JP2015113254A

JP2015113254A - 高炉炉床部の内張り構造

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Publication number: JP2015113254A
Application number: JP2013256189A
Authority: JP
Inventors: 三島　昌昭; Masaaki Mishima; 昌昭三島
Original assignee: Krosaki Harima Corp
Current assignee: Krosaki Harima Corp
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2015-06-22
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Abstract

【課題】耐溶銑性及び耐スラグ性に優れ、構造的スポーリングにも強い高炉炉床部の内張り構造を提供すること。
【解決手段】内張りれんがとして構造的スポーリングに強いβ’−サイアロンボンドを有するサイアロンボンドアルミナれんがを使用することを前提としたうえで、より耐溶銑性が要求される部位にはβ’−サイアロンに起因するれんが中のＳｉ量を特定範囲としたサイアロンボンドアルミナれんが８を、より耐スラグ性が要求される部位にはβ’−サイアロンに起因するれんが中のＯ（酸素）量を特定範囲としたサイアロンボンドアルミナれんが７をそれぞれ配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、高炉において羽口よりも下方の部位で溶融銑鉄あるいは溶融スラグと接触する部位、すなわち高炉炉床部の内張り構造に関する。なお、本明細書では、「溶融銑鉄」を「溶銑」といい、「溶融スラグ」を「スラグ」という。

近年高炉は、大型化が進むと共に高圧操業、微粉炭吹き込み操業等により操業条件は過酷化し、内張り耐火物が損傷する要因が増加している反面、高炉の高額な初期投資を抑制するために長寿命化が望まれている。このような高炉の寿命の律速要因は、湯溜まり部である高炉炉床部の出銑孔よりも下方の側壁と炉底の内張り材の耐久性である。この部分の損耗が軽減すれば高炉寿命の延長につながる。損耗メカニズムとしては溶銑による静的な溶損、脆弱化したれんが組織の溶銑流動による摩耗損耗などが考えられる。

この高炉炉床部の側壁と炉底の内張り材としては、一般的には炭素質耐火物が使用され、炭素質れんが（ブロック）が主流となっている。

しかしながら、このように炭素成分の多い炭素質れんがは、高炉炉床部での使用時に炭素が溶銑中へ溶け出しやすく耐用性が悪い。そのため、炉外からの冷却を強化してれんが稼働面に溶銑粘稠層を形成して、炭素質れんがの溶銑中への溶け出しを防止することによって耐用性を確保している。しかしながら、このような炉外からの冷却は、大きいエネルギーロスをもたらすことになる。

そこで、近年炭素を少なくし溶銑中へ溶け出しにくいアルミナを主体とするれんがも使用されてきている。特に、化学式Ｓｉ_６−ＺＡｌ_ＺＯ_ＺＮ_８−Ｚで表されるβ’−サイアロンをマトリックス部に含むサイアロンボンドアルミナれんがは、炭素をほとんど含まないため、耐溶銑性に優れ、しかも高炉中で発生するスラグに対する耐食性に優れている。また、サイアロンボンドアルミナれんがは、従来の酸化物系れんがと比較して高温強度が高くてアルカリ侵食に対する抵抗性も高く、非酸化物系結合組織を有するれんがとして代表的な炭化珪素結合れんが及び窒化珪素結合れんがと比較して低熱伝導性であり、更に構造的スポーリングにも強い点から、高炉炉床部用の内張りれんがとして適している。

このようなサイアロンボンドアルミナれんがの一例が特許文献１に開示されている。この特許文献１のサイアロンボンドアルミナれんがにおいてマトリックス部（結合基質）に含まれるβ’−サイアロンは、そのＺ値（β’−サイアロンの化学式Ｓｉ_６−ＺＡｌ_ＺＯ_ＺＮ_８−ＺにおけるＺ値のことをいう。以下同じ。）が０．５〜４、好ましくは２．５〜３．５で、れんが中の含有量は１２〜４５質量％、好ましくは２５〜４２質量％である。また、特許文献１のサイアロンボンドアルミナれんがは、熱衝撃に対する抵抗性を保持するために六方晶系のホウ素窒化物及び／又は結晶質の黒鉛薄片粒子を含んでいる。

一方、特許文献２には、Ａｌ_２Ｏ_３が９７質量％以上、ＳｉＯ_２が３質量％以下、Ｃが０．１質量％以下の組成で、アルミナ系原料の粒径を規定した高炉炉床用れんがが開示されている。ＳｉＯ_２やＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４などのＳｉ含有成分をほとんど含まないため、Ｓｉの溶銑中への溶解が少なくその結果、耐食性に優れるとされている。

特表平６−５０２１４０号公報（特許第３２１２６００号公報）特開２００９−２４２１２２号公報

上記特許文献１に開示されたれんがは、六方晶系のホウ素窒化物及び／又は結晶質の黒鉛薄片粒子を含んでいるために、得られるれんがの機械的強度は低下すると共に黒鉛薄片粒子が溶銑中へ溶解することが避けられず、結果としてれんがの損傷に至るという問題がある。また、同文献に開示されているβ’−サイアロンの組成と含有量の範囲においては、溶銑による侵食が無視できない範囲があり、結果としてれんがの損傷に至るため、現在でも高炉炉床部の損傷が高炉の寿命の律速となっている。

上記特許文献２に開示されたれんがは、ほぼアルミナで構成されている。アルミナは溶銑に濡れやすくしかも溶け難いため、れんが中の気孔へ溶銑がより深く侵入し、長期間の稼動に伴って徐々に溶銑浸透現象が進行していわゆる構造的スポーリングによる損傷が発生する問題があり、高炉炉床部の寿命をなかなか伸ばせない要因となっている。

そこで本発明が解決しようとする課題は、耐溶銑性に優れ、構造的スポーリングにも強い高炉炉床部の内張り構造を提供することにある。

本発明は、高炉炉床部の内張り構造において、スラグと接しない部位に、マトリックス部にβ’−サイアロンを含み、コランダム及びβ’−サイアロンの含有量の合計が９５質量％以上であるサイアロンボンドアルミナれんがであって、β’−サイアロンのＺ値が２．７以上４．２以下、れんが中のβ’−サイアロンの含有量Ｘ質量％が下記式（１）を満たすサイアロンボンドアルミナれんがを配置したことを特徴とするものである。
５≦Ｘ≦（２８０＋Ｚ）／（１６８−２８Ｚ）×１５ …（１）

また本発明では、スラグと接する部位に、マトリックス部にβ’−サイアロンを含み、コランダム及びβ’−サイアロンの含有量の合計が９５質量％以上であるサイアロンボンドアルミナれんがであって、β’−サイアロンのＺ値が２．５以下（０を含まない）、れんが中のβ’−サイアロンの含有量Ｙ質量％が下記式（２）を満たすサイアロンボンドアルミナれんがを配置することができる。
１０≦Ｙ≦［（２８０＋Ｚ）／１６Ｚ］×６ …（２）

本発明において、前記スラグと接しない部位は出銑孔より下方の部位とし、前記スラグと接する部位は出銑孔を含む上方の部位とすることができる。

本発明の高炉炉床部の内張り構造では、より耐溶銑性が要求される部位（スラグと接しない部位）に、β’−サイアロンに起因するれんが中のＳｉ量を特定範囲としたサイアロンボンドアルミナれんがを配置することで高炉炉床部の溶銑による損耗を抑制することができる。すなわち、本発明によれば、耐溶銑性に優れ、構造的スポーリングにも強い高炉炉床部の内張り構造を提供でき、これによって高炉炉床部の長寿命化を図ることができる。

また、本発明の高炉炉床部の内張り構造においては、より耐スラグ性が要求される部位（スラグと接する部位）に、β’−サイアロンに起因するれんが中のＯ（酸素）量を特定範囲としたサイアロンボンドアルミナれんがを配置することで、高炉炉床部のスラグによる損耗も抑制することができる。

更に、本発明で使用するサイアロンボンドアルミナれんがは熱伝導率が小さいため、高炉操業におけるエネルギーロスが少なくなり、地球環境負荷の低減にも貢献することができる。

表１における試験例のＺ値とβ’−サイアロンの含有量をプロットしたグラフである。表２における試験例のＺ値とβ’−サイアロンの含有量をプロットしたグラフである。高炉炉床部を模擬した小型高炉（侵食試験装置）の断面図である。高炉炉床部を模擬した小型高炉（侵食試験装置）の断面図である。高炉炉床部を模擬した侵食試験設備の平面図である。本発明を適用した高炉炉床部の構造を示す断面図である。図４の高炉炉床部の要部を示す断面図である。

本発明者等は、マトリックス部にβ’−サイアロンを含むサイアロンボンドアルミナれんがにおいて、β’−サイアロンに起因するれんが中のＳｉ含有量及びＯ含有量の溶銑及びスラグに対する抵抗性に着目して種々実験を行った。その結果、耐溶銑性と耐スラグ性においてそれぞれ最適なＳｉ量とＯ量の範囲があることを知見した。そこで、高炉炉床部において、出銑孔よりも下方の部位はスラグが非常に少ないことからこの部位に配置されるサイアロンボンドアルミナれんがには耐溶銑性が重視され、出銑孔を含む上方の部位はスラグが多いためこの部位に配置されるサイアロンボンドアルミナれんがには耐スラグ性が重視されると考えた。そして、より耐溶銑性が要求される部位（スラグと接触しない部位）にはβ’−サイアロンに起因するれんが中のＳｉ量を特定範囲としたれんがを、より耐スラグ性が要求される部位（スラグと接触する部位）にはβ’−サイアロンに起因するれんが中のＯ量を特定範囲としたれんがをそれぞれ配置することで高炉炉床部の寿命を大幅に向上できることを見出した。

以下、具体的に説明する。

まず前提として、本発明で使用するサイアロンボンドアルミナれんがは、鉱物組成としては、実質的にβ’−サイアロンとコランダムとから構成される。β’−サイアロンは耐溶銑性、耐スラグ性、及び耐アルカリ性に優れる効果がある。更に、β’−サイアロンはアルミナに比較して溶銑に濡れにくいことと緻密なれんが組織を形成できることで溶銑浸透現象が生じ難く、構造的スポーリングによる問題も少ない。コランダム（アルミナ）はＳｉを含有しないために耐溶銑性に優れる効果がある。更に、β’−サイアロンとコランダムはどちらも炭素に比較して低熱伝導性であることから熱放散によるエネルギーロスが低減される。

このように本発明で使用するサイアロンボンドアルミナれんがは、実質的にβ’−サイアロンとコランダムとから構成されるが、耐用性に影響を与えない程度の不可避成分は含むことができる。例えば、非晶質相、使用する原料中の不純物、使用するバインダー中の炭素、及び焼成中に発生する少量の窒化物や炭化物は含むことができ、合量で５質量％以下であれば許容できる。すなわち、れんが中のβ’−サイアロンとコランダムの合量は９５質量％以上あれば、本発明の効果を十分発揮することができる。

れんがにおいてマトリックス部は、骨材部と比べると溶銑やスラグが浸透しやすいため、本発明では特に溶銑やスラグに対する浸透防止効果を目的に、サイアロンボンドとしてのβ’−サイアロンを含有する。このマトリックス部はコランダムとβ’−サイアロンとの混合物でも、β’−サイアロンのみでも溶銑やスラグに対する浸透防止効果は得られるが、マトリックス部はβ’−サイアロンを５質量％以上含有することが好ましい。一方、骨材部は、コランダムのみでもβ’−サイアロンのみでも、あるいは両方でも構成することができる。

ここで、マトリックス部とは、骨材に比較して細かい粒子（粒径１ｍｍ未満）を焼成することで骨材粒子が結合して耐火物組織を形成する母材部のことであり、サイアロンボンドとは、焼成中に形成されるマトリックス部においてβ’−サイアロン結晶が生成発達して骨材粒子を結合している耐火物組織のことである。

β’−サイアロン中のＳｉの含有量はβ’−サイアロンの化学式のＺ値によって変化するため、β’−サイアロンの化学式のＳｉの含有量Ｓ質量％はβ’−サイアロンの化学式Ｓｉ_６−ＺＡｌ_ＺＯ_ＺＮ_８−Ｚから下記式（３）となる。ここで、Ｓｉ、Ａｌ、Ｏ、及びＮの原子量は、それぞれ２８、２７、１６、及び１４としている。
Ｓ＝［２８（６―Ｚ）／（２８（６−Ｚ）＋２７Ｚ＋１６Ｚ＋１４（８−Ｚ））］×１００
＝［（１６８−２８Ｚ）／（２８０＋Ｚ）］×１００ …（３）

そして、本発明で使用するサイアロンボンドアルミナれんがのβ’−サイアロンに起因するれんが中のＳｉ含有量は、れんが中のβ’−サイアロン含有量をＡ質量％とすると、下記式（４）で表すことができる。
Ａ／１００×Ｓ＝Ａ／１００×［（１６８−２８Ｚ）／（２８０＋Ｚ）］×１００
…（４）

本発明者等の実験により、本発明のサイアロンボンドアルミナれんがは、β’−サイアロンに起因するれんが中のＳｉ含有量が１５質量％以下のときに耐溶銑性が良好であったことから下記式（５）が得られる。
Ａ／１００×［（１６８−２８Ｚ）／（２８０＋Ｚ）］×１００≦１５ …（５）

そして、Ｓｉ含有量を１５質量％以下とするためには、サイアロンボンドアルミナれんが中のβ’−サイアロン含有量Ａ質量％は下記式（６）を満足すればよいことになる。
Ａ≦（２８０＋Ｚ）／（１６８−２８Ｚ）×１５ …（６）

更に、れんが中のβ’−サイアロンの含有量は実験結果より、５質量％より少ないとれんがの溶銑浸透抵抗性が低くなり溶銑浸透組織を形成して耐溶銑性の低下につながり、高炉炉床部の内張り構造として実用上問題があるため、５質量％以上必要であることから、β’−サイアロンの含有量をＸ質量％で表記すると上述した式（１）が導き出される。
５≦Ｘ≦（２８０＋Ｚ）／（１６８−２８Ｚ）×１５ …（１）

ここで、β’−サイアロンのＺ値も耐溶銑性に影響を与えるため、式（１）においてＺ値は２．７以上４．２以下であることが好ましい。Ｚ値が２．７よりも小さい場合はβ’−サイアロン中のＳｉ／Ａｌ比率が大きくなり過ぎてβ’−サイアロンの耐溶銑性が低下し、実用上問題となる。なお、Ｚ値が４．２よりも大きいβ’−サイアロンは現実には存在しないことが広く知られている。

このように、式（１）を満足するサイアロンボンドアルミナれんがは耐溶銑性に優れるため、この式（１）を満たすサイアロンボンドアルミナれんがをスラグと接しない部位に配置した高炉炉床部は耐溶銑性が非常に高くなり、長寿命化が図られる。

次に、β’−サイアロン中のＯ（酸素）の含有量Ｏ質量％は、上述の式（３）と同様に、下記式（７）で表すことができる。
Ｏ＝［１６Ｚ／（２８（６−Ｚ）＋２７Ｚ＋１６Ｚ＋１４（８−Ｚ））］×１００
＝［１６Ｚ／（２８０＋Ｚ）］×１００ …（７）

そして、本発明で使用するサイアロンボンドアルミナれんがのβ’−サイアロンに起因するれんが中のＯ含有量は、れんが中のβ’−サイアロン含有量をＡ質量％とすると、下記式（８）で表すことができる。
Ａ／１００×Ｏ＝Ａ／１００×［１６Ｚ／（２８０＋Ｚ）］×１００ …（８）

本発明者等の実験により、本発明のサイアロンボンドアルミナれんがは、β’−サイアロンに起因するれんが中のＯ含有量が６質量％以下のときに耐スラグ性が良好であったことから下記式（９）が得られる。
Ａ／１００×［１６Ｚ／（２８０＋Ｚ）］×１００≦６ …（９）

そして、Ｏ含有量を６質量％以下とするためにはサイアロンボンドアルミナれんが中のβ’−サイアロン含有量Ａ質量％は下記式（１０）を満足すればよいことになる。
Ａ≦［（２８０＋Ｚ）／１６Ｚ］×６ …（１０）

更に、れんが中のβ’−サイアロンの含有量は実験結果より、１０質量％より少ないとれんがの耐スラグ性が低く高炉炉床部の内張り構造として実用上問題があるため、１０質量％以上必要であることから、β’−サイアロンの含有量をＹ質量％で表記すると上述した式（２）が導き出される。
１０≦Ｙ≦［（２８０＋Ｚ）／１６Ｚ］×６ …（２）

ここで、β’−サイアロンのＺ値も耐スラグ性に影響を与えるため、式（２）においてＺ値は０よりも大きく２．５以下（０＜Ｚ≦２．５）であることが好ましい。Ｚ値が２．５よりも大きい場合はβ’−サイアロン中のＯ／Ｎ比率が大きくなり過ぎてβ’−サイアロンの耐スラグ性が低下し、実用上問題となる。

このように、式（２）を満足するサイアロンボンドアルミナれんがは耐スラグ性に優れるため、式（２）を満たすサイアロンボンドアルミナれんがをスラグと接する部位に配置した高炉炉床部は耐スラグ性が非常に高くなり、長寿命化が図られる。

以上のとおり、式（１）を満足するサイアロンボンドアルミナれんがをスラグと接しない部位に配置し、式（２）を満たすサイアロンボンドアルミナれんがをスラグと接する部位に配置した高炉炉床部は、耐溶銑性及び耐スラグ性を同時に満足することができるので、更に長寿命化が図られる。

より具体的には、スラグと接しない部位を出銑孔より下方の部位とし、スラグと接する部位を出銑孔を含む上方の部位とすると、高炉炉床部の寿命が向上する。出銑孔を含む部位は、出銑時のみ一時的にスラグと接触するだけであるので、式（１）を満足するれんがと式（２）を満足するれんがのいずれか又は両方を配置することもできるが、出銑孔の下端面を境界することで高炉炉床部の寿命を更に延長することができる。

本発明で使用するサイアロンボンドアルミナれんがは、β’−サイアロン成分原料又はβ’−サイアロン原料とアルミナ原料とからなる配合物にバインダーを添加して混練し、成形後、焼成する定法によって得られる。

アルミナ原料としては、耐火物として使用される一般的な原料を使用することができ、例えば、電融アルミナ、焼結アルミナ、及び仮焼アルミナの１種又は２種以上である。アルミナ原料のＡｌ_２Ｏ_３含有量は９５質量％以上あることが好ましい。

β’−サイアロン成分原料としては、シリコン、シリカ、窒化珪素、酸窒化珪素、アルミニウム、アルミナ、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、ムライトなどを使用することができ、例えば窒化珪素とアルミナと窒化アルミニウムを所定の比率に混合したものである。

β’−サイアロン原料としては、β’−サイアロンの単結晶体あるいは多結晶体及びそれらの粉砕整粒品を使用することができ、例えばβ’−サイアロン焼結材を粉砕整粒したものである。

β’−サイアロンのＺ値はβ’−サイアロンを構成するＳｉとＡｌの比率及びＯとＮの比率によって決まり、例えばＳｉ_３Ｎ_４とＡｌＮとＡｌ_２Ｏ_３の比率によって決まる。

本発明において高炉炉床部に使用されるサイアロンボンドアルミナれんがの試験結果を表１及び表２に示す。表１に示すサイアロンボンドアルミナれんがは、高炉炉床部のスラグと接しない部位に配置するれんがを、表２に示すサイアロンボンドアルミナれんがは、高炉炉床部のスラグと接する部位に配置するれんがを対象とした例である。

図１及び図２は、それぞれ表１及び表２における試験例のＺ値とβ’−サイアロンの含有量をプロットしたグラフである。図１及び図２において、優れた効果が得られたものは●で、効果が不十分なものは×で表示した。また、図１及び図２には、それぞれ式（１）及び式（２）で規定されるβ’−サイアロン含有量の上限値と下限値、並びにＺ値の上限値と下限値を示す線を記入した。

表中のβ’−サイアロン粒とは、Ｚ値が所定の数値となるように焼結法で作製した粒状物である。β’−サイアロン成分粒とは、Ｓｉ_３Ｎ_４とＡｌ_２Ｏ_３とＡｌＮとをＺ値が所定の数値を示すような混合比率で混合した混合物である。これらのβ’−サイアロン粒及びβ’−サイアロン成分粒としては、それぞれ純度が９９．５質量％のものを使用した。電融アルミナ及び焼結アルミナとしては、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が９９．０質量％のものを使用した。なお、表１及び表２の試験例では、使用した原料のβ’−サイアロンのＺ値と焼成後のれんがで測定したＺ値とは同じであった。

表１及び表２に示す配合物にバインダーとしてフェノール樹脂を添加して混練し、油圧プレス機で２３０ｍｍ×１００ｍｍ×７５ｍｍのれんがを成形し、乾燥後、窒素雰囲気下で１４００℃で焼成した。ただし、１−１４は酸化雰囲気で焼成した。

焼成後のれんがについて、組成、かさ比重、見掛け気孔率、圧縮強さ、耐溶銑性及び耐スラグ性を評価した。

焼成後のれんがの組成については、顕微鏡による組織観察と粉末Ｘ線回折法から、１−１４を除いてβ’−サイアロンとコランダムとから構成され、マトリックス部にβ’−サイアロンが含まれていることを確認した。また、焼成後のれんが中のβ’−サイアロンの含有量及びそのＺ値は、粉末Ｘ線回折法によるβ’−サイアロンの回折ピーク位置とれんが中の窒素含有量測定から決定し、決定したβ’−サイアロンの含有量とＺ値とからβ’−サイアロンに起因するＳｉとＯの含有量を算出しれんが全体における質量％で示した。更に、測定されたβ’−サイアロンのＺ値から、表１には式（１）の５≦Ｘ≦（２８０＋Ｚ）／（１６８−２８Ｚ）×１５、表２には式（２）の１０≦Ｙ≦［（２８０＋Ｚ）／１６Ｚ］×６で算出されるβ’−サイアロン含有量の上限値をそれぞれ記載した。

かさ比重と見掛け気孔率はＪＩＳ−Ｒ２２０５、圧縮強さはＪＩＳ−Ｒ２２０６に従い測定した。耐溶銑性及び耐スラグ性は、誘導加熱溶解炉で溶解した１５５０℃の溶銑と高炉スラグ中で３時間侵食させたときの試験後の溶損した体積から評価した。１−１４の溶損量を１００として、指数で表示した。数値が小さいもの程優れている。

表１において１−１から１−７は、β’−サイアロンの含有量が式（１）の範囲内であり、かつＺ値が２．７以上４．２以下と本発明の範囲内であり、耐溶銑性に優れ、高炉炉床部のスラグと接しない部位に配置するれんがとして優れていることがわかる。

１−８はβ’−サイアロンの含有量が３質量％と、本発明の下限値５質量％よりも少なく、β’−サイアロンが５質量％の１−４と比較すると、耐溶銑性及び耐スラグ性が劣っている。

１−９はβ’−サイアロンのＺ値が２．５と、本発明の下限値２．７よりも小さく、Ｚ値が２．７の１−２と比較すると、耐溶銑性及び耐スラグ性が劣っている。

１−１０から１−１３は、β’−サイアロン含有量が式（１）で計算される上限値より多く、しかもＳｉ含有量も上限値１５質量％よりも多くなっており、β’−サイアロンの含有量が６５質量％とβ’−サイアロン含有量が式（１）で計算される上限値よりも少なく、かつＳｉ含有量が上限値の１５質量％である１−７と比較して耐溶銑性が劣っている。

１−１４は、サイアロンを含有しないコランダムからなるれんがであるが、耐溶銑性及び耐スラグ性ともに劣る結果となった。

また、図１から、β’−サイアロンの含有量とＺ値が本発明の範囲のものは、十分な耐溶銑性が得られることがわかる。

次に、表２の試験例について説明する。

２−１から２−６は、β’−サイアロンの含有量が式（２）の範囲内であり、かつＺ値が２．５以下（つまり、β’−サイアロン起因のＯ含有量が６質量％以下）であり、耐スラグ性に優れ、高炉炉床部のスラグと接する部位に配置するれんがとして優れていることがわかる。

２−７と２−８は、β’−サイアロンの含有量が本発明の下限値である１０質量％を下回り、β’−サイアロンの含有量が１０質量％の２−１と比較して耐スラグ性に劣る。

２−９と２−１０は、β’−サイアロンのＺ値が２．５を超えており、β’−サイアロンのＺ値が２．５の２−２と比較すると、耐スラグ性に劣る。

２−１１から２−１３は、β’−サイアロンの含有量が表に示した式（２）の上限値を超え、β’−サイアロン中のＯ含有量が６質量％を超えており、β’−サイアロン中のＯ含有量が６質量％の２−６と比較して耐スラグ性に劣っている。

また、図２から、β’−サイアロンの含有量とＺ値が前記の範囲のものは、十分な耐スラグ性が得られることがわかる。

以上の結果は、スラグと接しない部位に、マトリックス部にβ’−サイアロンを含み、コランダム及びβ’−サイアロンの含有量の合計が９５質量％以上であるサイアロンボンドアルミナれんがであって、β’−サイアロンのＺ値が２．７以上４．２以下で、れんが中のβ’−サイアロンの含有量Ｘ質量％が式（１）を満たすサイアロンボンドアルミナれんがを配置し、スラグと接する部位に、マトリックス部にβ’−サイアロンを含み、コランダム及びβ’−サイアロンの含有量の合計が９５質量％以上であるサイアロンボンドアルミナれんがであって、β’−サイアロンのＺ値が２．５以下（０を含まない）、れんが中のβ’−サイアロンの含有量Ｙ質量％が式（２）を満たすサイアロンボンドアルミナれんがを配置してなる高炉炉床部の内張り構造は、耐溶銑性及び耐スラグ性を同時に満足することができ、高炉の長寿命化を図ることができることを強く示唆している。

次に、図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃに示す高炉炉床部の内張り構造を模擬した小型高炉（侵食試験装置）を使用した試験方法を示す。

この小型高炉は、鉄皮（図示しない）の内側に保護材１３がライニングされ、保護材１３の内側に表１又は表２で得られたれんがを６分割して配置したものである。上部れんが１１は幅Ｃが２００ｍｍ、厚さＢが５０ｍｍ、高さ５００ｍｍ、下部れんが１２は幅Ｃが２００ｍｍ、厚さＢが５０ｍｍ、高さ３００ｍｍの大きさにそれぞれ加工してそれぞれ６個を６角筒状に配置した。銑鉄とスラグを溶解して図３Ａに示すように溶銑１５とスラグ１４との２層になるようにし、この２層の境界部が上部れんが１１の上方（約１３０ｍｍ、このうちスラグ部は３０ｍｍ）に来るように溶銑１５とスラグ１４の投入量を調整した。そして、溶銑１５を１５５０℃に２０時間保持した後、溶銑１５を出銑孔１６から排出して溶銑１５とスラグ１４の境界部が図３Ｂに示すように上部れんが１１と下部れんが１２の境界部になるように調整した。その状態で４時間保持した。その後、１５５０℃の溶銑を投入して図３Ａの状態に調整し、２０時間保持した。以後同様に繰り返し、図３Ａの状態を累計１２０時間と図３Ｂの状態を累計２４時間保持した後、下部れんが１２はそれぞれ６個のれんがの断面における最大損耗量（長さｍｍ）の平均値（ｍｍ）を、上部れんが１１はそれぞれ６個のれんがの下部れんが１２に接する位置（下端部）から１０ｍｍ上部の損耗量の平均値で良否を評価した。なお、溶銑の温度は誘導加熱で管理した。また使用したスラグは高炉スラグで化学成分は、ＳｉＯ_２が３５質量％、ＣａＯが４３質量％、Ａｌ_２Ｏ_３が１４質量％、ＭｇＯが５質量％であった。

試験結果を表３にまとめた。表３において下部れんが及び上部れんがの番号は表１及び表２の試験例の番号に相当する。コランダムからなるれんがをライニングした比較例２の損耗量を基準に評価すると、実施例１から実施例４はいずれも下部れんがの損耗量が減少して本発明の効果が認められるのに対して、比較例１は下部れんがの損耗量が比較例２と同程度となった。また、比較例１と比較例２の上部れんがの損耗量が実施例より多くなった理由は、下部れんがの損耗が上部れんがの損耗に影響を与えるためと考えられ、下部れんがの損耗を小さくすることで上部れんがの損耗も小さくなる効果が得られることがわかる。

この模擬試験結果から、本発明の高炉炉床部の内張り構造は従来の内張り構造に比べて寿命が大幅に向上することがわかる。

次に、本発明の高炉炉床部の内張り構造の具体例について図４及び図５で説明する。

高炉炉床部の構造は図４のとおりで、その要部は図５のとおりである。高炉炉床部１は、羽口２より下方の側壁部３と炉底部４とから構成されている。側壁部３には鉄皮５の内側にカーボンれんが６がライニングされ、カーボンれんが６の内面に本発明のサイアロンボンドアルミナれんが７，８がライニングされている。具体的には、出銑孔９を含む上方の側壁部に表２の試験例における２−５のれんが７がライニングされ、出銑孔９より下方の側壁部に表１の試験例における１−３のれんが８がライニングされている。なお、炉底部４はカーボンれんが６の上にハイアルミナれんが１０がライニングされている。

なお、図４の例では本発明のサイアロンボンドアルミナれんが７，８は側壁部３にのみライニングしたが、炉底部４のハイアルミナれんが１０の替わりに本発明のサイアロンボンドアルミナれんが８をライニングすることで、炉底部４の寿命を延長することができる。更に、カーボンれんが６も本発明のサイアロンボンドアルミナれんがに置換することは可能で、そうすると水冷の必要がなくなり熱放散によるエネルギーロスが低減されるとともに、高炉の寿命を延長することができる。

１高炉炉床部
２羽口
３側壁部
４炉底部
５鉄皮
６カーボンれんが
７，８本発明のサイアロンボンドアルミナれんが
９出銑孔
１０ハイアルミナれんが
１１上部れんが
１２下部れんが
１３断熱材
１４スラグ
１５溶銑
１６出銑孔

Claims

高炉炉床部の内張り構造において、
スラグと接しない部位に、マトリックス部にβ’−サイアロンを含み、コランダム及びβ’−サイアロンの含有量の合計が９５質量％以上であるサイアロンボンドアルミナれんがであって、β’−サイアロンのＺ値（β’−サイアロンの化学式Ｓｉ_６−ＺＡｌ_ＺＯ_ＺＮ_８−ＺにおけるＺ値のことをいう。以下同じ。）が２．７以上４．２以下、れんが中のβ’−サイアロンの含有量Ｘ質量％が下記式（１）を満たすサイアロンボンドアルミナれんがを配置したことを特徴とする高炉炉床部の内張り構造。
５≦Ｘ≦（２８０＋Ｚ）／（１６８−２８Ｚ）×１５ …（１）
スラグと接する部位に、マトリックス部にβ’−サイアロンを含み、コランダム及びβ’−サイアロンの含有量の合計が９５質量％以上であるサイアロンボンドアルミナれんがであって、β’−サイアロンのＺ値が２．５以下（０を含まない）、れんが中のβ’−サイアロンの含有量Ｙ質量％が下記式（２）を満たすサイアロンボンドアルミナれんがを配置した請求項１に記載の高炉炉床部の内張り構造。
１０≦Ｙ≦［（２８０＋Ｚ）／１６Ｚ］×６ …（２）
前記スラグと接しない部位が出銑孔より下方の部位であり、前記スラグと接する部位が出銑孔を含む上方の部位である請求項１又は請求項２に記載の高炉炉床部の内張り構造。