JP2007268561A - スライディングノズル装置用ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】耐食性と耐スポーリング性がともに良好で、耐用が長いスライディングノズル装置用ノズルを提供する。
【解決手段】
スライディングノズル装置用ノズルを、アルミナを９２〜３０質量％、クロミアを５〜５０質量％、ジルコニアを１０質量％以下を含むとともに、アルミナ、クロミア及びジルコニアの合計量が９０質量％以上の組成を有するように構成する。
【選択図】なし

Description

本発明は、耐食性と耐スポーリング性に優れたスライディングノズル装置用ノズルに関するものである。

スライディングノズル装置は、取鍋や連続鍛造のタンディッシュに設けられるとともに上部ノズル、下部ノズルと両ノズル間に配置されたプレートの３つの部分からなり、該プレートが直線摺動或いは回転摺動により、溶融金属の流量制御を行う装置として使用されている。特に、スライディングノズル装置は鉄鋼業において、溶鋼の流量制御装置として使用されている。

上記の上部ノズル及び下部ノズルは、従来は、ハイアルミナ質、アルミナ−Ｃ（カーボン）質の耐火物で形成されている。
ところで、例えば取鍋に設けられたスライディングノズル装置は、鋳造後には、必ず上部ノズル内孔とプレート内孔に付着した地金を除去するために酸素吹き付けによる酸素洗浄作業が行われている。

この酸素洗浄作業は、鉄製のランスパイプからの酸素吹き付けによって、上部ノズルに付着した地金を酸化させて発熱除去するものである。ところが、酸素洗浄によりハイアルミナ質、アルミナ−Ｃ質の上部ノズルが高熱に晒されるため、上部ノズルの内孔（ノズル孔）を著しく溶損し、ノズル孔が拡大する。

又、鋳造末期にスラグと上部ノズルの材質との反応により低融点化合物が生成し、溶損する問題もある。さらに、ノズルがアルミナ−Ｃ質で形成されている場合、ノズル中のＣ（カーボン）が酸素洗浄時に酸化され、組織が脆弱化して摩耗損傷する。

このように従来上部ノズルは、ノズル孔の溶損や、その溶損による拡大がネックとなり、その耐用が低いことが問題となっている。又、亀裂の発生と亀裂からの異常溶損で耐用が低下することが問題となっている。

又、下部ノズルにおいても、酸素洗浄の影響を受けて同様の問題を生ずる虞がある。
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、耐食性と耐スポーリング性がともに良好で、耐用が長いスライディングノズル装置用ノズルを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、アルミナを９２〜３０質量％、クロミアを５〜５０質量％、ジルコニアを１０質量％以下を含むとともに、アルミナ、クロミア及びジルコニアの合計量が９０質量％以上の組成を有することを特徴とするスライディングノズル装置用ノズルを要旨とするものである。

なお、本明細書において、単にノズルという場合は、スライディングノズル装置の上部ノズル及び下部ノズル含む意味である。
ここで、クロミア（Ｃｒ_２Ｏ_３）は、酸化雰囲気下で化学的に極めて安定で、スラグ成分と低融点の化合物を作らず、耐食性が高い。

又、クロミアはアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）に比較して融点が高く、耐食性に富むため、アルミナにクロミアを添加することによりノズル全体の耐火性が向上すると同時に、スラグ成分に対するアルミナの反応性も抑制され、耐食性が向上する。

アルミナ−クロミア−ジルコニア質は、ハイアルミナ質、アルミナ−Ｃ質に比べ熱膨張はほぼ変わらず、耐スポーリング性は良好である。従って、耐食性も耐スポーリング性ともに良好で、耐用が長い。

ジルコニアを１０質量％以下含むことにより、粒子間に微小なクラックを多く生じ熱応力を吸収する。したがって、このアルミナ、クロミア及びジルコニアの化学成分範囲において、耐熱スポーリング性が向上する。

特に、クロミア成分を多くする場合には、それに併せてジルコニア成分も多くすると、ジルコニア成分を入れない場合よりも耐スポーリング性を向上することができる。
又、本発明は、アルミナを９２〜３０質量％、クロミアを５〜５０質量％を含むとともに、アルミナ及びクロミアの合計量が９０質量％以上の組成を有することを特徴とするスライディングノズル装置用ノズルを要旨とするものである。

アルミナ−クロミア質は、ハイアルミナ質、アルミナ−Ｃ質に比べ熱膨張はやや大きくなるが、その差は僅少で耐スポーリング性に優れる。従って、耐食性、耐スポーリング性ともに良好で、耐用が長い。

この場合、ノズルは、焼成にて形成されている。焼成する場合は、上記アルミナ、クロミア、ジルコニアを主成分とする原料又はアルミナ、クロミアを主成分とする原料を上記割合で混合し、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂からなる有機バインダーを添加して、混練、成型、乾燥後、温度域が１４００〜１７００℃の酸化焼成で熱処理される。

又、ノズルは、不焼成にて形成されていてもよい。
この場合、上記アルミナ、クロミア、ジルコニアを主成分とする原料又はアルミナ、クロミアを主成分とする原料を上記割合で混合し、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂からなる有機バインダーを添加して、混練、成型後、温度域が１５０〜５００℃で乾燥される。

本発明によれば、耐食性及び耐スポーリング性ともに良好で、耐用を長くすることができる効果を奏する。

以下、本発明の実施形態を説明する。
本発明のスライディングノズル装置用ノズルは、アルミナ、クロミア、ジルコニアをそれぞれ主成分とする原料（又はアルミナとクロミアをそれぞれ主成分）、及びバインダーからなる成型体を、焼成、或いは不焼成により得られるれんがをベースとしている。

本発明では、ノズルの耐火性骨材として、アルミナ、クロミア、ジルコニアを主成分とするものを用いることにより、十分な耐食性を付与することができる。そのためには、アルミナを９２〜３０質量％を含むとともに、クロミアを５〜５０質量％含み、ジルコニアを１０質量％以下含み、三者の合計量が９０質量％以上の組成を有することが好ましい。三者の合計量が９０質量％以上あると、耐食性及び耐スポーリング性の両性質を同時に得ることが可能となる。

アルミナが３０質量％未満では、耐スポーリング性を付与することが難しくなり、９２質量％を越えると耐食性の向上が見られない。
クロミアは５質量％未満では耐食性が劣化し、５０質量％を越えると耐食性の向上はなくなるとともに、耐スポーリング性が劣化する。

又、ジルコニア（ＺｒＯ_２）を１０質量％以下含むことにより、粒子間に微小なクラックを多く生じ熱応力を吸収する。したがって、このアルミナ、クロミア及びジルコニアの化学成分範囲において、耐熱スポーリング性が向上する。

又、ノズルの耐火性骨材として、アルミナ、クロミアを主成分としても十分な耐食性を付与することができる。そのためには、アルミナを９２〜３０質量％を含むとともに、クロミアを５〜３０質量％含み、両者の合計量が９０質量％以上の組成を有することが好ましい。両者の合計量が９０質量％以上あると、耐食性及び耐スポーリング性の両性質を同時に得ることが可能となる。

アルミナが３０質量％未満では、耐食性を付与することが難しくなり、９２質量％を越えると耐スポーリング性の向上が見られない。
アルミナ、クロミアを主成分とした場合にもクロミアは５質量％未満では耐食性が劣化し、５０質量％を越えると耐食性の向上はなくなるとともに、耐スポーリング性が劣化する。

ここで、アルミナの原料は、Ａｌ_２Ｏ_３が９０数％以上の電融アルミナや焼結アルミナを挙げることができる。
又、クロミアの原料は、酸化クロム、クロミアとアルミナの共晶物を挙げることができる。又、ジルコニアの原料としては、ジルコニア−ムライトや、アルミナ−ジルコニア、ジルコニアを挙げることができる。

本実施形態のスライディングノズル装置用ノズルの製造は、下記のようにして行う。
アルミナ、クロミア、及びジルコニアの原料（又は、アルミナ及びクロミアの原料）を、上述した所定の割合で配合して混合物とする。なお、前記各原料は通常の耐火れんがの製造と同様にして粒度調整を行い、粗粒と中間粒と微粉の配合割合を適切に配合する。この混合物に適宜量の有機バインダー又は水を添加してミキサーで混練した後、金型によるプレス成型によってノズルの形状に成型する。成型時のプレス圧は３００〜８００ｋｇｆ／ｃｍ² で行われる。このようにして得られた成型物を８０〜１００℃で１日〜２日間乾燥した後、１５００〜１７００℃で５〜１０時間焼成して、スライディングノズル装置用ノズルを得る。

なお、不焼成でスライディングノズル用ノズルを製造する場合は、下記のように行う。
アルミナ、クロミア、及びジルコニアの原料（又は、アルミナ及びクロミアの原料）を、上述した所定の割合で配合して混合物とする。なお、前記各原料は通常の耐火れんがの製造と同様にして粒度調整を行い、粗粒と中間粒と微粉の配合割合を適切に配合する。この混合物に適宜量の有機バインダー又は水を添加してミキサーで混練したのち、金型によるプレス成型等によってノズルの形状に成型する。成型時のプレス圧は３００〜８００ｋｇｆ／ｃｍ² で行われる。このようにして得られた成型物を８０〜１００℃で１日〜２日間乾燥した後、１５０〜５００℃で乾燥して、スライディングノズル装置用ノズルを得る。

（試験）
以下に、実施例１〜７と比較例１〜５を挙げて説明する。
実施例１〜７及び比較例１〜５は、いずれも表１又は下記で説明する割合で配合し、ミキサーで混練し、オイルプレスにて１１６×６０×６５（ｍｍ）の断面等脚台形状にし、１００℃で２４時間乾燥後、１５００℃で５時間焼成することによって、後述する試験のための試験試料をつくった。これらの試験試料の評価を表１に示す。

なお、表１中、比較例１は、アルミナ−Ｃ質（化学成分（質量％）：Ａｌ_２Ｏ_３ ８５質量％、ＳｉＯ_２ ８質量％、Ｃ ５質量％、その他 ２質量％）の組成を持ち、不焼成で形成された従来品である。

又、表１中、その他は、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２等である。
（浸食試験及び耐スポーリング性の測定）
そして、試験試料の８個を上底側の矩形面の８面で八角柱状の凹部を形成するように組み合わせて固定し外観が八角柱状の試験体を構成して回転浸食試験を行った。なお、回転浸食試験装置は公知であるので、回転浸食試験の概略を説明する。すなわち、該試験体を横に倒した状態で、且つ、該試験体が底面に垂直な軸を中心として回転装置により一定方向に回転する状態にし、該試験体の凹部内に鋼を装入し、酸素バーナーを用いて１６００℃下で４時間回転させた。４時間経過後、前記試験体を各試験試料ごとにバラし、試験試料を、溶鋼が接触した面に直交して切断した。次に、溶鋼が接触した面の溶鋼による浸食部の浸食度合いを評価した。

耐食性の評価は、×、△、○、◎とした。
×は溶損量が9mm以上の場合、△は溶損量が７〜８mmの場合、○は溶損量が４〜５mmの場合、◎は溶損量が３mm以下の場合である。

なお、一般的に、テーブルテストを行う場合、溶損量７〜８mmの場合、耐食性は良好とされ、実炉においても使用できる試料とされている。又、溶損量が9mm以上あった試料は、耐食性がなく、実炉には向かないとの評価が行われる。従って、△、○、◎の評価がされた試料が耐食性が良好とされる。なお、表１の耐食性の評価では、説明の便宜上、良好の評価を△、○、◎で、ランク付けをし、この順に左から右に行くほど良好のランクが上がっている。

一方、耐スポーリング性の評価は、前記試験試料の割れの状態を、目視で評価した。耐スポーリング性の評価は、×、△、○、◎とした。
×は亀裂２本以上の場合、△は亀裂１本場合、○は微亀裂の場合、◎は亀裂無しの場合である。なお、一般的に、テーブルテストを行う場合、亀裂１本が入った試料があった場合、耐スポーリング性は良好とされ、実炉においても使用できる試料とされている。又、亀裂２本以上あった試料は、耐スポーリング性がなく、実炉には向かないとの評価が行われる。従って、△、○、◎の評価がされた試料が耐スポーリング性が良好とされる。なお、表１の耐スポーリング性の評価では、説明の便宜上、良好の評価を△、○、◎で、ランク付けをし、この順に左から右に行くほど良好のランクが上がっている。

総合評価は、耐食性、耐スポーリング性の少なくともいずれか一方の評価が×の場合を×とし、いずれか一方が△又は○で、他方が△又は○の場合を○とし、いずれか一方が◎で、他方が○又は◎の場合を◎とした。総合評価では、○と◎が、耐食性、耐スポーリング性がともに良好である旨を表している。

表１に示すように、実施例１，２は、ジルコニアを含まない例であるが、アルミナ９２質量％、クロミア５質量％において、耐食性、耐スポーリング性がともに良好であることが分かる。又、実施例２〜７はアルミナの配合率を徐々に減らし、その代わりに、クロミアやジルコニアを徐々にその配合率を増やすようにしている。これらの実施例においてもいずれも耐食性、耐スポーリング性が良好であることが分かる。

（耐用試験）
次に耐用試験を行った。耐用試験では、従来品（比較例１）と、実施例１〜７に示した配合割合の上部ノズルを３００ｔの取鍋に使用されるスライディングノズル装置用ノズルとして作成した。このノズルを図１に示す注湯系ノズルＮを構成するスライディングノズル装置に組み込みして、どれだけのチャージ回数（ＣＨ）で交換が必要かを試験した。

なお、図１に示す注湯系ノズルＮの構成を簡単に説明する。
注湯系ノズルＮは、取鍋Ｌの底部の開口部Ｌａに挿入されるとともに羽口レンガ４０の内孔４１に対して固定されたノズル孔１０ａを有する上部ノズル１０と、ノズル孔１０ａの下端開口側に流入口側が接続するスライディングノズル装置２０と、スライディングノズル装置２０の流出口側に流入口側が接続する下部ノズル３０を有する。

又、スライディングノズル装置２０は、取鍋Ｌの底部下面に対して金枠２３を介して取り付けされた上プレート２１と、該上プレート２１に対して密接された下プレート２２とを有する。

そして、スライディングノズル装置２０は、下プレート２２が水平方向に摺動されて流出孔２１ａ，２２ａを連通させる開放位置（図１参照）と、図示はしないが流出孔２１ａ，２２ａ間を遮断する閉鎖位置に位置することが可能とされている。そして、下プレート２２が開放位置に位置することにより各流出孔２１ａ、２２ａが連通されて溶鋼の流路を形成することができる。下部ノズル３０は、耐火レンガから形成されており、前記下プレート２２に一体に取付けされている。そして、下部ノズル３０は下プレート２２の流出孔２２ａと同軸に設けられた流出孔３０ａを有している。そして、下部ノズル３０は下プレート２２が移動した際には、下プレート２２と一体に移動する。

上記スライディングノズル装置２０を含む注湯系ノズルＮでは、鋳造時に下部ノズル３０が図１の開放位置に位置すると、取鍋Ｌから高温（溶鋼の場合、１６３０℃）の金属の溶湯が上部ノズル１０、スライディングノズル装置２０、下部ノズル３０及びロングノズルを介してタンデッシュ（ともに図示しない）に注がれる。

上記のような注湯系ノズルＮを構成した上で、上部ノズル１０を各例毎に１０本試験して、そのチャージ回数を測定した。
その結果、従来品である比較例１（アルミナ−Ｃ質）では、８〜９ＣＨで、交換する必要が生じた。

それに対して、実施例１〜７は交換までのチャージ回数は１２〜１３ＣＨであり、耐用が従来品よりも延びていることが分かった。
○前記実施例１〜７では、耐用試験において、上部ノズルに採用したが、下部ノズル３０に適用してもよい。

注湯系ノズルＮの断面図。

符号の説明

Ｎ…注湯系ノズル、２０…スライディングノズル装置、
１０…上部ノズル、３０…下部ノズル。

Claims (4)

1. アルミナを９２〜３０質量％、クロミアを５〜５０質量％、ジルコニアを１０質量％以下を含むとともに、アルミナ、クロミア及びジルコニアの合計量が９０質量％以上の組成を有することを特徴とするスライディングノズル装置用ノズル。
2. アルミナを９２〜３０質量％、クロミアを５〜５０質量％を含むとともに、アルミナ及びクロミアの合計量が９０質量％以上の組成を有することを特徴とするスライディングノズル装置用ノズル。
3. 焼成にて形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスライディングノズル装置用ノズル。
4. 不焼成にて形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスライディングノズル装置用ノズル。

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