JP2706201B2 - 連続鋳造用ノズル内孔体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、取鍋、タンディッシュ
などに装着される連続鋳造用ノズルのノズル内孔体に関
する。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造では、取鍋からタンディッシュ
へ、あるいはタンディッシュからモールドへ、ロングノ
ズル，タンディッシュノズル，あるいは浸漬ノズルなど
のノズルを介して溶鋼を順次移送する。このノズルには
耐食性，耐スポーリング性に優れたアルミナ・グラファ
イト質耐火物が使用されている。

【０００３】近年，自動車用鋼板の加工性向上に伴う高
純化、ならびにＤＩ缶用ブリキ，シャドーマスク材等に
対する高清浄化等の要求はますます強くなっており、特
に連鋳工程においてはカーボンピックアップの防止なら
びに表面欠陥，内部欠陥のより少ない鋼の製造が望まれ
ている。

【０００４】カーボンピックアップの防止対策として
は、タンディッシュコーティング材のカーボン含有量の
低減や、連鋳用フラックスのカーボン含有量の低減等の
技術開発が行われている。

【０００５】また、介在物対策として、溶鋼の脱ガスや
タンディッシュの堰による非金属介在物の吸収、あるい
は浮上等により鋼中介在物の減少の努力が行われてい
る。

【０００６】現状のアルミナ・グラファイト質のノズル
は、稼動表面（鋳造時の稼動面の損傷）から鋼中にカー
ボンの流出が生じ易く、カーボンピックアップにより製
品の安定した加工性が得られにくい。また、清涼飲料あ
るいはビール缶用ブリキ材等のアルミキルド鋼の鋳造に
おいては、しばしば鋼中のアルミナの析出により連続鋳
造ノズルの閉塞が生じ、連続鋳造回数が少なく生産効率
が落ちる。また、閉塞により鋳型内溶鋼流が乱れるた
め、連鋳用フラックスの巻き込み等による品質悪化が生
じたり、アルミナによるノズル閉塞を防止するためにＡ
ｒガスの吹き込みが行われているが、Ａｒガスの巻き込
み等により鋼の表面欠陥や介在物の捕捉が生じ、均質で
清浄な鋼の製造は困難である。

【０００７】このアルミナによるノズル閉塞は、次のよ
うにして生じると考えられている。すなわち、鋼中のア
ルミニウムが二次酸化（空気による酸化，耐火物中のシ
リカとカーボンの反応により発生する酸素による酸化
等）によりアルミナを生成し、このアルミナが拡散凝集
してアルミナクラスターが形成される。一方ノズルの稼
動表面はカーボンが消失して表面が凹凸状になり、また
このノズルの稼動表面近傍には流速が零に近い５０〜１
００μｍの層流域が存在するため、溶鋼との比重差又は
物理的付着力からアルミナクラスターが凹凸の内壁面に
付着する。このクラスターには溶鋼中の酸化物（Ｍｎ
Ｏ，ＳｉＯ₂ ，ＣａＯ，ＭｇＯ等）の液相が付着してい
るため、これをボンドとしてアルミナクラスター層が形
成され、これが順次成長してノズル閉塞を引き起こすこ
ととなる。

【０００８】このような連続鋳造用ノズルのノズル閉塞
を防止するために、特開昭５６−１６５５４８号公報，
特開昭５７−３８３６６号公報、及び特開昭５７−５６
３７７号公報には、石灰・カーボン質れんがを用いた連
続鋳造用ノズルが提案されている。この石灰・カーボン
質の連続鋳造用ノズルの石灰クリンカーは、溶鋼中から
析出するアルミナと反応して、ＣａＯ・Ａｌ₂ Ｏ₃ 、３
ＣａＯ・Ａｌ₂ Ｏ₃ 等の低融点物質となり、アルミナが
ノズル内壁に留まることなく流出するためノズル閉塞の
防止効果があるとされている。

【０００９】この場合、石灰クリンカーの消化消失が問
題となり、この防止のため、Ｓｉ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ等
の金属粉又はＢＮ，Ｂ₄ Ｃといった添加物が加えられ
る。しかしながら、ある程度までの消化防止は可能であ
るが、いかなる安定剤を用いても石灰クリンカーの消化
を完全に抑制することはできない。このため、アルミナ
・グラファイト質のノズルと比べ、石灰クリンカーの消
化によるノズルの亀裂発生、あるいは甚だしい場合ノズ
ル折れ等の問題がある。さらには、石灰・グラファイト
質のノズルに含まれるカーボンは、熱衝撃抵抗性を高め
る一方、熱伝導率がよく溶鋼を冷却し易いとともにアル
ミナ生成のための酸素供給源となり、介在物の発生原因
ともなる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、溶鋼中のカ
ーボンピックアップの低減とノズル閉塞を防止し、高品
質の鋼製造を可能にする、耐ポーリング性に優れた連続
鋳造用ノズル内孔体を得ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる問題点を
解決する手段として、連続鋳造用ノズル内孔体のアル
ミナの生成及び付着防止、稼動表面粗度の平滑化、
耐火物中のシリカの低減、低気孔率化（緻密化）、
断熱効果の向上、カーボン流出抑制について検討し
た。

【００１２】その結果、ＣａＯ換算で８．５〜４０重量
％の粉末を含有するＣａＯ含有粉末と、ＳｉＯ₂含有量
１重量％未満のアルミナクリンカー，スピネルクリンカ
ー，マグネシアクリンカーの１種又は２種以上との混合
粉末からなり、同混合粉末中のカーボン及びＳｉＯ₂の
含有量がそれぞれ１重量％未満で、かつ０．２１ｍｍ以
下の粒径のものを２０〜７０重量％含む内孔体を、ノズ
ルに内挿充填して焼結成形するか、または、予め内装体
を焼結成形してこれをノズル内に内挿充填することによ
って所望の効果が得られることを見いだした。

【００１３】ここで使用するＣａＯ源としては、Ｃａを
含有する原料でありかつ耐消化性に優れたクリンカーで
あればいずれでもよい。たとえば、石灰石，苦灰石，蛍
石等の仕様が可能である。また、ＣａＯ源としては、水
硬性バインダーとして用いられているアルミナセメント
も使用可能である。いずれもその使用量は、ＣａＯ換算
で８．５重量％未満ではＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系の低融物の
生成が少なく、Ａｌ₂Ｏ₃付着物の抑制には効果が少な
い。また、ＣａＯ換算で４０重量％を超えると、低融点
物質の生成が必要以上に多くなり、消化消失によって内
孔体としての耐用性が低下する。耐消化性を有し使用可
能なクリンカーとしては、オートクレーブ処理でゲージ
圧５ｋｇ／ｃｍ²で３時間処理した時の重量増加率が２
重量％以下のものが望ましい。

【００１４】なおＣａＯ源として１号アルミナセメント
を用いる場合には、セメント中に約３．５重量％のＳｉ
Ｏ₂ 成分が含まれるため、混合粉末中のＳｉＯ₂ の含有
量を１重量％未満とするためには、その使用量は２８．
５重量％以下とする。

【００１５】ＣａＯ源以外の残部のアルミナ原料は、電
融あるいは焼結原料を使用することができる。組成とし
てはアルミナ含有量が９９重量％以上とし、カーボン及
びシリカ等の不純物を極力除く。またスピネル原料も電
融品あるいは焼結原料を使用することができる。ただ
し、シリカ量は１重量％未満の組成であることが必要で
ある。

【００１６】耐火物中のＭｇＯ源としては、スピネルと
して添加する以外に、ＭｇＯ単味として添加してもよ
い。添加するＭｇＯは、Ａｌ₂ Ｏ₃ との反応により２次
スピネルを生成し稼動面に緻密な組織を形成して、スラ
グ浸潤の抑制からアルミナの付着を抑制する。使用量と
しては、過焼結及び消化の面から、０．５〜１５重量％
の範囲が好ましい。また、使用するマグネシアクリンカ
ーは、電融品あるいは焼結品のいずれでもよく、ＳｉＯ
₂ 量が１重量％未満のものを用いる。

【００１７】さらに、本発明品の粒度構成は、混合粉末
の０．２１ｍｍ以下の粒径の含有量を２０〜７０重量％
の範囲とする。粒径０．２１ｍｍ以下のものが２０重量
％未満であると最密充填組成から外れるため、組織の劣
化、気孔率の増大及び表面粗度の関係から充分な効果が
得られない。また、粒径０．２１ｍｍ以下のものが７０
重量％を越すと、超微粉過多となり、焼成後の収縮等で
容積安定性面での問題を生じる。

【００１８】また、金属ファイバーを添加する場合は、
その材質は耐食性，構造面からステンレス鋼が最も好ま
しいが、これに限らず、たとえば鉄，炭素鋼，Ｎｉ−Ｃ
ｒ鋼，Ｃｒ鋼，Ｃｒ−Ｖ鋼，Ａｌ，Ａｌ合金等を用いる
ことができる。金属ファイバーの添加量は、８重量％以
下の範囲で各ファイバーの比重等に合わせて適宜決定す
る。極少ない割合でも効果が認められるが、８重量％を
越えると施工時の添加水分が増加すること、及び金属フ
ァイバーは低融点物質であることから著しい耐食性の劣
化を招き、本発明の効果が得られない。また、施工時の
流動性も悪化する。好ましい添加量は、０．１〜３重量
％である。

【００１９】金属ファイバーの形状は、ビビリ振動切削
法により作成されたφ３０〜１００μｍ×２〜２０ｍｍ
が最も好ましいが、ストレート，曲線，山型，波型形状
等のいずれでもよい。また、内孔体の成形方法として
は、アルミナ・グラファイト質ロングノズル或いは浸漬
ノズルに内挿充填して同時に成形する方法と、金枠等に
よる流し込みあるいは加圧成形により予め内孔体を成形
し、これをアルミナ・グラファイト質ノズルに内挿充填
する方法のいずれでもよい。

【００２０】図１は、内向体を設けたノズルの断面図
で、（ａ）〜（ｄ）は浸漬ノズル、（ｅ）〜（ｈ）はロ
ングノズルへの適用例である。図中１はアルミナ・グラ
ファイト質耐火物からなるノズル、２は内孔体、３はモ
ルタル等からなる膨張吸収代をそれぞれ示す。

【００２１】

【作用】本発明においては、含有したＣａＯ成分が、溶
鋼中から析出するアルミナと反応して、アルミナを付着
させることなくしかも耐蝕性を低下させない程度のＣａ
Ｏ・Ａｌ₂ Ｏ₃ 、３ＣａＯ・Ａｌ₂ Ｏ₃ 等の低融点物質
を形成する。ここで、カーボン及びＳｉＯ₂ の含有量を
１重量％未満としているため、溶鋼中のカーボンピック
アップの低減、ノズル閉塞の防止、ひいては高品質の鋼
製造が可能となる。また、かかる内孔体は、鋳造ノズル
の内面に設けられるため、内孔体の消化によっても直接
ノズル折れの原因とはならない。

【００２２】

【実施例】表１及び表２は、石灰石，アルミナ骨材等の
配合量を請求の範囲内で変化させたときの内向体の特性
値を示す。また比較例は、内孔体を有さない従来のアル
ミナ・グラファイトノズルである。

【００２３】

【表１】

【表２】 テスト１ 表１及び表２に記載した実施例１の内孔体を、アルミナ
・グラファイトノズルに内挿・充填し、図１（ｃ）に示
す内面に７ｍｍの内孔体を一体成形した連続鋳造ノズル
を得た。

【００２４】これを実機装着してアルミキルド鋼を鋳造
したところ、実施例品では介在物の付着は殆どなく、ま
た内孔体表面に凹凸も観られなかった。図２及び図３
は、実施例品と比較品の介在物の付着厚み及び製品不合
発生率をそれぞれ示す。

【００２５】テスト２ 実施例ＶＩの内孔体をノズル内孔にモルタルによって内
張りし、図１（ｄ）及び（ｈ）の構造のものを得た。こ
れを実機装着して極低炭素鋼を鋳造した。

【００２６】結果は、図４及び図５に示すように、従来
品と比較してカーボンピックアップの低減効果が観られ
た。またロングノズル、浸漬ノズルの内孔体、母材とも
に亀裂の発生はなかった。またロングノズルについては
再使用も可能であった。

【００２７】

【００２８】

【発明の効果】本発明によって以下の効果を奏すること
ができる。

【００２９】（１）カーボンピックアップを低減し、ま
た連続鋳造用ノズルのアルミナクラスター層の形成によ
るノズル閉塞を防止することができるため、操業上の問
題であったノズル閉塞が回避できた。また、高品質の鋳
片の鋳造が可能となった。

【００３０】（２）内孔体の亀裂などの発生がないた
め、長期に亘って安定して使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例で、浸漬ノズル及びロングノズ
ルへの適用例を示す。

【図２】内孔部での付着物厚みを示す。

【図３】製品不合格率を示す。

【図４】各工程でのカーボンピックアップ量を示す。

【図５】孔内部の溶損量を示す。

【符号の説明】

１ ノズル本体 ２ 内孔体 ３ モルタル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西 敬 福岡県北九州市戸畑区飛幡町２番２号 黒崎窯業株式会社九州支店内 (72)発明者 倉田 浩輔 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新日本製鐵株式会社 八幡製鐵所内 (72)発明者 松井 泰次郎 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新日本製鐵株式会社 八幡製鐵所内 (72)発明者 三浦 龍介 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新日本製鐵株式会社 八幡製鐵所内 (72)発明者 北川 逸朗 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新日本製鐵株式会社 八幡製鐵所内 (56)参考文献 特開 平５−237610（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−53150（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−81056（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−27967（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−152362（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−87577（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＣａＯ換算で８．５〜４０重量％を含有
   するＣａＯ含有粉末と、ＳｉＯ₂含有量１重量％未満の
   アルミナクリンカー,スピネルクリンカ,マグネシアクリ
   ンカーの１種又は２種以上との混合粉末からなり、同混
   合粉末中のカーボン及びＳｉＯ₂の含有量がそれぞれ１
   重量％未満で、かつ０．２１ｍｍ以下の粒径のものを２
   ０〜７０重量％含む連続鋳造用ノズル内孔体。