JPH0494851A - 連続鋳造用ノズル - 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） この発明は連続鋳造用ノズルの改良に関し、さらに詳し
くはアルミニウムを含有するアルミキルド鋼等の連続鋳
造において溶鋼が通過するノズルの狭さく、さらには閉
塞を効果的に抑制することができる連続鋳造用ノズルに
関するものである。

（従来の技術） 溶鋼の連続鋳造用ノズルは、次の目的のために使用され
る。

溶鋼の連続鋳造において、注湯ノズルはタンデイツシュ
・モールド間の溶鋼注入で溶鋼の空気による酸化を防ぎ
、又溶鋼の飛散防止を計り、さらには非金属介在物及び
モールド面浮遊物の鋳片への巻込防止のための注湯の整
流化などの目的で使用されている。

従来、溶鋼の連続鋳造用ノズル材質は、主として黒鉛、
アルミナ、シリカ、シリコンカーバイドなどで構成され
ており、最近ではジルコニアを構成成分として用いられ
る場合がある。

しかしながらアルミキルド鋼等を鋳造する場合は次のよ
うな問題点も有している。

アルミキルド鋼等は脱酸剤として添加されるアルミニウ
ムが溶鋼中に存在する酸素と反応して、α−Ａｆｆｉ２
０３等の非金属介在物が生成し易く、そのためアルミキ
ルド鋼等を鋳造する際、注湯ノズルの内孔表面に脱酸剤
として添加されるアルミニウムの酸化により生成される
α−Ａｔ２０３等の非金属介在物が付着し、堆積してノ
ズル内孔が狭さくし、最悪の場合ノズル内孔を閉塞して
安定した鋳造を困難にする。あるいはこのようにして付
着堆積したα−Ａｔ２０３等の非金属介在物が剥離、脱
落して鋳片に巻込まれ鋳片の品質低下を招く。

このようなノズル内孔の狭さく及び閉塞を防止するため
に内孔を形成する注湯ノズルの内面から前記内孔を通っ
て流れる溶鋼に向って不活性ガスを噴出させ、溶鋼中に
存在するα−Ａｔ２０．等の非金属介在物が注湯ノズル
内孔面に付着堆積することを防止する方法が広く用いら
れている。

しかしながら上述した内孔を形成する溶鋼注湯ノズルの
内面から不活性ガスを噴出させる方法には次のような問
題点がある。

噴出させる不活性ガス量が多いと不活性ガスによってで
きた気泡が鋳片の中に巻込まれピンホールに基づく欠陥
が生じる。逆に噴出させる不活性ガス量が少ないとα−
Ａｔ０３等の非金属介在物が注湯ノズル内孔面に付着堆
積して内孔の狭さくさらには閉塞をもたらす。

また注湯ノズルの内面から前記内孔を通って流れる溶鋼
に向かって不活性ガスを均一に吹込むことは構造的に不
可能でありまた長時間鋳造する際は注湯ノズル材質の組
織劣化及び構造劣化に伴い噴出させる不活性ガスのコン
トロールが不安定となり、さらには不活性ガスを注湯ノ
ズル内孔面に均一に噴出させることが困難となり、その
結果α−へ１２０３等の非金属介在物が注湯ノズルの内
孔面に付着堆積して内孔が狭さくさらには閉塞してしま
う。

（発明が解決しようとする問題点） そこで不活性ガスの噴出のような物理的手段によらずこ
の問題点を解決するために溶鋼注湯ノズルの材質的対策
として次のような方法が用いられていた。

■　黒鉛、ジルコニアを主成分とする下記溶鋼注湯ノズ
ルが特開昭６２−１４８０７６号公報に開示されている
。即ち本質的に下記からなる耐火物で形成された溶鋼注
湯ノズルである。

重量比で１００μｍ以下の未安定ジルコニア３５〜７５
％と黒鉛を５〜１５％、残部を１００μｍ以下の安定化
ジルコニアで形成する。

しかしながら上述の注湯ノズルは次の問題点がある。

未安定ジルコニア及び安定化ジルコニアは非金属介在物
の主成分であるα−Ａｔ２０３との反応性は低いが、長
時間高温域で使用されると未安定ジルコニアはその特性
上９００〜１１００℃付近で結晶変態を引き起こし熱膨
張特性に異状をきたし結晶粒が崩壊し、黒鉛との共存下
において、高温下ではジルコニアの還元反応が通行し組
織劣化が起こる。又安定化ジルコニアは同様な条件下で
は脱安走化が進行し上述のような未安定ジルコニアと同
様な変化が起こり、その結果組織劣化が進展する。この
ようなことより溶鋼と接触する注湯ノズル内孔面の性状
に変化をきたし凹凸状態となり前記凹部に非金属介在物
が堆積し、長時間使用を困難とする。

■　さらに黒鉛とカルシアを主成分とする下記溶鋼注湯
ノズルが特開昭５７−７１８６０号公報に開示されてい
る。

即ち本質的に下記からなる耐火物で形成された溶鋼注湯
ノズルである。

黒鉛を１０〜５０％、カルシアを２０〜７５％及び残部
を金属アルミニウム、シリコンカーバイド等で形成する
。

しかしながら上述の溶鋼注湯ノズルは次の問題点がある
。カルシアはα−Ａ１□Ｏ８等の非金属介在物と速やか
に反応して低融点化合物を生成する。その結果α−ＡＩ
□０３等の非金属介在物が注湯ノズル内孔表面に付着し
堆積することを防止する作用が有る６しかしカルシアは
単独で存在すると常温においても水分と激しく反応して
Ｃａ　（ＯＨ）２となり、崩壊し粉化してしまうためノ
ズルを製造する場合特別な注意が必要であり、防湿処理
を施さなければ使用出来ない。

さらにカルシアは熱膨張率が大きいので不均一な温度分
布が生じるような加熱を受ける場合にはノズル内部に大
きな熱応力が生じるため耐熱スポーリング性が大巾に低
下する。このような問題があるためカルシアを単独で含
有する注湯ノズルを実用化することは困難である。

■　又、特願昭６２−１９８６２９号では黒鉛−カルシ
ウムジルコネイト質が開示されている。

これは付着物質であるα−Ａｔ。０３とカルシウムジル
コネイトから由来するＣａＯを反応させ低融性化合物に
変化させ溶失するようにしたものである。（Ｃａ０２３
％（４０モル％）〜３６％（５５モル％）含有カルシウ
ムジルコネイト）ＣａＯ−ＺｒＯ２は溶鋼温度でアルミ
ナと接した場合、分解してＣａＯを放出する（特公昭５
９−１９０７５号公報参照）知見にもとづくものである
が鋳造条件によってはその放出速度が遅く十分機能しな
い場合が有ることが判明した。

■　ＣａＯ・ＺｒＯ２の分解によるＣａＯの放出９表面
への移動凝集を容易にする手段としてシリカ（Ｓｉｎ２
）、　マグネシア　（ＭｇＯ）などの添加が有効であり
特願平１−２８２７９号公報で開示されている。

以上のことから、不活性ガスを噴出させる等の物理的な
方法を用いることなく経済的にかつ比較的に安易に、さ
らに長時間に渡ってノズル内孔の狭さくさらには閉塞を
防止する溶鋼注湯ノズルの開発が強く望まれているが、
かかる溶鋼注湯ノズルはまだ提案されていないのが現状
である。

（問題点を解決するための手段） この発明は上記問題点を解決するためになされたもので
１本発明の目的は不活性ガスを噴出する等の機械的な方
法を用いることなく、経済的にかつ長時間にわたって内
孔の狭さくさらには閉塞または組織の劣化を生じること
のない溶鋼注湯ノズルを提供することにある。

この発明は本質的に下記からなる耐火物で形成され、溶
鋼注湯ノズルの内孔の少なくとも第１図の一部に配設し
構成されている。

鉱物組成としてＣａＯ−ＺｒＯ２を主成分とするカルシ
ウムジルコネイト５０〜８９重量％。

黒鉛１０〜３５重量％、鉱物組成として弗化カルシウム
（Ｃａ　Ｆ　２）を主成分とする蛍石０．５〜１０％か
ら構成される。この耐火物で構成された溶鋼注湯ノズル
はＣａＯ成分が水又は空気中の水分と激しく反応するこ
とを抑制し、ノズルの組織劣化を防止すると共に溶鋼注
湯ノズル内孔表面において脱酸剤として添加されるアル
ミニウムが溶鋼中の酸素と反応して生成されるα−アル
ミナ等の非金属介在物と反応して低融点化合物を生成す
ることにより溶鋼注湯ノズル内孔表面にα−アルミナ等
の非金属介在物が付着し、さらには堆積することを防止
することが出来る。

当該材質の原理・作用効果としては消化性のない安定な
高Ｃａ含有物質を使用することが効果を上げる要点にな
ることは自明であり、種々の原料（鉱物）について検討
を加えた結果力ルシウムジルコネイトの分解によるＣａ
Ｏの放出促進剤として弗化カルシウム（ＣａＦ２）が有
効であることが判明した。このものはＣａｏ−ＺｒＯ２
の分解・放出促進剤としての作用の他鋳造時の高温度に
おいて溶融して耐火物表面に浸出（しみだす）して強力
な融剤としても作用し、一部は分解してＣａＯ成分増量
材としての性質を併せ持つものである。

ＣａＯ成分はＡｔ□０３と反応してＣａＯ・Ａｉ２０３
ｔ３ＣａＯ−Ａｔ２０３などの低融点物質となり溶失す
るので注湯ノズル内孔に堆積することなく、閉塞防止に
効果がある。

さらに詳述すると、鉱物組成としてＣａ　Ｏ・ＺｒＯ□
を主成分とするカルシウムジルコネイトは、ＣａＯが最
大３６重量％未満の範囲で含有し、１６００℃以上の高
温で合成調整されたものである。これは安定化ジルコニ
アと同様な熱膨張特性を有し、かつカルシアが単独で存
在しないためカルシアが水又は空気中の水分と激しく反
応することがなく、ノズルの組織劣化を防一 止する。

５５〜８９重量％の上記カルシウム・ジルコネイトは鉱
物組成としてＣａＦ２を主成分とする蛍石と共存すると
高温（溶鋼温度）でカルシウム・ジルコネイトが分解し
カルシアがその粒子表面に移動し易くなる。

即ち、内孔表面に付着する非金属介在物の主成分である
α−ＡＩ２０．と反応させるためのカルシアがカルシウ
ム・ジルコネイト粒子表面へ移動凝集する。

又この目的で使用する弗化カルシウムはＳｉＯ□等の不
純物を含有する天然蛍石も使用することが出来る。（例
えばＣａＦ、９２％、ＳｉＯ２７％）蛍石は融点以下の
温度ではＣａＯを生成することはなく、水分と激しく反
応することは無く、ノズルの組織劣化は発生しない。不
純物としてのＳ　ｉ　Ｏ、成分は又カルシウム・ジルコ
ネイトの高温での分解及びＣａ　Ｏ成分のカルシウム・
ジルコネイト粒子表面への移動をしやすくする作用もあ
る。

上記のことからカルシアの短所を克服し、カルシアとα
−アルミナとの反応を長時間にわたって持続させて低融
点化合物を生成し、かくしてα−アルミナ等の非金属介
在物の内孔表面への付着を効果的ｂｅ長時間抑制するこ
とが出来る溶鋼注湯ノズルを提供するものである。

なお耐スポーリング性、耐酸化性を向上させる目的でＳ
ｉＣ，ＳｉＯ２（溶融シリカ）等を添加することも出来
る。

（作用） 鉱物組成としてＣａＯ・ＺｒＯ２を主成分とするカルシ
ウム・ジルコネイトの含有量は５０〜８９重量％である
ことが望ましい。含有量が５０％未満であると非金属介
在物の主成分であるα−アルミナと反、応するに必要な
カルシア含有量が乏しくかつ溶鋼に対する耐蝕性が劣り
、第１図に示すようなノズル内孔表層部に配設する場合
、その部分が短時間で消失してしまう可能性が有り十分
な効果は期待出来ない。又８９重量％を超えると熱膨脹
率が高くなり耐熱スポーリング特性が低下する。

更にカルシウム・ジルコネイトの平均粒径は良好な表面
平滑性を有するためには４４μｍ以下であることが望ま
しい。

黒鉛の含有量は１０〜３５重量％が望ましい。

又熱伝導性及び耐酸化性を考慮すれば天然鱗状黒鉛を適
用することが望ましい。黒鉛の含有量が１０重量％未満
であると耐熱スポーリング性が劣り、一方３５重量％を
超えると耐蝕性が低下する。

鉱物組成としてＣａＦ２を主成分とする蛍石の含有量は
０．５〜１０重量％が望ましい。蛍石の含有量が０．５
未満であるとカルシウムジルコネイト中のカルシアを粒
子表面に移動凝集する効果が得られず、１０重量％を超
えると耐火物の組織が劣化し易く、又耐蝕性、耐スポー
リング性が低下する。更に蛍石の平均粒径は良好な表面
平滑性を有するためには４４μｍ以下であることが望ま
しい。

次にこの発明の溶鋼浸漬ノズルを図面を参照しながら説
明する。第１図はこの発明の浸漬ノズルとしての溶鋼注
湯ノズルの実施態様を示す概略垂直断面の一例である。

実施態様の溶鋼注湯ノズル３は、タンデイツシュとモー
ルドとの間に配置されている浸漬ノズルとして使用され
る。第１図に示すようにそれを通って溶鋼が流れる内孔
１をその軸線に沿って有する浸漬ノズルとしての溶鋼注
湯ノズル３において、前記内孔１を形成する前記溶鋼注
湯ノズル３の部分２は、上述した化学成分組成を有する
耐火物によって形成されている。実施態様の浸漬ノズル
としての溶鋼注湯ノズル３によると、内孔１を形成する
溶鋼注湯ノズル３の部分２に溶鋼中に存在するα−アル
ミナ等の非金属介在物が付着し、そして堆積することは
、長時間にわたり抑制される。

（発明の効果） 次に実施例を挙げ、この発明の効果を述べる。

実施例 第１表に示すこの発明の範囲内の化学組成を有する配合
物ｌから４（以下″本発明サンプル″という）及び本発
明の範囲外の化学組成を有する配合物５〜９（以下″比
較サンプル″という）の各々に５〜１０重量％の範囲内
のフェノール樹脂を加え混合及び混練して得られた原料
坏土によって、α−アルミナ等の非金属介在物の付着量
及び溶鋼に対する耐蝕性を試験するための３０　ｎｕ　
Ｘ　３０　ｍｍＸ２３０ｎｎの寸法を有する成形体およ
び耐久ポーリング性を試験するための外径１００＋ｎｍ
内径６０■長さ２５０画の寸法を有する成形体を形成し
、そして得られた成形体の各々を１０００〜１２００℃
の範囲内の温度で還元焼成して耐火物１から９を調整し
た。

上述したこの発明のサンプル１から４および比較用サン
プル５〜９の各々における物性（気孔率および嵩比重）
、電気炉において１５００℃の温度で３０分間加熱し水
により急冷して耐スポーリング性の調査、及び０．０３
〜０．０５重量％の範囲内のアルミニウムを含有する１
５５０℃の溶鋼中に１８０分間浸漬して溶損率（％）及
びαアルミナ等の非金属介在物の付着量（ｎｍ）を調査
した。その結果を第１表に示す。

第１表からも明らかなようにこの発明のサンプルは耐久
ポーリング性に優れており、溶損率の低いにもかかわら
すα−アルミナ等の非金属介在物が付着せず、従って溶
鋼注湯ノズルの内孔狭さく、さらには閉塞を効果的に抑
制できる。

一方比較用サンプル５においてはカルシウムジルコネイ
トの含有量が多いことに起因して耐スポーリング性は著
しく劣り、蛍石を含有していないことに起因してα−ア
ルミナ等の付着量が多いことがあきらかである。

又比較用サンプル６においては蛍石の含有量が多いこと
に起因して溶鋼に対する耐蝕性が著しく劣り、耐スポー
リング性も良くない。さらに比較用サンプル７において
は黒鉛含有量が多いことに起因して溶鋼に対する耐蝕性
が著しく劣ることが各々明らかである。

従ってこの発明の溶鋼注湯ノズルによると、耐火物の組
織を劣化を生じることなく、α−アルミナ等の非金属介
在物による内孔の狭さく、さらに閉塞を長時間安定して
抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明連続鋳造用ノズルの実施例を示すもので
第１図は浸漬ノズルの溶鋼に接触する内孔表層部にこの
発明の組成材料を設けた場合の縦断面図、第２図は浸漬
ノズルの内孔表層部及び下部溶鋼浸漬部にこの発明の組
成材料を設けた場合の縦断面図である。 １・・・内孔、２・・・部分、３・・・溶鋼注湯ノズル
、第 図 ／・・内孔 ２・・部分 ３・・溶鋼注湯ノズル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　少なくとも溶鋼と接触するノズル内孔表層部が鉱物
   組成としてＣａＯ・ＺｒＯ＿２を主成分とするカルシウ
   ムジルコネイト５０〜８９重量％，黒鉛１０〜３５％，
   鉱物組成として、ＣａＦ＿２を主成分とする蛍石０．５
   〜１０％から成ることを特徴とする連続鋳造用ノズル ２　鉱物組成としてＣａＯ・ＺｒＯ＿２を主成分とする
   カルシウムジルコネイトクリンカーの粒度が平均粒径と
   して４４μｍ以下，黒鉛の粒度が平均粒径として５００
   μｍ以下及び鉱物組成としてＣａＦ＿２を主成分とする
   蛍石の粒度が平均粒径として４４μｍ以下である請求項
   １記載の連続鋳造用ノズル