JP4695450B2 - 耐火物の試験方法およびその装置 - Google Patents

Description

本発明は、耐火物における特性に関する耐火物の試験方法およびその装置に関する。

従来、耐火物は、熱的負荷に曝されるとともに、耐火物を用いた加熱炉で熱処理する被処理物の侵入や浸食などによる損傷を考慮し、所望の特性のものが適宜選定されて利用される。この耐火物の特性を確認する方法として、例えばＪＩＳ Ｒ ２２１４に示するつぼ法によるスラグ浸食試験方法などの他、熱処理する被処理物による影響を確認する試験方法が知られている（例えば、特許文献１または特許文献２参照）。

特許文献１に記載のものは、スラグ浸透スポーリングを、実炉を用いたときと同様に評価・解析する方法である。
この評価・解析方法では、まず、耐火物の下面に断熱材を入れたり空冷したりするなどにより耐火物試料内の温度勾配が２〜１０℃／ｍｍとなるようにして、耐火物試料の上面を発熱体で１２００℃以上で加熱し、耐火物試料の上面でスラグを溶融させる。さらに、温度を上昇下降し、センサで亀裂の発生を計測する。

特許文献２に記載のものは、るつぼ内に耐火物試験材を環状配置し、耐火物試験材の内側空間に溶融金属である溶銑や溶融スラグを収容する。
るつぼと耐火物試験材との間に冷却ガスである窒素ガスを流通させて耐火物試験材に所望の温度勾配を設定し、高周波誘導溶解炉中にるつぼを配設し、溶銑や溶融スラグを昇温し、耐火物試験材の損耗量を特定する。なお、温度勾配は、耐火物試験材中に熱電対を埋設して測定する。

特開平６−３４７４５７号公報（第３頁左欄−第５頁右欄） 特開２０００−３９４１２号公報（第２頁右欄−第４頁左欄）

しかしながら、上記特許文献１および特許文献２に記載のような従来の試験方法では、耐火物試料体に所望の温度勾配を設定する状態に加熱するスラグ側と反対側を冷却しているが、耐火物試料体における温度勾配を設定する方向に対して側面側から周囲に加熱した熱が伝熱されてしまい、実炉における耐火物の実際の温度勾配とは異なってしまう。このため、実炉におけるスラグや溶銑などによる耐火物の影響が再現しにくく、耐火物の特性を良好に評価することが困難であるなどの問題がある。

本発明の目的は、上述したような問題点に鑑み、窯炉における耐火物の溶融材料による影響が良好に再現される耐火物の試験方法およびその装置を提供することにある。

（１）本発明の耐火物の試験方法は、耐火物における特性に関する耐火物の試験方法であって、棒状の耐火物試料体の長手方向における一端面に凹部を形成しておき、この凹部内に溶融材料を投入し、前記凹部が形成された一端側を、前記耐火物試料体の長手方向に沿った温度勾配が生じる状態に加熱し、前記耐火物試料体の長手方向における側面を断熱した状態で、前記耐火物試料体の長手方向における他端部を水冷することを特徴とする。

（２）本発明では、（１）に記載の耐火物の試験方法であって、前記耐火物試料体は、長手方向に沿った中心軸を対称軸とした１軸対称形の棒状に形成されたものである構成とすることが好ましい。

（３）本発明では、（２）に記載の耐火物の試験方法であって、前記耐火物試料体は、略円柱状である構成とすることが好ましい。

（４）本発明では、（１）ないし（３）のいずれかに記載の耐火物の試験方法であって、前記耐火物試料体は、前記耐火物の成形時における加圧方向に対して交差する方向が長手方向となる状態に前記耐火物から切り出し形成されたものである構成とすることが好ましい。

（５）本発明では、（１）ないし（４）のいずれかに記載の耐火物の試験方法であって、前記耐火物試料体がカーボンを含有する場合、非酸化性雰囲気中で加熱する構成とすることが好ましい。

（６）本発明では、（５）に記載の耐火物の試験方法であって、前記耐火物試料体の側面に間隙を設けて断熱材を対向配置して、この間隙を非酸化雰囲気として状態で前記耐火物試料体を断熱する構成とすることが好ましい。

（７）本発明では、（５）または（６）に記載の耐火物の試験方法であって、前記耐火物試料体の凹部内を加圧した非酸化性雰囲気の状態で加熱する構成とすることが好ましい。

（８）本発明では、（１）ないし（７）のいずれかに記載の耐火物の試験方法であって、前記耐火物試料体の凹部のうち、少なくとも前記溶融材料が投入された箇所を加熱する構成とすることが好ましい。

（９）本発明の耐火物の試験装置は、長手方向の一端面に溶融材料が投入される凹部が形成された棒状の耐火物試料体を用い、耐火物における特性に関する試験を行うために、前記耐火物試料体の長手方向における他端面が載置される載置面を水冷する冷却部と、前記耐火物試料体の長手方向における側面を断熱する断熱部材と、前記耐火物試料体が前記載置面に載置された状態で、前記耐火物試料体の長手方向における一端側を加熱する加熱部を具備したことを特徴とする。

（１０）本発明では、（９）に記載の耐火物の試験装置であって、前記耐火物試料体が前記載置面に載置された状態で、前記断熱部材及び前記耐火物試料体の側面の間に間隙が形成されるように、前記断熱部材が配置される構成とすることが好ましい。

（１１）本発明では、（９）または（１０）に記載の耐火物の試験装置であって、前記耐火物試料体の凹部内に非酸化性ガスおよび不活性ガスのいずれか一方または双方を加圧状態で流入して非酸化性雰囲気を形成するガス流入部を具備した構成とすることが好ましい。

（１２）本発明では、（９）ないし（１１）のいずれかに記載の耐火物の試験装置であって、前記耐火物試料体を前記断熱部材および前記加熱部とともに内部に収容する筐体と、この筐体内に非酸化性ガスおよび不活性ガスのいずれか一方または双方を流入して非酸化性雰囲気を形成するガス注入部と、を具備した構成とすることが好ましい。

（１３）本発明では、（１２）に記載の耐火物の試験装置であって、前記断熱部材は、前記耐火物試料体の長手方向における側面に、前記ガス注入部にて流入される前記非酸化性ガスおよび不活性ガスのいずれか一方または双方が流入可能な間隙を介して対向する内周面を有した構成とすることが好ましい。

（１４）本発明では、（９）ないし（１３）のいずれかに記載の耐火物の試験装置であって、前記加熱部は、前記耐火物試料体の凹部のうち、少なくとも前記溶融材料が投入される箇所を加熱する加熱手段を備えた構成とすることが好ましい。
（１５）本発明では、（１４）に記載の耐火物の試験装置であって、前記加熱手段が誘導コイルを用いた高周波誘導加熱であり、前記断熱材の上部には、前記耐火物試料体の凹部が形成された一端面に対応する位置に、段差部が切欠形成され、前記段差部に誘導コイルが設置されていることが好ましい。

本発明によれば、長手方向における一端面に溶融材料が投入される凹部を有した棒状の耐火物試料体が、側面から外部へ伝熱させずに長手方向で１次元的な温度勾配が生じる熱流が得られ、耐火物を実炉で使用した場合と同様の熱的条件が得られ、溶融材料による影響が良好に再現できる。

以下、本発明の耐火物の試験装置における実施の形態について説明する。本実施の形態では、耐火物として高炉で使用する耐火物としてのカーボンブロックの特性を評価するための耐火物の試験方法を例示するが、いずれの窯炉に使用されるいずれの組成の耐火物を対象とすることができる。図１は、耐火物の試験方法を実施する耐火物の試験装置の概略構成を示す一部を切り欠いた側面図である。図２は、耐火物試料体のるつぼ近傍を示す断面図である。

〔耐火物の試験装置の構成〕
図１において、１００は耐火物の試験装置で、この耐火物の試験装置１００は、耐火物の特性、例えば高炉で使用されるカーボンブロックの溶銑による影響を検証するための試験を、耐火物試料体１０を用いて実施する装置である。

ここで、耐火物試料体１０は、棒状、例えば長手方向に沿った中心軸を対称軸とした１軸対称形、特に略円柱状に形成されたものを用いる。そして、耐火物試料体１０は、例えばカーボンブロックの成形時における加圧方向と交差する方向となる長手方向である横方向に沿って軸方向となる状態に旋盤加工にて、径寸法Ｄが９０ｍｍの略円柱状に切り出し形成されている。また、耐火物試料体１０の長手方向である軸方向の一端面には、凹部であるるつぼ１１が旋盤加工にて開口形成されている。
このるつぼ１１は、図２に示すように、内径ｄ１が７０ｍｍで耐火物試料体１０の端面からの深さ寸法ｂ１が１５ｍｍで略円筒状に形成された段差部１１Ａの略中央底面に、内径ｄ２が５０ｍｍで深さ寸法ｂ２が４０ｍｍの略円筒状に形成され溶融材料２０が投入される溶融材料収容部１１Ｂが設けられている。

なお、高炉用のカーボンブロックとしての試験として使用される溶融材料２０は、高炉で熱処理される被処理物である溶銑が用いられる。また、溶融材料２０としては、溶銑以外では、試験する耐火物が利用される窯炉にて熱処理するガラス、セメントクリンカなどの被処理物、あるいは被処理物を模擬的に調合した材料、または窯炉雰囲気の濃縮物などが利用される。そして、耐火物試料体１０がカーボンブロックやマグネシアカーボンれんがなどのカーボンを含有する組成である場合、長手方向の側面である周面を酸化防止剤などにて被覆することが好ましい。

そして、耐火物の試験装置１００は、図１に示すように、内部に加熱空間２０１を区画形成する筐体としての炉本体２００を備えている。この炉本体２００は、一側面を開口する略箱形状の本体部２１０と、この本体部２１０の一側面を開閉可能に閉塞する図示しない蓋体と、を備え、断熱耐火物２２０などが内張されている。そして、この炉本体２００の底部には、冷却部３００が配設されている。この冷却部３００は、水冷方式により少なくとも一面が冷却面となる水冷パネル３１０を備えている。また、水冷パネル３１０の上面には、耐火物試料体１０の下端が嵌挿されて耐火物試料体１０の下端部を位置決め支持する略円筒状の保持部３２０が一体的に突出形成されている。そして、冷却部３００は、水冷パネル３１０の上面が炉本体２００の底面に略面一となる状態に配設され、水冷パネル３１０の上面が耐火物試料体１０を載置する載置面となっている。

また、炉本体２００の内部には、水冷パネル３１０の上面に載置される耐火物試料体１０の長手方向における側面である周面を断熱する断熱部材４００が収容されている。この断熱部材４００は、例えば板状に形成された複数の断熱れんが４１０が厚さ方向で積層されて構成されている。各断熱れんが４１０には、一側面に耐火物試料体１０の周面に対応し断熱れんが４１０の厚さ方向に軸方向を有する半円筒状の切欠凹部４１１が側方に向けて開口する状態に切欠形成されている。そして、断熱部材４００は、断熱れんが４１０が切欠凹部４１１を対向させて略円筒状に連続する状態に対をなして炉本体２００の底面上に設置され、さらに耐火物試料体１０の長さ寸法に対応して積み上げられて構成されている。

この断熱部材４００は、連続する切欠凹部４１１にて耐火物試料体１０を収容する略円筒状の収容空間４２０を形成している。この収容空間４２０は、耐火物試料体１０の径寸法より多少径大に形成され、収容空間４２０の内周面が耐火物試料体１０の周面に所定の間隙を介して対向する状態に形成されている。さらに、断熱部材４００の上部には、設置される耐火物試料体１０のるつぼ１１が設けられた一端部に対応する位置に、収容空間４２０より径寸法が径大となる略円筒状の位置決め段差部４３０が収容空間４２０に対して略同軸上となる状態に切欠形成されている。

さらに、断熱部材４００の位置決め段差部４３０には、加熱部としてのインダクションヒータである高周波誘導加熱装置５００の略円筒状の誘導コイル５１０が設置される。なお、本発明の加熱部としては、極力均一な加熱を行う点で、高周波誘導加熱が最も好ましい。但し、その他の加熱手段としては、例えばシーズヒータやセラミックヒータ、ＳｉＣ（炭化珪素）ヒータなどの各種ヒータを利用できる。また、耐火物試料体１０が例えばアルミナれんがなど、酸化性雰囲気で試験するような場合には、バーナなどの燃焼ガスを利用する構成などとしてもよい。そして、誘導コイル５１０は、図示しない電力供給装置から供給される電力により駆動され、るつぼ１１内の溶融材料２０を投入した箇所を高周波誘導加熱して、溶融材料２０を溶融させる。

なお、シーズヒータやセラミックヒータなどの自己発熱により溶融材料２０を加熱・溶融させる構成では、少なくとも溶融材料が投入された箇所を加熱するようにすればよく、特に、るつぼ１１の底面位置を中心とした耐火物試料体１０の長手方向に沿った方向で対称的に所定の幅寸法で加熱する状態で設置することが均一な加熱を行う点で好ましい。
また、高周波誘導加熱装置による溶融材料２０の高周波誘導加熱は、耐火物試料体１０における各位置Ｈ１〜Ｈ１０に配設された熱電対により測定される温度に基づいて加熱制御される。

ここで、図２に示すように、位置Ｈ１は、るつぼ１１の溶融材料収容部１１Ｂの底面に対応する位置から１０ｍｍ一端側で、周面から５ｍｍ内部の位置である。また、位置Ｈ２は、るつぼ１１の溶融材料収容部１１Ｂの底面に対応する位置から３０ｍｍ他端側で、周面から１０ｍｍ内部の位置である。さらに、位置Ｈ３は、耐火物試料体１０の略中心軸上で、溶融材料収容部１１Ｂの底面に対応する位置から３０ｍｍ他端側の位置である。また、位置Ｈ５〜Ｈ１０は、図１に示すように、位置Ｈ２，Ｈ３から耐火物試料体１０の軸方向に沿って２００ｍｍずつの間隔で離間した位置である。

また、炉本体２００には、断熱部材４００の収容空間４２０内に例えばアルゴン（Ａｒ）ガスなどの不活性ガスや窒素ガスなどの非酸化性ガスを流入させる図示しないガス注入部が設けられている。このガス注入部は、例えば炉本体２００を貫通して断熱れんが４１０間に配設された図示しないガス注入管を有し、このガス注入管を介して不活性ガスや非酸化性ガスが断熱部材４００の収容空間４２０と耐火物試料体１０の周面との間に流入される。このガス注入部による不活性ガスや非酸化性ガスの注入により、炉本体２００内に非酸化性雰囲気が形成される。なお、ガス注入部は、不活性ガスまたは非酸化性ガスのみならず、双方を合わせて注入してもよい。なお、上述したように、酸化性雰囲気で試験するような場合には、ガス注入部を配設しなくてもよい。

さらに、炉本体２００には、溶融材料２０が投入された耐火物試料体１０のるつぼ１１内に不活性ガスや非酸化性ガスを流入させるガス流入部６００が配設されている。このガス流入部６００は、炉本体２００の上部に設けられた支持体２３０により軸方向が略鉛直方向に沿う状態に支持された略円筒状のノズル６１０を備えている。

このノズル６１０の下端には、耐火物試料体１０のるつぼ１１の段差部１１Ａにおける内径と略同寸法の外径寸法で、かつ段差部１１Ａにおける深さ寸法と略同寸法に突出し、るつぼ１１の段差部１１Ａに挿脱可能に嵌挿する嵌挿部６１１が設けられている。また、ノズル６１０の上端には、不活性ガスや非酸化性ガスを充填した図示しないガスボンベが接続されている。そして、ガス流入部６００は、ガスボンベから流出された不活性ガスや非酸化性ガスを、るつぼ１１の段差部１１Ａに嵌合するノズル６１０の嵌挿部６１１の先端からるつぼ１１の溶融材料収容部１１Ｂ内に流入させ、溶融材料収容部１１Ｂ内に非酸化性雰囲気を形成する。この流入としては、例えば耐火物試料体１０がカーボンブロックの場合、溶融材料収容部１１Ｂ内の圧力が例えば０．５ＭＰａ以上５ＭＰａ以下で流入させることが例示できる。

なお、上述したように、酸化性雰囲気で試験するような場合には、ガス流入部６００を配設しなくてもよい。また、不活性ガスや非酸化性ガスなどの流入としては、るつぼ１１内を加圧状態とせず、単にるつぼ１１内に流入させる構成としてもよい。そして、このガス流入部６００は、ガス注入部が供給する同一の不活性ガスや非酸化性ガスを流入する構成の他、異なる不活性ガスや非酸化性ガスを流入してもよいが、構成の簡略化のために、同一の不活性ガスや非酸化性ガスを流入させ、ガスボンベを共有化する構成とすることが好ましい。

〔耐火物の試練装置における動作〕
次に、上記耐火物の試験装置における動作として、耐火物の試験方法の動作について説明する。

（試験方法）
まず、あらかじめ切り出し形成した棒状の耐火物試料体１０を、炉本体２００の本体部２１０の開口から加熱空間２０１内に搬入し、軸方向が略鉛直方向に沿うように立位状態で炉本体２００内に装着する。この耐火物試料体１０の装着は、るつぼ１１が設けられていない長手方向における他端部を冷却部３００の保持部３２０に嵌挿保持させ、冷却部３００の水冷パネル３１０上に他端部が載置される状態とする。

そして、耐火物試料体１０の周面に断熱れんが４１０の切欠凹部４１１が接触することなく所定の間隙で対向する状態に積み上げ、耐火物試料体１０の周面を覆う状態に収容空間４２０内に耐火物試料体１０を配置する断熱部材４００を構築する。この断熱れんが４１０を積み上げる際、耐火物試料体１０に配設した熱電対の引き出し線および収容空間４２０へガス注入部による不活性ガスや非酸化性ガスの注入が可能にガス注入管を断熱れんが４１０間に位置決め配設される状態で積み上げ、断熱部材４００を構築する。

この後、耐火物試料体１０のるつぼ１１の溶融材料収容部１１Ｂ内に溶融材料２０を投入し、高周波誘導加熱装置５００の誘導コイル５１０を断熱部材４００の位置決め段差部４３０に配設する。さらに、るつぼ１１の段差部１１Ａにガス流入部６００のノズル６１０における嵌挿部６１１を嵌挿させ、支持体２３０にて炉本体２００に支持固定する。そして、本体部２１０の開口を蓋体にて閉塞し、試験のための準備を完了させる。

そして、ガス注入部からガス流入管を介して不活性ガスや非酸化性ガスを断熱部材４００の収容空間４２０内に流入して炉本体２００の加熱空間２０１内を非酸化性雰囲気にする。さらに、ガス流入部６００からノズル６１０を介して耐火物試料体１０の溶融材料収容部１１Ｂ内に、不活性ガスや非酸化性ガスを流入し、るつぼ１１内を加圧状態の非酸化性雰囲気に形成する。そして、冷却部３００の水冷パネル３１０を水冷しつつ、高周波誘導加熱装置５００の電力供給装置から誘導コイル５１０に適宜電力を供給し、溶融材料収容部１１Ｂ内に投入した溶融材料２０を高周波誘導加熱して溶融させる。そして、溶融材料２０を所定温度で所定時間に保持した後に、高周波誘導加熱を停止し、水冷パネル３１０による冷却を継続して耐火物試料体１０を冷却する。

冷却した耐火物試料体１０を炉本体２００から取り出し、耐火物試料体１０を軸方向に沿って略２等分する状態に切断し、断面状況を観察し、耐火物の特性を認識する。すなわち、異なる組成や異なる物性の耐火物試料体１０を同等の加熱条件で上述した試験を実施し、溶融材料２０による影響である溶融材料２０の浸透状況や耐火物試料体１０の損傷状況などを比較観察して耐火物の特性を比較評価する。なお、溶融材料２０の浸透状況の観察としては、例えばＸ線透過観察や超音波透過観察など、各種方法が利用できる。

（試験結果）
次に、上記耐火物の試験装置１００を用いて、実際に試験した結果を、図面を参照して以下に説明する。

耐火物試料体１０としては、高炉に利用される耐火物で緻密性の異なるカーボンブロックを用い、気孔径が１μｍ以下の気孔の割合が１６％のものを実施例１と、１％のものを実施例２として、上述した耐火物の試験方法を実施した。溶融材料２０としては、高炉に利用された溶銑を２５０ｇ用いた。また、試験条件としては、ガス注入部により炉本体２００内にＡｒガスを流入して非酸化性雰囲気としつつ、１５５０℃に溶銑を加熱溶融させるとともに、水冷パネル３１０を約水温１５℃の冷却用水にて冷却した。そして、溶銑が１５５０℃の温度が安定した時点から溶融材料収容部１１Ｂ内に、Ａｒガスを０．５ＭＰａの圧力で４時間流入させ、るつぼ１１内にＡｒガスによる加圧状態の非酸化性雰囲気を形成した。そして、Ａｒガスを４時間流入させた後、加熱を停止し、冷却部３００により耐火物試料体１０を冷却した。

そして、旋盤加工にて、冷却した耐火物試料体１０を軸方向に沿って略２等分する状態に切断し、断面をＸ線透過測定した。このＸ線透過測定によるＸ線写真から写し取った実施例１の断面状態を図３に、実施例２の断面状態を図４に示す。なお、この実験において、耐火物試料体１０の温度勾配は、熱電対による温度測定に基づいて、軸方向で約４．５℃／ｍｍであった。

これら図３に示す結果から、耐火物試料体１０の気孔の割合が１６％の実施例１では、溶銑が全て耐火物試料体１０に浸透していた。この浸透状況としては、温度勾配に基づいて、約１２００℃の位置まで浸透していることが認められた。
一方、図４に示す結果から、耐火物試料体１０の気孔の割合が１％の実施例２では、溶銑の浸透が認められなかった。このように、異なる特性の耐火物における窯炉に使用した場合の状況を容易に比較評価できる。

〔耐火物の試練装置における作用効果〕
上述したように、上記実施の形態によれば、棒状の耐火物試料体１０の長手方向における一端面に形成したるつぼ１１内に溶融材料２０を投入し、耐火物試料体１０の長手方向である軸方向の周面を断熱部材４００にて断熱した状態で、耐火物試料体１０の軸方向における他端面を冷却部３００にて強制冷却しつつ耐火物試料体１０の一端側を高周波誘導加熱にて溶融材料２０を加熱溶融している。

このため、耐火物試料体１０の一端側に付与された熱量が側面から外部へ伝熱されることなく強制冷却されている他端側へ伝熱され、耐火物試料体１０の長手方向に沿った熱流、すなわち１次元的な温度勾配が得られ、窯炉における耐火物の溶融材料２０による影響を耐火物試料体１０にて良好に再現でき、耐火物の特性の比較が実際に窯炉に使用した場合と同様の状況で評価できる。そして、この耐火物試料体１０に１次元的な温度勾配を生じさせるために、耐火物試料体１０の軸方向の周面を断熱した状態で、耐火物試料体１０の軸方向の他端面を強制冷却し一端側を加熱している。このため、断熱部材にて周面を断面しつつ冷却部３００にて強制冷却する簡単な構成で窯炉で使用する場合と同様の１次元的な温度勾配が得られる。

また、耐火物試料体１０を長手方向に沿った中心軸を対称軸とした１軸対称形の棒状形状に切り出し形成している。このため、耐火物試料体１０の断面における略均等な加熱が得られ、窯炉で使用した場合と同様の熱負荷を作用させることができ、より窯炉で使用した場合と同様の溶融材料２０による影響を再現することができる。

さらに、耐火物試料体１０を略円柱状に切り出し形成している。このため、耐火物試料体１０の断面における均等な加熱が容易に得られ、特に窯炉で使用した場合と同様の溶融材料２０による影響を良好に再現することができる。

そして、窯炉で使用する耐火物から、この耐火物の成形時における加圧方向に対して交差する方向が長手方向となる状態に耐火物試料体１０を切り出し形成している。このため、耐火物の成形時における加圧方向とこの加圧方向に交差する方向とでは耐火物の熱伝導率の差が生じるおそれがあることから、熱伝導率の割合が高い成形時における加圧方向に交差する方向を長手方向として切り出し形成しているので、窯炉で耐火物を使用した場合における耐火物の溶融材料２０による影響が生じやすくなり、より良好に耐火物の特性の評価を得ることができる。

また、耐火物試料体１０としてカーボンブロックやマグネシアカーボンれんがなどのようなカーボンを含有する場合には、非酸化性雰囲気中で耐火物試料体１０の一端側を加熱する。このため、カーボンの酸化による耐火物試料体１０の特性が変化して良好な溶融材料２０による影響が評価できなくなることを防止でき、適切に耐火物の特性の評価ができる。

そして、非酸化性雰囲気を形成するために、非酸化性ガスおよび不活性ガスのいずれか一方または双方を供給するようにすることにより、ノズル６１０等の開閉だけで、耐火物試料体１０を非酸化性雰囲気中に暴露させて試験を実施できるため、試験を簡単に行うことができる。特に、ガス注入管やノズル６１０をあらかじめ設けた耐火物の試験装置１００とすることで、炉本体２００の加熱空間２０１内やるつぼ１１内にガスを流入させるのみで非酸化性雰囲気を形成でき、装置構成も簡略化できる。さらに、ガスの流入により、るつぼ１１内などを加圧状態とすることもでき、この加圧状態により窯炉と同様の使用状態の再現や、過度の溶融材料２０の負荷による耐火物の特性を短期間で評価する試験の効率化などが容易に得られ、より汎用性の高い試験を実施することができる。

さらに、耐火物試料体１０の周面と、この周面を断熱する断熱部材４００との間に所定の間隙を設けている。このため、例えば断熱部材４００由来の酸素によりカーボンを含有する耐火物試料体１０の酸化も容易に防止できる。さらには、仮に溶融材料２０がるつぼ１１から流出したとしても、耐火物試料体１０の周面を流下して冷却側で凝固するので、溶融材料２０が断熱部材４００に浸透したり断熱部材４００を浸食したりするなどの不都合を防止できる。

また、断熱部材４００として、断熱れんが４１０を積み重ねて構築する構成としている。このため、耐火物試料体１０を設置した後に断熱れんが４１０を積み重ねて耐火物試料体１０の周面を断熱する構成が得られることから、耐火物試料体１０の設置作業や試験後の取り出し作業などが容易にでき、作業性を向上できる。さらには、耐火物試料体１０の軸方向の長さ寸法に対応して積み重ねればよく、各種寸法の耐火物試料体１０に対応することが簡単な構成で容易にでき、汎用性の向上も容易にできる。また、仮に溶融材料２０にて損傷したり、長期間の使用により損傷するなどしても、損傷した断熱れんが４１０のみを交換すればよく、保守管理性も向上できる。

さらに、断熱部材４００の上部に、誘導コイル５１０が装着される位置決め段差部４３０を切欠形成している。このため、耐火物試料体１０の軸方向の一端側を加熱する誘導コイル５１０を支持するための別体の構成が不要で、単に切欠形成した簡単な構成でより装置構成の簡略化ができる。

そして、高周波誘導加熱にて溶融材料２０を加熱溶融している。このため、耐火物試料体１０を直接加熱する場合に比してより高炉での使用状況に対応した状態が得られる。

また、冷却部３００として、水冷式で上面に耐火物試料体１０が載置可能な水冷パネル３１０を備えた構成としている。このため、簡単な構成で耐火物試料体１０の他端部の強制冷却が容易にできる。さらには、耐火物試料体１０の加熱空間２０１内への配置も容易となり、試験の作業効率の向上を簡単な構成で得ることができる。また、水冷パネル３１０に保持部３２０を設けている。このため、耐火物試料体１０を安定して保持でき、安定した試験の実施が簡単な構成で容易に得ることができる。

さらに、るつぼ１１内に非酸化性雰囲気を形成するための非酸化性ガスや不活性ガスを流入させるノズル６１０として、るつぼ１１の段差部１１Ａに嵌合する嵌挿部６１１を設けている。このため、耐火物試料体１０が冷却部３００の保持部３２０とともに軸方向の両端部で位置決め保持する構成が容易に得られ、簡単な構成で安定した実施が容易に得られるとともに、るつぼ１１内を加圧状態とすることも容易にでき、汎用性の高い試験の実施が簡単な構成で得ることができる。さらには、必要最小限の非酸化性ガスや不活性ガスの流入により非酸化性雰囲気を形成でき、非酸化性ガスや不活性ガスを効率よく使用でき、試験コストの低減も容易に図れる。

〔実施の形態の変形〕
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲で以下に示される変形をも含むものである。

すなわち、耐火物試料体１０を略円柱状に形成したが、例えば角柱や楕円柱、角柱の角部分を円弧状に切り落とした柱状形状の他、一端側の断面積が次第に大きくなる錐台形状など、棒状であれば、いずれの形状でも適用できる。なお、耐火物試料体１０の外周面に対応したヒータ形状とすることが好ましい。また、るつぼ１１の形状として、上述した寸法形状に限らず、投入される溶融材料２０が流れ落ちない形状であればいずれの凹部形状としてもよい。

また、耐火物試料体１０の側面を断熱する構成としては、断熱れんが４１０を積み重ねて構築する構成に限らず、例えば一体的に鋳込み成形にて形成した断熱部材４００や可撓性を有するフェルト状の断熱材としての断熱部材を耐火物試料体１０の周面に巻き付けて断熱するなど、いずれの断熱方法が適用できる。

そして、非酸化性雰囲気の形成として、非酸化性ガスや不活性ガスを用いる構成について説明したが、例えば隣状や粉粒状のカーボンを耐火物試料体１０の周囲に充填するなど、いずれの方法が適用できる。

その他、本発明の実施の際の具体的な構造および手順は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などに適宜変更できる。

本発明の実施の形態に係る耐火物の試験装置の概略構成を示す一部を切り欠いた側面図である。 前記実施の形態における耐火物試料体のるつぼ近傍における断面図である。 前記実施の形態における実施例１の試験後のＸ線透過測定によるＸ線写真から写し取った耐火物試料体の断面状況を示す説明図である。 前記実施の形態における実施例２の試験後のＸ線透過測定によるＸ線写真から写し取った耐火物試料体の断面状況を示す説明図である。

符号の説明

１０……耐火物試料体
１１……凹部としてのるつぼ
２０……溶融材料
１００……耐火物の試験装置
２００……筐体としての炉本体
３００……冷却部
４００……断熱材である断熱部材
５００……加熱部としての高周波誘導加熱装置
５１０……加熱手段としての誘導コイル
６００……ガス流入部

Claims (15)

1. 耐火物における特性に関する耐火物の試験方法であって、
   棒状の耐火物試料体の長手方向における一端面に凹部を形成しておき、
   この凹部内に溶融材料を投入し、
   前記凹部が形成された一端側を、前記耐火物試料体の長手方向に沿った温度勾配が生じる状態に加熱し、
   前記耐火物試料体の長手方向における側面を断熱した状態で、前記耐火物試料体の長手方向における他端部を水冷することを特徴とする耐火物の試験方法。
2. 請求項１に記載の耐火物の試験方法であって、
   前記耐火物試料体は、長手方向に沿った中心軸を対称軸とした１軸対称形の棒状に形成されたものであることを特徴とする耐火物の試験方法。
3. 請求項２に記載の耐火物の試験方法であって、
   前記耐火物試料体は、略円柱状であることを特徴とする耐火物の試験方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の耐火物の試験方法であって、
   前記耐火物試料体は、前記耐火物の成形時における加圧方向に対して交差する方向が長手方向となる状態に前記耐火物から切り出し形成されたものであることを特徴とする耐火物の試験方法。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の耐火物の試験方法であって、
   前記耐火物試料体がカーボンを含有する場合、非酸化性雰囲気中で加熱することを特徴とする耐火物の試験方法。
6. 請求項５に記載の耐火物の試験方法であって、
   前記耐火物試料体の側面に間隙を設けて断熱材を対向配置して、
   この間隙を非酸化雰囲気とした状態で前記耐火物試料体を断熱することを特徴とする耐火物の試験方法。
7. 請求項５または請求項６に記載の耐火物の試験方法であって、
   前記耐火物試料体の凹部内を加圧した非酸化性雰囲気の状態で加熱することを特徴とする耐火物の試験方法。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の耐火物の試験方法であって、
   前記耐火物試料体の凹部のうち、少なくとも前記溶融材料が投入された箇所を加熱することを特徴とする耐火物の試験方法。
9. 長手方向の一端面に溶融材料が投入される凹部が形成された棒状の耐火物試料体を用い、耐火物における特性に関する試験を行うために、
   前記耐火物試料体の長手方向における他端面が載置される載置面を水冷する冷却部と、
   前記耐火物試料体の長手方向における側面を断熱する断熱部材と、
   前記耐火物試料体が前記載置面に載置された状態で、前記耐火物試料体の長手方向における一端側を加熱する加熱部を具備したことを特徴とした耐火物の試験装置。
10. 請求項９に記載の耐火物の試験装置であって、
    前記耐火物試料体が前記載置面に載置された状態で、前記断熱部材及び前記耐火物試料体の側面の間に間隙が形成されるように、前記断熱部材が配置されることを特徴とした耐火物の試験装置。
11. 請求項９または請求項１０に記載の耐火物の試験装置であって、
    前記耐火物試料体の凹部内に非酸化性ガスおよび不活性ガスのいずれか一方または双方を加圧状態で流入して非酸化性雰囲気を形成するガス流入部を具備したことを特徴とした耐火物の試験装置。
12. 請求項９ないし請求項１１のいずれかに記載の耐火物の試験装置であって、
    前記耐火物試料体を前記断熱部材および前記加熱部とともに内部に収容する筐体と、
    この筐体内に非酸化性ガスおよび不活性ガスのいずれか一方または双方を流入して非酸化性雰囲気を形成するガス注入部を具備したことを特徴とした耐火物の試験装置。
13. 請求項１２に記載の耐火物の試験装置であって、
    前記断熱部材は、前記耐火物試料体の長手方向における側面に、前記ガス注入部にて流入される前記非酸化性ガスおよび不活性ガスのいずれか一方または双方が流入可能な間隙を介して対向する内周面を有したことを特徴とした耐火物の試験装置。
14. 請求項９ないし請求項１３のいずれかに記載の耐火物の試験装置であって、
    前記加熱部は、前記耐火物試料体の凹部のうち、少なくとも前記溶融材料が投入される箇所を加熱する加熱手段を備えていることを特徴とする耐火物の試験装置。
15. 請求項１４に記載の耐火物の試験装置であって、
    前記加熱手段が誘導コイルを用いた高周波誘導加熱であり、
    前記断熱材の上部には、前記耐火物試料体の凹部が形成された一端面に対応する位置に、段差部が切欠形成され、
    前記段差部に誘導コイルが設置されていることを特徴とする耐火物の試験装置。

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