JP5637630B2 - Refractories for continuous casting and nozzles for continuous casting - Google Patents

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Description

本発明は、連続鋳造用ノズルの内孔面に好適に使用される耐火物、及びその耐火物を使用した連続鋳造用ノズルに関する。   The present invention relates to a refractory material suitably used for an inner hole surface of a continuous casting nozzle, and a continuous casting nozzle using the refractory material.

鋼の連続鋳造に際しては、従来から耐スポーリング性に優れたAl−SiO−C質ノズルが広く使用されてきたが、近年の鋼種の多様化に伴って連続鋳造に使用する耐火物の損傷原因やその程度が、溶鋼側から供給される成分の影響を強く受けるようになってきた。 In continuous casting of steel, Al 2 O 3 —SiO 2 —C quality nozzles with excellent spalling resistance have been widely used in the past, but the fire resistance used for continuous casting with the recent diversification of steel types. The cause of damage and the extent of damage have been strongly influenced by the components supplied from the molten steel side.

特に、ほうろう鋼に代表されるような高酸素、高Mn等含有鋼の連続鋳造については、溶鋼による耐火物の脱炭作用、及び溶鋼中に存在するFeO、MnO、B、SiO、CaO等の酸化物(溶鋼中に存在する非金属介在物を総称して、以下「スラグ成分」ともいう。)が溶鋼側から供給され続けられることで、耐火物との低融化反応により浸食性の強いAl−SiO−MnO−FeO−CaO系など複合酸化物が耐火物稼働界面や組織中で継続的に生成し、溶鋼と共に流下することで耐火物の損傷が激しくなってくる。 In particular, for continuous casting of high oxygen, high Mn and other steels typified by enamel steel, the decarburization action of the refractory by the molten steel, and FeO, MnO, B 2 O 3 , SiO 2 present in the molten steel Oxides such as CaO, etc. (non-metallic inclusions present in the molten steel are collectively referred to as “slag components” hereinafter) are continuously supplied from the molten steel side, resulting in erosion due to a low melting reaction with the refractory. Complex Al 2 O 3 —SiO 2 —MnO—FeO—CaO system and other complex oxides are continuously generated in the refractory interface and in the structure, and flow down with the molten steel, resulting in severe damage to the refractory. come.

例えば、鍋とタンディッシュ間の無酸素鋳造を目的に適用されている鍋用ロングノズルでは、溶鋼が継続的に衝突する内孔湯当たり部分や溶鋼温度で長時間接触する浸漬部分での損傷が激しく、その寿命が著しく短くなる等の問題が発生している。また、同じ材質系が使用される浸漬ノズルや下部ノズルでも同様の問題が生じている。   For example, with a pan long nozzle applied for the purpose of oxygen-free casting between a pan and a tundish, damage is caused at the perforated portion where the molten steel collides continuously or at the immersed portion where the molten steel contacts for a long time at the molten steel temperature. There are problems such as severe and extremely short life. The same problem occurs in the immersion nozzle and the lower nozzle in which the same material system is used.

このため、耐火物の損傷抵抗性を高めるための一般的な方法として、Al−SiO−C系材質では、脱炭による組織劣化を防止のため、炭素含有量、あるいは前記スラグ成分等との低融化主成分となりうる耐火物側のSiO量を減じ又は含まない組成にする等の対策が試みられてきた。しかし、SiOやCを減じることにより、一定の効果はあるものの、主骨材として添加しているAl成分がMnO、FeO、B、SiO、CaO等と反応し低融点化するため、十分な効果が得られていないのが実状である。 For this reason, as a general method for increasing the damage resistance of the refractory, in the Al 2 O 3 —SiO 2 —C-based material, the carbon content or the slag component is used to prevent structural deterioration due to decarburization. Attempts have been made to reduce or eliminate the amount of SiO 2 on the refractory side, which can be the main component of low melting with the above. However, although there is a certain effect by reducing SiO 2 and C, the Al 2 O 3 component added as the main aggregate reacts with MnO, FeO, B 2 O 3 , SiO 2 , CaO, etc. Since the melting point is reached, the actual situation is that a sufficient effect is not obtained.

このような状況に鑑み、Al骨材の一部又は全部を、前記スラグ成分と反応しにくい組成の骨材に置換した耐火物も提案されている。 In view of such a situation, a refractory material in which a part or all of the Al 2 O 3 aggregate is replaced with an aggregate having a composition that hardly reacts with the slag component has been proposed.

例えば、特許文献1には、主としてアルミナ及び黒鉛からなる配合物に、粒度が0.02〜1.0mm以下のマグネシアを3〜60質量%以下を配合したアルミナ−マグネシア−黒鉛系耐火物、又はこの耐火物中にスピネルを含有する耐火物が提案されている。   For example, Patent Document 1 discloses an alumina-magnesia-graphite refractory in which 3 to 60% by mass or less of magnesia having a particle size of 0.02 to 1.0 mm or less is blended with a blend mainly composed of alumina and graphite, or A refractory containing spinel in the refractory has been proposed.

特許文献2には、ノズル全体又は溶鋼と接するノズルの内孔部の全部若しくは一部が、鉱物相としてのスピネル又はスピネル及びペリクレースからなる耐火材料が提案されている。   Patent Document 2 proposes a refractory material in which the entire nozzle or all or a part of the inner hole of the nozzle in contact with molten steel is made of spinel or spinel and periclase as a mineral phase.

特許文献3には、ノズル全体又は溶鋼と接するノズルの内孔部の全部若しくは一部が、スピネル50〜95質量%、ペリクレース0〜20質量%、黒鉛5〜30質量%、不可避の不純物3質量%以下のスピネル−ペリクレース−黒鉛系の耐火物である浸漬ノズルが提案されている。   In Patent Document 3, the entire nozzle or the whole or part of the inner hole of the nozzle in contact with the molten steel is spinel 50 to 95% by mass, periclase 0 to 20% by mass, graphite 5 to 30% by mass, unavoidable impurities 3%. An immersion nozzle that is a refractory of less than% spinel-periclase-graphite has been proposed.

多くの場合、これらのマグネシア(ペリクレース)やスピネルは、アルミナよりFeO、MnO等のスラグ成分と低融物を生成し難いことから選択される。特に、上記の特許文献3では、スピネルやペリクレースによって、溶鋼と接触する面付近にMgOの緻密な皮膜が生成することで、耐溶損性、耐スポーリング性等を高めることができることが示されている。   In many cases, these magnesia (periclase) and spinel are selected because they are less likely to produce slag components such as FeO and MnO and low melt than alumina. In particular, the above-mentioned Patent Document 3 shows that spinel and periclase can improve the melt resistance, spalling resistance and the like by forming a dense film of MgO near the surface in contact with the molten steel. Yes.

ところが近年、特許文献4にあるように、ほうろう鋼においては、その特性の一つである爪とび性を改善するため、上記のスラグ成分に加えて、Nb、V、Cuなどが添加されるようになっている。特にNbやVは、耐火物の低融化を促進すると同時に、スラグの表面張力を低下させる作用が大きいために、MnO、FeO、B、SiO、CaOなどのスラグ成分と合わさると、浸食性及び浸透性の非常に強い組成のスラグ(例えば、Nb−FeO−MnO−Al−SiO−CaO系)が生成する。 However, in recent years, as disclosed in Patent Document 4, Nb, V, Cu, etc. are added to the enamel steel in addition to the above slag components in order to improve the nail skipping property, which is one of its characteristics. It has become. In particular, Nb 2 O 5 and V 2 O 5 promote the low melting of the refractory, and at the same time have a large effect of reducing the surface tension of the slag, so that MnO, FeO, B 2 O 3 , SiO 2 , CaO, etc. When combined with the slag component, a slag having a very strong composition of erosion and permeability (for example, Nb 2 O 5 —FeO—MnO—Al 2 O 3 —SiO 2 —CaO system) is generated.

このため、耐火物の損耗量が従来に増して大きくなり、上述したスピネルやマグネシア(ペリクレース)で単純にアルミナを置換しても、Nbを含む鋼種に対しては十分な耐用の向上が得られない場合があることを本発明者らは確認している。   For this reason, the amount of wear of refractories is larger than before, and even if alumina is simply replaced with the above-mentioned spinel or magnesia (periclase), sufficient durability improvement can be obtained for steel types containing Nb. The present inventors have confirmed that there may be no cases.

このような耐用不良の第一の理由は、連続鋳造用耐火物の高い気孔率にある。ロングノズル等の連続鋳造用ノズルの溶鋼に接触する耐火物は、耐スポーリング性(主として押し割れの防止)を向上させるために、内張材質として一般的にその見掛け気孔率が18%以上35%以下に設定され、本体のAl−C系材質と一体成形されて使用される場合が多い。また、下部ノズルや浸漬ノズルなどの他の連続鋳造用ノズルでもこのような使用傾向にある。このような内張材質の高気孔率な組織では、スピネル(Al・MgO)やペリクレース(MgO)の骨材を添加したとしても、浸食性、浸透性の強いニオブ酸(Nb)を含むスラグが気孔を介して容易に組織深部に浸透し、耐火物粒子の溶解を早める。 The first reason for such poor service life is the high porosity of refractories for continuous casting. Refractories that come into contact with the molten steel of a continuous casting nozzle such as a long nozzle generally have an apparent porosity of 18% or more as a lining material in order to improve spalling resistance (mainly to prevent cracking). % Or less, and it is often used by being integrally formed with the Al 2 O 3 -C material of the main body. In addition, other continuous casting nozzles such as a lower nozzle and an immersion nozzle tend to be used. In such a high-porosity structure of the lining material, niobic acid (Nb 2 O, which is highly erodable and permeable, even if spinel (Al 2 O 3 .MgO) or periclase (MgO) aggregates are added. 5 ) The slag containing 5 ) easily penetrates into the deep structure through the pores and accelerates the dissolution of the refractory particles.

第二の理由は、MgO、CaOなど高い膨張特性を持った成分系が使用しにくい、連続鋳造用耐火物の使用環境にある。特に、ロングノズルは他の耐火物部材と比較して、高い耐スポーリング性が要求される部材である。これは、ロングノズルが、予熱炉やバーナーによって予熱されて一般的に使用される浸漬ノズルとは異なり、予熱が十分でない状態、あるいは無予熱に近い状態で使用される場合も多く、更には、使用後に取り置きされて室温近くまで冷却した後、再度使用されることも少なくないからである。このような使用環境のロングノズルに内張材が適用された場合、その内張材とするスピネル(Al・MgO)やペリクレース(MgO)骨材を添加した耐火物層は、コランダム(Al)と比較して高熱膨張であるために、本体を押し割る可能性が高くなることに加え、フリーのアルミナとの併存下でのスピネル化に伴う体積膨張や、フリーのアルミナが無い場合でもMgO成分の耐火物内での移動に伴う緻密で高弾性な層の生成が原因となり、耐スポーリング性が損なわれやすく耐用向上が図れていない。 The second reason lies in the usage environment of refractories for continuous casting in which component systems having high expansion characteristics such as MgO and CaO are difficult to use. In particular, the long nozzle is a member that requires high spalling resistance as compared with other refractory members. This is because the long nozzle is used in a state in which preheating is not sufficient or close to no preheating, unlike an immersion nozzle that is generally preheated by a preheating furnace or a burner. This is because it is often left after use and cooled to near room temperature, and then used again. When a lining material is applied to a long nozzle in such a use environment, a refractory layer to which spinel (Al 2 O 3 .MgO) or periclase (MgO) aggregate as the lining material is added is corundum ( Since it has higher thermal expansion than Al 2 O 3 ), the possibility of breaking the main body is increased, and volume expansion associated with spinelization in combination with free alumina and free alumina Even in the absence, the formation of a dense and highly elastic layer accompanying the movement of the MgO component in the refractory causes the spalling resistance to be easily impaired, and the durability is not improved.

以上の理由から、単純なMgO系材質の適用は実用的ではない。そこで、連続鋳造用ノズルの使用環境を考慮し、構造及び材質設計で、耐スポーリング性と耐食性とを兼ね備えさせる提案が行われている。   For the above reasons, application of a simple MgO-based material is not practical. Therefore, in consideration of the usage environment of the nozzle for continuous casting, proposals have been made to combine spalling resistance and corrosion resistance in the structure and material design.

例えば、特許文献5には溶鋼と接触する部分に、アルミナ、スピネル、マグネシア、ムライト、ZrO含有クリンカー等の耐火性粒子に、炭素を10質量%以下、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類酸化物などを0.5質量%以上8質量%以下を添加することで、熱間で耐火物層に軟化特性を付与し、かつ残部の骨材粒度を調整した耐火物を本体材質と一体成形することで、溶鋼への炭素成分の溶出を抑制し、耐スポーリング性と耐食性に優れ、繰り返し使用時の折損トラブルの発生を低減可能としたロングノズルが提案されている。 For example, Patent Document 5 discloses that a part in contact with molten steel is refractory particles such as alumina, spinel, magnesia, mullite, ZrO 2 -containing clinker, carbon is 10% by mass or less, alkali metal oxide, alkaline earth oxide. By adding 0.5 mass% or more and 8 mass% or less, etc., the refractory layer is imparted with a softening property to the hot refractory layer and the remaining aggregate particle size is adjusted integrally with the main body material. Therefore, a long nozzle has been proposed that suppresses the dissolution of carbon components into molten steel, has excellent spalling resistance and corrosion resistance, and can reduce the occurrence of breakage troubles during repeated use.

しかし、この特許文献5のロングノズルによっても、構造体としての耐スポーリング性は確保できるものの、特に上述したNbなどが添加されたほうろう鋼に対しては、浸透性及び浸食性の非常に強い組成のスラグの影響により、耐火物の損傷が大きく耐用が十分でないことを本発明者らは確認した。   However, even with the long nozzle of Patent Document 5, the spalling resistance as a structure can be ensured. However, especially for the enameled steel to which Nb or the like described above is added, the permeability and the erodibility are very strong. The present inventors have confirmed that the refractory material is greatly damaged due to the influence of the slag of the composition and the durability is not sufficient.

このように、耐火物との低融化反応により浸食性の強いNb−FeO−MnO−Al−SiO−CaO系など複合酸化物の鋼中介在物を伴う溶鋼の連続鋳造においては、耐スポーリング性を備えた上で、優れた耐浸潤性・耐食性が得られる連続鋳造用耐火物及び連続鋳造用ノズルは、これまで提供されていない。特に、溶鋼中の酸素含有量が50ppm以上、Nbを10ppm以上含有する溶鋼(特にほうろう鋼)においては、ほとんど複数チャージ(溶鋼鍋の溶鋼量を1チャージとする)の鋳造ができない状況である。 Thus, continuous casting of molten steel with inclusions in steel of complex oxide such as Nb 2 O 5 —FeO—MnO—Al 2 O 3 —SiO 2 —CaO system having strong erosion property due to low melting reaction with refractory However, a refractory for continuous casting and a nozzle for continuous casting that have excellent spalling resistance and excellent infiltration resistance and corrosion resistance have not been provided so far. In particular, in a molten steel (especially enameled steel) containing 50 ppm or more of oxygen in the molten steel and 10 ppm or more of Nb, it is in a situation where a plurality of charges (the amount of molten steel in the molten steel pan is one charge) cannot be cast.

国際公開第99/38818号International Publication No. 99/38818 特開平10−305355号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-305355 特開平11−320047号公報JP-A-11-320047 国際公開第2007/55400号International Publication No. 2007/55400 特開2006−130555公報JP 2006-130555 A

本発明が解決しようとする課題は、Nb−FeO−MnO−Al−SiO−CaO系などの耐火物にとって浸食性の強い複合酸化物系の鋼中介在物(浸食性の強いスラグ成分)を含む溶鋼、特に、酸素含有量が50ppm以上、Nbを10ppm以上含有するほうろう鋼等の連続鋳造においても、前記スラグ成分等に対する高い耐浸潤性や耐食性を備えるとともに、耐スポーリング性(耐熱衝撃性と耐押し割れ性を含む。以下同じ。)をも備えた連続鋳造用耐火物及び連続鋳造用ノズルを提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is a complex oxide-based inclusion in steel (corrosion resistance) that is highly erosive for refractories such as Nb 2 O 5 —FeO—MnO—Al 2 O 3 —SiO 2 —CaO. Even in continuous casting of molten steel containing a strong slag component), particularly enameled steel containing oxygen of 50 ppm or more and Nb of 10 ppm or more, it has high infiltration resistance and corrosion resistance against the slag component etc. An object of the present invention is to provide a refractory for continuous casting and a nozzle for continuous casting which are also provided with poling properties (including thermal shock resistance and resistance to crushing cracks, the same shall apply hereinafter).

なお、「Nb−FeO−MnO−Al−SiO−CaO系などの複合酸化物介在物(浸食性の強いスラグ成分)を伴う溶鋼」としては、ほうろう鋼に代表される高酸素−高Mn含有鋼が挙げられる。 The “molten steel with complex oxide inclusions (strongly erosive slag component) such as Nb 2 O 5 —FeO—MnO—Al 2 O 3 —SiO 2 —CaO” is represented by enamel steel. High oxygen-high Mn content steel is mentioned.

本発明の連続鋳造用耐火物は、耐火物の構成物からフリーの炭素成分からなる構成物を除いた部分を100体積%としたときに、0.045mm以下の大きさの粒子が10体積%以上で50体積%以下、0.045mmより大きく0.21mm以下の大きさの粒子が40体積%以下(ゼロを含む)、0.21mmより大きい粒子が40体積%以上90体積%以下の粒度構成であり、耐火物中の0.045mm以下の大きさの粒子とフリーの炭素成分の合計を100質量%としたときに、フリーの炭素成分が3.0質量%以上35.0質量%以下、酸化物換算でのSiO成分及びCaO成分の合計が0.4質量%以上5.0質量%以下の化学組成であり、前記のフリーの炭素成分、SiO成分及びCaO成分を除いた、0.045mm以下の大きさの粒子の残部が、その粒子群全体の平均モル比(Al/MgO)が1.05以上2.35以下の鉱物組成となるコランダム(Al)及びスピネル(Al・MgO)からなる粒子群を含んで構成されており、0.045mm以下の大きさの粒子及びフリーの炭素成分を除く部分が、コランダム(Al)及びスピネル(Al・MgO)のうちのいずれか又は両方から構成されていることを特徴とする。 The continuous casting refractory according to the present invention has 10% by volume of particles having a size of 0.045 mm or less when the part excluding the component composed of a free carbon component from the refractory component is 100% by volume. Particle size composition of 50 volume% or less, particles larger than 0.045 mm and 0.21 mm or less in 40 volume% (including zero), particles larger than 0.21 mm in 40 volume% or more and 90 volume% or less When the total of particles having a size of 0.045 mm or less in the refractory and the free carbon component is 100% by mass, the free carbon component is 3.0% by mass or more and 35.0% by mass or less, The total of SiO 2 component and CaO component in terms of oxide is a chemical composition of 0.4% by mass or more and 5.0% by mass or less, excluding the free carbon component, SiO 2 component and CaO component, 0 .045mm or more The remainder of the size of the particles have an average molar ratio of total particles (Al 2 O 3 / MgO) corundum is mineral composition of 1.05 or more 2.35 or less (Al 2 O 3) and spinel (Al 2 O 3 .MgO) including a particle group, and a portion excluding particles having a size of 0.045 mm or less and a free carbon component is composed of corundum (Al 2 O 3 ) and spinel (Al 2 O 3 · MgO), or both.

また、本発明の連続鋳造用ノズルは、前記本発明の連続鋳造用耐火物が、ノズルの内孔面の一部又は全部の領域に配置された連続鋳造用ノズルであって、前記連続鋳造用耐火物の厚さが当該連続鋳造用耐火物の損傷速度に設定使用時間を乗じた値に2mmを加えた値以上であることを特徴とする。   The continuous casting nozzle of the present invention is a continuous casting nozzle in which the continuous casting refractory of the present invention is arranged in a part or all of the inner hole surface of the nozzle. The thickness of the refractory is not less than a value obtained by adding 2 mm to the value obtained by multiplying the damage rate of the continuous casting refractory by the set use time.

以下、本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

前記の課題の解決にあたっては、最も高い耐浸潤性や耐食性が要求される、溶鋼中の酸素が約50ppm以上で、Nbを約10ppm以上含有する溶鋼(特にほうろう鋼)を対象として検討した。このような溶鋼に関して前記の課題が解決できる耐火物であれば、このレベルより低い酸素、Nb等を含有する溶鋼に対しては、相対的に前記溶鋼に対する場合よりも、より高い耐浸潤性や耐食性が得られる。   In solving the above-mentioned problems, investigations were made on a molten steel (especially enameled steel) containing about 50 ppm or more of oxygen and about 10 ppm or more of Nb, which requires the highest infiltration resistance and corrosion resistance. If it is a refractory that can solve the above-mentioned problems with respect to such molten steel, it is relatively more resistant to infiltration against molten steel containing oxygen, Nb, etc. lower than this level, compared to the case with respect to the molten steel. Corrosion resistance is obtained.

本発明は、稼働面及びその内部に気孔を有する耐火物において、溶鋼と接触する側に、被膜状の緻密で薄いスピネル(二次スピネル)層を速やかに生成させることで、耐火物内部を保護し浸潤性や溶損を低減できるとの知見に基づくものである。すなわち、本発明は、二次スピネル層の速やかな形成による薄くて緻密な保護層を溶鋼と接する稼働面に形成させ、ほうろう鋼中などに懸濁しているNb−MnO−SiO−FeOなど含む浸透性の高いスラグ(介在物組成)に対しても顕著な耐食性改善効果を得られる点、しかも連続鋳造用ノズルとしての耐熱衝撃性を損なわずにこの効果を得ることができる点が、従来技術と大きく異なる。 The present invention protects the inside of a refractory by quickly forming a thin and thin spinel layer on the working surface and in the refractory having pores in the inside thereof on the side in contact with the molten steel. This is based on the knowledge that the infiltration property and the melting loss can be reduced. That is, in the present invention, a thin and dense protective layer is formed on the working surface in contact with the molten steel by the rapid formation of the secondary spinel layer, and Nb 2 O 5 —MnO—SiO 2 — suspended in enamel steel or the like. A remarkable improvement in corrosion resistance can be obtained even for highly permeable slag containing FeO or the like (inclusion composition), and this effect can be obtained without impairing the thermal shock resistance as a continuous casting nozzle. This is very different from the prior art.

本発明者らは、気孔を有する耐火物表面に速やかに二次スピネル層を生成させるために、耐火物を構成している0.045mm以下の粒度域での化学成分及び鉱物組成が特に重要であることを見いだした。以下、具体的に説明する。   In order to promptly generate a secondary spinel layer on the surface of the refractory having pores, the present inventors particularly important the chemical composition and mineral composition in the particle size range of 0.045 mm or less constituting the refractory. I found something. This will be specifically described below.

まず、ほうろう特性(耐泡・黒点性、密着性、耐つまとび性)を引き出すために、一般的には溶鋼中酸素濃度が50ppm以上で、合金元素としてMn、Si、Nb、V、B等が所定量添加される。そのため、これらの合金元素は溶鋼中ではその一部が酸化物として存在していると考えられ、特に耐火物の溶損に影響を与える(MnO)、(SiO)、(Nb)、(V)、(B)[( )はスラグの意味]などが、鋼中に存在する(FeO)と融合して低融化した複合酸化物(以下「鋼中低融点スラグ」ともいう。)として存在していると考えられる。なかでも(Nb)及び(V)はスラグ相の表面張力を下げ、低融化を促進する作用を有するため、これらの酸化物を含有するスラグ相は耐火物組織への浸透性、溶損性が強い組成となる。 First, in order to extract enamel characteristics (foam resistance / spot resistance, adhesion, and resistance to tearing), the oxygen concentration in molten steel is generally 50 ppm or more, and alloy elements such as Mn, Si, Nb, V, B, etc. Is added in a predetermined amount. Therefore, it is considered that some of these alloy elements are present as oxides in the molten steel, and in particular, (MnO), (SiO 2 ), (Nb 2 O 5 ) that affect the refractory melting loss. , (V 2 O 5 ), (B 2 O 3 ) [() means slag] or the like is fused with (FeO) present in the steel to lower the melting oxide (hereinafter referred to as “low melting point in steel”). It is also called “slag”). Among these, (Nb 2 O 5 ) and (V 2 O 5 ) have the action of lowering the surface tension of the slag phase and promoting low melting, so that the slag phase containing these oxides penetrates into the refractory structure. The composition has strong properties and meltability.

上記の複合酸化物は、低融点の非金属介在物として溶鋼中に懸濁していると考えられ、それらがまず、溶鋼流と共に耐火物表面と接触することになる。一方、耐火物中に存在する炭素は溶鋼との接触により速やかに溶鋼中へ溶解するために、表面層では酸化物相が露出することになる。その結果、粒度の異なる酸化物粒子が、溶鋼中に懸濁した低融点スラグ微粒子と接触することになる。この鋼中低融点スラグと、耐火物表面は同じ酸化物同士であるため、濡れ性が非常に良好であり、耐火物表面や耐火物の気孔との接触を介して、AlやMgOを含む骨材を溶解させながら組織へ浸透し、耐火物の浸食が進むことになる。結果として、鋼中低融点スラグの組成は、Al、MgO成分を吸収する形で順次変化することになる。 The above complex oxides are thought to be suspended in the molten steel as low melting non-metallic inclusions, which first come into contact with the refractory surface together with the molten steel flow. On the other hand, the carbon present in the refractory dissolves quickly into the molten steel by contact with the molten steel, so that the oxide phase is exposed in the surface layer. As a result, oxide particles having different particle sizes come into contact with the low melting point slag fine particles suspended in the molten steel. Since the low melting point slag in steel and the refractory surface are the same oxides, the wettability is very good, and Al 2 O 3 and MgO are brought into contact with the refractory surface and the pores of the refractory. It penetrates into the tissue while dissolving the aggregate containing refractory, and the erosion of the refractory proceeds. As a result, the composition of the low-melting-point slag in steel changes sequentially in such a way as to absorb Al 2 O 3 and MgO components.

本発明者らは、粒子サイズが微細なほど、スラグ中に素早く粒子が溶解する特徴に着目し、微粒域での化学成分、鉱物組成等を変化させ二次スピネル相の生成を早める検討を行った。ここで、二次スピネル相とは、耐火物原料配合時には添加していないスピネル粒子であり、スラグ中のAl、MgO成分を原料として、スラグ中から新たに結晶化したAl、MgO系のスピネル結晶として成長した相をいう。

検討の結果、二次スピネル相を速やかに生成させるためには、鋳造に供する前の耐火物組織が、次の3つの要件を満たすことが必要であることが判明した。
The inventors of the present invention focused on the feature that particles are dissolved more rapidly in the slag as the particle size is finer, and studied to accelerate the formation of the secondary spinel phase by changing the chemical composition, mineral composition, etc. in the fine particle region. It was. Here, the secondary spinel phase, a spinel particles without added during refractory material formulation, the Al 2 O 3, MgO component in the slag as the raw material, Al 2 O 3 freshly crystallized from slag , Refers to a phase grown as an MgO-based spinel crystal.

As a result of the examination, it was found that the refractory structure before being subjected to casting must satisfy the following three requirements in order to quickly generate the secondary spinel phase.

(要件1)耐火物中の0.045mm以下の大きさの粒子とフリーの炭素成分の合計を100質量%としたときに、酸化物換算でのSiO及びCaOの成分を合計で0.4質量%以上5.0質量%以下含有していること。 (Requirement 1) When the total of particles having a size of 0.045 mm or less and a free carbon component in the refractory is 100% by mass, the components of SiO 2 and CaO in terms of oxide are 0.4 in total. It should be contained in the range of mass% to 5.0 mass%.

(要件2)耐火物中の0.045mm以下の大きさの粒子とフリーの炭素成分の合計を100質量%としたときに、フリーの炭素成分を3.0質量%以上35.0質量%以下含有していること。 (Requirement 2) When the total of particles having a size of 0.045 mm or less and a free carbon component in the refractory is 100% by mass, the free carbon component is 3.0% by mass or more and 35.0% by mass or less. Contain.

(要件3)前記のフリーの炭素成分、SiO成分及びCaO成分を除いた、0.045mm以下の大きさの粒子の残部が、その粒子群全体の平均モル比(Al/MgO)が1.05以上2.35以下の鉱物組成となるコランダム(Al)及びスピネル(Al・MgO)からなる粒子群を含んで構成されていること。 (Requirement 3) The remainder of particles having a size of 0.045 mm or less excluding the free carbon component, SiO 2 component and CaO component is the average molar ratio of the entire particle group (Al 2 O 3 / MgO) Is composed of particles composed of corundum (Al 2 O 3 ) and spinel (Al 2 O 3 .MgO) having a mineral composition of 1.05 to 2.35.

耐火物が上記の要件1〜3条件を満たすことにより、連続鋳造中(溶鋼が通過する間)に、当該耐火物との溶鋼との接触界面で、速やかに二次スピネル層を形成することが可能となる。   When the refractory satisfies the above requirements 1 to 3, the secondary spinel layer can be quickly formed at the contact interface between the refractory and the molten steel during continuous casting (while the molten steel passes). It becomes possible.

以下、各要件について詳細を説明する。   Details of each requirement will be described below.

本発明者らは、二次スピネルを速やかに生成させる条件として、耐火物中の特に0.045mm以下の粒度域の化学成分、鉱物組成等が重要であることを知見した。この耐火物中の0.045mm以下の粒度域の化学成分、鉱物組成等が重要な理由は、この粒度域が主に粗い粒子間をつなぐマトリックス部に相当する粒度であること、更に、反応性の高い微粉マトリックス部で液相組織を形成させることにより、0.045mmを超える大きさの粒子間をつなぐ二次スピネル相を稼働面のスラグ相中に晶出させることで、稼働面にのみに薄い二次スピネルによる緻密層が速やかに形成できるからである。   The present inventors have found that chemical components, mineral compositions, etc. in the particle size range of 0.045 mm or less in the refractory are important as conditions for promptly generating secondary spinel. The reason why the chemical composition, mineral composition, etc. in the particle size range of 0.045 mm or less in this refractory material is important is that this particle size range is the particle size corresponding to the matrix part mainly connecting the coarse particles, and further the reactivity By forming a liquid phase structure in the high-fine powder matrix part, the secondary spinel phase that connects the particles with a size exceeding 0.045 mm is crystallized in the slag phase of the working surface, so that only on the working surface This is because a dense layer of thin secondary spinel can be formed quickly.

連続鋳造中に液相組織を生成させるために、フリーの炭素成分を除く0.045mm以下である微粒等部分(すなわち、フリーの炭素成分以外の当該耐火物の構成物全体から0.045mmを超える大きさの粒子(以下「粗粒及び中粒部分」ともいう。)を除いた残部。)及びフリーの炭素成分(0.045mm以下に限らない)の総量を100質量%としたときに、予め酸化物換算でのSiO及びCaOの成分を合計で0.4質量%以上5.0質量%以下をこの粒度域に存在させる(要件1)。これは、稼働面(溶鋼接触面)への二次スピネル層の生成促進、及び耐火物としての耐スポーリング性の改善を目的とする。 In order to generate a liquid phase structure during continuous casting, the portion of fine particles or the like that is 0.045 mm or less excluding the free carbon component (that is, more than 0.045 mm from the entire refractory component other than the free carbon component) When the total amount of sized particles (hereinafter also referred to as “coarse and medium grain portions”) and free carbon components (not limited to 0.045 mm or less) is 100% by mass, A total of 0.4 mass% or more and 5.0 mass% or less of the components of SiO 2 and CaO in terms of oxide are present in this particle size range (requirement 1). This aims at promoting the formation of a secondary spinel layer on the working surface (molten steel contact surface) and improving the spalling resistance as a refractory.

SiOはスピネル相中の反応性の低いMgO成分を、フリーのMgO成分として一旦スラグ中へ溶解し反応性を高め、後述するMg(g)として耐火物組織中での移動を容易にする機能を果たす。SiOは酸化物の形でもSiC、Siなどの非酸化物の形での添加も可能である。 SiO 2 has a function of dissolving a low-reactivity MgO component in the spinel phase as a free MgO component once in slag to enhance the reactivity and facilitating movement in a refractory structure as Mg (g) described later. Fulfill. SiO 2 can be added in the form of an oxide or in the form of a non-oxide such as SiC or Si 3 N 4 .

CaOは、コランダムやスピネル粒子の成分、特にAl成分と優先的に反応して少量の液相を生成させる機能を果たす。このCaOにより生成した液相も、MgO成分の移動を容易にする。 CaO fulfills the function of preferentially reacting with the components of corundum and spinel particles, particularly the Al 2 O 3 component, to generate a small amount of liquid phase. The liquid phase produced by this CaO also facilitates the movement of the MgO component.

また、これらのSiOやCaOを0.045mm以下の微粒等部分の組織中に分散させた状態で存在させることにより、組織中に僅かな(薄い)Al−MgO−SiO−CaO系など液相を生成することができ、後述する耐火物粒度構成による発生応力値の低減に加えて、拘束された耐火物配置環境において、自身の熱膨張、弾性率による発生応力値を低減し、耐火物本体の内孔材質による押し割れの危険性を低減する効果が得られる。 Further, by allowing these SiO 2 and CaO to be dispersed in the structure of a part such as fine particles of 0.045 mm or less, a slight (thin) Al 2 O 3 —MgO—SiO 2 —CaO is present in the structure. In addition to reducing the generated stress value due to the refractory particle size configuration described later, the generated stress value due to its own thermal expansion and elastic modulus can be reduced in a constrained refractory placement environment. The effect of reducing the risk of pushing cracks due to the inner hole material of the refractory body can be obtained.

連続鋳造中に、0.045mm以下である微粒等部分中の微粉粒子のコランダムやスピネル中に含まれるAl成分やMgO成分の一部の一定量が、(SiO−CaO)系液相組織中に溶解し、前記微粉粒子成分を含んだ液相を形成することになる。これにより、特に熱力学的に安定相であるスピネル粒子中のAl成分やMgO成分を一旦、(SiO−CaO−Al−MgO)系のスラグ相とすることで、後述するメカニズムにより組織中でのMgO成分移動を容易にすることが可能となる。 During continuous casting, a certain amount of Al 2 O 3 component or MgO component contained in corundum or spinel of fine powder particles in a portion such as fine particles of 0.045 mm or less is a (SiO 2 —CaO) -based liquid It dissolves in the phase structure and forms a liquid phase containing the fine particle component. Thereby, the Al 2 O 3 component and the MgO component in the spinel particles, which are particularly thermodynamically stable phases, are once converted into a (SiO 2 —CaO—Al 2 O 3 —MgO) -based slag phase. This mechanism facilitates the movement of the MgO component in the tissue.

一方、溶鋼と接する稼働面部分では、鋼中のNb−MnO−SiO−FeOなどの複合酸化物系スラグ(介在物)と接触し順次反応することで、その稼働面、特に0.045mm以下の耐火物を構成する粒子のAlやMgO成分が、更に前記の液相組織に溶解し、反応性の高い前記微粒等部分での液相量が増える。 On the other hand, in the working surface portion in contact with the molten steel, the working surface, particularly 0, can be obtained by contacting and sequentially reacting with complex oxide slag (inclusions) such as Nb 2 O 5 —MnO—SiO 2 —FeO in the steel. The Al 2 O 3 and MgO components of the particles constituting the refractory having a thickness of 0.045 mm or less are further dissolved in the liquid phase structure, and the amount of liquid phase in the highly reactive portion such as the fine particles is increased.

この際、SiO、CaOの合量が5質量%より多いと、耐火物組織の耐火度が低下し耐食性が低下するため好ましくなく、また、0.4質量%未満の場合は、初期に生成する液相量が少なくなるため、二次スピネル相による緻密層が速やかに生成できなくなる問題がある。 At this time, if the total amount of SiO 2 and CaO is more than 5% by mass, the fire resistance of the refractory structure is lowered and the corrosion resistance is lowered, and it is not preferable. Since the amount of liquid phase to be reduced is reduced, there is a problem that a dense layer due to the secondary spinel phase cannot be generated quickly.

このように、予め耐火物の微粉領域に液相化成分を存在させること、及び溶鋼中に存在するNb−MnO−SiO−FeOなどの複合酸化物系スラグ(介在物)と接触して反応する過程を経ることにより、耐火物内部では、コランダムやスピネル中からAl成分やMgO成分が溶解したSiO−CaO系液相組織が順次生成する。これにより、熱力学的に安定なスピネル中のMgO成分の耐火物内部での移動が容易となる。また、稼働面では特に微粒等部分のAlやMgO成分のスラグ中への溶解が進行し、AlやMgOの成分含有率の高いスラグ相が稼働面近傍で多く生成すると考えられる。 In this way, the liquid phase component is preliminarily present in the fine powder region of the refractory, and contact with the complex oxide slag (inclusions) such as Nb 2 O 5 —MnO—SiO 2 —FeO existing in the molten steel. Through the process of reacting, an SiO 2 —CaO-based liquid phase structure in which an Al 2 O 3 component and an MgO component are dissolved from corundum and spinel is sequentially generated inside the refractory. This facilitates the movement of the MgO component in the thermodynamically stable spinel inside the refractory. In addition, on the operating surface, particularly dissolution of Al 2 O 3 and MgO components in the slag proceeds in a portion such as fine particles, and it is considered that a large amount of slag phase having a high Al 2 O 3 or MgO component content is generated in the vicinity of the operating surface. It is done.

ここで、0.045mm以下の粒度域の化学成分としてのコランダム及びスピネルの平均モル比(Al/MgO)は、1.05以上2.35以下とアルミナリッチな組成である必要がある。 Here, the average molar ratio (Al 2 O 3 / MgO) of corundum and spinel as chemical components in a particle size range of 0.045 mm or less needs to be an alumina-rich composition of 1.05 to 2.35. .

その第一の理由は、0.045mm以下のスピネル粒子中のAl成分がCaO成分と選択的に反応してその粒子の分解を容易にし、スピネル粒子周辺での液相生成を促進するためである。その第二の理由は、稼働面でのスラグ中の平均モル比(Al/MgO)をアルミナリッチな組成に予め調整することで、耐火物組織内部より気孔を通じて移動してくるMgO成分の移動が促進されて稼働面のスラグ相に吸収されることが促進され、稼働面付近のスラグ中の(MgO)の濃度を上げるためである(後述参照)。スピネル相は熱力学的に安定相であるために、(MgO)成分のスラグ相への継続的な供給により、新たに高融点で緻密な二次スピネル相の生成(晶出)がスラグ中より起こることになる。稼働面に生成する二次スピネル相の組成は、(MgO)の供給量に応じて大きく変化し、耐火物内部よりMgO成分が十分供給される場合は、MgOリッチな二次スピネル相が稼働面付近の耐火物のマトリックス部に生成し、その耐火物の耐食性を高めると考えられる。 The first reason is that the Al 2 O 3 component in spinel particles of 0.045 mm or less selectively reacts with the CaO component to facilitate the decomposition of the particles, and promotes liquid phase generation around the spinel particles. Because. The second reason is that the average molar ratio (Al 2 O 3 / MgO) in the slag on the operation surface is adjusted in advance to an alumina-rich composition, so that the MgO component that moves from the inside of the refractory structure through the pores This is for the purpose of increasing the concentration of (MgO) in the slag near the working surface (see below). Since the spinel phase is a thermodynamically stable phase, the continuous supply of the (MgO) component to the slag phase causes the formation of a new high-melting-point and dense secondary spinel phase (crystallization) from the slag. Will happen. The composition of the secondary spinel phase generated on the operating surface changes greatly depending on the supply amount of (MgO), and when the MgO component is sufficiently supplied from the inside of the refractory, the secondary spinel phase rich in MgO is operating. Produced in the matrix part of the nearby refractory, it is considered to increase the corrosion resistance of the refractory.

このとき、最初に設定する0.045mm以下の化学成分(Al/MgO)の平均モル比が1.05より小さいと二次スピネル相の生成が十分でなく、2.35よりも大きいと二次スピネルは生成するものの低融化成分が残存し溶損傾向となる。 At this time, if the average molar ratio of the chemical component (Al 2 O 3 / MgO) initially set to 0.045 mm or less is smaller than 1.05, the formation of the secondary spinel phase is not sufficient, and is larger than 2.35. Although secondary spinel is generated, the low melting component remains and tends to cause erosion.

なお、上記の平均モル比を算出するための0.045mm以下の化学成分Al、MgOは、金属Alが存在している場合は、これを酸化物に換算して加算することができる。この理由は、金属Alが存在していても、鋳造中には酸化してコランダムとしてのアルミナになるからである。 In addition, in the case where metal Al is present, the chemical components Al 2 O 3 and MgO of 0.045 mm or less for calculating the above average molar ratio can be converted into oxides and added. . This is because even if metal Al is present, it is oxidized during casting to alumina as corundum.

また、0.045mm以下の使用可能な酸化物粒子としては鉱物としてのコランダム及びスピネルを含む粒子である。   Further, usable oxide particles of 0.045 mm or less are particles containing corundum and spinel as minerals.

このコランダムは単一組成の粒子でもよく、スピネル粒子中にスピネルと混在して一体的粒子構造をなして存在している場合でもよい。コランダムはスラグ化成分として添加しているSiOやCaOとのスラグ相を形成しやすく、マトリックス部の緻密化に貢献するため好ましい。 The corundum may be a single-composition particle or may be present in a spinel particle mixed with spinel to form an integral particle structure. Corundum is preferable because it easily forms a slag phase with SiO 2 or CaO added as a slag component and contributes to densification of the matrix portion.

スピネル粒子の使用は、主に次の三点から好ましい。第一点は、MgOより熱膨張率が低く、耐スポーリング性を維持・改善できる点にある。第二点は、スピネル粒子は熱力学的に安定であり、スラグ相への低粘性化の影響が小さい点に加え、溶解したMgO成分の一部が炭素との反応性を増すことで、MgO成分の稼働面側への移動を容易にする点にある。第三点は、スラグ中のFeOの吸収能が優れており、スラグ相の浸透を促進しない点にある。   The use of spinel particles is mainly preferred from the following three points. The first point is that the coefficient of thermal expansion is lower than that of MgO, and the spalling resistance can be maintained and improved. The second point is that the spinel particles are thermodynamically stable, and the influence of low viscosity on the slag phase is small. In addition, a part of the dissolved MgO component increases the reactivity with carbon. It is in the point which makes easy the movement to the working surface side of a component. The third point is that the absorption capacity of FeO in the slag is excellent and the penetration of the slag phase is not promoted.

一方、予め0.045mm以下の粒度域にMgO(ペリクレース)微粉末を添加する方法も考えられる。一般的にMgO成分は鋼中に存在するスラグ化成分との接触でも低融点化合物を作り難く、耐食性の面では好ましいとされる。ところが、開気孔を有する耐火物では、この開気孔を介してスラグ相が組織中への浸透し、徐々にMgO成分がMgイオンとして気孔に浸透するスラグ中への溶解が進み、スラグの低粘性化をもたらす。その結果、MgOを含有した耐火物では、Al系耐火物に比べてスラグの浸透が深くなる。特に、スラグ中のFeO成分がFeイオンの形で多く存在する場合は、粒子間をつなぐ炭素質ボンドが消失する(C+(FeO)→CO(g)+Fe)。この結果、骨材粒子の脱落による損傷が進行しやすくなり耐用改善が望めなくなる。一方、熱力学的に安定なスピネル相はMgO粒子に比べてスラグの低粘化効果が小さい。更に、MgO自体の熱膨張率がアルミナ、スピネルと比較して大きく、ロングノズルの使用環境を考慮すると耐スポーリング性の面で不利であること等により、MgO(ペリクレース)の使用は好ましくない On the other hand, a method of adding MgO (periclase) fine powder to a particle size range of 0.045 mm or less in advance is also conceivable. In general, the MgO component is difficult to form a low-melting-point compound even in contact with a slagging component present in steel, and is preferable in terms of corrosion resistance. However, in the refractory having open pores, the slag phase penetrates into the structure through the open pores, and the dissolution into the slag in which the MgO component penetrates into the pores as Mg ions gradually proceeds. Bring about As a result, the refractory containing MgO has a deeper penetration of slag than the Al 2 O 3 refractory. In particular, when a large amount of FeO component in the slag is present in the form of Fe ions, carbonaceous bonds that connect the particles disappear (C + (FeO) → CO (g) + Fe). As a result, damage due to dropping off of the aggregate particles tends to proceed, and improvement in durability cannot be expected. On the other hand, a thermodynamically stable spinel phase has a smaller slag viscosity reducing effect than MgO particles. Furthermore, the use of MgO (periclase) is unfavorable because MgO itself has a larger coefficient of thermal expansion than alumina and spinel, and is disadvantageous in terms of spalling resistance when considering the usage environment of long nozzles.

また、0.045mm以下の大きさの粒子及びフリーの炭素成分を除く部分(粗粒及び中粒部分)には、コランダム(Al)、スピネル(Al・MgO)のうちのいずれか1種又は両方を使用する。この粗粒及び中粒部分では骨材の溶解速度が遅いので、スピネル粒子あるいはコランダムのどちらでも、スラグ等に対する耐食性が本発明の耐火物の耐用性を決定付ける程度に損なうことはない。また、これらは耐スポーリング性の維持・改善にも有効である。 Moreover, in the part (coarse grain and middle grain part) excluding particles having a size of 0.045 mm or less and free carbon components, of corundum (Al 2 O 3 ) and spinel (Al 2 O 3 .MgO) Either one or both are used. Since the aggregate dissolution rate is slow at the coarse and medium grain portions, the corrosion resistance against slag or the like is not impaired to the extent that the durability of the refractory of the present invention is determined by either spinel particles or corundum. They are also effective in maintaining and improving spalling resistance.

二次スピネル生成メカニズムについて、反応式によりさらに詳しく説明する。   The secondary spinel formation mechanism will be described in more detail by the reaction formula.

マトリックス部に存在するスピネル中、あるいはスラグ相に溶解したMgO成分と、共存させているSiO成分は、炭素との共存下、後記(式1)、(式2)に示す反応を生じる。耐火物が溶鋼と接触している面(稼働面)では、溶鋼が流動していることから負圧域が形成されるので、この(式1)、(式2)の反応により生成したガス成分は、耐火物組織中の気孔を通じて、稼働面側に移動する。更に、(式1)、(式2)で生成したSiO(g)とMg(g)のガス成分は、移動途中や稼動面近傍にてMgO(s)とSi(l)を生成する(式3)。稼働面近傍で生成したMgO(s)は、耐火物稼動面で微粉末を溶解した複合酸化物スラグ(例えば鋼介在物スラグNb−MnO−SiO−FeOと微粉骨材成分との混合物)相に吸収され、そのスラグのMgO濃度を上げることになる(式4)。また、生成したSi(l)は溶鋼中に溶解する。稼動面スラグ中でのMgOの活量が1を超えると、スラグ中でMgOが固相の形で晶出することになる。このときスラグ中でMgOが単体(ペリクレース)として生成するより、スラグ中に豊富に存在するアルミナ成分と結合し、熱力学的に更に安定な化合物であるスピネルAl・MgO(二次スピネル相)を生成すると考えられる。したがって、二次スピネル相はマトリックス部に存在するスラグ中から生成、成長することになる(式5)。
MgO(s)+C → Mg(g)+CO(g) … (式1)
SiO(s)+C → SiO(g)+CO(g) … (式2)
Mg(g)+SiO(g) → MgO(s)+Si(l) … (式3)
MgO(s) → (MgO) … (式4)
(MgO)+(Al) → Al・MgO(S) … (式5)
The SiO 2 component coexisting with the MgO component dissolved in the spinel or in the slag phase in the matrix part causes the reactions shown in the following (formula 1) and (formula 2) in the presence of carbon. On the surface (working surface) where the refractory is in contact with the molten steel, since the molten steel is flowing, a negative pressure region is formed, so the gas components generated by the reactions of (Equation 1) and (Equation 2) Moves to the working surface through the pores in the refractory structure. Furthermore, the gas components of SiO (g) and Mg (g) generated in (Expression 1) and (Expression 2) generate MgO (s) and Si (l) in the middle of movement or in the vicinity of the working surface (Expression 3). MgO (s) produced in the vicinity of the working surface is a composite oxide slag (for example, steel inclusion slag Nb 2 O 5 —MnO—SiO 2 —FeO and fine powder aggregate component) in which fine powder is dissolved on the refractory working surface. The mixture) is absorbed by the phase and increases the MgO concentration of the slag (Equation 4). Further, the produced Si (l) is dissolved in the molten steel. If the activity of MgO in the working surface slag exceeds 1, MgO will crystallize in the solid phase in the slag. At this time, spinel Al 2 O 3 .MgO (secondary spinel), which is a thermodynamically more stable compound that binds to the alumina component abundantly present in the slag, rather than MgO being produced as a simple substance (periclase) in the slag. Phase). Therefore, the secondary spinel phase is generated and grown from the slag present in the matrix portion (Formula 5).
MgO (s) + C → Mg (g) + CO (g) (Formula 1)
SiO 2 (s) + C → SiO (g) + CO (g) (Formula 2)
Mg (g) + SiO (g) → MgO (s) + Si (l) (Formula 3)
MgO (s) → (MgO) (Formula 4)
(MgO) + (Al 2 O 3 ) → Al 2 O 3 .MgO (S) (Formula 5)

以上の過程を経ることにより、稼働面側に、耐火物を構成する粒子間をつなぐマトリックス部を中心に、スラグ相と接触する耐火物を構成する粒子あるいはスラグ相中で核生成、成長した二次スピネル相が生成し緻密な層が形成される。また、マクロ的には、組織中にMgO成分の偏在を招くことになる。すなわち、稼働面側の二次スピネル相生成側にMgO成分が多い領域が形成され、その下部には相対的にAlが多くMgOが少ない層が生成する。つまり表層部がMgO質に富んだ組織になる。 Through the above process, the nucleation and growth in the slag phase or particles constituting the refractory in contact with the slag phase centering on the matrix part connecting the particles constituting the refractory on the active surface side. The next spinel phase is generated and a dense layer is formed. In addition, macroscopically, the MgO component is unevenly distributed in the structure. That is, a region having a large MgO component is formed on the secondary spinel phase generation side on the working surface side, and a layer having a relatively large amount of Al 2 O 3 and a small amount of MgO is formed below the region. In other words, the surface layer becomes a structure rich in MgO.

ここで、上記反応における炭素量としては、0.045mm以下の大きさの粒子と耐火物中のフリーの炭素成分の全量との合計を100質量%としたときに、フリーの炭素成分が3.0質量%以上35.0質量%以下である必要があり、好ましくは5質量%以上15質量%以下である。なお、フリーの炭素成分とは、SiC等の他の成分と結合した化合物ではなく、主として粒子等の耐火物構成物間を繋ぐ連続的組織の炭素と粒子状の炭素質粉末(黒鉛、カーボンブラック等)を意味する。   Here, as the amount of carbon in the above reaction, when the total of particles having a size of 0.045 mm or less and the total amount of free carbon components in the refractory is 100% by mass, the free carbon components are 3. It is necessary to be 0 to 35.0% by mass, preferably 5 to 15% by mass. The free carbon component is not a compound bonded to other components such as SiC, but is mainly composed of carbon and particulate carbonaceous powder (graphite, carbon black) that connect refractory components such as particles. Etc.).

フリーの炭素成分は、上記の(式1)及び(式2)の反応を促進するための必須成分であるとともに、スラグなどの浸透を防止し、耐スポーリング性を改善する作用がある。   The free carbon component is an essential component for accelerating the reactions of the above (formula 1) and (formula 2), and has the effect of preventing the penetration of slag and the like and improving the spalling resistance.

フリーの炭素成分としては、混練時に成形性、強度付与を目的に添加するフェノール樹脂、フラン樹脂、ポリアクリルニトリル樹脂、ピッチ、タールなど固定炭素の高い樹脂(以下、「ボンド炭素」ともいう。)が使用できる。このボンド炭素に加え、結晶をもつ黒鉛、無煙炭などの炭素粉末あるいは結晶性をもたない炭素粉末、それらの混合組織をもつ炭素粉末のいずれか1種以上を併用することもできる。耐食性や耐摩耗性等の向上のため、ボンド炭素だけでも構わない。これらは、耐火物組織内を安定的かつ強度に還元雰囲気にするために、0.045mm以下の粉末で使用することが好ましいが、耐スポーリング性向上に寄与する等の特性の発現をより高めるためには、0.045mm超1mm以下のサイズでの使用も可能である。   As a free carbon component, a resin having a high fixed carbon such as phenol resin, furan resin, polyacrylonitrile resin, pitch, and tar added for the purpose of imparting moldability and strength during kneading (hereinafter also referred to as “bond carbon”). Can be used. In addition to the bond carbon, any one or more of carbon powder such as graphite having graphite and anthracite, carbon powder having no crystallinity, and carbon powder having a mixed structure thereof may be used in combination. Bond carbon alone may be used to improve corrosion resistance and wear resistance. These are preferably used in a powder of 0.045 mm or less in order to make the refractory structure stable and strong in a reducing atmosphere, but further enhance the expression of properties such as contributing to improved spalling resistance. Therefore, it is also possible to use a size of more than 0.045 mm and 1 mm or less.

フリーの炭素成分が3.0質量%より少ないと上記(式1)及び(式2)の反応進行ないし稼働面側のスラグ層へのMgO成分の供給が遅れて、稼働面での緻密層の形成が困難となる。また、35.0質量%より多いと、上記(式1)及び(式2)の反応の進行の面では好ましいものの、溶鋼との接触により容易に溶解消失するため、稼働面はポアーの多い耐火物組織となり、溶鋼側からの複合酸化物による接触面積ないしは組織内部への浸透が増えるために溶損速度が増大し、耐食性の低下を招来する危険性が高まる。   When the free carbon component is less than 3.0% by mass, the reaction progress of the above (formula 1) and (formula 2) or the supply of the MgO component to the slag layer on the working surface side is delayed, and the dense layer on the working surface Formation becomes difficult. Further, if it is more than 35.0% by mass, it is preferable in terms of the progress of the reactions of the above (formula 1) and (formula 2), but since it easily dissolves and disappears by contact with molten steel, the working surface is fireproof with many pores. The structure becomes a physical structure, and the contact area by the complex oxide from the molten steel side or the penetration into the inside of the structure increases, so that the erosion rate increases and the risk of reducing the corrosion resistance increases.

以上のようなメカニズムで生成した緻密な層の存在により浸透性、浸食性の強い溶鋼側からの複合酸化物(スラグ)の浸入を抑制し、耐火物組織を保護することが可能となる。   Due to the presence of the dense layer generated by the mechanism as described above, it is possible to suppress the intrusion of the complex oxide (slag) from the molten steel side having a strong permeability and erodibility and to protect the refractory structure.

ところで、連続鋳造用ノズルは耐スポーリング性の観点から、その本体材質には一般的に耐スポーリング性に優れた低膨張なAl−SiO−C系あるいはAl−C系材質(以下、これらを「AG系材質」ともいう。)が適用される。本発明の材質は、耐食性向上の観点から溶鋼との接触部、例えば内孔面の一部又は全部の領域に配置される場合が多く、多くはAG系材質と一体成形して使用される。この場合、本体材質と内孔面に配置された材質(以下「内張材質」ともいう。)の物性差により、内張材質が本体材質を押し割る等の機械的な損傷を生じる危険性が高まることがある。 By the way, from the viewpoint of spalling resistance, the continuous casting nozzle is generally made of a low expansion Al 2 O 3 —SiO 2 —C system or Al 2 O 3 —C having excellent spalling resistance. System materials (hereinafter, these are also referred to as “AG materials”) are applied. In many cases, the material of the present invention is disposed in a contact portion with molten steel, for example, a part of or the entire region of the inner hole surface from the viewpoint of improving corrosion resistance. In this case, there is a risk of mechanical damage such as the lining material cracking the main body material due to the difference in physical properties between the main body material and the material arranged on the inner hole surface (hereinafter also referred to as “lining material”). May increase.

この機械的な損傷に関しては、鋳造温度域までの内張材質の発生応力値を低減することで、その発生の危険性を低減ないしはなくすることが可能と考えられる。本発明者らは、この発生応力値を低減することに主眼をおき鋭意検討を加えた。   With regard to this mechanical damage, it is considered that the risk of the occurrence can be reduced or reduced by reducing the generated stress value of the lining material up to the casting temperature range. The inventors focused on reducing this generated stress value and made intensive studies.

前述した耐食性を向上させる三つの要件、及び本発明の耐火物組織中の液相による応力緩和効果に加えて、下記「要件4」を加えることにより、耐食性に優れ、なおかつ耐スポーリング性に優れた連続鋳造用ノズルの実現が可能となる。   In addition to the above three requirements for improving the corrosion resistance and the stress relaxation effect due to the liquid phase in the refractory structure of the present invention, by adding the following “Requirement 4”, the corrosion resistance is excellent and the spalling resistance is also excellent. It is possible to realize a continuous casting nozzle.

(要件4)耐火物の構成物からフリーの炭素成分からなる構成物を除いた部分を100体積%としたときに、0.045mm以下の大きさの粒子が10体積%以上で50体積%以下、0.045mmより大きく0.21mm以下の大きさの粒子が40体積%以下(ゼロを含む)、0.21mmより大きい粒子が40体積%以上90体積%以下の粒度構成とすること。(これを図に示すと、図1の範囲となる。) (Requirement 4) When a part excluding a constituent composed of a free carbon component from a constituent of a refractory is defined as 100% by volume, particles having a size of 0.045 mm or less are 10% by volume to 50% by volume. Particles having a size larger than 0.045 mm and 0.21 mm or less are 40 volume% or less (including zero), and particles larger than 0.21 mm are 40 volume% or more and 90 volume% or less. (This is shown in the figure and is in the range of FIG. 1.)

上記のように、0.21mmより大きい粒子(粗粒)を最も多くし、0.045mm以下の粒子(微粒)を次に多くし(粗粒と同じ割合の場合を含む)、0.045mmより大きく0.21mm以下の粒子(中粒)を最も少なくすること、いわゆるギャップ粒度構成にすることで、耐火物組織中の空隙率を高めることが可能となる。このことが、組織中での粒子の動き(すなわち、粒子及び空隙の再配列。これを組織面に着目すると局部的な「座屈」と表現することも可能。)を容易にし、熱間での発生応力値の低下をもたらすことが可能となる。上記の範囲外の粒度構成では、粒子の再配列が困難となるため最大発生応力値が大きくなり、押し割れの危険性が高まる。連続鋳造用ノズルの内径が大きいほど、また肉厚が薄いほど、破壊しやすくなる。連続鋳造に使用される一般的なノズル形状では、最大発生応力値としては、溶鋼注入試験の結果から、最大10MPa以下である必要があり、好ましくは5MPa以下であると、ほぼ押し割れの危険性はほぼなくなる。   As described above, the largest number of particles (coarse particles) larger than 0.21 mm, the next most particles (fine particles) of 0.045 mm or less (including the same proportion as the coarse particles), and 0.045 mm It is possible to increase the porosity in the refractory structure by reducing the number of particles (medium particles) of 0.21 mm or less to a maximum, that is, a so-called gap particle size configuration. This facilitates the movement of particles in the tissue (ie, the rearrangement of particles and voids. This can also be expressed as local “buckling” when focusing on the tissue surface). It is possible to reduce the stress value generated. If the particle size is outside the above range, the rearrangement of the particles becomes difficult, so the maximum generated stress value increases, and the risk of pushing cracks increases. The larger the inner diameter of the continuous casting nozzle and the thinner the wall, the easier it is to break. In the general nozzle shape used for continuous casting, the maximum generated stress value needs to be 10 MPa or less at the maximum from the result of the molten steel injection test. Is almost gone.

なお、このような耐スポーリング性の要素としての粒度構成に関して、耐火物の構成物からフリーの炭素成分からなる構成物を除くのは、主に次の理由による。連続鋳造用ノズルの耐火物内に発生する機械的な応力に対しては、それ自体の変形等が小さい(ほとんど皆無)酸化物等の固体状粒子相互の構造的な関係が大きく影響するので、そのような粒子相互の関係以外の要素を排除して評価することが、耐スポーリング性を明確にかつ最も有効に評価できるからである。この粒子相互の関係以外の要素とは、炭素成分である黒鉛、その他の粒子状の炭素(後述)であり、これらは耐スポーリング性への影響(改善効果)が大きいので、この粒度構成の特定においては炭素成分を除外した相対的な割合とする。   In addition, regarding the particle size constitution as an element of such spalling resistance, the constitution of the free carbon component is excluded from the constitution of the refractory mainly for the following reason. The mechanical stress generated in the refractory of the continuous casting nozzle is greatly affected by the structural relationship between solid particles such as oxides, which are small in deformation (nearly none). This is because it is possible to evaluate the spalling resistance clearly and most effectively by excluding the elements other than the relationship between the particles. The elements other than the interrelationship between the particles are graphite, which is a carbon component, and other particulate carbon (described later). These have a great influence (improvement effect) on the spalling resistance. In the specification, it is a relative ratio excluding the carbon component.

上記粒度構成にすることで10MPa以下の最大発生応力値とすることが可能となる。0.045mm以下の大きさの粒子が10体積%未満の場合、0.21mmより大きい粒子が90体積%を超える場合、及び0.045mmより大きく0.21mm以下の大きさの粒子が40体積%を超える場合は、耐火物内の0.045mm以下の大きさの粒子が均一に分散し難くなって、その偏在により耐火物の破壊の基点となり得る歪みを耐火物組織内に生じやすくなる。0.045mm以下の大きさの粒子が50体積%を超える場合、及び0.21mmより大きい粒子が40体積%未満の場合は、耐火物組織が一体的な構造に近くなって、応力分散ないし破壊の発生と破壊の拡大を防止する機能を果たす粗粒が相対的に少なくなり、応力が広範囲に伝播し、破壊しやすくなる。   It becomes possible to set it as the maximum generated stress value of 10 MPa or less by setting it as the said particle size structure. When particles having a size of 0.045 mm or less are less than 10% by volume, particles having a size greater than 0.21 mm are more than 90% by volume, and particles having a size greater than 0.045 mm and 0.21 mm or less are 40% by volume. In the case of exceeding, the particles having a size of 0.045 mm or less in the refractory are difficult to uniformly disperse, and due to the uneven distribution, distortion that can serve as a starting point of destruction of the refractory tends to occur in the refractory structure. When particles having a size of 0.045 mm or less exceed 50% by volume, and when particles larger than 0.21 mm are less than 40% by volume, the refractory structure becomes close to a unitary structure, and stress dispersion or fracture occurs. As a result, there are relatively few coarse grains that serve to prevent the occurrence of cracks and the spread of breakage, and the stress propagates over a wide range, making breakage easier.

ここで「最大発生応力値」とは、発生応力試験装置を用いて内張材質で製造された測定用試料を測定した結果より得られる。最大発生応力値の測定方法は次のとおりである。
(1)外径50mm、高さ50mmの円柱形状の耐火物を測定用試料として、非酸化雰囲気を作ることができる電気炉内にセットする。
(2)上下より固定された押し棒により初期荷重0.2MPaを試料に負荷する。
(3)試料セット後、試料近傍にセットした熱電対で測温しながら1500℃まで昇温する。
(4)昇温とともに試料の熱膨張により、固定された押し棒に試料の熱膨張量、弾性率に応じた応力が伝達される。
(5)この応力を温度毎にロードセルにて読み込むことで発生応力を測定し、プロットする。
(6)この発生応力の中の最大値を最大発生応力とする。
Here, the “maximum generated stress value” is obtained from the result of measuring a measurement sample made of a lining material using a generated stress test apparatus. The measurement method of the maximum generated stress value is as follows.
(1) A cylindrical refractory having an outer diameter of 50 mm and a height of 50 mm is used as a measurement sample and set in an electric furnace capable of creating a non-oxidizing atmosphere.
(2) An initial load of 0.2 MPa is applied to the sample by a push bar fixed from above and below.
(3) After setting the sample, the temperature is raised to 1500 ° C. while measuring the temperature with a thermocouple set near the sample.
(4) Due to the thermal expansion of the sample as the temperature rises, stress corresponding to the thermal expansion amount and elastic modulus of the sample is transmitted to the fixed push rod.
(5) The generated stress is measured by reading this stress with a load cell for each temperature and plotted.
(6) The maximum value of the generated stress is defined as the maximum generated stress.

溶鋼由来のスラグ成分等に対する高い耐浸潤性や耐食性を備えるとともに、耐スポーリング性をも備えた連続鋳造用耐火物及び連続鋳造用ノズルを得ることができる。特に、溶鋼中の酸素が約50ppm以上で、Nbを約10ppm以上含有する溶鋼(典型的にはほうろう鋼)の連続鋳造においては、アルミナ質や炭素を含有しないアルミナ質等の従来の耐火物よりも極めて優れた耐浸潤性や耐食性を得ることができる。更には、単一物質としてはスラグ等に対する耐食性が前記アルミナ質等よりも高いと従来いわれているMgO(ペリクレース)質の耐火物よりも、優れた耐浸潤性や耐食性を得ることができる。   It is possible to obtain a continuous casting refractory and a continuous casting nozzle that have high infiltration resistance and corrosion resistance against slag components derived from molten steel and also have spalling resistance. In particular, in continuous casting of molten steel (typically enameled steel) containing about 50 ppm or more oxygen and about 10 ppm or more of Nb in molten steel, the conventional refractories such as alumina and alumina containing no carbon are used. In addition, extremely excellent infiltration resistance and corrosion resistance can be obtained. Furthermore, as a single substance, it is possible to obtain better infiltration resistance and corrosion resistance than MgO (periclase) refractories, which are conventionally said to have higher corrosion resistance to slag and the like than the alumina and the like.

これらの効果により、複数チャージ(溶鋼鍋の溶鋼量を1チャージとする)又は従来よりも長い時間の連続鋳造に耐え得る連続鋳造用耐火物及び連続鋳造用ノズルを提供することができる。   With these effects, it is possible to provide a continuous casting refractory and a continuous casting nozzle that can withstand multiple charges (the amount of molten steel in the molten steel pan is 1 charge) or continuous casting for a longer time than before.

本発明の耐火物の、フリーの炭素成分を除いた構成物を100体積%としたときの、粒度構成の範囲を示す図である。It is a figure which shows the range of a particle size structure when the structure except the free carbon component of the refractory of this invention is 100 volume%. 本発明の耐火物を内孔面全面に設置したロングノズルの例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of the long nozzle which installed the refractory material of this invention in the whole inner-hole surface. 本発明の耐火物を内孔面全面に設置した浸漬ノズルの例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of the immersion nozzle which installed the refractory material of this invention in the inner-hole surface whole surface. 本発明の耐火物を内孔面全面に設置した下部ノズルの例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of the lower nozzle which installed the refractory of this invention in the whole inner-hole surface.

本発明の耐火物及びこれを使用した連続鋳造用ノズルの製造方法について述べる。   The refractory material of the present invention and a method for producing a continuous casting nozzle using the same will be described.

酸化物に換算した際のSiOの原料としては、無定形のシリカ、結晶性のシリカ、金属Si、SiC等を使用することができる。Siは熱処理後の強度及び弾性率を高め、耐熱衝撃性を低下させることからSi添加量は、耐火物中の0.045mm以下の大きさの粒子とフリーの炭素成分の合計を100質量%としたときに0.5質量%以内に制限することが好ましい。 As a raw material of SiO 2 when converted into an oxide, amorphous silica, crystalline silica, metal Si, SiC, or the like can be used. Since Si increases the strength and elastic modulus after heat treatment and decreases the thermal shock resistance, the amount of Si added is 100% by mass of the total of particles having a size of 0.045 mm or less and free carbon components in the refractory. It is preferable to limit the amount to 0.5% by mass or less.

酸化物に換算した際のCaOの原料としては、Caの炭酸化物、水酸化物を含む、約1000℃以上の加熱処理後にCaOとなるCaO系の化合物、珪酸カルシウム(ポルトランドセメント等)などを使用することができる。   As CaO raw materials when converted to oxides, CaO-based compounds that contain Ca carbonate and hydroxide, become CaO after heat treatment at about 1000 ° C or higher, calcium silicate (Portland cement, etc.) are used. can do.

これらSiO及びCaOの原料は、0.045mm以下の粒子サイズとするが、その耐火物組織内での分散性を高めるために、可能な限り小さなサイズ(微粉末)であることが好ましい。 These raw materials of SiO 2 and CaO have a particle size of 0.045 mm or less, but are preferably as small as possible (fine powder) in order to improve the dispersibility in the refractory structure.

アルミナ質及びスピネル質の粒子としては、焼結法、電融法等の製造方法の如何にかかわらず、前述の成分、モル比の鉱物組成となる原料であれば使用することができる。   As alumina particles and spinel particles, any raw material having a mineral composition with the above-described components and molar ratio can be used regardless of the production method such as the sintering method and the electrofusion method.

なお、微粒等部分、粗粒及び中粒部分粒子それぞれに使用する粒子形状は破砕粒でも非破砕粒のいずれでもかまわないが、微粒等部分(0.045mm以下)に使用する粒子は、破砕粒が反応性に富むことから好ましい。   The particle shape used for each part such as fine particles, coarse particles and medium particles may be either crushed particles or non-crushed particles, but the particles used for fine particles (0.045 mm or less) are crushed particles. Is preferable because of its high reactivity.

粒子状(骨材粒子)の炭素成分としては、鱗状黒鉛、土状黒鉛粒子、人造黒鉛等の六角網面の結晶が発達した黒鉛質骨材、又はいわゆるカーボンブラック等の非晶質の炭素の微粒子の使用が好適である。特に、天然で産出する鱗状黒鉛の使用が耐スポーリング性の点で最も好ましい。黒鉛質骨材中の炭素含有量は90.0質量%以上(不可避の不純物を除き100質量%を含む)であることが好ましい。その理由は90.0質量%未満の純度であると、不純物相互又は不純物と他の原料粒子等との焼結反応等によって耐火物組織の高弾性率化等を招来し、耐スポーリング性が低下するためである。   As the carbon component of particulate (aggregate particles), graphite aggregate with developed hexagonal surface crystals such as scale-like graphite, earth-like graphite particles, artificial graphite, or amorphous carbon such as so-called carbon black The use of fine particles is preferred. In particular, the use of naturally occurring scaly graphite is most preferable from the viewpoint of spalling resistance. The carbon content in the graphite aggregate is preferably 90.0% by mass or more (including 100% by mass excluding inevitable impurities). The reason is that the purity is less than 90.0% by mass, which leads to a high elastic modulus of the refractory structure due to a sintering reaction between impurities or impurities and other raw material particles. It is because it falls.

これらの黒鉛質骨材は、前述のとおり、炭素質結合組織間の充填材として添加することにより、構造体強度を高め、熱伝導率を上げ、熱膨張率を低下させる作用により、耐スポーリング性を改善できる。また、結合材を含め、炭素が酸化物等の間に均一に分散して存在することで、酸化物の焼結や低融化反応を抑制する効果があり、鋳造途中の品質が安定化できる。   As described above, these graphite aggregates are added as fillers between carbonaceous connective tissues, thereby increasing the strength of the structure, increasing the thermal conductivity, and decreasing the coefficient of thermal expansion. Can improve sex. In addition, the presence of carbon, including the binder, uniformly dispersed between the oxides and the like has an effect of suppressing the oxide sintering and the low melting reaction, and can stabilize the quality during casting.

このように均一に分散した状態で炭素を存在させるために、粒子サイズは1mm以下の黒鉛質骨材の使用が可能であるが、組織の均質性、及び組織中でのMgO成分移動の観点からは、よりは好ましくは0.045mm以下である。   In order to allow carbon to exist in such a uniformly dispersed state, it is possible to use a graphite aggregate having a particle size of 1 mm or less. From the viewpoint of the homogeneity of the structure and the movement of the MgO component in the structure. Is more preferably 0.045 mm or less.

なお、これらの黒鉛質骨材等は、耐食性の向上のために使用しなくても構わないが、0.045mm以下の大きさの粒子とフリーの炭素成分の合計を100質量%としたときに、ボンド炭素を含む35.0質量%以下の範囲で併用することができる。これは、内張材質として、MgO成分の組織内移動の促進による二次スピネル相の生成促進に加え、本体材質との膨張量の調整(歩留まり、熱スポーリング性改善)機能をも高めることを目的とする。   These graphite aggregates may not be used for improving corrosion resistance, but when the total of particles having a size of 0.045 mm or less and a free carbon component is 100% by mass. , And can be used in combination within the range of 35.0 mass% or less including bond carbon. As a lining material, in addition to promoting the formation of secondary spinel phase by promoting the movement of MgO component in the structure, it also enhances the function of adjusting the amount of expansion with the main body material (improving yield and thermal spalling properties). Objective.

これらの原料粒子を混和して均一な粒子混合物にする。そして、この粒子混合物に、結合組織を担う炭素質原料(フリーの炭素成分)としてのフェノール樹脂、ピッチ、タール等の結合材を適宜選択して添加し、均一に混練して成形用のはい土を得る。この結合材となる原料は粉体でも液体でもよいが、成形に適したはい土の特性に合わせて、はい土の可塑性を調整することが重要である。   These raw material particles are mixed to make a uniform particle mixture. And, to this particle mixture, a binder such as a phenolic resin, pitch, and tar as a carbonaceous raw material (free carbon component) that bears the connective tissue is appropriately selected and added, and kneaded uniformly to form a clay for molding. Get. The raw material used as the binder may be powder or liquid, but it is important to adjust the plasticity of the soil in accordance with the properties of the soil suitable for molding.

次に、前記の本発明の耐火物のはい土から得られる耐火物を内孔側層に設置した連続鋳造用ノズルの製造方法について一例を述べる。   Next, an example is described about the manufacturing method of the nozzle for continuous casting which installed the refractory material obtained from the said refractory material of this invention in the inner-hole side layer.

前記の本発明の耐火物のはい土とは別に、外周側層すなわち連続鋳造用ノズルの本体用のはい土を作製する(一般的な製造方法でよい)。次に、成形用鋳型に内孔側層及び外周側層を形成するための、所定の大きさに仕切られた複数の空間を設ける工程と、成形用鋳型内の各空間にそれぞれ専用に作製したはい土を充填し、その空間の仕切りを除去する等によって隣接するはい土を直接接触させる。   Separately from the refractory clay of the present invention, an outer layer, that is, a clay for the main body of the nozzle for continuous casting is prepared (a general manufacturing method may be used). Next, a step of providing a plurality of spaces partitioned to a predetermined size for forming the inner hole side layer and the outer peripheral side layer in the molding mold, and each space in the molding mold were produced exclusively for each. Yes. Adjacent soil is directly contacted, such as by filling it with soil and removing the partition of the space.

これらの直接接触させたはい土を、CIP装置により同時に加圧して一体的に成形する。得られた成形体を、非酸化雰囲気中又は表面に酸化防止処理を施した状態での酸化雰囲気中で、600℃以上1300℃以下での熱処理をする。なお、この熱処理をする工程に先立って、前記温度より低い温度で、揮発分の除去や樹脂の硬化等を目的とする独立した熱処理工程を含んでもよい。最後に通常の連続鋳造用ノズルの製造と同様に、適宜加工等を行う。   These directly contacted soils are simultaneously pressed by a CIP device to be integrally formed. The obtained molded body is heat-treated at 600 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower in a non-oxidizing atmosphere or in an oxidizing atmosphere with the surface subjected to an antioxidant treatment. Prior to the heat treatment step, an independent heat treatment step may be included at a temperature lower than the above temperature for the purpose of removing volatile components and curing the resin. Finally, processing or the like is appropriately performed in the same manner as in the manufacture of a normal continuous casting nozzle.

前記の各工程の基本的な操作・作業方法、使用する装置等は、一般的な連続鋳造用ノズルの製造方法と同様でよい。   The basic operation / working method of each process described above, the apparatus to be used, and the like may be the same as those of a general continuous casting nozzle manufacturing method.

なお、本発明の耐火物を使用した連続鋳造用ノズルの製造方法については、前述の内孔側層として他の材質との一体的な製造方法にとどまらず、(1)筒状の成形体として製造した管体を別に製造した本体部分の内孔に装着し、モルタル等で固定する方法や、(2)ノズル本体部分と内孔側層部分とを本発明の材質一種による単体として成形等を行う方法を採用することができる。   In addition, about the manufacturing method of the nozzle for continuous casting using the refractory material of this invention, it is not restricted to the integral manufacturing method with another material as the above-mentioned inner-hole side layer, (1) As a cylindrical molded object A method in which the manufactured tubular body is attached to the inner hole of the separately manufactured main body part and fixed with mortar or the like, and (2) the nozzle main body part and the inner hole side layer part are molded as a single body by the material of the present invention. The method of doing can be employed.

ここで、前記の本発明の耐火物を連続鋳造用ノズルの内孔面の一部又は全部の領域に配設する際には、その厚さは当該耐火物のタンディッシュ内のスラグ等に対する損傷速度(mm/単位時間)に設定使用時間を乗じた値に、2mmを加えた値以上であることが必要である。この損傷速度と設定使用時間は、個別の操業ごとに固有の変動条件(溶鋼量、スラグ組成、温度、鋳造速度等)によって決定されるものであるが、少なくとも設定使用時間は、それぞれの取鍋一基分の溶鋼全量(1チャージ分)の所用鋳造時間に整数(すなわち所定のチャージ数)を乗じた値にする必要がある。   Here, when the refractory according to the present invention is disposed in a part or all of the inner hole surface of the continuous casting nozzle, the thickness of the refractory is damaged to slag in the tundish of the refractory. It is necessary to be equal to or greater than a value obtained by adding 2 mm to a value obtained by multiplying the speed (mm / unit time) by the set use time. The damage rate and set usage time are determined by the specific fluctuating conditions (molten steel amount, slag composition, temperature, casting speed, etc.) for each individual operation. It is necessary to set a value obtained by multiplying the required casting time for the entire amount of molten steel (for one charge) by an integer (that is, a predetermined number of charges).

本発明の耐火物はその組織内に液相を形成することが特徴の一つであって、この液相の存在が応力緩和機能を示す一方で、機械的な外力等によって変形や剥離を生じる原因になることもある。本発明の耐火物層の厚さに前述の2mmを加えるのは、この変形や剥離を防止するためである。この変形や剥離の現象が生じる条件は一定ではないが、概ね50〜150mm程度の径の内張り構造の場合、本発明の耐火物層の厚さが概ね2mm以上残存している場合には、ほとんど発生しないとの経験を得ていることから、2mmを加えることとした。   The refractory material of the present invention is characterized in that a liquid phase is formed in the structure, and the presence of this liquid phase exhibits a stress relaxation function, while deformation or peeling occurs due to a mechanical external force or the like. It can be a cause. The reason why 2 mm is added to the thickness of the refractory layer of the present invention is to prevent this deformation and peeling. Conditions for the phenomenon of deformation and peeling are not constant, but in the case of a lining structure with a diameter of about 50 to 150 mm, when the thickness of the refractory layer of the present invention is approximately 2 mm or more, it is almost Since we have gained experience that it does not occur, we decided to add 2 mm.

なお、本発明の耐火物は、前述のとおり、連続鋳造用ノズルの内孔面のみに内孔側層として配置することを第一の実施の形態としている。しかし、内孔側層のみにとどまらず他の部分、例えば前記の「本体部分」等や連続鋳造用ノズル全体に使用することも可能である。   Note that, as described above, the refractory according to the present invention is arranged as an inner hole side layer only on the inner hole surface of the continuous casting nozzle as described above. However, the present invention can be used not only for the inner hole side layer but also for other parts, for example, the aforementioned “main part” and the entire continuous casting nozzle.

また、連続鋳造用ノズルの内孔面の一部に配置する場合の例としては、ロングノズルでは、取鍋の下部ノズルに近い損耗の大きい部分を中心とした上部側のみに、下部ノズルでは、その上部のスライディングノズルに近い損耗の大きい部分や浸漬ノズルとの接合部付近の損耗の大きい部分を中心とした部分のみに、浸漬ノズルではモールド内の溶鋼上端面にほぼ一致する部分付近の損耗の大きい部分を中心とした領域のみに設置することが可能である。   In addition, as an example in the case of arranging a part of the inner hole surface of the continuous casting nozzle, in the long nozzle, only the upper side centering on the large portion of wear near the lower nozzle of the ladle, in the lower nozzle, In the immersion nozzle, the wear near the top part of the molten steel in the mold is almost the same as the center of the high wear part near the sliding nozzle and the part near the joint with the immersion nozzle. It can be installed only in a region centered on a large part.

図2〜4は、本発明の耐火物を内孔面全面に配置した連続鋳造用ノズルの例を示す。図2はロングノズル11、図3は浸漬ノズル12、図4は下部ノズル13である。図面中、符号1は本体の耐火物層、符号2は内孔、符号3は本発明の耐火物層(内張)、符号4は本体の耐火物層のうち、ジルコニア−黒鉛質の層(モールドパウダー部用)を示す。   FIGS. 2-4 shows the example of the nozzle for continuous casting which has arrange | positioned the refractory material of this invention in the inner-hole surface whole surface. 2 shows the long nozzle 11, FIG. 3 shows the immersion nozzle 12, and FIG. 4 shows the lower nozzle 13. In the drawings, reference numeral 1 is a refractory layer of the main body, reference numeral 2 is an inner hole, reference numeral 3 is a refractory layer (lining) of the present invention, and reference numeral 4 is a zirconia-graphitic layer (of the refractory layer of the main body ( For mold powder part).

本発明の耐火物及び連続鋳造用ノズルについて、試験室における実験によって得た実施例、及び実際の設備における連続鋳造操業に供した実施例を以下に述べる。   Regarding the refractory and continuous casting nozzle of the present invention, examples obtained by experiments in a test room and examples used for continuous casting operations in actual equipment will be described below.

以下に示す実施例A〜Eの試験条件、評価方法は次のとおりである。   The test conditions and evaluation methods of Examples A to E shown below are as follows.

実施例A〜Eにおいては、後記の「評価1〜4」の試験を各々の試料について実施し、各結果の設定基準を全て満たすか否かを総合評価とし、これら全てを満たした場合に連続鋳造用ノズルとしての使用が可能かつ本発明の課題が解決できる実施例とした。試料は、前記の本発明の耐火物の製造方法に述べた方法に準じた方法で作製した。   In Examples A to E, the tests of “Evaluation 1 to 4” described below are performed for each sample, and whether or not all the setting criteria for each result are satisfied is regarded as a comprehensive evaluation. It was set as the Example which can be used as a nozzle for casting and can solve the subject of this invention. The sample was produced by a method according to the method described in the method for producing a refractory according to the present invention.

<評価1の試験条件>
1550〜1570℃の溶鋼([O]:100ppm、[Nb]:20ppm、[Mn]:200ppm)中に、棒状耐火物試料(□20×160mm、1000℃非酸化雰囲気焼成後の見掛け気孔率25%に調整した試料)を100mm浸漬後30分間保持して引き上げ、冷却後の耐火物稼働表面における組織(二次スピネル層の有無)を観察し、その結果を次のとおり○、△及び×として評価した。○及び△が、効果が認められたということである。
○:二次スピネル層のみ(融液なく、粗粒及び中粒と合体し緻密層形成)
△:二次スピネル層が融液中から生成(残部融液)
×:融液のみで二次スピネル生成なし
<Test conditions for evaluation 1>
In a molten steel of 1550 to 1570 ° C. ([O]: 100 ppm, [Nb]: 20 ppm, [Mn]: 200 ppm), a rod-like refractory sample (□ 20 × 160 mm, apparent porosity after firing at 1000 ° C. in a non-oxidizing atmosphere is 25 % Sample) was held for 30 minutes after being immersed for 100 mm and pulled up, and the structure (presence or absence of secondary spinel layer) on the refractory operating surface after cooling was observed, and the results were as follows: ○, Δ and × evaluated. ○ and Δ indicate that the effect was recognized.
○: Secondary spinel layer only (no melt, coalesced with coarse and medium grains to form a dense layer)
Δ: Secondary spinel layer formed from melt (residual melt)
×: No secondary spinel formation with melt only

<評価2の試験条件>
前記と同じ溶鋼を作製し、1550〜1570℃の溶鋼中でプロペラ状の棒状試験試料(□20×40mm)を水平面で回転速度200rpmで120分間浸漬回転後引き上げ、初期寸法からの摩耗量を時間で除した数値で、耐溶鋼摩耗性(1550℃−120分)として評価した。
<Test conditions for evaluation 2>
The same molten steel as described above was prepared, and a propeller-shaped rod-shaped test sample (□ 20 × 40 mm) was immersed in a molten steel at 1550 to 1570 ° C. at a rotational speed of 200 rpm for 120 minutes and then pulled up. It was evaluated by the numerical value divided by the molten steel wear resistance (1550 ° C.-120 minutes).

その評価は次のとおりであり、○及び△が、効果が認められたということである。なお、「耐溶鋼摩耗性」については、外見上の損耗有無を観察しているのであって、機械的な狭義の「摩耗現象」のメカニズムに起因する損傷に限定するものではなく、化学的溶損によるものも含んでいる。
○:<15μm/min
△:15〜30μm/min
×:>30μm/min
The evaluation is as follows, and “◯” and “Δ” indicate that the effect was recognized. Note that “melting steel wear resistance” is the presence or absence of apparent wear, and is not limited to damage caused by a mechanical “wear phenomenon” mechanism in a narrow sense. It also includes losses.
○: <15 μm / min
Δ: 15-30 μm / min
×:> 30 μm / min

<評価3の試験条件>
前記「最大発生応力値」の部分に記載したとおりである。この最大発生応力値が10MPa以下であるものが、効果が認められたということである。
<Test conditions for evaluation 3>
As described in the “maximum generated stress value” part. This maximum generated stress value is 10 MPa or less, which means that the effect was recognized.

<評価4の試験条件>
AG本体(Al:68質量%、C:27質量%、SiC:5質量%)に本発明の耐火物を内孔側に一体的構造として配置(内張り)し(AG:φ120/φ70mm、内張り:φ70/φ50mm)、高さ300mmの内孔に1600℃の溶銑を注湯して内孔より熱衝撃を与え、この注湯法による押し割れの発生を次のとおり○及び×で評価した。○が、効果が認められたということである。
○:割れなし、
×:押し割れ発生
<Test conditions for evaluation 4>
The refractory of the present invention is arranged (lined) as an integral structure on the inner hole side (AG: φ120 / φ70 mm) on the AG main body (Al 2 O 3 : 68 mass%, C: 27 mass%, SiC: 5 mass%). , Inner lining: φ70 / φ50mm) Hot metal at 1600 ° C was poured into an inner hole with a height of 300mm and a thermal shock was applied from the inner hole, and the occurrence of pushing cracks by this pouring method was evaluated with ○ and × as follows did. ○ means that the effect was recognized.
○: No crack,
×: Occurrence of pushing crack

[実施例A]
実施例Aは、フリーの炭素成分、SiO成分及びCaO成分を除いた、0.045mm以下の大きさの粒子の残部の鉱物組成及びAl/MgOモル比の影響を主に調査した例である。
[Example A]
Example A mainly investigated the effect of the mineral composition and Al 2 O 3 / MgO molar ratio of the remainder of particles having a size of 0.045 mm or less, excluding free carbon components, SiO 2 components and CaO components. It is an example.

表1に、各試料の構成と評価結果を示す。なお、この表1及び後に示す表2〜5では、配合設計を粒子の体積割合で示しているが、作製された耐火物中でもこの配合設計と同じ粒度構成を維持することになる。また、各表において「FC」は、フリーの炭素成分を示す。   Table 1 shows the configuration of each sample and the evaluation results. In Table 1 and Tables 2 to 5 shown later, the blending design is indicated by the volume ratio of the particles, but the same particle size configuration as that of the blending design is maintained even in the manufactured refractory. In each table, “FC” indicates a free carbon component.

Figure 0005637630
Figure 0005637630

前記残部の鉱物組成が、コランダムとスピネルが共存する場合で、かつAl/MgOモル比が1.05〜2.35の実施例(実施例1〜実施例4)が、全ての評価基準を満たしていることがわかる。 Examples (Examples 1 to 4) in which the remaining mineral composition is a case where corundum and spinel coexist and Al 2 O 3 / MgO molar ratio is 1.05 to 2.35 are all evaluated. You can see that it meets the criteria.

比較例1は0.045mm以下の微粒部分だけでなく、全ての酸化物粒子をペリクレースであるマグネシアとした例、比較例2は同じく全ての酸化物粒子をペリクレースであるマグネシア粒子及びスピネル粒子とした例であるが、これら比較例では特に二次スピネルの生成が観察できず、スラグの組織内部への浸透が観られ、耐溶鋼摩耗性が低い。更に最大発生応力が大きくなって耐スポーリング性が劣っている。   Comparative Example 1 is an example in which not only the fine particle portion of 0.045 mm or less but also all oxide particles are periclase magnesia, and Comparative Example 2 is also the same in which all oxide particles are periclase magnesia particles and spinel particles. As an example, in these comparative examples, the formation of secondary spinel is not particularly observed, the penetration of slag into the structure is observed, and the wear resistance of the molten steel is low. Furthermore, the maximum generated stress increases and the spalling resistance is inferior.

これらのことから、ペリクレースであるマグネシアは存在させないことが必要であることがわかる。   From these facts, it can be seen that magnesia, which is a periclase, needs not to exist.

また、コランダムを含まないスピネルのみの場合である比較例3及び比較例4では、二次スピネルの生成は観察できるものの少なく、耐溶鋼摩耗性が低い。更に、SiO及びCaOの成分を加えてもなお最大発生応力が大きくなって耐スポーリング性が劣っている。
このことから、コランダムの存在が必要であることがわかる。
Moreover, in Comparative Example 3 and Comparative Example 4, which are cases of only spinel containing no corundum, the formation of secondary spinel is seldom observed, and the molten steel wear resistance is low. Furthermore, even if the components of SiO 2 and CaO are added, the maximum generated stress is still large and the spalling resistance is inferior.
This shows that the presence of corundum is necessary.

Al/MgOモル比が2.35を超える、比較例5及び比較例6では、評価1の二次スピネル層の生成状態が悪化し、評価2の耐溶鋼摩耗性が低くなることがわかる。これはAl/MgOモル比が2.35を超えた場合はコランダムが相対的に過剰となり、スラグ成分との低融物生成等が多くなったためと考えられる。 In Comparative Example 5 and Comparative Example 6 in which the Al 2 O 3 / MgO molar ratio exceeds 2.35, the generation state of the secondary spinel layer in Evaluation 1 is deteriorated, and the wear resistance of the molten steel in Evaluation 2 is reduced. Recognize. This is considered to be because when the Al 2 O 3 / MgO molar ratio exceeds 2.35, corundum becomes relatively excessive, and low melt production with the slag component increases.

[実施例B]
実施例Bは、コランダムとスピネルの共存に関し、粒度分布との関係を調査した例である。すなわち、0.045mm以下の微粒部分、0.045mmを超え0.21mm以下の中粒部分、0.21mmを超える粗粒部分の、それぞれでのコランダムとスピネル共存有無の影響を調査したものである。
[Example B]
Example B is an example of investigating the relationship between the particle size distribution and the coexistence of corundum and spinel. That is, the effects of the presence or absence of corundum and spinel in the fine particle portion of 0.045 mm or less, the medium particle portion of more than 0.045 mm and 0.21 mm or less, and the coarse particle portion of more than 0.21 mm were investigated. .

表2に、各試料の構成と評価結果を示す。   Table 2 shows the configuration of each sample and the evaluation results.

Figure 0005637630
Figure 0005637630

先に説明した実施例3のほか、微粒部分はコランダムとスピネルが共存していて、中粒部分と粗粒部分がコランダムで構成されている実施例5、中粒部分と粗粒部分がスピネルで構成されている実施例6のいずれも良好な結果となった。   In addition to Example 3 described above, corundum and spinel coexist in the fine particle part, and Example 5 in which the medium particle part and the coarse particle part are composed of corundum. The medium particle part and the coarse particle part are spinel. All of the constructed examples 6 gave good results.

しかし、微粒部分をコランダムのみから構成し、中粒部分又は粗粒部分がコランダムとスピネルの共存である比較例7及び比較例8、並びにスピネルが共存しない比較例9では、いずれも二次スピネルの生成が観察できず、スラグの組織内部への浸透が観られ、耐溶鋼摩耗性が劣る結果となった。   However, in Comparative Example 7 and Comparative Example 8 in which the fine-grained portion is composed only of corundum and the middle-grained portion or coarse-grained portion is coexistence of corundum and spinel, and in Comparative Example 9 where spinel does not coexist, both are secondary spinel. Formation was not observed, and slag penetration into the structure was observed, resulting in poor molten steel wear resistance.

このことから、0.045mm以下の微粒部分はコランダムとスピネルが共存していることが必要であることがわかる。また、中粒部分又は粗粒部分はコランダム又はスピネルのいずれか一方のみから構成されていても好結果を得られることがわかる。   This shows that corundum and spinel need to coexist in a fine particle portion of 0.045 mm or less. It can also be seen that good results can be obtained even if the medium grain portion or the coarse grain portion is composed of only one of corundum and spinel.

[実施例C]
実施例Cは、粒度構成の影響を調査した例である。すなわち、耐火物の構成物からフリーの炭素成分を除いた部分を100体積%としたときに、0.045mm以下の微粒部分、0.045mmを超え0.21mm以下の中粒部分、0.21mmを超える粗粒部分、それぞれの相対的な体積割合が、耐火物の特性に及ぼす影響を調査したものである。
[Example C]
Example C is an example in which the influence of the particle size configuration was investigated. That is, when the part excluding the free carbon component from the refractory composition is defined as 100% by volume, a fine particle part of 0.045 mm or less, a medium grain part of more than 0.045 mm and 0.21 mm or less, 0.21 mm The effect of the coarse-grained portion exceeding the above and the relative volume ratio of each on the properties of the refractory is investigated.

表3に、各試料の構成と評価結果を示す。   Table 3 shows the configuration of each sample and the evaluation results.

Figure 0005637630
Figure 0005637630

微粒部分の割合が10体積%以上で50体積%以下、中粒部分の割合が40体積%以下(ゼロを含む)、粗粒部分の割合が40体積%以上90体積%以下の場合である、実施例2(表1の各実施例も同じ)、実施例7〜13では、二次スピネルの生成状態に若干の差異があるものの、総合評価では良好な結果となった。   The proportion of the fine-grained portion is 10% by volume or more and 50% by volume or less, the proportion of the medium-grained portion is 40% by volume or less (including zero), and the proportion of the coarse-grained part is 40% by volume or more and 90% by volume or less. In Example 2 (the same is true for each example in Table 1) and Examples 7 to 13, although there was a slight difference in the production state of secondary spinel, good results were obtained in the overall evaluation.

これに対し、微粒部分の割合が10体積%未満の比較例10、比較例13及び比較例14では、二次スピネルの生成状態と耐溶鋼摩耗性又は耐押し割れ性が劣る結果となった。   On the other hand, in Comparative Example 10, Comparative Example 13 and Comparative Example 14 in which the proportion of the fine particles was less than 10% by volume, the secondary spinel formation state and the molten steel wear resistance or the resistance to crushing cracking were inferior.

微粒部分の割合が50体積%を超える比較例11、及び粗粒部分が40体積%より小さい比較例12では耐押し割れ性が劣る結果となり、粗粒部分の割合が90体積%を超える比較例14では二次スピネルの生成状態及び耐溶鋼摩耗性が劣る結果となった。   In Comparative Example 11 in which the proportion of the fine-grained portion exceeds 50% by volume and Comparative Example 12 in which the coarse-grained portion is smaller than 40% by volume, the result of inferior press cracking resistance is obtained, and the comparative example in which the proportion of the coarse-grained portion exceeds 90% by volume No. 14 resulted in poor secondary spinel formation and molten steel wear resistance.

また、前記実施例2(最大粒子径は1.0mm)の最大粒子径のみを2.0mmとした実施例12、3.0mmとした実施例13のいずれについても、全ての評価が良好な結果を得た。むしろ二次スピネルの生成状態は最大粒子径が大きい方がやや良好である。   In addition, in all of Example 12 in which only the maximum particle diameter of Example 2 (maximum particle diameter is 1.0 mm) was set to 2.0 mm and Example 13 in which 3.0 mm was set to 3.0 mm, all evaluations were good results. Got. Rather, the larger the maximum particle size, the better the secondary spinel formation.

これらのことから、微粒部分の割合が10体積%以上で50体積%以下、中粒部分の割合が40体積%以下(ゼロを含む)、粗粒部分の割合が40体積%以上90体積%以下の粒度構成であることが必要であることがわかる。また、最大粒子径は本発明の耐火物の前記各評価には影響されないこと、少なくとも調査した3.0mmまでは良好であることがわかる。したがって、最大粒子径は、連続鋳造用ノズルの大きさ等の構造体として許容できる大きさであれば、3.0mmにとどまらず使用することが可能であると判断できる。   From these, the proportion of fine particles is 10% by volume or more and 50% by volume or less, the proportion of medium particles is 40% by volume or less (including zero), and the proportion of coarse particles is 40% by volume or more and 90% by volume or less. It can be seen that it is necessary to have a grain size configuration of Further, it can be seen that the maximum particle size is not affected by the above-described evaluations of the refractory of the present invention, and that at least the investigated 3.0 mm is good. Therefore, it can be determined that the maximum particle size is not limited to 3.0 mm as long as the size is acceptable for a structure such as the size of a continuous casting nozzle.

[実施例D]
実施例Dは、耐火物中の0.045mm以下の大きさの粒子とフリーの炭素成分の合計を100質量%としたときのフリーの炭素成分の量の影響を調査した例である。
[Example D]
Example D is an example in which the influence of the amount of the free carbon component when the total of the particles having a size of 0.045 mm or less and the free carbon component in the refractory is 100% by mass is investigated.

表4に、各試料の構成と評価結果を示す。   Table 4 shows the configuration of each sample and the evaluation results.

Figure 0005637630
Figure 0005637630

フリーの炭素成分がボンド炭素のみからなって3.0質量%の場合である実施例14、及びボンド炭素に粒子状の炭素(黒鉛)が加わって、8質量%、10質量%、20質量%、35質量%の場合である実施例2、実施例15、実施例16、実施例17の場合に、二次スピネルの生成状態はもちろん、耐溶鋼摩耗性及び耐押し割れ性も優れる良好な結果となった。   Example 14 in which the free carbon component is composed of only bond carbon and is 3.0% by mass, and particulate carbon (graphite) is added to bond carbon, resulting in 8% by mass, 10% by mass, and 20% by mass. In the case of Example 2, Example 15, Example 16, and Example 17, which is the case of 35% by mass, good results with excellent resistance to wear of molten steel and resistance to crushing cracks as well as the state of secondary spinel formation It became.

これに対し、フリーの炭素成分がボンド炭素のみからなって2.5質量%の場合である比較例15では、二次スピネルの生成状態が基準内ではあるが低下し、耐溶鋼摩耗性が劣る結果となった。
これは、耐火物組織内部で均一な又は十分な還元雰囲気が形成できなかったこと、及び結合に寄与する炭素が少なすぎて、組織内部での破壊(微細なものを含む)が生じたためと考えられる。
On the other hand, in the comparative example 15 which is a case where the free carbon component is composed of only bond carbon and is 2.5% by mass, the secondary spinel formation state falls within the standard, but the molten steel wear resistance is inferior. As a result.
This is thought to be because a uniform or sufficient reducing atmosphere could not be formed inside the refractory structure, and because there was too little carbon contributing to bonding, destruction (including fine ones) occurred inside the structure. It is done.

また、フリーの炭素成分がボンド炭素と粒子状の炭素(黒鉛)からなって35.5質量%の場合である比較例16では、二次スピネルの生成状態が基準内ではあるが低下し、耐溶鋼摩耗性が劣る結果となった。
これは、フリーの炭素成分が溶鋼と接触する面積が多くなって、その溶鋼中への溶解量が多くなり、溶鋼に対し抵抗性の大きい二次スピネル部分との相対的なバランスが壊れたためと考えられる。そのため、本発明の耐火物に必要な程度の耐溶鋼摩耗性を下回る結果となった。
Further, in Comparative Example 16, which is a case where the free carbon component is composed of bond carbon and particulate carbon (graphite) and is 35.5% by mass, the production state of the secondary spinel falls within the standard, but the resistance is reduced. The result was inferior molten steel wear.
This is because the area where the free carbon component comes into contact with the molten steel increases, the amount of dissolution in the molten steel increases, and the relative balance with the secondary spinel part, which is highly resistant to molten steel, is broken. Conceivable. Therefore, the result was less than the required wear resistance of the molten steel for the refractory of the present invention.

これらのことから、耐火物中の0.045mm以下の大きさの粒子とフリーの炭素成分の合計を100質量%としたときに、フリーの炭素成分を3.0質量%以上35.0質量%以下含有する場合に、二次スピネルの生成状態、耐押し割れ性が優れるのみならず、耐溶鋼摩耗性も良好な結果となることがわかる。   From these facts, when the total of particles having a size of 0.045 mm or less in the refractory and the free carbon component is 100% by mass, the free carbon component is 3.0% by mass or more and 35.0% by mass. When it contains below, it turns out that not only the production | generation state of a secondary spinel and the resistance to pushing cracks are excellent, but also the abrasion resistance of molten steel is good.

[実施例E]
実施例Eは、耐火物中の0.045mm以下の大きさの粒子とフリーの炭素成分の合計を100質量%としたときの、酸化物換算でのSiO成分及びCaO成分の合計量の影響を調査した例である。
[Example E]
Example E is the influence of the total amount of SiO 2 component and CaO component in terms of oxide when the total of particles having a size of 0.045 mm or less and free carbon component in the refractory is 100% by mass. This is an example of investigation.

表5に、各試料の構成と評価結果を示す。   Table 5 shows the configuration of each sample and the evaluation results.

Figure 0005637630
Figure 0005637630

SiO成分及びCaO成分の合計量が0.4質量%の場合である実施例18、1.0質量%の場合である実施例19、2.0質量%の場合である実施例2、3.0質量%の場合である実施例20、実施例21、実施例22、及び5.0質量%の場合である実施例23の場合に、二次スピネルの生成状態はもちろん、耐溶鋼摩耗性及び耐押し割れ性も優れる良好な結果となった。 Example 18 in which the total amount of SiO 2 component and CaO component is 0.4% by mass, Example 19 in the case of 1.0% by mass, Examples 2 and 3 in the case of 2.0% by mass In the case of Example 20, Example 21, Example 22, and Example 23, which is the case of 5.0% by mass, the production state of secondary spinel as well as the resistance to molten steel wear Also, good results with excellent resistance to crushing cracks were obtained.

また、SiO成分及びCaO成分の合計量が3.0質量%と同一で、その相対的な構成割合が1:9の場合である実施例21、9:1の場合である実施例22のいずれも、これらとSiO成分及びCaO成分の合計量が3.0質量%と同一で、その相対的な構成割合が1:1の場合である実施例20と差異のない良好な結果が得られた。 Moreover, the total amount of the SiO 2 component and the CaO component is the same as 3.0% by mass, and the example 21 is the case of Example 21 where the relative composition ratio is 1: 9, and Example 22 is the case of 9: 1. In either case, the total amount of these, the SiO 2 component and the CaO component is the same as 3.0% by mass, and good results are obtained that are not different from Example 20 in which the relative constituent ratio is 1: 1. It was.

これに対し、SiO成分及びCaO成分の合計量が0.3質量%の場合である比較例17では、二次スピネルの生成状態と耐溶鋼摩耗性が基準内ではあるが低下し、耐押し割れ性が劣る結果となった。
これは、SiO成分及びCaO成分の合計量がスピネルを分解するのに相対的に十分ではなかったこと、液相量が少なかったため応力緩和能も低下したためと考えられる。
On the other hand, in Comparative Example 17 in which the total amount of the SiO 2 component and the CaO component is 0.3% by mass, the secondary spinel generation state and the molten steel wear resistance are within the standard, but the press resistance is reduced. The result was inferior in crackability.
This is presumably because the total amount of the SiO 2 component and the CaO component was relatively insufficient to decompose spinel, and the stress relaxation ability was also lowered because the liquid phase amount was small.

また、SiO成分及びCaO成分の合計量が5.2質量%の場合である比較例18では、二次スピネルの生成状態、耐溶鋼摩耗性が劣る結果となった。
これは、SiO成分及びCaO成分の合計量が相対的に多すぎて、液相量が多くなりすぎ、耐火物組織の脆弱化を招来したためと考えられる。
In Comparative Example 18 the total amount of SiO 2 component and CaO component is the case of 5.2 wt%, generation state of the secondary spinel, resulted in solvent steel wear resistance are poor.
This is presumably because the total amount of the SiO 2 component and the CaO component is relatively large, the liquid phase amount is excessive, and the refractory structure is weakened.

これらのことから、耐火物中の0.045mm以下の大きさの粒子とフリーの炭素成分の合計を100質量%としたときに、SiO成分及びCaO成分の合計量が0.4質量%以上5.0質量%以下の場合に、二次スピネルの生成状態、耐押し割れ性、耐溶鋼摩耗性のいずれも良好な結果となることがわかる。更に、SiO成分及びCaO成分の相対的な構成割合は本発明の耐火物の特性に影響を及ぼさないことがわかる。 From these, when the total of particles having a size of 0.045 mm or less in the refractory and the free carbon component is 100% by mass, the total amount of the SiO 2 component and the CaO component is 0.4% by mass or more. In the case of 5.0 mass% or less, it turns out that all of the production | generation state of secondary spinel, resistance to a press crack, and abrasion resistance of a molten steel are favorable. Furthermore, it can be seen that the relative proportions of the SiO 2 component and the CaO component do not affect the properties of the refractory of the present invention.

[実施例F]
実施例Fは、本発明の耐火物を連続鋳造用ノズルに適用して、実操業に供した例である。
[Example F]
Example F is an example in which the refractory of the present invention was applied to a continuous casting nozzle and subjected to actual operation.

操業条件は、溶鋼:溶鋼中の酸素含有量が100ppm、Nb含有量が20ppm、Mn含有量が150pppm、炭素含有量が50ppmのほうろう鋼、溶鋼温度(タンディッシュ内):約1530℃〜約1570℃、鋳造時間:240分(2チャージ)である。以下に示す実施例24〜26及び比較例19〜21の連続鋳造用ノズルを実操業に供した。   The operating conditions are as follows: molten steel: oxygen content in molten steel 100 ppm, Nb content 20 ppm, Mn content 150 pppm, carbon content 50 ppm enamel steel, molten steel temperature (within tundish): about 1530 ° C. to about 1570 C., casting time: 240 minutes (2 charges). The nozzles for continuous casting of Examples 24-26 and Comparative Examples 19-21 shown below were subjected to actual operation.

(実施例24)
前記実施例2の耐火物を、図2に示すロングノズルの内孔面全面に配置した例である。
(Example 24)
It is the example which has arrange | positioned the refractory material of the said Example 2 to the whole inner-hole surface of the long nozzle shown in FIG.

(実施例25)
前記実施例13の耐火物を、図4に示すタンディッシュの下部ノズルの内孔面全面に配置した例である。
(Example 25)
It is the example which has arrange | positioned the refractory material of the said Example 13 to the whole inner-hole surface of the lower nozzle of a tundish shown in FIG.

(実施例26)
前記実施例12の耐火物を、図3に示す浸漬ノズルの吐出孔を除く内孔面全面に配置した例である。
(Example 26)
It is the example which has arrange | positioned the refractory material of the said Example 12 in the inner-hole surface whole surface except the discharge hole of the immersion nozzle shown in FIG.

(比較例19)
前記比較例2の耐火物を、図2に示すロングノズルの内孔面全面に配置した例である。
(Comparative Example 19)
It is the example which has arrange | positioned the refractory material of the said comparative example 2 to the whole inner-hole surface of the long nozzle shown in FIG.

(比較例20)
前記比較例2の耐火物を、図4に示すタンディッシュの下部ノズルの内孔面全面に配置した例である。
(Comparative Example 20)
5 is an example in which the refractory material of Comparative Example 2 is disposed on the entire inner surface of the lower nozzle of the tundish shown in FIG.

(実施例21)
前記比較例2の耐火物を、図3に示す浸漬ノズルの吐出孔を除く内孔面全面に配置した例である。
(Example 21)
It is the example which has arrange | positioned the refractory material of the said comparative example 2 in the inner-hole surface whole surface except the discharge hole of the immersion nozzle shown in FIG.

実操業での連続鋳造の結果、実施例24では比較例19に対し、最大損耗速度が、比較例19を100とする指数で68と、大幅に減少した。また破壊も観られなかった。また、比較例19のロングノズルでは複数の連続するチャージでは使用できなかったが、実施例24の連続鋳造用ノズルでは、複数の連続するチャージでは使用できることを確認した。   As a result of continuous casting in actual operation, the maximum wear rate in Example 24 was significantly reduced to 68 as an index with Comparative Example 19 being 100, compared to Comparative Example 19. Also, no destruction was seen. The long nozzle of Comparative Example 19 could not be used with a plurality of continuous charges, but it was confirmed that the continuous casting nozzle of Example 24 could be used with a plurality of continuous charges.

実施例25では比較例20に対し、最大損耗速度が、比較例20を100とする指数で52と、大幅に減少した。また破壊も観られなかった。   In Example 25, compared to Comparative Example 20, the maximum wear rate was greatly reduced to 52, which is an index with Comparative Example 20 being 100. Also, no destruction was seen.

実施例26では比較例21に対し、最大損耗速度が、比較例21を100とする指数で70と、大幅に減少した。また破壊も観られなかった。   In Example 26, compared to Comparative Example 21, the maximum wear rate was greatly reduced to 70, which is an index with Comparative Example 21 being 100. Also, no destruction was seen.

これらのように、いずれも実施例も比較例(従来の連続鋳造用ノズル)と比較して耐用性が大幅に改善した。   As described above, in all the examples, the durability was greatly improved as compared with the comparative example (conventional continuous casting nozzle).

本発明の耐火物は、取鍋からタンディッシュへの注湯に使用するロングノズル、スライディングノズルの上下部ノズル、タンディッシュからモールドへの注湯に使用する浸漬ノズル等に使用することができる。本発明の耐火物は、特に耐スポーリング性に優れるので、予熱温度がやや低い(例えば、600℃程度の低温)状態から注湯を開始するような条件での使用においても、損傷の少ない、優れた耐用を得ることができる。   The refractory material of the present invention can be used for a long nozzle used for pouring from a ladle to a tundish, an upper and lower nozzle for a sliding nozzle, an immersion nozzle used for pouring from a tundish to a mold, and the like. Since the refractory of the present invention is particularly excellent in spalling resistance, even if it is used under conditions where the preheating temperature is slightly low (for example, a low temperature of about 600 ° C.), it is less damaged, Excellent durability can be obtained.

1 本体の耐火物層
2 内孔
3 本発明の耐火物層(内張り)
4 本体の耐火物層のうち、ジルコニア−黒鉛質の層(モールドパウダー部用)
11 ロングノズル
12 浸漬ノズル
13 下部ノズル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Refractory layer of main body 2 Inner hole 3 Refractory layer (lining) of this invention
4 Of the refractory layers of the main body, a zirconia-graphite layer (for mold powder)
11 Long nozzle 12 Immersion nozzle 13 Lower nozzle

Claims (2)

耐火物の構成物からフリーの炭素成分からなる構成物を除いた部分を100体積%としたときに、0.045mm以下の大きさの粒子が10体積%以上で50体積%以下、0.045mmより大きく0.21mm以下の大きさの粒子が40体積%以下(ゼロを含む)、0.21mmより大きい粒子が40体積%以上90体積%以下の粒度構成であり、
耐火物中の0.045mm以下の大きさの粒子とフリーの炭素成分の合計を100質量%としたときに、フリーの炭素成分が3.0質量%以上35.0質量%以下、酸化物換算でのSiO成分及びCaO成分の合計が0.4質量%以上5.0質量%以下の化学組成であり、
前記のフリーの炭素成分、SiO成分及びCaO成分を除いた、0.045mm以下の大きさの粒子の残部が、その粒子群全体の平均モル比(Al/MgO)が1.05以上2.35以下の鉱物組成となるコランダム(Al)及びスピネル(Al・MgO)からなる粒子群を含んで構成されており、
0.045mm以下の大きさの粒子及びフリーの炭素成分を除く部分が、コランダム(Al)及びスピネル(Al・MgO)のうちのいずれか又は両方から構成されている連続鋳造用耐火物。
When the volume of the refractory component excluding the component composed of a free carbon component is defined as 100% by volume, particles having a size of 0.045 mm or less are 10% by volume to 50% by volume, 0.045mm. Particles having a particle size of 40% by volume or less (including zero) larger than 0.21 mm in size and 40% by volume or more and 90% by volume or less of particles greater than 0.21 mm,
When the total of particles having a size of 0.045 mm or less in the refractory and the free carbon component is 100% by mass, the free carbon component is 3.0% by mass or more and 35.0% by mass or less. The total of the SiO 2 component and the CaO component in the chemical composition is 0.4 mass% or more and 5.0 mass% or less,
The remainder of the particles having a size of 0.045 mm or less excluding the free carbon component, the SiO 2 component and the CaO component has an average molar ratio (Al 2 O 3 / MgO) of the entire particle group of 1.05. It is configured to include particles composed of corundum (Al 2 O 3 ) and spinel (Al 2 O 3 .MgO) having a mineral composition of 2.35 or less,
Continuous casting in which a portion excluding particles having a size of 0.045 mm or less and a free carbon component is composed of one or both of corundum (Al 2 O 3 ) and spinel (Al 2 O 3 .MgO). Refractories for use.
請求項1に記載の連続鋳造用耐火物が、ノズルの内孔面の一部又は全部の領域に配置された連続鋳造用ノズルであって、前記連続鋳造用耐火物の厚さが当該連続鋳造用耐火物の損傷速度に設定使用時間を乗じた値に2mmを加えた値以上である連続鋳造用ノズル。   The refractory for continuous casting according to claim 1, wherein the refractory for continuous casting is a nozzle for continuous casting arranged in a part or all of the inner hole surface of the nozzle, and the thickness of the refractory for continuous casting is the continuous casting. A continuous casting nozzle that is equal to or greater than the value obtained by multiplying the damage rate of the refractory by a set usage time plus 2 mm.
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