JP6172226B2 - 連続鋳造用浸漬ノズル - Google Patents
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Description
ノズル製造において、バインダーとしてフェノール樹脂が一般的に使われている。フェノール樹脂は、ノズルを還元または不活性(非酸化)雰囲気で焼成中にカーボンボンドを形成し、ノズルに十分な耐スポーリング性を付与する。詳細には、約600℃以上でフェノール樹脂中のH2O、H2、CO2やCH4などのガス成分が揮発し、その残りはボンドの役割を果たすカーボンになる。それ故、特許文献2ないし5に開示されているノンカーボン材おいても、バインダーとしてフェノール樹脂が適用されている。
しかしながら、上述のように、フェノール樹脂は最終的には耐火物中に炭素を残すことになる。樹脂由来の炭素は、「残炭」と称されている。フェノール樹脂の残炭率は約40質量%、耐火物へのフェノール樹脂の添加量は5〜10質量%であることから、耐火物中の残炭含有量は2〜4質量%程度となる。この残炭含有量は、モル比率に換算すると約15モル%以上と非常に高い量といえる。また、残炭は、微細な炭素粒子から構成されるもので、反応性も非常に高い。したがって、残炭を含む耐火物では、黒鉛不含のノンカーボン材であっても、高温で耐火物中の残炭が、シリカなどの酸化物と反応して多量のCOなどのガスを発生させる。それ故、特許文献2ないし5に開示されているノンカーボン材は、黒鉛等の炭素原料を未添加であっても、耐火物がカーボンを含まないことを意味するものではなく、即ち、バインダー起因のカーボンについて考慮されておらず、単に、バインダー起因以外のカーボンを含まない、あるいは黒鉛などの炭素原料を含有しないということを意味しているに過ぎない。このため、ノンカーボン材と称する耐火物であっても、バインダー起因のカーボンを含む材料では、前述のような炭素原料を含有する耐火物と溶鋼の反応の場合と同様に、残炭を有する耐火物の溶鋼と接している稼動面に溶鋼中アルミナ介在物付着の起点となる網目状アルミナ層が形成される。
第1に、還元または不活性(非酸化)雰囲気での焼成でも、バインダー由来の残炭を生じないことである。炭素質原料に由来する炭素分や、バインダーに由来する炭素分を含まないため、ノズル使用中に内孔体からCOなどのガスが発生することはなく、前述したアルミナ介在物付着の起点となる網目状アルミナ層が形成されることがない;
第2に、内孔体内の通気性である。一般的に使用されるノズルにおいては、ノズルの本体およびスラグラインがアルミナ−黒鉛質やジルコニア−黒鉛質耐火物で構成されているため、高温下では、それらの内部でCOなどのガスが発生する。このようなガスは内孔体の気孔を通過して溶鋼の方へ拡散し、内孔体の稼動面に網目状アルミナ層を生成させる。しかし、珪酸アルカリ水溶液をバインダーとし、骨材がMgO−Al2O3系スピネル75〜97質量%およびウォラストナイト3〜25質量%から構成されるノンカーボン材からなる内孔体では、溶鋼の温度で珪酸アルカリと骨材が反応して溶融相を生成し、稼動面付近の気孔を塞ぎ、通気性を低下させることができる。そのため、ノズル本体およびスラグラインでCOなどのガスが発生したとしても、このようなガスが内孔体を通過して溶鋼へ拡散することはなく、ガスによる網目状アルミナ層の生成は抑制される;
第3に、内孔体と溶鋼との濡れ性である。内孔体と溶鋼との濡れ性が悪い場合は、稼動面へ接近してきたアルミナ介在物が稼動面に付着しやすいことが知られている。一方、珪酸アルカリ水溶液をバインダーとし、骨材がMgO−Al2O3系スピネル75〜97質量%およびウォラストナイト3〜25質量%から構成されるノンカーボン材の場合は、上述のように、溶融相を生成する。この溶融相の生成によって、内孔体稼動面と溶鋼の濡れ性が良くなる。このため、溶鋼中のアルミナ介在物が稼動面へ付着し難くなる。
まず、本発明のノズルの溶鋼と接するノズル内壁の一部または全部に配置されるノンカーボン材とは、黒鉛などの炭素原料を配合しない材質を意味するものである。
表1〜3に示す配合割合にて、ノンカーボン材を用いて試料を作製し、溶鋼浸漬試験を行った。試験後試料の溶損有無並びにアルミニウム介在物の付着量について評価した。
なお、配合原料として、スピネル(MgO:28質量%、Al2O3:72質量%)、ウォラストナイト(CaO:48質量%、SiO2:52質量%)、コランダム(純度99.5質量%)、石英(純度99.6質量%)および鱗状黒鉛(98.5質量%)を用いた。
また、比較品用のバインダーである燐酸アルミニウム水溶液は、燐酸アルミニウム濃度20質量%のものを用い、フェノール樹脂は、残炭率40%0%のものを用い、リグニンスルホン酸は、残炭率5%のものを用いた。
高周波炉を用いて20kgのAlキルド鋼(成分:C0.003質量%、Si0.01質量%、Mn0.15質量%、Al0.04質量%、Ti0.02質量%)をアルゴン雰囲気中で溶解し、1570℃に保持してから,試料を100mmの深さで浸漬した。1時間後試料を引き上げ、冷却して試験片の状況(溶損、付着)を調べた。
試料の断面寸法が試験前より小さくなった場合、試料の溶損が生じたと判断した。この場合、溶融石英材質(比較品1)の溶損厚みを基準(1.0)として各試料の溶損指数を算出した(浸漬部の中間位置における溶損厚みを使用)。すなわち、
溶損指数=(各試験片の溶損厚み/比較品1の溶損厚み)
溶損指数が小さいほど、該材質の耐溶損性が高くなると判断した。
一方、試験後試料の断面寸法が試験前より大きくなった場合、付着層が形成されたと判断した。この場合は、通常のフェノール樹脂をバインダーとしたアルミナ(55質量%)−シリカ(20質量%)−黒鉛(25質量%)材質(比較品2)の付着層厚みを基準(1.0)として試料の付着指数を算出した(浸漬部の中間位置における付着厚みを使用)。すなわち、
付着指数=(各試験片の付着層厚み/比較品2の付着厚み)
付着指数が小さいほど、材質の耐付着性が高くなると判断した。
溶鋼浸漬試験に使用したAlキルド鋼はAl成分を0.04質量%含有するため、一般的なアルミナ−シリカ−黒鉛質では,溶鋼と耐火物の反応による網目状アルミナ層の生成および溶鋼中アルミナ介在物の付着に起因して、試料の表面にアルミナ付着層が形成される。
これに対し、比較品1は、溶融石英質であり、溶鋼と反応して溶損するため、アルミナの付着は起こらないが、溶損が大きく好ましいものではなかった。
比較品2は、一般的に使用されるアルミナ−シリカ−黒鉛質であり、黒鉛を25質量%含有するとともに、フェノール樹脂を外掛け8質量%添加して成形焼成しているため、耐食性は十分であるが、アルミナの付着が多く好ましいものではなかった。
比較品3は、バインダーに外掛け8質量%の珪酸ナトリウム水溶液を用いた以外は比較品2と同様である。アルミナの付着は比較品2より少ないが、やはり量が多くて好ましいものではなかった。
比較品4は、珪酸アルカリ水溶液をバインダーとし、70質量%のMgO−Al2O3系スピネルおよび30質量%のウォラストナイトを骨材としたノンカーボン材である。ウォラストナイトの含有量が多過ぎて、耐食性が不足していた。
比較品5は、珪酸アルカリ水溶液をバインダーとし、98質量%のMgO−Al2O3系スピネルおよび2質量%のウォラストナイトを骨材としたノンカーボン材である。ウォラストナイトの含有量が少なすぎて、閉塞防止効果は低かった。
比較品6は、所謂ノンカーボン材で、黒鉛を含有しないが、フェノール樹脂を外掛け8質量%添加して成形焼成しているため、黒鉛を含有する比較品2と比べればアルミナの付着量は低減しているものの、十分とは言い難いものであった。
比較品7は、バインダーとして特許文献2に例示されているリグニンスルホン酸を用いた例であるが、溶損指数が大きくなった。これは、還元焼成後にバインダーが消失して十分な結合強度が得られず、耐火物粒子が流出したことによると判断される。
比較品8は、ノンカーボン材のバインダーを無機バインダーである燐酸アルミニウムとした場合であるが、アルミナの付着が認められた。溶鋼と接する部分では原料及びバインダー起因の炭素成分を含まないため、アルミナの付着を低減できるものの、珪酸アルカリ水溶液の効果で説明したとおり、通気性を低下する効果と溶鋼との濡れ性を改善する効果が発揮できないために、アルミナ付着を抑制できなかったものである。
比較品9は、ノンカーボン材のバインダーとしてフェノール樹脂と珪酸ナトリウムを併用した場合である。アルミナの付着が認められたが、これは、フェノール樹脂起因の残炭がアルミナ付着に影響したためである。
また、比較品の浸漬ノズルは、比較品6を内孔体としたもので、浸漬ノズルの母材には、比較品2を用い、スラグラインには、ジルコニア87質量%、カーボン13質量%からなる耐火物を用いた。なお,内孔体の厚さは5mmとした。2ストランドの連続鋳造機において、本発明品および比較品の浸漬ノズルを同一タンディッシュの鋳造に使用し、使用後内孔体稼動面の付着状態を調査した。溶鋼は、低炭アルミキルド鋼であった。
8chの溶鋼(2400t)を鋳造した結果、比較品の浸漬ノズルには、内孔体稼動面に厚み11mmの付着層が形成されているのに対して、本発明品の浸漬ノズルの内孔体は溶損と付着物ともほとんど生じなかった。
このように、本発明品の浸漬ノズルの優位性は明確である。
Claims (2)
- 溶鋼と接するノズル内壁の一部または全部にノンカーボン材から構成される内孔体を配置してなる鋼の連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、ノンカーボン材が珪酸アルカリ水溶液をバインダーとし、骨材がMgO−Al2O 3 スピネル75〜97質量%およびウォラストナイト3〜25質量%からなる耐火材料であることを特徴とする鋼の連続鋳造用浸漬ノズル。
- 珪酸アルカリ水溶液のSiO2とR2O(R:アルカリ金属)のモル比(SiO2/R2O)が0.8〜3.8の範囲内にあり、珪酸アルカリ水溶液の珪酸アルカリ濃度が5〜40質量%であり、骨材に対する珪酸アルカリ水溶液の添加量が外掛けで2〜15質量%である、請求項1記載の鋼の連続鋳造用浸漬ノズル。
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