JP2015193511A - Refractory for casting, nozzle for casting using the same and plate for sliding nozzle - Google Patents

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経一郎 赤峰
Keiichiro Akamine
経一郎 赤峰
善太 王丸
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善太 王丸
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for improving durability of a refractory used for long time use or many time repeating use such as a refractory for casting, especially a nozzle for casting or a plate for sliding nozzle.SOLUTION: There is provided a refractory for casting containing AlOC of 15 to 80 mass%, AlN of 0.5 to 20.0 mass% and the balance refractory components. The refractory for casting has a layer having thickness of 2 to 250 μm on a part or all of particle surface containing AlOC, and the layer has a different structure from particle inside containing AlOC excluding the layer and contains components of Al, N, O and C.

Description

本発明は、鋼の鋳造に使用される鋳造用耐火物、並びにその耐火物を使用した鋳造用ノズル、及び溶鋼の流量を制御するスライディングノズル装置(以下「SN装置」という。)に用いられるスライディングノズル用プレートに関する。   The present invention relates to a casting refractory used for casting steel, a casting nozzle using the refractory, and a sliding nozzle device (hereinafter referred to as “SN device”) for controlling the flow rate of molten steel. The present invention relates to a nozzle plate.

鋼の鋳造において、取鍋やタンディッシュ等の溶鋼容器から排出される溶鋼の流路たる鋳造用ノズル又は溶鋼の流量を制御するSN装置が使用される。このSN装置には2枚又は3枚の耐火物製のノズル孔を持つスライディングノズル用プレートが使用される。スライディングノズル用プレートは拘束された条件下、重ね合わせられ、さらに面圧が付加された状態で摺動され、ノズル孔の開度を調整することで溶鋼の流量が調整される。   In steel casting, a casting nozzle that is a flow path of molten steel discharged from a molten steel container such as a ladle or tundish, or an SN device that controls the flow rate of molten steel is used. The SN device uses a sliding nozzle plate having two or three refractory nozzle holes. The sliding nozzle plates are overlapped under a restrained condition, are slid with a surface pressure applied, and the flow rate of the molten steel is adjusted by adjusting the opening of the nozzle holes.

このことから、スライディングノズル用プレートには、拘束条件下での使用に耐えうる機械的強度、鋳造時の熱応力に対する耐熱衝撃性、溶鋼中の成分やスラグなどに対する耐食性、耐酸化性、さらには、稼動面となる摺動面が損耗を受ける「面荒れ」に対する「耐面荒れ性」などの特性が要求される。   From this, the sliding nozzle plate has mechanical strength that can withstand use under restraint conditions, thermal shock resistance against thermal stress during casting, corrosion resistance against components and slag in molten steel, oxidation resistance, and Further, characteristics such as “surface roughness resistance” against “surface roughness” in which the sliding surface serving as the operating surface is worn are required.

スライディングノズル用プレートには、一般的に、アルミナ−炭素質耐火物が使用されており、例えば耐熱衝撃性を向上させるために、低熱膨張率であるジルコニアムライトやアルミナジルコニア等の耐火原料が使用されている。また、耐食性を向上するためには、スラグと反応しにくい電融アルミナ等の高純度で緻密な原料の使用、さらに炭素の種類や炭素含有量の適正化等が実施されている。構造体としての強度を確保し、また摺動による耐摩耗性を向上するためには、使用する原料の粒度構成の適正化等により組織を緻密化し高強度化する、さらには摺動面の研磨精度を向上させるなどの手法が実施されている。さらには酸化防止並びに強度及び耐摩耗性向上にも有効な炭化珪素、炭化硼素、窒化アルミ等の非酸化物、シリコンやアルミニウムなどの金属が適宜用いられている。   Alumina-carbon refractories are generally used for sliding nozzle plates. For example, refractory materials such as zirconia mullite and alumina zirconia, which have a low thermal expansion coefficient, are used to improve thermal shock resistance. ing. In order to improve the corrosion resistance, the use of high-purity and dense raw materials such as fused alumina that does not easily react with slag, and the optimization of the type and content of carbon are being carried out. In order to ensure the strength of the structure and to improve the wear resistance due to sliding, the structure is made dense by increasing the particle size composition of the raw materials used, and the sliding surface is further polished. Techniques such as improving accuracy are being implemented. Furthermore, non-oxides such as silicon carbide, boron carbide, and aluminum nitride, which are effective for preventing oxidation and improving strength and wear resistance, and metals such as silicon and aluminum are appropriately used.

例えば特許文献1には、アルミナ−炭素質の耐火原料を主体とする系に、アルミニウム及び/又はアルミニウム合金を含有する耐火原料配合物に有機バインダーを添加して混練し、成形後、窒素ガス雰囲気にて1000℃以上1400℃以下で焼成する耐火物の製造方法において、少なくとも炉内雰囲気温度が300℃以上では窒素ガス雰囲気とし、しかも炉内雰囲気温度が1000℃以上では雰囲気中の酸素ガス濃度を100体積ppm以下かつ一酸化炭素ガス濃度と二酸化炭素ガス濃度の合計を1.0体積%以下に保持することを特徴とするスライディングノズル用プレート用の耐火物(以下「プレート耐火物」という。)の製造方法が開示されている。これによってプレート耐火物中に微細で均一な窒化アルミニウムが多く生成し、炭化アルミニウムの生成がもたらす消化による組織劣化を防止するとともに、炭素ボンドの酸化が抑制され、耐面荒れ性が向上することが示されている。   For example, in Patent Document 1, an organic binder is added and kneaded into a refractory raw material composition containing aluminum and / or an aluminum alloy in a system mainly composed of an alumina-carbonaceous refractory raw material, and after molding, a nitrogen gas atmosphere In the method for producing a refractory fired at 1000 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower, a nitrogen gas atmosphere is set at least when the furnace atmosphere temperature is 300 ° C. or higher, and the oxygen gas concentration in the atmosphere is set when the furnace atmosphere temperature is 1000 ° C. or higher. Refractory material for sliding nozzle plate (hereinafter referred to as “plate refractory material”) characterized by maintaining 100 ppm by volume or less and a total of carbon monoxide gas concentration and carbon dioxide gas concentration at 1.0 volume% or less. A manufacturing method is disclosed. This produces a lot of fine and uniform aluminum nitride in the plate refractory, which prevents the deterioration of the structure caused by digestion caused by the formation of aluminum carbide, suppresses the oxidation of carbon bonds, and improves the surface roughness resistance. Has been.

この特許文献1に開示されている従来技術では、AlNを耐火物のマトリックスに配置することにより、耐FeO性などの耐酸化性が付与されるとともに、耐食性も向上することから、摺動面の損傷の軽減が期待できる。しかしながら、アルミニウム及び/又はアルミニウム合金を出発原料としてAlNを生成した組織は、緻密で高強度であるが、弾性率も高くなり耐熱衝撃性を低減させる要因ともなる。   In the prior art disclosed in Patent Document 1, by placing AlN in a refractory matrix, oxidation resistance such as FeO resistance is imparted and corrosion resistance is also improved. Reduction of damage can be expected. However, a structure in which AlN is produced using aluminum and / or an aluminum alloy as a starting material is dense and high in strength, but also has a high elastic modulus and a factor in reducing thermal shock resistance.

そこで耐熱衝撃性を高める目的で、特許文献1ではさらにジルコニア、ジルコニアムライト及びアルミナジルコニアのうち1種以上をZrO成分として4質量%以上20質量%以下含有することが提案されている。ジルコニア、ジルコニアムライト、アルミナジルコニア等のジルコニア系原料は、ジルコニアの相転移に伴う体積変化により特異な膨張特性を示す。すなわちジルコニアは、常温では単斜晶系に属し、昇温時は1170℃付近まで直線的に膨張するが、1170℃以上の温度では単斜晶系から正方晶系へ相転移し、この際に体積が収縮する。逆に、降温時は、正方晶系から単斜晶系への相転移に伴い体積膨張する。この特異な膨張特性によりジルコニア系原料粒子の周囲、マトリックスとの境界部にマイクロスペースあるいはマイクロクラックを生成し、耐火物の弾性率を低減することで耐熱衝撃性が付与される。また、ジルコニア系原料はアルミナと比較して、熱膨張率も低いことから、耐火物の熱膨張率を低減することで、耐スポーリング特性の向上に寄与する。 Therefore, for the purpose of enhancing the thermal shock resistance, Patent Document 1 proposes that at least one of zirconia, zirconia mullite and alumina zirconia is contained in an amount of 4% by mass to 20% by mass as a ZrO 2 component. Zirconia-based raw materials such as zirconia, zirconia mullite, and alumina zirconia exhibit unique expansion characteristics due to volume changes accompanying the phase transition of zirconia. That is, zirconia belongs to the monoclinic system at room temperature and linearly expands to around 1170 ° C. when the temperature rises, but at a temperature of 1170 ° C. or higher, the phase transition from the monoclinic system to the tetragonal system occurs. The volume shrinks. On the contrary, when the temperature is lowered, volume expansion occurs with the phase transition from the tetragonal system to the monoclinic system. Due to this unique expansion characteristic, microspaces or microcracks are generated around the zirconia-based raw material particles and at the boundary with the matrix, and thermal shock resistance is imparted by reducing the elastic modulus of the refractory. Moreover, since a zirconia-type raw material has a low thermal expansion coefficient compared with an alumina, it contributes to the improvement of a spalling-proof characteristic by reducing the thermal expansion coefficient of a refractory.

このような耐スポーリング特性を向上する目的でジルコニア系原料を適用する技術は、一般的な鋼の鋳造操業における耐火物には広く適用されており、概ね良好に使用されている。しかしながら、取鍋の大型形状での長時間、多数回繰り返し使用等での熱負荷の大きい場合や高温度への昇熱と冷却を繰り返す厳しい使用条件等の場合には、耐火物中のジルコニア系原料が相転移を繰り返し、組織中のマイクロスペースあるいはマイクロクラックが拡大し、組織の緻密さを損ね、却って酸化や磨耗による損耗を助長する要因となる。   The technique of applying a zirconia-based raw material for the purpose of improving the spalling resistance is widely applied to refractories in general steel casting operations, and is generally used well. However, when the heat load is large due to the large shape of the ladle for a long time, repeated use many times, or in severe conditions such as repeated heating and cooling to a high temperature, the zirconia system in the refractory The raw material repeatedly undergoes phase transition, the microspace or microcrack in the structure expands, and the compactness of the structure is lost, and on the contrary, it becomes a factor that promotes wear due to oxidation and wear.

さらにジルコニア系原料含有系に金属アルミニウムを併用する系で製品中に金属アルミニウムが残存した状態であると、長時間の鋳造条件では、ノズル孔のエッジ部付近等の高温条件となる部分では、金属アルミニウム自体の酸素親和力が強いことからジルコニア自体が還元され、一酸化ジルコニウムやジルコニウム、炭化ジルコニウムを生じる。これらの一酸化ジルコニウムやジルコニウム、炭化ジルコニウムは酸素親和力が高く、酸化雰囲気下では容易に酸化されジルコニアを生じるが、この際、体積膨張を伴う激しい反応を生じ組織内に欠陥を生じる。   Furthermore, when metal aluminum remains in the product in a system in which metal aluminum is used in combination with a zirconia-based raw material-containing system, in long-time casting conditions, in parts that become high-temperature conditions such as near the edge of the nozzle hole, metal Since the oxygen affinity of aluminum itself is strong, zirconia itself is reduced to produce zirconium monoxide, zirconium, and zirconium carbide. These zirconium monoxide, zirconium, and zirconium carbide have a high oxygen affinity and are easily oxidized in an oxidizing atmosphere to produce zirconia. At this time, a vigorous reaction accompanied by volume expansion occurs and a defect occurs in the tissue.

これらのことから長時間の鋳造や繰り返し使用した場合には、ジルコニアから還元生成した一酸化ジルコニウムやジルコニウム、炭化ジルコニウムがジルコニアに再酸化されることにより組織が劣化し、エッジ欠損や摺動面の損傷が大きくなる。   For these reasons, when casting for a long time or repeated use, the structure deteriorates due to reoxidation of zirconium monoxide, zirconium and zirconium carbide produced by reduction from zirconia to zirconia, resulting in edge defects and sliding surfaces. Damage increases.

また、ZrOやSiO成分はAlと比較してFeOと低融点物質を生成しやすいことからZrO系原料を多量に適用すると酸素洗浄による溶損によりノズルの孔径拡大が大きくなる、高酸素鋼を受鋼すると摺動面の損耗が大きくなる等の問題がある。 In addition, since ZrO 2 and SiO 2 components are likely to produce FeO and a low melting point material compared to Al 2 O 3 , if a large amount of ZrO 2 -based material is applied, enlargement of the nozzle hole diameter will increase due to melting damage due to oxygen cleaning. When receiving high oxygen steel, there is a problem that wear of the sliding surface increases.

このように、金属アルミニウムやこれを含む合金を含有する耐火物に、耐熱衝撃性の向上を目的としてアルミナジルコニアやジルコニアムライトなどジルコニアやシリカを含有する原料を適用した従来の材料技術では、長時間、又は昇熱と冷却を繰り返して使用される条件では、摺動面の酸化や組織劣化に起因した面荒れ、FeOや鋼中成分との反応による損耗を生じることから耐用性に限界がある。   As described above, conventional material technology in which a material containing zirconia or silica such as alumina zirconia or zirconia mullite is applied to a refractory containing metal aluminum or an alloy containing the same for the purpose of improving thermal shock resistance is a long time. Or, under conditions where repeated heating and cooling are used, there is a limit in durability because surface roughness due to oxidation of the sliding surface and structural deterioration and wear due to reaction with FeO and steel components occur.

一方、特許文献2には、鉱物相としてAlCを5〜95質量%含有し、熱膨張係数が8×10−6/K以下で、常温での曲げ強さが10MPa以上60MPa以下であるスライディングノズルプレートが示されている。また特許文献3には、AlCの結晶を有するアルミニウムオキシカーバイド組成物において、当該アルミニウムオキシカーバイド組成物を任意の断面で見たときに、AlCの結晶の断面積を円に換算したときの平均直径が20μm以上であることを特徴とするアルミニウムオキシカーバイド組成物、及びこのアルミニウムオキシカーバイド組成物を15〜95質量%含有する耐火物が示されている。さらに、これら特許文献2、3には、AlCはAlと比較して、熱膨張係数が約半分と低熱膨張率であって耐熱衝撃性の効果が高いことが示されている。かつ、高温条件下、一酸化炭素との反応により、稼動面に緻密なアルミナ層を形成し、耐面荒れ性が付与されることが示されている。 On the other hand, Patent Document 2 contains 5 to 95% by mass of Al 4 O 4 C as a mineral phase, has a thermal expansion coefficient of 8 × 10 −6 / K or less, and a bending strength at room temperature of 10 MPa to 60 MPa. A sliding nozzle plate is shown. Further, Patent Document 3, in an aluminum oxycarbide composition having a crystal of Al 4 O 4 C, when viewed the aluminum oxycarbide composition in any cross-section, the cross-sectional area of the Al 4 O 4 C crystal An aluminum oxycarbide composition having an average diameter of 20 μm or more when converted into a circle and a refractory containing 15 to 95% by mass of the aluminum oxycarbide composition are shown. Furthermore, these Patent Documents 2 and 3 show that Al 4 O 4 C has a low thermal expansion coefficient of about half that of Al 2 O 3 and has a high thermal shock resistance effect compared to Al 2 O 3. ing. In addition, it has been shown that a dense alumina layer is formed on the working surface by reaction with carbon monoxide under high temperature conditions, thereby imparting surface roughness resistance.

一般的な炭素含有耐火物の酸化防止に関する従来技術では、金属アルミニウム粉末あるいはアルミニウム・マグネシウム合金粉末を添加する方法が広く採用されている。しかし金属アルミニウム等が使用中に炭化物や酸化物へと変化する際に耐火物組織内に空隙を生じ、緻密化を阻害する。また炭化アルミニウムなどを生成すると水和して組織が劣化し易い等の課題がある。   In a conventional technique related to oxidation prevention of a general carbon-containing refractory, a method of adding metal aluminum powder or aluminum-magnesium alloy powder is widely adopted. However, when metallic aluminum or the like changes to carbide or oxide during use, voids are formed in the refractory structure, thereby inhibiting densification. Further, when aluminum carbide or the like is generated, there is a problem that the structure tends to deteriorate due to hydration.

これに対してアルミニウムオキシカーバイド(AlC)を使用すると、空隙を生じることなく、また、水和することなく、酸化防止剤としての効果が得られる。この酸化防止剤としての効果は、金属アルミニウムを添加した場合は下記の式1、式2に示すように、耐火物の組織中で酸化されて生じた一酸化炭素を還元し、アルミナと炭素を生成し、炭素の消失を抑制し、かつ組織を緻密化するというものである。
2C + O = 2CO …式1
2Al + 3CO = Al + 3C …式2
On the other hand, when aluminum oxycarbide (Al 4 O 4 C) is used, an effect as an antioxidant can be obtained without generating voids or hydrating. The effect as an antioxidant is that when metallic aluminum is added, as shown in the following formulas 1 and 2, carbon monoxide generated by oxidation in the structure of the refractory is reduced, and alumina and carbon are reduced. It generates, suppresses the disappearance of carbon, and densifies the structure.
2C + O 2 = 2CO ... Formula 1
2Al + 3CO = Al 2 O 3 + 3C ... Equation 2

これに対して、特許文献2や特許文献3には、下記の式3により、AlCを含有する耐火物の酸化防止効果が得られることが示されている。
AlC + 2CO = 2Al + 3C …式3
On the other hand, Patent Document 2 and Patent Document 3 show that the antioxidant effect of a refractory containing Al 4 O 4 C can be obtained by the following formula 3.
Al 4 O 4 C + 2CO = 2Al 2 O 3 + 3C Formula 3

式2より金属アルミニウム(Al)は1モルで1.5モルの一酸化炭素を還元することができるが、AlCは、式3より1モルで2モルの一酸化炭素を還元することができるに止まる。これらの酸化防止効果を質量で比較すると、Al:1質量%に対して、AlC:5.1質量%で同等の酸化防止効果があることになる。特許文献4では、AlCを0.5〜15質量%添加することで耐酸化性向上等の効果が得られるとされているが、このAlC量はAl:0.1〜2.9質量%添加に相当する効果しかなく、長時間又は繰り返し使用される耐火物の使用条件では、酸化防止効果が不十分である。 From Formula 2, metallic aluminum (Al) can reduce 1.5 moles of carbon monoxide at 1 mole, whereas Al 4 O 4 C reduces 2 moles of carbon monoxide at 1 mole from Formula 3. Stop being able to. When these antioxidant effects are compared by mass, Al 4 O 4 C: 5.1% by mass has equivalent antioxidant effect to Al: 1% by mass. Patent Document 4, the effect of improving oxidation resistance and the like by adding Al 4 O 4 C 0.5 to 15 mass% is to be obtained, the Al 4 O 4 C weight Al: 0. The effect is equivalent to the addition of 1 to 2.9% by mass, and the antioxidant effect is insufficient under the use conditions of refractories that are used for a long time or repeatedly.

国際公開第2010/071196号International Publication No. 2010/071196 特開2011−104596号公報JP 2011-104596 A 特開2013−53034号公報JP 2013-53034 A 特開平9−29587号公報JP-A-9-29587

本発明が解決しようとする課題は、鋳造用耐火物、特に鋳造用ノズルやスライディングノズル用プレートのように長時間使用又は多数回繰り返し使用に供される耐火物の耐用性を向上させることにある。   The problem to be solved by the present invention is to improve the durability of a refractory for casting, particularly a refractory that is used for a long time or used repeatedly many times, such as a casting nozzle or a sliding nozzle plate. .

ここで繰り返し使用とは、例えば取鍋用のスライディングノズル用プレートで使用される場合や、タンディッシュでも熱間回転で使用される条件など、ノズル孔周りが1000℃以上の高温条件となる鋳造後にプレート自体が冷却され、次の鋳造までに約500℃以下の温度条件となる、高温加熱、冷却を繰り返す使用条件のことをいう。   Here, repeated use refers to, for example, when used in a sliding nozzle plate for a ladle, or after casting where the nozzle hole periphery is at a high temperature condition of 1000 ° C. or higher, such as a condition used in hot rotation even in a tundish. The plate itself is cooled and refers to a use condition in which high-temperature heating and cooling are repeated until the temperature is about 500 ° C. or less until the next casting.

取鍋の場合の多数回使用は、複数ch(例えば8ch以上)使用される条件のことをいい、熱間回転タンディッシュの場合は、2cast以上使用される条件をいう。   The multiple use in the case of a ladle refers to a condition in which a plurality of channels (for example, 8 channels or more) are used, and in the case of a hot rotating tundish, it refers to a condition in which 2 casts or more are used.

長時間使用とは、取鍋で使用される場合は鋳造時間の合計が例えば約500分以上の長時間受鋼する条件をいい、タンディッシュの熱間回転の場合は例えば800分以上の条件を示す。   When used in a ladle, the long-time use refers to the condition of receiving steel for a long time, for example, the total casting time is about 500 minutes or more, and in the case of hot rotation of the tundish, for example, the condition of 800 minutes or more. Show.

このような使用条件は、加熱冷却を繰り返し、さらに長時間、高温条件に曝されることから、鋳造用耐火物の組織変化をもたらす。よって鋳造用耐火物の損耗が大きくなる厳しい使用条件である。   Such use conditions result in a change in the structure of the refractory material for casting because it is repeatedly heated and cooled and exposed to high temperature conditions for a long time. Therefore, it is a severe use condition in which the wear of the refractory for casting becomes large.

本発明は次の1〜8に記す鋳造用耐火物、鋳造用ノズル及びスライディングノズル用プレートである。   The present invention is a casting refractory, a casting nozzle, and a sliding nozzle plate described in the following items 1 to 8.

1.
AlCを15質量%以上80質量%以下、AlNを0.5質量%以上20.0質量%以下含有し、残部が耐火性成分からなる鋳造用耐火物。
1.
A refractory for casting containing 15% by mass to 80% by mass of Al 4 O 4 C, 0.5% by mass to 20.0% by mass of AlN, and the balance comprising a refractory component.

2.
AlCを含む粒子表面の一部又は全部に、厚みが2μm以上250μm以下の層を有しており、当該層は、当該層を除くAlCを含む粒子内部とは異なる構造であって、Al、N、O及びCの成分を含有する、前記1に記載の鋳造用耐火物。
2.
A part or all of the particle surface containing Al 4 O 4 C has a layer with a thickness of 2 μm or more and 250 μm or less, and the layer is different from the inside of the particle containing Al 4 O 4 C excluding the layer. The refractory material for casting according to 1 above, which has a structure and contains components of Al, N, O, and C.

3.
AlCは、溶融法により製造された粒子に含まれたものである、前記1又は前記2に記載の鋳造用耐火物。
3.
Al 4 O 4 C is a refractory for casting as described in 1 or 2 above, which is contained in particles produced by a melting method.

4.
AlCを含む粒子内のAlCの結晶の大きさが、AlCの結晶の断面積を円に換算したときの平均直径で20μm以上である、前記1から前記3のいずれかに記載の鋳造用耐火物。
4).
The size of the Al 4 O 4 C and Al 4 O 4 C crystal in the particles comprising the is Al 4 O 4 mean diameter 20μm or more when converted to the cross-sectional area of C crystal in circle, from the 1 4. The refractory material for casting according to any one of 3 above.

5.
フリーの炭素を2.0質量%以上8.0質量%以下含有する、前記1から前記4のいずれかに記載の鋳造用耐火物。
5.
5. The refractory material for casting according to any one of 1 to 4 above, which contains 2.0% by mass or more and 8.0% by mass or less of free carbon.

6.
前記残部の耐火性成分が、Al、MgO、SiO、ZrO、SiC、BC、BN、Si、金属Al及び金属Siの群から選択する1又は複数である、前記1から前記5のいずれかに記載の鋳造用耐火物。
6).
The remaining refractory component is one or more selected from the group consisting of Al 2 O 3 , MgO, SiO 2 , ZrO 2 , SiC, B 4 C, BN, Si 3 N 4 , metal Al and metal Si, The refractory material for casting according to any one of 1 to 5 above.

7.
前記残部のうち、Al、MgO、SiO、ZrOの耐火性成分が、コランダム、ムライト、スピネル、正方晶ジルコニア又は斜方晶ジルコニアから選択する1又は複数の鉱物を含む、前記1から前記6のいずれかに記載の鋳造用耐火物。
7).
Of the remainder, the refractory component of Al 2 O 3 , MgO, SiO 2 , ZrO 2 contains one or more minerals selected from corundum, mullite, spinel, tetragonal zirconia or orthorhombic zirconia, 1 To refractories for casting according to any one of the above 6.

8.
前記1から前記7に記載のいずれかの鋳造用耐火物を一部又は全部に配設した、鋳造用ノズル又はスライディングノズル用プレート。
8).
8. A casting nozzle or a sliding nozzle plate, wherein the casting refractory according to any one of 1 to 7 is partially or entirely disposed.

以下本発明を詳細に説明する。   The present invention will be described in detail below.

AlCの熱膨張率は4×10−6/K以下と、アルミナの約半分程度であって低熱膨張性である。この低熱膨張性により、耐火物に高度な耐熱衝撃性を備えることができる。しかも従来技術のアルミナジルコニア等のジルコニア含有原料よりも熱膨張率を低減する効果が高い。またAlCは高温域でもジルコニアのような相転移はせず、特異な膨張挙動は示さないことから弾性率を低減する効果はない反面、繰り返し使用でも組織劣化を生じ難い利点もある。 The coefficient of thermal expansion of Al 4 O 4 C is 4 × 10 −6 / K or less, which is about half that of alumina and has low thermal expansion. Due to this low thermal expansibility, the refractory can have high thermal shock resistance. Moreover, the effect of reducing the coefficient of thermal expansion is higher than that of zirconia-containing raw materials such as alumina zirconia of the prior art. In addition, Al 4 O 4 C does not undergo phase transition like zirconia even in a high temperature range and does not exhibit a specific expansion behavior. Therefore, it does not have an effect of reducing the elastic modulus. .

また、本発明者らが調査した結果、AlCの熱伝導率は40W/m・K(20℃)であり、従来技術で主骨材として広く使用されるアルミナの約30〜40W/m・K(20℃)と同程度であるが、これに対してAlNは熱伝導率が285W/m・K(20℃)と高く、特にマトリックスに配置することで効果的に熱伝導率を高めることができる。この結果AlCの熱膨張率低減効果と併せて、熱伝導率を向上することも可能となり、耐火物に高い耐スポーリング特性を付与することができる。 Further, as a result of investigation by the present inventors, the thermal conductivity of Al 4 O 4 C is 40 W / m · K (20 ° C.), which is about 30 to 40 W of alumina widely used as a main aggregate in the prior art. / N · K (20 ° C), AlN has a high thermal conductivity of 285 W / m · K (20 ° C). Can be increased. As a result, together with the effect of reducing the thermal expansion coefficient of Al 4 O 4 C, it becomes possible to improve the thermal conductivity and to impart high spalling resistance to the refractory.

また、AlNはスラグに濡れ難く、高い耐食性と耐酸化性を併せ持つ。これら特性は、AlNをマトリックスに配置することで、粒子状等で偏在させる形態よりも高い効果を得ることができる。   In addition, AlN hardly wets slag and has both high corrosion resistance and oxidation resistance. These characteristics can obtain a higher effect than the form in which AlN is arranged in a matrix and is unevenly distributed in the form of particles.

AlNは、下記の式4に示すように、使用時に溶鋼中のFeOなどによって耐火物の稼働面で耐火物中の炭素が酸化されて生じたCOガスと直ちに反応する。その際にアルミナと炭素を生成してマトリックスの組織を緻密化することから、耐火物の耐食性、耐酸化性をより高める。
2AlN(s)+3CO(g)=2Al(s)+3C(s)+N(g)…式4
As shown in the following formula 4, AlN immediately reacts with CO gas generated by oxidation of carbon in the refractory on the working surface of the refractory by FeO or the like in the molten steel at the time of use. At that time, alumina and carbon are produced to refine the matrix structure, thereby further improving the corrosion resistance and oxidation resistance of the refractory.
2AlN (s) + 3CO (g) = 2Al 2 O 3 (s) + 3C (s) + N 2 (g) Formula 4

前述したようにAlC自体は耐酸化性を有するが、一方で長時間又は繰り返し使用する条件では酸化が進行する。酸化が進行すると、そのAl化による耐火物の膨張性が高くなって耐熱衝撃性が低下したり、耐火物に亀裂や破壊等(以下単に「劣化」ともいう。)を生じやすくなる。耐火物のマトリックスにAlNを配置することで、このようなAlCの酸化ないしは耐火物の劣化をも抑制することが可能となり、耐酸化性、耐食性、耐摩耗性等を保持しつつ、耐熱衝撃性も持続することが可能となる。 As described above, Al 4 O 4 C itself has oxidation resistance, but on the other hand, oxidation proceeds under long-term or repeated use conditions. As the oxidation progresses, the expansibility of the refractory due to its Al 2 O 3 formation increases, and the thermal shock resistance decreases, and the refractory tends to crack or break (hereinafter also simply referred to as “deterioration”). . By arranging AlN in the refractory matrix, it is possible to suppress such oxidation of Al 4 O 4 C or deterioration of the refractory, while maintaining oxidation resistance, corrosion resistance, wear resistance, etc. In addition, the thermal shock resistance can be maintained.

金属アルミニウムや金属マグネシウムなどの酸素親和力が強い金属及びこれらを含む合金並びに炭化硼素や窒化硼素などの炭素含有耐火物で酸化防止剤として一般に用いられる硼化物も同様に、AlCの酸化を抑制する効果がある。しかしながらアルミニウムやマグネシウム等の金属及びこれらを含む合金を耐火物が含有した場合、鋳造時、高温条件下に曝されると焼結が進行し、著しく高弾性率となり耐火物の耐熱衝撃性を低下させる要因となり、大型形状で長時間鋳造を繰り返すなど厳しい条件下では、エッジ欠け等が生じ、十分な耐用性を得ることができない。また、炭化硼素、窒化硼素等の硼化物は、酸化されると酸化硼素となり、耐火物中のアルミナ等と低融点物質を生成することから、多量に添加した場合は、溶損による損耗が大きくなる。 Similarly, metals having strong oxygen affinity such as aluminum and magnesium and alloys containing these metals and borides generally used as antioxidants in carbon-containing refractories such as boron carbide and boron nitride are similarly oxidized of Al 4 O 4 C. There is an effect to suppress. However, when a refractory contains a metal such as aluminum or magnesium and an alloy containing these, sintering proceeds when exposed to high temperature conditions during casting, resulting in a remarkably high elastic modulus and reduced thermal shock resistance of the refractory. Under severe conditions such as repeated casting for a long time with a large shape, edge chipping or the like occurs, and sufficient durability cannot be obtained. Borides such as boron carbide and boron nitride become boron oxide when oxidized, and form a low melting point material such as alumina in a refractory. Therefore, when added in a large amount, wear due to melting damage is large. Become.

これに対しAlNは融点が2200℃と高く、高温まで安定で焼結し難い。また、酸化防止効果を持つが、酸素や一酸化炭素に酸化されてもアルミナ化することから、高い耐食性を保持することが可能である。   On the other hand, AlN has a high melting point of 2200 ° C. and is stable up to a high temperature and difficult to sinter. In addition, although it has an antioxidant effect, it can be aluminized even when oxidized to oxygen or carbon monoxide, so that high corrosion resistance can be maintained.

AlNの存在形態としては、AlNを粉末状の原料としてマトリックス部にそのまま適用することも可能である。また、AlやAlを含有する合金をマトリックスに配置し、窒素雰囲気で所定の温度条件で焼成することによってマトリックスに配置することもできる。さらに、後述するように、AlCを事前に窒素雰囲気下で熱処理し、AlC粒子表層部にAlNを含む変質層を形成したものを適用することもできる。さらにはAlC含有骨材を適用し、窒素雰囲気下、所定の温度条件で焼成することにより、マトリックス中、あるいは骨材粒子表層部にAlNを含む相を形成することも可能である。 As the presence form of AlN, it is also possible to directly apply AlN as a powdery raw material to the matrix portion. Alternatively, Al or an alloy containing Al may be placed in the matrix and fired under a predetermined temperature condition in a nitrogen atmosphere, and then placed in the matrix. Further, as described later, Al 4 O 4 C and heat-treated beforehand in nitrogen atmosphere, can be applied that formed a deteriorated layer including AlN on Al 4 O 4 C particle surface layer portion. Furthermore, it is possible to form an AlN-containing phase in the matrix or in the aggregate particle surface layer portion by applying an aggregate containing Al 4 O 4 C and firing it under a predetermined temperature condition in a nitrogen atmosphere. .

本発明により、鋳造用耐火物に求められる耐酸化性、耐食性、耐摩耗性を維持しつつ耐熱衝撃性を高めることができ、長時間又は繰り返し使用が可能となる。したがって、本発明の鋳造用耐火物を使用した、鋳造用ノズルやスライディングノズル用プレートは長時間又は繰り返し使用に好適であり、優れた耐用性を得ることができる。   According to the present invention, the thermal shock resistance can be improved while maintaining the oxidation resistance, corrosion resistance, and wear resistance required for a refractory for casting, and it can be used for a long time or repeatedly. Therefore, the casting nozzle and the sliding nozzle plate using the casting refractory according to the present invention are suitable for a long time or repeated use, and excellent durability can be obtained.

また、特に低温域までの冷却を含む再使用等の繰り返し使用される条件では、従来技術での金属アルミニウムを多量に含有する系では炭化アルミニウムの生成とその水和反応による消化ないしは亀裂又は崩壊が発生することがある。これに対し本発明の鋳造用耐火物では水和反応を生じることがないので、消化ないしは亀裂又は崩壊が発生することはない。   In particular, under repeated use conditions such as reuse including cooling to a low temperature range, in a system containing a large amount of metal aluminum in the prior art, formation of aluminum carbide and digestion or cracking or collapse due to its hydration reaction occur. May occur. On the other hand, since the refractory for casting of the present invention does not cause a hydration reaction, digestion, cracking or collapse does not occur.

なお、短時間の使用や少数回使用においては、従来技術の耐火物、鋳造用ノズルやスライディングノズル用プレート等より少ない損傷で安定した耐用性を得ることができる。   In a short-time use or a small number of times of use, stable durability can be obtained with less damage than a conventional refractory, a casting nozzle, a sliding nozzle plate, or the like.

AlCは15質量%以上80質量%以下必要である。AlCの含有量が15質量%未満の場合、熱膨張率の低減効果が小さく耐熱衝撃性が不十分である。また、AlCの含有量が80質量%を超える場合は、鋳造時、炭素と共存する一酸化炭素を含む雰囲気下ではAlCの変質酸化によるAl化が進行し著しく高弾性率となり、耐熱衝撃性を低下させる要因となる。 Al 4 O 4 C needs to be 15 mass% or more and 80 mass% or less. When the content of Al 4 O 4 C is less than 15% by mass, the effect of reducing the coefficient of thermal expansion is small and the thermal shock resistance is insufficient. Further, when the content of Al 4 O 4 C exceeds 80% by mass, Al 2 O 3 conversion due to alteration oxidation of Al 4 O 4 C proceeds in an atmosphere containing carbon monoxide that coexists with carbon during casting. However, the elastic modulus becomes remarkably high, and this becomes a factor of reducing the thermal shock resistance.

さらに本発明の一形態では、AlCを含有する粒子の表層に変質層を有すること、使用される原料は電融法で製造されたAlCを含有する原料であり、実質的にAlCの含有量が100%という原料は実質的に存在せず、必然的にAlやAlOCあるいはAl、Cといった不純物を含有すること、また残部に、AlN及びフリーの炭素を含有することから、おのずと含有量が80%質量%以下となる。また、AlC自体が非常に高価な原料であり、その特性とコストのバランスを考慮すると80質量%を超えて含有してもそのコストに見合った効果を得ることができない。また、プレート耐火物は、鉄などの金属製のバンド等に外周を拘束された条件で使用される場合や、金属製のケース内部に配置されて使用される等、金属に外周を拘束されて使用されるケースが多いが、AlCの含有量が80質量%超と多量に含有される場合には、著しく低熱膨張率となり、外周の金属バンドや金属ケースの膨張量の方が拘束されるプレート耐火物の膨張量よりも大きくなり、金属バンドの拘束力が低下し亀裂を抑制する効果が小さくなり亀裂拡大の要因となる、金属ケースから耐火物が外れ易くなる、等の課題が生じる。これらのことから、AlCの含有量は80質量%以下であることが望ましい。 Furthermore, in one form of the present invention, the surface layer of particles containing Al 4 O 4 C has a modified layer, and the raw material used is a raw material containing Al 4 O 4 C produced by an electrofusion method, There is substantially no raw material having a content of Al 4 O 4 C of 100%, and it necessarily contains impurities such as Al 2 O 3 , Al 2 OC, Al, C, and the balance, Since it contains AlN and free carbon, the content is naturally 80% by mass or less. In addition, Al 4 O 4 C itself is a very expensive raw material, and considering the balance between the characteristics and the cost, even if the content exceeds 80% by mass, an effect commensurate with the cost cannot be obtained. In addition, the plate refractory is used when the outer periphery is constrained by a metal band such as iron, or when the outer periphery is constrained by a metal case. Although many cases are used, when the content of Al 4 O 4 C is more than 80% by mass, the thermal expansion coefficient becomes remarkably low, and the expansion amount of the outer metal band or metal case is greater. The expansion amount of the plate refractory to be restrained becomes larger, the restraining force of the metal band is reduced, the effect of suppressing cracks is reduced, causing crack expansion, and the refractory is easily detached from the metal case. Occurs. Therefore, the content of Al 4 O 4 C is desirably 80% by mass or less.

AlNは0.5質量%以上20.0質量%以下必要である。すなわち本発明の耐火物はAlCに加えて、さらにAlNを0.5質量%以上20.0質量%含有する。熱膨張率が低く、熱伝導率が低いAlCと併せて熱伝導率が非常に高いAlNを含有することで、熱膨張率が低く、熱伝導率が高い、さらに耐熱衝撃性に優れた鋳造用耐火物を得ることが可能となる。また、AlNは、酸化防止効果を保有しており、マトリックス等、比較的Al化しやすいAlCの周囲にAlNを配置することでAlCのAl化を抑制し、弾性率や熱膨張率の上昇を抑制し、長時間、耐熱衝撃性の効果を維持することが可能となる。 AlN is required to be 0.5 mass% or more and 20.0 mass% or less. That is, the refractory of the present invention further contains 0.5% by mass or more and 20.0% by mass of AlN in addition to Al 4 O 4 C. By containing AlN having a very high thermal conductivity in combination with Al 4 O 4 C having a low thermal expansion coefficient and a low thermal conductivity, the thermal expansion coefficient is low, the thermal conductivity is high, and the thermal shock resistance is further improved. An excellent casting refractory can be obtained. Moreover, AlN has held an antioxidant effect, a matrix or the like, relatively Al 2 O 3 turned into easily Al 4 O 4 Al 4 O 4 Al 2 O 3 of C by placing the AlN around the C It is possible to suppress the increase in elastic modulus and thermal expansion coefficient, and to maintain the effect of thermal shock resistance for a long time.

AlNの含有量が0.5質量%未満では耐火物の熱伝導率を高める効果が小さい。また、酸化防止効果やスラグとの濡れ性改善による耐食性を向上する効果も小さい。AlNの含有量が20.0質量%を超える場合は、鋳造時間が長い等、熱負荷が大きい場合はAlNのAl化が進行し、焼結などを生じる。また、溶鋼中にAlN中の窒素成分が溶出し組織が劣化し、使用条件によっては損耗が大きくなる。さらに、AlNの含有量が多いと、耐火物の熱伝導率が著しく高くなることから、鉄など金属製のバンド等で外周を拘束して使用される条件では、外周の金属バンドの温度が上昇して金属バンドの膨張量の方が拘束される耐火物の膨張量よりも大きくなり、金属バンドの拘束力が低下し、亀裂を抑制する効果が小さくなり亀裂拡大の要因となる。さらには、鋳造後、金属バンドがずれる又は外れる等の現象を生じて、再使用や再生使用が困難となる。 When the content of AlN is less than 0.5% by mass, the effect of increasing the thermal conductivity of the refractory is small. Moreover, the effect which improves the corrosion resistance by the antioxidant effect and wettability improvement with slag is also small. When the content of AlN exceeds 20.0% by mass, the casting time is long, and when the heat load is large, AlN is converted to Al 2 O 3 to cause sintering and the like. Moreover, the nitrogen component in AlN elutes into molten steel, the structure deteriorates, and wear increases depending on the use conditions. In addition, if the AlN content is high, the thermal conductivity of the refractory increases significantly, so the temperature of the outer metal band rises under conditions where the outer periphery is restrained with a metal band such as iron. Thus, the expansion amount of the metal band becomes larger than the expansion amount of the refractory to be restrained, the restraining force of the metal band is reduced, the effect of suppressing cracks is reduced, and the cracks are enlarged. Furthermore, after casting, a phenomenon occurs such that the metal band is displaced or detached, making it difficult to reuse or recycle.

本発明ではまた、AlCを含む粒子表面の一部又は全部には、厚みが2μm以上250μm以下の層を有していることが好ましい。当該層は、当該層を除くAlCを含む粒子内部とは異なる構造であって、Al、N、O、Cの成分を含有する。 In the present invention, it is preferable that a part or all of the particle surface containing Al 4 O 4 C has a layer having a thickness of 2 μm to 250 μm. The layer has a structure different from the inside of the particle containing Al 4 O 4 C excluding the layer, and contains Al, N, O, and C components.

本発明者らは検討を行った結果、AlC粒子又はAlCを含む溶融原料の粒子(本発明では、これらを総称して「AlCを含む粒子」という。)の表層部、特にAlC粒子の表層部に、Al、N、O、Cを主成分とする2μm以上の厚みの変質層を配置することで、さらにより長時間、AlCの変質を抑制し、AlCの低熱膨張率化効果を持続することが可能であることを見出した。そして実際にAlCの変質層をEPMAにより分析した結果、Al、N、O、Cの成分が含まれており、AlN、AlON、Al、AlOC等の組成物を含有すると考えられた。これらの組成物からなる変質層は、AlCの周囲にあってAlCと雰囲気が直接接触することを妨げていると推測される。よって酸素や一酸化炭素など雰囲気との反応によるAlCのAl化進行を抑制する効果があると推測される。 As a result of investigations by the present inventors, Al 4 O 4 C particles or particles of molten raw material containing Al 4 O 4 C (in the present invention, these are collectively referred to as “particles containing Al 4 O 4 C”). surface portion of.), particularly in the surface layer of Al 4 O 4 C particles, Al, N, O, by disposing the altered layer of 2μm or more in thickness composed mainly of C, long even more, Al 4 It has been found that the deterioration of O 4 C can be suppressed and the effect of reducing the thermal expansion coefficient of Al 4 O 4 C can be maintained. And as a result of actually analyzing the altered layer of Al 4 O 4 C by EPMA, it contains Al, N, O, and C components, and compositions such as AlN, AlON, Al 2 O 3 , and Al 2 OC are used. It was thought to contain. Altered layer formed of these compositions, Al 4 O 4 C and the atmosphere is estimated that prevent the direct contact with a surrounding of the Al 4 O 4 C. Therefore, it is presumed that there is an effect of suppressing the progress of Al 4 O 4 C into Al 2 O 3 by reaction with an atmosphere such as oxygen or carbon monoxide.

この変質層の厚みが2μm未満では、雰囲気との接触を遮断する効果が小さく、Al化進行を抑制する効果が小さい。よって変質層を配置する場合、その厚みは2μm以上であることが望ましい。また、AlC周囲の変質層は熱伝導率が高く、耐酸化性効果を持つAlNであることが、熱伝導率の低下を抑制する効果も高いと同時に、AlCの変質を抑制する効果も高い。よって、AlCを含む粒子の表層部の変質層がAlNを含むことがより望ましい。この変質層は、AlCを含む粒子を事前に、窒素雰囲気や一酸化炭素雰囲気などの非酸化雰囲気下、1000℃以上の温度条件で熱処理して形成することができる。また、熱処理していないAlCを含む粒子に他の耐火物原料を加え、フェノール樹脂などのバインダーと一緒に混練し、成形した後に、窒素雰囲気やAr雰囲気、あるいは一酸化炭素雰囲気などの非酸化雰囲気下、1000℃以上の温度で適切な時間、熱処理することによって得ることができる。 When the thickness of the deteriorated layer is less than 2 μm, the effect of blocking contact with the atmosphere is small, and the effect of suppressing the progress of Al 2 O 3 formation is small. Therefore, when arrange | positioning a deteriorated layer, it is desirable that the thickness is 2 micrometers or more. Further, the altered layer around Al 4 O 4 C has high thermal conductivity, and AlN having an oxidation resistance effect has a high effect of suppressing a decrease in thermal conductivity, and at the same time, Al 4 O 4 C The effect of suppressing alteration is also high. Therefore, it is more desirable that the altered layer in the surface layer portion of the particles containing Al 4 O 4 C contains AlN. This altered layer can be formed by previously heat-treating particles containing Al 4 O 4 C under a temperature condition of 1000 ° C. or higher in a non-oxidizing atmosphere such as a nitrogen atmosphere or a carbon monoxide atmosphere. Moreover, after adding other refractory raw materials to particles containing Al 4 O 4 C that have not been heat-treated, kneading together with a binder such as a phenol resin, and molding, a nitrogen atmosphere, an Ar atmosphere, a carbon monoxide atmosphere, or the like In a non-oxidizing atmosphere, heat treatment can be performed at a temperature of 1000 ° C. or higher for an appropriate time.

変質層の形成は、AlCの反応による組織変化を意味しているが、変質層の厚さが250μmを超える場合は体積変化が大きく、耐火物組織の安定性を確保することが困難となり、亀裂や組織の脆弱化の要因となる。また、変質層の厚さが250μmを超える場合はさらに、実質的にAlCの含有量が減少することを意味しており、十分な熱膨張率の低減効果を確保ことができない可能性がある。 The formation of the altered layer means a change in structure due to the reaction of Al 4 O 4 C. However, when the thickness of the altered layer exceeds 250 μm, the volume change is large and the stability of the refractory structure can be ensured. It becomes difficult and causes cracks and weakening of the structure. In addition, when the thickness of the deteriorated layer exceeds 250 μm, it means that the content of Al 4 O 4 C is substantially reduced, and a sufficient effect of reducing the coefficient of thermal expansion cannot be secured. There is sex.

AlCは、電融法により製造された粒子に含まれたものであることが好ましい。AlCは、既存の焼結法では生産性が悪く、現実的に工業化することが困難であり、また緻密でAlCの結晶径が大きい骨材となり得る原料を製造することが困難である。これに対してアーク溶融して得られた電融原料(この製造方法を以下単に「溶融法」ともいい、この製造方法により製造された原料を単に「電融原料」ともいう。)は生産性が高く、緻密な任意の粒度又は結晶径のAlCの原料粒子を得ることができる。 Al 4 O 4 C is preferably contained in particles produced by an electrofusion method. Al 4 O 4 C, in the conventional sintering method poor productivity is practically difficult to industrialization, also to produce a material that can be a dense Al 4 O 4 C crystal diameter larger aggregate Is difficult. On the other hand, an electromelting raw material obtained by arc melting (this production method is simply referred to as “melting method” hereinafter, and the raw material produced by this production method is also simply referred to as “electromelting raw material”) is productivity. It is possible to obtain Al 4 O 4 C raw material particles having a high and precise arbitrary particle size or crystal diameter.

AlCを含む粒子中のAlCの結晶の大きさは、AlCの結晶の断面積を円に換算したときの平均直径(以下、単に「平均結晶径」ともいう。)として20μm以上であることが好ましい。 The size of the Al 4 O 4 C Al 4 O 4 C crystal in the particles containing the, Al 4 O 4 Mean diameter of a circle the cross-sectional area of C crystal (hereinafter, simply "average crystal diameter" It is also preferably 20 μm or more.

粒子が緻密であること、AlCを含む粒子径が大きいほど、及びAlCを含む粒子中のAlCの平均結晶径が大きいほど、高温、酸化条件下でも酸素や一酸化炭素との接触面積が小さくなりAlCの酸化やAl化を抑制し、長時間に亘って健全な粒子及び耐火物組織を維持することが可能となって、耐火物の低熱膨張性をも維持し、耐火物の耐熱衝撃性等を高度に維持することが可能となる。 The particles are dense, as the particle size including the Al 4 O 4 C is large, and Al 4 as O 4 average crystal size of Al 4 O 4 C in the particles containing C is large, high temperature, even under oxidizing conditions The contact area with oxygen and carbon monoxide is reduced, and it becomes possible to suppress the oxidation of Al 4 O 4 C and the formation of Al 2 O 3 and maintain a healthy particle and refractory structure for a long time. Further, it is possible to maintain the low thermal expansion property of the refractory and to maintain the thermal shock resistance of the refractory at a high level.

AlCの平均結晶径が20μm未満では、長時間の熱負荷が大きく酸化やAl化等が進行し易い特に厳しい使用条件では、AlCの変質により低熱膨張率効果を維持することができず、また焼結も進行し易くなって、耐熱衝撃性の低下によりエッジ欠け等の損耗を生じ易い。但し、前記特に厳しい使用条件以外の場合、AlCの平均結晶径が20μm未満であっても本発明の効果を奏することができる。 If the average crystal size of Al 4 O 4 C is less than 20 μm, the thermal expansion rate is low due to the alteration of Al 4 O 4 C under particularly severe use conditions in which the long-term heat load is large and oxidation or Al 2 O 3 formation is likely to proceed. The effect cannot be maintained, and sintering is likely to proceed, and wear such as edge chipping is likely to occur due to a decrease in thermal shock resistance. However, the effects of the present invention can be obtained even when the average crystal diameter of Al 4 O 4 C is less than 20 μm in cases other than the particularly severe use conditions.

なお、AlC原料中の他の主な構成成分はコランダム(アルミナ)であり、このことも、粒子中のAlCの安定性とこれを含有する耐火物の高い耐熱衝撃性及び耐酸化性、耐食性等を維持することに寄与する。 The other main component in the Al 4 O 4 C raw material is corundum (alumina), which also indicates the stability of Al 4 O 4 C in the particles and the high thermal shock resistance of the refractory containing the same. This contributes to maintaining the properties, oxidation resistance, corrosion resistance, and the like.

フリーの炭素は2.0質量%以上8.0質量%以下含有することが好ましい。フリーの炭素は、AlCを含む原料の周囲を被覆又は囲繞するように存在することで、AlCを含む原料の表面の酸化その他の変質層の過度な形成や、他の構成原料等との間での過度な焼結の進行等を抑制する効果がある。これによって、AlCを含む粒子中のAlCの安定性と、これを含有する耐火物の高い耐熱衝撃性、耐酸化性、耐食性等を、より長時間に亘って維持することができる。 Free carbon is preferably contained in an amount of 2.0% by mass or more and 8.0% by mass or less. Free carbon, the presence to cover or surround the periphery of the raw material containing Al 4 O 4 C, excessive formation or other affected layer oxidation of the surface of the raw material containing Al 4 O 4 C, other There is an effect of suppressing the progress of excessive sintering between the constituent raw materials and the like. As a result, the stability of Al 4 O 4 C in particles containing Al 4 O 4 C and the high thermal shock resistance, oxidation resistance, corrosion resistance, etc. of the refractory containing the same are maintained for a longer time. can do.

フリーの炭素が2.0質量%未満では、このようなAlC及びこれを含有する耐火物の安定性を維持する効果、又は焼結等を抑制する効果が小さく、これにより耐熱衝撃性等を維持する効果も小さくなる場合がある。また、スラグの浸潤を抑制する効果が小さくなって稼動面でのスラグの浸潤や溶損による損耗が大きくなる傾向が生じる場合がある。 If the free carbon is less than 2.0% by mass, the effect of maintaining the stability of such Al 4 O 4 C and a refractory containing the same, or the effect of suppressing sintering, etc. is small, and thereby the thermal shock The effect of maintaining the properties and the like may be reduced. Moreover, the effect which suppresses the infiltration of slag may become small, and the tendency for the wear by slag infiltration and melt | dissolution on an operation surface to become large may arise.

フリーの炭素が8.0質量%を超えると、フリーの炭素成分の溶鋼中への溶出や酸化による組織劣化が増大する傾向が増大して稼動面の損耗が大きくなり、良好な耐用性を得ることができ難くなる場合がある。   If free carbon exceeds 8.0% by mass, elution of free carbon components into the molten steel and a tendency to increase structure deterioration due to oxidation increase, wear on the working surface increases, and good durability is obtained. It may be difficult to do.

このフリーの炭素源は、バインダーとして適用したフェノール樹脂等に起因したものや、黒鉛、コークス、無煙炭、ピッチ、カーボンブラック等の、結晶質か非結晶質かにかかわらず化合物以外の炭素基質材料全般、さらには耐火物にタールやピッチ等を含浸する場合には、含浸ないし熱処理後の炭素成分も含まれる。   This free carbon source can be attributed to phenolic resin applied as a binder, and all carbon substrate materials other than compounds, whether crystalline or amorphous, such as graphite, coke, anthracite, pitch, carbon black, etc. Furthermore, when impregnating a refractory with tar, pitch or the like, a carbon component after impregnation or heat treatment is also included.

前記の残部の耐火性成分は、Al、MgO、SiO、ZrO、SiC、BC、BN、Si、金属Al、及び金属Siの群から選択する1又は複数とすることができる。 The remainder of the refractory component is one or more selected from the group consisting of Al 2 O 3 , MgO, SiO 2 , ZrO 2 , SiC, B 4 C, BN, Si 3 N 4 , metal Al, and metal Si. can do.

なお、スライディングノズル用プレートで一般に適用されているジルコニアムライトやアルミナジルコニアなどのジルコニア含有原料を適用した場合、ZrOやSiO成分を含有することからFeOに対する侵食性が低下する。さらに、AlCはSiO、ZrO等を還元する性質を有しており、これらの共存下で長時間高温に曝されると、ZrOやSiO成分が還元されてZrCを生成する、あるいはSiOガスとして消失する等の現象が生じ、耐火物の損耗を助長する要因となることがある。 In addition, when a zirconia-containing raw material such as zirconia mullite or alumina zirconia, which is generally applied to a sliding nozzle plate, is applied, since it contains ZrO 2 and SiO 2 components, the erodibility to FeO is reduced. Furthermore, Al 4 O 4 C has the property of reducing SiO 2 , ZrO 2, etc., and when exposed to high temperatures for a long time in the presence of these, ZrO 2 and SiO 2 components are reduced and ZrC is reduced. A phenomenon such as generation or disappearance as SiO gas may occur, which may be a factor for promoting wear of the refractory.

ZrO成分は前述のように耐火物組織の崩壊等を招来する虞があることから、多量に使用することはできず、約3.0質量%以下程度の少量であることが好ましい。一方でZrO成分として正方晶系ジルコニア又は単斜晶系ジルコニアを一部に分散させると、耐熱衝撃性を向上させることができる場合がある。特に単斜晶系ジルコニアの特異な膨張挙動を利用することで、弾性率を低減する等により耐熱衝撃性の改善に有効である。また、これら鉱物には安定化剤としてのCaO等の低融化成分を含んでいないことから、使用中、CaO成分に起因した耐火物組織の劣化に起因した損耗を生じることはない。 Since the ZrO 2 component may cause collapse of the refractory structure as described above, it cannot be used in a large amount and is preferably a small amount of about 3.0% by mass or less. On the other hand, when tetragonal zirconia or monoclinic zirconia is dispersed in part as the ZrO 2 component, the thermal shock resistance may be improved. In particular, by utilizing the unique expansion behavior of monoclinic zirconia, it is effective in improving the thermal shock resistance by reducing the elastic modulus. In addition, since these minerals do not contain a low-melting component such as CaO as a stabilizer, there is no wear due to deterioration of the refractory structure due to the CaO component during use.

SiO成分は、ガスとして消失することに加え、SiO成分自体がFeO等に対する耐食性が低いので、含有する場合には焼結助剤等の機能を期待して約3.0質量%以下程度の少量にとどめることが好ましい。またムライトとして含有させる場合はガスとして消失する等の現象が生じ難く、またムライト自体の熱膨張性が小さいことから、耐火物としての熱膨張性をさらに低下させることに有効である。 The SiO 2 component disappears as a gas, and since the SiO 2 component itself has low corrosion resistance against FeO or the like, when it is contained, the function of a sintering aid or the like is expected to be about 3.0% by mass or less. It is preferable to keep it in a small amount. Further, when it is contained as mullite, a phenomenon such as disappearance as gas hardly occurs, and since the thermal expansion property of mullite itself is small, it is effective for further reducing the thermal expansion property as a refractory.

MgO成分はペリクレースとして含有すると、その量にもよるが、これ自体が高い熱膨張性を有することに加え、AlCから生成したAlとスピネル化反応を生じて高温下での熱膨張率や残存膨張率が極めて大きくなる等により、耐熱衝撃性を低下させる場合がある。一方、MgO成分は、既にスピネル化した粒子として含有させる場合はこのような極めて高い熱膨張率等の問題はなく、FeO等に対する耐食性の向上等に有効である。 When MgO component is contained as periclase, depending on the amount of MgO component, in addition to its high thermal expansibility itself, it produces a spinelation reaction with Al 2 O 3 produced from Al 4 O 4 C at high temperatures. The thermal shock resistance may be lowered due to the extremely large thermal expansion coefficient or residual expansion coefficient. On the other hand, when the MgO component is contained as spineled particles, there is no such problem as an extremely high coefficient of thermal expansion, which is effective for improving the corrosion resistance against FeO or the like.

Al成分(コランダム)は金属やAlN等との共存化でも還元され難く、熱的にも安定で、AlCとも反応し難く、耐食性と耐熱衝撃性のバランスに優れている。 Al 2 O 3 component (corundum) is difficult to reduce even when coexisting with metals, AlN, etc., is thermally stable, hardly reacts with Al 4 O 4 C, and has an excellent balance between corrosion resistance and thermal shock resistance .

これらのことから残部の耐火性成分としては、コランダムとしてのAl又はスピネルとしてのAl、MgOを主体とすることが望ましい。 For these reasons, it is desirable that the remainder of the refractory component is mainly Al 2 O 3 as corundum, Al 2 O 3 as spinel, or MgO.

なお、酸化物成分として前述のほか、粘土鉱物、ガラス質などを含有することが可能であるが、耐食性等の低下を抑制するためには約5.0質量%以下程度の少量にとどめることが好ましい。   In addition to the above, it is possible to contain clay minerals, glassy materials, etc. as the oxide component, but in order to suppress a decrease in corrosion resistance, etc., the amount may be limited to about 5.0% by mass or less. preferable.

残部には主にスラグ等に対する耐食性や耐浸潤性の向上等を目的として、炭化物、硼化物、窒化物等を、また主に耐酸化性や強度の向上等を目的としてAl、Si、Mg等の金属を含有させることができる。しかし、炭素原料や、炭化物、硼化物、窒化物及びAl、Si、Mg等の非酸化物、金属は溶鋼に濡れ易く反応し易い。よってこれらの非酸化物、金属の含有量が多いと、長時間鋳造や繰り返し使用では、溶鋼と接する摺動面の損耗が大きくなることがある。   The balance is mainly carbide, boride, nitride, etc. for the purpose of improving corrosion resistance and infiltration resistance to slag, etc., and mainly Al, Si, Mg, etc. for the purpose of improving oxidation resistance and strength, etc. The metal can be contained. However, carbon raw materials, carbides, borides, nitrides, non-oxides such as Al, Si, and Mg, and metals easily wet and react with molten steel. Therefore, if the content of these non-oxides and metals is large, the wear of the sliding surface in contact with the molten steel may increase when casting for a long time or repeated use.

これらのことから、残部には使用条件によって前記酸化物、フリーの炭素、炭化物若しくは窒化物、硼化物、金属Al、金属Si若しくは金属Mg又はこれらの合金等を含むことが望ましいが、AlC、AlN、Al及びMgO(但しMgOはスピネルとして存在するもの)含有量の合計が85質量%以上であることが望ましい。 From these, the oxides by the use condition to the rest, free of carbon, carbides or nitrides, borides, metallic Al, it is desirable to include a metal Si or metal Mg or their alloys, Al 4 O The total content of 4 C, AlN, Al 2 O 3 and MgO (MgO is present as spinel) is desirably 85% by mass or more.

AlC、AlN及びAlの合計、又はAlC、AlN、AlにMgO(但しMgOはスピネルとして存在するもの)を加えた合計の含有量が85質量%未満の場合は、相対的に、その他の炭化物や硼化物、窒化物や金属、酸化物成分などが多くなり、本発明の目的であるAlC、AlNを含有することで、高いレベルでの耐熱衝撃性、耐酸化磨耗性、耐食性の効果を長時間保持することが困難となる。 The total content of Al 4 O 4 C, AlN and Al 2 O 3 , or the total content of Mg 4 (although MgO is present as spinel) added to Al 4 O 4 C, AlN, Al 2 O 3 is 85 mass In the case of less than%, other carbides, borides, nitrides, metals, oxide components and the like are relatively increased, and the content of Al 4 O 4 C, AlN, which is the object of the present invention, is high. It becomes difficult to maintain the effects of thermal shock resistance, oxidation wear resistance, and corrosion resistance at a level for a long time.

本発明の耐火物を製造する方法を、スライディングノズル用プレートを例に示す。   A method for producing a refractory according to the present invention will be described using a sliding nozzle plate as an example.

本発明の耐火物を適用したスライディングノズル用プレートは、一般的なスライディングノズル用プレートの製造方法により得ることができる。すなわち、AlC、AlN及びAl、MgO(但しMgOはスピネルとして存在するもの)等を主成分とする骨材粒子、炭素基質骨材その他の耐火性成分からなる原料を所定の粒度構成・調合割合で混和する工程、フェノール樹脂等の炭素結合を形成する有機バインダーを添加して混練する工程、所定のスライディングノズル用プレートの形状に成形する工程、乾燥及び熱処理を行う工程、表面等の加工工程を含む製造方法である。 The sliding nozzle plate to which the refractory material of the present invention is applied can be obtained by a general method for manufacturing a sliding nozzle plate. That is, a raw material composed of aggregate particles mainly composed of Al 4 O 4 C, AlN, Al 2 O 3 , MgO (MgO is present as spinel), carbon matrix aggregate, and other refractory components is predetermined. A step of mixing at a particle size constitution / mixing ratio, a step of adding and kneading an organic binder that forms a carbon bond such as a phenol resin, a step of forming into a predetermined sliding nozzle plate shape, a step of drying and heat treatment, It is a manufacturing method including processing steps such as the surface.

また、AlNは前述のような原料粒子として含有させる場合のほか、金属アルミニウムをはい土及び成形体に含有させて、その後窒素雰囲気中での窒化反応を利用してAlN化させる製造方法を採ることも可能である。   In addition to the case where AlN is contained as the raw material particles as described above, a manufacturing method is adopted in which metallic aluminum is contained in the earth and the molded body, and then converted to AlN using a nitriding reaction in a nitrogen atmosphere. Is also possible.

これらの詳細な条件は、個別の条件に応じた任意の設計により最適化することができる。熱処理は、非酸化雰囲気であって、不活性ガス雰囲気であることがより好ましい。   These detailed conditions can be optimized by any design according to individual conditions. The heat treatment is more preferably a non-oxidizing atmosphere and an inert gas atmosphere.

以下の実施例A〜Gに供した耐火物試料は、AlCを含有する電融原料、アルミナ質原料、金属アルミニウム、炭素質原料その他の耐火性骨材に有機バインダーを加えて混練する工程、オイルプレスで耐火物形状に成形する工程、乾燥工程、窒素雰囲気中約1400℃温度での熱処理工程を含む製造方法によって得た。 The refractory samples used in Examples A to G below are kneaded by adding an organic binder to an electromelting raw material containing Al 4 O 4 C, an alumina raw material, metallic aluminum, a carbonaceous raw material and other refractory aggregates. Obtained by a manufacturing method including a step of forming a refractory with an oil press, a step of drying, and a heat treatment step at a temperature of about 1400 ° C. in a nitrogen atmosphere.

得られた耐火物中のAlC、Al(コランダム),AlNおよびBNは、X線回折による内部標準法により定量を行い、標準試料がない相についてはリードベルド法によるプロファイルから定量化を行った。フリーの炭素(「F.C.」とも表記する。)、トータルの炭素、SiC、Si及びAlは、JIS−R−2011に準じて定量化を行った。ZrOやSiO等のその他の酸化物はJIS−R−2016に準じて蛍光X線分析装置により定量化を行った。BCは、JIS−R−2015に準じて定量化を行った。SiについてはJIS−R−1603に準じて定量化を行った。 Al 4 O 4 C, Al 2 O 3 (corundum), AlN and BN in the obtained refractory are quantified by the internal standard method by X-ray diffraction, and the phase without the standard sample is determined from the profile by the Reedveld method. Quantification was performed. Free carbon (also referred to as “FC”), total carbon, SiC, Si, and Al were quantified according to JIS-R-2011. Other oxides such as ZrO 2 and SiO 2 were quantified by a fluorescent X-ray analyzer according to JIS-R-2016. B 4 C was quantified according to JIS-R-2015. Si 3 N 4 was quantified according to JIS-R-1603.

耐火物中のAlC含有原料粒子の最大粒子径及び粒子表面の変質層の厚さは、反射顕微鏡によりその組織を目視観察して求めた。最大粒子径は、顕微鏡下10倍で目視観察した視野の中で最大の粒子径を求めた。変質層の厚みも同様に顕微鏡下10倍で目視観察した視野の中で最大厚みを求めた。この変質層の成分は、EPMAにより定性的に求めた。特に窒素に関しては定量化が困難であり、定性的に多いと判断されたものを○で表記した。 The maximum particle diameter of the Al 4 O 4 C-containing raw material particles in the refractory and the thickness of the altered layer on the particle surface were determined by visually observing the structure with a reflection microscope. The maximum particle size was determined as the maximum particle size in a visual field observed visually 10 times under a microscope. Similarly, the thickness of the deteriorated layer was determined as the maximum thickness in a visual field observed visually at 10 times under a microscope. The component of this altered layer was qualitatively determined by EPMA. In particular, nitrogen was difficult to quantify, and was judged to be qualitatively indicated by ○.

AlC含有原料粒子内のAlCの結晶の大きさは、AlC含有原料粒子の顕微鏡観察において、その全体の半分の面積を超えるまで、断面積の大きいAlCの結晶から順に断面積を積算し、積算したそれぞれの結品の断面積を円に換算したときのそれぞれの直径の平均値で表した。 Al 4 O 4 C-containing size of Al 4 O 4 C crystal in the raw material particles, the microscopic observation of the Al 4 O 4 C-containing raw material particles, to greater than the area of half of the entire, large Al sectional area The cross-sectional areas were accumulated in order from the 4 O 4 C crystals, and the accumulated cross-sectional areas of the respective products were expressed as average values of the respective diameters when converted into circles.

そして、得られた耐火物から所定の形状を切り出し、次の評価を行った。
・かさ比重:JIS−R−2205に準じる。
・見掛け気孔率:JIS−R−2205に準じる。
・熱膨張率:JIS−R−2207に準じる。
And the predetermined | prescribed shape was cut out from the obtained refractory material, and the following evaluation was performed.
-Bulk specific gravity: According to JIS-R-2205.
-Apparent porosity: According to JIS-R-2205.
-Thermal expansion coefficient: Conforms to JIS-R-2207.

さらに、本発明で課題とした繰り返し多数回使用後の評価として、次の耐熱衝撃性評価A、Bを行った。
・耐熱衝撃性評価A:熱処理した試料を、1600℃の溶銑に3分間浸漬した後に空冷する処理を5回繰り返して行い、その亀裂の程度で評価した。
・耐熱衝撃性評価B:スライディングノズル用プレート形状に試作した耐火物に金属製のバンドを巻いて、内孔をバーナーで加熱し、発生する亀裂の状況及びバンドのずれ等を評価した。
Furthermore, the following thermal shock resistance evaluations A and B were performed as evaluations after repeated repeated use, which was the subject of the present invention.
Thermal shock resistance evaluation A: The heat-treated sample was immersed in a hot metal at 1600 ° C. for 3 minutes and then air-cooled repeatedly 5 times, and the degree of cracking was evaluated.
-Thermal shock resistance evaluation B: A metal band was wound around a refractory prototyped in the shape of a sliding nozzle plate, the inner hole was heated with a burner, and the state of cracks generated, band displacement, etc. were evaluated.

またさらに、耐酸化性の評価として、酸化後のAlCの残存量を評価した。具体的には、コークスブリーズ中で1500℃で3時間熱処理した後の試料をX線回折法により評価してAlC含有量をリードベルド法により定量化し、熱処理前後のAlCの含有量から、AlCの残存率を算出した。 Furthermore, as an evaluation of oxidation resistance, the remaining amount of Al 4 O 4 C after oxidation was evaluated. Specifically, a sample after heat treatment at 1500 ° C. for 3 hours in a coke breeze was evaluated by an X-ray diffraction method, and the Al 4 O 4 C content was quantified by a Reedveld method, and the Al 4 O 4 C before and after the heat treatment was quantified. From the content of, the residual ratio of Al 4 O 4 C was calculated.

加えて耐食性の評価として、SS400とミルスケールを1600℃にて溶融した高周波誘導炉内に試料を3時間浸漬して侵食試験を行った。これは主として耐FeO性を評価するものであって、後述する表1に示す比較例1の最大溶損量を100として指数化した値で評価した。この指数が小さいほど、耐食性(耐FeO性)に優れていることを示す。   In addition, as an evaluation of corrosion resistance, an erosion test was performed by immersing the sample in a high-frequency induction furnace in which SS400 and a mill scale were melted at 1600 ° C. for 3 hours. This is mainly to evaluate FeO resistance, and was evaluated by a value obtained by indexing the maximum amount of melting loss of Comparative Example 1 shown in Table 1 described later as 100. It shows that it is excellent in corrosion resistance (FeO resistance), so that this index | exponent is small.

[実施例A]
実施例Aは耐火物中のAlCの含有量について調査した例である。表1にこれら各例の構成と結果を示す。
[Example A]
Example A is an example in which the content of Al 4 O 4 C in the refractory was investigated. Table 1 shows the configuration and results of each example.

Figure 2015193511
Figure 2015193511

AlCを含有せずAlを主体とする比較例1を従来技術の典型例とした。AlCの含有量が増大するのに伴って熱膨張率が顕著に小さくなる傾向があることがわかる。AlC含有量が13質量%の比較例2では、従来技術の比較例1よりも熱膨張率は低減するものの加熱処理を受けた後の耐熱衝撃性は十分ではない。なお、比較例2の耐食性は実施例1と同等であるものの、耐熱衝撃性に関しては長時間繰り返し使用等を考慮すると十分ではない。 Comparative Example 1 the Al 4 O 4 Al 2 O 3 contained no C mainly was typical example of the prior art. It can be seen that the coefficient of thermal expansion tends to become significantly smaller as the content of Al 4 O 4 C increases. In Comparative Example 2 having an Al 4 O 4 C content of 13% by mass, although the thermal expansion coefficient is lower than that of Comparative Example 1 of the prior art, the thermal shock resistance after the heat treatment is not sufficient. Although the corrosion resistance of Comparative Example 2 is equivalent to that of Example 1, the thermal shock resistance is not sufficient in consideration of repeated use for a long time.

AlC含有量が15質量%〜80質量%の実施例1〜3では耐熱衝撃性も耐食性も改善されていて、繰り返し使用等の条件に対しては十分耐用できることがわかる。一方、AlC含有量が83質量%の比較例3では、従来技術の比較例1よりも熱膨張率は大幅に低下してさらに耐食性も改善されるものの、耐熱衝撃性評価Aでの熱処理後の耐熱衝撃性は低下傾向である。これは、熱処理によるAlCの変質量が多くなって弾性率が高くなるためと考えられる。また、プレート形状の内孔加熱試験を行う熱耐熱衝撃性評価Bでは、金属製バンドのズレが生じていて、その影響と思われる耐熱衝撃性の低下傾向がみられる。これらの結果から、AlC含有量は15質量%以上80質量%以下であることが必要であることがわかる。 In Examples 1 to 3 in which the content of Al 4 O 4 C is 15% by mass to 80% by mass, both the thermal shock resistance and the corrosion resistance are improved. On the other hand, in Comparative Example 3 in which the Al 4 O 4 C content is 83% by mass, the thermal expansion coefficient is greatly reduced and the corrosion resistance is further improved as compared with Comparative Example 1 of the prior art. The thermal shock resistance after heat treatment tends to decrease. This is thought to be due to the fact that the mass change of Al 4 O 4 C due to heat treatment increases and the elastic modulus increases. Moreover, in the thermal thermal shock resistance evaluation B in which a plate-shaped inner hole heating test is performed, the metal band is displaced, and the thermal shock resistance tends to be reduced due to the influence. From these results, it is understood that the Al 4 O 4 C content needs to be 15% by mass or more and 80% by mass or less.

[実施例B]
実施例Bは耐火物中のAlNの含有量について調査した例である。表2にこれら各例の構成と結果を示す。
[Example B]
Example B is an example in which the content of AlN in the refractory was investigated. Table 2 shows the configuration and results of each example.

Figure 2015193511
Figure 2015193511

本実施例Bではいずれの実施例、比較例もAlCを20質量%含有している耐火物を基準とした。AlNを含有せずAlCとAlを主体とする比較例4は、耐熱衝撃性評価Aで十分な耐熱衝撃性を得ることができていない。これは熱処理後のAlC含有量が低下して熱膨張率の低減効果が小さくなり、またAlCの変質に伴い弾性率が上昇したことが原因と考えられる。 In Example B, all examples and comparative examples were based on a refractory containing 20% by mass of Al 4 O 4 C. In Comparative Example 4 which does not contain AlN and is mainly composed of Al 4 O 4 C and Al 2 O 3 , the thermal shock resistance evaluation A does not provide sufficient thermal shock resistance. This is considered to be because the Al 4 O 4 C content after the heat treatment is lowered, the effect of reducing the thermal expansion coefficient is reduced, and the elastic modulus is increased due to the alteration of Al 4 O 4 C.

これに対してAlNの含有量が0.5〜20質量%の範囲にある実施例4〜6は、耐熱衝撃性が改善されると共にAlNの含有量が増加するのに伴って耐食性も改善されていて、繰り返し使用等の条件に対しては十分な耐用性を備えていることがわかる。   In contrast, in Examples 4 to 6 in which the AlN content is in the range of 0.5 to 20% by mass, the thermal shock resistance is improved and the corrosion resistance is also improved as the AlN content is increased. Thus, it can be seen that it has sufficient durability against conditions such as repeated use.

AlNの含有量が21質量%と過剰である比較例5は、耐食性は良好であるが耐熱衝撃性評価Aでは耐熱衝撃性が低下する傾向にある。これは熱処理後にAlNのAl化が進行し、焼結などを生じたためと思われる。また、比較例5は耐熱衝撃性評価Bでバンドにずれを生じると共に、亀裂が拡大した。 In Comparative Example 5 in which the content of AlN is excessive as 21% by mass, the corrosion resistance is good, but in the thermal shock resistance evaluation A, the thermal shock resistance tends to decrease. This is presumably because AlN was converted to Al 2 O 3 after the heat treatment, resulting in sintering. Further, in Comparative Example 5, the thermal shock resistance evaluation B caused the band to shift and the crack expanded.

これらの結果から、AlN含有量は0.5質量%以上20質量%以下であることが必要であることがわかる。   From these results, it is understood that the AlN content needs to be 0.5 mass% or more and 20 mass% or less.

[実施例C]
実施例CはAlC粒子表面の変質層の厚みについて調査した例である。表3にこれら各例の構成と結果を示す。
[Example C]
Example C is an example in which the thickness of the altered layer on the surface of Al 4 O 4 C particles was investigated. Table 3 shows the configuration and results of each example.

Figure 2015193511
Figure 2015193511

本実施例Cではいずれの実施例もAlCを15質量%以上、AlNを2質量%以上含有している耐火物を基準とした。AlC粒子表面の変質層の厚みが0.5μmの実施例7は、耐熱衝撃性評価Aでは耐熱衝撃性がやや低下傾向である。これは、熱処理後のAlC残存量が10質量%と少なくいことが原因と考えられる。 In Example C, all examples were based on a refractory containing Al 4 O 4 C in an amount of 15% by mass or more and AlN in an amount of 2% by mass or more. In Example 7 in which the thickness of the altered layer on the surface of the Al 4 O 4 C particles is 0.5 μm, the thermal shock resistance is slightly lowered in the thermal shock resistance evaluation A. This is presumably because the residual amount of Al 4 O 4 C after heat treatment is as small as 10% by mass.

AlC粒子表面の変質層の厚みが2〜250μmの範囲にある実施例8〜10は、いずれも耐食性評価、耐熱衝撃性評価A、耐熱衝撃性評価Bによる評価とも良好な結果を示す。 In Examples 8 to 10 in which the thickness of the altered layer on the surface of the Al 4 O 4 C particles is in the range of 2 to 250 μm, all of the corrosion resistance evaluation, the thermal shock resistance evaluation A, and the thermal shock resistance evaluation B have good results. Show.

これに対してAlC粒子表面の変質層の厚みが300μmと厚い実施例11は、耐熱衝撃性評価Aによる評価では、やや亀裂が大きくなる傾向にある。これは、熱処理前のAlC粒子表面の変質層の厚みが300μmと厚いことに加え、さらに熱処理を受けることによりAlCの変質量が増え、変質に伴う体積変化が大きくなることから耐熱衝撃性が低下したと考えられる。 On the other hand, in Example 11 where the thickness of the altered layer on the surface of the Al 4 O 4 C particles is as thick as 300 μm, the cracks tend to be slightly larger in the evaluation by the thermal shock resistance evaluation A. This is because the thickness of the altered layer on the surface of Al 4 O 4 C particles before heat treatment is as thick as 300 μm, and the heat treatment further increases the mass change of Al 4 O 4 C, resulting in a large volume change due to alteration. Therefore, it is considered that the thermal shock resistance has decreased.

これらの結果から、AlC粒子表面の変質層の厚みは、2.0μm以上250μm以下であることがより望ましいことがわかる。 From these results, it can be seen that the thickness of the altered layer on the surface of the Al 4 O 4 C particles is more preferably 2.0 μm or more and 250 μm or less.

[実施例D]
実施例DはAlC含有原料の製造方法及びAlCの結晶粒子径について調査した例である。表4にこれら各例の構成と結果を示す。
[Example D]
Example D is an example in which the production method of the Al 4 O 4 C-containing raw material and the crystal particle diameter of Al 4 O 4 C were investigated. Table 4 shows the configuration and results of each example.

Figure 2015193511
Figure 2015193511

実施例12〜15は、いずれもAlCを20質量%、AlNを2質量%それぞれ含有し、AlCの変質層厚みが2μmである耐火物を基準とし、その他の成分として、フリーの炭素を4質量%、SiOを1質量%、SiCを0.5質量%、BCを0.5質量%含有している。 Examples 12 to 15 are all based on a refractory containing 20% by mass of Al 4 O 4 C and 2% by mass of AlN and 2 μm in the altered layer thickness of Al 4 O 4 C. As a result, 4% by mass of free carbon, 1% by mass of SiO 2 , 0.5% by mass of SiC, and 0.5% by mass of B 4 C are contained.

AlC含有原料が焼結法により製造されておりAlCの結晶の平均直径が5μmと非常に微細である実施例12は、耐熱衝撃性評価Aでは、亀裂がやや大きくなる傾向にある。これは熱処理後のAlCの残存量が10質量%と少ないことが原因と考えられる。 In Example 12 in which the Al 4 O 4 C-containing raw material was produced by a sintering method and the average diameter of the Al 4 O 4 C crystals was as fine as 5 μm, the thermal shock resistance evaluation A was slightly large in cracks. Tend to be. This is presumably because the residual amount of Al 4 O 4 C after heat treatment is as small as 10% by mass.

また、AlC含有原料がアーク溶融法により製造されているが、AlCの結晶の平均直径が5μmと非常に微細である実施例13は耐熱衝撃性評価Aでは、亀裂がやや大きくなる傾向にある。これも熱処理後のAlCの残存量が10質量%と少ないことが原因であると考えられる。 Further, although the Al 4 O 4 C-containing raw material is manufactured by the arc melting method, Example 13 in which the average diameter of the Al 4 O 4 C crystals is as fine as 5 μm is cracked in the thermal shock resistance evaluation A. Tends to be slightly larger. This is also considered to be because the residual amount of Al 4 O 4 C after heat treatment is as small as 10% by mass.

AlC含有原料がアーク溶融法により製造されており、AlCの結晶の平均直径が20μm以上である実施例14と実施例15は、両材質とも耐熱衝撃性評価Aの結果は亀裂が小さく良好である。 In Example 14 and Example 15 in which the Al 4 O 4 C-containing raw material is manufactured by the arc melting method and the average diameter of the Al 4 O 4 C crystals is 20 μm or more, both materials have a thermal shock resistance evaluation A The result is good with small cracks.

以上のことからAlC含有原料はアーク溶融法により製造され、AlC含有原料中のAlCの結晶の平均直径が20μm以上であることがより好ましいことがわかる。 From the above, it can be seen that the Al 4 O 4 C-containing raw material is produced by an arc melting method, and the average diameter of Al 4 O 4 C crystals in the Al 4 O 4 C-containing raw material is more preferably 20 μm or more. .

[実施例E]
実施例Eは耐火物中のフリーの炭素量について調査した例である。表5にこれらの各例の構成と結果を示す。
[Example E]
Example E is an example in which the amount of free carbon in the refractory was investigated. Table 5 shows the configuration and results of each of these examples.

Figure 2015193511
Figure 2015193511

実施例15〜18はいずれもAlCを20質量%、AlNを2質量%それぞれ含有し、AlCの変質層厚みが2μmである耐火物を基準とし、その他の成分として、フリーの炭素と、SiOを1質量%、SiCを0.5質量%、BCを0.5質量%含有している。また、いずれもAlC含有原料はアーク溶融法により製造されておりAlCの結晶の平均直径が20μm以上のものを使用している。 Examples 15 to 18 all contain 20% by mass of Al 4 O 4 C and 2% by mass of AlN, respectively, and are based on a refractory having an altered layer thickness of Al 4 O 4 C of 2 μm. And 1% by mass of free carbon, SiO 2 , 0.5% by mass of SiC, and 0.5% by mass of B 4 C. In addition, in all cases, the Al 4 O 4 C-containing raw material is manufactured by an arc melting method, and an Al 4 O 4 C crystal having an average diameter of 20 μm or more is used.

フリーの炭素含有量が1.5質量%の実施例16は、耐熱衝撃性評価A及びBのいずれの結果も、やや亀裂が大きくなる傾向にある。これは、フリーの炭素量が少なく、焼結を抑制する効果が小さいことが原因と考えられる。   In Example 16 having a free carbon content of 1.5% by mass, both the results of thermal shock resistance evaluations A and B tend to be somewhat cracked. This is thought to be because the amount of free carbon is small and the effect of suppressing sintering is small.

フリーの炭素含有量が2〜8質量%である実施例16〜17は、耐熱衝撃性評価A及びBのいずれの結果も良好で、耐食性も良好である。   In Examples 16 to 17 in which the free carbon content is 2 to 8% by mass, both the results of the thermal shock resistance evaluations A and B are good, and the corrosion resistance is also good.

フリーの炭素含有量が9.0質量%である実施例18は、耐熱衝撃性評価A及びBのいずれの結果も良好であるが、フリーの炭素が過剰にあることから耐食性が低下する傾向にある。   In Example 18 in which the free carbon content is 9.0% by mass, both the results of the thermal shock resistance evaluations A and B are good, but the corrosion resistance tends to decrease due to the excess of free carbon. is there.

以上のことからフリーの炭素含有量は2.0〜8.0質量%の範囲であることがより好ましいことがわかる。   From the above, it can be seen that the free carbon content is more preferably in the range of 2.0 to 8.0 mass%.

[実施例F]
実施例FはAlC、Al、AlN及びフリーの炭素以外の成分について調査した例である。表6にこれらの各例の構成と結果を示す。
[Example F]
Example F is an example in which components other than Al 4 O 4 C, Al 2 O 3 , AlN, and free carbon were investigated. Table 6 shows the configuration and results of each of these examples.

Figure 2015193511
Figure 2015193511

実施例19〜22のいずれの材質も、AlCを20質量%、AlNを2質量%それぞれ含有し、AlCの変質層厚みが2μmである耐火物を基準とし、その他の成分として、フリーの炭素を4質量%、SiCを0.5質量%、BCを0.5質量%含有している。また、いずれの材質も、AlC含有原料はアーク溶融法により製造されておりAlCの結晶の平均直径が20μm以上である。 All the materials of Examples 19 to 22 contain 20% by mass of Al 4 O 4 C and 2% by mass of AlN, respectively, and are based on a refractory having an altered layer thickness of 2 μm of Al 4 O 4 C. As a component, 4% by mass of free carbon, 0.5% by mass of SiC, and 0.5% by mass of B 4 C are contained. In any of the materials, the Al 4 O 4 C-containing raw material is manufactured by an arc melting method, and the average diameter of Al 4 O 4 C crystals is 20 μm or more.

ZrO成分を3質量%、SiO成分を3質量%それぞれ含有する実施例19は、主な鉱物相としてはAlCとコランダムに加えてムライトと単斜晶系のジルコニアを含有しているが、耐熱衝撃性評価A及びBのいずれの結果も良好で、耐食性も良好である。 Example 19 containing 3% by mass of the ZrO 2 component and 3% by mass of the SiO 2 component each contained mullite and monoclinic zirconia as the main mineral phase in addition to Al 4 O 4 C and corundum. However, the results of thermal shock resistance evaluations A and B are both good and the corrosion resistance is also good.

MgOを3質量%、SiO成分を1質量%それぞれ含有する実施例20は、主な鉱物相としてはAlCとコランダムに加えてスピネルを含有しているが、耐熱衝撃性評価A及びBのいずれの結果も良好で、耐食性も良好である。 Example 20 containing 3% by mass of MgO and 1% by mass of SiO 2 component contains spinel as a main mineral phase in addition to Al 4 O 4 C and corundum, but thermal shock resistance evaluation A Both the results of B and B are good, and the corrosion resistance is also good.

ZrO成分を3質量%、SiO成分を3質量%、Si成分を0.5質量%、BN成分を0.5質量%それぞれ含有する実施例21は、主な鉱物相としてはAlCとコランダムに加えてムライトと単斜晶系のジルコニアを含有しているが、耐熱衝撃性評価A及びBのいずれの結果も良好で、耐食性も良好である。 Example 21 containing 3% by mass of the ZrO 2 component, 3% by mass of the SiO 2 component, 0.5% by mass of the Si 3 N 4 component, and 0.5% by mass of the BN component is the main mineral phase. Although it contains mullite and monoclinic zirconia in addition to Al 4 O 4 C and corundum, both the results of thermal shock resistance evaluations A and B are good and the corrosion resistance is also good.

ZrO成分を3質量%、SiO成分を3質量%、金属Si成分を1.0質量%、金Al成分を1.0質量%それぞれ含有する実施例22は、主な鉱物相としてはAlCとコランダムに加えてムライトと単斜晶系のジルコニアを含有しているが、耐熱衝撃性評価A及びBのいずれの結果も良好で、耐食性も良好である。 Example 22 containing 3% by mass of ZrO 2 component, 3% by mass of SiO 2 component, 1.0% by mass of metal Si component, and 1.0% by mass of gold Al component, respectively, Although it contains mullite and monoclinic zirconia in addition to 4 O 4 C and corundum, both the results of thermal shock resistance evaluations A and B are good, and the corrosion resistance is also good.

以上のことからAlC、Al、AlN及びフリーの炭素以外の成分としては、Al、MgO、SiO、ZrO、SiC、BC、BN、Si、又は金属Si等を含有することができる。また残部の酸化物成分の鉱物相としてコランダム、ムライト、スピネル、正方晶ジルコニア又は斜方晶ジルコニアのいずれかの鉱物を含むことができる。 From the above, as components other than Al 4 O 4 C, Al 2 O 3 , AlN and free carbon, Al 2 O 3 , MgO, SiO 2 , ZrO 2 , SiC, B 4 C, BN, Si 3 N 4 or metal Si etc. can be contained. Further, any mineral of corundum, mullite, spinel, tetragonal zirconia or orthorhombic zirconia can be contained as the mineral phase of the remaining oxide component.

[実施例G]
実施例Gは取鍋用のスライディングノズル用プレートとして実炉で使用した結果を示す。表7に各例の構成と評価を示す。
[Example G]
Example G shows the results of use in an actual furnace as a sliding nozzle plate for a ladle. Table 7 shows the configuration and evaluation of each example.

Figure 2015193511
Figure 2015193511

表7において実炉使用結果Aで示されるA所では、320トンの取鍋で内孔径が93mmのスライディングノズル用プレートとして、テストを実施し評価を行った。1chが平均40分程度の鋳造時間で、通常は9ch程度使用されている。また、A所では使用後のスライディングノズル用プレートを回収し、内孔部にリング形状の耐火物を挿入し、摺動面を研磨する加工処理を行いプレート耐火物を再生しており、実炉使用結果A(再生使用)はその結果を示している。   In place A indicated by the actual furnace use result A in Table 7, a test was performed and evaluated as a sliding nozzle plate having an inner hole diameter of 93 mm with a ladle of 320 tons. 1ch is a casting time of about 40 minutes on average, and usually about 9ch is used. In place A, the used sliding nozzle plate is collected, a ring-shaped refractory is inserted into the inner hole, and the sliding surface is polished to regenerate the plate refractory. Use result A (reproduction use) shows the result.

表7において実炉使用結果Bで示されるB所では、200トンの取鍋で内孔径が75mmのSNプレートとして、テストを実施し評価を行った。1chが平均100分程度の鋳造時間で、通常は6ch程度使用されている。   In the place B shown by the actual furnace use result B in Table 7, the test was carried out and evaluated as an SN plate having an inner hole diameter of 75 mm with a 200-ton ladle. 1ch is an average casting time of about 100 minutes, and usually about 6ch is used.

比較例6及び比較例7は従来使用されていた一般的なAl−ZrO−C系材質である。 Comparative Example 6 and Comparative Example 7 are general Al 2 O 3 —ZrO 2 —C based materials that have been conventionally used.

実炉使用結果Aで示されるA所では、比較例6は9ch使用されたが、摺動面の面荒れが大きく不調であった。比較例7も9ch使用されたが、ノズル内孔のエッジ部が欠落し不調であった。本発明である実施例23は11ch使用され、使用後の外観も亀裂は軽微で良好であった。   In the place A indicated by the actual furnace use result A, 9 ch of Comparative Example 6 was used, but the surface roughness of the sliding surface was large and unsatisfactory. Although 9 ch of Comparative Example 7 was also used, the edge portion of the nozzle inner hole was missing and was in a malfunction. In Example 23 of the present invention, 11 ch was used, and the appearance after use was also good with slight cracks.

同じく、A所で再生使用されたスライディングノズル用プレートは、比較例6は7ch使用されたが、摺動面の面荒れが大きく良好な結果が得られなかった。比較例7(材質B)は、使用後の亀裂が大きく、再生することができなかった。これに対して、実施例21は10ch良好に使用された。   Similarly, 7 ch of the sliding nozzle plate that was regenerated and used in the A place was used in Comparative Example 6, but the sliding surface was so rough that good results could not be obtained. Comparative Example 7 (Material B) had a large crack after use and could not be regenerated. In contrast, Example 21 was used well for 10 ch.

実炉使用結果Bで示されるB所では、比較例6は6ch使用されたが、摺動面の面荒れが大きく不調であった。比較例7も6ch使用されたが、エッジ欠けが生じ不調であった。これに対して実施例23は8ch使用され、使用後の状態も亀裂が少なく良好であった。   In the place B indicated by the actual furnace use result B, 6ch of Comparative Example 6 was used, but the surface roughness of the sliding surface was large and unsatisfactory. Although 6 ch of Comparative Example 7 was also used, the edge chipping occurred and was unsatisfactory. On the other hand, Example 23 was used in 8ch, and the state after use was good with few cracks.

Claims (8)

AlCを15質量%以上80質量%以下、AlNを0.5質量%以上20.0質量%以下含有し、残部が耐火性成分からなる鋳造用耐火物。 A refractory for casting containing 15% by mass to 80% by mass of Al 4 O 4 C, 0.5% by mass to 20.0% by mass of AlN, and the balance comprising a refractory component. AlCを含む粒子表面の一部又は全部に、厚みが2μm以上250μm以下の層を有しており、当該層は、当該層を除くAlCを含む粒子内部とは異なる構造であって、Al、N、O及びCの成分を含有する、請求項1に記載の鋳造用耐火物。 A part or all of the particle surface containing Al 4 O 4 C has a layer with a thickness of 2 μm or more and 250 μm or less, and the layer is different from the inside of the particle containing Al 4 O 4 C excluding the layer. The refractory for casting according to claim 1, which has a structure and contains Al, N, O and C components. AlCは、溶融法により製造された粒子に含まれたものである、請求項1又は請求項2に記載の鋳造用耐火物。 The refractory material for casting according to claim 1 or 2, wherein Al 4 O 4 C is contained in particles produced by a melting method. AlCを含む粒子内のAlCの結晶の大きさが、AlCの結晶の断面積を円に換算したときの平均直径で20μm以上である、請求項1から請求項3のいずれかに記載の鋳造用耐火物。 Al 4 O 4 size of Al 4 O 4 C crystal in particles containing C is at 20μm or more in average diameter when converted to the cross-sectional area of the Al 4 O 4 C crystal in circle claim 1 The refractory for casting according to claim 3. フリーの炭素を2.0質量%以上8.0質量%以下含有する、請求項1から請求項4のいずれかに記載の鋳造用耐火物。   The refractory material for casting according to any one of claims 1 to 4, comprising free carbon in an amount of 2.0 mass% to 8.0 mass%. 前記残部の耐火性成分が、Al、MgO、SiO、ZrO、SiC、BC、BN、Si、金属Al及び金属Siの群から選択する1又は複数である、請求項1から請求項5のいずれかに記載の鋳造用耐火物。 The remaining refractory component is one or more selected from the group consisting of Al 2 O 3 , MgO, SiO 2 , ZrO 2 , SiC, B 4 C, BN, Si 3 N 4 , metal Al and metal Si, The casting refractory according to any one of claims 1 to 5. 前記残部のうち、Al、MgO、SiO、ZrOの耐火性成分が、コランダム、ムライト、スピネル、正方晶ジルコニア又は斜方晶ジルコニアから選択する1又は複数の鉱物を含む、請求項1から請求項6のいずれかに記載の鋳造用耐火物。 The refractory component of Al 2 O 3 , MgO, SiO 2 , ZrO 2 among the balance includes one or more minerals selected from corundum, mullite, spinel, tetragonal zirconia or orthorhombic zirconia. The refractory material for casting according to any one of claims 1 to 6. 請求項1から請求項7に記載のいずれかの鋳造用耐火物を一部又は全部に配設した、鋳造用ノズル又はスライディングノズル用プレート。   A casting nozzle or a sliding nozzle plate, wherein the casting refractory according to any one of claims 1 to 7 is disposed in part or in whole.
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