JP5302562B2 - Metal melting crucible and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、不純物含量の少ない高純度合金を製造する際に用いられる金属溶解用ルツボおよびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a crucible for melting metal used for producing a high-purity alloy having a low impurity content and a method for producing the same.
材料に含まれる不純物元素であるC、N、O、S等は、合金の加工性、靱性、耐食性等を低下させるという問題を生じるとともに、また、材質が均一化されにくく製造工程において歩留まりを低下させ材料の特性を最大限に発揮できないという問題を起こしていた。そのため、これらの不純物を低減させて、金属を超高純度化し、材料の特性を最大限に発揮する方法が種々検討されており、その1つの方法として真空誘導溶解炉(VIM)を用いて高真空下で溶解・精錬する方法が知られている。 Impurity elements C, N, O, S, etc. contained in the material cause problems that the workability, toughness, corrosion resistance, etc. of the alloy are lowered, and the material is difficult to homogenize and the yield is reduced in the manufacturing process. The problem was that the properties of the material could not be maximized. For this reason, various methods for reducing these impurities, ultra-purifying the metal, and maximizing the characteristics of the material have been studied. As one of the methods, a vacuum induction melting furnace (VIM) is used. A method for melting and refining under vacuum is known.
この真空溶解に用いられる溶解用ルツボの概略図を図4に示す。
真空溶解法の概要は、まず、ルツボ01に溶解する金属材料02を入れ、その後、ルツボ01内を排気し、アルゴン(Ar)ガスで置換することによってルツボ01内の酸素量を低いレベルにする。そしてArガス雰囲気下で金属材料02が溶け液体になる(溶落)。その後、溶融温度が目標温度に達した後、脱酸剤であるアルミニウム(Al)を添加して、出鋼する。
金属材料の特性は酸化物を作る酸素が材質に影響し、真空溶解は、酸素量を極限まで減らすことができるため、材料特性を飛躍的に向上させることができるが、微量の酸素は残る。そこで脱酸効果の高い脱酸剤であるAlを添加することで、微量酸素も取り除いている。
また、金属中のSやOを効果的に低減させるため、真空溶解では、溶鋼を清浄にする効果のあるカルシア(CaO)ルツボが使われている。
A schematic view of a melting crucible used for this vacuum melting is shown in FIG.
The outline of the vacuum melting method is as follows. First, the metal material 02 to be dissolved is put in the crucible 01, and then the inside of the crucible 01 is evacuated and replaced with argon (Ar) gas to reduce the oxygen amount in the crucible 01 to a low level. . Then, the metal material 02 melts and becomes a liquid (melting down) in an Ar gas atmosphere. Thereafter, after the melting temperature reaches the target temperature, aluminum (Al), which is a deoxidizer, is added to produce steel.
The characteristics of the metal material are affected by the oxygen that forms the oxide, and the vacuum melting can reduce the amount of oxygen to the limit, so that the material characteristics can be dramatically improved, but a trace amount of oxygen remains. Therefore, trace amounts of oxygen are also removed by adding Al, which is a deoxidizer having a high deoxidation effect.
Further, in order to effectively reduce S and O in a metal, a calcia (CaO) crucible having an effect of cleaning molten steel is used in vacuum melting.
しかしながら、このように真空溶解で用いるCaOルツボは、激しい溶損減肉により3〜5回の使用で、交換せねばならず、ルツボの寿命が短いという問題がある。特に、図4に示した溶鋼界面に近い側面03や、ルツボ底に近い側面04では溶損が激しい。
このCaOルツボの損傷は、溶鋼の脱酸に用いられるAlとの反応による低融点化合物のCaO−Al2O3共晶の生成による。すなわち、このCaO−Al2O3共晶の融点は約1400℃であるため、真空溶解において鉄を溶解する際の溶解温度の約1600℃によって数mm単位で容損するためであった。
However, the CaO crucible used in the vacuum melting as described above has a problem that the life of the crucible is short because it must be replaced after three to five times of use due to severe melting loss. Particularly, the
This damage to the CaO crucible is due to the formation of a low melting point compound CaO—Al 2 O 3 eutectic by reaction with Al used for deoxidation of molten steel. That is, since the melting point of the CaO—Al 2 O 3 eutectic is about 1400 ° C., the melting temperature is about 1600 ° C. at the time of melting iron in vacuum melting, resulting in loss of several millimeters.
そこで、本出願人は、ルツボの寿命を延ばすために、CaOとの共晶温度が高いジルコニア(ZrO2)が有効なことを見出し、ジルコニア粉末をエタノールに分散させたスラリーをルツボ表面に塗布し、これを1500℃程度の高温で焼成することで、高融点(約2260℃)のCaO−ZrO2を形成することを見出し、ルツボの寿命が飛躍的に向上することを出願している(未公開技術、以下先願技術という)。 Therefore, the present applicant has found that zirconia (ZrO 2 ) having a high eutectic temperature with CaO is effective for extending the life of the crucible, and applied a slurry in which zirconia powder is dispersed in ethanol to the surface of the crucible. And, it has been found that by firing this at a high temperature of about 1500 ° C., CaO—ZrO 2 having a high melting point (about 2260 ° C.) is formed, and an application has been filed for dramatically improving the life of the crucible (not yet). Open technology, hereinafter referred to as prior application technology ).
この先願技術について、図5を参照して概要を説明する。まず、塗布すべき材料(カルシア安定化ジルコニア(CSZ)粉末、分散媒、エタノール)を準備する(S01)。次に材料を、エタノールを溶媒としてスラリーを作る(S02)。次に、既存のCaOルツボの前処理としてペーパーによって表面の平滑化を行い(S03)、エタノール、スラリーの塗布を行う(S04)。そして、自然または熱風乾燥(S05)後に、1600℃での焼成(S06)を行って、保管(S07)という一連の処理を行うことで、ルツボの内側面にCaO−ZrO2の共晶を析出させている。 An outline of this prior application technique will be described with reference to FIG. First, materials to be applied (calcia stabilized zirconia (CSZ) powder, dispersion medium, ethanol) are prepared (S01). Next, a slurry is prepared using the material and ethanol as a solvent (S02). Next, as a pretreatment of the existing CaO crucible, the surface is smoothed with paper (S03), and ethanol and slurry are applied (S04). Then, after natural or hot air drying (S05), firing at 1600 ° C. (S06) and storage (S07) are performed to deposit a CaO—ZrO 2 eutectic on the inner surface of the crucible. I am letting.
一方、真空溶解に用いるルツボの化学的侵食を防ぐ対策として、例えば特許文献1が知られている。この特許文献1には、無機質耐火物よりなるルツボの内周面を含む器壁の表面にジルコニア(ZrO2)を残留させた金属溶解用ルツボが示されている。
On the other hand, for example,
しかし、この特許文献1に開示されたルツボの器壁の表面に残留させるジルコニアは、ジルコニア化合物液を焼成面に塗布したのみである。この方法では、極微量のジルコニアが焼成されたカルシア表面に付着するだけであり、劇的な効果は得られ難い。塩から析出する単斜晶ジルコニアは、量的に少ないことと安定な焼成面ではCaOが安定で反応しにくい。従って、本発明の様に研磨されたCaOルツボの器壁の表面でCaOとの反応による安定化ジルコニア層は、生成しないと考えられる。従って、室温では単斜晶系晶であるが、温度を上げると単斜晶から正方晶へ、さらに温度を上げると立方晶へ構造相転移することが知られており、この構造相転移は体積変化を伴うため、ルツボ表面から簡単に剥離してしまいCaOルツボの改質に寄与しないものである。そのため、ジルコニアをルツボに残留させる特許文献1に開示されたルツボは残留ジルコニアが破壊に至り、その後は化学的侵食を防げないという問題がある。
However, the zirconia that remains on the surface of the vessel wall of the crucible disclosed in
さらに、特許文献1に開示された方法は、塩化ジルコニウム等の化合物の水溶液をルツボ内面に減圧含浸して、加熱することで空孔内に残留したジルコニウム化合物をジルコニアに転化しているが、CaOは水和性が高く、この方法を用いるとCaOが水により膨張するため、CaOルツボの基材を損傷してしまい適しないものである。
Furthermore, in the method disclosed in
また、真空溶解に用いるCaOルツボは、前記したような化学的侵食による減肉によって割れが生じて破損に至ることがあるが、CaOルツボ自体は他の材質のルツボに比べて低強度であるため、機械的強度不足、内部熱応力によって亀裂が発生しやすく、これらの原因で数回の溶鋼によって亀裂が発生し使用できなくなることもある。 In addition, the CaO crucible used for vacuum melting may be broken due to the thinning due to chemical erosion as described above, but the CaO crucible itself is lower in strength than the crucibles of other materials. Insufficient mechanical strength and internal thermal stress are likely to cause cracks. For these reasons, cracks may occur due to molten steel several times, making it unusable.
また、前記先願技術においては、ジルコニア粉末の粒径は、数ミクロンであるため、塗布による改質深さは数mm程度が限界であり、正常な溶解(十分に溶鋼粘度が下がりルツボから排出される場合)では問題は生じないが、溶解材料にクロムが多い場合など溶鋼粘度が高い溶解では排出が上手くいかないと残材がルツボ内に付着し、次に溶解する材料への混入を防止するためにルツボ表面から除去する際に、残材と同時に改質層が剥がれてしまうおそれがある。 In the prior application technique, since the particle diameter of the zirconia powder is several microns, the modification depth by coating is limited to about a few millimeters, and normal melting (the viscosity of the molten steel is sufficiently lowered and discharged from the crucible) If there is a lot of chromium in the melted material, it will not cause problems, but if the molten steel is melted at a high viscosity, the remaining material will adhere to the crucible if it is not discharged properly, and it will not be mixed into the material to be melted next. Therefore, when removing from the crucible surface, the modified layer may be peeled off simultaneously with the remaining material.
図6に示すようにルツボの内表面Aの改質層Bが剥がされると、改質効果がなくなり、剥離個所Cから溶損Dが進むため既存ルツボと同様に3〜5回の使用で、ルツボを交換しなければならない問題がある。
その結果、本来的には溶解回数が10回以上使用可能な改質ルツボでありながらこれを壊して交換しなければならず溶解コストが向上し、ルツボ寿命延長による製造設備、原材料等に関するコスト低減効果を得ることができない。
As shown in FIG. 6, when the modified layer B on the inner surface A of the crucible is peeled off, the modification effect is lost, and the melt damage D proceeds from the peeling point C. There is a problem that the crucible must be replaced.
As a result, although it is a modified crucible that can be used 10 times or more, it must be broken and replaced, which increases the cost of melting and reduces costs related to manufacturing equipment, raw materials, etc. by extending the crucible life. The effect cannot be obtained.
そこで、本発明はかかる従来技術の問題点に鑑み、ジルコニア粉末の表面塗布ではなく、液状のジルコニウムキレートをバインダとして用いて、原料のCaOを成形して焼成することで液体から析出するジルコニアによってCaOを均一に被覆して、均一なCaO−ZrO2共晶を形成することで、溶損の防止と、内表面に付着した溶鋼の剥がし作業と同時に改質層が剥がされることのない強固な改質が得られる金属溶解用ルツボ及びその製造方法を提供することを課題とする。 Therefore, in view of the problems of the conventional technique, the present invention is not applied to the surface of zirconia powder, but using CaO as a raw material by forming and baking CaO as a raw material using liquid zirconium chelate as a binder. Is uniformly coated to form a uniform CaO—ZrO 2 eutectic, thereby preventing melting damage and removing the molten steel adhering to the inner surface at the same time as the modified layer is not peeled off. It is an object of the present invention to provide a metal melting crucible that can provide a quality and a method for producing the same.
前記課題を解決するため、本発明に係る金属溶解用ルツボは、真空溶解炉で使用される酸化カルシウム(CaO)を主成分とする金属溶解用ルツボにおいて、
原料となる前記CaOの粉体を液状のジルコニウムキレートをバインダとして成形、焼成して、ルツボを構成する骨材のCaO全体に、CaO−ZrO 2 共晶を析出させて、該析出したジルコニアによって前記CaOを均一に被覆して、ルツボ成形体全体にわたってCaO−ZrO 2 共晶が形成されていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a metal melting crucible according to the present invention is a metal melting crucible mainly composed of calcium oxide (CaO) used in a vacuum melting furnace.
The CaO powder as a raw material is molded and fired using a liquid zirconium chelate as a binder , and CaO—ZrO 2 eutectic is precipitated on the entire CaO of the aggregate constituting the crucible. CaO is uniformly coated, and a CaO—ZrO 2 eutectic is formed throughout the crucible molded body .
かかる発明によれば、ジルコニウムを液状のジルコニウムキレートの形態で骨材となるCa0のバインダとして用いることによって、従来技術のようなジルコニア粉末をエタノールに分散させたスラリーをルツボ表面に塗布するものに比べて、ルツボを構成する骨材のCaO全体にCaO−ZrO2共晶を析出させたことができ、鉄の溶解時の溶解温度が約1600℃以上となることによる溶損の進展を確実に防止することができる。
また、前記先願技術のように表層だけの改質ではなく、ルツボ成形体全体にわたってCaO−ZrO2共晶を析出させるため、機械的強度も向上してCaOルツボの傾動時に外表面に亀裂が発生することを防止でき、ルツボの寿命を延長できる。
According to this invention, zirconium is used as a binder for Ca0 as an aggregate in the form of a liquid zirconium chelate, compared to a slurry in which zirconia powder dispersed in ethanol is applied to the crucible surface as in the prior art. Thus, CaO-ZrO 2 eutectic can be deposited on the entire CaO of the aggregate constituting the crucible, and the progress of melting loss due to the melting temperature at the time of melting of iron of about 1600 ° C. or higher is reliably prevented. can do.
Moreover, since the CaO—ZrO 2 eutectic is precipitated not over the surface layer as in the prior application technique but over the entire crucible molded body, the mechanical strength is improved and the outer surface is cracked when the CaO crucible is tilted. This can be prevented and the life of the crucible can be extended.
液状のジルコニウムには、Zrに化合物のついたジルコニウムアシレートと、Zrの周囲をO、Rで修飾したジルコニウムキレートとの2種類の形態がある。
製品形態としては共に同じ液体でありながら化合形態の異なる2種類を比較してジルコニウムキレートによるバインダの方が機械的強度に優れていることを実験的に確認した。
There are two types of zirconium in liquid form: zirconium acylate with a compound of Zr and zirconium chelate in which the periphery of Zr is modified with O and R.
It was experimentally confirmed that a binder based on zirconium chelate was superior in mechanical strength by comparing two types of product forms that were the same liquid but different in compound form.
また、液体から析出するジルコニア(ZrO2)は、超微量であり少ない添加量でCaOを被覆し、焼成によって均一な共晶が得られるため、少量のジルコニアによって溶損の進展を確実に防止するとともに、機械的強度を向上できる。 Moreover, since zirconia (ZrO 2 ) precipitated from the liquid is an extremely small amount and coats CaO with a small addition amount, and a uniform eutectic is obtained by firing, the progress of melting damage is reliably prevented by a small amount of zirconia. At the same time, the mechanical strength can be improved.
また、好ましくは、前記ジルコニウムキレートから析出したジルコニウムが酸化して派生したジルコニア(ZrO2)成分が前記ルツボ焼成体の0.3〜3重量%含まれているとよい。
0.3%より少ないと、CaO−ZrO2共晶の析出が少なくなって溶損防止および強度向上の効果が得られ難くなり、3%を超えると原料コストが増大するので、かかる範囲が原料コストと溶損防止および強度向上との観点から適切な範囲が、0.3〜3重量%となる。
Preferably, a zirconia (ZrO 2 ) component derived from oxidation of zirconium deposited from the zirconium chelate is contained in an amount of 0.3 to 3% by weight of the crucible fired body.
If it is less than 0.3%, the precipitation of CaO—ZrO 2 eutectic is reduced, and it is difficult to obtain the effect of preventing melting damage and improving the strength. If it exceeds 3%, the raw material cost increases, so this range is the raw material. An appropriate range is 0.3 to 3% by weight from the viewpoints of cost, prevention of melting damage and improvement of strength.
また、好ましくは、前記焼成前にルツボ成形体の表面に、さらに液状のジルコニウムキレートが塗布されて、前記CaO−ZrO 2 共晶が析出されたルツボ表面に、更に第2のCaO−ZrO 2 共晶が析出形成されているのがよい。
このように、原料となるCaOの粉体を液状のジルコニウムキレートをバインダとして成形した後、焼成前にさらに液状のジルコニウムキレートをルツボ成形体の内側表面、外側表面、または内側と外側の両表面に塗布することで、強度向上を必要とする箇所に、簡単に、一層の強度向上と溶損防止を図ることができる。その効果は、液状のジルコニウムキレートを塗布したルツボを焼成して、高融点のCaO−ZrO2を析出することにより、確実に発揮できる。
Preferably, a liquid zirconium chelate is further applied to the surface of the crucible molded body before the firing , and the second CaO—ZrO 2 co -crystal is further applied to the crucible surface on which the CaO—ZrO 2 eutectic is precipitated. It is preferable that crystals are deposited .
In this way, after forming CaO powder as a raw material into a liquid zirconium chelate as a binder, liquid zirconium chelate is further applied to the inner surface, outer surface, or both the inner and outer surfaces of the crucible molded body before firing. By applying it, it is possible to easily further improve the strength and prevent melting damage at a place where the strength needs to be improved. The effect can be surely exhibited by firing a crucible coated with a liquid zirconium chelate and precipitating high melting point CaO—ZrO 2 .
また、本発明に係る金属溶解用ルツボの製造方法は、真空溶解炉で使用される酸化カルシウム(CaO)を主成分とする金属溶解用ルツボの製造方法において、
原料となる前記CaOの粉体を液状のジルコニウムキレートをバインダとして用いて混練して成形し、その後焼成してルツボを構成する骨材のCaO全体に、均一なCaO−ZrO 2 共晶を析出させて、該析出したジルコニアによって前記CaOを均一に被覆してなるルツボ成形体を製造する。
In addition, the method for producing a crucible for melting metal according to the present invention is a method for producing a crucible for melting metal mainly composed of calcium oxide (CaO) used in a vacuum melting furnace.
The CaO powder as a raw material is kneaded and molded using a liquid zirconium chelate as a binder, and then fired to precipitate a uniform CaO—ZrO 2 eutectic on the entire CaO of the aggregate constituting the crucible. Thus, a crucible molded body in which the CaO is uniformly coated with the precipitated zirconia is manufactured .
かかる発明によれば、ジルコニウムを液状のジルコニウムキレートの形態でバインダとして用いて混練して成形し、その後焼成して製造するため、先願技術のようなジルコニアを表層に塗布するものに比べて、ルツボ成形体を構成するCaO全体にCaO−ZrO2共晶を析出させたことができ、鉄の溶解時の溶解温度が約1600℃以上となることによる溶損の進展を確実に防止することができる。
また、先願技術のように表層だけの改質ではなく、ルツボ成形体全体にわたってCaO−ZrO2共晶を析出させるため、機械的強度も向上してCaOルツボの割れやすさが改善される。
According to this invention, zirconium is kneaded and molded using a liquid zirconium chelate in the form of a liquid zirconium chelate, and then fired and manufactured, so that compared to what is applied to the surface layer of zirconia as in the prior application technique, CaO—ZrO 2 eutectic can be precipitated on the entire CaO constituting the crucible molded body, and it is possible to surely prevent the progress of melting loss due to the melting temperature at the time of melting of iron being about 1600 ° C. or higher. it can.
In addition, since the CaO—ZrO 2 eutectic is precipitated not over the surface layer as in the prior application technique, but over the entire crucible molded body, the mechanical strength is improved and the ease of cracking of the CaO crucible is improved.
また、製造方法の発明において好ましくは、原料コストと溶損防止および強度向上との観点からジルコニウムキレート中のジルコニア(ZrO2)成分がルツボ全体の0.3〜3重量%含むとよい。 In addition, in the invention of the production method, it is preferable that the zirconia (ZrO 2 ) component in the zirconium chelate is contained in an amount of 0.3 to 3% by weight of the whole crucible from the viewpoint of raw material cost, prevention of melting damage and strength improvement.
さらに、好ましくは、前記焼成される前のルツボ成形体の表面に対してさらに、前記液状のジルコニウムキレートを塗布してから焼成することを特徴とする。
かかる構成によれば、原料となるCaOの粉体を液状のジルコニウムキレートをバインダとして成形した後、焼成前にさらに液状のジルコニウムキレートをルツボ成形体の内側表面、外側表面、または内側と外側の両表面に塗布することで、強度向上を必要とする箇所に、簡単に、一層の強度向上と溶損防止を図ることができる。
Further, preferably, the liquid zirconium chelate is further applied to the surface of the crucible molded body before firing, followed by firing.
According to such a configuration, after the CaO powder as a raw material is molded using a liquid zirconium chelate as a binder, the liquid zirconium chelate is further transformed into an inner surface, an outer surface, or both the inner and outer surfaces of the crucible molded body before firing. By applying to the surface, it is possible to easily further improve the strength and prevent melting damage at a place where the strength needs to be improved.
本発明によれば、ジルコニア粉末の表面塗布ではなく、液状のジルコニウムキレートをバインダとして用いて、原料のCaOを成形して焼成することで液体から析出するジルコニアによってCaOを均一に被覆して、均一なCaO−ZrO2共晶を形成することで、溶損の防止と、内表面に付着した溶鋼の剥がし作業と同時に改質層が剥がされることのない強固な改質が得られる金属溶解用ルツボ及びその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, instead of coating the surface of zirconia powder, using liquid zirconium chelate as a binder, CaO is uniformly coated with zirconia deposited from the liquid by molding and firing the raw material CaO, and uniform Crucible for melting metal by forming a strong CaO-ZrO 2 eutectic so as to prevent melting damage and to remove the molten steel adhered to the inner surface at the same time as the modified layer is not peeled off. And a manufacturing method thereof.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, but are merely illustrative examples. Not too much.
本発明の実施例について、図1を参照しながら説明する。
図1は、酸化カルシウム(CaO)(以下カルシアという)を主成分とする金属溶解用ルツボの製造手順を示す。
まず、骨材となるカルシアの粉末を準備する(S1)。カルシアの粉末は、粒径3〜1mmの粗粒と、粒径1〜0.3mmの中粒と、0.3mm以下の微粒と、さらに100μmの微粉とを用意する。
次に、室温で形状を保持するためのバインダとしてPVP樹脂(ポリビニルピロリドン)を10%エタノール溶液あるいは、粉末で添加する(S2)。さらに、液体の有機ジルコニウムであるジルコニウムキレートを添加(S3)するとともに、液体の分散媒のエタノールを添加(S4)する。そして、これら、カルシアの粒子、高分子PVP、ジルコニウムキレート、エタノールを混合して混練器1によって混練する(S5)。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 shows a procedure for producing a crucible for dissolving metal containing calcium oxide (CaO) (hereinafter referred to as calcia) as a main component.
First, calcia powder as an aggregate is prepared (S1). As the calcia powder, coarse particles having a particle size of 3 to 1 mm, medium particles having a particle size of 1 to 0.3 mm, fine particles having a particle size of 0.3 mm or less, and fine powder of 100 μm are prepared.
Next, a PVP resin (polyvinylpyrrolidone) is added as a binder for maintaining the shape at room temperature as a 10% ethanol solution or powder (S2). Further, zirconium chelate which is liquid organic zirconium is added (S3), and ethanol as a liquid dispersion medium is added (S4). These calcia particles, polymer PVP, zirconium chelate, and ethanol are mixed and kneaded by the kneader 1 (S5).
カルシア粉末の配分割合は、粒径3〜1mmの粗粒を約20%(以下重量%を示す)と、粒径1〜0.3mmの中粒を約60%と、0.3mm以下の微粒を約20%として重量比で1対3対1の割合で配合すると成形性、焼結後の強度に好ましい。
さらに、100μmの微粉については1〜10%程度で調整され、高分子PVPは約0.5%添加するのが好ましい。
また、ジルコニウムはルツボ全体においては0.3〜3%含むのが好ましい。ジルコニウムが0.3%より少ないと、CaO−ZrO2共晶の析出が少なく、溶損防止および強度向上の効果が得られ難くなり、3%を超えると原料コストが増大するので、かかる範囲が原料コストと溶損防止および強度向上との観点から適切である。
The distribution ratio of calcia powder is about 20% coarse particles with a particle size of 3 to 1 mm (hereinafter referred to as weight%), about 60% of medium particles with a particle size of 1 to 0.3 mm, and fine particles with a particle size of 0.3 mm or less. When blended in a ratio of 1 to 3 to 1 by weight ratio of about 20%, it is preferable for formability and strength after sintering.
Furthermore, about 100 micrometers fine powder is adjusted with about 1 to 10%, and it is preferable to add about 0.5% of high molecular PVP.
Moreover, it is preferable to contain 0.3 to 3% of zirconium in the whole crucible. If the zirconium content is less than 0.3%, the precipitation of CaO—ZrO 2 eutectic is small, and it is difficult to obtain the effects of preventing melting damage and improving the strength. If the content exceeds 3%, the raw material cost increases. This is appropriate from the viewpoints of raw material cost, prevention of melting damage and improvement of strength.
次に、中子2、外型4、底板6からなる成形型8に、前記混練された混合物を流入してルツボ成形体10を成形する(S6)。その後、成形型8からルツボ成形体10を取り出して、200℃で1時間乾燥し(S7)、1600℃で4時間焼成して(S8)、CaOルツボ11を構成するルツボ焼成体12が製造される。
このようにして製造されたCaOルツボは、バインダとしての液体のジルコニウムキレートから析出するジルコニア(ZrO2)が、骨材のCaOを被覆し、焼成によって均一なCaO−ZrO2共晶を析出するため、少量のジルコニアによって、溶損の進展を確実に防止するとともに、機械的強度を向上できる。
Next, the kneaded mixture is flowed into a
In the CaO crucible produced in this manner, zirconia (ZrO 2 ) precipitated from a liquid zirconium chelate as a binder coats the aggregate CaO and precipitates a uniform CaO—ZrO 2 eutectic by firing. The small amount of zirconia can surely prevent the progress of melting and improve the mechanical strength.
また、ジルコニア(ZrO2)を液状でなく、粉末状のものを添加、混練して焼成するには強固な焼結体を得るには2000℃以上の高温が必要であり、高さが50〜60cm程度ある大型のルツボに対しては、大型の焼成設備が必要になりコスト面から不可能であったが、本発明のように液状のジルコニウムキレートを用いることで1600℃の焼成設備でよく設備の大型化を回避できる。 Moreover, in order to obtain a strong sintered body in order to add, knead and fire zirconia (ZrO 2 ) in the form of powder, not in liquid form, a high temperature of 2000 ° C. or higher is required, and the height is 50 to For large crucibles of about 60 cm, a large calcining facility is required, which is impossible from the cost point of view. However, by using a liquid zirconium chelate as in the present invention, a 1600 ° C. calcining facility is sufficient. Can be avoided.
液状の有機ジルコニウムには、Zrに化合物のついたジルコニウムアシレートと、Zrの周囲をO、Rで修飾したジルコニウムキレートとの2種類の形態がある。
製品形態としては共に同じ液体でありながら化合形態の異なる2種類を比較してジルコニウムキレートによるバインダの方が機械的強度に優れていることを試験によって確認した。
Liquid organic zirconium has two forms: zirconium acylate with a compound of Zr and zirconium chelate in which the periphery of Zr is modified with O and R.
As a product form, both of the same liquids but different compound forms were compared, and it was confirmed by a test that a zirconium chelate binder was superior in mechanical strength.
試験は、表1に示すようにAlキレートと、Zrアシレートと、Zrキレートを使用し、φ30mm、高さ50mmの円柱状の試験体を形成して行った。
試験配合は図2の図表に示す配合とし、円柱体の製造は前記図1に示した方法で行った。
As shown in Table 1, the test was performed using Al chelate, Zr acylate, and Zr chelate, and forming a cylindrical test body having a diameter of 30 mm and a height of 50 mm.
The test composition was the composition shown in the chart of FIG. 2, and the cylindrical body was produced by the method shown in FIG.
図2に比較例1〜3、および実施例1−1、1−2の配合成分、および配合割合(重量%)を示す。図に示すように、比較例1は、CaOの骨材に対して、PVP粉末の樹脂バインダと、アルミナ(Al2O3)キレートの有機バインダ(アルミニウムエチレンアセトアセテート・ジイソプロピレート)と、エタノールを混合したものであり、比較例2は、CaOの骨材に対して、PVP粉末の樹脂バインダと、ジルコニア(ZrO2)アシレートの有機バインダ(ジルコニウムトリブトキシステアレート)と、エタノールを混合したものであり、比較例3は、CaOの骨材に対して、PVP粉末の樹脂バインダと、ZAl2O3キレートとZrO2アシレートとの組合せ有機バインダと、エタノールを混合したものである。 FIG. 2 shows the blending components and blending ratios (% by weight) of Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1-1 and 1-2. As shown in the figure, in Comparative Example 1, a PVP powder resin binder, an alumina (Al 2 O 3 ) chelate organic binder (aluminum ethylene acetoacetate diisopropylate), ethanol, and CaO aggregate Comparative Example 2 is a mixture of a CaO aggregate, a resin binder of PVP powder, an organic binder of zirconia (ZrO 2 ) acylate (zirconium tributoxy systemate), and ethanol. In Comparative Example 3, PVP powder resin binder, a combined organic binder of ZAl 2 O 3 chelate and ZrO 2 acylate, and ethanol are mixed with CaO aggregate.
これに対して、実施例1−1は、CaOの骨材に対して、PVP粉末の樹脂バインダと、ZrO2キレートの有機バインダ(ジルコニウムトリブトキシアセチルアセトネート)と、エタノールを混合したものであり、ZrO2キレートを6.0%含む。また、実施例1−2は、CaOの骨材に対して、PVP粉末の樹脂バインダと、ZrO2キレートの有機バインダ(ジルコニウムジブトキシビス(エチルアセトアセテート))と、エタノールを混合したものであり、ZrO2キレートを5.0%含むものである。 In contrast, in Example 1-1, to the aggregate of CaO, and the resin binder in the PVP powder, and ZrO 2 chelate of an organic binder (zirconium tributoxy acetylacetonate), which was a mixture of ethanol 6.0% ZrO 2 chelate. Example 1-2 is a mixture of PVP powder resin binder, ZrO 2 chelate organic binder (zirconium dibutoxybis (ethylacetoacetate)), and ethanol with respect to CaO aggregate. , Containing 5.0% of ZrO 2 chelate.
なお、図2に示す配合成分において、ZrO2キレートが6.0%、5.0%含み、そのキレート中に12.9%、13.8%のジルコニウムを含み、結果としてルツボ全体でジルコニウム分が0.6〜0.8%含む例を示している。 2 contains 6.0% and 5.0% of ZrO 2 chelate, and 12.9% and 13.8% of zirconium in the chelate. As a result, the entire crucible contains zirconium. Shows an example including 0.6 to 0.8%.
1600℃で焼成(図1参照)して製品化した段階で試験片の表面を観察した結果、比較例1、2、3においては、表面に微細なクラック、亀裂の発生が見られた。これはCaOが何らかの水分と水和したものと考えられる。
一方、実施例1−1、1−2のそれぞれにおいては、ジルコニア(ZrO2)を液体のジルコニウムキレートの形態では水和は生じずに、表面にはクラック、亀裂の発生は見られなかった。
As a result of observing the surface of the test piece at the stage of being baked at 1600 ° C. (see FIG. 1) and commercialized, in Comparative Examples 1, 2, and 3, generation of fine cracks and cracks on the surface was observed. This is considered that CaO is hydrated with some moisture.
On the other hand, in each of Examples 1-1 and 1-2, zirconia (ZrO 2 ) was not hydrated in the form of liquid zirconium chelate, and cracks and cracks were not observed on the surface.
次に、前記円柱試験片の強度試験について説明する。
圧縮試験機を用いて円柱試験片の強度試験を行った。さらに、圧縮試験機のフル荷重2000kg以上の圧縮力を付加するために、六角ボルト押し圧縮試験を行った。それぞれの結果を図3の図表に示す。
圧縮試験機の試験荷重上限の2000kgでも実施例1−1、1−2の試験片は壊れなかった。破断しなかった実施例1、2の試験片に対しては、ボルト、ナットからなる六角ボルト押し圧縮試験を行い、ナットで面押しして破断までの荷重を計測した。なお、六角ボルト押し圧縮試験用のナット13の形状について図4に示す。
Next, the strength test of the cylindrical test piece will be described.
The strength test of the cylindrical specimen was performed using a compression tester. Furthermore, in order to apply a compressive force of 2000 kg or more on the full load of the compression tester, a hexagon bolt push compression test was conducted. Each result is shown in the chart of FIG.
The test pieces of Examples 1-1 and 1-2 were not broken even at the test load upper limit of 2000 kg of the compression tester. The test pieces of Examples 1 and 2 that did not break were subjected to a hexagonal bolt press compression test consisting of bolts and nuts, and face-pressed with nuts to measure the load until breakage. In addition, it shows in FIG. 4 about the shape of the
図3より、実施例1−1の試験片では最終的に応力が738.3(kgf/cm2)となり、実施例1−2の試験片では842.3(kgf/cm2)となり、比較例1のアルミナキレートのものに比べても応力が3倍ぐらい大幅に向上したことが確認できた。
また、ジルコニウムアシレートからなる比較例2に対しては、応力が7倍以上に向上していることが確認できた。
From FIG. 3, the stress finally becomes 738.3 (kgf / cm 2) in the test piece of Example 1-1, and 842.3 (kgf / cm 2) in the test piece of Example 1-2. It was confirmed that the stress was significantly improved by about 3 times compared to that of the alumina chelate.
Moreover, it has confirmed that the stress was improving 7 times or more with respect to the comparative example 2 which consists of zirconium acylates.
以上実施例1−1、1−2によれば、従来技術のように表層だけの改質ではなく、ジルコニウムキレートをバインダとして用いることでルツボ成形体全体にわたってCaO−ZrO2共晶を析出させるため、機械的強度も向上してCaOルツボの傾動時に外表面に亀裂が発生することを防止でき、ルツボの寿命を延長できる。 As described above in Examples 1-1 and 1-2, the CaO—ZrO 2 eutectic is precipitated over the entire crucible molded body by using zirconium chelate as a binder, instead of modifying only the surface layer as in the prior art. Further, the mechanical strength is improved, and it is possible to prevent the outer surface from being cracked when the CaO crucible is tilted, thereby extending the life of the crucible.
次に、第2実施例として、前記第1実施例によって成形されたルツボ成形体10の表面に、さらに、ジルコニウムキレートの液体を塗布する。すなわち、図1に示す製造手順でS6とS7との間において、成形されたルツボ成形体10の表面に該液体を塗布して、その後に乾燥(S7)、焼成(S8)する。
Next, as a second embodiment, a zirconium chelate liquid is further applied to the surface of the crucible molded
図5に示すように例えばルツボ成形体10のルツボ内面に矢印P方向にジルコニウムキレートの液体を塗布すると、表面から浸透したジルコニウムキレートの液体中のジルコニア(ZrO2)は、CaO粒子間に浸透してCaO粒子と反応してCaO−ZrO2共晶を析出するが、液体のためジルコニア(ZrO2)粉末スラリーを塗布する場合に比べて、表面から深くまで浸透可能である。
このため、実施例1における改質されたルツボ成形体10に加えてジルコニウムキレートを塗布した表層部分を一層強度向上することができる。
As shown in FIG. 5, for example, when a zirconium chelate liquid is applied in the direction of arrow P to the crucible inner surface of the crucible molded
For this reason, in addition to the modified crucible molded
なお、このジルコニウムキレートの液体の塗布は、ルツボ成形体10の内側表面、外側表面、または内側と外側の両表面のいずれの場合でもよく、内側の溶損防止の強化であれば内側表面に塗布すればよく、また、ルツボ傾動時に外表面に亀裂が発生しないようにするには外側表面に塗布するようにすればよい。
The zirconium chelate liquid may be applied on the inner surface, the outer surface, or both the inner and outer surfaces of the crucible molded
なお、先願技術のようなジルコニア(ZrO2)粉末スラリーとの併用塗布、あるいは、液体のジルコニウムキレートにジルコニア粉末を添加して塗布するようにしてもよいことは勿論である。 Needless to say, it may be applied together with a zirconia (ZrO 2 ) powder slurry as in the prior application technique, or may be applied by adding zirconia powder to a liquid zirconium chelate.
以上の実施例2によれば、前記第1実施例によって成形されたルツボ成形体10の表面に、必要に応じて、さらに、にジルコニウムキレートの液体を塗布することによって、簡単に、一層の強度向上と溶損防止を図ることができる。
According to Example 2 above, the surface of the crucible molded
本発明によれば、ジルコニア粉末の表面塗布ではなく、液状のジルコニウムキレートをバインダとして用いて、原料のCaOを成形して焼成することで液体から析出するジルコニアによってCaOを均一に被覆して、均一なCaO−ZrO2共晶を形成することで、溶損の防止と、内表面に付着した溶鋼の剥がし作業と同時に改質層が剥がされることのない強固な改質が得られるので、金属溶解用ルツボ及びその製造方法の提供に際して有益である。 According to the present invention, instead of coating the surface of zirconia powder, using liquid zirconium chelate as a binder, CaO is uniformly coated with zirconia deposited from the liquid by molding and firing the raw material CaO, and uniform By forming a simple CaO-ZrO 2 eutectic, it is possible to prevent melting damage and to remove the molten steel adhering to the inner surface, and at the same time to obtain a strong modification that does not peel off the modified layer. This is useful in providing a crucible for use and a manufacturing method thereof.
1 混練器
2 中子
4 外型
6 底板
8 成形型
10 ルツボ成形体
11 CaOルツボ
12 ルツボ焼成体
13 六角ボルト押し圧縮試験用ナット
DESCRIPTION OF
Claims (6)
原料となる前記CaOの粉体を液状のジルコニウムキレートをバインダとして成形、焼成して、ルツボを構成する骨材のCaO全体に、CaO−ZrO 2 共晶を析出させて、該析出したジルコニアによって前記CaOを均一に被覆して、ルツボ成形体全体にわたってCaO−ZrO 2 共晶が形成されていることを特徴とする金属溶解用ルツボ。 In a metal melting crucible mainly composed of calcium oxide (CaO) used in a vacuum melting furnace,
The CaO powder as a raw material is molded and fired using a liquid zirconium chelate as a binder , and CaO—ZrO 2 eutectic is precipitated on the entire CaO of the aggregate constituting the crucible. A crucible for melting metal, characterized in that CaO—ZrO 2 eutectic is formed over the entire crucible compact by uniformly covering CaO .
原料となる前記CaOの粉体を液状のジルコニウムキレートをバインダとして用いて混練して成形し、その後焼成してルツボを構成する骨材のCaO全体に、均一なCaO−ZrO 2 共晶を析出させて、該析出したジルコニアによって前記CaOを均一に被覆してなるルツボ成形体を製造することを特徴とする金属溶解用ルツボの製造方法。 In the method for producing a crucible for melting metal, mainly composed of calcium oxide (CaO) used in a vacuum melting furnace,
The CaO powder as a raw material is kneaded and molded using a liquid zirconium chelate as a binder, and then fired to precipitate a uniform CaO—ZrO 2 eutectic on the entire CaO of the aggregate constituting the crucible. A crucible molded body obtained by uniformly coating the CaO with the precipitated zirconia is manufactured.
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