JP3491650B2 - 炭化反応性合金用連鋳ノズルとその製造方法 - Google Patents

炭化反応性合金用連鋳ノズルとその製造方法

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JP3491650B2 JP06006795A JP6006795A JP3491650B2 JP 3491650 B2 JP3491650 B2 JP 3491650B2 JP 06006795 A JP06006795 A JP 06006795A JP 6006795 A JP6006795 A JP 6006795A JP 3491650 B2 JP3491650 B2 JP 3491650B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高品質の炭化反応性合
金の鋳造物を長時間安定して連続的に鋳造し得る連続鋳
造用のノズル(連鋳ノズル)に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、連鋳ノズルの材料としては、高温
の溶融金属と接して溶湯から所定形状の鋳造物を連続的
に鋳造する鋳型として、高耐熱性の黒鉛材料が使用され
ている。
【0003】しかしながら、Ni,Fe,Si,Mg,
Cr,Al等の元素を含有する銅合金や鋳鉄を鋳造する
場合、引き出される鋳造物裏面に欠陥傷が発生し、高品
位の鋳造物を長時間安定して得ることができなかった。
【0004】鋳造物表面の傷は、金属結晶組織への欠陥
要因となり、引き続いて行われる鍛造等で鋳片に割れが
発生し、製品とすることができなくなる。従って、この
欠陥傷が拡大成長した時点で連鋳ノズルは寿命となる。
【0005】この鋳造欠陥が発生するのは、溶湯中の合
金元素が凝固開始位置でノズル内面と反応して炭化物を
析出し、この付着蓄積により鋳造物の凝固シェル層(表
面凝固層)に引っ掛かって欠陥傷を発生するためであ
る。
【0006】この炭化物の付着生成を抑制するために、
凝固開始位置でのノズル内面にセラミックス等の耐熱性
物質を被覆したものが提案されている(特開平5―31
8033号公報、特開平5―318034号公報)。し
かしながら、被覆物の剥離や被覆処理に要するコストア
ップによる問題がある。
【0007】また、洋白の鋳造をすることを目的とした
例(特開昭63―313640号公報、特開平5―10
4217号公報)では、連鋳ノズルを形成する黒鉛材料
は、熱拡散を十分に行うために高熱伝導率がよいとさ
れ、また、Zn等の揮発性金属のガス抜けを意図した気
孔率の制御が専らであり炭化反応性の金属であるNi等
には十分な効果は得られなかった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記に記し
たように鋳造物の表面欠陥傷の原因である凝固開始位置
での炭化物の付着蓄積を抑制して、高品質の炭化反応性
合金を長時間安定して鋳造可能な連続鋳造用のノズル
を、黒鉛材ノズルにセラミックス被覆等の後処理をする
ことなく安価に提供することにある。
【0009】また、黒鉛材料の気孔率の制御だけでは炭
化反応性の金属による悪影響を抑制できないことから、
従来の黒鉛材料とは異なった構成および物性とすること
により、良好な鋳造が効果的に行われる黒鉛材ノズルを
提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、生コークスと
バインダーピッチを原料として、常温における熱伝導率
が30kcal/mh℃以上100kcal/mh℃未
満であり、更に気孔率が5〜20%である黒鉛材料から
成ることを特徴とする炭化反応性合金用連鋳ノズルであ
り、揮発分5〜25重量%、平均粒径5〜30μmの生
コークスをバインダーピッチと熱混練し、成形して焼成
したのち、2000〜2600℃で黒鉛化後、ノズル形
状に加工することを特徴とする炭化反応性合金用連鋳ノ
ズルの製造方法である。
【0011】本発明の内容をさらに具体的に説明する。
【0012】本発明による連鋳ノズルが良好な鋳造特性
を発揮する炭化反応性合金とは、銅や鋳鉄に対してN
i,Fe,Si,Mg,Cr,Al等の炭素と反応しや
すい元素を含有する合金である。これらの元素は、凝固
開始と同時にノズル界面で黒鉛と反応することにより炭
化物を析出する。
【0013】この炭化物は、鋳造物の凝固収縮を開始す
る位置で生ずるノズル内面とのすき間に付着蓄積し、蓄
積量は収縮によるすき間量に依存することを見い出し
た。従って、このすき間の低減が、結果として炭化物の
付着生成量を低減できるのである。
【0014】鋳造物がノズル内において早期に凝固を開
始するほど、ノズル内面におけるすき間空間が多くな
り、凝固開始付近での炭化物の蓄積が増す。
【0015】このため、炭化物生成量を減らすために
は、できるだけ鋳造物の凝固を遅くしてノズル内面にお
けるすき間を小さくする必要がある。
【0016】本発明では、このすき間を低減する目的
で、黒鉛材料の熱伝導率を30kcal/mh℃以上1
00kcal/mh℃未満にコントロールすることで、
良好な鋳造表面をえることができるという知見に基づい
たものである。
【0017】熱伝導率が100kcal/mh℃以上と
なると、ノズル内でのすき間を効果的に抑制することが
できず炭化物の付着成長が進行して鋳造物表面の傷を低
減することができない。
【0018】また、30kcal/mh℃未満では、凝
固を十分に行うことができず凝固シェルを形成できな
い。また、鋳造速度を遅くする必要があり、鋳造効率が
低下する。望ましくは、50〜80kcal/mh℃で
ある。
【0019】熱伝導率の低減は同時に黒鉛材料の低結晶
化を意味し、反応性金属元素との固溶性の低下によるノ
ズルの消耗低減効果も期待できる。
【0020】また、凝固を穏やかに行うことにより、鋳
造金属の組織を均一化し、揮発性金属に起因する鋳造品
内部におけるブローホール等のピンホール欠陥を抑制可
能である。
【0021】黒鉛材料の気孔率は、5〜20%にする必
要がある。気孔率が5%より小さいと揮発性金属が存在
した時にガス抜けがスムーズに行われずに鋳造表面を滑
らかにすることができず、20%を超えると生成した炭
化物がアンカー効果によりノズル内面に強固に付着して
突起物を形成し、鋳造物の引出し中にその表面を傷付け
る。望ましくは、気孔率は8〜15%である。
【0022】ここで得られる黒鉛材料は、生コークスに
揮発分を含むためバインダーピッチの配合率を抑制で
き、金属と反応しやすいバインダーピッチ由来の炭素マ
トリックス量を減らすことができる為、反応性を低減で
きる。
【0023】従来の連鋳ノズルに用いられている黒鉛材
料は、か焼コークスや黒鉛粉を原料として得られるもの
であり、生コークスを使用した黒鉛材料と比べて炭素マ
トリックスの占める比率が高く、成分比率が異なるもの
である。
【0024】連鋳ノズルを形成する黒鉛材料の結晶化度
は、結晶性の指標である結晶子サイズ(Lc)で表すこ
とができ、このLcが15〜50nmであることで黒鉛
の自己潤滑性を生かした鋳造が可能である。望ましく
は、Lcは20〜40nmである。
【0025】更にショアー硬度を60を超えて100以
下とすることで、ノズル内面に欠けや傷の発生を抑えて
安定した鋳造が可能である。望ましくは、ショアー硬度
は60〜80である。
【0026】生コークスは、石油系あるいは石炭系のい
ずれでもよいが、揮発分が5〜25重量%の範囲で使用
される。揮発分が5重量%より小さいと収縮性に劣る為
バインダー量を少なくすることができず、25重量%よ
り大きいと焼成時に収縮割れを起こしやすい。望ましく
は、揮発分は10〜15重量%である。
【0027】生コークスの平均粒径は5〜30μmの範
囲で使用され、5μmより小さいと焼成時に収縮割れが
起きやすく、30μmより大きいと収縮性が小さく気孔
率が大きくなり過ぎる。望ましくは、平均粒径は10〜
20μmである。
【0028】バインダーピッチ量は、一般に用いられる
か焼コークス原料のとき(バインダーピッチ量は内割で
35〜45重量%)より少なくすることができ、内割で
30重量%以下で熱混練可能である。望ましくは15〜
25%である。
【0029】熱混練で調製されたものは常法通り金型プ
レスあるいはラバープレスで成形後、非酸化性雰囲気で
焼成炭化される。
【0030】こうして得られた焼成体は、2000〜2
600℃で黒鉛化処理することで熱伝導率を30kca
l/mh℃以上100kcal/mh℃未満にすること
ができる。得られた黒鉛材料を所望の連鋳ノズルの形状
に加工することにより、炭化反応性合金を連続鋳造する
のに適したノズルを得ることができる。
【0031】
【作用】本発明に係わる連鋳ノズルは、熱伝導率が30
kcal/mh℃以上100kcal/mh℃未満であ
ることから、鋳造物の凝固収縮を穏やかに行うためノズ
ル内のすき間を低減して初期凝固位置での炭化物付着蓄
積を抑制できる。
【0032】また、黒鉛材料の原料に生コークスを用い
てバインダーピッチ由来の炭素マトリックス量を減ら
し、更に気孔率を5〜20%にすることで、炭化物生成
を最小限に抑え付着強度を弱くすることで、鋳造物の表
面を引っ掻く程の凝着性がなく、高品質な鋳造物を長時
間安定して得ることができる。
【0033】
【実施例】次いで、本発明を実施例により比較例と対比
しながら説明する。
【0034】
【実施例1】揮発分5重量%、平均粒径5μmの石炭系
生コークス粉末70重量%とバインダーピッチ30重量
%を熱混練し、ラバープレスで1500kg/cm2
成型した後、1000℃で焼成し、2000℃で黒鉛化
処理を行った。得られた黒鉛材料は、熱伝導率が30k
cal/mh℃、気孔率が10%であり、この黒鉛材料
から連鋳ノズルを作成し、サンプルとした。
【0035】
【実施例2】揮発分10重量%、平均粒径15μmの石
炭系生コークス粉末75重量%とバインダーピッチ25
重量%を熱混練し、ラバープレスで1500kg/cm
2で成型した後、1000℃で焼成し、2200℃で黒
鉛化処理を行った。
【0036】得られた黒鉛材料は、熱伝導率が60kc
al/mh℃、気孔率が15%であり、この黒鉛材料か
ら連鋳ノズルを作成し、サンプルとした。
【0037】
【実施例3】揮発分10重量%、平均粒径30μmの石
炭系生コークス粉末75重量%とバインダーピッチ25
重量%を熱混練し、ラバープレスで1500kg/cm
2で成型した後、1000℃で焼成し、2600℃で黒
鉛化処理を行った。
【0038】得られた黒鉛材料は、熱伝導率が90kc
al/mh℃、気孔率が20%であり、この黒鉛材料か
ら連鋳ノズルを作成し、サンプルとした。
【0039】
【実施例4】揮発分25重量%、平均粒径20μmの石
炭系生コークス粉末85重量%とバインダーピッチ15
重量%を熱混練し、ラバープレスで1500kg/cm
2で成型した後、1000℃で焼成し、2600℃で黒
鉛化処理を行った。
【0040】得られた黒鉛材料は、熱伝導率が90kc
al/mh℃、気孔率が5%であり、この黒鉛材料から
連鋳ノズルを作成し、サンプルとした。
【0041】
【比較例1】揮発分を含まない、平均粒径15μmの石
炭系か焼コークス粉末60重量%とバインダーピッチ4
0重量%を熱混練し、ラバープレスで1500kg/c
2で成型した後、1000℃で焼成し、2600℃で
黒鉛化処理を行った。
【0042】得られた黒鉛材料は、熱伝導率が90kc
al/mh℃、気孔率が20%であり、この黒鉛材料か
ら連鋳ノズルを作成し、サンプルとした。
【0043】
【比較例2】揮発分を含まない、平均粒径10μmの石
炭系か焼コークス粉末60重量%とバインダーピッチ4
0重量%を熱混練し、ラバープレスで1500kg/c
2で成型した後、1000℃で焼成し、2800℃で
黒鉛化処理を行った。
【0044】得られた黒鉛材料は、熱伝導率が100k
cal/mh℃、気孔率が15%であり、この黒鉛材料
から連鋳ノズルを作成し、サンプルとした。
【0045】
【比較例3】揮発分を含まない、平均粒径20μmの石
炭系か焼コークス粉末60重量%とバインダーピッチ4
0重量%を熱混練し、ラバープレスで1500kg/c
2で成型した後、1000℃で焼成し、3000℃で
黒鉛化処理を行った。
【0046】得られた黒鉛材料は、熱伝導率が120k
cal/mh℃、気孔率が25%であり、この黒鉛材料
から連鋳ノズルを作成し、サンプルとした。
【0047】
【比較例4】揮発分を含まない、平均粒径15μmの石
炭系か焼コークス粉末60重量%とバインダーピッチ4
0重量%を熱混練し、ラバープレスで1500kg/c
2で成型した後、1000℃で焼成し、2000℃で
黒鉛化処理を行った。得られた黒鉛材料は、熱伝導率が
20kcal/mh℃、気孔率が20%であり、この黒
鉛材料から連鋳ノズルを作成し、サンプルとした。
【0048】上記実施例及び比較例のサンプルを用い
て、横型連続鋳造法により、直径30mmの洋白(Cu
65%―Ni20%―Zn15%)を、鋳造温度120
0℃、鋳造速度150mm/minの条件で鋳造した。
結果を第1表に示した。
【0049】
【表1】
【0050】第1表より明らかなように、実施例の連鋳
ノズルは良好な鋳肌を長時間安定して鋳造できた。一
方、比較例1のか焼コークスを原料にしたノズルでは、
低熱伝導率の寄与により多少の長寿命化が見られたが、
総じて比較例の連鋳ノズルは経時的に鋳肌が荒れ始め、
その後鋳造品表面に引出し方向に筋状の引っ掻き傷が多
く発生して鋳造が不能となった。
【0051】この他、鋳鉄等の他の炭化反応性合金の鋳
造においても同様の効果が得られた。
【0052】以上横型連続鋳造法の場合について説明し
たが、本発明の連鋳ノズルは、竪型連続鋳造法等に適用
しても同様の効果が得られるものである。
【0053】
【発明の効果】本発明の連鋳ノズルによれば、鋳造時に
ノズル内面での炭化物生成の抑制及び付着蓄積の防止に
より、鋳肌が良好な高品質の鋳造品を長時間安定して得
られ、工業上顕著な効果を発現する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−197362(JP,A) 特開 平5−104217(JP,A) 特開 昭55−109214(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22D 11/10 330 B22D 41/54 C01B 31/04 101 C04B 35/52

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 生コークスを原料として含み、常温にお
    ける熱伝導率が30kcal/mh℃以上100kca
    l/mh℃未満であり、気孔率が5〜20%である黒鉛
    材料から成ることを特徴とする炭化反応性合金用連鋳ノ
    ズル。
  2. 【請求項2】 揮発分5〜25重量%、平均粒径5〜3
    0μmの生コークスをバインダーピッチと熱混練し、成
    形して焼成したのち、2000〜2600℃で黒鉛化
    後、ノズル形状に加工することを特徴とする請求項1記
    載の炭化反応性合金用連鋳ノズルの製造方法。
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