JP2020132468A - 高炉樋用不定形耐火物 - Google Patents
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Abstract
【課題】高炉樋の内張りのスラグ部とメタル部とに兼用される高炉樋用不定形耐火物において、耐スポーリング性、耐スラグ性及び耐メタル性を確保する。【解決手段】耐火原料及びバインダーを含有し、高炉樋の内張りのスラグ部とメタル部とに兼用される高炉樋用不定形耐火物であって、耐火原料及びバインダーの合量１００質量％中に占める割合で、炭化珪素原料を１１質量％以上３０質量％以下、粒径０．１ｍｍ以上５ｍｍ未満のスピネル原料を２質量％以上１５質量％以下含有するとともに、残部としてアルミナ原料を主として含有し、耐火原料及びバインダーの合量１００質量％中に占める割合で、粒径０．１ｍｍ未満のスピネル原料の含有量が５質量％以下（０を含む。）であり、粒径５ｍｍ以上８ｍｍ未満のスピネル原料の含有量が２質量％以下（０を含む。）である。【選択図】なし
Description
本発明は、高炉樋の内張りのスラグ部とメタル部とに兼用される高炉樋用不定形耐火物に関する。
高炉樋は、高炉から出銑した溶銑が取鍋、混銑車等に至る通路の役割をもつ。近年、その内張りには施工性の面から、従来のれんが積みに替えて不定形耐火物が使用されている。また、高炉樋の内張りの不定形耐火物の施工においては、一般的に、スラグ部（スラグライン部とも呼ばれる。）とメタル部（メタルライン部とも呼ばれる。）とを異なる材質で施工する、いわゆるゾーンライニングが行われている（例えば、特許文献１）。
しかし、ゾーンライニングの場合、施工時の材料種が多く、作業としては煩雑となる。また、スラグ部とメタル部の境界より異常損耗が発生する可能性もある。
しかし、ゾーンライニングの場合、施工時の材料種が多く、作業としては煩雑となる。また、スラグ部とメタル部の境界より異常損耗が発生する可能性もある。
そこで、スラグ部とメタル部とに兼用される材質（以下「一体材」ともいう。）の適用が検討されている。
ただし、一体材においては、スラグ部に特に要求される耐スポーリング性及び耐スラグ性を確保するだけでなく、メタル部に特に要求される耐メタル性を確保する必要がある。
ただし、一体材においては、スラグ部に特に要求される耐スポーリング性及び耐スラグ性を確保するだけでなく、メタル部に特に要求される耐メタル性を確保する必要がある。
本発明が課題しようとする課題は、一体材において、耐スポーリング性、耐スラグ性及び耐メタル性を確保することにある。
本発明の一観点によれば、次の高炉樋用不定形耐火物が提供される。
耐火原料及びバインダーを含有し、高炉樋の内張りのスラグ部とメタル部とに兼用される高炉樋用不定形耐火物であって、
耐火原料及びバインダーの合量１００質量％中に占める割合で、炭化珪素原料を１１質量％以上３０質量％以下、粒径０．１ｍｍ以上５ｍｍ未満のスピネル原料を２質量％以上１５質量％以下含有するとともに、残部としてアルミナ原料を主として含有し、
耐火原料及びバインダーの合量１００質量％中に占める割合で、粒径０．１ｍｍ未満のスピネル原料の含有量が５質量％以下（０を含む。）であり、粒径５ｍｍ以上８ｍｍ未満のスピネル原料の含有量が２質量％以下（０を含む。）である、高炉樋用不定形耐火物。
耐火原料及びバインダーを含有し、高炉樋の内張りのスラグ部とメタル部とに兼用される高炉樋用不定形耐火物であって、
耐火原料及びバインダーの合量１００質量％中に占める割合で、炭化珪素原料を１１質量％以上３０質量％以下、粒径０．１ｍｍ以上５ｍｍ未満のスピネル原料を２質量％以上１５質量％以下含有するとともに、残部としてアルミナ原料を主として含有し、
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本発明によれば、炭化珪素原料、粒径０．１ｍｍ以上５ｍｍ未満のスピネル原料及びアルミナ原料を含有することとし、かつ粒径０．１ｍｍ未満のスピネル原料の含有量及び粒径５ｍｍ以上８ｍｍ未満のスピネル原料の含有量をそれぞれ所定量以下に抑えたことで、一体材において、耐スポーリング性、耐スラグ性及び耐メタル性を確保することができる。
本発明の高炉樋用不定形耐火物は耐火原料及びバインダーを含有する一体材であり、具体的には耐火原料として、炭化珪素原料、粒径０．１ｍｍ以上５ｍｍ未満のスピネル原料及びアルミナ原料を含有する。
炭化珪素原料は、主として耐スラグ性及び耐スポーリング性を確保するために、耐火原料及びバインダーの合量１００質量％中に占める割合で１１質量％以上３０質量％以下の範囲内で含有する。炭化珪素原料の含有量が１１質量％未満であると耐スラグ性及び耐スポーリング性を確保できない。一方、炭化珪素原料の含有量が３０質量％超であると耐メタル性を確保できない。炭化珪素原料の含有量は１５質量％以上２５質量％以下であることが好ましい。なお、炭化珪素原料の粒度構成は、一般的な高炉樋用不定形耐火物に使用される炭化珪素原料の粒度構成と同様でよく、例えば、粒径５ｍｍ未満の範囲で適宜の粒度構成とすることができる。
粒径０．１ｍｍ以上５ｍｍ未満のスピネル原料は、主として耐メタル性を確保するために、耐火原料及びバインダーの合量１００質量％中に占める割合で２質量％以上１５質量％以下の範囲内で含有する。粒径０．１ｍｍ以上５ｍｍ未満のスピネル原料の含有量が２質量％未満であると耐メタル性を確保できない。一方、粒径０．１ｍｍ以上５ｍｍ未満のスピネル原料の含有量が１５質量％超であると耐スラグ性及び耐スポーリング性を確保できない。粒径０．１ｍｍ以上５ｍｍ未満のスピネル原料の含有量は３質量％以上１０質量％以下であることが好ましい。
本発明の高炉樋用不定形耐火物において、粒径０．１ｍｍ未満のスピネル原料の含有量は５質量％以下（０を含む。）とする。粒径０．１ｍｍ未満のスピネル原料は反応性が高いため、当該スピネル原料中のＭｇＯが炭化珪素原料（ＳｉＣ）の分解（酸化）を促進してＳｉＯ２系の低融物を生成することから、耐メタル性が低下する。また、炭化珪素原料（ＳｉＣ）の分解（酸化）が促進されることで、炭化珪素原料（ＳｉＣ）が減るので耐スラグ性及び耐スポーリング性も低下する。よって、粒径０．１ｍｍ未満のスピネル原料の含有量は、５質量％以下（０を含む。）である必要があり、２質量％以下（０を含む。）であることが好ましい。
なお、特開２０００−１７８０７４号公報には平均粒径５μｍ以下の仮焼スピネル超微粉を含有する旨が記載されているが、一体材においては前述のとおり、耐スラグ性及び耐スポーリング性を確保するため炭化珪素原料を比較的多く含有するところ、平均粒径５μｍ以下という非常に細かい仮焼スピネル超微粉（スピネル原料）を一体材に使用した場合、前述のように炭化珪素原料（ＳｉＣ）の分解（酸化）が促進されるため、耐メタル性、耐スラグ性及び耐スポーリング性が低下してしまう。
なお、特開２０００−１７８０７４号公報には平均粒径５μｍ以下の仮焼スピネル超微粉を含有する旨が記載されているが、一体材においては前述のとおり、耐スラグ性及び耐スポーリング性を確保するため炭化珪素原料を比較的多く含有するところ、平均粒径５μｍ以下という非常に細かい仮焼スピネル超微粉（スピネル原料）を一体材に使用した場合、前述のように炭化珪素原料（ＳｉＣ）の分解（酸化）が促進されるため、耐メタル性、耐スラグ性及び耐スポーリング性が低下してしまう。
また、本発明の高炉樋用不定形耐火物において、粒径５ｍｍ以上８ｍｍ未満のスピネル原料の含有量は２質量％以下（０を含む。）とする。粒径５ｍｍ以上８ｍｍ未満のスピネル原料は耐火物組織のマトリクスを構成しないので、これを含有しても耐メタル性の向上には寄与せず、かえって耐スラグ性を低下させてしまう。よって、粒径５ｍｍ以上８ｍｍ未満のスピネル原料の含有量は、２質量％以下（０を含む。）である必要があり、１質量％以下（０を含む。）であることが好ましい。
なお、スピネル原料には、理論組成のスピネルのほか、アルミナリッチスピネルとマグネシアリッチスピネルがあるが、本発明の高炉樋用不定形耐火物には、いずれのスピネル原料も使用できる。ただし、耐スラグ性及び耐消化性を確保する点から、理論組成近傍のスピネル又はアルミナリッチスピネルを使用することが好ましい。具体的には、本発明の高炉樋用不定形耐火物に使用するスピネル原料中のＭｇＯ成分含有量は、５質量％以上２８質量％以下であることが好ましい。
なお、スピネル原料には、理論組成のスピネルのほか、アルミナリッチスピネルとマグネシアリッチスピネルがあるが、本発明の高炉樋用不定形耐火物には、いずれのスピネル原料も使用できる。ただし、耐スラグ性及び耐消化性を確保する点から、理論組成近傍のスピネル又はアルミナリッチスピネルを使用することが好ましい。具体的には、本発明の高炉樋用不定形耐火物に使用するスピネル原料中のＭｇＯ成分含有量は、５質量％以上２８質量％以下であることが好ましい。
一方、アルミナ原料は、主として耐メタル性を確保するとともに、容積安定性を確保するために、残部の主たる耐火原料として含有する。アルミナ原料の具体的な含有量は特に限定されないが、例えば、耐火原料及びバインダーの合量１００質量％中に占める割合で５０質量％以上７０質量％以下とすることができる。なお、アルミナ原料の粒度構成は、一般的な高炉樋用不定形耐火物に使用されるアルミナ原料の粒度構成と同様でよく、例えば、粒径５ｍｍ未満の範囲で適宜の粒度構成とすることができる。
以上のとおり、本発明の高炉樋用不定形耐火物は、耐火原料の主原料として、炭化珪素原料、粒径０．１ｍｍ以上５ｍｍ未満のスピネル原料及びアルミナ原料を含有するが、これら主原料以外に本発明の効果を損なわない範囲で、カーボン質原料（ピッチ、カーボンブラック等）、シリカ超微粉、ジルコン原料、ジルコニア原料、クロム鉱、窒化珪素原料、ムライト原料などの他の耐火原料を含有することができる。
また、本発明の高炉樋用不定形耐火物は、前述の耐火原料に加えて、バインダーを含有する。バインダーの具体例は、アルミナセメント、マグネシアセメント等である。
さらに本発明の高炉樋用不定形耐火物は、分散剤、酸化防止剤、乾燥促進剤、金属ファイバー、増粘剤などの各種添加剤を適宜含有し得る。なお、本発明の高炉樋用不定形耐火物において、これらの添加剤はバインダーに含まれるものとする。
分散剤は耐火物の施工時の流動性を付与するもので、具体例としては、トリポリリン酸ソーダ、ヘキサメタリン酸ソーダ、ウルトラポリリン酸ソーダ、酸性ヘキサメタリン酸ソーダ、ホウ酸ソーダ、炭酸ソーダ、ポリメタリン酸塩などの無機塩、クエン酸ソーダ、酒石酸ソーダ、ポリアクリル酸ソーダ、スルホン酸ソーダ、ポリカルボン酸塩、β−ナフタレンスルホン酸塩類、ナフタリンスルフォン酸等である。
酸化防止剤の具体例は、シリコン、フェロシリコン、炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）、ホウ化ジルコニウム、ホウ化カルシウム等である。なかでも炭化ホウ素が好ましい。
乾燥促進剤の具体例は、有機質ファイバー、有機発泡剤、塩基性乳酸アルミニウム、金属アルミニウム等である。有機質ファイバーの具体例は、ビニロン（ポリビニールアルコールを含む）、レーヨン、ポリエステル、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの高分子有機質ファイバーである。
増粘剤の具体例は、粘土、ベントナイト、ＣＭＣ等である。
さらに本発明の高炉樋用不定形耐火物は、分散剤、酸化防止剤、乾燥促進剤、金属ファイバー、増粘剤などの各種添加剤を適宜含有し得る。なお、本発明の高炉樋用不定形耐火物において、これらの添加剤はバインダーに含まれるものとする。
分散剤は耐火物の施工時の流動性を付与するもので、具体例としては、トリポリリン酸ソーダ、ヘキサメタリン酸ソーダ、ウルトラポリリン酸ソーダ、酸性ヘキサメタリン酸ソーダ、ホウ酸ソーダ、炭酸ソーダ、ポリメタリン酸塩などの無機塩、クエン酸ソーダ、酒石酸ソーダ、ポリアクリル酸ソーダ、スルホン酸ソーダ、ポリカルボン酸塩、β−ナフタレンスルホン酸塩類、ナフタリンスルフォン酸等である。
酸化防止剤の具体例は、シリコン、フェロシリコン、炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）、ホウ化ジルコニウム、ホウ化カルシウム等である。なかでも炭化ホウ素が好ましい。
乾燥促進剤の具体例は、有機質ファイバー、有機発泡剤、塩基性乳酸アルミニウム、金属アルミニウム等である。有機質ファイバーの具体例は、ビニロン（ポリビニールアルコールを含む）、レーヨン、ポリエステル、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの高分子有機質ファイバーである。
増粘剤の具体例は、粘土、ベントナイト、ＣＭＣ等である。
なお、本発明の高炉樋用不定形耐火物は、以上の耐火原料及びバインダーのほかに、粒径８ｍｍ以上の大粗粒を含有することもできる。この大粗粒は耐火物組織に発生した亀裂の進展を防止する役割をもち、その材質としては、アルミナ、スピネル、炭化珪素あるいはこれらを主材とした耐火物廃材を使用することができるが、本発明の高炉樋用不定形耐火物において大粗粒は耐火原料に含まれないものとする。すなわち、本発明の高炉樋用不定形耐火物において大粗粒は耐火原料及びバインダーの合量１００質量％に対して外掛けで添加するものとする。
本発明の高炉樋用不定形耐火物の施工は、従来材質と同様、典型的には、施工水を適量（例えば外掛けで４〜８質量％程度）添加・混合し、樋外殻と中子との間に流し込み施工する。なお、本発明の高炉樋用不定形耐火物は高炉樋の内張りのスラグ部とメタル部とに兼用される一体材であるが、スラグ部とメタル部との一体施工に適用できるほか、スラグ部又はメタル部の部分補修にも適用できる。
表１に示す耐火原料及びバインダーを含有する各例の不定形耐火物について、以下の要領で耐スラグ性、耐メタル性及び耐スポーリング性の評価を行うとともに、これらの評価結果から総合評価を行った。
なお、表１に示す「その他（耐火原料，バインダー）」とは、シリカ超微粉、カーボン質原料（ピッチ、カーボンブラック）、酸化防止剤、粘土、爆裂防止剤、分散剤等である。また、表１に示す耐火原料中の「スピネル原料」としては、実施例１０ではＭｇＯ成分含有量が５０質量％であるマグネシアリッチスピネルを使用し、実施例１０以外の実施例及び比較例ではＭｇＯ成分含有量が７質量％であるアルミナリッチスピネルを使用した。
なお、表１に示す「その他（耐火原料，バインダー）」とは、シリカ超微粉、カーボン質原料（ピッチ、カーボンブラック）、酸化防止剤、粘土、爆裂防止剤、分散剤等である。また、表１に示す耐火原料中の「スピネル原料」としては、実施例１０ではＭｇＯ成分含有量が５０質量％であるマグネシアリッチスピネルを使用し、実施例１０以外の実施例及び比較例ではＭｇＯ成分含有量が７質量％であるアルミナリッチスピネルを使用した。
＜耐スラグ性の評価＞
各例の不定形耐火物を所定の型枠に流し込み、養生及び乾燥させて試験片を得る。この試験片について、侵食剤を高炉スラグとする回転ドラム侵食試験法による試験を実施する。試験後、試験片の溶損寸法を測定し、実施例１の試験片の溶損寸法で割って１００倍した値を溶損指数として求める。この溶損指数が小さいほど、耐スラグ性に優れる。耐スラグ性の評価は、この溶損指数が、１１０以下の場合を◎（優）、１１０超１２０以下の場合を○（良）、１２０超の場合を×（不良）とする。
＜耐メタル性の評価＞
各例の不定形耐火物を所定の型枠に流し込み、養生及び乾燥させて試験片を得る。この試験片を高周波炉に内張りし、銑鉄を溶融させ所定の温度に保ち、銑鉄の上から高炉スラグを投入して侵食試験を実施する。試験後、試験片の溶損寸法を測定し、実施例１の試験片の溶損寸法で割って１００倍した値を溶損指数として求める。この溶損指数が小さいほど、耐メタル性に優れる。耐メタル性の評価は、この溶損指数が、１１０以下の場合を◎（優）、１１０超１２０以下の場合を○（良）、１２０超の場合を×（不良）とする。
＜耐スポーリング性の評価＞
事前に還元雰囲気で焼成した各例の試験片について、酸化性雰囲気下で１５００℃に加熱後、空冷する試験を１０回繰り返し、試験後、試験片の亀裂発生状況を目視で観察する。耐スポーリング性の評価は、この亀裂発生状況が、亀裂発生なしの場合を◎（優）、微亀裂発生の場合を○（良）、大亀裂発生の場合を×（不良）とする。
＜総合評価＞
前述の各評価において、全て◎の場合を◎（優）、×がなくいずれかに〇がある場合を〇（良）、いずれかに×がある場合を×（不良）とする。
各例の不定形耐火物を所定の型枠に流し込み、養生及び乾燥させて試験片を得る。この試験片について、侵食剤を高炉スラグとする回転ドラム侵食試験法による試験を実施する。試験後、試験片の溶損寸法を測定し、実施例１の試験片の溶損寸法で割って１００倍した値を溶損指数として求める。この溶損指数が小さいほど、耐スラグ性に優れる。耐スラグ性の評価は、この溶損指数が、１１０以下の場合を◎（優）、１１０超１２０以下の場合を○（良）、１２０超の場合を×（不良）とする。
＜耐メタル性の評価＞
各例の不定形耐火物を所定の型枠に流し込み、養生及び乾燥させて試験片を得る。この試験片を高周波炉に内張りし、銑鉄を溶融させ所定の温度に保ち、銑鉄の上から高炉スラグを投入して侵食試験を実施する。試験後、試験片の溶損寸法を測定し、実施例１の試験片の溶損寸法で割って１００倍した値を溶損指数として求める。この溶損指数が小さいほど、耐メタル性に優れる。耐メタル性の評価は、この溶損指数が、１１０以下の場合を◎（優）、１１０超１２０以下の場合を○（良）、１２０超の場合を×（不良）とする。
＜耐スポーリング性の評価＞
事前に還元雰囲気で焼成した各例の試験片について、酸化性雰囲気下で１５００℃に加熱後、空冷する試験を１０回繰り返し、試験後、試験片の亀裂発生状況を目視で観察する。耐スポーリング性の評価は、この亀裂発生状況が、亀裂発生なしの場合を◎（優）、微亀裂発生の場合を○（良）、大亀裂発生の場合を×（不良）とする。
＜総合評価＞
前述の各評価において、全て◎の場合を◎（優）、×がなくいずれかに〇がある場合を〇（良）、いずれかに×がある場合を×（不良）とする。
表１中、実施例１〜１０は、いずれも本発明の範囲内にある例で、総合評価は◎（優）又は〇（良）であり、良好な結果が得られた。なかでも、炭化珪素原料の含有量、粒径０．１ｍｍ以上５ｍｍ未満のスピネル原料の含有量、粒径０．１ｍｍ未満のスピネル原料の含有量、粒径５ｍｍ以上８ｍｍ未満のスピネル原料の含有量が、いずれも前述の好ましい範囲内にあり、かつスピネル原料としてアルミナリッチスピネルを使用している実施例１、実施例８及び実施例９は、総合評価が◎（優）であり、特に良好な結果が得られた。
これに対して、比較例１は炭化珪素原料の含有量が少なすぎる例で、耐スラグ性及び耐スポーリング性の評価が×（不良）となった。一方、比較例２は炭化珪素原料の含有量が多すぎる例で、耐メタル性の評価が×（不良）となった。
比較例３は粒径０．１ｍｍ以上５ｍｍ未満のスピネル原料を含有しない例で、耐メタル性の評価が×（不良）となった。一方、比較例４は粒径０．１ｍｍ以上５ｍｍ未満のスピネル原料の含有量が多すぎる例で、耐スラグ性及び耐スポーリング性の評価が×（不良）となった。
比較例５は粒径０．１ｍｍ未満のスピネル原料の含有量が多すぎる例で、耐スラグ性及び耐スポーリング性の評価が×（不良）となり、また、粒径０．１ｍｍ未満のスピネル原料の含有量が５質量％である実施例６に比べると、耐メタル性が低下した。一方、比較例６は粒径５ｍｍ以上８ｍｍ未満のスピネル原料の含有量が多すぎる例で、耐スラグ性及び耐スポーリング性の評価が×（不良）となった。
本発明の一観点によれば、次の高炉樋用不定形耐火物が提供される。
耐火原料及びバインダーを含有し、高炉樋の内張りのスラグ部とメタル部とに兼用される高炉樋用不定形耐火物であって、
耐火原料及びバインダーの合量１００質量％中に占める割合で、炭化珪素原料を１１質量％以上３０質量％以下、粒径０．１ｍｍ以上５ｍｍ未満のスピネル原料を２質量％以上１５質量％以下、アルミナ原料を５０質量％以上含有し、
耐火原料及びバインダーの合量１００質量％中に占める割合で、粒径０．１ｍｍ未満のスピネル原料の含有量が５質量％以下（０を含む。）であり、粒径５ｍｍ以上８ｍｍ未満のスピネル原料の含有量が２質量％以下（０を含む。）である、高炉樋用不定形耐火物。
耐火原料及びバインダーを含有し、高炉樋の内張りのスラグ部とメタル部とに兼用される高炉樋用不定形耐火物であって、
耐火原料及びバインダーの合量１００質量％中に占める割合で、炭化珪素原料を１１質量％以上３０質量％以下、粒径０．１ｍｍ以上５ｍｍ未満のスピネル原料を２質量％以上１５質量％以下、アルミナ原料を５０質量％以上含有し、
耐火原料及びバインダーの合量１００質量％中に占める割合で、粒径０．１ｍｍ未満のスピネル原料の含有量が５質量％以下（０を含む。）であり、粒径５ｍｍ以上８ｍｍ未満のスピネル原料の含有量が２質量％以下（０を含む。）である、高炉樋用不定形耐火物。
Claims (3)
- 耐火原料及びバインダーを含有し、高炉樋の内張りのスラグ部とメタル部とに兼用される高炉樋用不定形耐火物であって、
耐火原料及びバインダーの合量１００質量％中に占める割合で、炭化珪素原料を１１質量％以上３０質量％以下、粒径０．１ｍｍ以上５ｍｍ未満のスピネル原料を２質量％以上１５質量％以下含有するとともに、残部としてアルミナ原料を主として含有し、
耐火原料及びバインダーの合量１００質量％中に占める割合で、粒径０．１ｍｍ未満のスピネル原料の含有量が５質量％以下（０を含む。）であり、粒径５ｍｍ以上８ｍｍ未満のスピネル原料の含有量が２質量％以下（０を含む。）である、高炉樋用不定形耐火物。 - 耐火原料及びバインダーの合量１００質量％中に占める割合で、前記炭化珪素原料の含有量が１５質量％以上２５質量％以下、前記粒径０．１ｍｍ以上５ｍｍ未満のスピネル原料の含有量が３質量％以上１０質量％以下、前記粒径０．１ｍｍ未満のスピネル原料の含有量が２質量％以下（０を含む。）、前記粒径５ｍｍ以上８ｍｍ未満のスピネル原料の含有量が１質量％以下（０を含む。）である、請求項１に記載の高炉樋用不定形耐火物。
- 前記スピネル原料中のＭｇＯ成分含有量が５質量％以上２８質量％以下である、請求項１又は２に記載の高炉樋用不定形耐火物。
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