JP3817109B2

JP3817109B2 - 鋳造用ノズルのシール材

Info

Publication number: JP3817109B2
Application number: JP2000078693A
Authority: JP
Inventors: 孝幸兼安; 新一福永; 和久田中; 良治西原
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-03-21
Filing date: 2000-03-21
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2020-03-21
Also published as: JP2001259803A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スライディングノズルの下ノズル等の鋳造用ノズルの接合部のシール材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スライディングノズル（ＳＮ）は、上プレートと下プレートの間に中プレートを設けた３枚プレート方式が主に用いられており、各プレートには、溶鋼が通過する４０〜７０ｍｍの注湯孔を穿っており、中プレートを摺動することにより、注湯孔の開口面積を可変して、注湯する溶鋼量の調整を行っている。
このプレートは、注湯孔の周縁部が溶鋼の熱によって溶損されたり、熱膨張によって生じた亀裂によって欠損するため、鋳造毎に取り替えられるが、耐火物のコストが高くなるという欠点がある。
この対策として、下プレートの中央部に、４０〜７０ｍｍの注湯孔を形成したリング耐火物を装着し、鋳造毎にリング耐火物を取り替え、損傷した孔部の更新とプレートの再使用を行うことにより、耐火物のコストの低減、溶鋼量の調整精度の向上による鋳造作業の安定化を図っている。
しかし、ＳＮの下ノズル等の鋳造用ノズルの接合部は、耐火物同士が接触状態であるため、溶鋼の鋳造時に外側から内部に外気が進入して、溶鋼や溶鋼中の有価元素の酸化を生じ、ノズルの閉塞や介在物に起因した欠陥が発生する。
従って、特開昭６１−９７１７０号公報に記載されているように、膨張黒鉛３０〜９７重量％に有機物質３〜７０重量％を加えて混練し、シート状に圧縮成形したシール材をノズルやプレートの接合部に挟むことにより、耐火物のクラックの発生の防止や外気の進入を抑制することが行われている。
更に、特開昭６２−４０９５９号公報に記載されているように、アルミナ及びカオリンを主成分とした耐火物に、セラミックスファイバーを３重量％加え、バインダーに酢酸ビニール系の樹脂を添加したシール材と、黒鉛を含有するシール材を２層に配置することにより、外気の進入を抑制し、ノズル交換を短時間で行うことが記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭６１−９７１７０号公報に記載されたシール材を用いた場合は、黒鉛が溶鋼の熱により加熱され、進入した外気中の酸素によって酸化消失してシール性が低下し、外気の遮断を長時間行うことができない。更に、融点が高いため、ノズルやプレート等の耐火物が使用中に膨張や収縮を生じた際に、シート状のシール材に亀裂が発生し、この亀裂から外気が進入し易くなる。
その結果、溶鋼が酸化され、介在物に起因する欠陥やピンホール等の疵が発生して鋳片や鋼材の品質を阻害する。
また、特開昭６２−４０９５９号公報に記載されたシール材を用いた場合は、アルミナ及びカオリンを主成分とした耐火物（モルタル）にセラミックスファイバーと樹脂を加えており、これをシール材に適用した際に、シール材の融点が高いため、使用中に乾燥してシール材にそのものに亀裂が発生したり、ノズルやプレート等の耐火物の膨張や収縮に伴って前記の亀裂が助長され、外気の進入を防止することができずに、溶鋼の酸化に伴う介在物が生成し、介在物に起因する欠陥やピンホール等の疵が発生し、鋳片や鋼材の品質を阻害する等の問題がある。
【０００４】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、ノズルやスライディングノズルのプレート等の接合面に用いるシール材のシール性を向上し、溶鋼の酸化による介在物やピンホール等の疵の発生を防止することができる鋳造用ノズルのシール材を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的に沿う本発明の鋳造用ノズルのシール材は、モルタルに、ＰｂＯを１５〜８５重量％、ＳｉＯ ₂ を１０〜５５重量％、Ａ ₂ Ｏを０〜１０重量％含み、融点が５５０℃以下で、粒度が０．０３〜１ｍｍの鉛ガラスを１０〜３０重量％、及びＳｉＯ ₂ を５８〜８５重量％、Ａ ₂ Ｏを７〜１８重量％、ＤＯを７〜１８重量％含み、融点が７００〜９００℃で、粒度が０．０３〜１ｍｍのソーダーガラスを１０〜５０重量％添加している。
ここで、ＡはＮａとＫの合計を、ＤはＣａとＭｇとＢａの合計を示す。
低温域で軟化あるいは溶融し易い鉛ガラスとソーダーガラスを所定量添加しているので、鉛ガラス中のＰｂＯが耐火物中の炭素と反応して還元されて発生するＣＯガスによってシール性が低下するのをソーダーガラスによって抑制し、しかも、低温域での軟化あるいは溶融を可能にして長期間のシールを行うことができる。
鉛ガラスの添加量が１０重量％より少ないと、低温域での軟化あるいは溶融特性が悪くなり、３０重量％より多くなると、高温域で耐火物中の炭素との還元反応で発生するＣＯガスによってシール性が悪くなる。更に、ソーダーガラスの添加量が１０重量％より少ないと、耐火物中の炭素との還元反応を抑制してシール性の低下を防止することができず、５０重量％より多くなると、低温域での軟化あるいは溶融特性が悪くなり、シール性が阻害される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１は本発明の一実施の形態に係る鋳造用ノズルのシール材を適用した連続鋳造ノズルの断面図、図２は同下プレートの平面図である。
本発明の一実施の形態に係る鋳造用ノズルのシール材２１（図１参照）はモルタルからなり、このモルタルはアルミナ系、ケイサン系、粘土系等を主成分とし、これに若干のＣａＯ、ＭｇＯ、Ｃｒ₂ Ｏ₃ 、Ｆｅ₂ Ｏ₃ 等の不純物を含む一般的に使用されているものを用いる。
更に、モルタルに配合するガラスの一例である鉛ガラスの組成は、表１に示すように、ＰｂＯ（酸化鉛）を１５〜８５重量％、ＳｉＯ₂ を１０〜５５重量％、Ａ₂ Ｏ（ＡはＮａ＋Ｋ）を０〜１０重量％、その他の成分としてＡｌ₂ Ｏ₃ 、ＺｎＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯ、Ｂ₂ Ｏ₃ 等を含み、融点が５５０℃以下であり、粒度が０．０３〜１．０ｍｍに破砕したものを用いる。
鉛ガラスに含まれる酸化鉛及びＳｉＯ₂ を前記の範囲にする理由は、鉛ガラスの融点を安定して５５０℃以下にするためであり、酸化鉛が高く、且つＳｉＯ₂ が極端に低くなると、安定したガラス化合物が維持できず、粉化してしまう。
酸化鉛が低く、且つＳｉＯ₂ が多くなると、融点が５５０℃を超えて低温域でのシール性が発現でない。
この鉛ガラスは、モルタルに１０〜８０重量％配合することにより、低温域で容易に軟化あるいは溶融し、モルタルの粒子間や亀裂部を埋めることができ、外気が内部に進入するのを防止することができる。
モルタルは、モルタルを構成する高融点のＡｌ₂ Ｏ₃ やＳｉＯ₂ 、ＳｉＯ₂ ・Ａｌ₂ Ｏ₃ 等の耐火粒子によって受熱によって軟化あるいは溶融したガラスを封じ込め、シール材の流出の抑制、流出に伴うシール層の薄層化を防止してシール性の向上を図ることができる。
更に、モルタルは、受熱によって膨張、収縮して亀裂を生じ易いが、低融点のガラスを存在させることで、亀裂の発生が抑制され、例え亀裂が生じた際にガラスがこの亀裂を埋める働きがあり、シール材の高耐火性を発現することが可能になる。
【００１０】
【表１】

【００１１】
また、モルタルに鉛ガラスを１０〜３０重量％及びソーダーガラスを１０〜５０重量％を混合して用いることができる。
ソーダガラスの組成としては、表２に示すように、ＳｉＯ₂ を５８〜８５重量％、Ａ₂ Ｏ（ＡはＮａ＋Ｋ）を７〜１８重量％、ＤＯ（ＤはＣａ＋Ｍｇ＋Ｂａ）を７〜１８重量％、その他の成分としてＡｌ₂ Ｏ₃ 、Ｂ₂ Ｏ₃ 等を含み、融点が７００〜９００℃であり、粒度が０．０３〜１．０ｍｍに破砕したもので、鉛ガラスは前記と同じ組成のものを用いる。
ソーダガラスに含まれるＳｉＯ₂ 及びＡ₂ Ｏ、ＤＯを前記の範囲にする理由は、ソーダガラスの融点を安定して７００〜９００℃にするためであり、ＳｉＯ₂ 及びＡ₂ Ｏ、ＤＯが極端に多くなると、安定したガラス状態にならずにシール性が低下し、ＳｉＯ₂ 及びＡ₂ Ｏ、ＤＯが低くなると、融点を安定して７００〜９００℃にすることができない。
その結果、還元反応の起こり易い高温域（７００〜９００℃）において、溶融したソーダガラスが鉛ガラスと耐火物の間に介在して、鉛ガラスと耐火物の直接接触を防ぐことで、高温域での酸化鉛の還元反応を抑制することができる。
しかも、モルタルに、鉛ガラスとソーダガラスを共存させることで、鋳造に用いる耐火物と酸化鉛が反応して生成したＣＯガスがシール材の表層から抜ける際に、粘土の高いソーダガラスによって外気との導通を抑制してシール性が悪くなるのを防止することができる。
更に、ソーダガラスの融点が９００℃より高くなると、ソーダガラス未溶融により、鉛ガラスと耐火物中の炭素との還元反応の抑制効果が悪くなり、シール性が低下する。
【００１２】
【表２】

【００１３】
図１、図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る鋳造用ノズルのシール材２１を適用した連続鋳造ノズル１０（鋳造ノズルの一例）は、スライディングノズル（以下ＳＮという）１１と、ＳＮ１１の下部に取付けられ、浸漬ノズル１２と接合する下ノズル１３を備えている。
ＳＮ１１は、鋼製のケース１４で周囲が覆われ、固定保持された上プレート１５及び下プレート１７と、図示しない進退装置により上プレート１５と下プレート１７の間を摺動する中プレート１８を有している。
上プレート１５、中プレート１８及び下プレート１７の中央近傍に嵌合したリング耐火物１６には、それぞれ４０〜７０ｍｍの孔を穿っており、これらによってＳＮ１１の注湯孔１９が形成されている。
下プレート１７とリング耐火物１６間の目地２０には、一般に使用されているモルタルが充填され、リング耐火物１６を含む下プレート１７の下側には、下ノズル１３が設けられ、下プレート１７と下ノズル１３は、間に前述したシール材２１を充填（配置）して接合されている。
また、下ノズル１３の下側には、シール材２１と同じ組成のシール材２２を介在させて浸漬ノズル１２を接合し、接合された下ノズル１３及び浸漬ノズル１２には、注湯孔１９に連通するノズル孔１９ａが形成されている。
なお、符号２３は、下プレート１７下面とケース１４の隙間に充填したシール材である。
【００１４】
次に、連続鋳造ノズルのシール方法について説明する。
モルタルに鉛ガラスを１０〜８０重量％配合し、バインダーの一例である水を添加して混練した後、シート状に成形したシール材２１を、ＳＮ１１の下プレート１７の下側に配置して下ノズル１３を取付け、更に、この下ノズル１３の下側に同様に配合したシール材２２を挟んで浸漬ノズル１２を接合する。この場合注湯孔１９とノズル孔１９ａが重合して連通するように固定する。
そして、中プレート１８を摺動して、注湯孔１９の一部の開口断面積を変え、開度を調整してから１５００〜１６５０℃の溶鋼を供給し、図示しない鋳型に注湯を行なう。
この溶鋼の注湯により、下プレート１７に嵌め込んだリング耐火物１６の注湯孔１９側が１５００〜１６５０℃、外側（リング耐火物１６の目地２０近傍）が約５５０℃〜６００℃となり、図２に示すように、大きな温度勾配が生じて膨張、あるいは注湯の溶鋼の変動等の温度変化による収縮等に伴って亀裂２４が発生する。
その結果、下プレート１７位置の注湯孔１９及びノズル孔１９ａが負圧になるため、下プレート１７と下ノズル１３の隙間、リング耐火物１６の目地２０や亀裂２４から外気が進入しようとするが、リング耐火物１６、目地２０及び目地２０周辺の下プレート１７の下面がシール材２１を介して、下ノズル１３で接合した部位（低温域）において、シール材２１中に含まれるモルタルの粒子間に存在する鉛ガラスが軟化あるいは溶融し、モルタルの粒子間を埋め、モルタルの乾燥や膨張等により亀裂２４が生じるのを抑制でき、例え亀裂２４が発生してもシール材２１の一部が流動して亀裂２４を埋めることができ、より一層の遮断効果が発現できる。
また、下ノズル１３と浸漬ノズル１２の接合面に配置したシール材２２についても、前記シール材２１と同様にして、隙間の充填を高め、亀裂を抑制する働きにより、シール性を向上することができる。
その結果、下プレート１７と下ノズル１３の隙間、リング耐火物１６の目地２０や亀裂２４、下ノズル１３の下面と浸漬ノズル１２の接合面からの外気をシール材２１、２２により確実に遮断することができ、注湯孔１９、ノズル孔１９ａを通過する溶鋼の酸化や介在物の生成が防止でき、鋳片やそれを加工した鋼材の品質を向上できる。
【００１５】
また、モルタルに鉛ガラスとソーダガラスを配合したシール材を使用することもでき、モルタルとソーダガラスを共存させることで、鋳造に用いる耐火物と鉛ガラス中の酸化鉛が反応して生成したＣＯガスがシール材の表層から抜ける際に、ソーダガラスによりシール材の粘土を高め、外気との導通を抑制する働きにより、シール性が阻害されるのを防止することができ、注湯孔１９、ノズル孔１９ａを通過する溶鋼の酸化や介在物の生成を防止することができる。
【００１６】
【実施例】
次に、連続鋳造ノズルのシール材の実施例について説明する。
上プレート及び中プレート、リング耐火物を設けた下プレートからなるスライディングノズル（ＳＮ）を用い、下プレートと下ノズルの間に、表３に示すＡｌ₂ Ｏ₃ ５０〜１００重量％からなるモルタルを用いたシール材を挟んで取付け、内部の温度を５００℃に加熱し、注湯孔の内部を溶鋼の鋳造時と同じ０．２〜０．５ａｔｍの負圧になるように吸引して、下プレートと下ノズルの接合部からの外気のリーク量を調査した。
実施例１は、モルタルに鉛ガラスを１０〜８０重量％配合したシール材を下プレートと下ノズルの間に挟んだ場合であり、下プレートと下ノズルの接合部からの外気のリーク量を４．０ＮＬ／分に低減できた。
実施例２は、モルタルに鉛ガラスを１０〜３０重量％とソーダガラスを１０〜５０重量％を配合したシール材を下プレートと下ノズルの間に挟んだ場合であり、下プレートと下ノズルの接合部からの外気のリーク量を２．０ＮＬ／分に低減できた。
実施例３は、モルタルに鉛ガラスを１０〜３０重量％とソーダガラスを１０〜５０重量％を配合したシール材を下ノズルと浸漬ノズルの間に挟み、下ノズルと浸漬ノズルの内部を８００℃に加熱した場合であり、下ノズルと浸漬ノズルの接合部からの外気のリーク量を１．０ＮＬ／分に低減できた。
【００１７】
【表３】

【００１８】
これに対し従来例１は、黒鉛からなるシール材を下プレートと下ノズルの間に挟んだ場合であり、下プレートと下ノズルとの接合部からの外気のリーク量が２５．０ＮＬ／分に多くなった。
更に、従来例２は、モルタルのみからなるシール材を下プレートと下ノズルの間に挟んだ場合であり、下プレートと下ノズルの接合部からの外気のリーク量が１０．０ＮＬ／分となった。
なお、実施例１〜３のシール材条件を用いて実際の溶鋼の鋳造を行い、鋳片の気泡性の欠陥、介在物に起因する欠陥について調査したが、従来例の欠陥指数を１．０とした場合、何れの場合についても欠陥指数を０．５にすることができ、鋳片及びそれを用いて圧延等の加工を施した鋼材の品質を向上することができた。
【００１９】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、モルタルと鉛ガラス、又はモルタルと鉛ガラス、ソーダガラスを混合する際に用いるバインダーとしては、水を用いた場合について説明したが、この他にエチレングリコール、ポリエチレングリコール等の有機系バインダーを用いることができる。
更に、シール材は、上プレートあるいは上プレートと鉄皮の隙間に充填することができる。
また、本発明のシール材は、一般に行われている造塊法に用いるノズル等に適用することができ、溶鉄、溶鋼の他の金属の鋳造に用いる耐火物の接合部にも適用することができる。
【００２０】
【発明の効果】
【００２２】
請求項１記載の鋳造用ノズルのシール材は、モルタルは、ＰｂＯを１５〜８５重量％、ＳｉＯ ₂ を１０〜５５重量％、Ａ ₂ Ｏを０〜１０重量％含み、融点が５５０℃以下で、粒度が０．０３〜１ｍｍの鉛ガラスを１０〜３０重量％、及びＳｉＯ ₂ を５８〜８５重量％、Ａ ₂ Ｏを７〜１８重量％、ＤＯを７〜１８重量％含み、融点が７００〜９００℃で、粒度が０．０３〜１ｍｍのソーダーガラスを１０〜５０重量％有しているので、低温域で軟化あるいは溶融し易い鉛ガラスにより低温域でのシール性を高めると共に、鉛ガラス中のＰｂＯの還元によって発生するＣＯガスによるシール性の低下を抑制し、長期間のシールを可能にでき、鋳片あるいは鋼材に発生するピンホールや介在物に起因する欠陥等を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用ノズルの断面図である。
【図２】同下プレートの平面図である。
【符号の説明】
１０：連続鋳造ノズル、１１：スライディングノズル（ＳＮ）、１２：浸漬ノズル、１３：下ノズル、１４：ケース、１５：上プレート、１６：リング耐火物、１７：下プレート、１８：中プレート、１９：注湯孔、１９ａ：ノズル孔、２０：目地、２１：シール材、２２：シール材、２３：シール材、２４：亀裂

Claims

モルタルに、ＰｂＯを１５〜８５重量％、ＳｉＯ ₂ を１０〜５５重量％、Ａ ₂ Ｏを０〜１０重量％含み、融点が５５０℃以下で、粒度が０．０３〜１ｍｍの鉛ガラスを１０〜３０重量％、及びＳｉＯ ₂ を５８〜８５重量％、Ａ ₂ Ｏを７〜１８重量％、ＤＯを７〜１８重量％含み、融点が７００〜９００℃で、粒度が０．０３〜１ｍｍのソーダーガラスを１０〜５０重量％添加していることを特徴とする鋳造用ノズルのシール材。
ここで、ＡはＮａとＫの合計を、ＤはＣａとＭｇとＢａの合計を示す。