JP2006110614A

JP2006110614A - スライディングノズル用プレート耐火物

Info

Publication number: JP2006110614A
Application number: JP2004302910A
Authority: JP
Inventors: Masanori Ogata; 昌徳小形; Koji Moriwaki; 宏治森脇; Shinichi Fujino; 真一藤野
Original assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Current assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Priority date: 2004-10-18
Filing date: 2004-10-18
Publication date: 2006-04-27

Abstract

【課題】本発明の目的は、耐摩耗性を改良し、耐用を向上させた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】本発明は、少なくとも１種の耐火原料；金属、炭化物及び窒化物からなる群から選択された少なくとも１種の成分；及び微細カーボン原料より構成されるスライディングノズル用プレート耐火物において、微細カーボン原料が２０〜５００ｎｍの範囲内の平均粒子径を有する２種以上より構成され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にある。
【選択図】図１

Description

本発明は、製鉄業において、取鍋やタンディッシュ等の溶鋼用容器で、溶鋼排出時の流量制御に用いるスライデングノズル用プレート耐火物に関する。

スライデングノズル用プレート耐火物は、取鍋やタンディッシュ等の溶鋼用容器から溶鋼を排出する際の流量制御に用いられる。スライデングノズル用プレート耐火物は孔を有し、その孔の中を溶鋼が流れるため、溶鋼が流れる時の熱衝撃や、溶鋼の流れによる摩耗に晒されるなどの苛酷な条件で使用される。そのため、耐溶損性、耐摩耗性及び耐スポーリング性が具備特性として必要とされる。スライデングノズル用プレート耐火物に必要とされるこれらの具備特性のうち、耐摩耗性を向上させるためには強度特性を改良して溶鋼が当たる面を強化することが有効である。溶鋼によるプレート耐火物の摩耗損傷は、緻密で強度が大きい粗粒骨材よりも、微粉原料から構成されるために気孔が多くて強度に劣るマトリックス部が先行して損傷する。よって、スライデングノズル用プレート耐火物の耐摩耗性を向上させるためには微粉原料から構成されるマトリックス部の改良が不可欠である。

通常のスライデングノズル用プレート耐火物のマトリックス部は、一般にアルミナなどの酸化物の微粉原料、微粉のカーボン原料、及び酸化防止や強度付与目的で添加されるＳｉ等の金属、炭化物及び窒化物等から構成される。耐摩耗性を向上させるためには、マトリックス部の強度を向上させることが有効であるため、金属添加量を増加して強度を向上させる方法が公知の技術としてある。

しかしながら、スライディングノズル用プレート耐火物は高温の溶鋼と接するので、熱衝撃に対する耐スポーリング性も要求される。金属添加量の増加は、耐スポーリング性には悪影響を及ぼすため、耐用向上には有効な方法ではない。また、マトリックス部を緻密化して強度を向上させる方法も有効である。マトリックス部の緻密化のためには、粒度構成の調整が重要であり、スライディングノズル用プレート耐火物の製造においては、粗粒から微粉の粒度構成の最適化が行われている。

例えば、特許文献１には、それぞれＳＫ２０番以上の耐火度を有する酸化物、炭化物、窒化物若しくは硼化物の１種又は２種以上と珪素粉末より成るスライディングノズルプレート用配合バッチに平均粒子径１００ｍμ以下、平均比表面積５０ｍ^２／ｇ以上のカーボンブラックを０．２〜１５重量％（質量％）添加し、有機質バインダーを用いて均一に混合した後、還元焼成することを特徴とするスライディングノズル用耐火物の製造方法が開示されている。

また、特許文献２には、（ａ）アルミナを９０ｗｔ％（質量％）以上含有する原料を５０〜９０ｗｔ％（質量％）、（ｂ）１０００℃における熱膨張係数が８×１０^−６以下であるＡｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系、Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２系及びＡｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＺｒＯ_２系原料から選ばれた１種又は２種以上が３０ｗｔ％（質量％）以下、（ｃ）ＢＥＴ比表面積が５０ｍ^２／ｇ以上であるカーボン粉末３〜８ｗｔ％（質量％）、（ｄ）Ｓｉを主成分とするＳｉ微粉末と（ｃ）成分以外のカーボン微粉末とを合計量で４〜１０ｗｔ％（質量％）、残部が他の耐火性物質からなる混合原料であって、前記アルミナ成分含有原料（ａ）において平均粒子径１μｍ以下であり、且つＢＥＴ比表面積が、３．０ｍ^２／ｇ以上である易焼結性の微粉アルミナ原料を５〜２０ｗｔ％（質量％）含んでなる組成物を用意し、その組成物に対してバインダーを添加して、混練、成形を行い、得られた成形体を還元焼成することを特徴とするアルミナ−カーボン質スライディングノズル用プレート耐火物の製造方法が開示されている。

特公昭５８−２０９０１号公報特許請求の範囲特公平４−２１６２７号公報特許請求の範囲

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示されているスライディングノズル用耐火物の製造方法では、カーボンブラックなどの微細カーボンを使用することで、マトリックス部の緻密化による強度向上の効果は得られていない。

また、スライディングノズル用プレート耐火物に使用される微細カーボン原料において、平均粒子径が５００ｎｍ以下の微細カーボン原料の粒度構成についてはこれまで考慮されていなかった。

従って、本発明の目的は、耐摩耗性を改良し、耐用を向上させた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。

即ち、本発明は、少なくとも１種の耐火原料；金属、炭化物及び窒化物からなる群から選択された少なくとも１種の成分；及び微細カーボン原料より構成されるスライディングノズル用プレート耐火物において、微細カーボン原料が２０〜５００ｎｍの範囲内の平均粒子径を有する２種以上より構成され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にある。

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、耐火原料の配合量が７８〜９８．５質量％であり、金属、炭化物及び窒化物からなる群から選択された少なくとも１種の成分の配合量が０．５〜１０質量％であり、微細カーボン原料の配合量が１〜７質量％であることを特徴とする。

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、鱗状黒鉛、土状黒鉛、コークス粉、無煙炭及び粉末ピッチからなる群から選択される少なくとも１種の炭素原料を０．５〜５質量％の範囲内で含有してなることを特徴とする。

本発明のスライディングノズル用プレート耐火物は、平均粒子径が異なる２種類の微細カーボン原料を使用することで、スライディングノズル用プレート耐火物の成形時の充填性を向上させ、スライディングノズル用プレート耐火物の緻密化、高強度化を図ったものである。

スライディングノズル用プレート耐火物において、マトリックス部は微粉原料で構成されており、気孔が多いので、緻密な粗粒原料よりも強度が低く摩耗し易い。そのため、スライディングノズル用プレート耐火物の耐摩耗性を向上させるためには、マトリックス部の強度特性を改良する必要がある。一般に、スライディングノズル用プレート耐火物は、耐火骨材に液体バインダーを添加した後、混練し、得られた混練物を型枠内に投入してプレス機等で成形するという工程で製造する方法が一般的であり、必要に応じてタール・ピッチを含浸して製品としているものである。これらの製造工程のうち、耐火物成形時の充填性は製品となった時のマトリックス部の緻密性及び強度特性に影響を及ぼす。

本発明者らは、マトリックス部の気孔率を減少させ、スライディングノズル用プレート耐火物の組織を緻密化し、強度を向上させることにより、耐摩耗性を改良することについて検討を行った結果、スライディングノズル用プレート耐火物に、特定の平均粒子径の異なる２種類以上の微細カーボン原料を使用することにより、溶鋼浸潤の防止、耐食性向上、及び耐スポーリング性向上等といった効果をもつことに加えて、微粉の酸化物原料が多く含まれる練り土において、充填性を高める効果があることを見出したものである。

即ち、本発明のスライディングノズル用プレート耐火物は、平均粒子径が２０〜５００ｎｍの範囲内にある微細カーボン原料を用いることが好ましく、平均粒子径の異なる２種類以上の微細カーボン原料を配合するところに特徴がある。

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、平均粒子径の異なる２種以上の微細カーボン原料を併用することにより成形時の充填性の向上を指向するものであり、平均粒子径が２０ｎｍから５００ｎｍの範囲内にある微細カーボン原料を２種以上併用することが好ましい。微細カーボン原料はその製造方法によって平均粒子径範囲が限定されてしまい、本発明に必要な幅広い平均粒子径範囲の微細カーボン原料を得ることが困難である。そのため、平均粒子径の異なる２種類以上の微細カーボン原料を使用して幅広い平均粒子径範囲とする必要がある。なお、平均粒子径が小さすぎると分散性が低下し、大きすぎると充填性向上効果が低下するため微細カーボン原料の平均粒子径は２０〜５００ｎｍであることが好ましい。なお、２種類以上の微細カーボン原料を予め混合してから配合することもできる。

ここで、スライディングノズル用プレート耐火物の成形時における充填性の指標である成形後のかさ比重に対して、微細カーボン原料の配合の影響を図に示す。図１は、微細カーボン以外は同じ原料構成（アルミナ・ジルコニア原料を２０質量％、アルミナ原料を８０質量％、アルミナ・ジルコニア質原料とアルミナ原料の配合物１００質量％に対してフェノール樹脂を外掛で４質量％添加）で、表１に示す微細カーボン原料Ａ、微細カーボン原料Ｂ、微細カーボン原料Ｃをそれぞれ単独または１：１で併用して外掛で添加した混練物を、１トン／ｃｍ^２の圧力で１５０ｍｍ×７５ｍｍ×３０ｍｍの形状に成形した場合のかさ比重を、横軸に外掛で添加した微細カーボン添加量をとって表したものである。

図１から、微細カーボン原料を添加することによってかさ比重が増加しており、練り土の充填性が向上していることが判る。しかし、過剰に添加するとかさ比重は低下している。一方、平均粒子径の異なる２種類の微細カーボン原料を併用すると、同量の微細カーボン原料量で比較した場合に、微細カーボン原料Ａ、微細カーボン原料Ｂ、微細カーボン原料Ｃをそれぞれ単独で添加した場合と比較してかさ比重が大きくなっている。また、かさ比重が最大になる点が微細カーボン原料の添加量が多い方向に移動し、充填性を低下させることなく微細カーボン原料の添加量を増加できる効果もある。特に、平均粒子径が大きく異なる微細カーボン原料ＡとＢを併用した場合はかさ比重の効果向上が大きく現れていることが判る。

上述のように、微細カーボン原料の少量添加によって充填性が向上し、更に平均粒子径が異なる２種類の微細カーボン原料を併用することで、微細カーボン原料を単独で添加する場合よりも充填性が向上する理由は次のように考えられる。平均粒子径が５００ｎｍ以下の微細カーボン原料は、スライディングノズル用プレート耐火物のマトリックス部に含まれる他の酸化物微粉よりも微細であるため一種の潤滑材の役目を果たし、成形時の粒の滑り性を高め、充填性が向上される。しかし、過剰に添加すると、微細カーボン原料自体がうまく分散できず、充填性が低下するものと考えられる。平均粒子径が異なる２種類の微細カーボン原料を併用すると成形時の滑り性を高める効果の他に、平均粒子径が大きい微細カーボン原料の隙間を、平均粒子径が小さい微細カーボン原料が埋めることによる充填密度の向上効果があると考えられ、微細カーボン原料ＢとＣを併用した場合よりも微細カーボン原料ＡとＢを併用した場合は平均粒子径範囲がより広くなり、充填密度向上の効果が大きくなるのでかさ比重が向上しているものと考えられる。平均粒子径が異なる２種類の微細カーボン原料を併用することで練り土の滑り性が向上すると共に、成形時の充填密度が改善され、スライディングノズル用プレート耐火物の緻密化、高強度化が得られる。

微細カーボン原料の合計添加量は、１〜７質量％、好ましくは２〜６質量％の範囲内である。平均粒子径が異なる２種類以上の微細カーボン原料の合計添加量が７質量％を超えると、微細カーボン原料の分散性が悪くなるために高強度化の効果が発揮されず、また、該添加量が１質量％未満であると、充分に滑り性を向上できないため緻密化の効果が充分に発揮できない。なお、平均粒子径２００〜５００ｎｍの微細カーボン原料０．５〜６．５質量％と平均粒子径２０〜８０ｎｍの微細カーボン原料０．５〜６．５質量％を併用した場合には特に充填性向上の効果が大きくなる。併用する微細カーボン原料の一方の量が０．５質量％未満では、併用による充填性向上の効果は得ら難くなるために好ましくない。

添加する微細カーボン原料は、平均粒子径以外に特に限定されるものではなく、例えばチャンネルブラック、ファーネスブラック、サーマルブラック等のカーボンブラックを使用することができる。一般に、チャンネルブラックは非常に微細で、ファーネスブラック、サーマルブラックの順に平均粒子径が大きくなるので、適量を組合わせて添加することができる。

なお、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、上記微細カーボン原料に加えて、鱗状黒鉛、土状黒鉛、コークス粉、無煙炭、粉末ピッチ等の炭素原料を添加・配合することもできる。この場合、炭素原料の添加・配合量は、０．５〜５質量％、好ましくは１〜４質量％の範囲内である。ここで、炭素原料の添加・配合量が０．５質量％未満であると、これらの炭素原料の持つ効果が発現しないために好ましくなく、また、該添加・配合量が５質量％を超えると、マトリックス組織の緻密性が維持できなくなるため好ましくない。

本発明のスライディングノズル用プレート耐火物に使用する耐火原料は、特に限定されるものではなく、例えばアルミナ、スピネル、ジルコニア、アルミナ・ジルコニア、ジルコニア・ムライトなどの一般的な耐火原料の１種または２種以上を使用することができる。耐火原料の添加・配合量は、７８〜９８．５質量％、好ましくは８５〜９７質量％の範囲内である。ここで、耐火原料の添加・配合量が７８質量％未満であると、強度が低下するために好ましくなく、また、該添加・配合量が９８．５質量％を超えると、相対的に添加カーボン量が少なくなり、耐スポーリング性が低下するために好ましくない。

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使用する金属、炭化物及び窒化物からなる群から選択される１種または２種以上の成分は、特に限定されるものではなく、金属としては例えばＳｉ、ＡｌまたはＳｉ、Ａｌを含む合金類などを、炭化物として例えばＳｉＣ、Ｂ_４Ｃ、ＺｒＣなどを、窒化物として例えばＳｉ_３Ｎ_４、ＡｌＮ、ＢＮなどを挙げることができる。なお、これらの成分の添加・配合量は、０．５〜１０質量％、好ましくは０．５〜５質量％の範囲内である。ここで、これらの成分の添加・配合量が０．５質量％未満であると、添加効果が発現しないために好ましくなく、また、該添加・配合量が１０質量％を超えると、耐スポーリング性に悪影響を及ぼすために好ましくない。

本発明のスライディングノズル用プレート耐火物は、上述のような原料配合を有する配合物に、バインダーを添加、混練した後、得られた混練物を所定の形状に成形し、得られた成形物を乾燥、焼成することによって得ることができる。ここで、バインダーとしては例えばフェノール樹脂等を使用することができる。なお、バインダーの添加・配合量は配合物１００質量％に対して外掛で１〜６質量％、好ましくは２〜４質量％の範囲内である。また、焼成は、還元雰囲気中８００〜１６００℃、好ましくは１０００〜１５００℃の温度範囲で行われる。なお、焼成後、慣用の操作に従ってピッチ含浸処理を施しても良い。

表２に示す配合割合の原料配合物にバインダーとしてフェノール樹脂を加えて混練し、得られた混練物を１．５トン／ｃｍ^２の成形圧で２３０×１１４×６５ｍｍの寸法に成形した後、２００℃で１０時間乾燥し、次いで、コークスブリーズ中１５００℃で３時間焼成することにより供試体を得た。
得られた供試体の見掛気孔率、圧縮強さ、曲げ強さ及び耐摩耗性指数を表１に併記する。なお、耐摩耗性指数は、１１４×１１４×６５ｍｍに加工した供試体に、２００ｍｍ離れたノズルから０．５〜１．０ｍｍに粒度調整したアルミナ粒１．５ｋｇを０．３５ＭＰａの圧力で１分間吹付けて、供試体の摩耗量を測定したもので、比較品１を１００とした指数で表したものである。耐摩耗性指数は数値が小さい程良好であることを示す。

なお、表２中の微細カーボン原料Ａ〜Ｃは、上述の表１に記載のものである。

組成としては同じで粒度が異なる微細カーボン原料を使用した本発明品１と、１種類の微細カーボン原料を使用した比較品１を比較すると、本発明品１は見掛気孔率が低下し、緻密化していることが判る。また、曲げ強さや耐摩耗性指数も本発明品は比較品よりも良好な結果となっていることが判る。

本発明のスライディングノズル用プレート耐火物は、溶鋼用容器として使用される取鍋やタンディッシュ等の溶鋼排出時の流量制御に用いるスライディングノズル用プレート耐火物として好適に使用することができる。

スライディングノズル用プレート耐火物用の混練物を成形した後の微細カーボン原料の添加量（質量％）と成形体のかさ比重の関係を示すグラフである。

Claims

少なくとも１種の耐火原料；金属、炭化物及び窒化物からなる群から選択された少なくとも１種の成分；及び微細カーボン原料より構成されるスライディングノズル用プレート耐火物において、微細カーボン原料が２０〜５００ｎｍの範囲内の平均粒子径を有する２種以上より構成され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。
耐火原料の配合量が７８〜９８．５質量％であり、金属、炭化物及び窒化物からなる群から選択された少なくとも１種の成分の配合量が０．５〜１０質量％であり、微細カーボン原料の配合量が１〜７質量％である、請求項１記載のスライディングノズル用プレート耐火物。
鱗状黒鉛、土状黒鉛、コークス粉、無煙炭及び粉末ピッチからなる群から選択される少なくとも１種の炭素原料を０．５〜５質量％の範囲内で含有してなる、請求項１または２記載のスライディングノズル用プレート耐火物。