特許 7260732 高炉用羽口およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-11

(45)【発行日】2023-04-19

(54)【発明の名称】高炉用羽口およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C21B 7/16 20060101AFI20230412BHJP

【ＦＩ】

C21B7/16 304

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018146417

(22)【出願日】2018-08-03

(65)【公開番号】P2020020021

(43)【公開日】2020-02-06

【審査請求日】2021-04-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002044

【氏名又は名称】弁理士法人ブライタス

(72)【発明者】

【氏名】吉田 経尊

(72)【発明者】

【氏名】野口 泰隆

(72)【発明者】

【氏名】大本 展久

【審査官】藤長 千香子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０９０８６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５９－１５３５７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５５－１４１５６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－０１７１０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２１７６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－２４６１１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２１Ｂ ７／１６

Ｂ２３Ｋ ９／０４

Ｂ２３Ｋ ３５／３０

Ｂ２３Ｋ ５／１８

Ｃ２３Ｃ ４／００－６／００

Ｃ２２Ｃ １９／０３，１９／０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

下記の（１）～（３）の工程を備える、高炉用羽口の製造方法。
（１）羽口本体部の少なくとも先端を含む外表面に、拡散接合により、純Ｎｉ拡散接合層である第一保護層を設ける工程、
（２）前記第一保護層の表面の少なくとも一部に、肉盛溶接により、前記第一保護層よりも熱伝導率が低い純Ｎｉ肉盛溶接層である第二保護層を設ける工程、および
（３）前記第二保護層の表面の少なくとも一部に、肉盛溶接により、ＮｉまたはＮｉ合金に、炭化物、窒化物、酸化物および硼化物から選択される一種以上の硬質粒子を分散させた肉盛溶接層であり、前記第二保護層よりも熱伝導率が低い第三保護層を設ける工程。

【請求項2】

前記（３）の工程において、
前記第二保護層の表面を研削または研磨して、平坦化した後に、前記第三保護層を設ける、
請求項１に記載の高炉用羽口の製造方法。

【請求項3】

先端が高炉内に突出する銅または銅合金からなる羽口本体部と、
前記羽口本体部の少なくとも前記先端を含む外表面を覆う、純Ｎｉからなる第一保護層と、
前記第一保護層の表面の少なくとも一部を覆う、前記第一保護層よりも熱伝導率が低い第二保護層と、
前記第二保護層の表面の少なくとも一部を覆う、前記第二保護層よりも熱伝導率が低い第三保護層とを備え、
前記第一保護層が、純Ｎｉ拡散接合層であり、
前記第二保護層が、純Ｎｉ肉盛溶接層であり、
前記第三保護層が、ＮｉまたはＮｉ合金に、炭化物、窒化物、酸化物および硼化物から選択される一種以上の硬質粒子を分散させた肉盛溶接層である、
高炉用羽口。

【請求項4】

第一保護層、第二保護層および第三保護層の厚さは、式（１）を満たす、
請求項３に記載の高炉用羽口。
F=t₁ ^*/λ₁ ^*+ t₂ ^*/λ₂ ^* + t₃ ^*/λ₃ ^* ≦2.26 ・・・（１）
ここで、λ₁ ^*、λ₂ ^*、λ₃ ^*は第一保護層の熱伝導率に対する各保護層の熱伝導率比である。t₁ ^*、t₂ ^*、t₃ ^*は保護層全体の板厚に対する各保護層の板厚比である。熱伝導率比および板厚比の下付き数字１、２、３はそれぞれ第一保護層、第二保護層、第三保護層を表す。

【請求項5】

前記第三保護層が、ビッカース硬さ１８０Ｈｖ以上で、熱伝導率１０Ｗ／ｍＫ以上である、請求項３または４に記載の高炉用羽口。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高炉用羽口およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

高炉用羽口（以下、単に「羽口」ともいう。）は、高炉の炉内に突き出ており、この突き出た先端部は高温雰囲気に曝されているため、優れた耐熱性が求められる。また、羽口の先端には、炉内の鉱石やコークスが衝突することがあるので、優れた耐摩耗性も求められる。

【0003】

羽口本体部には、内部に水路が設けられ、その水路に冷却水を流すことによって高炉内に突き出た先端付近の温度が低減される。羽口本体部の材質は、通常、熱伝導性に優れた銅または銅合金である。しかしながら、羽口の内部を水冷するだけでは先端の温度を十分には低減できないこと、および、銅は硬度が低く、耐摩耗性の点では劣ることから、羽口先端には耐熱性および耐摩耗性を高めるための保護層が設けられる。保護層を設けることによって羽口の寿命は延長されるものの、それでもなお、長期間使用すると先端が損傷し、羽口の交換が必要になる。羽口を交換するためには高炉を休風する必要があるため、羽口が損傷するとその交換費用のみならず、溶銑の生産量も低下してしまう。

【0004】

羽口の保護層には、ニッケル系の材質が用いられることが多い。ニッケル合金は高温における強度、耐食性に優れ、また、マトリックス中に硬質の金属間化合物を析出させたり、炭化物、窒化物などを混合させることによって硬度を増したりできるのがその理由である。保護層に高硬度のニッケル合金を適用する場合には、例えば、特許文献１～３に記載されるように、羽口本体である銅との接合性が高い金属の保護層を設けることで、高硬度の保護層の密着性を高めることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開昭５９－１５３５７４号公報

【文献】特開平４－２４６１１３号公報

【文献】特開平１１－２１７６１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１では、ニッケルもしくはニッケル合金またはステンレス鋼の薄板材を熱間等方圧加圧処理によって、銅製羽口本体に拡散接合し、その上に耐熱、耐摩耗性材料を肉盛溶接している。特許文献２では、Ｎｉ－Ｃｒ合金の肉盛層の上に、Ｎｉ－Ｍｏ合金の肉盛層を設けた保護層が記載されている。また、特許文献３には、羽口母材表面（またはさらに中間層上）に、ニッケルなどの金属マトリックスにセラミックス粒子を散在状態で含む硬化肉盛材を溶着させた保護層が記載されている。

【0007】

これらの文献の発明のように、羽口本体部の表面に、ＮｉまたはＮｉ合金の層（内層）を設け、さらにその表面に硬質の層（外層）を設けることによって、一定の耐熱性および耐摩耗性を確保することはできる。しかし、炉内の温度変動によって、外層表面には繰り返しの引張応力が発生し、また、炉内の溶融物が羽口に繰り返し衝突する（熱衝撃を受ける）ため、羽口を疲労特性に優れた構成とすることが求められる。このような温度変動または局所的な熱衝撃を受けると、表面が亀甲状にき裂が発生することがあり、これが伝播すると、保護層の剥離が生じ、耐摩耗性が劣化する。

【0008】

本発明は、このような従来技術の問題を解決するためになされたものであり、耐熱性および耐摩耗性に優れ、かつ熱疲労特性にも優れる高炉用羽口およびその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

羽口本体部の外表面に設ける保護層は、常温では硬い保護層であるが、高炉の稼働中に温度が上昇すると、硬さが低下し、耐摩耗性が劣化する。前述のように、羽口本体部には、内部に設けられた水路に冷却水を流すことによって高炉内に突き出た先端付近の温度を低減しており、これによって保護層の温度も低減できる。

【0010】

よって、第一に、高炉稼動時の保護層の温度上昇を避けるためには、保護層を複層構造とし、内層に、羽口本体部との密着性に優れ、かつ熱伝導率が高い材料で構成した保護層を設け、外層に、炉内の鉱石やコークスとの衝突に耐えうる耐摩耗性に優れる材料で構成した保護層を設けるのが有効である。このような材料については、従来、様々な検討がなされており、一定の効果が確認されている。

【0011】

ここで、外層は、炉内の鉱石やコークスとの衝突に耐えうる耐摩耗性を備えるべく、炭化物等の硬質粒子を含有しているので、内層に比べて延性が低い。このため、高炉操業時の熱によって内層と外層の間でひずみ差が生じ、このひずみ差を小さくすることができれば、内層と外層界面付近での剥離を抑制できる。

【0012】

そこで、本発明者らは、高炉操業時の保護層内のひずみ差を小さくするべく検討を重ね、下記の知見を得た。

【0013】

（ａ）保護層の冷却能を高めることが有効である。このためには、羽口本体部の表面に設ける一層目の保護層（第一保護層）は、純Ｎｉを用いる。特に、拡散接合層とすることにより、冷却能が高まる。
（ｂ）保護層を三層構造とし、最外層（第三保護層）は、優れた耐摩耗性を付与するべく、ＮｉまたはＮｉ合金に、炭化物などの硬質粒子を含有させた保護層とする。
（ｃ）第一保護層と第三保護層との間に設ける第二保護層として、熱伝導率が、第一保護層＜第二保護層＜第三保護層である材料を用いて、各界面における温度差を抑制して、ひずみ差を低減し、優れた熱疲労特性を付与する。具体的には、第二保護層は、純Ｎｉの肉盛溶接層とする。

【0014】

本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、その要旨は、下記の通りである。
〔Ａ〕下記の（１）～（３）の工程を備える、高炉用羽口の製造方法。
（１）羽口本体部の少なくとも先端を含む外表面に純Ｎｉで構成される第一保護層を設ける工程、
（２）前記第一保護層の表面の少なくとも一部に、前記第一保護層よりも熱伝導率が低い第二保護層を設ける工程、および
（３）前記第二保護層の表面の少なくとも一部に、前記第二保護層よりも熱伝導率が低い第三保護層を設ける工程。

【0015】

〔Ｂ〕前記（１）の工程において、
拡散接合により純Ｎｉ拡散接合層を設けて、前記第一保護層とする、
上記〔Ａ〕の高炉用羽口の製造方法。

【0016】

〔Ｃ〕前記（２）の工程において、
肉盛溶接により純Ｎｉ肉盛溶接層を設けて、前記第二保護層とする、
上記〔Ａ〕または〔Ｂ〕の高炉用羽口の製造方法。

【0017】

〔Ｄ〕前記（３）の工程において、
肉盛溶接により、ＮｉまたはＮｉ合金に、炭化物、窒化物、酸化物および硼化物から選択される一種以上の硬質粒子を分散させた肉盛溶接層を設けて、前記第三保護層とする、
上記〔Ａ〕～〔Ｃ〕のいずれかの高炉用羽口の製造方法。

【0018】

〔Ｅ〕先端が高炉内に突出する銅または銅合金からなる羽口本体部と、
前記羽口本体部の少なくとも前記先端を含む外表面を覆う、純Ｎｉからなる第一保護層と、
前記第一保護層の表面の少なくとも一部を覆う、前記第一保護層よりも熱伝導率が低い第二保護層と、
前記第二保護層の表面の少なくとも一部を覆う、前記第二保護層よりも熱伝導率が低い第三保護層とを備える、
高炉用羽口。

【0019】

〔Ｆ〕前記第一保護層が、純Ｎｉ拡散接合層である、
前記第二保護層が、純Ｎｉ肉盛溶接層であり、
前記第三保護層が、ＮｉまたはＮｉ合金に、炭化物、窒化物、酸化物および硼化物から選択される一種以上の硬質粒子を分散させた肉盛溶接層である、
上記〔Ｅ〕の高炉用羽口。

【0020】

〔Ｇ〕第一保護層、第二保護層および第三保護層の厚さは、式（１）を満たす、
上記〔Ｅ〕または〔Ｆ〕の高炉用羽口。
F=t₁ ^*/λ₁ ^*+ t₂ ^*/λ₂ ^* + t₃ ^*/λ₃ ^* ≦2.26 ・・・（１）
ここで、λ₁ ^*、λ₂ ^*、λ₃ ^*は第一保護層の熱伝導率に対する各保護層の熱伝導率比である。t₁ ^*、t₂ ^*、t₃ ^*は保護層全体の板厚に対する各保護層の板厚比である。熱伝導率比および板厚比の下付き数字１、２、３はそれぞれ第一保護層、第二保護層、第三保護層を表す。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、耐熱性および耐摩耗性に優れ、かつ熱疲労特性にも優れる高炉用羽口が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明に係る高炉用羽口の製造方法を説明する模式図である。

【図2】平坦化した第一保護層の断面形状を示す模式図である。

【図3】本実施形態に係る高炉用羽口の断面形状を示す模式図である。

【図4】本実施形態に係る高炉用羽口の第一保護層、第二保護層および第三保護層を示す模式図である。

【図5】有限要素法（ＦＥＭ）解析のモデルを示す模式図である。

【図6】有限要素法（ＦＥＭ）解析の条件を示す模式図である。

【図7】有限要素法（ＦＥＭ）解析の条件を示す模式図である。

【図8】有限要素法（ＦＥＭ）解析の温度・ひずみ評価位置を示す図である。

【図9】値Ｆと、外表面温度比Ｔ^*との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

１．高炉用羽口の製造方法について
本発明に係る高炉用羽口の製造方法は、第一保護層を設ける工程、第二保護層を設ける工程、および、第三保護層を設ける工程を備える。以下、第一保護層を拡散接合によって設け、第二保護層および第三保護層を肉盛溶接によって設ける場合を例にとって、各工程について説明する。

【0024】

（１）第一保護層の形成
図１（ａ）を参照して、この工程は、羽口本体部１の少なくとも先端（図示省略）を含む外表面に拡散接合により第一保護層３ａを設ける工程である。第一保護層３ａの材質は、羽口本体部１との密着性に優れるとともに、熱伝導率が高い材料である、純Ｎｉを用いる。拡散接合は、通常の方法を採用することができる。すなわち、拡散接合によって、羽口本体部１の形状に沿った形状に加工した純Ｎｉの薄板材を羽口本体部１に貼り付け、その状態で加熱し、界面を拡散接合するのがよい。

【0025】

（２）第二保護層の形成
図１（ｂ）を参照して、この工程は、第一保護層３ａの表面の少なくとも一部に肉盛溶接により第二保護層３ｂを設ける工程である。第二保護層３ｂの材質は、第一保護層３ａよりも熱伝導率が低い材料である。第一保護層３ａが純Ｎｉ拡散接合層である場合には、第二保護層３ｂとして純Ｎｉ肉盛溶接層を設けるのがよい。

【0026】

第二保護層３ｂは、第一保護層３ａの表面の少なくとも一部に設けられておればよい。例えば、羽口の下部は、高炉の操業時に、炉内の鉱石やコークスが衝突しにくい箇所であるため、この部分には第二保護層３ｂおよび第三保護層３ｂを設けなくてもよい。よって、第一保護層３ａの表面の少なくとも一部とは、具体的には、高炉内に設置された羽口において、少なくとも最上部を含む部分の表面を意味する。特に、高炉内に設置された羽口において、上側半分を構成する部分の表面に第二保護層３ｂが設けられていることが好ましい。このとき、第二保護層３ｂおよび第三保護層３ｃが設けられていない部分の第一保護層３ａの厚さと、第二保護層３ｂおよび第三保護層３ｃが設けられている部分の第一保護層３ａ、第二保護層３ｂおよび第三保護層３ｃの合計厚さとが実質的に同一であることが好ましい。

【0027】

肉盛溶接方法は、公知の方法を採用することができ、例えば、被覆アーク溶接法、ＭＡＧ溶接法、炭酸ガスアーク溶接法、ＭＩＧ溶接法、ＴＩＧ溶接法、サブマージアーク溶接法などが挙げられる。中でも、三次元的に曲面形状である羽口先端へのＮｉまたはＮｉ合金の溶接作業性を高めるためには、ＴＩＧ溶接法を採用するのが好ましい。

【0028】

（３）第三保護層の形成
図１（ｄ）を参照して、この工程は、第二保護層３ｂの表面の少なくとも一部に肉盛溶接により第三保護層３ｃを設ける工程である。第三保護層３ｃは、第二保護層３ｂの表面を覆う肉盛溶接層からなる層である。第三保護層３ｃの材質は、第二保護層３ｂよりも熱伝導率が低い材料である。そして、第三保護層３ｃは、保護層３の外層に位置するので、高炉の操業時に、炉内の鉱石やコークスとの衝突に耐えうる耐摩耗性（具体的には、ビッカース硬さで１８０Ｈｖ以上）に優れるとともに、熱伝導率が高い材料（具体的には１０Ｗ／ｍＫ以上）を選択することができる。例えば、Ｎｉに硬質のＴｉＣなどの炭化物を分散させた材料を用いることができる。具体的な材質については後段で説明する。

【0029】

肉盛溶接方法は、公知の方法を採用することができ、例えば、被覆アーク溶接法、ＭＡＧ溶接法、炭酸ガスアーク溶接法、ＭＩＧ溶接法、ＴＩＧ溶接法、サブマージアーク溶接法などが挙げられる。中でも、三次元的に曲面形状である羽口先端へのＮｉまたはＮｉ－Ｃｒ合金の溶接作業性を高めるためには、ＴＩＧ溶接法を採用するのが好ましい。

【0030】

なお、第三保護層３ｃを設ける前に、第二保護層３ｂの表面を平坦化する工程を設けてもよい。図１（ｃ）を参照して、この工程は、第二保護層３ｂの表面を研削または研磨して、平坦化する工程である。平坦化は、例えば、旋盤、フライス盤、マシニングセンタなどを使用することができる。また、グラインダーで研削することにより平坦化してもよい。

【0031】

平坦化した第二保護層３ｂの表面は、谷底と、前記谷底に隣接する山頂との高さの最大値（最大谷深さ）を０．２０ｍｍ以下とすることが好ましい。ここで、図２を参照して、谷底と、前記谷底に隣接する山頂との高さとは、例えば、図２中の符号ｈ_１、ｈ_２およびｈ_３であり、図２に示す例では、最大谷深さは、ｈ_２である。この最大谷深さが大きすぎると、その後に第三保護層３ｃを形成したときに、界面に空隙（未溶着部）が増加し、界面熱抵抗を増加させる。この最大谷深さは、０．１５ｍｍ以下が好ましく、０．１０ｍｍ以下がより好ましい。

【0032】

なお、上記最大谷深さは、第二保護層３ｂ厚さ方向を含む断面を観察して、測定することもできるし、第二保護層３ｂの平坦化後に、その表面から、表面粗さ計、三次元形状測定器などを用いて表面形状を測定することもできる。

【0033】

２．高炉用羽口について
図３および図４を参照して、本実施形態に係る高炉用羽口１０は、羽口本体部１と、純Ｎｉからなる第一保護層３ａと、第一保護層３ａよりも熱伝導率が低い第二保護層３ｂと、第二保護層３ｂよりも熱伝導率が低い第三保護層３ｃとを備える。

【0034】

（１）羽口本体部
羽口本体部１は、先端１ｂが高炉の内壁から突出するよう、高炉内に配置され、先端１ｂは、高炉の操業時に高温に曝される。羽口本体部１の内部には、水路２が設けられており、水路２に冷却水を流すことによって、先端１ｂ付近の温度を低減している。羽口本体部１は、円筒状であり、高炉の操業時には筒内に高温（例えば１２００℃程度）の熱風が流される。羽口本体部の材質は、通常、熱伝導性に優れた銅または銅合金である。

【0035】

（２）第一保護層
第一保護層３ａは、羽口本体部１の少なくとも先端１ｂを含む外表面１ａを覆う拡散接合層からなる層である。第一保護層３ａの材質は、羽口本体部１との密着性の観点からは、羽口本体部１に用いられる銅または銅合金の熱膨張率に近い材料、具体的には、熱膨張率（線膨張率）が１３～１６×１０^－６／℃の範囲である材料を用いるのがよく、本発明では純Ｎｉを用いる。第一保護層３ａに用いることができる純Ｎｉとしては、ＪＩＳ Ｈ ４５５１に規定されるものを使用することができ、Ｎｉ含有量が９９質量％以上であるものを用いるのがよい。純Ｎｉにおける不純物としては、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ｃｕ、Ｆｅなどが挙げられ、不純物の総量は１質量％以下であることが好ましい。

【0036】

（３）第二保護層
第二保護層３ｂは、第一保護層３ａの表面を覆う肉盛溶接層からなる層である。第二保護層３ｂの材質は、第一保護層３ａよりも熱伝導率が低い材料である。第一保護層３ａが純Ｎｉ拡散接合層である場合には、第二保護層３ｂとして純Ｎｉ肉盛溶接層を設けるのがよい。これにより、熱疲労特性に優れる高炉用羽口が得られる。第二保護層３ｂに用いることができる純Ｎｉとしては、ＪＩＳ Ｚ ３２２４，ＪＩＳ Ｚ ３３３４に規定されるものを使用することができる。

【0037】

（４）第三保護層
第三保護層３ｃは、第二保護層３ｂの表面を覆う肉盛溶接層からなる層である。第三保護層３ｃの材質は、第二保護層３ｂよりも熱伝導率が低い材料である。これにより、熱疲労特性に優れる高炉用羽口が得られる。第三保護層３ｃは、保護層３の外層に位置するので、高炉の操業時に、炉内の鉱石やコークスとの衝突に耐えうる耐摩耗性（具体的には、ビッカース硬さで１８０Ｈｖ以上）に優れるとともに、熱伝導率が高い材料（具体的には１０Ｗ／ｍＫ以上）を選択することができる。例えば、ＮｉまたはＮｉ合金に、炭化物、窒化物、酸化物および硼化物から選択される一種以上の硬質粒子を分散させた材料を用いることができる。炭化物としては、ＴｉＣ、ＷＣ、ＮｂＣ、ＶＣなどが例示されるが、中でもＴｉＣが好ましい。これは、ＴｉＣが、硬さが大きく、耐摩耗性の向上に極めて有効な材料だからである。

【0038】

第三保護層３ｃの材料中の炭化物は、均一に分散している状態が好ましい。炭化物の粒径が大きすぎると、均一に分散させることが困難となるので、炭化物の粒径の最大値は、２００μｍ以下とするのが好ましい。また、炭化物の平均粒径は４０～１００μｍの範囲とするのが好ましい。また，炭化物の体積率が高すぎても均一に分散させることが困難となるので、第三保護層３ｃの材料中の炭化物の体積率の最大値は３０％以下とするのが好ましく、５～２５％とするのがさらに好ましい。

【0039】

第一保護層３ａの厚さＴ_ａと第二保護層３ｂの厚さＴ_ｂと第三保護層３ｃの厚さＴ_ｃとの和（Ｔ_ａ＋Ｔ_ｂ＋Ｔ_ｃ）は、６．０～９．０ｍｍとするのが好ましい。６．０ｍｍ未満では、十分な耐摩耗性を確保できないという問題が生じるおそれがあり、９．０ｍｍを超えると、羽口先端を十分に冷却できないという問題が生じるおそれがあるからである。また、高い耐熱性を確保するためには、第一保護層３ａの厚さＴ_ａを十分に確保することが重要であり、第一保護層３ａの厚さＴ_ａが、保護層全体の厚さの３０％以上であることが好ましい。

【実施例1】

【0040】

図５に示すＦＥＭ解析モデル（軸対称モデル）について、熱弾塑性解析にて、図６および図７に示す解析条件でＦＥＭ解析を行なった。表１には、本発明例１～２１において用いた保護層の各層の構成材料を示している。すなわち、保護層３として、純Ｎｉ板からなる保護層（材質Ａ）、純Ｎｉ肉盛溶接層からなる保護層（材質Ｂ）および純Ｎｉに硬質粒子を含有させた保護層（材質Ｃ）の三層構造とし、各層の厚さを種々変更した。比較例１～５は、保護層３として、純Ｎｉ板からなる保護層（材質Ａ）および純Ｎｉに硬質粒子を含有させた保護層（材質Ｃ）とした二層構造であり、各層の厚さを種々変更した。

【0041】

【表1】

【0042】

温度およびひずみは、保護層３のそれぞれの界面と表面を抽出し、図８に示すθ＝４５°位置にて評価した。ひずみは、機械ひずみ（弾性ひずみ＋塑性ひずみ）とし、半径方向、周方向（図８のθの方向）および面外の周方向の３成分それぞれにつき評価した。表２および表３にその結果を示す。なお、表２および表３には、比較例１を１としたときの各評価値の比（絶対値）を示している。

【0043】

【表2】

【0044】

【表3】

【0045】

表２および表３に示すように、二層構成である比較例２および３は、外層の厚さを相対的に厚くした構成であり、層間のひずみ差は低減できているが、外表面の温度およびひずみが増加している。一方、比較例４および５は、外層の厚さを相対的に薄くした構成であるが、外表面の温度およびひずみは低減できているが、層間のひずみ差が増加していることがわかる。本発明例１～２１をみると、層間のひずみ差は全ケースで低減できている。一方で、外表面の温度・ひずみが大きくなっているケースもあり、これらを低減できる好適な板厚配分例として、Ｎｏ．１０、Ｎｏ．１３、Ｎｏ．１５、Ｎｏ．１６、Ｎｏ．１８、Ｎｏ．１９、Ｎｏ．２０、Ｎｏ．２１が挙げられる。これらは、すべて一様熱負荷時の温度が低減できているケースである。そのため、本発明のより好適な範囲は、一様熱負荷時の温度で規定できる。

【0046】

具体的には、第一保護層の熱伝導率を１としたときの、各保護層の熱伝導率（第一保護層の熱伝導率に対する各保護層の熱伝導率比）を第一層から順に、λ₁ ^*、λ₂ ^*、λ₃ ^*、保護層全体の板厚に対する板厚比を第一層から順に、t₁ ^*、t₂ ^*、t₃ ^*とし、次の式（１）で得られる値Ｆを定義する。
F=t₁ ^*/λ₁ ^*+ t₂ ^*/λ₂ ^* + t₃ ^*/λ₃ ^* ・・・（１）

【0047】

本発明例１～２１について、横軸を値Ｆ、縦軸を一様熱負荷時の外表面温度比Ｔ^*としてプロットすると図９のようになる。外表面温度比Ｔ^*が１．００より小さければ外表面の温度・ひずみを低減する効果を奏するため、図９に示すように、値Ｆの好適な範囲はF≦2.26である。なお、本実施形態では、各保護層の熱伝導率として常温下での熱伝導率を使って整理して得られた値Ｆを用いている。

【産業上の利用可能性】

【0048】

本発明によれば、耐熱性および耐摩耗性に優れ、かつ熱疲労特性にも優れる高炉用羽口が得られる。

【符号の説明】

【0049】

１０ 高炉用羽口
１ 羽口本体部
１ａ 外表面
１ｂ 先端
２ 水路
３ 保護層
３ａ 第一保護層
３ｂ 第二保護層
３ｃ 第三保護層
５ 未溶着部
３０ 肉盛溶接層
３１ 肉盛溶接層
３３ 肉盛溶接層（一層目）
３４ 肉盛溶接層（二層目）
３５ 肉盛溶接層（三層目）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】