JPH04294846A - 連続鋳造用耐火物及びその製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は耐火物に関し、特に連続
鋳造設備に適用される耐火物とその製造方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】水平連続鋳造設備において、例えばブレ
ークリング等のタンディッシュと鋳型を連結する部材に
使用される耐火物としては、従来から珪素（Ｓｉ）質原
料の成形体を直接窒化する反応焼結法で得られる窒化珪
素質（Ｓｉ３Ｎ４　）耐火物や、電気炉内の成形型に収
めた窒化硼素質（ＢＮ）原料を加圧しながら成形するホ
ットプレス焼結法で得られる窒化硼素質（ＢＮ）耐火物
が採用されてきた。

【０００３】上記２種類の耐火物のうち、窒化珪素質（
Ｓｉ３　Ｎ４　）耐火物は機械的強度に優れる反面、熱
膨張率が比較的大きいために、鋳造の開始初期に溶鋼よ
り受ける熱衝撃によって割れに至る欠点がある。また窒
化硼素質（ＢＮ）耐火物は耐熱衝撃性に優れ、しかも溶
鋼との濡れ性が小さいものの、ホットプレス焼結法によ
り製造されるため、成形体の形状が成形型に依存するこ
ととなり、適用される装置に合わせて形状を自由に設計
できず、特に複雑な形状の場合、成形型の製造コスト高
となる。さらに、機械的強度および硬度が劣るために、
溶鋼の通過時に受ける摩耗作用によって大きく損耗され
る欠点がある。

【０００４】そこで、例えば特開昭５６−１２０５７５
号公報には、上記窒化珪素質（Ｓｉ３　Ｎ４　）原料に
窒化硼素質（ＢＮ）原料を３〜４０重量％配合すること
により、耐熱衝撃性を向上させた複合材質の耐火物や、
特公昭５８−３０２６５号公報では、窒化珪素、窒化硼
素、窒化アルミニウムの各原料を配合した耐火物、ある
いは特開昭６０−５１６６９号公報では上記窒化硼素質
（ＢＮ）耐火物に、酸化アルミニウムを含有させた耐火
物が開示され、耐用性を高めることが図られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記特開
昭５６−１２０５７５号公報に記載の耐火物は一般的な
炭素鋼の連続鋳造には充分な耐熱衝撃性を有するが、炭
素鋼の長時間鋳造や、特にステンレス鋼の鋳造に対して
は、母相を形成する窒化珪素が選択的に溶損され、この
ような損傷に伴うビレット表面性状の悪化を招いたり、
耐火物が破損し、ブレークアウトを生じる原因ともなり
、長時間の安定鋳造が極めて困難であった。

【０００６】また、上記特公昭５８−３０２６５号公報
で開示された、窒化珪素、窒化硼素、窒化アルミニウム
の各原料を配合した耐火物も耐食性の点で難があり、上
記特開昭６０−５１６６９号公報で開示された酸化アル
ミニウムを含有させることにより耐食性を一定程度向上
させることができるが、これもステンレス鋼の長時間鋳
込に対しては依然耐食性に不満がのこる。しかも、上記
いずれの耐火物においてもアルミニウム成分が増して熱
膨張率が大きくなり、耐熱衝撃性の劣化が著しく、耐熱
衝撃性の向上を目的として添加した窒化硼素の効果が薄
れるという逆効果につながりかねない。

【０００７】よって、水平連続鋳造設備用ブレークリン
グは、特に耐熱衝撃性に優れ、溶鋼と濡れ難いこと、耐
食性と耐摩耗性が大きいこと、および高度な寸法精度が
要求されるために加工が容易であることなどの各特性を
満たした耐火物の提供がまたれている。本発明はこのよ
うな種々の課題を解決するためになされたものであって
、水平連続鋳造用ブレークリングに求められる基本的な
特性を満足し、特に炭素鋼はもとよりステンレス鋼及び
高合金鋼の長時間鋳込みに耐えうる耐食性に優れた耐火
物を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は以下の手段及び方法を採用する。すなわち
、本発明は窒化硼素（ＢＮ）質原料５〜７０重量％、窒
化珪素（Ｓｉ３　Ｎ４　）質原料２５〜８５重量％およ
び金属アルミニウム（Ａｌ）３〜１５重量％を配合して
なる連続鋳造用耐火物であり、該連続鋳造用耐火物を製
造するには、まず上記各構成成分、すなわち、Ｓｉ３　
Ｎ４　粉末、ＢＮ粉末、および金属Ａｌ粉末を上記配合
量で配合し、これらの粉末をボールミルなどによって均
一になるように混合する。次にこの混合物を適切な成形
方法によって成形し、得られた成形体を窒素、アルゴン
などの非酸化性雰囲気下で１６００〜１９００℃の焼結
温度で焼結する。

【０００９】

【作用】本発明ではＳｉ３　Ｎ４　とＢＮに金属Ａｌを
複合添加混合し、これを成形し、さらに非酸化性雰囲気
下で焼結したところ、Ｓｉ３　Ｎ４　とＢＮのみの場合
に比べて焼結性が著しく向上し、組織の緻密化が認めら
れ、また、強度および耐熱衝撃性の改善が見出され、さ
らに主要特性である耐食性についても改善された。

【００１０】ここで、原料粉末および焼結条件を限定し
た理由およびその具体的構成について以下に詳細に説明
する。原料粉末の配合量について、ＢＮ粉末が５重量％
未満とすると必然的にＳｉ３　Ｎ４　粉末の配合量が多
くなり、そのために焼結体の耐熱衝撃性が低下し、また
、強度が必要以上に高くなるために機械加工性も低下す
る。 さらに、金属Ａｌと反応するＢＮが不足することにもつ
ながり、本発明の主要な特徴である焼結時のＢＮと金属
Ａｌの化学反応に基づく窒化アルミニウム（ＡｌＮ）お
よび硼化アルミニウム（ＡｌＢ２あるいはＡｌＢ１２）
の生成が抑制され、金属Ａｌのまま焼結体内に残存する
ために、高温下での軟化変形の原因になりやすい。一方
、ＢＮ粉末が７０重量％を越えると、焼結体中のＳｉ３
　Ｎ４　が少なくなり、必要な強度の維持が困難になる
。なお、ＢＮ粉末中に包含される酸化硼素（Ｂ２　Ｏ３
　）を主体とするフラックス成分は、１〜５重量％含有
するものが好ましく、これが１重量％未満の場合、焼結
性に乏しく、逆に５重量％以上になると焼結体の高温特
性を劣化させることになり、好ましくない。

【００１１】次にＳｉ３　Ｎ４　粉末は他の添加成分で
あるＢＮおよび金属Ａｌとの直接的な反応はしないが、
その配合量は２５〜８５重量％の範囲が好適である。な
ぜなら、Ｓｉ３　Ｎ４　が２５重量％未満ではＳｉ３　
Ｎ４　粉末を配合することによって得られる強度および
耐摩耗性の向上が焼結体の特性に反映されにくく、水平
連続鋳造用ブレークリングとしての使用に耐えられず、
損傷が大きくなる傾向にあって好ましくなく、一方、８
５重量％を超える配合量とすると焼結体の強度が必要以
上に高くなり、安定した機械加工性が失われ、しかも耐
熱衝撃性も劣化するので好ましくない。

【００１２】さらに、金属Ａｌの添加量は３〜１５重量
％の範囲が適当であり、３重量％未満では金属Ａｌの添
加効果が明確に表れず、逆に１５重量％を超えると焼結
体内で未反応Ａｌとして残存しやすく、その結果、高温
特性の劣化につながり好ましくない。本発明において、
金属Ａｌを添加したことによって焼結体の緻密性が向上
した理由については、次のように考えられる。すなわち
、金属Ａｌは焼結中にＢＮと反応してＡｌＮおよびＡｌ
Ｂ２　あるいはＡｌＢ１２を生成し、前者ＡｌＮは単独
分布すると共に一部はＳｉ３　Ｎ４　に固溶し、Ｓｉ３
　Ｎ４　自体の溶鋼、特にステンレス鋼に対する耐食性
の著しい増大に寄与する。また、後者ＡｌＢ２　あるい
はＡｌＢ１２は各成分粒子間に介在し、強固な結合相を
形成するために、焼結体の緻密化および高強度化が促進
され、気孔径を小さくすることによって、気孔を通して
溶鋼が焼結体組織に侵入するのを抑制する役割を果たす
ものである。

【００１３】なお、ＡｌＮを別に添加する方法での耐食
性向上は、前述したごとく公知であるが、本発明による
方法によれば焼結時の化学反応を利用したものであり、
焼結体内でＡｌＮが薄層で均質分布する点が特徴として
挙げられ、より一層の耐食性の向上につながる。よって
この特徴により、従来にない効果が期待される。次に焼
結条件について温度が１６００℃未満では緻密な焼結体
を得ることが困難となり、１９００℃を超えるとＳｉ３
　Ｎ４　の分解が起こり、やはり緻密な焼結体が得られ
ない。そして、焼結雰囲気については常圧もしくは加圧
のいずれでも良いが、得られる焼結体の性能面および経
済性からいえば、３〜１０ｋｇ／ｃｍ２　の窒素加圧が
好ましい。

【００１４】以上の条件によって得られた焼結体は緻密
、かつ、高強度を有し、施盤、フライス盤等による機械
加工性が良好であり、種々の形状を持った水平連続鋳造
用ブレークリングへの加工ができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明に関し実施例をもとに説明する
。 （１）物性値測定試験 ＢＮ粉末、Ｓｉ３　Ｎ４　粉末および金属Ａｌ粉末を表
１に示す割合で配合し、これに有機物バインダー（例え
ば本実施例ではポリビニールアルコール）を添加した後
、２４時間混合した。この粉末混合物を５０φ×５０Ｈ
ｍｍの円柱状のテストピースに成形し、その後、窒素雰
囲気中１８００℃で焼結した。実施例Ｎｏ．　１〜８は
本発明で限定した範囲の配合であり、比較例として示し
たＮｏ．　９〜１２は本発明の限定範囲外で添加した場
合である。

【００１６】次に得られた焼結体を本発明の供試体とし
、評価試験用所定寸法に切り出し、密度、抗折強度、耐
熱衝撃性およびＳＵＳ３０４に対する耐食性試験を実施
し、各試験の測定値を表２に示す。表２によれば、抗折
強度はＮｏ．　１１に見られる程の高い抗折強度では成
形後の機械加工性が極めて低く実用には適さず、Ｎｏ．
　１〜８の本発明に係る実施例品程度の強度が適当と評
価できる。また耐食性はＮｏ．　１〜８の本発明に係る
実施例品はいずれも向上したことを示しており、耐熱衝
撃性で一部Ｎｏ．　９〜１３までの比較例品に劣るが、
総合的な耐用性の向上が期待でき、これらの結果から所
期の効果は明らかである。

【００１７】なお、実施例７ａおよび７ｂは窒素雰囲気
中１８００℃でホットプレス（２００ｋｇｆ／ｃｍ２　
荷重）およびＨＩＰ（１５００ｋｇｆ／ｃｍ２　荷重）
焼結を行った場合であり、これらによって得られた焼結
体はより一層緻密化、高密度化が見られ、本発明による
効果が顕著となる。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】（２）実機使用試験 ＢＮ粉末３０重量％、Ｓｉ３　Ｎ４　粉末６０重量％お
よびＡｌ粉末１０重量％からなる混合粉末に有機物バイ
ンダーを外掛け５重量％添加し、成形した後、窒素雰囲
気中１７５０℃で焼結して得られた焼結体から、１４０
ｍｍ四方の正方形の中央に１１０ｍｍ四方の角孔を穿孔
した厚さ２２ｍｍの角状ブレークリングを加工した。こ
れを実際に水平連続鋳造設備のタンディッシュと鋳型と
の管にセットし、引抜連続２ｍ／分および引抜長さ２０
０ｍの条件でステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の角ビレッ
トを３０ｔ鋳込んだ結果、完鋳することができた。その
際、ブレークリングの割れは全く認められず、また溶損
も軽微なものであった。なお、比較のために窒化硼素（
ＢＮ）質ホットプレス焼結体を用いて同様の連続鋳造を
行ったところ、ブレークリング内周部の異常溶損が原因
で引抜長さ１３０ｍでビレット表面の悪化により操業中
止を余儀なくされた。

【００２１】尚、本発明にかかる連続鋳造用耐火物は上
記実施例のような水平式の連続鋳造設備だけでなく、垂
直式の連続鋳造設備にも適用できることは勿論、非鉄金
属の鋳造に供する耐火物としても使用することができる
ことはいうまでもない。

【００２２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、表記の配
合量で配合した金属アルミニウム（Ａｌ）が焼結体内で
ＡｌＮが薄層で均質分布することにより、より緻密で均
質な組織を持ち、耐熱衝撃性に優れ、溶鋼と濡れ難く、
耐食性と耐摩耗性にも優れ、高度な寸法精度での機械加
工が可能な連続鋳造用耐火物を製造することができる。 これによって、従来材質とは異なり、長時間の鋳込に対
しても安定した操業が可能になった。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　窒化硼素（ＢＮ）質原料５〜７０重量
   ％、窒化珪素（Ｓｉ３　Ｎ４　）質原料２５〜８５重量
   ％および金属アルミニウム（Ａｌ）３〜１５重量％を配
   合してなることを特徴とする連続鋳造設備用耐火物。
2. 【請求項２】　　窒化硼素（ＢＮ）質原料５〜７０重量
   ％、窒化珪素（Ｓｉ３　Ｎ４　）質原料２５〜８５重量
   ％および金属アルミニウム（Ａｌ）３〜１５重量％を混
   合した原料を成形した後、得られた素地を非酸化性雰囲
   気中で１６００〜１９００℃の焼結温度で焼結して得ら
   れることを特徴とする連続鋳造用耐火物の製造方法。