JP5708685B2 - 高炉鋳床樋 - Google Patents

Description

本発明は、高炉鋳床樋に関するものであり、更に詳細には、新規なバック材層を有する高炉鋳床樋に関するものである。

高炉鋳床樋は、高炉から出てきた溶融物をその比重差によって溶銑と溶滓とに分離し、溶銑と溶滓をそれぞれ次工程まで運搬するための設備である。高炉鋳床樋は、鋳床に設置された鉄皮（またはコンクリート製樋枠）の内側から溶銑・溶滓と接する部分に向って断熱層（設置しない場合もある）、バックライニング層、ウェアーライニング層（内張り耐火物）とから構成され、例えば、主樋であれば幅約１ｍ、長さ約２０ｍの軸方向に長い形状となっている。高炉鋳床樋内部を流れる溶融物は約１５００℃と非常に高温であり、高炉鋳床樋には使用に伴って様々な損傷が生ずる。例えば、溶融物に直接触れる部分は、浸食作用の影響を受け、溶損により耐火物の厚みは減少する。溶損は、溶融物の界面付近で特に大きく、局所的な損耗が発生する。主樋であれば、溶融メタル（溶銑）−溶融スラグ（溶滓）界面、並びに溶融スラグ−大気界面に大きな損耗部が発生し、これらの界面はそれぞれメタルライン、スラグラインを呼ばれている。また、高炉は、溶融物の排出、停止を繰り返しているため、高炉鋳床樋には温度変化による膨張収縮が発生する。高炉鋳床樋の形状から、この膨張収縮は、軸方向において特に大きくなり、耐火物への亀裂の発生や鉄皮の変形、割れに繋がることがある。損傷が進行すると、溶融物が樋外に漏れだし、大事故に繋がる恐れもある。

そのため、高炉鋳床樋では損傷を抑制するために、各箇所に損傷の形態に応じたウェアーライニング層を配設するなどの対策が採られている。例えば、主として高炉鋳床樋のスラグライン部に使用することを意図した耐火物として、特許文献１には、炭素１〜１５重量％、炭化珪素３０〜９０重量％、アルミナ５〜６９重量％、揮発シリカ０〜５重量％を含む耐火骨材１００重量％と、結合剤、分散剤を含み、かつ耐火骨材１００重量％に占める割合で前記炭化珪素のうち１〜１０重量％を粒径１５μｍ以下の炭化珪素超微粉とし、さらにこの炭化珪素超微粉と前記揮発シリカとの合量を１２重量％以下とした高炉樋用キャスタブル耐火物が開示されている。

また、溶融メタル−溶融スラグ界面の上下動やＦｅＯが原因となる界面反応等が複合的に関与して損傷が激しい高炉鋳床樋のメタルライン部に主として使用することを意図した耐火物として、例えば特許文献２には、質量割合において、アルミナ１０〜６０％、ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３系スピネル３０〜８０％、炭化珪素２〜１０％。炭素１〜１０％を含む耐火骨材１００％に対し、結合剤および分散剤を配合し、且つ耐火骨材全体に占める割合で、前記炭化珪素のうち１〜７％を粒径１５μｍ以下の炭化珪素超微粉とし、さらに前記ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３系スピネルのうち５〜３０％を粒径１ｍｍ以下のＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３系スピネルとした高炉樋用キャスタブル耐火物が開示されている。

また、高炉鋳床樋内を流れる溶銑・溶滓は非常に高温であり、高炉鋳床樋に熱膨張をもたらす。高炉鋳床樋は軸方向に大きく膨張し、特に、屈曲部において樋壁を外側に押し出し、亀裂の発生、構造の破壊を招く。熱膨張を緩衝するために、例えば、特許文献３では、高炉鋳床に設置され、高温流動体が流れる樋において、鉄筋コンクリート製でかつ横断面が凹型形状の樋枠内に施工する樋耐火物または背面充填材と該鉄筋コンクリート製で横断面が凹型形状の樋枠の内壁面との境面に、粒子充填層、空隙、および可縮性を有する緩衝材のうち、少なくとも一つを設置したことを特徴とした樋構造が開示されている。

更に、特許文献４には、樋状の鉄皮と、前記樋状の鉄皮の内壁にライニングした耐火物層とからなる高炉鋳床樋であって、側壁部の耐火物層が、溶銑及び／又は溶滓に接する面を内側、鉄皮を外側としたとき、内側のウェア材層及び外側のバック材層からなり、前記ウェア材層がアルミナ−炭化珪素−炭素質流し込み耐火物、及び／又はアルミナ−スピネル−炭化珪素−炭素質流し込み耐火物からなり、前記バック材層が、外側から順に第一バック材層、第二バック材層及び第三バック材層の少なくとも３層からなり、前記第一バック材層が断熱質不定形耐火物、前記第二バック材層が粉末状不定形耐火物、及び前記第三バック材層が流し込み耐火物からなることを特徴とする高炉鋳床樋（請求項１）；前記第二バック材層が、炭素粉、フェノール樹脂及びピッチ粉からなる群から選ばれた少なくとも１種を合計で０．５〜７質量％含有するアルミナ−炭化珪素−炭素質粉末状不定形耐火物からなり、２０ＭＰａ以下の圧縮強度（但し、圧縮強度は、成形圧６．８６ＭＰａで圧縮成形した試験片の１０００℃還元焼成後測定した値）を有することを特徴とする高炉床樋（請求項５）が開示されている。

特開２０００−２０３９５３号公報 特開２００２−３５６３７８号公報 特開２００８−２４００００号公報 特開２０１１−２１９８０６号公報

特許文献１に係る高炉樋用キャスタブル耐火物は、スラグに対する耐溶損性を高めるために、アルミナ−炭化珪素−炭素質キャスタブル耐火物としたものである。スラグライン部は、出銑状況によってスラグ表面が上下動するために加熱・冷却が反復されて熱衝撃を受け易く、スポーリングによって剥離損傷を発生し易い箇所であり、スラグライン部のウェアランニング材として優れた特性を有するものの、キャスタブル耐火物に流動性を付与するために配合している揮発シリカのために、耐スポーリング性が低くなる。これは、揮発シリカの主成分がＳｉＯ_２であり、かつ超微粉であるために、過焼結が進行することによると考えられる。これを解決するため、揮発シリカの代わりに耐食性に優れ、主骨材としても使用している炭化珪素の超微粉（１５μｍ以下）を使用しているが、炭化珪素は、酸化によってＳｉＯ_２を生成し、過焼結、耐スポーリング性の低下を招く。このため、特許文献１では、酸化防止剤を併用することが開示されており、酸化防止剤の併用により、溶損によるスラグライン部の損傷を抑えることも開示されているが、特許文献１に記載のアルミナ−炭化珪素−炭素質キャスタブル耐火物を、バックライニング層に適用すると、亀裂を発生したり、鉄皮に歪みが生じたりするなどの問題点がある。

また、特許文献２に係る高炉樋用キャスタブル耐火物は、耐食性を高めるために、炭化珪素の一部（１〜７質量％）を１５μｍ以下の超微粉として耐スラグ性を向上させると共に、ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３系スピネルの一部を粒径１ｍｍ以下の微粉とすることで、耐溶融メタル性、耐溶融スラグ性、耐ＦｅＯ性を向上させたものである。しかし、ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３系スピネル中のＭｇＯ成分は、炭化珪素の熱分解を促進し、耐溶融スラグ性低下の原因となる。そこで、ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３系スピネルとしてＡｌ_２Ｏ_３含量が８０％以上のアルミナリッチスピネルを用いてＭｇＯ含量を低減させて、溶損によるメタルライン部の損耗を抑制することも提唱されている。しかしながら、特許文献２に記載のアルミナ−スピネル−炭化珪素−炭素質キャスタブル耐火物を、バックライニング層に適用すると、熱膨張による変形や亀裂が発生するなどの問題点がある。

更に、特許文献３に係る高炉の樋構造は、鉄筋コンクリート製の樋枠と、その内部に配設される樋耐火物（ウェアーライニング層）または樋枠と樋耐火物の間に配設される背面充填材の間に、粒子充填層、空隙、可縮性を有する緩衝材を設置することにより、樋の熱膨張を緩衝しようとするものであるが、この樋構造では、樋耐火物内部の亀裂発生、並びに鉄皮の変形や継ぎ目からの切断、それに伴う大気侵入による樋耐火物の酸化を防止することはできなかった。

また、特許文献４の高炉鋳床樋では、バック材層の構造を少なくとも三層とし、鉄皮に接する第一バック材層に、鉄皮の温度上昇を抑えるために断熱質不定形耐火物を配設し、第一バック材層の内側の第二バック材層として、ウェア材層からの亀裂の進展を抑制するために、粉末状不定形耐火物を配設し、更に、第三バック材層として溶銑・溶滓の暴露に耐え得る流し込み耐火物を配設したものである。ここで、第二バック材層に使用される粉末状不定形耐火物として特許文献４に具体的に開示されているものは、炭素粉、フェノール樹脂及びピッチ粉からなる群から選ばれた少なくとも１種を合計で０．５〜７質量％含有してなり、２０ＭＰａ以下の圧縮強度（但し、圧縮強度は、成形圧６．８６ＭＰａで圧縮成形した試験片の１０００℃還元焼成後測定した値）を有するアルミナ−炭化珪素−炭素質粉末状不定形耐火物のみである。しかしながら、アルミナ−炭化珪素−炭素質粉末状不定形耐火物から構成される第二バック材層は、ウェアライニング層の損耗が進行するなどして高温に長期間わたり曝されると、アルミナ−炭化珪素−炭素質粉末状不定形耐火物の焼結が進行して高強度となり、亀裂が発生するなどの問題点があった。

従って、本発明の目的は、高炉鋳床樋のバックライニング層に、約１０００〜１２００℃の温度域に曝されても、酸化による組織の劣化や、過焼結による耐スポーリング性の低下を抑制できる新規な材質を配設した高炉鋳床樋を提供することにある。

本発明者らは、上述のようなアルミナ−炭化珪素−炭素質キャスタブル耐火物は、耐食性に優れ、ウェアライニング層で溶融物に接している状況では高い耐用性を有するが、粉末状不定形耐火物として上述の特許文献４に記載されているようなバックライニング層として使用すると、期待されるような効果が発現しない原因について、詳細に調査したところ以下のような知見を得た：
即ち、ウェアライニング層は、上述の通り約１５００℃の溶銑・溶滓と接触して溶損される。しかし、高炉鋳床樋のバック材層は、通常約１０００〜１２００℃の温度域に曝されており、更に、バックライニング層は、ウェアライニング層数キャンペーンを通じて使用されるため、長期間にわたりこの温度域に曝される。
ここで、アルミナ−炭化珪素−炭素質耐火物は、炭素と炭化珪素が共存し、また、高炉鋳床樋は大気中で使用されることから同時にＣＯガスも共存する。このような状態で１５００℃および１１００℃で長時間にわたり熱処理した場合の炭化珪素の状態変化について検証したところ、１５００℃での熱処理では変化は起こらなかったが、１１００℃の熱処理では、炭化珪素がＣＯガスによって酸化され、ＳｉＯ_２が生成した。この反応は、以下のように示される：
ＳｉＣ＋２ＣＯ＝ＳｉＯ_２＋３Ｃ （１）
このＳｉＯ_２の生成によって膨張が起こり、組織が劣化する。さらには、ＳｉＯ_２生成によってアルミナ−炭化珪素−炭素質耐火物の焼結が進行し、過焼結による耐スポーリング性の低下が生ずることも判明した。

即ち、炭化珪素と炭素が共存する系において、１５００℃のような高温下では、炭化珪素は安定して使用することができ、そのためウェアライニング層として利用すると高耐用性を示すものの、バックライニング層の使用温度域である約１１００℃前後では、炭化珪素は不安定になることが判明した。
そこで、本発明者らは、炭化珪素の酸化によるＳｉＯ_２の生成を抑えるため、炭化珪素を含まない粉末状不定形耐火物をバック材層として使用する方が好ましいのではないかと考え、炭化珪素不含のアルミナ−炭素質粉末状不定形耐火物を検討したところ、酸化による組織の劣化、過焼結による耐スポーリング性の低下を抑制できることを確認した。

一方、特許文献１及び２に開示されているようなアルミナ−炭化珪素−炭素質キャスタブル耐火物やアルミナ−スピネル−炭化珪素−炭素質キャスタブル耐火物での知見より、粉末状不定形耐火物中に炭化珪素が不在であると、耐食性が劣化するものと推定されるが、バックライニング層の使用温度域である１１００℃で加熱した試験片での侵食試験では、アルミナ−炭化珪素−炭素質粉末状不定形耐火物より優れた耐食性を示すことが見出された。

本発明は、上記知見に基づきなされたものであり、樋状の鉄皮と、鉄皮の内壁にライニングされた耐火物層とから構成される高炉鋳床樋において、耐火物層が、その溶銑及び／または溶滓に接する面を内側、鉄皮と接する面を外側としたとき、内側に配設されるウェアライニング層及び外側に配設されるバックライニング層からなり、バックライニング層が鉄皮内壁から順に第１バックライニング層、第２バックライニング層及び第３バックライニング層から構成され、且つ第２バックライニング層が、炭化珪素不含アルミナ−炭素質粉末状不定形耐火物から構成されることを特徴とする。

また、本発明の高炉鋳床樋は、炭化珪素不含アルミナ−炭素質粉末状不定形耐火物が、アルミナ原料７８〜９８．８質量％、炭素原料０．２〜１０質量％、粘土微粉、チタニア微粉、シリコン微粉及びシリカヒュームからなる群から選択される１種または２種以上の微粉０〜１０質量％、及び発塵防止剤０〜２質量％からから構成されることを特徴とする。

更に、本発明の高炉鋳床樋は、炭化珪素不含アルミナ−炭素質粉末状不定形耐火物が、アルミナ含量７０〜９８質量％、炭素含量０．２〜１０質量％、及びＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、金属Ｓｉ、１１００℃焼成時に揮発する成分及び不可避不純物から選択される１種または２種以上のその他成分０〜２９．８質量％の組成を有することを特徴とする。

また、本発明の高炉鋳床樋は、炭化珪素不含アルミナ−炭素質粉末状不定形耐火物が、２０ＭＰａ以下の圧縮強度（但し、圧縮強度は、成形圧６．８６ＭＰａで圧縮成形した試験片の１０００℃還元焼成後測定した値）を有することを特徴とする。

更に、本発明の高炉鋳床樋は、ウェアライニング層が、アルミナ−炭化珪素−炭素質不定形耐火物またはアルミナ−スピネル−炭化珪素−炭素質不定形耐火物から構成されることを特徴とする。

本発明によれば、バックライニング層で亀裂の発生や進展を抑制することができ、鉄皮を保護することができる高炉鋳床樋を提供することができる。

本発明の高炉鋳床樋は、樋状の鉄皮と、鉄皮の内壁にライニングされた耐火物層とから構成されるもので、耐火物層が、その溶銑及び／または溶滓に接する面を内側、鉄皮と接する面を外側としたとき、内側に配設されるウェアライニング層及び外側に配設されるバックライニング層からなる。本発明の高炉鋳床樋では、バックライニング層の少なくとも一層として、炭化珪素不含アルミナ−炭素質粉末状不定形耐火物を施工することを特徴とするものである。

この炭化珪素不含アルミナ−炭素質粉末状不定形耐火物は、アルミナ原料７８〜９８．８質量％、炭素原料０．２〜１０質量％、粘土微粉、チタニア微粉、シリコン微粉及びシリカヒュームからなる群から選択される１種または２種以上の微粉０〜１０質量％、及び発塵防止剤０〜２質量％からから構成されるものである。

ここで、アルミナ原料としては、例えば、焼結アルミナ、高純度電融アルミナ、褐色電融アルミナ、ボーキサイト等の骨材や、焼結アルミナ微粉、高純度電融アルミナ微粉、褐色電融アルミナ微粉、仮焼アルミナ超微粉、ボーキサイト微粉等の微粉を用いることができる。なお、アルミナ原料の量が７８質量％未満では、耐食性が低下するために好ましくなく、また、９８．８質量％を超えると、炭素原料の量が少なくなるために、焼き付き防止効果が十分に得られず、また、亀裂抑制効果の低下にも繋がるために好ましくない。アルミナ原料の量は、好ましくは９０〜９８．８質量％の範囲内である。

また、炭素原料としては、例えば、炭素粉、ピッチ粉及び粉末状熱硬化性樹脂から選ばれた１種または２種以上を使用することができる。ここで、炭素粉としては、例えば、カーボンブラック、コークス粉末、土状黒鉛等を、ピッチ粉としては、例えば、石油ピッチ、コールタールピッチ等を、粉末状熱硬化性樹脂としては、例えば、粉末フェノール樹脂を用いることができる。なお、炭素原料の量が０．２質量％未満では、焼き付き防止硬化が十分に得られず、亀裂抑制効果の低下に繋がるために好ましくなく、また、１０質量％を超えると、酸化劣化の影響が大きくなり、耐食性が低下するために好ましくない。炭素原料の量は、好ましくは０．５〜５質量％の範囲内である。

また、前記炭化珪素不含アルミナ−炭素質粉末状不定形耐火物には、粘土微粉、チタニア微粉、シリコン微粉のような金属微粉、及びシリカヒュームからなる群から選択される１種または２種以上の微粉を１０質量％までの量で用いることもできる。ここで、微粉の量が１０質量％を超えると、使用中に焼結が起こり易くなって、強度が増加し、亀裂進展を抑制することができなくなるために好ましくない。なお、微粉の量は、好ましくは０〜５質量％の範囲内である。

さらに、前記炭化珪素不含アルミナ−炭素質粉末状不定形耐火物には、発塵防止剤を２質量％までの量で用いることができる。発塵防止剤としては、例えば一号灯油のような液体油を用いることができる。ここでも発塵防止剤の量が２質量％を超えると、原料を混合する際に造粒が生じ、施工性に悪影響を及ぼすことがあるために好ましくない。発塵防止剤の量は、好ましくは０〜１質量％の範囲内である。

上述のような原料配合を有する前記炭化珪素不含アルミナ−炭素質粉末状不定形耐火物のアルミナ成分含量は、８０〜９８質量％、好ましくは９０〜９５質量％の範囲内である。アルミナ成分含量が８０質量％未満であると、耐食性が低下し、また、使用中に焼結が起こり易くなり、十分な亀裂進展抑制効果が得られないために好ましくない。また、９８質量％を超えると、炭素成分含量が少なくなり、十分な焼き付き防止効果が得られず、亀裂を抑制できなくなるために好ましくない。

また、前記炭化珪素不含アルミナ−炭素質粉末状不定形耐火物の炭素成分含量は、０．２〜１０質量％、好ましくは０．５〜５質量％の範囲内である。炭素成分含量が０．２質量％未満であると、十分な焼き付き防止効果が得られず、亀裂を抑制できなくなるために好ましくない。また、炭素成分含量が１０質量％を超えると、酸化劣化の影響が大きくなり、耐食性が低下するために好ましくない。

さらに、前記炭化珪素不含アルミナ−炭素質粉末状不定形耐火物は、０〜２９．８質量％のその他成分含量を有することができる。ここで、その他成分とは、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、金属Ｓｉ、１１００℃還元焼成時に揮発する成分及び不可避不純物から選択される１種または２種以上である。なお、１１００℃還元焼成時に揮発する成分としては、具体的には、石油ピッチ、コールタールピッチ等に含まれる揮発分、熱硬化性樹脂に含まれる揮発分等を例示できる。また、不可避不純物としては、具体的には、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｋ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ等を例示できる。その他成分含量が２９．８質量％を超えると、使用中に焼結が起こり易くなり、十分な亀裂進展抑制効果が得られないために好ましくない。

前記炭化珪素不含アルミナ−炭素質粉末状不定形耐火物は、炭化珪素を含まないため、上述のような炭化珪素のＣＯガスによる酸化によるＳｉＯ_２の生成がなく、それによってアルミナ骨材を焼結させて強度を上昇させることがなく、ウェアライニング層を通してバックライニング層にまで亀裂が進展した際に、亀裂の進展を抑えることができる。

前記炭化珪素不含アルミナ−炭素質粉末状不定形耐火物の粒度構成は、特に限定されるものではないが、例えば、最大粒径を５〜１０ｍｍとし、１ｍｍ以上の骨材を２０〜５０質量％、好ましくは２５〜４０質量％、０．３ｍｍ以下の微粉を３０〜７０質量％、好ましくは４５〜５５質量％含有させることができる。

また、前記炭化珪素不含アルミナ−炭素質粉末状不定形耐火物を用いてバックライニング層を施工した場合、加熱によってバックライニング層の亀裂が進展しない程度の強度にするためには、成形圧６．８６ＭＰａで圧縮成形した試験片の１０００℃還元焼成後の圧縮強度が２０ＭＰａ以下となることが好ましい。更に好ましくは１０ＭＰａ以下である。圧縮強度を２０ＭＰａ以下とすることで、亀裂がバックライニング層に達しても、耐火粒子の再配列が起こり、それによって亀裂がそれ以上進展しない。逆に、圧縮強度が２０ＭＰａより大きいと、亀裂がバックライニング層に達した時に、亀裂がバックライニング層に入り込み、進展するので、亀裂進展を抑制することができない。

上述のような構成を有する炭化珪素不含アルミナ−炭素質粉末状不定形耐火物からなるバックライニング層は、高炉鋳床樋を構成する鉄皮内壁とウェアライニング層の間に設けられるバックライニング層の少なくとも一層として用いることができる。例えば、バックライニング層を三層構造とし、鉄皮内壁から順に第１バックライニング層、第２バックライニング層、第３バックライニング層を構築し、第１バックライニング層として断熱質不定形耐火物よりなる耐火物層を使用し、第２バックライニング層として前記炭化珪素不含アルミナ−炭素質粉末状不定形耐火物からなるバックライニング層を用い、第３バックライニング層としてアルミナ−炭化珪素質またはハイアルミナ質流し込み耐火物またはこれらから作製されたプレキャストブロックよりなる耐火物層とすることができる。なお、第１バックライニング層の目的は、高炉鋳床樋の保温であり、本発明の高炉鋳床樋における前記炭化珪素不含アルミナ−炭素質粉末状不定形耐火物から構成されるバックライニング層は、長期間の使用に対して亀裂抑制効果と鉄皮保護効果を持続させることができるため、第１バックライニング層は必須のものではない。また、第３バックライニング層は、第２バックライニング層を施工するための空間を確保するためのものであり、本発明の高炉鋳床樋におけるバックライニング層は、長期間の使用に対して亀裂抑制効果と鉄皮保護効果を持続させることができるため、第３バックライニング層は必須ではなく、ウェアライニング層を第３バックライニング層の機能を兼務させることもできる。

なお、前記炭化珪素不含アルミナ−炭素質粉末状不定形耐火物は、所定の配合割合を有する原料配合物を十分に混合して使用することができる。ここで、混合には、例えばナウターミキサー、オムニミキサーまたは同等の混合能力を有するミキサーを使用することができる。

本発明の高炉鋳床樋において、バックライニング層の内壁に設けられるウェアライニング層は、慣用のアルミナ−炭化珪素−炭素質流し込み耐火物や、アルミナ−スピネル−炭化珪素−炭素質流し込み耐火物から形成することができ、特に、緻密質耐火物から形成することが好ましい。ここで、高炉鋳床樋のスラグラインとメタルラインでは、最適な耐火物組成が異なり、特に、出銑温度の高い高炉ではゾーンライニングを行ってスラグライン用耐火物とメタルライン溶耐火物を張り分けることが好ましい。例えば、スラグライン用耐火物には、炭化珪素を３０質量％以上含有するアルミナ−炭化珪素−炭素質流し込み耐火物を使用することが好ましく、また、メタルライン用耐火物には、耐溶銑性及び耐ＦｅＯ性が必要なため、ＦｅＯとの反応性が小さいスピネルを主材としてアルミナ−スピネル−炭化珪素−炭素質流し込み耐火物を使用することが好ましい。

なお、これらの流し込み耐火物は、耐火性骨材、耐火性微粉、結合材及び分散剤並びに爆裂防止剤や酸化防止剤等の添加剤から構成することができる。
ここで、耐火性骨材としては、例えば高純度電融アルミナ、高純度焼結アルミナ、褐色電融アルミナ、ボーキサイト、炭化珪素、スピネル等を用いることができる。
また、耐火性微粉としては、例えば高純度電融アルミナ微粉、高純度焼結アルミナ微粉、褐色電融アルミナ微粉、仮焼アルミナ超微粉、ボーキサイト微粉、炭化珪素微粉、スピネル微粉、シリカフューム、チタニア微粉、ジルコニア微粉、粘土微粉、ピッチ粉、カーボンブラック、黒鉛微粉等を用いることができる。なお、耐火性微粉の粒度は０．３ｍｍ篩を通過するものから、平均粒径１０μｍ以下の超微粉まで、各種微粉を組み合わせて用いることができ、特に、緻密質流し込み耐火物とするためには、仮焼アルミナ超微粉などの超微粉と分散剤とを組み合わせて低水量で十分な流動性を有するものが好ましい。
また、結合材としては、ＣａＯ含有量が１０〜３０質量％のアルミナセメントが好ましく、結合材の量は７質量％以下、好ましくは５質量％以下とする。なお、アルミナセメントが７質量％を超えると、耐食性が低下することがあるために好ましくない。
さらに、爆裂防止剤としては、例えば有機繊維、金属Ａｌ粉等を、酸化防止剤としては、例えばＢ_４Ｃ等を用いることができる。

なお、本発明の高炉鋳床樋は、主樋、溶銑樋及び滓樋に適用できる。

以下に実施例を挙げて本発明の高炉鋳床樋をさらに説明する。
本発明の高炉鋳床樋において、バックライニング層として使用される炭化珪素不含アルミナ−炭素質粉末状不定形耐火物の原料配合、組成並びに諸特性を表１に、比較品の粉末状不定形耐火物の原料配合、組成並びに諸特性を表２にそれぞれ示す。

表中、「加熱後圧縮強さ」の測定方法は、ＪＩＳ Ｒ ２５７５「高アルミナ質及び粘土質プラスチック耐火物の強さ試験方法」に準拠し、成形圧６．８６ＭＰａで加圧成形した試験片をコークスブリーズ中に埋没して電気炉で１０００℃にて３時間加熱し、強さを測定したものである。
また、「長時間加熱後圧縮強さ」は、成形圧６．８６ＭＰａで加圧成形した試験片をコークスブリーズ中に埋没し、電気炉で１２００℃にて９６時間加熱した後、圧縮強さを測定したものである。
さらに、「耐食性指数」は、成形圧６．８６ＭＰａで加圧成形した試験片をコークスブリーズ中に埋没し、電気炉で１２００℃にて９６時間加熱した本発明品及び比較品の成形体をルツボ状に組立て、高周波誘導炉を用いて中に銑鉄を融解し、試験温度まで昇温して高炉スラグを入れ、所定の間隔で高炉スラグを入れ替えながら試験時間保持した。試験温度は１６００℃、試験時間は５時間、高炉スラグは５００ｇを１時間ごとに入れ替えた。試験後侵食部にジルコンサンドを充填し、その体積を測って溶損体積を求め、基準の配合の溶損体積との比をもって耐食性指数とした。耐食性指数は、比較品２を１００とした相対値で示した。なお、侵入してきた溶銑・溶滓を食い止めるためは、耐食性指数は８０以上であることが必要であり、好ましくは１００以上である。

本発明品１から５は、アルミナ原料として電融褐色アルミナ（アルミナ含量＝９５質量％）、炭素原料として粉末フェノール樹脂（固定炭素量＝５５％、融点＝１５０℃、ノボラック型）の配合量を変化させて、炭素成分含量を変化させた例である。いずれも加熱後及び長時間加熱後の圧縮強さは、３〜２０ＭＰａであり、亀裂抑制効果が維持された。特に、本発明品２、３及び４は、加熱後及び長時間加熱後の圧縮強さが５〜１０ＭＰａであり、より高い亀裂抑制効果が得られた。また、耐食性指数は、いずれも８５以上であり、十分な耐食性を有していた。特に、本発明品１、２、３及び４は、耐食性指数が１００〜１１６で、より高い耐食性を有するものであった。

本発明品６から１１は、アルミナ原料として電融褐色アルミナ、炭素原料として粉末フェノール樹脂、コールタールピッチ、カーボンブラックを使用した例である。いずれも加熱後及び長時間加熱後の圧縮強さは、６〜９ＭＰａであり、高い亀裂抑制効果が維持された。また、耐食性指数は、１２０〜１２３であり、高い耐食性を有していた。

本発明品１２及び１３は、アルミナ原料としてボーキサイト（アルミナ含量＝８５質量％）、炭素原料として粉末フェノール樹脂を使用した低アルミナ含量のである。いずれも加熱後及び長時間加熱後の圧縮強さは、６〜１０ＭＰａであり、亀裂抑制効果が維持された。また、耐食性指数は、９０〜１２０であり、十分な耐食性を有していた。

本発明品１４及び１５は、アルミナ原料として高純度焼結アルミナ（アルミナ含量＝９９質量％）、炭素原料として粉末フェノール樹脂を使用した高アルミナ含量の例である。いずれも加熱後及び長時間加熱後の圧縮強さは、１０〜１８ＭＰａであり、亀裂抑制効果が維持された。また、耐食性指数は、１２０〜１２３であり、高い耐食性を有していた。

比較品１から４は、炭化珪素を配合した例である。いずれも加熱後の圧縮強さは、１０〜４０ＭＰａの範囲内にあり、また、長時間加熱後の圧縮強さは、２５〜６０ＭＰａであり、使用初期より亀裂抑制効果が期待できなかったり、長期間加熱すると亀裂抑制効果を維持することができないものであった。また、比較品３及び４については、耐食性指数が、５０〜７５と低く、十分な耐食性を得ることができなかった。
比較品５は、炭素含量が０．１質量％と低く、加熱後及び長時間加熱後圧縮強さは、それぞれ２５ＭＰａ及び３０ＭＰａと高く、亀裂抑制効果を得ることができなかった。
比較品６は、炭素含量が１２質量％と高く、加熱後及び長時間加熱後圧縮強さは、それぞれ１ＭＰａ及び５ＭＰａとなるが、耐食性指数が７５と低く、十分な耐食性を得ることができなかった。
比較品７は、アルミナ含量が６８．８質量％と低く、加熱後及び長時間加熱後圧縮強さは、それぞれ５ＭＰａ及び７ＭＰａとなるが、耐食性指数が７０と低く、十分な耐食性を得ることができなかった。
比較品８は、アルミナ含量が９９．８質量％と高く、加熱後及び長時間加熱後圧縮強さは、それぞれ２２ＭＰａ及び２５ＭＰａとなり、亀裂抑制効果を得ることができなかった。

次に、本発明品３を実機高炉鋳床樋のバックライニング層に適用する例を示す。
５０００ｍ^３級の内容積を有する３つの高炉の主樋において、まず、鉄皮の内側に、第第１バックライニング層として、表３のバックライニング層１の組成を有する不定形耐火物を乾式吹付施工し、耐火物が硬化する前に、鏝で均すことにより平滑表面を有する厚さ１３５ｍｍの第１バックライニング層を形成した。
第１バックライニング層を施工後、バックライニング層３の組成を有する不定形耐火物から製造したプレキャストブロックを第１バックライニング層から所定の間隔をあけて設置することにより厚さ６５ｍｍの第３バックライニング層を形成した。
次に、第１バックライニング層と第３バックライニング層の間の空隙に、上述の本発明品３の炭化珪素不含アルミナ−炭素質粉末状不定形耐火物を施工することにより厚さ１５０ｍｍの第２バックライニング層を形成した。
次に、上述のようにして得られたバックライニング層の内壁に表３に記載する上部用（スラグライン用）及び下部用（メタルライン用）不定形耐火物をゾーンライニングすることにより厚さ５００ｍｍのウェアライニング層を施工した。
得られた主樋の内寸は、幅約１ｍ、高さ約１．２ｍ、長さ約２０ｍであった。

また、比較のために、第２バックライニング層として炭化珪素を２０質量％含有する比較品２のアルミナ−炭化珪素−炭素質粉末状不定形耐火物を使用した以外は上述と同様の構成の主樋を製造した。

本発明品の主樋では、バック材の更新を合計１０回行ったが、その間、鉄皮赤熱などのトラブルは全く発生しなかった。また、約２年使用後にバックライニング層を解体して損傷状況を確認したところ、第２バックライニング層までの亀裂進展と地金差しが認められたことが３回あったが、いずれも第２バックライニング層で停止していることが確認された。
一方、比較品の主樋では、バック材の更新を合計四回行ったが、その間、鉄皮赤熱などのトラブルが合計２回発生した。一回は使用開始後１．５年に発生し、もう一回は１．７年後に発生した。トラブルの原因を調査したところ、第２バックライニング層において、 ＳｉＣが酸化してＳｉＯ_２が生成して焼結が起こり、亀裂の進展を抑止できなかったことが判明した。

上述のように、高炉鋳床樋を構成するバックライニング層の少なくとも一層として炭化珪素不含アルミナ−炭素質粉末状不定形耐火物を使用することにより、バックライニング層の更新時まで低強度を維持し、亀裂の発生や進展を抑制できるようになり、溶融物の漏出による事故の発生し難い高炉鋳床樋を提供することができる。

Claims (4)

1. 樋状の鉄皮と、鉄皮の内壁にライニングされた耐火物層とから構成される高炉鋳床樋において、耐火物層が、その溶銑及び／または溶滓に接する面を内側、鉄皮と接する面を外側としたとき、内側に配設されるウェアライニング層及び外側に配設されるバックライニング層からなり、バックライニング層が鉄皮内壁から順に第１バックライニング層、第２バックライニング層及び第３バックライニング層から構成され、且つ第２バックライニング層が、炭化珪素不含アルミナ−炭素質粉末状不定形耐火物から構成されることを特徴とする高炉鋳床樋。
2. 炭化珪素不含アルミナ−炭素質粉末状不定形耐火物が、アルミナ原料７８〜９８．８質量％、炭素原料０．２〜１０質量％、粘土微粉、チタニア微粉、シリコン微粉及びシリカヒュームからなる群から選択される１種または２種以上の微粉０〜１０質量％、及び発塵防止剤０〜２質量％から構成される、請求項１記載の高炉鋳床樋。
3. 炭化珪素不含アルミナ−炭素質粉末状不定形耐火物が、２０ＭＰａ以下の圧縮強度（但し、圧縮強度は、成形圧６．８６ＭＰａで圧縮成形した試験片の１０００℃還元焼成後測定した値）を有する、請求項１または２記載の高炉鋳床樋。
4. ウェアライニング層が、アルミナ−炭化珪素−炭素質不定形耐火物またはアルミナ−スピネル−炭化珪素−炭素質不定形耐火物から構成される、請求項１ないし３のいずれか１項記載の高炉鋳床樋。