JPH05309452A - 連続鋳造用セラミックス鋳型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 銅板に複数のセラミックスチップを内張りし
連続鋳造用鋳型において、一つのセラミックスで溶融金
属及び凝固シェルとの優れた潤滑性能と接着剤による銅
板との強固な接合性能とを実現すること。 【構成】 セラミックスが溶融金属あるいは凝固シェル
と接する側と銅板に張りつける側の成分を変え、少なく
とも二層以上の構造にしたセラミックス鋳型である。溶
融金属あるいは凝固シェルと接する側を、ｈ−ＢＮの成
分量を５０〜９７％含みそれ以外の成分がＳｉ，Ａｌ，
Ｏ，Ｎ，Ｃａ，Ｂ，Ｃ及びそれらの化合物からなるセラ
ミックスとし、銅板と接合する側を、ｈ−ＢＮの成分量
を３〜５０％含みそれ以外の成分がＳｉ，Ａｌ，Ｏ，
Ｎ，Ｃａ，Ｂ，Ｃ及びそれらの化合物から成るセラミッ
クスとして、潤滑性能と接合性能の優れたセラミックス
鋳型を構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融金属からスラブ、
ブルームまたはビレットなどの鋳片を連続鋳造する湾曲
型、垂直型または水平型連続鋳造機に用いられる鋳型、
特にブレークアウトの発生を防止し、オシレーションマ
ーク、表面疵等の欠陥がない鋳片を製造する連続鋳造用
鋳型に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼等の連続鋳造において、セラミックス
を鋳型銅板表面に設置したセラミックス鋳型で鋳造する
ことにより、鋳片品質に対する種々の効果が考えられ
る。

【０００３】例えば、セラミックスを銅板の表面に設置
して、銅板の高熱伝導率を緩和して緩冷却して均一な冷
却を行うことにより形状の優れた鋳片や、セラミックス
の優れた潤滑性を利用して、巻き込みによる鋳造欠陥や
疵の原因になりやすいパウダーやオシレーションの使用
を回避して表面品質の優れた鋳片を製造する方法があ
る。

【０００４】セラミックスを銅板に設置する方法として
は、例えば特開昭６４−２７７４３号公報のように丸型
鋳型に寸法公差を微小に調整することにより、例えば焼
嵌め状態にして接触させて保持する方法や、特開昭６３
−１６０７５１号公報のようにセラミックスと金属の複
合体を製作し、複合体の金属部分と銅板をろう付けによ
り接合する方法や、無機接着剤によってセラミックスを
銅板に接合する方法がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の方法は、何
れも銅板とセラミックスの接合境界面がお互いの熱膨張
差により発生する剪断応力によって疲労して破損に至る
という問題がある。

【０００６】セラミックス鋳型に必要な特性としては、
溶融金属あるいは鋳片と接する部分は潤滑性能が最も要
求され、銅板と接合する部分は、接合剤との良好な濡れ
性が極めて重要な特性である。

【０００７】セラミックス鋳型においては、潤滑用のパ
ウダーの使用を回避するため、セラミックスが溶融金属
あるいは凝固シェルと接する部分はセラミックス自身が
高い潤滑性能を有していることが必要である。潤滑性の
あるセラミックスとしては六方晶系ボロンナイトライド
（以下ｈ−ＢＮという）を含む物が最も優れている。し
かしながら、ｈ−ＢＮの組織は鱗片状になっており潤滑
性能には極めて有利であるが、接着剤で接合するには、
接着剤との濡れ性が悪く大きな接合強度を実現すること
は困難であった。

【０００８】このように、従来のセラミックスには両面
別々の異なる特性を満足した物はなく、強固な接合力を
しかも長時間にわたり安定した接合状態を維持するのは
極めて困難であった。

【０００９】本発明が解決すべき課題は、一つのセラミ
ックスで溶融金属及び凝固シェルとの優れた潤滑性能と
接着剤による銅板との強固な接合性能とを実現すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の連続鋳造用セラ
ミックス鋳型は、溶融金属あるいは凝固シェルと接する
側の特性と、銅板と接合する側の特性とを変えセラミッ
クスを内張りすることにより、溶融金属及び凝固シェル
との潤滑性に優れ、銅板との接合強度が高く、長期にわ
たり安定した鋳造を可能としたものである。

【００１１】溶融金属あるいは凝固シェルと接触する側
には、ｈ−ＢＮの成分量を５０〜９７％含みそれ以外の
成分がＳｉ，Ａｌ，Ｏ，Ｎ，Ｃａ，Ｂ，Ｃ及びそれらの
化合物から成るセラミックスを設け、該セラミックスの
成分を段階的あるいは徐々に変化させてゆき反対側の銅
板と接合する側は、ｈ−ＢＮの成分量を３〜５０％含み
それ以外の成分がＳｉ，Ａｌ，Ｏ，Ｎ，Ｃａ，Ｂ，Ｃお
よびそれらの化合物から成るセラミックスを設ける。

【００１２】潤滑用のパウダーを使用しない連続鋳造で
は、溶融金属あるいは凝固シェルと接する側のセラミッ
クスの性質としては、潤滑性能が最も重要な性質であ
る。ｈ−ＢＮを含むセラミックスを用いるのは、ｈ−Ｂ
Ｎの持つ固体潤滑機能を発揮させるためである。また、
溶融金属注入時の熱衝撃によるヒートクラックを回避す
るにはｈ−ＢＮの低熱膨張性が有利である。その好まし
いｈ−ＢＮの成分量は５０〜９７％である。ｈ−ＢＮが
５０％未満であると、固体潤滑機能のほかにｈ−ＢＮの
持つ本来の特性、例えば溶融金属にたいする耐蝕性、難
濡れ性、耐熱衝撃性が損なわれるためである。ｈ−ＢＮ
が９７％超になると凝固シェルの摺動による摩耗が大き
くなる。

【００１３】また銅板に接合する側のセラミックスの性
質としては、溶融金属に対する耐蝕性、難濡れ性、耐熱
衝撃性は不要であるが、有機接着剤との良好な濡れ性が
必要である。その好ましいｈ−ＢＮの成分量は３〜５０
％である。ｈ−ＢＮが３％未満であると熱伝導率、熱膨
張などの特性が、溶融金属あるいは凝固シェルと接する
側のセラミックスと大きく異なってしまい、抜熱量との
低下やセラミックス境界面での剥離が生じてしまう。ｈ
−ＢＮが５０％超になると、ｈ−ＢＮの鱗片状組織が顕
著となり、有機接着剤との濡れ性が極端に低下してしま
う。

【００１４】ｈ−ＢＮ以外の成分として元素Ｓｉ，Ａ
ｌ，Ｏ，Ｎ，Ｃａ，Ｂ，Ｃからなる成分を選択するの
は、耐蝕性などの性質が更に向上するからである。焼結
体のＳｉ，Ａｌ，Ｏ，Ｎ，Ｃａ，Ｂ，Ｃ成分は、出発原
料としてＳｉＯ₂ ，Ｓｉ₃ Ｎ₄ ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＡｌＮ，
ＣａＯ−Ｂ₂ Ｏ₃ 化合物，ＣａＢ₆ ，Ｂ₄ Ｃを用いるの
が好ましい。また焼結体のｈ−ＢＮの出発原料はｈ−Ｂ
Ｎをそのまま用いてもよいし、焼結過程でｈ−ＢＮに変
化するものならすべて用いられる。

【００１５】焼結体中のｈ−ＢＮ以外の成分として、Ｓ
ｉＯ₂ ，Ｓｉ₃ Ｎ₄ ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＡｌＮ，ＣａＯ−Ｂ
₂ Ｏ₃ 化合物，ＣａＢ₆ ，Ｂ₄ Ｃ，Ｓｉ₂ Ａｌ₃ Ｏ
₇ Ｎ，Ｓｉ₃ Ａｌ_2.67Ｏ₄ Ｎ₄ ，Ｓｉ₃ Ａｌ₃ Ｏ
₃ Ｎ₅ ，Ｓｉ₆ Ａｌ₁₀Ｏ₂₁Ｎ₄ Ａｌ₆ Ｓｉ₂ Ｏ₁₃，Ａｌ
₃ Ｏ₃ Ｎ，ＣａＯ−ＳｉＯ_{2 ,} ＣａＯ−ＳｉＯ₂ −Ｂ₂
Ｏ₃ 等を用いるのは、ｈ−ＢＮ本来の特性、特に耐蝕
性、難濡れ性、耐熱衝撃性を損なわない焼結体が得られ
るからである。例えば３Ａｌ₂ Ｏ₃ ＳｉＯ₂ が焼結体に
含まれると耐熱衝撃性が発揮され、Ｓｉ₃ Ａｌ₃ Ｏ
₃ Ｎ, ＡＩＮが含まれてくると耐熱衝撃性が劣り、耐蝕
性が良好となる。

【００１６】このようにｈ−ＢＮ及びｈ−ＢＮ以外の成
分を変化させることにより、ｈ−ＢＮを含むセラミック
スの特性を一方の面と他方の面で変化させることが可能
である。

【００１７】含有成分を変化させて両方の面で異なる組
成を有するセラミックスを製造する方法として、例えば
泥漿法がある。

【００１８】一例として、ｈ−ＢＮが７０％でｈ−ＢＮ
以外の成分として元素Ｓｉ，Ａｌ，Ｏ，Ｎ，Ｃａ，Ｂ，
Ｃからなる泥漿をセッコウ型に流し込み、所定の肉厚に
達したときに余剰の泥漿を排出する。この後ｈ−ＢＮが
３０％でｈ−ＢＮ以外の成分として元素Ｓｉ，Ａｌ，
Ｏ，Ｎ，Ｃａ，Ｂ，Ｃからなる泥漿を流し込み、所定の
肉厚まで着肉させる。

【００１９】以上のように含有量の異なるセラミックス
泥漿法によって積層することにより、境界の結合が強固
で且つセラミックスの特性を両方の面で変化させること
が可能である。

【００２０】

【作用】セラミックス鋳型に必要な特性としては、溶融
金属あるいは鋳片と接する部分は潤滑性能が最も要求さ
れる。また、銅板と接合する部分は、接着剤との良好な
濡れ性が極めて重要な特性である。本発明のように、一
つのセラミックスの両面においてそれぞれ特性の異なる
セラミックスをセラミックス鋳型に適用することによ
り、セラミックスを銅板に強固に接合でき、しかも長期
にわたり安定して強度を維持することができる。溶融金
属あるいは凝固シェルと接するセラミックスの面は、固
体潤滑性に優れており、潤滑用パウダーを使用しなくて
も良好な鋳造が可能である。

【００２１】また、セラミックスと溶融金属の接する部
分は、セラミックスチップの巾及び長さを１０〜３００
ｍｍに小分割すること及びｈ−ＢＮが本来有している耐
熱衝撃性により、溶融金属注入時の急激な温度上昇に対
して割損することはない。

【００２２】さらに、泥漿法で製造することにより、セ
ラミックスの成分を段階的あるいは除々に変化させるこ
とが可能となり、内部に温度の極端に異なる断続部が生
じることがない。このためセラミックス境界面での熱膨
張差による熱応力の低減、および疲労による接合面から
の剥離を防止することが可能となる。

【００２３】

【実施例】一例として、泥漿法により製造した三層セラ
ミックスを小分割にして張りつけたセラミックス鋳型を
用いた実機操業の結果について説明する。

【００２４】ｈ−ＢＮが７０％でｈ−ＢＮ以外の成分と
してＳｉ，Ａｌ，Ｏ，Ｎ，Ｃａ，Ｂ，Ｃからなる泥漿を
セッコウ型に流し込み、所定の肉厚に達したときに余剰
の泥漿を排出する。この後ｈ−ＢＮが３０％でｈ−ＢＮ
以外の成分としてＳｉ，Ａｌ，Ｏ，Ｎ，Ｂからなる泥漿
を前記泥漿のうえに流し込み所定の肉厚に達した後余剰
の泥漿を排出する。以上のように含有量の異なるセラミ
ックスを泥漿法により積層した後、Ｎ雰囲気で１８００
℃で常圧焼結した。

【００２５】以上のようにして製造したセラミックスを
銅板表面に銅粉を混合した有機接着剤でタイル状に接合
したセラミックス鋳型を製作した。

【００２６】図１は製作したセラミックス鋳型の断面構
造を示す図で、銅板１に銅板側セラミックス２と境界層
セラミックス４と溶鋼側セラミックス３の三層構造から
なるセラミックスを接着剤５により接着している。ここ
で、溶鋼７の湯面６近傍のセラミックスとその下方のセ
ラミックスとは、銅板側セラミックス２と溶鋼側セラミ
ックス３の厚さを変えている。なお、図中８は銅板１の
冷却水の流入口、９は流出口であり、１０は凝固シェル
である。

【００２７】表１にセラミックスの材質を、表２に操業
条件と使用結果を示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】以上のような構成で製作したセラミックス
鋳型で鋳造したところ、セラミックスが割れたり、銅板
から剥離を生じるような設備トラブルは発生しなかっ
た。

【００３１】また、パウダーを使用しないにもかかわら
ず、ｈ−ＢＮの固体潤滑によってブレークアウトを発生
することなく操業できた。鋳片にはオシレーションマー
クや従来発生していたパウダーの噛み込みがなく、極め
て優れた表面品質を有する製品を得ることができた。

【００３２】

【発明の効果】本発明によって以下の効果を奏すること
ができる。

【００３３】溶融金属あるいは凝固シェルと接する側
のセラミックスの面は、固体潤滑性に優れており、潤滑
用パウダーを使用しなくても良好な鋳造が可能である。

【００３４】溶融金属あるいは凝固シェルの接する部
分は、セラミックスが小分割されていること及びｈ−Ｂ
Ｎが本来有している耐熱衝撃性により、溶融金属注入時
の急激な温度上昇に対して破損することはない。

【００３５】銅板に張りつける側のセラミックスの面
は、接合性に優れており、接合強度が高く、長期にわた
り安定した鋳造が可能となる。

【００３６】組成の異なるセラミックスを泥漿法によ
り積層することにより、比較的簡単に製造することがき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例のセラミックス鋳型の断面構造を
示す図である。

【符号の説明】

１ 銅板 ２ 銅板側セラミックス ３ 溶鋼側セラミックス ４ 境界層セラミックス ５ 接着剤 ６ 湯面 ７ 溶鋼 ８ 冷却水流入口 ９ 冷却水流出口 １０ 凝固シェル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大徳 一美 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新 日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 野上 不二哉 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新 日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 浜口 千代勝 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新 日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 下笠 知治 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新 日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 栗田 澄彦 佐賀県西松浦郡有田町1664番地 株式会社 香蘭社内 (72)発明者 中島 真澄 佐賀県西松浦郡有田町1664番地 株式会社 香蘭社内 (72)発明者 一瀬 正信 佐賀県西松浦郡有田町1664番地 株式会社 香蘭社内 (72)発明者 岡崎 康文 福岡県北九州市小倉北区東港１丁目３番25 号 大阪酸素工業株式会社九州支社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 銅板に複数のセラミックスチップを内張
   りした連続鋳造用鋳型において、セラミックスが溶融金
   属あるいは凝固シェルと接する側と、銅板に張りつける
   側の成分を変え、少なくとも二層以上の構造にしたこと
   を特徴とする連続鋳造用セラミックス鋳型。
2. 【請求項２】 溶融金属あるいは凝固シェルと接する側
   にｈ−ＢＮの成分量を５０〜９７％含みそれ以外の成分
   がＳｉ，Ａｌ，Ｏ，Ｎ，Ｃａ，Ｂ，Ｃ及びそれらの化合
   物からなるセラミックスを設け、該セラミックスの成分
   を徐々に変化させてゆき反対側の銅板と接合する側は、
   ｈ−ＢＮの成分量を３〜５０％含みそれ以外の成分がＳ
   ｉ，Ａｌ，Ｏ，Ｎ，Ｃａ，Ｂ，Ｃ及びそれらの化合物か
   ら成るセラミックスを設けたことを特徴とする連続鋳造
   用セラミックス鋳型。