JP2003245771A - 耐熱衝撃性スライディングノズルプレート - Google Patents
耐熱衝撃性スライディングノズルプレートInfo
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- JP2003245771A JP2003245771A JP2002047328A JP2002047328A JP2003245771A JP 2003245771 A JP2003245771 A JP 2003245771A JP 2002047328 A JP2002047328 A JP 2002047328A JP 2002047328 A JP2002047328 A JP 2002047328A JP 2003245771 A JP2003245771 A JP 2003245771A
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- Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 優れた耐熱衝撃性を有するスライディングノ
ズルプレートを提供する。 【解決手段】 粒度が0.01mm以上5mm以下のチタン酸ア
ルミニウムを含む粒子を0.5〜20重量%と、残部が耐火性
粒子とカーボン、金属からなる配合物に有機バインダー
を添加し、混練、成形してスライディングノズルプレー
トを生成する。
ズルプレートを提供する。 【解決手段】 粒度が0.01mm以上5mm以下のチタン酸ア
ルミニウムを含む粒子を0.5〜20重量%と、残部が耐火性
粒子とカーボン、金属からなる配合物に有機バインダー
を添加し、混練、成形してスライディングノズルプレー
トを生成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は製鋼用の取鍋、タン
ディッシュなどのスライディングノズル装置の耐火物部
材であるスライディングノズルプレートに関するもので
ある。
ディッシュなどのスライディングノズル装置の耐火物部
材であるスライディングノズルプレートに関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来の一般的なスライディングノズルプ
レートはアルミナ、電融アルミナ・ジルコニアなどの耐
火原料と炭素等を、Si系バインダー、ピッチ、フェノー
ル樹脂等と混練後、成形、焼成して製造し、アルミナや
電融アルミナ・ジルコニア粒子の骨材とアルミナやカー
ボン等のマトリックス部からなる。
レートはアルミナ、電融アルミナ・ジルコニアなどの耐
火原料と炭素等を、Si系バインダー、ピッチ、フェノー
ル樹脂等と混練後、成形、焼成して製造し、アルミナや
電融アルミナ・ジルコニア粒子の骨材とアルミナやカー
ボン等のマトリックス部からなる。
【０００３】スライディングノズルプレートは使用時に
激しい熱衝撃を受けるため亀裂が発生しやすく、特に内
孔エッジ部の亀裂による剥離、欠落により使用できなく
なる。
激しい熱衝撃を受けるため亀裂が発生しやすく、特に内
孔エッジ部の亀裂による剥離、欠落により使用できなく
なる。
【０００４】スライディングノズルプレートの耐熱衝撃
性を向上させるための一方法としては、発生した亀裂を
屈曲させ、エネルギーを消費させることによって亀裂の
進展を抑制する方法がある。即ち、マトリックスと異な
る熱膨張率や弾性率をもつ骨材、あるいは、熱膨張のヒ
ステリシスを示す骨材を添加することによって残留応力
やマイクロクラックを発生させ、骨材周囲で亀裂を屈曲
させることが行われている。
性を向上させるための一方法としては、発生した亀裂を
屈曲させ、エネルギーを消費させることによって亀裂の
進展を抑制する方法がある。即ち、マトリックスと異な
る熱膨張率や弾性率をもつ骨材、あるいは、熱膨張のヒ
ステリシスを示す骨材を添加することによって残留応力
やマイクロクラックを発生させ、骨材周囲で亀裂を屈曲
させることが行われている。
【０００５】例えば、マトリックスより小さな熱膨張率
の骨材を添加すると、加熱によって焼結した状態から冷
却される過程において、マトリックスより骨材の収縮が
小さいため、マトリックス内に、骨材の外周部と平行な
方向に引っ張り応力が発生する。この引っ張り応力が残
留応力となって残ったり、骨材外周部と垂直な方向にマ
イクロクラックが生じる。
の骨材を添加すると、加熱によって焼結した状態から冷
却される過程において、マトリックスより骨材の収縮が
小さいため、マトリックス内に、骨材の外周部と平行な
方向に引っ張り応力が発生する。この引っ張り応力が残
留応力となって残ったり、骨材外周部と垂直な方向にマ
イクロクラックが生じる。
【０００６】また、マトリックスより大きな熱膨張率の
骨材を添加すると、マトリックスより骨材の収縮が大き
いため、マトリックス内に、骨材の外周部と垂直な方向
に引っ張り応力が発生する。これが残留応力として残っ
たり、骨材外周部に隙間が生じる。
骨材を添加すると、マトリックスより骨材の収縮が大き
いため、マトリックス内に、骨材の外周部と垂直な方向
に引っ張り応力が発生する。これが残留応力として残っ
たり、骨材外周部に隙間が生じる。
【０００７】熱衝撃により亀裂が発生した場合、この残
留応力やマイクロクラックによって亀裂が屈曲し、亀裂
の進展が抑制されることによって耐熱衝撃性が向上す
る。
留応力やマイクロクラックによって亀裂が屈曲し、亀裂
の進展が抑制されることによって耐熱衝撃性が向上す
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】以上のような観点か
ら、たとえば「耐火物、Vol.36，No.5,p300-304(198
4)」「第55回造塊用耐火物専門委員会本委員資料(197
9)」「特許1373568」「特許1585262」「特許2509093」
のような技術が提案されている。これらの技術は、電融
アルミナ・ジルコニアを骨材として使用し、骨材周囲に
発生する残留応力やマイクロクラックによって亀裂を屈
曲させて耐熱衝撃性を向上させるものである。しかし、
これらの技術では、アルミナ・ジルコニアの熱膨張が、
マトリックスの主成分であるアルミナに近いため、必ず
しも効果が得られているとはいえない。
ら、たとえば「耐火物、Vol.36，No.5,p300-304(198
4)」「第55回造塊用耐火物専門委員会本委員資料(197
9)」「特許1373568」「特許1585262」「特許2509093」
のような技術が提案されている。これらの技術は、電融
アルミナ・ジルコニアを骨材として使用し、骨材周囲に
発生する残留応力やマイクロクラックによって亀裂を屈
曲させて耐熱衝撃性を向上させるものである。しかし、
これらの技術では、アルミナ・ジルコニアの熱膨張が、
マトリックスの主成分であるアルミナに近いため、必ず
しも効果が得られているとはいえない。
【０００９】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであって、優れた耐熱衝撃性を有するスライディン
グノズルプレートを提供することを目的とする。
ものであって、優れた耐熱衝撃性を有するスライディン
グノズルプレートを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】以上の問題点を解決する
ため、本発明では以下の手段を採用する。
ため、本発明では以下の手段を採用する。
【００１１】すなわち、粒度が0.01mm以上5mm以下のチ
タン酸アルミニウムを含む粒子を0.5〜20重量%と、残部
が耐火性粒子とカーボン、金属からなる配合物に有機バ
インダーを添加し、混練、成形してスライディングノズ
ルプレートを生成する。また、上記チタン酸アルミニウ
ムを含む粒子の成分は、酸化アルミニウム45重量%〜80
重量%、酸化チタン10重量%〜50重量%、酸化リチウム、
酸化ホウ素、酸化クロム、酸化珪素、酸化鉄、酸化マグ
ネシウム、酸化ジルコニウムの一種以上が0.1重量%〜10
重量%とする。
タン酸アルミニウムを含む粒子を0.5〜20重量%と、残部
が耐火性粒子とカーボン、金属からなる配合物に有機バ
インダーを添加し、混練、成形してスライディングノズ
ルプレートを生成する。また、上記チタン酸アルミニウ
ムを含む粒子の成分は、酸化アルミニウム45重量%〜80
重量%、酸化チタン10重量%〜50重量%、酸化リチウム、
酸化ホウ素、酸化クロム、酸化珪素、酸化鉄、酸化マグ
ネシウム、酸化ジルコニウムの一種以上が0.1重量%〜10
重量%とする。
【００１２】これにより優れた耐熱衝撃性を有するスラ
イディングノズルプレートを得ることができる。
イディングノズルプレートを得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、実施例を参照しながら詳細に説明する。
て、実施例を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】本発明において、スライディングノズルプ
レートの耐熱衝撃性を向上させる原理は、上記従来の技
術と同様である。即ち、骨材とマトリックスの組み合わ
せにより、残留応力やマイクロクラックを発生させるの
であるが、本願出願人は、チタン酸アルミニウムを含む
粒子を添加することにより耐熱衝撃性が一層向上するこ
とを見出した。
レートの耐熱衝撃性を向上させる原理は、上記従来の技
術と同様である。即ち、骨材とマトリックスの組み合わ
せにより、残留応力やマイクロクラックを発生させるの
であるが、本願出願人は、チタン酸アルミニウムを含む
粒子を添加することにより耐熱衝撃性が一層向上するこ
とを見出した。
【００１５】チタン酸アルミニウムを含む粒子は、各原
料を混合した後、焼結させたものを粉砕するか、各原料
を溶融、冷却、粉砕することによって得られる。
料を混合した後、焼結させたものを粉砕するか、各原料
を溶融、冷却、粉砕することによって得られる。
【００１６】チタン酸アルミニウムの焼結体は熱膨張が
小さく、耐熱衝撃性に優れる材料として知られている。
これは、チタン酸アルミニウム結晶の熱膨張率がa軸方
向で約12×10-6/℃、b軸方向で約19×10-6/℃、c軸方向
で約-3×10-6/℃と異方性があることに由来する。つま
り、焼結体は微粒子がランダムに結合した結果、上記熱
膨張の異方性に起因するマイクロクラックによって平均
熱膨張率が約1×10-6/℃と小さくなり、耐熱衝撃性も優
れたものとなる。
小さく、耐熱衝撃性に優れる材料として知られている。
これは、チタン酸アルミニウム結晶の熱膨張率がa軸方
向で約12×10-6/℃、b軸方向で約19×10-6/℃、c軸方向
で約-3×10-6/℃と異方性があることに由来する。つま
り、焼結体は微粒子がランダムに結合した結果、上記熱
膨張の異方性に起因するマイクロクラックによって平均
熱膨張率が約1×10-6/℃と小さくなり、耐熱衝撃性も優
れたものとなる。
【００１７】従って、チタン酸アルミニウムを含む焼結
体を粉砕した粒子をスライディングノズルプレートに添
加すると、一般に使用される原料に比べて熱膨張率が極
めて小さいため、全体の熱膨張率が低下するとともに、
粒子周辺に残留応力や、放射状のマイクロクラックが生
じて、耐熱衝撃性が向上するのである。
体を粉砕した粒子をスライディングノズルプレートに添
加すると、一般に使用される原料に比べて熱膨張率が極
めて小さいため、全体の熱膨張率が低下するとともに、
粒子周辺に残留応力や、放射状のマイクロクラックが生
じて、耐熱衝撃性が向上するのである。
【００１８】また、溶融・冷却して得られる単結晶は、
上記のように熱膨張の異方性が大きいことから、さら
に、効果的に残留応力、マイクロクラックを生じさせる
ことが出来る。上記単結晶のa、b軸方向の熱膨張率は、
従来使用されている原料に比べて大きいことから、マイ
クロクラックは放射状ではなく、粒界に隙間となって生
じる。一方、c軸方向はマイナスの熱膨張率のため、放
射状のマイクロクラックが生じ、焼結体で添加するより
も効果的であり、少量で更に効果が発揮できる。
上記のように熱膨張の異方性が大きいことから、さら
に、効果的に残留応力、マイクロクラックを生じさせる
ことが出来る。上記単結晶のa、b軸方向の熱膨張率は、
従来使用されている原料に比べて大きいことから、マイ
クロクラックは放射状ではなく、粒界に隙間となって生
じる。一方、c軸方向はマイナスの熱膨張率のため、放
射状のマイクロクラックが生じ、焼結体で添加するより
も効果的であり、少量で更に効果が発揮できる。
【００１９】チタン酸アルミニウムを含む粒子の粒度は
0.01mm〜5mm以下、好ましくは、0.05mm〜3mmがよい。0.
01mmより小さいと、残留応力やマイクロクラックの効果
が無く、5mmより大きいと成形が困難になり、また、強
度低下が激しくなる。
0.01mm〜5mm以下、好ましくは、0.05mm〜3mmがよい。0.
01mmより小さいと、残留応力やマイクロクラックの効果
が無く、5mmより大きいと成形が困難になり、また、強
度低下が激しくなる。
【００２０】添加量は、0.5〜20重量%、好ましくは1重
量%〜15重量%がよい。0.5重量%より少ないと、残留応力
やマイクロクラックの効果が無く、20重量%より多い
と、強度の低下が大きくなる。
量%〜15重量%がよい。0.5重量%より少ないと、残留応力
やマイクロクラックの効果が無く、20重量%より多い
と、強度の低下が大きくなる。
【００２１】チタン酸アルミニウムは、約1250℃より低
温で徐々に分解するが、酸化リチウム、酸化ホウ素、酸
化クロム、酸化珪素、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化
ジルコニウムを添加することによって分解が抑制でき
る。
温で徐々に分解するが、酸化リチウム、酸化ホウ素、酸
化クロム、酸化珪素、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化
ジルコニウムを添加することによって分解が抑制でき
る。
【００２２】また、酸化リチウム、酸化ホウ素、酸化ク
ロム、酸化珪素、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化ジル
コニウムを添加することによって熱膨張の挙動が変化
し、冷却時に一度大きく収縮するようになる。この昇
温、降温による熱膨張のヒステリシスによって、さらに
効果的に残留応力、マイクロクラックを発生させること
が出来、少量で効果が得られる。
ロム、酸化珪素、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化ジル
コニウムを添加することによって熱膨張の挙動が変化
し、冷却時に一度大きく収縮するようになる。この昇
温、降温による熱膨張のヒステリシスによって、さらに
効果的に残留応力、マイクロクラックを発生させること
が出来、少量で効果が得られる。
【００２３】酸化リチウム、酸化ホウ素、酸化クロム、
酸化珪素、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウ
ムは0.1重量%〜10重量%がよく、0.1重量%より少ないと
分解抑制効果が少なく、10重量%より多いと、熱膨張率
が大きくなり、チタン酸アルミニウム自身の効果が小さ
くなる。
酸化珪素、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウ
ムは0.1重量%〜10重量%がよく、0.1重量%より少ないと
分解抑制効果が少なく、10重量%より多いと、熱膨張率
が大きくなり、チタン酸アルミニウム自身の効果が小さ
くなる。
【００２４】酸化リチウム、酸化ホウ素、酸化クロム、
酸化珪素、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウ
ムは、焼結体の場合は、酸化アルミナと酸化チタンの反
応時、あるいは焼結時に添加すればよく、溶融の場合
は、酸化アルミニウムと酸化チタンと同時に溶融すれば
よい。
酸化珪素、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウ
ムは、焼結体の場合は、酸化アルミナと酸化チタンの反
応時、あるいは焼結時に添加すればよく、溶融の場合
は、酸化アルミニウムと酸化チタンと同時に溶融すれば
よい。
【００２５】粒子中の酸化アルミニウムは45重量%〜80
重量%、酸化チタンは20重量%〜50重量%がよい。酸化ア
ルミニウムが45重量%より少なく、あるいは、酸化チタ
ンが50重量%より多いと、過剰の酸化チタンが残留し、
効果が得られない。また、酸化アルミニウムが80重量%
より多く、あるいは、酸化チタンが20重量%より少ない
と、チタン酸アルミニウムの量が少なくなり、熱膨張率
も大きくなるため、上記の効果が小さくなる。
重量%、酸化チタンは20重量%〜50重量%がよい。酸化ア
ルミニウムが45重量%より少なく、あるいは、酸化チタ
ンが50重量%より多いと、過剰の酸化チタンが残留し、
効果が得られない。また、酸化アルミニウムが80重量%
より多く、あるいは、酸化チタンが20重量%より少ない
と、チタン酸アルミニウムの量が少なくなり、熱膨張率
も大きくなるため、上記の効果が小さくなる。
【００２６】
【実施例】表1に示すようなチタン酸アルミニウムを含
む粒子と、カーボン5重量%、残部が酸化アルミニウム粒
子からなる配合にフェノールレジンを4重量%添加して混
練し、20×20×100mmに成形後、1000℃で焼成して試料
を作製した。この試料を1200℃に急加熱した後急冷し、
加熱後強度を加熱前強度で割ることによって、残存強度
比を求めた。残存強度比が大きいほど耐熱衝撃性に優れ
ている。
む粒子と、カーボン5重量%、残部が酸化アルミニウム粒
子からなる配合にフェノールレジンを4重量%添加して混
練し、20×20×100mmに成形後、1000℃で焼成して試料
を作製した。この試料を1200℃に急加熱した後急冷し、
加熱後強度を加熱前強度で割ることによって、残存強度
比を求めた。残存強度比が大きいほど耐熱衝撃性に優れ
ている。
【００２７】表1に測定結果を比較例とともに示す。
【００２８】
【表1】
【００２９】本結果から明らかなように、実施例の残存
強度比は比較例に比べて大きく、耐熱衝撃性に優れる結
果となった。
強度比は比較例に比べて大きく、耐熱衝撃性に優れる結
果となった。
【００３０】
【発明の効果】以上のように、チタン酸アルミニウムを
含む粒子を添加することによって、容易にスライディン
グノズルプレートの耐熱衝撃性を向上させることができ
るようになった。
含む粒子を添加することによって、容易にスライディン
グノズルプレートの耐熱衝撃性を向上させることができ
るようになった。
Claims (2)
- 【請求項１】 粒度が0.1mm〜5mmのチタン酸アルミニウ
ムを含む粒子を0.5〜20重量%と、残部が耐火性粒子とカ
ーボン、金属からなる配合物に有機バインダーを添加
し、混練、成形してなることを特徴とする、スライディ
ングノズルプレート。 - 【請求項２】 上記チタン酸アルミニウムを含む粒子酸
化アルミニウム45重量%〜80重量%、 酸化チタン10重量%〜50重量%、 酸化リチウム、酸化ホウ素、酸化クロム、酸化珪素、酸
化鉄、酸化マグネシウム、酸化ジルコニアの一種以上を
0.1重量%〜10重量%溶融して得る、請求項１に記載のス
ライディングノズルプレート。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002047328A JP2003245771A (ja) | 2002-02-25 | 2002-02-25 | 耐熱衝撃性スライディングノズルプレート |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002047328A JP2003245771A (ja) | 2002-02-25 | 2002-02-25 | 耐熱衝撃性スライディングノズルプレート |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003245771A true JP2003245771A (ja) | 2003-09-02 |
Family
ID=28660417
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002047328A Pending JP2003245771A (ja) | 2002-02-25 | 2002-02-25 | 耐熱衝撃性スライディングノズルプレート |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003245771A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1820785A1 (fr) * | 2006-02-17 | 2007-08-22 | Saint-Gobain Centre de Recherches et d'Etudes Européen | Grain fondu d'alumine - oxyde de titane - zircone |
| JP2008137844A (ja) * | 2006-12-01 | 2008-06-19 | Nippon Steel Corp | 高耐食性、耐熱衝撃性、難付着性セラミックス |
-
2002
- 2002-02-25 JP JP2002047328A patent/JP2003245771A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1820785A1 (fr) * | 2006-02-17 | 2007-08-22 | Saint-Gobain Centre de Recherches et d'Etudes Européen | Grain fondu d'alumine - oxyde de titane - zircone |
| FR2897612A1 (fr) * | 2006-02-17 | 2007-08-24 | Saint Gobain Ct Recherches | Grain fondu d'alumine-oxyde de titane-zircone |
| US7405173B2 (en) | 2006-02-17 | 2008-07-29 | Saint-Gobain Centre De Recherches Et D'etudes Europeen | Alumina-titanium oxide-zirconia fused grain |
| JP2008137844A (ja) * | 2006-12-01 | 2008-06-19 | Nippon Steel Corp | 高耐食性、耐熱衝撃性、難付着性セラミックス |
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