(57)【要約】【課題】従来の耐火物よりも曲げ強度を向上させたマグネシア・カーボン質耐火物及びその耐火物の製造方法を提供する。【解決手段】  黒鉛を５質量％以上３０質量％以下で含有したマグネシア・カーボン原料から構成され、内部に炭素繊維束が配置されたマグネシア・カーボン質耐火物であって、炭素繊維束の長さは、１００ｍｍ以上であり、炭素繊維束は、接着剤によって固化されており、炭素繊維束の炭素繊維が束ねられることで形成される端面の幅は、１．０ｍｍ以上２０．０ｍｍ以下であり、厚さは、０．００１ｍｍ以上６．０ｍｍ以下であり、端面の幅は端面の厚さよりも長い。【選択図】図１
2018090475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒鉛を５質量％以上３０質量％以下で含有したマグネシア・カーボン原料から構成され、内部に炭素繊維束が配置されたマグネシア・カーボン質耐火物であって、
前記炭素繊維束の長さは、１００ｍｍ以上であり、
前記炭素繊維束は、接着剤によって固化されており、
前記炭素繊維束の炭素繊維が束ねられることで形成される端面の幅は、１．０ｍｍ以上２０．０ｍｍ以下であり、厚さは、０．００１ｍｍ以上６．０ｍｍ以下であり、前記端面の幅は前記端面の厚さよりも長い、マグネシア・カーボン質耐火物。
【請求項２】
前記炭素繊維束の長さは、１０００ｍｍ以下である、請求項１に記載のマグネシア・カーボン質耐火物。
【請求項３】
前記接着剤は、フェノール樹脂である、請求項１または請求項２に記載のマグネシア・カーボン質耐火物。
【請求項４】
前記接着剤は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミド、アルミナゾル、シリカゾル、ジルコニアゾル、クロミアゾル、チタニアゾル、マグネシアゾル、カルシアゾル、イットリアゾル、ピッチ、タール、でんぷん糊から選定される１種類以上である、請求項１または請求項２に記載のマグネシア・カーボン質耐火物。
【請求項５】
前記炭素繊維束は、前記炭素繊維束の長手方向から見た前記マグネシア・カーボン質耐火物の面積に対する前記端面の炭素繊維の占有面積率が０．１％以上１０．０％以下となるように分散されて配置されている、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のマグネシア・カーボン質耐火物。
【請求項６】
前記炭素繊維束は、前記端面の幅方向が同一方向となるように配置されている、請求項１から請求項５のいずれかの一項に記載のマグネシア・カーボン質耐火物。
【請求項７】
黒鉛を５質量％以上３０質量％以下で含有したマグネシア・カーボン原料から構成され、内部に炭素繊維束が配置されたマグネシア・カーボン質耐火物の製造方法であって、
炭素繊維の束を固化して炭素繊維束にする固化工程と、
前記炭素繊維束をマグネシア・カーボン原料に配置する配置工程と、
前記炭素繊維束が配置されたマグネシア・カーボン原料を成形して成形体にする成形工程と、
前記成形体を乾燥する乾燥工程と、
乾燥された成形体を熱処理する熱処理工程と、
を有し、
前記固化工程では、前記炭素繊維束の長さが１００ｍｍ以上、炭素繊維が束ねられることで形成される端面の幅が１．０ｍｍ以上２０．０ｍｍ以下、及び、厚さが０．００１ｍｍ以上６．０ｍｍ以下であり、前記端面の幅が前記厚さよりも長くなるように前記炭素繊維の束を固化する、マグネシア・カーボン質耐火物の製造方法。
【請求項８】
前記炭素繊維束の長さは、１０００ｍｍ以下である、請求項７に記載のマグネシア・カーボン質耐火物の製造方法。
【請求項９】
前記固化工程において、前記炭素繊維をアセトンに浸漬した後に前記炭素繊維の束をフェノール樹脂で固化する、請求項７または請求項８に記載のマグネシア・カーボン質耐火物の製造方法。
【請求項１０】
前記固化工程において、前記炭素繊維をアセトンに浸漬した後に前記炭素繊維の束をフェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミド、アルミナゾル、シリカゾル、ジルコニアゾル、クロミアゾル、チタニアゾル、マグネシアゾル、カルシアゾル、イットリアゾル、ピッチ、タール、でんぷん糊から選定される１種類以上で固化する、請求項７または請求項８に記載のマグネシア・カーボン質耐火物の製造方法。
【請求項１１】
前記固化工程において、前記炭素繊維をプラズマ処理した後に前記炭素繊維の束をフェノール樹脂で固化する、請求項７または請求項８に記載のマグネシア・カーボン質耐火物の製造方法。
【請求項１２】
前記固化工程において、前記炭素繊維をプラズマ処理した後に浸漬した後に前記炭素繊維の束をフェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミド、アルミナゾル、シリカゾル、ジルコニアゾル、クロミアゾル、チタニアゾル、マグネシアゾル、カルシアゾル、イットリアゾル、ピッチ、タール、でんぷん糊から選定される１種類以上で固化する、請求項７または請求項８に記載のマグネシア・カーボン質耐火物の製造方法。
【請求項１３】
前記配置工程の前に、さらにマグネシア・カーボン原料を混練する混練工程を有する、請求項７から請求項１２の何れか一項に記載のマグネシア・カーボン質耐火物の製造方法。
【請求項１４】
前記配置工程では、前記炭素繊維束の長手方向から見た前記マグネシア・カーボン質耐火物の面積に対する前記端面の炭素繊維の占有面積率が０．１％以上１０．０％以下になるように前記炭素繊維束を分散して配置する、請求項７から請求項１３の何れか一項に記載のマグネシア・カーボン質耐火物の製造方法。
【請求項１５】
前記配置工程では、前記端面の幅方向が同一方向になるように前記炭素繊維束を配置する、請求項７から請求項１４の何れか一項に記載のマグネシア・カーボン質耐火物の製造方法。
【請求項１６】
前記配置工程では、前記端面の幅方向と前記マグネシア・カーボン質耐火物の成形面との角度が４５°以上１３５°以下になるように前記炭素繊維束を配置する、請求項１５に記載のマグネシア・カーボン質耐火物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に炭素繊維束が配置されたマグネシア・カーボン質耐火物及びマグネシア・カーボン質耐火物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネシア・カーボン質耐火物は、転炉耐火物として使用されている。転炉耐火物は、装入物による機械的衝撃、溶鋼及び溶融スラグの撹拌による摩耗、溶融スラグによるスラグ浸食及び転炉操業中の急激な温度変化など、非常に苛酷な条件下で使用される。このため、安定した転炉操業を行うためにも、このような苛酷な条件に耐える強度の高いマグネシア・カーボン質耐火物を転炉耐火物として使用することが好ましい。
【０００３】
耐火物の強度を高める技術として、特許文献１には、棒状または網状の高強度繊維束を合成樹脂などで固化して、高強度繊維束の形状を崩すことなく内部に配置された耐火物が開示されている。この文献には、高強度繊維束の形状を崩すことなく耐火物の内部に配置することで、耐火物の機械的強度及び耐スポール性を高められることが記載されている。また、特許文献２には、耐熱性の接着剤によって、引張り強度の高い繊維からなる一方向の束、撚り紐または織物が、表面の一部または全体に接着された耐火物が開示されている。この文献には、表面の一部または全体に引張り強度の高い繊維からなる一方向の束、撚り紐または織物を耐火物に接着することで、引張り強度が改善され、亀裂発生や破壊が抑制され、これにより耐火物の寿命が向上できることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３２０１９６号公報
【特許文献２】特開２００７−１０６６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示された耐火物に配置された炭素繊維の長さは９０ｍｍ以下であり、過酷な条件に曝される転炉等に用いる耐火物としては強度が不十分である、という課題があった。本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、従来の耐火物よりも曲げ強度を向上させたマグネシア・カーボン質耐火物及び当該耐火物の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を解決するための本発明の特徴は、以下の通りである。
（１）黒鉛を５質量％以上３０質量％以下で含有したマグネシア・カーボン原料から構成され、内部に炭素繊維束が配置されたマグネシア・カーボン質耐火物であって、前記炭素繊維束の長さは、１００ｍｍ以上であり、前記炭素繊維束は、固化されており、前記炭素繊維束の炭素繊維が束ねられることで形成される端面の幅は、１．０ｍｍ以上２０．０ｍｍ以下であり、厚さは、０．００１ｍｍ以上６．０ｍｍ以下であり、前記端面の幅は前記端面の厚さよりも長い、マグネシア・カーボン質耐火物。
（２）前記炭素繊維束の長さは、１０００ｍｍ以下である、（１）に記載のマグネシア・カーボン質耐火物。
（３）前記接着剤は、フェノール樹脂である、（１）または（２）に記載のマグネシア・カーボン質耐火物。
（４）前記接着剤は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミド、アルミナゾル、シリカゾル、ジルコニアゾル、クロミアゾル、チタニアゾル、マグネシアゾル、カルシアゾル、イットリアゾル、ピッチ、タール、でんぷん糊から選定される１種類以上である、（１）または（２）に記載のマグネシア・カーボン質耐火物。
（５）前記炭素繊維束は、前記炭素繊維束の長手方向から見た前記マグネシア・カーボン質耐火物の面積に対する前記端面の炭素繊維の占有面積率が０．１％以上１０．０％以下となるように分散されて配置されている、（１）から（４）のいずれか１つに記載のマグネシア・カーボン質耐火物。
（６）前記炭素繊維束は、前記端面の幅方向が同一方向となるように配置されている、（１）から（５）のいずれかの１つに記載のマグネシア・カーボン質耐火物。
（７）黒鉛を５質量％以上３０質量％以下で含有したマグネシア・カーボン原料から構成され、内部に炭素繊維束が配置されたマグネシア・カーボン質耐火物の製造方法であって、炭素繊維の束を固化して炭素繊維束にする固化工程と、前記炭素繊維束をマグネシア・カーボン原料に配置する配置工程と、前記炭素繊維束が配置されたマグネシア・カーボン原料を成形して成形体にする成形工程と、前記成形体を乾燥する乾燥工程と、乾燥された成形体を熱処理する熱処理工程と、を有し、前記固化工程では、前記炭素繊維束の長さが１００ｍｍ以上、炭素繊維が束ねられることで形成される端面の幅が１．０ｍｍ以上２０．０ｍｍ以下、及び、厚さが０．００１ｍｍ以上６．０ｍｍ以下であり、前記端面の幅が前記厚さよりも長くなるように前記炭素繊維の束を固化する、マグネシア・カーボン質耐火物の製造方法。
（８）前記炭素繊維束の長さは、１０００ｍｍ以下である、（７）に記載のマグネシア・カーボン質耐火物の製造方法。
（９）前記固化工程において、前記炭素繊維をアセトンに浸漬した後に前記炭素繊維の束をフェノール樹脂で固化する、（７）または（８）に記載のマグネシア・カーボン質耐火物の製造方法。
（１０）前記固化工程において、前記炭素繊維をアセトンに浸漬した後に前記炭素繊維の束をフェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミド、アルミナゾル、シリカゾル、ジルコニアゾル、クロミアゾル、チタニアゾル、マグネシアゾル、カルシアゾル、イットリアゾル、ピッチ、タール、でんぷん糊から選定される１種類以上で固化する、（７）または（８）に記載のマグネシア・カーボン質耐火物の製造方法。
（１１）前記固化工程において、前記炭素繊維をプラズマ処理した後に前記炭素繊維の束をフェノール樹脂で固化する、（７）または（８）に記載のマグネシア・カーボン質耐火物の製造方法。
（１２）前記固化工程において、前記炭素繊維をプラズマ処理した後に浸漬した後に前記炭素繊維の束をフェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミド、アルミナゾル、シリカゾル、ジルコニアゾル、クロミアゾル、チタニアゾル、マグネシアゾル、カルシアゾル、イットリアゾル、ピッチ、タール、でんぷん糊から選定される１種類以上で固化する、（７）または（８）に記載のマグネシア・カーボン質耐火物の製造方法。
（１３）前記配置工程の前に、さらにマグネシア・カーボン原料を混練する混練工程を有する、（７）から（１２）の何れか１つに記載のマグネシア・カーボン質耐火物の製造方法。
（１４）前記配置工程では、前記炭素繊維束の長手方向から見た前記マグネシア・カーボン質耐火物の面積に対する前記端面の炭素繊維の占有面積率が０．１％以上１０．０％以下になるように前記炭素繊維束を分散して配置する、（７）から（１３）の何れか１つに記載のマグネシア・カーボン質耐火物の製造方法。
（１５）前記配置工程では、前記端面の幅方向が同一方向になるように前記炭素繊維束を配置する、（７）から（１４）の何れか１つに記載のマグネシア・カーボン質耐火物の製造方法。
（１６）前記配置工程では、前記端面の幅方向と前記マグネシア・カーボン質耐火物の成形面との角度が４５°以上１３５°以下になるように前記炭素繊維束を配置する、（１５）に記載のマグネシア・カーボン質耐火物の製造方法。
【発明の効果】
【０００７】
１００ｍｍ以上の長さを有する炭素繊維束を内部に配置することによって、従来よりも曲げ強度の高いマグネシア・カーボン質耐火物になる。このように高い曲げ強度のマグネシア・カーボン質耐火物を転炉耐火物として使用することで、安定した転炉操業が実現でき、また、マグネシア・カーボン質耐火物の寿命を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係るマグネシア・カーボン質耐火物１０の一例を示す斜視図と側面図である。
【図２】炭素繊維束１４の斜視図である。
【図３】マグネシア・カーボン質耐火物１０を転炉耐火物として使用した一例を示す概略斜視図である。
【図４】マグネシア・カーボン質耐火物１０の別例であるマグネシア・カーボン質耐火物３０を示す斜視図と側面図である。
【図５】マグネシア・カーボン質耐火物１０の別例であるマグネシア・カーボン質耐火物４０を示す斜視図と側面図である。
【図６】炭素繊維束１４の別例である炭素繊維束５０の斜視図である。
【図７】本実施形態に係るマグネシア・カーボン質耐火物１０の製造フローの一例を示す図である。
【図８】長手方向の長さに対する比率が１００％を超える炭素繊維束の配置の例を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、発明の実施形態を通じて本発明を説明する。図１は、本実施形態に係るマグネシア・カーボン質耐火物１０の一例を示す斜視図と側面図である。図１（ａ）は、マグネシア・カーボン質耐火物１０の斜視図であり、図１（ｂ）は、マグネシア・カーボン質耐火物１０の側面図である。本実施形態に係るマグネシア・カーボン質耐火物１０には、黒鉛を５質量％以上３０質量％以下で含有するマグネシア・カーボン原料１２の内部に、複数の炭素繊維束１４が長手方向に沿って配置されている。これにより、マグネシア・カーボン質耐火物１０の曲げ強度を向上させている。
【００１０】
図２は、炭素繊維束１４の斜視図である。炭素繊維束１４は、複数の炭素繊維が束ねられ、固化されることで形成される。本実施形態において、固化されるとは、炭素繊維を一体の束として取扱うことができ、マグネシア・カーボン耐火物中へ施工する際に炭素繊維が解れたり、端部が広がったりすることがない状態にされることを意味する。以後の説明では、炭素繊維を固化することを「炭素繊維を束ねる」と記載する場合があり、また、炭素繊維の束を固化する固化工程を「炭素繊維の束を束ねる工程」と記載する場合がある。
【００１１】
炭素繊維束１４の長さＬ１は、１００ｍｍ以上であって、炭素繊維束１４を配置したマグネシア・カーボン質耐火物１０における炭素繊維束１４の長手方向に沿った長さ以下にしている。なお、一般的な耐火物の長手方向の長さは１０００ｍｍ以下であることから、炭素繊維束１４の長さの上限を１０００ｍｍ以下としてもよい。炭素繊維束１４の長さを１０００ｍｍ以下にすると、炭素繊維束をマグネシア・カーボン質耐火物に施工する工程で炭素繊維束を取り扱う際に炭素繊維束を曲げることなく配置できるので、束ねた炭素繊維がはがれたり、折れたりするおそれがない。
【００１２】
このように、マグネシア・カーボン質耐火物１０には、長さが１００ｍｍ以上の炭素繊維束１４が内部に配置されている。炭素繊維は、発生応力に起因して生じた耐火物の亀裂の進展を抑制するので、炭素繊維の亀裂進展抑制効果によって、マグネシア・カーボン質耐火物１０の曲げ強度は向上する。一方、炭素繊維束１４の長さＬ１が１００ｍｍより短い場合、炭素繊維長が短く、炭素繊維による耐火物の亀裂進展抑制効果が小さくなり、マグネシア・カーボン質耐火物の曲げ強度の向上効果が小さくなる。
【００１３】
また、炭素繊維束１４は、１本あたりの径が１〜４５μｍの炭素繊維が１０００〜３０００００本束ねられ、炭素繊維が束ねられることで形成される端面の幅Ｌ２を１．０ｍｍ以上２０．０ｍｍ以下、厚さＬ３を０．００１ｍｍ以上６．０ｍｍ以下であって、Ｌ２の長さをＬ３よりも長くしている。なお、厚さＬ３を０．０１ｍｍ以上６．０ｍｍ以下としてもよい。このように、炭素繊維束１４の端面を、厚さＬ３よりも幅Ｌ２の方が長い扁平形状にすることで、炭素繊維束１４に曲げ強度の異方性を付与できる。そして、このように曲げ強度の異方性が付与された炭素繊維束１４の向きを揃えて耐火物の内部に配置することで、マグネシア・カーボン質耐火物１０も、曲げ強度の異方性を有するようになる。
【００１４】
さらに、繊維径が１〜４５μｍの範囲内の炭素繊維を１０００〜３０００００本の範囲内で束ねることで、炭素繊維束１４は、発生応力に起因する耐火物の亀裂の進展を抑制でき、これにより、マグネシア・カーボン質耐火物１０の曲げ強度は向上する。一方、炭素繊維の径が１μｍ未満、または、束ねる炭素繊維の本数が１０００本未満である場合には、炭素繊維束１４が細くなり過ぎ、発生応力に耐えられず耐火物の亀裂が進展してしまう場合があるので、マグネシア・カーボン質耐火物１０の曲げ強度向上効果が小さくなる。また、炭素繊維の径が４５μｍ超え、または、束ねる炭素繊維の本数が３０００００本を超える場合には、炭素繊維束１４が太くなり過ぎ、炭素繊維束とマグネシア・カーボン原料１２との絡みが悪化し、成形時にラミネーションが発生しやすくなり成形性が悪化する。
【００１５】
本実施形態に係るマグネシア・カーボン質耐火物１０には、マグネシア・カーボン質耐火物１０の端面の面積に対する炭素繊維束１４の炭素繊維を束ねることによって形成される面の炭素繊維の占有面積率が０．１％以上１０．０％以下になるように、炭素繊維束１４が分散されて配置されている。これにより、マグネシア・カーボン原料１２と炭素繊維束１４との接触面積が増加し、マグネシア・カーボン原料１２と炭素繊維束１４の密着性が向上し、マグネシア・カーボン質耐火物１０の曲げ強度が向上する。一方、当該占有面積率を０．１％未満とした場合には、炭素繊維束１４が少なくなり過ぎ、マグネシア・カーボン質耐火物１０の曲げ強度の向上効果が小さくなる。また、占有面積率を１０．０％よりも大きくした場合には、炭素繊維束１４が多くなり過ぎ、マグネシア・カーボン質耐火物１０の成形性が悪化する。
【００１６】
また、本実施形態に係るマグネシア・カーボン質耐火物１０は、図１に示すように炭素繊維束１４の端面の長手方向である幅方向の向きが同一方向に揃えられ、成形面１６との角度θ１が９０°になるように配置されている。なお、図１（ｂ）において、点線１８は、成形面１６に平行な線を示す。成形面との角度θ１は、施工上の精度から９０°±４５°の範囲としてよい。
【００１７】
このように、炭素繊維束１４の端面の幅方向と成形面１６との角度θ１が９０°になるように、炭素繊維束１４の端面の幅方向の向きを同一方向に揃えて配置することで、成形のプレス時に炭素繊維束１４の周囲にマグネシア・カーボン原料１２が入りこみやすくなり、マグネシア・カーボン質耐火物１０の成形性が向上する。さらに、幅方向の向きを同一方向に揃えて配置することで、マグネシア・カーボン質耐火物１０も曲げ強度の異方性を有するようになり、幅方向と成形面１６との角度θ１が９０°になるように炭素繊維束１４を配置することで、成形面１６に平行となる方向の曲げ強度に対して成形面１６に垂直となる方向の曲げ強度を高めることができる。
【００１８】
図３は、マグネシア・カーボン質耐火物１０を転炉耐火物として使用した一例を示す概略斜視図である。図３に示すように、転炉にマグネシア・カーボン質耐火物１０が用いられた場合、マグネシア・カーボン質耐火物１０は、成形面１６と転炉の円周方向（図３中、矢印２８）とが垂直となるように設置される。この場合において、マグネシア・カーボン質耐火物１０は、転炉操業中の急激な温度変化により膨張と収縮を繰り返し、これにより円周方向、すなわち、成形面１６に垂直となる方向に応力が生じる。
【００１９】
上述したように、本実施形態に係るマグネシア・カーボン質耐火物１０は、曲げ強度の異方性を有し、成形面１６に平行となる方向の曲げ強度に対して成形面１６に垂直となる方向の曲げ強度が高い。このため、マグネシア・カーボン質耐火物１０の成形面１６を、転炉において応力が発生する円周方向に向けて配置することで、転炉で発生する応力に対して高い曲げ強度を発現できるマグネシア・カーボン質耐火物１０になる。このように、曲げ強度の異方性を有する本実施形態に係るマグネシア・カーボン質耐火物１０を、曲げ強度の高い方向を転炉において応力が発生する方向に向けて配置することで、マグネシア・カーボン質耐火物１０の耐用性を向上できる。
【００２０】
図４は、マグネシア・カーボン質耐火物１０の別例であるマグネシア・カーボン質耐火物３０の（ａ）斜視図と（ｂ）側面図である。マグネシア・カーボン質耐火物３０は、炭素繊維束１４の幅方向と成形面１６との角度θ２が４５°になるように配置されている。このように、成形面１６に対する角度θ２が４５°になるように、炭素繊維束１４をマグネシア・カーボン質耐火物３０に配置してもよい。
【００２１】
図５は、マグネシア・カーボン質耐火物１０の別例であるマグネシア・カーボン質耐火物４０の（ａ）斜視図と（ｂ）側面図である。マグネシア・カーボン質耐火物４０は、炭素繊維束１４の幅方向と成形面１６との角度θ３が１３５°になるように配置されている。このように、成形面１６に対する角度θ３が１３５°になるように、炭素繊維束１４をマグネシア・カーボン質耐火物４０に配置してもよい。
【００２２】
本実施形態に係るマグネシア・カーボン質耐火物３０、４０では、炭素繊維束１４の幅方向と成形面１６との角度が４５°以上１３５°以下になるように配置される。このように、端面の幅方向と成形面１６との角度が４５°以上１３５°以下になるように、炭素繊維束１４の端面の幅方向の向きを同一方向に揃えて配置することで、成形のプレス時に炭素繊維束１４の周囲にマグネシア・カーボン原料１２が入りこみやすくなり、マグネシア・カーボン質耐火物３０、４０の成形性が向上する。さらに、幅方向の向きを同一方向に揃えて配置することで、マグネシア・カーボン質耐火物３０、４０も曲げ強度の異方性を有するようになり、成形面１６に平行となる方向の曲げ強度に対して成形面１６に垂直となる方向の曲げ強度を高めることができる。これにより、転炉で発生する応力に対する耐用性が向上し、寿命を延長できるとともに、安定した転炉操業にも寄与できる。
【００２３】
図６は、炭素繊維束１４の別例である炭素繊維束５０の斜視図である。図６に示すように、炭素繊維束５０の端面は楕円となっている。このように、炭素繊維が束ねられることによって形成される端面は楕円であってもよく、この場合においても炭素繊維束の長さＬ１を１００ｍｍ以上、幅Ｌ２を１．０ｍｍ以上２０．０ｍｍ以下、厚さＬ３を０．００１ｍｍ以上６．０ｍｍ以下であって、Ｌ２の長さをＬ３よりも長くしている。なお、厚さＬ３を０．０１ｍｍ以上６．０ｍｍ以下としてもよい。このような炭素繊維束５０を用いても、炭素繊維束１４同様に、マグネシア・カーボン質耐火物の曲げ強度を向上できる。
【００２４】
図７は、本実施形態に係るマグネシア・カーボン質耐火物１０の製造フローの一例を示す図である。図７を用いてマグネシア・カーボン質耐火物１０の製造方法を説明する。マグネシア・カーボン質耐火物１０は、マグネシア・カーボン原料の混練工程と、炭素繊維を束ねる工程と、炭素繊維束の配置工程と、成形工程と、乾燥工程と、熱処理工程によって製造される。
【００２５】
炭素繊維を束ねる工程（Ｓ１０１）では、まず、市販の炭素繊維から、長さが１００ｍｍ以上になるように炭素繊維を切り出す。市販の炭素繊維には、フィラメント状、トウ状、クロス状等種々の形状の炭素繊維の集合体であるがいずれも適宜使用できる。切り出した炭素繊維は細い繊維の集合体なので、これを水、あるいはアセトン、各種アルコール等の有機溶剤へ浸漬して解繊し炭素繊維をほぐす。ほぐした炭素繊維を束にしてフェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミド、アルミナゾル、シリカゾル、ジルコニアゾル、クロミアゾル、チタニアゾル、マグネシアゾル、カルシアゾル、イットリアゾル、ピッチ、タール、でんぷん糊から選定される１種類以上の接着剤で束ねる固化する。この解繊処理ではアセトンに浸漬して解繊することがより好ましい。炭素繊維をアセトンに浸漬することで、その後のフェノール樹脂等から選定される１種類以上の接着剤で束ねる際に、これらの接着剤を炭素繊維内部まで浸透させることができる。これにより、フェノール樹脂等から選定される１種類以上の接着剤で束ねた炭素繊維束の曲げ強度がより向上する。
【００２６】
解繊された炭素繊維は、その後、プラズマ処理される。プラズマ処理として、例えば、プロセスガスとして酸素を１００ｃｃ／ｍｉｎ流しながら５秒間、炭素繊維をプラズマ処理する。このように、炭素繊維をプラズマ処理することで、炭素繊維の表面が改質され、炭素繊維表面の濡れ性が改善される。これにより、炭素繊維束とマグネシア・カーボン原料との密着性を向上させることができ、マグネシア・カーボン質耐火物の曲げ強度の向上効果が大きくなる。一方、炭素繊維をプラズマ処理しない場合には、炭素繊維表面の濡れ性が改善されず、マグネシア・カーボン原料との密着性を向上できず、マグネシア・カーボン質耐火物の曲げ強度の向上効果が小さくなる。
【００２７】
炭素繊維をプラズマ処理した後、例えば、１０００〜３０００００本の範囲内の本数の炭素繊維を炭素繊維束の端面の幅が１．０ｍｍ以上２０．０ｍｍ以下、及び、厚さが０．００１ｍｍ以上６．０ｍｍ以下であって、幅の長さを厚さよりも長くなるように束ねてフェノール樹脂等から選定される１種類以上の接着剤で束ねる。このように、炭素繊維の束をこれらの接着剤で束ねることで、炭素繊維間の密着性は向上し、炭素繊維束の曲げ強度を向上できる。さらに、炭素繊維を一体の束として取扱うことができるので、マグネシア・カーボン耐火物中へ施工する際に、炭素繊維が解けたり、端部が広がったりすることなく、容易に取り扱うことができ、マグネシア・カーボン耐火物の中に施工することが容易になる。
【００２８】
マグネシア・カーボン耐火物の中に炭素繊維束が配置されることで、耐火物に応力が掛かった際に当該応力に炭素繊維が抵抗し、マグネシア・カーボン耐火物の曲げ強度が向上する。このため、炭素繊維束は、耐火物の製造時に耐火物中へ配置する作業が容易にできる程度に束ねられていれば、マグネシア・カーボン質耐火物の曲げ強度の向上効果が得られる。
【００２９】
炭素繊維を束ねる工程と平行して、マグネシア・カーボン原料の混練工程（Ｓ１０２）が実施される。マグネシア・カーボン原料の混練工程では、粒度ごとに所定の割合になるように調整された酸化マグネシウムに、マグネシア・カーボン原料の質量に対して５質量％以上３０質量％以下となる量の黒鉛を添加する。さらに、金属Ｓｉ粉末と、硬化剤と、バインダーとを所定量添加した後、混練装置を用いて混練する。
【００３０】
炭素繊維束の配置工程（Ｓ１０３）では、耐火物の金型内への混練されたマグネシア・カーボン原料の充填と炭素繊維束の配置とを交互に繰り返し、マグネシア・カーボン質耐火物の高さ方向に炭素繊維束を分散して配置する。マグネシア・カーボン原料は、耐火物の金型容積に対して５〜２０容積％ずつ充填される。
【００３１】
このように、マグネシア・カーボン原料の充填と、炭素繊維束の配置とを交互に繰り返し、高さ方向に炭素繊維を分散させて配置することで、マグネシア・カーボン原料と炭素繊維束との接触面積を増やすことができ、これにより、マグネシア・カーボン質耐火物の曲げ強度の向上効果が大きくなる。一方、炭素繊維束を高さ方向に分散させず、単層に配置する場合には、マグネシア・カーボン原料と炭素繊維束との接触面積を増やすことができず、マグネシア・カーボン質耐火物の曲げ強度の向上効果が小さくなる。
【００３２】
また、炭素繊維束は、マグネシア・カーボン質耐火物の幅方向に３〜３０ｍｍの間隔で並べて配置される。これにより、炭素繊維束は、炭素繊維束の長手方向から見たマグネシア・カーボン質耐火物の面積に対する炭素繊維束の端面の炭素繊維の占有面積率が０．１％以上１０．０％以下になるように、炭素繊維束が分散させて配置できる。このように、炭素繊維束の端面の炭素繊維の占有面積率が０．１％以上１０．０％以下になるように炭素繊維束を分散させて配置することで、マグネシア・カーボン質耐火物の成形性を維持しながら、マグネシア・カーボン質耐火物の曲げ強度を向上できる。
【００３３】
一方、炭素繊維束の端面の占有面積率を０．１％未満にすると、炭素繊維束の数が少なくなり、マグネシア・カーボン質耐火物の曲げ強度向上効果が小さくなる。また、炭素繊維束の端面の占有面積率が１０．０％よりも大きくなると、炭素繊維束の間隔が狭くなりすぎ、成形時にラミネーションが発生しやすくなり成形性が悪化する。
【００３４】
炭素繊維束の配置工程では、炭素繊維束を炭素繊維束の長手方向である幅方向が同一方向になるように、かつ、幅方向と成形面との角度が４５°以上１３５°以下になるように配置する。このように、炭素繊維束を幅方向と成形面１６との角度が４５°以上１３５°以下になるように一方向に揃えて配置することで、成形のプレス時にマグネシア・カーボン原料が炭素繊維束の周囲に入りこみやすくなり、マグネシア・カーボン質耐火物の成形性が向上する。一方、幅方向と成形面１６との角度を４５°未満または１３５°より大きくする、または、幅方向を一方向に揃えて配置しない場合には、成形のプレス時に炭素繊維束の周囲にマグネシア・カーボン原料が入りこみづらくなり、成形時にラミネーションが発生しやすくなり成形性が悪化する。
【００３５】
成形工程（Ｓ１０４）では、成形面に垂直となる方向からプレスし、耐火物の金型内に充填したマグネシア・カーボン原料に金型の内部形状を転写させ、マグネシア・カーボン原料を成形する。その後、成形されたマグネシア・カーボン原料の成形体を金型から取り出す。
【００３６】
成形体は、乾燥工程（Ｓ１０５）において２３０℃で１８時間乾燥される。次いで、熱処理工程（Ｓ１０６）において１４００℃で３時間熱処理され、炭素繊維束が内部に配置されたマグネシア・カーボン質耐火物が製造される。このように製造されたマグネシア・カーボン質耐火物は、従来よりも曲げ強度の高いマグネシア・カーボン質耐火物になる。
【実施例】
【００３７】
次に、表１に示す各原料が配合されたマグネシア・カーボン原料と、図２に示した炭素繊維束を用いて、長手方向の長さが８００ｍｍ、幅が３００ｍｍ、高さが９０ｍｍとなるように成形して製造されたマグネシア・カーボン質耐火物の実施例を説明する。なお、表１において、金属Ｓｉ粉、ヘキサミン、フェノールレジンの含有量は、他の原料の含有量の合計を１００とした含有量（外掛け）である。
【００３８】
【表１】
2018090475.tif 000003
【００３９】
まず、マグネシア・カーボン質耐火物の曲げ強度に及ぼす炭素繊維束の長手方向の長さの影響について確認した結果を説明する。表２は、実施例１−１〜１−１０及び比較例１−１のマグネシア・カーボン質耐火物の製造条件及び曲げ強度を示す。
【００４０】
【表２】
2018090475.tif 000004
【００４１】
表２において、「炭素繊維形状」の欄における「長手方向の長さに対する比率」は、マグネシア・カーボン質耐火物の長手方向の長さに対する炭素繊維束の長さの比率（％）を示し、「長さ」は、炭素繊維束の長さ（ｍｍ）を示す。また、「径」は、炭素繊維の径（μｍ）を示し、「束ねた本数」は、炭素繊維束を構成する炭素繊維の本数を示し、「繊維の幅」は、炭素繊維束の端面の幅（ｍｍ）を示し、「繊維の厚さ」は、炭素繊維束の端面の厚さ（ｍｍ）を示す。
【００４２】
図８は、長手方向の長さに対する比率が１００％を超える炭素繊維束の配置の例を示す上面図である。表２において、長手方向の長さに対する比率が１００％を超える炭素繊維束を用いる場合には、図８に示すように炭素繊維束１４を折り曲げてマグネシア・カーボン原料１２に配置した。
【００４３】
「事前処理」の欄における「アセトン浸漬処理」は、布状の炭素繊維をアセトンに１分間浸漬して布状の炭素繊維をほぐす処理を実施したか否かを示す。「プラズマ処理」は、プロセスガスとして酸素を１００ｃｃ／ｍｉｎ流しながら、５秒間のプラズマ処理を炭素繊維に実施したか否かを示す。「接着剤で束ねる処理」は、接着剤により炭素繊維を束ねたか否かを示す。
【００４４】
「炭素繊維束配置方法」の欄における「金型容積に対する１回の充填量」は、１回で金型内に充填するマグネシア・カーボン原料の金型容積に対する充填容積（容積％）を示す。「成形面に対する角度」は、炭素繊維束の幅方向と、マグネシア・カーボン質耐火物の成形面とがなす角度（°）を示す。「炭素繊維束の間隔」は、炭素繊維束をマグネシア・カーボン質耐火物の幅方向に並べて配置する場合における炭素繊維束の間隔（ｍｍ）を示す。「炭素繊維端面の占有面積率」は、炭素繊維束の長手方向から見たマグネシア・カーボン質耐火物の面積Ｓ（ｍ２）に対する炭素繊維束の端面にある炭素繊維の占有面積の割合（％）を示し、以下の式で表す。
【００４５】
【数１】
2018090475.tif 000005
【００４６】
「原料充填と繊維配置の繰り返し」は、金型の原料充填と炭素繊維束の配置を交互に繰り返し実施したか否かを示し、繰り返し実施していない場合とは、金型にマグネシア・カーボン原料を充填し、その上に全ての炭素繊維束を配置したことを示す。また、「配置するタイミング」とは、マグネシア・カーボン原料を混練した後に炭素繊維束を配置するか、マグネシア・カーボン原料を混練する前に炭素繊維束を配置し、その後、炭素繊維束とともにマグネシア・カーボン原料を混練したかの別を示す。
「曲げ強度」は、熱処理工程まで実施されたマグネシア・カーボン質耐火物の曲げ強度を示す。なお、曲げ強度の測定は、マグネシア・カーボン質耐火物の成形面から荷重をかけて測定した曲げ強度の値である。
【００４７】
表２に示すように、炭素繊維束の長手方向の長さをマグネシア・カーボン質耐火物の長手方向の長さに対して５．０〜４００．０％の長さになるように布状の炭素繊維から切り出し、図７に示した製造フローに従ってマグネシア・カーボン質耐火物を製造した。なお、本実施例において、布状の炭素繊維として東レ株式会社製のトレカ（登録商標）品番ＣＫ６２６１Ｃを用いた。
【００４８】
実施例１−１〜１−１０は、炭素繊維束の長手方向の長さがマグネシア・カーボン質耐火物の長手方向の長さに対する比率で１０．０％以上４００．０％以下であり、その長さが１００ｍｍ以上３２００ｍｍ以下である炭素繊維束が配置されたマグネシア・カーボン耐火物である。表２に示すように、実施例１−１〜１−１０のマグネシア・カーボン質耐火物の曲げ強度は、長さが４０ｍｍである炭素繊維束が配置された比較例１−１のマグネシア・カーボン質耐火物の曲げ強度よりも高くなった。実施例１−１〜１−１０においては、炭素繊維束の長さが１００ｍｍ以上であるので、当該炭素繊維束による耐火物の亀裂進展抑制効果が発現し、これにより、耐火物の曲げ強度が向上したと考えられる。一方、比較例１−１においては、炭素繊維束の長さが１００ｍｍより短いので、当該炭素繊維束による耐火物の亀裂進展特性効果が発現せず、このため、耐火物の曲げ強度が向上しなかったと考えられる。
【００４９】
次に、炭素繊維径と束ねる炭素繊維の本数が、マグネシア・カーボン質耐火物の曲げ強度に及ぼす影響について確認した結果を説明する。表３は、実施例１−２、実施例２−１〜２−４及び比較例２−１のマグネシア・カーボン質耐火物の製造条件及び曲げ強度を示す。
【００５０】
【表３】
2018090475.tif 000006
【００５１】
表３に示すように、炭素繊維径が１μｍ／本、７μｍ／本、２３μｍ／本、４５μｍ／本または５０μｍ／本である炭素繊維を１０００、１００００、１２０００、３００００、５００００、３０００００または４０００００本束ねた炭素繊維束を用いて、図７に示した製造フローに従って、マグネシア・カーボン質耐火物の製造を試みた。
【００５２】
実施例１−２、２−２〜２−６は、炭素繊維径が１〜４５μｍ／本である炭素繊維を１００００〜３０００００本束ねた炭素繊維束が配置されたマグネシア・カーボン耐火物である。表３に示すように、実施例１−２、２−２〜２−６のマグネシア・カーボン質耐火物の曲げ強度は、炭素繊維径が１μｍであって、炭素繊維を１０００本束ねた炭素繊維束を配置した実施例２−１のマグネシア・カーボン質耐火物の曲げ強度よりも高くなった。また、実施例２−１のマグネシア・カーボン質耐火物は、実施例２−２〜２−４のマグネシア・カーボン質耐火物よりも曲げ強度が低かったが、表２における比較例１−１のマグネシア・カーボン質耐火物の曲げ強度よりも高くなった。
【００５３】
一方、炭素繊維径が５０μｍ／本である炭素繊維を４０００００本束ねた炭素繊維束を用いた比較例２−１の場合、成形の際にラミネーションが発生し、耐火物から炭素繊維束がはみ出して成形が困難であった。これは、炭素繊維束が太すぎて炭素繊維束とマグネシア・カーボン原料との絡みが悪いこと、及び、成形の際に炭素繊維束がスプリングバックすることが原因であると考えられる。これらのことから、亀裂進展抑制効果を発現させ、耐火物を成形可能にするためには、繊維径が１〜４５μｍ／本であって、炭素繊維の本数を１０００本以上３０００００本以下として、炭素繊維束の端面の幅を１．０ｍｍ以上２０．０ｍｍ以下にし、厚さを０．００１ｍｍ以上６．０ｍｍ以下にすることが必要であることがわかった。
【００５４】
次に、炭素繊維の事前処理の有無が、マグネシア・カーボン質耐火物の曲げ強度に及ぼす影響について確認した結果を説明する。表４は、実施例１−２、実施例３−１〜３−１１及び比較例３−１のマグネシア・カーボン質耐火物の製造条件及び曲げ強度を示す。
【００５５】
【表４】
2018090475.tif 000007
【００５６】
表４に示すように、実施例３−１〜３−１１は、炭素繊維束の長さが１４４ｍｍ、炭素繊維径７μｍ／本である炭素繊維を１２０００本束ね、アセトン浸漬処理、プラズマ処理及び接着剤（フェノール樹脂、アルミナゾル、ピッチ、でんぷん糊）で炭素繊維を束ねる処理の実施・非実施を変えて束ねられた炭素繊維束が配置されたマグネシア・カーボン耐火物である。
【００５７】
アセトン浸漬処理のみ実施しない実施例３−４、プラズマ処理のみ実施しない実施例３−５、接着剤で束ねる処理のみ実施しない実施例３−６のマグネシア・カーボン耐火物の曲げ強度は、アセトン浸漬処理、プラズマ処理及び接着剤（フェノール樹脂、アルミナゾル、ピッチ、でんぷん糊）で束ねる処理を実施した実施例１−２、実施例３−１〜３−３のマグネシア・カーボン耐火物の曲げ強度よりも低かったが、これら処理をいずれも実施していない実施例３−１１のマグネシア・カーボン耐火物の曲げ強度よりも曲げ強度が高くなった。また、接着剤（フェノール樹脂、アルミナゾル、ピッチ、でんぷん糊）で束ねる処理のみを実施した実施例３−７〜３−１０の耐火物の曲げ強度は、実施例１−２の耐火物の曲げ強度よりも低かったが、これら処理をいずれも実施していない実施例３−１１よりも曲げ強度が高くなった。
【００５８】
また、アセトン浸漬処理、プラズマ処理および炭素繊維を束ねる処理の全てを実施した実施例１―２、実施例３−１〜３−３のマグネシア・カーボン耐火物は、接着剤をフェノール樹脂、アルミナゾル、ピッチ、でんぷん糊に変えた例である。炭素繊維を束ねる接着剤をフェノール樹脂、アルミナゾル、ピッチ、でんぷん糊に変えた場合であっても耐火物の曲げ強度は、ほとんど同じであった。このため、上記接着剤に類するエポキシ樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミド、シリカゾル、ジルコニアゾル、クロミアゾル、チタニアゾル、マグネシアゾル、カルシアゾル、イットリアゾル、タールを用いたとしても同等の耐火物の曲げ強度が期待できる。
【００５９】
実施例３−１１は、アセトン浸漬処理、プラズマ処理及びフェノール樹脂で束ねる処理を実施していない炭素繊維束を配置したマグネシア・カーボン質耐火物であるが、同じようにアセトン浸漬処理、プラズマ処理及びフェノール樹脂で束ねる処理を実施していなく、炭素繊維束の長さが７２ｍｍである比較例３−１の耐火物の曲げ強度よりも高くなった。これらの結果から、炭素繊維の事前処理として、アセトン浸漬処理、プラズマ処理及びフェノール樹脂で束ねる処理の１つ以上を実施することが好ましく、全てを実施することがより好ましく、これら処理を実施した炭素繊維束をマグネシア・カーボン質耐火物に配置することで当該耐火物の曲げ強度をより向上できる。
【００６０】
次に、マグネシア・カーボン原料の充填量、及び、マグネシア・カーボン質耐火物の成形面と炭素繊維束の幅方向のとの角度がマグネシア・カーボン質耐火物の曲げ強度に及ぼす影響について確認した結果を説明する。表５は、実施例１−２、実施例４−１〜４−４のマグネシア・カーボン質耐火物の製造条件及び曲げ強度を示す。
【００６１】
【表５】
2018090475.tif 000008
【００６２】
表５に示すように、実施例４−１は、マグネシア・カーボン原料の１回の充填量を金型容積に対して５容積％にして、炭素繊維の占有面積率が９％になるように製造されたマグネシア・カーボン質耐火物である。実施例１−２は、マグネシア・カーボン原料の１回の充填量を金型容積に対して１０容積％にして、端面における炭素繊維の占有面積率が６％になるように製造されたマグネシア・カーボン質耐火物である。実施例４−２は、マグネシア・カーボン原料の１回の充填量を金型容積に対して２０容積％にして、端面における炭素繊維の占有面積率が１％になるように製造されたマグネシア・カーボン質耐火物である。
【００６３】
実施例１−２及び実施例４−１から、金型への１回の充填量を１０容積％から５容積％に減らして、端面における炭素繊維の面積占有率を６％から９％にしてもマグネシア・カーボン質耐火物の高い曲げ強度は維持された。また、実施例１−２及び実施例４−２から、金型への１回の充填量を１０容積％から２０容積％に増やして、端面における炭素繊維の面積占有率を６％から１％にしてもマグネシア・カーボン質耐火物の高い曲げ強度は維持された。
【００６４】
実施例４−３は、炭素繊維束の幅方向と成形面との角度を４５°の同一方向に揃えて、炭素繊維束を配置したマグネシア・カーボン質耐火物である。また、実施例４−４は、炭素繊維束の幅方向と成形面との角度を０°の同一方向に揃えて、炭素繊維束を配置したマグネシア・カーボン質耐火物である。
【００６５】
実施例４−３の耐火物の曲げ強度は、角度を９０°にした実施例１−２の耐火物の曲げ強度よりも僅かに低下したものの高いまま維持された。一方、実施例４−４の耐火物の曲げ強度は、角度を９０°にした実施例１−２の耐火物の曲げ強度よりも低下した。このことから、マグネシア・カーボン質耐火物の成形面と炭素繊維束の幅方向との角度を４５°以上９０°以下にすることが好ましいことがわかる。なお、マグネシア・カーボン質耐火物の成形面と炭素繊維束の幅方向との角度を４５°にすることと、マグネシア・カーボン質耐火物の成形面と炭素繊維束の幅方向との角度を１３５°にすることは同じ効果が見込めることから、マグネシア・カーボン質耐火物の成形面と炭素繊維束の幅方向との角度は、４５°以上１３５°以下が好ましいといえる。
【００６６】
次に、炭素繊維束の占有面積、及び、マグネシア・カーボン原料の充填と炭素繊維束の配置を繰り返して、炭素繊維束を高さ方向に分散配置させることのマグネシア・カーボン質耐火物の曲げ強度に及ぼす影響について確認した結果を説明する。表６は、実施例５−１〜５−４及び比較例５−１のマグネシア・カーボン質耐火物の製造条件及び曲げ強度を示す。
【００６７】
【表６】
2018090475.tif 000009
【００６８】
実施例５−１〜５−４及び比較例５−１は、炭素繊維束を耐火物の金型の幅方向に１ｍｍ、３ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍの間隔で並べて配置して、炭素繊維の面積占有率が０．１％から１５．０％になるように製造されたマグネシア・カーボン質耐火物である。実施例５−１〜５−２に示すように、炭素繊維束を３〜３０ｍｍ間隔で並べ、炭素繊維の面積占有率を０．５〜５．０％にすることで高い曲げ強度を有するマグネシア・カーボン質耐火物が製造できた。一方、実施例５−３に示すように、炭素繊維束を４０ｍｍ間隔で並べ、炭素繊維の面積占有率を０．４％にした耐火物の曲げ強度は、炭素繊維束を３０ｍｍ間隔で並べ、炭素繊維の面積占有率を０．５％にした耐火物の曲げ強度よりも若干低下した。これは、炭素繊維束の長手方向から見たマグネシア・カーボン質耐火物の面積に対する炭素繊維束の端面の占有面積率が低くなり、炭素繊維束が少なくなり過ぎたことで曲げ強度の向上効果が小さくなり、これによりマグネシア・カーボン質耐火物の曲げ強度が低くなったと考えられる。また、比較例５−１に示すように、炭素繊維束を１ｍｍ間隔で並べ、炭素繊維の面積占有率を１５．０％にした場合には、炭素繊維束の間隔が狭く、成形する際にラミネーションが発生して成形が困難であった。
【００６９】
実施例５−４は、マグネシア・カーボン原料の充填と炭素繊維束の配置を繰り返し実施せず、単層に炭素繊維束を配置して製造したマグネシア・カーボン耐火物である。実施例５−４に示すように、単層に炭素繊維束を配置して製造されたマグネシア・カーボン耐火物の曲げ強度は、マグネシア・カーボン原料の充填と炭素繊維束の配置を繰り返し実施した実施例５−１のマグネシア・カーボン耐火物の曲げ強度よりも低くなった。このことから、マグネシア・カーボン原料の充填と炭素繊維束の配置を繰り返し実施して、炭素繊維束を高さ方向に分散させて配置させることが好ましいことがわかる。
【００７０】
次に、炭素繊維束をマグネシア・カーボン原料に配置するタイミングが耐火物の曲げ強度に及ぼす影響について確認した結果を説明する。表７は、実施例１−２、実施例６−１及び比較例６−１のマグネシア・カーボン質耐火物の製造条件及び曲げ強度を示す。
【００７１】
【表７】
2018090475.tif 000010
【００７２】
実施例６−１は、マグネシア・カーボン原料を混練する前に炭素繊維束を配置し、その後、混練して製造されたマグネシア・カーボン質耐火物である。比較例６−１は、炭素繊維束の長さが７２ｍｍであって、マグネシア・カーボン原料を混練する前に炭素繊維束を配置し、その後、混練して製造されたマグネシア・カーボン質耐火物である。
【００７３】
実施例１−２及び実施例６−１に示すように、混練する前に炭素繊維束を配置して製造されたマグネシア・カーボン質耐火物の曲げ強度は、混練後に炭素繊維束を配置して製造されたマグネシア・カーボン質耐火物の曲げ強度よりも低くなった。これは、マグネシア・カーボン原料の混練中に、混練装置の撹拌羽根によって炭素繊維が切断されたり、マグネシア・カーボン原料と炭素繊維束とが撹拌されて炭素繊維束の位置が保持できなくなり、炭素繊維の亀裂進展抑制効果が小さくなったことが原因であると考えられる。
【００７４】
一方、実施例６−１の耐火物の曲げ強度は、同様に混練する前に炭素繊維束を配置し、炭素繊維束の長さを７２ｍｍにした比較例６−１の耐火物の曲げ強度より高くなった。このことから、マグネシア・カーボン原料を混錬した後に、炭素繊維束を配置した方が好ましいが、炭素繊維束を混練する前に配置しても炭素繊維の長さが１００ｍｍよりも短い比較例６−１の耐火物よりも曲げ強度を高められることがわかる。
【符号の説明】
【００７５】
１０  マグネシア・カーボン質耐火物
１２  マグネシア・カーボン原料
１４  炭素繊維束
１６  成形面
１８  点線
２８  矢印
３０  マグネシア・カーボン質耐火物
４０  マグネシア・カーボン質耐火物
【図１】
2018090475.tif 000011
【図２】
2018090475.tif 000012
【図３】
2018090475.tif 000013
【図４】
2018090475.tif 000014
【図５】
2018090475.tif 000015
【図６】
2018090475.tif 000016
【図７】
2018090475.tif 000017
【図８】
2018090475.tif 000018