JP2004099937A - 高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物及びその施工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐溶銑性及び耐滓性が良好で焼結性に優れ、耐用性の良好な施工体を形成することが可能な高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物の施工方法及び該施工方法に用いられる高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物を提供する。
【解決手段】スラグゾーンに対応する壁上部には、ＳｉＣを２０〜４０重量％含有するスラグゾーン用キャスタブル耐火物を用い、メタルゾーンに対応する壁下部及び敷部には、ＳｉＣを１０〜２０重量％含有するメタルゾーン用キャスタブル耐火物を用いて、いわゆるゾーン施工を行う。
また、スラグゾーン用及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物として、ＳｉＣ超微粉：３〜８重量％を含有するものを用いる。
また、スラグゾーン用及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物として、平均粒径が０．５ｍｍ以下のＮｉＯを外掛けで０．３〜２．０重量％、又は平均粒径が０．５ｍｍ以下のＢ４Ｃを外掛けで０．３〜０．８重量％含有するものを用いる。
【選択図】 なし
【解決手段】スラグゾーンに対応する壁上部には、ＳｉＣを２０〜４０重量％含有するスラグゾーン用キャスタブル耐火物を用い、メタルゾーンに対応する壁下部及び敷部には、ＳｉＣを１０〜２０重量％含有するメタルゾーン用キャスタブル耐火物を用いて、いわゆるゾーン施工を行う。
また、スラグゾーン用及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物として、ＳｉＣ超微粉：３〜８重量％を含有するものを用いる。
また、スラグゾーン用及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物として、平均粒径が０．５ｍｍ以下のＮｉＯを外掛けで０．３〜２．０重量％、又は平均粒径が０．５ｍｍ以下のＢ４Ｃを外掛けで０．３〜０．８重量％含有するものを用いる。
【選択図】 なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、キャスタブル耐火物に関し、詳しくは、高炉主樋のワーキングライニング用流し込み樋材の裏側に施工される高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物及びその施工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
高炉主樋のワーキングライニング用流し込み樋材の裏側に施工される高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物には、
（１）流し込み樋材に密着して、流し込み樋材を支持する機能、
（２）主樋全体の構造体の一部として主樋全体の強度を向上させる機能、
（３）流し込み樋材の亀裂から滲み出てきた溶銑・溶滓に１〜２日耐える耐食性などの機能や特性を備えていることが要求される。
【０００３】
しかし、従来の考え方では、上記（１）及び（２）の機能が重視され、（３）の機能は補助的な機能とされていた。
したがって、従来の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物では、骨材を電融アルミアと高アルミナの併用、微粉としては高アルミナ粉、仮焼アルミナ粉、焼結アルミナ粉を主体とした耐火原料で構成し、硬化材兼低温強度発現材としてアルミナセメントを５〜１０％使用するキャスタブル耐火物が主流であった。また、化学組成としては、Ａｌ２Ｏ３：７０〜９０重量％、ＳｉＯ２：５〜２０重量％、ＣａＯ、ＴｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３の合量：５重量％以下とするものが一般的であった。
【０００４】
ところが、近年は樋寿命の延長や、残厚を薄くまで使用する傾向が強くなり、上記（３）の機能が重視されるようになり、材料としては、それ以前の材料にＳｉＣを１０〜１５重量％使用するキャスタブル耐火物が主流になってきた。すなわち、Ａｌ２Ｏ３：７０〜８０重量％、ＳｉＣ：１０〜１５重量％、ＳｉＯ２：５〜１０重量％、ＣａＯ、ＴｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３の合量が５重量％以下というような化学組成の材料が一般的になってきた。
【０００５】
それでも、従来の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物における品質設計の基本思想は、あくまでも裏張り材であり、上記（３）の機能は補助的な機能とされている。したがって、このような従来の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物では、主樋ワーキング用流し込み樋材の原単位低減、寿命延長への動きが加速されている現状には対応しきれないのが実情である。
【０００６】
すなわち、以前には、１２万ｔ通銑×２サイクルで残厚１５０〜２００ｍｍを基準にして修理を行っていたものが、近年では１５万ｔ通銑×３サイクルで残厚１００〜１５０ｍｍを基準に修理が行われるようになっており、ワーキング用流し込み樋材は長期間使用すれば焼結が進んで亀裂が発生しやすくなる上に、残厚が薄くなるまで使用するので、亀裂を通しての漏銑・漏滓の頻度と規模が大きくなるに至っている。
【０００７】
本願発明は、上記問題点を解決するものであり、耐溶銑性及び耐滓性が良好で焼結性に優れ、耐用性の良好な信頼性の高い施工体を形成することが可能な高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物の施工方法及び該施工方法に用いられる高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、発明者等は、
（１）上述の従来例のように、ＳｉＣ量の配合割合を１０〜１５重量％とすることは、耐溶銑性のみ配慮して耐滓性を無視したものであり、また、
（２）上記従来例では早期焼結の対応をとっていないため、溶銑・溶滓が早く組織に浸透し、急激な損耗を招いていること
などに鑑み、規模の大きな漏銑・漏滓に耐えるためには従来の発想を捨てて、高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物をワーキングライニングの一部（母材）として捕らえる必要があると考え、種々の実験検討を行った。
【０００９】
そして、主樋における漏銑・漏滓は、メタルゾーンから漏れるものと、スラグゾーンから漏れるものとがあり、メタルゾーンから漏れる場合、上記（１）のようにＳｉＣ量の配合割合を１０〜１５重量％とした場合、漏れ出した溶銑に対する耐性は確保できるが、早期焼結の対応をとっていないため、溶銑・溶滓が早く組織に浸透し、急激な損耗を招くという問題点があり、また、スラグゾーンから漏れがある場合、上記（１）のように、耐滓性を無視した組成を有し、上記（２）のように早期焼結の対応をとっていない従来の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物では、十分な耐用性を確保することができないことなどの知見を得た。そして、かかる知見に基づいて、さらに、検討、実験を行って本願発明を完成した。
【００１０】
本願発明（請求項１）の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物の施工方法は、
（ａ）スラグゾーンに対応する壁上部には、ＳｉＣを２０〜４０重量％含有するスラグゾーン用キャスタブル耐火物を施工し、
（ｂ）メタルゾーンに対応する壁下部及び敷部には、ＳｉＣを１０〜２０重量％含有するメタルゾーン用キャスタブル耐火物を施工すること
を特徴としている。
【００１１】
スラグゾーンに対応する壁上部には、ＳｉＣを２０〜４０重量％含有するスラグゾーン用キャスタブル耐火物を用い、メタルゾーンに対応する壁下部及び敷部には、ＳｉＣを１０〜２０重量％含有するメタルゾーン用キャスタブル耐火物を用いて、いわゆるゾーン施工を行うことにより、スラグゾーンからの漏れに対しては、十分な耐滓性を確保するとともに、メタルゾーンからの漏れに対しては、残存膨張性を改善して、急激な損耗を防止することが可能になり、主樋全体の強度、耐用性を向上させることが可能になる。
【００１２】
また、請求項２の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物の施工方法は、スラグゾーン用キャスタブル耐火物及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物として、ＳｉＣ超微粉：３〜８重量％を含有するものを用いることを特徴としている。
【００１３】
スラグゾーン用キャスタブル耐火物及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物として、それぞれＳｉＣ超微粉：３〜８重量％を含有するものを用いることにより、焼結を早め、かつ、焼結後の耐蝕性低下を最小限に抑えることが可能になり、スラグゾーンやメタルゾーンからの漏滓、漏銑があった場合にも急激な浸食を防ぐことが可能になる。
すなわち、ＳｉＣ超微粉は高温で酸化されやすく、シリカガラスを生成し易いため、使用温度の高い主樋材には使用しにくいと考えられていたが、本願発明では、このシリカガラスを生成し易い性質に着目し、ＳｉＣ超微粉を所定量配合することにより、樋ワーキングライニングが薄くなり、また亀裂から溶銑滓が主樋裏張り材の近くに達し、主樋裏張り材の温度が上昇したときに、シリカガラスを生成して緻密になり、漏銑滓があったときにも急激な浸食が抑制されるようにして、スラグゾーンからの漏れに対しては、十分な耐滓性を確保するとともに、メタルゾーンからの漏れに対しては、残存膨張性を改善して、急激な損耗を防止することが可能になり、主樋全体の強度、耐用性を向上させることが可能になる。
【００１４】
また、請求項３の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物の施工方法は、スラグゾーン用キャスタブル耐火物及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物として、それぞれ平均粒径０．５ｍｍ以下のＮｉＯを外掛けで０．３〜２．０重量％、又は平均粒径０．５ｍｍ以下のＢ４Ｃを外掛けで０．３〜０．８重量％含有するものを用いることを特徴としている。
【００１５】
スラグゾーン用キャスタブル耐火物及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物として、それぞれ、平均粒径が０．５ｍｍ以下のＮｉＯを外掛けで０．３〜２．０重量％、又は平均粒径が０．５ｍｍ以下のＢ４Ｃを外掛けで０．３〜０．８重量％含有するものを用いることより、スラグゾーンからの漏れに対しては、十分な耐滓性を確保し、メタルゾーンからの漏れに対しては、早期焼結性、残存膨張性を改善して、急激な損耗を防止することが可能になり、主樋全体の強度及び耐用性をさらに向上させることが可能になる。
なお、Ｂ４Ｃ、ＮｉＯはいずれも、焼結を促進させる機能を果たすとともに、Ｂ４Ｃはカーボンの酸化防止材として機能し、ＮｉＯは高温でアルミナと反応しニッケルスピネルを生成し、組織強化、強度発現の機能を果たす。
【００１６】
また、本願発明（請求項４）の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物は、
高炉主樋裏張りに用いられるキャスタブル耐火物であって、
（ａ）スラグゾーンに対応する壁上部に施工されるべき、ＳｉＣを２０〜４０重量％含有するスラグゾーン用キャスタブル耐火物と、
（ｂ）メタルゾーンに対応する壁下部及び敷部に施工されるべき、ＳｉＣを１０〜２０重量％含有するメタルゾーン用キャスタブル耐火物と
を備えていることを特徴としている。
【００１７】
本願発明（請求項４）の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物は、スラグゾーンに対応する壁上部に施工されるべき、ＳｉＣを２０〜４０重量％含有するスラグゾーン用キャスタブル耐火物と、メタルゾーンに対応する壁下部及び敷部に施工されるべき、ＳｉＣを１０〜２０重量％含有するメタルゾーン用キャスタブル耐火物とを備えているので、この高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物を用いることにより、請求項１記載の高炉主樋裏張り用耐火物の施工方法を確実に実施して、スラグゾーンからの漏れに対しては、十分な耐滓性を確保し、メタルゾーンからの漏れに対しては、残存膨張性を改善して、急激な損耗を防止することが可能で、主樋全体の強度、耐用性を向上させることが可能な施工体を形成することができるようになる。
【００１８】
また、請求項５の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物は、スラグゾーン用キャスタブル耐火物及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物のそれぞれが、ＳｉＣ超微粉：３〜８重量％を含有するものであることを特徴としている。
【００１９】
スラグゾーン用キャスタブル耐火物及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物にＳｉＣ超微粉：３〜８重量％を含有させることにより、この高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物を用いて請求項２記載の施工方法を実施した場合に、焼結を早め、かつ、焼結後の耐蝕性低下を最小限に抑えることが可能で、スラグゾーンやメタルゾーンからの漏滓、漏銑があった場合にも急激な浸食を防ぐことが可能な施工体を確実に形成することができるようになる。
【００２０】
また、請求項６の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物は、スラグゾーン用キャスタブル耐火物及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物のそれぞれが、平均粒径０．５ｍｍ以下のＮｉＯを外掛けで０．３〜２．０重量％、又は平均粒径０．５ｍｍ以下のＢ４Ｃを外掛けで０．３〜０．８重量％含有するものであることを特徴としている。
【００２１】
スラグゾーン用キャスタブル耐火物及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物に、平均粒径０．５ｍｍ以下のＮｉＯを外掛けで０．３〜２．０重量％、又は平均粒径０．５ｍｍ以下のＢ４Ｃを外掛けで０．３〜０．８重量％含有させることにより、この高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物を用いて請求項３記載の施工方法を実施した場合に、スラグゾーンからの漏れに対しては、十分な耐滓性を確保し、メタルゾーンからの漏れに対しては、早期焼結性、残存膨張性を改善して、急激な損耗を防止することが可能で、主樋全体の強度、耐用性をさらに向上させることが可能な施工体を確実に形成することができるようになる。
【００２２】
【発明の具体的な構成】
（１）メタルゾーン用キャスタブル耐火物
本願発明の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物を構成するメタルゾーン用キャスタブル耐火物の骨材としては、従来から使用されている電融アルミナを主体に、一部高アルミナを使用する。また、骨材の一部に電融スピネルを使用することも可能であるが、強度が下がる傾向があるので使用しないほうが望ましい。
【００２３】
また、微粉としては、主として易焼結性アルミナとＳｉＣ微粉を用いることが望ましい。易焼結性アルミナは従来の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物で使用されているような、平均粒経が２．５μｍ前後のものを用いることが望ましく、平均粒経が５．０μｍ前後の仮焼アルミナを一部使用してもよい。これら仮焼アルミナは、合量で１０〜１５重量％の範囲とすることが望ましく、これは、従来から使用されている範囲である。
【００２４】
また、本願発明では、メタルゾーン用キャスタブル耐火物にＳｉＣを１０〜２０重量％の割合で使用するようにしており、請求項２ではＳｉＣ超微粉を３〜８重量％使用するようにしている。ＳｉＣとしては、ＳｉＣ粒、ＳｉＣ微粉、ＳｉＣ超微粉を所定の割合で使用することが好ましい。ＳｉＣ粒としては粒径が、例えば１ｍｍ程度までのもの、ＳｉＣ微粉としては２００Ｆを主体として用いることが可能である。
【００２５】
また、ＳｉＣ超微粉は、従来、微粉部の耐蝕性向上を目的に使用温度の低い滓樋材や溶銑樋材には使用されているが、使用温度の高い主樋材には使用されていない。これは、ＳｉＣ超微粉は高温で酸化されやすく、シリカガラスを生成し易いためである。本願発明の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物を構成するメタルゾーン用キャスタブル耐火物は、このシリカガラスを生成し易い性質に着目したものであり、ＳｉＣ超微粉を所定の割合で配合することにより、樋ワーキングライニングが薄くなり、また亀裂から溶銑滓が主樋裏張り材の近くに達し、主樋裏張り材の温度が上昇したときに、シリカガラスを生成して緻密になり、漏銑滓があったときにも急激な浸食を抑制、防止することが可能になる。
【００２６】
ＳｉＣ超微粉の使用量は３〜８重量％が適切であるが、これは、ＳｉＣ超微粉の割合が３重量％未満になると、シリカガラスの生成が少なくなり、緻密化の効果が不十分になること、ＳｉＣ超微粉の割合が８重量％を超えると、流動性が悪くなることによる。なお、ＳｉＣの全体量としては、請求項１に規定されているように１０〜２０重量％の範囲で特に問題はない。
【００２７】
また、本願発明の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物においては、メタルゾーン用キャスタブル耐火物の焼結を促進させるための材料として、Ｂ４Ｃ又はＮｉＯを適量使用する。Ｂ４Ｃはカーボンの酸化防止材として添加するのでノンカーボン材質の主樋裏張り材には通常添加しない。しかし、本願発明では溶銑滓からの距離が小さくなったとき及び溶銑滓に接したときに、裏張り耐火材を急激に緻密化させる機能を果たすことに着目して、Ｂ４Ｃをガラス化促進材として使用している。その使用量は０．３〜０．８重量％の範囲が適切である。これは、０．３重量％未満ではガラス化促進効果が小さくなり、０．８重量％を超えるとガラスの融点が低くなりすぎることによる。
【００２８】
ＮｉＯはコークス炉などの溶射材に使用された実績はあるが、高炉主樋裏張り用などの樋材関係の耐火材に使用された事例のない材料である。このＮｉＯは高温でアルミナと反応しニッケルスピネルを生成し組織強化、強度発現の機能を果たす。
高炉主樋裏張り耐火材には通常、易焼結性アルミナが使用されるが、１５００℃以下では焼結しない。これに対し、本願発明の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物では多量のシリカガラスで焼結させるよう設計するとともに、それをより強化するために、ＮｉＯの添加によるニッケルスピネルの生成を利用している。
なお、ＮｉＯの添加量は０．３〜２．０重量％の範囲とすることが適切である。これは、０．３重量％未満では強度発現強化が不十分になり、２．０重量％を超えると焼結強度が高すぎてスポーリングを発生しやすくなることによる。
【００２９】
また、本願発明の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物において、メタルゾーン用キャスタブル耐火物の焼結を促進させるための材料としては、ミクロシリカを使用することも可能である。ミクロシリカは従来の主樋裏張り材にも２〜６重量％程度の範囲で使用されているものである。なお、ミクロシリカの配合割合が３重量％未満では低温から中温での強度発現と焼結促進の効果が少なく、５重量％を超えると乾燥収縮が大きくなる傾向があるので、ミクロシリカは３〜５重量％の範囲で使用することが望ましい。
【００３０】
さらに、本願発明の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物においては、メタルゾーン用キャスタブル耐火物の硬化強度を確保する目的で、アルミナセメントを使用することが可能であり、その配合割合としては、５〜７重量％の範囲とすることが望ましい。
【００３１】
また、メタルゾーン用キャスタブル耐火物には、材料の流動性、硬化を制御する各種分散剤、硬化調整剤を適宜添加することが可能であり、その使用に特別の制約はない。
【００３２】
（２）スラグゾーン用キャスタブル耐火物
本願発明の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物を構成するスラグゾーン用キャスタブル耐火物の骨材としては、従来から使用されている電融アルミナ及びＳｉＣを使用する。電融アルミナの品位はアルミナ純度９２％以上であればよい。また、ＳｉＣの品位はＳｉＣ純度８５％以上であればよい。ただし、ＳｉＣの純度が９２％以上のものを用いることが望ましい。ＳｉＣ純度が低いと混練水量が多くなり緻密さが低下する場合があり、また、不純物としてのカーボンが増加し、早期焼結を阻害する場合がある。なお、これらＳｉＣについての要件は、メタルゾーン用キャスタブル耐火物に用いられるＳｉＣについても当てはまるものである。
【００３３】
また、微粉としては、主として易焼結性アルミナとＳｉＣ微粉を用いることが望ましい。易焼結性アルミナは従来の耐火材で使用されているような、平均粒経が２．５μｍ前後のものを用いることが望ましく、平均粒経が５．０μｍ前後の仮焼アルミナを一部使用してもよい。これら仮焼アルミナは、合量で１０〜１５重量％の範囲とすることが望ましく、これは、従来から使用されている範囲である。
【００３４】
また、本願発明では、スラグゾーン用キャスタブル耐火物にＳｉＣを２０〜４０重量％の割合で使用するようにしており、請求項２ではＳｉＣ超微粉を３〜８重量％使用するようにしている。ＳｉＣとしては、ＳｉＣ粒、ＳｉＣ微粉、ＳｉＣ超微粉を所定の割合で使用する。ＳｉＣ粒としては粒径が、例えば１ｍｍ程度までのもの、ＳｉＣ微粉としては２００Ｆを主体として用いることが可能である。
【００３５】
また、ＳｉＣ超微粉は、従来、微粉部の耐蝕性向上を目的に使用温度の低い滓樋材や溶銑樋材には使用されているが、使用温度の高い主樋材には使用されていない。これは、ＳｉＣ超微粉は高温で酸化されやすく、シリカガラスを生成し易いためである。本願発明の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物を構成するスラグゾーン用キャスタブル耐火物は、このシリカガラスを生成し易い性質に着目し、ＳｉＣ超微粉を所定の割合で配合することにより、樋ワーキングライニングが薄くなり、また亀裂から溶銑滓が主樋裏張り材の近くに達し、主樋裏張り材の温度が上昇したときに、シリカガラスを生成して緻密になり、漏銑滓があったときにも急激な浸食を抑制、防止することが可能になる。
【００３６】
ＳｉＣ超微粉の使用量は３〜８重量％が適切であるが、これは、ＳｉＣ超微粉の割合が３重量％未満になると、シリカガラスの生成が少なくなり、緻密化の効果が不十分になること、ＳｉＣ超微粉の割合が８重量％を超えると、流動性が悪くなることによる。なお、ＳｉＣの全体量としては、請求項１に規定されているように２０〜４０重量％の範囲で特に問題はない。
【００３７】
なお、スラグゾーン用キャスタブル耐火物のＳｉＣ超微粉とＳｉＣ粒（ＳｉＣ微粉以外のＳｉＣ成分）の合量は、（１）耐スラグ性を向上させることができること、（２）メタルゾーン用キャスタブル耐火物の膨張率とスラグゾーン用キャスタブル耐火物の膨張率を一致させることができること等のバランスから決定することが必要である。両者の膨張率を一致させないと、長期使用の間にメタルゾーン用キャスタブル耐火物とスラグゾーン用キャスタブル耐火物の間に水平亀裂を発生させることになる。なお、スラグゾーン用キャスタブル耐火物のＳｉＣ超微粉とＳｉＣ粒の合量を、実験室の調査で決定することは通常困難であり、本願発明においては、実機における経験から、スラグゾーン用キャスタブル耐火物のＳｉＣ粒とＳｉＣ超微粉の合量を２０〜４０重量％の範囲とした。
【００３８】
また、本願発明の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物においては、スラグゾーン用キャスタブル耐火物の焼結を促進させるための材料として、Ｂ４Ｃ又はＮｉＯを適量使用する。これら原料の機能と適正量はメタルゾーン用キャスタブル耐火物の項で詳しく述べているのでここではその説明を省略する。
なお、焼結を促進させるための材料としては、ミクロシリカを使用することも可能である。
【００３９】
また、スラグゾーン用キャスタブル耐火物には、材料の流動性、硬化を制御する各種分散剤、硬化調整剤を適宜添加することが可能であり、その使用に特別の制約はない。
【００４０】
【実施例】
以下、本願発明の実施例を示して、その特徴とするところをさらに詳しく説明する。
表１に示すような割合で、電融アルミナ、易焼結性アルミナ、ＳｉＣ、シリカ、Ｂ４Ｃ、ＮｉＯ、ステンレスファイバー、金属アルミニウム（Ｍｅｔ．Ａｌ）、アルミナセメント、分散剤、及び硬化調整剤などを配合して、本願発明の実施例にかかる高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物（実施例Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの試料）を作製した。
なお、実施例Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、メタルゾーン用キャスタブル耐火物であり、実施例Ｆは、スラグゾーン用キャスタブル耐火物である。
また、比較のため、ＳｉＣの２００Ｆは含むが、ＳｉＣ粒（１ｍｍ〜）及びＳｉＣ超微粉を含まず、かつ、Ｂ４Ｃ、ＮｉＯを含まないキャスタブル耐火物を作製した。
【００４１】
それから、各耐火物（試料）に、それぞれの配合に適した水分を添加し、万能ミキサにより混練して、鋳込み型に流し込んだ。その後、常温で２４ｈ養生した後、脱枠し、１１０℃で２４ｈ乾燥して試料とした。
【００４２】
そして、このようにして得た試料について、気孔率、常温曲げ強さ、溶損指数（耐蝕性）を調べた。
なお、気孔率（見かけ気孔率）、曲げ強度などの物理特性は、還元雰囲気で１１００℃×３ｈ、１４００℃×３ｈ、及び酸化雰囲気で１１００℃×３ｈ、１４００℃×３ｈの条件で焼成した後、測定した。
また、溶損指数（耐蝕性）は、還元雰囲気で８００℃×３ｈ焼成した後、ロータリー式耐蝕性試験機にセットし、銑鉄と高炉スラグを、銑鉄７０重量％、高炉スラグ３０重量％の比率で混合した浸食材を投入し、１５５０℃で溶融させて３ｈ浸食テストを行った結果であり、溶損指数は比較例の溶損量を１００とした場合の相対値である。
気孔率、常温曲げ強さ、溶損指数の結果を表１に併せて示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】
本願発明のメタルゾーン用試料ＡではＳｉＣ増量とＳｉＣ超微粉使用の効果を確認した。樋材での実験結果および実機使用の結果からＳｉＣの合量は１９重量％を選択した。またＳｉＣ超微粉の使用量は５重量％とした。この試料Ａの溶損指数は相対植で７９と浸食は低減した。しかし、焼成後の曲げ強さ及び気孔率は比較例とほぼ同じで、早期焼結化の効果は特に認められなかった。
【００４５】
試料Ｂ、Ｃでは、試料ＡにさらにＢ４Ｃを各々０．３重量％、０．８重量％添加した。試料Ｂ、Ｃのように、Ｂ４Ｃを添加することにより、溶損指数は試料Ａの７９より若干少なくなる（試料Ｂで７１、試料Ｃで７５）程度であったが、酸化焼成後の気孔率の減少は大きく、とくにＢ４Ｃを０．８重量％添加した試料Ｃでは、１１００℃酸化焼成後では１１００℃還元焼成後より４．４％低くなり、１４００℃酸化焼成後では１４００℃還元焼成後より２．０％低くなっており、気孔率低減の効果が大きかった。ただし、融液をあまり多く生成させると、磨耗の強いメタルゾーンでは施工体が削り取られる危険性があることから、本願発明ではＢ４Ｃの配合割合の上限を最大０．８重量％としている。
また、Ｂ４Ｃを添加することにより、中間温度の酸化雰囲気において早期焼結の効果が得られることが確認された。ただし、還元雰囲気での気孔率の減少及び強度向上の効果は比較的小さかった。
【００４６】
試料Ｄ、Ｅでは、試料Ｃに、さらにＮｉＯを各々０．５重量％、２．０重量％添加した。試料Ｄ、Ｅのように、ＮｉＯを添加することにより、溶損指数は試料Ｃの７５よりやや増加する（試料Ｄで７７、試料Ｅで７８）が、比較例よりは少なくなっている。一方、還元雰囲気での気孔率の減少及び強度向上は明らかで、早期焼結が実現されることが確認された。
【００４７】
また、ＳｉＣが３４重量％配合された、本願発明のスラグゾーン用キャスタブル耐火物の実施例である試料Ｆは、比較例に比べて溶損指数が少なくなり、酸化雰囲気及び還元雰囲気のいずれにおいても、焼結性の向上が図られていることがわかる。
【００４８】
なお、実機を用いた試験により、上記実施例Ａ〜Ｅの各試料をメタルゾーンに施工し、スラグゾーンに実施例Ｆの試料を施工することにより、残厚管理１００ｍｍが可能になり、樋材原単位が大幅に低下することが確認されている。
【００４９】
なお、本願発明の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物において、耐火物原料の配合割合は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲内においてその配合割合を変更することが可能である。
【００５０】
本願発明は、さらにその他の点において上記実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【００５１】
【発明の効果】
上述のように、本願発明（請求項１）の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物の施工方法は、スラグゾーンに対応する壁上部には、ＳｉＣを２０〜４０重量％含有するスラグゾーン用キャスタブル耐火物を用い、メタルゾーンに対応する壁下部及び敷部には、ＳｉＣを１０〜２０重量％含有するメタルゾーン用キャスタブル耐火物を用いて、いわゆるゾーン施工を行うようにしているので、スラグゾーンからの漏れに対しては、十分な耐滓性を確保するとともに、メタルゾーンからの漏れに対しては、残存膨張性を改善して、急激な損耗を防止することが可能になり、主樋全体の強度、耐用性を向上させることが可能になる。
【００５２】
また、請求項２の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物の施工方法のように、スラグゾーン用キャスタブル耐火物及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物として、ＳｉＣ超微粉：３〜８重量％を含有するものを用いた場合、焼結を早め、かつ、焼結後の耐蝕性低下を最小限に抑えることが可能になり、スラグゾーンからの漏れに対しては、十分な耐滓性を確保するとともに、メタルゾーンからの漏れに対しては、残存膨張性を改善して、急激な損耗を防止することが可能になり、主樋全体の強度、耐用性を向上させることが可能になる。
【００５３】
また、請求項３の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物の施工方法のように、スラグゾーン用キャスタブル耐火物及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物として、平均粒径が０．５ｍｍ以下のＮｉＯを外掛けで０．３〜２．０重量％、又は平均粒径が０．５ｍｍ以下のＢ４Ｃを外掛けで０．３〜０．８重量％含有するものを用いた場合、スラグゾーンからの漏れに対しては、十分な耐滓性を確保し、メタルゾーンからの漏れに対しては、早期焼結性、残存膨張性を改善して、急激な損耗を防止することが可能になり、主樋全体の強度及び耐用性をさらに向上させることができるようになる。
【００５４】
また、本願発明（請求項４）の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物は、スラグゾーンに対応する壁上部に施工されるべき、ＳｉＣを２０〜４０重量％含有するスラグゾーン用キャスタブル耐火物と、メタルゾーンに対応する壁下部及び敷部に施工されるべき、ＳｉＣを１０〜２０重量％含有するメタルゾーン用キャスタブル耐火物とを備えているので、この高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物を用いることにより、請求項１記載の高炉主樋裏張り用耐火物の施工方法を確実に実施して、スラグゾーンからの漏れに対しては、十分な耐滓性を確保し、メタルゾーンからの漏れに対しては、残存膨張性を改善して、急激な損耗を防止することが可能で、主樋全体の強度、耐用性を向上させることが可能な施工体を形成することができる。
【００５５】
また、請求項５の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物のように、スラグゾーン用キャスタブル耐火物及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物にＳｉＣ超微粉：３〜８重量％を含有させることにより、この高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物を用いて請求項２記載の施工方法を実施した場合に、焼結を早め、かつ、焼結後の耐蝕性低下を最小限に抑えることが可能で、スラグゾーンやメタルゾーンからの漏滓、漏銑があった場合にも急激な浸食を防ぐことが可能な施工体を確実に形成することができるようになる。
【００５６】
また、請求項６の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物のように、スラグゾーン用キャスタブル耐火物及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物に、平均粒径０．５ｍｍ以下のＮｉＯを外掛けで０．３〜２．０重量％、又は平均粒径０．５ｍｍ以下のＢ４Ｃを外掛けで０．３〜０．８重量％含有させることにより、この高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物を用いて請求項３記載の施工方法を実施した場合に、スラグゾーンからの漏れに対しては、十分な耐滓性を確保し、メタルゾーンからの漏れに対しては、早期焼結性、残存膨張性を改善して、急激な損耗を防止することが可能で、主樋全体の強度、耐用性をさらに向上させることが可能な施工体を確実に形成することができる。
【発明の属する技術分野】
本願発明は、キャスタブル耐火物に関し、詳しくは、高炉主樋のワーキングライニング用流し込み樋材の裏側に施工される高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物及びその施工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
高炉主樋のワーキングライニング用流し込み樋材の裏側に施工される高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物には、
（１）流し込み樋材に密着して、流し込み樋材を支持する機能、
（２）主樋全体の構造体の一部として主樋全体の強度を向上させる機能、
（３）流し込み樋材の亀裂から滲み出てきた溶銑・溶滓に１〜２日耐える耐食性などの機能や特性を備えていることが要求される。
【０００３】
しかし、従来の考え方では、上記（１）及び（２）の機能が重視され、（３）の機能は補助的な機能とされていた。
したがって、従来の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物では、骨材を電融アルミアと高アルミナの併用、微粉としては高アルミナ粉、仮焼アルミナ粉、焼結アルミナ粉を主体とした耐火原料で構成し、硬化材兼低温強度発現材としてアルミナセメントを５〜１０％使用するキャスタブル耐火物が主流であった。また、化学組成としては、Ａｌ２Ｏ３：７０〜９０重量％、ＳｉＯ２：５〜２０重量％、ＣａＯ、ＴｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３の合量：５重量％以下とするものが一般的であった。
【０００４】
ところが、近年は樋寿命の延長や、残厚を薄くまで使用する傾向が強くなり、上記（３）の機能が重視されるようになり、材料としては、それ以前の材料にＳｉＣを１０〜１５重量％使用するキャスタブル耐火物が主流になってきた。すなわち、Ａｌ２Ｏ３：７０〜８０重量％、ＳｉＣ：１０〜１５重量％、ＳｉＯ２：５〜１０重量％、ＣａＯ、ＴｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３の合量が５重量％以下というような化学組成の材料が一般的になってきた。
【０００５】
それでも、従来の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物における品質設計の基本思想は、あくまでも裏張り材であり、上記（３）の機能は補助的な機能とされている。したがって、このような従来の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物では、主樋ワーキング用流し込み樋材の原単位低減、寿命延長への動きが加速されている現状には対応しきれないのが実情である。
【０００６】
すなわち、以前には、１２万ｔ通銑×２サイクルで残厚１５０〜２００ｍｍを基準にして修理を行っていたものが、近年では１５万ｔ通銑×３サイクルで残厚１００〜１５０ｍｍを基準に修理が行われるようになっており、ワーキング用流し込み樋材は長期間使用すれば焼結が進んで亀裂が発生しやすくなる上に、残厚が薄くなるまで使用するので、亀裂を通しての漏銑・漏滓の頻度と規模が大きくなるに至っている。
【０００７】
本願発明は、上記問題点を解決するものであり、耐溶銑性及び耐滓性が良好で焼結性に優れ、耐用性の良好な信頼性の高い施工体を形成することが可能な高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物の施工方法及び該施工方法に用いられる高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、発明者等は、
（１）上述の従来例のように、ＳｉＣ量の配合割合を１０〜１５重量％とすることは、耐溶銑性のみ配慮して耐滓性を無視したものであり、また、
（２）上記従来例では早期焼結の対応をとっていないため、溶銑・溶滓が早く組織に浸透し、急激な損耗を招いていること
などに鑑み、規模の大きな漏銑・漏滓に耐えるためには従来の発想を捨てて、高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物をワーキングライニングの一部（母材）として捕らえる必要があると考え、種々の実験検討を行った。
【０００９】
そして、主樋における漏銑・漏滓は、メタルゾーンから漏れるものと、スラグゾーンから漏れるものとがあり、メタルゾーンから漏れる場合、上記（１）のようにＳｉＣ量の配合割合を１０〜１５重量％とした場合、漏れ出した溶銑に対する耐性は確保できるが、早期焼結の対応をとっていないため、溶銑・溶滓が早く組織に浸透し、急激な損耗を招くという問題点があり、また、スラグゾーンから漏れがある場合、上記（１）のように、耐滓性を無視した組成を有し、上記（２）のように早期焼結の対応をとっていない従来の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物では、十分な耐用性を確保することができないことなどの知見を得た。そして、かかる知見に基づいて、さらに、検討、実験を行って本願発明を完成した。
【００１０】
本願発明（請求項１）の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物の施工方法は、
（ａ）スラグゾーンに対応する壁上部には、ＳｉＣを２０〜４０重量％含有するスラグゾーン用キャスタブル耐火物を施工し、
（ｂ）メタルゾーンに対応する壁下部及び敷部には、ＳｉＣを１０〜２０重量％含有するメタルゾーン用キャスタブル耐火物を施工すること
を特徴としている。
【００１１】
スラグゾーンに対応する壁上部には、ＳｉＣを２０〜４０重量％含有するスラグゾーン用キャスタブル耐火物を用い、メタルゾーンに対応する壁下部及び敷部には、ＳｉＣを１０〜２０重量％含有するメタルゾーン用キャスタブル耐火物を用いて、いわゆるゾーン施工を行うことにより、スラグゾーンからの漏れに対しては、十分な耐滓性を確保するとともに、メタルゾーンからの漏れに対しては、残存膨張性を改善して、急激な損耗を防止することが可能になり、主樋全体の強度、耐用性を向上させることが可能になる。
【００１２】
また、請求項２の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物の施工方法は、スラグゾーン用キャスタブル耐火物及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物として、ＳｉＣ超微粉：３〜８重量％を含有するものを用いることを特徴としている。
【００１３】
スラグゾーン用キャスタブル耐火物及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物として、それぞれＳｉＣ超微粉：３〜８重量％を含有するものを用いることにより、焼結を早め、かつ、焼結後の耐蝕性低下を最小限に抑えることが可能になり、スラグゾーンやメタルゾーンからの漏滓、漏銑があった場合にも急激な浸食を防ぐことが可能になる。
すなわち、ＳｉＣ超微粉は高温で酸化されやすく、シリカガラスを生成し易いため、使用温度の高い主樋材には使用しにくいと考えられていたが、本願発明では、このシリカガラスを生成し易い性質に着目し、ＳｉＣ超微粉を所定量配合することにより、樋ワーキングライニングが薄くなり、また亀裂から溶銑滓が主樋裏張り材の近くに達し、主樋裏張り材の温度が上昇したときに、シリカガラスを生成して緻密になり、漏銑滓があったときにも急激な浸食が抑制されるようにして、スラグゾーンからの漏れに対しては、十分な耐滓性を確保するとともに、メタルゾーンからの漏れに対しては、残存膨張性を改善して、急激な損耗を防止することが可能になり、主樋全体の強度、耐用性を向上させることが可能になる。
【００１４】
また、請求項３の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物の施工方法は、スラグゾーン用キャスタブル耐火物及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物として、それぞれ平均粒径０．５ｍｍ以下のＮｉＯを外掛けで０．３〜２．０重量％、又は平均粒径０．５ｍｍ以下のＢ４Ｃを外掛けで０．３〜０．８重量％含有するものを用いることを特徴としている。
【００１５】
スラグゾーン用キャスタブル耐火物及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物として、それぞれ、平均粒径が０．５ｍｍ以下のＮｉＯを外掛けで０．３〜２．０重量％、又は平均粒径が０．５ｍｍ以下のＢ４Ｃを外掛けで０．３〜０．８重量％含有するものを用いることより、スラグゾーンからの漏れに対しては、十分な耐滓性を確保し、メタルゾーンからの漏れに対しては、早期焼結性、残存膨張性を改善して、急激な損耗を防止することが可能になり、主樋全体の強度及び耐用性をさらに向上させることが可能になる。
なお、Ｂ４Ｃ、ＮｉＯはいずれも、焼結を促進させる機能を果たすとともに、Ｂ４Ｃはカーボンの酸化防止材として機能し、ＮｉＯは高温でアルミナと反応しニッケルスピネルを生成し、組織強化、強度発現の機能を果たす。
【００１６】
また、本願発明（請求項４）の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物は、
高炉主樋裏張りに用いられるキャスタブル耐火物であって、
（ａ）スラグゾーンに対応する壁上部に施工されるべき、ＳｉＣを２０〜４０重量％含有するスラグゾーン用キャスタブル耐火物と、
（ｂ）メタルゾーンに対応する壁下部及び敷部に施工されるべき、ＳｉＣを１０〜２０重量％含有するメタルゾーン用キャスタブル耐火物と
を備えていることを特徴としている。
【００１７】
本願発明（請求項４）の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物は、スラグゾーンに対応する壁上部に施工されるべき、ＳｉＣを２０〜４０重量％含有するスラグゾーン用キャスタブル耐火物と、メタルゾーンに対応する壁下部及び敷部に施工されるべき、ＳｉＣを１０〜２０重量％含有するメタルゾーン用キャスタブル耐火物とを備えているので、この高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物を用いることにより、請求項１記載の高炉主樋裏張り用耐火物の施工方法を確実に実施して、スラグゾーンからの漏れに対しては、十分な耐滓性を確保し、メタルゾーンからの漏れに対しては、残存膨張性を改善して、急激な損耗を防止することが可能で、主樋全体の強度、耐用性を向上させることが可能な施工体を形成することができるようになる。
【００１８】
また、請求項５の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物は、スラグゾーン用キャスタブル耐火物及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物のそれぞれが、ＳｉＣ超微粉：３〜８重量％を含有するものであることを特徴としている。
【００１９】
スラグゾーン用キャスタブル耐火物及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物にＳｉＣ超微粉：３〜８重量％を含有させることにより、この高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物を用いて請求項２記載の施工方法を実施した場合に、焼結を早め、かつ、焼結後の耐蝕性低下を最小限に抑えることが可能で、スラグゾーンやメタルゾーンからの漏滓、漏銑があった場合にも急激な浸食を防ぐことが可能な施工体を確実に形成することができるようになる。
【００２０】
また、請求項６の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物は、スラグゾーン用キャスタブル耐火物及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物のそれぞれが、平均粒径０．５ｍｍ以下のＮｉＯを外掛けで０．３〜２．０重量％、又は平均粒径０．５ｍｍ以下のＢ４Ｃを外掛けで０．３〜０．８重量％含有するものであることを特徴としている。
【００２１】
スラグゾーン用キャスタブル耐火物及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物に、平均粒径０．５ｍｍ以下のＮｉＯを外掛けで０．３〜２．０重量％、又は平均粒径０．５ｍｍ以下のＢ４Ｃを外掛けで０．３〜０．８重量％含有させることにより、この高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物を用いて請求項３記載の施工方法を実施した場合に、スラグゾーンからの漏れに対しては、十分な耐滓性を確保し、メタルゾーンからの漏れに対しては、早期焼結性、残存膨張性を改善して、急激な損耗を防止することが可能で、主樋全体の強度、耐用性をさらに向上させることが可能な施工体を確実に形成することができるようになる。
【００２２】
【発明の具体的な構成】
（１）メタルゾーン用キャスタブル耐火物
本願発明の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物を構成するメタルゾーン用キャスタブル耐火物の骨材としては、従来から使用されている電融アルミナを主体に、一部高アルミナを使用する。また、骨材の一部に電融スピネルを使用することも可能であるが、強度が下がる傾向があるので使用しないほうが望ましい。
【００２３】
また、微粉としては、主として易焼結性アルミナとＳｉＣ微粉を用いることが望ましい。易焼結性アルミナは従来の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物で使用されているような、平均粒経が２．５μｍ前後のものを用いることが望ましく、平均粒経が５．０μｍ前後の仮焼アルミナを一部使用してもよい。これら仮焼アルミナは、合量で１０〜１５重量％の範囲とすることが望ましく、これは、従来から使用されている範囲である。
【００２４】
また、本願発明では、メタルゾーン用キャスタブル耐火物にＳｉＣを１０〜２０重量％の割合で使用するようにしており、請求項２ではＳｉＣ超微粉を３〜８重量％使用するようにしている。ＳｉＣとしては、ＳｉＣ粒、ＳｉＣ微粉、ＳｉＣ超微粉を所定の割合で使用することが好ましい。ＳｉＣ粒としては粒径が、例えば１ｍｍ程度までのもの、ＳｉＣ微粉としては２００Ｆを主体として用いることが可能である。
【００２５】
また、ＳｉＣ超微粉は、従来、微粉部の耐蝕性向上を目的に使用温度の低い滓樋材や溶銑樋材には使用されているが、使用温度の高い主樋材には使用されていない。これは、ＳｉＣ超微粉は高温で酸化されやすく、シリカガラスを生成し易いためである。本願発明の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物を構成するメタルゾーン用キャスタブル耐火物は、このシリカガラスを生成し易い性質に着目したものであり、ＳｉＣ超微粉を所定の割合で配合することにより、樋ワーキングライニングが薄くなり、また亀裂から溶銑滓が主樋裏張り材の近くに達し、主樋裏張り材の温度が上昇したときに、シリカガラスを生成して緻密になり、漏銑滓があったときにも急激な浸食を抑制、防止することが可能になる。
【００２６】
ＳｉＣ超微粉の使用量は３〜８重量％が適切であるが、これは、ＳｉＣ超微粉の割合が３重量％未満になると、シリカガラスの生成が少なくなり、緻密化の効果が不十分になること、ＳｉＣ超微粉の割合が８重量％を超えると、流動性が悪くなることによる。なお、ＳｉＣの全体量としては、請求項１に規定されているように１０〜２０重量％の範囲で特に問題はない。
【００２７】
また、本願発明の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物においては、メタルゾーン用キャスタブル耐火物の焼結を促進させるための材料として、Ｂ４Ｃ又はＮｉＯを適量使用する。Ｂ４Ｃはカーボンの酸化防止材として添加するのでノンカーボン材質の主樋裏張り材には通常添加しない。しかし、本願発明では溶銑滓からの距離が小さくなったとき及び溶銑滓に接したときに、裏張り耐火材を急激に緻密化させる機能を果たすことに着目して、Ｂ４Ｃをガラス化促進材として使用している。その使用量は０．３〜０．８重量％の範囲が適切である。これは、０．３重量％未満ではガラス化促進効果が小さくなり、０．８重量％を超えるとガラスの融点が低くなりすぎることによる。
【００２８】
ＮｉＯはコークス炉などの溶射材に使用された実績はあるが、高炉主樋裏張り用などの樋材関係の耐火材に使用された事例のない材料である。このＮｉＯは高温でアルミナと反応しニッケルスピネルを生成し組織強化、強度発現の機能を果たす。
高炉主樋裏張り耐火材には通常、易焼結性アルミナが使用されるが、１５００℃以下では焼結しない。これに対し、本願発明の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物では多量のシリカガラスで焼結させるよう設計するとともに、それをより強化するために、ＮｉＯの添加によるニッケルスピネルの生成を利用している。
なお、ＮｉＯの添加量は０．３〜２．０重量％の範囲とすることが適切である。これは、０．３重量％未満では強度発現強化が不十分になり、２．０重量％を超えると焼結強度が高すぎてスポーリングを発生しやすくなることによる。
【００２９】
また、本願発明の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物において、メタルゾーン用キャスタブル耐火物の焼結を促進させるための材料としては、ミクロシリカを使用することも可能である。ミクロシリカは従来の主樋裏張り材にも２〜６重量％程度の範囲で使用されているものである。なお、ミクロシリカの配合割合が３重量％未満では低温から中温での強度発現と焼結促進の効果が少なく、５重量％を超えると乾燥収縮が大きくなる傾向があるので、ミクロシリカは３〜５重量％の範囲で使用することが望ましい。
【００３０】
さらに、本願発明の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物においては、メタルゾーン用キャスタブル耐火物の硬化強度を確保する目的で、アルミナセメントを使用することが可能であり、その配合割合としては、５〜７重量％の範囲とすることが望ましい。
【００３１】
また、メタルゾーン用キャスタブル耐火物には、材料の流動性、硬化を制御する各種分散剤、硬化調整剤を適宜添加することが可能であり、その使用に特別の制約はない。
【００３２】
（２）スラグゾーン用キャスタブル耐火物
本願発明の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物を構成するスラグゾーン用キャスタブル耐火物の骨材としては、従来から使用されている電融アルミナ及びＳｉＣを使用する。電融アルミナの品位はアルミナ純度９２％以上であればよい。また、ＳｉＣの品位はＳｉＣ純度８５％以上であればよい。ただし、ＳｉＣの純度が９２％以上のものを用いることが望ましい。ＳｉＣ純度が低いと混練水量が多くなり緻密さが低下する場合があり、また、不純物としてのカーボンが増加し、早期焼結を阻害する場合がある。なお、これらＳｉＣについての要件は、メタルゾーン用キャスタブル耐火物に用いられるＳｉＣについても当てはまるものである。
【００３３】
また、微粉としては、主として易焼結性アルミナとＳｉＣ微粉を用いることが望ましい。易焼結性アルミナは従来の耐火材で使用されているような、平均粒経が２．５μｍ前後のものを用いることが望ましく、平均粒経が５．０μｍ前後の仮焼アルミナを一部使用してもよい。これら仮焼アルミナは、合量で１０〜１５重量％の範囲とすることが望ましく、これは、従来から使用されている範囲である。
【００３４】
また、本願発明では、スラグゾーン用キャスタブル耐火物にＳｉＣを２０〜４０重量％の割合で使用するようにしており、請求項２ではＳｉＣ超微粉を３〜８重量％使用するようにしている。ＳｉＣとしては、ＳｉＣ粒、ＳｉＣ微粉、ＳｉＣ超微粉を所定の割合で使用する。ＳｉＣ粒としては粒径が、例えば１ｍｍ程度までのもの、ＳｉＣ微粉としては２００Ｆを主体として用いることが可能である。
【００３５】
また、ＳｉＣ超微粉は、従来、微粉部の耐蝕性向上を目的に使用温度の低い滓樋材や溶銑樋材には使用されているが、使用温度の高い主樋材には使用されていない。これは、ＳｉＣ超微粉は高温で酸化されやすく、シリカガラスを生成し易いためである。本願発明の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物を構成するスラグゾーン用キャスタブル耐火物は、このシリカガラスを生成し易い性質に着目し、ＳｉＣ超微粉を所定の割合で配合することにより、樋ワーキングライニングが薄くなり、また亀裂から溶銑滓が主樋裏張り材の近くに達し、主樋裏張り材の温度が上昇したときに、シリカガラスを生成して緻密になり、漏銑滓があったときにも急激な浸食を抑制、防止することが可能になる。
【００３６】
ＳｉＣ超微粉の使用量は３〜８重量％が適切であるが、これは、ＳｉＣ超微粉の割合が３重量％未満になると、シリカガラスの生成が少なくなり、緻密化の効果が不十分になること、ＳｉＣ超微粉の割合が８重量％を超えると、流動性が悪くなることによる。なお、ＳｉＣの全体量としては、請求項１に規定されているように２０〜４０重量％の範囲で特に問題はない。
【００３７】
なお、スラグゾーン用キャスタブル耐火物のＳｉＣ超微粉とＳｉＣ粒（ＳｉＣ微粉以外のＳｉＣ成分）の合量は、（１）耐スラグ性を向上させることができること、（２）メタルゾーン用キャスタブル耐火物の膨張率とスラグゾーン用キャスタブル耐火物の膨張率を一致させることができること等のバランスから決定することが必要である。両者の膨張率を一致させないと、長期使用の間にメタルゾーン用キャスタブル耐火物とスラグゾーン用キャスタブル耐火物の間に水平亀裂を発生させることになる。なお、スラグゾーン用キャスタブル耐火物のＳｉＣ超微粉とＳｉＣ粒の合量を、実験室の調査で決定することは通常困難であり、本願発明においては、実機における経験から、スラグゾーン用キャスタブル耐火物のＳｉＣ粒とＳｉＣ超微粉の合量を２０〜４０重量％の範囲とした。
【００３８】
また、本願発明の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物においては、スラグゾーン用キャスタブル耐火物の焼結を促進させるための材料として、Ｂ４Ｃ又はＮｉＯを適量使用する。これら原料の機能と適正量はメタルゾーン用キャスタブル耐火物の項で詳しく述べているのでここではその説明を省略する。
なお、焼結を促進させるための材料としては、ミクロシリカを使用することも可能である。
【００３９】
また、スラグゾーン用キャスタブル耐火物には、材料の流動性、硬化を制御する各種分散剤、硬化調整剤を適宜添加することが可能であり、その使用に特別の制約はない。
【００４０】
【実施例】
以下、本願発明の実施例を示して、その特徴とするところをさらに詳しく説明する。
表１に示すような割合で、電融アルミナ、易焼結性アルミナ、ＳｉＣ、シリカ、Ｂ４Ｃ、ＮｉＯ、ステンレスファイバー、金属アルミニウム（Ｍｅｔ．Ａｌ）、アルミナセメント、分散剤、及び硬化調整剤などを配合して、本願発明の実施例にかかる高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物（実施例Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの試料）を作製した。
なお、実施例Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、メタルゾーン用キャスタブル耐火物であり、実施例Ｆは、スラグゾーン用キャスタブル耐火物である。
また、比較のため、ＳｉＣの２００Ｆは含むが、ＳｉＣ粒（１ｍｍ〜）及びＳｉＣ超微粉を含まず、かつ、Ｂ４Ｃ、ＮｉＯを含まないキャスタブル耐火物を作製した。
【００４１】
それから、各耐火物（試料）に、それぞれの配合に適した水分を添加し、万能ミキサにより混練して、鋳込み型に流し込んだ。その後、常温で２４ｈ養生した後、脱枠し、１１０℃で２４ｈ乾燥して試料とした。
【００４２】
そして、このようにして得た試料について、気孔率、常温曲げ強さ、溶損指数（耐蝕性）を調べた。
なお、気孔率（見かけ気孔率）、曲げ強度などの物理特性は、還元雰囲気で１１００℃×３ｈ、１４００℃×３ｈ、及び酸化雰囲気で１１００℃×３ｈ、１４００℃×３ｈの条件で焼成した後、測定した。
また、溶損指数（耐蝕性）は、還元雰囲気で８００℃×３ｈ焼成した後、ロータリー式耐蝕性試験機にセットし、銑鉄と高炉スラグを、銑鉄７０重量％、高炉スラグ３０重量％の比率で混合した浸食材を投入し、１５５０℃で溶融させて３ｈ浸食テストを行った結果であり、溶損指数は比較例の溶損量を１００とした場合の相対値である。
気孔率、常温曲げ強さ、溶損指数の結果を表１に併せて示す。
【００４３】
【表１】
本願発明のメタルゾーン用試料ＡではＳｉＣ増量とＳｉＣ超微粉使用の効果を確認した。樋材での実験結果および実機使用の結果からＳｉＣの合量は１９重量％を選択した。またＳｉＣ超微粉の使用量は５重量％とした。この試料Ａの溶損指数は相対植で７９と浸食は低減した。しかし、焼成後の曲げ強さ及び気孔率は比較例とほぼ同じで、早期焼結化の効果は特に認められなかった。
【００４５】
試料Ｂ、Ｃでは、試料ＡにさらにＢ４Ｃを各々０．３重量％、０．８重量％添加した。試料Ｂ、Ｃのように、Ｂ４Ｃを添加することにより、溶損指数は試料Ａの７９より若干少なくなる（試料Ｂで７１、試料Ｃで７５）程度であったが、酸化焼成後の気孔率の減少は大きく、とくにＢ４Ｃを０．８重量％添加した試料Ｃでは、１１００℃酸化焼成後では１１００℃還元焼成後より４．４％低くなり、１４００℃酸化焼成後では１４００℃還元焼成後より２．０％低くなっており、気孔率低減の効果が大きかった。ただし、融液をあまり多く生成させると、磨耗の強いメタルゾーンでは施工体が削り取られる危険性があることから、本願発明ではＢ４Ｃの配合割合の上限を最大０．８重量％としている。
また、Ｂ４Ｃを添加することにより、中間温度の酸化雰囲気において早期焼結の効果が得られることが確認された。ただし、還元雰囲気での気孔率の減少及び強度向上の効果は比較的小さかった。
【００４６】
試料Ｄ、Ｅでは、試料Ｃに、さらにＮｉＯを各々０．５重量％、２．０重量％添加した。試料Ｄ、Ｅのように、ＮｉＯを添加することにより、溶損指数は試料Ｃの７５よりやや増加する（試料Ｄで７７、試料Ｅで７８）が、比較例よりは少なくなっている。一方、還元雰囲気での気孔率の減少及び強度向上は明らかで、早期焼結が実現されることが確認された。
【００４７】
また、ＳｉＣが３４重量％配合された、本願発明のスラグゾーン用キャスタブル耐火物の実施例である試料Ｆは、比較例に比べて溶損指数が少なくなり、酸化雰囲気及び還元雰囲気のいずれにおいても、焼結性の向上が図られていることがわかる。
【００４８】
なお、実機を用いた試験により、上記実施例Ａ〜Ｅの各試料をメタルゾーンに施工し、スラグゾーンに実施例Ｆの試料を施工することにより、残厚管理１００ｍｍが可能になり、樋材原単位が大幅に低下することが確認されている。
【００４９】
なお、本願発明の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物において、耐火物原料の配合割合は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲内においてその配合割合を変更することが可能である。
【００５０】
本願発明は、さらにその他の点において上記実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【００５１】
【発明の効果】
上述のように、本願発明（請求項１）の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物の施工方法は、スラグゾーンに対応する壁上部には、ＳｉＣを２０〜４０重量％含有するスラグゾーン用キャスタブル耐火物を用い、メタルゾーンに対応する壁下部及び敷部には、ＳｉＣを１０〜２０重量％含有するメタルゾーン用キャスタブル耐火物を用いて、いわゆるゾーン施工を行うようにしているので、スラグゾーンからの漏れに対しては、十分な耐滓性を確保するとともに、メタルゾーンからの漏れに対しては、残存膨張性を改善して、急激な損耗を防止することが可能になり、主樋全体の強度、耐用性を向上させることが可能になる。
【００５２】
また、請求項２の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物の施工方法のように、スラグゾーン用キャスタブル耐火物及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物として、ＳｉＣ超微粉：３〜８重量％を含有するものを用いた場合、焼結を早め、かつ、焼結後の耐蝕性低下を最小限に抑えることが可能になり、スラグゾーンからの漏れに対しては、十分な耐滓性を確保するとともに、メタルゾーンからの漏れに対しては、残存膨張性を改善して、急激な損耗を防止することが可能になり、主樋全体の強度、耐用性を向上させることが可能になる。
【００５３】
また、請求項３の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物の施工方法のように、スラグゾーン用キャスタブル耐火物及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物として、平均粒径が０．５ｍｍ以下のＮｉＯを外掛けで０．３〜２．０重量％、又は平均粒径が０．５ｍｍ以下のＢ４Ｃを外掛けで０．３〜０．８重量％含有するものを用いた場合、スラグゾーンからの漏れに対しては、十分な耐滓性を確保し、メタルゾーンからの漏れに対しては、早期焼結性、残存膨張性を改善して、急激な損耗を防止することが可能になり、主樋全体の強度及び耐用性をさらに向上させることができるようになる。
【００５４】
また、本願発明（請求項４）の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物は、スラグゾーンに対応する壁上部に施工されるべき、ＳｉＣを２０〜４０重量％含有するスラグゾーン用キャスタブル耐火物と、メタルゾーンに対応する壁下部及び敷部に施工されるべき、ＳｉＣを１０〜２０重量％含有するメタルゾーン用キャスタブル耐火物とを備えているので、この高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物を用いることにより、請求項１記載の高炉主樋裏張り用耐火物の施工方法を確実に実施して、スラグゾーンからの漏れに対しては、十分な耐滓性を確保し、メタルゾーンからの漏れに対しては、残存膨張性を改善して、急激な損耗を防止することが可能で、主樋全体の強度、耐用性を向上させることが可能な施工体を形成することができる。
【００５５】
また、請求項５の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物のように、スラグゾーン用キャスタブル耐火物及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物にＳｉＣ超微粉：３〜８重量％を含有させることにより、この高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物を用いて請求項２記載の施工方法を実施した場合に、焼結を早め、かつ、焼結後の耐蝕性低下を最小限に抑えることが可能で、スラグゾーンやメタルゾーンからの漏滓、漏銑があった場合にも急激な浸食を防ぐことが可能な施工体を確実に形成することができるようになる。
【００５６】
また、請求項６の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物のように、スラグゾーン用キャスタブル耐火物及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物に、平均粒径０．５ｍｍ以下のＮｉＯを外掛けで０．３〜２．０重量％、又は平均粒径０．５ｍｍ以下のＢ４Ｃを外掛けで０．３〜０．８重量％含有させることにより、この高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物を用いて請求項３記載の施工方法を実施した場合に、スラグゾーンからの漏れに対しては、十分な耐滓性を確保し、メタルゾーンからの漏れに対しては、早期焼結性、残存膨張性を改善して、急激な損耗を防止することが可能で、主樋全体の強度、耐用性をさらに向上させることが可能な施工体を確実に形成することができる。
Claims (6)
- （ａ）スラグゾーンに対応する壁上部には、ＳｉＣを２０〜４０重量％含有するスラグゾーン用キャスタブル耐火物を施工し、
（ｂ）メタルゾーンに対応する壁下部及び敷部には、ＳｉＣを１０〜２０重量％含有するメタルゾーン用キャスタブル耐火物を施工すること
を特徴とする高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物の施工方法。 - スラグゾーン用キャスタブル耐火物及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物として、ＳｉＣ超微粉：３〜８重量％を含有するものを用いることを特徴とする請求項１記載の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物の施工方法。
- スラグゾーン用キャスタブル耐火物及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物として、平均粒径０．５ｍｍ以下のＮｉＯを外掛けで０．３〜２．０重量％、又は平均粒径０．５ｍｍ以下のＢ４Ｃを外掛けで０．３〜０．８重量％含有するものを用いることを特徴とする請求項１又は２記載の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物の施工方法。
- 高炉主樋裏張りに用いられるキャスタブル耐火物であって、
（ａ）スラグゾーンに対応する壁上部に施工されるべき、ＳｉＣを２０〜４０重量％含有するスラグゾーン用キャスタブル耐火物と、
（ｂ）メタルゾーンに対応する壁下部及び敷部に施工されるべき、ＳｉＣを１０〜２０重量％含有するメタルゾーン用キャスタブル耐火物と
を備えていることを特徴とする高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物。 - スラグゾーン用キャスタブル耐火物及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物のそれぞれが、ＳｉＣ超微粉：３〜８重量％を含有するものであることを特徴とする請求項４記載の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物。
- スラグゾーン用キャスタブル耐火物及びメタルゾーン用キャスタブル耐火物のそれぞれが、平均粒径０．５ｍｍ以下のＮｉＯを外掛けで０．３〜２．０重量％、又は平均粒径０．５ｍｍ以下のＢ４Ｃを外掛けで０．３〜０．８重量％含有するものであることを特徴とする請求項４又は５記載の高炉主樋裏張り用キャスタブル耐火物。
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