JPH09110540A

JPH09110540A - 溶融金属鋳造用耐火物及びその製造方法

Info

Publication number: JPH09110540A
Application number: JP7297409A
Authority: JP
Inventors: Norio Kondo; 憲生近藤
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1995-10-20
Publication date: 1997-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】溶融金属鋳造に用いて、熱衝撃や熱履歴によ
る亀裂の発生を防止し、また、発生亀裂の拡大を抑止す
る溶融金属鋳造用耐火物の提供。【解決手段】アルミナ、ジルコニア、シリカ及びマグ
ネシアよりなる群から選ばれた１または２以上の耐火性
原料と、カーボン及び／または金属からなる添加剤とを
含有してなる溶融金属鋳造用の耐火物であり、内部に低
熱膨張性材料で形成されるファイバーまたはネットが層
状に配設されてなることを特徴とする溶融金属鋳造用耐
火物。本発明の溶融金属耐火物において、耐火性原料が
シリカであり、添加剤がカーボンであり、低熱膨張性材
料がカーボンまたは炭化ケイ素であることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は溶融金属鋳造用耐火
物及びその製造方法に関し、更に詳しくは、溶融金属の
連続鋳造において溶鋼の流量を制御するスライディング
ノズル等に使用される溶融金属鋳造用耐火物を改良し熱
衝撃や熱履歴による亀裂の発生を抑止し、且つ、発生亀
裂の拡大を防止する溶融金属鋳造用耐火物及びその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から溶融金属の鋳造用として多くの
耐火物が用いられており、例えば、製鉄所において溶鋼
流量の制御のために使用されるスライディングノズル等
は各種の改良が重ねられている。それらの改良は、構造
的なものや耐火物原料の組成に関するもの等種々である
が、いずれも溶鋼等の極めて高温度の溶融金属が接触す
ることによる損傷や熱衝撃破損に対する改良技術各種提
案されている。例えば、実公昭５９−４２１９８号公報
では、溶融金属鋳造用エアシール・パイプとして金属も
しくはカーボン繊維等の耐火性繊維の円筒網目状構造体
を内挿したものが提案されている。これは熱的、機械的
ストレスに対抗して引張り強度を高め、耐スポール性に
優れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記実
公昭５９−４２１９８号公報で提案のものは、金属繊維
等を用いるため焼成時や使用時に、浸炭現象が起き効果
が小さい。また、熱膨張が大きいため引張り強度の作用
が強くない等で好ましくない。特に、従来、溶融金属鋳
造用として多用されている耐火物は、主に、アルミナ、
ジルコニア、マグネシア及びシリカ等を主成分とし、カ
ーボンや金属等が添加剤として用いられているものであ
り、このような耐火物において、カーボンまたは金属の
繊維等を内挿しても、鋳造時の熱衝撃や熱履歴に対して
十分な耐性を有するものでなく、亀裂の発生を防止する
ことや、亀裂からの拡大の防止も未だ満足できるもので
なかった。溶融金属鋳造における耐火物の亀裂は、溶鋼
の漏出、空気の吸い込み、鋼付着等多くの不都合を生ず
るため、十分な防止技術が更に求められている。本発明
は、上記のような溶融金属鋳造用耐火物の現状を鑑みな
されたものであり、熱衝撃や熱履歴に対して亀裂を生じ
難く、長期間安定して連続的に使用できる溶融金属鋳造
用耐火物の提供を目的とする。発明者は、上記目的を達
成すべく鋭意研究を重ね、アルミナを主成分とする通常
の耐火物の熱膨張率が６×１０^-6程度であることに着目
し、これよりも熱膨張率が低い材料を所定にして配設す
ることにより、耐熱衝撃に優れ亀裂の発生を著しく低減
して防止できることを見出し、本発明を完成した。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、アルミ
ナ、ジルコニア、シリカ及びマグネシアよりなる群から
選ばれた１または２以上の耐火性原料と、カーボン及び
／または金属からなる添加剤とを含有してなる溶融金属
鋳造用の耐火物であり、内部に低熱膨張性材料で形成さ
れるファイバーまたはネットが層状に配設されてなるこ
とを特徴とする溶融金属鋳造用耐火物が提供される。上
記本発明の溶融金属鋳造用耐火物において、耐火性原料
がシリカであり、添加剤がカーボンであることが好まし
い。また、低熱膨張性材料がカーボンまたは炭化ケイ素
であることが好ましく、その低熱膨張性材料により形成
されるファイバーが太さが５〜５００μｍで、長さが５
ｍｍ以下であることが好ましく、また、ネットはその太
さが５０〜５００μｍの糸状体で構成され、且つ、目開
きが３〜２０ｍｍであることが好ましい。

【０００５】また、本発明によれば、少なくとも耐火性
原料としてシリカ、添加剤としてカーボンを含有する耐
火物原料粉末配合土を用いて、耐火物の中間部の少なく
とも一平面に該耐火物より低熱膨張性のファイバーまた
はネットの層を有するように所定に成形し、得られた成
形体を１１５０〜１３５０℃で焼成することを特徴とす
る溶融金属鋳造用耐火物の製造方法が提供される。

【０００６】本発明は上記のように構成され、従来から
溶融金属鋳造に用いられている耐火物より低熱膨張性材
料からなるファイバーまたはネットを層状に配置したこ
とから、熱衝撃等の熱応力に対する耐性に優れ、また、
曲げ強度、引張り強度等機械的強度も向上し、高温度の
溶融金属との接触による亀裂発生を著しく低減すること
ができる。また、たとえ耐火物母材と上記低熱膨張性材
料との熱膨張率の差により亀裂が発生した場合でも、低
熱膨張性材料がファイバーやネット状で配設されること
から、引張り強度が向上することから亀裂の拡大を抑制
することができる。特に、耐火性原料としてシリカ、添
加剤としてカーボンを含有させ、１１５０℃以上に加熱
焼成して耐火物を形成する場合、低熱膨張性材料、特に
炭化ケイ素のファイバーやネットが生成核として作用し
て、ＳｉＣが形成され易くなり、且つ、生成されるＳｉ
Ｃがウイスカー状として母材組織中に入り込む状態とな
り強固に連結されて一体化されるため、機械的強度のよ
り一層の向上を図ることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。本発明の溶融金属鋳造用耐火物を構成する耐火性
原料としては、従来公知の溶融金属鋳造用耐火物原料を
用いることができ、通常、アルミナ、ジルコニア、シリ
カ及びマグネシアよりなる群から選ばれた１または２以
上の耐火性原料である。これらのうち、特に、アルミナ
及びジルコニアが好ましい。シリカは耐食性が劣り、マ
グネシアは強度が弱く熱膨張が大きいためである。ま
た、添加剤としてカーボン及び／または金属を用いる。
これら添加剤は、マトリックスとして作用するため本発
明において必須である。カーボンは、通常、ピッチ粉、
黒鉛が用いられ、金属はシリコンまたはアルミニウム等
が用いられる。上記耐火物原料成分は、通常の耐火物製
造と同様に、通常、粉体として用いることが好ましい。

【０００８】本発明の溶融金属鋳造用耐火物の低熱膨張
性材料としては、一般的な鋳造用耐火物の熱膨張率が６
×１０^-6であり、これと同等またはより低い約２〜４×
１０^-6の熱膨張率を有する耐熱性物質であればよい。例
えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）は４×１０^-6であり、カー
ボンは２×１０^-6であり、好適に使用することができ
る。これに対し、耐熱性金属材料は、耐熱ではあるが一
般に熱膨張率が高く、約１〜２×１０^-5であり、耐火物
生成のための９００℃以上の高温焼成において、耐火物
原料中に添加剤にカーボンを用いる等の炭素源が存在す
る場合には侵炭や炭化物の生成が起こり、耐火物の強度
が低下し易くなるので好ましくない。特に、耐火物の用
途がスライドゲートの場合には、加工時に水に濡れるこ
ともあり、炭化物が生成され存在するとそれら炭化物の
水和反応が起こる可能性があるので好ましくない。

【０００９】本発明において、上記低熱膨張性材料は、
溶融金属鋳造用耐火物内部にファイバー及びネット状で
配設される。ファイバーまたはネット状で配設すること
により、連続的な構造をとることができ、引張応力に方
向性をもたせることができ好ましい。ファイバーの太さ
は、耐火物の寸法との関係で種々変更することができる
が、通常、５〜５００μｍとするのが好ましい。５μｍ
未満の場合には、耐火性原料との分散性や強度の低下を
招くので好ましくない。５００μｍを超えると熱膨張差
によるずれが生じ易く密着が悪くなり不都合を生じるた
めである。ファイバー長さは、５ｍｍ以下とするのが好
ましい。分散性を良好に保持するためである。しかし、
あまり短すぎると効果が小さくなるため、通常、２〜４
ｍｍのものが用いられる。一方、ネットを構成する繊維
の太さは、５０〜５００μｍとするのが好ましい。５０
μｍ未満の場合には、変形したり強度の低下を招くので
好ましくない。５００μｍを超えるとファイバーと同様
に密着性が低下するためである。ネットの目開きは３〜
２０ｍｍとするのが好ましい。３ｍｍ未満の場合には変
形し易く、２０ｍｍを超えると強度が低下して、亀裂抑
制効果が不十分となり易いので好ましくない。

【００１０】本発明の上記アルミナ、ジルコニア、シリ
カ及びマグネシア等の耐火性原料と上記低熱膨張性材料
との組み合わせについては、特に制限されるものではな
く、任意の組合わせを採用することができる。特に、耐
火性原料にＳｉ成分とＣ成分が含まれる場合には、低熱
膨張性材料としてＳｉＣを使用するのが好ましい。例え
ば、耐火性原料にシリカ及びカーボンを含有する場合、
耐火物生成のための高温、約１１５０℃〜１３５０℃の
高温焼成においてシリカによる珪素（Ｓｉ）とカーボン
とが反応してＳｉＣが生成される可能性が高い。従っ
て、ＳｉＣ製のファイバーやネットを耐火性原料に所定
に配設して焼成すれば、ファイバーやネットがＳｉＣ生
成の核となり、その核部分からウィスカーが成長し、耐
火性原料からなる母材組織内に延び強固に連結されて一
体化するため、一層良好な亀裂発生防止及び亀裂拡大抑
制効果を奏する。

【００１１】本発明の上記ファイバー及びネットは、耐
火物内部に層状に配設する。このファイバー層及びネッ
ト層の配設数は、１または複数である。しかし、通常、
３層以上配設しても亀裂抑制効果はあまり向上するもの
ではなく、耐火物自体の製造効率も低下するため、通
常、１または２のファイバー層及びネット層を配設す
る。上記ファイバー層等の耐火物内部での配設位置とし
ては、使用面側、例えば、本発明の溶融金属鋳造用耐火
物がスライドゲートである場合には、摺動面側に近接し
た内部位置とするのが好ましい。具体的にはスライドゲ
ートの摺動面から、スライドゲートの全厚みの約３０％
の深さに配置するのが好ましい。摺動面から全厚さの３
０％未満でより浅い場合には、摺動面で母材が剥離する
可能性があり好ましくない。一方、３５％を超えると、
亀裂抑制効果が低減するので好ましくない。また、ファ
イバー層等を２層配設する場合は、第１層を上記のよう
に約３０％の位置に配設し、第２層を５０〜７０％の位
置に配設するのが好ましい。第２層がこの範囲を外れる
場合は、第１層に近過ぎると１層と２層間で強度が低下
する。また、第１層から離れ過ぎると裏面側が剥離する
おそれがあり、更に、熱的な影響が小さいため充分な効
果が得られないためである。

【００１２】

【実施例】本発明について図面を参照し実施例に基づ
き、更に詳細に説明する。但し、本発明は、下記の実施
例に制限されるものでない。実施例１アルミナ８０重量％、カオリナイト５重量％、カーボン
４重量％、シリコン２重量％、添加剤９重量％の配合比
からなる原料に、フェノールレジンを混入し、配合土を
得た。得られた配合土をスライドゲートの成形型に充填
した。この際、配合土の約１／３を上記成形型に充填
し、次いで、太さ３０μｍ、長さ３ｍｍのカーボンファ
イバーを配合土表面に散布した後、更に１／３の配合土
を充填して同様にカーボンファイバーを散布し、その
後、残りの配合土を充填し、２ｔｏｎ／ｃｍ² で加圧成
形してスライドゲート成形体を得た。次に、得られた成
形体を７００〜８００℃の還元雰囲気中で焼成し、摺動
面側を平面研磨機にて研磨加工し、図１に示すようなス
ライドゲート摺動盤１を得た。

【００１３】図１において、このスライドゲート摺動盤
１は、厚さ（ｄ）が４ｃｍであり、摺動面Ｓから裏面凸
部の溶融金属流出部２に貫通孔３が形成され、且つ、２
層の第１ファイバー層４及び第２ファイバー層５が配設
されており、第１ファイバー層４の配設位置は、摺動面
Ｓからスライドゲート１の厚さｄの約３０％の１．３ｃ
ｍの深さであり、第２ファイバー層５の配設位置は約７
０％の１．３ｃｍの深さにあった。

【００１４】（性能評価）上記のようにして得られたス
ライドゲート摺動盤１を、図２に示したテスト装置を用
いて耐久性能評価試験を行った。即ち、図２において、
得られたスライドゲート摺動盤１の摺動面Ｓ上に、貫通
孔３を閉鎖する状態でスライドゲート固定盤１０を配置
し、スライドゲート固定盤１０のノズル孔１１に誘導加
熱炉で溶融した約１６００℃の溶鋼１２を注入する操作
を３回繰り返して行い、ノズル孔１１に接する摺動面を
中心に亀裂の発生の有無を観察した。その結果、スライ
ドゲート摺動盤１に亀裂の発生は認められなかった。

【００１５】実施例２上記実施例１と同様にして得られた成形体を１１５０〜
１３５０℃で焼成した。その結果、得られた焼成体の強
度が向上することが確認された。これは、高温焼成によ
り内部でＳｉＣが生成され、ファイバーと結合したため
推測される。

【００１６】比較例１実施例１のスライドゲート摺動盤の製造において、配合
土に直接カーボンファイバーを混入して分散させ、次い
で、成形、焼成した。この場合には、成形加圧時にファ
イバーがスプリングバック作用を示し、焼成不良などの
不都合を引起こし、得られるスライドゲートの品質を低
下させた。この結果、層状配設が好ましいことが確認さ
れた。なお、この場合、ファイバー長を５ｍｍ以下にす
ることにより、耐火物品質の低下を回避できることが確
認された。

【００１７】比較例２カーボンファイバーを配設しなかった以外は、実施例１
と同様の操作を繰り返し、スライドゲート摺動盤を得
た。上記と同様に性能評価を行った結果、０．５ｍｍ以
上の太い亀裂が５〜６本発生した。

【００１８】実施例３実施例１の配合土を使用し、カーボンファイバーの代用
として、繊維太さ２００μｍ、目開き１０ｍｍのＳｉＣ
ネットを埋設した。但し、ＳｉＣネットの個数はは１層
とし、得られた焼成体の形状は、４００×２００×５０
（ｍｍ）の板状体であった。この板状体を試験片として
常温曲げ強度を測定した結果、２２ＭＰａであった。

【００１９】比較例３ＳｉＣネットの代わりに金属ネットを用いた以外は、実
施例２と同様の操作を繰り返し、常温曲げ強度を測定し
た結果、２０ＭＰａであった。このことより、ＳｉＣを
配設すると、金属に比し曲げ強度が約１０％向上するこ
とが分かる。

【００２０】上記において本発明を実施例により説明し
たが、本発明はこれら実施例の外、その要旨の範囲内で
種々の変形が可能である。例えば、配合土の組成や成
形、焼成条件は実施例１記載のものに限定されるもので
はなく、種々の組成、成形条件、焼成条件を採用でき
る。また、本発明の耐火物の用途もスライドゲートに限
定されるものではなく、鋳造用不焼成上ノズルや下ノズ
ルにも適用できる。

【００２１】

【発明の効果】本発明の溶融金属鋳造用耐火物は、内部
に熱膨張率が低い材料を所定形状に配設するため、熱衝
撃や熱履歴に対して亀裂を生じ難く、また生じた亀裂の
拡大を抑止し長期間使用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の耐火物の一実施例を示す断面説明図で
ある。

【図２】本発明の実施例で用いた耐久性能評価に用いた
テスト装置の説明図である。

【符号の説明】

Ｓ摺動面ｄスライドゲート厚さ１スライドゲート摺動盤２溶融金属流出部３貫通孔４第１ファイバー層５第２ファイバー層１０スライドゲート固定盤１１ノズル孔１２注入溶鋼

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミナ、ジルコニア、シリカ及びマグ
ネシアよりなる群から選ばれた１または２以上の耐火性
原料と、カーボン及び／または金属からなる添加剤とを
含有してなる溶融金属鋳造用の耐火物であり、内部に低
熱膨張性材料で形成されるファイバーまたはネットが層
状に配設されてなることを特徴とする溶融金属鋳造用耐
火物。
【請求項２】前記耐火性原料がシリカであり、添加剤
がカーボンである請求項１記載の溶融金属鋳造用耐火
物。
【請求項３】前記低熱膨張性材料が、カーボンまたは
炭化ケイ素である請求項１または２記載の溶融金属鋳造
用耐火物。
【請求項４】前記ファイバーが、太さ５〜５００μ
ｍ、長さ５ｍｍ以下である請求項１〜３のいずれか記載
の溶融金属鋳造用耐火物。
【請求項５】前記ネットが、太さ５０〜５００μｍの
糸状体により形成され、且つ、目開きが３〜２０ｍｍで
ある請求項１〜３いずれか記載の溶融金属鋳造用耐火
物。
【請求項６】少なくとも耐火性原料としてシリカ、添
加剤としてカーボンを含有する耐火物原料粉末配合土を
用いて、耐火物の中間部の少なくとも一平面に該耐火物
より低熱膨張性のファイバーまたはネットの層を有する
ように所定に成形し、得られた成形体を１１５０〜１３
５０℃で焼成することを特徴とする溶融金属鋳造用耐火
物の製造方法。
【請求項７】前記低熱膨張性ファイバーまたはネット
が、炭化ケイ素により構成される請求項６記載の溶融金
属鋳造用耐火物の製造方法。