(57)【要約】【課題】  耐火体内の亀裂の迂回及び成長を有効に抑えることのできる耐火物を提供する。【解決手段】  耐火物は、立体状に形成される耐火体と、前記耐火体の内部に配置され、前記耐火体の内部を横切って延び、前記耐火体のエッジから離隔されるフレームとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体状に形成される耐火体と、
前記耐火体の内部に配置されるフレームと、
を備え、
前記フレームは、前記耐火体の内部を横切って延び、前記耐火体のエッジから離隔される耐火物。
【請求項２】
前記フレームは、前記耐火体の一方の端部から他方の端部までの長さの１０％〜９０％に位置する請求項１に記載の耐火物。
【請求項３】
前記フレームは、前記耐火体の内部を通る複数の軸の方向において、前記耐火体の一方の端部から他方の端部までの長さの１０％〜９０％に位置する請求項１に記載の耐火物。
【請求項４】
前記フレームは、前記長さの１０％〜９０％の間において、前記フレームが延びた方向に連続して位置する請求項２または請求項３に記載の耐火物。
【請求項５】
前記フレームは、単一繊維と繊維束のうちの少なくとも一方から形成されたカーボン繊維を含む請求項１に記載の耐火物。
【請求項６】
前記耐火体の内部に複数の前記フレームが隔設される請求項１に記載の耐火物。
【請求項７】
前記複数のフレームは、互いに同じ方向に延びた１つのフレームグループを形成するか、あるいは、互いに異なる方向に延びた複数のフレームグループを形成する請求項６に記載の耐火物。
【請求項８】
前記複数のフレームが前記複数のフレームグループを形成するとき、
前記複数のフレームグループが延びた各方向は、互いに０°超え、且つ、１８０°未満の角度をなす請求項７に記載の耐火物。
【請求項９】
前記複数のフレームが前記複数のフレームグループを形成するとき、
前記複数のフレームグループは、第１の軸の方向に延びる第１のグループ及び第２の軸の方向に延びる第２のグループを含む請求項７に記載の耐火物。
【請求項１０】
前記複数のフレームが前記複数のフレームグループを形成するとき、
前記複数のフレームグループは、第３の軸の方向に延びる第３のグループをさらに含む請求項９に記載の耐火物。
【請求項１１】
前記複数のフレーム間の間隔は、前記耐火体の最大の粒子径の２倍以上である請求項６に記載の耐火物。
【請求項１２】
前記耐火体は、粒子の最大サイズが３ｍｍ以下である請求項１に記載の耐火物。
【請求項１３】
前記耐火体は、モールドに注入・成形された不定形耐火物ブロックを含み、
前記不定形耐火物ブロックは、耐火物原料及びグラファイトを含む請求項１に記載の耐火物。
【請求項１４】
前記不定形耐火物ブロックは、前記不定形耐火物ブロックの全重量に対して、１ｗｔ％〜３０ｗｔ％のグラファイトを含む請求項１３に記載の耐火物。
【請求項１５】
前記耐火体は、モールド内において０．１〜１．５ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力にて加圧成形された定形耐火物煉瓦を備え、
前記定形耐火物煉瓦は、耐火物原料、バインダー及びグラファイトを含む請求項１に記載の耐火物。
【請求項１６】
前記定形耐火物煉瓦は、前記定形耐火物煉瓦の全重量に対して、１ｗｔ％〜３０ｗｔ％のグラファイトを含む請求項１５に記載の耐火物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は耐火物に係り、さらに詳しくは、亀裂の迂回及び成長を有効に抑えることのできる耐火物に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄工場において用いられる耐火物は、マグネシアとアルミナなどを原料として製造される。このとき、耐火物に繰り返し加えられる熱衝撃に対する耐久性の増加と、耐火物と接触するスラグ（鉱滓）への反応性の減少と、耐火物の内部の温度勾配の緩和を図るために、耐火物にグラファイトが添加される。
【０００３】
一方、耐火物の熱伝導度の向上と弾性率の低減を図るために、グラファイトの含量を増大させることはできるとはいえ、グラファイトの含量を増大させて得られる耐スポーリング性の向上には限界がある。また、耐火物内のグラファイトが溶鋼に直接的に当接する場合、溶鋼中に炭素が溶出して溶鋼の炭素の濃度を増加させる虞があり、耐火物の内部に一酸化炭素が生成されて耐火物が損なわれる虞がある。なお、耐火物がマグネシア質の耐火物である場合、溶鋼内の炭素と反応して多量の一酸化炭素を生成する虞がある。
【０００４】
したがって、溶鋼の炭素の濃度の増加と、一酸化炭素の発生による耐火物の損傷とを抑えるために、耐火物へのスラグの浸透を抑えながら、耐火物内の耐熱衝撃性を低下させない範囲内において耐火物のグラファイトの含量を低めることが好ましい。
【０００５】
このとき、グラファイトの含量を低める分だけ、耐火物の耐久性が減少する虞があるため、グラファイトに加えて、耐火物の耐久性を確保できる方案が必要である。
【０００６】
本発明の背景となる技術は、下記の特許文献に掲載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】韓国公開特許第１０−２００９−０１１６４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、亀裂の迂回及び成長を有効に抑えることのできる耐火物を提供する。
【０００９】
本発明は、亀裂が生じた部分の局部的な脱落を有効に防ぐことのできる耐火物を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態に係る耐火物は、立体状に形成される耐火体と、耐火体の内部に配置されるフレームと、を備え、フレームは、耐火体の内部を横切って延び、耐火体のエッジから離隔される。
【００１１】
フレームは、耐火体の一方の端部から他方の端部までの長さの１０％〜９０％に位置してもよい。
【００１２】
フレームは、耐火体の内部を通る複数の軸の方向において、耐火体の一方の端部から他方の端部までの長さの１０％〜９０％に位置してもよい。
【００１３】
フレームは、長さの１０％〜９０％の間において、フレームが延びた方向に連続して位置してもよい。
【００１４】
フレームは、単一繊維と繊維束のうちの少なくとも一方から形成されたカーボン繊維を含んでいてもよい。
【００１５】
耐火体の内部に複数の前記フレームが隔設されてもよい。
【００１６】
複数のフレームは、互いに同じ方向に延びた１つのフレームグループを形成してもよく、あるいは、互いに異なる方向に延びた複数のフレームグループを形成してもよい。
【００１７】
複数のフレームが複数のフレームグループを形成するとき、複数のフレームグループが延びた各方向は、互いに０°超え、且つ、１８０°未満の角度をなしてもよい。
【００１８】
複数のフレームが複数のフレームグループを形成するとき、複数のフレームグループは、第１の軸の方向に延びる第１のグループ及び第２の軸の方向に延びる第２のグループを含んでいてもよい。
【００１９】
複数のフレームが複数のフレームグループを形成するとき、複数のフレームグループは、第３の軸の方向に延びる第３のグループをさらに含んでいてもよい。
【００２０】
複数のフレーム間の間隔は、耐火体の最大の粒子径の２倍以上であってもよい。
【００２１】
耐火体は、粒子の最大サイズが３ｍｍ以下であってもよい。
【００２２】
耐火体は、モールドに注入・成形された不定形耐火物ブロックを含み、不定形耐火物ブロックは、耐火物原料及びグラファイトを含んでいてもよい。
【００２３】
不定形耐火物ブロックは、不定形耐火物ブロックの全重量に対して、１ｗｔ％〜３０ｗｔ％のグラファイトを含んでいてもよい。
【００２４】
耐火体は、モールド内において０．１〜１．５ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力にて加圧成形された定形耐火物煉瓦を備え、定形耐火物煉瓦は、耐火物原料、バインダー及びグラファイトを含んでいてもよい。
【００２５】
定形耐火物煉瓦は、定形耐火物煉瓦の全重量に対して、１ｗｔ％〜３０ｗｔ％のグラファイトを含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の実施例によれば、耐火物の内部にカーボン繊維を用いて様々な構造のフレームグループを築くことができ、これを用いて、耐火物の内部において生じる亀裂が周りに伝播したり、耐火体内のグラファイト粒子を迂回して成長したりすることを有効に抑えることができる。なお、たとえ耐火物の内部において亀裂が成長するとしても、耐火物の内部に築かれたカーボン繊維を用いて、亀裂が生じた耐火物の一部が局部的に脱落することを防ぐことができる。
【００２７】
すなわち、耐火物の内部に様々な立体構造に築かれたカーボン繊維により耐火物の耐久性を十分に確保することができるので、耐火物のグラファイトの含量を従来よりも減らすことができる。したがって、耐火物が用いられる製鉄工程の最中に耐火物と接触した溶融金属の内部に炭素が溶出することを低減し、耐火物の使用寿命を十分に確保することができて、製品の品質の確保と製造コストの節減に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例に係る耐火物の概念図である。
【図２】本発明の実施例に係る耐火物の概念図である。
【図３】本発明の実施例に係る耐火物の概念図である。
【図４】本発明の一実施例と比較例に係る各耐火物の亀裂の遮断作用を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施例と比較例に係る各耐火物の局部脱落の防止作用を対比して説明するための図である。
【図６】本発明の一実施例と比較例に係る各耐火物の折れ強度の測定結果を説明するための図である。
【図７】本発明の一実施例と比較例に係る各耐火物の熱衝撃耐久性の測定結果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施例についてより詳しく説明する。しかしながら、本発明は以下に開示される実施例に何ら限定されるものではなく、異なる様々な形態に具体化される筈である。単に、本発明の実施例は、本発明の開示を十分たるものにし、当該分野において通常の知識を有する者に発明の範囲を十分に知らせるために提供するものである。本発明を説明するに当たって、同じ構成要素に対しては同じ参照符号を付し、図面は、本発明の実施例を説明するために誇張されてもよく、図中の同じ符号は、同じ構成要素を指し示す。
【００３０】
図１から図３は、本発明の実施例に係る耐火物の概念図である。図１は、本発明の第１の実施例の耐火物の概念図であり、図２は、本発明の第２の実施例の耐火物の概念図であり、図３は、本発明の第３の実施例の耐火物の概念図である。
【００３１】
本発明の実施例について、製鋼工程と連続鋳造工程などを行う各種の設備において活用可能な不燒性耐火物を基準として説明する。いうまでもなく、本発明の実施例は、製鉄工程のための各種の設備にも種々に適用可能である。
【００３２】
図１から図３に基づいて、本発明の実施例に係る耐火物について詳しく説明する。本発明の実施例に係る耐火物は、耐火性を有し、立体状に形成される耐火体１０と、耐火体１０の内部に配置され、耐火体１０の内部を横切って延び、耐火体１０のエッジから離隔されるフレーム２０と、を備える。ここで、エッジとは、耐火体１０を３軸（ｘ、ｙ、ｚ軸）の方向をはじめとする様々な方向に切断したとき、各断面の周縁の周りに相当する耐火体１０内の所定の領域を意味する。すなわち、フレーム２０がエッジから離隔されるということは、例えば、耐火体１０の中心を原点とするすべての方向に対して、フレーム２０が耐火体１０の表面から離隔されて耐火体１０の内部に所定の深さをもって埋設されていることを意味する。本発明の実施例に係る耐火物は、フレーム２０を用いて、耐火体１０の耐久性を強化させた高耐久性の耐火物であるといえる。
【００３３】
耐火体１０は、耐火性を有していてもよく、各種の工程が行われる高温の環境において使用寿命の間に機械的（物理的）な浸食と化学的な浸食に耐え得るように形成されてもよい。耐火体１０は、グラファイトを含む不燒性耐火体であってもよい。このとき、耐火体１０は、不定形耐火物ブロックと定形耐火物煉瓦を含んでいてもよい。不定形耐火物ブロックは、モールドに注入・成形された不定形耐火物ブロックであってもよく、定形耐火物煉瓦は、モールド内において所定の圧力にて加圧成形された定形耐火物煉瓦であってもよい。
【００３４】
一方、不定形耐火物ブロックは、例えば、キャスタブル耐火物などの不定形耐火物原料から製造された耐火物ブロックである。すなわち、「不定形」という用語は、所定の固定された形状を有するが、その形状が様々な立体状であることを意味する。実施例においては、「不定形」という用語が、液体のように、形状が一定ではなく、流動的なことを意味するわけではない。
【００３５】
不定形耐火物ブロックは、耐火物原料及びグラファイトを含んでいてもよい。不定形耐火物ブロックは、不定形耐火物ブロックの全重量に対して、１ｗｔ％〜３０ｗｔ％のグラファイトを含んでいてもよく、残部の耐火物原料を含んでいてもよい。
【００３６】
ここで、不定形耐火物ブロックが全重量に対して、１ｗｔ％未満のグラファイトを含むと、不定形耐火物ブロックの耐熱衝撃性とスラグに対する耐食性が低下して不定形耐火物ブロックの寿命の低下を引き起こす虞がある。不定形耐火物ブロックが全重量に対して、３０ｗｔ％超えのグラファイトを含むと、不定形耐火物ブロックの内部を占めるグラファイトの量が多いため、溶鋼に炭素成分が溶出されて溶鋼の成分の変化を引き起こす虞がある。
【００３７】
定形耐火物煉瓦は、耐火物原料、バインダー及びグラファイトを含んでいてもよい。定形耐火物煉瓦は、定形耐火物煉瓦の全重量に対して、１ｗｔ％〜３０ｗｔ％のグラファイト及び０．５ｗｔ％〜５ｗｔ％のバインダーを含んでいてもよく、残部の耐火物原料を含んでいてもよい。
【００３８】
ここで、定形耐火物煉瓦が全重量に対して、１ｗｔ％未満のグラファイトを含むと、定形耐火物煉瓦の耐熱衝撃性とスラグに対する耐蝕性が低下して不定形耐火物ブロックの寿命の低下を引き起こす虞がある。定形耐火物煉が全重量に対して、３０ｗｔ％超えのグラファイトを含むと、定形耐火物煉瓦の内部を占めるグラファイトの量が多いため、溶鋼に炭素成分が溶出して溶鋼の成分の変化を引き起こす虞がある。
【００３９】
また、定形耐火物煉瓦が全重量に対して、０．５ｗｔ％未満のバインダーを含むと、定形耐火物煉瓦の全体に分散され難く、５ｗｔ％超えのバインダーを含むと、熱処理後に定形耐火物煉瓦の内部に空きスペースを生じさせて定形耐火物煉瓦の寿命の低下を引き起こす虞がある。
【００４０】
耐火物原料は、マグネシア、アルミナ、シリカ、カルシア及びジルコニアを含んでいてもよく、これらの間の配合比率は種々であってもよい。実施例においては、この配合比率を特に限定しない。
【００４１】
耐火体１０は、粒子の最大サイズが３ｍｍ以下であってもよい。耐火体１０の粒子の最大サイズがこれよりも大きければ、フレーム２０が耐火体１０の粒子により損なわれる虞がある。
【００４２】
一方、耐火体１０は、フレーム２０を用いて耐久性を向上させることができるので、好ましくは、耐火体１０の全重量に対して、グラファイトの含量が１０ｗｔ％以下になるようにその含量を減らしてもよい。したがって、耐火体１０の内部にフレーム２０が配置されることにより、不定形耐火物ブロックは、全重量に対して、１ｗｔ％〜１０ｗｔ％のグラファイトを含み、且つ、残部の耐火物原料を含むように、グラファイトの含量をさらに減らしてもよい。なお、定形耐火物煉瓦は、全重量に対して、１ｗｔ％〜１０ｗｔ％のグラファイトを含み、且つ、０．５ｗｔ％〜５ｗｔ％のバインダーと残部の耐火物原料を含むように、グラファイトの含量をさらに減らしてもよい。このように、耐火体１０は、極低黒鉛質の耐火体１０であってもよく、したがって、耐火体１０の全重量に対して、グラファイトの含量が１０ｗｔ％以下であってもよい。
【００４３】
特に、不定形耐火物ブロックの場合、グラファイトなしでも所望の耐久性を確保することができる。すなわち、耐火体１０の内部にフレーム２０が配置されることにより、不定形耐火物ブロックは、全重量に対して、１０ｗｔ％以下のグラファイトを含み、且つ、残部の耐火物原料を含むように、グラファイトの含量をさらに減らしてもよい。
【００４４】
フレーム２０は、単一繊維から形成されたカーボン繊維と、繊維束から形成されたカーボン繊維のうちの少なくともどちらか一方を含んでいてもよい。このとき、カーボン繊維は、高靭性カーボン繊維であってもよく、この直径ｄまたは呼び径は、数〜数十μｍであってもよい。フレーム２０は、耐火体１０の内部においてネットワークを形成し、耐火体１０の内部に生じ得る亀裂（ｃｒａｃｋ）がグラファイト粒子と耐火物原料粒子を迂回して成長することを抑えることができる。
【００４５】
一方、耐火体１０は、たとえ一部が亀裂により分離されても、依然としてフレーム２０により支持可能である。したがって、分離した耐火体１０の一部が脱落することを防ぐことができる。すなわち、フレーム２０は、耐火体１０の内部にカーボン繊維ネットワークを形成し、これを用いて、熱衝撃、機械的衝撃及び構造的な応力の集中により耐火体１０の内部に生成される亀裂の伝番を防いで耐火体１０の損傷を防ぐことができる。なお、たとえ耐火体１０に亀裂が生じたとしても、カーボン繊維ネットワークが亀裂の部分の隔離、すなわち、耐火体１０の局部的な脱落を防ぐことができる。
【００４６】
フレーム２０は、耐火体１０のエッジから離隔されて、耐火体１０の表面に露出しない。換言すれば、フレーム２０は、耐火体１０の外部に露出しない。例えば、フレーム２０が耐火体１０の外部に露出すれば、溶鋼と当接する虞があり、フレーム２０内の炭素成分が溶鋼にピックアップされて消失される虞がある。したがって、本発明の実施例によれば、フレーム２０が耐火体１０の内部に配置されるとき、耐火体１０のエッジから離隔される。
【００４７】
フレーム２０は、耐火体１０の一方の端部から他方の端部までの長さの５％〜９５％に位置してもよい。このとき、好ましくは、フレーム２０は、耐火体１０の一方の端部から他方の端部までの長さの１０％〜９０％に位置してもよい。さらに詳しくは、フレーム２０は、耐火体１０の内部を通る複数の軸の方向において、耐火体１０の一方の端部から他方の端部までの長さの１０％〜９０％に位置してもよい。ここで、複数の軸は、３軸（ｘ、ｙ、ｚ軸）の方向をはじめとして、これらの軸と所定の角度で離隔され、耐火体１０の内部を通る様々な軸を含んでいてもよい。このとき、これらの軸は、耐火体１０の内部の所定の位置を通ってもよく、耐火体１０の中心を通ってもよい。上述した一方の端部と他方の端部は、耐火体１０の  中心を挟んで向かい合う一方の端部と他方の端部であり、耐火体１０の中心を通る複数の軸の方向に両側に位置してもよい。
【００４８】
例えば、ｘ軸の方向において、耐火体１０の一方の端部から他方の端部までの長さをｘ軸の長さＬ１としたとき、フレーム２０は、ｘ軸の長さＬ１の１０％〜９０％長さＬ１，０に位置する。また、ｙ軸の方向において、耐火体１０の一方の端部から他方の端部までの長さをｙ軸の長さＬ３としたとき、フレーム２０は、ｙ軸の長さＬ３の１０％〜９０％の長さＬ３，０に位置する。なお、ｚ軸の方向において、耐火体１０の一方の端部から他方の端部までの長さをｚ軸の長さＬ２としたとき、フレーム２０は、ｚ軸の長さＬ２の１０％〜９０％の長さＬ２，０内に位置してもよい。
【００４９】
フレーム２０の位置が前記範囲を超える場合、耐火体１０の表面近くにフレーム２０が位置し、このため、耐火体１０を製造する過程において表面に微細な亀裂が生じる虞がある。フレーム２０の位置が前記範囲未満である場合、カーボン繊維による耐火体の補強効果が低下するという問題がある。
【００５０】
フレーム２０は、フレーム２０が延びた方向への耐火体１０の長さの１０％〜９０％の長さを有するカーボン長繊維であってもよい。このとき、フレーム２０は、耐火体１０の一方の端部から他方の端部までの長さの１０％〜９０％において、フレーム２０が延びた方向に連続して位置してもよい。一方、フレーム２０は、耐火体１０の一方の端部から他方の端部までの長さの１０％〜９０％において互いに離隔されて位置してもよく、互いに接触されるように位置しつつ互いに整列されてもよい。この場合、フレーム２０の長さはさらに短くてもよい。
【００５１】
すなわち、フレーム２０は、耐火体１０の一方の端部から他方の端部までの長さの１０％〜９０％において、フレーム２０が延びた方向に途切れることなく（短絡されることなく）連続して位置してもよく、このとき、フレーム２０が延びた長さが、フレーム２０が延びた方向への耐火体１０の長さの１０％〜９０％の長さであってもよい。
【００５２】
あるいは、フレーム２０は、耐火体１０の一方の端部から他方の端部までの長さの１０％〜９０％において、フレーム２０が延びた方向に断続的に位置してもよく、このとき、フレーム２０が延びた長さが、フレーム２０が延びた方向への耐火体１０の長さの、例えば、１０％〜８０％の長さであってもよい。
【００５３】
フレーム２０の最小の長さが耐火体１０の長さの１０％未満であれば、カーボン長繊維による耐火体の補強効果が低下するという問題がある。フレーム２０の最大の長さが耐火体１０の長さの９０％以上であれば、耐火体１０の表面近くにフレーム２０が位置し、このため、耐火体１０を製造する過程において表面に微細な亀裂が生じる虞がある。
【００５４】
フレーム２０は、上述した数値範囲により、耐火体１０内に方向性をもってグループ化して配置されてもよい。
【００５５】
フレーム２０が延びた方向は、亀裂が生じる方向に垂直であってもよく、耐火物の使用環境に応じて、亀裂が多方面に生じる場合、フレーム２０の配列を多様化させてこれに対応することができる。
【００５６】
一方、耐火体１０の内部に複数のフレーム２０が隔設されてもよい。このとき、複数のフレーム２０間の間隔ｔは、耐火体１０の最大の粒子径の２倍以上であってもよい。フレーム２０間の間隔が耐火体１０の最大の粒子径の２倍未満であれば、耐火体１０の成形がスムーズに行われない虞があり、耐火体１０の重量が小さくなって耐火物としての機能が低下する虞がある。
【００５７】
また、フレーム２０間の間隔ｔが耐火体１０の最大の粒子径の２倍未満であれば、フレーム２０の間に耐火体１０の粒子が充填され難く、その結果、フレーム２０の間に空きスペースを生じさせる虞があり、この空きスペースは、欠陥（ｄｅｆｅｃｔ）として働く虞がある。
【００５８】
一方、さらに好ましくは、複数のフレーム２０間の間隔が耐火体１０の最大の粒子径の３倍以上であってもよい。この場合、フレーム２０の間に耐火体１０の粒子がなお一層均一に充填可能であり、耐火体１０の粒子がなお一層均一に分布可能である。
【００５９】
複数のフレーム２０間の間隔の上限は、特に限定されない。すなわち、複数のフレーム２０間の間隔は、耐火体１０の最大の粒子径の２倍以上である範囲内において、フレーム２０の数に応じて種々に変更可能である。
【００６０】
以下、耐火物の使用環境に応じてフレーム２０の配列を種々に構成したそれぞれの実施例について説明する。
【００６１】
図１を参照すると、本発明の第１の実施例においては、複数のフレーム２０が互いに同じ方向に延びて１つのフレームグループを形成してもよい。すなわち、複数のフレーム２０が、例えば、ｘ軸の方向とｚ軸の方向に離隔され、ｙ軸の方向に延びて１つのフレームグループを形成してもよい。いうまでもなく、図示されたものの他にも、複数のフレーム２０が、例えば、ｙ軸の方向とｘ軸の方向に離隔され、ｚ軸の方向に延びて１つのフレームグループを形成してもよく、複数のフレーム２０が、例えば、ｚ軸の方向とｙ軸の方向に離隔され、ｘ軸の方向に延びて１つのフレームグループを形成してもよい。なお、上述した場合において、各軸の方向に延びることに加えて、各軸の方向に所定の角度だけ傾くように延びてもよい。このような配列を同一方向の平行配列と称する。このような配列は、定形耐火物煉瓦に適用されればよい。一方、第１の実施例の変形例の場合、耐火体１０の内部に１つのフレーム２０が配置されてもよい。
【００６２】
図２を参照すると、本発明の第２の実施例においては、複数のフレーム２０が互いに異なる方向に延びて複数のフレームグループを形成してもよく、このとき、複数のフレームグループは、第１の軸の方向に延びる第１のグループと、第２の軸の方向に延びる第２のグループを含んでいてもよい。ここで、第１の軸の方向が、例えば、ｘ軸の方向であるとすれば、第２の軸の方向は、ｙ軸の方向であってもよく、ｚ軸の方向であってもよい。また、第１の軸の方向が、例えば、ｙ軸の方向であるとすれば、第２の軸の方向は、ｚ軸の方向であってもよく、ｘ軸の方向であってもよい。なお、第１の軸の方向が、例えば、ｚ軸の方向であるとすれば、第２の軸の方向は、ｘ軸の方向であってもよく、ｙ軸の方向であってもよい。このような配列を平面格子離隔配列と称する。このような配列は、定形耐火物煉瓦に適用されればよい。一方、第２の実施例の変形例の場合、各フレームグループごとに１つのフレーム２０のみを備えていてもよい。
【００６３】
図３を参照すると、本発明の第３の実施例においては、複数のフレーム２０が互いに異なる方向に延びて複数のフレームグループを形成してもよく、このとき、複数のフレームグループは、第１の軸の方向に延びる第１のグループと、第２の軸の方向に延びる第２のグループと、第３の軸の方向に延びる第３のグループと、を含んでいてもよい。ここで、第１の軸の方向と第２の軸の方向と第３の軸の方向は、ｘ軸の方向、ｙ軸の方向及びｚ軸の方向であってもよい。このような配列を空間格子離隔配列と称する。このような配列は、不定形耐火物ブロックに適用されればよい。一方、第３の実施例の変形例の場合、各フレームグループごとに１つのフレーム２０のみを備えていてもよい。
【００６４】
これらの他にも、種々の実施例があり得、耐火体１０の内部に様々なフレームグループがさらに形成されてもよく、複数のフレーム２０が複数のフレームグループを形成するとき、複数のフレームグループが延びた各方向は、０°超え、且つ、１８０°未満の角度をなしてもよい。複数のフレームグループが互いに０°超え、且つ、１８０°未満の角度をなしながら延びることにより、耐火体１０の内部に様々な立体構造にフレーム２０が配列されてもよい。一方、複数のフレームグループが様々な立体構造に形成されるとき、その変形例によれば、各フレームグループごとに１つのフレームのみを備えていてもよい。
【００６５】
以下、本発明の実施例に係る耐火物の製造方法について説明する。
【００６６】
まず、耐火体１０が不定形耐火物ブロックであるときの耐火物の製造方法について説明する。本発明の実施例に係る耐火物の製造方法は、耐火物原料及びグラファイトを用意する過程と、耐火物原料とグラファイトを混合して混合物を用意する過程と、モールド内に少なくとも１つのフレーム２０を位置させる過程と、混合物に水を添加して混合した後、これをモールドに注入する過程、及びモールド内において混合物を硬化させて不定形耐火物ブロックに成形する過程を含む。このとき、フレーム２０がモールドの内部面において離隔されるように位置してもよく、特に、モールドの内部空間の一方の端部から他方の端部までの長さの１０％〜９０％に位置してもよい。なお、モールド内に配置されるフレーム２０の構造を多様化させて所望の構造のカーボン繊維ネットワークを耐火体１０内に築いてもよい。
【００６７】
次いで、耐火体１０が定形耐火物煉瓦であるときの耐火物の製造方法について説明する。本発明の実施例に係る耐火物の製造方法は、耐火物原料、バインダー及びグラファイトを用意する過程と、耐火物原料、バインダー及びグラファイトを混合して混合物を用意する過程と、モールド内に少なくとも１つのフレーム２０を位置させる過程と、混合物をモールドに投入する過程、及びモールド内の混合物を加圧成形して定形耐火物煉瓦を成形する過程を含む。このとき、フレーム２０がモールドの内部面において離隔されるように位置してもよく、特に、モールドの内部空間の一方の端部から他方の端部までの長さの１０％〜９０％に位置してもよい。なお、モールド内に配置されるフレーム２０の構造を多様化させて所望の構造のカーボン繊維ネットワークを耐火体１０内に築いてもよい。
【００６８】
混合物の粒子の最大サイズ、例えば、最大の粒径は３ｍｍ以下であってもよく、フレーム２０間の間隔は９ｍｍ以上であってもよく、混合物を加圧成形するとき、０．１〜１．５ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力にて１軸加圧または等方加圧成形することができる。成形圧力と粒子径が前記数値範囲よりも大きければ、カーボン繊維が混合物の加圧成形中に破損されて耐火体１０内に不連続的に存在してしまい、その結果、耐火物の脱落防止効果が低下する虞がある。成形圧力が前記数値範囲よりも小さければ、耐火体１０が固定された形状を保つことができず、気孔率が高いが故に耐蝕性が低下する虞がある。
【００６９】
一方、モールドの内部にフレーム２０を位置させた後、耐火体１０の成形が完了するまで固定する方式は、種々であってもよい。実施例においては、このような固定方式を特に限定しない。
【００７０】
図４は、本発明の一実施例と比較例に係る各耐火物の亀裂の遮断作用を説明するための図である。図４の（ａ）は、本発明の第１の比較例に係る耐火物において、亀裂が伝番される様子を示す概念図であり、図４の（ｂ）は、本発明の第２の比較例に係る耐火物において、亀裂が伝番される様子を示す概念図である。
【００７１】
本発明の第１の比較例に係る耐火物は、耐火物原料１１とグラファイト１２のみからなる耐火物である。この場合、微細亀裂ａが耐火物の粒子を迂回してスムーズに伝番することができる。
【００７２】
本発明の第２の比較例に係る耐火物は、耐火体が耐火物原料１１とグラファイト１２からなり、このとき、耐火体１１内にナノメートルサイズまたはミリメートルサイズのカーボン短繊維ｂが分散配置される。この場合、たとえ微細亀裂ａがカーボン短繊維ｂと遭遇するとしても、カーボン短繊維ｂを避けて散乱または迂回し易い。
【００７３】
また、第２の比較例の場合、カーボン短繊維ｂの均一な分散が非常に困難であり、カーボン短繊維ｂの不規則的な分散により、耐火体１１の加圧成形の際に弾性率が耐火物の位置別に異なってきて成形を行い難いという問題もある。なお、カーボン短繊維ｂは、配列を所望の方向に整列することが不可能であるため、耐火体の内部にカーボン短繊維のネットワークを所望の構造に築くことが不可能である。
【００７４】
図４の（ｃ）は、本発明の第２の実施例に係る耐火物において、微細亀裂ａの遮断作用を示している。本発明の第２の実施例によれば、フレーム２０がカーボン長繊維であり、耐火体１０内において、例えば、平面格子離隔配列を築くことができる。このため、たとえ耐火物のマトリックスを形成する耐火物原料１１の粒子とグラファイト１２粒子との間に微細亀裂ａが進んだとしても、カーボン長繊維を迂回することができないため、亀裂ａの成長が抑えられる。このとき、たとえ微細亀裂ａが耐火物を横切って貫通するとしても、カーボン長繊維に支持されて脱落が防がれる。
【００７５】
図５は、本発明の一実施例と比較例に係る各耐火物の局部脱落の防止作用を対比して説明するための図である。図５の（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の比較例に係るカーボン短繊維２を含む耐火物レンガ１を示す概念図である。まず、カーボン短繊維２が耐火物レンガ１内に均一に分散できずに、部分的に密集している様子が見られる。このような耐火物レンガ１を亀裂３が貫通すれば、耐火物レンガ１が亀裂３に沿って分離されて一方の側が脱落される虞がある。
【００７６】
図５の（ｃ）及び（ｄ）は、本発明の第１の実施例に係るフレーム、例えば、カーボン長繊維５を含む不定形耐火物ブロック４を示す概念図である。まず、カーボン長繊維５が不定形耐火物ブロック４の内部において互いに同じ方向に延びて１つのフレームグループを形成していることが分かる。この場合、たとえ不定形耐火物ブロック４を亀裂６が貫通するとしても、カーボン長繊維５が不定形耐火物ブロック４の局部脱落を防ぐことができる。
【００７７】
図６は、本発明の一実施例と比較例に係る各耐火物の折れ強度の測定結果を説明するための図である。図６の左側は、本発明の第１の比較例に係る耐火物の折れ強度の測定結果であり、図６の右側は、本発明の第１の実施例に係る耐火物の折れ強度を測定した結果である。このとき、折れ強度の測定は、例えば、材料が破断するまで一定に試料を１軸加圧できる各種の万能試験機を用いて行うことができる。本発明の第１の比較例に係る耐火物と第１の実施例に係る耐火物の実験結果をみると、まず、耐火物が耐え得る最大の荷重が増加したことが分かり、且つ、耐火物が内部のカーボン長繊維を用いて荷重を複数の段階に分けて耐え得ることが分かる。すなわち、第１の実施例の場合の方が、第１の比較例の場合よりも耐久性が向上することが分かる。
【００７８】
図７は、本発明の一実施例と比較例に係る各耐火物の熱衝撃耐久性の測定結果を説明するための図である。このとき、実施例は第１の実施例であり、比較例は第１の比較例である。
【００７９】
図７中の棒グラフは、耐火物のグラファイトの含量と、カーボン長繊維の補強有無に応じた、耐火物が脱落するまで印加した熱衝撃サイクルの数を示す。１５００℃に加熱した耐火物に水冷熱衝撃を印加した場合、グラファイトの含量が増加するにつれて、サイクルが増えることが分かる。カーボン長繊維を補強しなかった第１の比較例の場合、グラファイトの含量が５ｗｔ％と低い場合に特に熱衝撃に弱いことが分かるが、カーボン長繊維で耐火体を補強した第１の実施例の場合、グラファイトの含量が５ｗｔ％と低い場合であっても、グラファイトの含量が１０ｗｔ％である耐火物と略同じレベルに耐熱衝撃性が増加することが分かる。したがって、本発明の実施例によるカーボン長繊維補強耐火物は、グラファイトの含量が１０％以下である耐火物において効果がさらに大きいことが分かる。
【００８０】
これらの結果から明らかなように、耐火物内のカーボン長繊維を様々な構造に築いて耐火体を補強することにより、耐火物内の亀裂の伝播を抑え、耐火物の局部脱落を防いで耐火物の耐久性の向上を期待することができる。なお、亀裂への抵抗性の増加により耐火物のグラファイトの含量を低減することができ、これにより、耐火物から溶鋼へとピックアップ（ｐｉｃｋｕｐ）される炭素成分の量を減らすことができる。
【００８１】
上述したように、本発明の実施例に係る耐火物は、単繊維から形成されたカーボン繊維（単一カーボン繊維）と繊維束から形成されたカーボン繊維（カーボン繊維束）を用いて、耐火体１０の耐久性を強化させた高耐久性の耐火物であるといえる。
【００８２】
さらに詳しくは、本発明の実施例に係る耐火物は、単繊維から形成されたカーボン長繊維や繊維束から形成されたカーボン長繊維を耐火体１０の内部に同じ方向に平行に配列したり、平面格子状に離隔配列したり、空間格子状に離隔配列したりして、耐火体１０内にカーボン長繊維のネットワークを形成することにより、耐火体１０を構造的に補強して耐久性を強化させた高耐久性のカーボン長繊維強化耐火物であるといえる。
【００８３】
これを通して、耐火物の亀裂への抵抗性を増加させ、耐火物のグラファイトの含量を低減することができる。これにより、耐火物が適用された設備において処理中の溶鋼に耐火物の炭素成分が溶出されることを防ぐことができる。なお、耐火物の局部脱落を防いで、耐火物内の亀裂の発生による工程設備の寿命の低下及び故障の発生を防ぐことができる。その結果、安定的に工程設備を運用することができるので、鉄鋼生産性の増大及び耐火物のコストの節減を期待することができる。
【００８４】
本発明の前記実施例は本発明の説明のためのものであり、本発明の制限のためのものではない。本発明の前記実施例に開示されている構成と方式は、互いに結合したり交換したりして種々の形態に変形される筈であり、これらの変形例もまた、本発明の範囲に収まるものとみなせるということに留意すべきである。すなわち、本発明は、請求範囲及びこれと均等な技術的思想の範囲内において互いに異なる種々の形態に具体化される筈であり、本発明が該当する技術分野における業者は、本発明の技術的思想の範囲内において種々の実施例が可能であるということが理解できる筈である。
【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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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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