JP3173799B2 - アルミナによる目詰の防止のための耐火組成物 - Google Patents

アルミナによる目詰の防止のための耐火組成物

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、広くは、鋼材製造産業において用いられる
耐火組成物および前記耐火組成物から製造される物品に
関し、更に詳しくは、アルミニウムキルド溶融鋼がノズ
ルの穴を通して流れる時、前記穴の縮小または目詰を抑
制する溶融鋼鋳込ノズルまたはスリーブに関する。
発明の背景 溶融鋼から酸素を除去するために脱酸素剤として溶融
鋼にアルミニウムを添加することは鋼材製造産業におい
て一般に知られている。酸素は、鋼材の特性に悪い影響
を及ぼす気泡または空隙を鋼材内に形成することがあ
る。
アルミニウムキルド溶融鋼を鋳造する時、添加された
アルミニウムは、溶融鋼中に存在する酸素と反応して、
αアルミナなどの非金属含有物を生成させる。アルミニ
ウムキルド溶融鋼は、一般に、従来の取鍋からタンディ
ッシュに溶融鋼を鋳込むことにより鋳造される。鋳込ノ
ズルは、タンディッシュの底壁に固定されており、溶融
鋼をタンディッシュの下にある鋳型に送る。アルミニウ
ムキルド鋼に関して知られている問題は、αアルミナが
ノズルの穴の表面上に付着し、蓄積しがちなことであ
る。穴の表面上におけるアルミナのこの堆積は、穴を通
る流れを制限し、製品品質のみならず製造能力にも影響
を及ぼす。
ノズルは、ノズル穴の表面に沿った特殊な耐火組成物
を利用して開発されてきた。例えば、ジルコン酸カルシ
ウムグラファイト耐火物は、ノズル穴を形成するノズル
の内側部分を形成するために用いられてきた。この耐火
材料は、本質的に、αアルミナと反応する酸化カルシウ
ム（ジルコン酸カルシウムに含まれているもの）を放出
して、CaO・Al2O3および3CaO・Al2O3などの低融点化合
物を生成させる。ジルコン酸カルシウムグラファイトノ
ズルは、アルミナグラファイトなどの従来のノズルに比
べ耐目詰特性が改善されている一方で、穴の表面付近の
酸化カルシウムのみがαアルミナと反応する傾向があ
り、一旦この表面カルシウムがなくなると、追加のαア
ルミナの付着および蓄積を防止する耐火物の能力は低下
する。追加のカルシウムを穴のライニングに添加して酸
化カルシウム／アルミナ反応を促進するためにジルコン
酸カルシウムグラファイト耐火物に珪酸カルシウム（Ca
O・SiO2）を添加することは知られている。珪酸カルシ
ウムに含まれた酸化カルシウムは、本質的に、酸化カル
シウムを放出して酸化カルシウム／アルミナ反応を押し
進める。しかし、固溶体の形態をとって珪酸カルシウム
に溶解されない一切の酸化カルシウムは空気中の水また
は水分と激しく反応してノズルの構造を劣化させること
になるので、珪酸カルシウム中の酸化カルシウムの量は
重要となる。
従って、空気中に水または水分に耐えながら溶融アル
ミニウムキルドが存在する状態で必要な酸化カルシウム
を放出して、酸化カルシウム／アルミナ反応を押し進め
る形でジルコン酸カルシウムグラファイトノズルに追加
の酸化カルシウムを添加することが極めて好ましい。
本発明は、溶融鋼鋳込ノズルの穴を形成するために、
より耐水性または耐水分性であり、追加の酸化カルシウ
ムを放出して、鋳込ノズルの穴にアルミナ不純物が付着
するのを防止する耐火物の材料を提供する。
発明の要約 本発明によると、貫通する穴を有する溶融鋼鋳込ノズ
ルが提供される。穴を形成するノズルの少なくとも一部
は、20〜75重量％のジルコン酸カルシウム、５〜30重量
％のグラファイト、0.5〜15重量％のケイ化カルシウム
および約15〜25重量％の酸化ジルコニウムを有する耐火
物材料からなる。
本発明のもう一つの態様によると、約15重量％のグラ
ファイト、約21重量％の酸化ジルコニウム、約47重量％
のジルコン酸カルシウム、約５重量％のケイ化カルシウ
ムおよび約12重量％の結合剤からなる耐火組成物が提供
される。
本発明のもう一つの態様によると、管状耐火構成要素
を形成する方法であって、ａ）ジルコン酸カルシウム約
40〜50重量％、グラファイト約10〜20重量％、ケイ化カ
ルシウム約２〜５重量％、酸化ジルコニウム約19〜21重
量％および結合剤からなる耐火混合物を調製するステッ
プと、穴を形成する前記構成要素の少なくとも一部は前
記耐火混合物からなる、貫通して延びる穴を有する前記
耐火構成要素を形成するステップと、ｃ）約800℃〜150
0℃で前記耐火構成要素をコークス化するステップとを
含む方法で提供される。
本発明の目的は、溶融アルミニウムキルド鋼と共に用
いられる鋳込ノズルを提供することである。
本発明のもう一つの目的は、ノズル穴に沿った不純物
の堆積を遅らせる上述したノズルを提供することであ
る。
本発明のもう一つの目的は、穴を形成するノズルの一
部がジルコン酸カルシウムおよびグラファイトから主と
してなる耐火物から構成される上述したノズルを提供す
ることである。
本発明のもう一つの目的は、追加のカルシウム源とし
てケイ化カルシウムを含む上述したノズルを提供するこ
とである。
これらおよびその他の目的と利点は、添付した図面と
併せて行われる本発明の好ましい実施形態の以下の説明
から明らかになるであろう。
図面の簡単な説明 本発明は、特定の部品および部品の配列において物理
的形態を取ることができ、それらの実施形態を本明細書
において詳細に記載し、添付した図面において説明す
る。
図１は、本発明の好ましい実施形態を説明する溶融鋼
鋳込ノズルの透視図である。
図２は、図１に示された鋳込ノズルの上面図である。
図３は、図１に示された鋳込ノズルの断面図である。
図４は、図３の４−４線に沿って見た断面図である。
図5A〜5Jは、ジルコン酸カルシウムグラファイト耐火
煉瓦とケイ化カルシウム添加剤を含有する類似の煉瓦と
の間のアルミナ付着特性を比較する写真である。
図6A〜Ｄは、種々の量のケイ化カルシウムを含有する
ジルコン酸カルシウムグラファイト耐火煉瓦上における
アルミナの付着を示す写真である。
好ましい実施形態の詳細な説明 図面（図示した内容は本発明の好ましい実施形態を説
明する目的のためであり、本発明を限定する目的のため
ではない）を参照すると、図１は、本発明の好ましい実
施形態を説明する鋳込ノズル10を示している。ノズル10
は、上方端14および下方端16を有する長い耐火物本体12
からなる。穴22は、上方端14から耐火物本体を通り下方
端16付近まで延びる。穴22は、ノズル10の側面を通して
延びる管接続口24と連通している。
本発明によると、図１において26で示されたノズル10
の部分は、穴22の表面に沿った不純物の蓄積を遅らせる
ように適応された耐火物から形成されている。図１にお
いて28で示されたノズル10の外側部分は、好ましくは、
溶融鋼に対して優れた耐腐食性を有する耐火物、例え
ば、アルミナグラファイトから形成される。
部分26を形成する耐火物を今参照すると、耐火物は、
好ましくは、ジルコン酸カルシウムの耐目詰性を改善す
るための添加剤と併せて、ジルコン酸カルシウム凝集物
およびグラファイトからなる。添加剤は、好ましくは、
ノズル10を通って流れる溶融アルミニウムキルド鋼の流
れの中にアルミナと反応する石灰（CaO）を供給すると
同時に、ジルコン酸カルシウム凝集物の分解を促進し
て、反応のためにより多くの石灰（CaO）を放出させ
る。
本発明によると、添加剤は、珪化カルシウムまたは珪
化チタニウムなどの金属ケイ化物である。金属ケイ化物
は、比較的高い融点を有する明確な結晶である。
ノズル10の部分26を形成する耐火物材料を実施例によ
ってより詳細に今から説明する。重量で以下の組成を有
する耐火混合物の配合物を調製する。
実施例１ 前述の混合物の配合物中で、以下の組成のケイ化カル
シウム粉末を用いる。
ケイ化カルシウム粉末はペンシルバニア州ブリンカー
のケマロイ（Chemalloy Company,Inc.）によって製造
されたものである。ケイ化カルシウムの100％は、30メ
ッシュ（タイラー）未満の粒子サイズであり、且つケイ
化カルシウムの30％は、200メッシュ（タイラー）未満
の粒子サイズであった。
耐火混合物の配合物を、約230mm長さ、約115mm幅およ
び約40mm厚さの煉瓦に油圧でプレスする。その後、煉瓦
を800℃と1500℃との間でコークス化する。開示する実
施形態において、煉瓦を約1000℃で約５時間にわたりコ
ークス化する。コークス化された煉瓦は、以下の物理的
特性を有する。
化学分析によると、耐火物は、重量で以下の組成であ
る。
ケイ化カルシウム添加剤を含まない類似のジルコン酸
カルシウムグラファイト配合混合物から形成された煉瓦
と比較して、前述の配合混合物から形成された耐火煉瓦
を試験する。添加剤のないジルコン酸カルシウムグラフ
ァイト（CZG）の特定の組成は以下の通りである。
所定の時間にわたり溶融アルミニウムキルド鋼に煉瓦
を浸漬することにより、耐火煉瓦を試験する。更に詳し
くは、1018鋼をるつぼ内で溶融する。2800゜Fと2920゜F
との間の温度で幾つかの試験を行う。覆われた溶融物上
にアルゴンガスをパージする。0.5％のペレット化アル
ミニウムを溶融物に添加する。予熱しないで煉瓦を溶融
物に浸漬し、所定の時間にわたり標準速度で回転させ
る。その後、煉瓦を取り出し、ケイ化カルシウム添加剤
入り煉瓦およびケイ化カルシウム添加剤のない煉瓦上へ
のアルミナ付着を目視検査する。図5A〜5Jは、添加剤の
ないジルコン酸カルシウムグラファイト（CGZ）煉瓦お
よびケイ化カルシウム添加剤入りジルコン酸カルシウム
グラファイト煉瓦（CZS−CS）に対するアルミナ付着
（アルミナは色がより明るい）を５回の別個の試験また
は実験において比較している写真である。各実験の最大
温度は以下の通りである。
実験＃１ Tmax＝2800゜F 実験＃２ Tmax＝2920゜F 実験＃３ Tmax＝2850゜F 実験＃４ Tmax＝2900゜F 実験＃５ Tmax＝2830゜F この試験は、ジルコン酸カルシウムグラファイト耐火
物へのケイ化カルシウムの添加が、耐火物上へのアルミ
ナの付着を減少させることを示している。
ジルコン酸カルシウムおよびグラファイトの類似の耐
火配合混合物に及ぼす種々の量のケイ化カルシウムの効
果を決定するために、追加の試験を行う。重量％で以下
の組成を有する４つの配合混合物を調製する。
各配合混合物は、類似の量のグラファイト、酸化ジル
コニウムおよび粉末と液状樹脂を含有する。添加するケ
イ化カルシウムの量に基づいて、ジルコン酸カルシウム
の量を変える。
各配合混合物から油圧でプレスして煉瓦を作り、上述
した手順によって溶融アルミニウムキルド鋼中のアルミ
ナ付着について耐火混合物ごとの煉瓦を試験する。
アルミナ付着を示している代表的な煉瓦の写真を図6A
〜6Dに記載している。図6A〜6Dの写真から分かるよう
に、ケイ化カルシウムを添加したジルコン酸カルシウム
グラファイト耐火物から形成された煉瓦は、ケイ化カル
シウムを添加していないジルコン酸カルシウムグラファ
イ煉瓦よりも実質的に少ないアルミナ付着を示してい
る。図6A〜6Dは、2.5重量％より多い量のケイ化カルシ
ウムの添加によって、仮にも耐アルミナ付着性は実質的
に向上しないことを更に示している。従って、ジルコン
酸カルシウムグラファイト耐火物に対するケイ化カルシ
ウムの有利な効果は、約2.5重量％のケイ化カルシウム
添加で最適であることが考えられる。
従って、本発明は、穴および管接続口を形成する鋳込
ノズルの少なくとも一部が、ケイ化カルシウムを含むジ
ルコン酸カルシウムグラファイト耐火物から形成される
鋳込ノズルを提供する。本発明を好ましい実施形態に関
して記載してきた。本明細書を読み理解すると、修正お
よび変形を思いつくであろう。例えば、図１〜４は、穴
22を形成する部分26のみが、ケイ化カルシウムを含むジ
ルコン酸カルシウムおよびグラファイト耐火物から形成
されている鋳込ノズル10を示している一方で、ノズル10
全体をこうした材料から形成してもよいことは理解され
るであろう。請求された本発明または本発明の均等物の
範囲内に入るかぎり、すべてのこうした修正および変形
を包含しようとするものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リヒター、トーマス アメリカ合衆国 ペンシルベニア 16803 ステート カレッジ、26 エス バークウエイ レーン (56)参考文献 特開 平６−15422（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−109868（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−56523（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−207951（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−221249（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−143050（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−158962（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−158963（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−215812（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−215811（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−215810（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−288161（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B22D 41/54 B22D 11/10 330 C04B 35/48

Claims (18)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】貫通する穴を有する溶融鋼鋳込ノズルであ
    って、前記穴を形成する前記ノズルの少なくとも一部が
    20〜75重量％のジルコン酸カルシウム、５〜30重量％の
    グラファイト、0.5〜15重量％のケイ化カルシウムおよ
    び15〜25重量％の酸化ジルコニウムを有する耐火物から
    なる溶融鋼鋳込ノズル。
  2. 【請求項２】前記穴の全体が前記耐火物から形成され
    る、請求項１に記載のノズル。
  3. 【請求項３】前記ノズルの全体が前記耐火物から形成さ
    れる、請求項１に記載のノズル。
  4. 【請求項４】前記ジルコン酸カルシウムが200タイラー
    メッシュ未満の粒子サイズを有し、前記ケイ化カルシウ
    ムが30タイラーメッシュ未満で200タイラーメッシュよ
    り大きい粒子サイズを有し、前記酸化ジルコニウムが28
    タイラーメッシュ未満で100タイラーメッシュより大き
    い粒子サイズを有する、請求項１に記載のノズル。
  5. 【請求項５】前記耐火物が約15％のポロシティを有す
    る、請求項４に記載のノズル。
  6. 【請求項６】前記耐火物が、約40〜50重量％のジルコン
    酸カルシウム、約10〜20重量％のグラファイト、約２〜
    ５重量％のケイ化カルシウムおよび約19〜21重量％の酸
    化ジルコニウムからなる、請求項１に記載のノズル。
  7. 【請求項７】前記ジルコン酸カルシウムが200タイラー
    メッシュ未満の粒子サイズを有し、前記ケイ化カルシウ
    ムが30タイラーメッシュ未満で200タイラーメッシュよ
    り大きい粒子サイズを有し、前記酸化ジルコニウムが28
    タイラーメッシュ未満で100タイラーメッシュより大き
    粒子サイズを有する、請求項６に記載のノズル。
  8. 【請求項８】前記耐火物が約15％のポロシティを有す
    る、請求項７に記載のノズル。
  9. 【請求項９】重量に基づいて約15％グラファイト、約21
    ％の酸化ジルコニウム、約47％〜52％のジルコン酸カル
    シウム、約１％〜５％のケイ化カルシウムおよび約12％
    の結合剤からなる耐火組成物。
  10. 【請求項１０】前記ジルコン酸カルシウムが200タイラ
    ーメッシュ未満の粒子サイズを有し、前記ケイ化カルシ
    ウムが30タイラーメッシュ未満で200タイラーメッシュ
    より大きい粒子サイズを有し、前記酸化ジルコニウムが
    28タイラーメッシュ未満で100タイラーメッシュより大
    きい粒子サイズを有する、請求項９に記載の耐火組成
    物。
  11. 【請求項１１】貫通する穴を有する溶融金属用に用いら
    れる管状耐火構成要素であって、前記穴を形成する前記
    構成要素の少なくとも一部が約15〜25重量％の酸化ジル
    コニウム、約40〜50重量％のジルコン酸カルシウム、約
    10〜20重量％のグラファイト、およびケイ化カルシウム
    とケイ化チタニウムからなる群から選択されるケイ化物
    合金添加物からなる管状耐火構成要素。
  12. 【請求項１２】前記添加剤がケイ化カルシウムであり、
    約２％〜５重量％の量で添加される、請求項11に記載の
    耐火構成要素。
  13. 【請求項１３】前記ジルコン酸カルシウムが200タイラ
    ーメッシュ未満の粒子サイズを有し、前記ケイ化カルシ
    ウムが30タイラーメッシュ未満で200タイラーメッシュ
    より大きい粒子サイズを有し、前記酸化ジルコニウムが
    28タイラーメッシュ未満で100タイラーメッシュより大
    きい粒子サイズを有する、請求項12に記載の耐火構成要
    素。
  14. 【請求項１４】前記耐火物が約15％のポロシティを有す
    る、請求項13に記載の耐火構成要素。
  15. 【請求項１５】前記穴の全体が前記耐火物から形成され
    る、請求項11に記載の耐火構成要素。
  16. 【請求項１６】前記耐火構成要素の全体が前記耐火物か
    ら形成される、請求項11に記載の耐火構成要素。
  17. 【請求項１７】管状耐火構成要素を形成する方法であっ
    て、ａ）ジルコン酸カルシウム約40〜50重量％、グラフ
    ァイト約10〜20重量％、ケイ化カルシウム約２〜５重量
    ％、酸化ジルコニウム約19〜21重量％および結合剤から
    なる耐火混合物を調製するステップと、ｂ）穴を形成す
    る前記構成要素の少なくとも一部は前記耐火混合物から
    なる、貫通して延びる穴を有する前記耐火構成要素を形
    成するステップと、ｃ）約800℃〜1500℃で前記耐火構
    成要素をコークス化するステップとを含む方法。
  18. 【請求項１８】前記耐火構成要素を約1000℃で約５時間
    にわたりコークス化するステップを含む、請求項17に記
    載の方法。
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