(57)【要約】【課題】耐熱性および耐摩耗性に優れ、且つ、炉内熱変動に対する耐疲労性に優れる高炉用羽口を得る。【解決手段】本発明に係る高炉用羽口の製造方法は、（１）羽口本体部の少なくとも先端を含む外表面に拡散接合または肉盛溶接により第一保護層を設ける工程、（２）前記平坦化した第一保護層の表面の少なくとも一部に肉盛溶接により第二保護層を設ける工程、および（３）前記第二保護層の表面を加熱し、溶融させた後に、凝固させる工程を備える。【選択図】  図３
2020020019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の（１）〜（３）の工程を備える、高炉用羽口の製造方法。
（１）羽口本体部の少なくとも先端を含む外表面に拡散接合または肉盛溶接により第一保護層を設ける工程、
（２）前記第一保護層の表面の少なくとも一部に肉盛溶接により第二保護層を設ける工程、および
（３）前記第二保護層の表面を加熱し、溶融させた後に、凝固させる工程。
【請求項２】
前記（１）の工程において、
前記第一保護層が、ＮｉまたはＮｉ−Ｃｒ合金からなる、
請求項１の高炉用羽口の製造方法。
【請求項３】
前記（３）の工程において、
凝固後の前記第二保護層の表面において、谷底と、前記谷底に隣接する山頂との高さの最大値が０．２０ｍｍ以下である、
請求項１または２に記載の高炉用羽口の製造方法。
【請求項４】
前記（３）の工程において、
前記第二保護層が、ＮｉにＴｉＣを分散させた材料からなる、
請求項１から３までのいずれかに記載の高炉用羽口の製造方法。
【請求項５】
前記（３）の工程において、
前記第二保護層の表面を研削または研磨により平坦化した後、加熱する、
請求項１から４までのいずれかに記載の高炉用羽口の製造方法。
【請求項６】
先端が高炉内に突出する銅または銅合金からなる羽口本体部と、
前記羽口本体部の少なくとも前記先端を含む外表面を覆う拡散接合または肉盛溶接からなる第一保護層と、
前記第一保護層の表面の少なくとも一部を覆う肉盛溶接層からなる第二保護層とを備え、
前記第二保護層の表層に、再溶融凝固層を備える、
高炉用羽口。
【請求項７】
前記第一保護層が、ＮｉまたはＮｉ−Ｃｒ合金からなる、
請求項６に記載の高炉用羽口。
【請求項８】
前記第二保護層が、ＮｉにＴｉＣを分散させた材料からなる、
請求項６または７に記載の高炉用羽口。
【請求項９】
前記再溶融凝固層の表面において、谷底と、前記谷底に隣接する山頂との高さの最大値が０．２０ｍｍ以下である、
請求項６から８までのいずれかに記載の高炉用羽口。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉用羽口およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉用羽口（以下、単に「羽口」ともいう。）は、高炉の炉内に突き出ており、この突き出た先端部は高温雰囲気に曝されているため、優れた耐熱性が求められる。また、羽口の先端には、炉内の鉱石やコークスが衝突することがあるので、優れた耐摩耗性も求められる。
【０００３】
羽口本体部には、内部に水路が設けられ、その水路に冷却水を流すことによって高炉内に突き出た先端付近の温度が低減される。羽口本体部の材質は、通常、熱伝導性に優れた銅または銅合金である。しかしながら、羽口の内部を水冷するだけでは先端の温度を十分には低減できないこと、および、銅は硬度が低く、耐摩耗性の点では劣ることから、羽口先端には耐熱性および耐摩耗性を高めるための保護層が設けられる。保護層を設けることによって羽口の寿命は延長されるものの、それでもなお、長期間使用すると先端が損傷し、羽口の交換が必要になる。羽口を交換するためには高炉を休風する必要があるため、羽口が損傷するとその交換費用のみならず、溶銑の生産量も低下してしまう。
【０００４】
羽口の保護層には、ニッケル系の材質が用いられることが多い。ニッケル合金は高温における強度、耐食性に優れ、また、マトリックス中に硬質の金属間化合物を析出させたり、炭化物、窒化物などを混合させることによって硬度を増したりできるのがその理由である。保護層に高硬度のニッケル合金を適用する場合には、例えば、特許文献１〜３に記載されるように、羽口本体である銅との接合性が高い金属の保護層を設けることで、高硬度の保護層の密着性を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−１５３７４号公報
【特許文献２】特開平４−２４６１１３号公報
【特許文献３】特開平１１−２１７６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、ニッケルもしくはニッケル合金またはステンレス鋼の薄板材を熱間等方圧加圧処理によって、銅製羽口本体に拡散接合し、その薄板材の上に耐熱性、耐摩耗性材料を肉盛溶接にて保護層を設けることが記載されている。
【０００７】
特許文献２では、Ｎｉ−Ｃｒ合金の肉盛層の上に、Ｎｉ−Ｍｏ合金の肉盛層を設けた保護層が記載されている。また、特許文献３には、羽口母材表面（またはさらに中間層上）に、ニッケルなどの金属マトリックスにセラミックス粒子を散在状態で含む硬化肉盛材を溶着させた保護層が記載されている。これらの文献の発明のように、溶接肉盛層を重ねることで、羽口の耐熱性および耐摩耗性を向上できる。しかし、上述した構成にて耐熱性と耐摩耗性が確保されるが、炉内の温度変動や溶融物からの熱衝撃を受けて、最外層には繰り返し応力が加わるため、疲労特性にも注目する必要がある。実際に、使用後の羽口表面には亀甲状のき裂が発生し、さらにこれらが進行することによって保護層の剥離が観察されることもある。特に、炉内に曝される保護層が溶接肉盛りのままであった場合、最表面に凹凸や疵が残存する可能性があり、応力集中が生じやすく、高炉操業時にき裂が生じやすくなり、またき裂が伝播しやすくなる。その結果、保護層の剥離が生じると、羽口を交換せざるを得なくなる。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の問題を解決するためになされたものであり、耐熱性および耐摩耗性に優れ、且つ、炉内熱変動に対する耐疲労性に優れる高炉用羽口およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
羽口本体部の外表面に設ける保護層は、常温では硬い保護層であるが、高炉の稼働中に温度が上昇すると、硬さが低下し、耐摩耗性が劣化する。前述のように、羽口本体部には、内部に設けられた水路に冷却水を流すことによって高炉内に突き出た先端付近の温度を低減しており、これによって保護層の温度も低減できる。
【００１０】
よって、第一に、高炉稼動時の保護層の温度上昇を避けるためには、保護層を複層構造とし、内層に、羽口本体部との密着性に優れ、かつ熱伝導率が高い材料で構成した保護層を設け、外層に、炉内の鉱石やコークスとの衝突に耐えうる耐摩耗性に優れる材料で構成した保護層を設けるのが有効である。このような材料については、従来、様々な検討がなされており、一定の効果が確認されている。
【００１１】
ここで、高い熱伝導率と優れた耐摩耗性を有する保護層を形成しても、高炉操業中の繰り返しの熱変動により、疲労損傷を受ける。このような疲労損傷を受けたときに、保護層が羽口本体部から脱落しやすい場合には、高炉用羽口の寿命が短くなり、補修および交換作業の頻度が高くなり、結果として高炉の操業効率を低下させる。
【００１２】
そこで、本発明者らは、高炉羽口の先端に、肉盛溶接によって最外層となる保護層を設ける場合において、保護層の耐疲労性を低下させる原因について検討を行なったところ、保護層の脱落は、最外層において、多層肉盛による凹凸、肉盛溶接時に発生した表面の疵などを基点としたき裂が進展した結果生じていることを見出した。本発明者らは、これらの凹凸や疵などを極力低減して、応力集中を緩和する、具体的には、肉盛層の最表層を再加熱し、溶融させた後に凝固させることにより、肉盛層の表面の凹凸や疵を極力低減することに成功した。これにより、高炉操業時における応力集中を緩和し、疲労特性を向上させることによって保護層の脱落を抑制することに成功した。
【００１３】
本発明の要旨は、下記の通りである。
〔Ａ〕下記の（１）〜（３）の工程を備える、高炉用羽口の製造方法。
（１）羽口本体部の少なくとも先端を含む外表面に拡散接合または肉盛溶接により第一保護層を設ける工程、
（２）前記第一保護層の表面の少なくとも一部に肉盛溶接により第二保護層を設ける工程、および
（３）前記第二保護層の表面を加熱し、溶融させた後に、凝固させる工程。
【００１４】
〔Ｂ〕前記（１）の工程において、
前記第一保護層が、ＮｉまたはＮｉ−Ｃｒ合金からなる、
上記〔Ａ〕の高炉用羽口の製造方法。
【００１５】
〔Ｃ〕前記（３）の工程において、
凝固後の前記第二保護層の表面において、谷底と、前記谷底に隣接する山頂との高さの最大値が０．２０ｍｍ以下である、
上記〔Ａ〕または〔Ｂ〕の高炉用羽口の製造方法。
【００１６】
〔Ｄ〕前記（３）の工程において、
前記第二保護層が、ＮｉにＴｉＣを分散させた材料からなる、
上記〔Ａ〕〜〔Ｃ〕のいずれかの高炉用羽口の製造方法。
【００１７】
〔Ｅ〕前記（３）の工程において、
前記第二保護層の表面を研削または研磨により平坦化した後、加熱する、
上記〔Ａ〕〜〔Ｄ〕のいずれかの高炉用羽口の製造方法。
【００１８】
〔Ｆ〕先端が高炉内に突出する銅または銅合金からなる羽口本体部と、
前記羽口本体部の少なくとも前記先端を含む外表面を覆う拡散接合または肉盛溶接からなる第一保護層と、
前記第一保護層の表面の少なくとも一部を覆う肉盛溶接層からなる第二保護層とを備え、
前記第二保護層の表層に、再溶融凝固層を備える、
高炉用羽口。
【００１９】
〔Ｇ〕前記第一保護層が、ＮｉまたはＮｉ−Ｃｒ合金からなる、
上記〔Ｆ〕の高炉用羽口。
【００２０】
〔Ｈ〕前記第二保護層が、ＮｉにＴｉＣを分散させた材料からなる、
上記〔Ｆ〕または〔Ｇ〕の高炉用羽口。
【００２１】
〔Ｉ〕前記再溶融凝固層の表面において、谷底と、前記谷底に隣接する山頂との高さの最大値が０．２０ｍｍ以下である、
上記〔Ｆ〕〜〔Ｈ〕のいずれかの高炉用羽口。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、耐熱性および耐摩耗性に優れ、且つ、炉内熱変動に対する耐疲労性に優れる高炉用羽口が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る高炉用羽口の製造方法を説明する模式図である。
【図２】平坦化した第一保護層の断面形状を示す模式図である。
【図３】本発明に係る再溶融凝固層を設ける工程を説明する模式図である。
【図４】本実施形態に係る高炉用羽口の断面形状を示す模式図である。
【図５】第二保護層の断面形状を示す模式図である。
【図６】第一保護層と第二保護層との界面を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
１．高炉用羽口の製造方法について
本発明に係る高炉用羽口の製造方法は、第一保護層を設ける工程、第二保護層を設ける工程、および、前記第二保護層の表面を加熱して再溶融させることで平坦化する工程を備える。以下、第一保護層を肉盛溶接によって設ける場合を例にとって、各工程について説明する。
【００２５】
（１）第一保護層の形成
図１（ａ）を参照して、この工程は、羽口本体部１の少なくとも先端（図示省略）を含む外表面に肉盛溶接により第一保護層３ａを設ける工程である。第一保護層３ａの材質は、羽口本体部１との密着性に優れるとともに、熱伝導率が高い材料を選択することができる。第一保護層３ａの材質としては、例えば、ＮｉまたはＮｉ−Ｃｒ合金からなるものを選択できる。具体的な材質については後段で説明する。
【００２６】
肉盛溶接方法は、公知の方法を採用することができ、例えば、被覆アーク溶接法、ＭＡＧ溶接法、炭酸ガスアーク溶接法、ＭＩＧ溶接法、ＴＩＧ溶接法、サブマージアーク溶接法などが挙げられる。中でも、三次元的に曲面形状である羽口先端へのＮｉまたはＮｉ−Ｃｒ合金の溶接作業性を高めるためには、ＴＩＧ溶接法を採用するのが好ましい。
【００２７】
なお、第二保護層３ｂを設ける前に、第一保護層３ａの表面を平坦化する工程を設けてもよい。図１（ｂ）を参照して、この工程は、第一保護層３ａの表面を研削または研磨して、平坦化する工程である。同図の破線が平坦化前、実線が平坦化後の模式図である。平坦化は、例えば、旋盤、フライス盤、マシニングセンタなどを使用することができる。また、グラインダーで研削することにより平坦化してもよい。
【００２８】
平坦化した第一保護層３ａの表面は、谷底と、前記谷底に隣接する山頂との高さの最大値（最大谷深さ）を０．２０ｍｍ以下とすることが好ましい。ここで、図２を参照して、谷底と、前記谷底に隣接する山頂との高さとは、例えば、図２中の符号ｈ１、ｈ２およびｈ３であり、図２に示す例では、最大谷深さは、ｈ２である。この最大谷深さが大きすぎると、その後に第二保護層３ｂを形成したときに、界面に空隙（未溶着部）が増加し、界面熱抵抗を増加させる。この最大谷深さは、０．１５ｍｍ以下が好ましく、０．１０ｍｍ以下がより好ましい。
【００２９】
なお、上記最大谷深さは、第一保護層３ａ厚さ方向を含む断面を観察して、測定することもできるし、第一保護層３ａの平坦化後に、その表面から、表面粗さ計、三次元形状測定器などを用いて表面形状を測定することもできる。
【００３０】
以上、主として、肉盛溶接により第一保護層３ａを設ける場合を説明したが、第一保護層３ａは、拡散接合によって設けてもよい。拡散接合によって第一保護層３ａを設ける場合には、羽口本体部１の形状に沿った形状に加工した板材を羽口本体部１に貼り付け、その状態で加熱し、界面を拡散接合するのがよい。
【００３１】
（２）第二保護層の形成
図１（ｃ）を参照して、この工程は、第一保護層３ａの表面の少なくとも一部に肉盛溶接により第二保護層３ｂを設ける工程である。第二保護層３ｂの材質は、保護層３の外層に位置し、高炉の操業時に、炉内の鉱石やコークスとの衝突に耐えうる耐摩耗性（具体的には、ビッカース硬さで１８０Ｈｖ以上）に優れるとともに、熱伝導率が高い材料（具体的には１０Ｗ／ｍＫ以上）を選択することができる。例えば、Ｎｉに硬質のＴｉＣなどの炭化物を分散させた材料を用いることができる。具体的な材質については後段で説明する。
【００３２】
第二保護層３ｂは、第一保護層３ａの表面の少なくとも一部に設けられておればよい。例えば、羽口の下部は、高炉の操業時に、炉内の鉱石やコークスが衝突しにくい箇所であるため、この部分には第二保護層３ｂを設けなくてもよい。よって、第一保護層３ａの表面の少なくとも一部とは、具体的には、高炉内に設置された羽口において、少なくとも最上部を含む部分の表面を意味する。特に、高炉内に設置された羽口において、上側半分を構成する部分の表面に第二保護層３ｂが設けられていることが好ましい。このとき、第二保護層３ｂが設けられていない部分の第一保護層３ａの厚さと、第二保護層３ｂが設けられている部分の第一保護層３ａおよび第二保護層３ｂの合計厚さとが実質的に同一であることが好ましい。
【００３３】
肉盛溶接方法は、公知の方法を採用することができ、例えば、被覆アーク溶接法、ＭＡＧ溶接法、炭酸ガスアーク溶接法、ＭＩＧ溶接法、ＴＩＧ溶接法、サブマージアーク溶接法などが挙げられる。中でも、三次元的に曲面形状である羽口先端へのＮｉまたはＮｉ合金の溶接作業性を高めるためには、ＴＩＧ溶接法を採用するのが好ましい。
【００３４】
（３）再溶融凝固層を設ける工程
図３を参照して、この工程は、第二保護層３ｂの表面を加熱し、溶融させた後に、凝固させる工程である。図３（ａ）には、第二保護層３ｂの表層に、肉盛溶接時に疵３０が存在している場合を例示している。図３（ｂ）を参照して、加熱装置（バーナー）４０を移動しながら、第二保護層３ｂの表面を加熱することにより、第二保護層３ｂの表層に再溶融凝固層３１を形成する。このとき、第二保護層３ｂの表層に存在していた疵などの不具合が消失するか、少なくともその開口が閉じた状態となる。図３（ｃ）を参照して、この作業を第二保護層３ｂの全面に渡って行なうことにより、第二保護層３ｂの表層に再溶融凝固層３１を設けることが可能となる。
【００３５】
この工程により、肉盛溶接時にできた凹凸を小さくする（平坦化する）ことができ、また、第二保護層３ｂの表層に疵が存在していた場合にも、消失するか、少なくともその開口が閉じた状態とすることができる。その結果、高炉操業時における応力集中を緩和し、疲労特性を向上させることによって保護層の脱落を抑制することができる。
【００３６】
第二保護層３ｂの表面を加熱して再溶融凝固層３１を設ける工程の前に、第二保護層３ｂの表面を研削または研磨することにより平坦化することが好ましい。加熱の前段階として第二保護層３ｂの表面を平坦化することで、再溶融凝固層３１を形成した後の平坦度をより高めることができる。結果として、高炉操業時における応力集中を緩和し、疲労特性を向上させることで保護層をより長寿命化できる。
【００３７】
なお、第二保護層３ｂの表面を加熱し、溶融させる加熱装置４０として、バーナーを用いる例を示したが、レーザー加工装置を用いてもよい。ただし、図３に示すように、第二保護層３ｂの表面を局所的に加熱、溶融しつつ、加熱装置を移動させて溶融した部位に隣接する箇所を順次加熱していくのがよい。また、第二保護層３ｂの表層に再溶融凝固層３１を形成する目的の一つが、第二保護層３ｂの肉盛層の凹凸を低減することにあるので、加熱装置の移動方向は、第二保護層３ｂの肉盛溶接の方向（肉盛層の山の稜線が延びる方向）と一致させないことが好ましい。特に、加熱装置の移動方向と、肉盛溶接の方向とが構成する角度は、４５°以上が好ましく、６０°以上がより好ましい。
【００３８】
２．高炉用羽口について
図４を参照して、本実施形態に係る高炉用羽口１０は、羽口本体部１と、肉盛溶接層からなる第一保護層３ａと、肉盛溶接層からなる第二保護層３ｂとを備える。
【００３９】
（１）羽口本体部
羽口本体部１は、先端１ｂが高炉の内壁から突出するよう、高炉内に配置され、先端１ｂは、高炉の操業時に高温に曝される。羽口本体部１の内部には、水路２が設けられており、水路２に冷却水を流すことによって、先端１ｂ付近の温度を低減している。羽口本体部１は、円筒状であり、高炉の操業時には筒内に高温（例えば１２００℃程度）の熱風が流される。羽口本体部の材質は、通常、熱伝導性に優れた銅または銅合金である。
【００４０】
（２）第一保護層
第一保護層３ａは、羽口本体部１の少なくとも先端１ｂを含む外表面１ａを覆う肉盛溶接層からなる層である。第一保護層３ａの材質は、羽口本体部１との密着性に優れるとともに、熱伝導率が高い材料を選択することができる。羽口本体部１との密着性の観点からは、羽口本体部１に用いられる銅または銅合金の熱膨張率に近い材料、具体的には、熱膨張率（線膨張率）が１３〜１６×１０−６／℃の範囲である材料を選択することができる。また、熱伝導率が高い材料とは、例えば、熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の範囲にある材料である。第一保護層３ａの材質としては、例えば、ＮｉまたはＮｉ−Ｃｒ合金からなるものを選択できる。
【００４１】
より具体的には、質量％で、Ｃｒ：０〜４０．０％、Ｍｎ：０〜４．０％、Ｔｉ：０〜３．０％、Ａｌ：０〜３．０％、Ｎｂ：０〜３．０％、Ｆｅ：０〜９．０％を含み、残部がＮｉおよび不純物からなる材料である。不純物とは、ＮｉまたはＮｉ合金を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料その他の要因により混入し、本発明の効果を阻害しない範囲で許容される成分を意味する。
【００４２】
Ｃｒは、耐食性を向上させるので、第一保護層３ａの材料中に含まれていてもよい。その含有量が過剰な場合には、溶接時に割れが発生するので、その上限は４０．０％とする。上記の効果を発揮させるためには、その含有量を５．０％以上とするのが好ましく、１０．０％以上とするのがより好ましい。さらに好ましいのは、１４．０％以上である。また、上限は、３５．０％とするのが好ましく、３０．０％とするのがより好ましく、２５．０％とするのがさらに好ましい。
【００４３】
Ｍｎは、溶接時の湯流れ性を高め溶接欠陥の発生を抑制するので、第一保護層３ａの材料中に含まれていてもよい。その含有量が過剰な場合には、延性およびじん性が低下して割れ易くなるので、その上限は４．０％とする。上記の効果を発揮させるためには、その含有量を０．５％以上とするのが好ましく、１．０％以上とするのがより好ましく、１．５％以上とするのがさらに好ましい。また、上限は、３．５％とするのが好ましく、３．０％とするのがより好ましく、２．５％とするのがさらに好ましい。
【００４４】
Ｔｉは、Ｎｉと金属間化合物を形成して保護層の硬さを高め、耐摩耗性を向上させるので、第一保護層３ａの材料中に含まれていてもよい。その含有量が過剰な場合には、延性およびじん性が低下して割れ易くなるので、その上限は３．０％とする。上記の効果を発揮させるためには、その含有量を０．５％以上とするのが好ましく、１．０％以上とするのがより好ましく、１．５％以上とするのがさらに好ましい。また、上限は、２．５％とするのが好ましく、２．０％とするのがより好ましく、１．５％とするのがさらに好ましい。
【００４５】
Ａｌは、Ｎｉと金属間化合物を形成して保護層の硬さを高め、耐摩耗性を向上させるので、第一保護層３ａの材料中に含まれていてもよい。その含有量が過剰な場合には、延性およびじん性が低下して割れ易くなるので、その上限は３．０％とする。上記の効果を発揮させるためには、その含有量を０．５％以上とするのが好ましく、１．０％以上とするのがより好ましく、１．５％以上とするのがさらに好ましい。また、上限は、２．５％とするのが好ましく、２．０％とするのがより好ましく、１．５％とするのがさらに好ましい。
【００４６】
Ｎｂは、Ｎｉと金属間化合物を形成して保護層の硬さを高め、耐摩耗性を向上させるので、第一保護層３ａの材料中に含まれていてもよい。その含有量が過剰な場合には、延性およびじん性が低下して割れ易くなるので、その上限は３．０％とする。上記の効果を発揮させるためには、その含有量を０．５％以上とするのが好ましく、１．０％以上とするのがより好ましく、１．５％以上とするのがさらに好ましい。また、上限は、２．５％とするのが好ましく、２．０％とするのがより好ましく、１．５％とするのがさらに好ましい。
【００４７】
Ｆｅは、Ｎｉ合金中に固溶することで保護層の強度を向上させ、耐摩耗性を向上させるので、第一保護層３ａの材料中に含まれていてもよい。また、Ｎｂと複合添加した場合には、Ｎｂと金属間化合物を形成して保護層の硬さを高め、耐摩耗性を向上させる。その含有量が過剰な場合には、延性およびじん性が低下して割れ易くなるという問題があるので、その上限は９．０％とする。上記の効果を発揮させるためには、その含有量を０．５％以上とするのが好ましく、１．０％以上とするのがより好ましく、１．５％以上とするのがさらに好ましい。また、上限は、８．５％とするのが好ましく、８．０％とするのがより好ましく、７．５％とするのがさらに好ましい。
【００４８】
第一保護層３ａの厚さ（平均厚さ）は、２．０〜６．０ｍｍとするのが好ましい。２．０ｍｍ未満では、十分な耐摩耗性を維持することが困難となる場合があり、６．０ｍｍを超えると、羽口先端を十分に冷却することが困難となる場合があるからである。
【００４９】
（３）第二保護層
第二保護層３ｂは、第一保護層３ａの表面を覆う肉盛溶接層からなる層である。第二保護層３ｂの材質は、保護層３の外層に位置し、高炉の操業時に、炉内の鉱石やコークスとの衝突に耐えうる耐摩耗性（具体的には、ビッカース硬さで１８０Ｈｖ以上）に優れるとともに、熱伝導率が高い材料（具体的には１０Ｗ／ｍＫ以上）を選択することができる。例えば、Ｎｉに硬質の炭化物を分散させた材料を用いることができる。炭化物としては、ＴｉＣ、ＷＣ、ＮｂＣ、ＶＣなどが例示されるが、中でもＴｉＣが好ましい。これは、ＴｉＣが、硬さが大きく、耐摩耗性の向上に極めて有効な材料だからである。
【００５０】
図３（ｃ）を参照して、第二保護層３ｂの表層は、その最外層に再溶融凝固層３１を備える。再溶融凝固層３１とは、肉盛溶接によって形成した第二保護層３ｂの表面を、再加熱し、溶融させた後、凝固させた層である。その組織状態は、少なくとも、断面観察すれば、肉盛溶接層とは明確に区別することができる。
【００５１】
再溶融凝固層３１の表面において、谷底と、前記谷底に隣接する山頂との高さの最大値が０．２０ｍｍ以下であることが好ましい。ここで、図５を参照して、谷底と、前記谷底に隣接する山頂との高さとは、例えば、図中の符号ｈ１およびｈ２であり、この図に示す例では、最大谷深さは、ｈ１である。この最大谷深さが大きすぎると、応力集中が発生しやすく、高炉操業時に第二保護層３ｂが脱落しやすくなる。この最大谷深さは、０．１５ｍｍ以下が好ましく、０．１０ｍｍ以下がより好ましい。
【００５２】
なお、上記最大谷深さは、第二保護層３ｂの表面から、表面粗さ計、三次元形状測定器などを用いて表面形状を測定することもできるし、第二保護層３ｂ厚さ方向を含む断面を観察して、測定することもできる。
【００５３】
第二保護層３ｂの材料中の炭化物は、均一に分散している状態が好ましい。炭化物の粒径が大きすぎると、均一に分散させることが困難となるので、炭化物の粒径の最大値は、２００μｍ以下とするのが好ましい。また、炭化物の平均粒径は４０〜１００μｍの範囲とするのが好ましい。また、炭化物の体積率が高すぎても均一に分散させることが困難となるので、第二保護層３ｂの材料中の炭化物の体積率の最大値は３０％以下とするのが好ましく、５〜２５％とするのがさらに好ましい。
【００５４】
第二保護層３ｂの厚さは、３．０〜６．０ｍｍとするのが好ましい。３．０ｍｍ未満では、十分な耐摩耗性を維持することが困難となる場合があり、６．０ｍｍを超えると、羽口先端を十分に冷却することが困難となる場合があるからである。
【００５５】
第一保護層３ａの厚さＴａと第二保護層３ｂの厚さＴｂとの和（Ｔａ＋Ｔｂ）は、６．０〜９．０ｍｍとするのが好ましい。６．０ｍｍ未満では、十分な耐摩耗性を確保できないという問題が生じるおそれがあり、９．０ｍｍを超えると、羽口先端を十分に冷却できないという問題が生じるおそれがあるからである。
【００５６】
（４）未溶着部割合
本発明の高炉用羽口１０において、第一保護層３ａを肉盛溶接によって形成すると、第一保護層３ａと第二保護層３ｂとの界面を観察したとき、未溶着部が存在しやすくなる。このため、前記の通り、第二保護層３ｂの形成前に第一保護層３ａの表面を平坦化することが好ましい。そして、第一保護層３ａと第二保護層３ｂとの界面において、未溶着部が存在している長さの全観察長さに対する割合が、１０％以下であることが好ましい。すなわち、図６を参照して、第一保護層３ａと第二保護層３ｂとの界面を観察したとき、未溶着部５が存在している場合には、その長さの合計（＝ｄ１＋ｄ２＋ｄ３）の全観察長さＬに対する割合〔＝１００×（ｄ１＋ｄ２＋ｄ３）／Ｌ〕（％）が、大きすぎると、界面熱抵抗が高くなり、保護層３の表面の十分な冷却ができなくなるおそれがある。よって、この割合は、１０％以下とするのがよい。この割合は、低ければ低いほど好ましく、８％以下、さらには、６％以下であることが好ましい。下限は０％である。
【００５７】
なお、未溶着部割合は、第二保護層３ｂの溶接線の方向に対して垂直な面を切断して得た断面を、光学顕微鏡で５０倍に拡大して観察し、全観察長さを１００ｍｍとして、その全観察長さ１００ｍｍ内に確認された未溶着部の合計長さを測定し、その値を１００で除して、未溶着部割合（％）を計算する。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明によれば、耐熱性および耐摩耗性に優れ、且つ、炉内熱変動に対する耐疲労性に優れる高炉用羽口が得られる。
【符号の説明】
【００５９】
１０  高炉用羽口
１    羽口本体部
１ａ  外表面
１ｂ  先端
２    水路
３    保護層
３ａ  第一保護層
３ｂ  第二保護層
５    未溶着部
３０  疵
３１  再溶融凝固層
４０  加熱装置
【図１】
2020020019.tif 000003
【図２】
2020020019.tif 000004
【図３】
2020020019.tif 000005
【図４】
2020020019.tif 000006
【図５】
2020020019.tif 000007
【図６】
2020020019.tif 000008