JP2018090860A

JP2018090860A - 高炉用羽口

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Publication number: JP2018090860A
Application number: JP2016235495A
Authority: JP
Inventors: 敏治松本; Toshiharu Matsumoto; 陽輔大野; Yosuke Ono; 昌伸藤田; Masanobu Fujita; 大悟加藤; Daigo Kato; 展久大本; Nobuhisa Omoto; 尚熊岡; Takashi Kumaoka
Original assignee: TOBATA SEISAKUSHO KK; Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp; Tobata Seisakusho Co Ltd
Current assignee: TOBATA SEISAKUSHO KK; Nippon Steel Corp; Tobata Seisakusho Co Ltd
Priority date: 2016-12-05
Filing date: 2016-12-05
Publication date: 2018-06-14
Anticipated expiration: 2036-12-05
Also published as: JP6818530B2

Abstract

【課題】硬度のバランスを確保しつつ、熱伝導率が高いことで高熱負荷による摩耗やヒートクラック、溶損などの問題を低減できる高炉用羽口を提供する。【解決手段】本発明の高炉用羽口は、羽口本体部と、羽口本体部の先端の少なくとも一部に形成される肉盛と、を備え、肉盛は、前記羽口本体部の上に形成される、純Ｎｉからなる第１層と、第１層の上に形成される、ＮｉにＴｉＢ２もしくはＺｒＢ２が分散された複合体からなる第２層と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、製鉄などで使用される高炉に用いられ、熱伝導率の高い肉盛の施された高炉用羽口に関する。

製鉄に際しては、原料となる鉄鉱石を還元させて溶融した鉄を得る高炉が用いられる。高炉に設けられた投入口から原料となる鉄鉱石などが投入され、高炉内部を溶融温度の高温とするための熱が、高炉の別の投入口から供給される。高炉内部で溶融した鉄が取り出され、その後の必要な加工などが施される。

この熱を供給する投入口には、熱源である熱風と石炭の微粉末が投入される。この投入口には、羽口と呼ばれる部材が装着され、この羽口から熱風と石炭の微粉末が投入される。

羽口は、熱風と石炭の微粉末が投入される入り口であり、高炉内部で発生する溶融鉄やスラグが接触する環境となる。この環境下で、滴下する溶融鉄やスラグなどが、羽口に機械的な摩耗を与えやすい状態にある。

高炉は、２４時間などの連続稼働と、この連続稼働を所定期間継続するなどの長い期間での稼働を必要とする。長い期間での稼働においては、定期的あるいは不定期のメンテナンスがあるが、このメンテナンス時に羽口の損耗が著しい場合には、羽口の交換が必要となる。

羽口の交換が頻繁に生じることは、高炉のランニングコストを増加させる問題がある。更には、羽口の交換に時間を要する場合には、高炉のメンテナンスの際に操業停止期間が所定よりも長くなることがあり、高炉の稼働能力を低下させてしまうこともあり得る。

このような状況で、機械的摩耗による損耗を低減できるように、羽口は、高い硬度を有することが重視されてきた。このため、羽口の先端（高炉内部に近い側）に、硬度の高い素材で層を形成するよう、ＴＩＧまたはＭＩＧ溶接機を用いて行う肉盛等が施されることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２１７６１０号公報

特許文献１は、高炉用又はキュポラ用の羽口本体１１の先部表面に、金属マトリックスに炭化系粉体セラミックス又はホウ化系粉体セラミックスの単体、あるいは炭化系粉体セラミックス及び／又はホウ化系粉体セラミックスからなる複合添加物を散在状態で含む硬化肉盛材１３を溶着させる硬化肉盛羽口を、開示する。

羽口本体は、銅で形成されていることが多い。この羽口本体の先端表面に、金属にセラミックスが含有された複合体を、層として肉盛を形成した羽口を、特許文献１は、開示している。

背景技術で説明したように、機械的摩耗を考慮して、特許文献１は、硬度を高めるための工夫を行っている。

また、このような羽口の硬度を高めるために、高硬度を有するＮｉ−Ｃｒ合金を羽口の上の第１層とし、ベース金属にセラミックス粉末を混入させた第２層を、肉盛として羽口に形成することが行われていた。第１層のＮｉ−Ｃｒ合金は、高い硬度を有し、第２層のセラミックス粉末を混入させた金属複合体は更に高い硬度を有する。

例えば、第２層として、Ｃｏ-ＣｒにＴｉＣ、Ｃｒ_３Ｃ_２やＮｉにＣｒ_３Ｃ_２紛体などを混合させた金属複合体が使用され、このような第１層、第２層を有する肉盛が施された羽口が提案されていた。

以上のように、特許文献１を始めとした従来技術は、羽口への機械的摩耗での損耗に対応するために、硬度を高める肉盛を形成することが行われていた。

しかしながら、このような硬度の高いことを優先した材料は、熱伝導率が低い傾向がある。硬度と熱伝導率は、トレードオフの関係にあることが多いからである。加えて、硬度が優先される素材は、脆性的な破壊が起きやすいという特徴がある。

羽口の前方の高炉内では、非常な高温状態となっている。羽口、特に羽口の先端は高炉内に挿入されており、高炉内部の高温の熱を受ける状況にある。すなわち、羽口の肉盛部分（羽口の先端部分）は、高炉内の高温・高熱にさらされる状態になる。例えば、羽口前方においては、石炭の微粉末の燃焼によって２５００℃もの高温環境下になることもある。すなわち、羽口は、機械的摩耗と高温環境下での溶損を受ける状態となる。

特許文献１を始めとした従来技術では、熱伝導率が低いことや脆性的な特徴によって、高熱負荷の影響で、ヒートクラックが生じて、羽口の肉盛部分で割れや剥離が生じることがある。また、羽口本体の内部には、羽口を冷却するための冷却水が循環している（水冷が行われている）。このため、肉盛材の熱伝導率が低いと、冷却水によって冷却される羽口母材表面部分と高炉からの高熱を受ける部分との温度差が極めて大きくなってしまう。この温度差が大きくなることで、やはり熱応力や熱膨張の度合いの差分による割れや剥離が生じることがある

すなわち、従来技術の肉盛羽口は、肉盛材の硬度のみに着目していたために熱伝導性が不十分であり、高炉で生じる熱の影響によって、溶損や割れ、剥離が生じる問題を有していた。

肉盛材がこのような熱による損傷が生じれば、当然に、羽口の交換が必要となり、高炉の稼働を停止させなければならないなどの、製鉄工程へのマイナスの影響を生じさせる問題にもつながっていた。

以上のように、従来技術の羽口への肉盛技術や、肉盛を施した羽口の技術は、高炉に装着して使用する際に、熱伝導率の低さによって、高熱負荷による機械的損傷、溶損などの問題を有していた。

本発明は、このような課題に鑑み、硬度のバランスを確保しつつ、熱伝導率が高いことで高熱負荷による摩耗やヒートクラック、溶損などの問題を低減できる高炉用羽口を提供することを目的とする。

上記課題に鑑み、本発明の高炉用羽口は、羽口本体部と、
羽口本体部の先端の少なくとも一部に形成される肉盛と、を備え、
肉盛は、羽口本体部の上に形成される、純Ｎｉからなる第１層と、
第１層の上に形成される、ＮｉにＴｉＢ_２もしくはＺｒＢ_２が分散された複合体からなる第２層と、を有する。なお、肉盛の方法としては、ＴＩＧ溶接など、従来の羽口保護材形成技術をも用いる。

本発明の高炉用羽口は、肉盛材質としての機械的摩耗に対応するに足りる硬度を有しつつ、高い熱伝導率を有する。特に、従来使用されていたＮｉ−Ｃｒ合金と同等以上の硬度を有する。

この硬度を前提に、高い熱伝導率を有するので、高熱負荷においても、機械的摩耗やヒートクラックおよび溶損を生じさせにくい。特に、高炉での高温負荷において対応できるので、高炉に装着されて使用される場合に、十分な耐久期間を実現できる。

これらが相まって、本発明の高炉用羽口は、高い耐久性と長い使用期間を実現し、高炉においての交換頻度を下げて、高炉の稼働期間を長くすることができる。

本発明の実施の形態における高炉用羽口先端部の側面図である。従来技術の組成を用いた肉盛の第１層の物性を示す表である。従来技術の組成を用いた肉盛の第２層の物性を示す表である。本発明の実施の形態の組成での第１層、第２層の熱伝導率とビッカース硬度を示す実験結果の表である。本発明の実施の形態におけるＴｉＢ_２を分散材として製作した第２層の製作例（組成比率の外れる比較例を含む）の組織写真である。本発明の実施の形態におけるＺｒＢ_２を分散材として製作した第２層の製作例（比較例を含む）の組織写真である。一般的な羽口の写真である。

本発明の第１の発明に係る高炉用羽口は、羽口本体部と、
羽口本体部の先端の少なくとも一部に形成される肉盛と、を備え、
肉盛は、羽口本体部の上に形成される、純Ｎｉからなる第１層と、
第１層の上に形成される、ＮｉにＴｉＢ_２もしくはＺｒＢ_２が分散された複合体からなる第２層と、を有する。

この構成により、高い硬度と高い熱伝導率を両立できる肉盛を備える羽口が実現できる。この羽口により、高炉に使用される場合でも、機械的摩耗や熱による損耗などの問題を軽減できる。

本発明の第２の発明に係る高炉用羽口では、第１の発明に加えて、第１層を形成する純Ｎｉは、９９％以上の純度を有する。

この構成により、第１層は、高い熱伝導率を実現できる。

本発明の第３の発明に係る高炉用羽口では、第１または第２の発明に加えて、ＴｉＢ_２もしくはＺｒＢ_２のそれぞれは、セラミックスである。

この構成により、ＴｉＢ_２もしくはＺｒＢ_２を、Ｎｉの内部に分散させやすい。

本発明の第４の発明に係る高炉用羽口では、第１から第３のいずれかの発明に加えて、ＴｉＢ_２の、第２層での含有率は、５体積％以上３０体積％以下である。

この構成により、第２層の熱伝導率を、１５Ｗ／ｍＫ以上とできる。

本発明の第５の発明に係る高炉用羽口では、第１から第３のいずれかの発明に加えて、ＺｒＢ_２の、第２層での含有率は、５体積％以上１５体積％以下である。

本発明の第６の発明に係る高炉用羽口では、第１から第５のいずれかの発明に加えて、第２層の熱伝導率は、１５Ｗ／ｍＫ以上である。

この構成により、肉盛が、十分な熱伝導率を発揮できる。特に、羽口として使用される際に十分な熱伝導率を有する。

本発明の第７の発明に係る高炉用羽口では、第１から第６のいずれかの発明に加えて、第２層のビッカース硬度は、１８０ＨＶ以上である。

この構成により、肉盛が、十分な硬度を発揮できる。特に、羽口として使用される際に十分な硬度を有する。

本発明の第８の発明に係る高炉用羽口では、第１から第７のいずれかの発明に加えて、第１層および第２層の二重構造は、肉盛材での硬度および熱伝導率の高さを両立させる。

この構成により、羽口としての使用が好適に実現できる。

本発明の第９の発明における高炉用羽口では、第１から第８のいずれかの発明に加えて、羽口本体部は、銅を主素材とする。

この構成により、羽口本体部も、高い熱伝導率を有する。

本発明の第１０の発明における高炉用羽口では、第１から第９のいずれかの発明に加えて、肉盛は、高炉用羽口が高炉に装着される場合の、炉内側に位置する。

この構成により、肉盛が、羽口の保護を実現できる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

（実施の形態）

（全体概要）
実施の形態における高炉用羽口は、羽口本体部と肉盛とを備える。図１は、本発明の実施の形態における高炉用羽口先端部の側面図である。高炉用羽口（以下、必要に応じて「羽口」と省略することもある）１は、羽口本体部２と、肉盛３とを備える。肉盛３は、羽口本体部２の先端の少なくとも一部に形成される。図１に示されるように、肉盛３は、羽口本体部２の表面であって先端に形成されている。もちろん、必要に応じて、肉盛３が羽口本体部２の表面全体に形成されてもよい。

このように、高炉用羽口１は、羽口本体部２とその外周の一部に形成される肉盛３とから構成される。図１は側面図であるので、肉盛３が側面に形成されているように見えるが、外周を囲むように形成されている。

肉盛３は、第１層４と、第１層の上の第２層５とを有する。図１では、第１層４が羽口本体部２の上に形成され、第１層４の上に第２層５が形成されている。このように肉盛３は、２つの層が積層されて形成された構造を有している。

ここで、肉盛（肉盛３を含む）とは、一般的に羽口本体部を守るための保護層のことを、本明細書では意味する。

第１層４は、純Ｎｉの組成を有する。第２層５は、ＮｉにＴｉＢ_２もしくはＺｒＢ_２が分散された複合体である。肉盛３を形成する第１層４が純Ｎｉであり、第２層５が、ＮｉにＴｉＢ_２もしくはＺｒＢ_２が分散された複合体であることで、硬度を有しつつ高い熱伝導率を実現できる。すなわち、硬度と熱伝導率の両立を実現でき、従来技術での高熱負荷による機械的損傷、溶損などの問題を解決できる。

（第１層）
第１層４は、純Ｎｉで形成される。ここで、第１層４を形成する純Ｎｉは、９９％以上の純度を有する。Niであることで純銅を主素材とする羽口本体部２との接合を実現しつつ、特に、純度が９９％以上であることで、第１層４の熱伝導率が高くなる。

例えば、第１層４が、純度９９％以上の純Ｎｉで形成されることで、ビッカース硬度は１０６ＨＶ程度であり、熱伝導率は７８．２Ｗ／ｍＫ程度である。肉盛３を形成する第１層４は、肉盛３の基礎部分となる。更には、高い熱伝導率を有することで、高炉用羽口１が使用される場合に受ける高熱によっても、損傷や損耗などの問題を防止しやすくできる。

第１層４は、後述する第２層５との組み合わせにより、高い効率での熱伝導を実現できる。第１層４は、羽口本体部２の表面に形成されるので、高い熱伝導率により、高炉内からの熱を効率よく第２層５から第１層４に伝導する。すなわち、第１層４の熱伝導率が高いことは、高炉内からの熱を適切に羽口本体2にも伝導できる。

この熱伝導の効率が高いことで、高炉用羽口１に加わる熱量が大きくても、第１層４の熱伝導率が高いことで、熱による損傷や損耗などを防止できるようになる。

（第２層）
第２層５は、ＮｉにＴｉＢ_２もしくはＺｒＢ_２が分散された複合体から形成される。ＴｉＢ_２もしくはＺｒＢ_２が分散されて複合材とされることで、硬度を増加させるとともに、Ｎｉの有する熱伝導率を低下させにくくして、第２層５は、硬度と高い熱伝導率のバランスを実現できる。

このとき、Ｎｉを基材として、これにＴｉＢ_２もしくはＺｒＢ_２のセラミックス粉末が分散されて形成されればよい。すなわち、Ｎｉに分散されるＴｉＢ_２もしくはＺｒＢ_２は、セラミックスである。セラミックスであることで、Ｎｉの基材に分散が容易となる。

また、セラミックスであることで、Ｎｉの基材にＴｉＢ_２もしくはＺｒＢ_２が分散されて、第２層５の硬度と熱伝導率のバランスを実現しやすくなる。Ｎｉの基材に、セラミックスの粉末となっているＴｉＢ_２もしくはＺｒＢ_２が広く分散する。この広い分散により、Ｎｉを基材とする第２層５の特性が変化しつつ全体として均一になりやすい。この変化後の特性が、硬度と熱伝導率の高いバランスである。

特にＴｉＢ_２もしくはＺｒＢ_２がセラミックス粉末としてＮｉに分散されることで、母相であるＮｉの性質を変えずに済む。もちろん、セラミックス粉末であることで、均一になるように分散させることができ、第２層５全体の特性を均一化させやすくなる。他の手法に比較して、製造容易である。

もちろん、上述の通り、セラミックス粉末のＴｉＢ_２もしくはＺｒＢ_２がＮｉに分散された第２層５とすることで、高い硬度を実現しつつＮｉ本来の熱伝導率を下げずに、高い熱伝導率を合わせて実現できる。

このような第２層５が第１層４の上に形成されることで、高炉内に挿入された高炉用羽口１は、次のような熱伝導により、熱に対する高い耐久性を実現できる。高炉内の熱は、一番表面となる第２層５に伝わる。ここで、第２層５は、上述の通り高い熱伝導率を有している。この高い熱伝導率により、第２層５は、厚み方向に効率よく熱を伝導して、その内側にある第１層４に熱を伝導する。

第１層４は、そのまま羽口本体部２に熱を伝導し、高炉用羽口１の内部に設けられる水冷などの冷却機構によって、熱が処理される。

このように、第２層５は、硬度を有していることに加えて、高い熱伝導率を有しているので、高炉内からの熱を第１層、羽口本体部２に効率よく伝導させて、最終的に熱を次々と処理できる。これらの結果、肉盛３の熱の上昇を抑制でき、熱による損傷などの問題を軽減できる。

このように、第１層４と共に第２層５も熱伝導率が高いことで、肉盛３の熱伝導率が高くなり、高炉用羽口１の受ける高い熱量に対しても、脆さなどによる損傷や損耗を生じさせにくい。

ＴｉＢ_２の第２層５における含有率は、５体積％以上３０体積％以下であることが好ましい。ＴｉＢ_２の含有率が、この範囲であることで、第２層５の熱伝導率の下限値を１５Ｗ／ｍＫ以上とできる。

特に、第２層５の硬度と熱伝導率は、従来技術の問題点の解決を図りつつ高炉用羽口１の高炉での使用での耐久性を実現するために、次の条件であることが好ましいことが発明者の研究によって分かった。

第２層のビッカース硬度：１８０ＨＶ以上
第２層の熱伝導率：１５Ｗ／ｍＫ以上

硬度と熱伝導率が、このレベルを有することで、肉盛３およびこれを備える高炉用羽口１は、高炉で使用される際に受ける熱量に対しても、損傷や損耗を生じさせにくくなる。すなわち、従来技術での問題を生じさせにくい。

ＴｉＢ_２の含有率が、上述の通り、５体積％以上３０体積％以下であることで、Ｎｉ基材にＴｉＢ_２が分散された複合体から形成される第２層５は、１８０ＨＶ以上のビッカース硬度を実現できる。同様に、第２層５は、１５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を実現できる。

一方、Ｎｉ基材にＺｒＢ_２が分散された複合体で、第２層５が形成される場合には、ＺｒＢ_２の第２層５での含有率は、５体積％以上１５体積％以下であることが好適である。ＺｒＢ_２の含有率が、この範囲であることで、第２層５は１８０ＨＶ以上のビッカース硬度と１５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を実現できる。

このように、第２層５にＴｉＢ_２が含有される場合には、ＴｉＢ_２の含有率は、５体積％以上３０体積％以下であることが好ましく、第２層５にＺｒＢ_２が含有される場合には、５体積％以上１５体積％以下であることが好ましい。これらの含有率であることで、第２層５が、目標とする硬度と熱伝導率を実現できるからである。

以上のように、第２層５の組成が特定されることで、高い硬度と熱伝導率を実現できる。特に、熱伝導率と硬度とのバランスを実現でき、従来技術の問題点を解決できる。すなわち、実施の形態における高炉用羽口１は、機械的摩耗と高熱負荷によるヒートクラック、溶損などの問題を低減できる。加えて、第１層４および第２層５との二重構造であることで、肉盛３での硬度および熱伝導率が両立できる。

（羽口本体部）
羽口本体部２は、銅を主材料とすることが好適である。羽口本体部２は、高炉用羽口１の全体の骨格を形成する。この羽口本体部２は、高炉に挿入されて使用される場合に、その高炉および仕様に合わせた形状と大きさを有する必要がある。

羽口本体部２は、種々の素材で形成されればよいが、銅を主素材とすることが好適である。銅は、鉄やアルミよりも高い熱伝導率を有し、硬度や融点などの点でも適当なレベルを有するからである。

また、銅素材であることで、羽口を製造する設備との親和性や利用性が高く、製造が容易となりやすい。加えて、高炉用羽口１の大きな体積要素である羽口本体部２は、銅を主素材とすることで、肉盛３を考慮した全体のコストを抑えることができる。

高炉で使用される際に、熱の影響をもっとも受けやすい先端部分には、肉盛３が形成され、肉盛３は、上述のような第１層４と第２層５を備えている。肉盛３は、全体での占有割合は小さいので、高炉用羽口１全体としてのコストは低くできる。

（実験結果の説明）
次に、上述で説明した第１層４、第２層５の硬度と熱伝導率についての実験結果を説明する。なお、本実験での肉盛は、全てＴＩＧ溶接により形成した。

（従来技術での肉盛）
まず、従来技術での肉盛における第１層および第２層の実験結果を説明する。図２は、従来技術の組成を用いた肉盛の第１層の物性を示す表である。図２では、従来技術で使用されていたＮｉ−Ｃｒの組成を有する第１層の物性が示されている。この物性は、実際に製造したＮｉ−Ｃｒの第１層について実験を行った結果である。

図２から明らかな通り、Ｎｉ−Ｃｒによる第１層の硬度は１８０ＨＶと一定のレベルであるが、熱伝導率は、１０．７Ｗ／ｍ・Ｋと低い。熱伝導率が低いことによる問題点は上述した通りであり、高い熱量を受けることで、損傷等を生じさせてしまう。

図３は、従来技術の組成を用いた肉盛の第２層の物性を示す表である。図２と同様に、従来技術で使用されていた組成を用いて肉盛の第２層を製造し、実験を行った結果を示している。

図３では、３種類（その１〜その３）の従来技術における組成の第２層の結果を示している。

（その１：Ｃｏ系合金にＴｉＣとＣｒ_３Ｃ_２を混合した組成）
この組成での第２層の硬度は７１８ＨＶと高いが、熱伝導率は８．９Ｗ／ｍ・Ｋと低い。熱伝導率が低いことでの問題点は上述した通りである。また、上述した通り、第２層の熱伝導率は、１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。この点からも、その１の組成での第２層は、熱伝導率が不十分である。

（その２：ＮｉにＣｒ_３Ｃ_２を混合した組成）
この組成での第２層の硬度は、４７１ＨＶと高いが、熱伝導率が１４．４Ｗ／ｍＫと不十分である。熱伝導率が不十分であることで、この組成の第２層が肉盛に使用されても、羽口のうける高い熱量に対応できない。すなわち、熱伝導率の不足によって、熱を受けることでヒートクラックや溶損などの熱的損傷を受ける問題がある。

（その３：Ｎｉ−Ｃｒ合金にＴｉＣとＣｒ_３Ｃ_２を混合した組成）
この組成での第２層の硬度は１３５６ＨＶと高いが、熱伝導率が９．５Ｗ／ｍＫと低い。このため、熱伝導率の不足による問題を生じさせる。

以上のように、従来技術での組成で第１層や第２層を形成しても、熱伝導率が不十分であることが実験からも確認された。

（本発明の組成での実験結果）
次に、実施の形態で説明した組成で形成された第１層、第２層の効果を確認した実験結果を説明する。図４は、本発明の実施の形態の組成での第１層、第２層の熱伝導率とビッカース硬度を示す実験結果の表である。

実施の形態で説明した組成により第１層となる基材と、第２層となる基材のそれぞれを製作した。このとき、第２層については、実施の形態で説明した組成範囲に対応して製作した。

図４の第１層、第２層のそれぞれは、必要な素材を用いて基材として製作したものである。また、実験においてビッカース硬度の測定方法と、熱伝導率の測定方法は、次の通りである。

（ビッカース硬度の測定方法）
測定機器名：ビッカース硬度計
（メーカー、型番：株式会社フーチュアテック、ＦＶ３００）
測定条件：加圧力＝５００g
：加圧時間＝１５秒
：測定サンプルサイズ＝面積約１５×１５×高さ１５ｍｍ
この測定条件に見合う加圧をサンプルに付与して、加圧付与後のサンプルに生じる痕からビッカース硬度が測定される。

（熱伝導率の測定方法）
測定機器名：熱定数測定装置
（メーカー、型番：ＮＥＴＺＳＣＨ社、ＬＦＡ４４７）
測定条件：測定温度＝２０、２００、４００、６００℃
：測定サンプルサイズ＝φ１０×２ｍｍ厚
測定定数：熱拡散率、比熱、熱伝導率
測定温度に加熱されたサンプルに熱源を加えて、熱拡散率と比熱を測定して、これらから熱伝導率を算出する。

（１−１：第１層）
製作例１−１は、純Ｎｉで製作した第１層となる基材である。純Ｎｉとしての純度は、９９％以上である。実施の形態で説明したように、第１層として採用される組成を有する製作例である。

製作例１−１の熱伝導率は、７８．２Ｗ／ｍＫである。製作例１−１のビッカース硬度は、１０６ＨＶである。十分に高い熱伝導率を有することが確認された。

特に、図２で説明した従来技術の第１層に比較して、高い熱伝導率が確認された。第１層として採用される組成である純度９９％以上の純Ｎｉが使用されることで、第１層は、高い熱伝導率を有することが確認された。この高い熱伝導率により、実施の形態における第１層は、羽口の肉盛材に使用される際に、高炉から受ける高い熱に対する耐久性が高い。結果として、熱による損耗などの従来技術の問題点を解消できる。

（２−１：第２層）
製作例２−１は、Ｎｉに５体積％のＴｉＢ_２を分散した複合体により製作した第２層となる基材である。第２層の組成の一つとして採用される製作例である。

製作例２−１の熱伝導率は、６０．１Ｗ／ｍＫである。製作例２−１のビッカース硬度は、１７２ＨＶである。十分に高い熱伝導率とビッカース硬度を有することが確認された。

特に、図３で説明した従来技術の第２層に比較して、高い熱伝導率が確認された。基準となる１５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有しており、肉盛材として高炉において使用される場合でも、従来技術のような熱による損耗などの問題を生じさせにくい。

このように、Ｎｉに５体積％以上３０体積％以下となるＴｉＢ_２を分散した複合体から第２層が形成されることで、高い硬度に加えて高い熱伝導率を実現して、従来技術の問題を解決できる。

（２−２：第２層）
製作例２−２は、Ｎｉに１０体積％のＴｉＢ_２を分散した複合体により製作した第２層となる基材である。第２層の組成の一つとして採用される製作例である。

製作性２−２の熱伝導率は４５．０Ｗ／ｍＫである。製作例２−２のビッカース硬度は１９５ＨＶである。十分に高い熱伝導率とビッカース硬度を有することが確認された。

特に、図３で説明した第２層に比較して、高い熱伝導率が確認された。基準となる１５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有しており、肉盛材として高炉において使用される場合でも、従来技術のような熱による損耗などの問題を生じさせにくい。

（２−３：第２層）
製作例２−３は、Ｎｉに１５体積％のＴｉＢ_２を分散した複合体により製作した第２層となる基材である。第２層の組成の一つとして採用される製作例である。

製作例２−３の熱伝導率は、３５．０Ｗ／ｍＫである。製作例２−３のビッカース硬度は２６２ＨＶである。十分に高い熱伝導率とビッカース硬度を有することが確認された。

（２−４：第２層）
製作例２−４は、Ｎｉに２０体積％のＴｉＢ_２を分散した複合体により製作した第２層となる基材である。第２層の組成の一つとして採用される製作例である。

製作例２−４の熱伝導率は、２２．２Ｗ／ｍＫである。製作例２−４のビッカース硬度は、４６９ＨＶである。十分に高い熱伝導率とビッカース硬度を有することが確認された。

（２−５：第２層）
製作例２−５は、Ｎｉに３０％のＴｉＢ_２を分散した複合体により製作した第２層となる基材である。第２層の組成の一つとして採用される製作例である。

製作例２−５の熱伝導率は、１６．５Ｗ／ｍＫである。製作例２−５のビッカース硬度は、６４９ＨＶである。十分に高い熱伝導率とビッカース硬度を有することが確認された。

（３−１：第２層）
製作例３−１は、Ｎｉに４５％のＴｉＢ_２を分散した複合体により製作した第２層となる基材である。この混合比での第２層の場合には、得られた合金を加工することができず、熱伝導率を測定することが出来なかった。すなわち、ＴｉＢ_２の比率が３０体積％を超えると、そもそも加工困難で、肉盛の第２層として使用することが難しい。

以上の実験結果から、製作例２−１を考慮すると、５体積％未満である場合には、ビッカース硬度が１８０ＨＶを下回ることが明白であり、十分な硬度を持った第２層の肉盛が実現できない。製作例２−５および製作例３−１の結果を考慮すると、ＴｉＢ_２の比率が３０体積％を超えると、そもそも加工困難で、肉盛の第２層として使用することが難しい。第２層に分散されるＴｉＢ_２の組成比は、５体積％以上、３０体積％以下であることが好ましいと判断される。

（２−６：第２層）
製作例２−６は、５体積％のＺｒＢ_２を分散した複合体により製作された第２層となる基材である。第２層の組成の一つとして採用される製作例である。

製作例２−６の熱伝導率は、６０．１Ｗ／ｍＫである。製作例２−６のビッカース硬度は、１７９ＨＶである。十分に高い熱伝導率とビッカース硬度を有することが確認された。

特に、図３で説明した従来技術の第２層に比較して、高い熱伝導率が確認された。基準となる１５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有しており、肉盛材として高炉に使用される場合でも、従来技術のような熱による損耗などの問題を生じさせにくい。

このように、Ｎｉに５体積％以上１５体積％以下となるＺｒＢ_２を分散した複合体から第２層が形成されることで、高い硬度に加えて高い熱伝導率を実現して、従来技術の問題を解決できる。

（２−７：第２層）
製作例２−７は、１０体積％のＺｒＢ_２を分散した複合体により製作された第２層となる基材である。第２層の組成の一つとして採用される製作例である。

製作例２−７の熱伝導率は、５６．１Ｗ／ｍＫである。製作例２−７のビッカース硬度は、２３２ＨＶである。十分に高い熱伝導率とビッカース硬度を有することが確認された。

（２−８：第２層）
製作例２−８は、１５体積％のＺｒＢ_２を分散した複合体により製作された第２層となる基材である。第２層の組成の一つとして採用される製作例である。

製作例２−８の熱伝導率は、３６．７Ｗ／ｍＫである。製作例２−８のビッカース硬度は、３８３ＨＶである。十分に高い熱伝導率とビッカース硬度を有することが確認された。

（３−２：第２層）
製作例３−２は、２０体積％のＺｒＢ_２を分散した複合体により製作された第２層となる基材である。この混合比での第２層の場合には、得られた合金を加工することができず、熱伝導率を測定することが出来なかった。

（３−３：第２層）
製作例３−３は、３０体積％のＺｒＢ_２を分散した複合体により製作された第２層となる基材である。この混合比での第２層の場合には、得られた合金を加工することができず、熱伝導率を測定することが出来なかった。

以上の実験結果から、製作例２−６を考慮すると、ＺｒＢ_２を５体積％未満とすると、ビッカース硬度が１８０ＨＶを下回り、十分な硬度を持った第２層の肉盛が実現できない。製作例２−６、３−２、３−３を考慮すると、ＺｒＢ_２を１５体積％を超える場合には、そもそも合金を加工することが出来ず、肉盛の第２層に適用することができない。すなわち、分散材としてＮｉに加えるＺｒＢ_２の組成比率は、５体積％以上１５体積％以下であることが好ましいことも確認された。

以上のように、実験結果から、実施の形態で説明された組成を有する第１層および第２層は、従来技術に比較して高い熱伝導率を有することが確認された。また、第２層については、高い硬度と合わせた高い熱伝導率とのバランスも実現できる。これらの結果、従来技術での損耗などの問題を解消できる。

（製作例の組織写真）
製作例の組織写真を図５、図６に示す。図５は、本発明の実施の形態におけるＴｉＢ_２を分散材として製作した第２層の製作例（組成比率の外れる比較例を含む）の組織写真である。

ＴｉＢ_２が、Ｎｉ全体に分散して存在している状態が示されている。特に、ＴｉＢ_２の組成比率である５体積％〜３０体積％のものは、分散状態が適切であることが分かる。分散状態が適切であることで、第２層は、高い熱伝導率を実現できる。このように、第２層が高い熱伝導率を実現できることが、組織状態からも確認された。

一方、組成比率が外れる４５体積％のＴｉＢ_２を分散材とした第２層は、分散状態が悪い。このため、熱伝導率が不足する結果に繋がっていると考えられる。

図６は、本発明の実施の形態におけるＺｒＢ_２を分散材として製作した第２層の製作例（比較例を含む）の組織写真である。

ＴｉＢ_２が、Ｎｉ全体に分散して存在している状態が示されている。特に、ＴｉＢ_２の組成比率である５体積％〜１５体積％のものは、分散状態が適切であることが分かる。分散状態が適切であることで、第２層は、高い熱伝導率を実現できる。このように、第２層が高い熱伝導率を実現できることが、組織状態からも確認された。

一方、組成比率が外れる２０体積％および３０体積％のものは、分散状態が悪い。このため、熱伝導率が不足する結果に繋がっていると考えられる。

以上のように、５体積％〜３０体積％のＴｉＢ_２もしくは５体積％〜１５体積％のＺｒＢ_２を分散材としてＮｉに混合した複合体で第２層が形成されることで、熱伝導率の目標を実現できる。

図７は、一般的な羽口の写真である。このような羽口の先端に肉盛が施されて、高炉で使用される。

以上のように、本発明の実施の形態における高炉用羽口１は、必要な硬度に加えて、高い熱伝導率を実現する肉盛により、高炉に使用される場合の高炉から受ける熱に起因する問題を解決できる。
を解消できる。

なお、実施の形態で説明された高炉用羽口は、本発明の趣旨を説明する一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での変形や改造を含む。

１高炉用羽口
２羽口本体部
３肉盛
４第１層
５第２層

Claims

羽口本体部と、
前記羽口本体部の先端の少なくとも一部に形成される肉盛と、を備え、
前記肉盛は、前記羽口本体部の上に形成される、純Ｎｉからなる第１層と、
前記第１層の上に形成される、ＮｉにＴｉＢ_２もしくはＺｒＢ_２が分散された複合体からなる第２層と、を有する、高炉用羽口。
前記第１層を形成する純Ｎｉは、９９％以上の純度を有する、請求項１記載の高炉用羽口。
前記ＴｉＢ_２もしくは前記ＺｒＢ_２のそれぞれは、セラミックスである、請求項１または２記載の高炉用羽口。
前記ＴｉＢ_２の、前記第２層での含有率は、５体積％以上３０体積％以下である、請求項１から３のいずれか記載の高炉用羽口。
前記ＺｒＢ_２の、前記第２層での含有率は、５体積％以上１５体積％以下である、請求項１から３のいずれか記載の高炉用羽口。
前記第２層の熱伝導率は、１５Ｗ／ｍＫ以上である、請求項１から５のいずれか記載の高炉用羽口。
前記第２層のビッカース硬度は、１８０ＨＶ以上である、請求項１から６のいずれか記載の高炉用羽口。
前記第１層および前記第２層の二重構造は、前記肉盛材での硬度および熱伝導率の高さを両立させる、請求項１から７のいずれか記載の高炉用羽口。
前記羽口本体部は、銅を主素材とする、請求項１から８のいずれか記載の高炉用羽口。
前記肉盛は、前記高炉用羽口が高炉に装着される場合の、高炉側に位置する、請求項１から９のいずれか記載の高炉用羽口。