JP5564496B2 - 鋼の連続鋳造方法及び鋼の連続鋳造で使用される耐火物 - Google Patents
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本願は、2009年5月27日に、日本に出願された特願2009−127876号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
このスライディングノズルは、通過孔が形成された板状体を複数枚重ね合わせて構成される。この板状体をスライドさせることにより溶鋼の通過孔の開度が調整され、溶鋼の流量が調整される。
ところで、連続鋳造方法で製造される鋼には、高酸素鋼、非鉛快削鋼、高マンガン鋼等があることが知られている。これらの鋼には、強度や快削性を向上させるためのMnや、快削性を向上させるためのB4Cが添加される。
このため、スライディングノズルの長寿命化を図るという目的で、特許文献1に記載されるように、96質量%以上の理論組成のスピネルと、4質量%以下のカーボン原料を含有するスライディングノズルが提案されている。
Mg(g)+Al2O3(g)+3CO(g)
→MgO・Al2O3(s:固体)+3C(s)・・・(1)
また、文献1には、前記Mg(g)、Al2O3(g)が溶鋼中の酸素Oと下記式(2)に示される反応を起こし、スピネルの緻密層が生成することが記載されている。
Mg(g)+Al2O3(g)+3O(g)→MgO・Al2O3(s)・・・(2)
特許文献1では、スライディングノズル表面にこのようなスピネルの緻密層を形成させることで、スラグの浸潤を抑えて溶損を防止することを試みている。
(1)本発明の第1の態様は、鋼の連続鋳造方法であって、0.15質量%以上、3.0質量%以下のMn、0.005質量%以上、0.06質量%以下のO、0.01質量%以下に制限されたAl、0.0006質量%以上、0.08質量%以下のC、0.003質量%以上、0.04質量%以下のSi、0.006質量%以上、0.1質量%以下のP、0.004質量%以上、0.5質量%以下のS、0.0015質量%以上、0.02質量%以下のN、0.001質量%以上、0.03質量%以下のB、及びFeと不可避的不純物を含む残部を含有する溶鋼を第1容器に保持し;45質量%以上、94質量%以下の理論組成のスピネル原料、1質量%以上、50質量%以下のアルミナ原料、1質量%以上、7質量%以下の金属Al、0.5質量%以上、2質量%以下の金属Si、0.5質量%以上、4質量%以下のカーボン原料、0.1質量%以上、1質量%以下のB4C、及び不可避的不純物を含む残部を含有する原料に、外掛けで2質量%以上、6質量%以下のバインダーを加えて混練、成形して得られるスライディングノズルを介して前記溶鋼を第2容器に供給する;鋼の連続鋳造方法である。
(2)上記(1)に記載の鋼の連続鋳造方法では、前記アルミナ原料は、最小粒径が0.1mm以上、最大粒径が5mm以下であるアルミナ粒を90質量%以上、100質量%以下含んでもよい。
(3)上記(1)又は(2)に記載の鋼の連続鋳造方法では、前記スライディングノズルの上側には上ノズルが設けられ、前記スライディングノズルの下側には下ノズルが設けられ、前記上ノズル及び前記下ノズルの少なくとも一方は、前記原料に、外掛けで2質量%以上、6質量%以下のバインダーを加えて混練、成形して得られてもよい。
(4)上記(3)に記載の鋼の連続鋳造方法では、前記下ノズルの下側には、さらに浸漬ノズルが設けられ、前記浸漬ノズルは、前記原料に、外掛けで2質量%以上、6質量%以下のバインダーを加えて混練、成形して得られてもよい。
(5)上記(3)に記載の鋼の連続鋳造方法では、前記下ノズルの下側には、さらに取鍋からタンディッシュに溶鋼を供給するための供給ノズルが設けられ、
前記供給ノズルは、前記原料に、外掛けで2質量%以上、6質量%以下のバインダーを加えて混練、成形して得られてもよい。
(6)本発明の第2の態様は、0.15質量%以上、3.0質量%以下のMn、0.005質量%以上、0.06質量%以下のO、0.01質量%以下に制限されたAl、0.0006質量%以上、0.08質量%以下のC、0.003質量%以上、0.04質量%以下のSi、0.006質量%以上、0.1質量%以下のP、0.004質量%以上、0.5質量%以下のS、0.0015質量%以上、0.02質量%以下のN、0.001質量%以上、0.03質量%以下のB、及び、Feと不可避的不純物とを含有する残部を含有する溶鋼を用いた鋼の連続鋳造方法で使用される耐火物であって、45質量%以上、94質量%以下の理論組成のスピネル原料と、1質量%以上、50質量%以下のアルミナ原料と、1質量%以上、7質量%以下の金属Alと、0.5質量%以上、2質量%以下の金属Siと、0.5質量%以上、4質量%以下のカーボン原料と、0.1質量%以上、1質量%以下のB4Cと、不可避的不純物を含む残部とを含有する原料に、外掛けで2質量%以上、6質量%以下のバインダーを加えて混練、成形して得られる耐火物である。
(7)上記(6)に記載の耐火物では、前記アルミナ原料は、最小粒径が0.1mm以上、最大粒径が5mm以下であるアルミナ粒を90質量%以上、100質量%以下含んでもよい。
一般的に、スライディングノズルの溶損は、外来のスラグ成分がスライディングノズルの表面で反応し、また、スラグ成分や反応後の成分が、スライディングノズル内に浸潤して進行する。この進行を律速するのは、スライディングノズルの気孔状態、スライディングノズルの骨材成分、及び外来のスラグ成分等である。高酸素鋼、非鉛快削鋼、高マンガン鋼等の鋼種においては、溶鋼から生成する非金属介在物が集合して生成するスラグにMnO、B2O3の成分が含まれている。
そして、これらの介在物がAl2O3、MgO、ZrO2等を含むスライディングノズルの表面に付着すると、低融点物を生成し、スライディングノズルが大きく溶損する。
この結果、スライディングノズルの溶損を大幅に低減することができ、連続鋳造の安定化を図ることを可能とした。
本発明の一実施形態に係る鋼の連続鋳造方法では、理論組成のスピネル原料、アルミナ原料、金属Al、金属Si、カーボン原料、B4C、及び不可避的不純物を含有する原料に対して外掛けで2質量%以上、6質量%以下のバインダーを加えて混練、成形して得られるスライディングノズルが用いられる。原料には、不可避的不純物として1質量%未満の不可避的不純物を含有してもよいが、極力含まないことが好ましい。
ここで、理論組成のスピネル原料は、MgOを24質量%以上、30質量%以下、Al2O3を70質量%以上、76質量%以下含み、不可避的不純物が1.5質量%以下であればよい。例えば、電融スピネル、焼結スピネル等をスピネル原料として用いることができる。
また、アルミナ原料は、例えば、95質量%以上、望ましくは98質量%以上のAl2O3を含み、不可避的不純物が5質量%未満、望ましくは2質量%未満であればよい。例えば、電融アルミナ、焼結アルミナ等をアルミナ原料として用いることができる。
また、前記スライディングノズルの原料において、理論組成のスピネル原料は45質量%以上、94質量%以下の範囲、アルミナ原料は1質量%以上、50質量%以下の範囲であればよい。これにより、後述の通り、耐溶損性を向上させることができる。
バインダーとして水の他、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ピッチ等の有機系バインダーを使用することができる。
また、前述したスライディングノズルは、取鍋及びタンディッシュの溶鋼供給口のいずれかに取り付けられてもよい。連続鋳造の安定化の観点からは、スライディングノズルは、取鍋及びタンディッシュの溶鋼供給口の両方に取り付けられていることが好ましい。
アルミナ原料のアルミナ粒の最小粒径が0.1mm未満の場合、アルミナ原料の比表面積が増加して、アルミナ原料が溶解し易くなるため、スライディングノズル(耐火物)の溶損が大きくなってしまう。一方、アルミナ原料のアルミナ粒の最大粒径が5mmを超えると、アルミナ原料の比表面積が低下して、アルミナ原料が溶け難くなり、スラグに供給されるAl2O3成分が減少し、スラグ粘性を向上させる効果が減少する。このため、スラグ浸潤を十分に抑制することができず、スライディングノズルの溶損が大きくなる。尚、「最小粒径が0.1mm以上、最大粒径が5mm以下であるアルミナ粒を主に含むアルミナ原料」は、5mm篩を通過することができるが0.1mm篩を通過することができないアルミナ粒を90質量%以上、100質量%以下含むアルミナ原料であればよい。また、ここでの最小粒径及び最大粒径とは、それぞれのアルミナ粒における最小粒径及び最大粒径を意味する。
これらのノズルの内面には、溶鋼が流れるため、スライディングノズル程ではないが、やはり、溶鋼中のMnO、B2O3に起因する溶損が生じる。従って、これらのノズルを前記原料で形成することにより、これらのノズルの溶損を低減することができ、一層鋼の連続鋳造の安定化を図ることができる。
図1における丸印で囲んだ部分の部分拡大図である図2に示されるように、タンディッシュ1の溶鋼供給口に設けられ、溶鋼供給口の下面に設けられるスライディングノズル3の上側には上ノズル4が設けられ、スライディングノズル3の下側には下ノズル5が設けられている。下ノズル5の下側にはさらに浸漬ノズル6が設けられている。
スライディングノズル3、上ノズル4、下ノズル5、浸漬ノズル6は、以下の原料に外掛けで2質量%以上、6質量%以下のバインダーを加えて混練したスラリー状の耐火物を成形し、必要に応じて焼成したり、ピッチやタールを含浸して形成することができる。
ノズル3〜6の原料としては、例えば、スピネル原料=74.6質量%、アルミナ原料=19.9質量%、金属Al=3質量%、金属Si=1質量%、黒鉛由来のカーボン原料=1質量%、B4C=0.5質量%の合計100質量%に対し、バインダーとしてのフェノール樹脂を外掛けで4質量%加えた原料を好適に使用することができる。
尚、スライディングノズル3は焼成および含浸、上ノズル4と下ノズル5は不焼成あるいは焼成、浸漬ノズルおよびロングノズルは焼成が行われてもよい。また、必要に応じて金物を取り付けてもよい。
0.15質量%以上、3.0質量%以下のMn、0.005質量%以上、0.06質量%以下のO、0.01質量%以下に制限されたAl、0.0006質量%以上、0.08質量%以下のC、0.003質量%以上、0.04質量%以下のSi、0.006質量%以上、0.1質量%以下のP、0.004質量%以上、0.5質量%以下のS、0.0015質量%以上、0.02質量%以下のN、0.001質量%以上、0.03質量%以下のB、及び、Feと不可避的不純物を含む残部を含有する溶鋼Mを、取鍋からタンディッシュ1に供給する。
ここで、溶鋼Mの成分において、Mnが上記範囲であるため、鋼材の強度向上及び鋼材におけるMnSの生成が可能である。また、Oが上記範囲であるため鋼材の成分バランスを取ることができる。Alが上記の値以下に制限されているため鋼材中の酸素レベルを制御することができる。Cが上記範囲であるため鋼材の強度を向上させることができる。Siが上記範囲であるため鋼材の強度を向上させることができる。Pが上記範囲であるため鋼材の脆化を防止することができる。Sが上記範囲であるため鋼材中にMnSを生成させることができる。Nが上記範囲であるため鋼材の脆化を防止することができる。Bが上記範囲であるため鋼材の快削性を向上させることができる。
この際、スライディングノズル3の孔部分、及びノズル4〜6の内壁は溶鋼Mに晒されるため、従来の成分のスライディングノズルでは、溶鋼M中のMnO、B2O3に起因する溶損が生じていた。これに対し、本実施形態によれば、前述した原料でノズル3〜6を形成するため、MgO・Al2O3がスラグ中のMnOを固溶して固定化するとともに、添加したAl2O3がスラグに溶け込みつつ、その粘度を上げることにより、ノズル3〜6の溶鋼と接する表面からスラグが浸潤することを抑制することができる。従って、スラグ中のB2O3による溶損を抑制することができる。
この結果、ノズル3〜6は、非鉛快削鋼を製造するにあたり、従来の原料で製造したノズルに比較して、溶損を大幅に低減して、連続鋳造の安定化を図ることができる。
尚、前記実施形態では、スライディングノズル3は、孔の開いた板状体を2枚組合せ、下側の板状体をスライドさせることにより、溶鋼Mを鋳型2へ供給する量を調整していたが、孔開き板状体を3枚重ね合わせたスライディングノズルに本発明を採用してもよい。
[1]実験方法
図3に示されるように、ジルコニア製のルツボ7内に6.1kgの非鉛快削鋼の成分を含む溶鋼Mを投入し、Ar雰囲気下で溶鋼温度が約1550℃となるように、誘導加熱により溶鋼Mを加熱保持した。この溶鋼Mに下記表1に示される合成スラグSを600g投入して、非鉛快削鋼の連続鋳造に相当する実験条件を設定した。溶鋼Mの成分は、Mn=1.2質量%、O=0.015質量%、Al≦0.002質量%、C=0.07質量%、Si=0.008質量%、P=0.08質量%、S=0.4質量%、N=0.008質量%、B=0.01質量%に設定した。
試料は以下のようにして作成した。
アルミナ原料は純度99.5質量%以上の焼結品、スピネルは理論組成の焼結スピネルでAl2O3とMgO以外の不純物は0.6質量%以下とした。アルミナ粒の粒径は0.5〜1.5mmとし、スピネルはトップサイズを5mmとし、アルミナと合わせた場合に最密充填を取るように粒度配合を調節した。金属Alは粒径250〜74μmで純度99質量%以上、金属Siは粒径149〜74μmで純度96質量%以上、B4Cは粒径44μm以下で純度95質量%以上、カーボン原料は鱗状黒鉛で粒径500μm以下で純度95質量%以上とした。また、バインダーとしてはフェノール樹脂を用い、添加量は外掛け4質量%とした。
これらの原料を混練し、一軸スクリュープレスで加圧成型し、1000℃で還元焼成した。その後さらにピッチで含浸し、試料塊を得た。これを湿式加工することにより以下に説明する侵食試験用の供試体9を得た。
金属Al=3質量%、金属Si=1質量%、カーボン原料=1質量%、B4C=0.5質量%に固定し、スピネル原料及びアルミナ原料の比率を変化させて供試体9を製作し、各供試体9をルツボ7内に浸漬し、各供試体9の10分後の損耗量を測定した。実験例1〜実験例10における原料の構成を表2に示す。
図4から判るように、スピネル原料にアルミナ原料を添加すると、溶損指数が低下する、すなわち、溶損しにくくなる。しかし、実験例5におけるアルミナ原料/スピネル原料=19.9/74.6を境に、再び溶損指数が高くなり、実験例9におけるアルミナ原料/スピネル原料=59.6/34.9では実験例1よりも溶損指数がスピネル原料のみからなる実験例1よりも大きくなってしまうことが判る。
以上のことから、理論組成のスピネル原料のみからなる実験例1と比較して、アルミナ原料の添加により、スライディングノズルの溶損を防止できる範囲は、スピネル原料が45質量%以上、94質量%以下、アルミナ原料が1質量%以上、50質量%以下であることが確認された。
次に、スピネル原料/アルミナ原料=3.75、金属Si=1質量%、カーボン原料=1質量%、B4C=0.5質量%に固定し、金属アルミの添加量を0質量%〜7.6質量%まで変化させた実験例11〜実験例16について、前述と同様の試験を行った。実験例11〜実験例16の原料構成を下記表3に示し、評価結果を図5に示す。
最後に、スピネル原料/アルミナ原料=3.75、金属Al=3質量%、金属Si=1質量%、B4C=0.5質量%に固定し、カーボン原料の添加量0.3質量%〜5.0質量%まで変化させた実験例17〜実験例23について、前述と同様の試験を行った。実験例17〜実験例23の原料構成を下記表4に示し、評価結果を図6に示す。
2 鋳型
3 スライディングノズル
4 上ノズル
5 下ノズル
6 浸漬ノズル
7 ルツボ
8 治具
9 供試体
D1 供試体寸法
D2 供試体寸法
M 溶鋼
S スラグ
Claims (7)
- 鋼の連続鋳造方法であって、
0.15質量%以上、3.0質量%以下のMn、
0.005質量%以上、0.06質量%以下のO、
0.01質量%以下に制限されたAl、
0.0006質量%以上、0.08質量%以下のC、
0.003質量%以上、0.04質量%以下のSi、
0.006質量%以上、0.1質量%以下のP、
0.004質量%以上、0.5質量%以下のS、
0.0015質量%以上、0.02質量%以下のN、
0.001質量%以上、0.03質量%以下のB、及び
Feと不可避的不純物を含む残部
を含有する溶鋼を第1容器に保持し;
45質量%以上、94質量%以下の理論組成のスピネル原料、
1質量%以上、50質量%以下のアルミナ原料、
1質量%以上、7質量%以下の金属Al、
0.5質量%以上、2質量%以下の金属Si、
0.5質量%以上、4質量%以下のカーボン原料、
0.1質量%以上、1質量%以下のB4C、及び
不可避的不純物を含む残部
を含有する原料に、外掛けで2質量%以上、6質量%以下のバインダーを加えて混練、成形して得られるスライディングノズルを介して前記溶鋼を第2容器に供給する;
ことを特徴とする鋼の連続鋳造方法。 - 前記アルミナ原料は、最小粒径が0.1mm以上、最大粒径が5mm以下であるアルミナ粒を90質量%以上、100質量%以下含む
ことを特徴とする請求項1に記載の鋼の連続鋳造方法。 - 前記スライディングノズルの上側には上ノズルが設けられ、前記スライディングノズルの下側には下ノズルが設けられ、
前記上ノズル及び前記下ノズルの少なくとも一方は、前記原料に、外掛けで2質量%以上、6質量%以下のバインダーを加えて混練、成形して得られる
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の鋼の連続鋳造方法。 - 前記下ノズルの下側には、さらに浸漬ノズルが設けられ、
前記浸漬ノズルは、前記原料に、外掛けで2質量%以上、6質量%以下のバインダーを加えて混練、成形して得られる
ことを特徴とする請求項3に記載の鋼の連続鋳造方法。 - 前記下ノズルの下側には、さらに取鍋からタンディッシュに溶鋼を供給するための供給ノズルが設けられ、
前記供給ノズルは、前記原料に、外掛けで2質量%以上、6質量%以下のバインダーを加えて混練、成形して得られる
ことを特徴とする請求項3に記載の鋼の連続鋳造方法。 - 0.15質量%以上、3.0質量%以下のMn、
0.005質量%以上、0.06質量%以下のO、
0.01質量%以下に制限されたAl、
0.0006質量%以上、0.08質量%以下のC、
0.003質量%以上、0.04質量%以下のSi、
0.006質量%以上、0.1質量%以下のP、
0.004質量%以上、0.5質量%以下のS、
0.0015質量%以上、0.02質量%以下のN、
0.001質量%以上、0.03質量%以下のB、及び、
Feと不可避的不純物とを含有する残部
を含有する溶鋼を用いた鋼の連続鋳造方法で使用される耐火物であって、
45質量%以上、94質量%以下の理論組成のスピネル原料と、
1質量%以上、50質量%以下のアルミナ原料と、
1質量%以上、7質量%以下の金属Alと、
0.5質量%以上、2質量%以下の金属Siと、
0.5質量%以上、4質量%以下のカーボン原料と、
0.1質量%以上、1質量%以下のB4Cと、
不可避的不純物を含む残部と
を含有する原料に、外掛けで2質量%以上、6質量%以下のバインダーを加えて混練、成形して得られることを特徴とする耐火物。 - 前記アルミナ原料は、最小粒径が0.1mm以上、最大粒径が5mm以下であるアルミナ粒を90質量%以上、100質量%以下含むことを特徴とする請求項6記載の耐火物。
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