JP7709124B2 - Graphite-containing refractories - 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。
The equipment used in the iron-making and steel-making processes in steelworks (refining vessels, transport vessels, etc.) is 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 a situation in which a large thermal gradient as described above occurs and large thermal fluctuations are repeated for each charge, so they need to have high durability 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 large thermal fluctuations as described above are repeated, so they need to have high durability, although not as high 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 100 mm or longer in length are bundled with adhesive and placed inside the refractory in a sticky bundle state, significantly increasing the fracture energy.
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では、使用する接着剤の特性によっては、耐火物内に炭素繊維束を装入(配置)することによる効果が十分に得られないことが判った。特許文献1には、そのような炭素繊維束の装入効果を最大限に発現させるための接着剤の条件については開示がない。 However, as a result of the inventors' investigations, it was found that with the technology of charging (arranging) carbon fiber bundles inside a refractory material as in Patent Document 1, depending on the properties of the adhesive used, the full effect of charging (arranging) carbon fiber bundles inside the refractory material cannot be obtained. Patent Document 1 does not disclose the conditions for the adhesive to maximize the effect of charging such carbon fiber bundles.
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を提供することにある。 The object of the present invention is therefore to solve the problems of the prior art as described above, and to provide a graphite-containing refractory that can suppress the growth of cracks caused by thermal stress and provide high durability even when used under conditions where temperature increases and decreases are repeated over long periods of time, such as the refractory lining of a converter, and that can provide high durability even when used under conditions where the internal temperature gradient is particularly large, such as the tuyere bricks of a converter.
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、耐火物の内部に炭素繊維束を配置する黒鉛含有耐火物において、炭素繊維を束ねて一体化し且つ炭素繊維束を耐火物原料に接着または密着させる接着剤成分として所定の残炭率を有する有機物または/および無機微粒子を用いること、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、さらには耐火物断面における炭素繊維の存在密度、占有面積率など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。 As a result of extensive research into solving the above problems, the inventors have found that in a graphite-containing refractory in which carbon fiber bundles are arranged inside the refractory, by using an organic substance and/or inorganic fine particles having a predetermined residual carbon ratio as an adhesive component that binds and integrates the carbon fibers and adheres or adheres the carbon fiber bundles to the refractory raw material, and by optimizing the fiber diameter and number of the carbon fibers that make up the carbon fiber bundles, as well as the density and occupied area ratio of the carbon fibers in the cross section of the refractory, it is possible to obtain high durability 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、その束内に接着剤成分(c)を含むとともに、耐火物本体(A)に対して接着剤成分(c)を介して接着または密着し、
接着剤成分(c)は、残炭率が6~80質量%の有機物または/および無機微粒子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),
The carbon fiber bundles (B) contain an adhesive component (c) therein and are bonded or adhered to the refractory body (A) via the adhesive component (c);
The graphite-containing refractory material is characterized in that the adhesive component (c) is composed of an organic substance and/or inorganic fine particles having a residual carbon ratio of 6 to 80 mass %.
[2]上記[1]の黒鉛含有耐火物において、接着剤成分(c)は、有機樹脂、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、無機ゾル由来の無機微粒子の中から選ばれる1種以上であることを特徴とする黒鉛含有耐火物。
[3]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)の幅が1~15mmであることを特徴とする黒鉛含有耐火物。
[4]上記[1]~[3]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。
[2] The graphite-containing refractory according to [1] above, wherein the adhesive component (c) is at least one selected from the group consisting of organic resins, organic substances derived from tar and/or pitch, organic substances derived from organic glue, and inorganic fine particles derived from inorganic sol.
[3] The graphite-containing refractory according to the above [1] or [2], characterized in that the carbon fiber bundles (B) have a width of 1 to 15 mm.
[4] The graphite-containing refractory according to any one of the above [1] to [3], 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.
[5]上記[1]~[4]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)が並列状に配置され、隣り合う炭素繊維束(B)どうしの間隔が3mm超であることを特徴とする黒鉛含有耐火物。
[6]上記[1]~[5]のいずれかの黒鉛含有耐火物において、黒鉛含有耐火物の稼働面と平行な耐火物断面における、炭素繊維束(B)を構成する炭素繊維の存在密度が10~2000本/mm2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、黒鉛含有耐火物の稼働面と平行な耐火物断面における、炭素繊維束(B)を構成する炭素繊維の占有面積率が0.1~40%であることを特徴とする黒鉛含有耐火物。
[5] The graphite-containing refractory according to any one of the above [1] to [4], characterized in that a plurality of carbon fiber bundles (B) are arranged in parallel inside the refractory body (A), and the interval between adjacent carbon fiber bundles (B) exceeds 3 mm.
[6] The graphite-containing refractory according to any one of the above [1] to [5], characterized in that the density of the carbon fibers constituting the carbon fiber bundles (B) in a cross section of the graphite-containing refractory parallel to a working surface of the graphite-containing refractory is 10 to 2000 fibers/ mm2 .
[7] The graphite-containing refractory according to any one of the above [1] to [6], characterized in that the area ratio of the carbon fibers constituting the carbon fiber bundles (B) in a cross section of the graphite-containing refractory parallel to a working surface of the graphite-containing refractory is 0.1 to 40%.
[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。
[9]上記[1]~[8]のいずれかの黒鉛含有耐火物において、耐火物本体(A)は、マグネシア原料を20~99質量%含有することを特徴とする黒鉛含有耐火物。
[10]上記[1]~[8]のいずれかの黒鉛含有耐火物において、耐火物本体(A)は、アルミナ原料を10~95質量%含有することを特徴とする黒鉛含有耐火物。
[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] The graphite-containing refractory according to any one of the above [1] to [8], wherein the refractory body (A) contains 20 to 99 mass% of a magnesia raw material.
[10] The graphite-containing refractory according to any one of the above [1] to [8], wherein the refractory body (A) contains 10 to 95 mass% of an alumina raw material.
[11]上記[1]~[8]、[10]のいずれかの黒鉛含有耐火物において、耐火物本体(A)は、シリカ原料を1~50質量%含有することを特徴とする黒鉛含有耐火物。
[12]上記[10]または[11]の黒鉛含有耐火物において、耐火物本体(A)は、炭化ケイ素原料を1質量%以上含有することを特徴とする黒鉛含有耐火物。
[13]上記[1]~[12]のいずれかの黒鉛含有耐火物において、耐火物本体(A)は、使用済み耐火物を粉砕した耐火物屑を10~90質量%含有することを特徴とする黒鉛含有耐火物。
[11] The graphite-containing refractory according to any one of the above [1] to [8] and [10], characterized in that the refractory body (A) contains 1 to 50 mass% of a silica raw material.
[12] The graphite-containing refractory according to the above [10] or [11], wherein the refractory body (A) contains 1 mass% or more of a silicon carbide raw material.
[13] The graphite-containing refractory according to any one of the above [1] to [12], characterized in that the refractory body (A) contains 10 to 90 mass% of refractory chips obtained by pulverizing used refractories.
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。 The graphite-containing refractory of the present invention has high fracture energy, so even when used under conditions where the temperature is repeatedly raised and lowered over a long period of time, such as the refractory lining of a converter, the growth of cracks caused by thermal stress is suppressed, resulting in high durability. In particular, high durability is obtained even when used under conditions where the internal temperature gradient is very large, such as the tuyere bricks of a converter.
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、その束内に接着剤成分cを含むとともに、耐火物本体Aに対して接着剤成分cを介して接着または密着し、接着剤成分cは、残炭率が6~80質量%の有機物または/および無機微粒子からなることを特徴とする。この黒鉛含有耐火物は、通常は、高温焼成(還元焼成)することなく製造される不焼成耐火物である。ここで、接着剤成分cの残炭率とは、JIS K6910(フェノール樹脂試験方法)に記載の固定炭素測定法に基づいて測定されるものである。
このような本発明の黒鉛含有耐火物は、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を介して接着または密着することで炭素繊維束Bが耐火物と一体化することに加えて、接着剤成分cが特定の残炭率を有する有機物または/および無機微粒子からなることにより、亀裂の発生を抑制できる高い破壊エネルギーが得られる。
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, the carbon fiber bundle B containing an adhesive component c therein and adhering or bonding to the refractory body A via the adhesive component c, the adhesive component c being composed of an organic material and/or inorganic fine particles having a residual carbon ratio of 6 to 80 mass%. This graphite-containing refractory is usually an unfired refractory manufactured without high-temperature firing (reducing firing). Here, the residual carbon ratio of the adhesive component c is measured based on the fixed carbon measurement method described in JIS K6910 (phenolic resin test method).
In the graphite-containing refractory of the present invention, the carbon fiber bundles B arranged inside the refractory body A are integrated into a bundle due to the inclusion of adhesive component c within the bundle, and the carbon fiber bundles B are integrated with the refractory by being adhered or bonded to the refractory body A via the adhesive component c. In addition, the adhesive component c is made of an organic substance and/or inorganic fine particles having a specific residual carbon ratio, so that a high fracture energy that can suppress the occurrence of cracks can be obtained.
以下、炭素繊維束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。
炭素繊維束Bは、外表面に接着剤を付着させ、且つ束内にも接着剤を浸透させた状態で耐火物原料に配置され、黒鉛含有耐火物が得られるので、炭素繊維束Bは、その束内に接着剤成分cを含む(すなわち、接着剤成分cが炭素繊維束Bを構成する炭素繊維どうしの間隙に存在することにより、炭素繊維が束の状態に一体化される)とともに、耐火物本体Aとの間に接着剤成分cが介在し、耐火物本体Aに対して接着剤成分cを介して接着または密着される。
The configuration and embedding conditions of the carbon fiber bundle 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.
The carbon fiber bundles B are placed on the refractory raw material with an adhesive attached to their outer surfaces and with the adhesive also permeating into the bundles, and a graphite-containing refractory is obtained. Therefore, the carbon fiber bundles B contain the adhesive component c within the bundles (i.e., the adhesive component c is present in the gaps between the carbon fibers that make up the carbon fiber bundles B, thereby integrating the carbon fibers into a bundle), and the adhesive component c is interposed between the carbon fiber bundles B and the refractory main body A, and the carbon fiber bundles B are adhered or adhered to the refractory main body A via the adhesive component c.
接着剤成分cは、所定の残炭率を有する有機樹脂などの有機物または/およびアルミナ、シリカなどの無機微粒子からなる。
耐火物は、その使用時(実機稼働時)に、内部まで500℃以上(JIS K6910では900℃で測定する)の高温になる。このとき、黒鉛含有耐火物のように内部には酸素がほとんどない環境であっても、接着剤成分が有機物である場合、炭素繊維束に付着した接着剤の一部は分解や蒸発によってガス化して耐火物の外に散逸してしまう。残炭率は、接着剤のうち、ガス化散逸せずに残存する重量の比率の指標となると思われ、接着剤の種類や品質によって異なる。本発明者らは、接着剤の残炭率が、炭素繊維束を用いた黒鉛含有耐火物が実使用環境である高温に晒された時の破壊エネルギーに影響するとの着想を得て調査した結果、残炭率が6~80質量%である接着剤(有機物)を使用すると、高い破壊エネルギーが得られることを見出した。これは、そのような特定の残炭率の接着剤(有機物)を使用すると、耐火物原料(耐火物本体A)と炭素繊維束Bの密着性が高まるため、成形時に耐火物煉瓦が緻密化し易くなることに加え、高温に曝されると耐火物内部から抜け出るガス量を抑制できるため、亀裂の発生を抑制でき、破壊エネルギーが上昇するためであると考えられる。
また、本発明者らは、接着剤成分がアルミナやシリカなどの無機微粒子である場合にも、高い破壊エネルギーが得られることを見出した。これは、無機微粒子(特に無機ゾル由来の無機微粒子)を使用した場合にも、耐火物原料(耐火物本体A)と炭素繊維束Bの密着性が高まるため、成形時に耐火物煉瓦が緻密化し易くなることに加え、使用時に高温に曝されると無機微粒子が焼結することで亀裂の発生を抑制でき、破壊エネルギーが上昇するためであると考えられる。
The adhesive component c is composed of an organic material such as an organic resin having a predetermined carbon residue rate and/or inorganic fine particles such as alumina and silica.
When the refractory is used (when the actual machine is in operation), the temperature reaches a high level of 500°C or more (measured at 900°C in JIS K6910) even inside. At this time, even in an environment with almost no oxygen inside, such as a graphite-containing refractory, if the adhesive component is an organic substance, a part of the adhesive attached to the carbon fiber bundle will gasify by decomposition or evaporation and dissipate outside the refractory. The carbon residue rate is thought to be an index of the weight ratio of the adhesive that remains without gasification and dissipation, and varies depending on the type and quality of the adhesive. The inventors of the present invention were inspired by the idea that the carbon residue rate of the adhesive affects the fracture energy when a graphite-containing refractory using a carbon fiber bundle is exposed to high temperatures, which is an actual use environment, and conducted an investigation. As a result, they found that a high fracture energy can be obtained by using an adhesive (organic substance) with a carbon residue rate of 6 to 80 mass%. This is believed to be because the use of an adhesive (organic substance) with such a specific residual carbon ratio increases the adhesion between the refractory raw material (refractory body A) and the carbon fiber bundles B, making it easier to densify the refractory brick during molding. In addition, the amount of gas that escapes from the inside of the refractory when exposed to high temperatures can be suppressed, thereby suppressing the occurrence of cracks and increasing the fracture energy.
The present inventors have also found that high fracture energy can be obtained when the adhesive component is inorganic fine particles such as alumina, silica, etc. This is believed to be because, even when inorganic fine particles (particularly inorganic fine particles derived from an inorganic sol) are used, the adhesion between the refractory raw material (refractory body A) and the carbon fiber bundles B is increased, making it easier to densify the refractory brick during molding, and in addition, when exposed to high temperatures during use, the inorganic fine particles are sintered, suppressing the occurrence of cracks and increasing the fracture energy.
接着剤成分cが有機物の場合、その残炭率が6質量%未満では、高温下において耐火物内部から抜けるガス量が多くなり、気孔などの欠陥が多く生成されるため、破壊エネルギーが上昇しない。一方、残炭率が80質量%超では、高温下において耐火物内部から抜けるガス量が殆ど無くなり、耐火物が緻密化し過ぎて脆くなるため、破壊エネルギーが上昇しない。また、以上のような観点から、有機物の残炭率は20~80質量%が好ましく、40~80質量%がより好ましい。
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に接着または密着させるものであるため、使用する接着剤は液体状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(有機樹脂溶液由来の有機樹脂)、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、無機ゾル由来の無機微粒子の中から選ばれる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。
When the adhesive component c is an organic substance, if the residual carbon ratio is less than 6% by mass, the amount of gas escaping from the inside of the refractory at high temperatures increases, and many defects such as pores are generated, so that the fracture energy does not increase. On the other hand, if the residual carbon ratio exceeds 80% by mass, almost no gas escapes from the inside of the refractory at high temperatures, and the refractory becomes too dense and brittle, so that the fracture energy does not increase. From the above viewpoints, the residual carbon ratio of the organic substance is preferably 20 to 80% by mass, and more preferably 40 to 80% by mass.
The adhesive component c is present (permeates) in the carbon fiber bundles (gaps between the carbon fibers) to integrate the carbon fiber bundles B as a bundle, and also covers the outer surface of the carbon fiber bundles B to adhere or bond the carbon fiber bundles B to the refractory body A, so it is desirable that the adhesive used be in a liquid state. In addition, the adhesive component c needs to remain without decomposition or evaporation even at high temperatures, but since combustion by oxygen hardly occurs when used for graphite-containing refractories, it is possible to use a resin that is highly combustible in the presence of oxygen. From these conditions, the adhesive component c is suitable to be one or more selected from organic resins (organic resins derived from organic resin solutions), organic substances derived from tar and/or pitch, organic substances derived from organic pastes, and inorganic fine particles derived from inorganic sols (i.e., any 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)、ピッチ、タール、有機糊、無機ゾルなどが挙げられる。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(これらの有機樹脂の1種以上からなる樹脂溶液)、ピッチ、タール、でんぷん糊、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。
また、製造時にこれらの接着剤の粘性を調整するために溶媒で薄めることもできるが、500℃以上の高温下では酸素が無くてもガス化する溶媒(たとえば、水)の使用は接着剤成分の重量に対して等量以下に抑えることが望ましい。
また、2種以上の接着剤を使用することにより、1種類の接着剤を使用する場合よりも高い曲げ強度と破壊エネルギーが得られる。この理由は、耐火物原料と炭素繊維の密着性がより高まるからである。したがって、より高い曲げ強度と破壊エネルギーを得るためには、接着剤成分cが2種以上の接着剤で構成される(2種以上の接着剤に由来する接着剤成分で構成される)ことが好ましい。
Therefore, examples of adhesives (tackifiers) that are attached to carbon fiber bundles during production include organic resins (solutions), pitch, tar, organic pastes, inorganic sols, etc. Specific examples include phenolic resins, epoxy resins, melamine resins, urea resins, alkyd resins, unsaturated polyester resins, polyurethane resins, thermosetting polyimide resins (resin solutions consisting of one or more of these organic resins), pitch, tar, starch paste, alumina sol, silica sol, zirconia sol, chromia sol, titania sol, magnesia sol, calcia sol, yttria sol, etc., and one or more selected from these can be used.
In addition, these adhesives can be thinned with a solvent to adjust the viscosity during production, but it is desirable to limit the use of solvents (e.g., water) that gasify even in the absence of oxygen at high temperatures of 500°C or higher to an amount equal to or less than the weight of the adhesive components.
In addition, by using two or more types of adhesives, a higher bending strength and breaking energy can be obtained than when using one type of adhesive. The reason for this is that the adhesion between the refractory raw material and the carbon fiber is further increased. Therefore, in order to obtain a higher bending strength and breaking energy, it is preferable that the adhesive component c is composed of two or more types of adhesives (composed of adhesive components derived from two or more types of adhesives).
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 during operation occurs in the longitudinal direction of the refractory, 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、幅w(1束あたりの幅)が1~15mmであることが好ましい。ここで、炭素繊維束Bの幅とは、炭素繊維束の幅方向断面における長辺又は長径の長さ(但し、幅方向断面が4角形又は円形の場合は1辺の長さ又は直径)を指す。炭素繊維束Bの幅wが1mm以上であることにより、同じ本数の炭素繊維を用いる場合の炭素繊維束Bの数を少なくでき、炭素繊維束Bを耐火物本体Aの内部に偏りなく配置することが容易になる。一方、炭素繊維束Bの幅wが15mm以下であることにより、耐火物本体Aに用いる原料のうちの粗粒材(一般に粒径5~20mmのものが用いられる)と炭素繊維束Bが干渉したり、炭素繊維束B自体の溶損が耐火物の溶損の引き金となることを軽減できる。 The carbon fiber bundles B preferably have a width w (width per bundle) of 1 to 15 mm. Here, the width of the carbon fiber bundles B refers to the length of the long side or major axis in the cross section of the carbon fiber bundle in the width direction (however, if the cross section in the width direction is a square or circle, the length of one side or diameter). By making the width w of the carbon fiber bundles B 1 mm or more, the number of carbon fiber bundles B can be reduced when the same number of carbon fibers are used, and it becomes easier to arrange the carbon fiber bundles B evenly inside the refractory body A. On the other hand, by making the width w of the carbon fiber bundles B 15 mm or less, it is possible to reduce interference between the carbon fiber bundles B and the coarse grain material (generally with a grain size of 5 to 20 mm) among the raw materials used for the refractory body A, and to reduce the melting damage of the carbon fiber bundles B themselves as a trigger for melting damage of the refractory.
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. In addition, 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.
炭素繊維束Bは、耐火物本体Aの内部において複数本が並列状に配置され、隣り合う炭素繊維束Bどうしの間隔d(炭素繊維束Bの相互間距離)が3mm超であることが好ましい。隣り合う炭素繊維束Bどうしの間隔dが3mm超となるように配置することにより、耐火物原料(耐火物本体A)と炭素繊維束Bの絡みを良くすることができ、また、成形時にラミネーションと呼ばれる炭素繊維束に起因する剥離を起こし難くできる。なお、この間隔dの上限は特にないが、下記する炭素繊維の存在密度との関係などからして、一般には100mm程度が上限となる。
黒鉛含有耐火物の稼働面xと平行な耐火物断面における、炭素繊維束Bを構成する炭素繊維の存在密度は10~2000本/mm2であることが好ましく、これにより、耐火物原料(耐火物本体A)と炭素繊維束Bとの接触面積が確保されて密着性が高まり、破壊エネルギーを高めることができるとともに、炭素繊維束Bの弾性変形による欠陥の発生も抑えられる。炭素繊維の存在密度が10本/mm2未満の場合には、耐火物原料(耐火物本体A)と炭素繊維束Bとの接触面積が狭過ぎるため、耐火物原料と炭素繊維束Bの密着性が高まらず、破壊エネルギーの上昇が小さい。一方、炭素繊維の存在密度が20000本/mm2超の場合には、耐火物原料(耐火物本体A)と炭素繊維束Bとの接触面積が広過ぎるため、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。
A plurality of carbon fiber bundles B are arranged in parallel inside the refractory body A, and the interval d between adjacent carbon fiber bundles B (the distance between carbon fiber bundles B) is preferably more than 3 mm. By arranging the adjacent carbon fiber bundles B so that the interval d between them is more than 3 mm, the entanglement of the refractory raw material (refractory body A) with the carbon fiber bundles B can be improved, and peeling caused by the carbon fiber bundles during molding, called lamination, can be made less likely to occur. Note that there is no particular upper limit to this interval d, but in view of the relationship with the density of carbon fibers described below, the upper limit is generally about 100 mm.
In the cross section of the refractory parallel to the working surface x of the graphite-containing refractory, the density of the carbon fibers constituting the carbon fiber bundle B is preferably 10 to 2000 fibers/mm 2 , which ensures a contact area between the refractory raw material (refractory body A) and the carbon fiber bundle B, increasing adhesion, and increasing the fracture energy, while suppressing the occurrence of defects due to elastic deformation of the carbon fiber bundle B. When the density of the carbon fibers is less than 10 fibers/mm 2 , the contact area between the refractory raw material (refractory body A) and the carbon fiber bundle B is too narrow, so the adhesion between the refractory raw material and the carbon fiber bundle B is not increased, and the increase in fracture energy is small. On the other hand, when the density of the carbon fibers is more than 20,000 fibers/mm 2 , the contact area between the refractory raw material (refractory body A) and the carbon fiber bundle B is too wide, so defects due to the elasticity of the carbon fiber bundle, called springback, are likely to occur during molding.
黒鉛含有耐火物の稼働面xと平行な耐火物断面における、炭素繊維束Bを構成する炭素繊維の占有面積率は0.1~40%であることが好ましく、これにより、耐火物原料(耐火物本体A)と炭素繊維束Bとの接触面積が確保されて密着性が高まり、破壊エネルギーを高めることができるとともに、炭素繊維束Bの弾性による欠陥の発生も抑えられる。炭素繊維の占有面積率が0.1%未満の場合には、耐火物原料(耐火物本体A)と炭素繊維束Bとの接触面積が狭過ぎるため、耐火物原料と炭素繊維束Bの密着性が高まらず、破壊エネルギーの上昇が小さい。一方、炭素繊維の占有面積率が40%超の場合には、耐火物原料(耐火物本体A)と炭素繊維束Bとの接触面積が広過ぎるため、成形時にスプリングバックと呼ばれる炭素繊維束Bの弾性による欠陥が起こりやすい。 In the cross section of the graphite-containing refractory parallel to the working surface x, the area ratio of the carbon fibers constituting the carbon fiber bundle B is preferably 0.1 to 40%, which ensures a sufficient contact area between the refractory raw material (refractory body A) and the carbon fiber bundle B, improving adhesion and increasing the fracture energy, while suppressing the occurrence of defects due to the elasticity of the carbon fiber bundle B. If the area ratio of the carbon fibers is less than 0.1%, the contact area between the refractory raw material (refractory body A) and the carbon fiber bundle B is too narrow, so the adhesion between the refractory raw material and the carbon fiber bundle B is not increased, and the increase in fracture energy is small. On the other hand, if the area ratio of the carbon fibers is more than 40%, the contact area between the refractory raw material (refractory body A) and the carbon fiber bundle B is too wide, so defects due to the elasticity of the carbon fiber bundle B, known as springback, are likely to occur during molding.
次に、耐火物本体A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、黒鉛含有耐火物の耐割れ性を確保できるとともに、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。
Next, the composition of the refractory body A 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, the crack resistance of the graphite-containing refractory can be ensured and the oxidative loss of carbon fibers inside the refractory can be suppressed. On the other hand, by making the content of the graphite raw material 80 mass % or less, the oxidative loss of the graphite raw material on the surface of the refractory can be suppressed. As the graphite (carbon raw material), scaly graphite or the like is generally used.
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。 In general, the lining (including the tuyere) of the converter used in the refining process is made of magnesia-carbon refractory (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-carbon refractory, it is preferable that the refractory body A 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-carbon 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-carbon 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-carbon refractory or an alumina-silicon carbide-silica-carbon refractory, it is preferable that the alumina raw material is contained in an amount of 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 mass% or more as the alumina raw material.
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 makes it possible to achieve both high crack resistance and high resistance to melting damage.
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 converters are used under very severe conditions, such as mechanical impacts from the charges, 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 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 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, which allows both high cracking resistance and high resistance to melting damage to be achieved. By containing 1% by mass or more of silicon carbide raw material, oxidation of graphite in the air atmosphere can be suppressed, so high cracking 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、Al4SiC4、B4C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 rosewood, 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Al2O3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Al2O3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.
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、耐火物原料に適量のバインダーを加えて混練し、その混練物を、所定の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とともに型に充填してプレス成形を行い、耐火物成形品を得る。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。
耐火物原料の混練物を、炭素繊維束(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。以下同様)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。
Next, the 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. In this manufacturing process, an appropriate amount of binder is added to the refractory raw material and kneaded, and the kneaded mixture is filled into a mold together with carbon fiber bundles in which a specific adhesive has been permeated (impregnated) into the inside of the bundle and attached to the outer surface, and press-molded to obtain a molded refractory product. As the binder, for example, phenol resin (base agent) + hexamine (hardener), carbon bond, ceramic bond, etc. are used.
As a method for filling a mold with the kneaded refractory raw material mixture together with carbon fiber bundles (carbon fiber bundles having an adhesive permeated (impregnated) into the interior of the bundles and also attached to the outer surface; the same applies below), there is, for example, a method in which a certain amount of the kneaded material is charged into the mold, a plurality of carbon fiber bundles are arranged (charged) in parallel, and a certain amount of the kneaded material is further charged into the mold. Therefore, to produce a graphite-containing refractory in which a plurality of carbon fiber bundles B are embedded inside a refractory body A as shown in Figure 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 top of it, and a step of charging a certain amount of the kneaded material on top of it are repeatedly carried out.
また、炭素繊維束に接着剤(粘着性付与剤)を浸透(含浸)・付着させるには、例えば、接着剤を構成する樹脂(樹脂溶液)や無機ゾルなどに炭素繊維束を浸漬したり、接着剤を構成する樹脂(樹脂溶液)や無機ゾルなどを炭素繊維束に散布することにより、接着剤を炭素繊維束に浸透・付着させ、この接着剤が浸透・付着したままの炭素繊維束を、上記のような要領で混練物とともに型に装入する。ここで、炭素繊維束に浸透・付着した接着剤は、炭素繊維束を混練物に配置する際にある程度硬化または固化が進んだ状態であっても、炭素繊維束と耐火物(混練物)が接着または密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。また、他の方法としては、予め束内に接着剤を含浸させた後、硬化または固化させた炭素繊維束を用意し、混練物に配置する際に、改めて炭素繊維束の外表面に接着剤を付着させるようにしてもよい。 To make the carbon fiber bundles penetrate (impregnate) and adhere with the adhesive (tackifier), for example, the carbon fiber bundles are immersed in the resin (resin solution) or inorganic sol that constitutes the adhesive, or the resin (resin solution) or inorganic sol that constitutes the adhesive is sprayed onto the carbon fiber bundles to make the adhesive penetrate and adhere to the carbon fiber bundles, and the carbon fiber bundles with the adhesive penetrated and adhered to them are loaded into a mold together with the kneaded material in the manner described above. Here, the adhesive that penetrates and adheres to the carbon fiber bundles may be in a state where it has a certain degree of hardening or solidification when the carbon fiber bundles are placed into the kneaded material, as long as it has enough adhesiveness to bond or adhere to the carbon fiber bundles and the refractory material (kneaded material) (so-called semi-dried state). As another method, the bundles may be impregnated with the adhesive in advance, and then the hardened or solidified carbon fiber bundles may be prepared, and the adhesive may be adhered to the outer surface of the carbon fiber bundles again when they are placed into the kneaded material.
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。
Press molding can be performed using general die press molding, which compresses in one direction within a die, but CIP molding, which applies pressure evenly from all directions using a liquid, may also be used. 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, as this reduces bias in the degree of compression depending on the part.
The molding process 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 process) 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 process) 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型品を乾燥させる。この乾燥は耐火物成型品の乾燥(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、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 article thus obtained is dried. This drying is usually carried out at about 200 to 230° C. for the purpose of drying (curing) the refractory molded article.
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(埋設)された黒鉛含有耐火物であって、炭素繊維束Bが、その束内に接着剤成分c(残炭率が6~80質量%の有機物または/および無機微粒子からなる接着剤成分)を含むとともに、耐火物本体Aに対して接着剤成分cを介して接着または密着した本発明の黒鉛含有耐火物が得られる。
本発明の黒鉛含有耐火物は、種々の設備や容器の耐火物として使用できるが、なかでも製鉄所内で使用される精錬容器や搬送容器の内張り耐火物として好適である。特に、非常に過酷な使用環境である転炉の内張り耐火物として好適であり、そのなかでも羽口部を構成する羽口煉瓦として特に好適である。
As a result of the above, the graphite-containing refractory of the present invention is obtained, which is a graphite-containing refractory in which carbon fiber bundles B are arranged (embedded) inside a refractory body A, and the carbon fiber bundles B contain adhesive component c (adhesive component consisting of an organic substance and/or inorganic fine particles having a residual carbon ratio of 6 to 80 mass%) within the bundles, and are adhered or tightly attached to the refractory body A via the adhesive component c.
The graphite-containing refractory of the present invention can be used as a refractory for various facilities and containers, and is particularly suitable as a refractory lining for refining vessels and transport vessels used in steelworks, particularly as a refractory lining for converters, which are used in very severe environments, and is particularly suitable as a tuyere brick for forming the tuyere.
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E0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E3を測定し、試験前後での動弾性率の変化率E3/E0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%.
耐火物本体Aの内部に炭素繊維束Bを配置(埋設)した発明例および比較例の黒鉛含有耐火物を図2に示す手順で製造した。この製造された黒鉛含有耐火物は、図1に示すように耐火物本体Aの長手方向に沿って複数本の炭素繊維束Bが並列状に等間隔で埋設され、炭素繊維束Bは、その束内に接着剤成分cを含むとともに、耐火物本体Aに対して接着剤成分cを介して接着または密着したものである。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。製造された黒鉛含有耐火物について、曲げ強度、破壊エネルギー、耐溶損性、耐割れ性を、それぞれ以下の方法で評価した。 The graphite-containing refractories of the invention and comparative examples, in which carbon fiber bundles B were arranged (embedded) inside the refractory body A, were manufactured according to the procedure shown in Figure 2. In the manufactured graphite-containing refractories, as shown in Figure 1, multiple carbon fiber bundles B are embedded in parallel at equal intervals along the longitudinal direction of the refractory body A, and the carbon fiber bundles B contain adhesive component c within the bundles and are adhered or bonded to the refractory body A via the adhesive component c. When kneading and molding the refractory raw materials, 3 mass% of phenolic resin and 0.3 mass% of hexamine were blended as binders on the outer side of the refractory raw materials. The manufactured graphite-containing refractories were evaluated for bending strength, fracture energy, melting resistance, and cracking resistance by the following methods.
曲げ強度については、図4(試験方法)に示すとおり、耐火物本体Aの内部に、その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埋設した試験片(試験片サイズ:40mm×40mm×160mm)を用い、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。
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。
また、耐割れ性と耐溶損性については、上述した方法で評価したが、耐割れ性を評価する試験片としては、耐火物本体の内部に、その長手方向に沿って複数本の炭素繊維束を並列状に等間隔で埋設したものを用いた。また、耐溶損性を評価する試験片としては、スラグや溶鋼に接する面(耐火物の稼動面x)に垂直に複数本の炭素繊維束が並列状に等間隔で埋設されたものを用いた。
The bending strength was measured in accordance with the three-point bending test method described in JIS R2213 using a test piece (test piece size: 40 mm x 40 mm x 160 mm) in which a plurality of carbon fiber bundles B were embedded in parallel at equal intervals inside a refractory body A along its longitudinal direction, with a center distance of 100 mm and a load application speed of 0.5 mm/min, 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).
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.
The cracking resistance and erosion resistance were evaluated by the above-mentioned methods, and the test piece used for evaluating the cracking resistance was one in which a plurality of carbon fiber bundles were embedded in parallel at equal intervals inside the refractory body along its longitudinal direction, and the test piece used for evaluating the erosion resistance was one in which a plurality of carbon fiber bundles were embedded in parallel at equal intervals perpendicular to the surface (working surface x of the refractory) in contact with slag or molten steel.
表3~表9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、耐溶損性、耐割れ性)を示す。
まず、表3の実施例は、炭素繊維束Bの束内に含まれ、且つ炭素繊維束Bを耐火物本体Aに接着または密着させる接着剤成分cが黒鉛含有耐火物の曲げ強度および破壊エネルギー・耐割れ性に及ぼす影響を調べたものである。
この実施例では、炭素繊維の繊維径が7μm、長さが200mm、1束あたりの炭素繊維数が75000本、幅が8mmの炭素繊維束と、残炭率が異なるフェノール樹脂(溶液)や無機ゾル等の接着剤を用い、束の内外に接着剤を浸透・付着させて粘着性を付与した複数本の炭素繊維束をマグネシア・カーボン質耐火物(耐火物本体)の内部に10mm間隔で並列状に埋設した。その際、事前に接着剤(溶液)に炭素繊維束を浸漬し、この接着剤が束の内外に浸透・付着した炭素繊維束を耐火物本体に埋設した。なお、2種の接着剤を併用する場合には、それらを混合して使用した。また、比較例の1つでは、接着剤を付着させない複数本の炭素繊維束を、同様に耐火物本体に埋設した。
Tables 3 to 9 show the configurations and properties (flexural strength, fracture energy, melting resistance, and cracking resistance) of the graphite-containing refractories of the invention examples and comparative examples (graphite-containing refractories in which the carbon fiber woven bundles B are embedded inside the refractory body A).
First, the examples in Table 3 examine the effect of adhesive component c, which is contained within the carbon fiber bundles B and which bonds or adheres the carbon fiber bundles B to the refractory body A, on the bending strength, fracture energy, and crack resistance of the graphite-containing refractory.
In this example, carbon fiber bundles with a fiber diameter of 7 μm, a length of 200 mm, 75,000 carbon fibers per bundle, and a width of 8 mm were embedded in parallel at intervals of 10 mm inside a magnesia-carbonaceous refractory (refractory body) using adhesives such as phenolic resin (solution) and inorganic sol with different residual carbon ratios, and the adhesives were permeated and attached to the inside and outside of the bundle to give adhesiveness. In this case, the carbon fiber bundles were immersed in the adhesive (solution) in advance, and the carbon fiber bundles with the adhesive permeated and attached to the inside and outside of the bundle were embedded in the refractory body. When two types of adhesives were used in combination, they were mixed and used. In one comparative example, multiple carbon fiber bundles without adhesive were embedded in the refractory body in the same manner.
発明例1-1~発明例1-10が示す通り、本発明条件を満足させるような特定の接着剤を用いて粘着性を付与した炭素繊維束を埋設した場合、高い曲げ強度と破壊エネルギーが得られており、さらに、発明例1-11~発明例1-15が示す通り、2種類の接着剤を用いて粘着性を付与した炭素繊維束を埋設した場合、1種類の接着剤を用いた場合と比較してより高い曲げ強度と破壊エネルギーが得られている。
一方、比較例1-1が示す通り、残炭率が6質量%未満の接着剤(有機樹脂)を使用した場合、高温下において耐火物内部から抜けるガス量が多く、気孔などの欠陥が内部に多く生成されるため、高い曲げ強度と破壊エネルギー・耐割れ性は得られない。
As shown in Examples 1-1 to 1-10, when carbon fiber bundles that have been made sticky using a specific adhesive that satisfies the conditions of the present invention are embedded, high bending strength and breaking energy are obtained. Furthermore, as shown in Examples 1-11 to 1-15, when carbon fiber bundles that have been made sticky using two types of adhesives are embedded, higher bending strength and breaking energy are obtained compared to when one type of adhesive is used.
On the other hand, as shown in Comparative Example 1-1, when an adhesive (organic resin) with a residual carbon rate of less than 6 mass% is used, a large amount of gas escapes from the inside of the refractory material under high temperatures, and many defects such as pores are generated inside, so that high bending strength, fracture energy, and crack resistance cannot be obtained.
また、比較例1-2が示す通り、残炭率が80質量%超の接着剤(有機樹脂)を使用した場合、高温下において耐火物内部から抜けるガス量が殆どなく、耐火物が緻密化し過ぎるため、高い曲げ強度と破壊エネルギー・耐割れ性は得られない。
さらに、比較例1-3が示す通り、接着剤を使用せず、炭素繊維束に粘着性を全く付与しなかった場合、耐火物原料と炭素繊維束の密着性が向上しないため、高い曲げ強度と破壊エネルギー・耐割れ性は得られない。
以上のことから、耐火物本体Aの内部に埋設される炭素繊維束B内に含まれ、且つ炭素繊維束Bを耐火物本体Aに接着または密着させる接着剤成分cを、残炭率が6~80質量%の有機物または/および無機微粒子とすることにより、高い曲げ強度と破壊エネルギー・耐割れ性を有する黒鉛含有耐火物が得られることが判る。
In addition, as shown in Comparative Example 1-2, when an adhesive (organic resin) having a residual carbon rate of more than 80 mass% is used, almost no gas escapes from inside the refractory at high temperatures, and the refractory becomes too dense, so that high bending strength, fracture energy, and crack resistance cannot be obtained.
Furthermore, as shown in Comparative Example 1-3, when no adhesive is used and no adhesiveness is imparted to the carbon fiber bundles, the adhesion between the refractory raw material and the carbon fiber bundles is not improved, and therefore high bending strength, fracture energy, and crack resistance are not obtained.
From the above, it can be seen that by making the adhesive component c contained in the carbon fiber bundles B embedded inside the refractory body A and which bonds or adheres the carbon fiber bundles B to the refractory body A an organic substance and/or inorganic fine particles having a residual carbon ratio of 6 to 80 mass%, a graphite-containing refractory material having high bending strength, fracture energy, and cracking resistance can be obtained.
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、その幅w、炭素繊維束Bを構成する炭素繊維の長さL、繊維径、1束あたりの炭素繊維本数、耐火物稼働面と平行な耐火物断面における炭素繊維の存在密度(埋設密度)、同じく炭素繊維の占有面積率が黒鉛含有耐火物の曲げ強度および破壊エネルギー・耐割れ性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を構成する炭素繊維の繊維径を0.5~50μm、炭素繊維束Bの1束あたりの炭素繊維数(本数)を900~350000本とすることにより、耐火物稼働面と平行な耐火物断面における炭素繊維の存在密度と占有面積率が異なるように、複数本の炭素繊維束Bをマグネシア・カーボン質耐火物(耐火物本体A)の内部に10mm間隔で並列状に埋設した。その際、事前に接着剤である残炭率:40質量%のフェノール樹脂(樹脂溶液)に炭素繊維束を浸漬し、束の内外にフェノール樹脂(樹脂溶液)が浸透・付着した炭素繊維束を耐火物本体Aに埋設した。耐火物本体Aを構成する骨材(マグネシア)の最大粒径は8-5mmである。
The examples in Table 4 examine the effects of the width w, length L, fiber diameter, number of carbon fibers per bundle, density of carbon fibers in a cross section of the refractory parallel to the operating surface of the refractory (embedding density), and area ratio of carbon fibers on the bending strength, fracture energy, and crack resistance of the graphite-containing refractory.
In this embodiment, the fiber diameter of the carbon fibers constituting the carbon fiber bundle B is 0.5 to 50 μm, and the number of carbon fibers (number) per bundle of the carbon fiber bundle B is 900 to 350,000, so that the density of the carbon fibers and the occupied area ratio in the cross section of the refractory parallel to the refractory operating surface are different. A plurality of carbon fiber bundles B are embedded in parallel at intervals of 10 mm inside the magnesia-carbonaceous refractory (refractory body A). At that time, the carbon fiber bundles were immersed in a phenolic resin (resin solution) with a residual carbon rate of 40 mass% as an adhesive in advance, and the carbon fiber bundles with the phenolic resin (resin solution) permeating and adhering to the inside and outside of the bundles were embedded in the refractory body A. The maximum particle size of the aggregate (magnesia) constituting the refractory body A is 8 to 5 mm.
発明例1-4および発明例2-1~発明例2-5が示す通り、炭素繊維束Bを構成する炭素繊維の繊維径が1~45μm、炭素繊維束Bの1束あたりの炭素繊維数(本数)が1000~300000本の場合に、耐火物稼働面と平行な耐火物断面における炭素繊維の存在密度が10~2000本/mm2、同じく炭素繊維の占有面積率が0.1~40%なり、高い曲げ強度および破壊エネルギー・耐割れ性が得られている。 As shown in Examples 1-4 and 2-1 to 2-5, when the fiber diameter of the carbon fibers constituting the carbon fiber bundle B is 1 to 45 μm and the number of carbon fibers (number of fibers) per bundle of the carbon fiber bundle B is 1,000 to 300,000, the density of the carbon fibers in the cross section of the refractory parallel to the operating surface of the refractory is 10 to 2,000 fibers/mm 2 , and the area ratio of the carbon fibers is 0.1 to 40%, and high bending strength, fracture energy, and crack resistance are obtained.
一方、発明例2-0が示す通り、炭素繊維束Bを構成する炭素繊維の繊維径が1μm未満、炭素繊維束Bの1束あたりの炭素繊維数(本数)が1000本未満の場合には、耐火物稼働面と平行な耐火物断面における炭素繊維の存在密度(埋設密度)が10本/mm2未満、同じく炭素繊維の占有面積率が0.1%未満となり、発明例2-1に較べて破壊エネルギーが低下した。
また、発明例2-6が示す通り、炭素繊維束Bを構成する炭素繊維の繊維径が45μm超、炭素繊維束Bの1束あたりの炭素繊維数(本数)が300000本超の場合、耐火物稼働面と平行な耐火物断面における炭素繊維の存在密度が2000本/mm2超、同じく炭素繊維の占有面積率が40%超となり、発明例2-5に較べて曲げ強度と破壊エネルギーが低下した。この要因としては、炭素繊維束が太過ぎたために、炭素繊維束と耐火物原料との絡みが悪く、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。
On the other hand, as shown in Example 2-0, when the fiber diameter of the carbon fibers constituting the carbon fiber bundle B was less than 1 μm and the number of carbon fibers (number of fibers) per bundle of the carbon fiber bundle B was less than 1,000, the presence density (embedding density) of the carbon fibers in the refractory cross section parallel to the refractory operating surface was less than 10 fibers/ mm2 , and the occupied area ratio of the carbon fibers was less than 0.1%, and the fracture energy was reduced compared to Example 2-1.
In addition, as shown in Example 2-6, when the fiber diameter of the carbon fibers constituting the carbon fiber bundle B exceeds 45 μm and the number of carbon fibers (number) per bundle of the carbon fiber bundle B exceeds 300,000, the density of the carbon fibers in the cross section of the refractory parallel to the refractory working surface exceeds 2,000 fibers/ mm2 , and the area ratio of the carbon fibers exceeds 40%, and the bending strength and fracture energy are lowered compared to Example 2-5. The reason for this is that the carbon fiber bundle is too thick, so that the entanglement between the carbon fiber bundle and the refractory raw material is poor, and springback is likely to occur during molding.
以上のことから、炭素繊維束Bを耐火物本体Aの内部に配置する条件として、炭素繊維束Bを構成する炭素繊維の繊維径を1~45μm、炭素繊維束Bの1束あたりの炭素繊維数(本数)を1000~300000本とし、耐火物稼働面と平行な耐火物断面における炭素繊維の存在密度を10~2000本/mm2、同じく炭素繊維の占有面積率を0.1~40%とすることが好ましく、これにより耐火物原料(耐火物本体A)と炭素繊維束Bの接触面積が多くなって密着性も高まり、特に高い曲げ強度および破壊エネルギー・耐割れ性が安定して得られることが判る。 From the above, it is found that the conditions for disposing the carbon fiber bundle B inside the refractory body A are preferably such that the fiber diameter of the carbon fibers constituting the carbon fiber bundle B is 1 to 45 μm, the number of carbon fibers (number) per bundle of the carbon fiber bundle B is 1,000 to 300,000, the density of the carbon fibers in the refractory cross section parallel to the refractory operating surface is 10 to 2,000 fibers/mm 2 , and the area ratio of the carbon fibers is 0.1 to 40%, thereby increasing the contact area between the refractory raw material (refractory body A) and the carbon fiber bundle B and improving adhesion, thereby stably obtaining particularly high bending strength, fracture energy, and crack resistance.
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どうしの間隔d(炭素繊維束Bの相互間距離)が黒鉛含有耐火物の曲げ強度および破壊エネルギー・耐割れ性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を構成する炭素繊維の繊維径を7μm、炭素繊維束Bの1束あたりの炭素繊維数(本数)を75000本とし、複数本の炭素繊維束Bを相互の間隔を3mm、5mm、10mm、20mm、30mmにしてマグネシア・カーボン質耐火物(耐火物本体)の内部に並列状に埋設した。その際、事前に接着剤である残炭率:40質量%のフェノール樹脂(樹脂溶液)に炭素繊維束を浸漬し、束の内外にフェノール樹脂(樹脂溶液)が浸透・付着した炭素繊維束を耐火物本体に埋設した。耐火物本体Aを構成する骨材(マグネシア)の最大粒径は8-5mmである。
The examples in Table 5 were obtained by investigating the effect of the spacing d between the carbon fiber bundles B embedded inside the refractory body A (the distance between the carbon fiber bundles B) on the bending strength, fracture energy, and crack resistance of the graphite-containing refractory.
In this embodiment, the fiber diameter of the carbon fiber constituting the carbon fiber bundle B is 7 μm, the number of carbon fibers (number) per bundle of the carbon fiber bundle B is 75,000, and a plurality of carbon fiber bundles B are embedded in parallel inside the magnesia-carbonaceous refractory (refractory body) with mutual intervals of 3 mm, 5 mm, 10 mm, 20 mm, and 30 mm. At that time, the carbon fiber bundle was immersed in a phenolic resin (resin solution) with a residual carbon rate of 40 mass% as an adhesive in advance, and the carbon fiber bundle with the phenolic resin (resin solution) permeating and adhering to the inside and outside of the bundle was embedded in the refractory body. The maximum particle size of the aggregate (magnesia) constituting the refractory body A is 8-5 mm.
発明例1-4および発明例3-2~発明例3-4が示す通り、隣り合う炭素繊維束Bどうしの間隔d(炭素繊維束の相互間距離)を3mm超とした場合、耐火物原料(耐火物本体A)と炭素繊維束Bの絡みが良く、高い破壊エネルギーが得られている。
一方、発明例3-1が示す通り、隣り合う炭素繊維束Bどうしの間隔dを3mm以下とした場合、耐火物原料(耐火物本体A)と炭素繊維束Bの絡みが悪く、破壊エネルギー・耐割れ性が低下する。
以上のことから、並列状に配置される複数の炭素繊維束Bについて、隣り合う炭素繊維束Bどうしの間隔(炭素繊維束Bの相互間距離)を3mm超にすれば、耐火物原料(耐火物本体A)と炭素繊維束Bの絡みが良く破壊エネルギーを高く維持できることが判る。
As shown in Examples 1-4 and 3-2 to 3-4, when the interval d between adjacent carbon fiber bundles B (the distance between the carbon fiber bundles) exceeds 3 mm, the refractory raw material (refractory body A) and the carbon fiber bundles B are well entangled, and high fracture energy is obtained.
On the other hand, as shown in Example 3-1, when the distance d between adjacent carbon fiber bundles B is set to 3 mm or less, the entanglement between the refractory raw material (refractory body A) and the carbon fiber bundles B is poor, and the fracture energy and crack resistance are reduced.
From the above, it can be seen that for multiple carbon fiber bundles B arranged in parallel, if the spacing between adjacent carbon fiber bundles B (the distance between carbon fiber bundles B) is more than 3 mm, the refractory raw material (refractory body A) and the carbon fiber bundles B are well entangled and the fracture energy can be maintained high.
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黒鉛含有耐火物についても同様の検討を行った。
表6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・シリカ・炭化珪素・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)について、その組成が黒鉛含有耐火物の曲げ強度、破壊エネルギー・耐割れ性、および耐溶損性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を構成する炭素繊維の繊維径を7μm、炭素繊維束Bの1束あたりの炭素繊維数(本数)を75000本とし、複数本の炭素繊維束Bをアルミナ・シリカ・炭化珪素・カーボン質耐火物(耐火物本体A)の内部に10mm間隔で並列状に埋設した。その際、事前に接着剤である残炭率:40質量%であるフェノール樹脂(樹脂溶液)に炭素繊維束を浸漬し、束の内外にフェノール樹脂(樹脂溶液)が浸透・付着した炭素繊維束を耐火物本体に埋設した。耐火物本体Aを構成する骨材(アルミナ原料、炭化珪素原料、シリカ原料)の最大粒径は8-5mmである。
A similar study was also carried out on graphite-containing refractories made of alumina raw material, silicon carbide raw material, and silica raw material as aggregates, which are used to line the inside of hot metal pretreatment vessels.
The examples in Table 6 examine the effects of the composition of alumina, silica, silicon carbide, and carbonaceous refractories (graphite-containing refractories using alumina raw materials, silicon carbide raw materials, and silica raw materials as aggregates) used for the lining of a molten iron pretreatment vessel on the bending strength, fracture energy, crack resistance, and corrosion resistance of the graphite-containing refractories.
In this embodiment, the fiber diameter of the carbon fiber constituting the carbon fiber bundle B is 7 μm, the number of carbon fibers (number) per bundle of the carbon fiber bundle B is 75,000, and a plurality of carbon fiber bundles B are embedded in parallel at intervals of 10 mm inside the alumina-silica-silicon carbide-carbonaceous refractory (refractory body A). At this time, the carbon fiber bundle is immersed in a phenolic resin (resin solution) with a residual carbon rate of 40 mass% as an adhesive in advance, and the carbon fiber bundle with the phenolic resin (resin solution) permeating and adhering to the inside and outside of the bundle is embedded in the refractory body. The maximum particle size of the aggregate (alumina raw material, silicon carbide raw material, silica raw material) constituting the refractory body A is 8-5 mm.
発明例4-2~発明例4-8が示す通り、アルミナ原料の含有量を10~95質量%、シリカ原料の含有量を1~50質量%、炭化珪素原料の含有量を1質量%以上、黒鉛含有量を1~80質量%とした場合、高い曲げ強度および破壊エネルギー・耐割れ性と耐溶損性が得られている。
これに対して、発明例4-1が示す通り、アルミナ原料の含有量が10質量%未満、シリカ原料の含有量が1質量%未満、炭化珪素原料の含有量が1質量%未満、黒鉛含有量が80質量%超の場合には、破壊エネルギー・耐割れ性、耐溶損性がともに低下している。
また、発明例4-9が示す通り、アルミナ原料の含有量が95質量%超、シリカ原料の含有量が1質量%未満、炭化珪素原料の含有量が1質量%未満、黒鉛含有量が1質量%未満の場合、熱スポーリングによる亀裂の発生を抑制できず、破壊エネルギー・耐割れ性が低下している。
以上のことから、アルミナ・シリカ・炭化珪素・カーボン質耐火物において、アルミナ原料の含有量を10~95質量%、シリカ原料の含有量を1~50質量%、炭化珪素原料の含有量を1質量%以上、黒鉛含有量を1~80質量%とすれば、高耐溶損性と高い破壊エネルギー・耐割れ性を両立できることが判る。
As shown in Examples 4-2 to 4-8, when the content of the alumina raw material is 10 to 95 mass%, the content of the silica raw material is 1 to 50 mass%, the content of the silicon carbide raw material is 1 mass% or more, and the graphite content is 1 to 80 mass%, high bending strength, fracture energy, crack resistance, and melting resistance are obtained.
In contrast, as shown in Example 4-1, when the content of the alumina raw material is less than 10 mass%, the content of the silica raw material is less than 1 mass%, the content of the silicon carbide raw material is less than 1 mass%, and the graphite content is more than 80 mass%, the fracture energy/crack resistance and the corrosion resistance are all decreased.
Furthermore, as shown in Example 4-9, when the content of the alumina raw material exceeds 95 mass%, the content of the silica raw material is less than 1 mass%, the content of the silicon carbide raw material is less than 1 mass%, and the content of graphite is less than 1 mass%, the generation of cracks due to thermal spalling cannot be suppressed, and the fracture energy and crack resistance are reduced.
From the above, it can be seen that in an alumina-silica-silicon carbide-carbonaceous refractory, if the alumina raw material content is 10 to 95 mass%, the silica raw material content is 1 to 50 mass%, the silicon carbide raw material content is 1 mass% or more, and the graphite content is 1 to 80 mass%, then it is possible to achieve both high resistance to corrosion and high fracture energy/crack resistance.
表7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・シリカ・炭化珪素・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)であって、骨材原料の一部として、使用済みのアルミナ・シリカ・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を用いた黒鉛含有耐火物について、その耐火物屑含有量が黒鉛含有耐火物の曲げ強度、破壊エネルギー・耐割れ性、および耐溶損性に及ぼす影響を調べたものである。
この実施例では、アルミナ・シリカ・炭化珪素・カーボン質耐火物中での耐火物屑の配合量を変え、炭素繊維束Bを構成する炭素繊維の繊維径を7μm、炭素繊維束Bの1束あたりの炭素繊維数(本数)を75000本とし、複数本の炭素繊維束Bをアルミナ・シリカ・炭化珪素・カーボン質耐火物(耐火物本体A)の内部に10mm間隔で並列状に埋設した。その際、事前に接着剤である残炭率:40質量%のフェノール樹脂(樹脂溶液)に炭素繊維束を浸漬し、束の内外にフェノール樹脂(樹脂溶液)が浸透・付着した炭素繊維束を耐火物本体に埋設した。耐火物本体Aを構成する骨材(アルミナ原料、炭化珪素原料、シリカ原料)の最大粒径は8-5mmである。
The examples in Table 7 are alumina-silica-silicon carbide-carbonaceous refractories (graphite-containing refractories using alumina raw materials, silicon carbide raw materials, and silica raw materials as aggregates) used for lining the inside of a molten iron pretreatment vessel, and for graphite-containing refractories using refractory scrap obtained by crushing used alumina-silica-silicon carbide-carbonaceous refractories as part of the aggregate raw materials, the effects of the refractory scrap content on the bending strength, fracture energy/crack resistance, and corrosion resistance of the graphite-containing refractories were investigated.
In this embodiment, the amount of refractory waste in the alumina-silica-silicon carbide-carbonaceous refractory was changed, the fiber diameter of the carbon fiber constituting the carbon fiber bundle B was 7 μm, and the number of carbon fibers (number) per bundle of the carbon fiber bundle B was 75,000. A plurality of carbon fiber bundles B were embedded in parallel at intervals of 10 mm inside the alumina-silica-silicon carbide-carbonaceous refractory (refractory body A). At that time, the carbon fiber bundle was immersed in a phenolic resin (resin solution) with a residual carbon rate of 40 mass% as an adhesive in advance, and the carbon fiber bundle with the phenolic resin (resin solution) permeating and adhering to the inside and outside of the bundle was embedded in the refractory body. The maximum particle size of the aggregate (alumina raw material, silicon carbide raw material, silica raw material) constituting the refractory body A was 8-5 mm.
発明例5-1~発明例5-3に示す通り、耐火物屑の含有量を10~90質量%とした場合、表6に示した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破壊エネルギー・耐割れ性および耐溶損性が得られている。
一方、発明例5-4に示す通り、耐火物屑の含有量が90質量%超の場合、破壊エネルギー・耐割れ性と耐溶損性が低下した。
以上のことから、使用済みのアルミナ・炭化珪素・カーボン質耐火物屑を粉砕して得られた耐火物屑を骨材原料とした黒鉛含有耐火物に関して、耐火物屑の含有量を10~90質量%とすれば、破壊エネルギーを高く維持でき、さらに、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を有することが判る。
As shown in Examples 5-1 to 5-3, when the content of refractory scrap was set to 10 to 90 mass%, the fracture energy, crack resistance, and corrosion resistance were comparable to those of the graphite-containing refractory using only virgin raw materials shown in Table 6.
On the other hand, as shown in Example 5-4, when the content of refractory scrap exceeded 90 mass %, the fracture energy, crack resistance, and melting resistance decreased.
From the above, it can be seen that with respect to a graphite-containing refractory material using refractory shavings obtained by crushing used alumina, silicon carbide, and carbonaceous refractory shavings as an aggregate raw material, if the refractory shavings content is 10 to 90 mass %, the fracture energy can be maintained high and further the graphite-containing refractory material using only virgin raw materials has the same level of cracking resistance and corrosion resistance as a graphite-containing refractory material using only virgin raw materials.
表8の実施例は、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)について、その組成が黒鉛含有耐火物の曲げ強度、破壊エネルギー・耐割れ性、および耐溶損性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を構成する炭素繊維の繊維径を7μm、炭素繊維束Bの1束あたりの炭素繊維数(本数)を75000本とし、複数本の炭素繊維束Bをアルミナ・炭化珪素・カーボン質耐火物(耐火物本体A)の内部に10mm間隔で並列状に埋設した。その際、事前に接着剤である残炭率:40質量%のフェノール樹脂(樹脂溶液)に炭素繊維束を浸漬し、束の内外にフェノール樹脂(樹脂溶液)が浸透・付着した炭素繊維束を耐火物本体に埋設した。耐火物本体Aを構成する骨材(アルミナ原料、炭化珪素原料)の最大粒径は8-5mmである。
The examples in Table 8 are for alumina-silicon carbide-carbonaceous refractories (graphite-containing refractories using alumina raw materials and silicon carbide raw materials as aggregates), and the effects of the composition of the graphite-containing refractories on the bending strength, fracture energy, crack resistance, and corrosion resistance were investigated.
In this embodiment, the fiber diameter of the carbon fiber constituting the carbon fiber bundle B is 7 μm, the number of carbon fibers (number) per bundle of the carbon fiber bundle B is 75,000, and a plurality of carbon fiber bundles B are embedded in parallel at intervals of 10 mm inside the alumina, silicon carbide, and carbonaceous refractory (refractory body A). At this time, the carbon fiber bundles are immersed in a phenolic resin (resin solution) with a residual carbon rate of 40 mass% as an adhesive in advance, and the carbon fiber bundles with the phenolic resin (resin solution) permeating and adhering to the inside and outside of the bundle are embedded in the refractory body. The maximum particle size of the aggregate (alumina raw material, silicon carbide raw material) constituting the refractory body A is 8-5 mm.
発明例6-2~発明例6-4が示す通り、アルミナ原料の含有量を10~95質量%、黒鉛含有量を1~80質量%とした場合、高い曲げ強度および破壊エネルギー・耐割れ性と耐溶損性が得られている。
一方、発明例6-1が示す通り、アルミナ原料の含有量が10質量%未満、黒鉛含有量が80質量%超の場合、破壊エネルギー・耐割れ性、耐溶損性が低下している。また、発明例6-5が示す通り、アルミナ原料の含有量が95質量%超、黒鉛含有量が1質量%未満の場合、破壊エネルギー・耐割れ性が低下している。
以上のことから、アルミナ・炭化珪素・カーボン質耐火物において、アルミナ原料の含有量を10~95質量%、黒鉛含有量を1~80質量%とすれば、高い破壊エネルギー・耐割れ性と耐溶損性が得られることが判る。
As shown in Examples 6-2 to 6-4, when the content of the alumina raw material is 10 to 95 mass% and the content of graphite is 1 to 80 mass%, high bending strength, fracture energy, crack resistance, and melting resistance are obtained.
On the other hand, as shown in Example 6-1, when the content of the alumina raw material is less than 10 mass% and the content of graphite is more than 80 mass%, the fracture energy, crack resistance, and corrosion resistance are decreased. Also, as shown in Example 6-5, when the content of the alumina raw material is more than 95 mass% and the content of graphite is less than 1 mass%, the fracture energy and crack resistance are decreased.
From the above, it can be seen that in an alumina-silicon carbide-carbonaceous refractory, if the alumina raw material content is 10 to 95 mass % and the graphite content is 1 to 80 mass %, high fracture energy, crack resistance, and melting resistance can be obtained.
表9の実施例は、シリカ・炭化珪素・カーボン質耐火物(シリカ原料、炭化珪素原料を骨材とした黒鉛含有耐火物)について、その組成が黒鉛含有耐火物の曲げ強度、破壊エネルギー・耐割れ性、および耐溶損性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を構成する炭素繊維の繊維径を7μm、炭素繊維束Bの1束あたりの炭素繊維数(本数)を75000本とし、複数本の炭素繊維束Bをシリカ・炭化珪素・カーボン質耐火物(耐火物本体A)の内部に10mm間隔で並列状に埋設した。その際、事前に接着剤である残炭率:40質量%のフェノール樹脂(樹脂溶液)に炭素繊維束を浸漬し、束の内外にフェノール樹脂(樹脂溶液)が浸透・付着した炭素繊維束を耐火物本体に埋設した。耐火物本体Aを構成する骨材(シリカ原料、炭化珪素原料、)の最大粒径は8-5mmである。
The examples in Table 9 are for silica, silicon carbide, and carbonaceous refractories (graphite-containing refractories using silica raw material and silicon carbide raw material as aggregates), and are intended to examine the effects of the composition of the graphite-containing refractories on the bending strength, fracture energy, crack resistance, and corrosion resistance.
In this embodiment, the fiber diameter of the carbon fiber constituting the carbon fiber bundle B is 7 μm, the number of carbon fibers (number) per bundle of the carbon fiber bundle B is 75,000, and a plurality of carbon fiber bundles B are embedded in parallel at intervals of 10 mm inside the silica-silicon carbide-carbonaceous refractory (refractory body A). At this time, the carbon fiber bundles are immersed in advance in a phenolic resin (resin solution) with a residual carbon rate of 40 mass% as an adhesive, and the carbon fiber bundles with the phenolic resin (resin solution) permeating and adhering to the inside and outside of the bundles are embedded in the refractory body. The maximum particle size of the aggregate (silica raw material, silicon carbide raw material) constituting the refractory body A is 8-5 mm.
発明例7-2~発明例7-4が示す通り、シリカ原料の含有量を1~50質量%、黒鉛含有量を1~80質量%とした場合、高い曲げ強度および破壊エネルギー・耐割れ性と耐溶損性が得られている。
一方、発明例7-1が示す通り、シリカ原料の含有量を1質量%未満、黒鉛含有量を80質量%超とした場合、破壊エネルギー・耐割れ性が低下している。また、比較例7-5が示す通り、シリカ原料の含有量を50質量%超とした場合、熱スポーリングによる亀裂の発生を抑制できず、破壊エネルギー・耐割れ性が低下している。
以上のことから、シリカ・炭化珪素・カーボン質耐火物において、シリカ原料の含有量を1~50質量%、黒鉛含有量を1~80質量%とすれば、高い曲げ強度および破壊エネルギー・耐割れ性と耐溶損性が得られることが判る。
As shown in Examples 7-2 to 7-4, when the content of the silica raw material is 1 to 50 mass% and the content of graphite is 1 to 80 mass%, high bending strength, fracture energy, crack resistance, and melting resistance are obtained.
On the other hand, as shown in Example 7-1, when the content of the silica raw material is less than 1 mass% and the content of graphite is more than 80 mass%, the fracture energy and crack resistance are reduced. Also, as shown in Comparative Example 7-5, when the content of the silica raw material is more than 50 mass%, the generation of cracks due to thermal spalling cannot be suppressed, and the fracture energy and crack resistance are reduced.
From the above, it can be seen that in silica/silicon carbide/carbonaceous refractories, if the content of silica raw material is 1 to 50 mass % and the content of graphite is 1 to 80 mass %, high bending strength, fracture energy, crack resistance, and melting resistance can be obtained.
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 (13)
炭素繊維束(B)は、その束内に接着剤成分(c)を含むとともに、耐火物本体(A)に対して接着剤成分(c)を介して接着または密着し、
接着剤成分(c)は、残炭率が6~80質量%の有機物、または、残炭率が6~80質量%の有機物および無機微粒子からなることを特徴とする黒鉛含有耐火物。 A graphite-containing refractory having a refractory body (A) and a carbon fiber bundle (B) (excluding carbon fiber bundles as a part of a carbon fiber fabric),
The carbon fiber bundles (B) contain an adhesive component (c) therein and are bonded or adhered to the refractory body (A) via the adhesive component (c);
The graphite-containing refractory material is characterized in that the adhesive component (c) is composed of an organic substance having a residual carbon ratio of 6 to 80 mass %, or an organic substance having a residual carbon ratio of 6 to 80 mass % and inorganic fine particles .
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