(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉底からガスを吹込む転炉の炉底羽口部分で使用され、Ｃ量が１０〜２５質量％で、残部がＭｇＯからなるＭｇＯ−Ｃ耐火物において、この耐火物中には５質量％以上の炭素繊維を含有しており、かつ全Ｃのうちに占めるこの炭素繊維の添加比率は７５％以下であり、そしてこの耐火物には、外数で６．０〜７．５質量％に相当する量の粘結剤が含浸されていることを特徴とする転炉羽口用耐火物。
【請求項２】
前記粘結剤は、タールまたはピッチであることを特徴とする請求項１に記載の転炉羽口用耐火物。
【請求項３】
前記粘結剤は、成形−焼成後のＭｇＯ−Ｃ耐火物であるれんがの中に、その表面から含浸させたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の転炉羽口用耐火物。
【請求項４】
前記炭素繊維の添加比率は、２５％以上であることを特徴とする請求項１に記載の転炉羽口用耐火物。
【請求項５】
前記粘結剤は、６．０〜７．５質量％の範囲内で、複数回に亘って含浸処理されたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の転炉羽口用耐火物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐用性に優れた転炉羽口用耐火物に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼製品の製造工程には、銑鉄の脱炭等を行なう工程があり、その脱炭工程では反応容器として転炉を用いることが一般的である。近年の転炉は、炉内溶湯に対し、高い攪拌力を付与するために、炉底から底吹き羽口を介して各種のガス吹込みを行なうことが多く、そのため、羽口まわりのれんがへの負担が大きいのが実情である。そこで、現在では、転炉の炉底羽口部の耐火物としては、耐スポーリング性や耐食性の観点から、ＭｇＯ−Ｃれんがを使用するのが普通である。しかし、該炉底羽口部の耐火物は、吹込みガスによる冷却によって熱応力が発生するため、他の部位に比べて損耗速度が大きく、このことが炉底れんが全体の寿命を律速する部位となっている。この点に関し、従来、さまざまな解決方法が提案されてきたが、なお、不十分であった。
【０００３】
例えば、前記羽口まわりれんがへの熱応力を緩和するための方法として、特許文献１には、膨張黒鉛を用いたＭｇＯ−Ｃれんがが開示されている。また、特許文献２には、径が１ｍｍ以上、長さが５〜２０ｍｍ、長さと径の比が１．６〜５の形状を有し、かつ平均結晶粒径が６０〜１２０μｍのマグネシアの棒状骨材を含有し、そして、ＭｇＯを９６質量％以上含有するＭｇＯ−Ｃれんがが開示されている。また、特許文献３には、金属羽口と羽口れんがとの間にＺｒＢ２を主成分とするセラミックス管を挿着した技術が開示されている。さらに、特許文献４には、格子状に織ったカーボンファイバのクロスを配合することによって、温度変動によって耐火物に亀裂が生じた場合でも破断し剥落するのを防止できる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２０９１６９号公報
【特許文献２】特開２００３−１７１１７１号公報
【特許文献３】特開平０７−２２４３１１号公報
【特許文献４】特開昭５８−２１７４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述した各従来技術については、特許文献１及び２の場合、耐熱スポーリング性に対する効果がなお不十分で、しかも損耗速度低減の効果が小さいという問題がある。また、特許文献３の場合、高価で、ＣＩＰ成形によって羽口れんがを作製するときに製作できなかったり、成形に制限があるという問題がある。さらに、特許文献４の場合、成形時に手間がかかり、それへの改善が求められるという課題が残されていた。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、耐用性に優れた転炉羽口用耐火物を提案するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従来技術が抱えている前述した問題点の解決に向けた研究の中で、発明者らは、成形し焼成した後のれんが中にピッチの如き粘結剤（含浸剤または粘結剤）を含浸させることが有効であることを見い出し、本発明を開発した。即ち、本発明は、炉底からガスを吹込む転炉の炉底羽口部分で使用され、Ｃ量が１０〜２５質量％で、残部がＭｇＯからなるＭｇＯ−Ｃ耐火物において、この耐火物中には５質量％以上の炭素繊維を含有しており、かつ全Ｃのうちに占めるこの炭素繊維の添加比率は７５％以下であり、そしてこの耐火物には、外数で６．０〜７．５質量％に相当する量の粘結剤が含浸されていることを特徴とする転炉羽口用耐火物である。
【０００８】
上記のように構成される本発明においては、
（１）前記粘結剤は、タールまたはピッチであること、
（２）前記粘結剤は、成形−焼成後のＭｇＯ−Ｃ耐火物であるれんがの中に、その表面から含浸させたものであること、
（３）前記炭素繊維の添加比率は、２５％以上であること、
（４）前記粘結剤は、６．０〜７．５質量％の範囲内で、複数回に亘って含浸処理されたものであること、
が、より好ましい解決手段になり得ると考えられる。
【発明の効果】
【０００９】
前記のような構成を有する本発明によれば、炭素繊維を含むＭｇＯ−Ｃれんがである転炉羽口用耐火物中に、所定量の炭素繊維を配合すると共に、所定量のピッチの如き粘結剤を含浸させたことで、従来品に比べ耐熱スポーリング性に優れ、亀裂の発生や剥離の発生がなく損耗速度が小さいなどの耐用性に優れたものになる。
また、本発明に係る転炉羽口用耐火物（ＭｇＯ−Ｃれんが）の場合、前記した特性（耐スポーリング性や損耗速度低減効果など）を有するれんがを確実にかつ容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】転炉の底吹き羽口まわりの部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、転炉の底吹き羽口まわりを示す部分断面図であり、図示の１は底吹き羽口、２は底吹き羽口を囲繞するように配置される羽口れんがであり、さらにその羽口れんが２の外側および底部にはウエアれんが３とパーマネントれんが４とが配置された構造となっている。
【００１２】
前述の転炉の底吹き羽口まわりの耐火物、特に前記羽口れんが２については、耐熱スポーリング性に優れ、損耗速度の遅いものが望まれるが、そのためには、該羽口れんがに発生する熱応力を抑制することに加え、繰返し繰返し高温に晒されるようなことがあっても組織脆化が起こらないようなものであること及び、比較的高い強度が付与されていることが必要である。このことによって、該羽口れんが２は、亀裂の発生やその伸展を効果的に抑止することができるようなものになると考えられる。
【００１３】
このような要請に応えらえる転炉羽口用耐火物、特に羽口れんがの例としては、基本的には、耐スポーリング性に優れるマグネシア−カーボン（ＭｇＯ−Ｃ）系の耐火物（れんが）を用いることが有効である。例えば、全Ｃ量が１０〜２５質量％で、残部がＭｇＯからなる耐火物、とりわけ、ＭｇＯ−Ｃれんがは好適に用いられる。なお、このＭｇＯ−Ｃ系耐火物において、全Ｃ量が１０質量％未満では、耐スポーリング性の確保が難しく、一方、全Ｃ量が２５質量％を超えると、強度の確保が難しくなり、また、酸化の影響を受けやすくなるために損耗速度が大きくなる。
【００１４】
ただし、本発明の前記目的を実現するには、単に前記ＭｇＯ−Ｃ耐火物（以下、「れんが」の例で述べる）を用いるということだけでは不十分である。真に、転炉の底吹き羽口まわりのれんがとして望ましいものにするには、さらにより高い各種の特性を付与することが必要である。そのためには、発明者らの知見によると、該ＭｇＯ−Ｃれんが中に含まれるＣ（炭素）として、少なくともその一部として、炭素繊維を用いることが有効であることが分かった。そうすれば、そのＭｇＯ−Ｃれんがは、弾性率の優れたものとなって、発生応力の低減をもたらして亀裂の発生を抑制することができる。しかも、破壊エネルギーを大きくして靭性を向上させる。その結果、該羽口まわりのれんがは、強度が向上して亀裂伸展時の抵抗が増し、さらには損耗につながる亀裂伸展をも抑制することができるものになる。
【００１５】
このことについて、発明者らはさらに検討を重ねた。その結果、該ＭｇＯ−Ｃれんが中の全Ｃ中に占める前記炭素繊維の量は、５質量％より少ないと、該炭素繊維を添加することの効果が薄く、鱗状黒鉛を使用した場合と効果にほとんど差がないことが分かった。一方で、あまりに多くの炭素繊維を用いると、弾性率が低下すると共に強度もまた低下することが分った。特に、添加する全Ｃ量のうちの該炭素繊維添加の比率が７５％よりも多くなると、成形時におけるスプリングバックが大きくなり、れんがの稜線が荒れて、寸法精度を確保することができなくなることを知見した。なお、該炭繊維添加比率の下限は２５％以上とすることが好ましい。
【００１６】
次に、本発明では、Ｃ量のうちの一定量（≧５質量％）を炭素繊維にすると同時に、該Ｃ量のうちの炭素繊維として添加したＣ量が７５質量％以下である前記ＭｇＯ−Ｃれんがについて、さらに外数で６．０〜７．５質量％に相当する量のタールまたはピッチの如き粘結剤を、該ＭｇＯ−Ｃれんが中に含浸させることにした。そうすることで、前記の作用効果、即ち、弾性率を低下させ、発生応力の低減を実現して亀裂発生を抑制すると共に、破壊エネルギーを大きくして靭性を向上させることで、亀裂伸展時の抵抗（強度）を向上させ、損耗につながる亀裂伸展を抑制できることが分かった。
【００１７】
れんが中への前記粘結剤の含浸量は、その量が６．０質量％より少なくなると、前述した作用効果が不十分となり、高い強度のものが得られなくなり、羽口れんがとしては不十分なものとなる。一方、この粘結剤の含浸量が７．５質量％より多くなると、強度が大きくなりすぎると共に弾性率も大きくなり、意図した発生応力の低減効果が得られないばかりか、破壊エネルギーも小さくなって靭性が劣ることになる。
【００１８】
なお、れんが中に含浸させる粘結剤としては、前述したように、石炭の熱分解あるいは乾留などのプロセスで発生するコールタールや化成ピッチ等が好適に用いられる。この場合、常温で比較的流動性があるコールタールとは異なり、ピッチは粘稠な液体性のものはそのまま用いることが好ましい。そのため、常温で半固体あるいは固体状のピッチの場合、熱を加えてより高い流動性を付与してから用いることが好ましい。
【００１９】
また、本発明に係る転炉羽口用耐火物、それ自体（ＭｇＯ−Ｃれんが）の製造方法は、特に限定されるものではなく、一般的なカーボン含有耐火物の製造方法と同じである。例えば、混練工程では、コナーミキサーや高速攪拌羽根が付いた加圧式のハイスピードミキサー、アイリッヒミキサーなどを用いることができる。また、成形工程については、油圧式プレス、フリクションプレス、等方加圧プレスなどの一般的なれんが成形プレスが使用できる。
【００２０】
次に、上記のようにして得られた成形れんがに対し、その表面からタールやピッチの如き粘結剤を含浸させる。この含浸のための処理は、該成形れんがを、真空引きが可能な加圧容器（含浸装置）内に収容し、必要に応じて１００℃以上３００℃以下に加熱した環境において、流動性を付与したタールやピッチを加えると共に、必要に応じて１０ｋｇｆ／ｃｍ２程度に加圧することによって含浸させることが好ましい。該粘結剤の含浸量は、前述したように、６．０〜７．５質量％（外数）／れんがとする。
【００２１】
次に、このようにして得られた成形体は、乾燥温度１８０〜３５０℃、保持時間５〜３０時間程度の乾燥を施すことが好ましい。前述したような含浸の処理によって、前記ＭｇＯ−Ｃれんがは、ほぼ全体が含浸層となる。
【実施例】
【００２２】
（１）本発明に適合するＭｇＯ−Ｃれんが（発明例１〜１３）と比較用のれんが（比較例１〜１２）を成形し、次いで、含浸装置を使って、１５０℃、加圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ２という条件の下で、ピッチ（常温では固体）を所定量（５．０〜８．５質量％相当）含浸させた。そして、得られたそれぞれのサンプルについて耐熱衝撃性や耐食性などを調査した。表１（本発明例）、表２（比較例）は、調査した試料（れんが）の炭素繊維量（質量％）、炭素繊維比率（％）、炭素繊維長さ（ｍｍ）、粘結剤（ピッチ）含浸量（質量％）、各水準の曲げ強度（Ｍｐａ）、静弾性率（Ｍｐａ）、破壊エネルギー（Ｊ）を示している。それぞれのれんがの特性の評価は、転炉羽口の使用環境温度を考慮し、８００℃における特性値をもって行なった。試験試料は、４０ｍｍ×１５ｍｍ×１５０ｍｍとし、各水準Ｎ＝３として平均値を取った。３点曲げ試験を実施し、最大荷重から曲げ強度を、荷重−変位曲線の傾きから静弾性率を求め、そして破壊エネルギーについては荷重-変位曲線の面積とした。これら表１、表２に示すとおり、本発明例は、破壊エネルギーが大きく、亀裂伸展が起りにくいという結果が得られた。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
【表２】
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【００２５】
次に、表３、表４は、発明例１〜１３、比較例１〜１２の耐熱スポーリング性を示す。なお、この耐スポーリング性の試験とは、耐熱衝撃性について、３０×３０×１．２０ｍｍ試験片を使用し、１５５０℃の電気炉中に１５分間保持した後、１５℃の水槽に投入し試験前後の弾性率の比（ｅ／ｅＯ）をもって評価する試験である。発明例はｅ／ｅＯが０．７４以上と大きく、ｅ／ｅＯが０．６９以下の比較例に比べて試験前後の弾性率比が大きく、損傷が小さいことが確かめられた。
以上説明したように、ＭｇＯ−Ｃれんが中に所定量の炭素繊維を添加すると共に、所定量の粘結剤（ピッチ）の含浸を行った本発明適合例の場合、高温での組織の脆化を抑止して耐熱衝撃性の改善ができ、ひいては転炉羽口の損耗を効果的に抑止することができることが確かめられた。
【００２６】
【表３】
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【００２７】
【表４】
0006426944.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明に係る前述した耐火物は、ピッチの如き粘結剤を含浸してなる転炉羽口用ＭｇＯ−Ｃれんがに対してだけでなく、他の冶金炉用耐火れんがの製造技術としても適用が可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１  底吹き羽口
２  羽口れんが
３  ウエアれんが
４  パーマントれんが
【図１】
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