[发明专利]碳质耐火材料及其制造方法以及高炉炉底或侧壁

说明书

技术领域

本发明涉及作为非氧化性气氛的窑炉、特别是高炉炉底部及炉底侧壁部的内衬耐火材料使用的碳质耐火材料(碳黑)。

背景技术

近年来的非氧化气氛的窑炉、例如高炉等在推进大型化的同时，操作过于严格化，由于高压操作、微粉煤吹入操作等，内衬耐火材料损伤的因素在增加。

另一方面，特别是在高炉中，为了抑制高额的初期投资，希望其长寿命化。严重影响这样的高炉寿命的因素是高炉浇口杯的侧壁部和炉底部的内衬材料的耐久性。作为这些部位的内衬材料，一直使用碳质耐火材料。即作为内衬材料使用的碳质耐火材料的耐久性的提高可为高炉的寿命延长带来直接的效果。

因而，以前为了谋求高炉耐用寿命的延长，就碳质耐火材料的配合、制造条件、使用方法等，提出了多种提案。

例如，在专利文献1中公开了下述的高炉用碳质耐火材料的制造方法：通过在焦粉中对将金属硅微粉配合在碳质集料(也称为骨料)中而得到的成型体进行烧成，通过与存在于成型体气孔内的N₂或CO气体反应，在气孔内生成Si-O-N系的晶须，使铁水渗入的1μm以上的气孔减小，从而减少铁水或气体向气孔内的渗入。

此外，在专利文献2中，公开了下述方法：通过在普通的耐火原料中添加Al、Si等金属粉末，金属碳化物、金属氧化物的生成带来的体积膨胀导致组织致密化，抑制氧化性气体及熔渣向耐火材料组织内的侵入，从而提高耐氧化性、耐腐蚀性。

另外，在专利文献3中，公开了下述方法：通过在含碳的不定形耐火材料中添加含有Al-Mg及Al-Si合金的沥青颗粒和碳黑，在基质中形成晶须网，从而提高热强度、耐磨性。

在专利文献4中，公开了为抑制高炉出铁口封闭用填充材料(泥材)的耐熔渣性及热强度的降低，作为降低了SiO₂系材料的使用的泥材，在组合含有碳材料、氧化铝超微粉、作为金属粉的铝和硅或铝的集料中添加有机结合材料而得到的高炉出铁口封闭用碳系填充材料，还公开了采用碘吸收量小的碳黑作为碳材料的一部分。

在专利文献5、6中，公开了为使耐熔渣性和耐熔损性平衡，含有碳、氧化铝、金属硅，并含有碳化钛、金属钛、氮化钛、碳氮化钛中的1种以上的碳质耐火材料。即，氧化铝在碳质耐火材料中的添加对于耐熔损性是有效的，有助于降低消耗速度，但如果过剩地添加则使耐熔渣性降低，因此从使耐熔损性和耐熔渣性平衡的观点出发，将氧化铝的添加量控制在不使耐熔渣性降低的程度，通过添加金属钛、钛化合物来确保耐熔渣性的不足部分。

此外，在专利文献5、6中，作为适合高炉浇口杯的侧壁部和炉底部的内衬材料的碳质耐火材料，公开了在含有碳质原料、氧化铝微粉、金属硅微粉，并含有钛粉末、氮化钛粉末及碳氮化钛粉末中的1种以上的混合物中加入有机粘合剂，在将该混合物混炼、成型后在非氧化性气氛中烧成而得到的碳质耐火材料。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特公昭58-43350号公报

专利文献2：日本特开平7-291712号公报

专利文献3：日本特开2003-73175号公报

专利文献4：日本特开2000-247755号公报

专利文献5：日本专利第3593101号

专利文献6：WO01/074738号

发明内容

发明所要解决的课题

如上所述，高炉内的内衬耐火材料损伤的因素在增加，作为高炉内的内衬碳质耐火材料损伤的原因，可列举出因增碳在铁水中的熔化、铁水向气孔中侵入而产生的破坏、碱或锌蒸气的侵入和反应造成的裂纹的生成、热应力造成的裂纹的生成等。

可是，在专利文献1中，只公开了通过减小碳质耐火材料组织内的1μm以上的气孔直径来抑制铁水渗透，对于为了抑制热应力造成的裂纹的生成而提高耐火材料的机械强度，既没有记载，也没有暗示。

此外，专利文献2及3的目的在于，通过添加金属粉末，在耐火材料组织内生成金属氧化物、晶须等，从而提高耐氧化性、耐腐蚀性、耐磨性、热强度。公开了金属粉末的添加量为1～2wt％左右的数据，但根据本发明人的研究，判明：在金属粉末的添加量为1～2wt％左右时，晶须等的反应生成物量不充分，在作为高炉炉底部的内衬耐火材料使用时，耐火材料的机械强度不足，存在不能抑制热应力造成的裂纹的生成的问题。