JP2000086334A - スライディングノズル装置用れんが - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スライディングノズル用上部ノズルれん
が、下部ノズルれんが及びプレートれんがにおいて、特
に２００〜７００℃の中間温度域における耐酸化性の向
上を図り、従来使用中のれんが外周部に生じていたボロ
ツキ現象を軽減し、その結果れんが自体の耐用性を向上
させる。 【解決手段】耐火性原料と金属からなるスライディング
ノズル用れんがの配合物に、比表面積が２４ｍ²／ｇ以
下のカーボンブラックを外掛けで０．１〜１０重量％添
加し、さらに有機バインダーを添加し、混練、成形後、
１５０〜１０００℃の温度で加熱処理を施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶湯容器底に設け
られ溶融金属量のコントロールに使用するスライディン
グノズル装置に適用される上部ノズル、下部ノズル及び
プレートれんが等に関する。

【０００２】

【従来の技術】スライディングノズル装置に使用される
れんがは大きく分けて上部ノズル、固定プレートや摺動
プレートからなるプレートれんが、及び下部ノズルの３
種類がある。

【０００３】そして、これらのれんがは溶融金属流によ
る急激な熱衝撃と物理的または化学的な侵食作用を受け
るので、耐スポーリング性と耐食性がこれらのれんがの
具備すべき最も重要な性質である。

【０００４】通常、スライディングノズル装置用れんが
は、溶融金属あるいはスラグに対する耐食性や耐スポー
リング性を付与するために炭素質原料を添加した、アル
ミナ−カーボン材質が多く使用され、焼成タイプと不焼
成タイプがある。

【０００５】焼成タイプは、高温で熱処理されているた
め、れんが使用時の熱による品質の変化が少ないという
特徴を有するが、その分製造コストが高くなる。

【０００６】一方、不焼成タイプは、１０００℃以下の
温度で熱処理したもので、通常は有機バインダーとして
フェノール樹脂等の結合力で強度をもたせたものであ
る。フェノール樹脂は、粘稠な液状物であり、混練物に
可塑性を与え、また１５０〜３００℃の加熱により重合
し、強固な組織を作る。更に、高温では、単独あるいは
金属と反応したりして、結合組織を生成する。この不焼
成タイプは、焼成タイプに比較して、焼成コストが抑え
られる、リードタイムが短い、耐食性に優れる、並びに
熱間強度が高い等の長所を持ち、広く使用されている。

【０００７】しかしながら、焼成タイプのれんがと比較
して、この不焼成タイプのれんがは、れんが温度が７０
０℃以上になると、使用している金属あるいは金属酸化
物の反応により無機結合が生成し強度は向上するが、特
にれんが外周部などにおいて７００℃以下の低温領域に
長時間さらされる場合には、炭素質原料や有機バインダ
ー等の酸化により、れんが表面にいわゆるボロツキ現象
が見られ、耐用性が損なわれる問題がある。

【０００８】この問題を解決するために、特許第２５０
７４８７号明細書において、耐火性骨材と融点１０００
℃以下の金属からなる配合物に、熱硬化性樹脂の１種も
しくは２種以上と珪素樹脂を添加して混練、成形後、１
０００℃以下の加熱処理を施すことにより２００〜７０
０℃の中間温度域での強度劣化、耐スポーリング性およ
び耐食性を改善したスライディングノズルプレートれん
がが開示されている。また特公昭５８−２０９０１号公
報には、耐火性骨材と珪素粉末からなる配合物に、カー
ボンブラックを添加し有機質バインダーを用いて混合、
成形した後に還元焼成することにより、プレートれんが
摺動面の安定性を改善したスライディングノズル用プレ
ートれんがが開示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】一般に耐火物の酸化を
防止するために、金属、低融点ガラス、炭化物等が微粉
としてあらかじめ原料配合に添加して使用されている。
この中で金属粉として一般に広く使用されているアルミ
ニウムには、７００℃以下の低温域での酸化防止効果は
ほとんどない。低融点ガラスは、ガラスが溶融すること
で組織中の気孔を塞いで空気の浸入を遮断するために使
用されるが、７００℃以下ではその働きは不十分であ
る。また、炭化物等の微粉原料の添加も試みられている
が顕著な酸化防止効果は得られていない。

【００１０】特許第２５０７４８７号の発明では、耐酸
化性に優れる珪素樹脂を結合材として使用することによ
り、耐酸化性に対する改善効果が得られている。しかし
ながら、その後の改善効果により、より一層耐用性が延
びてくると再び、炭素質原料や有機バインダーが中間温
度領域で酸化されることによる強度低下が問題となって
きている。

【００１１】特公昭５８−２０９０１号の発明では、平
均粒子径１００μｍ以下、平均比表面積５０ｍ²／ｇ以
上の微細粒でしかも溶鋼に溶解しがたいカーボンブラッ
クをマトリックス部分に均一に分散させることによる、
プレートれんが摺動面の面荒れ現象に対する改善効果は
著しいものがあるものの、一方、嵩比重、強度、耐スポ
ール性等の品質は、従来品と比較してさしたる差異は見
られていない。また、この技術を不焼成れんがに適用す
る場合、使用しているカーボンブラックが微細粒である
ため反応性に富み、中間温度域でのれんが外周部におい
て酸化によるボロツキ現象が懸念される。

【００１２】上記してきたことから、本発明の解決しよ
うとする課題は、スライディングノズル装置用れんがに
おいて、れんが組織の緻密性及び耐スポーリング性を改
善するとともに耐酸化性の向上、特に２００〜７００℃
の中間温度域での耐酸化性を向上することによりれんが
自体の耐用性の向上を図ることである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のスライディング
ノズル装置用れんがは、スライディングノズル装置に使
用される不焼成れんが用として一般に考えられる、耐火
性原料と金属からなる配合物に、比表面積が２４ｍ²／
ｇ以下のカーボンブラックを外掛けで０．１〜１０重量
％添加し、さらに有機バインダーを添加し、混練、成形
後、１５０〜１０００℃の温度で加熱処理を施すことに
より得られる。

【００１４】比表面積が２４ｍ²／ｇ以下のカーボンブ
ラックを外掛けで０．１〜１０重量％添加することで、
その粒子形状が大きくかつ球状であること、さらにその
単純分子構造により充填性が良好となることかられんが
組織が緻密化し、低気孔率化する。加えてカーボンブラ
ック自体が耐酸化性に優れることからその相乗効果とし
て、特に中間温度域における耐酸化性が向上するもので
ある。

【００１５】カーボンブラックは、製造方法により、フ
ァーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブ
ラック、サーマルブラック、ランプブラックに分類され
る。この中で、本発明に使用できるカーボンブラックと
しては、ファーネス法により製造されるファーネスブラ
ックでは、サーマル（ブラック）級またはファインサー
マル（ブラック）級と呼ばれる特殊品（以下サーマル級
という）、あるいは、サーマル法により製造されるファ
インサーマル、ミディアムサーマル等のサーマルブラッ
ク等がある。

【００１６】一般的に言って、カーボンブラックの粒子
径は数ｎｍ〜５００ｎｍの範囲にわたっている。しかし
ながら、本発明に適用されるサーマル級及びサーマルブ
ラック種のカーボンブラックは、その分子構造がより単
純であり、その粒子形状は球状をなしており、かつ粒子
径が８０〜５００ｎｍとカーボンブラックのなかでも大
きいほうに属しており、その比表面積は２４ｍ²／ｇ以
下である。

【００１７】本発明者らは、種々の検討の結果、これら
大粒径かつ球状をなす粒子のカーボンブラックは、他の
カーボンブラックと比較して、酸化温度が高いこと及び
これらを使用することによりれんが組織も緻密になりれ
んが自体の耐酸化性を著しく向上することを見いだし本
発明に至ったものである。

【００１８】なお、本発明でのカーボンブラックの比表
面積とは、カーボンブラック単位重量（ｇ）当たりの粒
子の総表面積（ｍ²）で表され、窒素ガス吸着法から算
出したものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】比表面積が２４ｍ²／ｇ以下であ
るサーマル級もしくはサーマルブラック種のカーボンブ
ラックを、スライディングノズルに使用する従来のれん
がの原料配合に対して外掛けで０．１〜１０重量％添加
し、さらに有機バインダーを添加して、通常の方法で混
練して得られる坏土を従来の方法で成形した後，１５０
〜１０００℃の温度で加熱処理を施すことによって、本
発明のスライディングノズル装置用れんがが得られる。
つまり、従来のれんが配合の内、炭素質原料として本発
明のカーボンブラックを使用するか、または炭素質原料
の一部を置換する形で使用することができ、本発明技術
の適用範囲は広い。

【００２０】本発明の対象となる耐火原料粉末とは、通
常上部ノズル、下部ノズルおよびプレートれんがに使用
されている耐火原料粉末が特に問題なく使用することが
できる。例えば、珪石、珪砂、溶融シリカ、含水無定形
シリカ、無水無定形シリカ等のシリカ質、ムライト、ボ
ーキサイト、バン土頁岩、シリマナイト、カイヤナイ
ト、焼結アルミナ、電融アルミナ、仮焼アルミナ等のア
ルミナ質、ロー石、シャモット、陶石、粘土等のアルミ
ナ−シリカ質、ジルコン、ジルコニア等のジルコニア
質、電融マグネシア、焼結マグネシア、アルミナ−マグ
ネシアスピネル、酸化カルシウム等の塩基性質、酸化ク
ロム、クロム鉄鉱等のクロム質等がある。また、炭化珪
素、炭化硼素、炭化アルミニウム、炭化ジルコニウム等
の炭化物、窒化ジルコニウム、窒化珪素、窒化珪素鉄、
窒化硼素、窒化アルミニウム等の窒化物、コークス、天
然黒鉛、人造黒鉛、仮焼無煙炭、ピッチ粉、カーボンれ
んが及び電極屑などの炭素質、以上の他に硼化物、珪化
物等全ての耐火原料からなる群より選択し、必要に応じ
て１種または２種以上を併用することができる。

【００２１】また、金属も使用でき、アルミニウム、シ
リコン、マグネシウムやそれらの合金の１種または２種
以上を併用することができる。

【００２２】本発明の対象となる有機バインダーは、有
機高分子樹脂である。例えば、フェノール樹脂、アクリ
ル樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、珪素樹脂等の１種
または２種以上が使用できる。

【００２３】本発明のカーボンブラックの添加量につい
ては、耐火配合物に対して外掛けで０．１〜１０重量％
が望ましい。０．１重量％未満では、溶融金属あるいは
スラグに対する耐食性を付与することができず、１０重
量％を越えて添加した場合は、耐火原料粉末に対するカ
ーボンブラックの比率が大きくなりすぎるため、カーボ
ンブラックの内一部酸化される部分の総量も自ずと増え
るため耐火物全体としての耐酸化性が低下する。

【００２４】前記耐火配合物に対して、さらに有機バイ
ンダーを添加して混練し、通常の条件で成形した後、加
熱処理する。加熱処理は通常１５０〜５００℃の温度で
行われるが、れんがの強度が更に必要な場合は、添加さ
れている金属を溶融あるいは他の骨材と反応させるため
に、５００〜１０００℃の温度でかつ非酸化雰囲気の下
で加熱処理を行う。

【００２５】

【実施例】次に本発明を実施例により具体的に説明す
る。

【００２６】表１の配合割合からなる耐火配合物に、有
機バインダーとしてフェノール樹脂と珪素樹脂を選び、
下回りミキサーにより混練した。

【００２７】この配合物をフリクションプレスにてプレ
ート形状に成形し、５００℃以下の温度で２４時間硬化
させて製造したスライディングノズルプレートの特性を
表１に示す（＋は外掛け添加を示す）。

【００２８】耐酸化性を評価するために、イギリス規格
１９０２ Ｐａｒｔ １Ａ １９６６ Ｓｅｃｔ．１４
付録Ｃに定められる、サンプル表面にアルミナ砥粒を
吹き付け、その体積減少量を測定する摩耗試験を行なっ
た。なおサンプルは、５００℃×２時間で酸化処理を行
なったものを使用した。この試験において、酸化してい
ない部分の結合は強固であり、れんが表面の酸化した脆
弱部分のみが剥がれ落ちるため、耐酸化性の評価として
も有効である。

【００２９】なお、摩耗指数の小さいものほど耐酸化性
に優れ、その値は以下の計算式による。

【００３０】摩耗指数＝（試験前重量−試験後重量）×
１００／かさ比重

【表１】 実施例１〜３は、本発明の範囲内であり、耐酸化性に優
れている。

【００３１】比較例１は、カーボンブラックを多量に添
加しているため、有機バインダーも増量させなければな
らず、カーボンブラック自体の酸化と有機バインダーの
酸化度合いが増えることにより、れんがとしての耐酸化
性が低い。

【００３２】比較例２、３は、酸化温度の低い比表面積
が２４ｍ²／ｇ以上のカーボンブラックを添加したた
め、れんがの耐酸化性が低い。

【００３３】以上より、実施例１〜３は、比較例１〜３
と比較して、中間温度域での耐酸化性が良好であること
が確認された。

【００３４】また、上下部ノズルについても、上記実施
例の配合割合で対処できる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によるプレートれんがを鍋容量２
５０トン、鋳込時間が約６０分での連続鋳造に用いられ
ている鍋用スライディングノズル装置に適用した。

【００３６】従来材質によるプレートれんがは、プレー
トれんが摺動面外周部のボロツキにより摺動抵抗が上昇
し、３ｃｈを越えて使用されることは困難であったが、
本発明を適用したプレートれんがは、このボロツキ現象
が著しく軽減され、さらに１ｃｈの耐用を延ばし、平均
寿命４ｃｈに到達することができた。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4E014 MA04 MA05 MA06 MA12 MA26 4G030 AA36 AA60 AA61 BA23 BA25 BA33 GA04 GA19 GA27 PA11 PA14 4K002 AC06 BC03 BG02 4K013 CA11 CA21 CA23 CF19 4K051 AB05 BE03

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 耐火性骨材と金属からなる配合物に、比
   表面積が２４ｍ²／ｇ以下のカーボンブラックを外掛け
   で０．１〜１０重量％添加し、さらに有機バインダーを
   添加し、混練、成形後、１５０〜１０００℃の温度で加
   熱処理を施したことを特徴とするスライディングノズル
   装置用れんが。