JP6148476B2 - Zirconia-carbon-containing refractory and immersion nozzle for continuous casting of steel, and zirconia-carbon-containing refractory manufacturing method and steel continuous casting immersion nozzle - Google Patents

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Description

本発明は、鋼の連続鋳造に使用される浸漬ノズル等に使用される耐火物に関連し、特に、高い耐食性と高い耐熱衝撃性を兼備したジルコニア−炭素含有耐火物、及びそのジルコニア−炭素含有耐火物を配設した連続鋳造用浸漬ノズル、並びに、ジルコニア−炭素含有耐火物の製造方法及び鋼の連続鋳造用浸漬ノズルの製造方法に関する。   The present invention relates to a refractory used for an immersion nozzle or the like used for continuous casting of steel, and in particular, a zirconia-carbon-containing refractory having high corrosion resistance and high thermal shock resistance, and its zirconia-carbon-containing The present invention relates to a continuous casting immersion nozzle provided with a refractory, a method for producing a zirconia-carbon-containing refractory, and a method for producing a steel continuous casting immersion nozzle.

鋼の連続鋳造において使用される浸漬ノズルは、タンディッシュからモールドに溶鋼を移送するために使用される。浸漬ノズルは、溶鋼と大気との接触を防ぐことで溶鋼の酸化を防止すると同時に、モールド内部へ整流化した状態で溶鋼を注入するために使用される。これにより、溶鋼上表面に浮上しているスラグ層や溶鋼中に存在する非金属介在物が鋳片中に混入することが防止され、鋳片の品質が改善されると同時に操業の安定性が確保される。一般に、モールド内部の溶鋼上表面には、モールドパウダー層と呼ばれる溶融ガラス層が存在する。このモールドパウダー層は、CaO、SiO2、Na2O、K2O、Al23、CaF2、Cなどを含有する。そのため、浸漬ノズルの構成材料であるAl23、SiO2、Cなどに対しては強い浸食性を持っており、長時間の操業に対しては浸漬ノズルの耐食性に問題を生じる。したがって、浸漬ノズルのモールドパウダーと接触する部位(以下単に「パウダーライン」という)には、モールドパウダーに対して耐食性が高いZrO2を主成分とする材料を適用することが多い。さらに耐熱衝撃性を確保する必要から、一般的にパウダーライン用の材料としてはZrO2成分を主成分とするジルコニア原料粒子に黒鉛を主とする炭素基質材料を加えたジルコニア−炭素含有耐火物(以下単に「ジルコニア−炭素含有耐火物」という)が適用されている。 Immersion nozzles used in continuous casting of steel are used to transfer molten steel from the tundish to the mold. The immersion nozzle is used to inject molten steel in a rectified state inside the mold while preventing oxidation of the molten steel by preventing contact between the molten steel and the atmosphere. This prevents slag layers floating on the molten steel surface and non-metallic inclusions present in the molten steel from being mixed into the slab, improving the quality of the slab and improving operational stability. Secured. Generally, a molten glass layer called a mold powder layer exists on the upper surface of the molten steel inside the mold. This mold powder layer contains CaO, SiO 2 , Na 2 O, K 2 O, Al 2 O 3 , CaF 2 , C, and the like. Therefore, it has a strong erosion property with respect to Al 2 O 3 , SiO 2 , C, etc., which are the constituent materials of the immersion nozzle, and causes a problem with the corrosion resistance of the immersion nozzle for a long time operation. Therefore, a material mainly composed of ZrO 2 having high corrosion resistance with respect to the mold powder is often applied to a portion of the immersion nozzle that comes into contact with the mold powder (hereinafter simply referred to as “powder line”). Furthermore, since it is necessary to ensure thermal shock resistance, a zirconia-carbon-containing refractory material in which a carbon substrate material mainly composed of graphite is added to zirconia raw material particles mainly composed of a ZrO 2 component as a material for a powder line ( Hereinafter, simply referred to as “zirconia-carbon-containing refractory” is applied.

パウダーライン用材料、ジルコニア−炭素含有耐火物の改善は、ノズルの寿命にも直結するため、従来から様々な改善が行われてきた。一般的には、材料中のZrO2含有率を上げることにより耐食性が向上することが知られている。しかし約85質量%以上にZrO2含有率を上げると、相対的に黒鉛含有量が減少するため、黒鉛の重要な機能の一つである固体潤滑性が減少し、CIP(Cold Isostatic Press)による成形体の密度の低下を招来する。これによりジルコニア−炭素含有耐火物の見掛け気孔率の上昇を来して耐食性が低下したり、熱膨張率や弾性率の上昇を惹き起こして熱衝撃による割れが発生する危険性が高くなり、操業に支障を及ぼすという問題があった。一般的には耐食性と耐熱衝撃性の両立を考慮して、ZrO2含有率としては、85質量%程度が上限と考えられ、より安定的に使用するためには82質量%程度以下が良好な範囲とされている。また、適用されるZrO2成分を含む原料としては、受鋼時の熱的な構造安定性の観点から、CaO、MgO、Y23等の結晶構造安定化剤をZrO2に対して3〜12質量%含有し、比較的直線的な熱膨張特性を示す、部分安定化ジルコニア粒子や完全安定化ジルコニア粒子を適用するのが一般的である。 Improvements in the powder line material, zirconia-carbon-containing refractory, have a direct effect on the life of the nozzle, and various improvements have heretofore been made. In general, it is known that the corrosion resistance is improved by increasing the ZrO 2 content in the material. However, when the ZrO 2 content is increased to about 85% by mass or more, the graphite content is relatively reduced, so that the solid lubricity, which is one of the important functions of graphite, is reduced, and CIP (Cold Isostatic Press) The density of the molded body is reduced. As a result, the apparent porosity of the zirconia-carbon refractory increases and the corrosion resistance decreases, or the thermal expansion coefficient and the elastic modulus increase, which increases the risk of cracking due to thermal shock. There was a problem of disturbing. In general, considering the balance between corrosion resistance and thermal shock resistance, the upper limit of the ZrO 2 content is considered to be about 85% by mass, and about 82% by mass or less is preferable for more stable use. It is considered as a range. In addition, as a raw material containing a ZrO 2 component to be applied, a crystal structure stabilizer such as CaO, MgO, Y 2 O 3 or the like is used with respect to ZrO 2 from the viewpoint of thermal structural stability during steel receiving. It is common to apply partially stabilized zirconia particles or fully stabilized zirconia particles that contain ˜12% by mass and that exhibit relatively linear thermal expansion characteristics.

近年の多連鋳化、高生産性化、高清浄度化等が推し進められる中、さらなる浸漬ノズルの寿命延長及びノズルの安定性向上の要望が強くなっている。そのニーズに対し、浸漬ノズルのパウダーライン用のジルコニア−炭素含有耐火物に関してさらなる耐食性の改善が必要となっている。このような中、耐食性改善の手段として、ジルコニア粒子の大きさ(粒度)とその粒度構成に着目した改善案が多く提案されている。例えば特許文献1には、「ジルコニア原料70〜95質量%、黒鉛(通常の鱗状黒鉛、電極屑、無煙炭、土状黒鉛等)5〜30質量%からなり、前記ジルコニアの粒度構成が45μm以下のジルコニア粒子が70%以上であるジルコニア−黒鉛質耐火物」が開示されている。   With the recent progress of multi-casting, high productivity, high cleanliness, etc., there is an increasing demand for further extending the life of the immersion nozzle and improving the stability of the nozzle. To meet that need, further improvements in corrosion resistance are required for zirconia-carbon containing refractories for powder lines of immersion nozzles. Under these circumstances, many improvement proposals focusing on the size (particle size) of zirconia particles and the particle size configuration have been proposed as means for improving corrosion resistance. For example, Patent Document 1 includes “Zirconia raw material 70 to 95% by mass, graphite (ordinary scaly graphite, electrode scrap, anthracite, earthy graphite, etc.) 5 to 30% by mass, and the particle size configuration of the zirconia is 45 μm or less. "Zirconia-graphitic refractories" with 70% or more zirconia particles are disclosed.

従来の一般的なジルコニア−炭素含有耐火物では、前述のように45μm以下等の小さいジルコニア粒子が多い場合にはジルコニア粒子の溶融パウダー内への溶解速度が速まって耐食性が低下すると考えられてきたのに対し、特許文献1は逆に、微細なジルコニア粒子(45μm以下)を多量に使用するものである。このような一定の割合以上に小さい粒子を多量に使用する場合、特許文献1に示す通り耐食性の向上効果が得られる場合がある。   In the conventional general zirconia-carbon-containing refractories, when there are many small zirconia particles such as 45 μm or less as described above, it is considered that the dissolution rate of zirconia particles into the molten powder increases and the corrosion resistance decreases. In contrast, Patent Document 1 uses a large amount of fine zirconia particles (45 μm or less). When a large amount of particles smaller than a certain ratio is used, the effect of improving corrosion resistance may be obtained as shown in Patent Document 1.

一方、これらの小さいジルコニア粒子(45μm以下)を多量に使用することなく、一般的な(汎用性のある)連続鋳造の操業条件において、ジルコニア−炭素含有耐火物の組織に着目して耐食性と耐熱衝撃性の両方を改善しようとする提案がなされている。   On the other hand, without using a large amount of these small zirconia particles (45 μm or less), focusing on the structure of zirconia-carbon-containing refractories under general (general purpose) continuous casting operating conditions, corrosion resistance and heat resistance Proposals have been made to improve both impact properties.

例えば特許文献2には、「骨材粒子間に炭素の結合が形成され、ZrO2成分を80質量%以上及び炭素基質材料を含有するジルコニア−炭素含有耐火物において、前記耐火物組織内に占める開口気孔体積と炭素基質材料の体積の合計が42体積%以下25体積%以上であって、前記耐火物組織中の全開口気孔中の10μm以上の気孔が30%以下であり、かつ、前記のジルコニア−炭素含有耐火物中の炭素基質材料中の、最大長さが45μmを超える炭素基質材料粒が、前記のジルコニア−炭素含有耐火物中の結合炭素を除く全炭素基質材料中の60質量%未満であることを特徴とする、ジルコニア−炭素含有耐火物」が提案されている。 For example, Patent Document 2 states that “in a zirconia-carbon-containing refractory material in which a carbon bond is formed between aggregate particles, the ZrO 2 component is 80% by mass or more, and a carbon matrix material is contained in the refractory structure. The total volume of the open pore volume and the volume of the carbon matrix material is 42% by volume or less and 25% by volume or more, the pores of 10 μm or more in all the open pores in the refractory structure are 30% or less, and In the carbon substrate material in the zirconia-carbon-containing refractory, the carbon substrate material particles having a maximum length exceeding 45 μm are 60% by mass in the total carbon substrate material excluding the bonded carbon in the zirconia-carbon-containing refractory. A zirconia-carbon-containing refractory, characterized by being less than, has been proposed.

この特許文献2では、前記の特許文献1を除く多くの一般的な溶融スラグへの溶解速度の低減と耐熱衝撃性の改善のための手段と同様に、耐食性の改善及び耐熱衝撃性向上を目的として、「ZrO2成分は1mm以下0.045mm以上の粒度範囲の骨材粒子を主体に使用することとし、粒径45μm未満のZrO2骨材粒子の割合は、ZrO2骨材粒子全体の10質量%以上35質量%以下の範囲とすることが好ましい」としている。すなわちこの特許文献2は、前記の特許文献1に示される45μm以下の微細なジルコニア粒子を多量に使用することを否定して、溶融モールドパウダー内に相対的に溶けにくい粗大なジルコニア粒子である中間粒主体の粒度構成にして、耐食性を高めようとするものである。特許文献2には、前記手段に加えてCIPによる成形方法を前提に、「45μmを超える炭素基質材料粒子を当該ジルコニア−炭素含有耐火物中の結合炭素を除く全炭素基質材料中の60質量%以下にすることで、ジルコニア骨材等の潤滑機能が得られ、その結果耐食性向上に大きな改善効果が得られる」こと、また、「最大長さが45μm以下の黒鉛原料中には厚さが10μm以下である黒鉛微粉末を40質量%以上含有するものを使用することが好ましい」ことが示されている。すなわち、マトリクス組織を緻密化することで耐食性を高めようとするものである。 This Patent Document 2 aims to improve the corrosion resistance and improve the thermal shock resistance as well as the means for reducing the dissolution rate in many general molten slags and improving the thermal shock resistance except for the aforementioned Patent Document 1. “The ZrO 2 component is mainly composed of aggregate particles having a particle size range of 1 mm or less and 0.045 mm or more, and the proportion of ZrO 2 aggregate particles having a particle size of less than 45 μm is 10% of the total ZrO 2 aggregate particles. It is preferable to be in the range of mass% to 35 mass%. " That is, this patent document 2 denies the use of a large amount of fine zirconia particles of 45 μm or less shown in the above-mentioned patent document 1, and is an intermediate that is coarse zirconia particles that are relatively difficult to dissolve in the molten mold powder. It is intended to improve the corrosion resistance by adopting a grain structure mainly composed of grains. In Patent Document 2, in addition to the above means, on the premise of a molding method by CIP, “60% by mass of carbon substrate material particles exceeding 45 μm in the total carbon substrate material excluding bonded carbon in the zirconia-carbon-containing refractory”. By making the following, a lubricating function such as zirconia aggregate can be obtained, and as a result, a great improvement effect can be obtained in improving corrosion resistance. Also, “in the graphite raw material having a maximum length of 45 μm or less, the thickness is 10 μm. It is indicated that it is preferable to use a powder containing 40% by mass or more of the following fine graphite powder ”. That is, it is intended to improve the corrosion resistance by densifying the matrix structure.

しかしこれらの手段では、特許文献2自体に示されているように、耐熱衝撃性が劣ることとなる。そこでこの特許文献2ではさらに、耐火物組織中の結合炭素に直径50nm以下の繊維状組織を有する炭素基質材料を含有させることで、耐熱衝撃性を顕著に向上させることが示されている。   However, with these means, as shown in Patent Document 2 itself, the thermal shock resistance is inferior. Therefore, this Patent Document 2 further shows that the thermal shock resistance is remarkably improved by including a carbon substrate material having a fibrous structure having a diameter of 50 nm or less in the bonded carbon in the refractory structure.

特開平11−302073号公報JP-A-11-302073 特開2009−221031号公報JP 2009-2221031 A

しかしながら、特許文献1の技術では、特にZrO2含有率が約85質量%以上の高ZrO2含有率のジルコニア−炭素含有耐火物材質の耐火物においては気孔率が増加して、結果的に耐食性が低下する場合があり、また、相対的に黒鉛含有率が減少するため、熱衝撃による割れが高頻度で発生し易くなる等、依然、耐食性と耐熱衝撃性の両立には問題があることが判った。 However, in the technique of Patent Document 1, in particular zirconia ZrO 2 content is high ZrO 2 content of more than about 85 wt% - increased porosity in the carbon-containing refractory of the refractory material, resulting in corrosion resistance In addition, since the graphite content is relatively decreased, cracks due to thermal shock are likely to occur at a high frequency, and there are still problems in achieving both corrosion resistance and thermal shock resistance. understood.

そのため、この微細なジルコニア粒子(45μm以下)を多く使用することを主たる課題改善策とした技術の適用は、高度に管理された製造方法に依存するとともに、予熱条件等の連続鋳造の操業において当該ジルコニア−炭素含有耐火物にとって最適な使用条件・環境等が厳格に管理できるような場合に限られることが判った。言い換えると、通常のジルコニア−炭素含有耐火物及び浸漬ノズルの製造方法や、一般的な連続鋳造の操業条件においては実用化が困難である場合が多いことが判った。   For this reason, the application of the technology, which is mainly intended to improve the use of these fine zirconia particles (45 μm or less), depends on a highly controlled production method, and in continuous casting operations such as preheating conditions. It turned out that it is limited to the case where the optimum use conditions, environment, etc. for zirconia-carbon-containing refractories can be strictly controlled. In other words, it has been found that it is often difficult to put it to practical use in the production method of ordinary zirconia-carbon-containing refractories and immersion nozzles and general continuous casting operating conditions.

また、特許文献2における前記手段によって、一般的な(汎用性のある)連続鋳造の操業条件においては、耐食性の向上と耐熱衝撃性の向上に一定の効果が得られている。しかしながら、近年の多連鋳化による高生産性化、清浄鋼化の中で耐用向上と耐熱衝撃性改善に対する要求に対しては十分な程度ではなく、さらに高い耐食性と耐熱衝撃性とを両立させることが必要であることが判ってきた。   In addition, the above-mentioned means in Patent Document 2 provides a certain effect in improving corrosion resistance and thermal shock resistance under general (general purpose) continuous casting operating conditions. However, it is not enough to meet the demands for improved durability and improved thermal shock resistance in the recent high-productivity and clean steel production by multiple continuous casting, and it is compatible with both higher corrosion resistance and thermal shock resistance. It turns out that it is necessary.

本発明は、上記問題点に鑑みて、ジルコニア−炭素含有耐火物に関し、耐食性及び耐熱衝撃性の両方を従来よりも改善して、耐用性に優れた、ジルコニア−炭素含有耐火物及びそのジルコニア−炭素含有耐火物を配設した連続鋳造用浸漬ノズル、並びに、ジルコニア−炭素含有耐火物の製造方法及び鋼の連続鋳造用浸漬ノズルの製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above problems, the present invention relates to a zirconia-carbon-containing refractory, and has improved both corrosion resistance and thermal shock resistance as compared with the prior art, and has excellent durability, and a zirconia-carbon-containing refractory and its zirconia- It is an object of the present invention to provide a continuous casting immersion nozzle provided with a carbon-containing refractory, a method for producing a zirconia-carbon-containing refractory, and a method for producing a steel continuous casting immersion nozzle.

本発明の要旨は、整理すると、次の(1)〜(6)に記載のジルコニア−炭素含有耐火物、次の(7)に記載の鋼の連続鋳造用の浸漬ノズル、次の(8)〜(11)に記載のジルコニア−炭素含有耐火物の製造方法、及び、次の(12)に記載の鋼の連続鋳造用の浸漬ノズルの製造方法である。
(1)耐火物組織中にジルコニア粒子及び炭素基質材料を有し、化学成分として、ZrO2を78質量%以上90質量%以下、炭素を5質量%以上17質量%以下含有するジルコニア−炭素含有耐火物において、
前記ジルコニア粒子は、前記耐火物中のジルコニア粒子全量を100質量%とするときに、75μm以下の径の粒子を97質量%以上、且つ、45μm以下の径の粒子を40質量%以上、且つ、10μm未満の径の粒子を20質量%以下の割合で含有し、
前記炭素基質材料は、最大長さが100μm以下、平均長さが45μm以下で、且つ、耐火物中に2質量%以上15質量%以下の割合で含有され、
更に、前記耐火物は、前記耐火物をリング状に形成した円筒状試験片の内孔から均一加圧して試料を破断させる試験法において、試料の同一の水平方向断面上で円周方向90°ごとに分割した位置ごとの4点の破断時のひずみ量の最大値と最小値の差を、前記4点のひずみ量の平均値で除した百分率である、ひずみ量のバラツキ値が20%以内であることを特徴とする、ジルコニア−炭素含有耐火物。
(2)前記ジルコニア粒子は、前記耐火物中のジルコニア粒子全量を100質量%とするときに、10μm未満の径の粒子を5質量%以下の割合で含有することを特徴とする、(1)に記載のジルコニア−炭素含有耐火物。
(3)前記円筒状試験片は、内半径と外半径との平均半径rと肉厚tとの比r/tが10より小さい円筒状試験片であることを特徴とする、(1)又は(2)に記載のジルコニア−炭素含有耐火物。
(4)前記ZrO2を85質量%以上90質量%以下含有することを特徴とする、(1)〜(3)のいずれか一つに記載のジルコニア−炭素含有耐火物。
(5)前記耐火物組織中の全開孔気孔体積中の10μm以上の気孔体積割合が30%以下であることを特徴とする、(1)〜(4)のいずれか一つに記載のジルコニア−炭素含有耐火物。
(6)前記耐火物のマトリクス組織中に、直径50nm以下の繊維状の炭素基質材料が含有されていることを特徴とする、(1)〜(5)のいずれか一つに記載のジルコニア−炭素含有耐火物。
(7)前記(1)〜(6)のいずれか一つに記載のジルコニア−炭素含有耐火物をモールドパウダーに接触する面に配設した、鋼の連続鋳造用の浸漬ノズル。
(8)耐火物組織中にジルコニア粒子及び炭素基質材料を有し、化学成分として、ZrO2を78質量%以上90質量%以下、炭素を5質量%以上17質量%以下含有するジルコニア−炭素含有耐火物の製造方法であって、
前記炭素成分は、炭素基質材料と結合炭素に由来し、
前記耐火物の原料配合時に、最大長さが100μm以下で、平均長さが45μm以下の前記炭素基質材料を、前記耐火物中に2質量%以上15質量%以下の割合で含むように配合し、
且つ、前記耐火物の原料配合時に、配合するジルコニア粒子の全量を100質量%とした際に、75μm以下の径のジルコニア粒子が97質量%以上、45μm以下の径のジルコニア粒子が40質量%以上の割合となるように、ジルコニア粒子を配合し、
且つ、混練条件の決定にあたって、前記耐火物をリング状に形成した耐火物円筒状試験片の内孔から均一加圧して試料を破断させる試験法において、前記円筒状試験片の同一の水平方向断面上で円周方向90°ごとに分割した位置ごとの4点の破断時のひずみ量の最大値と最小値の差を、前記4点のひずみ量の平均値で除した百分率である、ひずみ量のばらつきを計測して混練条件にフィードバックし、当該ひずみ量のバラツキ値が20%以内となるように、前記耐火物の配合原料を混練する際の混練機の攪拌羽根の回転数の高速化、溶媒の添加、混練時間の延長の1以上を行うことによって混練条件を決定し、当該決定した混練条件で混練を行うことを特徴とする、ジルコニア−炭素含有耐火物の製造方法。
(9)前記配合するジルコニア粒子全量を100質量%とした際に、10μm未満の径のジルコニア粒子が20質量%以下の割合となるようにジルコニア粒子を配合することを特徴とする、(8)に記載のジルコニア−炭素含有耐火物の製造方法。
(10)前記配合するジルコニア粒子全量を100質量%とした際に、10μm未満の径のジルコニア粒子が5質量%以下の割合となるようにジルコニア粒子を配合することを特徴とする、(8)に記載のジルコニア−炭素含有耐火物の製造方法。
11)前記円筒状試験片は、内半径と外半径との平均半径rと肉厚tとの比r/tが10より小さい円筒状試験片であることを特徴とする、(8)〜(10)のいずれか一つに記載のジルコニア−炭素含有耐火物の製造方法。
12)(8)〜(11)のいずれか一つに記載の製造方法で製造されたジルコニア−炭素含有耐火物を、モールドパウダーに接触する面に配設することを特徴とする鋼の連続鋳造用の浸漬ノズルの製造方法。
The gist of the present invention is summarized as follows. The zirconia-carbon-containing refractory described in the following (1) to (6), the immersion nozzle for continuous casting of steel described in the following (7), the following (8) It is the manufacturing method of the zirconia-carbon containing refractory as described in (11) , and the manufacturing method of the immersion nozzle for continuous casting of steel as described in following ( 12 ).
(1) Zirconia-carbon containing zirconia particles and carbon substrate material in the refractory structure, and containing ZrO 2 as a chemical component in a range of 78% to 90% by mass and carbon in a range of 5% to 17% by mass In refractories,
The zirconia particles, when the total amount of zirconia particles in the refractory is 100% by mass, the particles having a diameter of 75 μm or less are 97% by mass or more, and the particles having a diameter of 45 μm or less are 40% by mass or more, and Containing particles having a diameter of less than 10 μm in a proportion of 20% by mass or less,
The carbon substrate material has a maximum length of 100 μm or less, an average length of 45 μm or less, and is contained in the refractory in a proportion of 2% by mass or more and 15% by mass or less.
Furthermore, in the test method in which the refractory is uniformly pressed from an inner hole of a cylindrical test piece formed in a ring shape to break the sample, the refractory is 90 ° in the circumferential direction on the same horizontal section of the sample. Dispersion value of the strain amount is within 20%, which is a percentage obtained by dividing the difference between the maximum value and the minimum value of the strain amount at the time of breaking at 4 points for each position divided by the average value of the strain amount at the 4 points. A zirconia-carbon-containing refractory, characterized in that
(2) The zirconia particles contain particles having a diameter of less than 10 μm in a proportion of 5% by mass or less, when the total amount of zirconia particles in the refractory is 100% by mass, (1) The zirconia-carbon-containing refractory described in 1.
(3) The cylindrical test piece is a cylindrical test piece in which a ratio r / t of an average radius r between an inner radius and an outer radius and a wall thickness t is smaller than 10, (1) or The zirconia-carbon-containing refractory according to (2).
(4) The zirconia-carbon-containing refractory according to any one of (1) to (3), wherein the ZrO 2 is contained in an amount of 85% by mass to 90% by mass.
(5) The zirconia according to any one of (1) to (4), wherein the pore volume ratio of 10 μm or more in the total open pore volume in the refractory structure is 30% or less. Carbon-containing refractory.
(6) Zirconia according to any one of (1) to (5), characterized in that a fibrous carbon substrate material having a diameter of 50 nm or less is contained in the matrix structure of the refractory. Carbon-containing refractory.
(7) An immersion nozzle for continuous casting of steel, wherein the zirconia-carbon-containing refractory according to any one of (1) to (6) is disposed on a surface in contact with mold powder.
(8) Zirconia-carbon containing zirconia particles and carbon substrate material in the refractory structure, and containing ZrO 2 as a chemical component in an amount of 78% to 90% by mass and carbon in an amount of 5% to 17% by mass A method of manufacturing a refractory,
The carbon component is derived from a carbon substrate material and bonded carbon,
At the time of blending the refractory raw material, the carbon substrate material having a maximum length of 100 μm or less and an average length of 45 μm or less is blended so as to be contained in the refractory in a proportion of 2% by mass or more and 15% by mass or less. ,
And, when the total amount of zirconia particles to be blended is 100% by mass at the time of blending the refractory raw material, zirconia particles having a diameter of 75 μm or less are 97% by mass or more, and zirconia particles having a diameter of 45 μm or less are 40% by mass or more. Zirconia particles are blended so that the ratio of
And, in determining the kneading conditions, in the test method in which the sample is broken by uniformly pressurizing from the inner hole of the refractory cylindrical test piece formed in a ring shape, the same horizontal cross section of the cylindrical test piece The strain amount, which is a percentage obtained by dividing the difference between the maximum value and the minimum strain value at the time of breaking at 4 points at each position divided every 90 ° in the circumferential direction by the average value of the strain values at the 4 points. Measure the variation of and feed back to the kneading conditions, speeding up the rotation speed of the stirring blades of the kneader when kneading the refractory compounding raw material so that the variation value of the strain amount is within 20%, A method for producing a zirconia-carbon-containing refractory, characterized in that kneading conditions are determined by performing one or more of addition of a solvent and kneading time extension, and kneading is performed under the determined kneading conditions.
(9) When the total amount of zirconia particles to be blended is 100% by mass, zirconia particles are blended so that the proportion of zirconia particles having a diameter of less than 10 μm is 20% by mass or less, (8) A method for producing a zirconia-carbon-containing refractory according to claim 1.
(10) When the total amount of zirconia particles to be blended is 100% by mass, zirconia particles are blended so that the proportion of zirconia particles having a diameter of less than 10 μm is 5% by mass or less, (8) A method for producing a zirconia-carbon-containing refractory according to claim 1.
( 11 ) The cylindrical test piece is a cylindrical test piece in which a ratio r / t of an average radius r between an inner radius and an outer radius and a wall thickness t is smaller than 10. (8) to The method for producing a zirconia-carbon-containing refractory according to any one of (10) .
( 12 ) (8) -Continuous steel characterized in that the zirconia-carbon-containing refractory produced by the production method according to any one of (11) is disposed on the surface in contact with the mold powder. A method for producing a submerged nozzle for casting.

本発明によれば、ZrO2含有率90質量%以下のジルコニア−炭素含有耐火物において、優れた耐食性と耐熱衝撃性の両方を備えたジルコニア−炭素含有耐火物、及び連続鋳造用浸漬ノズルを得ることができる。 According to the present invention, a zirconia-carbon-containing refractory having both excellent corrosion resistance and thermal shock resistance in a zirconia-carbon-containing refractory having a ZrO 2 content of 90% by mass or less, and an immersion nozzle for continuous casting are obtained. be able to.

ZrO2の溶融モールドパウダー中の含有量とモールドパウダーの粘度の関係(1300℃の実験例)を示す図である。Is a graph showing relationship (Experimental example 1300 ° C.) in the viscosity of the content and the mold powder in the molten mold powder of ZrO 2. 従来技術の、粒子間が繋がって恰も粗大粒子状になったジルコニア粒子の連続体(いわゆる「鎖状」のジルコニア粒子の連続体)と、その連続体の外に炭素基質材料(黒鉛の例)が存在する場合の耐火物組織のイメージを示す図である。A continuum of zirconia particles in which the particles are connected to form a very coarse particle (a so-called “chain” zirconia particle continuum) and a carbon substrate material (example of graphite) outside the continuum. It is a figure which shows the image of a refractory structure | tissue when there exists. 本発明の、ジルコニア粒子間を遮断するように炭素基質材料(黒鉛の例)が存在する場合の耐火物組織のイメージを示す図である。It is a figure which shows the image of a refractory structure | tissue in case carbon substrate material (example of graphite) exists so that between zirconia particles may be interrupted | blocked of this invention. 第2の製造方法により製造された本発明のジルコニア−炭素含有耐火物の組織構造を示す写真画像である。It is a photographic image which shows the structure | tissue structure of the zirconia-carbon containing refractory material of this invention manufactured by the 2nd manufacturing method. 図4の炭素の結合の部分を拡大した写真画像である。It is the photographic image which expanded the part of the carbon bond of FIG. 図4の炭素の結合の部分を拡大したTEM写真画像である。It is the TEM photograph image which expanded the part of the carbon bond of FIG. 本発明の耐火物をリング状に形成した試料の内孔から均一加圧して試料を破断させる試験法の一例を示す図であり、リングの断面図ならびにひずみゲージを取り付けた場合の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the test method which fractures | ruptures a sample by uniformly pressurizing from the inner hole of the sample which formed the refractory material of this invention in the ring shape, and is a figure which shows an example at the time of attaching a sectional view of a ring and a strain gauge It is. 本発明の耐火物を連続鋳造用ノズルに適用した場合の一例を、モールド内に浸漬した状態で示すイメージ図(縦方向断面図)である。It is an image figure (longitudinal direction sectional view) which shows an example at the time of applying a refractory of the present invention to a nozzle for continuous casting in the state where it was immersed in a mold.

本発明の特徴を、実施形態と共に、以下に説明する。
まず、耐食性の改善について述べる。
The features of the present invention will be described below together with embodiments.
First, the improvement of corrosion resistance will be described.

部分安定化又は完全安定化されたジルコニア粒子は、モールドパウダーと接触すると、モールドパウダー中の成分(特にSiO2、CaF2、Al23など)によって速やかに脱安定化し、立方晶から微細な単斜晶微粒子に分解する、いわゆる細粒化現象が起こる。ZrO2のモールドパウダーへの溶解度は低いため、ジルコニア微粒子はモールドパウダー中でほとんど溶解せずに数μm径の超微粒子の状態でモールドパウダー中に懸濁し、ジルコニア微粒子の体積割合に応じて溶融モールドパウダーの見掛け上の粘性を高める作用を及ぼす。図1に、モールドパウダー中でのZrO2含有率と粘性の実験値を例示する。 When partially or completely stabilized zirconia particles come into contact with the mold powder, they are quickly destabilized by the components in the mold powder (especially SiO 2 , CaF 2 , Al 2 O 3, etc.). A so-called fine grain phenomenon occurs that decomposes into monoclinic fine particles. Since the solubility of ZrO 2 in the mold powder is low, the zirconia fine particles are hardly dissolved in the mold powder, but suspended in the mold powder in the form of ultrafine particles with a diameter of several μm, and the melt mold according to the volume ratio of the zirconia fine particles. It acts to increase the apparent viscosity of the powder. FIG. 1 illustrates experimental values of the ZrO 2 content and viscosity in the mold powder.

微細なジルコニア粒子を主体とするジルコニア粒子構成の場合、溶融モールドパウダーと接触した初期の短時間内に急速に、しかも多量にジルコニア粒子の細粒化現象が起こりやすく、耐火物とモールドパウダーとの界面付近の溶融モールドパウダーにジルコニア微粒子が多数懸濁した高粘度のモールドパウダー、すなわちモールドパウダーフィルムの生成を促進する効果がある。   In the case of a zirconia particle structure mainly composed of fine zirconia particles, the zirconia particles are likely to be finely and rapidly pulverized within a short period of time in contact with the molten mold powder. There is an effect of promoting the production of a highly viscous mold powder in which a large number of zirconia fine particles are suspended in the molten mold powder in the vicinity of the interface, that is, a mold powder film.

このモールドパウダーフィルム内部は高粘度のため耐火物とモールドパウダーフィルム界面での物質移動が抑制される。さらには耐火物組織内部へのモールドパウダーの浸透も抑制されて、一般的な粗大なジルコニア粒子を主体とする耐火物に観られるようなモールドパウダーの浸透に伴う耐火物組織深部でのジルコニア粒子の細粒化が抑制される。これらの結果、耐火物内部でのモールドパウダー浸透厚さが薄くなり、浸透層と未浸透組織との界面を基点とする耐火物表面の剥離現象による損傷が減少し、耐火物表面が均一に溶損する形態となる。すなわち、高粘度のモールドパウダーフィルムは、ジルコニア−炭素含有耐火物の保護層として作用することとなり、耐火物の損傷速度を抑制することが可能となることを本発明者らは見出している。   Since the inside of the mold powder film has a high viscosity, mass transfer at the interface between the refractory and the mold powder film is suppressed. Furthermore, the penetration of the mold powder into the refractory structure is suppressed, and the zirconia particles in the deep part of the refractory structure accompanying the penetration of the mold powder as seen in general refractory mainly composed of coarse zirconia particles. Fine graining is suppressed. As a result, the penetration depth of the mold powder inside the refractory is reduced, damage due to the peeling phenomenon of the refractory surface starting from the interface between the osmotic layer and the non-penetrated structure is reduced, and the refractory surface is dissolved uniformly. It becomes a form to lose. That is, the present inventors have found that a high-viscosity mold powder film acts as a protective layer for a zirconia-carbon-containing refractory and can suppress the damage rate of the refractory.

そして、前記の作用は、図1に示すように、溶融モールドパウダー内のZrO2含有率が一定値(本実験例では8質量%)以上になった場合に得ることができることを本発明者らは初めて見出した。 Then, as shown in FIG. 1, the present inventors can obtain the above-described effect when the ZrO 2 content in the molten mold powder becomes a certain value (8% by mass in this experimental example) or more. Found for the first time.

一般的な従来技術のジルコニア−炭素含有耐火物のジルコニア粒子に関しては、例えば特許文献2では前述のように微細粒子を主体とする構成を否定し、粗大粒子を主体とすることが示されている。   As for zirconia particles of a general prior art zirconia-carbon-containing refractory, for example, Patent Document 2 denies the configuration mainly composed of fine particles as described above, and shows that mainly coarse particles are composed. .

このような粗大粒子を主体とした場合は、微細な粒子の割合が少なくて溶融モールドパウダー内のZrO2含有率が一定値(本実験例では8質量%)以上にならず、ジルコニア粒子が懸濁した高粘度のモールドパウダーフィルムは形成されない。そして粗大な粒子はその外周部分が浸透したモールドパウダー成分によって脱安定化・細粒化を起こして、耐火物組織が脆弱化したり、またモールド振動による外力等により、耐火物組織からジルコニアの粗大粒子が脱落し易くなる。また、一度に脱落する厚さも粗大粒子の大きさ以上になることから、溶損量が増大する原因となる。さらに、粗大なジルコニア粒子間の組織には、微細なジルコニア粒子の消失や粗大粒子の脱落により生じた空間にモールドパウダーがいっそう浸潤し易くなる。 When such coarse particles are mainly used, the proportion of fine particles is small and the ZrO 2 content in the molten mold powder does not exceed a certain value (8% by mass in this experimental example), and zirconia particles are suspended. A turbid high viscosity mold powder film is not formed. The coarse particles are destabilized and refined by the mold powder component that permeates the outer periphery, and the refractory structure becomes brittle. Is easy to drop off. Moreover, since the thickness falling off at a time is equal to or larger than the size of the coarse particles, the amount of erosion loss is increased. Furthermore, the mold powder is more likely to infiltrate into the space between the coarse zirconia particles due to the disappearance of the fine zirconia particles and the loss of the coarse particles.

このようにモールドパウダーが浸潤した場合は、モールドパウダーが耐火物組織内の深部でもジルコニア粒子の細粒化を生じさせるため、前述した粒子の脱落現象が繰り返されることになる。しかも粗大粒子の脱落は、耐火物との界面付近のモールドパウダー中のZrO2含有率を一定値以上に高濃度化することはなく、その結果高粘度なモールドパウダーフィルム層を形成することもない。 When the mold powder is infiltrated in this way, the mold powder causes the zirconia particles to become finer even in the deep part of the refractory structure, so that the above-described particle dropping phenomenon is repeated. In addition, dropping off of coarse particles does not increase the ZrO 2 content in the mold powder near the interface with the refractory to a certain level or higher, and as a result, does not form a highly viscous mold powder film layer. .

そうするとモールドパウダーの耐火物内部への浸潤も抑制されることなく耐火物表面層から粒子が脱落し易くなって、いわゆるモールドパウダー浸透型の界面近傍の損傷形態が継続的に進行することになる。その結果、耐火物の耐食性が大幅に低下する。このように、大粒子を主体とし、微粒子を併用する粒度構成では損耗速度が大きくなるといった現象が生じてしまう。   Then, infiltration of the mold powder into the refractory is not suppressed, and the particles easily fall off from the surface layer of the refractory, and the damage form in the vicinity of the so-called mold powder permeation type interface proceeds continuously. As a result, the corrosion resistance of the refractory is greatly reduced. In this way, a phenomenon in which the wear rate is increased occurs in a particle size configuration mainly composed of large particles and combined with fine particles.

モールドパウダーと接触した初期の短時間内に、急速にモールドパウダー内のZrO2含有率が一定値(本実験例では8質量%)以上のジルコニア微粒子が懸濁した高粘度のモールドパウダーフィルムを生成させるためには、最適な粒度構成・範囲があることを本発明者らは見出した。 In the initial short time of contact with the mold powder, a high-viscosity mold powder film in which zirconia fine particles with a ZrO 2 content in the mold powder of a certain value (8% by mass or more in this experimental example) are suspended is rapidly generated. In order to achieve this, the present inventors have found that there is an optimum particle size configuration / range.

すなわち本発明者らは、化学成分として、ZrO2を78質量%以上90質量%以下、炭素を5質量%以上17質量%以下含有するジルコニア−炭素含有耐火物において、ZrO2成分の原料としてのジルコニア粒子を、当該耐火物中のジルコニア粒子全量を100質量%とするときに、75μm以下の径の粒子を97質量%以上含み、45μm以下の径の粒子の割合を40質量%以上(100質量%を含む)にすることで、ジルコニア−炭素含有耐火物とモールドパウダーとの界面において、モールドパウダー内のZrO2含有率が一定値(本実験例では8質量%)以上のジルコニア微粒子が懸濁した高粘度のモールドパウダーフィルムを生成させることができ、耐食性を改善することができることを見出した。 That is, the present inventors, as a chemical component, in a zirconia-carbon-containing refractory containing 78% to 90% by mass of ZrO 2 and 5% to 17% by mass of carbon as a raw material for the ZrO 2 component. When the total amount of zirconia particles in the refractory is 100% by mass, the proportion of particles having a diameter of 75 μm or less is 97% by mass or more and the proportion of particles having a diameter of 45 μm or less is 40% by mass (100% by mass). Zirconia fine particles having a ZrO 2 content in the mold powder of a certain value (8% by mass or more in this experimental example) are suspended at the interface between the zirconia-carbon-containing refractory and the mold powder. It was found that a high-viscosity molded powder film can be produced and the corrosion resistance can be improved.

逆に、75μm超の大きなジルコニア粒子が、ジルコニア粒子全体の3質量%を超えると、当該粗大粒子の剥落した部分からモールドパウダーの浸透が継続的に進行し易くなって上述した浸透型の損傷が進行し易くなり、また、45μm超の比較的大きな粒子が、60質量%よりも多いと、高粘度のモールドパウダーフィルムを早期に生成させることが難しくなる傾向があることを見出した。   On the other hand, when the large zirconia particles exceeding 75 μm exceed 3% by mass of the whole zirconia particles, the penetration of the mold powder easily proceeds from the part where the coarse particles are peeled off, and the above-described penetration type damage is caused. It has been found that if the amount of the relatively large particles exceeding 45 μm is more than 60% by mass, it tends to be difficult to produce a highly viscous mold powder film at an early stage.

なお、本発明における粒子径の基準値を上記値とした理由の一つは、様々な目開きのJIS規格の標準ふるいを用い、篩分けして得られた原料を使用して試験を行い、作用効果の有無を比較検討した結果の実績から上記値が求められたためであり、断続的に存在する標準ふるいの目開きサイズ(・・・150μm、125μm、106μm、100μm、90μm、75μm、63μm、53μm、45μm、38μm、32μm、25μm・・・)から決定したためである。   In addition, one of the reasons for setting the standard value of the particle diameter in the present invention as the above value is to perform a test using raw materials obtained by sieving using standard sieves of various openings of JIS standards, This is because the above-mentioned value was obtained from the results of a comparative study on the presence or absence of the action effect, and the mesh sizes of the standard sieves that exist intermittently (150 μm, 125 μm, 106 μm, 100 μm, 90 μm, 75 μm, 63 μm, 53 μm, 45 μm, 38 μm, 32 μm, 25 μm, etc.).

したがって、当該耐火物中のジルコニア粒子全量を100質量%とするときに、径が75μm以下のジルコニア粒子が97質量%未満であると、上述した浸透型の損傷が進行し易く、また、径が75μm以下のジルコニア粒子が97質量%以上であっても、径が45μm以下のジルコニア粒子の割合が40質量%未満であると、速やかには高粘性のモールドパウダーフィルムの生成は得られず、耐火物表面の保護層の形成が困難となる。   Therefore, when the total amount of zirconia particles in the refractory is 100% by mass, if the zirconia particles having a diameter of 75 μm or less are less than 97% by mass, the above-described penetration type damage is likely to proceed, and the diameter is Even if the zirconia particles having a diameter of 75 μm or less are 97% by mass or more, if the ratio of the zirconia particles having a diameter of 45 μm or less is less than 40% by mass, a high-viscosity mold powder film cannot be promptly produced, and fire resistance It becomes difficult to form a protective layer on the object surface.

その結果、耐火物表面での溶損速度が不均一となって、適正粒度での稼働面全体での面溶損形態から、モールドパウダーが組織内部に局部的に浸潤することによる、不均一な厚さの浸潤ないしは崩壊部分を耐火物稼働面にもった、溶融モールドパウダー浸潤型の溶損形態になり易い。   As a result, the erosion rate on the surface of the refractory becomes non-uniform, and the mold powder is locally infiltrated into the tissue from the surface erosion mode on the entire working surface with the appropriate particle size. It tends to be a molten mold powder infiltration type erosion mode with the thickness infiltrating or collapsing part on the refractory operating surface.

なお、10μm未満のジルコニア微粒子は、当該耐火物のモールドパウダーとの接触面付近で高粘度のスラグ層を、早期にかつ安定的に形成することに寄与する。しかしながら、10μm未満の微粒子は、当該耐火物組織中で鋼の鋳造途中に焼結を生じ易く、しかも団粒化して不均一に偏在する傾向が強い粒度域でもある。この10μm未満の微粒子の含有量が20質量%を超えると当該耐火物の耐熱衝撃性を低下させる傾向が強まる。したがって、耐火物内での強度や組織の均一性を損なう可能性もあり、10μm未満のジルコニア微粒子の含有量は、ジルコニア粒子全量を100質量%とするときに20質量%以下に制限することが好ましい。   The zirconia fine particles of less than 10 μm contribute to the early and stable formation of a highly viscous slag layer in the vicinity of the contact surface of the refractory with the mold powder. However, the fine particles of less than 10 μm tend to be sintered during the casting of steel in the refractory structure, and also have a strong particle size region that tends to aggregate and be unevenly distributed. When the content of the fine particles of less than 10 μm exceeds 20% by mass, the tendency to reduce the thermal shock resistance of the refractory becomes strong. Therefore, there is a possibility that the strength in the refractory and the uniformity of the structure may be impaired, and the content of zirconia fine particles of less than 10 μm may be limited to 20% by mass or less when the total amount of zirconia particles is 100% by mass. preferable.

前述のようにジルコニア粒子の粒度を構成するのは、モールドパウダーフィルムの形成においてジルコニア粒子がモールドパウダー中へ段階的に移動するようにその移動速度の制御を行うことをも意味する。   Configuring the particle size of the zirconia particles as described above also means that the movement speed is controlled so that the zirconia particles move stepwise into the mold powder in the formation of the mold powder film.

モールドパウダー中へ移動する相対的な速度は、ジルコニア粒子の径が小さい程大きく、径が大きい程小さい。径が75μmを超える粒子はモールドパウダー中へ移動しにくいだけでなく、脱落して耐火物組織の欠陥を形成する原因となることが多いので、径が75μmを超える粒子は含まれないことが理想である。しかし耐火物の製造上75μmで厳格に分級することは現実的ではなく、実際には径が75μmを超える粒子は数%以下程度の割合で混入するが、径が75μm以下のジルコニア粒子が97質量%以上、すなわち径が75μmを超えるジルコニア粒子の混入が3質量%未満であれば問題ない。この程度の混入割合であれば本発明の課題解決のための効果を損なうことがないことを本発明者らは知見した。   The relative speed of movement into the mold powder increases as the diameter of the zirconia particles decreases, and decreases as the diameter increases. Ideally, particles with a diameter of more than 75 μm should not contain particles with a diameter of more than 75 μm because they are not only difficult to move into the mold powder, but often fall off and form defects in the refractory structure. It is. However, it is not realistic to classify strictly at 75 μm for the production of refractory. Actually, particles with a diameter exceeding 75 μm are mixed in a ratio of several percent or less, but 97 mass of zirconia particles with a diameter of 75 μm or less are mixed. If there is less than 3% by mass of zirconia particles having a diameter of 75% or more, that is, a diameter exceeding 75 μm, there is no problem. The present inventors have found that such a mixing ratio does not impair the effect for solving the problems of the present invention.

この理由は、本発明では径が75μm以下の粒子の粒度構成によって耐火物表面に高粘性のモールドパウダーフィルムが安定的かつ連続的に形成されており、少量かつ局部的な径が75μmを超える粒子の脱落箇所が生じても前記のモールドパウダーフィルムがその欠陥部分を被覆して保護するからである。また高粘性のモールドパウダーフィルムが耐火物表面に存在することによって、径が75μmを超える粒子の脱落自体も或る程度抑制されている。   The reason for this is that in the present invention, a highly viscous mold powder film is stably and continuously formed on the surface of the refractory by the particle size constitution of particles having a diameter of 75 μm or less, and a small amount of particles having a local diameter exceeding 75 μm. This is because the mold powder film covers and protects the defective portion even if a drop-off portion is generated. Further, since the highly viscous mold powder film is present on the surface of the refractory, dropping of particles having a diameter exceeding 75 μm itself is suppressed to some extent.

したがって、径が75μmを超える粒子の大きさの上限についても厳格に特定する必要はないが、組織欠陥部分を最小化するためには、できる限り75μmに近いこと、例えば約200μm程度以下であることが好ましい。   Therefore, it is not necessary to strictly specify the upper limit of the size of particles having a diameter exceeding 75 μm, but in order to minimize the tissue defect portion, it should be as close to 75 μm as possible, for example, about 200 μm or less. Is preferred.

さらに本発明ではジルコニア粒子の種類として、一般的に耐食性が未安定化ジルコニアより劣るとされる部分安定化又は完全安定化ジルコニア粒子を用いることができる。耐火物中のこれらジルコニア粒子がモールドパウダーとの間で短時間内に高粘度の保護層、すなわちモールドパウダーフィルムを形成するからである。むしろ部分安定化又は完全安定化ジルコニア粒子を用いる方が、モールドパウダーフィルムを速く形成することができることに加え、耐火物としての耐熱衝撃性も高めることになるので、好ましい。   Furthermore, in the present invention, partially stabilized or fully stabilized zirconia particles that are generally inferior in corrosion resistance to unstabilized zirconia can be used as the type of zirconia particles. This is because these zirconia particles in the refractory form a highly viscous protective layer, that is, a mold powder film, within a short time with the mold powder. Rather, it is preferable to use partially stabilized or fully stabilized zirconia particles because the molded powder film can be formed quickly and the thermal shock resistance as a refractory is also improved.

ZrO2成分の含有量の上限が90質量%であるのは、ZrO2成分が90質量%を超えると、含み得る炭素基質材料の相対的な割合が小さくなりすぎて、本発明の効果のうち、耐割れ性の効果が損なわれるからである。 The upper limit of the content of the ZrO 2 component is 90 mass%, the ZrO 2 component is more than 90 wt%, relative proportions of carbon substrate material which may comprise becomes too small, among the advantages of the present invention This is because the effect of crack resistance is impaired.

また、ZrO2成分を78質量%以上としているのは、ZrO2成分含有量が減少するのに伴ってZrO2成分に替わって浸食等に弱い炭素基質材料が増加することとなり、当該耐火物の耐食性が大きく低下するからである。 Moreover, the reason why the ZrO 2 component is 78% by mass or more is that, as the ZrO 2 component content decreases, the carbon substrate material that is vulnerable to erosion increases in place of the ZrO 2 component. This is because the corrosion resistance is greatly reduced.

当該耐火物中の炭素含有量については、ジルコニア含有量と相互に補完する関係(炭素含有量は基本的にジルコニア粒子の残部の量である)にあり、本発明では上述した理由により炭素量は5質量%以上17質量%以下の範囲が良好な範囲となる。なお、ここでZrO2成分の含有量は、分離が容易でないHfO2を含み、CaO、MgO、Y23等の安定化材を除外した量をいう。また粒子径は、JIS Z8801に準じた、各粒子径に対応した目開きを備えた篩い網を通過する大きさをいう。なお、「組織」とは、耐火物製品中の種々の形や大きさの気孔や粒子の間の関係をいう(JIS R2001)。また本発明で「径」とは、粒子の大きさを表すが、必ずしも幾何学的に球状であるものに限定する意味ではなく、前記のような目開きを備えた篩い網を通過する、その篩い網の最大の大きさを便宜的に球状又は円と見なした際の大きさをという。 The carbon content in the refractory is in a mutually complementary relationship with the zirconia content (the carbon content is basically the remaining amount of the zirconia particles). In the present invention, the carbon content is A range of 5 mass% or more and 17 mass% or less is a favorable range. Here, the content of the ZrO 2 component is an amount that includes HfO 2 that is not easily separated and excludes stabilizing materials such as CaO, MgO, and Y 2 O 3 . Moreover, a particle diameter says the magnitude | size which passes the sieve net | network provided with the opening corresponding to each particle diameter according to JISZ8801. “Structure” refers to the relationship between pores and particles of various shapes and sizes in a refractory product (JIS R2001). Further, in the present invention, the “diameter” represents the size of the particle, but is not necessarily limited to a geometrically spherical shape, and passes through a sieve mesh having an opening as described above. The size when the maximum size of the sieving net is regarded as a sphere or a circle for convenience.

なお、本発明において規定する各化学成分の含有割合は、基本的に製品として操業に供する前の耐火物中の各化学成分の含有割合を意味する。耐火物の各化学成分の割合が適正範囲内に入っているかどうかを確認するに当たっては、耐火物の少なくとも一部を試料として採取して、1000℃の非酸化雰囲気中で熱処理を行った後の試料について各化学成分分析を行うことが好ましい。その理由は、当該耐火物が1000℃未満の熱処理を経たものの場合(製造時に1000℃未満で焼成された場合等)は、揮発性成分が残留している、1000℃未満の熱処理条件では存在形態が異なる成分が存在する可能性がある場合等には、正確な化学成分組成を評価できないことがあるためである。このような変動要因がない場合は、熱処理温度等を特定する必要はない。   In addition, the content rate of each chemical component prescribed | regulated in this invention means the content rate of each chemical component in the refractory material before using for operation as a product fundamentally. In confirming whether the proportion of each chemical component of the refractory is within the appropriate range, at least a part of the refractory is sampled and heat-treated in a non-oxidizing atmosphere at 1000 ° C. Each chemical component analysis is preferably performed on the sample. The reason is that if the refractory has undergone a heat treatment of less than 1000 ° C. (eg, when baked at less than 1000 ° C. during production), the volatile components remain, and the presence form in the heat treatment conditions of less than 1000 ° C. This is because, for example, when there is a possibility that different components exist, an accurate chemical component composition may not be evaluated. When there is no such variation factor, it is not necessary to specify the heat treatment temperature or the like.

また、ZrO2の含有量については蛍光X線法(JIS−R2216)により測定した値である。本発明でのZrO2はHfO2を含有した数値である。炭素については、試料に酸素を流しながら高温燃焼させ発生する一酸化炭素や二酸化炭素の濃度を赤外線吸収量として測定する方法(JIS−R2011)により測定した値である。 Further, the ZrO 2 content is a value measured by a fluorescent X-ray method (JIS-R2216). ZrO 2 in the present invention is a numerical value containing HfO 2 . About carbon, it is the value measured by the method (JIS-R2011) which measures the density | concentration of the carbon monoxide and carbon dioxide which generate | occur | produce by carrying out high temperature combustion, flowing oxygen through a sample as an infrared absorption amount.

次に、耐熱衝撃性の改善について述べる。   Next, improvement in thermal shock resistance will be described.

ジルコニア粒子の粒度構成・範囲を前述の通りにすることで、耐食性を改善することができる。しかしこのような本発明及び前記特許文献1等の微細なジルコニア粒子構成を主体とするジルコニア−炭素含有耐火物の場合、炭素源に主として粗粒黒鉛等を使用する系では、粗大なジルコニア粒子を使用する一般的なジルコニア−炭素含有耐火物に比較して、耐熱衝撃性が大幅に低下する傾向がある。   Corrosion resistance can be improved by making the zirconia particle size configuration and range as described above. However, in the case of such a zirconia-carbon-containing refractory mainly composed of fine zirconia particles such as that of the present invention and Patent Document 1, coarse zirconia particles are used in a system in which coarse graphite is mainly used as a carbon source. Compared to the general zirconia-carbon-containing refractory used, the thermal shock resistance tends to be greatly reduced.

微細なジルコニア粒子(特に45μm以下)を多量に使用する場合は、ジルコニア粒子同士が直接接触する点(以下「直接接点」ともいう。)が増加すること、直接接点が増加するとジルコニア粒子同士の連続性が高まって恰も一個又は連続した一体的な粗大粒子のような挙動を示すことを、本発明者らは見出した。(このような連続した一体的な構造を、以下「鎖」という。)
図2は、このような、粒子間が繋がって恰も粗大粒子状になったジルコニア粒子Zの連続体(いわゆる「鎖状」のジルコニア粒子の連続体)と、その連続体の外に炭素基質材料G(黒鉛の例)が存在する場合の耐火物組織のイメージを示す図である。
When a large amount of fine zirconia particles (especially 45 μm or less) is used, the number of points where the zirconia particles directly contact each other (hereinafter also referred to as “direct contact”) increases, and when the number of direct contacts increases, the zirconia particles continuously The present inventors have found that the behavior is increased and the behavior of a single or continuous solid coarse particle is exhibited. (Such a continuous and integral structure is hereinafter referred to as a “chain”.)
FIG. 2 shows a continuum of such zirconia particles Z in which the particles are connected to form a very coarse particle (a continuum of so-called “chain-like” zirconia particles), and a carbon substrate material outside the continuum. It is a figure which shows the image of a refractory structure | tissue in case G (example of graphite) exists.

ジルコニア粒子同士の鎖状部分は、内部のひずみ等を生じ難い。この結果、予熱時や操業中に耐火物として高い熱膨張率や高い弾性率を示すことになり、耐熱衝撃性が低下する。   The chain portion between the zirconia particles hardly causes internal strain or the like. As a result, a high thermal expansion coefficient or a high elastic modulus is exhibited as a refractory during preheating or operation, and the thermal shock resistance is lowered.

すなわち、組織中で直接に接触した微細なジルコニア粒子の鎖部分は相互の固体潤滑性が乏しく、しかも微細な粒子を主体とする均質性の高い構成なので粒子間に応力緩和能が小さく、見掛け上鎖の長さに相当する極めて大きい径のジルコニア粒子の体積割合が増えたような状態となる。そして鎖の長さに相当する極めて大きい径のジルコニア粒子としての膨張特性や弾性率等の物性挙動を、ほぼそのまま示すことになる。さらに、鋳造途中の物性の変化も顕著であり、炭素を含有することでその内部が還元雰囲気になっている耐火物組織中での酸化物、特に微粉末の直接接触状態は、鋳造途中の温度レベルで焼結現象等による著しい物性変化(高強度化、高弾性率化、高膨張率化等)を伴い、耐熱衝撃性の低下を招く。これが連続鋳造の安定操業を困難にしている。   That is, the chain part of fine zirconia particles that are in direct contact with each other in the structure has poor mutual solid lubricity and high homogeneity composed mainly of fine particles, so the stress relaxation ability between the particles is small and apparent. The volume ratio of zirconia particles having an extremely large diameter corresponding to the chain length is increased. The physical properties such as expansion characteristics and elastic modulus of the zirconia particles having an extremely large diameter corresponding to the chain length are almost shown as they are. Furthermore, the change in physical properties during casting is also remarkable, and the direct contact state of oxides, especially fine powders, in the refractory structure containing carbon in a reducing atmosphere is the temperature during casting. At the level, there is a significant change in physical properties (higher strength, higher elastic modulus, higher expansion coefficient, etc.) due to the sintering phenomenon, etc., leading to a decrease in thermal shock resistance. This makes stable operation of continuous casting difficult.

さらには、CIPによる成形時にジルコニア粒子が相互に滑りにくいことから成形体密度が低下して緻密な組織を得ることが困難になったり、成形体組織の充填度にバラツキが多く発生したりすることもある。これが耐火物組織の不均一性、高気孔率化、組織中の欠陥(脆弱部分等)の発生等を来たして、耐食性を低下させることもあり、さらには耐熱衝撃性を低下させることにも繋がっている。これらのことから、高耐食性を狙って安易に微細なジルコニアを多く適用しても、逆に耐食性が低下したり、割れの危険性も高まるなど、高耐食性と耐熱衝撃性の向上ないしは安定操業の要求を同時に満たすことが困難となる。   Furthermore, since the zirconia particles are difficult to slip each other during molding by CIP, it becomes difficult to obtain a dense structure due to a decrease in the density of the molded body, or there is a lot of variation in the filling degree of the molded body structure. There is also. This leads to non-uniformity of the refractory structure, high porosity, generation of defects (fragile parts, etc.) in the structure, etc., which may reduce the corrosion resistance and further reduce the thermal shock resistance. ing. For these reasons, even if a large amount of fine zirconia is applied easily for high corrosion resistance, the corrosion resistance decreases and the risk of cracking also increases, so that high corrosion resistance and thermal shock resistance are improved or stable operation is improved. It becomes difficult to satisfy the requirements at the same time.

このようないわゆるジルコニア粒子の鎖化に伴う現象は、特にZrO2含有率が約85質量%以上の高ZrO2含有率のジルコニア−炭素含有耐火物において顕著になる。 This phenomenon caused by the chain of the so-called zirconia particles, especially zirconia ZrO 2 content is high ZrO 2 content of more than about 85 wt% - becomes pronounced in carbon-containing refractories.

この問題は、前述の構成のジルコニア粒子に、最大長さが100μm以下、平均長さが45μm以下の形状の炭素基質材料を2質量%以上15質量%以下含ませることで解決することができることを、本発明者らは見出した。   This problem can be solved by including, in the zirconia particles having the above-described configuration, a carbon substrate material having a shape with a maximum length of 100 μm or less and an average length of 45 μm or less in an amount of 2% by mass to 15% by mass. The present inventors have found out.

原料配合時に篩分けして、炭素基質材料を最大長さが100μm以下とし(100μm篩で篩分けして篩下を回収)、更に平均長さが45μm以下の微細な形状とすることで(多段で篩分けして平均粒径を調整)、製造される耐火物においても、同様の最大長さ及び平均長さとすることができ、炭素基質材料自体の数が多くなり、炭素基質材料の耐火物内での高い分散性を得ることができる。すなわち微粒構成であるためにその個数も多いジルコニア粒子相互の間でも、高い分散性を得ることができる。なお、ある篩目(例えばxμm)の篩で篩分けした場合、篩下における最大粒径は、当該篩目の大きさ(xμm)と同じと定義する。   Sifting at the time of raw material blending, the carbon substrate material has a maximum length of 100 μm or less (sieving with a 100 μm sieve and collects the undersieving), and further has a fine shape with an average length of 45 μm or less (multistage The average particle size is adjusted by sieving with the refractory material, and the refractories to be manufactured can have the same maximum length and average length, and the number of carbon substrate materials themselves is increased. High dispersibility can be obtained. That is, high dispersibility can be obtained even between zirconia particles having a large number of particles because of the fine particle structure. In addition, when sieving with a sieve having a certain mesh (for example, x μm), the maximum particle size under the sieve is defined as the same as the size of the sieve (x μm).

この分散状態を組織構造の観点から述べると、当該耐火物組織中で隣接するジルコニア単粒子又はジルコニア単粒子が団粒化して形成されたジルコニア二次粒子群の中に、最大長さが100μm以下、平均長さが45μm以下の形状の炭素基質材料を存在させるということである。その際、耐火物組織中には、有機バインダーを由来とする結合材としての炭素(結合炭素)も存在するため、炭素基質材料はこの結合炭素と共に炭素質マトリクス組織を形成する。   Stated from the viewpoint of the structure of this dispersed state, the maximum length is 100 μm or less in the zirconia secondary particles formed by agglomerating adjacent zirconia single particles or zirconia single particles in the refractory structure. In other words, a carbon substrate material having an average length of 45 μm or less is present. At that time, since carbon (bonded carbon) as a binder derived from an organic binder is also present in the refractory structure, the carbon matrix material forms a carbonaceous matrix structure together with the bonded carbon.

ここで炭素基質材料長さとはJIS Z8801に準じた、各粒子径に対応した目開きを備えた篩い網を通過する大きさをいう。   Here, the carbon substrate material length means a size that passes through a sieving net having openings corresponding to each particle diameter according to JIS Z8801.

すなわち、耐火物組織中で隣接するジルコニア粒子(二次粒子および単粒子)間に、ジルコニア二次粒子相互の直接接触による連続的配列を遮断し、鎖化および団粒化によるジルコニア粒子の粗大化を阻害又は抑制する形で、炭素基質材料と結合炭素からなる炭素質マトリクス組織が存在した組織構造とするということである。これにより、ジルコニア粒子間に潤滑性が生じ、相互の焼結等をも抑制し、それぞれのジルコニア粒子は非連続の単一の粒子としての挙動を示すようになる。その結果、耐火物としての熱膨張率の上昇を抑制し、操業中の微粒子同士の焼結等による弾性率の上昇を抑制することが可能となり、耐熱衝撃性を向上させることができる。ひいては安定操業に寄与することができる。   In other words, the continuous arrangement of zirconia secondary particles (secondary particles and single particles) between adjacent zirconia particles in the refractory structure is blocked by direct contact between the zirconia particles, and the zirconia particles are coarsened by chaining and agglomeration. In other words, it is a structure in which a carbon matrix material composed of a carbon substrate material and bonded carbon is present in a form that inhibits or suppresses the above. Thereby, lubricity arises between zirconia particles, mutual sintering etc. are suppressed, and each zirconia particle comes to show the behavior as a discontinuous single particle. As a result, it is possible to suppress an increase in the coefficient of thermal expansion as a refractory, to suppress an increase in elastic modulus due to sintering of fine particles during operation, and to improve thermal shock resistance. As a result, it can contribute to stable operation.

すなわち、前記ジルコニア粒子群(二次粒子および単粒子の群)の中に、最大長さが100μm以下、平均長さが45μm以下の形状の炭素基質材料を2質量%以上15質量%以下含ませることで、鎖化および団粒化によるジルコニア粒子の粗大化を阻害又は抑制して、本発明の課題を解決することができる程度のジルコニア粒子(二次粒子および単粒子)間の炭素基質材料による遮断状態を得ることができる(図3参照、図中のZはジルコニアの二次粒子又は単粒子、Gは炭素基質材料(周囲には結合炭素が存在するが図示せず)を示す)。なお、一部に数個(数個の二次粒子群を含む)程度の連続部分が存在して、75μmを大きく超えるようなジルコニア粒子が存在していても、その周辺が遮断された状態になるので、課題解決に必要な連続性の遮断効果は得ることができる。   That is, a carbon substrate material having a maximum length of 100 μm or less and an average length of 45 μm or less is included in the zirconia particle group (secondary particle and single particle group) in an amount of 2% by mass to 15% by mass. Thus, the carbon substrate material between the zirconia particles (secondary particles and single particles) to the extent that the problem of the present invention can be solved by inhibiting or suppressing the coarsening of the zirconia particles due to chain formation and aggregation. A blocking state can be obtained (see FIG. 3, Z in the figure is secondary particles or single particles of zirconia, G is a carbon matrix material (bonded carbon is present in the surroundings but not shown)). In addition, even if there are some continuous parts (including several secondary particle groups) in part and zirconia particles that greatly exceed 75 μm are present, the periphery is blocked. Therefore, the continuity blocking effect necessary for solving the problem can be obtained.

この炭素基質材料の最大長さが100μmを超えると、また、平均長さが45μmを超えると、ジルコニア粒子の間への炭素基質材料の分散が不十分になったり、ジルコニア粒子相互の潤滑効果が低下して耐火物組織が不均一になって、粗な部分すなわち欠陥が生じる等の危険性が高まる。炭素基質材料含有量が2質量%未満では、ジルコニア粒子の鎖化や団粒化による粗大化を抑制できず、15質量%を超えると、相対的にバインダーの量が減少するため、均一な混練が困難になることから、最大長さが100μm以下、平均長さが45μm以下の形状の炭素基質材料は2〜15質量%含ませる。   If the maximum length of the carbon matrix material exceeds 100 μm, and if the average length exceeds 45 μm, the dispersion of the carbon matrix material between the zirconia particles may be insufficient, or the lubricating effect between the zirconia particles may be increased. The risk is that the refractory structure is reduced and the refractory structure becomes non-uniform, resulting in a rough portion, that is, a defect. If the carbon substrate material content is less than 2% by mass, coarsening due to chaining or agglomeration of zirconia particles cannot be suppressed, and if it exceeds 15% by mass, the amount of binder is relatively reduced, so uniform kneading. Therefore, the carbon substrate material having a maximum length of 100 μm or less and an average length of 45 μm or less is contained in an amount of 2 to 15% by mass.

また、ZrO2含有率が高いジルコニア−炭素含有耐火物の場合、炭素基質材料の体積割合はジルコニア粒子に対して極めて少ないので、炭素基質材料は高度に分散性を高める必要があることから、炭素基質材料は、平均厚さが5μm以下であることが好ましい。 In addition, in the case of a zirconia-carbon-containing refractory having a high ZrO 2 content, the volume ratio of the carbon matrix material is extremely small relative to the zirconia particles, and therefore the carbon matrix material needs to be highly dispersible, The substrate material preferably has an average thickness of 5 μm or less.

平均厚みの測定方法としては、樹脂中に黒鉛を添加混合したのち静沈し樹脂を硬化させ、樹脂層下部に水平方向に配向した沈殿層を形成し、これを垂直方向でカットした後に研磨し、顕微鏡により個々の黒鉛の厚さを実測し、平均値で算出する。実測個数としては、ばらつきを少なくするため、50点以上が好ましい。   The average thickness can be measured by adding graphite to the resin, and then allowing it to settle, curing the resin, forming a horizontally oriented precipitation layer at the bottom of the resin layer, cutting this in the vertical direction, and then polishing. The thickness of each graphite is actually measured with a microscope, and the average value is calculated. The measured number is preferably 50 points or more in order to reduce variation.

平均厚さを5μm以下にすることで個体数を大幅に増加することができ、前述のジルコニア粒子の粒度構成を前提とする耐火物内で、ジルコニア粒子間に炭素基質材料を分散させて、鎖化および団粒化によるジルコニア粒子の粗大化を阻害又は抑制することができる。さらには炭素基質材料が複数重畳的に存在することで、ジルコニア粒子相互の潤滑効果をさらに向上させることができて、耐火物組織の均一性及び緻密性をより高めることもできる。   By reducing the average thickness to 5 μm or less, the number of individuals can be greatly increased. In the refractory that assumes the above-mentioned zirconia particle size configuration, the carbon matrix material is dispersed between the zirconia particles, and the chain It is possible to inhibit or suppress the coarsening of the zirconia particles due to the formation and aggregation. Furthermore, the presence of a plurality of carbon substrate materials in a superimposed manner can further improve the lubricating effect between the zirconia particles, and can further improve the uniformity and denseness of the refractory structure.

この炭素基質材料の具体例としては、鱗状黒鉛や土壌黒鉛などの黒鉛質粉末、非晶質又は結晶質のカーボンブラックなどの粒子状の材料が挙げられ、これらを単独又は併用して使用することが可能である。なお、炭素基質材料には、バインダー由来の結合材としての炭素結合炭素は含まない。   Specific examples of the carbon substrate material include particulate materials such as graphite powder such as scaly graphite and soil graphite, and amorphous or crystalline carbon black, and these may be used alone or in combination. Is possible. The carbon substrate material does not include carbon-bonded carbon as a binder-derived binder.

これら粒子状の炭素基質材料は、結合炭素と共存するが、共存形態としては耐火物組織内で必ずしも結合炭素と一体化している必要はなく、分離独立した状態の部分があってもかまわない。   These particulate carbon substrate materials coexist with bonded carbon, but the coexistence form does not necessarily have to be integrated with bonded carbon in the refractory structure, and there may be a separate and independent part.

従来の一般的なジルコニア−炭素含有耐火物の技術では、このような耐熱衝撃性に寄与するための炭素基質材料としては、粒子長さが100μm〜1000μm程度の大きい形状の黒鉛を使用することが必要で、100μm以下の小さい粒子長さの黒鉛は好ましくないとされてきた。特にジルコニア粒子を微粒主体の構成とすることで耐熱衝撃性が低下することに加え、炭素基質材料の黒鉛まで小さい粒子長さにすることは耐熱衝撃性を相乗的に低下させるものとされることが多かった。   In the conventional general zirconia-carbon-containing refractory technology, graphite having a large particle size of about 100 μm to 1000 μm is used as a carbon substrate material for contributing to such thermal shock resistance. Necessary and small particle length graphite of 100 μm or less has been considered undesirable. In particular, the thermal shock resistance is lowered by making the zirconia particles mainly composed of fine particles, and it is considered that the thermal shock resistance is synergistically reduced by making the carbon substrate material graphite as small as the particle length. There were many.

これに対し、本発明のジルコニア−炭素含有耐火物に適用する最大長さが100μm以下、平均長さが45μm以下の形状の炭素基質材料は、一般的に耐熱衝撃性の向上を目的としてジルコニア−炭素含有耐火物の一部の構成物として使用される径の鱗状黒鉛より微細な形状である。   On the other hand, a carbon substrate material having a maximum length of 100 μm or less and an average length of 45 μm or less applied to the zirconia-carbon-containing refractory of the present invention is generally zirconia for the purpose of improving thermal shock resistance. It is a finer shape than the scaly graphite having a diameter used as a part of the carbon-containing refractory.

しかし、本発明の小さいジルコニア粒子に小さい炭素基質粒子を併存させる手段は、従来否定されてきた技術思想を覆すものであるにもかかわらず、耐食性の向上のみならず耐熱衝撃性の向上をも同時に得ることに成功した。   However, the means for coexisting small carbon substrate particles with the small zirconia particles of the present invention overturns the technical idea that has been denied in the past, but at the same time improves not only corrosion resistance but also thermal shock resistance. Succeeded in getting.

このような炭素基質材料と結合炭素は、ジルコニア単粒子又はジルコニア単粒子が団粒化して形成されたジルコニア二次粒子の、全ての間に均一的に存在することが前述のように好ましいのは当然であるが、耐火物製造用のはい土製造時や成形時の問題から、前記粒子間に炭素基質材料が均一的に存在せず、ジルコニア粒子が粗大化してしまう部分も一部に生じることがある。このようないわば一部の欠陥の程度は組織構造の均質性のバラツキ等として現れ、これは後述の組織構造の均質性を評価する方法(特許第3459029号に示す方法)により間接的に特定することができる。   As described above, it is preferable that the carbon substrate material and the bonded carbon are uniformly present between all of the zirconia single particles or the zirconia secondary particles formed by agglomerating the zirconia single particles. Of course, due to problems in the production of earthen earth for refractory production and molding, the carbon matrix material does not exist uniformly between the particles, and some zirconia particles become coarse in some parts. There is. In other words, the degree of some defects appears as variations in the homogeneity of the tissue structure, which is indirectly specified by a method for evaluating the homogeneity of the tissue structure described later (method shown in Japanese Patent No. 3459029). be able to.

次に、組織構造の均質性を評価する方法について述べる。   Next, a method for evaluating the homogeneity of the tissue structure will be described.

耐火物の耐熱衝撃性を向上させるには、特に前述の組織構造の均質性が重要な要素となることを本発明者らは見出した。前述の諸手段によっても、耐火物組織の均質性が欠如していたら、言い換えると耐火物組織中に物性が一定以上の差を伴って異なる部分が存在すると、その相対的に脆弱な部分に応力が集中して、また早期にその部位を起点として、破壊が生じ易くなる。   In order to improve the thermal shock resistance of the refractory, the present inventors have found that the homogeneity of the above-described structure is an important factor. If the refractory structure lacks homogeneity even by the above-mentioned means, in other words, if there are different parts of the refractory structure with a certain difference or more, a stress is applied to the relatively fragile part. Concentrates and breaks down easily from the site as a starting point.

そこで本発明の耐火物は一定の均質性を備えることをさらなる構成要件とする。この均質性とは、ジルコニア粒子と炭素基質材料(特に黒鉛)との偏在のない分散性・配列状態を有する組織構造、または、ジルコニア粒子とその粒子間の連続性を遮断する炭素基質材料の均質な分散性とも言い換えることもできる。   Therefore, it is a further constituent requirement that the refractory of the present invention has a certain homogeneity. This homogeneity refers to the structure of the zirconia particles and the carbon matrix material (especially graphite) that has no dispersibility and alignment, or the homogeneity of the carbon matrix material that blocks the continuity between the zirconia particles and the particles. In other words, the dispersibility can be said.

本発明では前述の本発明の耐火物の均質性を定量的に評価する方法を見出した。
すなわち、浸漬ノズルのパウダーラインに配設されているジルコニア−炭素含有耐火物領域から当該耐火物をリング状に形成した試料(円筒状試験片)を採取し、その内孔側から均一に加圧して試料を破断させる試験法(特許第3459029号に示す方法)によって、本発明のジルコニア−炭素含有耐火物の組織の均一性を定量的に示すことができることを見出した。
The present invention has found a method for quantitatively evaluating the homogeneity of the refractory of the present invention described above.
That is, a sample (cylindrical test piece) in which the refractory is formed in a ring shape is taken from the zirconia-carbon-containing refractory region arranged in the powder line of the immersion nozzle, and is uniformly pressurized from the inner hole side. It was found that the homogeneity of the structure of the zirconia-carbon-containing refractory of the present invention can be quantitatively shown by a test method (a method shown in Japanese Patent No. 3459029) for breaking a sample.

この試験法を詳述する。
本発明での耐火物組織の均質性を表すバラツキ値とは、耐火物をリング状に加工した試料の内孔側からの内圧により外表面側に発生する、水平断面での円周方向90°ピッチの4点の円周方向ひずみ量を測定するものであり、式1で表される。
B=(εmax−εmin)/εave ×100 % ……… 式1
ここで、B:ひずみ量のバラツキ値
εmax:各測定ひずみ値の最大値
εmin:各測定ひずみ値の最小値
εave:各測定ひずみ値の平均値
This test method will be described in detail.
The variation value representing the homogeneity of the refractory structure in the present invention is the circumferential direction 90 ° in the horizontal section generated on the outer surface side by the internal pressure from the inner hole side of the sample processed into a ring shape of the refractory. The amount of strain in the circumferential direction at four points of the pitch is measured, and is expressed by Equation 1.
B = (εmax−εmin) / εave × 100% (1)
Here, B: Dispersion value of strain amount εmax: Maximum value of each measured strain value εmin: Minimum value of each measured strain value εave: Average value of each measured strain value

本発明でのひずみ量の測定は、ひずみゲージ法により測定する(図7)。円筒状試験片5の外周部に貼り付けるひずみゲージ6は、単軸ゲージ、ゲージ長30mmを用い、試料高さ方向中心の同一水平断面外周部の90°ピッチで計4箇所貼り付け、加圧方向7に均一に加圧した際に、円筒状試験片5の破断時での4点のひずみ量の測定結果により上記式により計算される。   The strain amount in the present invention is measured by a strain gauge method (FIG. 7). The strain gauge 6 to be affixed to the outer peripheral portion of the cylindrical test piece 5 is a single-axis gauge and a gauge length of 30 mm. A total of four points are affixed at a 90 ° pitch on the outer periphery of the same horizontal section at the center of the sample height direction. When the pressure is uniformly applied in the direction 7, it is calculated by the above formula from the measurement results of the strain amount at four points when the cylindrical test piece 5 is broken.

なお、リング状に成形した試料は、耐火物からボーリング加工等によりリング状に切り出して製作することも可能である。切り出しのリング形状は、厚肉円筒形状(内半径と外半径との平均半径rと肉厚tとの比r/tが10より小さい)であれば特に制限されるものではない。   Note that the sample formed into a ring shape may be cut out from the refractory material into a ring shape by boring or the like. The cut ring shape is not particularly limited as long as it is a thick cylindrical shape (the ratio r / t of the average radius r between the inner radius and the outer radius to the wall thickness t is smaller than 10).

ジルコニア−黒鉛含有組織中でジルコニア粒子は、黒鉛等と結合炭素からなるいわゆる炭素質マトリクス中に分散した形で存在している。非酸化雰囲気中での熱処理による炭素化終了後の組織では、酸化物・非酸化物の違い、熱膨張率の違い等により、ジルコニア粒子と炭素質マトリクス間は強固な結合を持たない。本発明者らは、ジルコニア−黒鉛含有耐火物のマクロ的物性が、組織中で連続した炭素質マトリクス部とジルコニア粒子との分散・存在状態に大きく依存することを確認し、組織の均質性を追求することで、操業時の耐熱衝撃性面で著しい改善効果があることを確認し、本発明に至ったものである。   In the zirconia-graphite-containing structure, zirconia particles are present in a dispersed form in a so-called carbonaceous matrix composed of graphite or the like and bonded carbon. In the structure after carbonization by heat treatment in a non-oxidizing atmosphere, the zirconia particles and the carbonaceous matrix do not have a strong bond due to differences in oxide and non-oxide, differences in thermal expansion coefficient, and the like. The present inventors confirmed that the macroscopic physical properties of the zirconia-graphite-containing refractory material greatly depend on the dispersion / existence state of the continuous carbonaceous matrix portion and zirconia particles in the structure, and the homogeneity of the structure was confirmed. By pursuing, it has been confirmed that there is a significant improvement effect in terms of thermal shock resistance during operation, and the present invention has been achieved.

すなわち、炭素質マトリクスの分散状態が一定していてジルコニアと黒鉛の配置がほぼ均一な組織では、リング状試料の内表面に内圧を与えた場合、外表面で発生する材料のひずみ量は、同一断面であればどの測定点もほぼ一定値となる。他方、黒鉛、ジルコニア、結合成分等に偏りがある組織の場合は同条件での測定で各ひずみ量にバラツキが生じることになる。   That is, in a structure where the dispersion state of the carbonaceous matrix is constant and the arrangement of zirconia and graphite is almost uniform, when the internal pressure is applied to the inner surface of the ring-shaped sample, the strain amount of the material generated on the outer surface is the same. If it is a cross section, every measurement point becomes a substantially constant value. On the other hand, in the case of a structure in which graphite, zirconia, bonding components, and the like are biased, variations in each strain amount are caused by measurement under the same conditions.

成形時、たとえば、混練後配合物(はい土)をCIP成形用モールドに充填する際などに、CIP成形用モールド内で配合の偏析現象などが起こると、炭素質マトリクス部の連続性が局所的に断たれジルコニアが相対的に多い又は連続した状態の部分が偏在した組織状態となり、あるいは、局所的に炭素質マトリクスが多い組織状態となるために、測定される4点のひずみ量に差が生じる。このように、各点で測定されるひずみ量のバラツキ値により、炭素質マトリクスの分散状態を間接的に把握でき、組織の定量評価が可能となる。   When the segregation phenomenon of the blending occurs in the CIP molding mold during molding, for example, when the compound after mixing (yes earth) is filled into the CIP molding mold, the continuity of the carbonaceous matrix portion is locally Therefore, since the zirconia has a relatively large or continuous portion, the tissue state is unevenly distributed, or the local carbon state matrix is abundant. Arise. Thus, the dispersion state of the carbonaceous matrix can be indirectly grasped by the variation value of the strain amount measured at each point, and the quantitative evaluation of the structure becomes possible.

このような偏析現象については、十分な炭素質マトリクスがある場合、たとえばジルコニア含有量が約80%より下回る場合では、炭素質マトリクスの量が比較的多いために、ひずみ量のバラツキ値は比較的小さく大きな問題とならず、このため、操業上の安定性も高い。一方、ジルコニア量が約80%以上の場合では、炭素質マトリクス部が約17体積%以下となるため、炭素質マトリクスの偏在現象は、局所的なジルコニア粒子の偏在(粒あるいは面)により組織欠陥の発生を招くことになり、割れ折れなどの重大な操業トラブルの危険性が高まる。特に85%以上の領域では、その影響は顕著で、たとえばジルコニアの団粒化面では、炭素質マトリクス部の不足から、低強度、高弾性、高膨張化などの局所的な物性変化に加えて、操業途中の酸化物同士の過焼結現象が発生し易くなり、耐火物の耐食性や耐熱衝撃性が低下しやすく、操業安定性が著しく損なわれる結果となる。   For such a segregation phenomenon, when there is a sufficient carbonaceous matrix, for example, when the zirconia content is less than about 80%, the amount of carbonaceous matrix is relatively large, so the variation in strain amount is relatively high. It is not a small and big problem, and for this reason, operational stability is also high. On the other hand, when the amount of zirconia is about 80% or more, the carbonaceous matrix portion is about 17% by volume or less. Therefore, the uneven distribution phenomenon of the carbonaceous matrix is caused by local defects (grains or surfaces) of the zirconia particles. The risk of serious operational troubles such as breakage is increased. In particular, in the region of 85% or more, the influence is remarkable. For example, on the aggregated surface of zirconia, in addition to local changes in physical properties such as low strength, high elasticity, and high expansion due to the lack of the carbonaceous matrix portion. The oversintering phenomenon between oxides during operation is likely to occur, the corrosion resistance and thermal shock resistance of the refractory are likely to be lowered, and the operation stability is significantly impaired.

試料破断時のひずみ量のバラツキ値を指標として、本発明のジルコニア−炭素含有耐火物組織を評価したところ、このバラツキ値と熱膨張量との間には強い相関があり、バラツキ値が小さいほど、製品段階での熱膨張率が小さく、熱負荷後での耐熱衝撃性の低下が小さいことを発見した。特に85質量%以上のZrO2含有率がではこの傾向は顕著であり、バラツキ値が20%以下である場合に、製品段階での熱膨張量ならびに熱負荷前後での弾性率の上昇率も小さく、耐熱衝撃性に非常に優れること、すなわち本発明の微粉主体の高ZrO2含有率ジルコニア−炭素含有耐火物での耐食性と耐熱衝撃性を両立させることができることを本発明者らは確認した。 When the zirconia-carbon-containing refractory structure of the present invention was evaluated using the variation value of the strain amount at the time of sample breakage as an index, there is a strong correlation between the variation value and the thermal expansion amount, and the smaller the variation value is, It was discovered that the coefficient of thermal expansion at the product stage was small and the decrease in thermal shock resistance after heat load was small. In particular, when the ZrO 2 content is 85% by mass or more, this tendency is remarkable, and when the variation value is 20% or less, the amount of thermal expansion at the product stage and the rate of increase in elastic modulus before and after the thermal load are small. The present inventors have confirmed that the thermal shock resistance is extremely excellent, that is, the corrosion resistance and the thermal shock resistance of the refractory containing a high ZrO 2 content mainly composed of fine powder of the present invention can be compatible.

ひずみ量のバラツキ値が20%を超える場合は、組織の不均一性が高いことを示しており、ジルコニア−炭素含有耐火物として操業に供した場合に、特に「割れ」を生じる可能性が高くなる。特にZrO2含有量率が85質量%以上で、径が75μm以下の粒子が97質量%以上の微粉を主体とするジルコニア−炭素含有耐火物では、組織の均質性が耐熱衝撃性に与える影響が大きく、バラツキ値を20%以内に抑える必要があるとの知見を得た。 When the variation value of the strain amount exceeds 20%, it indicates that the structure is highly non-uniform, and when subjected to operation as a zirconia-carbon-containing refractory, there is a high possibility of causing "cracking". Become. In particular, in the zirconia-carbon-containing refractory mainly composed of fine powder having a ZrO 2 content ratio of 85% by mass or more and a particle having a diameter of 75 μm or less of 97% by mass or more, the homogeneity of the structure has an influence on the thermal shock resistance. It was large and the knowledge that it was necessary to suppress the variation value within 20% was obtained.

次に、気孔体積割合について述べる。   Next, the pore volume ratio will be described.

溶融モールドパウダーの浸透現象を抑制し、高粘度な耐火物表面の保護層としてのモールドパウダーフィルムを形成し、耐火物表面で溶損が均一に進む溶損形態とするためには、さらに、耐火物の気孔径が重要な要素であること本発明者らは見出した。すなわち、耐火物組織中の全開孔気孔体積中の10μm以上の気孔体積割合を30%以下とすることで、溶融モールドパウダーの耐火物組織中への浸潤を減少させることができ、より良好な耐食性を示すことを実験により確認した。   In order to suppress the penetration phenomenon of the molten mold powder, to form a mold powder film as a protective layer on the surface of the high-refractory refractory, and to form a erosion that progresses uniformly on the refractory surface, further refractory The present inventors have found that the pore size of the object is an important factor. That is, by setting the pore volume ratio of 10 μm or more in the total open pore volume in the refractory structure to 30% or less, infiltration of the molten mold powder into the refractory structure can be reduced, and better corrosion resistance. It was confirmed by an experiment that

一般的な従来技術ではジルコニア粒子が細かくなると、成形時の内部抵抗が増加して開孔気孔体積が増え易く、それが耐食性の低下にも繋がるので、この範囲の設定が特に重要である。   In the general prior art, if the zirconia particles become finer, the internal resistance during molding increases and the open pore volume tends to increase, which leads to a decrease in corrosion resistance. Therefore, setting this range is particularly important.

前述の耐火物組織中で隣接する径が約10μmを超えるジルコニア粒子間を最大長さが100μm以下、平均長さが45μm以下の形状の炭素基質材料で遮断することで、このようなジルコニア粒子間の潤滑性が向上し、CIPによる成形段階での緻密化や耐火物組織の均一性の向上効果等も得られる。この手段とCIP成形時の圧力調整等によって耐火物組織中の全開孔気孔体積中の10μm以上の気孔体積割合を30%以下とすることも容易になる。これらにより、耐熱衝撃性の向上にとどまらず、耐食性のさらなる向上にも寄与することができる。   By blocking between adjacent zirconia particles having a diameter exceeding about 10 μm in the above-mentioned refractory structure with a carbon substrate material having a maximum length of 100 μm or less and an average length of 45 μm or less, such zirconia particles are separated. The lubricity is improved, and the effect of improving the densification in the molding stage by CIP and the uniformity of the refractory structure can be obtained. By this means and pressure adjustment at the time of CIP molding, it becomes easy to make the pore volume ratio of 10 μm or more in the total open pore volume in the refractory structure 30% or less. By these, it can contribute not only to the improvement of thermal shock resistance but also to further improvement of corrosion resistance.

次に、さらなる耐熱衝撃性の改善について述べる。
本発明では、結合炭素の質にも着目して改善を進めた。
Next, further improvement of thermal shock resistance will be described.
In the present invention, improvement has been promoted focusing on the quality of bonded carbon.

結合炭素は、耐火物を構成する粒子、具体的にはジルコニア等の主たる構成物としての粒子や黒鉛などの炭素基質材料粒子間に存在し、これら粒子相互を接合するとともに耐火物組織内で3次元的な炭素質のネットワークを発達させていると考えられる。それゆえ、耐火物組織内で連続している炭素マトリックス部としての結合炭素が耐火物のマクロ物性に及ぼす影響は大きいと推定される。このため、結合炭素部分の質を変化させることで、上述した耐熱衝撃性をさらに改善できる。   Bound carbon exists between particles constituting a refractory, specifically, particles as a main component such as zirconia and carbon substrate material particles such as graphite, and these particles are bonded to each other and 3 in the refractory structure. It is thought that a dimensional carbonaceous network is being developed. Therefore, it is presumed that the bonded carbon as a continuous carbon matrix part in the refractory structure has a great influence on the macro physical properties of the refractory. For this reason, the thermal shock resistance described above can be further improved by changing the quality of the bonded carbon portion.

本発明では、結合炭素部分に直径50nm以下の炭素繊維状組織を含有させることで、低弾性率化させることに成功した。   In the present invention, the carbon fiber structure having a diameter of 50 nm or less is contained in the bonded carbon portion, thereby succeeding in reducing the elastic modulus.

すなわち、本発明では、炭素繊維状組織として、直径50nm以下の繊維状の炭素基質材料が含有されていることが、実用上効果的であることを確認した。直径が50nmを超えると、繊維状組織固有の柔組織に伴う低弾性率化等の効果が小さくなる。   That is, in the present invention, it has been confirmed that it is practically effective that the carbon fibrous structure contains a fibrous carbon substrate material having a diameter of 50 nm or less. When the diameter exceeds 50 nm, effects such as lowering the elastic modulus associated with the soft tissue unique to the fibrous tissue are reduced.

なお、直径50nm以下の繊維状の炭素基質材料は、その径が小さいほど炭素質マトリクスを柔構造にする効果が高まるが、炭素基質材料の径が小さいほど溶鋼中に溶け出し易くなったり酸化して消失する虞も高まることから、直径の下限は適宜設定することが好ましい。   The fibrous carbon substrate material having a diameter of 50 nm or less increases the effect of making the carbonaceous matrix a flexible structure as the diameter is smaller. However, the smaller the diameter of the carbon substrate material, the easier it is to dissolve into the molten steel or it is oxidized. Therefore, the lower limit of the diameter is preferably set as appropriate.

また、この物性改善効果は、繊維状組織を有する炭素の存在によってもたらされるので、その炭素の形状等は繊維状すなわちアスペクト比(長さ/直径)が概ね10以上の繊維状の炭素基質材料(炭素繊維状組織)であればよく、また、炭素繊維間にナノレベルの空間を有した柔構造組織が好ましく、さらに、炭素質繊維は黒鉛質系が好ましい。   In addition, since this physical property improving effect is brought about by the presence of carbon having a fibrous structure, the shape of the carbon is fibrous, that is, a fibrous carbon substrate material having an aspect ratio (length / diameter) of approximately 10 or more ( Carbon fiber structure), and a soft structure having a nano-level space between the carbon fibers is preferable. Further, the carbon fiber is preferably graphitic.

これら内部に柔組織を含有する炭素繊維状組織は、一般的なフェノールなどの樹脂由来の非晶質炭素の連続組織と比較すると低弾性になり、耐火物としてのマクロ的な物性面においても、低弾性率化等が可能となる。これにより、耐熱衝撃性をさらに向上させることができる。   The carbon fibrous structure containing soft tissue inside becomes low elasticity compared to a continuous structure of amorphous carbon derived from a resin such as general phenol, and in terms of macroscopic physical properties as a refractory, Low elastic modulus can be achieved. Thereby, the thermal shock resistance can be further improved.

製品としての耐火物中に換算した100μm以下の炭素基質材料の割合は例えば次のようにして評価することができる。
1.対象の耐火物を350℃〜550℃程度で5時間から120時間酸化焼成し、低温域で酸化する結合炭素を消失させる。これにより、耐火物は粉状化する。
2.ジルコニア骨材粒子を含む粉状になった耐火物を前記のJIS Z8801 篩により目開き100μmの篩いで分級し、その篩い上の粉体と篩い下の粉体に分ける。
3.それぞれの粉体中の炭素量を測定する。篩い上の炭素量測定値から、炭素基質材料の最大長さが100μm以下であることを確認する。
4.篩い下の炭素量を評価前の耐火物全体の量から前記1での減少重量を差し引いた量で除す。
The ratio of the carbon substrate material of 100 μm or less converted into the refractory as a product can be evaluated as follows, for example.
1. The target refractory is oxidized and fired at about 350 ° C. to 550 ° C. for 5 to 120 hours, and the bonded carbon that is oxidized in the low temperature range is lost. Thereby, the refractory is powdered.
2. The refractory in powder form containing zirconia aggregate particles is classified with a sieve having an opening of 100 μm using the JIS Z8801 sieve, and is divided into a powder on the sieve and a powder on the sieve.
3. The amount of carbon in each powder is measured. From the measured carbon content on the sieve, it is confirmed that the maximum length of the carbon substrate material is 100 μm or less.
4). The amount of carbon under the sieve is divided by the amount obtained by subtracting the weight reduced in 1 from the total amount of the refractory before evaluation.

更に、目開き45μmの篩でも分級して、その通過した粉体(篩い下)中の炭素量を測定し(炭素量A)、当該炭素量が、前記目開き100μmの篩い下の炭素量(炭素量B)に占める割合から、平均粒径が45μm以下であることを判断する。   Furthermore, classification is performed even with a sieve having an opening of 45 μm, and the amount of carbon in the passed powder (under the sieve) is measured (carbon amount A). The amount of carbon is the amount of carbon under the sieve having an opening of 100 μm ( From the proportion of the carbon content B), it is determined that the average particle size is 45 μm or less.

さらに、本発明耐火物中のジルコニア粒子の粒度構成について以下のように評価することができる。上記1.の処理後、更に、酸化雰囲気下、800〜1000℃で熱処理し、炭素分をCO又はCO2として除去し、残った耐火物粉体を、75μmの篩で篩分けし、その篩下を更に45μmの篩で篩分けする。残った耐火物粉体の質量、75μmの篩下の質量、及び、45μmの篩下の質量を秤量し、残った耐火物粉体の質量に対する、75μmの篩下の質量%、及び、45μmの篩下の質量%を算出して、75μm以下比率と45μm以下比率を評価する。 Furthermore, the particle size constitution of the zirconia particles in the refractory of the present invention can be evaluated as follows. Above 1. After this treatment, heat treatment is further performed at 800 to 1000 ° C. in an oxidizing atmosphere to remove carbon as CO or CO 2 , and the remaining refractory powder is sieved with a 75 μm sieve. Sieving with 45 μm sieve. The weight of the remaining refractory powder, the weight of 75 μm under the sieve, and the weight of 45 μm under the sieve are weighed, and the weight of the remaining refractory powder with respect to the weight of 75 μm under the sieve and 45 μm. The mass% under the sieve is calculated, and the ratio of 75 μm or less and the ratio of 45 μm or less are evaluated.

また、耐火物のマトリクス組織中に、直径50nm以下の繊維状の炭素基質材料が含有されている点の評価については、SEM写真にて、繊維状の炭素基質材料を確認し、当該繊維の太さを測定して、50nm以下を確認する方法を用いることができる。   For evaluation of the point that a fibrous carbon substrate material having a diameter of 50 nm or less is contained in the matrix structure of the refractory, the fibrous carbon substrate material is confirmed by an SEM photograph, and the thickness of the fiber is determined. A method of measuring the thickness and confirming 50 nm or less can be used.

次に、本発明の第1の実施形態に係るジルコニア−炭素含有耐火物の製造方法(以下単に、「第1の製造方法」という。)について述べる。   Next, a method for producing a zirconia-carbon-containing refractory according to the first embodiment of the present invention (hereinafter simply referred to as “first production method”) will be described.

本発明のジルコニア−炭素含有耐火物及び浸漬ノズルは、基本的に通常のジルコニア−炭素含有耐火物及び浸漬ノズルの製造方法に準じる方法とすることができる。   The zirconia-carbon-containing refractory and the immersion nozzle of the present invention can be basically a method according to the usual method for producing a zirconia-carbon-containing refractory and an immersion nozzle.

第1の工程として、耐火原料を混和、混練して成形用のはい土を得る。   As a first step, a refractory raw material is mixed and kneaded to obtain a molding earth.

ZrO2成分の原料としての部分安定化又は完全安定化ジルコニア粒子の安定化材としては、CaO、MgO、Y23等のいずれでも使用することができる。特に、耐熱衝撃性を高めつつZrO2含有率を高める点から、少量の添加で安定化効果が比較的大きなCaO安定化ジルコニアを用いるのが最も好ましい。 Any of CaO, MgO, Y 2 O 3 and the like can be used as a stabilizing material for partially stabilized or fully stabilized zirconia particles as a raw material for the ZrO 2 component. In particular, it is most preferable to use CaO-stabilized zirconia having a relatively large stabilizing effect with a small amount of addition, from the viewpoint of increasing the content of ZrO 2 while increasing the thermal shock resistance.

また、混和及び混練における原料の配合割合は、既知の各原料の化学成分を、本発明の耐火物の化学成分組成になるように逆算して決定すればよい。   Further, the mixing ratio of the raw materials in the mixing and kneading may be determined by calculating back the known chemical components of the respective raw materials so as to obtain the chemical component composition of the refractory of the present invention.

また、ジルコニア原料は、粒度に関しては、所定の粒度に分級したものを所定割合になるように配合すればよい。すなわち、原料配合時に篩分けして、所定の粒度を所定の割合含むように調整すればよい。なお、ある篩目(例えばxμm)の篩で篩分けした場合、篩下における最大粒径は、当該篩目の大きさ(xμm)と同じと定義する。   Moreover, what is necessary is just to mix | blend what a zirconia raw material classify | categorized into the predetermined particle size so that it may become a predetermined ratio regarding a particle size. That is, sieving at the time of blending the raw materials may be performed so that a predetermined particle size is included in a predetermined ratio. In addition, when sieving with a sieve having a certain mesh (for example, x μm), the maximum particle size under the sieve is defined as the same as the size of the sieve (x μm).

なお、本発明の耐火物を構成するジルコニア粒子は当該耐火物中のジルコニア粒子全量を100質量%とするときに、75μm以下の径の粒子を97質量%以上含み、45μm以下の径の粒子の割合が40質量%以上であるが、75μmを超える粒子の大きさを、できる限り75μmに近く、例えば約200μm程度以下にするためには、例えば、ジルコニア原料を75μmのふるいを使用して篩分けし、篩下を回収したものを使用すれば、殆どが75μm以下となり、仮にアスペクト比が大きなジルコニア粒子が存在しても、経験上、200μmを超えるジルコニア粒子が混入することは殆どなく、好ましい。   The zirconia particles constituting the refractory according to the present invention contain 97% by mass or more of particles having a diameter of 75 μm or less, and 45 μm or less when the total amount of zirconia particles in the refractory is 100% by mass. In order to reduce the size of the particles having a ratio of 40% by mass or more but exceeding 75 μm as close to 75 μm as possible, for example, about 200 μm or less, for example, the zirconia raw material is sieved using a 75 μm sieve. However, it is preferable to use the one collected under the sieve, and most of them are 75 μm or less, and even if zirconia particles having a large aspect ratio are present, zirconia particles exceeding 200 μm are rarely mixed.

最大長さが100μm以下、平均長さが45μm以下の炭素基質材料の原料としては、鱗状黒鉛の他、土状黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック等の1種を単独で、又は複数種を組み合わせて使用することができる。これらの1種を単独で使用する場合には、これら中でも、微粉原料自体の固体潤滑性及び応力緩和能に富む鱗状黒鉛が最も好ましい。   As a raw material for a carbon substrate material having a maximum length of 100 μm or less and an average length of 45 μm or less, in addition to scaly graphite, one kind of earthy graphite, artificial graphite, carbon black or the like is used alone, or a plurality of kinds are combined. Can be used. When using one of these alone, scaly graphite rich in solid lubricity and stress relaxation ability of the fine powder raw material itself is most preferable.

黒鉛としては、炭素純度90質量%以上の鱗状黒鉛、土状黒鉛等を使用することができる。平均長さ45μm以下の炭素基質材料を得るには、必要であれば黒鉛原料を粉砕し、300メッシュ程度の篩い網による分級処理により得ることができる。また、前述の通り最大長さが100μm以下、平均長さが45μm以下の黒鉛原料は、さらに平均厚さが5μm以下になるように、原料段階で粉砕する等の加工をすることが好ましい。   As the graphite, scaly graphite having a carbon purity of 90% by mass or more, earthy graphite, or the like can be used. In order to obtain a carbon substrate material having an average length of 45 μm or less, the graphite raw material can be pulverized if necessary and classified by a sieve mesh of about 300 mesh. Further, as described above, the graphite raw material having a maximum length of 100 μm or less and an average length of 45 μm or less is preferably subjected to processing such as pulverization at the raw material stage so that the average thickness becomes 5 μm or less.

この黒鉛の粉砕加工は、例えば長さが500μm、厚さが数十μmの黒鉛原料を加圧機能又は粉砕機能を有する装置で粉砕し、粉砕後の原料を所定大きさに分級処理することで得ることができる。平均厚さが5μm以下、かつ、最大長さが100μm以下、平均長さが45μm以下の形状にするには、使用する加工機の特性により時間、加圧力、速度等を調整すればよい。   This graphite pulverization process is performed, for example, by pulverizing a graphite material having a length of 500 μm and a thickness of several tens of μm with an apparatus having a pressurizing function or a pulverizing function, and classifying the pulverized material to a predetermined size. Can be obtained. In order to obtain a shape having an average thickness of 5 μm or less, a maximum length of 100 μm or less, and an average length of 45 μm or less, time, pressure, speed, etc. may be adjusted according to the characteristics of the processing machine used.

カーボンブラックとしては、一般的な非晶質のカーボンブラックや結晶性の発達した黒鉛化カーボンブラックの使用も可能である。   As the carbon black, general amorphous carbon black or graphitized carbon black having improved crystallinity can be used.

耐酸化性付与、又は強度向上を目的として、Al、Mg、Siの金属微粉末やSiCやB4Cなどの炭化物粉末、BN等の窒化物の粉末等を別途(前記、各原料等の質量割合の合計の外)に、製品としてのジルコニア−炭素質耐火物の成分合計全体を100質量%とする場合に合量で2質量%以下程度の範囲で(個別の操業における酸化の変動条件に応じて調整することができる)、はい土に適量配合してもよい。 For the purpose of imparting oxidation resistance or improving the strength, metal powders of Al, Mg, Si, carbide powders such as SiC and B 4 C, and nitride powders such as BN are separately provided (mass of each raw material, etc. In addition to the total ratio, if the total component of the zirconia-carbonaceous refractory as a product is 100% by mass, the total amount is in the range of about 2% by mass or less (depending on the fluctuation conditions of oxidation in individual operations) May be adjusted accordingly), and may be blended in an appropriate amount in the soil.

前述の原料粒子の混和物に、有機バインダーを添加して混練し、はい土を得る。有機バインダーは、フェノール樹脂、タール若しくはピッチのいずれか一又はこれらを任意に組み合わせた混合物とすることができる。なお、これら有機バインダーは焼成後に炭素結合を形成する。成形時のはい土の湿潤状態等の特性を調整するために、炭素結合を形成しない有機質の液体等を併用してもかまわない。   An organic binder is added to the mixture of the raw material particles and kneaded to obtain a soil. The organic binder can be any one of a phenol resin, tar, or pitch, or a mixture in which these are arbitrarily combined. These organic binders form carbon bonds after firing. In order to adjust characteristics such as the wet state of the soil during molding, an organic liquid that does not form a carbon bond may be used in combination.

混和、混練にはそれぞれ耐火物の混和、混練用に使用される一般的なミキサーが使用できる。特に、炭素基質材料の分散性を高め、上述のひずみ量のバラツキ値を20%以内とするために、いわゆるハイスピード・ミキサー等の、撹拌速度の大きい混和又は混練装置を使用することが好ましい。   For mixing and kneading, general mixers used for mixing and kneading refractories can be used. In particular, it is preferable to use a mixing or kneading apparatus having a high stirring speed, such as a so-called high-speed mixer, in order to increase the dispersibility of the carbon substrate material and keep the variation value of the strain amount within 20%.

第2の工程として、前記第1の工程で作製したはい土を、その外部を覆う弾性体と金属製芯棒等からなる成形用の型枠内に充填し、CIPにより成形する。   As a second step, the clay prepared in the first step is filled into a forming mold made of an elastic body and a metal core rod covering the outside, and formed by CIP.

なお、この成形時の圧力等は、成形体の構造、大きさ等、また緻密性、気孔率等の成形体の個別の設計条件に応じて最適な条件に適宜調整することができる。   Note that the pressure and the like at the time of molding can be appropriately adjusted to optimum conditions according to the individual design conditions of the molded body such as the structure and size of the molded body, and the compactness and porosity.

そして、75μm以下の径の粒子を97質量%以上含み、45μm以下の径の粒子の割合が40質量%以上の微細なジルコニア粒子および最大長さが100μm以下、平均長さが45μm以下の形状の微細な炭素基質材料の混練作業では、いずれの骨材も微粉であるため粒子間の凝集現象が起こりやすく、さらにバインダーの凝集が発生しやすい場合がある。そのため、ジルコニア粉末及びバインダーの分散性を改善し、ひずみ量のバラツキ値を20%以下にするために、混練条件の最適化を行う。具体的には、配合物への剪断力を向上して粒子間の凝集現象が起こらないようにするため、攪拌羽根の回転数を高速化し、さらにレジンのコーティング性改善のために、溶媒を加えるなどして混練過程でのレジン粘性を低下させる等の対策を施して、十分な混練を行う(時間を長くする等)ことにより、ひずみ量のバラツキ値を20%以下に低下させることが可能となる。溶媒として例えば、エチレングリコールを用いることができる。製造条件の最適化に際して、本発明ではひずみ量のバラツキ値という評価手段を獲得したため、バラツキ値評価によってフィードバックすることで現実にひずみ量のバラツキ値が20%以下となる製造方法を決定することが可能となる。   Further, the fine zirconia particles containing 97% by mass or more of particles having a diameter of 75 μm or less, the ratio of the particles having a diameter of 45 μm or less being 40% by mass or more, and a maximum length of 100 μm or less and an average length of 45 μm or less. In the kneading operation of the fine carbon substrate material, since all the aggregates are fine powders, agglomeration phenomenon between particles is likely to occur, and further, aggregation of the binder is likely to occur. Therefore, the kneading conditions are optimized in order to improve the dispersibility of the zirconia powder and the binder and to make the variation value of the strain amount 20% or less. Specifically, in order to increase the shearing force on the compound and prevent the phenomenon of aggregation between particles from occurring, the rotational speed of the stirring blade is increased, and a solvent is added to improve the resin coating property. By taking measures such as lowering the resin viscosity during the kneading process, etc., and performing sufficient kneading (e.g., increasing the time), it is possible to reduce the strain variation value to 20% or less. Become. For example, ethylene glycol can be used as the solvent. In optimizing the manufacturing conditions, the present invention has acquired an evaluation means called a variation value of the strain amount, and therefore, it is possible to determine a manufacturing method in which the variation value of the strain amount is actually 20% or less by feedback through the variation value evaluation. It becomes possible.

前記耐火物の配合原料を混練する際の、混和機や混練機の攪拌羽根の回転数等の調整方法については、任意に選択した混和機や混練機に固有の使用条件と効果に関する条件に応じて、より高い均一性が得られるように操作すればよい。言い換えると、個々の混和機、混練機ごとの一般的な単位操作の方法に従えばよい。   When kneading the refractory compounding raw material, the adjusting method such as the rotation speed of the mixing blade and the stirring blade of the kneading machine depends on the conditions regarding the use conditions and effects specific to the arbitrarily selected mixing machine and kneading machine. Thus, the operation may be performed so as to obtain higher uniformity. In other words, what is necessary is just to follow the method of the general unit operation for each mixing machine and kneading machine.

溶媒の添加に関しては、個々の混練機ごとの操作と関係するが、はい土の時間(操作の段階)に応じた性状変化に対応して、均一分散、その後に均一な剪断力等付加等を行うために、各製造機械、製造条件に応じて適宜決定すればよい。   The addition of the solvent is related to the operation of each individual kneader, but in accordance with the change in properties according to the time of the soil (operation stage), uniform dispersion, and then the addition of a uniform shearing force, etc. What is necessary is just to determine suitably according to each manufacturing machine and manufacturing conditions in order to perform.

第3の工程として、前記成形体を非酸化雰囲気中で焼成する。   As a third step, the molded body is fired in a non-oxidizing atmosphere.

焼成工程における最高焼成温度は約600℃〜約1200℃程度とすることができる。最高温度での焼成前に、溶剤や水分を除去するため、又はバインダーの強度発現を促進する目的で、150℃〜250℃程度の温度での乾燥工程を加えることが好ましい。   The maximum firing temperature in the firing step can be about 600 ° C. to about 1200 ° C. Before the firing at the maximum temperature, it is preferable to add a drying step at a temperature of about 150 ° C. to 250 ° C. in order to remove the solvent and moisture or to promote the development of the strength of the binder.

第4の工程として、焼成済みの成形体を必要に応じて表面加工し、必要に応じ(個別の操業に応じて)酸化防止材を塗布する等の処理をする。   As a fourth step, the sintered compact is subjected to a surface treatment as necessary, and an antioxidant is applied as necessary (according to individual operations).

耐火物組織中の全開孔気孔体積中の10μm以上の気孔体積割合を30%以下とするための製造方法について説明する。前述のように、耐火物組織中で隣接する径が約10μmを超えるジルコニア粒子間を最大長さが100μm以下、平均長さが45μm以下の形状の炭素基質材料を用いることと、CIP成形時の圧力調整等によって、さらに、ZrO2粒子中の10μm未満の大きさの粒子の割合を20質量%以下とすることにより、耐火物組織中の全開孔気孔体積中の10μm以上の気孔体積割合を30%以下とすることも容易になる。 A manufacturing method for reducing the pore volume ratio of 10 μm or more in the total open pore volume in the refractory structure to 30% or less will be described. As described above, the use of a carbon substrate material having a maximum length of 100 μm or less and an average length of 45 μm or less between adjacent zirconia particles having a diameter exceeding about 10 μm in the refractory structure, By adjusting the pressure or the like, the ratio of particles having a size of less than 10 μm in the ZrO 2 particles is set to 20% by mass or less, whereby the pore volume ratio of 10 μm or more in the total open pore volume in the refractory structure is set to 30%. % Or less.

次に本発明における第2の実施形態に係るジルコニア−炭素含有耐火物、すなわち直径50nm以下の繊維状組織を有する炭素基質材料を含有する場合の製造方法(以下単に、「第2の製造方法」という。)について述べる。   Next, a manufacturing method in the case of containing a zirconia-carbon-containing refractory according to the second embodiment of the present invention, that is, a carbon substrate material having a fibrous structure having a diameter of 50 nm or less (hereinafter simply referred to as “second manufacturing method”). ).

基本的な製造方法は前記第1の製造方法と同じであるが、この第2の製造方法では、はい土を得るための混和又は混練工程において、直径50nm以下の繊維状組織を有する原料としての炭素基質材料、又は遷移金属若しくは遷移金属塩を耐火原料又は有機バインダーに配合することができる。   The basic production method is the same as the first production method. However, in the second production method, as a raw material having a fibrous structure having a diameter of 50 nm or less in the mixing or kneading step for obtaining the soil. Carbon substrate materials, or transition metals or transition metal salts can be blended into the refractory raw material or organic binder.

以下、遷移金属又は遷移金属塩を含有する場合について、前記第1の製造方法と異なる部分につき述べる。   Hereinafter, the case where the transition metal or the transition metal salt is contained will be described with respect to the difference from the first production method.

直径50nm以下の繊維状組織を有する炭素基質材料を含有する本発明の耐火物は、原料自体の中に直径50nm以下の繊維状組織を有する炭素基質材料を配合することで得られる他、粒径1000nm以下の微粒子遷移金属又は遷移金属塩を本耐火物中はい土中に配合して熱処理することでも得られる。前者の直径50nm以下の繊維状組織を有する炭素基質材料原料は現在極めて高価なので、前者の方法は現実的ではない。そこで後者の方法、すなわち、特許文献2に記載されるような、遷移金属又は遷移金属塩を、粒径1000nm以下の微粒子の状態ではい土中に配合する方法で生成させることが好ましい。熱処理の温度及び時間は、直径50nm以下の繊維状組織が得られるように適宜調整すればよい。   The refractory material of the present invention containing a carbon matrix material having a fibrous structure with a diameter of 50 nm or less is obtained by blending a carbon matrix material having a fibrous structure with a diameter of 50 nm or less in the raw material itself, It can also be obtained by blending a fine transition metal or transition metal salt of 1000 nm or less in the refractory material and heat-treating it. The former method is not practical because the former carbon matrix material raw material having a fibrous structure with a diameter of 50 nm or less is extremely expensive. Therefore, it is preferable to produce the latter method, that is, a method of blending a transition metal or a transition metal salt as described in Patent Document 2 into a soil in the form of fine particles having a particle size of 1000 nm or less. The temperature and time of the heat treatment may be appropriately adjusted so that a fibrous structure having a diameter of 50 nm or less is obtained.

直径50nm以下の繊維状組織を有する炭素組織は、粒径1000nm以下の微粒子遷移金属又は遷移金属塩と炭素成分とが接触した部分に生成し発達する。この接触する炭素成分は粒子状ではなく、結合組織を形成する炭素の方が、反応性が高い。そのため、この粒径1000nm以下の遷移金属又は遷移金属塩の微粒子をはい土に配合するには、粉体として他の耐火原料配合物中に混和して混練することもできるが、はい土の混練前の原料としての有機バインダーの中に予め配合して分散させておくことが、分散性を高めるためには好ましい。   A carbon structure having a fibrous structure having a diameter of 50 nm or less is generated and developed in a portion where a fine particle transition metal or transition metal salt having a particle diameter of 1000 nm or less is in contact with a carbon component. This contacting carbon component is not in the form of particles, and the carbon that forms the connective tissue is more reactive. Therefore, in order to blend the fine particles of transition metal or transition metal salt having a particle diameter of 1000 nm or less into the soil, it can be mixed and kneaded as a powder in another refractory raw material composition. In order to improve dispersibility, it is preferable to blend and disperse in advance in the organic binder as the previous raw material.

すなわち、フェノール樹脂、タール、ピッチ等のいずれか一又はこれらを任意に組み合わせた混合物からなる有機バインダーと、溶液状、粒径1000nm以下の微粒子が溶媒中に分散されたコロイド状の、遷移金属又は遷移金属塩の溶液(以下単に「遷移金属液」という。)との混合液を、他の耐火原料の混和物に添加して混練することが好ましい。   That is, an organic binder made of any one of phenol resin, tar, pitch, etc., or a mixture of these, and a colloidal transition metal in which fine particles having a particle size of 1000 nm or less are dispersed in a solvent. It is preferable to add and knead a mixed solution with a transition metal salt solution (hereinafter simply referred to as “transition metal solution”) to an admixture of other refractory raw materials.

遷移金属としては、Ni、Co、Fe、Ti、Zr、Cr、Ptを使用することができる。特に、CNT(カーボンナノチューブ)等の極微細な炭素繊維状組織の合成反応における触媒としての効果の高さの観点からは、Ni、Co、Fe、Crを使用するのが好適である。   As the transition metal, Ni, Co, Fe, Ti, Zr, Cr, or Pt can be used. In particular, Ni, Co, Fe, and Cr are preferably used from the viewpoint of high effect as a catalyst in the synthesis reaction of an extremely fine carbon fibrous structure such as CNT (carbon nanotube).

遷移金属溶液の配合割合は、ジルコニア粒子、炭素基質材料、酸化防止材等の混練前の粉体部分及び有機バインダーの炭化後の固形分換算値、並びに残留遷移金属量の全合計量即ち製品としての1000℃非酸化雰囲気で熱処理をした後の状態の耐火物を100質量%とするときに、その残留遷移金属量の割合が、0.5質量%以下になるように遷移金属溶液中の遷移金属量の濃度や添加量を調整することが好ましい。0.5質量%を超えると、耐火物の耐酸化性の低下や強度低下を招来する虞がある。   The blending ratio of the transition metal solution is the total amount of the residual transition metal amount, i.e., the product in terms of solid content after carbonization of the powder part and organic binder before kneading of the zirconia particles, carbon substrate material, antioxidant, etc. When the refractory in a state after heat treatment in a non-oxidizing atmosphere at 100 ° C. is 100% by mass, the transition in the transition metal solution is such that the ratio of the residual transition metal amount is 0.5% by mass or less. It is preferable to adjust the concentration and addition amount of the metal amount. If it exceeds 0.5% by mass, there is a risk of reducing the oxidation resistance and strength of the refractory.

以降の工程は、前述第1の製造方法と同じである。   The subsequent steps are the same as those in the first manufacturing method.

以上のような第2の製造方法により製造された本発明のジルコニア−炭素含有耐火物は、図4〜図6のような組織構造となる。図4、図5において、ジルコニア−炭素含有耐火物の組織は、ジルコニア粗粒子(ジルコニア骨材の粗粒子)1、黒鉛粒子を含む炭素の結合部(黒鉛粒子を含む有機バインダーが炭化して形成された炭素の結合部で、マトリクス組織ともいう)2、及び、マトリクス組織2の内部に分散された遷移金属含有ナノ粒子4からなる(遷移金属含有ナノ粒子4は、図4、図5の顕微鏡視野倍率では相対的に小さすぎて、マトリクス組織2内に存在することを視覚的に確認することはできない。)。   The zirconia-carbon-containing refractory of the present invention manufactured by the second manufacturing method as described above has a structure as shown in FIGS. 4 and 5, the structure of the zirconia-carbon-containing refractory is formed by carbonization of zirconia coarse particles (coarse particles of zirconia aggregates) 1, carbon bonding portions including graphite particles (an organic binder including graphite particles). And a transition metal-containing nanoparticle 4 dispersed in the matrix structure 2 (the transition metal-containing nanoparticle 4 is a microscope shown in FIGS. 4 and 5). The field magnification is too small to visually confirm that it exists in the matrix structure 2).

図6は、図4、図5の炭素の結合の部分を拡大したTEM写真を示す。マトリクス組織2内の炭素においては、遷移金属含有ナノ粒子4の周囲に、直径が20nm程度の極微細な炭素繊維状組織3が多く観察される。   FIG. 6 shows a TEM photograph in which the carbon bond portion of FIGS. 4 and 5 is enlarged. In the carbon in the matrix structure 2, many ultrafine carbon fibrous structures 3 having a diameter of about 20 nm are observed around the transition metal-containing nanoparticles 4.

本発明のジルコニア−炭素含有耐火物を、溶鋼の連続鋳造用ノズルに適用した場合の一例を、図8に示す。図は、連続鋳造用ノズル10を、モールド内溶鋼14に浸漬した状態を示したイメージ図(縦方向断面図)であるが、連続鋳造用ノズル10において、ジルコニア−炭素含有耐火物11は、少なくとも、モールド内溶鋼14の上面に存在するモールドパウダー12と接触する部分に適用することが必要である。そうすることで、接触部において、高粘度モールドパウダーフィルム13を形成し、優れた耐用を得ることができる。   An example in which the zirconia-carbon-containing refractory of the present invention is applied to a nozzle for continuous casting of molten steel is shown in FIG. The figure is an image (longitudinal sectional view) showing a state in which the continuous casting nozzle 10 is immersed in molten steel 14 in the mold. In the continuous casting nozzle 10, the zirconia-carbon-containing refractory 11 is at least, It is necessary to apply to the part which contacts the mold powder 12 which exists in the upper surface of the molten steel 14 in a mold. By doing so, the high-viscosity mold powder film 13 can be formed in the contact portion, and excellent durability can be obtained.

本発明のジルコニア−炭素含有耐火物及び連続鋳造用浸漬ノズルについて、試験室における実験によって得た実施例を以下に述べる。   Examples of the zirconia-carbon-containing refractory and continuous casting immersion nozzle according to the present invention obtained by experiments in a test room will be described below.

以下に示す実施例A〜D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 D shown below are as follows.

炭素基質材料として、表1に示す黒鉛A、B、C、D、F、G、H、カーボンブラックを準備した。表1において、本発明範囲から外れる数値にアンダーラインを付している。以下、表2〜6も同様である。   As carbon substrate materials, graphite A, B, C, D, F, G, H, and carbon black shown in Table 1 were prepared. In Table 1, numerical values that deviate from the scope of the present invention are underlined. The same applies to Tables 2 to 6 below.

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。即ち、原料粒子の混和物に、有機バインダーを添加して混練し、はい土を得る。有機バインダーは焼成後に炭素結合を形成し、結合炭素となる。混和、混練にはそれぞれ耐火物の混和、混練用に使用される一般的なミキサーのうち、実験室規模のごく一般的な乾式混和機及び混練機(高速ミキサー)を使用した。このはい土をCIPによって試料の形状に成形した。この成形体を非酸化性雰囲気にて1200℃で焼成した。混和機や混練機の攪拌羽根の回転数については、本発明範囲の配合原料を用いて試料を作成し、ひずみ量のバラツキ値評価によって製造方法最適化のためのフィードバックを行い、ひずみ量のバラツキ値が20%以下となる製造方法を決定した。   The sample was produced by a method according to the method described in the method for producing a refractory according to the present invention. That is, an organic binder is added to the mixture of raw material particles and kneaded to obtain a soil. The organic binder forms a carbon bond after firing and becomes a bonded carbon. For mixing and kneading, among general mixers used for mixing and kneading refractories, laboratory-scale very common dry-type mixers and kneaders (high-speed mixers) were used. This soil was formed into a sample shape by CIP. This molded body was fired at 1200 ° C. in a non-oxidizing atmosphere. Regarding the rotation speed of the mixing blades of the mixer and kneader, a sample is prepared using the blended raw material within the scope of the present invention, and feedback for optimizing the manufacturing method is performed by evaluating the variation value of the strain amount. The manufacturing method in which the value was 20% or less was determined.

実施例A〜Dにおいては、後記の「評価1〜3」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。   In Examples A to D, the tests of “Evaluation 1 to 3” 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.

なお、実施例における10μm以下の割合を20質量%以下に制限したジルコニア原料については、ジルコニア原料微粒子を試験機にて予め分級して処理して10μm以下の割合が多い粒子を得て、各例に示す割合に配合した。   In addition, about the zirconia raw material which restrict | limited the ratio of 10 micrometers or less in the Example to 20 mass% or less, the particle | grains with many ratios of 10 micrometers or less are obtained by classifying and processing a zirconia raw material microparticles | fine-particles beforehand with a test machine, and each example It mix | blended in the ratio shown in.

<評価1の試験条件>
評価1は耐食性の評価である。耐食性の評価は、大気下、1550〜1570℃で溶解した低炭素鋼の表面にモールドパウダーを厚み約30mm浮かべてルツボ(内径150mm)中に、所定のジルコニア−炭素質耐火物の角柱サンプル(20×20×160mm)を120分間浸漬し、引き上げた後に、冷却後の(溶鋼/モールドパウダー)界面での溶損寸法を測定することで材質間の溶損量を比較して行った。モールドパウダーとしてはCaO/SiO2質量比が約1.0のものを用い、30分毎に新しいパウダーと交換作業を行った。得られた溶損量mmは、実施例1の溶損量を100として、溶損性指数として表中に記載した。数字が小さい程、溶損量が小さく、耐食性が良好である。評価としては、溶損量の絶対値量から、溶損性指数120以下を使用可能と判断し、下記の評価基準とした。
○:良好(実施例1を100とする指数:≦120)
×:劣る=採用不可(実施例1を100とする指数:120<〜≦150)
××:不良(実施例1を100とする指数:150<)
<Test conditions for evaluation 1>
Evaluation 1 is an evaluation of corrosion resistance. The corrosion resistance was evaluated by measuring a predetermined zirconia-carbonaceous refractory prism sample (20 mm) in a crucible (inner diameter: 150 mm) by floating a mold powder on the surface of low carbon steel melted at 1550 to 1570 ° C. in the atmosphere in the atmosphere. X20x160mm) was immersed for 120 minutes and pulled up, and the amount of erosion between materials was compared by measuring the erosion dimension at the (molten steel / mold powder) interface after cooling. As the mold powder, one having a CaO / SiO 2 mass ratio of about 1.0 was used, and a new powder was exchanged every 30 minutes. The obtained amount of erosion mm was described in the table as the erosion index with the erosion amount of Example 1 being 100. The smaller the number, the smaller the amount of erosion and the better the corrosion resistance. As an evaluation, it was judged that a meltability index of 120 or less could be used from the absolute value of the amount of damage, and the following evaluation criteria were used.
○: Good (index with Example 1 as 100: ≦ 120)
×: Inferior = Not applicable (index with Example 1 as 100: 120 <˜ ≦ 150)
XX: Defect (Index with Example 1 as 100: 150 <)

<評価2の試験条件>
評価2は耐熱衝撃性の評価である。
外形115mm×内径60mm×高さ50mmの形状にCIPにて成形し、1000℃非酸化雰囲気で処理した試料につき、次の2つの水準にて、熱衝撃を加えた。
水準1.1000℃還元焼成後(製品段階)、1200℃で1h保持後に水冷
水準2.1500℃−10hrs加熱後(鋳造末期想定)、1200℃で1h保持後に水冷
水準1、水準2それぞれについて、冷却後の耐火物稼働表面における組織を観察し、その結果を耐熱衝撃性として次のとおり○及び×として評価した。
○:割れなし
×:割れ発生
水準1、水準2ともに割れが発生していない場合を「耐熱衝撃性合格」とした。
水準2の1500℃中で10hrs加熱した場合は、耐火物試料内部の熱的条件は定常状態になっており、長時間の操業中の条件に近似している。
<Test conditions for evaluation 2>
Evaluation 2 is an evaluation of thermal shock resistance.
Thermal shock was applied at the following two levels for a sample formed by CIP into an outer shape of 115 mm × inner diameter of 60 mm × height of 50 mm and processed in a non-oxidizing atmosphere at 1000 ° C.
After reduction firing at level 1.1000 ° C (product stage), water cooling after holding at 1200 ° C for 1 h Level 2.1500 ° C after heating for 10 hrs (assuming the end of casting), after holding at 1200 ° C for 1 h, water cooling level 1 and level 2 respectively The structure | tissue in the refractory working surface after cooling was observed, and the result was evaluated as (circle) and (x) as follows as thermal shock resistance.
◯: No cracking ×: The case where no cracking occurred at both crack generation level 1 and level 2 was defined as “acceptable thermal shock resistance”.
When heated for 10 hours at 1500 ° C. of level 2, the thermal condition inside the refractory sample is in a steady state, which approximates the condition during long-time operation.

以下の[実施例E]においては、下記水準3の評価も行った。
水準3.前記水準2の繰り返しを行った場合に、割れの発生する回数(耐久回数)
○:2サイクル以上割れなし
×:2サイクル未満で割れ発生
In the following [Example E], the following Level 3 evaluation was also performed.
Level 3. Number of occurrences of cracking (endurance number) when the level 2 is repeated
○: No cracking for 2 cycles or more ×: Cracking occurred in less than 2 cycles

<評価3の試験条件>
評価3は組織の均質性評価(4点ひずみ量のバラツキ値)である。
これは特許第3459029号に準じた、前述の方法であって、外形140mm×内径100mm×高さ70mm、サンプル高さ方向の半分の水平断面に90°ピッチで、ひずみゲージ(単ゲージ、ゲージ長30mm)を円周方向の4箇所に貼付したジルコニア−炭素質耐火物サンプルの内壁面側より均一に圧力を加え試料破断時の、4箇所に貼付したひずみゲージの値を読み取り、前述の方法でバラツキ値を数値化した。なお試料は1000℃非酸化雰囲気で処理した。サンプルは上記形状に限定されるものではなく、実際のノズル状耐火物から機械加工により肉厚円筒のリング形状を切り出すことで同様の測定が可能である。
○:良好(ひずみ量のバラツキ値≦20%)
×:一般ジルコニア−炭素質耐火物の平均的な範囲。(20%<ひずみ量のバラツキ値≦30%)
××:不良(成分偏析大きい。)(30%<ひずみ量のバラツキ値)
<Test conditions for evaluation 3>
Evaluation 3 is the evaluation of the homogeneity of the structure (the variation value of the 4-point strain amount).
This is the above-mentioned method according to Japanese Patent No. 3459029, which is an outer diameter of 140 mm × an inner diameter of 100 mm × a height of 70 mm, and a strain gauge (single gauge, gauge length at a 90 ° pitch in a horizontal section half of the sample height direction. 30 mm) is applied to the four circumferential positions of the zirconia-carbonaceous refractory sample by applying pressure uniformly from the inner wall surface side, and reading the values of the strain gauges applied to the four locations at the time of the sample break. The variation value was quantified. The sample was treated in a non-oxidizing atmosphere at 1000 ° C. The sample is not limited to the above shape, and the same measurement can be performed by cutting a ring shape of a thick cylinder by machining from an actual nozzle-like refractory.
○: Good (variation value of strain amount ≤ 20%)
X: Average range of general zirconia-carbonaceous refractories. (20% <Distortion variation value ≦ 30%)
Xx: Defect (component segregation is large) (30% <strain variation value)

[実施例A]
実施例Aは、主としてジルコニア粒子の径、粒度構成の影響を調査した例を示す。またさらに、50nm以下の繊維状の炭素組織を含有する場合の例も示している。
[Example A]
Example A shows an example in which the influence of the zirconia particle diameter and particle size constitution is mainly investigated. Furthermore, the example in the case of containing a fibrous carbon structure of 50 nm or less is also shown.

表2に、各試料の構成と評価結果を示す。表2の原料添加量表示において、CaO安定化ZrO2と炭素基質材料の合計を100質量%として表示し、結晶炭素を前記100%に対する外掛け添加量として表示している。また、「耐火物中の炭素基質材料含有量」は、耐火物全体を100質量%とし、その中における炭素基質材料含有量を質量%表示している。表2の「炭素基質材料」における「黒鉛種」は、表1のいずれの黒鉛を用いたかを表示し、「黒鉛添加量」はその黒鉛種の添加量を示し、「カーボンブラック」は表1のカーボンブラックの添加量を示している。表3〜6においても同様である。 Table 2 shows the configuration of each sample and the evaluation results. In the raw material addition amount display in Table 2, the total of CaO-stabilized ZrO 2 and the carbon substrate material is displayed as 100% by mass, and crystalline carbon is displayed as an external addition amount with respect to 100%. The “carbon substrate material content in the refractory” is 100% by mass of the entire refractory, and the carbon substrate material content in the refractory is expressed by mass%. “Graphite type” in “Carbon substrate material” in Table 2 indicates which graphite in Table 1 was used, “Graphite addition amount” indicates the addition amount of the graphite species, and “Carbon black” indicates Table 1 The amount of carbon black added is shown. The same applies to Tables 3-6.

実施例1、実施例2、実施例4は、黒鉛種として黒鉛Gを用い、黒鉛の平均長さ/平均厚さ=40/2(最大長さ100μm以下)とするとともに、75μm以下のジルコニア粒子の割合を固定し、45μm以下のジルコニア粒度割合を変化させて上述した評価1〜3を行った。当該黒鉛の使用により、組織は緻密となり10μm以上の気孔体積割合は30%以下となり、耐食性、耐熱衝撃性、組織の均質性、の評価1〜3のいずれも良好な結果となった。   In Example 1, Example 2, and Example 4, graphite G was used as the graphite seed, the average length of graphite / average thickness = 40/2 (maximum length of 100 μm or less), and zirconia particles of 75 μm or less. The above evaluations 1 to 3 were performed by changing the zirconia particle size ratio of 45 μm or less. By using the graphite, the structure became dense and the pore volume ratio of 10 μm or more became 30% or less, and all of evaluations 1 to 3 of corrosion resistance, thermal shock resistance, and structure homogeneity were good results.

これらに対し、45μm以下のジルコニア粒度割合を35質量%に減じた比較例1では評価1〜3の評価1〜3のいずれも不合格となった。   On the other hand, in the comparative example 1 which reduced the zirconia particle size ratio of 45 micrometers or less to 35 mass%, all of evaluation 1-3 of evaluation 1-3 failed.

また、45μm以下のジルコニア粒度割合その他の構成が実施例4と同じで、75μmを超える(この例では最大150μm)ジルコニア粒子を10質量%含む比較例2では、耐熱衝撃性(評価2)は良好で合格レベルであるが、大幅ではないものの、耐食性(評価1)と組織の均質性(評価3)が低下した。   In addition, the thermal shock resistance (Evaluation 2) is good in Comparative Example 2 containing 10% by mass of zirconia particles exceeding 45 μm (in this example, 150 μm at the maximum) in the same manner as in Example 4 except for the zirconia particle size ratio of 45 μm or less. Although it was a pass level, although not significant, the corrosion resistance (Evaluation 1) and the homogeneity of the structure (Evaluation 3) were lowered.

この現象は前述のように、径が75μm以下のジルコニア粒子が97質量%未満であると速やかな高粘性の保護膜であるモールドパウダーフィルムの生成が得られない部分が生じ、不均一な厚さの浸潤ないしは崩壊部分を耐火物稼働面に生じたこと、及び、75μmを超えるジルコニア粒子が、微粉主体の耐火物組織中で気孔や空隙等が異なる部分を局部的に形成して、膨張等による組織の物性・挙動等が不均一になる、等に起因するものと考えられる。   As described above, when the zirconia particles having a diameter of 75 μm or less are less than 97% by mass, there is a portion where the generation of the mold powder film as a high-viscosity protective film cannot be quickly obtained, and the thickness is uneven. Due to expansion, etc. due to the formation of a portion of the refractory that has infiltrated or collapsed in the refractory working surface, and the zirconia particles exceeding 75 μm locally form pores and voids in the refractory structure mainly composed of fine powder. This is thought to be due to the non-uniform physical properties and behavior of the tissue.

これらの実施例に加え、45μm以下のジルコニア粒度割合その他の構成が実施例4と同じで、成形圧を高くして(この例では50%増加させた)10μm以上の気孔径割合を減じた(この例では12%)実施例5により、10μm以上の気孔径割合の影響を調査した。この実施例5では評価1〜3のいずれも良好であり、耐食性(評価1)と組織の均質性(評価3)はさらに改善していることがわかる。   In addition to these examples, the zirconia particle size ratio of 45 μm or less was the same as that of Example 4, and the molding pressure was increased (in this example, increased by 50%), and the pore diameter ratio of 10 μm or more was reduced ( In this example, 12%) According to Example 5, the influence of the pore diameter ratio of 10 μm or more was investigated. In Example 5, all of the evaluations 1 to 3 are good, and it can be seen that the corrosion resistance (evaluation 1) and the homogeneity of the structure (evaluation 3) are further improved.

一方、前述のように不合格となった比較例1及び比較例2では、いずれも10μm以上の気孔径割合が合格ではある実施例中で最も高い実施例4の30%を超えている。   On the other hand, in Comparative Example 1 and Comparative Example 2 that were rejected as described above, both of the pore diameter ratios of 10 μm or more exceeded 30% of Example 4, which is the highest among the examples that passed.

これら実施例5、比較例1及び比較例2の結果から、10μm以上の気孔径割合は30%以下であることが好ましいことがわかる。   From the results of Example 5, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, it can be seen that the pore diameter ratio of 10 μm or more is preferably 30% or less.

なお、前述から、このような径が75μmを超えるジルコニア粒子が、現実的な製造上不可避的な割合(一般的な製造方法によると耐火物内に数%程度と考えられ、本実施例では3%程度とした)で混入することは、本発明の課題を解決できない程度に決定的な悪影響を及ぼさないことがわかる。   From the above, it is considered that such a zirconia particle having a diameter exceeding 75 μm is an inevitable proportion in practical production (according to a general production method, it is considered to be about several percent in the refractory. It can be seen that mixing at a ratio of about% does not have a detrimental adverse effect to the extent that the problem of the present invention cannot be solved.

さらに、45μm以下のジルコニア粒度割合その他の構成が実施例4と同じで、50nm以下の繊維状の炭素組織を含有する実施例3では、評価1〜3のいずれも良好であり、耐食性(評価1)と組織の均質性(評価3)がさらに改善していることがわかる。ここでの耐熱衝撃性(評価2)の結果では実施例2も実施例3も共に良好であるので、50nm以下の繊維状の炭素組織の存在効果に関する差は直接には認識できないが、組織の均質性(評価3)がさらに改善していることから、耐熱衝撃性が改善されることが間接的に観察できる。   Furthermore, in Example 3, which contains the zirconia particle size ratio of 45 μm or less and the other configurations as in Example 4 and contains a fibrous carbon structure of 50 nm or less, all of Evaluations 1 to 3 are good, and corrosion resistance (Evaluation 1 ) And the homogeneity of the tissue (Evaluation 3) are further improved. Since the results of thermal shock resistance (Evaluation 2) here are good in both Example 2 and Example 3, the difference regarding the existence effect of the fibrous carbon structure of 50 nm or less cannot be directly recognized. Since the homogeneity (Evaluation 3) is further improved, it can be indirectly observed that the thermal shock resistance is improved.

[実施例B]
実施例Bは、いずれも本発明の45μm以下のジルコニア粒子の粒度構成割合を備えた場合であるが、さらにこの中で10μm未満の大きさの粒子の割合の影響を調査した例を示す。
[Example B]
Example B is a case where the particle size constitution ratio of the zirconia particles of 45 μm or less of the present invention is provided, and further shows an example in which the influence of the ratio of particles having a size of less than 10 μm 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.

10μm未満の大きさの粒子の割合が10質量%の実施例6、20質量%の実施例7はいずれの評価も良好である。しかし、10μm未満の大きさの粒子の割合が25質量%の実施例8は評価2の水準2すなわち1500℃加熱後の耐熱衝撃性がやや劣る傾向を示している。このことから、10μm未満の大きさの粒子の割合は20質量%以下であることが好ましいことがわかる。さらに、ジルコニア粒子の10μm未満の大きさの粒子の割合は20質量%以下とすることにより、耐火物組織中の全開孔気孔体積中の10μm以上の気孔体積割合を30%以下とすることができる。   The evaluation of Example 6 in which the proportion of particles having a size of less than 10 μm is 10% by mass and Example 7 in which 20% by mass is good are good. However, Example 8 in which the proportion of particles having a size of less than 10 μm is 25% by mass shows a tendency that the thermal shock resistance after heating at Level 2 of Evaluation 2, that is, 1500 ° C., is slightly inferior. From this, it can be seen that the proportion of particles having a size of less than 10 μm is preferably 20% by mass or less. Furthermore, by setting the ratio of the zirconia particles having a size of less than 10 μm to 20% by mass or less, the ratio of the pore volume of 10 μm or more to the total open pore volume in the refractory structure can be set to 30% or less. .

[実施例C]
実施例Cは、炭素基質材料として黒鉛A、B、C、D、F、G、H、カーボンブラックを用い、炭素基質材料の粒度構成の影響を調査した例を示す。すなわち、炭素基質材料の最大粒子長さ、平均粒子長さ及び平均厚さの影響を調査した例を示す。ここでは所定の形状に加工した黒鉛を主体として調査を行った。
[Example C]
Example C shows an example in which graphite A, B, C, D, F, G, H, and carbon black are used as the carbon substrate material, and the influence of the particle size constitution of the carbon substrate material is investigated. That is, an example in which the influence of the maximum particle length, the average particle length, and the average thickness of the carbon substrate material is investigated is shown. Here, the investigation was conducted mainly on graphite processed into a predetermined shape.

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.

黒鉛D、F、G、Hを用い、黒鉛の最大粒子長さが100μm以下で平均粒子長さが45μm以下の実施例9〜実施例13では、評価1〜3のいずれも優れる結果を示している。   In Examples 9 to 13 in which graphite D, F, G, and H are used and the maximum particle length of graphite is 100 μm or less and the average particle length is 45 μm or less, all of evaluations 1 to 3 show excellent results. Yes.

黒鉛Aを用い、黒鉛の平均粒子長さが300μm(最大粒子長さも100μmを超える)の比較例6、比較例7では評価1〜3のいずれも劣る結果となった。特に、径が75μm以下のジルコニア粒子の割合が97質量%未満の80質量%である比較例7では耐食性の低下が顕著である。   In Comparative Example 6 and Comparative Example 7 in which graphite A was used and the average particle length of graphite was 300 μm (the maximum particle length exceeded 100 μm), all of Evaluations 1 to 3 were inferior. In particular, in Comparative Example 7 in which the proportion of zirconia particles having a diameter of 75 μm or less is 80% by mass of less than 97% by mass, the corrosion resistance is significantly reduced.

黒鉛Cを用い、黒鉛の平均粒子長さが50μm(最大粒子長さも100μmを超える)の比較例4、黒鉛Bを用い、黒鉛の平均粒子長さが80μm(最大粒子長さも100μmを超える)の比較例5では評価1〜3のいずれも比較例6、比較例7よりは良好であるものの、劣る結果となっている。平均粒子長さが45μmを超えてさらに大きくなるほど評価1〜3のいずれも劣る程度が増大することがわかる。   Using Graphite C, the average particle length of graphite is 50 μm (the maximum particle length is also greater than 100 μm), Comparative Example 4 is used, and graphite B is used, and the average particle length of graphite is 80 μm (the maximum particle length is also greater than 100 μm). In Comparative Example 5, all of Evaluations 1 to 3 are better than Comparative Examples 6 and 7, but are inferior results. It can be seen that the worse the average particle length exceeds 45 μm, the worse the degree of any of the evaluations 1 to 3.

特にこの系で径が75μm以下のジルコニア粒子が97質量%未満である比較例7では評価1〜3のいずれもの低下が顕著である理由は、基本的に前記比較例5に関して述べたことに加え、さらには75μmを超える大きいジルコニア粒子(この例では150μm)の脱落、及び大きい炭素基質材料の脱落等により、耐火物組織中で局部的に深い損傷部分が生じやすくなったこと、大きいジルコニア粒子の熱膨張がその粒子周囲の組織を破壊したこと、炭素基質材料がジルコニア粒子間に均質に存在しない部分が生じてジルコニア粒子間の連続性を十分に遮断できにくくなったこと等が考えられる。   In particular, in Comparative Example 7 in which the zirconia particles having a diameter of 75 μm or less in this system are less than 97% by mass, the reason why any of the evaluations 1 to 3 is significantly reduced is basically the same as described in Comparative Example 5 above. Furthermore, the drop of large zirconia particles (in this example, 150 μm) exceeding 75 μm and the drop of large carbon matrix material are likely to cause local deep damage in the refractory structure. It is conceivable that the thermal expansion destroyed the structure around the particles, and that the carbon matrix material was not uniformly present between the zirconia particles, making it difficult to sufficiently block the continuity between the zirconia particles.

[実施例D]
実施例Dは、ZrO2成分の含有割合と炭素成分の含有割合の影響を調査した例を示す。なお、化学成分は、いずれも1000℃非酸化雰囲気中の熱処理後の値である。ここではジルコニア粒子と黒鉛粒子を置換して、ZrO2成分の含有割合と炭素成分の含有割合を変化させて調査を行った。
[Example D]
Example D shows an example in which the influence of the content ratio of the ZrO 2 component and the content ratio of the carbon component was investigated. All chemical components are values after heat treatment in a non-oxidizing atmosphere at 1000 ° C. Here, the zirconia particles and the graphite particles were replaced, and the ZrO 2 component content ratio and the carbon component content ratio were changed for investigation.

全ての実施例及び比較例の試料は、ジルコニア粒子は75μm以下の割合が100質量%で45μm以下の割合が60質量%とし、黒鉛は最大粒子長さが100μm以下、平均粒子長さが45μm以下、平均粒子厚さが5μm以下である黒鉛Fを適用した。   In all the examples and comparative examples, the zirconia particles have a ratio of 75 μm or less at 100 mass% and a ratio of 45 μm or less at 60 mass%, and the graphite has a maximum particle length of 100 μm or less and an average particle length of 45 μm or less. Graphite F having an average particle thickness of 5 μm or less was applied.

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.

ZrO2を78質量%から90質量%まで、炭素を5質量%から17質量%、かつ黒鉛量を2質量%から15質量%まで変化させた実施例14〜実施例18はいずれも、評価1〜3のいずれも優れる結果を示している。これに対し、ZrO2を91質量%、炭素を4質量%含有する比較例8では、評価1〜3のいずれも劣る結果を示している。これらのことから、炭素成分量は5質量%かつ黒鉛量を2質量%が下限であることがわかる。 Each of Examples 14 to 18 in which ZrO 2 was changed from 78 mass% to 90 mass%, carbon was changed from 5 mass% to 17 mass%, and the graphite amount was changed from 2 mass% to 15 mass% was evaluated as 1 All of -3 show excellent results. On the other hand, in Comparative Example 8 containing 91% by mass of ZrO 2 and 4% by mass of carbon, all of the evaluations 1 to 3 show inferior results. From these facts, it is understood that the lower limit is 5% by mass of the carbon component amount and 2% by mass of the graphite amount.

[実施例E]
実施例Eは、当該耐火物をリング状に形成した試料の内孔から均一加圧して試料を破断させる<評価3>試験において、ひずみ量のバラツキ値が20%を超える場合の例である。本実施例においては、前記実施例Aに示す実施例2と同一の原料構成の混和物につき、混和機及び混練機ごとに把握している最適な条件範囲を意図的に逸脱した条件にて製造した。この例においては、ごく実験室規模のごく一般的な乾式混和機及び混練機(高速ミキサー)の設備を用いた。
[Example E]
Example E is an example in which the variation value of the strain amount exceeds 20% in the <Evaluation 3> test in which the refractory is uniformly pressed from the inner hole of the sample formed in a ring shape to break the sample. In this example, the mixture of the same raw material composition as Example 2 shown in Example A is manufactured under conditions that deliberately deviate from the optimum condition range grasped for each mixer and kneader. did. In this example, a very common dry mixer and kneader (high-speed mixer) equipment on a laboratory scale was used.

本実験では、所定の混練時間(30分間)を短縮することで、レジンの分散性を低下させバラツキ値を増加させた。この結果を表6中の比較例9、比較例10にて示す。   In this experiment, by shortening the predetermined kneading time (30 minutes), the dispersibility of the resin was lowered and the variation value was increased. The results are shown in Comparative Example 9 and Comparative Example 10 in Table 6.

表6中、実施例19は、混練時間を10%短縮した場合であるが、バラツキ値は実施例2と比較し20%まで増加し、耐熱衝撃性評価の水準3の耐久回数が5サイクルから2サイクルに低下した。しかしながら、実用域であり使用可能である。   In Table 6, Example 19 is a case where the kneading time was shortened by 10%, but the dispersion value increased to 20% compared to Example 2, and the number of times of endurance at the level 3 of thermal shock resistance evaluation was from 5 cycles. Reduced to 2 cycles. However, it is practical and can be used.

一方、さらに所定時間の混練時間を30%短縮した場合を比較例9に示しているが、10μm以上の気孔体積、評価1、評価2については実施例2と同等の結果となった。しかし、評価3のバラツキ値が23%と、20%を超える結果となった。さらに、耐熱衝撃性評価の水準1、水準2ならびに水準3の耐久回数が大幅に低下する結果となった。   On the other hand, the case where the kneading time for a predetermined time was further reduced by 30% is shown in Comparative Example 9, but the pore volume of 10 μm or more, Evaluation 1, and Evaluation 2 were the same as Example 2. However, the variation value of Evaluation 3 was 23%, exceeding 20%. Furthermore, the number of times of endurance of the level 1, level 2 and level 3 in the thermal shock resistance evaluation was significantly reduced.

さらに、混練時間を50%短縮した比較例10の場合は、バラツキ値が32%と大幅に増加し、それに伴い、耐熱衝撃性の低下が顕著であった。   Furthermore, in the case of Comparative Example 10 in which the kneading time was shortened by 50%, the variation value was greatly increased to 32%, and accordingly, the thermal shock resistance was significantly reduced.

以上のように、バラツキ値を20%以下に抑制することによって、バインダー、粒子が均一に分散した組織となるために、破壊の起点となる脆弱な部分が耐火物組織内に存在しがたくなるため、安定性、品質改善につながる。   As described above, by suppressing the variation value to 20% or less, the binder and particles have a uniformly dispersed structure, so that a fragile portion that becomes a starting point of destruction is less likely to exist in the refractory structure. This leads to stability and quality improvement.

本発明の耐火物は、タンディッシュからモールドへの溶鋼の注湯に使用する浸漬ノズルに使用することができる。本発明の耐火物は、特に耐食性と共に耐熱衝撃性に優れるので、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 of the present invention can be used for an immersion nozzle used for pouring molten steel from a tundish to a mold. Since the refractory of the present invention is particularly excellent in corrosion resistance and thermal shock 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.

Z ジルコニア粒子(イメージ)
G 炭素基質材料(イメージ)
1 ジルコニア粗粒子
2 黒鉛粒子を含む炭素の結合部(マトリクス組織)
3 直径が20nm程度の極微細な炭素繊維状組織
4 遷移金属含有ナノ粒子
5 円筒形試験片
6 ひずみゲージ
7 加圧方向
10 連続鋳造用浸漬ノズル
11 ジルコニア−炭素含有耐火物
12 モールドパウダー
13 高粘度モールドパウダーフィルム
14 モールド内溶鋼
Z zirconia particles (image)
G Carbon substrate material (image)
1 Coarse zirconia particle 2 Carbon bond including graphite particle (matrix structure)
3 Ultrafine carbon fibrous structure having a diameter of about 20 nm 4 Transition metal-containing nanoparticles 5 Cylindrical specimen 6 Strain gauge 7 Pressure direction 10 Dipping nozzle for continuous casting 11 Zirconia-carbon-containing refractory 12 Mold powder 13 High viscosity Mold powder film 14 Molten steel in mold

Claims (12)

耐火物組織中にジルコニア粒子及び炭素基質材料を有し、化学成分として、ZrO2を78質量%以上90質量%以下、炭素を5質量%以上17質量%以下含有するジルコニア−炭素含有耐火物において、
前記ジルコニア粒子は、前記耐火物中のジルコニア粒子全量を100質量%とするときに、75μm以下の径の粒子を97質量%以上、且つ、45μm以下の径の粒子を40質量%以上、且つ、10μm未満の径の粒子を20質量%以下の割合で含有し、
前記炭素基質材料は、最大長さが100μm以下、平均長さが45μm以下で、且つ、耐火物中に2質量%以上15質量%以下の割合で含有され、
更に、前記耐火物は、前記耐火物をリング状に形成した円筒状試験片の内孔から均一加圧して試料を破断させる試験法において、試料の同一の水平方向断面上で円周方向90°ごとに分割した位置ごとの4点の破断時のひずみ量の最大値と最小値の差を、前記4点のひずみ量の平均値で除した百分率である、ひずみ量のバラツキ値が20%以内であることを特徴とする、ジルコニア−炭素含有耐火物。
In a zirconia-carbon-containing refractory material having zirconia particles and a carbon substrate material in a refractory structure, and containing ZrO 2 as a chemical component of 78% by mass to 90% by mass and carbon of 5% by mass to 17% by mass. ,
The zirconia particles, when the total amount of zirconia particles in the refractory is 100% by mass, the particles having a diameter of 75 μm or less are 97% by mass or more, and the particles having a diameter of 45 μm or less are 40% by mass or more, and Containing particles having a diameter of less than 10 μm in a proportion of 20% by mass or less,
The carbon substrate material has a maximum length of 100 μm or less, an average length of 45 μm or less, and is contained in the refractory in a proportion of 2% by mass or more and 15% by mass or less.
Furthermore, in the test method in which the refractory is uniformly pressed from an inner hole of a cylindrical test piece formed in a ring shape to break the sample, the refractory is 90 ° in the circumferential direction on the same horizontal section of the sample. Dispersion value of the strain amount is within 20%, which is a percentage obtained by dividing the difference between the maximum value and the minimum value of the strain amount at the time of breaking at 4 points for each position divided by the average value of the strain amount at the 4 points. A zirconia-carbon-containing refractory, characterized in that
前記ジルコニア粒子は、前記耐火物中のジルコニア粒子全量を100質量%とするときに、10μm未満の径の粒子を5質量%以下の割合で含有することを特徴とする、請求項1に記載のジルコニア−炭素含有耐火物。   2. The zirconia particles according to claim 1, wherein the zirconia particles contain particles having a diameter of less than 10 μm at a ratio of 5 mass% or less when the total amount of zirconia particles in the refractory is 100 mass%. Zirconia-carbon-containing refractory. 前記円筒状試験片は、内半径と外半径との平均半径rと肉厚tとの比r/tが10より小さい円筒状試験片であることを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載のジルコニア−炭素含有耐火物。   3. The cylindrical test piece according to claim 1, wherein a ratio r / t of an average radius r between an inner radius and an outer radius to a wall thickness t is smaller than 10. The zirconia-carbon-containing refractory described in 1. 前記ZrO2を85質量%以上90質量%以下含有することを特徴とする、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のジルコニア−炭素含有耐火物。 The zirconia-carbon-containing refractory according to any one of claims 1 to 3, wherein the ZrO 2 is contained in an amount of 85% by mass to 90% by mass. 前記耐火物組織中の全開孔気孔体積中の10μm以上の気孔体積割合が30%以下であることを特徴とする、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のジルコニア−炭素含有耐火物。   The zirconia-carbon-containing composition according to any one of claims 1 to 4, wherein a pore volume ratio of 10 µm or more in a total open pore volume in the refractory structure is 30% or less. Refractory. 前記耐火物のマトリクス組織中に、直径50nm以下の繊維状の炭素基質材料が含有されていることを特徴とする、請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載のジルコニア−炭素含有耐火物。   The zirconia-carbon-containing material according to any one of claims 1 to 5, wherein a fibrous carbon substrate material having a diameter of 50 nm or less is contained in the matrix structure of the refractory. Refractory. 前記請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載のジルコニア−炭素含有耐火物を、モールドパウダーに接触する面に配設した、鋼の連続鋳造用の浸漬ノズル。   An immersion nozzle for continuous casting of steel, wherein the zirconia-carbon-containing refractory according to any one of claims 1 to 6 is disposed on a surface in contact with mold powder. 耐火物組織中にジルコニア粒子及び炭素基質材料を有し、化学成分として、ZrO2を78質量%以上90質量%以下、炭素を5質量%以上17質量%以下含有するジルコニア−炭素含有耐火物の製造方法であって、
前記炭素成分は、炭素基質材料と結合炭素に由来し、
前記耐火物の原料配合時に、最大長さが100μm以下で、平均長さが45μm以下の前記炭素基質材料を、前記耐火物中に2質量%以上15質量%以下の割合で含むように配合し、
且つ、前記耐火物の原料配合時に、配合するジルコニア粒子の全量を100質量%とした際に、75μm以下の径のジルコニア粒子が97質量%以上、45μm以下の径のジルコニア粒子が40質量%以上の割合となるように、ジルコニア粒子を配合し、
且つ、混練条件の決定にあたって、前記耐火物をリング状に形成した耐火物円筒状試験片の内孔から均一加圧して試料を破断させる試験法において、前記円筒状試験片の同一の水平方向断面上で円周方向90°ごとに分割した位置ごとの4点の破断時のひずみ量の最大値と最小値の差を、前記4点のひずみ量の平均値で除した百分率である、ひずみ量のばらつきを計測して混練条件にフィードバックし、当該ひずみ量のバラツキ値が20%以内となるように、前記耐火物の配合原料を混練する際の混練機の攪拌羽根の回転数の高速化、溶媒の添加、混練時間の延長の1以上を行うことによって混練条件を決定し、当該決定した混練条件で混練を行うことを特徴とする、ジルコニア−炭素含有耐火物の製造方法。
A zirconia-carbon-containing refractory material having zirconia particles and a carbon substrate material in a refractory structure, and containing ZrO 2 as a chemical component of 78% by mass to 90% by mass and carbon of 5% by mass to 17% by mass. A manufacturing method comprising:
The carbon component is derived from a carbon substrate material and bonded carbon,
At the time of blending the refractory raw material, the carbon substrate material having a maximum length of 100 μm or less and an average length of 45 μm or less is blended so as to be contained in the refractory in a proportion of 2% by mass or more and 15% by mass or less. ,
In addition, when the total amount of zirconia particles to be blended is 100% by mass when blending the refractory raw material, 97% by mass or more of zirconia particles having a diameter of 75 μm or less and 40% by mass or more of zirconia particles having a diameter of 45 μm or less. Zirconia particles are blended so that the ratio of
And, in determining the kneading conditions, in the test method in which the sample is broken by uniformly pressurizing from the inner hole of the refractory cylindrical test piece formed in a ring shape, the same horizontal cross section of the cylindrical test piece The strain amount, which is a percentage obtained by dividing the difference between the maximum value and the minimum strain value at the time of breaking at 4 points at each position divided every 90 ° in the circumferential direction by the average value of the strain values at the 4 points. Measure the variation of and feed back to the kneading conditions, speeding up the rotation speed of the stirring blades of the kneader when kneading the refractory compounding raw material so that the variation value of the strain amount is within 20%, A method for producing a zirconia-carbon-containing refractory, characterized in that kneading conditions are determined by performing one or more of addition of a solvent and kneading time extension, and kneading is performed under the determined kneading conditions.
前記配合するジルコニア粒子全量を100質量%とした際に、10μm未満の径のジルコニア粒子が20質量%以下の割合となるようにジルコニア粒子を配合することを特徴とする、請求項8に記載のジルコニア−炭素含有耐火物の製造方法。9. The zirconia particles according to claim 8, wherein the zirconia particles are blended so that the zirconia particles having a diameter of less than 10 μm are 20 mass% or less when the total amount of the zirconia particles to be blended is 100 mass%. A method for producing a zirconia-carbon-containing refractory. 前記配合するジルコニア粒子全量を100質量%とした際に、10μm未満の径のジルコニア粒子が5質量%以下の割合となるようにジルコニア粒子を配合することを特徴とする、請求項8に記載のジルコニア−炭素含有耐火物の製造方法。9. The zirconia particles according to claim 8, wherein the zirconia particles are blended so that the proportion of zirconia particles having a diameter of less than 10 μm is 5 mass% or less when the total amount of the zirconia particles to be blended is 100 mass%. A method for producing a zirconia-carbon-containing refractory. 前記円筒状試験片は、内半径と外半径との平均半径rと肉厚tとの比r/tが10より小さい円筒状試験片であることを特徴とする、請求項8から請求項10までのいずれか1項に記載のジルコニア−炭素含有耐火物の製造方法。 11. The cylindrical test piece according to claim 8, wherein a ratio r / t of an average radius r between an inner radius and an outer radius and a wall thickness t is smaller than 10. The manufacturing method of the zirconia-carbon containing refractory of any one of the above. 前記請求項8から請求項11までのいずれか1項に記載の製造方法で製造されたジルコニア−炭素含有耐火物を、モールドパウダーに接触する面に配設することを特徴とする鋼の連続鋳造用の浸漬ノズルの製造方法。 A continuous casting of steel, characterized in that the zirconia-carbon-containing refractory produced by the production method according to any one of claims 8 to 11 is disposed on a surface in contact with the mold powder. For manufacturing a submerged nozzle.
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