JPH0299241A - 連続鋳造用セラミックスモールドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、溶融金属の連続鋳造、例えば溶鋼の湯面下凝
固による連続鋳造装置に使用されるセラミックスモール
ドおよびその製造方法に関する。

［従来の技術］ 溶融金属、例えば溶鋼を垂直型あるいは湾曲型の連続鋳
造装置によって連続鋳造する際には、モールド内におい
て溶鋼を断気するためにパウダーを使用する必要がある
が、このパウダーは溶鋼が凝固する際に鋳片中に巻き込
まれ易く、鋳片の表面傷や非金属介在物として内部欠陥
となり、鋼製品の品質や製造歩留を低下させる原因とな
る。

また、水平式連続鋳造装置によって連続鋳造する際には
、溶鋼の断気が比較的容易なためにパウダーを使用する
必要がないか、モールド内で凝固が進行し、鋳片として
引き抜かれる際に、鋳片の表面にコールドシャット等の
欠陥が発生し易く、鋼製品の製造歩留低下と共に、後工
程での手入れに５頷の費用と時間を要し、製造コストが
高くなりやすい。

これらを改善するために、湯面下凝固による連続鋳造が
試みられている。この連続鋳造装置の概要を縦断面図と
して第１図に示す。同図において、セラミックスモール
ド１はタンデイツシュ下部の側壁２に直接取り付けられ
、セラミックスモールド１は水冷ジャケット３により直
接冷却される。この様は装置を用いて連続鋳造すると、
パウダーを使用しないでセラミックスモールド１内部で
溶鋼は凝固するので、セラミックスモールドの損傷さえ
防止できれば、得られる鋳片の表面傷およびパウダーに
起因する非金属介在物がほとんど無くなる可能性がある
。

ところが、溶鋼の湯面下凝固による連続鋳造用セラミッ
クスモールドは、溶鋼の凝固部において、セラミックス
モールド内面は鋳片温度とほぼ等しく、一方、モールド
外面は水冷ジャケラ）・によって水冷されるので、モー
ルド内外面の温度差が極めて大となる。また、鋳片引き
抜き方向の温度分布も、タンデイツシュ側の溶鋼温度か
ら水冷ジャケット内の凝固完了温度までの急激な温度勾
配が発生するなど、苛酷な条件に晒される。そこでセラ
ミックスモールドの具備すべき条件として、次の５つの
特性が要求される。

（Ｉ）熱衝撃抵抗性；　１５５０℃前後の溶鋼がセラミ
ックスモールド内面に急激に接触するときに、セラミッ
クスモールドは破壊しないこと。

（ＩＩ）熱応力抵抗性；セラミックスモールド内面は高
温の溶鋼および鋳片に、一方、その外面は水冷ジャケッ
トに接触しているため、セラミックスモールドの肉厚方
向および鋳片引き抜き方向に大きな熱応力勾配が発生す
るが、これによりセラミックスモールドは破壊しないこ
と。

（ＩＩＩ　）低摩擦抵抗性：凝固した鋳片がセラミック
スモールドと滑り好く、鋳片の引き抜きが容易なこと。

（ＩＶ　）耐摩耗性：セラミックスモールド内の凝固部
近傍で高温鋳片に対する耐摩耗性に優れること。

（Ｖ）高強度；効率の良い抜熱や、耐スポール性の向上
のためにモールドの肉厚は薄いほうが好ましいが、セラ
ミックスモールドは水冷ジャケットに強固に締め付けら
れるため、その際に破損しないだけの十分な強度が必要
である。

モールドとしては■銅モールド（宮下ら、学派１９委員
会、鋼の水平連続鋳造５　（１９８０））■グラファイ
トモールド■ＢＮモールド（三菱製鋼技報、ｖｏｌ、１
９．Ｎｏ、１．２（１９８５））等が知られているが、
以下に示すような理由で、鋼の連続鋳造用モールドとし
て用いるには問題がある。

■　銅モールド 耐火物製ノズル部と銅モールドの間にセラミックス製ブ
レークリングを使用せざるをえず、コールドシャットや
ホットテアなどの表面欠陥が不可避である。

■　グラファイトモールド 鋳造の際に鋳片に浸炭が超超たり、耐摩耗性が十分では
ないことによりモールドとして不適である。

■　ＢＮモールド 耐摩耗性が十分でないので、長時間の引ぎ抜きや、高速
での引き抜きが困難である。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、上述した湯面下凝固の連続鋳造によっ
て、鋳造片の表面性状が良好でかつ長時間の鋳造を可能
にするセラミックスモールドおよびその製造方法を提供
しようとするものである。

［課題を解決するための手段および作用コ木発明の要旨
とするところは、連続鋳造用のセラミックスモールドで
あって、重量％で六方晶窒化硼素（以下単に「窒化硼素
」という）；１０〜５０％、炭化珪素：２〜１５％、残
部が窒化珪素および不可避的不純物からなることを特徴
とすることにある。

他の要旨は、上記連続鋳造用セラミックスモールドの製
造方法に関して、窒化硼素粉末、金属珪素粉末およびポ
リカルボシランを有機溶媒を用いて混練した後造粒した
粉末を成形し、窒化性ガス７囲気中で１２００℃から１
６００℃まで加熱焼成した後、切削加工によってセラミ
ックスモールドを得ることを特徴とする事にある。

［作　　　用〕 以下にこの発明の詳細な説明する。

まずセラミックスモールドの組成を上記の範囲に限定し
た理由について説明する。

窒化硼素の添加量は、セラミックスモールドに必要な熱
衝撃抵抗性・熱応力抵抗性・抵摩擦抵抗性・耐摩耗性・
高強度を具備するため重量％で１０〜５０％である必要
がある。１０重量％未満では熱衝撃抵抗性の低下により
、鋳造開始時にモールドに亀裂が発生し易くなり、以後
の鋳造が困難になる。５０重量％を越えると相対的に窒
化珪素の量が減少するため強度が低下し、水冷ジャケッ
ト内への機械的組み込みに対して耐えられなくなる。ま
た、耐摩耗性が低下するため、鋳造中にモールドが摩耗
して長時間の引き抜きが困難になる。

炭化珪素の添加量はセラミックスモールドに必要な熱衝
撃抵抗性・熱応力抵抗性・抵摩擦抵抗性・耐摩耗性・高
強度を具備するため重量％で２〜１５％である必要があ
る。２重量％未満では炭化珪素の添加による熱衝撃抵抗
性・耐摩耗性および機械的強度の向上が望めない。また
１５１！量％以上では炭化珪素の前駆体であるポリカル
ボシランから焼成時に発生する分解ガスによって焼成体
に亀裂が発生し易くなり、製造上の問題が生じる。なお
、添加される炭化珪素は配合中に粉末として分散させた
物ではセラミックスモールドに必要な強度および熱衝撃
抵抗性はほとんど向上しない。しかし特開昭５６−１２
Ｇ５７４号に示されているように、炭化珪素の前駆体で
あるポリカルボシランを配合中に分散させ、焼成中に炭
化珪素を生成させ均一に分散させると、焼結体の組織が
特異なものとなり、強度及び熱衝撃抵抗性が向上する。

次にセラミックスモールドの製造方法について説明する
。

原料としては窒化硼素粉末および金属珪素粉末を用いる
。窒化硼素粉末としては純度９５重二％以上のものが好
ましい。その理由は、窒化硼素の不純物として一般的な
酸化硼素が多いと、鋳造中の高温によって分解して鋳片
表面上に凹状の窪みを発生させるからである。またその
粒度としては５μｍ以下のものが好ましい。

その理由は微細な粉末を用いることによって窒化硼素が
均一に分散された組織となり、窒化硼素添加量の増加に
伴う強度の低下を抑制することができるからである。

金属珪素粉末としては純度９７重二％以上のものが好ま
しい。不純物の多いものを使用すると焼結体内で欠陥と
なり、強度を低下させることになる。粒度としては２０
μｍ以下のものが好ましい。その理由は粒度の大きいも
のを使用するとモールドの組織が粗くなって、鋳片の表
面性状が悪くなると共に、焼結体の強度も低下するため
である。

上記原料にポリカルボシランを加えて有機溶媒の存在下
で乳鉢・ボットミル等の公知の方法によって混練する。

混練した後、有機溶媒を飛散させてボットミルで粉砕し
たり、スプレードライさせて造粒粉末を得る。この造粒
粉末をラバープレス等公知の方法により、円筒状などの
セラミックスモールドの概略形状に成形し、主として窒
素からなる雰囲気中で１２００℃から１６００℃の温度
範囲で加熱・焼成する。その際金属珪素粉末と窒素の急
黴な反応を抑制するため、昇温は段階的に行なう必要が
あり、焼成時間は５０〜１５０時間程度必要である。焼
成後、切削加工してセラミックスモールドを得る。

［実　施　例］ 第１表に示した配合割合の金属珪素粉末（純度９８重量
％、粒度２０μｍ以下）、窒化硼素粉末（純度９７，５
重量％、平均粒度１．０μｍ）およびポリカルボシラン
をヘキサン中で乳鉢を用いて均一に混練した後、溶媒を
飛散させたものをボットミルにて粉砕し、７４μｍ以下
のものを分級して成形用造粒粉末を得た。次に、この造
粒粉末を円筒状の成形ゴム型に充填し、静水圧プレスを
用い約１３００ｋｇ７ｃｍ２の圧力で成形した。得られ
た成形体を窒素ガス万囲気中で１００時間にわたって１
０００℃から１４５０℃まで段階的に昇温しで焼結体を
作製した。冷却後、この焼結体を内径１０ｎ＋ｍ、長さ
ｉｏｏｍｍの円筒状に切削加工してセラミックスモール
ドとした。このセラミックスモールドの窒化珪素、窒化
硼素および炭化珪素の組成は第１表に示す通りであり、
残部は不可避的不純物である。

このセラミックスそ−ルドを、湯面下凝固連続鋳造機の
タンデイツシュに直接取り付け、オーステナイト系ステ
ンレス鋼（１８％Ｃｒ−８％Ｎｉステンレス鋼）を鋳造
した。タンデイツシュ内の？８鋼温度は１５００℃、溶
鋼量は２００ｋｇで、この溶鋼を全て鋳造すると、鋳片
の最大弓籾抜き長さは３００ｍになる。鋳造実験は全て
一定の条件で行ない、セラミックスモールドとしての品
質評価は、鋳片の最大引き抜き長さおよび製品表面性状
を比較して行なった。第１表に示すように、本発明の組
成範囲内にあるセラミックスモールドは全て安定して鋳
造できたが、比較して実験したセラミックスモールドは
全て鋳造途中で引き抜き不良となり、鋳造を断念せざる
を得なかった。また、本発明のセラミックスモールドに
よって得られた鋳片の表面性状は全て良好であった。

［発明の効果コ 以上のように、本発明により熱衝撃抵抗性、熱応力抵抗
性、摩擦抵抗性、耐摩耗性全てにＨれかつ高強度のセラ
ミックスモールドが得られ、溶融金属特に鋼の湯面下凝
固による連続鋳造用セラミックスモールドとして適して
おり、鋳造製品の表面性状は著しく向上し、連続操業が
可能となって、その工業的効果は非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は湯面下凝固による連続鋳造装置の断面図である
。 １・・・セラミックスモールド ２・・・タンデイツシュ下部の側壁 ３・・・水冷ジャケット。 化工里人　　。　ｌＩＪｉｌｍ” 他４名

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　重量％で六方晶窒化硼素：１０〜５０％、炭化珪素
   ２〜１５％、残部が窒化珪素および不可避的不純物から
   なることを特徴とする連続鋳造用セラミックスモールド
   。 ２　六方晶窒化硼素粉末、金属珪素粉末およびポリカル
   ボシランを有機溶媒を用いて混練した後、造粒した粉末
   を成形し、窒化性ガス雰囲気中で１２００℃から１６０
   ０℃の温度範囲で加熱焼成した後、切削加工を行なうこ
   とを特徴とする連続鋳造用セラミックスモールドの製造
   方法。