JP2022063736A - 浸漬ノズルの耐食性評価方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】浸漬ノズルのパウダーライン部材質の耐食性、及びモールドパウダー毎の浸漬ノズルへの溶損性をより精度良く、より効率良く評価することができる浸漬ノズルの耐食性評価方法を提供する。【解決手段】本発明の浸漬ノズルの耐食性評価方法は、ドラム内に浸漬ノズルを半割に切断した試料を３個以上内張りし、溶鋼とモールドパウダーの混合物である侵食材の投入、排滓を繰り返しながらドラムを回転し、浸漬ノズルの損耗面積を測定し、耐食性を評価することを特徴とする。【選択図】図１
Description
本発明は浸漬ノズルの耐食性評価、具体的には、パウダーライン部材質の耐食性評価、及びモールドパウダー毎の浸漬ノズルへの溶損性評価の方法に関する。
製鋼コスト削減を目的として、連続鋳造工程にて使用される浸漬ノズルのような耐火物の一層の高耐用化やスラグコーティングによる耐火物保護技術の発展が望まれている。そのためには、実炉の使用環境に対応した耐火物やスラグの評価方法の確立が必須である。
各種の耐火物の耐食性の評価方法としては、たとえば、高温下でスラグ及び鋼を溶融させ、耐火物に当該溶融物をある一定時間接触させて、耐火物の損耗量を比較して耐用性を評価する方法である、高周波誘導炉内張り法や回転侵食法などがある。
高周波誘導炉内張り法は、多くの試料を一度に比較試験でき、かつ、雰囲気制御も可能で実炉に近い溶損が再現できる場合が多い方法である。回転侵食法は、鉄製のドラム内部に耐火物を内張りし、その内部でスラグや鉄を溶解させて耐火物と反応させる試験であり、適量の酸素及びプロパンの混合ガスを供給しながら、その熱で耐火物表面の温度を所定の試験温度とする。試料形状が比較的小さく、築炉と解体も容易で設備も簡単なことから広く行われている試験である。
特許文献１は、回転ドラム内面に、断面外形が六角形以上の正多角形になるように、台座耐火物で固定して耐火物試料を内張りし、侵食剤を投入してドラムを回転させる耐火物試料の侵食試験方法を開示している。
特許文献２は、ドラムの内側に耐火物を内張りし、スラグ及び／又は溶鉄を、所定時間その内部へ装入、排滓を繰り返し、その後、ドラム内の耐火物の残厚を測定することで耐火物の耐食性評価を行う方法を開示している。
連続鋳造工程にて使用される浸漬ノズルは、溶鋼を鋳型へ流し込むノズル形状の耐火物であり、浸漬ノズルのパウダーライン部における耐用がネックとなり、連々数（連続鋳造において複数バッチの溶鋼を連続処理するバッチ数）が制限されることがある。
浸漬ノズルのパウダーライン部は、潤滑剤として用いられているモールドパウダーと溶鋼が存在する３相領域であり、損耗しやすい部位のため、浸漬ノズル用の耐火物としては高耐食な材質が求められる。また、連々数向上のために、耐火物と反応しにくいモールドパウダーを選定することが求められる。
そこで、浸漬ノズルに用いられる耐火物をブロック加工し、回転ドラム内面に内張りし、侵食剤を投入してドラムを回転させる侵食試験が行われている。
しかしながら、パウダーライン部における損耗は、モールドパウダー成分、モールドパウダー粘度、溶鋼成分、溶鋼流速、耐火物材質、酸化防止剤等の複数因子の影響があり、それぞれの影響度合いについての整理は、実機使用後の調査でも困難であった。
また、従来の方法でラボ評価により各因子の影響を評価しても、実機の損耗を模擬することは困難であった。特に、モールドパウダーの成分や粘度影響に関しては、従来の試験方法では試験時間の経過に伴い、成分や粘度が変化してしまう事から、それらの影響を精度良く評価出来なかった。
本発明は、上記の事情に鑑み、パウダーライン部材質の耐食性、及びモールドパウダー毎の浸漬ノズルへの溶損性をより精度良く、より効率良く評価することができる浸漬ノズルの耐食性評価方法を提供することを課題とする。
本発明では、試験中にモールドパウダーの排滓・投入が可能な回転侵食試験法を用いることにより、モールドパウダー成分の変化による影響を小さくし、さらに、実機で使用する浸漬ノズルを加工し、試験の試料として配置することにより、実機で使用するライニング影響（酸化防止剤の影響や材質境界部の影響）等の評価も可能とし、実機の損耗に近い試験方法とする。本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）ドラム内に試料を内張りし、侵食材を投入し、上記ドラムを回転させる浸漬ノズルの溶損性評価方法であって、上記試料として上記浸漬ノズルを複数に分割した試料を３個以上用い、上記侵食材として溶鋼とモールドパウダーの混合物を用い、所定時間で上記侵食材の上記ドラムへの投入と排滓とを繰り返し、上記浸漬ノズルの損耗面積を測定し、耐食性を評価することを特徴とする浸漬ノズルの耐食性評価方法。
（２）成分の異なる複数種類のモールドパウダーに対して前記（１）の浸漬ノズルの耐食性評価方法に基づき評価を行い、損耗速度及び／又は損耗量を相対比較し、モールドパウダーの成分毎の溶損性の評価を行うことを特徴とする浸漬ノズルの耐食性評価方法。
（３）前記（２）の浸漬ノズルの耐食性評価方法により得られた損耗速度及び／又は損耗量と、モールドパウダーの成分から計算可能なパウダー塩基度Ｂｉとの相関を用いて、モールドパウダーの成分から実機使用時の損耗速度及び／又は損耗量を推測することを特徴とする浸漬ノズルの耐食性評価方法。
本発明の浸漬ノズルの耐食性評価方法によれば、試験時間に伴うモールドパウダーの成分や粘度の変化を防ぎ、パウダーライン部材質の耐食性、及びモールドパウダー毎の浸漬ノズルへの溶損性より精度良く、より効率良く評価することができる。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の浸漬ノズルの耐食性評価方法は、ドラム（キャスタブル耐火物）内に、実機で用いる浸漬ノズルを複数に分割した試料を内張りし、侵食材を投入し、上記ドラムを回転させることにより、試料を損耗させ、損耗面積を測定することで耐食性を評価する方法である。
図１に示すようにドラム２内に、半割にした浸漬ノズル１を３個以上内張りにする。ドラム２は、図示しない保持装置に保持され、手動方式、モーターによる電動方式、油圧方式などの適宜方式の構成の回転装置により、回転可能な回転炉を構成する。回転炉にインバーターを設置し、回転速度を制御できるようにすれば、流速の影響の評価も可能となり好ましい。
ドラム２内には、所定の比率で混合した溶鋼とモールドパウダーを投入する。本発明では試験中にドラム２を傾動し、侵食材を所定の時間で排滓・再投入することが可能な回転侵食試験法を用いることにより、モールドパウダー成分の変化による影響を小さくし、実機で用いる浸漬ノズルのパウダーライン部の損耗に近い評価を行うことができる。
また、試料として、実機で使用する浸漬ノズルを半割加工し配置することで、実機で使用するライニング影響（ノズル表面の酸化防止剤の影響や材質境界部の影響）等の評価も可能となる。なお、半割が加工にかかる時間やドラム内での配置を考慮すると最も好ましいが、浸漬ノズルを３つ以上に分割する加工をし、配置してもよい。
試料、侵食材の加熱には、たとえば、バーナーを用いることができる。
図２に、本発明の浸漬ノズルの耐食性評価方法における浸漬ノズルの組み合わせの例を示す。図２のように半割にした浸漬ノズルを配置することで、浸漬ノズルの外面に侵食材が接触し、実機に近い環境で試験を行うことができる。
図３は、本発明の浸漬ノズルの耐食性評価方法における浸漬ノズルの組み合わせ時の稼働面の円周長さを説明する図である。浸漬ノズルの組み合わせ個数をＮ、浸漬ノズルの外径をＲ、稼働範囲の角度をθとし、浸漬ノズルの円周長さＬが下記式を満たすように加工し配置することができる。
Ｌ≧πＲ×θ／３６０
θは下記式を用いて計算する。
θ＝｛（Ｎ－２）×１８０｝／Ｎ （Ｎ≧３）
本発明においては、上記のようにして損耗させた浸漬ノズルを観察し、損耗面積を測定し、耐食性を評価する。
損耗面積（ｍｍ2）を測定し試験時間で除すことにより、損耗速度（ｍｍ2／ｍｉｎ）が得ることができる。また、パウダー量で除すことにより損耗量（ｍｍ2／ｇ）を得ることができる。得られた値を、ベースとなるパウダーや浸漬ノズルの材質の結果と比較することにより、試験時間に拠らずに、成分影響の評価が可能となる。損耗面積の代わりに損耗深さ（ｍｍ）を使用してもよい。
成分の異なる複数種類のモールドパウダーに対して同様の評価試験を行い、損耗量や損耗速度を相対比較すれば、モールドパウダーの成分毎の損耗への影響を評価することができる。
また、モールドパウダーの成分から計算されるパウダー塩基度Ｂｉを用いて、本発明の評価方法で求められる損耗速度や損耗量との相関を確認すれば、精度良く線形の相関が得られるので、パウダー塩基度Ｂｉを用いて整理することにより、パウダーライン部の損耗が推測することが可能となる。
本発明の浸漬ノズルの耐食性評価方法において対象とする浸漬ノズルの材質は、浸漬ノズルに用いられる耐火物であれば特に限定されない。たとえば、珪石質、粘土質、ろう石質、ジルコン及びジルコニア質、高アルミナ質、炭素質、炭化珪素質、クロム質、マグネシア質、マグネシア・クロム質、ドロマイト質、マグネシア・カーボン質、アルミナ・カーボン質、アルミナ・炭化珪素・カーボン質、アルミナ・マグネシア・カーホン質などが挙げられる。
また、侵食材として用いる溶鋼やモールドパウダーの成分も特に限定されない。製鋼に用いられるものであればどのような成分であっても適用可能である。
侵食材の投入方法も特に限定されない。最初の侵食材の投入は、たとえば、試料の温度が１５５０℃程度に到達してから行うことができる。侵食材の投入は、たとえば、鋼をまず投入し、鋼の溶融後にモールドパウダーを投入することができる。
排滓は、侵食材と試料の反応が鎮まったころに行えばよい。試験条件によるが、たとえば、モールドパウダーの投入後、１５～３０分程度経過した時に排滓し、再度、鋼及びモールドパウダーを投入することができる。
本発明は、酸化性雰囲気、あるいはＡｒ、Ｎ2、Ｈｅ、Ｈ2、真空下などの非酸化性雰囲気での加熱などを含むあらゆる加熱条件下で適用可能である。酸化雰囲気、酸素とＡｒ等の不活性ガスの混合雰囲気であれば、酸素分圧を制御することによって、さらに精度良く損耗を再現することができるので好ましい。
加熱手段は、バーナー加熱の他、誘導加熱、電気抵抗加熱、アーク加熱等いずれを用いてもよい。また、バーナー加熱に際して使用するガスは、プロパン－酸素、メタン－酸素、コークス炉ガス等、いずれを用いてもよい。放射温度計で浸漬ノズルの表面温度を測定し、加熱条件を制御すれば、より安定した評価を行うことができる。
本発明の浸漬ノズルの耐食性評価方法によれば、実機の操業と高い相関が得られるため、本発明による評価方法から、実機の損耗が正確に予測可能となる。
以下に本発明を実施例によって説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
本発明の浸漬ノズルの耐食性評価方法に用いる試料、及び従来の耐火物の耐食性の評価方法に用いる試料をそれぞれ用意した。図４に試料を示す。（ａ）が本発明の実機に用いる浸漬ノズルを分割した試料、（ｂ）及び（ｃ）が従来の方法の浸漬ノズルに用いる耐火物をブロック加工した試料である。加工回数、準備時間は表１に示すようになった。
本発明の浸漬ノズルの耐食性評価方法に用いる試料、及び従来の耐火物の耐食性の評価方法に用いる試料をそれぞれ用意した。図４に試料を示す。（ａ）が本発明の実機に用いる浸漬ノズルを分割した試料、（ｂ）及び（ｃ）が従来の方法の浸漬ノズルに用いる耐火物をブロック加工した試料である。加工回数、準備時間は表１に示すようになった。
表１に示すように、本発明の方法によれば試料の準備に必要な加工が容易であり、所要時間が大幅に短縮されることが確認できた。
［実施例２］
図４の（ａ）に示す本発明の試料、図４（ｂ）に示す従来方法の試料を用いて、ドラム内に侵食材（溶鋼及びモールドパウダー）を投入し、ドラムを回転させる浸漬ノズルの溶損性評価を行った。試験条件を表２に示す。
図４の（ａ）に示す本発明の試料、図４（ｂ）に示す従来方法の試料を用いて、ドラム内に侵食材（溶鋼及びモールドパウダー）を投入し、ドラムを回転させる浸漬ノズルの溶損性評価を行った。試験条件を表２に示す。
侵食材の投入は、はじめに鋼を投入し、鋼の溶融後（投入からおおよそ５分以内）、モールドパウダーを投入する方法で行った。最初の鋼の投入は、試料の温度が１５５０℃に到達してから行い、排滓は、鋼の投入から２０分後とした。試験時間の６０ｍｉｎは、最初の鋼の投入から、最後の排滓までの時間である。
試験後、試料を切断し、原寸に対して損耗した面積を計算し、損耗速度（ｍｍ2／ｍｉｎ）を算出した。原寸と損耗位置の例を、図５に示す。また、評価結果を表３、図６に示す。
従来、実機の損耗や、公知の文献から、損耗速度はパウダー塩基度Ｂｉが増加するほど増加することが知られている。上記の結果のとおり、本発明の方法によれば、浸漬ノズルの損耗速度が精度よく評価されていることが確認できた。一方、従来方法による評価では、パウダー塩基度と損耗速度の相関がはっきりせず、本発明に比べ評価の精度が劣る結果となった。
１ 浸漬ノズル
２ ドラム
２ ドラム
Claims (3)
- ドラム内に試料を内張りし、侵食材を投入し、上記ドラムを回転させる浸漬ノズルの溶損性評価方法であって、
上記試料として上記浸漬ノズルを複数に分割した試料を３個以上用い、
上記侵食材として溶鋼とモールドパウダーの混合物を用い、
所定時間で上記侵食材の上記ドラムへの投入と排滓とを繰り返し、
上記浸漬ノズルの損耗面積を測定し、耐食性を評価する
ことを特徴とする浸漬ノズルの耐食性評価方法。 - 成分の異なる複数種類のモールドパウダーに対して請求項１に記載の浸漬ノズルの耐食性評価方法に基づき評価を行い、損耗速度及び／又は損耗量を相対比較し、モールドパウダーの成分毎の溶損性の評価を行うことを特徴とする浸漬ノズルの耐食性評価方法。
- 請求項２に記載の浸漬ノズルの耐食性評価方法により得られた損耗速度及び／又は損耗量と、モールドパウダーの成分から計算可能なパウダー塩基度Ｂｉとの相関を用いて、モールドパウダーの成分から実機使用時の損耗速度及び／又は損耗量を推測することを特徴とする浸漬ノズルの耐食性評価方法。
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