JP4323962B2 - 連続鋳造用ノズル内孔用耐火物製スリーブの接合構造 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、鋼の連続鋳造に使用する浸漬ノズル、上ノズル、スライディングノズル、下部ノズル、ロングノズル等のノズルの内孔へのアルミナ付着を防止、とくに、そのための内孔用耐火物製スリーブのノズルへの接合構造に関する。
背景技術
鋼の連続鋳造過程で浸漬ノズルの内孔に付着するアルミナ等の非金属介在物は、その最終品質に悪影響を与え、近年、要求される鋼材の品質が厳格になるに伴い、この非金属介在物の付着を減少させることに多くの努力が払われている。また、この浸漬ノズルの内孔への付着物は、長時間の鋳造においては内孔が閉塞をもたらし、鋳造を困難にし、生産性向上への障害をもたらす。
このアルミナ等の付着物を物理的に低減するために、従来から、アルゴンガスをノズルの内面から溶鋼中に吹き込むことが行われてきた。しかし、この手法はアルゴンガスの吹き込み量が多すぎると気泡が鋳片内に取り込まれて鋳造物中にピンホールを生じ、鋼材の欠陥をもたらすこととなる。従って、ガスの吹き込み量は制約されるため必ずしも十分な低減の効果は得られない。
また、アルミナ等の付着物を化学的に低減するための手法として、浸漬ノズルを構成する耐火材にアルミナ付着防止機能を持たせる手法もある。それの代表的な耐火材が特公平２−２３４９４号公報に開示されている。この耐火材は、ＣａＺｒＯ_３を主成分としたＣａＯ−ＺｒＯ_２クリンカーを使用したＣａＯ−ＺｒＯ_２−黒鉛材質、いわゆる、ＺＣＧ材質であって、このＺＣＧを浸漬ノズルの内孔に適用すしたものである。
このＺＣＧ材質は、現在のところ、一部実用化されているものの広く一般には適用されていない。その理由の一つは、アルミナの付着量が多い場合に付着防止の効果が十分発揮されないことにある。そのため、アルミナの付着量が多い場合には、付着防止効果を発揮するＣａＯの量を増量したり、あるいは、カーボン量を減量して相対的にＣａＯ量を増加させる手法が採用される。しかし、ＣａＯ量の増量は耐火物の熱膨張率の増大をもたらすことになり、そのため、ノズル本体に適用した場合には熱スポールが発生し易くなる。また、内孔にのみに適用した場合にも、その膨張によりノズル本体部分を押し割る危険性がある。
また、特開昭６２−２４８４６号公報には内孔面に石灰質の耐火物製の円筒状スリーブを挿入することによって、アルミナの吸収性に優れ、内孔が閉塞することのない連続鋳造用ノズルが開示されているが、この場合も、石灰質耐火物の熱膨張率が大きいために、耐火物製スリーブの膨張によりノズル本体を押し割ってしまう問題がある。
発明の開示
本発明の第１の目的は、ＣａＯ含有の耐火物製スリーブをノズル本体に内挿してアルミナの付着を低減する連続鋳造用ノズルにおいて、耐火物製スリーブの膨張によりノズル本体に悪影響を及ぼすことのない耐火物製スリーブとノズル本体との接合構造を提供することにある。
本発明の他の目的は、ノズル本体に取り付けた耐火物製スリーブが熱膨張によっても脱落することのない接合構造を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、アルミナの付着を効果的に低減できて、操業の安定性と鋳片の品質向上に寄与する連続鋳造用ノズルを提供することにある。
本発明は、アルミナ付着防止効果の高いＣａＯ含有の耐火物製スリーブ（以下スリーブとも言う）をノズル本体に接着材を用いて接着するに際して、接着材により形成される目地部の気孔率を調整することで上記目的を達成した。
本発明の実施の態様として、ＣａＯを２０質量％以上含有する耐火物製スリーブを内装した連続鋳造用ノズルであって、スリーブ外周面若しくはスリーブを装着する本体内孔壁面の一部または全体、あるいは挿入したスリーブと本体内孔壁面間に形成された目地部に、耐火性骨材とバインダーとを混合した接着材を施して、乾燥後の接着材の目地部における気孔率を１５〜９０％に調整したものである。
ＣａＯ含有耐火物製スリーブをノズル本体と一体化した連続鋳造用ノズルとしての耐スポール性は、スリーブをノズル本体とを一体成形した場合と、スリーブとして挿入して接着した場合とでは、接着した場合の方が優れている。これは、接着目地部が、使用時の内孔に溶鋼が流入して発生する急激な膨張による熱応力を緩和する機能を有するためと考えられる。
連続鋳造用ノズルの材質、構成、形状によって検討を行った結果、この応力緩和の作用させるためには、接着目地部の気孔率は１５％以上必要であることを見出した。１５％未満では接着目地部が応力を緩和する能力が小さく、ノズル本体を押し割る可能性が大きくなり適当ではない。また、一方気孔率が大きすぎた場合、接着力が不足してスリーブの一部が脱落するなどの問題が生じる。使用中は耐火物製スリーブの膨張によりノズル本体と密着状態に近くなることを考慮すると、気孔率は９０％以下が実用可能範囲であり、３０〜７５％がとくに好ましい。
本発明における気孔率は、あらかじめ接着材の真比重とノズル本体とスリーブ間の目地の体積を測定しておけば、接着材の充填重量から算出することができる。
接着材としては、耐火性骨材を溶剤で溶かれた液状のバインダー中に分散させたモルタル状の物や、耐火性骨材にフェノールレジンをコーティングさせたドライタイプなどを使用できる。通常はこれら接着材を塗布した後、溶剤の除去あるいはフェノールレジンを硬化させるための乾燥を行うが、本発明で言う気孔率はこのような乾燥処理を実施した後の気孔率を意味する。耐火性骨材の粒度は０．５ｍｍ以下のものが使用され、気孔率は目地厚に合わせ溶剤とバインダーの増減あるいは充填量を変えることによって設定される。
目地部への接着材の施すための方法としては、スリーブ外周面若しくはスリーブが装着される部分の本体内孔壁面の一部または全体に塗布する他、吹付、接着材を浸したテープ状の物をスリーブへ巻き付けるなどの方法を採用できる。さらには、接着材による目地部は、目地厚の大きさによってはスリーブ挿入後、目地部として本体内孔壁面との間に形成される間隙に接着材を充填することによっても形成できる。
本発明のように、ＣａＯ含有量が２０質量％以上のスリーブをノズル本体に接着する場合、スリーブの接着材に使用する耐火性骨材の成分としては、ＣａＯとの反応性を考慮することが望ましい。すなわち、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等は溶鋼熱による高温域ではＣａＯと反応して低融物を生成するので、これらを含有する耐火性骨材を一部使用する場合は成分量を十分に考慮する必要がある。これに対し、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＺｒＯ_２などは、ＣａＯと反応性が小さいために低融物を生成することが少なく、これらを単独あるいは複合された主成分の耐火性骨材を使用することが好ましい。
とくに、ＭｇＯ材質は取り扱い性、コストの面から好適である。例えば、モルタル状の接着材の主要成分がＭｇＯを主体とする場合、耐火性骨材の７０質量％以上が焼結マグネシア、仮焼マグネシア、電融マグネシア等のマグネシア質原料を使用する。溶鋼による熱負荷による溶損の発生を避けるためには、ＭｇＯの純度９５％以上、また、ＣａＯ、ＺｒＯ_２などにおいても、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３などの不純成分が少ないものであることが好ましい。
さらに、ＭｇＯを主成分とした耐火性骨材と、アルミナおよび／またはＡｌを含む物質の１種以上をＡｌ_２Ｏ_３として３０質量％以下で併用した場合、溶鋼の熱負荷によってスピネルを生成し、その生成の際の膨張によって目地部の気孔率が低下し、さらにノズル本体とスリーブの接着強度が増大する。このスピネルの生成は注入開始時の熱応力を緩和した後に徐々に生成するため、注入開始時のスポールには悪影響を及ぼさない。しかしながら、併用する物質がＡｌ_２Ｏ_３として３０質量％を越えるとスリーブ中のＣａＯとの反応による低融物の生成量が多くなるため好ましくない。
目地部の厚みはとくには制限されるものではないが、目地による応力緩和機能と接着性を考慮すると０．５〜２．５ｍｍの範囲が好ましい。目地厚が小さい場合には応力緩和機能を高めるために目地部の気孔率は高い方が好ましく、目地厚が大きい場合には接着機能を高めるため目地部の気孔率は低い方が好ましい。
発明を実施するための最良の形態
図１において、１はノズル本体を、２はスラグラインに用いたＺＧ材質を、３はスリーブを、そして、４は接着目地部を示す。
表１に示すＡ〜Ｆは、浸漬ノズルの各部分に使用する材質例を示す。
【表１】

【表２】

【表３】

表１に示すＡ〜Ｆの材質を、表２、３に示す組み合わせによって、図１に示すような浸漬ノズルを作製した。これらの例において、スラグラインに用いたＺＧ材質としては、ＦＣが１６質量％、ＺｒＯ_２が８０質量％、ＣａＯが４質量％のものを共通して使用した。ノズル本体１とスリーブ３間の接着用目地４は１．５ｍｍ厚とし、接着材の充填量を変えることで、目地部の気孔率を調整した。接着材としてはＭｇＯ骨材１００重量部に対してノボラック型フェノールレジン１０重量部、ヘキサミン１重量部、エタノール１０重量部からなるモルタルを使用した。
これらの浸漬ノズルの試料に１５５０℃の溶鋼を注入しスポールテストを行い、母材の押し割りとスリーブの剥落について評価を行った。問題がなかった場合を○、微小な問題が発生した場合を△、大きな問題が発生した場合を×とした。
表２、３に示すように、実施例として示す組み合わせにおいて、目地部の気孔率が１５〜９０％であれば、スポール試験結果が、母材の押し割り、スリーブの剥落について良好な物および微小な問題しか発生していないものも含めて、適応可能であった。
産業上の利用可能性
本発明は、金属の鋳造用ノズル、とくに溶鋼の連続鋳造に使用する浸漬ノズル、上ノズル、スライディングノズル、下部ノズル、ロングノズル等の各種ノズル内孔へのアルミナの付着が予想される各種の部位に適用できる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明を浸漬ノズルに適用した例を示す。

Claims (2)

1. ＣａＯを２０質量％以上含有する耐火物製スリーブをアルミナ−黒鉛質耐火物からなる本体の内孔に挿入した連続鋳造用ノズルにおいて、
   前記スリーブと本体の内孔壁面間に目地部を形成し、
   この目地部に、ＭｇＯを主成分とする耐火性骨材とバインダーとを混合した接着材を施し、
   その接着材を構成する溶剤とバインダーの増減あるいは充填量を変えることによって、乾燥後の接着材の目地部における気孔率を１５〜９０％に調整した連続鋳造用ノズル内孔用耐火物製スリーブの接合構造。
2. 前記目地部に施す耐火性骨材とバインダーとを混合した接着材を構成するＭｇＯを主成分とする耐火性骨材が、粒径０．５ｍｍ以下で構成するＭｇＯを主成分とした耐火性骨材を７０質量％以上と、アルミナ及び／またはＡｌを含む物質の一種以上をＡｌ _２ Ｏ _３ として３０質量％以下含有する請求項１に記載の連続鋳造用ノズル内孔用耐火物製スリーブの接合構造。

Images