JP2592501B2 - 耐火物物体の熱絶縁被覆 - Google Patents

耐火物物体の熱絶縁被覆

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、一般的には溶融金属を鋳造するのに使用さ
れる耐火物部材に関するものであり、より具体的には耐
火物部材のための熱絶縁性被覆であって、それらの性能
を向上し、その耐用寿命を延長するものに関する。
本発明の熱絶縁被覆は、溶融鋼のような金属の連続鋳
造に使用される。浸漬される注入ノズル、取鍋(ladl
e)からタンディシュへの保護管(shroudtube)等の種
々の物体に使用するに特に適する。
[従来技術とその問題点] これまで、浸漬される注入管、保護管等を連続鋳造の
開始時に経験される熱衝撃から保護するためには、冷え
たノズルで開始する際の熱衝撃を最小にするためにノズ
ルをある方法で準備するのが普通のやり方であった。一
つの方法は鋳造に先立って注入ノズルを予熱することで
あった。もう一つの開始時の熱衝撃に対して保護する方
法は注入ノズルの外側の周囲にセラミック・ファイバー
を混合した絶縁紙製品を施すことであった。この紙製品
は熱衝撃とその結果生ずる亀裂を最小にするのにある程
度有効であったが、紙製品を耐火物ノズルの外表面に大
きさを合わせて適合させるために切断し、包み、巻く作
業のために費用が嵩んだ。勿論、紙の被覆はノズルの内
腔に適用することはできない。
熱衝撃の問題に加えて、連続鋳造作業に使用される従
来の注入ノズルは、浸漬されたノズルと近接する水冷さ
れた連続鋳造型との間の凝固すなわち架橋現象を経験す
る。上述の予熱や紙で巻く操作は不都合な架橋現象を非
常に減少する。しかしながら、すべての問題が解決され
るわけではない。例えば、絶縁紙で包まれたノズルの場
合には、ノズルの内部には絶縁保護作用が及ばないため
に金属が内部で凝固するという問題がある。
本発明は鋼の連続鋳造作業において使用される浸漬さ
れるノズルや類似の部材の製造と使用において遭遇され
る時間と経費を要する諸問題の多くを解決する。本発明
は、そのような注入ノズルや類似の部材のための絶縁被
覆であって、ノズル等の予熱を不用にする物を提供す
る。本発明の被覆は鋳造開始時の好ましくないノズルに
対する熱衝撃を防ぎ、また鋳造中のノズルと鋳型のあい
だの架橋すなわち凝固を防止する。本発明の絶縁被覆は
また注入ノズルの内腔をも被覆してその部分を熱絶縁し
て鋳造中のノズル内腔中における不都合な金属凝固を防
止する。
[発明の総括的記載] 簡単に言うと、本発明は、鋼の連続鋳造において使用
される浸漬される注入ノズルのような、溶融金属に曝さ
れる耐火物物体のための熱絶縁被覆を提供する。この絶
縁被覆は好ましくは耐火物物体の内外両面に泥漿(スラ
リー)として、好ましくは浸漬によって塗布される。本
発明の好適な被覆泥漿組成物は本質的に、 溶融シリカ粒子 30〜85重量% セラミック・ファイバー 0〜10 〃 水 15〜30 〃 結合剤 0〜7 〃 フリット 0〜40 〃 からなる。
被覆の熱膨張係数は、上記の好適泥漿組成物中の溶融
シリカ粒子を1種以上のセラミック材料で置き換えるこ
とによって、耐火物基体のそれに近似させることができ
る。適当な置換セラミック材料はアルミナ粉末、ジルコ
ニア粉末、ムライト粉末およびアムミナ空胞粒子(bubb
les)を含む。
本発明の好適態様において、アルミナ・グラファイト
のような従来の耐火物の連続鋳造ノズルや類似の部材
は、例えば、上記の溶融シリカ耐火物泥漿によって約5
〜60秒の制御された時間浸漬することによって塗布され
る。耐火物は、約1〜6mmの絶縁被覆厚さを得るため
に、好ましくは、浸漬に先立って、常温に保持される
か、約70〜120℃の温度で予熱される。好適な被覆厚さ
は約3mmである。適当な乾燥時間の後に被覆された耐火
物物体は使用可能となる。被覆は乾燥状態で比較的堅い
表面を有し、工場環境において予期される乱暴な扱いに
も良く耐える。
[発明の具体的記載] 本発明の被覆組成物のスラリーは最初に、好ましくは
溶融シリカ(SiO2)粒子(30〜85重量%)と水(15〜30
重量%)からなるセラミックの懸濁液(スリップ)を形
成することによって調製される。溶融シリカ粒子は、好
ましくは、アトマイズ法によって得られた物で、微粉状
であり、好ましくは、100メッシュ未満の粒度のもので
ある。シリカは、スラリーにする前に懸濁液のなかで完
全に解膠(deflocculate)される。溶融シリカ粉末が微
粉状であることは非常に早い反応を起こし、懸濁液中で
の所望の急速解膠が達成される。懸濁液の見掛けの比重
(ASG)は約1.700〜約2.000g/ccに制御されるべきであ
る。粘度は好ましくは、#1スピンドルを用いて12rpm
でLVモデルのブルックフィールド粘度計を用いて測定す
るとき、約0.3〜約0.5pa/秒であるべきである。溶融シ
リカを部分的または全面的に置き換えるべき他のセラミ
ック材料はアルミナ粉末、ジルコニア粉末、ムライト粉
末、およびアルミナ空胞粒子を含む。溶融シリカは極め
て低い熱膨張係数と熱伝導性を有する。それゆえに、大
抵の被覆目的には優れた材料である。しかしながら、あ
る場合には、被覆の熱膨張係数またはその他の性質を耐
火物物体基体のそれに一層近づけることが望ましいこと
もある。そのような場合には、当技術分野でよく知られ
ている方法によって前記の置換セラミック粉末を使用す
ることができる。
本発明の被覆組成物は、泥漿(スラリー)混合物に加
えられるべき10重量%までのセラミック・ファイバーの
添加物を含んでもよい。使用できる好ましいセラミック
・ファイバーは市販の比較的安価なアルミナ・シリカ・
ファイバーで、典型的には1〜5ミクロンの直径と約1
〜約10mmの長さを有するものである。使用されるセラミ
ック・ファイバーの化学成分、寸法および/または特定
のタイプは本発明にとって決定的に重要ではないが、そ
の存在は被覆の未焼成時の強度を増強するために重要で
ある。アルミナ・シリカ・セラミック・ファイバーの替
わりに使用できる材料はジルコニア・ファイバー、チタ
ニア・ファイバー、炭化珪素ファイバー、アルミナ・フ
ァイバー等の材料である。市販のアルミナ・空泡粒子
(alumina bubbles)、ジルコニア空泡粒子(ziconia b
ubbles)はセラミック・ファイバーの適当な置換材料で
あり、これらは未焼成被覆の強度を増強するのみなら
ず、その空泡中に含まれる空気空間のゆえに被覆の熱絶
縁特性を改良する。
上述のように、泥漿は、微細溶融シリカ粉末を水と混
合して、完全な解膠物、すなわち、懸濁分散物(スリッ
プ)を得ることによって調製される。それからセラミッ
ク・ファイバーが加えられる。良好な結果はザイクロス
・ミキサー(Zyklos mixer)のようなパッドル型ミキサ
ーの使用によって得られる。好ましくは、約7重量%ま
での量の結合剤が泥漿(スラリー)に加えられる。Glas
s H、珪酸ナトリウム、アクリル樹脂、などの結合剤が
硬化性(硬度と靭性)を付与するために使用することが
できる。被覆組成物に過剰の結合剤が加えられると、生
成物の好ましくない耐火性の劣化が起る。
また被覆組成物は好ましくは、高温で使用されるとき
のある程度の高温塑性(pyroplasticity)を有するため
に、ガラス形成フリット材料を含む。フリットはよく知
られており、特定の温度域で軟化するガラス相を有する
酸化物物質の混合物であり、温度の上昇とともに起る焼
結によって被覆中に起り得る収縮亀裂を充填する働きを
する。
被覆物泥漿が耐火物物体に塗布され、乾燥された後
に、被覆された耐火物物体は被覆物を損ずることなく常
法で取扱われる。乾燥された状態で、好適被覆組性物は
本質的に、 溶融シリカ 約45〜約100% セラミック材料 0〜約 10% 結合剤 0〜約 7% フリット 0〜約 40% 上述のように、溶融シリカ部分は部分的にアルミ
ナ、ジルコニア、および/またはムライトで置き換え得
る。
実施例 1 5本の既知の鋼の連続鋳造に使用されるタイプのアル
ミナ・グラファイト耐火物注入管が、 100メッシュ未満の溶融シリカ粒子 72重量% アルミナ・シリカ・セラミック・ファイバー 5重量% 水 23重量% からなる組成の泥漿(スラリー)中に浸漬された。管は
最初に従来の坑酸化性釉薬を塗布され、70〜120℃に予
熱された。次の表は予熱温度と浸漬時間の被覆厚さに及
ぼす影響を示す。
被覆厚さ 浸漬時間(秒) 10秒 20秒 30秒 管の温度100℃ 2.0mm 2.5〜3.5mm 4.0〜5.0mm 〃 60℃ N/A 1.0mm 2.0mm この表のデータは管の温度が高いほど、浸漬時間が長
いほど、被覆の厚さは大になることを示している。試行
錯誤実験から、熱衝撃および/またはノズルと鋳型側壁
の間の架橋現象が有効に防止されるためには、被覆の厚
さは約1〜約6mmであるべきであることが観察されてい
る。被覆の厚さは好ましくは、約3mmであり、それは基
体が約100℃に予熱され、約20秒間泥漿中に浸漬された
ときに得られることが表からわかる。被覆の厚さはまた
泥漿の粘度と水含有度によっても制御され、一定時間と
温度では粘度が大になるほど大なる厚さが得られる。管
を常温で浸漬することも可能であり、それは本発明の範
囲内で一つの好適法である。
勿論、当業者には、耐火物片に泥漿を塗布するために
浸漬以外の方法も採用できることは自明であろう。その
ような別法は噴霧、刷毛塗、泥漿の投射を含む。泥漿塗
布のための浸漬法は、浸漬される注入ノズル等の耐火物
の管を被覆するのに特に好適に採用される。泥漿に浸漬
する場合には管の内腔もまた外面とともに被覆されるか
らである。内腔の内面に被覆が適用されると、ノズルが
まだ冷たいあいだの鋳造開始時に有効な熱絶縁を達成
し、ノズルの内腔内での金属凝固が阻止され、続いて起
る好ましくない湯流れの制限を防止する。
実施例 2 24個の既知のアルミナ・グラファイト耐火物製の浸漬
されるノズルが耐酸化性釉薬を施され、実施例1に記載
された組成にしたがって調製された泥漿によって浸漬塗
布された。被覆は厚さ3mmであり、乾燥後、本質的に93
重量%の溶融シリカと7重量%のアルミナ・シリカ・セ
ラミック・ファイバーからなる。ノズルの内外両表面と
も被覆された。24個のノズルは、注入管と水冷連続鋳造
型とのあいだの鋼の凝固すなわち架橋は頻繁に起る製鋼
工場で試験されたが、その24箇のノズルの鋳造試験で
は、本発明によって被覆されたノズルのいずれにも凝固
すなわち架橋現象は起らなかった。
実施例 3 さらに14個の既知のアルミナ・グラファイト耐火物の
浸漬される注入ノズルが、内外両面を実施例1および2
に記載された試験ノズルと同様に同じ被覆組成物によっ
て浸漬被覆された。これらの注入管ノズルは連続鋳造ノ
ズルの冷時開始の効果を観察するために試験された。通
常、ノズルへの熱的衝撃(亀裂発生)を防止するため
に、ノズルは1,000〜2,000℃の範囲に予熱される。14個
の被覆された試験ノズルがそれぞれ予熱なしに冷時鋳造
始に処せられたが、すべてのノズルが熱衝撃による損傷
を示すことなく長期使用に耐えた。さらに、これらの14
箇所の被覆された試験ノズルはその内腔でも金属凝固を
起さなかった。アルミナ・グラファイト・ノズル体の炭
素の外部酸化は被試験片のいずれにも認められず、本発
明の被覆の有利性が示された。
本発明の特定の実施態様が詳細に示されたが、これら
の詳細の種々の変形改良がこの開示の全体的教示に照ら
して当業者によって可能であることが理解されよう。従
って、開示された特定の態様は単に例示であって、特許
請求された事項とそのすべての均等物の範囲を限定する
ものではない。

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】溶融金属を鋳造するために使用されるタイ
    プの耐火物物体のための被覆組成物であって、約30〜約
    85重量%の、溶融シリカ粒子、アルミナ粉末、ジルコニ
    ア粉末、ムライト粉末およびアルミナ空胞粒子からなる
    群から選択される1種以上の微粉成分と;0〜約10重量%
    の、アルミナ・シリカ・ファイバー、ジルコニア・ファ
    イバー、チタニア・ファイバー、アルミナ・クロム・フ
    ァイバー、アルミナ空胞粒子およびジルコニア空胞粒子
    からなる群から選択されるセラミック充填剤材料と;約
    15〜約30重量%の水;0〜7重量%の、Glass H,珪酸ナト
    リウムおよびアクリル樹脂からなる群から選択される結
    合剤成分と;0〜約40重量%のガラス形成フリット材料か
    らなる組成物。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の組成物であって、約70重
    量%の溶融シリカ粉末と、約5重量%のアルミナ・シリ
    カ・セラミック・ファイバーと、約25重量%の水を含む
    組成物。
  3. 【請求項3】溶融金属に曝されるタイプの耐火物物体の
    製造方法であって、 実質的に重量%で、 溶融シリカ粒子 30〜85% セラミック・ファイバー 0〜10% 結合剤 0〜 7% フリット 0〜40% 水 15〜30% からなるスラリーを調製し、 該スラリーを耐火物の上に被覆を形成するように塗布
    し、そして スラリーの被覆を乾燥する ことからなる方法。
  4. 【請求項4】請求項3に記載の方法であって、耐火物物
    体に該スラリーを塗布する前に耐酸化性釉薬が塗布され
    ている方法。
  5. 【請求項5】請求項4に記載の方法であって、耐火物物
    体が前記スラリーの被覆を施される前に周囲温度であっ
    て、該被覆施工段階が該耐火物物体を該スラリー中に、
    制御された時間だけ浸漬し、それによって予め定めた厚
    さの被覆を形成することからなる方法。
  6. 【請求項6】請求項5に記載の方法であって、被覆の厚
    さが約1〜6mmである方法。
  7. 【請求項7】請求項4に記載の方法であって、耐火物物
    体が被覆施工前に予め定めた温度まで予熱されており、
    前記被覆施工段階が該予熱された耐火物物体を前記スラ
    リー中に制御された時間だけ浸漬し、予め定めた厚さの
    被覆を得ることからなる方法。
  8. 【請求項8】請求項7に記載の方法であって、被覆の厚
    さが約1〜6mmである方法。
  9. 【請求項9】請求項3に記載の方法であって、溶融シリ
    カ粒子が100メッシュ未満の粒子サイズを有する粉末状
    であり、前記スラリー形成前に水中で解膠(defloccula
    te)されてセラミック懸濁液(スリップ)が形成されて
    いる方法。
  10. 【請求項10】請求項3に記載の方法であって、スラリ
    ーの溶融シリカ部分が、その一部または全部を置き換え
    るアルミナ粉末と、ジルコニア粉末と、ムライト粉末
    と、アルミナ空胞粒子からなる群から選択される1種以
    上のセラミック材料を含む方法。
  11. 【請求項11】溶融金属等を鋳造するに使用される物品
    であって、その表面に絶縁被覆を有するセラミック耐火
    物物体からなり、該被覆が、乾燥状態で、約45〜約100
    重量%の溶融シリカと、0〜約10重量%のセラミック・
    ファイバーと、0〜約7重量%の結合剤と、0〜約40重
    量%のフリットからなる物品。
  12. 【請求項12】請求項11に記載の物品であって、耐火物
    物体が注入ノズルであり、該絶縁被覆が該注入ノズルの
    内表面および外表面に施されている物品。
  13. 【請求項13】請求項11に記載の物品であって、該被覆
    の厚さが約1mm〜約6mmである物品。
  14. 【請求項14】請求項11に記載の物品であって、セラミ
    ック物体が、鋼の連続鋳造に使用されるアルミナ・グラ
    ファイト・ノズルである物品。
  15. 【請求項15】請求項11に記載の物品であって、セラミ
    ック物体がまた絶縁被覆に面する耐酸化性釉薬表面を有
    する物品。
  16. 【請求項16】請求項15に記載の物品であって、絶縁被
    覆の厚さが約3mmである物品。
  17. 【請求項17】請求項11に記載の物品であって、絶縁被
    覆が、その一部または全部を置き換える、アルミナ、ジ
    ルコニアおよびムライトからなる群から選択される1種
    以上のセラミック材料を含む物品。
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