JP2005320222A - 高炉用圧入材及び高炉の補修方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱硬化性樹脂を使用した高炉用圧入材において、特に１００℃以上の加熱された空隙に対しても十分な浸透性を有する材料を提供する。
【解決手段】炭素又は炭化物含有粒子である粒状耐火骨材と、粉末状フェノール樹脂と、低粘性液体とを含有する高炉用圧入材である。粉末フェノール樹脂及び粒状耐火骨材の合計１００質量部のうち粉末状フェノール樹脂が２０質量部以上５０質量部以下であり、粉末フェノール樹脂及び粒状耐火骨材の合計１００質量部に対して低粘性液体が６０質量部以上２５０質量部未満である。空隙に対して十分な浸透性を有する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、高炉用圧入材及び高炉の補修方法に関し、例えば、高炉炉底部の内張りれんがと鉄皮の間等の高炉の補修部に施工されるスタンプ材に存在する空隙を充填して鉄皮からの冷却効果を回復させるための高炉用圧入材と、これを用いた高炉の補修方法とに関する。

高炉の炉壁は、内張りれんが、ステーブ又は冷却盤そして鉄皮が内側からこの順で配置されて、構成される。内張りれんがと鉄皮との間にはスタンプ材が施工される。特に、高炉の炉底部には常時１５００℃程度の溶銑や溶滓が存在するため、炉底部の内張りれんがが損耗した場合、操業中に損耗した内張りれんがを交換するといった直接的な補修を行うことは極めて困難である。そこで、近年では、炉底部の内張りれんがに熱伝導率が高いカーボンれんがを用い、鉄皮の外面に散水したりステーブを用いた冷却を行うこと等によって内張りれんがを間接的に冷却して損耗を抑制している。

しかし、操業時に、内張りれんがあるいは鉄皮とスタンプ材との間に空隙が発生し、鉄皮やステーブを用いた冷却の効果が損なわれることがある。この空隙は、高炉の操業中に内張りれんがや鉄皮が熱膨張してスタンプ材を圧縮し、その後の冷却によって内張りれんがや鉄皮が収縮して元の位置に戻っても、スタンプ材が元の位置に完全には復帰しないために発生する。通常、この空隙の厚みは数mm程度ではあるものの、空気の熱伝導率は極めて低いためにこの空隙が断熱層として作用して鉄皮やステーブによる冷却が不充分となるため、内張りれんがが侵食される。

また、長期間稼働した高炉では、操業諸元の変化に伴って鉄皮や内張りれんがが膨張及び収縮を繰り返している。この膨張及び収縮に伴ってスタンプ材も圧縮及び復元を繰り返していくうちに次第に劣化するため、スタンプ層の内部に空隙が発生することもある。このようにしてスタンプ層の内部に発生した空隙も、内張りれんがあるいは鉄皮とスタンプ材との間に発生した空隙と同様に断熱層として作用し、鉄皮やステーブの冷却効果が損なわれる。

このようにして内張りれんがあるいは鉄皮とスタンプ材との間やスタンプ層の内部に発生した空隙を補修せずに放置すると、内張りれんがは急速に損耗する。そして、炉内からの熱によって鉄皮が赤熱したり鉄皮に亀裂が生じたり、最悪の場合には炉底部からの漏銑事故を発生するおそれすらある。

そこで、これまで、鉄皮から内張りれんがに達する孔を設け、この孔から、発生した空隙へ向けて、熱硬化性樹脂にカーボン粉末を混合して成る高熱伝動性のペースト状の材料であるカーボン系不定形耐火物（「圧入補修材」又は「圧入材」といわれる）を加圧圧入して充填することにより、鉄皮又はステーブの冷却効果を回復させる補修作業が行われてきた。

使用当初の圧入材は、液体媒質である水に、アルミナ質、マグネシア質あるいはクロム質等の粉状耐火性骨材を珪酸ソーダやアルミナセメントをバインダーとして添加してなる水系圧入材であり、鉄皮の冷却ではなく、損耗した粘度質れんがからなる炉底内張り耐火物の補修を目的とするものであった。この水系圧入材は、取り扱いが簡便ではあるものの、高温の圧入箇所に圧入すると含有する水分が急激に気化し、これにより、固化後の圧入材の組織が多孔質になってしまうという問題があった。

炉底内張り耐火物には、上述したように、粘度質れんがに替えて熱伝導率が高いカーボンれんがを用い、鉄皮の外面に散水したりステーブを用いた冷却を行うことによってれんがの損耗を抑制するようになっている。

このような炉底内張り耐火物の材質の変遷に伴って、圧入材も、単なる補修材としてではなく、内張りれんがあるいは鉄皮とスタンプ材との間やスタンプ層の内部に発生した空隙を充填して鉄皮やステーブの冷却効果を回復させるための充填材として使用されるようになってきた。したがって、近年の圧入材は、骨材として熱伝導率が高いカーボン粉末を用いるとともに、バインダーとしてフェノール樹脂やフラン樹脂等を単独で又は混合した液状の熱硬化性樹脂を用いている。

この骨材における熱硬化性樹脂は、補修部への加圧圧入時における圧力伝達媒体として機能するとともにカーボン粉末を固化させるためのバインダーとして機能する。フェノール樹脂やフラン樹脂が使用される理由は、単に取り扱い易く安価であるというだけではなく、炭化時の残炭率が高いために圧入後に形成される組織の熱伝導率が他の材料を使用した場合よりも高くなるためとされている。

しかし、これら熱硬化性樹脂は比較的粘性が高い材料である。このため、この熱硬化性樹脂を含む骨材の空隙への浸透性は、良好ではない。このため、熱硬化性樹脂を含む骨材の空隙への浸透性を改善するために様々な検討が行われている。

特許文献１には、粒径が１mm以下の炭化珪素、黒鉛又は石油系コークスの群から選ばれる１種以上を主材とした耐火骨材にバインダーとして、液状ノボラック型フェノール樹脂及び粉末フェノール樹脂を添加して製造される高炉炉壁間隙充填用圧入材が開示されている。この発明で粉末フェノール樹脂を添加する理由は、圧入材を圧入した時に液状ノボラック型フェノール樹脂が硬化するにつれて粘性が低下し、耐火骨材と液状樹脂とが固液分離して均一な組織を得ることができなくなることを防止するためである。

また、特許文献２には、粉状耐火物を主成分とする骨材１００部と、結合材である軟化点２００℃以上の瀝青物４〜４０部と、流動性付与材である液状油１０〜３５部とからなる高炉の高熱部補修用耐火物が開示されている。この補修用耐火材料は、水系圧入材を高温域における局部的損傷部位に圧入した時に圧入材の水分が急激に気化して固化した圧入材の組織が多孔質となることを防止するために耐火性骨材に非水系の瀝青物を結合材として加え、さらに流動させるために液状油を加えたものである。

そして、特許文献３には，耐火材料粉末１００重量部に対し沸点３００℃以下のアルコール類１０〜４０重量部とプレートフロー値３０mm以上を有する粉末フェノール樹脂３〜１５重量部を含有してなる高炉内壁の熱間圧入補修材が開示されている。
特開２０００−２３３９７７号公報 特公昭５５−３５３５５号公報 特公昭５９−１９０６３号公報

しかし、特許文献１に記載された発明で使用するノボラック型フェノール樹脂は加熱され続けると次第に収縮する。このため、ノボラック型フェノール樹脂を含有する圧入材を 圧入すると、施工後に空隙を生じてしまい、結果として圧入材の目的である空隙の充填による熱伝導率の回復を図ることができない可能性がある。

また、特許文献２により開示された補修用耐火材料は、固化した圧入材の組織が多孔質となることを防止することを目的とするものであって、充填材に求められる鉄皮冷却効果の回復機能を有するものではない。また、この補修用耐火材料に使用されている瀝青物は軟化点が２００℃以上であるため、２００℃未満の温度域では軟化しない。このため、空隙への浸透性も十分とはいえない。

そして、特許文献３に開示された圧入補修材も、炉内内容物の荷下がりや高温下における反応あるいは溶銑との接触で生じた高炉内張れんがの局部溶損を補修するためのものであって、鉄皮冷却の効果を回復させる機能を有するものではない。また後述するようにこの樹脂の添加量では熱伝導や強度の発現は期待できない。

本発明は、熱硬化性樹脂を使用した高炉用圧入材において、空隙への浸透性に優れた材料を提供することを目的としており、特に１００℃以上の温度の空隙に対しても十分な浸透性を有する材料を提供することを目的とする。

本発明は、伝熱媒体である粒状耐火骨材と、この粒状耐火骨材を固化させるためのバインダーとしての粉末状フェノール樹脂と、圧力伝達媒体としての２５℃での粘度が例えば３Ｐa・ｓ以下の低粘性液体とを含有することを特徴とする高炉用圧入材である。

これらの本発明に係る高炉用圧入材では、粒状耐火骨材及び粉末状フェノール樹脂の合計１００質量部に対して粉末状フェノール樹脂が２０質量部以上５０質量部以下であることが望ましい。

これらの本発明に係る高炉用圧入材では、粒状耐火骨材が炭素含有粒子又は炭化物含有粒子であることが望ましい。
さらにこれら本発明に係わる高炉用圧入材では、低粘性液体が油分又は１００℃以上の沸点を持つ多価アルコールであることが望ましい。

そしてさらに、これらの本発明に係る高炉用圧入材では、粒状耐火骨材及び粉末状フェノール樹脂の合計１００質量部に対して低粘性液体が６０質量部以上２５０質量部未満であることが望ましい。

別の観点から、本発明は、高炉の補修部に、上述した本発明に係る高炉用圧入材を圧入することを特徴とする高炉の補修方法である。

本発明に係る高炉用圧入材では、粉末状フェノール樹脂を、例えばカーボン粉末等の粒状耐火骨材を固化させるためのバインダーとして配合するとともに、圧力媒体として低粘性液体を配合する。このため、この高炉用圧入材を空隙へ圧入すると、硬化後の圧縮強度の低下を実用上問題ない程度に留めることができるとともに、従来の圧入材と同等レベルの熱伝導率を確保することができ、これにより、１００℃以上での空隙への浸透性を著しく向上することができる。

このため、本発明によれば、熱硬化性樹脂を使用した高炉用圧入材において、空隙への浸透性に優れた材料を提供することができ、特に１００℃以上の加熱された空隙に対しても十分な浸透性を有する材料を提供できる。

以下、本発明に係る高炉用圧入材及び高炉の補修方法を実施するための最良の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明に係る高炉用圧入材の有用性を明確にするため、はじめに、液状フェノール樹脂（レゾール型フェノール樹脂）を使用した従来の高炉用圧入材の浸透挙動を説明する。具体的には、高炉用圧入材が圧入されるスタンプ材は、炉内からの熱によって、１００℃程度又はこれ以上に加熱されることから、特に１００℃以上の空隙への浸透性と、この熱による圧入材の硬化状況とを説明する。

レゾール型フェノール樹脂を使用した圧入材を１００℃の空隙へ浸透させると、フェノール樹脂が熱硬化する際に生じた水分が急激に気化して水蒸気を発生する。そして、発生した水蒸気が圧入材の空隙への流れを分断して空隙への浸透を阻害したり、逆に、突沸した水蒸気が圧入材の流れを押して一時的に浸透速度を増加し、圧入材の空隙への浸透を不安定にする。また、硬化後の圧入材の組織には、硬化反応により生じた蒸気を原因とする気泡が多数存在し、この多数の気泡によって圧入材の熱伝導率が低下する。

このように、蒸気の発生が圧入材の浸透性や熱伝導率を損なうことから、蒸気の発生を抑制することが圧入材の特性向上に有効である。
また、液状フェノール樹脂を使用する場合に生じる蒸気の発生原因は、樹脂が熱硬化する際に発生する水分の気化だけではなく、フェノール樹脂の粘度を調整するために添加される溶剤の気化にもある。すなわち、液状フェノール樹脂は、元来、高粘性の液体であるものの、その用途に適合させて作業性を向上するために、例えばアルコール類等の有機溶剤を添加することによりその粘度を調整している。しかし、有機溶剤には、種類によっては１００℃程度で気化するものもあり、このような有機溶剤が使用されている場合には、有機溶剤の気化により蒸気が発生する。

さらに、液状フェノール樹脂自体に含まれる水分、すなわち原料であるフェノールやホルマリンなどを反応容器に入れて加熱して合成されるフェノール樹脂の合成の際に発生する水分も、蒸気の発生原因の一つである。フェノール樹脂を固形樹脂として使用する場合にはこの水分は脱水されて除去されるが、フェノール樹脂を液状樹脂として使用する場合には水分は樹脂に混在したままであることが多い。この水分も加熱時に生じる水蒸気の原因の一つである。

したがって、圧入材に液状フェノール樹脂を使用する場合に、蒸気の発生を抑制して空隙への浸透性を確保するためには、有機溶剤や合成時に混入する水分を除去した液状フェノール樹脂を使用すればよいこととなる。しかしながら、圧入前に単に有機溶剤や混入した水分を除去してしまうと液状フェノール樹脂の粘度が著しく増加してしまうため、このように著しく増粘した液状フェノール樹脂を含有する圧入材を使用しても浸透性は向上しない。

以上詳細に説明した液状フェノール樹脂を含有する高炉用圧入材の問題に鑑み、本実施の形態では、圧入材に、有機溶剤や合成時の水分が混入する可能性のある液状フェノール樹脂を使用するのではなく、液状フェノール樹脂のような有機溶剤や合成時の水分の混入がないために加熱されてもこれらが気化して蒸気を発生するおそれがない固形フェノール樹脂（粉末状フェノール樹脂）を用いる。固形フェノール樹脂は、棒状、塊状やフレーク状あるいは粉末状として市販されており、その入手も容易である。

そこで、本実施の形態の高炉用圧入剤では、例えば炭素含有粒子又は炭化物含有粒子である粒状耐火骨材を伝熱媒体として用い、脱水された粉末状フェノール樹脂をこの粒状耐火骨材を固化させるためのバインダーとして用い、さらに、例えば油分又は沸点が１００℃以上の多価アルコールである低粘性液体を圧力伝達媒体として用いる。

本実施の形態では、粉末状フェノール樹脂をバインダーとして用いるため、圧入材の浸透性を向上するとともに圧入材が加熱されたときの水蒸気の発生を抑えることができる。また、本実施の形態では、低粘性液体を圧力媒体として用いるが，低粘性液体として例えば油分を使用する理由は、油は一般に沸点が高く低粘性であって圧力媒体に適しており、また種類が多くて多種からの選択が可能なためである。そして、前述のように有機溶剤は液状フェノール樹脂の粘度調整で使われる場合もあるが、本発明で沸点が１００℃以上の多価アルコールを使用した理由は、これらが高沸点であって市販材のような気化を示さず、また安価で入手し易く、人体への危険性が少ないなどの理由からである。

この粉末状フェノール樹脂は、加熱されることにより溶融し、周囲に存在する例えば炭素含有粒子又は炭化物含有粒子である粒状耐火骨材の間に広がり、その後、脱水反応を生じながら硬化して粒状耐火骨材を固化させる。この硬化反応により生じる水分の影響と、粉末状フェノール樹脂が粒状耐火骨材のバインダーとして機能するかを確認するため、粒状耐火骨材（カーボン粉末）、粉末状フェノール樹脂及び低粘性液体それぞれの含有割合を変化させた高炉用圧入材を試作し、その特性を以下のようにして調査した。

まず、粉末状フェノール樹脂の含有量の望ましい範囲を調べるため、粉末状フェノール樹脂及びカーボン粉末を合計した粉末分と低粘性液体との比を一定とし、粉末分中における粉末状フェノール樹脂の含有量を増減した高炉用圧入材を試作して、粉末状フェノール樹脂の量が浸透速度に及ぼす影響を調べた。

このときの浸透性の調査は、図１に示した圧入試験装置を使用した。図１において、符号１は試作した高炉用圧入材を圧入するためのエアーを供給するエアボンベを示し、符号２はこの高炉用圧入材を収容するタンクを示し、符号３は高炉用圧入材の圧入時の圧力を示す圧力ゲージを示し、符号４は高炉用圧入材を供給及び遮断するバルブを示し、符号５は圧入材が供給される孔を示し、符号６は圧入された高炉用圧入材を示し、符号７は高炉用圧入材の浸透状況を目視で確認するための耐圧ガラスを示し、符号８は耐圧ガラス７を押さえる押さえ板を示し、符号９は高炉用圧入材６の空隙（縦６００ｍｍ、横６００ｍｍ、厚み１ｍｍ）を封止するＯリングを示し、符号１０はこの空隙を形成するスペーサを示し、さらに、符号１１は空隙の底部を構成する基盤を１５０℃に加熱するヒータを示す。

この圧入試験装置では、基盤と耐圧ガラス７との間に形成される封止された空隙の内部に、試作された高炉用圧入材を０．１MPaの圧力で圧入し、この際の浸透速度を測定した。また、この試験では、比較のための液状フェノール樹脂をバインダーとして使用した市販の高炉用圧入材についても同様の試験を行って、本実施の形態の高炉用圧入材と比較した。この試験により以下に列記する結果（ｉ）〜（ｉｉｉ）が得られた。

（ｉ）液状フェノール樹脂を使用した市販の高炉用圧入材の浸透速度は、樹脂が突沸して蒸気が高炉用圧入材の流れを分断したために低下したり、あるいは一時的に増加したりして安定しなかったが、粉末状フェノール樹脂を使用した本実施の形態の高炉用圧入材ではこのような現象は観察されず、極めてスムーズに安定した浸透速度で浸透した。

（ｉｉ）粉末状フェノール樹脂を使用した本実施の形態の高炉用圧入材の浸透速度は、液状フェノール樹脂を使用した市販の高炉用圧入材の浸透速度よりも、著しく高かった。
（ｉｉｉ）本実施の形態の高炉用圧入材の浸透速度は、全粉末分に占める粉末状フェノール樹脂の割合が増えると、低下する傾向を示した。粉末状フェノール樹脂が加熱されるとフェノール樹脂が液化して粘度が増加するためと考えられる。

次に、試作した各高炉用圧入材を金属溶解用の多孔質アルミナ坩堝に入れて乾燥機で１２０℃で２４時間加熱することにより硬化させ、この硬化体の熱伝導率を測定することによって、フェノール樹脂量と硬化後の熱伝導率との関係を調べた。また同様にして、フェノール樹脂量と圧縮強度との関係を調べた。

粉末状フェノール樹脂を使った本実施の形態の高炉用圧入材は、坩堝に入れると次第に油分が坩堝から染み出し始め、坩堝内に残った粉末部が硬化して硬化体を形成した。この時、硬化体の表面には気泡の発生などは認められず、また硬化体の切断面組織にも目視で確認することができるような気泡は認められなかった。

一方、液状フェノール樹脂を使った市販の高炉用圧入材は、加熱を始めて直ちに材料の液面が泡立ち始めて蒸気が発生した。そして、硬化体の表面には多数の発泡の跡が確認され、また硬化体の切断面組織にも非常に多くの気泡が存在していた。

また、粉末状フェノール樹脂を使った本実施の形態の高炉用圧入材からなる硬化体の熱伝導率は、粉末状フェノール樹脂量が増加するに従って、増加した。そして、熱伝導率は、粉末状フェノール樹脂量が粉末状フェノール樹脂量と粒状耐火骨材（カーボン粉末）とを合わせた粉末分全体の２０質量部以上の場合に、液状フェノール樹脂を使った市販の高炉用圧入材からなる硬化体の熱伝導率と同等か、これを超える値を示した。さらに、硬化体の圧縮強度は、粉末状フェノール樹脂量が粉末状フェノール樹脂量と粒状耐火骨材（カーボン粉末）とを合わせた粉末分全体の２０質量部未満では、１．０MPa未満と低く、実際の使用が困難であった。

これらの結果から、高炉用圧入材にバインダーとして粉末状フェノール樹脂を用いることにより、液状フェノール樹脂を用いた市販の高炉用圧入材に比較して、同等以上の熱伝導率を保ちながら浸透能力を著しく改善できることがわかる。

また、本実施の形態の高炉用圧入材では、固形の粉末状フェノール樹脂が加熱及び溶解して粒状耐火骨材（カーボン粉末）の間に浸透するために粉末分全体の体積が減少するため、フェノール樹脂の量が増えるに伴って硬化後の材料が収縮する傾向にあることが分かった。そして、粉末状フェノール樹脂の配合量と硬化体の収縮率との間には一定の相関関係が認められ、全粉末分に占めるフェノール樹脂の割合が５０質量部を超えると収縮率が１０％を超えることがあることがわかった。高炉用圧入材を使用する目的は、熱伝導率が低い空隙部を充填することであるため、高炉用圧入材を充填した後に大きく収縮することは好ましくない。

なお、上記（ｉｉｉ）項で述べたように、全粉末分に占める粉末状フェノール樹脂量が増加すると、浸透速度は低下するものの、全粉末分に占める粉末状フェノール樹脂量が８０質量部を超えると粉末状フェノール樹脂を使用した場合の浸透速度が液体フェノール樹脂を使用した場合の浸透速度に相当し、８０質量部以下であれば浸透速度は液体フェノール樹脂を使った場合よりも速かった。

これらの結果から、粉末状フェノール樹脂及び粒状耐火骨材（カーボン粉末）を混合した全粉末分１００質量部中に占める粉末状フェノール樹脂の割合は２０質量部以上５０質量部以下であることが望ましい。

次に、低粘性液体の量の望ましい範囲を調べるため、粉末状フェノール樹脂及び粒状耐火骨材（カーボン粉末）を混合した全粉末分に占める粉末状フェノール樹脂の割合を一定にして、油分の添加量を増減した各種の高炉油圧入材を作製し、浸透速度と油分の添加量が浸透速度に及ぼす影響を調査した。

この結果、以下に列記する事項（ｉｖ）〜（ｖ）がわかった。なお、低粘性液体として油分と沸点が１００℃以上の多価アルコールを用いたが、（ｉｖ）〜（ｖ）の結果に差は見られなかった。

（ｉｖ）低粘性液体の添加量が増えると浸透速度は増加する。ただし、全粉末分１００質量部に対して低粘性液体が２５０質量部を超えると空隙を浸透している間に粉末と低粘性液体とが分離し易くなるため、低粘性液体の添加量は２５０質量部以下であることが望ましい。

（ｖ）粉末状フェノール樹脂及び粒状耐火骨材（カーボン粉末）の全粉末分１００質量部に対して低粘性液体が６０質量部未満であると、高炉用圧入材の流動性が著しく悪化して浸透が困難になるため、低粘性液体の添加量は６０質量部以上であることが望ましい。

これらの結果から、粉末状フェノール樹脂及び粒状耐火骨材（カーボン粉末）の全粉末分１００質量部に対して、低粘性液体を６０質量部以上２５０質量部以下添加することが望ましい。

以上のように構成された本実施の形態の高炉用圧入材は、例えば、高炉の内張りれんがとスタンプ材との間や鉄皮とスタンプ材との間といった高炉の補修部に圧入されて使用される。これにより、熱硬化性樹脂を使用した高炉炉壁用圧入材において空隙への浸透性に優れた材料、特に１００℃以上の加熱された空隙に対しても十分な浸透性を有する材料を提供できた。

さらに、本発明を実施例を参照しながら具体的に説明する。
市販のレゾール型粉末状フェノール樹脂と人造黒鉛粉（粒径；０．５mm以下）をこの合計が１００質量部となるように粉末状フェノール樹脂量を変化させた。このとき、粉末状フェノール樹脂と人造黒鉛分とを合わせた全粉末分１００質量部に対して、低粘性液体として潤滑油ならびにエチレングリコールを外掛けで８０質量部加えた。表１にこの配合割合を示す。

次に、全粉末分中の粉末状フェノール樹脂と人造黒鉛粉の混合割合を一定にして、液分である潤滑油とエチレングリコールの配合量を変化させたケースも調査した。表２にこの配合割合を示す。

これら各配合材料（本発明１〜２０、比較例１）について、浸透性の調査と硬化後の各材料の特性（蒸気発生の有無、熱伝導率、圧縮強度及び収縮率）を、以下に列記するようにして調べた。なお本発明に使用した潤滑油の２５℃での粘度は０.５Ｐａ・ｓで、エチレングリコールの粘度は０.０５Ｐａ・ｓだった。そして比較例１の液状フェノール樹脂の２５℃の粘度は６Ｐａ・ｓであった。

（浸透性）
浸透性は、上述した図１に示した圧入試験装置を用いて、厚み１ｍｍの空隙への浸透速度（ｃｍ／ｓｅｃ）を、温度１５０℃及び圧力０．１ＭＰａの条件で調査した。

（蒸気発生）
浸透速度を計測する際に、蒸気発生の有無やこれによって流れが変動するか否かを目視で観察した。

（熱伝導率、圧縮強度）
各材料を金属溶解用の多孔質アルミナ坩堝に入れて硬化させ、その熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）及び圧縮強度（ＭＰａ）を測定した。

熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）は、ＪＩＳ Ｒ ２６１８に準拠した熱線法により、各材料から直径８０mm、長さ１２０mmの円柱状サンプルを切り出して室温で測定した。
また、圧縮強度（ＭＰａ）は、各材料から一辺の長さが３０mmの立方体を切り出し、油圧式材料試験機を使ってその圧縮強度を測定した。

（収縮率）
収縮率（％）は、多孔質のアルミナ坩堝の直径と硬化後のサンプルの直径との差をアルミナ坩堝の直径で除した値を収縮率として示した。

試験結果を上述した表１及び２にあわせて示す。
表１における比較例１は、液状フェノール樹脂を使った市販の圧入材であり、１５０℃で幅１mmの空隙に浸透することができたものの、多量の蒸気が発生するため浸透状態は不安定であって、その浸透速度も０．３ｃｍ／ｓｅｃと非常に遅かった。

本発明例１〜２０は、いずれも、粉末状フェノール樹脂を使ったものであり、いずれも比較例１で見られた蒸気の発生は認められなかった。
このうち本発明例１〜７は、油分の添加量を一定として、粉末部の含有量を変化させた例である。また、本発明例８〜１４は多価アルコールの添加量を一定として粉末部の含有量を変化させた例である。本発明例１〜４および本発明８〜１１は、いずれも、粉末状フェノール樹脂の使用量が本発明で規定する好適範囲を外れたものである。本発明例１〜４および本発明８〜１１によっても、幅１ｍｍの空隙へ確実かつ迅速に浸透することが可能である。

なお、本発明例１と８は、粉末状フェノール樹脂の使用量が本発明の好適範囲の下限を下回るために、硬化後の強度が若干低下した。また、本発明例２と９は、粉末状フェノール樹脂の添加量が本発明の好適範囲を僅かに下回るために、本発明例１と８に比べると圧縮強度は増加するものの、依然として硬化後の強度が若干低下した。また、本発明例３と１０は、全粉末分に占める粉末状フェノール樹脂の添加量が本発明の好適範囲を僅かに上回るため、熱伝導率及び圧縮強度はいずれも高いものの、収縮率が大きく、圧入後に空隙が発生し易い。さらに、本発明例４と１１は、粉末状フェノール樹脂の添加量が本発明の好適範囲を大きく上回るため、収縮率が大きくなり、圧入後に空隙が発生し易い。

これに対し、本発明５〜７と本発明１２〜１４は、粉末状のフェノール樹脂の添加量が本発明の好適範囲を満足するため、圧縮強度が実用上問題ない程度にあり、熱伝導率も高い。そして、硬化後の収縮率も低く、１５０℃下において幅１mmの空隙への浸透も良好であった。

さらに、本発明１５〜１７は、全粉末部の配合を一定にして、油分の添加量を変化させた例であり、本発明１８〜２０は全粉末部の配合を一定にして多価アルコールの添加量を変化させた例である。

本発明例１５〜１７は、いずれも、油分の添加量が本発明の好適な範囲を満足する例であって、圧縮強度が実用上問題ない程度あり、熱伝導率も高い。また、硬化後の収縮率も低く、温度１５０℃で幅１mmの空隙への浸透も良好だった。同様に本発明１８〜２０は多価アルコールの添加量が本発明の好適な範囲を満足する例である。

以上から、本発明の好適範囲の配合比率でレゾール型粉末状フェノール樹脂、粒状耐火骨材（カーボン粉末）及び油分または多価アルコールを混合してなる高炉用圧入材は、１００℃以上においても幅１mmの空隙に安定した浸透が可能であった。

この時の粉末状フェノール樹脂の適正な添加量は、粒状耐火骨材（カーボン粉末）及び粉末状フェノール樹脂の合計１００質量部に対して２０質量部以上５０質量部以下であることが望ましい。２０質量部よりも少ないと圧縮強度が低下してしまい実用性を損なう。とともに、５０質量部超であると硬化後の収縮率が大きくなってしまい、圧入後に空隙が生じるからである。

さらに、この粉末状フェノール樹脂の添加量の範囲において、油分の添加量も材料の特性に影響を与えるため、油分の添加量の適正な範囲は粒状耐火骨材（カーボン粉末）及び粉末状フェノール樹脂の合計１００質量部に対して６０質量部以上２５０質量部未満であることが望ましい。油分の添加量が６０質量部未満だと材料の流動性が低下し、空隙へ十分に浸透することができない。また、油分の添加量が２５０質量部以上であると空隙への浸透中に粉末分と油分が分離してしまうため、油分の添加量は粉末部１００質量部に対して６０質量部以上２５０質量部未満とした。

このように、本実施例によれば、熱硬化性樹脂を使用した高炉用圧入材において空隙への浸透性に優れた材料、特に１００℃以上に加熱された空隙に対しても十分な浸透性を有する高炉用圧入材を提供できた。

圧入試験装置を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１ エアボンベ
２ 材料タンク
３ 圧力ゲージ
４ バルブ
５ 圧入孔
６ 圧入材
７ 耐圧ガラス
８ 押さえ板
９ Oリング
１０ スペーサー
１１ ヒーター

Claims (6)

1. 粒状耐火骨材と、粉末状フェノール樹脂と、低粘性液体とを含有することを特徴とする高炉用圧入材。
2. 前記粒状耐火骨材及び前記粉末状フェノール樹脂の合計１００質量部に対して該粉末状フェノール樹脂は２０質量部以上５０質量部以下である請求項１に記載された高炉用圧入材。
3. 前記粒状耐火骨材が炭素含有粒子又は炭化物含有粒子である請求項１又は請求項２に記載された高炉用圧入材。
4. 前記低粘性液体が油分又は沸点が１００℃以上の多価アルコールである請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された高炉用圧入材。
5. 前記粒状耐火骨材及び前記粉末状フェノール樹脂の合計１００質量部に対して前記低粘性液体は６０質量部以上２５０質量部未満である請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された高炉用圧入材。
6. 高炉の補修部に、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された高炉用圧入材を圧入することを特徴とする高炉の補修方法。

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