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JP7563370B2 - Graphite-containing refractory material and method for producing the same - Google Patents
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Description

本発明は、耐火物本体の内部に炭素繊維束を配置した黒鉛含有耐火物に関するものである。 The present invention relates to a graphite-containing refractory material in which carbon fiber bundles are arranged inside the refractory body.

製鉄所において製銑工程や製鋼工程で使用される設備(精錬容器、搬送容器など)は、高温下で長期間の使用に耐えられるように耐火物が内張り施工されている。一般に、精錬工程で使用される転炉の内張りにはマグネシア・カーボン質耐火物が使用され、溶銑予備処理工程で使用されるトピードや高炉鍋の内張りにはアルミナ・炭化珪素・カーボン質耐火物などが使用される。
これらの精錬容器や搬送容器で内張りに使用される耐火物は、装入物による機械的衝撃、溶鋼や溶融スラグの撹拌による摩耗、溶融スラグによるスラグ浸食、操業中の急激な温度変化などが生じる非常に過酷な条件下で使用される。このため、安定した操業を行うためにも、そのような過酷な条件に耐えられる耐用性の高い耐火物を使用する必要がある。
In steelworks, equipment used in the iron-making and steel-making processes (refining vessels, transport vessels, etc.) are lined with refractories to withstand long-term use at high temperatures. In general, magnesia-carbonaceous refractories are used for the lining of converters used in the refining process, while alumina-silicon carbide-carbonaceous refractories are used for the lining of torpedoes and blast furnace ladles used in the molten iron pretreatment process.
The refractories used for lining these refining vessels and transport vessels are used under extremely harsh conditions, including mechanical shock from the charges, abrasion from stirring of molten steel and molten slag, slag erosion from molten slag, and sudden temperature changes during operation. For this reason, in order to ensure stable operation, it is necessary to use refractories with high durability that can withstand such harsh conditions.

特に、転炉の羽口部を構成する羽口煉瓦は、内部に常温のガス(酸素や冷却用炭化水素ガス等)が流れており、炉内に近い部位では内面が常温のガスにより冷却され、外面は炉内の溶鋼からの伝熱による高温に曝されるため、羽口煉瓦内の熱勾配は極めて大きく、しかも転炉の1チャージ分の吹錬が終わる度に、溶鋼を排出することによる温度低下が生じ、大きな熱変動が繰り返される。転炉に設置される羽口煉瓦は、使用頻度が2500~4000チャージ程度にも達し、この1チャージ毎に上記のような大きな熱勾配を生じる状況と大きな熱変動が繰り返されるという極めて過酷な条件で使用されるため、このような条件での使用に耐え得る高い耐用性が必要である。また、羽口煉瓦以外の転炉内張り耐火物(転炉内壁を構成する煉瓦)も、上述したような大きな熱変動が繰り返される過酷な条件で使用されるため、羽口煉瓦ほどではないが、高い耐用性が求められる。 In particular, the tuyere bricks that make up the tuyere of the converter have room temperature gas (oxygen, cooling hydrocarbon gas, etc.) flowing inside, and the inner surface near the inside of the furnace is cooled by the room temperature gas, while the outer surface is exposed to high temperatures due to heat transfer from the molten steel in the furnace, so the thermal gradient inside the tuyere bricks is extremely large, and each time one charge of blowing is completed, the temperature drops due to the discharge of the molten steel, and large thermal fluctuations are repeated. The tuyere bricks installed in converters are used as frequently as 2,500 to 4,000 charges, and are used under extremely harsh conditions where the above-mentioned large thermal gradients and large thermal fluctuations are repeated for each charge, so they need to be highly durable to withstand such conditions. In addition, converter refractory linings other than tuyere bricks (bricks that make up the inner wall of the converter) are also used under harsh conditions where the above-mentioned large thermal fluctuations are repeated, so they need to be highly durable, although not as durable as tuyere bricks.

耐火物の耐用性を高める技術として、特許文献1には、長さ100mm以上の炭素繊維を接着剤で束ね、粘着性を付与した束の状態で耐火物の内部に配置することにより、破壊エネルギーが大幅に上昇したことが記載されている。 As a technology for improving the durability of refractories, Patent Document 1 describes how carbon fibers longer than 100 mm are bundled with adhesive and placed inside the refractory in a sticky bundle state, significantly increasing the fracture energy.

再公表2018-155118号公報Republished Publication No. 2018-155118

しかし、本発明者らが検討した結果、特許文献1のように耐火物の内部に炭素繊維束を装入する技術において、市販の炭素繊維束をそのまま利用した場合、製造時に亀裂などの欠陥が生じやすく、高い製造歩留まりが得られないことが判った。特許文献1には、そのような問題の解決手段については何も示されていない。 However, as a result of the inventors' investigations, it was found that in the technology of inserting carbon fiber bundles inside a refractory material as in Patent Document 1, if commercially available carbon fiber bundles are used as is, defects such as cracks are likely to occur during production, and a high production yield cannot be obtained. Patent Document 1 does not disclose any means of solving such problems.

したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、転炉の内張り耐火物のように長期間にわたって昇温と降温が繰り返される条件で使用される場合でも、熱応力により発生する亀裂の進展が抑制されて高い耐用性が得られ、また、特に転炉の羽口煉瓦のように内部の温度勾配が非常に大きい条件で使用される場合でも高い耐用性が得られる黒鉛含有耐火物であって、しかも製造時に亀裂などの欠陥を生じることなく高い製造歩留まりで製造することができる黒鉛含有耐火物およびその製造方法を提供することにある。 The object of the present invention is therefore to provide a graphite-containing refractory that solves the problems of the prior art, suppresses the growth of cracks caused by thermal stress, and provides high durability even when used under conditions where temperature increases and decreases are repeated over long periods of time, such as in the lining refractory material of a converter, and that provides high durability even when used under conditions where the internal temperature gradient is particularly large, such as in the tuyere bricks of a converter, and that can be manufactured with a high manufacturing yield without generating defects such as cracks during manufacturing, and a method for manufacturing the same.

本発明者らは、上記課題を解決するために検討を重ねた結果、市販の炭素繊維束には、炭素繊維を束として纏めるために束内外にサイジング剤が付着しているが、このサイジング剤が付着した炭素繊維束を、そのまま耐火物の内部に配置することが製造時に亀裂などの欠陥が生じる原因であること、したがって、外表面や束内に付着したサイジング剤の少なくとも一部を事前に除去した炭素繊維束を用いることにより、製造時の欠陥の発生を抑えることができることを見出した。さらに、好ましくは炭素繊維束を構成する炭素繊維の繊維径や本数を最適化することにより、上述したような極めて厳しい使用環境でも高い耐用性が得られることを見出した。 The inventors of the present invention have conducted extensive research to solve the above problems, and as a result have found that, although commercially available carbon fiber bundles have a sizing agent attached to the inside and outside of the bundle to hold the carbon fibers together in the bundle, placing the carbon fiber bundle with the sizing agent attached as is inside a refractory material causes defects such as cracks during manufacturing, and therefore, by using a carbon fiber bundle from which at least a portion of the sizing agent attached to the outer surface and inside the bundle has been removed in advance, it is possible to suppress the occurrence of defects during manufacturing. Furthermore, the inventors have found that, preferably, by optimizing the fiber diameter and number of carbon fibers constituting the carbon fiber bundle, high durability can be obtained even in the extremely severe usage environment described above.

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]耐火物本体(A)の内部に炭素繊維束(B)が配置された黒鉛含有耐火物であって、
炭素繊維束(B)は、少なくとも外表面の一部または全部にサイジング剤が付着していない炭素繊維束からなることを特徴とする黒鉛含有耐火物。
[2]上記[1]の黒鉛含有耐火物において、炭素繊維束(B)は、外表面の一部または全部と束内の一部または全部にサイジング剤が付着していない炭素繊維束からなることを特徴とする黒鉛含有耐火物。
The present invention has been made based on these findings, and has the following gist.
[1] A graphite-containing refractory having a carbon fiber bundle (B) disposed inside a refractory body (A),
A graphite-containing refractory material, characterized in that the carbon fiber bundles (B) are carbon fiber bundles having no sizing agent attached to at least a part or all of the outer surface thereof.
[2] The graphite-containing refractory according to the above [1], wherein the carbon fiber bundles (B) are carbon fiber bundles having no sizing agent attached to a part or all of the outer surface and a part or all of the interior of the bundles.

[3]上記[1]または[2]の黒鉛含有耐火物において、炭素繊維束(B)は、耐火物本体(A)に対して接着剤成分(c)を介して接着されていることを特徴とする黒鉛含有耐火物。
[4]上記[3]の黒鉛含有耐火物において、炭素繊維束(B)は、サイジング剤が付着していない束内に接着剤成分(c)を含むことを特徴とする黒鉛含有耐火物。
[5]上記[3]または[4]の黒鉛含有耐火物において、接着剤成分(c)は、有機樹脂、無機ゾル由来の無機微粒子、タールまたは/およびピッチ由来の有機物、有機糊由来の有機物の中から選ばれる1種以上であることを特徴とする黒鉛含有耐火物。
[3] The graphite-containing refractory according to the above [1] or [2], characterized in that the carbon fiber bundles (B) are bonded to the refractory body (A) via an adhesive component (c).
[4] The graphite-containing refractory according to the above [3], wherein the carbon fiber bundles (B) contain an adhesive component (c) in the bundles to which no sizing agent is attached.
[5] The graphite-containing refractory according to the above [3] or [4], wherein the adhesive component (c) is one or more selected from the group consisting of organic resins, inorganic fine particles derived from inorganic sols, organic substances derived from tar and/or pitch, and organic substances derived from organic glues.

[6]上記[1]~[5]のいずれかの黒鉛含有耐火物において、炭素繊維束(B)は、長さが100mm以上で繊維径が1~45μmの炭素繊維を束に纏めたものであって、1束あたりの炭素繊維の本数が1000~300000本であることを特徴とする黒鉛含有耐火物。
[7]上記[1]~[6]のいずれかの黒鉛含有耐火物において、耐火物本体(A)の内部に、複数本の炭素繊維束(B)が間隔をあけて並列状に配置されていることを特徴とする黒鉛含有耐火物。
[8]上記[1]~[7]のいずれかの黒鉛含有耐火物において、耐火物本体(A)は、黒鉛原料を1~80質量%含有することを特徴とする黒鉛含有耐火物。
[6] The graphite-containing refractory according to any one of the above [1] to [5], wherein the carbon fiber bundle (B) is a bundle of carbon fibers having a length of 100 mm or more and a fiber diameter of 1 to 45 μm, and the number of carbon fibers per bundle is 1,000 to 300,000.
[7] The graphite-containing refractory according to any one of the above [1] to [6], characterized in that a plurality of carbon fiber bundles (B) are arranged in parallel at intervals inside the refractory body (A).
[8] The graphite-containing refractory according to any one of the above [1] to [7], wherein the refractory body (A) contains 1 to 80 mass% of a graphite raw material.

[9]上記[1]~[8]のいずれかの黒鉛含有耐火物を備えることを特徴とする転炉。
[10]上記[1]~[8]のいずれかの黒鉛含有耐火物を備えることを特徴とする溶銑予備処理容器。
[11]上記[1]~[8]のいずれかの黒鉛含有耐火物を備えることを特徴とする取鍋容器。
[9] A converter comprising any one of the graphite-containing refractories according to [1] to [8] above.
[10] A molten iron pretreatment vessel comprising the graphite-containing refractory according to any one of [1] to [8] above.
[11] A ladle vessel comprising any one of the graphite-containing refractories described above in [1] to [8].

[12]耐火物本体(A)の内部に炭素繊維束(B)が配置された黒鉛含有耐火物の製造方法であって、
サイジング剤が付着している市販品の炭素繊維束(b)に対して、付着しているサイジング剤のうち、少なくとも炭素繊維束外表面に付着しているサイジング剤の一部または全部を除去する処理を施す事前処理工程(i)と、
該事前処理工程(i)を経た炭素繊維束(b)に対して接着剤を付着させる調製工程(ii)と、
該調製工程(ii)で接着剤を付着させた炭素繊維束(b)を耐火物原料(a)の内部に埋設し、該炭素繊維束(b)が埋設された耐火物原料(a)を成形して耐火物成形体を得る成形工程(iii)と、
該成形工程(iii)で得られた耐火物成形体を乾燥する乾燥工程(iv)を有することを特徴とする黒鉛含有耐火物の製造方法。
[12] A method for producing a graphite-containing refractory in which a carbon fiber bundle (B) is disposed inside a refractory body (A), comprising the steps of:
A pre-treatment step (i) of subjecting a commercially available carbon fiber bundle (b) to a sizing agent attached thereto to a treatment for removing a part or all of the sizing agent attached to at least the outer surface of the carbon fiber bundle, among the sizing agents attached thereto;
a preparation step (ii) of applying an adhesive to the carbon fiber bundle (b) that has been subjected to the pretreatment step (i);
a molding step (iii) of embedding the carbon fiber bundles (b) to which the adhesive has been applied in the preparation step (ii) inside a refractory raw material (a) and molding the refractory raw material (a) in which the carbon fiber bundles (b) are embedded to obtain a refractory molded body;
The method for producing a graphite-containing refractory material comprises a drying step (iv) of drying the refractory molded body obtained in the molding step (iii).

[13]上記[12]の製造方法において、成形工程(iii)では、炭素繊維束(b)が接着剤を介して耐火物原料(a)に接着されることを特徴とする黒鉛含有耐火物の製造方法。
[14]上記[12]または[13]の製造方法において、事前処理工程(i)では、炭素繊維束外表面に付着しているサイジング剤の一部または全部と炭素繊維束の束内に付着しているサイジング剤の一部または全部を除去する処理を施すことを特徴とする黒鉛含有耐火物の製造方法。
[15]上記[14]の製造方法において、調製工程(ii)では、サイジング剤が付着していない炭素繊維束(b)の束内に接着剤を含ませることを特徴とする黒鉛含有耐火物。
[13] The method for producing a graphite-containing refractory according to the above [12], wherein in the molding step (iii), the carbon fiber bundles (b) are bonded to the refractory raw material (a) via an adhesive.
[14] The method for producing a graphite-containing refractory material according to the above [12] or [13], characterized in that in the pre-treatment step (i), a treatment is carried out to remove a part or all of a sizing agent adhering to an outer surface of the carbon fiber bundle and a part or all of a sizing agent adhering to an inside of the carbon fiber bundle.
[15] A graphite-containing refractory material, characterized in that in the production method according to the above [14], in the preparation step (ii), an adhesive is contained in the carbon fiber bundles (b) to which no sizing agent is attached.

[16]上記[12]~[15]のいずれかの製造方法において、接着剤は、有機樹脂、無機ゾル、タール、ピッチ、有機糊の中から選ばれる1種以上であることを特徴とする黒鉛含有耐火物の製造方法。
[17]上記[12]~[16]のいずれかの製造方法において、炭素繊維束(b)は、長さが100mm以上で繊維径が1~45μmの炭素繊維を束に纏めたものであって、1束あたりの炭素繊維の本数が1000~300000本であることを特徴とする黒鉛含有耐火物の製造方法。
[18]上記[12]~[17]のいずれかの製造方法において、成形工程(iii)では、耐火物原料(a)の内部に、複数本の炭素繊維束(b)を間隔をあけて並列状に配置することを特徴とする黒鉛含有耐火物の製造方法。
[16] The method for producing a graphite-containing refractory material according to any one of the above [12] to [15], wherein the adhesive is one or more selected from the group consisting of organic resins, inorganic sols, tar, pitch, and organic glues.
[17] In any one of the manufacturing methods [12] to [16] above, the carbon fiber bundle (b) is a bundle of carbon fibers having a length of 100 mm or more and a fiber diameter of 1 to 45 μm, and the number of carbon fibers per bundle is 1,000 to 300,000.
[18] The method for producing a graphite-containing refractory according to any one of the above-mentioned [12] to [17], wherein in the molding step (iii), a plurality of carbon fiber bundles (b) are arranged in parallel at intervals inside the refractory raw material (a).

本発明の黒鉛含有耐火物は、高い破壊エネルギーを有するため、転炉の内張り耐火物のように長期間にわたって昇温と降温が繰り返される条件下で使用しても、熱応力により発生する亀裂の進展が抑制されるため高い耐用性が得られ、特に転炉の羽口煉瓦のように内部の温度勾配が非常に大きい条件で使用される場合でも高い耐用性が得られる。しかも、製造時に亀裂などの欠陥を生じることなく高い製造歩留まりで製造することができるため、製造コストを低く抑えることができる。
また、本発明の製造方法によれば、そのような黒鉛含有耐火物を安定して製造することができる。
The graphite-containing refractory of the present invention has high fracture energy, and therefore even when used under conditions where temperature rise and fall are repeated over a long period of time, such as the lining refractory of a converter, the growth of cracks caused by thermal stress is suppressed, and high durability is obtained, particularly when used under conditions where the internal temperature gradient is very large, such as the tuyere bricks of a converter. Moreover, since it can be produced with a high production yield without generating defects such as cracks during production, production costs can be kept low.
Moreover, according to the production method of the present invention, such a graphite-containing refractory can be stably produced.

本発明の黒鉛含有耐火物を羽口煉瓦に適用した場合の一実施形態において、羽口煉瓦を構成する煉瓦構成部材の1つを模式的に示すものであり、図1(ア)は斜視図、図1(イ)は図1(ア)中の一点鎖線に沿う断面図(耐火物稼働面に平行な断面図)FIG. 1 is a schematic diagram showing one of the brick components constituting the tuyere brick in one embodiment in which the graphite-containing refractory of the present invention is applied to a tuyere brick, in which FIG. 1(A) is a perspective view, and FIG. 1(B) is a cross-sectional view taken along the dashed line in FIG. 1(A) (a cross-sectional view parallel to the refractory operating surface). 本発明の黒鉛含有耐火物の製造工程の一例を示すフロー図FIG. 1 is a flow chart showing an example of a process for producing the graphite-containing refractory material of the present invention. 実施例における黒鉛含有耐火物の耐溶損性の評価試験方法を示すもので、図3(A)は試験の実施状況を試験炉および筒状サンプルを縦断面した状態で模式的に示す説明図、図3(B)は図3(A)に示される筒状サンプルの平面図、図3(C)は図3(A),(B)に示す筒状サンプルを構成する試験片の1つを示す斜視図FIG. 3 shows a test method for evaluating the corrosion resistance of a graphite-containing refractory in an embodiment. FIG. 3(A) is an explanatory diagram showing a test furnace and a cylindrical sample in vertical section as the test is carried out. FIG. 3(B) is a plan view of the cylindrical sample shown in FIG. 3(A). FIG. 3(C) is a perspective view showing one of the test pieces constituting the cylindrical sample shown in FIGS. 3(A) and (B). 実施例における黒鉛含有耐火物の曲げ強度の測定方法を示すもので、図4(ア)は3点曲げ強度試験の実施状況を模式的に示す説明図、図4(イ)は図4(ア)の試験片の端面を模式的に示す説明図FIG. 4 shows a method for measuring the bending strength of a graphite-containing refractory in an embodiment. FIG. 4(A) is an explanatory diagram showing a typical implementation state of a three-point bending strength test, and FIG. 4(B) is an explanatory diagram showing a typical end face of the test piece in FIG. 4(A). 実施例において、3点曲げ強度試験で得られた荷重-変位曲線から求められる破壊エネルギーの一例を示す図面FIG. 1 is a diagram showing an example of fracture energy calculated from a load-displacement curve obtained in a three-point bending strength test in an embodiment.

本発明の黒鉛含有耐火物は、耐火物本体Aの内部に炭素繊維束Bが配置された黒鉛含有耐火物であって、炭素繊維束Bは、少なくとも外表面の一部または全部にサイジング剤が付着していない炭素繊維束からなること、好ましくは外表面の一部または全部と束内の一部または全部にサイジング剤が付着していない炭素繊維束からなることを特徴とする。
一般に、炭素繊維の素線の繊維径はμmオーダーである。通常、炭素繊維は、繊維素線の損傷を防止し且つ取り扱いを容易にするため、サイジング剤と呼ばれる樹脂を繊維素線に塗布して集束し、固化させた状態(すなわち、繊維素線の束をサイジング剤で固めた状態)で市販されている。ところが、炭素繊維束が市販される段階ではサイジング剤は固化しているため、炭素繊維束の曲げ方向の弾性率(曲げ抵抗力)が大きい。
The graphite-containing refractory of the present invention is a graphite-containing refractory having a carbon fiber bundle B disposed inside a refractory body A, and is characterized in that the carbon fiber bundle B is made of a carbon fiber bundle having no sizing agent attached to at least a part or all of its outer surface, and preferably is made of a carbon fiber bundle having no sizing agent attached to a part or all of its outer surface and a part or all of the interior of the bundle.
In general, the fiber diameter of carbon fiber strands is on the order of μm. Usually, carbon fibers are sold in a state where a resin called a sizing agent is applied to the fiber strands, bundled, and solidified (i.e., the bundle of fiber strands is solidified with the sizing agent) in order to prevent damage to the fiber strands and to facilitate handling. However, since the sizing agent is solidified at the stage when the carbon fiber bundles are sold commercially, the elastic modulus (bending resistance) in the bending direction of the carbon fiber bundles is large.

耐火物本体(耐火物原料)の内部に炭素繊維束が配置(埋設)された黒鉛含有耐火物を製造するにあたっては、例えば、耐火物原料と炭素繊維束を型に充填してプレス成形を行う。耐火物原料の粒度構成は様々であるが、製鉄に用いる耐火物では、耐食性の向上を目的として、骨材と呼ばれる3~30mmの粗大粒が配合されるのが一般的である。本発明者らは、耐火物原料と炭素繊維束を型に充填してプレス成形を行う際に、炭素繊維束が粗大粒と近接する部分においては、粗大粒とそれ以外の微細粒との収縮度の違いによって炭素繊維束が曲げられることに着目し、製造時の欠陥発生との関連性について検討を行った。その結果、上述したように炭素繊維束の曲げ方向の弾性率が大きいことにより、耐火物原料と炭素繊維束を型に充填してプレス成形を行った際に内部応力を生じさせ、これが亀裂などの欠陥の原因になることが判明した。また、成形時に炭素繊維束が曲げられた場合に、固化したサイジング剤と炭素繊維束の素線表面との間の接着が剥離し、その結果、炭素繊維と耐火物原料との間の接着による破壊エネルギーの向上効果が減少することも判った。また、耐火物原料をプレス成形ではなく、流し込み成型を行なう場合でも、流動せず且つ曲げ抵抗力が大きい炭素繊維束は空隙や不均一などの原因になると考えられる。 In manufacturing a graphite-containing refractory in which carbon fiber bundles are disposed (embedded) inside the refractory body (refractory raw material), for example, the refractory raw material and the carbon fiber bundles are filled into a mold and press-molded. The grain size composition of the refractory raw material varies, but in refractories used in steelmaking, coarse grains of 3 to 30 mm, called aggregates, are generally blended in order to improve corrosion resistance. The inventors of the present invention have focused on the fact that when the refractory raw material and the carbon fiber bundles are filled into a mold and press-molded, the carbon fiber bundles are bent due to the difference in the degree of contraction between the coarse grains and the other fine grains in the part where the carbon fiber bundles are adjacent to the coarse grains, and have investigated the relationship with the occurrence of defects during manufacturing. As a result, it has been found that, as described above, the large elastic modulus in the bending direction of the carbon fiber bundles generates internal stress when the refractory raw material and the carbon fiber bundles are filled into a mold and press-molded, which causes defects such as cracks. It was also found that when the carbon fiber bundle is bent during molding, the adhesion between the solidified sizing agent and the surface of the carbon fiber bundle wires peels off, resulting in a decrease in the effect of improving the fracture energy due to the adhesion between the carbon fiber and the refractory raw material. Even when the refractory raw material is cast in place of press molding, the carbon fiber bundle, which does not flow and has a high bending resistance, is thought to cause voids and unevenness.

以上のことから、炭素繊維束に付着しているサイジング剤の少なくとも一部を事前に除去してから、炭素繊維束を耐火物原料の内部に配置して成形することにより、製造時の欠陥を低減できることが判った。これは、炭素繊維束の曲げ方向の弾性率(曲げ抵抗力)が低減することで、例えば、スプリングバックと呼ばれる、プレス成形を行った際に生じた内部応力によって製品に亀裂が生じる現象が軽減するためである。また、サイジング剤を除去することにより、炭素繊維と耐火物との接着性(密着性)が高まり、サイジング剤によって破壊エネルギーの向上効果が阻害されること抑制できることも判った。 From the above, it was found that defects during manufacturing can be reduced by removing at least a portion of the sizing agent attached to the carbon fiber bundles beforehand, and then placing the carbon fiber bundles inside the refractory raw material and molding them. This is because the elastic modulus (bending resistance) in the bending direction of the carbon fiber bundles is reduced, which reduces the phenomenon known as springback, in which cracks occur in the product due to internal stresses generated during press molding. It was also found that removing the sizing agent increases the adhesion (adhesion) between the carbon fiber and the refractory, and prevents the sizing agent from hindering the effect of improving the fracture energy.

後述するように炭素繊維束のサイジング剤を除去するには、炭素繊維束をサイジング剤の溶解液(有機溶剤など)に浸漬するなどの方法が採られるが、炭素繊維束の外表面(少なくとも外表面の一部)のサイジング剤が溶解消失して炭素繊維の素線が一部露出する状態になれば、サイジング剤を除去することによる効果は得られるが、さらに炭素繊維束の束内(束内の少なくとも一部)までサイジング剤が溶解消失して炭素繊維の素線がばらばらに解砕された状態になれば、炭素繊維束の曲げ方向の弾性率も極めて小さくなり、しかも炭素繊維と耐火物原料との接着(密着)がより強固となり望ましい。
このため本発明の黒鉛含有耐火物は、炭素繊維束Bが、少なくとも外表面の一部または全部にサイジング剤が付着していない炭素繊維束からなり、好ましくは外表面の一部または全部と束内の一部または全部にサイジング剤が付着していない炭素繊維束で構成されるようにしたものである。
As described later, in order to remove the sizing agent from the carbon fiber bundles, a method is adopted in which the carbon fiber bundles are immersed in a dissolving solution for the sizing agent (such as an organic solvent). If the sizing agent on the outer surface (at least a part of the outer surface) of the carbon fiber bundle is dissolved and disappeared, and the carbon fiber strands are partially exposed, the effect of removing the sizing agent can be obtained. However, if the sizing agent is dissolved and disappeared even within the carbon fiber bundles (at least a part of the bundles) and the carbon fiber strands are disintegrated into small pieces, the elastic modulus in the bending direction of the carbon fiber bundle becomes extremely small, and the adhesion (adhesion) between the carbon fibers and the refractory raw material becomes stronger, which is desirable.
For this reason, the graphite-containing refractory of the present invention is configured such that the carbon fiber bundle B is composed of a carbon fiber bundle having no sizing agent attached to at least a portion or all of its outer surface, and is preferably composed of a carbon fiber bundle having no sizing agent attached to a portion or all of its outer surface and to a portion or all of the interior of the bundle.

本発明の黒鉛含有耐火物は、例えば、耐火物原料に適量のバインダーを加えて混練し、型に充填してプレス成形して製造される。バインダーは本来、耐火物原料どうしを接着するために加えられるものであるが、耐火物原料の混練物を炭素繊維束とともに型に充填してプレス成形する場合には、耐火物原料と炭素繊維束の間を接着する作用もある。
これに対して、本発明の黒鉛含有耐火物を製造する場合は、炭素繊維束に接着剤成分を付与してから、接着剤成分が粘着性を有する状態で、耐火物原料の混練物とともに型に充填することにより、炭素繊維束と耐火物原料との接着をより強め、耐火物の破壊エネルギーをより高めることができる。この場合、本発明の黒鉛含有耐火物は、炭素繊維束Bが、少なくとも外表面の一部または全部にサイジング剤が付着していない炭素繊維束からなり、好ましくは外表面の一部または全部と束内の一部または全部にサイジング剤が付着していない炭素繊維束からなるため、接着剤成分が炭素繊維束の外表面や束内に直接付着でき、炭素繊維束と耐火物原料との接着をより強め、耐火物の破壊エネルギーをより高めることができる。
したがって、本発明の黒鉛含有耐火物は、炭素繊維束Bが、耐火物本体Aに対して接着剤成分cを介して接着されていることが好ましく、さらには、サイジング剤が付着していない束内に接着剤成分cを含むことが好ましい。
The graphite-containing refractory of the present invention is produced, for example, by adding an appropriate amount of binder to the refractory raw material, kneading the mixture, filling a mold and press molding it. Although the binder is originally added to bond the refractory raw material together, when the kneaded mixture of the refractory raw material is filled into a mold together with carbon fiber bundles and press molding is performed, the binder also acts to bond the refractory raw material and the carbon fiber bundles.
In contrast, when producing the graphite-containing refractory of the present invention, the adhesive component is applied to the carbon fiber bundles, and then the adhesive component is filled into a mold together with a kneaded product of the refractory raw materials while the adhesive component is in a sticky state, thereby further strengthening the adhesion between the carbon fiber bundles and the refractory raw materials and further increasing the fracture energy of the refractory. In this case, the graphite-containing refractory of the present invention is composed of carbon fiber bundles having no sizing agent attached to at least a part or all of their outer surfaces, and preferably carbon fiber bundles having no sizing agent attached to a part or all of their outer surfaces and a part or all of their interiors, so that the adhesive component can directly adhere to the outer surface or interior of the carbon fiber bundles, further strengthening the adhesion between the carbon fiber bundles and the refractory raw materials, and further increasing the fracture energy of the refractory.
Therefore, in the graphite-containing refractory of the present invention, it is preferable that the carbon fiber bundles B are adhered to the refractory body A via an adhesive component c, and further it is preferable that the adhesive component c is contained in the bundles to which no sizing agent is attached.

本発明の黒鉛含有耐火物において、炭素繊維束Bが、外表面の一部または全部と束内の一部または全部にサイジング剤が付着していない炭素繊維束(特に好ましくは、実質的に外表面および束内の全部にサイジング剤が付着していない炭素繊維束)からなる場合、耐火物本体Aの内部に配置された炭素繊維束Bが、束内に接着成分cを含むことにより束として一体化されるとともに、耐火物本体Aに対して接着剤成分cを介して接着されることで炭素繊維束Bが耐火物と一体化することになる。すなわち、接着剤成分cは、炭素繊維の束の中(炭素繊維どうしの間隙)に存在(浸透)して炭素繊維束Bを束として一体化させ、且つ炭素繊維束Bの外表面を覆って炭素繊維束Bを耐火物本体Aに接着するため、炭素繊維束Bが耐火物と一体化する。これにより、亀裂の発生を抑制できる特に高い破壊エネルギーが得られる。 In the graphite-containing refractory of the present invention, when the carbon fiber bundle B is composed of a carbon fiber bundle with no sizing agent attached to part or all of the outer surface and part or all of the inside of the bundle (particularly preferably, the carbon fiber bundle with no sizing agent attached to substantially the outer surface and the entire inside of the bundle), the carbon fiber bundle B arranged inside the refractory body A is integrated as a bundle by containing the adhesive component c in the bundle, and is bonded to the refractory body A via the adhesive component c, so that the carbon fiber bundle B is integrated with the refractory. That is, the adhesive component c exists (permeates) in the carbon fiber bundle (gaps between the carbon fibers) to integrate the carbon fiber bundle B as a bundle, and covers the outer surface of the carbon fiber bundle B to bond the carbon fiber bundle B to the refractory body A, so that the carbon fiber bundle B is integrated with the refractory. This results in a particularly high fracture energy that can suppress the occurrence of cracks.

接着剤成分cは、炭素繊維束Bを耐火物本体Aに接着し、さらには炭素繊維の束の中(炭素繊維どうしの間隙)に存在(浸透)して炭素繊維束Bを束として一体化させるものであるため、使用する接着剤は液体または微細な固体粒子であることが望ましい。また、接着剤成分cは高温下でも分解や蒸発をせずに残存する必要があるが、黒鉛含有耐火物に用いる場合は酸素による燃焼はほとんど起こらないので、酸素存在下での燃焼性に富む樹脂を用いることは可能である。これらの条件から、接着剤成分cは、有機樹脂、無機ゾル由来の無機微粒子、タールまたは/およびピッチ由来の有機物、有機糊由来の有機物の中から選ばれる1種以上(すなわち、これらのいずれか若しくはこれらの混合物)が適している。 The adhesive component c adheres the carbon fiber bundles B to the refractory body A, and further exists (permeates) in the carbon fiber bundles (gaps between the carbon fibers) to integrate the carbon fiber bundles B into a bundle. Therefore, it is desirable that the adhesive used is a liquid or fine solid particles. In addition, the adhesive component c must remain without decomposition or evaporation even at high temperatures, but since oxygen combustion hardly occurs when used with graphite-containing refractories, it is possible to use a resin that is highly combustible in the presence of oxygen. In view of these conditions, the adhesive component c is suitable to be one or more selected from organic resins, inorganic fine particles derived from inorganic sols, organic matter derived from tar and/or pitch, and organic matter derived from organic glue (i.e., any one of these or a mixture of these).

したがって、製造時に炭素繊維束に付着させる接着剤(粘着性付与剤)としては、例えば、有機樹脂(溶液)、無機ゾル、ピッチ、タール、有機糊などが挙げられる。具体的には、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、アルミナゾル、シリカゾル、ジルコニアゾル、クロミアゾル、チタニアゾル、マグネシアゾル、カルシアゾル、イットリアゾル、ピッチ、タール、でんぷん糊などが挙げられ、これらの中から選ばれる1種以上を用いることができる。 Therefore, examples of adhesives (tackifiers) that are applied to the carbon fiber bundles during production include organic resins (solutions), inorganic sols, pitch, tar, and organic glues. Specific examples include phenolic resins, epoxy resins, melamine resins, urea resins, alkyd resins, unsaturated polyester resins, polyurethane resins, thermosetting polyimide resins, alumina sols, silica sols, zirconia sols, chromia sols, titania sols, magnesia sols, calcia sols, yttria sols, pitch, tar, and starch glues, and one or more selected from these can be used.

以下、炭素繊維織物Bの構成と埋設条件について説明する。
図1は、本発明の黒鉛含有耐火物の一実施形態(羽口煉瓦を構成する煉瓦構成部材)を模式的に示すもので、図1(ア)は斜視図、図1(イ)は図1(ア)中の一点鎖線に沿う断面図(耐火物稼働面に平行な断面図)であり、xが耐火物の稼動面(yが反稼動面)である。この実施形態の黒鉛含有耐火物では、耐火物本体Aの内部に複数本の炭素繊維束Bが所定の間隔で並列状に配置(埋設)されている。
The configuration and embedding conditions of the carbon fiber fabric B will be described below.
Fig. 1 is a schematic diagram showing one embodiment of the graphite-containing refractory of the present invention (a brick component constituting a tuyere brick), in which Fig. 1(a) is a perspective view and Fig. 1(b) is a cross-sectional view (a cross-sectional view parallel to the refractory working surface) taken along the dashed line in Fig. 1(a), where x is the working surface of the refractory (y is the counter-working surface). In the graphite-containing refractory of this embodiment, a plurality of carbon fiber bundles B are arranged (embedded) in parallel at predetermined intervals inside a refractory body A.

耐火物本体Aの内部における炭素繊維束Bの配置形態は任意であり、特別な制限はないが、操業時、亀裂発生原因である引張応力は耐火物の長手方向に発生することから、一方向に沿って直線状に配置(埋設)することが好ましく、特に、耐火物の稼動面xと直交する方向に沿って配置(埋設)されることが好ましい。また、複数本の炭素繊維束Bを配置する場合には所定の間隔をあけて並列状に配置(埋設)することが好ましい。
なお、耐火物本体Aの内部に埋設される炭素繊維束Bは、その端部が耐火物本体Aの表面に露出していてもよいし、露出していなくてもよい。また、後者の場合、耐火物の稼動面x側においては、炭素繊維織物Bの端部と稼動面x間の距離はなるべく小さいことが好ましいが、反稼動面y側においては、炭素繊維束Bの端部と反稼動面y間の距離はある程度大きくてもよい。これは、使用終了時にも残存することが想定される耐火物の反稼働面y側の部分には、炭素繊維束Bが埋設されている必要がないからである。
The arrangement of the carbon fiber bundles B inside the refractory body A is arbitrary and is not particularly limited, but since the tensile stress that causes cracks occurs in the longitudinal direction of the refractory during operation, it is preferable to arrange (embed) the carbon fiber bundles B linearly along one direction, and particularly preferable to arrange (embed) the carbon fiber bundles B along a direction perpendicular to the operating surface x of the refractory. In addition, when a plurality of carbon fiber bundles B are arranged, it is preferable to arrange (embed) them in parallel at a predetermined interval.
The carbon fiber bundles B embedded inside the refractory body A may or may not have their ends exposed on the surface of the refractory body A. In the latter case, on the working surface x side of the refractory, it is preferable that the distance between the end of the carbon fiber fabric B and the working surface x is as small as possible, but on the counter working surface y side, the distance between the end of the carbon fiber bundles B and the counter working surface y may be relatively large. This is because the carbon fiber bundles B do not need to be embedded in the part on the counter working surface y side of the refractory that is expected to remain even after use is finished.

炭素繊維束Bは、長さLが100mm以上で繊維径が1~45μmの炭素繊維を束に纏めたものであって、1束あたりの炭素繊維の本数が1000~300000本であることが好ましい。
炭素繊維の長さL(炭素繊維束Bの長さ)が100mm未満の場合には、耐火物本体Aとの間の拘束力が小さくなるため、炭素繊維束Bが亀裂の進展を抑制する効果が小さくなる。また、炭素繊維の繊維径が1μm未満の場合や、1束あたりの炭素繊維の本数が1000本未満の場合には、炭素繊維束Bが細過ぎるため局部的な亀裂の進展を抑制する効果が低下し、破壊エネルギーの上昇が小さくなる。一方、炭素繊維の繊維径が45μm超の場合や、1束あたりの炭素繊維の本数が300000本超の場合には、炭素繊維束Bが太過ぎるため耐火物原料(耐火物本体A)と炭素繊維束Bとの馴染みが悪く、成形時にスプリングバックと呼ばれる炭素繊維束の弾性による欠陥が起こりやすい。
The carbon fiber bundle B is a bundle of carbon fibers having a length L of 100 mm or more and a fiber diameter of 1 to 45 μm, and preferably contains 1,000 to 300,000 carbon fibers per bundle.
When the length L of the carbon fiber (the length of the carbon fiber bundle B) is less than 100 mm, the binding force between the refractory body A is small, so that the effect of the carbon fiber bundle B in suppressing the crack growth is small. When the fiber diameter of the carbon fiber is less than 1 μm or the number of carbon fibers per bundle is less than 1000, the carbon fiber bundle B is too thin, so that the effect of suppressing the local crack growth is reduced, and the increase in fracture energy is small. On the other hand, when the fiber diameter of the carbon fiber is more than 45 μm or the number of carbon fibers per bundle is more than 300,000, the carbon fiber bundle B is too thick, so that the compatibility between the refractory raw material (refractory body A) and the carbon fiber bundle B is poor, and defects due to the elasticity of the carbon fiber bundle, called springback, are likely to occur during molding.

次に、耐火物本体A(耐火物原料)の組成について説明する。
耐火物本体Aは、黒鉛原料を1~80質量%含有することが好ましい。黒鉛原料の含有量を1質量%以上とすることにより、耐火物内部の炭素繊維の酸化消失を抑制することができる。一方、黒鉛原料の含有量を80質量%以下とすることにより、耐火物表面の黒鉛原料の酸化消失を抑制することができる。黒鉛(カーボン原料)としては、一般に鱗状黒鉛などが用いられる。
一般に、精錬工程において使用される転炉の内張り(羽口部を含む)には、マグネシアおよびカーボンを主成分とする耐火物であるマグネシア・カーボン質耐火物(マグネシア原料を骨材とした黒鉛含有耐火物)が使用される。耐火物本体Aがマグネシア・カーボン質耐火物の場合、耐火物本体Aは、マグネシア原料を20~99質量%含有することが好ましく、これにより熱スポーリングによる割れが抑制され、且つFeOを多く含む転炉スラグの浸食にも耐えられる耐食性を有する耐火物とすることができる。なお、マグネシア原料としては、マグネシア濃度が90質量%以上の高純度のマグネシア原料を用いることが好ましい。
Next, the composition of the refractory body A (the refractory raw material) will be described.
The refractory body A preferably contains 1 to 80 mass % of graphite raw material. By making the content of the graphite raw material 1 mass % or more, it is possible to suppress the oxidation loss of the carbon fibers inside the refractory. On the other hand, by making the content of the graphite raw material 80 mass % or less, it is possible to suppress the oxidation loss of the graphite raw material on the surface of the refractory. As the graphite (carbon raw material), scaly graphite or the like is generally used.
In general, the lining (including the tuyere) of the converter used in the refining process is made of a magnesia-carbonaceous refractory (a graphite-containing refractory with magnesia raw material as aggregate), which is a refractory mainly composed of magnesia and carbon. When the refractory body A is a magnesia-carbonaceous refractory, the refractory body A preferably contains 20 to 99 mass% of magnesia raw material, which suppresses cracking due to thermal spalling and provides a refractory with corrosion resistance that can withstand the erosion of converter slag containing a large amount of FeO. It is preferable to use a high-purity magnesia raw material with a magnesia concentration of 90 mass% or more as the magnesia raw material.

また、一般に、溶銑予備処理工程において使用されるトピードや高炉鍋の内張りにはアルミナ、炭化珪素およびカーボンを主成分とする耐火物であるアルミナ・炭化珪素・カーボン質耐火物(アルミナ原料、炭化珪素原料を骨材とした黒鉛含有耐火物)や、アルミナ、炭化珪素、シリカおよびカーボンを主成分とする耐火物であるアルミナ・炭化珪素・シリカ・カーボン質耐火物(アルミナ原料、炭化珪素原料、シリカ原料を骨材とした黒鉛含有耐火物)などが使用される。耐火物本体Aがアルミナ・炭化珪素・カーボン質耐火物やアルミナ・炭化珪素・シリカ・カーボン質耐火物の場合、アルミナ原料を10~95質量%含有することが好ましく、これにより溶銑予備処理スラグに対する高い耐食性が得られ、且つ熱スポーリングによる亀裂の発生をさらに抑制することができる。なお、アルミナ原料としては、アルミナ濃度が70質量%以上の高純度のアルミナ原料を用いることが好ましい。 In addition, generally, alumina-silicon carbide-carbonaceous refractories (graphite-containing refractories with aggregates of alumina raw materials and silicon carbide raw materials) which are refractories mainly composed of alumina, silicon carbide, and carbon, and alumina-silicon carbide-silica-carbonaceous refractories (graphite-containing refractories with aggregates of alumina raw materials, silicon carbide raw materials, and silica raw materials) which are refractories mainly composed of alumina, silicon carbide, silica, and carbon are used for the lining of torpedoes and blast furnace ladles used in the hot metal pretreatment process. When the refractory body A is an alumina-silicon carbide-carbonaceous refractory or an alumina-silicon carbide-silica-carbonaceous refractory, it is preferable that the alumina raw material is contained at 10 to 95 mass%, which provides high corrosion resistance against hot metal pretreatment slag and further suppresses the occurrence of cracks due to thermal spalling. It is preferable to use a high-purity alumina raw material with an alumina concentration of 70% by mass or more.

さらに、耐火物本体Aがアルミナ・炭化珪素・カーボン質耐火物やアルミナ・炭化珪素・シリカ・カーボン質耐火物の場合、炭化珪素原料を1質量%以上含有することが好ましい。炭化珪素原料を1質量%以上含有することにより、大気雰囲気下における黒鉛の酸化を抑制できるので、高耐割れ性を維持できる。なお、炭化珪素原料としては、炭化珪素濃度が80質量%以上の高純度の炭化珪素原料を用いることが好ましい。
また、耐火物本体Aがアルミナ・炭化珪素・シリカ・カーボン質耐火物の場合、シリカ原料を1~50質量%含有することが好ましく、これにより高耐割れ性と高耐溶損性を両立できる。
Furthermore, when the refractory body A is an alumina-silicon carbide-carbonaceous refractory or an alumina-silicon carbide-silica-carbonaceous refractory, it is preferable that the refractory body A contains 1 mass% or more of silicon carbide raw material. By containing 1 mass% or more of silicon carbide raw material, oxidation of graphite in the air atmosphere can be suppressed, so that high crack resistance can be maintained. In addition, it is preferable to use a high-purity silicon carbide raw material with a silicon carbide concentration of 80 mass% or more as the silicon carbide raw material.
When the refractory body A is an alumina, silicon carbide, silica or carbonaceous refractory, it preferably contains 1 to 50 mass % of silica raw material, which allows both high cracking resistance and high resistance to melting damage to be achieved.

転炉の内張りに使用するマグネシア・カーボン質耐火物は、装入物による機械的衝撃、溶鋼及び溶融スラグの撹拌による摩耗、溶融スラグによるスラグ浸食および転炉操業中の急激な温度変化など、非常に苛酷な条件下で使用される。このため、安定した操業を行うためにも苛酷な条件に耐える耐用性の高いマグネシア・カーボン質耐火物を使用することが好ましい。同様に、トピードや高炉鍋などの溶銑予備処理容器の内張りに使用するアルミナ・炭化珪素・カーボン質耐火物やアルミナ・炭化珪素・シリカ・カーボン質耐火物も非常に苛酷な条件下で使用されることから、これらの条件に耐えられる耐火物を使用することが好ましい。本発明によれば、これら非常に苛酷な条件下で使用される黒鉛含有耐火物の破壊エネルギーが、従来の黒鉛含有耐火物と比較して大幅に向上するため、高い耐用性が得られる。 The magnesia-carbon refractories used for lining the converter are used under very severe conditions, such as mechanical impacts from the charge, abrasion from stirring of molten steel and molten slag, slag erosion from molten slag, and sudden temperature changes during converter operation. For this reason, it is preferable to use magnesia-carbon refractories that are highly durable and can withstand the severe conditions in order to ensure stable operation. Similarly, alumina-silicon carbide-carbon refractories and alumina-silicon carbide-silica-carbon refractories used for lining the molten pig iron pretreatment vessels such as torpedoes and blast furnace ladles are also used under very severe conditions, so it is preferable to use refractories that can withstand these conditions. According to the present invention, the fracture energy of the graphite-containing refractories used under these very severe conditions is significantly improved compared to conventional graphite-containing refractories, and high durability is obtained.

また、耐火物本体Aがシリカ、炭化珪素およびカーボンを主成分とする耐火物であるシリカ・炭化珪素・カーボン質耐火物の場合、炭化珪素原料を1質量%以上、シリカ原料を1~50質量%含有することが好ましく、これにより高耐割れ性と高耐溶損性を両立できる。炭化珪素原料を1質量%以上含有することにより、大気雰囲気下における黒鉛の酸化を抑制できるので、高耐割れ性を維持できる。なお、炭化珪素原料としては、炭化珪素濃度が80質量%以上の高純度の炭化珪素原料を用いることが好ましい。 In addition, when the refractory body A is a silica-silicon carbide-carbonaceous refractory, which is a refractory whose main components are silica, silicon carbide, and carbon, it is preferable that the refractory contains 1% by mass or more of silicon carbide raw material and 1 to 50% by mass of silica raw material, thereby achieving both high crack resistance and high resistance to melting damage. By containing 1% by mass or more of silicon carbide raw material, oxidation of graphite in the air atmosphere can be suppressed, so high crack resistance can be maintained. Note that it is preferable to use a high-purity silicon carbide raw material with a silicon carbide concentration of 80% by mass or more as the silicon carbide raw material.

ここで、アルミナ原料としては、例えば、バン土頁岩、ホワイトアルミナ、ブラウンアルミナなどの1種以上が用いられる。また、炭化珪素原料としては、例えば、緑色炭化ケイ素、黒色炭化ケイ素などの1種以上が用いられる。また、シリカ原料としては、例えば、ろう石、ムライトなどの1種以上が用いられる。
黒鉛含有耐火物は、製鉄容器からの放熱量を抑制しながら、耐用性を高くすることを目的として、さらに金属粉末原料を含有(配合)することができる。金属粉末原料としては、例えば、金属Si、金属Al、金属Al-Si、AlSiC、BCなどが挙げられ、これらの1種以上を含有させることができる。金属粉末原料の含有量は特に規定しないが、通常、1~5質量%程度が好ましい。金属粉末原料の含有量(配合量)が1質量%未満では、金属粉末原料を配合することによる耐用性の向上効果が十分に得られず、一方、5質量%を超えると、強度が高くなりすぎるため、実機で使用した際に亀裂が発生し易くなって煉瓦が割れ易くなり、実機での使用回数が低下するおそれがある。
Here, as the alumina raw material, for example, one or more of alumina shale, white alumina, brown alumina, etc. are used. As the silicon carbide raw material, for example, one or more of green silicon carbide, black silicon carbide, etc. are used. As the silica raw material, for example, one or more of azalea, mullite, etc. are used.
The graphite-containing refractory may further contain (mix) a metal powder raw material for the purpose of suppressing the amount of heat radiation from the steelmaking vessel while increasing durability. Examples of the metal powder raw material include metal Si, metal Al, metal Al-Si, Al 4 SiC 4 , and B 4 C, and one or more of these may be contained. The content of the metal powder raw material is not particularly specified, but is usually preferably about 1 to 5 mass %. If the content (mixture amount) of the metal powder raw material is less than 1 mass %, the effect of improving durability by mixing the metal powder raw material is not sufficiently obtained, while if it exceeds 5 mass %, the strength becomes too high, so that cracks are likely to occur when used in an actual machine, making the bricks more likely to break, and the number of times of use in the actual machine may be reduced.

耐火物本体Aは、骨材原料として使用済み耐火物を粉砕した耐火物屑を10~90質量%程度含有することができる。特に、耐火物本体Aがアルミナ・炭化珪素・カーボン質耐火物(さらにシリカ原料を含有するアルミナ・炭化珪素・シリカ・カーボン質耐火物の場合を含む。以下同様)の場合には、使用済みのアルミナ・炭化珪素・カーボン質耐火物(さらにシリカ原料を含有するアルミナ・炭化珪素・シリカ・カーボン質耐火物の場合を含む。以下同様)を粉砕して得られた耐火物屑を骨材原料として好適に用いることができる。
このように耐火物屑を含有する場合、耐火物原料の残部は未使用の原料(バージン原料)である。
The refractory body A can contain about 10 to 90 mass % of refractory chips obtained by crushing used refractories as an aggregate raw material. In particular, when the refractory body A is an alumina/silicon carbide/carbonaceous refractory (including alumina/silicon carbide/silica/carbonaceous refractories further containing a silica raw material; the same applies below), the refractory chips obtained by crushing used alumina/silicon carbide/carbonaceous refractories (including alumina/silicon carbide/silica/carbonaceous refractories further containing a silica raw material; the same applies below) can be suitably used as the aggregate raw material.
When the refractory waste is contained in this manner, the remainder of the refractory raw material is unused raw material (virgin raw material).

アルミナ・炭化珪素・カーボン質耐火物からなる耐火物本体Aにおいて、使用済みのアルミナ・炭化珪素・カーボン質耐火物を粉砕して得られた耐火物屑の含有量を10~90質量%とした場合、バージン原料のみを使用した黒鉛含有耐火物と同程度の耐割れ性および耐溶損性が得られる。その理由は、耐火物屑原料はバージン原料と比較して純度が低いが、耐火物屑原料とバージン原料を併用することにより、耐火物屑原料中のAl成分が有する耐溶損性の大幅な低下を抑制できることが挙げられる。ただし、耐火物屑の含有量を90質量%超とした場合には、バージン原料の含有量が少な過ぎるため、耐火物屑原料中のAl成分が有する耐食性の大幅な低下を抑制できない。また、耐火物屑の含有量を10質量%未満とした場合、耐火物屑の再利用率が低過ぎるため、産業廃棄物としての耐火物屑処理費用が大幅に上がる。 In the refractory body A made of alumina, silicon carbide, and carbonaceous refractories, when the content of refractory scrap obtained by crushing used alumina, silicon carbide, and carbonaceous refractories is 10 to 90 mass %, the cracking resistance and corrosion resistance are the same as those of a graphite-containing refractory using only virgin raw materials. The reason for this is that although the purity of the refractory scrap raw material is lower than that of the virgin raw material, by using the refractory scrap raw material and the virgin raw material in combination, a significant decrease in corrosion resistance of the Al 2 O 3 component in the refractory scrap raw material can be suppressed. However, when the content of the refractory scrap is more than 90 mass %, the content of the virgin raw material is too small, so that a significant decrease in corrosion resistance of the Al 2 O 3 component in the refractory scrap raw material cannot be suppressed. In addition, when the content of the refractory scrap is less than 10 mass %, the reuse rate of the refractory scrap is too low, so the cost of processing the refractory scrap as industrial waste increases significantly.

本発明の黒鉛含有耐火物は、転炉、溶銑予備処理容器、取鍋容器などの各種製鉄容器に適用することができる。
転炉は、上述したように熱変動が繰り返される過酷な条件で使用されるため、本発明の効果が大きく、このため本発明の黒鉛含有耐火物は転炉用として好適である。なかでも転炉の羽口煉瓦は、特に熱変動が大きく熱膨張による割れが起こりやすいので、本発明の効果がとりわけ大きく、特に好適であると言える。
また、溶銑予備処理容器が収容する溶銑は炭素を2質量%以上含んでおり、本発明の黒鉛含有耐火物を溶銑予備処理容器に適用した場合、耐火物を構成する黒鉛や炭素繊維の溶損が少ないので、溶銑予備処理容器用としても好適である。
さらに、取鍋容器は、比較的短時間で溶融鉄を受けて払い出すことの繰り返しにより熱変動が繰り返される過酷な条件で使用されるため、本発明の効果が大きく、このため本発明の黒鉛含有耐火物は取鍋容器用としても好適である。
The graphite-containing refractory of the present invention can be applied to various steelmaking vessels such as converters, molten iron pretreatment vessels, and ladle vessels.
As described above, converters are used under harsh conditions with repeated thermal fluctuations, and therefore the effects of the present invention are significant, and the graphite-containing refractory of the present invention is therefore suitable for use in converters. Among these, converter tuyere bricks are particularly susceptible to large thermal fluctuations and cracking due to thermal expansion, and therefore the effects of the present invention are particularly significant and the refractory is particularly suitable.
In addition, the molten iron contained in the molten iron pretreatment vessel contains 2 mass % or more of carbon. When the graphite-containing refractory of the present invention is applied to a molten iron pretreatment vessel, the graphite and carbon fibers constituting the refractory are little dissolved and lost, making the refractory suitable for use in a molten iron pretreatment vessel.
Furthermore, since ladle vessels are used under harsh conditions where thermal fluctuations are repeated due to the repeated receipt and discharge of molten iron in a relatively short period of time, the effects of the present invention are significant, and therefore the graphite-containing refractory material of the present invention is also suitable for use in ladle vessels.

次に、本発明の黒鉛含有耐火物の製造方法について説明する。
図2は、本発明の黒鉛含有耐火物の製造工程の一例を示している。この製造工程では、サイジング剤が付着している市販品の炭素繊維束bからサイジング剤を除去する処理を施す事前処理工程(i)と、この事前処理工程(i)を経た炭素繊維束bに対して接着剤を付着させる調製工程(ii)と、この調製工程(ii)で接着剤を付着させた炭素繊維束bを耐火物原料aの内部に埋設し、この炭素繊維束bが埋設された耐火物原料aを成形して耐火物成形体を得る成形工程(iii)と、この成形工程(iii)で得られた耐火物成形体を乾燥させる乾燥工程(iv)などを有する。
Next, a method for producing the graphite-containing refractory material of the present invention will be described.
2 shows an example of a manufacturing process for the graphite-containing refractory of the present invention. This manufacturing process includes a pretreatment step (i) of removing a sizing agent from a commercially available carbon fiber bundle b to which the sizing agent is attached, a preparation step (ii) of attaching an adhesive to the carbon fiber bundle b that has been subjected to the pretreatment step (i), a molding step (iii) of embedding the carbon fiber bundle b to which the adhesive is attached in the preparation step (ii) inside a refractory raw material a, molding the refractory raw material a in which the carbon fiber bundle b is embedded to obtain a refractory molded body, and a drying step (iv) of drying the refractory molded body obtained in the molding step (iii).

サイジング剤には、エポキシ樹脂などの樹脂が用いられることが多く、事前処理工程(i)で炭素繊維束bのサイジング剤を除去するには、非酸化雰囲気中での焼成除去、溶解液に浸漬し若しくは溶解液で洗浄することによる溶解除去、などが考えられる。後者の場合、溶解液としては酸やアルカリ、有機溶剤などを用いることができるが、有機溶剤による溶解は大規模な設備を必要とせず、除去率と除去速度にも優れるので望ましい。また、有機溶剤としては、アセトンが価格、除去率、除去速度の観点から好適である。 Resins such as epoxy resins are often used as sizing agents, and the sizing agent can be removed from the carbon fiber bundles b in the pretreatment step (i) by baking in a non-oxidizing atmosphere, or by dissolving by immersing in a dissolving solution or washing with a dissolving solution. In the latter case, acids, alkalis, organic solvents, etc. can be used as dissolving solutions, but dissolving with an organic solvent is preferable because it does not require large-scale equipment and has excellent removal rate and removal speed. As an organic solvent, acetone is preferable in terms of cost, removal rate, and removal speed.

有機溶剤などの溶解液に浸漬するなどして炭素繊維束bのサイジング剤を除去する場合、炭素繊維束bの外表面のサイジング剤が溶解消失して炭素繊維の素線が一部露出する状態になれば、少なくとも外表面の一部または全部にサイジング剤が付着していない炭素繊維束Bが耐火物本体Aの内部に配置されることになるので、本発明の効果が得られるが、炭素繊維束bの内部までサイジング剤が溶解消失して炭素繊維の素線がばらばらに解砕された状態になれば、外表面の一部または全部と束内の一部または全部にサイジング剤が付着していない炭素繊維束Bが耐火物本体Aの内部に配置されることになるので、炭素繊維Bと耐火物本体Aとの接着がより強固となり望ましい。したがって、事前処理工程(i)では、サイジング剤が付着している市販品の炭素繊維束bに対して、付着しているサイジング剤のうち、少なくとも炭素繊維束外表面に付着しているサイジング剤の一部または全部を除去する処理を施し、好ましくは、炭素繊維束外表面に付着しているサイジング剤の一部または全部と炭素繊維束の束内に付着しているサイジング剤の一部または全部を除去する処理を施す。 When the sizing agent of the carbon fiber bundle b is removed by immersion in a dissolving liquid such as an organic solvent, if the sizing agent on the outer surface of the carbon fiber bundle b is dissolved and disappears, leaving the carbon fiber strands partially exposed, the carbon fiber bundle B having no sizing agent attached to at least part or all of its outer surface will be disposed inside the refractory body A, and the effect of the present invention will be obtained. However, if the sizing agent is dissolved and disappears even inside the carbon fiber bundle b, leaving the carbon fiber strands in a state of being broken into pieces, the carbon fiber bundle B having no sizing agent attached to part or all of its outer surface and part or all of its interior will be disposed inside the refractory body A, which is desirable as it makes the adhesion between the carbon fiber B and the refractory body A stronger. Therefore, in the pre-treatment step (i), a treatment is performed on the commercially available carbon fiber bundles b to which a sizing agent is attached, to remove at least some or all of the sizing agent that is attached to the outer surface of the carbon fiber bundle, and preferably, a treatment is performed to remove some or all of the sizing agent that is attached to the outer surface of the carbon fiber bundle and some or all of the sizing agent that is attached to the inside of the carbon fiber bundle.

調製工程(ii)では、炭素繊維束に対して接着剤を付着させる。この際、炭素繊維束bと耐火物原料aを接着して一体化させるために、接着剤を炭素繊維束の外表面を覆うように付着させるが、さらに好ましくは、炭素繊維束bを束として一体化させるために、接着剤を炭素繊維の束の中(炭素繊維どうしの間隙)に浸透(含浸)させる。
調製工程(ii)において、接着剤を炭素繊維束の外表面を覆うように付着させるとともに、接着剤を炭素繊維の束の中(炭素繊維どうしの間隙)に浸透(含浸)させる場合、例えば、接着剤である樹脂(樹脂溶液)やゾルなどに炭素繊維束bを浸漬したり、接着剤である樹脂(樹脂溶液)やゾルなどを炭素繊維束bに散布する。
In the preparation step (ii), an adhesive is applied to the carbon fiber bundles. At this time, the adhesive is applied so as to cover the outer surface of the carbon fiber bundles in order to bond and integrate the carbon fiber bundles b and the refractory raw material a, and more preferably, the adhesive is permeated (impregnated) into the carbon fiber bundles (gaps between the carbon fibers) in order to integrate the carbon fiber bundles b as a bundle.
In the preparation step (ii), when the adhesive is applied so as to cover the outer surface of the carbon fiber bundle and is made to penetrate (impregnate) the inside of the carbon fiber bundle (the gaps between the carbon fibers), for example, the carbon fiber bundle b is immersed in a resin (resin solution) or sol serving as an adhesive, or the resin (resin solution) or sol serving as an adhesive is sprayed onto the carbon fiber bundle b.

接着剤(溶液)の溶媒としては、水溶媒、有機物溶媒(有機溶媒)、有機物-水の混合溶媒のいずれを用いてもよいが、曲げ強度と破壊エネルギーの向上効果と製造歩留まりを高めるという観点からは、特に有機物-水の混合溶媒が好ましい。溶媒として水溶媒を用いた場合、耐火物成形体を乾燥する際に、有機物-水の混合溶媒を用いた場合と比較して、耐火物成形体内部から抜ける揮発量が多く、気孔などの欠陥も多く形成されるため、亀裂が発生し易い。また、接着剤溶液の溶媒として有機溶媒を用いた場合、有機物-水の混合溶媒を用いた場合と比較して、炭素繊維束と接着剤の絡みが悪く、粘着性が炭素繊維束に均一に付与されないおそれがある。これらの結果、水溶媒や有機物溶媒を用いた場合には、有機物-水の混合溶媒を用いた場合に較べて、曲げ強度と破壊エネルギーの向上効果と製造歩留まりが若干低くなる。
有機物溶媒や有機物-水の混合溶媒に用いる有機物としては、例えば、エチレングリコールなどが挙げられ、これらの1種または2種以上を混合して使用することができる。
As the solvent for the adhesive (solution), any of water solvent, organic solvent (organic solvent), and organic-water mixed solvent may be used, but from the viewpoint of improving the bending strength and fracture energy and increasing the production yield, organic-water mixed solvent is particularly preferred. When a water solvent is used as the solvent, a large amount of volatilization escapes from the inside of the refractory molded body when drying the refractory molded body, and many defects such as pores are formed, so that cracks are likely to occur, compared to when an organic solvent-water mixed solvent is used. In addition, when an organic solvent is used as the solvent for the adhesive solution, the entanglement of the carbon fiber bundle and the adhesive is poor, and there is a risk that the adhesiveness is not uniformly imparted to the carbon fiber bundle, compared to when an organic solvent-water mixed solvent is used. As a result, when a water solvent or an organic solvent is used, the effect of improving the bending strength and fracture energy and the production yield are slightly lower than when an organic solvent-water mixed solvent is used.
Examples of organic substances used in the organic solvent or organic-water mixed solvent include ethylene glycol, and these can be used alone or in combination of two or more.

成形工程(iii)では、調製工程(ii)で接着剤を付着させた炭素繊維織束b(好ましくは接着剤を束の内部に浸透(含浸)させ且つ外表面にも付着させた炭素繊維束b)を、接着剤が粘着性を有するうちに耐火物原料aの内部に埋設し、この炭素繊維織束bが埋設された耐火物原料aを成形して耐火物成形体(耐火物原料の成型品)を得るが、図2に示すように成形をプレス成形で行う場合には、通常、耐火物原料に適量のバインダーを加えて混練し、その混練物に対して炭素繊維束bを埋設し、次いで、プレス成形を行う。バインダーとしては、例えば、フェノールレジン(主剤)+ヘキサミン(硬化剤)、カーボンボンド、セラミックボンドなどが用いられる。 In the molding step (iii), the carbon fiber bundles b to which the adhesive has been applied in the preparation step (ii) (preferably the carbon fiber bundles b to which the adhesive has been permeated (impregnated) into the inside of the bundle and also applied to the outer surface) are embedded inside the refractory raw material a while the adhesive is still viscous, and the refractory raw material a with the embedded carbon fiber bundles b is molded to obtain a refractory molded body (molded product of the refractory raw material). When molding is performed by press molding as shown in FIG. 2, an appropriate amount of binder is usually added to the refractory raw material and kneaded, the carbon fiber bundles b are embedded in the kneaded product, and then press molding is performed. Examples of binders that can be used include phenol resin (base agent) + hexamine (hardener), carbon bond, and ceramic bond.

ここで、炭素繊維束bに付着した接着剤は、炭素繊維束bを混練物に埋設する際にある程度硬化が進んだ状態であっても、上述したように炭素繊維束bと耐火物原料a(混練物)を接着できるような粘着性を有する状態(いわゆる生乾きの状態)であればよい。
耐火物原料aの混練物を、炭素繊維束bとともに型に充填する方法としては、例えば、一定量の混練物を型に装入した後に複数本の炭素繊維束bを並列状に配置(装入)し、さらに一定量の混練物を型に装入する方法がある。したがって、この方法で図1のように複数本の炭素繊維束Bが耐火物本体Aの内部に埋設された黒鉛含有耐火物を製造するには、型に一定量の混練物を装入した後、その上に並列した複数本の炭素繊維束を配置する工程と、その上に一定量の混練物を装入する工程を繰り返し行う。
Here, the adhesive attached to the carbon fiber bundles b may be in a state in which it has a certain degree of hardening when the carbon fiber bundles b are embedded in the kneaded material, as long as it has enough adhesiveness to bond the carbon fiber bundles b and the refractory raw material a (kneaded material) as described above (a so-called semi-dried state).
As a method for filling the kneaded material of the refractory raw material a together with the carbon fiber bundles b into a mold, for example, there is a method in which a certain amount of the kneaded material is charged into the mold, and then a plurality of carbon fiber bundles b are arranged (charged) in parallel, and a certain amount of the kneaded material is further charged into the mold. Therefore, in order to produce a graphite-containing refractory in which a plurality of carbon fiber bundles B are embedded inside the refractory body A as shown in Fig. 1 by this method, a step of charging a certain amount of the kneaded material into the mold, and then arranging a plurality of carbon fiber bundles arranged in parallel on the kneaded material, and a step of charging a certain amount of the kneaded material on the kneaded material are repeatedly performed.

プレス成形は、金型内で一方向に圧縮する一般的な金型プレス成形を行うことができるが、液体を用いて全方向から均等に圧力を加えるCIP成形を行ってもよい。部位によって厚さが異なる形状など、一方向の圧縮では均等な圧力を加えることが難しい形状に対しては、CIP成形を用いることによって部位による圧縮度の偏りが軽減されるので望ましい。
また、成形工程(iii)は、プレス成形以外の成形法で行ってもよい。プレス成形以外の成形法としては、例えば、流し込みによる成形があり、その1つに、鍋やタンディッシュなどの稼働面である施工部位に内枠を設置し、この内枠に不定形耐火物(耐火物原料)を流し込み、乾燥(乾燥工程)・固化させた後に内枠を除去する方法がある。また、施工部位に流し込むのではなく、耐火物形状の型枠内に不定形耐火物(耐火物原料)を流し込み、乾燥(乾燥工程)・固化させた後に型枠から取り出した耐火物を、施工部位まで運搬して施工する方法もあり、この方法は施工部位への耐火物施工の手間はかかるものの、型枠内に不定形耐火物を流し込む際の炭素繊維束の埋設や固化時の温度管理が容易であるので望ましい。これらの流し込みによる成形法では、上述した内枠や型枠内に炭素繊維束を配置した上で、内枠や型枠内に不定形耐火物(耐火物原料)を流し込み、乾燥(乾燥工程)・固化させる。
The press molding can be a general die press molding in which compression is performed in one direction in a die, but it can also be CIP molding in which pressure is applied evenly from all directions using a liquid. For shapes where it is difficult to apply even pressure by unidirectional compression, such as shapes with different thicknesses depending on the part, it is preferable to use CIP molding because it reduces bias in the degree of compression depending on the part.
The molding step (iii) may be performed by a molding method other than press molding. Examples of molding methods other than press molding include molding by pouring, one of which is a method of installing an inner frame at a construction site, which is a working surface of a pot or tundish, pouring an amorphous refractory (a refractory raw material) into the inner frame, drying (drying step) and solidifying, and then removing the inner frame. There is also a method of pouring an amorphous refractory (a refractory raw material) into a formwork of a refractory shape, rather than pouring it into the construction site, and transporting the refractory removed from the formwork after drying (drying step) and solidifying to the construction site, and although this method requires a lot of work to install the refractory at the construction site, it is desirable because it is easy to embed the carbon fiber bundle when pouring the amorphous refractory into the formwork and to control the temperature during solidification. In these casting molding methods, carbon fiber bundles are placed in the inner frame or mold described above, and then amorphous refractory (refractory raw material) is poured into the inner frame or mold, and then dried (drying process) and solidified.

以上のようにして得られた耐火物成形体(成型品)を乾燥工程(iv)において乾燥させる。この乾燥は耐火物成形体の乾燥(キュアリング)を目的として、通常、200~230℃程度で行われる。また、乾燥(キュアリング)後、さらに還元焼成(コーキング処理)を施して製品煉瓦(焼成煉瓦)としてもよい。
また、上述したような流し込みによる成形で得られる耐火物成形体については、施工部位に設置された内枠や他の場所に設置された型枠に保持された耐火物成形体を加熱バーナなどの加熱手段で加熱することにより、乾燥・固化させる。その後、内枠の除去や型枠からの取り出しが行われる。
The refractory molded body (molded product) obtained as described above is dried in a drying step (iv). This drying is usually carried out at about 200 to 230° C. for the purpose of drying (curing) the refractory molded body. After drying (curing), the refractory molded body may be subjected to reduction firing (caulking treatment) to produce a product brick (fired brick).
In addition, the refractory molded body obtained by the above-mentioned casting molding is dried and solidified by heating the refractory molded body held in an inner frame installed at the construction site or in a form installed in another location with a heating means such as a heating burner, after which the inner frame is removed and the mold is taken out.

以上により、耐火物本体Aの内部に炭素繊維束Bが配置された黒鉛含有耐火物であって、炭素繊維束Bは、少なくとも外表面の一部または全部にサイジング剤が付着していない炭素繊維束からなり、好ましくは外表面の一部または全部と束内の一部または全部にサイジング剤が付着していない炭素繊維束からなり、且つ耐火物本体Aに対して接着剤成分cを介して接着された本発明の黒鉛含有耐火物が得られる。上述したように、本発明の黒鉛含有耐火物は製造時に亀裂などの欠陥を生じにくいため、高い製造歩留まりで製造することができる。 As a result of the above, a graphite-containing refractory of the present invention is obtained, in which carbon fiber bundles B are arranged inside a refractory body A, and the carbon fiber bundles B are made of carbon fiber bundles having no sizing agent attached to at least a part or all of their outer surface, preferably carbon fiber bundles having no sizing agent attached to a part or all of their outer surface and a part or all of the interior of the bundle, and are bonded to the refractory body A via adhesive component c. As described above, the graphite-containing refractory of the present invention is less likely to develop defects such as cracks during production, and can be produced with a high production yield.

転炉に使用するマグネシア・カーボン質耐火物(マグネシア原料を骨材とした黒鉛含有耐火物)について、マグネシア・カーボン質原料の配合を検討するため、表1に示すような原料配合でマグネシア原料を骨材とした耐火物成形品、すなわち、炭素繊維束を埋設しない黒鉛含有耐火物を製作した。耐火物原料を混練・成形するにあたり、バインダーとして、耐火物原料に対する外掛けでフェノールレジンを3質量%、ヘキサミンを0.3質量%配合した。製作した黒鉛含有耐火物について、耐溶損性と耐割れ性をそれぞれ以下の方法で評価した。その結果を表1に併せて示す。 In order to study the blending of magnesia-carbonaceous refractories (graphite-containing refractories with magnesia raw materials as aggregate) used in converters, refractory molded products were produced using magnesia raw materials as aggregate with the raw material blend shown in Table 1, i.e., graphite-containing refractories without embedded carbon fiber bundles. When kneading and molding the refractory raw materials, 3 mass% of phenolic resin and 0.3 mass% of hexamine were blended as binders on an outer basis relative to the refractory raw materials. The melting resistance and cracking resistance of the graphite-containing refractories produced were evaluated using the following methods. The results are also shown in Table 1.

耐溶損性については、図3(試験方法)に示すとおり、高周波誘導炉を用いた内張り分け法で溶損量を測定し、その溶損量に基づき評価した。内張り分け法による試験では、試験温度を1650℃、温度保持時間を4時間として表2に示す組成の合成スラグを1時間毎に投入し、冷却後に稼働面の溶損量を測定した。そして、その溶損量から表1中の配合例1-4の溶損量を100とした溶損指数を求めた。なお、図3(A)は試験の実施状況を試験炉および筒状サンプルを縦断面した状態で模式的に示す説明図、図3(B)は図3(A)に示される筒状サンプルの平面図、図3(C)は図3(A),(B)に示す筒状サンプルを構成する試験片の1つを示す斜視図である。
耐割れ性については、40×40×200mmの試料の長手方向の動弾性率EをJIS R1605に示された超音波パルス法に従って測定した後、1500℃×10分間の加熱、5分間の水冷、10分間の大気冷却を1サイクルとした工程を3回繰り返し、この3回の工程の終了後に再び上記方法で動弾性率Eを測定し、試験前後での動弾性率の変化率E/Eを指標として評価した。
The corrosion resistance was evaluated based on the amount of corrosion measured by the lining method using a high-frequency induction furnace as shown in Fig. 3 (Test Method). In the test using the lining method, the test temperature was 1650°C, the temperature was held for 4 hours, and synthetic slag having the composition shown in Table 2 was added every hour. After cooling, the amount of corrosion on the working surface was measured. From the amount of corrosion, a corrosion index was calculated with the amount of corrosion of Blend Example 1-4 in Table 1 taken as 100. Fig. 3(A) is an explanatory diagram showing the test implementation state in a vertical cross section of the test furnace and the cylindrical sample, Fig. 3(B) is a plan view of the cylindrical sample shown in Fig. 3(A), and Fig. 3(C) is a perspective view showing one of the test pieces constituting the cylindrical sample shown in Figs. 3(A) and (B).
For crack resistance, the dynamic modulus of elasticity E0 in the longitudinal direction of a 40 x 40 x 200 mm sample was measured according to the ultrasonic pulse method specified in JIS R1605, and then a cycle of heating at 1500°C for 10 minutes, water cooling for 5 minutes, and air cooling for 10 minutes was repeated three times. After these three cycles were completed, the dynamic modulus of elasticity E3 was measured again by the above method, and the rate of change in the dynamic modulus of elasticity E3 / E0 before and after the test was used as an index for evaluation.

表1の配合例1-2~配合例1-8に示す通り、黒鉛含有量を1~80質量%、マグネシア原料の含有量を20~99質量%とした場合、耐溶損性と耐割れ性は殆ど一定であったが、配合例1-1に示す通り、黒鉛含有量を1質量%未満とした場合には耐割れ性が大幅に低下している。また、配合例1-9に示す通り、マグネシア原料の含有量を20質量%未満とした場合には耐溶損性が大幅に低下している。これらのことから、黒鉛含有耐火物の耐割れ性を確保するためには黒鉛含有量は1質量%以上とする必要があり、また、マグネシア・カーボン質原料の配合において、耐溶損性と耐割れ性を両立させるためには、黒鉛含有量を1~80質量%、マグネシア原料の含有量を20~99質量%とするのが好ましいことが判る。 As shown in Example 1-2 to Example 1-8 in Table 1, when the graphite content was 1 to 80 mass% and the magnesia raw material content was 20 to 99 mass%, the corrosion resistance and cracking resistance were almost constant. However, as shown in Example 1-1, when the graphite content was less than 1 mass%, the corrosion resistance was significantly reduced. Also, as shown in Example 1-9, when the magnesia raw material content was less than 20 mass%, the corrosion resistance was significantly reduced. From these results, it can be seen that in order to ensure the cracking resistance of graphite-containing refractories, the graphite content must be 1 mass% or more, and further, in order to achieve both corrosion resistance and cracking resistance in the compounding of magnesia and carbonaceous raw materials, it is preferable to set the graphite content to 1 to 80 mass% and the magnesia raw material content to 20 to 99 mass%.

図1に示すように耐火物本体Aの内部に長手方向に沿って複数本の炭素繊維束Bを並列状に等間隔で配置(埋設)し、サイズが長手方向1000mm、短手方向300mm、高さ90mmの黒鉛含有耐火物(煉瓦)を製造した。この黒鉛含有耐火物について、曲げ強度、破壊エネルギーを、それぞれ以下の方法で評価した。
曲げ強度については、40×40×160mmサイズに切出した試験片を用い、図4(試験方法)に示すとおり、中心間距離を100mm、荷重印加速度を0.5mm/minとし、JIS R2213に記載された3点曲げ試験方法に準拠して測定した。なお、図4(ア)は3点曲げ強度試験の実施状況を模式的に示す説明図、図4(イ)は図4(ア)の試験片の端面を模式的に示す説明図である。
As shown in Fig. 1, a plurality of carbon fiber bundles B were arranged (embedded) in parallel at equal intervals along the longitudinal direction inside a refractory body A to produce a graphite-containing refractory (brick) having a size of 1000 mm in the longitudinal direction, 300 mm in the lateral direction, and 90 mm in height. The bending strength and fracture energy of this graphite-containing refractory were evaluated by the following methods.
The bending strength was measured using a test piece cut to a size of 40×40×160 mm, with a center distance of 100 mm and a load application speed of 0.5 mm/min, in accordance with the three-point bending test method described in JIS R2213, as shown in Fig. 4 (Test Method). Fig. 4(A) is an explanatory diagram showing a schematic diagram of the implementation of the three-point bending strength test, and Fig. 4(B) is an explanatory diagram showing a schematic diagram of the end face of the test piece in Fig. 4(A).

破壊エネルギーについては、図5に示すとおり、3点曲げ強度試験で得られた荷重-変位曲線において第1ピーク値を示した位置を基準とし、基準位置から変位1mmの範囲の面積とした。
表3~表7に、発明例および比較例の黒鉛含有耐火物(耐火物本体Aの内部に炭素繊維織束Bが埋設された黒鉛含有耐火物)の構成と特性(曲げ強度、破壊エネルギー)を示す。また、表6および表7には、黒鉛含有耐火物の製造歩留まりも併せて示す。
As shown in FIG. 5, the breaking energy was determined by taking the position at which the first peak value was shown in the load-displacement curve obtained in the three-point bending strength test as the reference position and calculating the area within a range of 1 mm of displacement from the reference position.
Tables 3 to 7 show the configurations and characteristics (flexural strength, fracture energy) of the graphite-containing refractories (graphite-containing refractories in which the carbon fiber woven bundles B are embedded inside the refractory body A) of the invention examples and comparative examples. Tables 6 and 7 also show the production yields of the graphite-containing refractories.

表3の実施例は、耐火物本体Aの内部に埋設される炭素繊維束Bについて、その炭素繊維束Bを構成する炭素繊維の長さLが黒鉛含有耐火物の曲げ強度および破壊エネルギーに及ぼす影響を調べたものである。
この実施例では、図2の製造フローにしたがい、黒鉛含有耐火物(煉瓦)を製造した。耐火物原料を混練・成形するにあたり、バインダーとして、耐火物原料に対する外掛けでフェノールレジンを3質量%、ヘキサミンを0.3質量%配合した。
The examples in Table 3 examine the effect of the length L of the carbon fibers constituting the carbon fiber bundle B embedded inside the refractory body A on the bending strength and fracture energy of the graphite-containing refractory.
In this example, a graphite-containing refractory (brick) was produced according to the production flow of Fig. 2. When the refractory raw materials were kneaded and molded, 3 mass % of phenol resin and 0.3 mass % of hexamine were blended as binders based on the refractory raw materials.

繊維径7μmの炭素繊維を60000本束ねた炭素繊維束を90mm、100mm、200mm、400mm、600mm、800mm、1000mmの7水準の長さに切り出し、これらの炭素繊維束をアセトンに浸漬させてサイジング剤を除去した後、炭素繊維束と耐火物原料の接着性(密着性)ならびに炭素繊維束を構成する炭素繊維間の接着性(密着性)を向上させるため、炭素繊維束を有機物(エチレングリコール)と水の混合物を溶媒としたフェノール樹脂(接着剤)溶液に浸漬して粘着性を付与し、この粘着性を付与した状態の炭素繊維束とマグネシア・カーボン質原料を以下の方法でプレス成形用の金型に充鎮した。 A carbon fiber bundle consisting of 60,000 carbon fibers with a fiber diameter of 7 μm was cut into seven lengths: 90 mm, 100 mm, 200 mm, 400 mm, 600 mm, 800 mm, and 1000 mm. These carbon fiber bundles were immersed in acetone to remove the sizing agent, and then, in order to improve the adhesion (adhesion) between the carbon fiber bundle and the refractory raw material as well as the adhesion (adhesion) between the carbon fibers that make up the carbon fiber bundle, the carbon fiber bundle was immersed in a phenol resin (adhesive) solution using a mixture of organic matter (ethylene glycol) and water as a solvent to impart adhesion, and the carbon fiber bundle and magnesia-carbonaceous raw material in this adhesive state were filled into a press molding die using the following method.

金型容積に対して10質量%(金型容積を満タンに充填させられる原料の量を100質量%としたときの原料の量。以下同様)のマグネシア・カーボン質原料を金型の底部に敷き詰めた後、粘着性を付与した複数本の炭素繊維束を短手方向に5mm間隔で並べながら長手方向に配置した。次いで、金型容積に対して15質量%のマグネシア・カーボン質原料を金型に装入し、さらに粘着性を付与した炭素繊維束を再び同様に配置した後、金型容積に対して15質量%のマグネシア・カーボン質原料を装入した。上記の通り、マグネシア・カーボン質原料を装入した後、粘着性を付与した炭素繊維束を短手方向に5mm間隔で並べながら長手方向に配置する作業を繰り返し、マグネシア・カーボン質原料と炭素繊維束を金型に充鎮した。充鎮完了後、プレス成形を行って耐火物成形体とし、これを乾燥して製品(炭素繊維含有マグネシア・カーボン質れんが)とした。 After 10% by mass of magnesia-carbonaceous raw material (the amount of raw material when the amount of raw material that can fill the mold volume to capacity is 100% by mass; the same applies below) was spread on the bottom of the mold, several carbon fiber bundles to which adhesiveness was imparted were arranged in the longitudinal direction at intervals of 5 mm in the short direction. Next, 15% by mass of magnesia-carbonaceous raw material to the mold volume was charged into the mold, and carbon fiber bundles to which adhesiveness was imparted were arranged again in the same manner, and then 15% by mass of magnesia-carbonaceous raw material to the mold volume was charged. As described above, after charging the magnesia-carbonaceous raw material, the process of arranging the carbon fiber bundles to which adhesiveness was imparted in the long direction at intervals of 5 mm in the short direction was repeated, and the magnesia-carbonaceous raw material and the carbon fiber bundles were filled into the mold. After filling was completed, press molding was performed to obtain a refractory molded body, which was then dried to obtain the product (magnesia-carbonaceous brick containing carbon fiber).

発明例1-1~発明例1-6が示す通り、繊維長が100mm以上の炭素繊維束を埋設した炭素繊維含有マグネシア・カーボン質れんがの曲げ強度と破壊エネルギーは著しく高かった。一方、発明例1-0が示す通り、繊維長が100mm未満の炭素繊維束を埋設した炭素繊維含有マグネシア・カーボン質れんがの曲げ強度と破壊エネルギーは、上記発明例に較べて低かった。要因として、繊維長が短かったため、高い亀裂進展抑制効果を発揮できなかったことが挙げられる。これらのことから、高い亀裂進展抑制効果を発揮し、曲げ強度と破壊エネルギーを十分に高くするためには、炭素繊維長を100mm以上にすることが好ましいことが分かった。 As shown in Examples 1-1 to 1-6, the bending strength and fracture energy of the carbon fiber-containing magnesia-carbonaceous bricks in which carbon fiber bundles with a fiber length of 100 mm or more were embedded were significantly high. On the other hand, as shown in Example 1-0, the bending strength and fracture energy of the carbon fiber-containing magnesia-carbonaceous bricks in which carbon fiber bundles with a fiber length of less than 100 mm were embedded were lower than those of the above examples. One reason for this is that the short fiber length did not provide a high crack growth inhibition effect. From these findings, it was found that in order to provide a high crack growth inhibition effect and to sufficiently increase the bending strength and fracture energy, it is preferable to set the carbon fiber length to 100 mm or more.

表4の実施例は、耐火物本体Aの内部に埋設される炭素繊維束Bについて、その炭素繊維束Bを構成する炭素繊維の繊維径が黒鉛含有耐火物の曲げ強度および破壊エネルギーに及ぼす影響を調べたものである。
この実施例では、繊維径を1μm、7μm、23μm、45μm、50μmの5水準とし、繊維長600mmの炭素繊維を60000本束ねて炭素繊維束とし、表3の実施例と同様の方法で炭素繊維含有マグネシア・カーボン質れんがを製造した。
The examples in Table 4 examine the effect of the fiber diameter of the carbon fibers constituting the carbon fiber bundle B embedded inside the refractory body A on the bending strength and fracture energy of the graphite-containing refractory.
In this example, the fiber diameter was set to five levels, i.e., 1 μm, 7 μm, 23 μm, 45 μm, and 50 μm, and 60,000 carbon fibers with a fiber length of 600 mm were bundled together to form a carbon fiber bundle. Carbon fiber-containing magnesia-carbonaceous bricks were produced in the same manner as in the examples of Table 3.

発明例1-4、発明例2-1~発明例2-3が示す通り、繊維径が1~45μmの炭素繊維を60000本束ねた炭素繊維束を埋設した炭素繊維含有マグネシア・カーボン質れんがは曲げ強度と破壊エネルギーが高かった。一方、発明例2-4が示す通り、繊維径が50μmの炭素繊維を60000本束ねた炭素繊維束を埋設した炭素繊維含有マグネシア・カーボン質れんがの曲げ強度と破壊エネルギーは、上記発明例に較べて低かった。要因として、炭素繊維束が太過ぎたため、炭素繊維束とマグネシア・カーボン質原料の絡みが悪く、成形する際にスプリングバックが発生し易いことが挙げられる。これらのことから、高い亀裂進展抑制効果を発揮し、曲げ強度と破壊エネルギーを十分に高くするためには、炭素繊維の径を1~45μmとすることが好ましいことが分かった。 As shown in Examples 1-4 and 2-1 to 2-3, the bending strength and fracture energy of the carbon fiber-containing magnesia-carbonaceous bricks in which a carbon fiber bundle consisting of 60,000 carbon fibers with a fiber diameter of 1 to 45 μm was embedded was high. On the other hand, as shown in Example 2-4, the bending strength and fracture energy of the carbon fiber-containing magnesia-carbonaceous bricks in which a carbon fiber bundle consisting of 60,000 carbon fibers with a fiber diameter of 50 μm was embedded was lower than those of the above examples. One of the reasons for this is that the carbon fiber bundles were too thick, which resulted in poor entanglement between the carbon fiber bundles and the magnesia-carbonaceous raw material, making it easy for springback to occur during molding. From these facts, it was found that in order to achieve a high crack growth inhibition effect and to sufficiently increase the bending strength and fracture energy, it is preferable for the carbon fiber diameter to be 1 to 45 μm.

表5の実施例は、耐火物本体Aの内部に埋設される炭素繊維束Bについて、その炭素繊維束Bの1束あたりの炭素繊維本数が黒鉛含有耐火物の曲げ強度および破壊エネルギーに及ぼす影響を調べたものである。
この実施例では、炭素繊維束Bの1束あたりの炭素繊維本数を900本、1000本、30000本、60000本、120000本、240000本、300000本、350000本の8水準とし、繊維長600mm、繊維径7μmの炭素繊維を束ねて炭素繊維束とし、表3の実施例と同様の方法で炭素繊維含有マグネシア・カーボン質れんがを製造した。
The examples in Table 5 examine the effect of the number of carbon fibers per bundle of carbon fiber bundle B embedded inside the refractory body A on the bending strength and fracture energy of the graphite-containing refractory.
In this example, the number of carbon fibers per bundle of carbon fiber bundle B was set to eight levels of 900, 1000, 30,000, 60,000, 120,000, 240,000, 300,000, and 350,000, and carbon fiber bundles having a fiber length of 600 mm and a fiber diameter of 7 μm were bundled together to form carbon fiber bundles. Carbon fiber-containing magnesia carbonaceous bricks were produced in the same manner as in the examples of Table 3.

発明例1-4、発明例3-1~発明例3-5が示す通り、炭素繊維を1000本~300000本束ねた炭素繊維束を埋設した炭素繊維含有マグネシア・カーボン質れんがの破壊エネルギーは高かった。一方、発明例3-0が示す通り、炭素繊維を900本束ねた炭素繊維束を埋設した炭素繊維含有マグネシア・カーボン質れんがの曲げ強度と破壊エネルギーは、上記発明例に較べて低かった。要因として、炭素繊維束の1束あたりの炭素繊維本数が少なかったため、高い亀裂進展抑制効果を発揮できなかったことが挙げられる。また、発明例3-6が示す通り、炭素繊維を350000本束ねた炭素繊維束を埋設した炭素繊維含有マグネシア・カーボン質れんがの曲げ強度と破壊エネルギーも、上記発明例に較べて低かった。要因として、炭素繊維束が太過ぎたため、炭素繊維束とマグネシア・カーボン質原料の絡みが悪く、成形する際にスプリングバックが発生し易いことが挙げられる。これらのことから、高い亀裂進展抑制効果を発揮し、曲げ強度と破壊エネルギーを十分に高くするためには、炭素繊維束Bの1束あたりの炭素繊維本数を1000本~300000本にすることが好ましいことが分かった。 As shown in Examples 1-4 and 3-1 to 3-5, the fracture energy of the carbon fiber-containing magnesia-carbonaceous bricks in which carbon fiber bundles of 1,000 to 300,000 carbon fibers were embedded was high. On the other hand, as shown in Example 3-0, the bending strength and fracture energy of the carbon fiber-containing magnesia-carbonaceous bricks in which carbon fiber bundles of 900 carbon fibers were embedded were lower than those of the above examples. This is because the number of carbon fibers per carbon fiber bundle was small, so a high crack propagation suppression effect could not be achieved. In addition, as shown in Example 3-6, the bending strength and fracture energy of the carbon fiber-containing magnesia-carbonaceous bricks in which carbon fiber bundles of 350,000 carbon fibers were embedded were also lower than those of the above examples. The reason for this is that the carbon fiber bundles were too thick, which resulted in poor entanglement between the carbon fiber bundles and the magnesia-carbonaceous raw materials, making springback likely to occur during molding. Based on these factors, it was found that in order to achieve a high crack growth inhibition effect and to sufficiently increase bending strength and fracture energy, it is preferable to set the number of carbon fibers per bundle of carbon fiber bundle B to 1,000 to 300,000.

表6の実施例は、耐火物本体Aの内部に埋設される炭素繊維束Bについて、サイジング剤の除去の効果が、黒鉛含有耐火物の曲げ強度および破壊エネルギーと製造歩留まりに及ぼす影響を調べたものである。
発明例1-4の炭素繊維含有マグネシア・カーボン質れんがに対して、サイジング剤を除去していない炭素繊維束を用いた点を除き同じ製造条件の比較例4-1の炭素繊維含有マグネシア・カーボン質れんがを製造し、破壊エネルギーを測定した。また、発明例1-4と比較例4-1の炭素繊維含有マグネシア・カーボン質れんがをそれぞれ10個ずつ製造し、製造歩留まりを比較した。
The examples in Table 6 examine the effect of removing the sizing agent on the bending strength, fracture energy, and production yield of the graphite-containing refractory material, for carbon fiber bundles B embedded inside the refractory body A.
A magnesia-carbonaceous brick containing carbon fiber of Comparative Example 4-1 was produced under the same production conditions as the magnesia-carbonaceous brick containing carbon fiber of Inventive Example 1-4, except that a carbon fiber bundle from which a sizing agent had not been removed was used, and the fracture energy was measured. Ten magnesia-carbonaceous bricks containing carbon fiber of Inventive Example 1-4 and Comparative Example 4-1 were produced, and the production yield was compared.

発明例1-4の炭素繊維含有マグネシア・カーボン質れんがは、破壊エネルギーが高く、製造歩留まりは100%であった。一方、サイジング剤を除去していない炭素繊維束を用いた比較例4-1の炭素繊維含有マグネシア・カーボン質れんがは、破壊エネルギーは低く、製造歩留まりは40%と大幅に低下した。破壊エネルギーが低い要因として、炭素繊維束のサイジング剤を除去していないため、接着剤がサイジング剤を介して炭素繊維束の表面に付着するだけであるため、炭素繊維束と耐火物との接着性(密着性)が低く且つ炭素繊維束を形成する炭素繊維間の接着性(密着性)も低いことに加え、成形時に炭素繊維束が曲げられた際に、サイジング剤と炭素繊維束の素線表面との間の接着が剥離することにより、炭素繊維と耐火物原料が適切に接着して一体化することによる破壊エネルギーの向上効果が減少するためである。また、製造歩留まりが低い要因として、サイジング剤を除去していない炭素繊維束は曲げ方向の弾性率が大きいため、耐火物原料と炭素繊維束を型に充填してプレス成形した際に内部応力を生じさせ、これが亀裂などの欠陥の原因になったためである。これらのことから、事前にサイジング剤を除去した炭素繊維束を耐火物本体の内部に配置すれば、破壊エネルギーを高められ、且つ製造歩留まりを高く維持できることが分かった。 The carbon fiber-containing magnesia-carbonaceous brick of Example 1-4 had a high fracture energy and a production yield of 100%. On the other hand, the carbon fiber-containing magnesia-carbonaceous brick of Comparative Example 4-1, which used a carbon fiber bundle from which the sizing agent had not been removed, had a low fracture energy and a significantly reduced production yield of 40%. The reason for the low fracture energy is that the sizing agent of the carbon fiber bundle was not removed, so the adhesive only adhered to the surface of the carbon fiber bundle via the sizing agent, resulting in low adhesion (adhesion) between the carbon fiber bundle and the refractory material and low adhesion (adhesion) between the carbon fibers forming the carbon fiber bundle. In addition, when the carbon fiber bundle is bent during molding, the adhesion between the sizing agent and the surface of the wires of the carbon fiber bundle peels off, reducing the effect of improving fracture energy by properly adhering and integrating the carbon fiber and the refractory raw material. Another factor behind the low manufacturing yield is that carbon fiber bundles from which the sizing agent has not been removed have a high elastic modulus in the bending direction, which creates internal stress when the refractory raw material and carbon fiber bundles are filled into a mold and press-molded, causing defects such as cracks. Based on these findings, it was found that by placing carbon fiber bundles from which the sizing agent has been removed in advance inside the refractory body, it is possible to increase the fracture energy and maintain a high manufacturing yield.

表7の実施例は、炭素繊維束を浸漬して粘着性を付与するための接着剤の溶媒の種類が曲げ強度および破壊エネルギーと製造歩留まりに及ぼす影響を調べたものである。
この実施例では、接着剤としてフェノール樹脂、エポキシ樹脂、アルミナゾル、シリカゾルを用いるとともに、それぞれについて溶媒を有機物(エチレングリコール)-水の混合溶媒、水溶媒、有機物溶媒(メタノール)とした溶液に、事前にアセトン浸漬によりサイジング剤を除去した炭素繊維束を浸漬して粘着性を付与した。繊維長600mm、繊維径7μmの炭素繊維を60000本束ねて炭素繊維束とし、表3の実施例と同様の方法で炭素繊維含有マグネシア・カーボン質れんがを製造した。
The examples in Table 7 were obtained by investigating the effect of the type of adhesive solvent in which carbon fiber bundles were immersed to impart tackiness on bending strength, fracture energy, and production yield.
In this example, phenol resin, epoxy resin, alumina sol, and silica sol were used as adhesives, and the carbon fiber bundles from which the sizing agent had been removed in advance by immersion in acetone were immersed in solutions of a mixed solvent of organic matter (ethylene glycol) and water, a water solvent, and an organic solvent (methanol) to impart adhesiveness. Carbon fiber bundles were made by bundling 60,000 carbon fibers with a fiber length of 600 mm and a fiber diameter of 7 μm, and a magnesia-carbonaceous brick containing carbon fiber was manufactured in the same manner as in the examples of Table 3.

発明例1-4、発明例5-3、発明例5-6、発明例5-9に示す通り、接着剤溶液の溶媒として有機物-水の混合溶媒を用いた場合、曲げ強度と破壊エネルギーは高く、製造歩留まりは100%であった。一方、発明例5-1、発明例5-2、発明例5-4、発明例5-5、発明例5-7、発明例5-8、発明例5-10、発明例5-11に示す通り、接着剤溶液の溶媒として水溶媒または有機物溶媒を用いた場合、曲げ強度と破壊エネルギーは若干低くなり、製造歩留まりも僅かに低下した。要因として、接着剤溶液の溶媒として水溶媒を用いた場合、れんがを乾燥する際に、接着剤溶液の溶媒として有機物-水の混合溶媒を用いた場合と比較して、れんが内部から抜ける揮発量が多く、気孔などの欠陥も多く形成されるため、亀裂が発生し易いことが挙げられる。また、接着剤溶液の溶媒として有機物溶媒を用いた場合、有機物-水の混合溶媒を用いた場合と比較して、炭素繊維束と接着剤の絡みが悪く、粘着性が炭素繊維束に均一に付与されないことが挙げられる。これらのことから、炭素繊維束に接着剤で粘着性を付与する場合、接着剤溶液の溶媒として有機物-水の混合溶媒を用いると、特に破壊エネルギーが高められ、且つ製造歩留まりを高く維持できることが分かった。 As shown in Examples 1-4, 5-3, 5-6, and 5-9, when an organic-water mixed solvent was used as the solvent for the adhesive solution, the bending strength and fracture energy were high and the manufacturing yield was 100%. On the other hand, as shown in Examples 5-1, 5-2, 5-4, 5-5, 5-7, 5-8, 5-10, and 5-11, when a water solvent or an organic solvent was used as the solvent for the adhesive solution, the bending strength and fracture energy were slightly lower and the manufacturing yield was also slightly lower. One factor that may be contributing to this is that when a water solvent is used as the solvent for the adhesive solution, a larger amount of vapor escapes from the inside of the brick when drying the bricks compared to when a mixed organic-water solvent is used as the solvent for the adhesive solution, and many defects such as pores are formed, making it easier for cracks to occur. In addition, when an organic solvent is used as the solvent for the adhesive solution, the carbon fiber bundles and the adhesive do not bond well together, and the adhesive is not uniformly imparted to the carbon fiber bundles, compared to when an organic-water mixed solvent is used. From these findings, it was found that when imparting adhesiveness to carbon fiber bundles with an adhesive, the fracture energy is particularly increased and the manufacturing yield can be maintained high when an organic-water mixed solvent is used as the solvent for the adhesive solution.

次に、耐火物れんがを製鉄容器に適用し、損耗速度を調べた結果を示す。表8の実施例は、発明例1-4、発明例5-3、発明例5-6、発明例5-9の炭素繊維含有マグネシア・カーボン質れんがを転炉の羽口に施工して損耗速度を評価したものである。損耗速度は、初期厚みD(mm)と残厚D(mm)の差=D-D(mm)を損耗量とし、この損耗量(mm)を使用回数(ch)で割った値(mm/ch)である。表8によれば、本発明のれんが(黒鉛含有耐火物)の損耗速度は、従来れんが(炭素繊維を埋設していない黒鉛含有耐火物)と比較して50%以上低減できた。 Next, the wear rate of the refractory bricks was examined by applying them to a steelmaking vessel. The examples in Table 8 show the wear rate of the carbon fiber-containing magnesia-carbonaceous bricks of Examples 1-4, 5-3, 5-6, and 5-9, which were applied to the tuyere of a converter. The wear rate is calculated by dividing the wear amount (mm) by the number of times of use (ch) (mm/ch), where the difference between the initial thickness D 0 (mm) and the remaining thickness D 1 (mm) is D 0 -D 1 (mm). According to Table 8, the wear rate of the brick of the present invention (graphite-containing refractory) was reduced by 50% or more compared to the conventional brick (graphite-containing refractory without carbon fiber embedded therein).

また、表9の実施例は、発明例1-4、発明例5-3、発明例5-6、発明例5-9の炭素繊維含有マグネシア・カーボン質れんがを取鍋のスラグラインの側壁部に施工して、同様に損耗速度を評価したものである。損耗速度は、上記と同様である。表9によれば、本発明のれんが(黒鉛含有耐火物)の損耗速度は、従来れんが(炭素繊維を埋設していない黒鉛含有耐火物)と比較して50%以上低減できた。これらのことから、本発明の炭素繊維含有マグネシア・カーボン質れんがを転炉の羽口や取鍋の側壁部に適用することにより、実機損耗速度を大幅に低減できることが分かった。 In the examples shown in Table 9, the carbon fiber-containing magnesia-carbonaceous bricks of Examples 1-4, 5-3, 5-6, and 5-9 were applied to the sidewall of the slag line of a ladle, and the wear rate was evaluated in the same manner. The wear rate was the same as above. According to Table 9, the wear rate of the brick of the present invention (graphite-containing refractory) was reduced by 50% or more compared to the conventional brick (graphite-containing refractory without embedded carbon fiber). From these results, it was found that the wear rate of the actual equipment can be significantly reduced by applying the carbon fiber-containing magnesia-carbonaceous brick of the present invention to the tuyere of a converter or the sidewall of a ladle.

表10の実施例は、溶銑予備処理容器の内張りに使用するアルミナ原料、炭化珪素原料、シリカ原料を骨材としたアルミナ・炭化珪素・シリカ・カーボン質耐火物(黒鉛含有耐火物)を高炉鍋の側壁に施工に施工して損耗速度を評価したものである。すなわち、アルミナ原料、炭化珪素原料、シリカ原料を骨材とした以外は、発明例1-4、発明例5-3、発明例5-6、発明例5-9の炭素繊維含有マグネシア・カーボン質れんがと同じ製造条件でアルミナ・炭化珪素・シリカ・カーボン質耐火物を製造し、これを高炉鍋の側壁に施工し損耗速度を評価した。
表10によれば、本発明のれんが(黒鉛含有耐火物)の損耗速度は、従来れんが(炭素繊維を埋設していない黒鉛含有耐火物)と比較して20~30%程度低減できた。これらのことから、本発明の炭素繊維含有アルミナ・炭化珪素・シリカ・カーボン質れんがを溶銑予備処理容器の内張りに適用することにより、実機損耗速度を大幅に低減できることが分かった。
In the examples of Table 10, alumina-silicon carbide-silica-carbonaceous refractories (graphite-containing refractories) using the alumina raw material, silicon carbide raw material, and silica raw material used for lining the molten iron pretreatment vessel as aggregates were applied to the side walls of blast furnace ladles, and the wear rate was evaluated. That is, except that the alumina raw material, silicon carbide raw material, and silica raw material were used as aggregates, alumina-silicon carbide-silica-carbonaceous refractories were manufactured under the same manufacturing conditions as the carbon fiber-containing magnesia-carbonaceous bricks of Invention Examples 1-4, 5-3, 5-6, and 5-9, and these were applied to the side walls of blast furnace ladles to evaluate the wear rate.
According to Table 10, the wear rate of the brick of the present invention (graphite-containing refractory) was reduced by about 20 to 30% compared to the conventional brick (graphite-containing refractory without embedded carbon fibers). From these results, it was found that the wear rate of an actual machine can be significantly reduced by applying the carbon fiber-containing alumina-silicon carbide-silica-carbonaceous brick of the present invention to the lining of a molten iron pretreatment vessel.

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A 耐火物本体
B 炭素繊維束
c 接着剤成分
x 稼動面
y 反稼動面
A Refractory body B Carbon fiber bundle c Adhesive component x Working surface y Non-working surface

Claims (6)

耐火物本体(A)の内部に炭素繊維束(B)が配置された黒鉛含有耐火物の製造方法であって、
サイジング剤が付着している市販品の炭素繊維束(b)に対して、付着しているサイジング剤のうち、少なくとも炭素繊維束外表面に付着しているサイジング剤の一部または全部を除去する処理を施す事前処理工程(i)と、
該事前処理工程(i)を経た炭素繊維束(b)に対して接着剤を付着させる調製工程(ii)と、
該調製工程(ii)で接着剤を付着させた炭素繊維束(b)を、接着剤が粘着性を有するうちに耐火物原料(a)の内部に埋設し、該炭素繊維束(b)が埋設された耐火物原料(a)を成形して耐火物成形体を得る成形工程(iii)と、
該成形工程(iii)で得られた耐火物成形体を乾燥する乾燥工程(iv)を有し、
成形工程(iii)では、炭素繊維束(b)が接着剤を介して耐火物原料(a)に接着されることを特徴とする黒鉛含有耐火物の製造方法。
A method for producing a graphite-containing refractory having a refractory body (A) and a carbon fiber bundle (B) disposed therein, comprising the steps of:
A pre-treatment step (i) of subjecting a commercially available carbon fiber bundle (b) to a sizing agent attached thereto to a treatment for removing a part or all of the sizing agent attached to at least the outer surface of the carbon fiber bundle, among the sizing agents attached thereto;
a preparation step (ii) of applying an adhesive to the carbon fiber bundle (b) that has been subjected to the pretreatment step (i);
a molding step (iii) of embedding the carbon fiber bundles (b) to which the adhesive has been applied in the preparation step (ii) into the refractory raw material (a) while the adhesive is still tacky, and molding the refractory raw material (a) in which the carbon fiber bundles (b) are embedded to obtain a refractory molded body;
A drying step (iv) of drying the refractory molded body obtained in the molding step (iii),
A method for producing a graphite-containing refractory, characterized in that in the molding step (iii), the carbon fiber bundles (b) are bonded to the refractory raw material (a) via an adhesive.
事前処理工程(i)では、炭素繊維束外表面に付着しているサイジング剤の一部または全部と炭素繊維束の束内に付着しているサイジング剤の一部または全部を除去する処理を施すことを特徴とする請求項に記載の黒鉛含有耐火物の製造方法。 2. The method for producing a graphite-containing refractory material according to claim 1, characterized in that in the pre-treatment step ( i ), a treatment is carried out to remove a part or all of the sizing agent adhering to the outer surfaces of the carbon fiber bundles and a part or all of the sizing agent adhering to the inside of the carbon fiber bundles. 調製工程(ii)では、サイジング剤が付着していない炭素繊維束(b)の束内に接着剤を含ませることを特徴とする請求項に記載の黒鉛含有耐火物。 3. The graphite-containing refractory according to claim 2 , characterized in that in the preparation step (ii), an adhesive is contained within the carbon fiber bundles (b) to which no sizing agent is attached. 接着剤は、有機樹脂、無機ゾル、タール、ピッチ、有機糊の中から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の黒鉛含有耐火物の製造方法。 4. The method for producing a graphite-containing refractory material according to claim 1 , wherein the adhesive is at least one selected from the group consisting of organic resins, inorganic sols, tar, pitch and organic glues. 炭素繊維束(b)は、長さが100mm以上で繊維径が1~45μmの炭素繊維を束に纏めたものであって、1束あたりの炭素繊維の本数が1000~300000本であることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の黒鉛含有耐火物の製造方法。 The method for producing a graphite-containing refractory material according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the carbon fiber bundle (b) is a bundle of carbon fibers having a length of 100 mm or more and a fiber diameter of 1 to 45 µm, and the number of carbon fibers per bundle is 1,000 to 300,000. 成形工程(iii)では、耐火物原料(a)の内部に、複数本の炭素繊維束(b)を間隔をあけて並列状に配置することを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の黒鉛含有耐火物の製造方法。 The method for producing a graphite-containing refractory according to any one of claims 1 to 5, characterized in that in the molding step (iii), a plurality of carbon fiber bundles (b) are arranged in parallel at intervals inside the refractory raw material (a).
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