JPH06321618A - スライディングノズルプレートの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 取鍋、タンデイッシュなどの溶鋼容器に付設
される、製造工程が短期間でかつ耐用性に優れたＳＮプ
レートの製造方法を提供する。 【構成】 特定の化学成分のアルミナ・ジルコニア・チ
タニア質原料を溶融して得られた合成原料が３〜５０ｗ
ｔ％、残部が酸性、中性、塩基性原料の一種または二種
以上を主材とする配合物に結合剤を添加し、混練、成
形、焼成した後、必要に応じてピッチ、タールまたは樹
脂を含浸する。 【効果】 本発明で得られるＳＮプレートは、配合にカ
ーボンを含有しないため、還元焼成が不必要となり、し
かも耐熱スポーリング性、耐食性、耐溶損性に優れてお
り、耐用寿命も向上している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、取鍋、タンデイッシュ
などの溶鋼容器に付設されたスライディングノズル装置
の耐火物部材として用いられるスライディングノズルプ
レート（以下、ＳＮプレートと称す）の製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】ＳＮプレートは、溶鋼の流量制限の機能
を有するため非常に高度な特性が要求される。すなわ
ち、ＳＮプレートは溶鋼流による摩耗、急激な熱衝撃、
摺動駆動による摩耗などの物理的作用に加え、溶鋼また
は溶融スラグ等による化学的な侵食作用を受ける。した
がって、具備すべき特性としては耐摩耗性、耐熱スポー
リング性、耐食性などが要求される。

【０００３】このため最近では、このＳＮプレートの材
質として、アルミナを主体としたものが多く用いられて
いる。その場合、通常、寿命を向上させる目的で酸化焼
成後にタールまたはピッチを含浸処理するようにしてい
る。しかし、このようにタールまたはピッチを含浸処理
したものでは、操業時にこれらタールまたはピッチから
の発煙が著しく、作業環境を悪化させるとともに、スラ
イディングノズル装置全体を汚染するなどの問題があっ
た。

【０００４】タールまたはピッチからの発煙を解消する
ためには、アルミナを主体とした材質にタールまたはピ
ッチを含浸処理した後、発煙が無くなる温度まで熱処理
することにより、操業中に無発煙状態にすることは可能
であるが、このようにした場合には、耐熱スポーリング
性が低下してノズル孔エッジ部の欠けや、摺動面のピー
リング（面剥離）の発生などのＳＮプレート特有の現象
が生じることとなる。

【０００５】そこで耐熱スポーリング性を向上させるた
め、無発煙性の材質として配合にカーボンを含有したア
ルミナ−カーボン質、あるいはこれにシリマナイト、ア
ンダルサイトなどの天然原料、ムライトやムライト・ジ
ルコニアなどの合成原料を添加して熱膨張率を低くした
アルミナ−ムライト−カーボン質、あるいはアルミナ−
ムライト−ジルコニア−カーボン質などが使用されるよ
うになった。しかし、これらの材質は耐食性においては
ある程度満足し得るものの、製造時にタールまたはピッ
チからの発煙が無くなるまで熱処理を行うため、アルミ
ナを主体とした材質のタール無発煙処理よりも軽減され
てはいるが、急激な熱衝撃によるノズル孔エッジ部の欠
けや、摺動面のピーリング（面剥離）などといったＳＮ
プレート特有の問題は依然として解決されていない。

【０００６】このような問題を改善したものとして、特
公昭６４−１１５９０号公報においては、ＳＮプレート
材質の粗粒および／または中粒域にアルミナ原料、ジル
コニア原料、チタニア原料を溶融して得られた合成原料
（以下、アルミナ・ジルコニア・チタニア質原料と称
す）を特定の割合配合することにより、ノズル孔エッジ
部の欠けや、摺動面のピーリングを減少させ、しかもノ
ズル孔の耐溶損性を向上させる方法が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述さ
れている公報に開示されている改善材質はいずれも配合
にカーボンを含有しているため、製造に際しての焼成中
に、酸化防止のために、ＳＮプレートをサヤに詰め、コ
ークスブリーズを充填した後、非酸化焼成、いわゆる還
元焼成を行わねばならず、そのため、焼成工程が長期
化、複雑化するという問題点がある。

【０００８】本発明は、このような問題点を解消するた
めになされたもので、短期間の製造工程でかつ耐用性に
優れたＳＮプレートの製造方法を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記焼成
工程の長期化、複雑化を解決すべく鋭意検討した結果、
特定の化学成分のアルミナ・ジルコニア・チタニア質原
料を３〜５０ｗｔ％とし、残部が酸性、中性、塩基性原
料の一種または二種以上を主材とする配合物に結合剤を
添加し、混練、成形し、その後アルミナを主体とした材
質と同様に酸化焼成するという方法でＳＮプレートを製
造すれば、大幅に焼成工程が短縮できることを見い出
し、本発明を完成するに至ったものである。

【００１０】すなわち本発明によるＳＮプレートの製造
方法は、アルミナ原料、ジルコニア原料、チタニア原料
を溶融して得られるとともに、アルミナ３０〜６９．７
ｗｔ％、ジルコニア３０〜６０ｗｔ％、チタニア０．３
〜１０ｗｔ％の化学組成を有する合成原料を３〜５０ｗ
ｔ％とし、残部が酸性、中性、塩基性原料の一種または
二種以上を主材とする配合物に結合剤を添加し、混練、
成形、焼成した後、必要に応じてピッチ、タールまたは
樹脂を含浸することを特徴とするものである。

【００１１】本発明のＳＮプレートの配合には、カーボ
ンを含有していない。従来の配合のようにカーボンを含
有したＳＮプレートにおいて、配合中のカーボンの役割
は、その低膨張性を利用した耐熱スポーリング性の向上
である。本発明では耐熱スポーリング性を向上させるた
め、アルミナ・ジルコニア・チタニア質原料を使用す
る。

【００１２】アルミナ・ジルコニア・チタニア質原料
は、コランダム結晶粒界に単斜晶ジルコニアが分散した
ような組織を有する。このアルミナ・ジルコニア・チタ
ニア質原料中の単斜晶ジルコニアは６００〜１２００℃
の温度範囲で容積変化を引きおこし、配合中のアルミナ
・ジルコニア・チタニア質原料の粒界近辺に微小なクラ
ックを生成させる。したがって、この微小なクラックの
生成により、耐熱スポーリング性を向上させる。

【００１３】アルミナ原料、ジルコニア原料を溶融して
得られるアルミナ・ジルコニア質原料も同様な効果が現
われるが、アルミナ・ジルコニア質原料を使用したＳＮ
プレートは操業方法によっては、冷却から加熱を繰り返
して使用する場合があり、この場合、原料自身にも微小
なクラックが発生し、粒子強度自体が非常に弱くなり、
れんが自体の強度も低下する。その欠点を解消するた
め、本発明のＳＮプレートの配合には、チタニアを添加
することにより正方晶ジルコニアを生成させ粒子強度を
高めるアルミナ・ジルコニア・チタニア質原料を含有さ
せている。

【００１４】アルミナ・ジルコニア・チタニア質原料
は、ＳＮプレート配合全体に３〜５０ｗｔ％含有させ
る。３ｗｔ％未満では、微小なクラックの生成量が少な
く、耐熱スポーリング性向上の効果が現われない。ま
た、５０ｗｔ％を超えると、微小なクラックの生成量が
多くなり、ＳＮプレートれんがの強度、耐摩耗性が低下
し、さらにクラックの合体で、れんがに外観で判別でき
るほどの大きなクラックが生じ、製品化が困難になる。

【００１５】本発明で使用できるアルミナ・ジルコニア
・チタニア質原料の化学成分は、アルミナが３０〜６
９．７ｗｔ％、ジルコニアが３０〜６０ｗｔ％、チタニ
アが０．３〜１０ｗｔ％とする。

【００１６】ジルコニアが３０ｗｔ％未満の場合にアル
ミナが６９．７ｗｔ％を超えると、コランダム結晶周囲
のジルコニアが少なくなり、粒子の強度が低下する。ま
た、ジルコニアが６０ｗｔ％を超えアルミナが３０ｗｔ
％未満の場合においても、コランダム結晶の生成が少な
くなり、粒子の強度は低下する。

【００１７】従来のＳＮプレートには、一般に適量のカ
ーボンを配合に含有している。カーボンは、公知のよう
に、耐熱スポーリング性の効果を付与し、耐スラグ浸透
性にも優れている。本発明のＳＮプレートには、配合に
カーボンを含有していないが、アルミナ・ジルコニア・
チタニア質原料中のジルコニアの使用割合を多くしたた
め粒子間に微小なクラックを多く生じ熱応力を吸収す
る。したがって、このアルミナとジルコニアの化学成分
範囲において、耐熱スポーリング性が向上し、従来のカ
ーボン使用の場合と同等以上の効果が得られ、またカー
ボンを含有しないことによって焼成工程の短縮に貢献す
る。

【００１８】チタニアが１０ｗｔ％を超えるとチタン酸
ジルコニウムを生成し、粒子の強度が低下する。またチ
タニアが０．３ｗｔ％未満では正方晶ジルコニアは生成
せず、粒子強度が非常に弱くなり、れんが自体の強度も
低下する。

【００１９】本発明では、前述のアルミナ・ジルコニア
・チタニア質原料を３〜５０ｗｔ％とし、残部が酸性、
中性、塩基性原料の一種または二種以上を主材とする配
合物に結合剤を添加するようにしている。

【００２０】酸性原料は、ムライト、ムライト・ジルコ
ニア、ジルコニア、ジルコニア−カルシア、シリカなど
であり、中性原料は、アルミナ、アルミナ・マグネシア
スピネル、クロミアなどである。また、塩基性原料の例
としては、マグネシア、カルシアなどがあげられる。

【００２１】また、容積安定性を目的として、２０μｍ
以下の単斜晶ジルコニアおよび窒化珪素などを添加する
と耐熱スポーリング性をさらに向上させるうえで好まし
い。本発明のＳＮプレートは、以上からなる配合物を混
練、成形、焼成するが、混練には結合剤として、例え
ば、リグニンスルフォン酸ソーダ溶液、ＰＶＡやフラン
樹脂、フェノール樹脂、タール、ピッチなどの一種また
は二種を添加する。

【００２２】従来のＳＮプレートは、配合にカーボンを
含有しており、カーボンと他の原料との比重差により、
混練前に十分、分散、混合させるために別設備で予備混
合が必要であった。これに対して、本発明のＳＮプレー
トは、配合にカーボンを含有しないため、予備混合は必
要なく、それにより混練工程を短縮させることができ
た。

【００２３】成形は、例えばオイルプレスやフリクショ
ンプレスによる一軸成形で行うことができる。また、ラ
バープレスによる成形も可能である。焼成については、
本発明の成果により、従来の還元焼成が不必要となり、
酸化雰囲気での焼成が可能となった。

【００２４】従来の還元焼成では、トンネルキルンの場
合、サヤ製作が必要であり、台車の積み付け作業として
は、サヤ内部にれんがを入れて、れんがとれんがとの間
にコークスブリーズを充填させるので、酸化焼成と異な
り、作業負荷は大きい。

【００２５】焼成に際しても、焼成温度管理が比較的簡
単な酸化焼成と異なり、還元焼成においてはサヤ内部の
温度管理が必要で、サヤ内部に熱電対を取り付けて計測
しなければならない。

【００２６】また、作業日数もサヤ詰め還元焼成の場
合、台車積み付けに酸化焼成と比較してより時間がかか
り、焼成後もサヤ台車は冷却により日数がかかる。焼成
後、必要に応じてピッチ、タール、樹脂を含浸する。そ
の後、タール発煙が起こらない温度範囲、例えば２００
℃以上で熱処理を行い、気孔中に炭素分を充填させても
よい。含浸剤の種類にはこだわるものではないが、含浸
作業の効率化やれんがの強度を考慮すれば炭化収率が２
５％以上のものを使用するのが望ましい。

【００２７】また、ＳＮプレート摺動面の平滑性を向上
させるため、必要によっては研磨を行ってもよい。

【００２８】

【実施例】次に、本発明によるＳＮプレートの製造方法
の実施例とその比較例を示す。表１、表２には、本発明
実施例およびその試験結果、比較例およびその試験結果
がそれぞれ示されており、表３には、表１、表２で使用
した配合組成が示されている。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】

【表３】

【００３２】各実施例においては、いずれも表３に示す
配合物に結合剤としてフェノール樹脂を外掛けで４ｗｔ
％添加し３００ｋｇバッチでミキサーにより混練、長さ
４００ｍｍ×幅２５０ｍｍ×厚さ４５ｍｍのＳＮプレー
ト形状に成形後、トンネルキルンで１６００℃にて酸化
焼成した。焼成後、ピッチ含浸し、熱処理を行った。さ
らに摺動面の平滑性を向上させるため、研磨を行い供試
体とした。こうして得られた供試体の製造工程日数を測
定し、次にスポット・スポーリングテスト、急熱急冷式
スポーリングテスト、侵食テスト、耐摩耗性について試
験を行った。

【００３３】比較例１〜３は、従来方法による還元焼成
を行ったものである。比較例４〜６は、アルミナ・ジル
コニア・チタニア質原料の化学成分が本発明の範囲外で
あり、カーボンを含有していないので、酸化焼成を行っ
ている。また、比較例７、８は、アルミナ・ジルコニア
・チタニア質原料が本発明の３〜５０ｗｔ％の範囲外で
あり、還元焼成を行ったものである。

【００３４】製造工程日数；比較例１〜３、比較例
７、８の工程日数２６日に対して、実施例１〜８、比較
例４〜６は１７日であった。なお、図１には、従来品と
本発明品のそれぞれの製造工程および製造工程日数が示
されている。

【００３５】スポット・スポーリングテスト；ＳＮプ
レートノズル孔のエッジ部分をガスバーナーで１６００
〜１６５０℃に加熱し、亀裂が発生するまでの時間
（‘ｓｅｃ’、‘亀裂無し’で表現）、亀裂の大きさ
（‘大’、‘中’、‘小’、‘微小’、‘無し’で表
現）を測定した。

【００３６】急熱急冷式スポーリングテスト；５０ｍ
ｍ×５０ｍｍ×５０ｍｍのサイコロ状サンプルをＳＮプ
レートより切り出し、１５００℃の電気炉に３分間入れ
た後、水冷する操作をくり返し、亀裂が発生するまでの
回数（‘回数’、‘亀裂無し’で表現）、剥離するまで
の回数（‘回数’、‘亀裂無し’で表現）を測定した。

【００３７】侵食テスト；回転ドラムによるもので、
鉄片１ｋｇをガスバーナーで溶融し、１６５０℃×５時
間の条件で行い、カーボンを含有している比較例１を１
００とした指数で示した。

【００３８】耐摩耗性；サンドブラスト法により、ア
ルミナ微粒を５分間吹き付けて、摩耗寸法（最大深さ）
を測定した。表１および表２に示されている試験結果か
ら明らかなように、アルミナ・ジルコニア・チタニア質
原料を特定の割合で配合し、酸化焼成を行った本発明の
ＳＮプレートは、還元焼成を行っていた従来方法による
比較例１〜３の製造工程日数２６日に比べ、いずれも１
７日と非常に優れた結果を出している。また、亀裂が入
るまでの時間が長くなり、亀裂が入ったとしても小さ
い。さらに、急熱急冷式スポーリングテストにおいても
剥離の傾向がまったく出ず、耐熱スポーリング性が著し
く向上した。

【００３９】また、耐食性、耐摩耗性も比較例に比べて
著しく向上しているのがわかる。一般にＳＮプレートな
どのれんがの侵食機構は、溶鋼による化学的溶損と、溶
鋼とれんが組織内の粗粒子・マトリックス部の摩耗など
の物理的溶損から成り立っている。したがって、耐食性
が著しく向上したのは、アルミナ・ジルコニア・チタニ
ア質原料内のジルコニアが高耐食性であるためと、酸化
焼成によるれんがの強度増加によるためと考えられる。

【００４０】また、従来、耐熱スポーリング性が劣って
いた塩基性質のＳＮプレートれんがについても、本発明
品は、耐熱スポーリング性、耐摩耗性が優れている。実
機試験；前記実施例の項とほぼ同様の方法で実機形状に
製造した実施例のＳＮプレートを実際に、２５０ｔ溶鋼
取鍋のスライディングノズル装置に付設し、受鋼した結
果を観察した。本発明のＳＮプレートは、実機試験にお
いてもノズル孔エッジ部の欠け（‘大’、‘中’、
‘小’、‘微小’、‘無し’で表現）、摺動面のピーリ
ング（‘大’、‘中’、‘小’、‘微小’、‘無し’で
表現）、ノズル孔の溶損状況（‘大’、‘中’、
‘小’、‘微小’、‘無し’で表現）、耐用寿命（使用
回数を‘ｃｈ’で表現）とも、表１，表２に示すように
比較例より良好な結果が得られた。

【００４１】

【発明の効果】以上のように構成されている本発明によ
れば、前述の試験結果からも明らかなように、従来から
の問題点であった長期間の製造工程日数を２／３以下に
短縮し、同時にノズル孔エッジ部の欠けや、摺動面のピ
ーリングを減少させ、しかもノズル孔の耐溶損性を向上
させることができた。また、耐食性にも優れ、その結
果、耐用寿命を格段に向上させることができ、その経済
的効果は非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のＳＮプレートと本発明のＳＮプレートの
製造工程および製造工程日数を対比したフローチャート
図。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミナ原料、ジルコニア原料、チタニ
   ア原料を溶融して得られるとともに、アルミナ３０〜６
   ９．７ｗｔ％、ジルコニア３０〜６０ｗｔ％、チタニア
   ０．３〜１０ｗｔ％の化学組成を有する合成原料を３〜
   ５０ｗｔ％とし、残部が酸性、中性、塩基性原料の一種
   または二種以上を主材とする配合物に結合剤を添加し、
   混練、成形、焼成することを特徴とするスライディング
   ノズルプレートの製造方法。
2. 【請求項２】 アルミナ原料、ジルコニア原料、チタニ
   ア原料を溶融して得られるとともに、アルミナ３０〜６
   ９．７ｗｔ％、ジルコニア３０〜６０ｗｔ％、チタニア
   ０．３〜１０ｗｔ％の化学組成を有する合成原料を３〜
   ５０ｗｔ％とし、残部が酸性、中性、塩基性原料の一種
   または二種以上を主材とする配合物に結合剤を添加し、
   混練、成形、焼成した後、ピッチ、タールまたは樹脂を
   含浸することを特徴とするスライディングノズルプレー
   トの製造方法。