JP2003290882A - 双ドラム式薄板連続鋳造用サイド堰セラミックスプレート - Google Patents
双ドラム式薄板連続鋳造用サイド堰セラミックスプレートInfo
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Abstract
性、低い熱伝導率のいずれをも満足する双ドラム式薄板
連続鋳造用サイド堰のセラミックスプレートを提供す
る。 【解決手段】 本発明の双ドラム式薄板連続鋳造用サイ
ド堰のセラミックスプレートは、その構成相が、REA
G相10〜90体積%、Sialon相5〜50体積%、BN
相5〜50体積%、非晶質相0〜20体積%であり、R
EAG相としては、YAG相、ErAG相、YbAG
相、DyAG相から選ばれる少なくとも一種の希土類ア
ルミニウムガーネット相からなり、またSialon相が、化
学式Si6-ZAlZOZN8-ZにおけるZの範囲0.05〜
1.9からなることを特徴とし、さらに好ましくは相対
密度が80%以上であることを特徴とする。
Description
逆方向に回転する一対の冷却ドラムの周面に凝固シェル
を生成しつつ、ステンレス、鋼などの鋳片を連続鋳造す
る双ドラム式薄板連続鋳造装置において、該冷却ドラム
を両側から挟み湯溜り部を構成するサイド堰用のセラミ
ックスプレートに関する。
冷却ドラムを両側から挟み湯溜り部を構成するサイド堰
には、ステンレス、鋼などに対して高い耐食性、ドラム
との摺動に対して高い耐摩耗性、注湯時の熱衝撃に対す
る高い耐熱衝撃性、及び、地金の付着を抑制するための
低い熱伝導性が望まれる。
O3+C系、Si3N4系、BN系、Sialon系、AlN
系、TiB2 系、TiN系、及び、これらを組合せたS
i3N4+BN系、Si3N4+AlN+BN系、Sialon+
BN系、Sialon+AlN+BN系、Sialon+TiB2+
BN系、Sialon+TiN+BN系、などが用いられてき
たが、いずれもサイド堰として高寿命といえるものでは
なかった。
い耐食性と耐熱衝撃性を示すが、ドラムとの摺動面が荒
れ易く、溶湯シール性に劣る問題があった。また、Si
3N4系、Sialon系、AlN系、TiB2 系、TiN系
は、溶湯浸透には高い抵抗を示すが、耐食性に劣る問題
があった。また、耐熱衝撃性に劣るため、単身では急速
加熱、急速冷却で割れやすい。
の、柔らかいために耐摩耗性に劣り、また、素材の高熱
伝導性により、地金がプレートに付着しやすく、安定的
な連続鋳造を妨げる等の問題があった。
2 系、TiN系にBN系を組合せた場合では、それぞれ
単独な場合に比べて、耐熱衝撃性、耐磨耗性の改善がみ
られる場合があるが、耐食性に劣る問題点は残ってい
た。
各種セラミックス材では、高い耐食性、高い耐摩耗性、
高い耐熱衝撃性、低い熱伝導率をいずれも満足するに至
っていないため、構造部材としての信頼性に欠ける問題
点があった。
性、高い耐熱衝撃性、低い熱伝導率のいずれをも満足す
る双ドラム式薄板連続鋳造用サイド堰のセラミックスプ
レートを提供することにある。
連続鋳造用サイド堰のセラミックスプレートは、その構
成相が、REAG相10〜90体積%、Sialon相5〜5
0体積%、及び、BN相5〜50体積%、又は、REA
G相10〜90体積%、Sialon相5〜50体積%、BN
相5〜50体積%、及び、非晶質相0超〜20体積%で
ある。
相、ErAG相、YbAG相、DyAG相から選ばれる
少なくとも一種の希土類アルミニウムガーネット相から
なり、また、Sialon相が、化学式Si6-ZAlZOZN8-Z
におけるZの範囲0.05〜1.9からなることを特徴
とし、さらに好ましくは、相対密度が80%以上である
ことを特徴とするものである。
REAG相+Sialon相+BN相(+非晶質相)からなる
セラミックスプレートで、それぞれの相の比率を所定の
範囲で制御することにより、高い耐食性、高い耐摩耗
性、高い耐熱衝撃性、低い熱伝導率のいずれをも満足す
るセラミックスプレートを提供できることを見出した。
E2O3と酸化アルミニウムAl2O3とが3RE2O3・5
Al2O3の比で化合した高融点化合物である。本発明に
おけるREAG相としては、YAG相、ErAG相、Y
bAG相、DyAG相から選ばれる少なくとも一種の希
土類アルミニウムガーネット相であり、複数の希土類ア
ルミニウムガーネット相が任意の割合で組み合わさって
もかまわない。
Al2O3、ErAG相は3Er2O3・5Al2O3、Yb
AG相は3Yb2O3・5Al2O3、DyAG相は3Dy
2O3・5Al2O3である。
ス、鋼の溶湯との接触において極めて安定で、接触界面
においても反応生成物を作りにくいことを見出した。
セラミックス中に単独で存在する場合には、溶湯中のF
e2O3と反応し、3RE2O3・5Fe2O3の希土類鉄ガ
ーネットを形成しつつ、侵食が進行するのに対し、予め
希土類酸化物を安定なREAG相として形成しておくこ
とにより、Fe2O3との反応を抑制することに起因する
と推察される。
相は、REAG相10〜90体積%、Sialon相5〜50
体積%、BN相5〜50体積%、非晶質相0〜20体積
%の範囲からなるが、REAG相が10体積%未満で
は、十分な耐食性が得られない。
強度特性が低く、かつ、高い耐熱衝撃性が得られず、5
0体積%を超えると高い耐食性が得られない。さらに、
本発明におけるSialon相は、化学式Si6-ZAlZOZN
8-ZにおけるZの範囲が0.05〜1.9であることが
好ましいが、Zが0.05より小さいと高い耐食性が得
られない恐れがあり、また、Zが1.9を超えると十分
な耐熱衝撃性が得られない恐れがある。より好ましく
は、Zが0.1〜1.5の範囲である。
加することが好ましく、5体積%未満では十分に耐熱衝
撃性を確保できないことから、5体積%以上添加するこ
とが望ましい。しかし、50体積%を超えると、著しい
硬度の低下を招き耐磨耗性が低下するとともに、熱伝導
率が高くなり、地金の付着が見られるようになる。
に望ましくは、15〜40体積%の範囲で添加すること
が好ましい。BN相の結晶構造の形態としては、高い耐
磨耗性を得るためには、六方晶型のh−BN相を用いる
ことが好ましいが、乱相構造型のt−BN相を用いても
かまわない。
が、20体積%を超えると耐食性及び高温強度が低下す
る場合があり、0超〜20体積%の範囲であることが好
ましい。また、非晶質相の構成元素としては、希土類元
素、アルミニウム、珪素、酸素、窒素からなることが好
ましいが、不可避的不純物が若干量含まれてもかまわな
い。
ートは、その相対密度が80%以上であることが好まし
い。80%未満では、十分な耐磨耗性と耐食性が得られ
ない。より好ましくは90%以上である。
G相は、所定の体積比となるように調製された化合物の
混合粉からなる成形体を焼結過程で反応させ、合成する
ことが可能である。また、成形・焼結の前に、あらかじ
め粉末の状態で混合・仮焼・粉砕処理、もしくは、混合
粉末の電融処理などによりREAG相粉末を合成してお
いても構わない。
末、Er2O3粉末、Yb2O3粉末、Dy2O3粉末、Al
2O3粉末、Si3N4粉末、BN粉末などが利用可能であ
る。用いる各々の原料粉末の粒径は0.2〜5μm程度
が焼結性の観点から好ましい。
P法、鋳込成形法、射出成形法の何れを用いてもかまわ
ない。
法、ホットプレス法、HIP法の何れを用いてもかまわ
ない。焼結中の原料粉末の酸化を抑制するため、窒素ガ
ス、アルゴンガス等の不活性ガス中で焼成することが好
ましい。焼結温度が1650℃〜1800℃の範囲であ
ると所期の物性が得られやすい。
トは、その構成相が、REAG相10〜90体積%、Si
alon相5〜50体積%、BN相5〜50体積%、非晶質
相0〜20体積%であり、REAG相としては、YAG
相、ErAG相、YbAG相、DyAG相から選ばれる
少なくとも一種の希土類アルミニウムガーネット相から
なることを特徴とし、また、Sialon相が、化学式Si
6-ZAlZOZN8-ZにおけるZの範囲0.05〜1.9か
らなることを特徴とし、さらに好ましくは相対密度が8
0%以上であるが、これらの組み合わせの結果として、
双ドラム式連続鋳造用サイド堰のセラミックスプレート
として使用する際に、高い耐食性、高い耐摩耗性、高い
耐熱衝撃性、低い熱伝導率を有する熱的機械的化学的安
定性に優れるセラミックスプレートを得るという本課題
を解決することができた。
ト及び比較例の構成相、各種物性値、そして鋳造結果
を、表1及び表2に示す。
r2O3粉末、Yb2O3粉末、Dy2O3粉末、Al2O3粉
末、Si3N4粉末、BN粉末からなる原料を所定量混合
し、140MPaの圧力でCIP成形の後、窒素ガス中
1750℃×4hrの条件で焼結され、厚さ20mmの
板状体として得られた。得られた板状体から所定の形状
のセラミックスプレートを加工してサイド堰部材として
用いた。
により結晶構造の同定を行い、結晶相を調べた。構成相
の体積割合は透過型電子顕微鏡で組織観察し、各々の相
の面積率で決定した。
磨面の光学顕微鏡による気孔率の測定から求めた。
550℃のSUS304ステンレス溶鋼中に試験片を浸
漬し、浸食速度を測定した。耐磨耗性は、950℃の熱
間でテストドラムを押付け圧4.5kg/cm2にて摺
動させ、比摩耗量を測定した。耐熱衝撃性は、所定の温
度に保持した試験片を急激に水中に投下し、強度低下が
起こらない上限の保持温度で表す水中急冷温度差ΔTを
測定した。さらに、熱伝導率はレーザーフラッシュ法に
て800℃での熱伝導率を測定した。
する斜視図である。基本的に、1対の冷却ドラム1a、
1b(例えば、銅合金)とサイド堰2a、2bとからな
り、冷却ドラム間の湯溜まり部の溶融金属3を回転する
冷却ドラム1a,1bで冷却固化し、広幅薄肉鋳片4を
連続的に得るものである。
端部から漏らさないように、油圧式アクチュエーターか
らなる押圧機構により両側から冷却ドラムの端面に押し
付けて使用する。
各サイド堰の枠体を形成するサイド堰ケース6(例え
ば、SS400製)には、不定形耐火物(例えば、フュ
ーズドSiO2質)からなる断熱材7がそれぞれ収容さ
れており、その不定形耐火物7にはベース部材8(例え
ば、高アルミナ質のレンガ)が植設されている。ベース
部材8の冷却ドラムの周縁部(フランジ部)と対面する
部位には、複数のセラミックスプレート9(図では17
枚)が接着されている。
ラム式薄板連続鋳造機及びサイド堰を用い、SUS30
4ステンレス鋼の鋳造を行い、溶湯温度1550℃、サ
イド堰の水冷ドラム摺動面への押圧面圧0.2MPa、
水冷ドラム摺動面に対するセラミックスプレートの摺動
速度1m/sの条件にて、幅1330mm、厚さ4mm
の広幅薄肉鋳片を2時間連続鋳造した。なお、鋳造に先
立ちサイド堰枠体内に内臓のSiCヒーター(図示略)
により予熱処理を施してから鋳造を開始した。
AlN相50体積%からなるセラミックスプレート、B
N相20体積%+ Si3N4相80体積%からなるセラ
ミックスプレートも用いた。これらのセラミックスプレ
ートについての物性および鋳造試験結果を表1及び表2
に示す。
G相、Sialon相(Z=0.05〜1.9の範囲以内)お
よびBN相が存在し、かつ、比較例に比べて耐溶鋼侵食
速度が0.2mm/hr以下と小さく、摺動試験の比摩
耗量が2.5μm/mと少なく、水中急冷温度差が45
0℃以上と大きく、さらに、熱伝導率が9W/(m・
K)以下と小さいことがわかる。
いても、2時間にわたって溶湯漏れの発生はなく、形状
の良好な鋳片を安定的に鋳造することができた。これに
対して、比較例のセラミックスプレートを用いた鋳造試
験では、冷却ドラムの両端部とサイド堰との摺動面から
溶鋼が漏れ出すことが多く、サイド堰が短時間でその機
能を失い、鋳造の続行が不可能になった。
性、高い耐熱衝撃性、低い熱伝導率のいずれをも満足す
る双ドラム式薄板連続鋳造用サイド堰のセラミックスプ
レートを提供することが可能となり、その工業的有用性
は非常に大きい。
Claims (5)
- 【請求項1】 双ドラム式薄板連続鋳造用サイド堰に用
いるセラミックスプレートであって、該セラミックスプ
レートの構成相が、REAG相10〜90体積%、Sial
on相5〜50体積%、及び、BN相5〜50体積%であ
ることを特徴とする双ドラム式薄板連続鋳造用サイド堰
セラミックスプレート。 - 【請求項2】 双ドラム式薄板連続鋳造用サイド堰に用
いるセラミックスプレートであって、該セラミックスプ
レートの構成相が、REAG相10〜90体積%、Sial
on相5〜50体積%、BN相5〜50体積%、及び、非
晶質相0超〜20体積%であることを特徴とする双ドラ
ム式薄板連続鋳造用サイド堰セラミックスプレート。 - 【請求項3】 前記REAG相が、YAG相、ErAG
相、YbAG相、DyAG相から選ばれる少なくとも一
種の希土類アルミニウムガーネット相からなることを特
徴とする請求項1又は2に記載の双ドラム式薄板連続鋳
造用サイド堰セラミックスプレート。 - 【請求項4】 前記Sialon相が、化学式Si6-ZAlZO
ZN8-ZにおけるZの範囲が0.05〜1.9であること
を特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の双ド
ラム式薄板連続鋳造用サイド堰セラミックスプレート。 - 【請求項5】 前記セラミックスプレートの相対密度が
80%以上であることを特徴とする請求項1〜4のいず
れか1項に記載の双ドラム式薄板連続鋳造用サイド堰セ
ラミックスプレート。
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