JP2023135247A

JP2023135247A - 耐酸化性耐火物および連続鋳造用ノズル

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Publication number: JP2023135247A
Application number: JP2022040362A
Authority: JP
Inventors: 雅弘階戸; Masahiro Kaito; 圭介加知; Keisuke Kachi
Original assignee: Akechi Ceramics Co Ltd
Current assignee: Akechi Ceramics Co Ltd
Priority date: 2022-03-15
Filing date: 2022-03-15
Publication date: 2023-09-28

Abstract

【課題】本発明の課題は、上部に位置する耐火物と当接する接合部に耐酸化性を付与することができ、鋼片の品質の低下や連続鋳造用ノズルの寿命の低下を抑制することができる耐酸化性耐火物およびそれを接合部に配した連続鋳造用ノズルを提供する。
【解決手段】本発明の耐酸化性耐火物１０は、上部に位置する耐火物と当接する接合部として配される耐酸化性耐火物であって、Ｃを１５～２５重量％、Ａｌ_２Ｏ_３を３０～５０重量％、ＳｉＯ_２を１５～３０重量％、ＣａＯおよびＳｉＯ_２、またはＣａＯ－ＳｉＯ_２化合物を１６～３５重量％、ＳｉＣ、Ｂ_４ＣおよびＭｅ－Ｓｉを１～１０重量％、ＭｇＯを５重量％以下配合して作製されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、タンディッシュからモールドに溶鋼を注入するクイックチェンジタイプの浸漬ノズルまたはそれ以外の浸漬ノズル、取鍋とタンディッシュとの間に配されるロングノズル等の連続鋳造に用いられる連続鋳造用ノズルにおいて、上部に位置する耐火物との接合部として使用して好適な耐酸化性耐火物およびその耐酸化性耐火物を上部に配した連続鋳造用ノズルに関するものである。

浸漬ノズルやロングノズル等の連続鋳造用ノズルでは、図１１に示すように、上部に位置する耐火物５０と当接する接合部６０の接合面（摺動面、嵌合面、シール面）６０ａの耐酸化性が重要となる。この接合面（摺動面、嵌合面、シール面）６０ａの耐酸化性が不十分であると酸化が進行し、シール性が低下してそれらの間隙から外気が侵入し、鋼片の品質の低下や連続鋳造用ノズルの寿命の低下に繋がる。特に、このクイックチェンジタイプの浸漬ノズル７０では、接合面６０ａに酸化防止剤が塗布されないため接合部６０の耐酸化性が極めて重要となる。

本件出願人はこのような問題を解決する方法として、先に連続鋳造用ノズルの接合部に耐酸化性耐火物を配した連続鋳造用ノズル(例えば特開平９－１２９９号公報または特開２００４－２５５３８９号公報)を提案した。

これらのものも接合部に耐酸化性を付与するために有効であるが、本発明者は接合面の表面に溶融層を形成することで耐酸化性を向上させた耐酸化性耐火物を想起し鋭意研究の結果、本発明を完成するに至った。

特開平９－１２９９号公報特開２００４－２５５３８９号公報

すなわち、本発明の課題は、上部に位置する耐火物と当接する接合部に耐酸化性を付与することができ、鋼片の品質の低下や連続鋳造用ノズルの寿命の低下を抑制することができる耐酸化性耐火物およびそれを接合部に配した連続鋳造用ノズルを提供することにある。

上記課題を解決するものは、上部に位置する耐火物と当接する接合部として配される耐酸化性耐火物であって、該耐酸化性耐火物は、Ｃを１５～２５重量％、Ａｌ_２Ｏ_３を３０～５０重量％、ＳｉＯ_２を１５～３０重量％、ＣａＯおよびＳｉＯ_２、またはＣａＯ－ＳｉＯ_２化合物を１６～３５重量％、ＳｉＣ、Ｂ_４ＣおよびＭｅ－Ｓｉを１～１０重量％、ＭｇＯを５重量％以下、配合して作製されていることを特徴とする耐酸化性耐火物である（請求項１）。

前記耐酸化性耐火物の厚さ（縦方向の長さ）は、１～５０ｍｍであることが好ましい（請求項２）。

また、上記課題を解決するものは、ノズル本体と、該ノズル本体内を貫通して形成され溶鋼が流通するためのノズル内孔と、上部に位置する耐火物と当接する接合部とを有し、該接合部として、前記請求項１または２に記載の前記耐酸化性耐火物が配されていることを特徴とする連続鋳造用ノズルである（請求項３）。

前記連続鋳造用ノズルは、クイックチェンジタイプの浸漬ノズルであることが好ましい（請求項４）。前記連続鋳造用ノズルは、クイックチェンジタイプの浸漬ノズル以外の浸漬ノズルまたはロングノズルであってもよい（請求項５）。

請求項１に記載した耐酸化性耐火物によれば、上部に位置する耐火物と当接する接合部に耐酸化性を付与することができ、鋼片の品質の低下や連続鋳造用ノズルの寿命の低下を抑制することができる。
請求項２に記載した耐酸化耐火物によれば、上記請求項１の効果をより確実に奏することができる。
請求項３に記載した連続鋳造用ノズルによれば、上部に位置する耐火物と当接する接合部に耐酸化性を付与することができ、鋼片の品質の低下や連続鋳造用ノズルの寿命の低下を抑制することができる。
請求項４に記載した連続鋳造用ノズルによれば、接合面に酸化防止剤が塗布されないクイックチェンジタイプの浸漬ノズルにおいて、上部に位置する耐火物と当接する接合部に耐酸化性を付与することができ、鋼片の品質の低下や連続鋳造用ノズルの寿命の低下を抑制することができる。
請求項５に記載した連続鋳造用ノズルによれば、クイックチェンジタイプの浸漬ノズル以外の浸漬ノズルまたはロングノズルにおいても、上部に位置する耐火物と当接する接合部に耐酸化性を付与することができ、鋼片の品質の低下や連続鋳造用ノズルの寿命の低下を抑制することができる。

本発明の連続鋳造用ノズルの一実施例の縦断面図である。図１に示した連続鋳造用ノズルに配された耐酸化性耐火物の平面拡大図である。本発明の耐酸化性耐火物の作用を説明するための説明図である。本発明の耐酸化性耐火物の一実施例の写真画像である。比較例の耐火物の作用を説明するための説明図である。従来の耐火物の一実施例の写真画像である。気体の難通化試験およびその試験結果を説明するための説明図である。酸化量試験、溶損量試験および耐スポーリング性試験およびそれらの試験結果を説明するための説明図である。本発明の連続鋳造用ノズルの他の実施例の縦断面図である。本発明の連続鋳造用ノズルの他の実施例の縦断面図である。従来の連続鋳造用ノズルの作用を説明するための説明図である。

本発明では、上部に位置する耐火物５０と当接する接合部１０として、Ｃを１５～２５重量％、Ａｌ_２Ｏ_３を３０～５０重量％、ＳｉＯ_２を１５～３０重量％、ＣａＯおよびＳｉＯ_２、またはＣａＯ－ＳｉＯ_２化合物を１６～３５重量％、ＳｉＣ、Ｂ_４ＣおよびＭｅ－Ｓｉを１～１０重量％、ＭｇＯを５重量％以下配合して作製された耐酸化性耐火物が配されることで、鋼片の品質の低下や連続鋳造用ノズルの寿命の低下を抑制することができる耐酸化性耐火物およびそれを備えた連続鋳造用ノズル１を実現した。

本発明の連続鋳造用ノズルを図１に示した一実施例を用いて説明する。
この実施例の連続鋳造用ノズル１は、ノズル本体２と、ノズル本体２内を貫通して形成され溶鋼が流通するためのノズル内孔３と、上部に位置する耐火物５０と当接する接合部１０とを有し、接合部１０は、Ｃを１５～２５重量％、Ａｌ_２Ｏ_３を３０～５０重量％、ＳｉＯ_２を１５～３０重量％、ＣａＯおよびＳｉＯ_２、またはＣａＯ－ＳｉＯ_２化合物を１６～３５重量％、ＳｉＣ、Ｂ_４ＣおよびＭｅ－Ｓｉを１～１０重量％、ＭｇＯを５重量％以下配合して作製された耐酸化性耐火物であることを特徴とする連続鋳造用ノズルである。以下、各構成について順次詳述する。

この実施例の連続鋳造用ノズル１は、タンディッシュとモールドとの間に配置され、溶鋼をタンディッシュからモールドへ注入する際に使用される浸漬ノズルである。

この連続鋳造用ノズル１の上部には上記耐酸化性耐火物（接合部）１０が配されており、その上面は、上部に位置する耐火物（この実施例では、溶鋼流量を制御するための耐火物）５０との接合面（摺動面）１０ａに構成されている。接合部１０の中央には、図２に示すように溶融金属流通孔１２が設けられている。

この実施例の連続鋳造用ノズル１は、クイックチェンジタイプの浸漬ノズルである。一般的な浸漬ノズルの交換作業は、鋳造を一旦中断してタンディッシュを上昇させた後、モールドから引き上げて新品と交換する方法が採用されている。従って、交換作業に要する時間が長くなればモールド内の溶鋼が凝固し、連続鋳造を再開できなくなるため迅速に行うことが重要である。

この点、クイックチェンジタイプの浸漬ノズル１は、タンディッシュを上昇させることなく浸漬ノズル１を短時間で交換できる。すなわち、上部に位置する耐火物（この実施例では、溶鋼流量を制御するための耐火物）５０の下に、上端に接合面（摺動面）１０ａを有する浸漬ノズル１が水平方向に摺動可能に配され、鋳造を中断することなく、新しい浸漬ノズル１をモールド内溶鋼中に浸漬した状態で摺動機構部（図示しない）にセットし、浸漬ノズル１の接合面（摺動面）１０ａが上部に位置する耐火物５０の下面を摺動しながら、使用中の浸漬ノズル１を瞬時に押し出すことで、新しい浸漬ノズル１を鋳造位置にセッ卜することができるタイプの浸漬ノズルである。

ノズル本体２は、アルミナ－黒鉛質耐火物にて構成されており、略円筒体でその上部には首部７が一体成形されている。首部７は接合部１０と共にメタルケース９で覆われて一体化されている。

ノズル本体２の中心部には、溶鋼が流れるノズル内孔３がノズル本体２の上端から下方に向かって貫通して形成されている。ノズル内孔３は、上端開口８に連通しており、下部においては水平方向に対向して設けられた吐出口６ａ，６ｂに連通している。ノズル本体２のスラグラインに位置する部位付近２ａはより耐食性が高い耐火物にて構成されている。

連続鋳造用ノズル１の寸法は、例えば全長が約１６０ｍｍ、ノズル内孔３の直径が約６０ｍｍ、ノズル本体２の直径が１６０ｍｍである。そして、耐酸化性耐火物１０の厚みは１から５０ｍｍ程度である。なお、この寸法は一例であって、本発明を限定するものではなく、鋳造される鋳片の寸法により適宜設計変更される。

そして、連続鋳造用ノズル１の最上部（首部７の上面）に設けられた接合部１０として、本発明の耐酸化性耐火物が配されている。この耐酸化性耐火物は、Ｃを１５～２５重量％、Ａｌ_２Ｏ_３を３０～５０重量％、ＳｉＯ_２を１５～３０重量％、ＣａＯおよびＳｉＯ_２、またはＣａＯ－ＳｉＯ_２化合物を１６～３５重量％、ＳｉＣ、Ｂ_４ＣおよびＭｅ－Ｓｉを１～１０重量％、ＭｇＯを５重量％以下配合して混練、成形および熱処理されて作製されている。

Ｃは、耐火物の耐スポーリング性を高めるための成分である。Ｃが１５重量％未満であると耐スポーリング性が低下し、２５重量％を超えて配合されると耐溶損性が低下することから、Ｃの配合範囲は１５～２５重量％が適している。

耐酸化性耐火物には、Ａｌ_２Ｏ_３が３０～５０重量％配合されている。Ａｌ_２Ｏ_３は、耐火物の強度と耐溶損性を高めるための成分であり、Ａｌ_２Ｏ_３が３０重量％未満であると耐溶損性が低下し、５０重量％を超えて配合されると耐スポーリング性が低下する。

耐酸化性耐火物には、ＳｉＯ_２が１５～３０重量％配合されている。ＳｉＯ_２は接合部１０の接合面１０ａ表層に溶融層１１を形成するために配合する成分である。ＳｉＯ_２が１５重量％未満であると、耐スポーリング性が低下するからであり、３０重量％を超えて配合されると耐溶損性が低下するからである。

耐酸化性耐火物には、ＣａＯおよびＳｉＯ_２、またはＣａＯ－ＳｉＯ_２化合物が１６～３５重量％配合されている。ＣａＯも接合部１０の接合面１０ａ表層に溶融層１１を形成するために配合する成分である。これらが接合部１０の接合面１０ａ表層に溶融層１１を形成すると、上部に位置する耐火物５０と接合面（摺動面）１０ａとがこの平滑な溶融層１１によってシール性が向上し、上部に位置する耐火物５０と接合面（摺動面）１０ａとの間隙への外気侵入が抑止され、接合面（摺動面）１０ａや連続鋳造用ノズル内部の酸化が抑制される。これにより、鋼片の品質の低下や連続鋳造用ノズルの寿命の低下も抑制される。

ＣａＯおよびＳｉＯ_２、またはＣａＯ－ＳｉＯ_２化合物の配合重量比率は、１６～３５重量％であることが好ましい。これは、１６未満であると溶融層１１の形成が不十分となり、３５重量％を超えて配合すると、溶損量が高くなり過ぎるからである。なお、これらの配合には、ＣａＯ成分単体とＳｉＯ_２成分単体との組み合わせ、ＣａＯ－ＳｉＯ_２化合物のみの他、ＣａＯ成分単体またはＳｉＯ_２成分単体のいずれかとＣａＯ－ＳｉＯ_２化合物の組み合わせも含まれる。

耐酸化性耐火物には、ＳｉＣ、Ｂ_４ＣおよびＭｅ－Ｓｉが１～１０重量％配合されている。これらＳｉＣ、Ｂ_４ＣおよびＭｅ－Ｓｉは、材質の耐酸化性を向上させるために配合するものであり、ＳｉＣ、Ｂ_４ＣおよびＭｅ－Ｓｉが１重量％未満であると、効果が不十分であり、ＳｉＣ、Ｂ_４ＣおよびＭｅ－Ｓｉ_２が１０重量％を超えて配合されると、耐スポーリング性が低下して亀裂が生じるおそれがあるからである。

耐酸化性耐火物には、ＭｇＯが５重量％以下の範囲内で添加されている。ＭｇＯは、ＣａＯおよびＳｉＯ_２、またはＣａＯ－ＳｉＯ_２と共に低融物を生成させるために添加される。なお、ＭｇＯの添加量を５重量％以下とするのは、ＭｇＯの添加量が５重量％を超えると、耐スポーリング性が低下して亀裂が生じるおそれがあるからである。

上記成分を配合した組成物を耐酸化性耐火物に成形するためには、結合材として、熱硬化性樹脂、例えばフェノール樹脂、フラン樹脂等を５～１５重量％配合し、ノズルの形状に対応させて成形し焼成する。この成形方法は、均一に成形体を圧縮する点でＣＩＰが好ましい。また、焼成温度は１０００～１３００℃程度が好ましい。さらに、焼成雰囲気としては酸化性雰囲気よりも還元性雰囲気、すなわち非酸化性雰囲気が配合した樹脂を酸化させない点から好ましい。

連続鋳造用ノズル１の最上部（首部７の上面）に耐酸化性耐火物（接合部）１０を配する方法としては、ノズル本体２の成形と同時に一体成形する方法、耐酸化性耐火物（接合部）１０を別に成形および焼成しておき、モルタル等を介してノズル本体２の最上部（首部７の上面）に配置する方法等が挙げられる。

（各種比較試験）
本発明の耐酸化性耐火物（実施例１ないし実施例５）および比較例の耐火物（比較例１ないし比較例９）について行った各種比較試験を以下説明する。
図８に示した表において、配合が異なる混合物に５～１０重量％の範囲内の粉末及び溶液のフェノール樹脂を添加し、それらを混練して得られた組成物にて、図３に示した３０ｍｍ×３０ｍｍ×３０ｍｍの寸法を有する成形体を作製した。得られた成形体の各々を１０００℃から１２００℃の範囲内の温度で還元焼成して図８の表に示した本発明の耐酸化性耐火物（実施例１ないし実施例５）および比較例の耐火物（比較例１ないし比較例９）を作製した。

（気体の難通化試験）
本発明の耐酸化性耐火物（実施例１ないし実施例５）および比較例の耐火物（比較例１）をそれぞれ酸化防止剤無添加で電気炉内に配し（図３（ａ））、１３５０℃、１４５０℃または１５５０℃でそれぞれ加熱した。

本発明の耐酸化性耐火物（実施例１ないし実施例５）は、１３５０℃、１４５０℃または１５５０℃のいずれの温度でも、耐酸化性耐火物（実施例１ないし実施例５）の接合面１０ａの周囲に溶融層１１が形成され（図３（ｂ））、溶融層１１によって外気を通さず気体の難通化効果を示した（図３（ｃ））。また、これらの断面は図４の写真画像に示すように、酸化しておらず黒いままであり脱炭していなかった。この試験結果より、本発明の耐酸化性耐火物（実施例１ないし実施例５）では、連続鋳造用ノズルの接合面１０ａに溶融層１１が形成されて接合部１０の酸化が抑制されることが確認された。

これに対して、比較例の耐火物（比較例１）は、１３５０℃、１４５０℃または１５５０℃のいずれの温度でも、耐火物の周囲に溶融層は形成されず（図５（ｂ））、外気を通し、気体の難通化効果を示さなかった（図５（ｃ））。これらの試験結果をまとめると、図７のようになる。
また、これらの断面は図６の写真画像に示すように、酸化して白くなり脱炭していた。この試験結果より、耐火物（比較例１）では、溶融層１１が形成されず酸化が抑制されていないことが確認された。

（酸化量試験）
本発明の耐酸化性耐火物（実施例１ないし実施例５）および従来の耐火物（比較例１ないし比較例９）をそれぞれ同一条件で加熱して加熱前と加熱後の重量差（減少量＝酸化量）を測定する酸化量試験を行った。試験結果は比較例１を指数１とし指数が大きくなるほど酸化量が多いことを意味する。

酸化量については、図８に示した表にあるように、耐酸化性耐火物（実施例１ないし実施例５）はいずれも比較例１より低く抑えられることが確認された。

（溶損量試験）
本発明の耐酸化性耐火物（実施例１ないし実施例５）および従来の耐火物（比較例１ないし比較例９）をそれぞれ、０．０２から０．０５重量％の範囲内のアルミニウムを含有する１５５０℃の温度の溶鋼中に１０分間浸漬して溶損の進行具合を測定する溶損量試験を行った。試験結果は比較例１を指数１とし、指数が大きくなるほど溶損が進行していることとなる。

溶損量については、図８に示した表にあるように、耐酸化性耐火物（実施例１ないし実施例５）はいずれも比較例１より少し高くはなるが問題となる程度でないことが確認された。

（耐スポーリング性試験）
本発明の耐酸化性耐火物（実施例１ないし実施例５）および従来の耐火物（比較例１ないし比較例９）をそれぞれ電気炉において１５００℃の温度で３０分間加熱し、その後、水によって急冷して耐スポーリング性を調査した。

耐スポーリング性については、図８に示した表にあるように、耐酸化性耐火物（実施例１ないし実施例５）および比較例１、３、４、７、９に割れは発生せず、他方、比較例２、５、６、８には亀裂が発生した。本発明の耐酸化性耐火物（実施例１ないし実施例５）については耐スポーリング性に関して特に問題は確認されなかった。

つぎに、図９に示した連続鋳造用ノズル２０について説明する。
この実施例の連続鋳造用ノズル２０と前述した連続鋳造用ノズル１は共に浸漬ノズルである点で同様であるが、連続鋳造用ノズル１がクイックチェンジタイプの浸漬ノズルであるのに対して、連続鋳造用ノズル２０は一般的な浸漬ノズルである点で異なる。連続鋳造用ノズル１と同様の構成部分について同一符号を付し説明を省略する。このように、本発明の連続鋳造用ノズルには、クイックチェンジタイプの浸漬ノズル以外の浸漬ノズルも含まれる。

さらに、図１０に示した連続鋳造用ノズル３０について説明する。
この実施例の連続鋳造用ノズル３０と前述した連続鋳造用ノズル１との基本的な相違は、連続鋳造用ノズル１が浸漬ノズルであるのに対して、連続鋳造用ノズル３０がロングノズルである点である。

この実施例の連続鋳造用ノズル３０は、ノズル本体３２と、ノズル本体３２内を貫通して形成され溶鋼が流通するためのノズル内孔３３と、上部に位置するコレクターノズルなどの耐火物４０の接続面４１と嵌合する嵌合面３８を備えた接合部３９とを有し、接合部３９はＣを１５～２５重量％、Ａｌ_２Ｏ_３を３０～５０重量％、ＳｉＯ_２を１５～３０重量％、ＣａＯおよびＳｉＯ_２、またはＣａＯ－ＳｉＯ_２化合物を１６～３５重量％、ＳｉＣ、Ｂ_４ＣおよびＭｅ－Ｓｉを１～１０重量％、ＭｇＯを５重量％以下、配合して作製された耐酸化性耐火物にて構成されているロングノズルである。３４は内孔面、３５は下端開口、３６は上端開口、３２ａはノズル本体２のスラグラインに位置する部位付近以下に配されたより耐食性が高い耐火物である。このように本発明の連続鋳造用ノズルの範疇にはロングノズルも包含される。

１連続鋳造用ノズル
２ノズル本体
３ノズル内孔
４内孔面
６ａ，６ｂ吐出口
７首部
８上端開口
９メタルケース
１０接合部（耐酸化性耐火物）
１０ａ接合面（摺動面、嵌合面、シール面）
１１溶融層
１２溶融金属流通孔

Claims

上部に位置する耐火物と当接する接合部として配される耐酸化性耐火物であって、該耐酸化性耐火物は、Ｃを１５～２５重量％、Ａｌ_２Ｏ_３を３０～５０重量％、ＳｉＯ_２を１５～３０重量％、ＣａＯおよびＳｉＯ_２、またはＣａＯ－ＳｉＯ_２化合物を１６～３５重量％、ＳｉＣ、Ｂ_４ＣおよびＭｅ－Ｓｉを１～１０重量％、ＭｇＯを５重量％以下配合して作製されていることを特徴とする耐酸化性耐火物。
前記耐酸化性耐火物の厚さは、１～５０ｍｍである請求項１に記載の耐酸化性耐火物。
ノズル本体と、該ノズル本体内を貫通して形成され溶鋼が流通するためのノズル内孔と、上部に位置する耐火物と当接する接合部とを有し、該接合部として前記請求項１または２に記載の前記耐酸化性耐火物が配されていることを特徴とする連続鋳造用ノズルである。
前記連続鋳造用ノズルは、クイックチェンジタイプの浸漬ノズルである請求項３に記載の連続鋳造用ノズル。
前記連続鋳造用ノズルは、クイックチェンジタイプの浸漬ノズル以外の浸漬ノズルまたはロングノズルである請求項３に記載の連続鋳造用ノズル。