(57)【要約】【課題】母材（高炉樋の内張りのスラグ部及びメタル部に予め施工された施工材）に対して優れた接着性を発揮する、一体材（高炉樋の内張りのスラグ部とメタル部とを兼用した継ぎ足し施工に使用する不定形耐火物）、及びその施工方法を提供する。【解決手段】炭化珪素原料を１５質量％以上３０質量％以下、炭化硼素原料を０．１質量％以上３質量％以下、カーボンブラックを０．５質量％以上３質量％以下含有する不定形耐火物の原料配合物において、前記炭化珪素原料のうち粒径３０μｍ以下の微粉の含有量を、原料配合物１００質量％に占める割合で１質量％以上７．５質量％以下とし、かつ、炭化硼素原料／（微粉の炭化珪素原料とカーボンブラックの合量）の質量比を０．０５以上２以下とする。この原料配合物に水を添加した不定形耐火物を、高炉樋の内張りのスラグ部とメタル部に予め施工された施工材に対して継ぎ足し施工する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料配合物に水を添加してなり、高炉樋の内張りのスラグ部とメタル部とを兼用した継ぎ足し施工に使用する高炉樋の継ぎ足し施工用不定形耐火物であって、
前記原料配合物１００質量％に占める割合で、炭化珪素原料を１５質量％以上３０質量％以下、炭化硼素原料を０．１質量％以上３質量％以下、カーボンブラックを０．５質量％以上３質量％以下含有し、
前記炭化珪素原料のうち粒径３０μｍ以下の微粉の含有量が、前記原料配合物１００質量％に占める割合で１質量％以上７．５質量％以下であり、
前記炭化硼素原料／（前記微粉の炭化珪素原料と前記カーボンブラックの合量）の質量比が、０．０５以上２以下である、高炉樋の継ぎ足し施工用不定形耐火物。
【請求項２】
請求項１に記載の高炉樋の継ぎ足し施工用不定形耐火物を、高炉樋の内張りのスラグ部とメタル部に予め施工された施工材に対して継ぎ足し施工する、高炉樋の継ぎ足し施工用不定形耐火物の施工方法。
【請求項３】
前記予め施工された施工材の付着物を除去した後に継ぎ足し施工する、請求項２に記載の高炉樋の継ぎ足し施工用不定形耐火物の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉樋の内張りのスラグ部とメタル部とを兼用した継ぎ足し施工に使用する不定形耐火物とその施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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換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）とメタル部（メタルライン部）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、２参照）。
【０００３】
しかし、ゾーンライニングの場合、例えば、損傷したメタル部のみを解体して補修施工しようとしても、健全である上部のスラグ部も解体されてしまい、結果として不定形耐火物の施工量が増加してコストアップを招来する。
【０００４】
そこで、スラグ部とメタル部とを兼用する材質（以下「一体材」ともいう。）の適用が検討されている。一体材の場合、スラグ部とメタル部とを兼用することができるため、ゾーンライニングによりスラグ部とメタル部に異なる材質が施工されていたとしても、補修の際には、スラグ部とメタル部とを兼用した継ぎ足し施工が可能となる。ただし、一体材により継ぎ足し施工をする場合、スラグ部及びメタル部に予め施工された施工材（以下「母材」ともいう。）との接着性を確保することが特に重要になるところ、従来、一体材と母材との接着性についての検討は不十分であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２０３９５３号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３５３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、母材（高炉樋の内張りのスラグ部及びメタル部に予め施工された施工材）に対して優れた接着性を発揮する、一体材（高炉樋の内張りのスラグ部とメタル部とを兼用した継ぎ足し施工に使用する不定形耐火物）、及びその施工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、次の高炉樋の継ぎ足し施工用不定形耐火物、すなわち一体材及びその施工方法が提供される。
（１）原料配合物に水を添加してなり、高炉樋の内張りのスラグ部とメタル部とを兼用した継ぎ足し施工に使用する高炉樋の継ぎ足し施工用不定形耐火物であって、
前記原料配合物１００質量％に占める割合で、炭化珪素原料を１５質量％以上３０質量％以下、炭化硼素原料を０．１質量％以上３質量％以下、カーボンブラックを０．５質量％以上３質量％以下含有し、
前記炭化珪素原料のうち粒径３０μｍ以下の微粉の含有量が、前記原料配合物１００質量％に占める割合で１質量％以上７．５質量％以下であり、
前記炭化硼素原料／（前記微粉の炭化珪素原料と前記カーボンブラックの合量）の質量比が、０．０５以上２以下である、高炉樋の継ぎ足し施工用不定形耐火物。
（２）前記（１）に記載の高炉樋の継ぎ足し施工用不定形耐火物を、高炉樋の内張りのスラグ部とメタル部に予め施工された施工材に対して継ぎ足し施工する、高炉樋の継ぎ足し施工用不定形耐火物の施工方法。
（３）前記予め施工された施工材の付着物を除去した後に継ぎ足し施工する、前記（２）に記載の高炉樋の継ぎ足し施工用不定形耐火物の施工方法。
【発明の効果】
【０００８】
詳細は後述するが、本発明の一体材は、粒径３０μｍ以下の微粉の炭化珪素原料の含有量を特定範囲とするとともに、炭化硼素原料／（粒径３０μｍ以下の微粉の炭化珪素原料とカーボンブラックの合量）の質量比を特定範囲としたことで、母材に対して優れた接着性を発揮する。したがって本発明の一体材は、高炉樋の内張りのスラグ部とメタル部とを兼用した継ぎ足し施工に好適に使用することができ、しかも、継ぎ足し施工の施工厚を小さくできる。すなわち本発明の一体材によれば、スラグ部であるかメタル部であるかにかかわらず、施工材の付着物を除去した後にそのまま継ぎ足し施工を問題なく行うことができる。これにより、補修のための不定形耐火物の施工量を低減でき、コストダウンに寄与できる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の一体材は、高炉樋の内張りのスラグ部とメタル部とを兼用した継ぎ足し施工に使用する高炉樋の継ぎ足し施工用不定形耐火物であり、その基本的な構成は、一般的な不定形耐火物と同様に原料配合物に水を添加してなる。
【００１０】
本発明の一体材は、原料配合物１００質量％に占める割合で、炭化珪素原料を１５質量％以上３０質量％以下、炭化硼素原料を０．１質量％以上３質量％以下、カーボンブラックを０．５質量％以上３質量％以下含有する。そして、前記炭化珪素原料のうち粒径３０μｍ以下の微粉の含有量は原料配合物１００質量％に占める割合で１質量％以上７．５質量％以下であり、前記炭化硼素原料／（前記微粉の炭化珪素原料と前記カーボンブラックの合量）の質量比（以下、単に「炭化硼素原料の質量比」という。）は、０．０５以上２以下である
【００１１】
このうち炭化珪素原料の総含有量は、主に耐メタル性（耐溶銑性）及び耐スラグ性、すなわち耐食性を確保する点から規定している。ここで、炭化珪素原料は耐スラグ性には優れるが耐メタル性には優れない。したがって、ゾーンライニングの場合、スラグ部用には特許文献１の表１に見られるように炭化珪素原料を多く（５０質量％程度）含有させ、メタル部用には炭化珪素原料の含有量は相対的に低く抑えるようにしていた。一体材としては、スラグ部とメタル部の両方において耐食性を確保する必要があるところ、本発明者らは、実際の高炉樋ではスラグ部に比べメタル部の方が化学的損傷が大きく耐食性が要求されるとの実情を踏まえ、耐メタル性を重視した含有量（１５質量％以上３０質量％以下）とした。この炭化珪素原料の総含有量の好ましい範囲は、１８質量％以上２５質量％以下である。
【００１２】
この炭化珪素原料のうち、粒径３０μｍ以下の微粉の含有量は、前述のとおり原料配合物１００質量％に占める割合で１質量％以上７．５質量％以下とする。すなわち本発明の一体材では、粒径３０μｍ以下の微粉の炭化珪素原料（以下、単に「微粉の炭化珪素原料」という。）を積極的に含有させるようにしている。これは、本発明者らによる以下の知見に基づく。
（ａ）微粉の炭化珪素原料は微粉であるがゆえに酸化しやすく、炭化珪素原料（ＳｉＣ）が酸化すると表面にシリカ（ＳｉＯ２）の被膜が生成し、その結果、物理的に体積膨張する。この体積膨張により母材に対する接着性が向上する。
（ｂ）前記酸化により生成したシリカ（ＳｉＯ２）は低融点物質であるため一体材の焼結性が向上し、結果として母材に対する接着性が向上する。
【００１３】
これらの点から、微粉の炭化珪素原料の含有量は１質量％以上とした。一方、微粉の炭化珪素原料の含有量が７．５質量％を超えると、粒径３０μｍ以下という微粉が過剰となるため一体材の流動性が損なわれ、かえって母材に対する接着性が低下する。また、微粉の炭化珪素原料の微粉の含有量が７．５質量％を超えると、酸化により生成するシリカ（低融点物質）が過剰となるため耐食性、特に耐メタル性が低下する。これらの点から、微粉の炭化珪素原料の含有量の上限は７．５質量％とした。この微粉の炭化珪素原料の好ましい含有量の範囲は、２質量％以上５質量％以下である。
【００１４】
ここで、本発明の一体材の原料配合物において、炭化珪素原料の総含有量は１５質量％以上３０質量％以下であり、微粉の炭化珪素原料の含有量は１質量％以上７．５質量％以下であるから、必然的に微粉の炭化珪素原料以外の炭化珪素原料が含まれる。微粉の炭化珪素原料以外の炭化珪素原料の粒度構成は特に限定されないが、母材に対する接着性をさらに向上する点から、微粉の炭化珪素原料以外の炭化珪素原料の最大粒径（トップサイズ）は１ｍｍ未満とすることが好ましい。
【００１５】
次に炭化硼素原料について説明すると、従来一般的に炭化硼素原料は炭化珪素原料やカーボンブラック（炭素原料）などの酸化防止剤として、これら炭化珪素原料やカーボンブラックの含有量に見合った量を含有させるようにしているが、本発明者らは、以下の知見に基づき炭化硼素原料を従来の酸化防止剤としての含有量より多量に含有させることとした。
（ｃ）炭化硼素原料（Ｂ４Ｃ）は酸化すると酸化硼素（Ｂ２Ｏ３）となるが、この酸化硼素（Ｂ２Ｏ３）は前述のシリカ（ＳｉＯ２）と同様に低融点物質であるため、これらが相まって一体材の焼結性が向上し、結果として母材に対する接着性が向上する。
（ｄ）炭化硼素原料（Ｂ４Ｃ）の酸化により生成した酸化硼素（Ｂ２Ｏ３）は、一体材の焼結時に非常に粘性の高い液相を生成する。焼結時に非常に粘性の高い液相が生成すると焼結収縮が抑えられ、結果として母材に対する接着性が向上する。
【００１６】
これらの点から、炭化硼素原料の含有量を０．１質量％以上、炭化硼素原料の質量比を０．０５以上とした。一方、炭化硼素原料が過剰であると、炭化硼素原料の酸化により生成する酸化硼素（低融点物質）が過剰となるため耐食性、特に耐メタル性が低下する。また、炭化硼素原料は水に対する濡れ性が低いから、炭化硼素原料が過剰であると一体材の流動性が損なわれる。これらの点から、炭化硼素原料の含有量の上限は３質量％、炭化硼素原料の質量比の上限は２とした。炭化硼素原料の好ましい含有量の範囲は０.３質量％以上１質量％以下、炭化硼素原料の質量比の好ましい範囲は０.１以上１．５以下である。
【００１７】
次にカーボンブラックは、主にベアリング効果による流動性の向上のために０．５質量％以上３質量％以下で含有させる。流動性が向上すると水の添加量が少量で済むことから、施工体の緻密性が向上し、耐メタル性、耐スラグ性及び母材に対する接着性の向上に寄与する。カーボンブラックの含有量が０．５質量％未満ではベアリング効果が得られず流動性が低下する。一方、カーボンブラックの含有量が３質量％を超えると、カーボンブラックは分散性が悪いのでその悪影響が顕著となり、かえって流動性が低下し、母材に対する接着性も低下する。
【００１８】
ここで、本発明の一体材の原料配合物において、前述の炭化珪素原料、炭化硼素原料及びカーボンブラック以外の残部は、耐食性に寄与するという点から、アルミナ原料を主体とすることが好ましい。具体的には、原料配合物１００質量％に占める割合で、アルミナ原料を６０質量％以上８０質量％以下含有することが好ましい。なお、本発明の一体材の原料配合物には、前述の耐火原料のほかに、通常の不定形耐火物の原料配合物と同様に、添加剤として、結合剤、分散剤、硬化調整材、爆裂防止剤等を適宜含有させる。
【００１９】
結合剤としては、アルミナセメント、コロイダルシリカ、水硬性遷移アルミナ、リン酸塩、及びケイ酸塩から選択される一種以上を用いることができる。
【００２０】
分散剤としては、例えば、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等のアルカリ金属リン酸塩、ポリカルボン酸ソーダ等のポリカルボン酸塩、アルキルスルホン酸塩、芳香族スルホン酸塩、ポリアクリル酸ソーダ、及びスルホン酸ソーダ等から選択される一種以上を用いることができる。
【００２１】
硬化時間調整剤には、硬化促進剤と硬化遅延剤とがあり、硬化促進剤としては、例えば、消石灰、塩化カルシウム、アルミン酸ソーダ、及び炭酸リチウム等から選択される一種以上を用いることができ、硬化遅延剤としては、例えば、ホウ酸、シュウ酸、クエン酸、グルコン酸、炭酸ソーダ、及び砂糖等から選択される一種以上を用いることができる。
【００２２】
爆裂防止剤としては、例えば、金属アルミニウム、乳酸アルミ、及び有機繊維（例：ビ
ニロン繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維等）が挙げられる。
【００２３】
以上のとおり本発明の一体材は、母材に対して優れた接着性を発揮するから、高炉樋の内張りのスラグ部とメタル部とを兼用した継ぎ足し施工に好適に使用することができ、しかも、継ぎ足し施工の施工厚を小さくできる。したがって本発明の一体材によれば、スラグ部であるかメタル部であるかにかかわらず、施工材の付着物を除去した後にそのまま継ぎ足し施工を問題なく行うことができる。これにより、補修のための不定形耐火物の施工量を低減でき、コストダウンに寄与できる。
【００２４】
なお、本発明の一体材による継ぎ足し施工は流し込み施工を基本とするが、吹き付け施工やコテ塗り施工とすることもできる。
【実施例】
【００２５】
表１に示す各例の原料配合物１００質量％に対して外掛けで５．３質量％の水を添加して得た不定形耐火物について、接着性、耐スラグ性、耐メタル性及び流動性を以下の要領で評価した。
【００２６】
なお、表１に示す実施例及び比較例では、炭化珪素原料中において、粒径３０μｍ以下の微粉の炭化珪素原料の占める割合が異なる原料をそれぞれ用いた。具体的には、表２に示す炭化珪素原料Ａを実施例１、６、比較例２、５〜８、炭化珪素原料Ｂを実施例２、７、比較例１、炭化珪素原料Ｃを実施例３、５、炭化珪素原料Ｄを実施例４、炭化珪素原料Ｅを比較例３、炭化珪素原料Ｆを比較例４にそれぞれ用いた。
【００２７】
＜スラグ材に対する接着性の評価＞
まず、炭化珪素原料６０質量％、アルミナ原料３０質量％、炭素原料５質量％、残部に結合剤及び分散剤を配合した原料配合物に対して水を６質量％添加して、４０×４０×８０ｍｍの形状に流し込み成形し、１１０℃で乾燥後、１４５０℃で還元焼成を実施する。これにより、母材としてスラグ部に施工される材料（スラグ材）の試験片を得る。
この試験片を４０×４０×１６０ｍｍの枠にセットし、継ぎ足し施工を模擬して一体材として各例の不定形耐火物を前記試験片の片側に流し込み、１１０℃で乾燥後，１４５０℃で還元焼成を実施する。そして、曲げ強度を測定する方法（ＪＩＳＲ２５５３に準拠）で、母材としての試験片と一体材との接着面に荷重を加える。その結果得られた曲げ強度を接着強度とする。この接着強度が高いほど、母材に対する接着性に優れる。表１では、接着強度が５ＭＰａ以上の場合を○、３ＭＰａ以上５ＭＰａ未満の場合を△、３ＭＰａ未満の場合を×で表記した。
【００２８】
＜メタル材に対する接着性の評価＞
まず、アルミナ原料２０質量％、スピネル原料５５質量％、炭化珪素原料１５質量％、炭素原料５質量％、残部に結合剤及び分散剤を配合した原料配合物に対して水を５．３質量％添加して、４０×４０×８０ｍｍの形状に流し込み成形し、１１０℃で乾燥後、１４５０℃で還元焼成を実施する。これにより、母材としてメタル部に施工される材料（メタル材）の試験片を得る。
この試験片を４０×４０×１６０ｍｍの枠にセットし、継ぎ足し施工を模擬して一体材として各例の不定形耐火物を前記試験片の片側に流し込み、１１０℃で乾燥後，１４５０℃で還元焼成を実施する。試験方法は上記スラグ材に対する接着性の評価と同様である。
【００２９】
＜耐スラグ性＞
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。表１では、溶損指数が１１０以下の場合を○、１１０超１２０以下の場合を△、１２０超の場合を×で表記した。
【００３０】
＜耐メタル性＞
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及び銑鉄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、耐メタル性に優れる。表１では、溶損指数が１１０以下の場合を○、１１０超１２０以下の場合を△、１２０超の場合を×で表記した。なお、耐メタル性の評価において侵食剤に高炉スラグを添加しているのは、実際の高炉樋においては溶銑とスラグが撹拌混合されてメタル部においてもスラグと接触するからである。
【００３１】
＜流動性＞
各例の不定形耐火物について、ＪＩＳＲ２５２１に準拠してタップフロー値を求める。このタップフロー値が大きいほど、流動性に優れる。表１では、タップフロー値が１５０ｍｍ以上の場合を○、１３０ｍｍ以上１５０ｍｍ未満の場合を△、１３０ｍｍ未満の場合を×で表記した。
【００３２】
【表１】
2018052752.tif 000002
【００３３】
【表２】
2018052752.tif 000003
【００３４】
表１中、実施例１から７は原料配合物の構成が本発明の範囲内にある例であり、接着性、スラグ性、耐メタル性、流動性のいずれも良好であった。なかでも原料配合物の構成が好ましい範囲内にある実施例１は、前記各特性が特に良好であった。
【００３５】
これに対して比較例１は炭化珪素原料の総含有量が少ない例で、耐スラグ性が低下した。また、耐メタル性についても侵食剤に高炉スラグを含むことなどの理由により低下した。一方、比較例２は炭化珪素原料の総含有量が多い例で、耐メタル性が低下した。
【００３６】
比較例３は微粉の炭化珪素原料の含有量が少ない例で、接着性が低下した。また、炭化珪素原料による耐スラグ性向上の効果も得られず、耐スラグ性も低下した。一方、比較例４は微粉の炭化珪素原料の含有量が多い例で、耐メタル性が低下した。また、粒径３０μｍ以下という微粉が多くなるため、流動性が低下し接着性も低下した。
【００３７】
比較例５は炭化硼素原料の含有量が少なく炭化硼素原料の質量比が小さい例で、前述した炭化硼素原料による接着性向上の効果が得られず、接着性が低下した。また、炭化硼素原料による炭化珪素原料やカーボンブラックの酸化防止効果も得られず、耐スラグ性も低下した。一方、比較例６は炭化硼素原料の含有量が多く炭化硼素原料の質量比が大きい例である。前述のとおり炭化硼素原料は水に対する濡れ性が低いから炭化硼素原料が多すぎると流動性が低下し、これに伴い耐スラグ性及び耐メタル性も低下した。
【００３８】
比較例７はカーボンブラックの含有量が少ない、具体的にはカーボンブラックを含有しない例で、流動性が低下した。一方、比較例８はカーボンブラックの含有量が多い例である。前述のとおりカーボンブラックは分散性が悪いのでカーボンブラックが多すぎると流動性が低下し、これに伴い接着性及び耐メタル性も低下した。