JPH08132200A

JPH08132200A - 溶融金属の鋳造方法

Info

Publication number: JPH08132200A
Application number: JP6272569A
Authority: JP
Inventors: Yoko Nagata; 陽子永田; Yasuhiro Kawashima; 康弘川島
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-11-07
Filing date: 1994-11-07
Publication date: 1996-05-28

Abstract

(57)【要約】【目的】溶融金属の注湯ノズルの閉塞を防止または低
減し、かつノズルからの吹き込みガス起因の製品欠陥を
防止する技術を開発する。【構成】Ｃ、SiC 、Al₂O₃ 、SiO₂、MgO 、ZrO₂、Ti
O₂、AlN またはBNのうちの１種または２種以上0 〜30 w
t ％、CaO:70〜100 wt％から成り、見かけ気孔率≦５％
の耐火物から構成した耐火物をタンディッシュの上ノズ
ル、スライディングゲートまたは浸漬ノズルの１カ所以
上に使用し、ノズル部分から注入溶鋼１トン当たり４Nl
以下の不活性ガスを吹込む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば連続鋳造におけ
るノズル閉塞を阻止し、吹込みガス起因の製品欠陥を防
止する溶融金属の鋳造方法およびそれに使用するノズル
に関する。なお、以下にあっては溶融金属としてその代
表例である溶鋼を例にとって説明する。

【０００２】

【従来の技術】近年、連続鋳造における浸漬ノズルの閉
塞が問題となっている。そのような浸漬ノズルの閉塞は
主に溶鋼中のAl₂O₃ 介在物がノズル内面に付着すること
から引き起こされ、特に溶鋼中にTiが添加された場合
は、ノズルへの介在物付着が促進される。

【０００３】ノズル閉塞が起きると付着介在物が原因で
製品の疵となったり鋳造作業の持続を阻害する。このよ
うにして起こるノズル閉塞の防止または低減の目的で従
来よりさまざまな方策がなされている。

【０００４】例えば、ノズル内でのガス吹きによるノズ
ルへの介在物付着防止対策や、Al₂O₃ 介在物と反応し、
低融点酸化物を形成することからノズルへの介在物付着
防止効果のあるZrO₂−CaO −Ｃノズルを使用する対策で
ある (例えば、特開昭55−114449号公報、特開平３−13
8054号公報) 。その他、浸漬ノズルの上部にあるタンデ
ィッシュノズル、スライディングゲートにもノズルの閉
塞防止のために不活性ガスを吹込むことにより、溶鋼と
ノズルの接触面積を低下させ、またノズル内面に付着し
たAl₂O₃ 介在物を剥離させてノズル閉塞を防止する方策
もとられている。しかし、不活性ガスの吹き込みは不活
性ガスが鋼中に残留してピンホールの原因となる可能性
があり、製品欠陥の原因となるため完全な対策とはいえ
ない。

【０００５】一方、材質の面からのノズル閉塞の防止策
である、CaO 含有量が30％以下のZrO₂−CaO 系耐火物を
ノズル材質に用いるという提案は、溶鋼中のAl₂O₃ がノ
ズル内面に付着した際、ノズル中のCaO と反応して低融
点物を形成し、ノズル内部に吸収されるかまたは溶鋼に
洗い流されていくことを利用してノズル閉塞を防止する
ものであるが、ノズル中のCaO 濃度が30wt％以下である
ため、今日一般的にみられるAl脱酸した溶鋼中のように
0.001 ％以上とAl₂O₃ 量が高い場合、ノズル閉塞防止の
効果が期待できるとは限らない。これはAl₂O₃ とCaO が
反応して当初は低融点物を形成しても、ノズル中のCaO
濃度が減少してくるとAl₂O₃ とCaO の反応生成物の融点
は高くなり、最終的にはノズル壁に付着するからであ
る。これらの問題を解決するにはCaO 濃度を高めれば良
いが、CaO が高濃度の耐火物は、スポーリング (熱衝撃
による割れ) を起こしやすく、スポーリングを起こすと
耐火物の隙間に溶鋼が流れ込む危険があり、耐火物の破
片が溶鋼中に混入し溶鋼汚染が問題となる。従って、連
続鋳造に用いる浸漬ノズルの閉塞の問題は根本的な解決
に至ってはいないのが現状である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、溶融
金属を注湯する場合に、注湯ノズルの閉塞を防止または
低減し、かつノズルからの吹き込みガス起因の製品欠陥
を防止する技術の開発にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、Al₂O₃ とCaO
が反応して低融点物を生成するという点に着目して、種
々検討を重ねた結果、CaO の含有量と気孔率と組成とを
適切に調整し、CaO を高含有量で含みかつ緻密質とする
ことにより、CaO の吸湿性の問題を解消し、さらに耐熱
衝撃性および耐スポーリング性が大幅に改善されること
を知り、本発明を完成した。

【０００８】すなわち、Al₂O₃ とCaO が反応して低融点
物を生成するという知見は従来より広く知られているこ
とであるが、CaO は水分を吸収しやすいため取扱いが難
しく、また熱衝撃性が低いため実操業のレベルでは使用
が困難であった。

【０００９】しかし、本発明者らは気孔率が10％以下、
CaO 70wt％以上とすることによって、好ましくはCaO 70
wt％以上、残部が炭素、炭化物、酸化物、または窒化物
の１種または２種以上からなり、見掛け気孔率10％以
下、さらに好ましくは、炭素、SiC などの炭化物、Al₂O
₃ 、SiO₂、MgO 、ZrO₂、TiO₂などの酸化物、BN、AlN な
どの窒化物の１種以上合計で０〜30％、CaO 70〜100 wt
％から成る組成を有する耐火物から成るノズルを用いる
ことにより、ノズルの耐熱衝撃性および耐スポーリング
性が向上し、かつ、溶鋼中のAl₂O₃ 系介在物が多量に付
着しても、ノズル中のCaO 濃度が高いためにノズルと介
在物との反応生成物の融点は高くなることはなく、よっ
てノズルに介在物の付着も起こらずノズル閉塞も起こら
ないことを見い出した。

【００１０】また、介在物の付着防止ノズル部のCaO が
ない部分に付着した、CaO と反応できない若干の介在物
の除去、鋳型内の保温や鋳型内の介在物の浮上凝集除去
の促進のために必要なノズルからの溶湯中への吹込みガ
ス量を４Nl/ton (溶鋼) 以下にすることで吹込みガス起
因の欠陥が大幅に減少することを見いだした。

【００１１】ここに、本発明の要旨とするところは、Ca
O が70wt％以上、見掛け気孔率が10％以下からなる材質
の耐火物をタンディッシュの上ノズル、スライディング
ゲートまたは浸漬ノズルの１カ所以上に使用し、ノズル
部分から注入溶融金属１トン当たり４Nl以下の不活性ガ
スを吹込むことを特徴とする溶融金属の鋳造方法であ
る。

【００１２】また、別の面からは、本発明は、CaO が70
wt％以上、好ましくは73wt％以上、残部が炭素、炭化
物、酸化物または窒化物の１種または２種以上からな
り、見掛け気孔率が10％以下からなる材質の耐火物を、
タンディッシュの上ノズル、スライディングゲートまた
は浸漬ノズルの１カ所以上に使用し、ノズル部分から注
入溶融金属１トン当たり４Nl以下の不活性ガスを吹込む
ことを特徴とする溶融金属の鋳造方法である。

【００１３】さらに別の面からは、本発明は、Ｃ、SiC
、Al₂O₃ 、SiO₂、MgO 、ZrO₂、TiO₂、AlN またはBNの
うちの１種または２種以上合計で0 〜30 wt ％、CaO:70
〜100wt％から成り、見かけ気孔率≦５％の耐火物から
構成したことを特徴とする内装型または一体型の溶融金
属注湯用ノズルである。

【００１４】このノズル材質は、ガス吹き込み位置に係
わらず、タンディッシュ上ノズル、スライディングゲー
ト、浸漬ノズルとして１カ所以上に使用すればよいが、
少なくともガス吹き込み位置に相当する箇所の材質を上
記ノズル材質とすることが好ましい。

【００１５】なお、「内装型」とは、母材ノズル内のノ
ズル通胴部、吐出孔部の全て、もしくはその一部に本発
明で用いるCaO 含有組成物から成るノズルを嵌め込んだ
ものであり、「一体型」とはスラグライン部に別材質を
セットし他は本発明のCaO 含有組成物から成るノズルで
構成することである。

【００１６】かくして、本発明によれば、特にAl脱酸し
た溶融金属 (例：溶鋼、Ni基合金、Co基合金) を連続的
に鋳込む際のノズル内表面へのAl₂O₃ 系介在物の付着を
効果的に阻止できる。

【００１７】

【作用】以下、本発明の構成をその作用とともに説明す
る。本発明にかかる鋳造法において用いられる溶融金属
注湯用ノズルは、耐吸湿性に優れ、耐熱衝撃性を備えた
ノズル閉塞を防止できるノズルである。本発明において
１つの重要な点は、高純度、緻密質 (見掛け気孔率10％
以下)のCaO を70wt％以上の高濃度で含有する耐火物を
用いる点である。

【００１８】従来より、ノズル閉塞の防止策としてノズ
ルに付着する溶鋼中のAl₂O₃ とノズル中のCaO を反応さ
せることにより低融点物を生成させてノズルへの介在物
付着を防止するという方策がとられているが、既存の材
質では特にAl脱酸したときのように溶鋼中のAl₂O₃ 量が
多い場合、ノズル閉塞防止の効果が期待できるとは限ら
ない。

【００１９】これは従来のノズルの材質の気孔率が大で
あるために、溶鋼中のAl₂O₃ とノズル中のCaO が反応し
て生成した低融点のカルシウムアルミネートがノズル内
の細孔を通って内部へと浸透する吸収型の構造であるこ
とが原因となっている。つまりAl₂O₃ とCaO が反応して
当初は低融点物を形成しても、ノズル中のCaO 濃度が減
少してくるとAl₂O₃ とCaO との反応生成物の融点は高く
なり、最終的にはノズル壁に付着するからである。

【００２０】この点、本発明にかかるCaO ノズルは10％
以下と気孔率が極めて低く、緻密であり、高純度である
ため、従来型とは異なる溶損型のノズルである。しかも
このCaO ノズルはCaO 含有量が70wt％以上とノズル中の
CaO 濃度が高いために溶鋼中のAl₂O₃系介在物が多量に
付着してもノズルと介在物との反応生成物の融点は高く
なることはなく、よって、ノズルに介在物の付着も起こ
らず、その結果、ノズル閉塞を防止し、しかも緻密質で
あることから、吸湿性の問題も解決される。気孔率は好
ましくは５％以下、さらに好ましくは２％以下であり、
一方、CaO 含有量も好ましくは90％以上、より好ましく
は95％以上である。

【００２１】さらに、このノズルをタンディッシュノズ
ル、スライディングノズル、浸漬ノズルの一部もしくは
全部に使用することにより、タンディッシュ(T/D) から
モールドまでのノズル閉塞を完全に防止することができ
る。またこのCaO ノズルは、単独の一体型ノズルとして
使用しても、従来のノズルに嵌め込む内装型ノズルとし
て使用しても十分効果がある。

【００２２】また、本発明の好適態様によれば、その溶
融金属注湯用ノズルは、耐熱衝撃性の向上のためにＣ、
SiC のような炭化物、さらにはAl₂O₃ 、SiO₂、MgO 、Zr
O₂、Ti酸化物のような酸化物や、AlN 、BNのような窒化
物を１種または２種以上合計で０〜30wt％含有し、残部
はCaO を70〜100 wt％含有し、気孔率10％以下の緻密な
CaO(カルシア) 系ノズルである。

【００２３】すなわち、これまでカルシア(CaO) は耐熱
衝撃性、耐スポーリング性が高くないことから、優れた
特性を種々持ちながら利用範囲が限定されていた。しか
しながら、本発明においては、Ｃ、SiＣ、Al₂O₃ 、Si
O₂、MgO 、SiO₂、TiO₂、AlＮ、ＢＮのような耐熱衝撃性
の優れた炭素、炭化物、酸化物、窒化物をさらにカルシ
アに添加することにより、カルシア製ノズルの耐スポー
リング性を向上させることができる。また、カルシアに
添加する物質が炭化物でない場合には、ノズル内に溶融
金属が通過してもノズルからのカーボンピックアップは
防止される。

【００２４】かかる効果を発揮させるためには、Ｃ、Si
Ｃ、Al₂O₃ 、SiO₂、MgO 、ZrO₂、TiO₂、AlＮ、ＢＮのう
ちの少なくとも１種を合計量で０〜30wt％以下配合す
る。これを越えて配合すると鋳込量の増加に伴いノズル
が溶損してしまう。下限は特に制限ない。好ましくは25
〜0.005 ％である。

【００２５】さらに、従来、CaO には吸湿性の問題があ
るとされてきたが、本発明によれば、CaO 高純度のノズ
ル材としての気孔率を10％以下に制限することで、高純
度、緻密質となり、従来の吸湿性の問題は解消できる。

【００２６】なお、CaO に含まれる不純物としては、Ca
O の焼結を助ける作用を有するSiO₂、Al₂O₃ 等が挙げら
れる。CaO の純度としては特に制限ないが、一般には9
9.99〜70％程度である。

【００２７】本発明のCaO 系ノズルは高純度、高濃度で
あり、従来の吸収型とは異なる溶損型のノズルである。
このCaO 系ノズルはノズル中のCaO 濃度が高いために溶
鋼中のAl₂O₃ 系介在物が多量に付着してもノズルと介在
物との反応生成物の融点は高くなることはなく、よって
ノズルに介在物の付着も起こらない。その結果、ノズル
閉塞を防止し、しかも成分調整が施され、適度の気孔率
をもつためスポーリング性の問題も解決され、ノズルに
予熱時、雰囲気中の水分からノズルを保護できるような
耐水性樹脂をコーティングすれば耐吸湿性が向上し、作
業性の問題も解決される。

【００２８】ここに、本発明によれば、上述のCaO 系ノ
ズルを使用するとともに、溶湯中に不活性ガスの吹き込
みを行うが、このノズル部からガスを吹き込む方法は、
ノズル閉塞防止のために広く使われるが、吹き込みガス
起因の製品欠陥が起こり、吹き込みガス量を減少させな
くてはならない。しかし、吹き込みガスは介在物の付着
防止ノズル部のCaO がない部分に付着した、CaO と反応
できない若干の介在物の除去、鋳型内の保温や鋳型内の
介在物の浮上凝集除去の促進のために必要なため、製品
の品質基準によっては少量のガス吹きを行った方がよい
場合がある。

【００２９】図１に純度99.5％のCaO に添加成分Ｃ、Si
ＣおよびMgO 、Ti酸化物、Al窒化物をそれぞれ添加した
組成を有し、気孔率＝３％のCaO から成るノズルに表１
の組成の溶鋼 ([Ti]＝０wt％、sol[Al] ＝0.06wt％) を
注湯したときの結果を示す。本例で用いたCaO は純度が
99.5％ということで、JIS (R2205の測定方法による)に
よって測定した吸水率はゼロであった。

【００３０】比較例として表２に示す組成をもったアル
ミナグラファイト製ノズルを用いて同様の注湯試験を行
い、その結果を同じく図１に示す。図１の結果から分か
るように、本発明で規定する範囲のCaO 濃度(70 wt％以
上) のノズルには介在物の付着は見られなかったが、本
発明のCaO 濃度域より低いCaO 濃度では若干の介在物付
着が見られた。また、実験後、割れやひび等の欠陥は見
られなかった。

【００３１】また図２に本発明のノズルと本発明のノズ
ルより気孔率の高いノズルを用いて図１の場合と同成分
の溶鋼([Ti] ＝０wt％、sol[Al] ＝0.06wt％) を200 kg
注湯した時のノズルの溶損量を示す。図示の結果より気
孔率が10％以下、さらには５％以下にすることが望まし
いことが分かる。

【００３２】次に、本発明ノズルの一部を切り出したプ
レートと本発明ノズルのCaO 濃度より気孔率の高い材質
のプレート (気孔率＞10％) を大気中と水を張ったデシ
ケータ内の２条件で放置し、プレートの吸湿による崩壊
を調査した。その結果、本発明ノズルのプレートは大気
中、デシケータ内のどちらの条件においても３週間以上
品質に何の変化も起こらなかった。しかし、本発明ノズ
ルより気孔率の高いプレートでは１週間以内に崩壊また
はクラックが入るなど品質に異常をきたした。この結果
より実操業で高濃度のCaO 系ノズル耐火物を使用するに
は品質上、気孔率10％以下が望ましいことが分かる。

【００３３】次に本発明ノズルを500 ℃／hrにて1000℃
まで昇温、その後ファンによる急冷を行った。その結果
を表５に示す。表５より本発明に示すような炭化物、Ti
酸化物、窒化物を添加することにより耐スポーリング性
が向上したことがわかる。

【００３４】次に、ノズルからの吹込みガス量とガス介
在物起因の製品欠陥の数との関係を図３に示す。このと
きのノズルの組成はいずれの場合にも同様の傾向を示し
たので、図１の場合のノズルを使用した例だけを示す。
図示結果よりガス量４Nl／トンを超えると急激にガス起
因の欠陥が増加する。この結果より、ガス起因の欠陥を
抑制するにはガス量を４Nl／トン以下が望ましく、欠陥
の数を1(ヶ/ton) 以下にするには吹込みガス量は0.1 以
上４Nl／トン以下にするのが望ましいことが分かる。こ
こで、本発明にかかる溶融金属の鋳造方法について図４
を参照しながら具体的に説明すると次の通りである。

【００３５】図中、タンディッシュ10の底部には上ノズ
ル12に続いて浸漬ノズル14が設けられ、その間には上固
定盤16が介在している。これらのノズル12、14の内側に
は本発明にかかるノズルがそれぞれ内側ノズル20、21、
22として設けられている。

【００３６】ここに、溶融金属の注湯に当たっては、タ
ンディッシュ内の溶融金属は上ノズル、浸漬ノズルを経
て鋳型26内に供給される。そのときノズル部からはArガ
スなどの不活性ガスが溶湯中に吹き込まれる。特に、本
発明は溶融金属としてTi：１％程度含有する溶鋼を鋳造
する場合の浸漬ノズルに一体型として内装型として用い
れば一層顕著な付着防止が図られる。

【００３７】

【実施例】次に実施例により本発明を具体的に説明す
る。 (実施例１)表１に示した組成の溶鋼にTi、Alを添加し、
ノズル閉塞を起こしやすいとされているTi入り極低炭素
鋼 (Ti＝0.05wt％、sol[Al] ＝0.06wt％) を、CaO 99.5
％、気孔率0.5 ％である組成を有する耐火物で図４に示
す内側ノズルを構成し、これを用いて溶湯して、注湯実
験を行った。注湯温度は1600℃、溶鋼量は２トンであっ
た。

【００３８】表２は本例において比較例として用いた従
来例のアルミナグラファイトノズルの組成を示す。結果
は、表６にまとめて示す。

【００３９】(実施例２)表１に示した組成の溶鋼にTi、
Alを添加した低炭素鋼 (sol[Al]=0.06％) 2tonを表３に
示す組成の本発明ノズルと表２に示す組成のアルミナグ
ラファイトノズルおよびアルミナノズルを用いてノズル
よりガスを吹き、図４の装置によって注湯実験を行っ
た。

【００４０】この結果を表７に示す。この結果から本発
明ノズルによりノズル閉塞は低減され、ガス量≦４Nl／
トンにすることによりガス起因の欠陥の低減を行えるこ
とは明らかである。

【００４１】(実施例３)表１に示した組成の溶鋼にTi、
Alを添加した低炭素鋼 (sol[Al]=0.06％) を表４に示す
組成の本発明ノズルと表２に示す組成のアルミナグラフ
ァイトノズルを用いて図７の装置により注湯実験を行っ
た。注湯温度は1600℃、溶鋼量は2000kgであった。

【００４２】この時の各ノズルへの介在物付着状況を表
８に示す。この表より本発明ノズルを使用することによ
り、また本発明ノズル材質の浸漬ノズルとの併用により
ノズル閉塞の原因となるノズルへの介在物付着は軽減お
よび０となった。

【００４３】

【表１】

【００４４】

【表３】

【００４５】

【表５】

【００４６】

【表６】

【００４７】

【表７】

【００４８】

【表８】

【００４９】

【発明の効果】溶融金属鋳造の際、本発明の鋳造方法を
実施することにより、ノズル閉鎖の低減およびガス起因
欠陥の防止が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ノズル中の不添加成分濃度とノズルへの介在物
付着量との関係を示すグラフである。

【図２】ノズルの気孔率とノズルの溶損量との関係を示
すグラフである。

【図３】吹込みガス量と欠陥発生数との関係を示すグラ
フである。

【図４】実施例の実験状況の一例を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ２２Ｄ 41/32 8414−4Ｋ 41/42 8414−4Ｋ 41/54 41/58 Ｃ０４Ｂ 35/057

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 CaO が70wt％以上、見掛け気孔率が10％
以下からなる材質の耐火物をタンディッシュの上ノズ
ル、スライディングゲートまたは浸漬ノズルの１カ所以
上に使用し、ノズル部分から注入溶融金属１トン当たり
４Nl以下の不活性ガスを吹込むことを特徴とする溶融金
属の鋳造方法。
【請求項２】 CaO が70wt％以上、残部が炭素、炭化
物、酸化物、または窒化物の１種または２種以上からな
り、見掛け気孔率が10％以下からなる材質の耐火物を、
タンディッシュの上ノズル、スライディングゲートまた
は浸漬ノズルの１カ所以上に使用し、ノズル部分から注
入溶融金属１トン当たり４Nl以下の不活性ガスを吹込む
ことを特徴とする溶融金属の鋳造方法。