JP5081090B2 - Carbonless long nozzle - Google Patents

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Description

本発明は、取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入に用いられるロングノズルに関し、とくに、内孔表面にカーボンレス耐火物を配置したカーボンレスロングノズルに関する。   The present invention relates to a long nozzle used for pouring molten steel from a ladle into a tundish, and more particularly, to a carbonless long nozzle having a carbonless refractory disposed on the surface of an inner hole.

ロングノズルは、溶鋼注入時の熱衝撃が大きいなど、過酷な条件下で使用されるため、耐スポーリング性に優れたアルミナ−黒鉛質の耐火物が使用されており、通常は、アルミナを主体とし黒鉛が15〜40質量%含有されるカーボンボンドの耐火物が使用されている。   Long nozzles are used under harsh conditions such as large thermal shock when pouring molten steel, so alumina-graphite refractories with excellent spalling resistance are used, and usually alumina is mainly used. Carbon bond refractories containing 15 to 40% by mass of graphite are used.

一方、極低炭素鋼のようなカーボン含有率の低い鋼種では、ロングノズルから溶鋼中へのカーボンの溶出が製品となる鋼の品質を低下させる。このため、ロングノズルの内孔表面にカーボンを含有しないかあるいはカーボン含有率が10質量%以下のカーボンレス耐火物を配置したロングノズルが使用されている。カーボンレス耐火物としては、一般的にはアルミナを主体としてシリカやマグネシア等を含む酸化物原料のみから構成される耐火物、あるいはこれらの耐火原料に少量の黒鉛やピッチ等の炭素質原料を含む耐火物が使用されている。   On the other hand, in a steel type having a low carbon content such as extremely low carbon steel, the elution of carbon from the long nozzle into the molten steel deteriorates the quality of the steel as a product. For this reason, a long nozzle in which carbon is not contained on the inner hole surface of the long nozzle or a carbonless refractory having a carbon content of 10% by mass or less is disposed is used. Carbonless refractories generally include refractories composed solely of oxide materials mainly composed of alumina and containing silica, magnesia, etc., or these refractory materials contain a small amount of carbonaceous materials such as graphite and pitch. Refractories are used.

しかし、カーボンレス耐火物は、黒鉛を含まないか含んでも10質量%以下というように、カーボン含有率が低いためロングノズルの本体耐火物と比較すると熱膨張率が大きくなる。このため、使用前の予熱時あるいは使用開始時にカーボンレス耐火物の熱膨張によって本体耐火物に大きな熱応力を与え、本体耐火物を押し割る現象が発生する。   However, the carbonless refractory does not contain graphite or contains 10% by mass or less, so that the coefficient of thermal expansion is larger than that of the long-nozzle main body refractory because the carbon content is low. For this reason, the phenomenon which gives a big thermal stress to a main body refractory by the thermal expansion of a carbonless refractory at the time of preheating before use or use starts, and the main refractory breaks down occurs.

これに対して、例えば特許文献1では、円筒状のカーボンレス耐火物を長さ方向に分割し、またカーボンレス耐火物とノズル本体との間、カーボンレス耐火物の分割部間に目地を設け、この目地が使用前の予熱、使用中の加熱による膨張吸収代となることで本体材質の割れを防止している。   On the other hand, for example, in Patent Document 1, a cylindrical carbonless refractory is divided in the length direction, and joints are provided between the carbonless refractory and the nozzle body, and between the divided portions of the carbonless refractory. This joint prevents pre-heating before use and expansion absorption due to heating during use, thereby preventing the body material from cracking.

特許文献2には、亀裂及び/またはスリットを有する内管材を配置した連続鋳造用ノズルが開示されており、内管材の周方向に膨張を逃がす余地をつくることによって、熱応力の発生を抑制し、本体の割れを防止している。   Patent Document 2 discloses a nozzle for continuous casting in which an inner tube material having cracks and / or slits is arranged, and suppresses the generation of thermal stress by creating a room for releasing expansion in the circumferential direction of the inner tube material. , Preventing the body from cracking.

特許文献3には、骨格となる本体耐火物の内孔表面の溶鋼と接触する面全体に、カーボンレス耐火物を配置したロングノズルが開示されており、カーボンレス耐火物であるCレス層の見掛け気孔率を18%以上にして、600℃以上の熱間での強度を低下させる組織にすることで、溶鋼通過時の熱膨張を緩和し、耐スポーリング性を確保している。   Patent Document 3 discloses a long nozzle in which a carbonless refractory is disposed over the entire surface of the main body refractory that is a skeleton and is in contact with the molten steel on the surface of the inner hole. By making the apparent porosity 18% or more and forming a structure that reduces the strength at a temperature of 600 ° C. or higher, the thermal expansion when passing through the molten steel is alleviated and the spalling resistance is ensured.

特許文献4には、浸漬ノズルの先端内径が拡大したストレート浸漬ノズルが開示されている。鋳片の品質が向上したり、ノズル詰まり防止に効果があることが記載されている。
特開平8−57601号公報 特開2000−301321号公報 特開2006−130555号公報 特開平9−108793号公報
Patent Document 4 discloses a straight immersion nozzle in which the inner diameter of the tip of the immersion nozzle is enlarged. It is described that the quality of the slab is improved and the nozzle clogging is effectively prevented.
JP-A-8-57601 JP 2000-301321 A JP 2006-130555 A JP-A-9-108793

しかし、特許文献1の方法では、発生頻度は少ないものの割れ自体は発生する場合がある。さらに、内孔体が複数に分離されており、これらを1つずつモルタルを介して本体に配置する作業に手間を要し製造コストが高くなるといった問題がある。   However, in the method of Patent Document 1, although the frequency of occurrence is low, cracks themselves may occur. Furthermore, there is a problem that the inner hole body is separated into a plurality of parts, and it takes time and labor to arrange them one by one on the main body via the mortar.

特許文献2や3のノズルにおいては、最初の使用で内孔体自体が熱膨張を吸収できるため、亀裂や割れの発生はかなり改善できるものの、頻度は少ないがロングノズルの下端部付近に亀裂や割れが発生する問題がある。また、この亀裂や割れは、一旦冷却して再び使用するといった再使用時に発生頻度が高くなることもわかってきた。   In the nozzles of Patent Documents 2 and 3, since the inner hole body itself can absorb thermal expansion in the first use, the occurrence of cracks and cracks can be considerably improved, but the frequency of occurrence of cracks near the lower end of the long nozzle is low. There is a problem that cracks occur. It has also been found that the frequency of occurrence of such cracks and cracks increases at the time of reuse such as once cooling and reusing.

そこで本発明では、カーボンレス耐火物を内孔表面に配置したカーボンレスロングノズルにおいて、カーボンレスロングノズルの下端部の亀裂や割れの発生を軽減することが可能なカーボンレスロングノズルを提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides a carbonless long nozzle that can reduce the occurrence of cracks and cracks at the lower end of the carbonless long nozzle in a carbonless long nozzle in which a carbonless refractory is disposed on the inner hole surface. With the goal.

本発明者等がカーボンレスロングノズルについて使用後の状態を調査したところ、ロングノズルの下端部を基点とした亀裂や割れが発生していることがわかった。そこで、このカーボンレスロングノズルに関して有限要素法により使用時の熱応力解析を行ってみると、下端部のしかも内面側に最も大きな熱応力が発生していることがわかった。この原因については、下端に開口部を有するロングノズルの構造的要因から熱膨張に伴う応力がどうしても下端部に集中すること、さらにカーボンレス耐火物は本体耐火物よりも炭素質原料の含有率が少ないため熱膨張率や弾性率が大きくなり、その結果、本体の外面よりも内面側に大きな応力を発生させることによると考えられる。しかもカーボンレス耐火物は、炭素質原料による過焼結抑制効果やスラグ浸潤抑制効果が少ないため使用中に焼結反応が進み弾性率が高くなってくるため、より発生応力は高くなる傾向になる。そこで、この亀裂発生のメカニズムに着目して検討したところ、内面側のカーボンレス耐火物の下端面を本体の下端面よりも上部に位置させること、あるいはカーボンレス耐火物の下端部の厚さを小さくすることで下端面を基点とした亀裂や割れの抑制効果があることを確認した。   When the present inventors investigated the state after use about a carbonless long nozzle, it turned out that the crack and crack which the lower end part of the long nozzle made the origin have generate | occur | produced. Then, when the thermal stress analysis at the time of use was performed about this carbonless long nozzle by the finite element method, it turned out that the largest thermal stress has generate | occur | produced in the lower end part and the inner surface side. Regarding this cause, stress due to thermal expansion is concentrated on the lower end due to structural factors of the long nozzle having an opening at the lower end, and the carbonless refractory has a carbonaceous raw material content higher than that of the main body refractory. Since it is small, the thermal expansion coefficient and the elastic modulus are increased, and as a result, it is considered that a larger stress is generated on the inner surface side than the outer surface of the main body. Moreover, carbonless refractories have less effect of suppressing oversintering and slag infiltration due to carbonaceous raw materials, so the sintering reaction proceeds during use and the elastic modulus increases, so the generated stress tends to be higher. . Therefore, when considering the mechanism of crack generation, the lower end surface of the carbonless refractory on the inner surface side is positioned above the lower end surface of the main body, or the thickness of the lower end portion of the carbonless refractory is determined. It was confirmed that there was an effect of suppressing cracks and cracks with the lower end surface as a base point by reducing the size.

すなわち本発明の一態様は、炭素質原料が15〜40質量%である本体耐火物の内面に、炭素質原料が10質量%以下(0を含む)のカーボンレス耐火物を配置したカーボンレスロングノズルにおいて、カーボンレス耐火物の下端面が、ロングノズル本体の下端面から20mm以上100mm以下の範囲に位置しているカーボンレスロングノズルである。   That is, in one aspect of the present invention, a carbonless long material in which a carbonless refractory having a carbonaceous raw material of 10% by mass or less (including 0) is disposed on the inner surface of a main body refractory having a carbonaceous raw material of 15 to 40% by mass. In the nozzle, the carbonless refractory is a carbonless long nozzle in which a lower end surface of the carbonless refractory is located in a range of 20 mm to 100 mm from a lower end surface of the long nozzle body.

カーボンレス耐火物の下端面が、ロングノズル本体の下端面より20mm未満の場合には本体耐火物の下端部の応力抑制効果が不十分で亀裂や割れの抑制効果が不十分となり、100mmを超えると亀裂や割れの発生抑制効果はほとんど変わらず、むしろ本体耐火物が内孔に露出することによるカーボンピックアップの悪影響が問題になってくる。   When the lower end surface of the carbonless refractory is less than 20 mm from the lower end surface of the long nozzle main body, the stress suppressing effect of the lower end portion of the main body refractory is insufficient and the effect of suppressing cracks and cracks is insufficient, exceeding 100 mm. The effect of suppressing the occurrence of cracks and cracks is almost the same, but rather the adverse effect of the carbon pickup due to the main body refractory being exposed to the inner hole becomes a problem.

本体耐火物の炭素質原料はロングノズルとして十分な耐用性を得るために15〜40質量%必要であり、炭素質原料が15%未満では耐スポーリング性が不足し、40質量%を超えると強度及び耐食性が不十分となる。   The carbonaceous raw material of the main body refractory needs 15 to 40% by mass in order to obtain sufficient durability as a long nozzle. If the carbonaceous raw material is less than 15%, the spalling resistance is insufficient, and if it exceeds 40% by mass Strength and corrosion resistance are insufficient.

カーボンレス耐火物は、カーボンピックアップを防止するためには炭素質原料が少ない程良く使用しなくても良いが、少ない程耐スポーリング性が低下するため、予熱方法等の使用条件に応じて10質量%以下で使用することができる、10質量%を超えるとカーボンピックアップの抑制効果が悪くなる。また、カーボンピックアップ防止効果を高める点からは炭素質原料の使用量は5質量%以下がより好ましい。   In order to prevent carbon pickup, the carbonless refractory does not need to be used as much as the carbonaceous raw material is small. However, as the carbonless refractory is small, the spalling resistance is lowered. If it exceeds 10% by mass, which can be used at a mass% or less, the effect of suppressing the carbon pickup becomes worse. Further, the amount of the carbonaceous raw material used is more preferably 5% by mass or less from the viewpoint of enhancing the carbon pickup prevention effect.

カーボンレスロングノズルにおいて、使用時に発生する下端部の亀裂や割れを抑制することができるため、従来のカーボンレスロングノズルと比較すると鋳造作業を中断する頻度が大幅に少なくなり、より安定した操業ができる。   In carbonless long nozzles, cracks and cracks at the lower end that occur during use can be suppressed, so the frequency of interrupting casting operations is significantly reduced compared to conventional carbonless long nozzles, resulting in a more stable operation. it can.

図1に本発明に係るカーボンレスロングノズルの縦断面図を示す。本発明のカーボンレスロングノズルは、上部にフランジ部31を有する略円筒状の本体耐火物3と、本体耐火物の内面1に配置された円筒状のカーボンレス耐火物4とからなる。このカーボンレスロングノズルは、フランジ部31が取鍋のスライディングノズル装置に取り付けられた下部ノズルに接続され、下部はタンディッシュに浸漬されて使用される。   FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a carbonless long nozzle according to the present invention. The carbonless long nozzle of the present invention is composed of a substantially cylindrical main body refractory 3 having a flange portion 31 at an upper portion, and a cylindrical carbonless refractory 4 disposed on the inner surface 1 of the main body refractory. In this carbonless long nozzle, the flange portion 31 is connected to a lower nozzle attached to a sliding nozzle device of a ladle, and the lower portion is used by being immersed in a tundish.

カーボンレス耐火物の下端面41は本体耐火物の下端面32よりも上方に位置しており、その距離は20mm以上100mm以下とする。カーボンレス耐火物4は、カーボンピックアップを防止する目的から本体耐火物3の内面側の溶鋼と接する部分の全面に配置することが理想的であるが、フランジ部31の下部ノズルとの接合面付近はカーボンレス耐火物4を配置しなくても良い。また、本体耐火物の内面1の80%(面積割合)以上にカーボンレス耐火物4を配置することがより好ましい。なお、ここで言う内面1とはフランジ部31の下部ノズルとの接合面6は含まないものとする。また、図1においてカーボンレス耐火物4の下端面41から本体耐火物3の下端面32までの間に本体耐火物を配置して内孔の段差を無くすことも可能である。   The lower end surface 41 of the carbonless refractory is positioned above the lower end surface 32 of the main body refractory, and the distance is 20 mm or more and 100 mm or less. The carbonless refractory 4 is ideally disposed on the entire surface of the inner surface side of the main body refractory 3 in contact with the molten steel for the purpose of preventing carbon pickup, but near the joint surface with the lower nozzle of the flange portion 31. Does not have to arrange the carbonless refractory 4. Moreover, it is more preferable to arrange the carbonless refractory 4 at 80% (area ratio) or more of the inner surface 1 of the main body refractory. In addition, the inner surface 1 said here does not include the joint surface 6 with the lower nozzle of the flange part 31. Further, in FIG. 1, the main body refractory can be disposed between the lower end surface 41 of the carbonless refractory 4 and the lower end surface 32 of the main body refractory 3 to eliminate the step of the inner hole.

また、本体耐火物3は、アルミナ系原料を主体とし炭素質原料を15〜40質量%含有する一般的なアルミナーカーボン質耐火物を使用することができる。具体的には、アルミナ系原料が40〜80質量%と炭素質原料が15〜40質量%とからなる耐火原料配合物を使用して製造することができる。また、耐火原料配合物としてアルミナ系原料と炭素質原料以外に、シリカを40質量%以下、またはマグネシア、ジルコン及びジルコニアのうち1種以上を10質量%以下含有することができる。さらに、これら以外にもロングノズルに一般的に使用されている金属、あるいは炭化硼素などの硼化物などを使用しても問題無い。なお、アルミナ系原料とは、アルミナ、ムライト、ジルコニアムライト、及びアルミナジルコニアのうち1種以上である。また、炭素質原料とは黒鉛あるいは非晶質炭素であって、具体的には鱗状黒鉛、膨張黒鉛、合成黒鉛、土壌黒鉛、ピッチ、タール、カーボンブラック、カーボンファイバー、及びコークス等のうち1種以上である。本発明で言う本体耐火物はロングノズルの骨格を構成する主要部位を構成する耐火物であり、スラグラインあるいはフランジ部等一部に使用される場合の本体耐火物とは材質の異なる耐火物は除く。   Moreover, the main body refractory 3 can use the general alumina carbon refractory which mainly contains an alumina type raw material, and contains 15-40 mass% of carbonaceous raw materials. Specifically, it can be produced by using a refractory raw material mixture comprising 40 to 80% by mass of alumina-based material and 15 to 40% by mass of carbonaceous material. Moreover, 40 mass% or less of silica can be contained as a refractory raw material mixture in addition to the alumina-based raw material and the carbonaceous raw material, or one or more of magnesia, zircon and zirconia can be contained in an amount of 10 mass% or less. In addition to these, there is no problem if a metal generally used for a long nozzle or a boride such as boron carbide is used. The alumina-based material is at least one of alumina, mullite, zirconia mullite, and alumina zirconia. The carbonaceous raw material is graphite or amorphous carbon, and specifically, one of scale graphite, expanded graphite, synthetic graphite, soil graphite, pitch, tar, carbon black, carbon fiber, coke and the like. That's it. The main body refractory referred to in the present invention is a refractory constituting the main part constituting the skeleton of the long nozzle, and the refractory having a different material from the main body refractory when used in a part such as a slag line or a flange portion is except.

カーボンレス耐火物4は、炭素質原料を含有しないかあるいは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下で含有する耐火物を使用することができ、炭素質原料以外に使用される耐火原料についてはとくに制限はなく、浸漬ノズルやロングノズルの内孔表面に配置されている耐火物に使用されているものを使用することができる。例えば炭素質原料以外としては、アルミナ、ムライト、ジルコニアムライト、アルミナジルコニア、マグネシア、ドロマイト、ジルコニア、ジルコン、カルシウムジルコネート、及びカルシウムシリケートのうち1種以上を使用することができる。さらに、これら以外にもロングノズルに一般的に使用されている金属、あるいは炭化硼素などの硼化物などを使用しても問題無い。より好ましくは、アルミナ系原料60〜95質量%、マグネシア及びアルミナマグネシアスピネルのうち1種以上を1〜40質量%、及び炭素質原料を10質量%以下(0を含む)、より好ましくは5質量%以下(0を含む)である耐火原料配合物を使用して製造することがきる。これによって、熱膨張率を抑えてかつ耐食性に優れるカーボンレス耐火物となり、耐用性が向上する。   The carbonless refractory 4 may contain a refractory containing no carbonaceous raw material or containing 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less. There is no particular limitation, and those used for refractories disposed on the inner hole surface of an immersion nozzle or a long nozzle can be used. For example, other than the carbonaceous raw material, one or more of alumina, mullite, zirconia mullite, alumina zirconia, magnesia, dolomite, zirconia, zircon, calcium zirconate, and calcium silicate can be used. In addition to these, there is no problem if a metal generally used for a long nozzle or a boride such as boron carbide is used. More preferably, it is 60 to 95% by mass of alumina-based material, 1 to 40% by mass of one or more of magnesia and alumina magnesia spinel, and 10% by mass or less (including 0) of carbonaceous material, more preferably 5%. % Or less (including 0) can be used. As a result, a carbonless refractory having a low coefficient of thermal expansion and excellent corrosion resistance is obtained, and the durability is improved.

本発明のカーボンレスロングノズルは以上の耐火原料配合物を使用することで常法によって製造することができる。   The carbonless long nozzle of this invention can be manufactured by a conventional method by using the above refractory raw material composition.

例えば、以上の耐火原料配合物に対して、それぞれフェノール樹脂、フラン樹脂等の有機バインダーを添加して混練しそれぞれの混練物を得る。これらの混練物を型枠内に分けて投入してCIP(Cold Isostatic Pressing)等によって一体成形し、1100℃の非酸化雰囲気で焼成を行う方法によって得られる。また、本体耐火物とカーボンレス耐火物とをそれぞれ別々に成形した後で、モルタル等を介して接合することもできる。   For example, an organic binder such as phenol resin or furan resin is added to each of the above refractory raw material blends and kneaded to obtain respective kneaded products. These kneaded materials are divided into molds, and are integrally molded by CIP (Cold Isostatic Pressing) or the like, followed by firing in a non-oxidizing atmosphere at 1100 ° C. Moreover, after shape | molding a main body refractory material and a carbonless refractory material separately, it can also join through mortar etc.

なお、特許文献1〜3の公知のカーボンレスロングノズルにおいて本発明の手法を適用しても良い。使用中にカーボンレス耐火物が焼結し緻密になることで熱膨張率が大きくなりかつ弾性率が高くなった場合にも、カーボンレスロングノズル本体の下端部の割れや亀裂を抑制することができ耐用性が向上する。   In addition, you may apply the method of this invention in the well-known carbonless long nozzle of patent documents 1-3. Suppresses cracking and cracking of the lower end of the carbonless long nozzle body even when the carbonless refractory sinters and becomes dense during use, increasing the coefficient of thermal expansion and increasing the elastic modulus. And durability is improved.

また、カーボンレス耐火物としてドロマイトなどの熱膨張率の高い材料を配置する場合には、本体耐火物との間に熱膨張吸収代を確保した公知の構造を採用することもできる。   In addition, when a material having a high coefficient of thermal expansion such as dolomite is disposed as the carbonless refractory, a known structure in which a thermal expansion absorption margin is secured between the main body refractory and the refractory can be employed.

表1は、本発明のカーボンレスロングノズルの実炉でのテスト結果を示す。テストに使用したロングノズルは、図1のカーボンレスロングノズルにおいて、本体耐火物としてアルミナ70質量%と鱗状黒鉛30質量%とからなる耐火原料配合物を、カーボンレス耐火物としてアルミナ61質量%、及びアルミナマグネシアスピネル39質量%からなる耐火原料配合物を調製し、それぞれの耐火原料配合物にフェノール樹脂を溶剤に希釈した有機バインダー(残炭率35%)を5質量部添加して別々に混練した混練物を、内側と外側とに分けて同じ型枠内に投入してCIPで成形し、成形後、乾燥し1100℃の非酸化雰囲気で焼成したものである。カーボンレスロングノズルの全長は1500mm、本体耐火物の厚さは60mm、カーボンレス耐火物の厚さは20mm、下端部の内孔は直径150mmである。   Table 1 shows the test results in the actual furnace of the carbonless long nozzle of the present invention. The long nozzle used in the test is the same as the carbonless long nozzle shown in FIG. And a refractory raw material composition comprising 39% by mass of alumina magnesia spinel, and 5 parts by mass of an organic binder (residual carbon ratio 35%) diluted with a phenol resin in a solvent is added to each refractory raw material composition and kneaded separately. The kneaded product is divided into an inner side and an outer side, put into the same mold, molded with CIP, dried, fired in a non-oxidizing atmosphere at 1100 ° C. after molding. The total length of the carbonless long nozzle is 1500 mm, the thickness of the main body refractory is 60 mm, the thickness of the carbonless refractory is 20 mm, and the inner hole at the lower end is 150 mm in diameter.

実施例1〜4及び比較例1、2については、成形時に使用した型枠の一部を変更することでカーボンレス耐火物の下端面の位置を変えて製造した。   Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were manufactured by changing the position of the lower end surface of the carbonless refractory by changing a part of the mold used at the time of molding.

実炉テストでは、これらのロングノズルを実際の取鍋に取り付けて、あらかじめ約600℃に予熱した後、溶鋼を通過させた。鋳造では、1cast(350t取鍋4杯分)毎にロングノズルを常温で1時間以上放置した後、再び約600℃に予熱して使用した。1cast毎にロングノズルの下端部を観察し亀裂及び割れについて観察した。ロングノズルはそれぞれ10本使用した。   In the actual furnace test, these long nozzles were attached to an actual ladle and preheated to about 600 ° C. before passing the molten steel. In casting, the long nozzle was allowed to stand at room temperature for 1 hour or more for each cast (for 4 cups of 350 t ladle), and then preheated to about 600 ° C. and used again. The bottom end of the long nozzle was observed for each cast and observed for cracks and cracks. Ten long nozzles were used for each.

また、このようにして製造したカーボンレスロングノズルから試験片を切り出して熱間での熱膨張率と弾性率とを測定した。1000℃の時の本体耐火物の熱膨張率は0.41%、弾性率は4.4GPaであり、3cast使用して変質した後の1000℃の時のカーボンレス耐火物の熱膨張率は0.86%、弾性率は5GPaである。熱応力計算では、比較例1、実施例1〜3のカーボンレスロングノズルについて、ロングノズルを600℃に予熱した後、溶鋼の流出を開始し、溶鋼流出開始1分後にロングノズルの温度が1000℃に達したという条件で、本体耐火物に発生する熱応力を有限要素法を用いて解析した。   Moreover, the test piece was cut out from the carbonless long nozzle manufactured as described above, and the thermal expansion coefficient and elastic modulus were measured. The thermal expansion coefficient of the main body refractory at 1000 ° C. is 0.41%, the elastic modulus is 4.4 GPa, and the thermal expansion coefficient of the carbonless refractory at 1000 ° C. after being altered using 3cast is 0. The elastic modulus is .86% and 5 GPa. In the thermal stress calculation, for the carbonless long nozzles of Comparative Example 1 and Examples 1 to 3, the long nozzle was preheated to 600 ° C., and then the outflow of the molten steel was started. The thermal stress generated in the main refractory was analyzed using the finite element method under the condition that the temperature reached ℃.

表1に示すように、カーボンレス耐火物と本体耐火物の下端面を一致させた比較例1では、3castで10本中1本に、及び4castでは10本中3本に下端割れが発生した。また、カーボンレス耐火物の下端を本体耐火物の下端より10mm上方に設置した比較例2においても、4castで下端割れが1本発生した。一方、カーボンレス耐火物の下端面を本体耐火物の下端面より20mm以上上方に設置した実施例1〜4では、下端割れは、確認されなかった。したがって、カーボンレス耐火物の下端面を本体耐火物の下端面より20mm以上上方に、好ましくは40mm以上上方に位置させることでロングノズルの下端割れ発生を抑えることができることがわかった。   As shown in Table 1, in Comparative Example 1 in which the lower end surfaces of the carbonless refractory and the main body refractory were matched, the lower end crack occurred in 1 out of 10 in 3cast and in 3 out of 10 in 4cast. . Further, in Comparative Example 2 in which the lower end of the carbonless refractory was placed 10 mm above the lower end of the main body refractory, one lower end crack occurred in 4 casts. On the other hand, in Examples 1 to 4 in which the lower end surface of the carbonless refractory was installed 20 mm or more above the lower end surface of the main body refractory, no lower end crack was confirmed. Therefore, it was found that the lower end crack of the long nozzle can be suppressed by positioning the lower end surface of the carbonless refractory 20 mm or more above the lower end surface of the main body refractory, preferably 40 mm or more.

なお、カーボンレス耐火物の下端面を本体耐火物の下端面より100mm上方に設置した実施例4では、溶鋼中にわずかながらカーボンの溶出が考えられる。カーボン量が少ないカーボンレス耐火物を備えたカーボンレスロングノズルは、カーボンピックアップ防止を目的として利用されることが多い。したがって、本発明では、本体耐火物の下端面から100mmを超えて上方にカーボンレス耐火物の下端面を設けないようにする。   In Example 4 in which the lower end surface of the carbonless refractory was installed 100 mm above the lower end surface of the main body refractory, the elution of carbon in the molten steel can be considered slightly. Carbonless long nozzles equipped with a carbonless refractory with a small amount of carbon are often used for the purpose of preventing carbon pickup. Therefore, in the present invention, the lower end surface of the carbonless refractory is not provided above 100 mm from the lower end surface of the main body refractory.

図2は、ロングノズルを縦方向に切断した際の右側断面を用いて熱応力解析による熱応力の分布を示した図であり、縦横とも1目盛が20mmである。発生する応力の大きさは、図中に示すように色分けしており、例えば最も濃い部分の応力は6.9MPa以上、次に濃い部分が5.4MPa以上6.9MPa未満である。そして、左側から1目盛がカーボンレス耐火物、残りが本体耐火物である。   FIG. 2 is a diagram showing the distribution of thermal stress by thermal stress analysis using the right cross section when the long nozzle is cut in the vertical direction, and one scale is 20 mm in both vertical and horizontal directions. The magnitude of the generated stress is color-coded as shown in the figure. For example, the stress in the darkest part is 6.9 MPa or more, and the next darkest part is 5.4 MPa or more and less than 6.9 MPa. From the left side, one scale is a carbonless refractory, and the rest is a main body refractory.

図2(a)においては、カーボンレス耐火物と本体耐火物の下端面が一致する比較例1の計算結果であり、本体耐火物下端部の内側に最も大きな応力が発生していることがわかる。そしてカーボンレス耐火物の下端面が上方に行く程発生応力は小さくなっており、40mm上方(図2(c))では最も応力の高い領域がほとんど無くなることがわかる。また、カーボンレス耐火物の下端面が本体耐火物の下端面より20mm上方に位置する実施例1の計算結果においては、表1に示すように下端部の発生応力は最大で4.3MPaに減少し、さらに図2(b)の応力の分布図からも下端部の応力が大きく低下していることがわかる。さらに40mm上方に位置させた実施例2の計算結果は、最大で3.5MPa、60mm上方に位置させた実施例3では、最大で3.3MPaとなっている。このようにカーボンレス耐火物の下端面を本体耐火物の下端面よりも20mm以上上方に位置させることで本体耐火物に発生する応力が大幅に低減していることがわかった。   In Fig.2 (a), it is a calculation result of the comparative example 1 with which the lower end surface of a carbonless refractory and a main body refractory correspond, and it turns out that the largest stress has generate | occur | produced inside the main body refractory lower end part. . The generated stress decreases as the lower end surface of the carbonless refractory moves upward, and it can be seen that the region with the highest stress is almost eliminated 40 mm above (FIG. 2C). In addition, in the calculation result of Example 1 in which the lower end surface of the carbonless refractory is located 20 mm above the lower end surface of the main body refractory, as shown in Table 1, the stress generated at the lower end is reduced to 4.3 MPa at the maximum. Furthermore, it can be seen from the stress distribution diagram of FIG. 2B that the stress at the lower end is greatly reduced. Further, the calculation result of Example 2 positioned 40 mm above is 3.5 MPa at the maximum, and in Example 3 positioned 60 mm above, the maximum is 3.3 MPa. Thus, it was found that the stress generated in the main body refractory is greatly reduced by positioning the lower end surface of the carbonless refractory 20 mm or more above the lower end surface of the main body refractory.

表2は、表1とは耐火原料配合物が異なる場合のカーボンレスロングノズルについて、表1の場合と同じ製法にて製造し、表1の場合と同じテスト条件で10本のテストを実施した結果を示す。実施例5から実施例8までのカーボンレスロングノズルの形状は実施例2と同じであり、カーボンレス耐火物の下端面を本体耐火物の下端面より40mm上方に位置させたタイプである。また、比較例3から比較例6は実施例5から実施例8にそれぞれ対応した耐火原料配合物を使用し、カーボンレス耐火物の下端面が本体耐火物の下端面と一致した形状である。 Table 2, performed on carbonless long nozzle refractory raw material formulation in Table 1 be different than, prepared in the same method as in Table 1, ten test under the same test conditions as in Table 1 The results are shown. The shape of the carbonless long nozzle from Example 5 to Example 8 is the same as that of Example 2, and is a type in which the lower end surface of the carbonless refractory is positioned 40 mm above the lower end surface of the main body refractory. Comparative Examples 3 to 6 use refractory raw material compositions corresponding to Examples 5 to 8, respectively, and have a shape in which the lower end surface of the carbonless refractory coincides with the lower end surface of the main body refractory.

実施例5は、実炉で10本使用した結果、下端部の亀裂や割れが発生するものはなく良好な結果となった。これに対して、実施例5と同じ耐火原料配合物を使用しているがカーボンレス耐火物と本体耐火物との下端面が一致している比較例3は、4castでの使用中に1本下端部に割れが発生した。   In Example 5, as a result of using 10 pieces in an actual furnace, there were no cracks or cracks at the lower end, and good results were obtained. On the other hand, the same refractory raw material composition as in Example 5 is used, but Comparative Example 3 in which the lower end surfaces of the carbonless refractory and the main body refractory coincide with each other is used in 4cast. Cracks occurred at the lower end.

同様に、実施例6から実施例8のカーボンレスロングズルは4cast使用しても本体下端部の割れは発生しなかった。これに対して、比較例4では2本、比較例5では1本、比較例6では3本がいずれも4castでの使用中に下端部の割れが発生した。   Similarly, the carbonless long slurs of Examples 6 to 8 did not crack at the lower end of the main body even when 4cast was used. On the other hand, two cracks occurred in the lower end portion in Comparative Example 4 while one was used in Comparative Example 5, and three in Comparative Example 6 were all used in 4cast.

実施例1〜4のカーボンレスロングノズルに関する縦断面図による説明図である。It is explanatory drawing by the longitudinal cross-sectional view regarding the carbonless long nozzle of Examples 1-4. カーボンレスロングノズルの熱応力計算結果を示し、(a)は比較例1、(b)は実施例1、(c)は実施例2、(d)は実施例3の熱応力計算結果を示す。The thermal stress calculation result of a carbonless long nozzle is shown, (a) shows the comparative example 1, (b) shows Example 1, (c) shows Example 2, (d) shows the thermal stress calculation result of Example 3. .

符号の説明Explanation of symbols

1 本体耐火物の内面
2 開口部
3 本体耐火物
31 フランジ部
32 本体耐火物の下端面
4 カーボンレス耐火物
41 カーボンレス耐火物の下端面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inner surface of main body refractory 2 Opening part 3 Main body refractory 31 Flange part 32 Lower end surface of main body refractory 4 Carbonless refractory 41 Lower end surface of carbonless refractory

Claims (1)

炭素質原料が15〜40質量%である本体耐火物の内面に、炭素質原料が10質量%以下(0を含む)のカーボンレス耐火物を配置したカーボンレスロングノズルにおいて、カーボンレス耐火物の下端面が、本体耐火物の下端面から上方に20mm以上100mm以下の範囲に位置しているカーボンレスロングノズル。   In a carbonless long nozzle in which a carbonless refractory whose carbonaceous raw material is 10% by mass or less (including 0) is arranged on the inner surface of the main body refractory whose carbonaceous raw material is 15 to 40% by mass, A carbonless long nozzle whose lower end surface is located in the range of 20 mm or more and 100 mm or less upward from the lower end surface of the main body refractory.
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