(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融シリカを３５質量％以上９７．５％以下と、アルカリ金属を合計で０．０５質量％以下とを含有し、気孔率が２５体積％以下であり、圧縮強度が５ＭＰａ以上である塩化珪素ガス使用炉用耐火物。
【請求項２】
さらに、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｆｅ、ＣｒおよびＺｒの各酸化物を合計で１．０質量％以下を含有する請求項１に記載の塩化珪素ガス使用炉用耐火物。
【請求項３】
溶融シリカを９０質量％以上含有する請求項１または２に記載の塩化珪素ガス使用炉用耐火物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼帯の連続浸珪処理炉のように塩化珪素ガスを使用する炉に用いられる耐火物に関する。
【背景技術】
【０００２】
珪素鋼板は優れた軟磁気特性を有するため、トランスやモータの鉄心材料として広く用いられている。珪素鋼板はＳｉ含有量が増すほど鉄損が低減し、Ｓｉが約６．５ｗｔ％では磁歪が０となり、最大透磁率がピークとなるなど優れた磁気特性を示すことが知られている。このような高珪素鋼板を工業的に製造する方法として、例えば特許文献１に示されるような気体浸珪法による製造方法が知られている。この製造方法は、Ｓｉ含有量が比較的低い鋼帯を加熱して塩化珪素ガス（ＳｉＣｌ4）を含む無酸化性ガス雰囲気中で浸珪処理することによりＳｉを浸透させ、次いでＳｉを板厚方向に拡散させる拡散熱処理を施し、冷却後コイル状に巻き取る一連のプロセスを連続ライン化し、高珪素鋼帯を効率よく製造することができる。【０００３】
上記のような浸珪処理が行われる連続浸珪処理炉は、１２００℃以上の炉内温度で長時間運転され、しかも、雰囲気ガスに含まれる塩化珪素ガス（ＳｉＣｌ４）は非常に反応性に富み、腐食性の強いガスである。このため、高温の炉内で活性化した塩化珪素ガスが連続浸珪処理炉の炉材である耐火物と反応し、耐火物を劣化させるという問題がある。【０００４】
連続浸珪処理炉用の耐火物としては、例えば特許文献２、３に記載の耐火物を適用することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−２２７０７８号公報
【特許文献２】特開平１０−１４７８５６号公報
【特許文献３】特開平０８−１６９７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、高珪素鋼板の製造途中に副産物として発生する塩化鉄（ガス）が、炉内の耐火物中に浸透し、炉壁または炉床付近の温度低下部分で凝集または凝固するという問題がある。この凝集・凝固した塩化鉄が耐火物内に堆積することで、耐火物中の酸化物との還元反応が進み、耐火物の変質や脆化が促進される。【０００７】
また、補修等で炉内の耐火物が大気中に暴露された場合に、耐火物中に堆積した塩化鉄が大気中の水分を吸収し、膨張する。その結果、耐火物自体の体積が増加して膨張するため、炉壁や炉床の耐火物が炉内側に競り出てきたり、耐火物に亀裂が生じて崩壊してしまう。したがって、耐火物の寿命が短くなり、更新周期が短くなるという問題がある。【０００８】
特許文献２、３に記載の耐火物を用いると、塩化珪素ガスに起因する耐火物の変質・脆化を抑制することはできても、塩化鉄を起因とする耐火物の変質・脆化の促進までは抑制することが難しいことがわかった。【０００９】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、変質や脆化が少なく、寿命が長い浸珪処理炉用耐火物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】
【００１０】
本発明者らは鋭意検討した結果、所定の成分組成を有するとともに気孔率の低い耐火物を用いることで、耐火物の寿命が向上し、更新周期を延長することができるという知見を得た。【００１１】
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
［１］珪素の酸化物、珪素の窒化物および珪素の酸窒化物の中から選ばれる１種または２種以上を合計で３５質量％以上と、アルカリ金属を合計で０．０５質量％以下とを含有し、気孔率が２５体積％以下であり、圧縮強度が５ＭＰａ以上である浸珪処理炉用耐火物。
［２］さらに、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｆｅ、ＣｒおよびＺｒの各酸化物を合計で１．０質量％以下を含有する［１］に記載の浸珪処理炉用耐火物。
［３］珪素の酸化物、珪素の窒化物および珪素の酸窒化物の中から選ばれる１種または２種以上を合計で９０質量％以上含有する［１］または［２］に記載の浸珪処理炉用耐火物。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、変質や脆化が少なく、寿命が長い浸珪処理炉用耐火物を提供することができる。したがって、塩化珪素ガスを使用する連続浸珪処理炉の耐火物として本発明の耐火物を適用すると、長時間にわたって変質や脆化を生じることがなく、優れた耐久性を示す。このため、気体浸珪法による高珪素鋼板の連続製造ラインにおいては、耐火物の劣化等を生じることなく、長期間安定した操業が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、高珪素鋼板を製造する連続浸珪処理設備の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
種々の材質からなる耐火物を作製した。これら耐火物を、塩化珪素ガスを含む雰囲気（ＳｉＣｌ４：約１５ｖｏｌ％、炉内温度：約１２００℃）の炉内に３ヵ月間置き、各耐火物の外観、重量、体積等の変化を調べた。その結果、珪素の酸化物（シリカ）、珪素の窒化物（窒化珪素）および珪素の酸窒化物（酸窒化珪素）のいずれか１種または２種以上を多く含む耐火物が塩化珪素ガスに対して最も損傷が少ないことがわかった。これに対して、珪素の炭化物からなる耐火物は損傷の度合いが大きいことが判明した。
【００１５】
次に、耐火物の塩化珪素ガスに対する耐損傷性の評価として、耐火物表面の変質状況や脆化状況を調べ、変質状況や脆化状況と珪素の酸化物、珪素の窒化物、珪素の酸窒化物の合計含有量との関係を検討した。
【００１６】
その結果、珪素の酸化物、珪素の窒化物、珪素の酸窒化物の中から選ばれる１種または２種以上の合計の含有量が３５質量％未満の耐火物は、表面が変質や脆化して欠損ありの状態或いはヘアークラックを生じた状態となり、また亀裂やスポーリングの発生も著しかった。これに対し、珪素の酸化物、珪素の窒化物、珪素の酸窒化物の中から選ばれる１種または２種以上の合計の含有量が３５質量％以上の耐火物は、一部に亀裂の発生するものも見られたが炉材表層部の脱落に至るような変質や脆化はなく、ほぼ継続使用可能であると判断できた。
【００１７】
以上より、本発明において、耐火物中に含まれる珪素の酸化物、珪素の窒化物、珪素の酸窒化物の含有量は、珪素の酸化物、珪素の窒化物、珪素の酸窒化物の中から選ばれる１種または２種以上を合計で３５質量％以上と規定する。好ましくは、珪素の酸化物、珪素の窒化物、珪素の酸窒化物の中から選ばれる１種または２種以上を合計で９０質量％以上含有する。９０質量％以上にすることで、変質・脆化が著しく低減され、亀裂の発生もなく、良好な結果が得られる。
【００１８】
本発明において、耐火物中に含まれる珪素の酸化物、珪素の窒化物、珪素の酸窒化物としては、窒化珪素や溶融シリカが好ましく、溶融シリカが特に好ましい。
【００１９】
本発明では、耐火物中に含まれるアルカリ金属の含有量を合計で０．０５質量％以下と規定する。耐火物中に含まれるアルカリ金属は塩化珪素ガスとの反応性に寄与する。アルカリ金属の含有量が０．０５質量％を超えると耐火物と塩化珪素ガスとの反応が進行し、耐火物表面に亀裂が生じたり、欠損ありとなる恐れがある。
【００２０】
本発明では、耐火物中に含まれるＭｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｆｅ、ＣｒおよびＺｒの各酸化物の含有量の合計を１．０質量％以下とすることが好ましい。耐火物中に含まれるＭｇ、Ｃａ等の酸化物についても、塩化珪素ガスとの反応性に寄与する。Ｍｇ、Ｃａ等の酸化物の含有量が１．０質量％を超えると耐火物と塩化珪素ガスとの反応が進行し、耐火物表面に亀裂が生じたり、欠損ありになる恐れがある。
【００２１】
耐火物における上記以外の残部としては、Ａｌ２Ｏ３や不純物であり、不純物として上記以外の金属酸化物等を含んでいてもよい。
【００２２】
高珪素鋼板の製造途中に副産物として発生する塩化鉄（ガス）が、炉内の耐火物中に浸透し、炉壁や炉床付近の温度低下部分で凝集もしくは凝固するという問題がある。この凝集もしくは凝固した塩化鉄が耐火物内に堆積することで、耐火物中の酸化物との還元反応が進み、耐火物の変質や脆化が促進される。また、補修等で炉内の耐火物が大気中に暴露された場合に、耐火物中に堆積した塩化鉄が大気中の水分を吸収し、膨張する。その結果、耐火物自体の体積が増加して膨張するため、炉壁や炉床の耐火物が炉内側に競り出てきたり、耐火物に亀裂が生じて崩壊してしまう。したがって、耐火物の寿命が短くなり、更新周期が短くなるという問題がある。
【００２３】
このような塩化鉄を原因とする耐火物の変質や脆化について本発明者らが鋭意検討した。その結果、耐火物の気孔率を２５体積％以下にすることにより、耐火物の変質や脆化を抑制できることを見出した。
【００２４】
耐火物中に堆積する塩化鉄（固体）は耐火物中の気孔が多ければ多いほど、耐火物中に堆積し易い。耐火物中に堆積した塩化鉄は大気と触れることにより膨張し、耐火物に内側から圧力を付与することになるので、耐火物を劣化させる原因となる。このようなことから、耐火物中の気孔は少ない方が望ましく、気孔率を２５体積％以下にすることで、耐火物中への塩化鉄の堆積を抑制し、耐火物の劣化を防止することが可能となる。したがって、本発明では、気孔率を２５体積％以下にすることにより、耐火物の変質や脆化を抑制することができる。その結果、高珪素鋼板の連続製造ラインにおける長期間の安定操業を実現することができる。
【００２５】
また、各種成分組成は一定で、圧縮強度の異なる耐火物を準備した。これら耐火物を、塩化鉄ガスを含む雰囲気（ＦｅＣｌ２濃度）：約１５ｖｏｌ％、炉内温度：約１２００℃）の炉内に１週間置いた後、２ヶ月間大気中に暴露した後の膨張状態の変化を調べた。その結果、圧縮強度と塩化鉄による膨張状態には密接な関係があり、圧縮強度が５ＭＰａを下回ると膨張状態が大きくなり、崩壊してしまうことがわかった。この為、本発明では、耐火物の圧縮強度を５ＭＰａ以上とする。圧縮強度が５ＭＰａ未満では、副産物である塩化鉄ガスが耐火物中に浸透して耐火物が膨張し、耐火物が崩壊してしまい、表面外観に影響を及ぼす。好ましくは、圧縮強度は２０〜２００ＭＰａである。なお、圧縮強度は２００ＭＰａ以下であることが好ましい。
【００２６】
また、本発明において、気孔率および圧縮強度の測定方法については特に制限がなく、常法により求めればよい。また、気孔率が２５体積％以下であり、圧縮強度が５ＭＰａ以上の耐化物を用いることもできる。
【実施例１】
【００２７】
種々の成分組成を有する耐火物（５０ｍｍ×５０ｍｍ×５０ｍｍ）を作製し、これらを図１に示す高珪素鋼板の連続製造ラインの浸珪処理炉内に設置した。浸珪処理炉の雰囲気をＳｉＣｌ４濃度：１５ｖｏｌ％、炉内温度：１２００℃として３ヵ月間連続運転した後、各耐火物の損傷状況を調べた。各耐火物の成分組成、気孔率、圧縮強度および損傷状況の結果を表１に示す。【００２８】
損傷状況としては、表面観察および反応性により判断した。表面観察は耐火物の外観を観察し、劣化状況から欠損あり＞亀裂あり＞変色＞変化無しの４段階で評価を行った。また、反応性に関しては、劣化状況から◎◎、◎、○、×の４段階（◎◎：反応せず、◎：ほとんど反応せず、○：反応が小さい（耐火物の劣化が認められるが、継続使用可能なレベル）、×：反応が顕著）で評価を行った。表面観察は変色、変化無しを合格とし、反応性は◎◎、◎および○を合格とした。【００２９】
【表１】
0006747520.tif 000002
【００３０】
表１の結果から、本発明例はいずれも良好な結果であった。
【実施例２】
【００３１】
実施例１において良好な結果を示したＮｏ．１０、１９、３１について、浸珪処理炉の耐火物として使用した際の更新周期について調べた。その結果、Ｎｏ．１０、１９を使用した場合、従来の耐火物（特許文献３の耐火物）の更新周期を１とした場合に、更新周期が１．５倍に延長することが可能となった。さらに、Ｎｏ．３１を使用した場合、更新周期を従来の３倍に延長することが可能となった。
【図１】
0006747520.tif 000003