JP2020082191A - 鋼の連続鋳造用浸漬ノズル - Google Patents
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Abstract
Description
したがって、本発明の目的は、アルミナ付着防止効果の高いノズルを提供することにある。
次に、種々の組成を有するジルコニア−カルシア−カーボン質耐火材料と、溶融Al含有鋼との反応について基礎実験調査を行ったところ、ジルコニア−カルシア−カーボン質耐火材料に、マグネシア−アルミナ質スピネルおよびアルミナを同時に含有させると、耐火材料のアルミナ付着防止効果が大幅に向上することが判明した。
さらに、この原因を究明するための検討を行ったところ、次のことを推定できた:
ジルコン酸カルシウム(CaZrO3)原料の粒の周りにZrC層が生成すると、粒内のCaO成分は粒の外側へ移動せず、アルミナ付着物と反応できなくなるため、ジルコニア−カルシア−カーボン質耐火材料のアルミナ付着防止効果は低下する。
ジルコニア−カルシア−カーボン質耐火材料におけるZrC層の生成は、CaZrO3粒内のZrO2と外側のカーボンおよびCOガスとの反応によるものである。すなわち、
ZrO2(s)+3C(c)→ZrC(s)+2CO(g) (1)
ZrO2(s)+4CO(g)→ZrC(s)+3CO2(g) (2)
温度が高いほど、各反応相の拡散が速いため、ZrCの生成が速くなる。また、鋳造速度が速いほど、溶鋼の流れが速く、生成ガス(COなど)の溶鋼への溶解が加速するので、ZrCの生成が速くなる。これらによって、ジルコニア−カルシア−カーボン質耐火材料のアルミナ付着防止効果は低下する。
さらに、CaO−Al2O3−MgO−ZrO2系溶融相は、十分高い粘度を持つため、CaO−Al2O3−MgO−ZrO2系溶融相を含むノズルの稼働面の全体が溶鋼へ流失することはない。したがって、ジルコン酸カルシウム(CaZrO3)、マグネシア−アルミナ質スピネルおよびアルミナが共存する耐火材料は、アルミナ付着防止効果が長時間維持できる。
本発明者らは、以上の知見に基づき本発明を完成するに至った。
図1は、ノズル本体部(a)、浸漬部(c)およびスラグライン部(c)の内孔体に本発明のノズルに用いられる耐火材料(以下、「本発明の耐火材料」と略称する)(1)を、ノズル本体部(a)と浸漬部(b)の内孔体以外の部分に慣用のアルミナ−カーボン質耐火材料(2)を、スラグライン部(c)の内孔体以外の部分に慣用のジルコニア−カーボン質耐火材料(3)をそれぞれ配材したノズルの一例である;
図2は、スラグライン部(c)並びにノズル本体部(a)および浸漬部(c)のスラグラインスラグ部(c)と隣接する内孔体に本発明の耐火材料(1)を、ノズル本体部(a)と浸漬部(b)のその他の部分に慣用のアルミナ−カーボン質耐火材料(2)を、スラグライン部(c)のその他の部分に慣用のジルコニア−カーボン質耐火材料(3)をそれぞれ配材したノズルの一例である;
図3は、スラグライン部(c)並びにノズル本体部(a)のスラグラインスラグ部(c)と隣接する内孔体および浸漬部(b)のスラグラインスラグ部(c)と隣接する部分に本発明の耐火材料(1)を、ノズル本体部(a)および浸漬部(b)のその他の部分に慣用のアルミナ−カーボン質耐火材料(2)を、スラグライン部(c)のその他の部分に慣用のジルコニア−カーボン質耐火材料(3)をそれぞれ配材したノズルの一例である;
図4は、スラグライン部(c)並びにノズル本体部(a)のスラグラインスラグ部(c)と隣接する内孔体および浸漬部(b)に本発明の耐火材料(1)を、ノズル本体部(a)のその他の部分に慣用のアルミナ−カーボン質耐火材料(2)を、スラグライン部(c)のその他の部分に慣用のジルコニア−カーボン質耐火材料(3)をそれぞれ配材したノズルの一例である。
なお、本発明のノズルの配材パターンは、上記図1〜4に説明する配材パターンに限定されるものではなく、少なくとも溶鋼と接するノズル稼働面の一部または全部に本発明のノズルに使用される耐火材料を配材すれば良い。
以下の表に記載する配合割合に従って原料配合物を調製し、定法によって成形し、還元雰囲気中1000℃で8時間焼成することにより供試体を得た。なお、供試体の製造には、バインダーとしてフェノール樹脂を外掛けで15質量%使用した。得られた供試体をダイヤモンドカッターで切り出し、平面研磨することによって20×20×200mmの試験片を作製した。
また、マグネシア−アルミナ質スピネル原料は、MgO28.0質量%、Al2O372.0質量%のものであった。
試験片を冷却した後、浸漬部の高さ方向の中間位置で横切断し、その切断面の寸法を測定して、この寸法を基準としてアルミナ付着物層の厚みを算出した。なお、アルミナ付着物層の厚みが小さいほど、耐火材料のアルミナ付着防止効果が高くなることを示す。
使用したノズルは、図4に示す配材パターンを有するものであり、アルミナ−カーボン質耐火材料(2)としてAl2O353質量%、SiO222質量%およびC25質量%の組成を有する耐火材料を用い、ジルコニア−カーボン質耐火材料(3)としてCaO安定化ZrO287質量%、C13質量%の組成を有する耐火材料を用い、耐火材料(1)として実施例2の耐火材料を用いた。
また、比較用ノズルとして耐火材料(1)に比較例1の耐火材料を用いた以外は上記ノズルと同様の構成を有するノズルを用意した。
実機による鋳造は、鋼としてC:0.003質量%、Si:0.01質量%、Mn:0.3質量%、Al:0.04質量%、Ti:0.04質量%の組成を有するものを用い、連続鋳造時間が550分(10チャージ)であった。
実機使用の結果、本発明のノズルは、内孔部、浸漬部とも稼働面に付着物は、全く形成されず、溶損も認められなかった。これに対して、比較用ノズルは、内孔体および浸漬部の稼働面に、厚みが23mmまでと厚い付着物が形成されていた。これは、本発明のノズルの顕著な優位性を示すものである。
Claims (2)
- 鋼の連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、少なくとも溶鋼と接するノズル稼働面の一部または全部が、ジルコン酸カルシウム系原料55〜80質量%、マグネシア−アルミナ質スピネル原料5〜15質量%、アルミナ質原料5〜20質量%、カーボン質原料5〜35質量%からなる耐火材料から構成されることを特徴とする鋼の連続鋳造用浸漬ノズル。
- さらに、SiO2、MgO、Cr2O3およびZrO2からなる他の酸化物;SiCおよびB4Cからなる炭化物;ZrB2およびCaB6からなるホウ化物;BNおよびAlNからなる窒化物;CaF2およびNaFからなるフッ化物;および;Al、SiおよびCrからなる金属からなる群から選択される1種または2種以上を10質量%以下の量で含有する、請求項1記載の鋼の連続鋳造用浸漬ノズル。
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