示すように、予め所定の大きさに切断したシート５を、羽口煉瓦４の外面４ａに対応させてから、該外面４ａに、しっかりと巻き付ける(矢印Ｂ方向)。なお、巻き付け向きは、シート５のカーボンファイバー５ａ(編み目状)が軸方向に沿った線Ｍに対して、一定角度傾斜するようにする。また、シート５の端部８が合わさるようにするか(一層)、重なるようにする(多層)かは、シート厚みや強度などにより適宜設定することができる。
【００３８】シート５を巻き付けた状態で固定する。この固定は、図示しない適当な手段にて行うことができる。その後、接着剤３を、シート５を巻き付けた後のシート表面に塗布し、これにより、該シート５を外面４ａ上に固定する。なお、接着剤３は、外面４ａに先に塗布するようにしてもよい。
【００３９】なお、シート５の羽口煉瓦外面への巻き付け厚みを、２ｍｍ以下にすることによって、周囲の煉瓦との隙間が大きくならず、溶鋼の不測の侵入が回避できる。
【００４０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る羽口煉瓦の補強構造および補強方法によれば、羽口煉瓦の外面にカーボンファイバー又はカーボン製のシートを巻き付け、かつ該羽口煉瓦の外面に接着することにより、羽口煉瓦の熱スポーリングを効果的に防止しできるだけでなく、羽口煉瓦に亀裂が発生した場合でも、割れた煉瓦を接着部分にて個々に係止することができ、破片が炉内に抜けることが防止できる。この結果、羽口煉瓦の寿命を向上させ、ひいては炉体寿命を延長させることができる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４１２３
【氏名又は名称】日本鋼管株式会社
【識別番号】０００００１９７１
【氏名又は名称】品川白煉瓦株式会社
|
| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）５月２２日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】宮越 典明
|
| 【公開番号】 |
特開平１１−３３７２６７ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１２月１０日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−１４０６５０ |
|