JP2004017136A

JP2004017136A - スライディングノズル用プレート耐火物

Info

Publication number: JP2004017136A
Application number: JP2002179675A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Uchida; 内田　茂樹; I Hayashi; 林　▲韋▼; Takeshi Izaiku; 居細工　剛; Manabu Kakazu; 嘉数　学
Original assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Current assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】本発明の目的は、高酸素鋼のような特殊鋼に対して充分な耐用性を有するスライディングノズル用プレート耐火物を提供することにある。
【解決手段】本発明のスライディングノズル用プレート耐火物は、窒化硼素と金属アルミニウムの質量比が０．０５〜１０、窒化硼素と金属アルミニウムの合計量が１〜１５質量％、カーボンが５質量％以下、アルミナが６５質量％以上、その他成分が０〜１５質量％である化学組成を有し、２００〜７５０℃の範囲内の温度で熱処理されていることを特徴とする。
【選択図】　　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼の連続鋳造に使用するためのスライディングノズル用プレート耐火物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼の連続鋳造において、溶鋼の流量を制御するためにスライディングノズル用プレート耐火物が使用されている。プレート耐火物として、高温焼成のセラミックスボンド高アルミナ質耐火物を使用すると、プレート耐火物の耐熱衝撃性が悪くなるため、使用中に割れる恐れがある。それ故、通常、プレート耐火物にはカーボンが添加されており、現在、アルミナ−カーボン質プレート耐火物が広く使用されている。アルミナ−カーボン質は、原料が安く、成形性も良く、更に、大量生産される一般鋼種に対して耐用性が高いためである。
【０００３】
ここで、高アルミナ質耐火物にカーボンを存在させると、プレート耐火物の熱膨張率を低下させることができる。また、アルミナ−カーボン質プレート耐火物中のアルミナ粒子間の結合は、セラミックスボンドではなく、カーボンボンドとなる。しかし、鋼中の酸素濃度が５０ｐｐｍ以上の高酸素鋼のような特殊鋼の鋳造に際しては、アルミナ−カーボン質プレート耐火物の稼働面中のカーボンは、溶鋼中の酸素により酸化され易い。カーボンが一酸化炭素に酸化されると、アルミナ−カーボン質プレート耐火物の稼働面に深い脱炭層が生じる。この脱炭層は、カーボンの消失でアルミナ粒子間の結合がなくなり、溶鋼流れにより容易に摩耗される。また、摩耗されていない部分があっても、カーボンの消失によって脱炭層の組織が多孔質となり、溶鋼からのスラグがその内部へ浸透し易くなる。スラグが浸透すると、プレート耐火物の表面と内部の両面からアルミナ粒子が溶解するため溶損され易くなる。即ち、高酸素鋼などの特殊鋼に対しては、溶鋼とプレート耐火物の反応に起因して、その耐用性が大きく低下する。
【０００４】
この問題を解決するため、特開昭５９−１９０２５２号公報には、耐火性骨材８０〜９７重量部（質量部）および炭素２０〜３重量部（質量部）を含有する耐火組成物１００部に対して窒化硼素を０．５〜２０部添加混合成形してなる、スライディングノズル用プレートれんがが提案されている。窒化硼素は、カーボンと同様に、プレート耐火物の熱膨張率を低減させる原料であり、また、カーボンより溶鋼中の酸素に酸化され難い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、該公報に開示されているスライディングノズル用プレートれんがは、高酸素鋼のような特殊鋼の連続鋳造に際しては耐用性が不充分である。
【０００６】
従って、本発明の目的は、高酸素鋼のような特殊鋼に対して充分な耐用性を有するスライディングノズル用プレート耐火物を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明のスライディングノズル用プレート耐火物は、窒化硼素と金属アルミニウムの質量比が０．０５〜１０、窒化硼素と金属アルミニウムの合計量が１〜１５質量％、カーボンが５質量％以下、アルミナが６５質量％以上、その他成分が０〜１５質量％である化学組成を有し、２００〜７５０℃の範囲内の温度で熱処理されていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明のスライディングノズル用プレート耐火物は、窒化硼素と金属アルミニウムを所定の質量比並びに合計量で含有するところに第１の特徴がある。ここで、アルミナ−カーボン質プレート耐火物に、窒化硼素と共に金属アルミニウムを添加することにより、窒化硼素は更に酸化され難くなる。その理由は、次のようである。即ち、▲１▼１４５０〜１６００℃の溶鋼がプレート耐火物を通ると、金属アルミニウムが熱を受けて一部が気化し、プレート耐火物表面中の気孔へ分散すると共にそこで極微細なアルミナ粒を生成する。また、プレート耐火物表面において、少量の窒化硼素も酸化され、酸化窒素ガスと共に酸化硼素を生成する。酸化硼素は、酸化窒素ガスの飛散に伴ってプレート耐火物表面中の気孔へ分散する；▲２▼気孔中において、極微細なアルミナ粒と酸化硼素が反応し、アルミナと酸化硼素からなる低融点のガラス相を生成する；▲３▼該ガラス相がプレート耐火物表面中の気孔を充填して、プレート耐火物内部での窒化硼素の酸化を抑制する。
【０００９】
本発明のスライディングノズル用プレート耐火物において、窒化硼素と金属アルミニウムの質量比は０．０５〜１０の範囲内、好ましくは０．５〜８の範囲内である。窒化硼素と金属アルミニウムの質量比が０．０５未満であると、プレート耐火物表面で生成するガラス相中の酸化硼素の濃度が低くなり過ぎたり、アルミナの濃度が高くなり過ぎるため、ガラス相の気孔充填効率が悪く、内部で窒化硼素が酸化され易くなるために好ましくない。また、窒化硼素と金属アルミニウムの質量比が１０を超えると、ガラス相中の酸化硼素の濃度が高くなり過ぎたり、アルミナの濃度が低くなり過ぎるため、同様にガラス相の気孔充填効果が悪く、内部で窒化硼素が酸化され易くなるために好ましくない。
【００１０】
また、本発明のスライディングノズル用プレート耐火物において、窒化硼素と金属アルミニウムの合計量は１〜１５質量％、好ましくは３〜１２質量％の範囲内である。窒化硼素と金属アルミニウムの合計量が１質量％未満であると、窒化硼素及び金属アルミニウムの添加効果が小さく、プレート耐火物が割れたり、窒化硼素が酸化される恐れがあるために好ましくない。また、該合計量が１５質量％を超えると、プレート耐火物の強度が弱くなったり、耐火度が低くなったりして、プレート耐火物の基本的機能がなくなったり、生成するガラス相の量が多くなり過ぎて、プレート耐火物の高酸素鋼のような特殊鋼に対する耐食性が低下するために好ましくない。
【００１１】
更に、本発明のスライディングノズル用プレート耐火物においては、適量のカーボンを含有することもできる。例えば、プレート耐火物を製造する際に、まず各種原料を均一に混練する必要がある。原料の混練性を上げるためにカーボンを適量配合することができる。また、プレート耐火物の成形にはバインダーを添加する必要がある。更に、プレート耐火物を緻密化するために、慣用のピッチ含浸処理を施すこともある。本発明のスライディングノズル用プレート耐火物においては、後述の熱処理後に、上述のように添加されたバインダーや含浸処理に伴うピッチがカーボンの状態で残存することがある。従って、本発明のスライディングノズル用プレート耐火物においては、原料として配合されるカーボン、バインダーやピッチ含浸処理に伴うカーボンの合計量を５質量％以下、好ましくは３質量％以下にすることが望ましい。カーボンの量が５質量％を超えると、前記したようなカーボンの酸化に起因するプレート耐火物の損傷が著しくなるために好ましくない。なお、カーボン原料としては、黒鉛などの結晶質のものや、カーボンブラックなどの非結晶質のものを使用することができる。
【００１２】
また、本発明のスライディングノズル用プレート耐火物において、骨材として、アルミナを６５質量％以上、好ましくは７５質量％以上使用することが望ましい。アルミナが６５質量％未満であると、プレート耐火物の耐食性が悪くなったり、コストが高くなったりするために好ましくない。
【００１３】
更に、本発明のスライディングノズル用プレート耐火物において、その他の成分として、アルミナ以外の酸化物（例えば、シリカ、マグネシア、ジルコニアなど）及び非酸化物（例えば、窒化物、硼化物、炭化物、金属アルミニウム以外の金属など）を含有することができるが、そられの含有量の合計量は、１５質量％以下、好ましくは１０質量％以下とすることが望ましい。該合計量が１５質量％を超えると、プレート耐火物の耐食性が悪くなったり、コストが高くなったりするために好ましくない。
【００１４】
また、本発明のスライディングノズル用プレート耐火物は、２００〜７５０℃の範囲内の温度で熱処理されているところに第２の特徴がある。即ち、本発明のスライディングノズル用プレート耐火物においては、原料混合物を混練し、成形した後の熱処理を行う際の温度の制御が非常に重要となる。熱処理は、所定の形状に成形した後のプレート耐火物の強度を上げるために行われるものであり、熱処理温度は、２００〜７５０℃、好ましくは３５０〜７００℃の範囲内にすることが望ましい。熱処理温度が７５０℃を超えると、窒化硼素が酸素（気孔中の空気及び雰囲気中の酸素）により酸化され、生成物の酸化窒素及び酸化硼素が雰囲気へ飛散してしまう恐れがあるために好ましくない。また、金属アルミニウムが気化して雰囲気へ飛散してしまう恐れもある。更に、熱処理温度が２００℃未満であると、プレート耐火物の強度が小さ過ぎるために好ましくない。
【００１５】
熱処理の雰囲気は、熱処理の温度が２００〜４００℃の範囲であれば、大気雰囲気でも良いし、窒素などの非酸化雰囲気でも良いが、コスト低減のために、大気雰囲気で行なうことが好ましい。これは、この範囲の温度では、プレート耐火物が大気雰囲気中の酸素により酸化され難いためである。また、熱処理の温度が４００〜７５０℃の範囲の場合には、窒素などの非酸化雰囲気で行なうことが望ましい。これは、この範囲の温度では、プレート耐火物が大気雰囲気中の酸素により酸化される恐れがあるためである。なお、コスト低減のために、酸素分圧が１０^−７〜１０^−１０気圧の工業用窒素などの非酸化ガスを使用することもできる。これは、４００〜７５０℃の温度範囲で、この程度の酸素が雰囲気中に含まれていても、プレート耐火物が雰囲気中の酸素により酸化され難いためである。
【００１６】
また、熱処理の時間は、プレート耐火物の大きさによって異なるが、通常０．５〜５０時間、好ましくは３〜２０時間の範囲内である。熱処理の時間が０．５時間未満であると、熱処理の効果（プレート耐火物の強度向上）が小さいために好ましくない。また、熱処理の時間が５０時間を超えても、プレート耐火物の強度は余り向上せず、逆にコストが上昇するために好ましくない。
【００１７】
なお、原料の混練時には、バインダーを添加することができる。バインダーとしては、例えば、フェノール樹脂などを使用することができる。また、成形時の成形圧力は特に限定されるものではないが、０．５〜３トン／ｃｍ^２程度である。
【００１８】
なお、本発明のスライディングノズル用プレート耐火物は、一体型（プレート耐火物の全体に上記プレート耐火物を適用するタイプ）であっても、リング型（プレート耐火物の溶鋼と接する部分の全体または一部に上記プレート耐火物を適用するタイプ）であってもよい。
【００１９】
更に、本発明のスライディングノズル用プレート耐火物は、上記熱処理の前に、必要に応じて慣用のピッチまたはタール含浸処理を行うこともできる。また、熱処理後のスライディングノズル用プレート耐火物に、必要に応じて慣用のピッチまたはタール含浸処理を施すこともできる。含浸処理は、予め１００〜４００℃の範囲の所定の温度に設定されたピッチまたはタールの溶融槽中に、熱処理前または熱処理後のスライディングノズル用プレート耐火物を投入することによって行なうことができ、投入前に、スライディングノズル用プレート耐火物中の空気を除くために脱気処理を施すこともできる。また、含浸工程と熱処理工程を複数回反復して行なうこともできる。
【００２０】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明のスライディングノズル用プレート耐火物を更に説明する。
実施例
以下の表１及び２に記載する化学組成を有するプレート耐火物を作製した。なお、プレート耐火物は全て一体型であり、１．５トン／ｃｍ^２の成形圧力で所定の形状に成形したものである。また、成形用の原料混練物には、バインダーとして外掛で３質量％のフェノール樹脂を使用した。更に、得られた成形体にはピッチ含浸処理を施した。また、熱処理の雰囲気は何れも窒素雰囲気であり、熱処理は５時間にわたり行なわれた。
【００２１】
【表１】

【００２２】
【表２】

【００２３】
上記表１及び２において、化学成分は、熱処理後のプレート耐火物のものであり、バインダー及びピッチ含浸処理に由来するカーボンも含む値である。
また、プレート溶損量は、上述のプレート耐火物をプレートとして使用し、酸素濃度１３０ｐｐｍの高酸素鋼（Ｃ：０．００３％、Ｓｉ：０．１％、Ｍｎ：０．３％、Ｐ：０．００８％、Ｓ：０．０１％、Ｔ［Ｏ］：１３０ｐｐｍ）９００トンを通過させ、使用前と使用後のプレートの孔径の変化量を（ｍｍ）として測定したものである。
【００２４】
表１及び２に示す結果から、比較品に比べて本発明のプレート耐火物は、溶損量が少なく、耐食性が高いことが判る。それによって、プレートを長時間使用することが可能となり、製鋼コストを大幅に低減することができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明のスライディングノズル用プレート耐火物によれば、プレートの使用寿命を延長することができ、製鋼コストを大幅に低減することが可能となる。

Claims

窒化硼素と金属アルミニウムの質量比が０．０５〜１０、窒化硼素と金属アルミニウムの合計量が１〜１５質量％、カーボンが５質量％以下、アルミナが６５質量％以上、その他成分が０〜１５質量％である化学組成を有し、２００〜７５０℃の範囲内の温度で熱処理されていることを特徴とするスライディングノズル用プレート耐火物。