(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火物への溶銑浸透度を評価する耐火物評価方法であって、
曲げ強さが１５ＭＰａ以上かつ弾性率が１０ＧＰａ以下である素材からなる容器内に収納可能な大きさに評価対象となる耐火物を加工して円柱状に耐火物試験体を形成する試験体形成工程と、
前記試験体形成工程にて形成された耐火物試験体を接着剤にて前記容器の底面に接着する試験体接着工程と、
前記容器内に溶銑を投入する溶銑投入工程と、
前記容器内の前記溶銑に加圧する加圧工程と、
前記容器を加熱する加熱工程と、
前記加圧および加熱の状態を所定時間継続する維持工程と、
前記耐火物試験体を取り出してこの耐火物試験体へのＦｅ成分の浸透深さを測定することにより溶銑浸透度を確認する評価工程と、からなる
ことを特徴とする耐火物評価方法。
【請求項２】
請求項１に記載の耐火物評価方法において、
前記容器は、カーボン素材にて形成されている
ことを特徴とする耐火物評価方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の耐火物評価方法において、
前記耐火物は、骨材の弾性率と結合材との弾性率が異なる材料から構成されている
ことを特徴とする耐火物評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐火物の評価方法に関する。例えば、溶銑と接する耐火物の損耗特性を実験室レベルで評価する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶銑、溶鋼等の溶融金属や溶融スラグなどに接する場所に用いられる耐火物は、酸化、浸食、溶解等によって不可避的に損耗が生じる。したがって、こうした耐火物については、損耗量に着目した特性評価が必要であり、特許文献１には耐火物の試験方法が開示されている（図５参照）。
特許文献１に開示の耐火物試験方法では、まず、耐火物試験材２０を中空の環状に形成し、この耐火物試験材２０をるつぼ１０の内側に配置する。耐火物試験材２０の内側に溶銑または溶銑スラグ３０を流し込む。さらに、るつぼ１０と耐火物試験材２０との間４０に冷却ガス（窒素ガス）を流通させて耐火物試験材２０に温度勾配をつける。高周波誘導による溶解炉（不図示）中にるつぼ１０をセットし、るつぼ１０を昇温させる。
この状態で所定時間経過した後、耐火物試験材２０の損耗量を確認する。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３９４１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高炉の炉底において使用される耐火物には所定の圧力がかかった状態となる。この点、特許文献１に記載の耐火物の試験方法では溶銑に圧力を付加することが考慮されていない。
また、特許文献１に開示される構成では、環状の耐火物試験材２０に注入された溶銑スラグ３０に加圧しても耐火物試験材２０の全体に均等に加圧できず、実際に耐火物が使用される状況と実験条件は全く異なったものとなってしまう。さらに、特許文献１のごとく、耐火物を中空の円環状に加工した耐火物試験材２０を用いる場合、耐火物を加工する段階で亀裂等の損傷が発生しやすい。すると、このような亀裂から溶銑が耐火物試験材２０に浸透してしまうので、耐火物そのものの損耗特性を正確に評価することができない。
【０００５】
本発明の目的は、耐火物の実際の使用状況に模した条件で耐火物の特性を正確に評価できる耐火物の評価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】
本発明の耐火物評価方法は、耐火物への溶銑浸透度を評価する耐火物評価方法であって、曲げ強さが１５ＭＰａ以上かつ弾性率が１０ＧＰａ以下である素材からなる容器内に収納可能な大きさに評価対象となる耐火物を加工して円柱状に耐火物試験体を形成する試験体形成工程と、前記試験体形成工程にて形成された耐火物試験体を接着剤にて前記容器の底面に接着する試験体接着工程と、前記容器内に溶銑を投入する溶銑投入工程と、前記容器内の前記溶銑に加圧する加圧工程と、前記容器を加熱する加熱工程と、前記加圧および加熱の状態を所定時間継続する維持工程と、前記耐火物試験体を取り出してこの耐火物試験体へのＦｅ成分の浸透深さを測定することにより溶銑浸透度を確認する評価工程と、からなることを特徴とする。
【０００７】
このような構成において、まず、試験体形成工程において耐火物を所定の大きさに加工する。このとき、試験体が容器内に収納可能であればよいので、試験体の形状は単純な円柱や角柱でよい。そして、試験体接着工程において、試験体を容器の底面に接着し、さらに、容器内に溶銑を投入する。
このとき、耐火物の比重は溶銑よりも圧倒的に小さいが、試験体は容器の底面に接着されているので、試験体が浮かび上がってきたりすることなく試験体が溶銑中に没入した状態が保たれる。さらに、容器内の溶銑に加圧する。
このとき、容器は、曲げ強さが１５ＭＰａ以上かつ弾性率が１０ＧＰａ以下である素材であり、靱性および柔軟性を備えているので、加圧しても容器に亀裂が入るような不都合が生じることはない。そして、所定時間経過したのち、冷却して耐火物試験体を取り出し、試験体への溶銑侵入度を評価する。
たとえば、所定時間溶銑中に没入させた試験体のサンプルを切断し、Ｘ線撮影によるＦｅ成分の浸透深さを測定することにより、溶銑の浸透度合いを評価することができる。
【０００８】
このような構成によれば、耐火物を試験体として加工する際に単純な形状とすることができるので、試験体を形成する際に亀裂等が生じるおそれを排除することができる。
従って、亀裂等から溶銑が浸透することがなく、耐火物そのものの溶銑浸透度を適切に評価することができる。また、試験体を接着材によって容器の底面に貼り付けているので、試験体が溶銑中に没入した状態を保つことができる。そして、試験体が溶銑に没入した状態で溶銑に加圧することで、試験体に均等に圧力がかかる。よって、試験体の総ての表面から均質に溶銑の浸透が起こるので、局所的な圧力の高低差に起因する浸透度の違いが生じることがなく、試験体の評価を適切かつ正確に行うことができる。そして、従来と異なり、試験体で容器を形成するわけではないから、容器を圧力に耐えられる強い素材で形成することができる。その結果、十分に加圧でき、高炉の炉底など耐火物の使用状態を再現することができ、耐火物の正確な評価を行うことができる。
【０００９】
なお、接着材としては、アルミナ微粉を水ガラスで溶いたものを使用することができる。例えば、アロンセラ（登録商標）を使用することができる。
【００１０】
また、容器の曲げ強さの上限は特に定めるものではないが、通常使用される素材では３０ＭＰａを超えるものがないので、上限は３０ＭＰａ程度が例示される。弾性率の下限値は１ＧＰａ未満になると容器が変形しやすくなるので、１ＧＰａ以上とすることが好ましい。
【００１１】
本発明では、前記容器は、カーボン素材にて形成されていることが好ましい。
【００１２】
このような構成において、容器をカーボン素材とすることにより、対溶銑性、靱性、柔軟性を備えた容器を得ることができ、本発明の耐火物評価方法に好適な容器を得ることができる。
【００１３】
なお、骨材と結合材とのそれぞれの弾性率としては、骨材の弾性率を１０ＧＰａ以上とし、結合材の弾性率を骨材の弾性率の１０分の１（すなわち１ＧＰａ以上）程度とすることが例として挙げられる。
結合材としては、微粉のカーボン、ＳｉO２、ＳｉＣなどが例として挙げられる。
【００１４】
本発明では、前記耐火物は、骨材の弾性率と結合材との弾性率が異なる材料から構成されていることが好ましい。
【００１５】
このような構成において、骨材と結合材の弾性率が異なる材料は加工が困難であるが、本発明では、耐火物を単純な形状に切り出せばよいので、加工時に試験体に亀裂等が生じる恐れがない。
近年では、耐火物として、アルミナ−シリカ系や、アルミナ−カーボン−ＳｉＣ系などが使用されてきているところ、これらは硬質で粗粒の骨材を含有しており、容器の形状に加工することは非常に困難であった。
この点、本発明では、耐火物を単純な形状に切り出すだけでよいので、耐火物に粗粒が含まれていても簡便に試験体の形状に加工することができ、正確に耐火物の溶銑浸透度を評価することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、耐火物を試験体として加工する際に単純な形状とすることができるので、試験体を形成する際に亀裂等が生じるおそれを排除することができ、亀裂等から溶銑が浸透することがなく、耐火物そのものの溶銑浸透度を適切に評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
本発明の耐火物評価方法にかかる実施形態について説明する。
図１は、この耐火物評価方法に使用される耐火物評価装置１００の全体図である。
耐火物評価装置１００は、内側に試験体５００と溶銑６００とを収容可能な容器２００と、この容器２００の外側から加熱する加熱手段３００と、容器２００内の溶銑６００に加圧する加圧手段４００と、を備えている。
【００１８】
図２は、容器２００の拡大図であり、図３は、容器２００内に試験体５００を接着する様子を示す斜視図である。
容器２００は、カーボン素材で形成されており、曲げ強さが１５ＭＰａ以上かつ弾性率が１０ＧＰａ以下である。
なお、容器２００の開口部２２０は、段差をもって拡径する形状である。
容器２００内には、耐火物を円柱形状に切り出した試験体５００が収納され、さらに、試験体５００はアルミナシリカ系の接着材によって容器２００の底面２１０に接着されている。そして、試験体５００が底面２１０に接着された状態で容器２００内に溶銑６００が投入されている。
【００１９】
加熱手段３００は、容器の周囲を囲んで配設された誘導コイル３１０を備え、高周波電流の印加により容器２００を外側から加熱する。
【００２０】
加圧手段４００は、アルゴン等の不活性ガスを容器２００内に注入するノズル４１０を備えている。このノズル４１０の下端４２０が容器２００の開口部２２０を閉塞している。
なお、ノズル４１０は、下方に向けて押圧されており、容器２００を密閉状態とする。そして、ノズル４１０からガスが容器内に注入されることにより、溶銑６００に圧力が加えられる。
【００２１】
このような構成を備える耐火物試験装置１００によって耐火物を評価する耐火物評価方法の手順について説明する。
まず、容器２００内に収納可能な大きさに評価対象となる耐火物を加工して耐火物試験体５００を形成する（試験体形成工程）。そして、耐火物試験体５００をシリカアルミナ系接着剤７００により容器２００の底面２１０に接着する（試験体接着工程、図３参照）。続いて、容器２００内に溶銑６００を投入する（溶銑投入工程）ノズル４１０によって容器２００を密閉し、ノズル４１０から容器２００内にアルゴン等の不活性ガスを注入して容器２００内の溶銑６００に加圧する（加圧工程）。同時に、加熱手段３００の誘導コイル３１０に高周波電流を印加して、容器２００を外側から加熱する。
この状態を所定時間継続する。すると、例えば、図４に示されるように、耐火物試験体５００に溶銑が浸透（５０１）する。
ここで、実験条件としては、０．５ＭＰａ、１５００℃とし、継続時間を４時間とすることが例として挙げられる。
時間経過後、耐火物試験体５００を取り出してこの耐火物試験体５００への溶銑浸透度を確認する（評価工程）。例えば、耐火物試験体５００を切断して、Ｘ線撮影によりＦｅ成分の浸透度を観察する。Ｆｅ成分が浸透している部分についてはＸ線撮影したときに白くなるので、Ｘ線撮影像に基づいて溶銑の浸透深さを相対的に評価できる。
【００２２】
このような構成を備える第１実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
（１）耐火物を試験体５００として加工する際に単純な円柱状とするので、試験体を形成する際に亀裂等が生じるおそれを排除することができる。従って、亀裂等から溶銑６００が浸透することがなく、耐火物そのものの溶銑浸透度を適切に評価することができる。
【００２３】
（２）耐火物は溶銑６００よりも比重が小さいが、接着剤７００によって容器２００の底面２１０に貼り付けているので、試験体５００を溶銑６００中に没入した状態を保つことができ、溶銑６００に加圧することで、試験体５００に均等に圧力をかけることができる。試験体５００の総ての表面から均質に溶銑６００の浸透が起こり、局所的な圧力の高低差に起因する浸透度の違いが生じることがなく、試験体５００の評価を適切かつ正確に行うことができる。
【００２４】
（３）本実施形態では、試験体５００で容器２００を形成するわけではないので、容器２００を圧力に耐えられるカーボン素材で形成することができる。
その結果、十分に加圧でき、高炉の炉底など耐火物の使用状態を再現することができ、耐火物の正確な評価を行うことができる。
【００２５】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
試験体とする耐火物の成分や粒度については特に限定されるものではない。
容器は、カーボン素材を例にして説明したが、カーボンに限らず、対溶銑性、靱性、柔軟性などを備えた適切な素材を適宜選択すればよい。
評価装置の構成は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の評価方法を実施できればよいことはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、耐火物の評価方法に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】耐火物評価方法に使用される耐火物評価装置の全体図。
【図２】容器の拡大図。
【図３】容器内に試験体を接着する様子を示す斜視図。
【図４】試験体に溶銑が浸透した状態を示す図。
【図５】従来の耐火物試験方法を説明する図。
【符号の説明】
【００２８】
２０…耐火物試験材、３０…溶銑スラグ、１００…耐火物評価装置、２００…容器、２１０…底面、２２０…開口部、３００…加熱手段、３１０…誘導コイル、４００…加圧手段、４１０…ノズル、５００…試験体、５０１…試験体に浸透した溶銑、６００…溶銑、７００…接着剤。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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