JP3999993B2 - 双ドラム式薄板連続鋳造用サイド堰セラミックスプレート - Google Patents

双ドラム式薄板連続鋳造用サイド堰セラミックスプレート Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸が平行で互いに逆方向に回転する一対の冷却ドラムの周面に凝固シェルを生成しつつ、ステンレス、鋼などの鋳片を連続鋳造する双ドラム式薄板連続鋳造装置において、該冷却ドラムを両側から挟み湯溜り部を構成するサイド堰用のセラミックスプレートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
双ドラム式薄板連続鋳造装置において、冷却ドラムを両側から挟み湯溜り部を構成するサイド堰には、ステンレス、鋼などに対して高い耐食性、ドラムとの摺動に対して高い耐摩耗性、注湯時の熱衝撃に対する高い耐熱衝撃性、及び、地金の付着を抑制するための低い熱伝導性が望まれる。
【０００３】
従来、摺動部のサイド堰材料には、Ａｌ2Ｏ3＋Ｃ系、Ｓｉ3Ｎ4系、ＢＮ系、Sialon系、ＡｌＮ系、ＴｉＢ2 系、ＴｉＮ系、及び、これらを組合せたＳｉ3Ｎ4＋ＢＮ系、Ｓｉ3Ｎ4＋ＡｌＮ＋ＢＮ系、Sialon＋ＢＮ系、Sialon＋ＡｌＮ＋ＢＮ系、Sialon＋ＴｉＢ2＋ＢＮ系、Sialon＋ＴｉＮ＋ＢＮ系、などが用いられてきたが、いずれもサイド堰として高寿命といえるものではなかった。
【０００４】
一般に、Ａｌ2Ｏ3＋Ｃ系は、溶湯に対し高い耐食性と耐熱衝撃性を示すが、ドラムとの摺動面が荒れ易く、溶湯シール性に劣る問題があった。また、Ｓｉ3Ｎ4系、Sialon系、ＡｌＮ系、ＴｉＢ2 系、ＴｉＮ系は、溶湯浸透には高い抵抗を示すが、耐食性に劣る問題があった。また、耐熱衝撃性に劣るため、単身では急速加熱、急速冷却で割れやすい。
【０００５】
一方、ＢＮ系は、耐熱衝撃性に優れるものの、柔らかいために耐摩耗性に劣り、また、素材の高熱伝導性により、地金がプレートに付着しやすく、安定的な連続鋳造を妨げる等の問題があった。
【０００６】
Ｓｉ3Ｎ4系、Sialon系、ＡｌＮ系、ＴｉＢ2 系、ＴｉＮ系にＢＮ系を組合せた場合では、それぞれ単独な場合に比べて、耐熱衝撃性、耐磨耗性の改善がみられる場合があるが、耐食性に劣る問題点は残っていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の各種セラミックス材では、高い耐食性、高い耐摩耗性、高い耐熱衝撃性、低い熱伝導率をいずれも満足するに至っていないため、構造部材としての信頼性に欠ける問題点があった。
【０００８】
本発明の目的は、高い耐食性、高い耐摩耗性、高い耐熱衝撃性、低い熱伝導率のいずれをも満足する双ドラム式薄板連続鋳造用サイド堰のセラミックスプレートを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の双ドラム式薄板連続鋳造用サイド堰のセラミックスプレートは、その構成相が、ＲＥＡＧ相１０〜９０体積％、Sialon相５〜５０体積％、及び、ＢＮ相５〜５０体積％、又は、ＲＥＡＧ相１０〜９０体積％、Sialon相５〜５０体積％、ＢＮ相５〜５０体積％、及び、非晶質相０超〜２０体積％である。
【００１０】
好ましくは、ＲＥＡＧ相としては、ＹＡＧ相、ＥｒＡＧ相、ＹｂＡＧ相、ＤｙＡＧ相から選ばれる少なくとも一種の希土類アルミニウムガーネット相からなり、また、Sialon相が、化学式Ｓｉ6-ZＡｌZＯZＮ8-ZにおけるＺの範囲０．０５〜１．９からなることを特徴とし、さらに好ましくは、相対密度が８０％以上であることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明者は、種々の研究の結果、ＲＥＡＧ相＋Sialon相＋ＢＮ相（＋非晶質相）からなるセラミックスプレートで、それぞれの相の比率を所定の範囲で制御することにより、高い耐食性、高い耐摩耗性、高い耐熱衝撃性、低い熱伝導率のいずれをも満足するセラミックスプレートを提供できることを見出した。
【００１２】
ここで、ＲＥＡＧ相とは、希土類酸化物ＲＥ2Ｏ3と酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3とが３ＲＥ2Ｏ3・５Ａｌ2Ｏ3の比で化合した高融点化合物である。本発明におけるＲＥＡＧ相としては、ＹＡＧ相、ＥｒＡＧ相、ＹｂＡＧ相、ＤｙＡＧ相から選ばれる少なくとも一種の希土類アルミニウムガーネット相であり、複数の希土類アルミニウムガーネット相が任意の割合で組み合わさってもかまわない。
【００１３】
なお、それぞれ、ＹＡＧ相は３Ｙ2Ｏ3・５Ａｌ2Ｏ3、ＥｒＡＧ相は３Ｅｒ2Ｏ3・５Ａｌ2Ｏ3、ＹｂＡＧ相は３Ｙｂ2Ｏ3・５Ａｌ2Ｏ3、ＤｙＡＧ相は３Ｄｙ2Ｏ3・５Ａｌ2Ｏ3である。
【００１４】
本発明の過程で、ＲＥＡＧ相は、ステンレス、鋼の溶湯との接触において極めて安定で、接触界面においても反応生成物を作りにくいことを見出した。
【００１５】
この高い耐食性の原因は、希土類酸化物がセラミックス中に単独で存在する場合には、溶湯中のＦｅ2Ｏ3と反応し、３ＲＥ2Ｏ3・５Ｆｅ2Ｏ3の希土類鉄ガーネットを形成しつつ、侵食が進行するのに対し、予め希土類酸化物を安定なＲＥＡＧ相として形成しておくことにより、Ｆｅ2Ｏ3との反応を抑制することに起因すると推察される。
【００１６】
本発明では、セラミックスプレートの構成相は、ＲＥＡＧ相１０〜９０体積％、Sialon相５〜５０体積％、ＢＮ相５〜５０体積％、非晶質相０〜２０体積％の範囲からなるが、ＲＥＡＧ相が１０体積％未満では、十分な耐食性が得られない。
【００１７】
Sialon相は、５体積％未満では、高温での強度特性が低く、かつ、高い耐熱衝撃性が得られず、５０体積％を超えると高い耐食性が得られない。さらに、本発明におけるSialon相は、化学式Ｓｉ6-ZＡｌZＯZＮ8-ZにおけるＺの範囲が０．０５〜１．９であることが好ましいが、Ｚが０．０５より小さいと高い耐食性が得られない恐れがあり、また、Ｚが１．９を超えると十分な耐熱衝撃性が得られない恐れがある。より好ましくは、Ｚが０．１〜１．５の範囲である。
【００１８】
ＢＮ相は、耐熱衝撃性の確保の観点から添加することが好ましく、５体積％未満では十分に耐熱衝撃性を確保できないことから、５体積％以上添加することが望ましい。しかし、５０体積％を超えると、著しい硬度の低下を招き耐磨耗性が低下するとともに、熱伝導率が高くなり、地金の付着が見られるようになる。
【００１９】
従って、ＢＮ相は、５〜５０体積％、さらに望ましくは、１５〜４０体積％の範囲で添加することが好ましい。ＢＮ相の結晶構造の形態としては、高い耐磨耗性を得るためには、六方晶型のｈ−ＢＮ相を用いることが好ましいが、乱相構造型のｔ−ＢＮ相を用いてもかまわない。
【００２０】
非晶質相は、基本的に含まれなくてもよいが、２０体積％を超えると耐食性及び高温強度が低下する場合があり、０超〜２０体積％の範囲であることが好ましい。また、非晶質相の構成元素としては、希土類元素、アルミニウム、珪素、酸素、窒素からなることが好ましいが、不可避的不純物が若干量含まれてもかまわない。
【００２１】
さらに、本発明からなるセラミックスプレートは、その相対密度が８０％以上であることが好ましい。８０％未満では、十分な耐磨耗性と耐食性が得られない。より好ましくは９０％以上である。
【００２２】
本発明のセラミックスプレート中のＲＥＡＧ相は、所定の体積比となるように調製された化合物の混合粉からなる成形体を焼結過程で反応させ、合成することが可能である。また、成形・焼結の前に、あらかじめ粉末の状態で混合・仮焼・粉砕処理、もしくは、混合粉末の電融処理などによりＲＥＡＧ相粉末を合成しておいても構わない。
【００２３】
用いる原料としては、例えば、Ｙ2Ｏ3粉末、Ｅｒ2Ｏ3粉末、Ｙｂ2Ｏ3粉末、Ｄｙ2Ｏ3粉末、Ａｌ2Ｏ3粉末、Ｓｉ3Ｎ4粉末、ＢＮ粉末などが利用可能である。用いる各々の原料粉末の粒径は０．２〜５μｍ程度が焼結性の観点から好ましい。
【００２４】
成形法としては、金型一軸プレス法、ＣＩＰ法、鋳込成形法、射出成形法の何れを用いてもかまわない。
【００２５】
焼結法としては、常圧焼結法、ガス圧焼結法、ホットプレス法、ＨＩＰ法の何れを用いてもかまわない。焼結中の原料粉末の酸化を抑制するため、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス中で焼成することが好ましい。焼結温度が１６５０℃〜１８００℃の範囲であると所期の物性が得られやすい。
【００２６】
本発明により得られるセラミックスプレートは、その構成相が、ＲＥＡＧ相１０〜９０体積％、Sialon相５〜５０体積％、ＢＮ相５〜５０体積％、非晶質相０〜２０体積％であり、ＲＥＡＧ相としては、ＹＡＧ相、ＥｒＡＧ相、ＹｂＡＧ相、ＤｙＡＧ相から選ばれる少なくとも一種の希土類アルミニウムガーネット相からなることを特徴とし、また、Sialon相が、化学式Ｓｉ6-ZＡｌZＯZＮ8-ZにおけるＺの範囲０．０５〜１．９からなることを特徴とし、さらに好ましくは相対密度が８０％以上であるが、これらの組み合わせの結果として、双ドラム式連続鋳造用サイド堰のセラミックスプレートとして使用する際に、高い耐食性、高い耐摩耗性、高い耐熱衝撃性、低い熱伝導率を有する熱的機械的化学的安定性に優れるセラミックスプレートを得るという本課題を解決することができた。
【００２７】
【実施例】
（実施例）
本発明によるセラミックスプレート及び比較例の構成相、各種物性値、そして鋳造結果を、表１及び表２に示す。
【００２８】
セラミックスプレートは、Ｙ2Ｏ3粉末、Ｅｒ2Ｏ3粉末、Ｙｂ2Ｏ3粉末、Ｄｙ2Ｏ3粉末、Ａｌ2Ｏ3粉末、Ｓｉ3Ｎ4粉末、ＢＮ粉末からなる原料を所定量混合し、１４０ＭＰａの圧力でＣＩＰ成形の後、窒素ガス中１７５０℃×４ｈｒの条件で焼結され、厚さ２０ｍｍの板状体として得られた。得られた板状体から所定の形状のセラミックスプレートを加工してサイド堰部材として用いた。
【００２９】
得られた板状体については、予めＸ線回折により結晶構造の同定を行い、結晶相を調べた。構成相の体積割合は透過型電子顕微鏡で組織観察し、各々の相の面積率で決定した。
【００３０】
相対密度は、アルキメデス法および鏡面研磨面の光学顕微鏡による気孔率の測定から求めた。
【００３１】
また、耐食性の試験は、Ａｒガス中にて１５５０℃のＳＵＳ３０４ステンレス溶鋼中に試験片を浸漬し、浸食速度を測定した。耐磨耗性は、９５０℃の熱間でテストドラムを押付け圧４．５ｋｇ／ｃｍ2にて摺動させ、比摩耗量を測定した。耐熱衝撃性は、所定の温度に保持した試験片を急激に水中に投下し、強度低下が起こらない上限の保持温度で表す水中急冷温度差ΔＴを測定した。さらに、熱伝導率はレーザーフラッシュ法にて８００℃での熱伝導率を測定した。
【００３２】
図１は、双ドラム式薄板連続鋳造機を説明する斜視図である。基本的に、１対の冷却ドラム１ａ、１ｂ（例えば、銅合金）とサイド堰２ａ、２ｂとからなり、冷却ドラム間の湯溜まり部の溶融金属３を回転する冷却ドラム１ａ，１ｂで冷却固化し、広幅薄肉鋳片４を連続的に得るものである。
【００３３】
サイド堰２ａ、２ｂは、溶湯を冷却ドラム端部から漏らさないように、油圧式アクチュエーターからなる押圧機構により両側から冷却ドラムの端面に押し付けて使用する。
【００３４】
図２は、サイド堰全体５を示す図である。各サイド堰の枠体を形成するサイド堰ケース６（例えば、ＳＳ４００製）には、不定形耐火物（例えば、フューズドＳｉＯ2質）からなる断熱材７がそれぞれ収容されており、その不定形耐火物７にはベース部材８（例えば、高アルミナ質のレンガ）が植設されている。ベース部材８の冷却ドラムの周縁部（フランジ部）と対面する部位には、複数のセラミックスプレート９（図では１７枚）が接着されている。
【００３５】
鋳造試験では、図１及び図２に示す、双ドラム式薄板連続鋳造機及びサイド堰を用い、ＳＵＳ３０４ステンレス鋼の鋳造を行い、溶湯温度１５５０℃、サイド堰の水冷ドラム摺動面への押圧面圧０．２ＭＰａ、水冷ドラム摺動面に対するセラミックスプレートの摺動速度１ｍ／ｓの条件にて、幅１３３０ｍｍ、厚さ４ｍｍの広幅薄肉鋳片を２時間連続鋳造した。なお、鋳造に先立ちサイド堰枠体内に内臓のＳｉＣヒーター（図示略）により予熱処理を施してから鋳造を開始した。
【００３６】
なお、比較例として、ＢＮ相５０体積％＋ＡｌＮ相５０体積％からなるセラミックスプレート、ＢＮ相２０体積％＋ Ｓｉ3Ｎ4相８０体積％からなるセラミックスプレートも用いた。これらのセラミックスプレートについての物性および鋳造試験結果を表１及び表２に示す。
【００３７】
本発明の実施例では、結晶相としてＲＥＡＧ相、Sialon相（Ｚ＝０．０５〜１．９の範囲以内）およびＢＮ相が存在し、かつ、比較例に比べて耐溶鋼侵食速度が０．２ｍｍ／ｈｒ以下と小さく、摺動試験の比摩耗量が２．５μｍ／ｍと少なく、水中急冷温度差が４５０℃以上と大きく、さらに、熱伝導率が９Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下と小さいことがわかる。
【００３８】
また、本発明の実施例では、鋳造試験においても、２時間にわたって溶湯漏れの発生はなく、形状の良好な鋳片を安定的に鋳造することができた。これに対して、比較例のセラミックスプレートを用いた鋳造試験では、冷却ドラムの両端部とサイド堰との摺動面から溶鋼が漏れ出すことが多く、サイド堰が短時間でその機能を失い、鋳造の続行が不可能になった。
【００３９】
【表１】
Figure 0003999993
【００４０】
【表２】
Figure 0003999993
【００４１】
【発明の効果】
本発明により、高い耐食性、高い耐摩耗性、高い耐熱衝撃性、低い熱伝導率のいずれをも満足する双ドラム式薄板連続鋳造用サイド堰のセラミックスプレートを提供することが可能となり、その工業的有用性は非常に大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】双ドラム式連続鋳造機の斜視図である。
【図２】サイド堰の正面図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ…冷却ドラム
２ａ、２ｂ…サイド堰
３…溶融金属（溶湯）
４…金属薄帯（鋳片）
５…サイド堰
６…サイド堰ケース
７…不定形耐火物
８…ベース部材
９…本発明のセラミックスプレート

Claims (5)

  1. 双ドラム式薄板連続鋳造用サイド堰に用いるセラミックスプレートであって、該セラミックスプレートの構成相が、ＲＥＡＧ相１０〜９０体積％、Sialon相５〜５０体積％、及び、ＢＮ相５〜５０体積％であることを特徴とする双ドラム式薄板連続鋳造用サイド堰セラミックスプレート。
  2. 双ドラム式薄板連続鋳造用サイド堰に用いるセラミックスプレートであって、該セラミックスプレートの構成相が、ＲＥＡＧ相１０〜９０体積％、Sialon相５〜５０体積％、ＢＮ相５〜５０体積％、及び、非晶質相０超〜２０体積％であることを特徴とする双ドラム式薄板連続鋳造用サイド堰セラミックスプレート。
  3. 前記ＲＥＡＧ相が、ＹＡＧ相、ＥｒＡＧ相、ＹｂＡＧ相、ＤｙＡＧ相から選ばれる少なくとも一種の希土類アルミニウムガーネット相からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の双ドラム式薄板連続鋳造用サイド堰セラミックスプレート。
  4. 前記Sialon相が、化学式Ｓｉ6-ZＡｌZＯZＮ8-ZにおけるＺの範囲が０．０５〜１．９であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の双ドラム式薄板連続鋳造用サイド堰セラミックスプレート。
  5. 前記セラミックスプレートの相対密度が８０％以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の双ドラム式薄板連続鋳造用サイド堰セラミックスプレート。
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