JP6180380B2 - タンディッシュ堰の製造方法 - Google Patents
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Description
タンディッシュは、取鍋からの溶鋼が注入される注入室と、溶鋼を鋳型に装入する分配室と、注入室と分配室を隔てる堰を備えた構造を有している。タンディッシュ内に設けられた堰は耐火物で構成されており、このような堰などに用いられる耐火物に関する技術として、特許文献1、2に開示されているものがある。
この他に耐火物に関する技術として、特許文献3〜5に示す技術が開示されている。
特許文献3では、ジルコン含有量50〜98%、シリカ48%以下の溶融金属不定形耐火物を用いることによって、耐食性と強度を向上することが開示されている。詳しくは、特許文献3では、ジルコンを6mm以下、アルミナセメントを2%、超微粉シリカを0.1〜0.5%の範囲にすることが開示されている。
そこで、本発明では、清浄鋼の鋳造に長時間連続して使用することができるタンディッシュ堰の製造方法を提供することを目的とする。
即ち、本発明は、連続鋳造装置のタンディッシュに設置されるタンディッシュ堰を製造する方法であって、ジルコンが60〜85質量%、粒径が0.3mm未満である「微粉」、粒径が0.3mm以上〜1.0mm未満である「微粒」、粒径が1.0mm以上〜4.0mm未満である「中粒」で構成されたシリカが10〜35質量%及びアルミナセメントが1〜3質量%を含有する材料を、大気圧下で自然養生して製造するに際し、粒度が2.0mm以上3.0mm未満となる前記中粒のシリカの配合割合Xと、前記自然養生の日数Yとが、Y>4.2/Xを満たすことを特徴とする。
図1は、タンディッシュ堰を有するタンディッシュ、及びこのタンディッシュを備えた連続鋳造装置を示したものである。まず、連続鋳造装置について説明する。
図1に示すように、連続鋳造装置1は、溶鋼を連続的に鋳造する鋳造装置であって、溶鋼2を一時的に貯留するタンディッシュ3と、このタンディッシュ3からの溶鋼2が供給される鋳型4と、この鋳型4により成型された鋳片を引き出すと共に、鋳片をサポートする複数のサポートロール5とを有している。
このように構成された分配室11には、溶鋼を鋳型4に注入する注入口6が設けられ、この注入口6に浸漬ノズル7が接続されている。浸漬ノズル7は、スライドバルブ8により開閉可能となっており、スライドバルブ8の開閉によりタンディッシュ3による鋳型4への溶鋼2の開始或いは停止が行えるようになっている。
このようなタンディッシュ堰15は、介在物の浮上分離やスラグの巻き込み防止などのために、タンディッシュ3内を仕切るための堰である。詳しくは、T形のタンディッシュ3の場合は、タンディッシュ堰15を一対の側壁13の間に挿入して固定することにより、注入室10と分配室11とを仕切っている。I形のタンディッシュ3の場合は、タンディッシュ堰15を前壁18と後壁17との間に挿入して固定することにより、注入室10と分配室11とを仕切っている。
次に、タンディッシュ堰15の製造方法について詳しく説明する。
ジルコンは、耐食性に優れた材料であるため、タンディッシュ堰15の材料(原料)に採用している。ジルコンとは、ジルコニウムオルソ珪酸塩(ZrO2・SiO2)を成分とする鉱物である。詳しくは、タンディッシュ堰15の材料において、ジルコンは60質量%以上含むものとしている。ジルコンを60質量%以上含むようにすることにより、スラグとの化学反応による堰の侵食を防止することができる。ジルコンが60%未満では、耐食性が不十分となり、堰の溶損が激しく、堰の割れが発生した。
シリカは、熱膨張量が少ないものの、熱膨張後の持続性があるため、タンディッシュ堰15の原料に採用している。シリカとは、二酸化ケイ素、もしくは二酸化ケイ素で構成される物質である。詳しくは、タンディッシュ堰15の材料において、シリカは10質量%以上含むものとしている。シリカが10質量%以上である場合、溶鋼の熱によって転移したクリストバライトにより、堰の熱膨張性が持続することになり、堰の割れを防止することができる。即ち、シリカが10質量%未満である場合、転移後のクリストバライトにより、堰の熱膨張性が持続することが難しい。
さて、ジルコンが85質量%以上である場合は、ジルコンが多すぎるために、シリカの含有量を10質量%以上確保することが難しく、逆に、シリカが35質量%以上である場合には、シリカが多すぎるために、ジルコンの含有量を60質量%以上確保することが難しくなる。したがって、タンディッシュ堰15の原料は、ジルコンが60〜85質量%、シリカが10〜35質量%を含む必要がある。
さて、タンディッシュ堰15を構成する材料として、ジルコン及びシリカを含んでいるが、強度を確保するうえでも、アルミナセメントを含んでいる。アルミナセメントを添加すると、強度が向上するものの、原料であるシリカと高温で低融点化合物をつくり、鋼中介在物の生成や堰が溶融軟化しやすくなるので、含有量は適切に設定する必要がある。
タンディッシュ堰15の全材料に対して、アルンナセメントは1質量%以上〜3質量%以下としている。アルミナセメントが1質量%未満である場合、アルミナセメント量が少なすぎるため、養生後に発現する強度が小さくなると共に、堰の完成検査で亀裂が確認された。一方、アルミナセメントが3%超えると、スラグとアルミナセメント中のCaOやFe2O3が化学反応により溶融し堰の割れが発生した。
さて、タンディッシュ堰15をタンディッシュ3に設置して、連続鋳造を行った場合、鋳造中に堰が割れることがある。また、タンディッシュ堰15を設置する前であってタンディッシュ堰15の製造後の検査で、亀裂が発生する事もある。同じ原料、同じ原料配合で比較しても割れが発生する場合と割れない場合がある。
そこで、発明者らは、鋳造中の焼結の進行をミクロン組織で確認した。具体的には、原料に用いるシリカは、粒径が0.3mm未満である「微粉」、粒径が0.3mm以上〜1.0mm未満である「微粒」、粒径が1.0mm以上〜4.0mm未満である「中粒」で構成している。この構成の中で、粒径が2.0mm〜3.0mm未満のシリカは最も影響が大きいため、当該粒径を有する焼結の進行について検証を行った。
事前に、粒度の大きさを変化させ、堰の膨張量とシリカ粒の大きさとの関係を調査した。堰の膨張量は、中粒骨材(1.0mm以上)が大きく影響すると思われる。粒径が大きくなると、堰の膨張量が大きくなる。そこで適正な膨張量を調査するため、中粒を1.0mm以上〜2.0mm未満、2.0mm以上〜3.0mm未満、3.0mm以上〜4.0mm未満の3つに篩い分けし、それぞれの粒度で堰を製作し、実際の鋳造で堰を使用した。その結果、3.0mm以上〜4.0mm未満に篩い分けした骨材を中粒に使用した堰は、使用後の堰がアーチ状に変形し、堰に亀裂が見られた。この現象は、堰の膨張量が大き過ぎる事が原因と考えらる。また、1.0mm以上〜2.0mm未満を中粒として製造した堰は、鋳造中に堰割れが発生した。この原因は堰の膨張が小さく堰の拘束不足によるものと考えられる。また、2.0mm以上〜3.0mm未満を中粒として製造した堰では、割れや亀裂が発生することなく、堰を使用することができた。
次に、粒径が2.0mm以上〜3.0mm未満である中粒と、その他の粒度との配合比率を変化して、組織の変化を観察した。具体的には、構成比率(配合割合)[中粒(質量%)/シリカを構成する全材料(質量%)]が0.3〜0.8のサンプルを作り、1500℃の加熱炉に入れた後、組織の変化を観察した。
さて、タンディッシュ堰15を製造するには、上述した材料に水を加えて混練し、混練後の材料を堰形状の型枠に流し込み、脱枠ができる状態になるまで大気圧下で自然養生する。養生の完了後に、強制的に乾燥処理を行う。
アルミナセメントはCA(CaO・Al2O3)に水が加えられると六方晶系で準安定な水和物であるCaO・Al2O3・10H2O(CAH10)や2CaO・Al2O3・8H2O(C2AH8)を生成する。さらに、中間製生物がキャスタブル中(材料)のSiO2と結合しC2AH8(ストラトリンジャイト)になり安定化して、強度が発現する。
式(1)は、粒度が2.0mm以上〜3.0mm未満となるシリカの配合割合X(%)が100%(X=1.0)、即ち、シリカを構成する全ての材料の粒度が2.0mm以上〜3.0mm未満である場合、養生日数を4.2以上にすることにより、強度を確保することができることを意味している。また、式(1)は、粒度が2.0mm以上〜3.0mm未満となるシリカの配合割合X(%)が少なくなるにつれて、養生日数を長くすることにより、強度を確保することができることを意味している。なお、例えば、配合割合が80%の場合は、X=0.8となる。
実施例1〜11では、タンディッシュ堰15の材料は、ジルコンが60〜85質量%、シリカが10〜35質量%及びアルミナセメントが1〜3質量%を含有している。また、大気圧下で自然養生するに際し、粒度が2.0mm以上3.0mm未満となるシリカの配合割合Xと、自然養生日数Yとは、Y>4.2/Xを満たしている。
比較例9、12では、シリカが35質量%を超えて多く、ジルコンが60質量%未満で少ないため、鋳造中に初期の膨張で折損して割れが発生した。比較例10、11では、ジルコンが85質量%を超えて多く、シリカが10質量%未満で少ないため、タンディッシュ堰15が溶損して厚みが薄くなり、鋳造途中で折損した。比較例13では、アルミナセメントが3質量%を超えているため、セメント中のCaO分がスラグと反応し鋳造途中で折損した。比較例14では、アルミナセメントが1質量%未満であるため、乾燥後に亀裂が発生した。
なお、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。
2 溶鋼
3 タンディッシュ
4 鋳型
5 サポートロール
6 注入口
7 浸漬ノズル
8 スライドバルブ
9 取鍋
10 注入室
11 分配室
12 底壁
13 第1側壁
14 第1後壁
15 仕切堰(タンディッシュ堰)
16 第2側壁
17 第2後壁
18 前壁
Claims (1)
- 連続鋳造装置のタンディッシュに設置されるタンディッシュ堰を製造する方法であって、
ジルコンが60〜85質量%、粒径が0.3mm未満である「微粉」、粒径が0.3mm以上〜1.0mm未満である「微粒」、粒径が1.0mm以上〜4.0mm未満である「中粒」で構成されたシリカが10〜35質量%及びアルミナセメントが1〜3質量%を含有する材料を、大気圧下で自然養生して製造するに際し、
粒度が2.0mm以上3.0mm未満となる前記中粒のシリカの配合割合Xと、前記自然養生の日数Yとが、Y>4.2/Xを満たす
ことを特徴とするタンディッシュ堰の製造方法。
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