JP6978404B2 - 鋼の鋳造用耐火物,及びスライディングノズル装置用のプレート - Google Patents
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Description
本発明が解決すべき課題は,スラグ浸潤抑制能が高くかつ強固な表面緻密層を耐火物表面に効率よく,又は十分に若しくは最適な状態に形成させることにある。
1.フリーの炭素を1質量%以上,金属としてのアルミニウム成分を2質量%以上15質量%以下含有し,残部に耐火材料を主たる構成物として含む鋼の鋳造用耐火物であって,通気率が1×10−16m2以上15×10−16m2以下であることを特徴とする,鋼の鋳造用耐火物。
2.前記の金属としてのアルミニウム成分は,金属アルミニウム,アルミニウム−珪素合金,アルミニウム−マグネシウム合金から選択する1又は複数種に由来するものである,前記1に記載の,鋼の鋳造用耐火物。
3.前記の耐火材料は,コランダム,ムライト,ジルコニア−ムライト,シリマナイト,アルミナ−ジルコニア,スピネル及びマグネシアの群から選択する1又は複数である,前記1又は前記2に記載の,鋼の鋳造用耐火物。
4.炭素の酸化防止効果を有する化合物の1又は複数種を合計で5質量%以下含む,前記1から前記3のいずれかに記載の,鋼の鋳造用耐火物。
5.溶鋼と接触する部位を含む一部又は全部が前記1から前記4のいずれかに記載の鋼の鋳造用耐火物から構成された,スライディングノズル装置用のプレート。
Al(l,g)+C(s)=Al4C3(s) …式1
2Al(l,g)+3CO(g)=Al2O3(s)+3C(s) …式2
4Al(l,g)+4CO(g)=Al4O4C(s)+3C(s) …式3
2Al(l,g)+CO(g)=Al2OC(g) …式4
金属アルミニウムを15質量%を超えて含有させると,必ずしも表面緻密層が厚く強固に形成すると謂うことではない。また昇温速度が大きくなる内孔の溶鋼接触面付近等で金属アルミニウムの一部が蒸気化する前に溶融〜移動する部分も多くなり,耐火物組織内に空隙や酸化物等の化合物を形成する部分との組織ギャップにより歪みを形成し易くなったり,金属アルミニウムの酸化等による膨張により耐火物組織の破壊を生じ易くなることがある。そのため,金属アルミニウムは15質量%以下であることが必要である。
なお,通気率は,JIS R 2115記載の通気率測定方法で測定した値である。
金属アルミニウムを一定量以上残存させておくこと,かつ,耐火物の通気率を最適な範囲にすることで,鋳造時に溶鋼に接触した耐火物表面にほぼ鋳造の間継続的に緻密層を形成させ,スラグや地金の浸潤を抑制し,耐食性を向上させることができる。
ひいては,鋳造用耐火物,特にスライディングノズル装置用のプレート用の耐火物の耐酸化性,耐食性,耐摩耗性等を向上させ,鋼中介在物等の耐火物内組織への浸潤を抑制し,またそれらを維持することにより,耐火物の寿命を延長することができる。
概ね,金属アルミニウムの融点660℃以上で熱処理しても,耐火物中の金属アルミニウム含有量を2質量%以上にすることができる。これまでの実験結果を平均化した本発明者らの経験的知見では,熱処理温度を800℃以下にすることが好ましい。
金属としてのアルミニウム成分は,金属アルミニウム,アルミニウム−珪素合金,アルミニウム−マグネシウム合金から選択する1又は複数種に由来するものとすることができる。
すなわち前述の金属アルミニウムの含有量(残存量)の範囲において,金属アルミニウム単体からなる原料のほか,金属アルミニウムを含有する合金を原料として使用することもできる。
すなわち,粉体等の耐火材料(原料)を所定割合で混和する,結合材等を加えて混練する,混練後の坏土に圧力を加えて所定の形状に成形する,乾燥する,熱処理する,必要に応じて加工する,等の工程を含む。
なお,特にスライディングノズル用プレート等の一部の用途においては,耐食性その他の目的からタール等の熱処理後に炭素を残留する液体を含浸することがある。本発明の耐火物は,そのような含浸処理を行うと,通気率が著しく変化して,通気率の分布が不均一になり,Al(g),Al2O(g)等の移動等を著しく抑制することがあり,好ましくない。
1.坏土の粒度構成を調整する,
2.アルミニウム含有原料の絶対量と相俟って,その形態(アトマイズ,フレーク等)又はそれら粒子の大きさごとの割合を調整する,
3.熱処理温度を調整する,
4.成形時の圧力調整等による坏土の充填性を調整する,
等の手段を単独又は組み合わせることができる。
前記2「アルミニウム含有原料の絶対量と相俟って,その形態(アトマイズ,フレーク等)又はそれら粒子の大きさごとの割合を調整する」の具体的な方法としては,例えば、大きな粒径の金属アルミニウム成分含有原料を一部に添加する,金属アルミニウム成分含有原料を多めに添加する,アトマイズに比較して早期に溶融し粒子間に分散し易いフレークと,アトマイズとの割合をそれら総量と併せ変化させる,又は例えばアルミニウムよりも低融点であるアルミニウム−マグネシウム合金を加え,その大きさ,量等を調整する,等の方法を採ることができる。
前記3「熱処理温度を調整する」の具体的な方法としては,前記2との相対的な関係があるが,熱処理温度と時間を調整することで,金属としての残存割合と共に組織の緻密さすなわち通気率も調整することができる。
前記4「成形時の圧力調整等による坏土の充填性を調整する」の具体的な方法としては,例えば,成形時の最大荷重や打突回数等を増加又は低減する等の方法を採ることができる。
鋳造用耐火物として,特にスライディングノズル用のプレートにおいては,耐食性,耐熱衝撃性,耐摩耗性,スラグ等の耐浸潤性等を備えていることが必要であり,これらを満たす中心的な構成物としては,鋳造用耐火物に一般的に使用されているAl2O3成分を主とする耐火材料又はマグネシアが挙げられる。中でも耐食性,耐摩耗性及び耐熱衝撃性に優れるコランダム又はスピネルを主とし,一部にムライト,ジルコニア−ムライト,シリマナイト,アルミナ−ジルコニア等を組み合わせることが好ましい。また,例えばCa含有鋼等のさらに高い耐食性が求められる鋼種・スラグ組成の溶鋼の鋳造にはマグネシアを含有させ,又はその耐食性の要求度に応じて増量することが好ましい。
ここで,炭素の酸化防止効果を有する化合物とは,鋳造用耐火物中に高温度下での酸化防止等の目的で一般的に含有される副次的な構成物をいい,具体的にはSiC,Si3N4,硼素含有化合物,前記耐火材料以外のSiO2化合物等である。
ここで硼素含有化合物とはBN,B4C,硼酸,硼酸系ガラス化成分(フリットを含む)等をいい,前記耐火材料以外のSiO2化合物とは,珪酸塩,珪酸系ガラス化成分(フリットを含む),前記のSiO2成分を含む鉱物以外のSiO2を含む鉱物(クオーツ,クリストバライト.トリジマイト,無定形シリカ、カオリナイト等の粘土鉱物等)等をいう。
さらには,アルミナを主成分とした表面緻密層は,耐火物表面と接触する溶鋼,或いは耐火物内部から,珪素含有化合物,硼素含有化合物,CaO等の,アルミナと反応して低融点化する化合物或いはガラス化する化合物が,耐火物表面緻密層と反応した場合,厚さが厚くなることがある。本発明者らの経験的知見では,表面緻密層の厚さが0.01mmよりも薄い場合はスラグ浸潤抑制能が低く,表面緻密層の厚さが0.5mmを超えると,表面緻密層が著しく剥離しやすくなる。低融点化させる化合物,ガラス化する化合物が増えるほど,表面緻密層の厚さは厚くなるので,珪素含有化合物,硼素含有化合物等の副次的な構成物の総量が5質量%を超えると,表面緻密層の厚さが厚くなり,剥離することがある。このような好ましくない現象を最小化するために,これらの副次的な構成物の総量は,不可避の不純物を除き概ね5質量%以下程度であることが好ましく,3質量以下であることがより好ましい。
なお、耐火物表面に形成する緻密層の厚さは,耐食性に影響する。表面緻密層の厚さが0.01mmよりも薄い場合はスラグ浸潤抑制能が低く,0.5mmよりも厚い場合は表面緻密層の剥離が生じやすく,また,炭素の酸化防止効果を有する化合物の含有量,低融化成分である不純物等の含有量が多すぎる場合にはこれらが関係した厚い表面緻密層を形成し易くなることがあり,このような場合には耐食性の低下も惹き起こし易くなるので,0.01mm以上0.5mm以下であることが好ましい。この厚さはまた特定の範囲における平均ではなく,表面緻密層の最も薄い部位が0.01mm以上,及び最も厚い部位が0.5mm以下であることを意味する。
この厚さ約0.01mm以上とは,経験上,一定の好評価を示した実験又は実操業等での使用後品の表面に残存していた緻密層の厚さであり,骨材粒子の突出部を除く一体的な構造となったマトリクス部の厚さをいう。(図4(a),(b),図5(a),(b)参照)
実施例Aは,金属アルミニウム含有量の影響を調査した結果を示す。
さらに同試料の耐火物原組織部について亀裂の有無を目視観察した。亀裂がなかった場合を「○」,亀裂があった場合を「×」,として表示した。
すなわち,これらの耐熱衝撃性試験結果,耐食性試験結果,耐酸化摩耗性試験結果が「○」以外であっても,鋳造用の耐火物,特にスライディングノズル用として使用できないということではなく,これら特性が強く要求されないような条件,例えば加熱〜冷却の繰り返しが少ないか無い,鋼中介在物や鋼中へのスラグ成分混入の少ない鋼種の鋳造,不活性ガス雰囲気中で酸素濃度が低い等の,操業条件に合致すれば使用可能である。
実施例Bは,炭素(フリーの炭素(F.C.)のことをいう。以下同じ。)含有量の影響を調査した結果である。表2に試料構成と結果を示す。
実施例Cは,金属種の影響を調査した結果である。表3に試料構成と結果を示す。
実施例Dは,通気率の影響を調査した結果である。表4に試料構成と結果を示す。
実施例Eは,金属アルミニウムの添加量を6質量%一定とし,熱処理温度の影響を調査した結果である。表5に試料構成と結果を示す。
実施例Fは,耐火材料骨材の影響を調査した結果である。表6に試料構成と結果を示す。
実施例Gは,残部の例として,SiO2,SiC,B4Cの影響を調査した結果である。表7に試料構成と結果を示す。
Claims (5)
- フリーの炭素を1質量%以上,金属としてのアルミニウム成分を2質量%以上15質量%以下含有し,残部に耐火材料を主たる構成物として含む鋼の鋳造用耐火物であって,通気率が1×10−16m2以上15×10−16m2以下であることを特徴とする,鋼の鋳造用耐火物。
- 前記の金属としてのアルミニウム成分は,金属アルミニウム,アルミニウム−珪素合金,アルミニウム−マグネシウム合金から選択する1又は複数種に由来するものである,請求項1に記載の,鋼の鋳造用耐火物。
- 前記の耐火材料は,コランダム,ムライト,ジルコニア−ムライト,シリマナイト,アルミナ−ジルコニア,スピネル及びマグネシアの群から選択する1又は複数である,請求項1又は請求項2に記載の,鋼の鋳造用耐火物。
- 炭素の酸化防止効果を有する化合物の1又は複数種を合計で5質量%以下含む,請求項1から請求項3のいずれかに記載の,鋼の鋳造用耐火物。
- 溶鋼と接触する部位を含む一部又は全部が請求項1から請求項4のいずれかに記載の鋼の鋳造用耐火物から構成された,スライディングノズル装置用のプレート。
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