JP6856878B2 - 鋼の連続鋳造用浸漬ノズル - Google Patents
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Description
本発明者らは、特許文献1〜5に開示されているようなジルコニア−カルシア−カーボン材質により内孔体が構成されるノズルについて、実機の使用環境に即して系統的に調査を行い、いずれのノズルでも内孔体の稼働面に多量のアルミナ付着物が生成していることを確認した。なお、鋳造した溶鋼の温度が高く(例えば、1520℃以上)、また鋳造速度が速い(例えば、1.0m/分以上)条件では、アルミナ付着物の量がさらに多いこともわかった。すなわち、従来から提案されているジルコニア−カルシア−カーボン質耐火材料は、アルミナ付着防止効果が高くないといえるものであった。使用後ノズルの内孔体の微組織を観察および分析したところ、ジルコニア−カルシア−カーボン材質の主組成であるジルコン酸カルシウム系原料(以下、CZ原料と称する。)の粒の周りには、その粒を覆う炭化ジルコニウム(ZrC)の層が形成されていることが認められた。
ZrO2(s)+3C(c)→ZrC(s)+2CO(g) (1)
ZrO2(s)+4CO(g)→ZrC(s)+3CO2(g) (2)
本発明者らは、以上の知見に基づき、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明に係る鋼の連続鋳造用浸漬ノズルは、少なくとも溶鋼と接するノズル稼働面の一部または全部が、ジルコニア−カルシア系原料を含む耐火材料であり、前記ジルコニア−カルシア系原料は、当該ジルコニア−カルシア系原料の全質量を基準として、35〜83.5質量%のジルコニア、15〜35質量%のカルシア、1〜20質量%のアルミナ、および0.5〜10質量%のマグネシア、ならびに5質量%以下の不純物に由来する他の成分、からなることを特徴とする。
以下では、本発明に係るノズルに用いられる耐火材料の実施形態について説明する。本実施形態に係る耐火材料は、当該耐火材料に含まれるAM含有CZ原料(ジルコニア−カルシア系原料の例)が、当該AM含有CZ原料の全質量を基準として、35〜83.5質量%のジルコニア、15〜35質量%のカルシア、1〜20質量%のアルミナ、および0.5〜10質量%のマグネシアを含有するところに特徴がある。
続いて、本発明に係る鋼の連続鋳造用浸漬ノズルの実施形態について、図1〜4を参照して説明する。これまでに、本発明に係るノズルに用いられるAM含有CZ原料の実施形態について説明したが、本実施形態に係るノズルは、図1に示したようにノズル内孔体の全部がAM含有CZ原料であっても良いし、図2〜4に示したようにノズル内孔体の一部のみがAM含有CZ原料であっても良い。なお、図1〜4において、aはノズル本体、bは浸漬部、cはスラグライン部をそれぞれ示す。
本発明のノズルは、ノズルのアルミナ付着を引き起こしやすい鋼種の鋳造に適したものである。例えば、通常のAlキルド鋼およびTi、REM(希土類)やZrなどを含有するAlキルド鋼を鋳造する際に好適に用いることができる。
上記では、図1〜4に図示したノズルの構造を例として説明した。しかし、本発明に係るノズルの構造は図1〜4に図示した態様に限定されない。例えば、ノズルの吐出口は、図1〜4に示した2個の限られず、1個または3個以上であっても良い。
後掲する表1〜8に記載する配合割合に従って原料配合物を調製し、定法によって成形し、還元雰囲気中1000℃で8時間焼成することにより供試体を得た。なお、供試体の製造には、バインダーとしてフェノール樹脂を外掛けで15質量%使用した。得られた供試体をダイヤモンドカッターで切り出し、平面研磨することによって20×20×200mmの試験片を作製した。
高周波炉にて20kgのAlキルド鋼(C:0.002質量%、Si:0.01質量%、Mn:0.3質量%、Al:0.055質量%、Ti:0.04質量%)をアルゴン雰囲気中で溶解し、1570℃に保持してから、試験片を100mmの深さで浸漬し、同時に80rpmの速度で回転させ、5時間後に試験片を引き上げた。試験片を冷却した後、浸漬部の高さ方向の中間位置で横切断し、その切断面の寸法を測定して、この寸法を基準としてアルミナ付着物層の厚みを算出した。なお、アルミナ付着物層の厚みが小さいほど、耐火材料のアルミナ付着防止効果が高くなることを示す。
表1は、アルミナ付着防止に及ぼす耐火材料におけるAM含有CZ原料とCZ原料との効果の比較に関する調査結果を示すものである。ここで用いたAM含有CZ原料は、1質量%以下の不純物を除いた組成において、6.0質量%のアルミナ、2.0質量%のマグネシア、26.0質量%のカルシアで、残りは66.0質量%のジルコニアであった。AM含有CZ原料を用いた実施例1〜3におけるアルミナ付着層の厚みは、AM含有CZ原料を用いなかった比較例1におけるアルミナ付着層の厚みより顕著に小さかった。すなわち、実施例1〜3は比較例1に比べて高いアルミナ付着防止効果を示した。
表2は、AM含有CZ原料のカルシア含有量が、アルミナ付着防止効果に与える影響を示す。表2に示した各例は、AM含有CZ原料のカルシア含有量がそれぞれ異なるが、アルミナ、マグネシア、およびジルコニアの3成分間の質量比は、いずれもアルミナ:マグネシア:ジルコニア=3:1:32とした。AM含有CZ原料のカルシア含有量が15.0〜35.0質量%の実施例4〜7は、同含有量が10.0質量%の比較例2に比べて、高いアルミナ付着防止効果を示した。また、AM含有CZ原料のカルシア含有量が40.0質量%の比較例3では、水和により試験片が崩壊した。
表3は、AM含有CZ原料のアルミナ含有量が、アルミナ付着防止効果に与える影響を示す。表3に示した各例は、AM含有CZ原料のアルミナ含有量がそれぞれ異なるが、カルシア、マグネシア、およびジルコニアの3成分間の質量比は、いずれもカルシア:マグネシア:ジルコニア=14:1:33とした。AM含有CZ原料のアルミナ含有量が1.0〜20.0質量%の実施例8〜11は、同含有量が0.5質量%の比較例4および25.0質量%の比較例5に比べて、高いアルミナ付着防止効果を示した。
表4は、AM含有CZ原料のマグネシア含有量が、アルミナ付着防止効果に与える影響を示す。表4に示した各例は、AM含有CZ原料のマグネシア含有量がそれぞれ異なるが、カルシア、アルミナ、およびジルコニアの3成分間の質量比は、いずれもカルシア:アルミナ:ジルコニア=14:3:32とした。AM含有CZ原料のマグネシア含有量が0.5〜10.0質量%の実施例12〜15は、同含有量が0.1質量%の比較例6および15.0質量%の比較例7に比べて、高いアルミナ付着防止効果を示した。
表5は、AM含有CZ原料のジルコニア含有量が、アルミナ付着防止効果に与える影響を示す。表5に示した各例は、AM含有CZ原料のジルコニア含有量がそれぞれ異なるが、カルシア、アルミナ、およびマグネシアの3成分間の質量比は、いずれもカルシア:アルミナ:マグネシア=13:3:1とした。AM含有CZ原料のジルコニア含有量が35.0〜83.5質量%の実施例16〜19は、同含有量が90.0質量%の比較例9に比べて、高いアルミナ付着防止効果を示した。また、AM含有CZ原料のジルコニア含有量が30.0質量%の比較例8では、水和により試験片が崩壊した。
表6は、AM含有CZ原料を用いた配合の耐火材料を用いた場合(実施例20)と、CZ原料、アルミナ原料、およびマグネシア原料を用いた場合(比較例10)との調査結果を示す。ここで用いたAM含有CZ原料は、1質量%以下の不純物を除いた組成において、アルミナ6.0質量%、マグネシア2.0質量%、カルシア28.0質量%、およびジルコニア64.0質量%を含有した。実施例20は、比較例10に比べて高いアルミナ付着防止効果を示した。実施例20では、ジルコニア、カルシア、アルミナ、およびマグネシアを全て含むAM含有CZ原料から得た成形体を焼成したのに対し、比較例10では、ジルコニアおよびカルシアを含むCZ原料と、アルミナ原料と、マグネシア原料と混合して得た成形体を焼成した。この製造方法の違いにより、実施例20では各成分の均一性が比較例10より高く、これによって高いアルミナ付着防止効果を示したものだと考えられる。
表7は、添加物(外掛け)の影響についての調査結果を示す。ここで用いたAM含有CZ原料は、1質量%以下の不純物を除いた組成において、6.0質量%のアルミナ、2.0質量%のマグネシア、26.0質量%のカルシアで、残りは66.0質量%のジルコニアであった。実施例21〜23のいずれも、高いアルミナ付着防止効果を示した。実施例21〜23のように外掛けで5.0〜20.0質量%の添加物を含有する場合であっても、高いアルミナ付着防止効果を示すことがわかった。
表8は、カーボン含有量の影響についての調査結果を示す。ここで用いたAM含有CZ原料は、1質量%以下の不純物を除いた組成において、6.0質量%のアルミナ、2.0質量%のマグネシア、26.0質量%のカルシアで、残りは66.0質量%のジルコニアであった。実施例24〜29のようにカーボンを0〜45質量%含有する場合であっても、高いアルミナ付着防止効果を示すことがわかった。
表1〜8に示したように、実施例1〜29の耐火材料は、いずれも高いアルミナ付着防止効果を示した。また、実施例1〜29の耐火材料において、水和による耐火材料の崩壊の問題も見られなかった。
次に、上記実施例の耐火材料を、溶鋼と接する稼働面および浸漬部に用いたノズルを使用して、実機にて連続鋳造を行なった一例を説明する。
b:浸漬部
c:スラグライン部
1:AM含有CZ原料を含む耐火材料
2:慣用のアルミナ−カーボン質耐火材料
Claims (2)
- 少なくとも溶鋼と接するノズル稼働面の一部または全部が、ジルコニア−カルシア系原料を含む耐火材料であり、
前記ジルコニア−カルシア系原料は、当該ジルコニア−カルシア系原料の全質量を基準として、35〜83.5質量%のジルコニア、15〜35質量%のカルシア、1〜20質量%のアルミナ、および0.5〜10質量%のマグネシア、ならびに5質量%以下の不純物に由来する他の成分、からなることを特徴とする鋼の連続鋳造用浸漬ノズル。 - 前記耐火材料は、当該耐火材料の全質量を基準として、60〜95質量%の前記ジルコニア−カルシア系原料および5〜40質量%のカーボンを含む請求項1記載の鋼の連続鋳造用浸漬ノズル。
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