JP4280052B2

JP4280052B2 - 取鍋用スライディングノズルプレートの製造方法

Info

Publication number: JP4280052B2
Application number: JP2002307819A
Authority: JP
Inventors: 禎公清田; 博文池上; 正夫南部; 公治會田; 勲穂佐坂; 荘一郎仁田脇
Original assignee: JFE Steel Corp; Krosaki Harima Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Krosaki Harima Corp
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2022-10-23
Also published as: JP2004141899A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐スポーリング性と耐食性に優れる取鍋用スライディングノズルプレート（以降、「ＳＮプレート」と略記する）の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スライディングノズル(以降、「ＳＮ」と略記する)は、取鍋や連続鋳造のタンディッシュにおいて、溶鋼を排出する際の流量制御に使用される。このＳＮは、上部、下部のノズルと摺動プレートの３つの部分からなるものと、上プレートと下プレートの２つの部分からなるものがある。これらは、いずれも、溶鋼流による急激な熱衝撃と磨耗の物理的かつ化学的な侵食作用を受けるため、数チャージ〜十数チャージ使用後に寿命に達し、交換される。そのため、ＳＮプレートには、機械的強度はもちろん、耐スポーリング性と耐食性が強く求められている。
【０００３】
ところで、取鍋に使用されるＳＮプレートは、受鋼と出鋼を繰り返すため、一定温度で連続何チャージも使用される連続鋳造用タンディッシュのＳＮプレートと比べて温度変化が激しく、大きな熱衝撃を受けるため、スポーリングによる損耗が著しいという問題がある。そのため、取鍋用ＳＮプレートには、タンディッシュ用ＳＮプレートよりも優れた耐スポーリング性が要求されている。
【０００４】
従来、ＳＮプレートには、その主体となる耐火性骨材として、アルミナカーボン質(以降、「ＡＧ」と略記する)と、マグネシアカーボン質(以降、「ＭＧ」と略記する)が用いられている。このうち前者のＡＧは、耐スポーリング性に優れるため、取鍋用ＳＮプレートに多く用いられているが、Ca処理鋼や高酸素鋼に対しては、CaＯや脱酸生成物、スラグ等と低融点物質を生成し、溶損し易いという問題がある。一方、後者のＭＧは、上記のような侵食性の高い鋼種に対して優れた耐食性を有するため、連鋳用のノズルやタンディッシュのＳＮプレートに多く使用されているが、熱膨張率が高く、耐スポーリング性に劣るという問題がある。
【０００５】
そこで、ＳＮプレートの耐食性と耐スポーリング性とを改善する技術として、例えば、特許文献１には、ＡＧまたはＭＧに対して、金属アルミニウムなどの融点1000℃以下の低融点金属粉と熱硬化性のフェノール樹脂を混練、成形後、800℃以下で加熱硬化処理する技術が、また、特許文献２には、ＡＧまたはＭＧに対して、金属アルミニウム等の融点1000℃以下の低融点金属粉と熱硬化性のフェノール樹脂と珪素樹脂を混練、成形後、1000℃以下で加熱硬化処理する技術が開示されている。しかし、これらの技術は、機械的強度と耐酸化性の改善を主な目的としたもので、耐食性や耐スポーリング性について十分な検討は行われていない。
【０００６】
また、特許文献３には、マグネシア質原料が耐食性に優れる点に着目し、マグネシア質原料を15〜40重量％と炭素質原料を３〜15重量％含んだアルミナを主原料とする無機耐火性材料に、熱硬化性の有機バインダーを添加し混練して成形後、1700℃以上の温度で焼成する技術が開示されている。さらに、非特許文献１には、マグネシア質原料が高熱膨張率を有し、耐スポーリング性に劣る点を改善するために、マグネシア質原料に金属アルミニウムを添加する技術が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特公昭６０−０２９６６４号公報
【特許文献２】
特開平０１−１０３９５２号公報
【特許文献３】
特開平１１−１１６３２３号公報
【非特許文献１】
赤峰ら、：「Ca合金処理鋼用マグネシアカーボン質ＳＮプレート」，耐火物，耐火物技術協会，vol.48，No.10，P541-542（1996）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献３のＳＮプレートは、その素材が基本的にＡＧ質からなるものであり、耐スポーリング性には優れるものの、耐食性が不十分である。また、非特許文献１のＳＮプレートは、逆に、ＭＧ質を主体とするものであり、熱膨張率が大きいことなどに起因して、耐スポーリング性に劣る。そのため、従来技術のＳＮプレートは、取鍋用として使用するには必ずしも十分な特性を有するものとは言えず、新たなＳＮプレート用れんがの開発が望まれていた。
【０００９】
本発明の目的は、上記従来技術が抱える問題点を解決し、侵食性の溶鋼に対しても高い耐食性を示すとともに、熱衝撃に対しても強く耐スポーリング性に優れる取鍋用スライディングノズルプレートの製造方法を提案することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、Ca処理鋼や高酸素鋼のような侵食性鋼種に対しても優れた耐食性を有しかつ耐スポーリング性にも優れる取鍋用ＳＮプレートを開発するために鋭意検討を行った。その結果、従来、連鋳のタンディッシュ用ＳＮプレートに用いられていたＭＧ質をベースとし、そのマグネシア質骨材の特定量をアルミナ質骨材で置換することにより、高侵食性鋼種に対してもＭＧ並みの耐食性を示しかつＡＧ並みの耐スポーリング性を有する塩基性ＳＮプレート用の材料の開発に成功した。
【００１２】
すなわち、本発明は、耐火性骨材、金属アルミニウムおよびカーボンからなる配合物にバインダーを添加して混練、成形後、１０００℃以下の温度で焼成して得られるカーボン含有れんがからなるスライディングノズルプレートを製造する方法において、上記配合物は、この配合物量に対して、３５〜７５ｍａｓｓ％のマグネシア骨材と１０〜５０ｍａｓｓ％のアルミナ骨材からなる耐火性骨材、３〜８ｍａｓｓ％の金属アルミニウムおよび２〜１０ｍａｓｓ％のカーボンからなり、そして上記バインダーは、全配合物に対して２〜１０ｍａｓｓ％の熱硬化性樹脂１種または２種以上を添加することを特徴とする取鍋用スライディングノズルプレートの製造方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の取鍋用スライディングノズルプレートは、従来、連続鋳造のタンディッシュに用いられていた、マグネシア骨材、金属アルミニウム、カーボンおよびバインダーからなる成形体を、焼成して得られるれんがをベースとする。
【００１４】
すなわち、本発明では、ＳＮプレート用れんがの耐火性骨材として、マグネシアを主成分とするものを用いることにより、高侵食性鋼種に対しても十分な耐侵食性を付与することができる。そのためには、マグネシアの含有量は、35〜75mass％とすることが好ましい。35mass％未満では、侵食性の鋼種に対して十分な耐食性を付与することができず、一方、75mass％を超えると、耐スポーリング性の劣化が著しいという問題があるからである。
【００１５】
また、本発明は、上述の従来のマグネシアカーボンれんがのマグネシア骨材を、アルミナ骨材で置換し、合計20〜60mass％のアルミナを含有させることに特徴がある。ただし、このアルミナの含有量には、金属アルミニウムに起因するアルミナ量が約10mass％含まれるため、実質的なアルミナ骨材の添加量は10〜50mass％となる。アルミナ骨材は、ＳＮプレートの熱膨張率を低減させるなどの効果により、耐スポーリング性を向上させる。アルミナ含有量が20mass％を下回る場合は、耐スポーリング性の向上効果が小さく、一方、60mass％を超える場合は、耐食性が低下する。そのため、アルミナの含有量は、20〜60mass％の範囲に制限する。
【００１６】
本発明では、アルミナ骨材として、電融品、焼成品など、従来の原料が使用でき、その粒径は0.3〜５mm程度のものが好ましい。0.3mmを下回る微粉では、耐食性が劣化し、一方、５mmを超える粗粒では、ＳＮプレートの表面粗さが大きくなり、摺動性に問題を生じる。
【００１７】
そして、本発明では、上記マグネシア骨材、アルミナ骨材からなる耐火性骨材と金属アルミニウムおよびバインダーを混練し、成形し、1000℃以下で加熱焼成することによって、ＳＮプレートとして必要な機械的強度を得る。さらに、カーボンを添加することによって、ＳＮプレートを摺動する時の摩擦を減らして摩耗を軽減するとともに、ある程度の耐スポーリング性を付与することができる。
【００１８】
金属アルミニウムは、バインダーとしても働くほか、カーボンの酸化を抑制する効果がある。その効果を発揮させるためには、３mass％以上添加することが好ましい。しかし、８mass％を超えると、この金属アルミニウムの酸化によって生成するAl₂Ｏ₃によって、Al₂Ｏ₃の量が多くなり過ぎる。そのため、金属アルミニウムの添加量は、３〜８mass％の範囲とするのが好ましい。なお、金属アルミニウムは、粒径10〜300μm程度の粉末の形態で添加するのが好ましい。
【００１９】
また、カーボンは、ＳＮプレートの耐食性、耐酸化性向上および摩擦係数の低下を目的に、２〜10mass％添加することができる。カーボンには、カーボンブラック、ピッチ、黒鉛などが使用される。
【００２０】
バインダーとしては、焼成によって炭化しガラス状カーボンに変化する性質がある熱硬化性樹脂を用いる。その添加量は、耐火性骨材、金属アルミニウムおよびカーボンのからなる配合物に対して、２〜10mass％の範囲で添加することができる。バインダーに用いる熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられるが、中でも、低廉で炭化収率がよいフェノール樹脂が最も好適である。また、これらの樹脂は、要求特性に合わせて、１種または２種以上を組合わせて添加することができる。。なお、フェノール樹脂の一部に代えて、タール等を添加してもよく、耐酸化性を向上させるために、珪素樹脂を添加してもよい。また、1000℃以下の焼成後、ピッチ含浸処理や、その後のコーキング処理を行うことにより耐酸化性を向上させることもできる。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例に従い、本発明の効果を詳細に説明する。
（実施例１）
金属アルミニウム：５mass％、カーボン：3.9mass％を含有するマグネシア骨材を主成分とするれんがにおいて、マグネシア骨材をアルミナ骨材に置換し、アルミナ含有量が10〜75mass％の煉瓦を試作し、耐スポーリング性と耐食性を調べた。ここで、アルミナ含有量が10mass％のものは、金属アルミニウムに由来するアルミナが含まれるため、マグネシアに置換して添加されたアルミナ骨材は実質ゼロであり、従来のＭＧ材に相当する。なお、バインダーとしては、フェノール樹脂を用いた。また、比較材として、アルミナ含有量が82mass％の従来のＡＧ材（後述、表１参照）についても評価した。
【００２２】
耐スポーリング性は、40×40×180mmの角柱試験片を、1600℃に保持した溶銑に３分間保持した後、水冷することによって熱衝撃を与え、この操作を試験片が剥落に至るまで繰り返して行い、剥落までに与えた熱衝撃の回数（剥落回数）により評価した。
【００２３】
一方、耐食性は、誘導炉内張り侵食試験によって評価した。この試験は、６枚または８枚の台形柱型試験片を組み合せて誘導炉内に内張りし、その内部で溶銑およびスラグを1650℃に誘導加熱して溶解し、２〜３時間保持して耐火物の侵食深さを測定し、従来のＡＧ材の侵食深さを100として溶損指数を求め、相対比較する方法である。なお、この試験では、Ca処理鋼を想定した耐食性を調べるため、スラグ組成を60mass％CaＯ−18mass％Al₂Ｏ₃−15mass％SiＯ₂−7mass％FeＯとし、１時間毎にスラグを新しいものと交換した。
【００２４】
結果を図１に示した。この図から、アルミナ含有量が20mass％を下回る場合は、耐スポーリング性が低く、一方、60mass％を超えると耐食性が低下する。これに対して、アルミナ含有量が20〜60mass％の範囲内にある本発明の煉瓦は、耐食性と耐スポーリング性の両特性がバランス良く優れていることがわかる。
【００２５】
（実施例２）
本発明のＳＮプレートを４組(ＡＭＧ-１〜４)と、従来のＡＧ質のＳＮプレートを１組(ＡＧ)、溶鋼用の取鍋に取付けて使用し溶損量を比較した。実験に用いたＳＮプレートの材料特性を表１に、各ＳＮプレートを使用した鋼種の内訳を図２に示した。また、溶損の程度を、図３に示した孔径の拡大量およびストローク消化量で評価した。図３において、実線は使用前、破線は使用後の状態を示す。その結果を図４に示した。なお、ＳＮの使用寿命は、上下のＳＮプレートの合計ストローク消化量が150mm以上となった時とした。
【００２６】
【表１】

【００２７】
図４から明らかなように、従来のＡＧ質のＳＮプレート(ＡＧ)は、Ca処理鋼に対して１チャージの使用で寿命に達している。これに対して、本発明のＳＮプレート(ＡＭＧ-１〜４)は、Ca処理鋼に対し最大４チャージ使用してもまだ問題なく使用が可能であり、さらに、他の鋼種(Alキルド鋼)とも合わせて、合計で４〜５チャージ使用することができた。また、この結果から、Ca処理鋼１チャージ当たりのＳＮの孔径拡大量およびストローク消化量を計算すると、本発明のＳＮプレートは、従来ＡＧ材のＳＮプレートに比較し、それぞれ15％と17％であった。この結果は、本発明のＳＮプレートは、侵食性の高いCa処理鋼でも５チャージ以上の耐用寿命を有することを示すものであり、本発明のＳＮプレートの高耐用性が明らかとなった。
【００２８】
同様に、侵食性の高い高酸素鋼(ＳＳ４１)に対して、本発明のＳＮプレートを１組と従来のＡＧ質のＳＮプレートを２組、取鍋に実使用し耐食性の評価を行った。その結果、本発明のＳＮプレートにおける高酸素鋼１チャージ当たりの孔形拡大量およびストローク消化量は、従来ＡＧ材ＳＮプレートのそれぞれ75％と73％であり、本発明のＳＮプレートは、高酸素鋼に対しても高耐用性を有することがわかった。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来問題となっていた侵食性の高い鋼種（Ca処理鋼、高酸素鋼）に対し耐食性と耐スポーリング性に優れる取鍋用ＳＮプレートを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＭＧ質ＳＮプレートの耐食性および溶落回数（耐スポーリング性）に及ぼすAl₂Ｏ₃添加量の影響を従来のＡＧ材と比較して示すグラフである。
【図２】各ＳＮプレートが使用された鋼種の内訳を示す図である。
【図３】ＳＮプレートの損耗量（孔径拡大量、ストローク消化量）の測定方法を示す図である。
【図４】ＳＮプレート材質による孔径拡大量およびストローク消化量の違いを示すグラフである。

Claims

耐火性骨材、金属アルミニウムおよびカーボンからなる配合物にバインダーを添加して混練、成形後、１０００℃以下の温度で焼成して得られるカーボン含有れんがからなるスライディングノズルプレートを製造する方法において、上記配合物は、この配合物量に対して、３５〜７５ｍａｓｓ％のマグネシア骨材と１０〜５０ｍａｓｓ％のアルミナ骨材からなる耐火性骨材、３〜８ｍａｓｓ％の金属アルミニウムおよび２〜１０ｍａｓｓ％のカーボンからなり、そして上記バインダーは、全配合物に対して２〜１０ｍａｓｓ％の熱硬化性樹脂１種または２種以上を添加することを特徴とする取鍋用スライディングノズルプレートの製造方法。