技术领域本发明涉及在比高炉的风口更靠近下方的部位与熔融生铁或熔融炉渣接触的部位，即高炉炉缸部的炉衬结构。应予说明，本说明书中，将“熔融生铁”称为“铁水”，“熔融炉渣”称为“炉渣”。
背景技术：
近年来，在推进高炉大型化的同时，高压作业，微粉碳吹入作业等的作业条件过于苛刻，且炉衬耐火物损坏的要因正在増加，另一方面为了抑制高炉的高额的初期投资，被期待长寿化。这样的高炉的寿命的控速要因为，作为铁水积存部的高炉炉缸部的比出铁孔更靠近下方的侧壁和炉底的炉衬材料的耐久性。只要减少该部分的损耗就能够延长高炉寿命。认为作为损耗机制，是由铁水引起的静态的溶损，脆弱化的砖组织的由铁水流动引起的摩耗损耗等。作为该高炉炉缸部的侧壁和炉底的炉衬材料，通常使用碳质耐火物，碳质砖(块)成为主流。然而，像这样的碳成分多的碳质砖在高炉炉缸部使用时，碳易溶出于铁水中而耐用性差。因此，通过强化从炉外的冷却并在砖作用面形成铁水粘稠层，防止碳质砖在铁水中的溶出来确保耐用性。然而，这样的从炉外的冷却会带来巨大的能量损失。因此，近年来也使用碳少且不易溶出于铁水中的以氧化铝为主体的砖。尤其是在基体部含有由化学式Si6-zAlzOzN8-z表示的β’-赛隆的赛隆结合氧化铝砖，由于几乎不含碳，因此耐铁水性优异，并且对在高炉中产生的炉渣的耐蚀性优异。此外，赛隆结合氧化铝砖与现有的氧化物类砖相比，高温强度高且对碱侵蚀的抵抗性也高，与作为具有非氧化物类结合组织的砖的代表性的碳化硅结合砖及氮化硅结合砖相比，具有低热传导性，进而从抗结构性剥落也强的点出发，作为高炉炉缸部用的炉衬砖优选。在专利文献1中公开有这样的赛隆结合氧化铝砖的一个例子。该专利文献1的赛隆结合氧化铝砖中的基体部(结合基质)中所含的β’-赛隆的Z值(是指β’-赛隆的化学式Si6-zAlzOzN8-z中的Z值。以下同样。)为0.5～4，优选为2.5～3.5，且砖中的含量为12～45质量％，优选为25～42质量％。此外，为了保持对热冲击的抵抗性，专利文献1的赛隆结合氧化铝砖含有六方晶系的硼氮化物及/或结晶质的石墨薄片粒子。另一方面，专利文献2中公开了以Al2O3为97质量％以上，SiO2为3质量％以下，C为0.1质量％以下的组成，并规定了氧化铝类原料的粒径的高炉炉缸用砖。由于几乎不含SiO2，SiC，Si3N4等的含Si成分，因此Si在铁水中的溶解少，其结果为，耐蚀性优异。现有技术文献专利文献专利文献1日本特表平6-502140号公报(日本专利第3212600号公报)专利文献2日本特开2009—242122号公报
技术实现要素：
由于上述专利文献1中所公开的砖含有六方晶类的硼氮化物及/或结晶质的黑铅薄片粒子，因此所得到的砖的机械强度低，同时不可避免黑铅薄片粒子溶解于铁水中，作为结果有导致砖损坏的问题。此外，该文献中所公开的β’-赛隆的组成和含量的范围中，存在由铁水引起的侵蚀在不可忽略的范围，作为结果，导致砖的损坏，因此现在高炉炉缸部的损坏仍成为高炉的寿命的控速因素。上述专利文献2中所公开的砖基本上由氧化铝构成。由于氧化铝易被铁水浸入且难溶于铁水，因此铁水深深地侵入砖中的气孔，伴随着长期间的运转，慢慢地铁水浸透现象继续进行，存在由所谓的结构性剥落引起的损坏发生的问题，成为不易使高炉炉缸部的寿命延长的要因。因此本发明所要解决的课题为，提供耐铁水性优异，抗结构性剥落也强的高炉炉缸部的炉衬结构。本发明为，在高炉炉缸部的炉衬结构中，在不与炉渣接触的部位配置在基体部含有β’-赛隆，刚玉及β’-赛隆的含量的合计为95质量％以上的如下的赛隆结合氧化铝砖，为β’-赛隆的Z值为2.7以上4.2以下，砖中的β’-赛隆的含量X质量％满足下述式(1)的赛隆结合氧化铝砖。5≤X≤(280+Z)/(168-28Z)×15…(1)此外本发明中，可在与炉渣接触的部位配置，在基体部含有β’-赛隆，刚玉及β’-赛隆的含量的合计为95质量％以上的如下的赛隆结合氧化铝砖，为β’-赛隆的Z值为2.5以下(不包含0)，砖中的β’-赛隆的含量Y质量％满足下述式(2)的赛隆结合氧化铝砖。10≤Y≤[(280+Z)/16Z]×6…(2)本发明中，所述不与炉渣接触的部位为比出铁孔更靠近下方的部位，所述与炉渣接触的部位为包含出铁孔的上方的部位。对于本发明的高炉炉缸部的炉衬结构，通过在进一步要求耐铁水性的部位(不与炉渣接触的部位)配置起因于β’-赛隆的砖中的Si量成为特定范围的赛隆结合氧化铝砖，能够抑制由铁水引起的高炉炉缸部的损耗。即，根据本发明，能够提供耐铁水性优异，抗结构性剥落也强的高炉炉缸部的炉衬结构，由此能够实现高炉炉缸部的长寿化。此外，本发明的高炉炉缸部的炉衬结构中，通过在进一步要求耐炉渣性的部位(与炉渣接触的部位)配置起因于β’-赛隆的砖中的O(氧)量成为特定范围的赛隆结合氧化铝砖，还能够抑制由炉渣引起的高炉炉缸部的损耗。进而，由于本发明中使用的赛隆结合氧化铝砖的热传导率小，因此高炉作业中的能量损失变少，从而也能够对地球环境负荷的降低做出贡献。附图说明图1为绘制表1中的试验例的Z值和β＇-塞隆的含量的图表。图2为绘制表2中的试验例的Z值和β＇-塞隆的含量的图表。图3A为模拟高炉炉缸部的小型高炉(侵蚀试验装置)的剖视图。图3B为模拟高炉炉缸部的小型高炉(侵蚀试验装置)的剖视图。图3C为模拟高炉炉缸部的侵蚀试验设备的俯视图。图4为表示应用本发明的高炉炉缸部的结构的剖视图。图5为表示图4的高炉炉缸部的要部的剖视图。具体实施方式本发明者等着眼于在基体部含有β’-赛隆的赛隆结合氧化铝砖中，起因于β’-赛隆的砖中的Si含量及O含量对铁水及炉渣的抵抗性而进行了各种实验。其结果发现耐铁水性和耐炉渣性中分别存在优选的Si量和O量的范围。因此，认为在高炉炉缸部中，由于比出铁孔更靠近下方的部位的炉渣非常少，因此对于在该部位所配置的赛隆结合氧化铝砖，耐铁水性被重视，由于包含出铁孔的上方的部位的炉渣多，因此对于在该部位所配置的赛隆结合氧化铝砖，耐炉渣性被重视。而且，发现通过分别在进一步要求耐铁水性的部位(不与炉渣接触的部位)配置起因于β’-赛隆的砖中的Si量成为特定范围的砖，在进一步要求耐炉渣性的部位(与炉渣接触的部位)配置起因于β’-赛隆的砖中的O量成为特定范围的砖，能够大幅度延长高炉炉缸部的寿命。以下进行详细说明。首先作为前提，本发明中使用的赛隆结合氧化铝砖作为矿物组成，实际上由β’-赛隆和刚玉构成。β’-赛隆具有耐铁水性，耐炉渣性，及耐碱性优异的效果。进而，β’-赛隆与氧化铝相比，由于不易被铁水浸入并能形成致密的砖组织，因此不易发生铁水浸透现象，结构性剥落引起的问题也少。由于刚玉(氧化铝)不含Si，因此具有耐铁水性优异的效果。进而，因为β’-赛隆和刚玉与碳相比均具有低热传导性，所以由散热引起的能量损失被降低。这样本发明中使用的赛隆结合氧化铝砖，实际上由β’-赛隆与刚玉所构成，但可含有对耐用性不带来影响程度的不可避免的成分。例如，可含有非晶质相，使用的原料中的杂质，使用的粘合剂中的碳，及烧成中产生的少量的氮化物、碳化物，只要总量为5质量％以下均可允许。即，只要砖中的β’-赛隆和刚玉的总量为95质量％以上，则能够充分发挥本发明的效果。由于砖中基体部与骨材部相比，铁水、炉渣容易浸透，因此本发明中尤其以对铁水、炉渣的浸透防止效果为目的，含有作为塞隆结合的β’-赛隆。该基体部无论为刚玉与β’-赛隆的混合物，还是只有β’-赛隆，都能得到对铁水、炉渣的浸透防止效果，优选基体部含有5质量％以上β’-赛隆。另一方面，骨材部可只由刚玉，只由β’-赛隆或由两者构成。在此，基体部是指，通过烧成比骨材细小的粒子(粒径小于1mm)而骨材粒子结合形成耐火物组织的母材部；赛隆结合是指，烧成中所形成的基体部中β’-赛隆结晶生成生长而结合骨材粒子的耐火物组织。由于β’-赛隆中的Si的含量根据β’-赛隆的化学式的Z值而变化，因此，β’-赛隆的化学式的Si的含量S质量％由β’-赛隆的化学式Si6-zAlzOzN8-z而成为下述式(3)。在此，Si、Al、O及N的原子量分别为28、27、16及14。S＝[28(6-Z)/(28(6-Z)+27Z+16Z+14(8-Z))]×100＝[(168-28Z)/(280+Z)]×100…(3)而且，本发明中使用的赛隆结合氧化铝砖的起因于β’-赛隆的砖中的Si含量，在使砖中的β’-赛隆含量为A质量％时，可由下述式(4)表示。A/100×S＝A/100×[(168-28Z)/(280+Z)]×100…(4)根据本发明者等的实验，本发明的赛隆结合氧化铝砖，在起因于β’-赛隆的砖中的Si含量为15质量％以下时耐铁水性良好，因此可得到下述式(5)。A/100×[(168-28Z)/(280+Z)]×100≤15…(5)而且，为了使Si含量成为15质量％以下，赛隆结合氧化铝砖中的β’-赛隆含量A质量％成为只要满足下述式(6)即可。A≤(280+Z)/(168-28Z)×15…(6)进而，砖中的β’-赛隆的含量根据实验结果，小于5质量％时，砖的铁水浸透抵抗性变低，形成铁水浸透组织从而导致耐铁水性的降低，作为高炉炉缸部的炉衬结构在实用上存在问题，因此必须为5质量％以上，由此β’-赛隆的含量以X质量％表示时能够导出上述的式(1)。5≤X≤(280+Z)/(168-28Z)×15…(1)在此，由于β’-赛隆的Z值也对耐铁水性带来影响，因此式(1)中的Z值优选为2.7以上4.2以下。Z值小于2.7时，β’-赛隆中的Si/Al比率变得过大，从而β’-赛隆的耐铁水性降低，在实用上成为问题。应予说明，广泛已知Z值大于4.2的β’-赛隆现实并不存在。这样，由于满足式(1)的赛隆结合氧化铝砖耐铁水性优异，因此将满足该式(1)的赛隆结合氧化铝砖配置于不与炉渣接触的部位的高炉炉缸部的耐铁水性变得非常高，能够实现长寿化。接下来，与上述的式(3)同样，β’-赛隆中的O(氧)的含量O质量％可由下述式(7)表示。O＝[16Z/(28(6-Z)+27Z+16Z+14(8-Z))]×100＝[16Z/(280+Z)]×100…(7)而且，本发明中使用的赛隆结合氧化铝砖的起因于β’-赛隆的砖中的O含量，在使砖中的β’-赛隆含量为A质量％时，可由下述式(8)表示。A/100×O＝A/100×[16Z/(280+Z)]×100…(8)根据本发明者等的实验，本发明的赛隆结合氧化铝砖，在起因于β’-赛隆的砖中的O含量为6质量％以下时耐炉渣性良好，因此可得到下述式(9)。A/100×[16Z/(280+Z)]×100≤6…(9)而且，为了使O含量为6质量％以下，赛隆结合氧化铝砖中的β’-赛隆含量A质量％成为只要满足下述式(10)即可。A≤[(280+Z)/16Z]×6…(10)进而，砖中的β’-赛隆的含量根据实验结果，小于10质量％时砖的耐炉渣性低，从而作为高炉炉缸部的炉衬结构在实用上存在问题，因此必须为10质量％以上，由此β’-赛隆的含量以Y质量％表示时，能够导出上述的式(2)。10≤Y≤[(280+Z)/16Z]×6…(2)在此，由于β’-赛隆的Z值也对耐炉渣性带来影响，因此式(2)中的Z值优选大于0且2.5以下(0＜Z≤2.5)。Z值大于2.5时β’-赛隆中的O/N比率变得过大，从而β’-赛隆的耐炉渣性降低，在实用上成为问题。这样，由于满足式(2)的赛隆结合氧化铝砖耐炉渣性优异，因此将满足式(2)的赛隆结合氧化铝砖配置于与炉渣接触的部位的高炉炉缸部的耐炉渣性变得非常高，能够实现长寿化。如以上所述，将满足式(1)的赛隆结合氧化铝砖配置于不与炉渣接触的部位，而将满足式(2)的赛隆结合氧化铝砖配置于与炉渣接触的部位的高炉炉缸部，由于能够同时满足耐铁水性及耐炉渣性，因此能够实现进一步的长寿化。更具体而言，使不与炉渣接触的部位成为比出铁孔更靠近下方的部位，使与炉渣接触的部位成为包含出铁孔的上方的部位时，高炉炉缸部的寿命延长。由于包含出铁孔的部位为只在出铁时一时地与炉渣接触，因此也可以配置满足式(1)的砖与满足式(2)的砖的任意一种或两种，通过使出铁孔的下端面成为边界，能够进一步延长高炉炉缸部的寿命。本发明中使用的赛隆结合氧化铝砖通过在由β’-赛隆成分原料或β’-赛隆原料与氧化铝原料构成的配合物中添加粘合剂然后混炼，成形后烧成的常规方法而得到。作为氧化铝原料，可使用作为耐火物所使用的一般的原料，例如电熔氧化铝、烧结氧化铝、及锻烧氧化铝的1种或2种以上。氧化铝原料的Al2O3含量优选95质量％以上。作为β’-赛隆成分原料，可使用硅、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅(siliconoxynitride)、铝、氧化铝、氮化铝、氮氧化铝、多铝红柱石等，例如以规定比率混合氮化硅和氧化铝和氮化铝后的物质。作为β’-赛隆原料，可使用β’-赛隆的单晶体或多晶体及它们的粉碎整粒品，例如将β’-赛隆烧结材料粉碎整粒后的物质。β’-赛隆的Z值由构成β’-赛隆的Si和Al的比率及O和N的比率决定，例如由Si3N4、AlN和Al2O3的比率决定。实施例本发明中的高炉炉缸部所使用的赛隆结合氧化铝砖的试验结果示于表1及表2。表1表示的赛隆结合氧化铝砖为以在高炉炉缸部的不与炉渣接触的部位配置的砖为对象的例子，表2表示的赛隆结合氧化铝砖为以在高炉炉缸部的与炉渣接触的部位配置的砖为对象的例子。图1及图2为分别标绘表1及表2中的试验例的Z值与β’-赛隆的含量而成的图表。图1及图2中，能够得到优异的效果的以●表示，效果不充分的以×表示。此外，在图1及图2中记入了分别表示由式(1)及式(2)所规定的β’-赛隆含量的上限值和下限值，及Z值的上限值和下限值的线。表1表2表中的β’-赛隆粒是指，使Z值成为规定的数值而以烧结法制造的粒状物。β’-赛隆成分粒是指，将Si3N4、Al2O3和AlN以使Z值表示规定的数值的混合比率而混合的混合物。作为这些的β’-赛隆粒及β’-赛隆成分粒，分别使用纯度为99.5质量％的物质。作为电熔氧化铝及烧结氧化铝，使用Al2O3含量为99.0质量％的物质。应予说明，表1及表2的试验例中，使用的原料的β’-赛隆的Z值与由烧成后的砖测定的Z值相同。在表1及表2表示的配合物中添加作为粘合剂的酚醛树脂然后混炼，用油压冲床成形为230mm×100mm×75mm的砖，干燥后，在氮气氛下以1400℃烧成。但是，1-14为在氧化气氛下烧成。关于烧成后的砖，对组成、堆比重、表观气孔率、压缩强度、耐铁水性及耐炉渣性进行评价。关于烧成后的砖的组成，通过利用显微镜进行组织观察和粉末X射线衍射法，确认了除1-14之外，为由β’-赛隆和刚玉构成，在基体部含有β’-赛隆。此外，烧成后的砖中的β’-赛隆的含量及其Z值由根据粉末X射线衍射法的β’-赛隆的衍射峰位置和砖中的氮含量测定来确定，由决定后的β’-赛隆的含量和Z值算出起因于β’-赛隆的Si和O的含量并以砖整体的质量％表示。进而，由所测定的β’-赛隆的Z值，在表1中记载通过式(1)的5≤X≤(280+Z)/(168-28Z)×15所算出的β’-赛隆含量的上限值，在表2中记载通过式(2)的10≤Y≤[(280+Z)/16Z]×6所算出的β’-赛隆含量的上限值。堆比重与表观气孔率依照JIS(日本工业标准)-R2205，压缩强度依照JIS(日本工业标准)-R2206而测定。耐铁水性及耐炉渣性由在利用感应加热熔炼炉熔化的1550℃的铁水和高炉炉渣中侵蚀3小时的试验后的熔损的体积进行评价。以1-14的溶损量为100，以指数来表示。数值越小越优异。明确了表1中1-1至1-7的β’-赛隆的含量在式(1)的范围内，且Z值为2.7以上4.2以下在本发明的范围内，耐铁水性优异，作为配置于高炉炉缸部的不与炉渣接触的部位的砖优异。1-8的β’-赛隆的含量为3质量％，比本发明的下限值5质量％还少，与β’-赛隆为5质量％的1-4相比，耐铁水性及耐炉渣性差。1-9的β’-赛隆的Z值为2.5，比本发明的下限值2.7还小，与Z值为2.7的1-2相比，耐铁水性及耐炉渣性差。1-10至1-13的β’-赛隆含量多于由式(1)所计算的上限值，而且Si含量也多于上限值15质量％，与β’-赛隆的含量为少于由式(1)所计算的上限值的65质量％，且Si含量为上限值的15质量％的1-7相比，耐铁水性差。1-14为不含塞隆而由刚玉构成的砖，结果为其耐铁水性及耐炉渣性均差。此外，从图1可知，β’-赛隆的含量和Z值在本发明的范围的试验例能得到充分的耐铁水性。接下来，对表2的试验例进行说明。明确了2-1至2-6的β’-赛隆的含量在式(2)的范围内，且Z值为2.5以下(总之，起因于β’-赛隆的O含量为6质量％以下)，耐炉渣性优异，作为配置于高炉炉缸部的与炉渣接触的部位的砖优异。2-7和2-8的β’-赛隆的含量低于本发明的下限值10质量％，与β’-赛隆的含量为10质量％的2-1相比，耐炉渣性差。2-9和2-10的β’-赛隆的Z值大于2.5，与β’-赛隆的Z值为2.5的2-2相比，耐炉渣性差。2-11至2-13的β’-赛隆的含量大于表中所示的式(2)的上限值，β’-赛隆中的O含量大于6质量％，与β’-赛隆中的O含量为6质量％的2-6相比，耐炉渣性差。此外，从图2可知，β’-赛隆的含量与Z值在所述范围的试验例，能够得到充分的耐炉渣性。以上的结果强烈提示，按照如下配置而成的高炉炉缸部的内衬结构：在不与炉渣接触的部位配置在基体部含有β’-赛隆，刚玉及β’-赛隆的含量合计为95质量％以上的如下的赛隆结合氧化铝砖，为β’-赛隆的Z值为2.7以上4.2以下，砖中的β’-赛隆的含量X质量％满足式(1)的赛隆结合氧化铝砖；在与炉渣接触的部位配置在基体部含有β’-赛隆，刚玉及β’-赛隆的含量合计为95质量％以上的如下的赛隆结合氧化铝砖，为β’-赛隆的Z值为2.5以下(不包含0)，砖中的β’-赛隆的含量Y质量％满足式(2)的赛隆结合氧化铝砖，能够同时满足耐铁水性及耐炉渣性，能够实现高炉的长寿化。接下来，表示使用图3A，图3B及图3C所示的模拟高炉炉缸部的炉衬结构的小型高炉(侵蚀试验装置)的试验方法。该小型高炉为，在铁皮(未图示)的内侧内衬有保护材13，在保护材料13的内侧将表1或表2所得的砖分成6份而配置的高炉。分别以上部砖11的宽度C为200mm，厚度B为50mm，高度500mm，下部砖12的宽度C为200mm，厚度B为50mm，高度300mm的大小进行加工，分别将6块配置成6边筒状。溶解生铁和炉渣并如图3A所示使其成为铁水15与炉渣14的2层，以使该2层的边界部在上部砖11的上方(约130mm，其中炉渣部为30mm)的方式调整铁水15和炉渣14的投入量。然后，在1550℃将铁水15保持20小时后，将铁水15从出铁孔16排出，铁水15和炉渣14的边界部如图3B所示，使其成为上部砖11和下部砖12的边界部而进行调整。在该状态下保持4小时。其后投入1550℃的铁水然后调整至图3A的状态，保持20小时。以后进行同样的反复操作，保持累计120小时图3A的状态并累计24小时图3B的状态后，下部砖12以6块砖各自的断面中最大损耗量(长度mm)的平均值(mm)，上部砖11以6块砖各自的从与下部砖12连接的位置(下端部)距离10mm上部的损耗量的平均值进行好坏评价。应予说明，铁水的温度通过感应加热进行管理。此外使用的炉渣为高炉炉渣且化学成分为，SiO2为35质量％，CaO为43质量％，Al2O3为14质量％，MgO为5质量％。试验结果归纳于表3。表3中下部砖及上部砖的号码与表1及表2的试验例的号码相对应。以内衬由刚玉构成的砖的对比例2的损耗量为基准进行评价时，相对于实施例1至实施例4的下部砖的损耗量均减少从而本发明的效果被确认，对比例1的下部砖的损耗量与对比例2成为同程度。此外，对比例1和对比例2的上部砖的损耗量比实施例多的理由认为是下部砖的损耗对上部砖的损耗带来影响，明确了通过减少下部砖的损耗能够得到上部砖的损耗也变少的效果。表3实施例1实施例2实施例3实施例4对比例1对比例2下部砖1-21-51-51-42-11-14上部砖2-62-11-51-142-11-14下部砖的损耗量(mm)68871315上部砖的损耗量(mm)56771236从该模拟试验结果，明确了本发明的高炉炉缸部的炉衬结构与现有的炉衬结构相比寿命大幅度延长。接下来，以图4及图5对本发明的高炉炉缸部的炉衬结构的具体例进行说明。高炉炉缸部的结构如图4所示，其要部如图5所示。高炉炉缸部1由比风口2更靠近下方的侧壁部3和炉底部4构成。侧壁部3中在铁皮5的内侧内衬有碳砖6，在碳砖6的内面内衬有本发明的赛隆结合氧化铝砖7、8。具体而言，在包含出铁孔9的上方的侧壁部内衬有表2的试验例中的2-5的砖7，在比出铁孔9更靠近下方的侧壁部内衬有表1的试验例中的1-3的砖8。应予说明，炉底部4为在碳砖6的上方内衬有高纯氧化铝砖10。应予说明，对于图4的例子，只在侧壁部3内衬本发明的赛隆结合氧化铝砖7、8，通过代替炉底部4的高纯氧化铝砖10而内衬本发明的赛隆结合氧化铝砖8，能够延长炉底部4的寿命。进而，碳砖6也可置换成本发明的赛隆结合氧化铝砖，这样不再需要水冷，由散热引起的能量损失降低，同时能够延长高炉的寿命。符号说明1：高炉炉缸部；2：风口；3：侧壁部；4：炉底部；5：铁皮；6：碳砖；7，8：本发明的塞隆结合氧化铝砖；9：出铁孔；10：高纯氧化铝砖；11：上部砖；12：下部砖；13：绝热材料；14：炉渣；15：铁水；16：出铁孔。