JPH09277032A - 連続鋳造用耐火物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】鋼の連続鋳造に使用されるロングノズル、ロン
グストッパー、浸漬ノズル等、再使用や間欠使用の条件
で使用される場合に優れた耐用を示す連続鋳造用耐火物
の提供。 【解決手段】 粒径が０．０２ｍｍ以上０．７ｍｍ以下
の溶融シリカを０．５％以上８％以下添加し、残部が主
にアルミナ及び黒鉛からなり、使用前後のノズルの弾性
率の比が０．６５以上１．２０以下であることを要件と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼の連続鋳造に使
用されるロングノズル、ロングストッパー、浸漬ノズル
等に使用される耐火物に関し、とくに一度以上使用した
ノズルを再び同じ条件で使用する（以下「再使用条件」
と言う）あるいは使用途中で保熱あるいは放冷された後
受鋼する（以下「間欠使用条件」と言う）下で使用する
連続鋳造用耐火物に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の連続鋳造用耐火物は原単位・原単
価の低減のため高耐用であることの必要性が高まってお
り、例えば、従来では１回の鋳造毎に新しいものに交換
していたロングノズルやロングストッパーを鋳造終了後
に保管して、これを次の鋳造以降に使用する再使用条件
での使用方法が一般的になりつつある。

【０００３】ところが、その再使用時には、耐火物は一
度溶鋼による熱負荷を受けているため初回使用時とは耐
火物の物性が変化している。

【０００４】例えば、ロングノズルやロングストッパー
用の耐火物としては、特公昭４７−４９４０９号公報に
開示されているように、鋼の連続鋳造に耐え得る耐熱衝
撃性を有するように、熱膨張率の小さい溶融シリカを添
加したアルミナ黒鉛系耐火物が一般に使用されている。
ところが、溶融シリカを添加したアルミナ黒鉛系材質
は、熱負荷によって添加した溶融シリカがクリストバラ
イトに相変態を起こす。クリストバライトは２３０°Ｃ
付近で異常膨張を示すため組織が脆弱化する。このた
め、再使用時の熱衝撃に耐えられず亀裂や割れが発生し
易い。また、溶融シリカはカーボンによって還元されて
ＳｉＯガスとＣＯガスが発生し系外へ流出するため、溶
融シリカが存在していた部分は空洞となる。このため溶
鋼流による損耗が大きくなり耐食性が低下し、また強度
も低下して折れる可能性が大きくなる問題もある。

【０００５】また、溶融シリカを含有しないアルミナ黒
鉛系耐火物は、溶融シリカの変態や消失に伴う問題はな
いものの、受鋼による熱負荷の下では、アルミナ同士が
焼結するため弾性率が増大し、耐スポール性が低下す
る。元来、溶融シリカを含有しないアルミナ黒鉛系耐火
物は、熱膨張率が大きいため耐スポール性が高くない
が、再使用時は初回使用時よりもさらに熱スポールによ
る亀裂・割れが発生する頻度が高くなるという問題があ
る。

【０００６】なお、一部のロングノズルにおいては、鋳
造が終了した後に次の鋳造まで保熱された状態で保管さ
れる場合がある。この使用条件は完全に冷却された状態
まで戻らないので再使用条件とは言わず間欠使用条件と
呼ぶが、一度熱負荷を受けたノズルが次の鋳造開始時に
大きな熱衝撃を受けることから再使用条件の場合と同様
の問題が生じる。

【０００７】浸漬ノズルについてはロングノズル、ロン
グストッパーのような再使用は一般的ではないが、異な
る鋼種を連続して鋳造する際に浸漬ノズルをモールドか
ら引き上げて数分から十数分後に再び受鋼する使用はか
なり一般的である。この場合、浸漬ノズルはモールドか
ら引き上げられている間放冷状態にあり再び受鋼する際
は大きな熱衝撃を受ける。この使用条件はロングノズル
の間欠使用条件とほぼ同じである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明において解決し
ようとする課題は、再使用条件や間欠使用条件の下で使
用される連続鋳造用耐火物において、とくに問題となる
耐スポール性や耐食性の低下を抑制することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】アルミナ黒鉛系材質への
溶融シリカの添加に関しては、従来、耐スポール性を向
上させる場合には、溶融シリカを多量に添加して熱膨張
率を低下させ、耐食性を向上させる場合には溶融シリカ
を減量あるいは好ましくは無添加とするという考え方で
あり、これは、ノズルを初めて使用する際には有効であ
るが、再使用や間欠使用の条件下の使用，すなわち一度
熱負荷を受けた後の使用には適用できない。

【００１０】これに対して本発明は、再使用の条件下で
のアルミナ黒鉛系材質への溶融シリカの添加の影響につ
いて、ノズルの耐用性向上を目的に検討を行なった結
果、比較的少ない量の溶融シリカの添加でも、弾性率を
低減させる効果のため耐スポール性が改善され、耐食性
や強度とのバランスが良好であることにより耐用が向上
するという知見を得た。溶融シリカの添加によって弾性
率が低下する理由は、溶融シリカが熱負荷によってカー
ボンと反応して消失した空隙が歪みを吸収する効果を有
しているためと考えられる。

【００１１】再使用や間欠使用を考慮していない従来の
連続鋳造用耐火物は、耐食性を向上させるため溶融シリ
カを完全に除去したり、耐スポール性を向上させため１
０重量％以上添加することが特に好適とされていたが、
再使用や間欠使用の条件で使用される連続鋳造用耐火物
においては、溶融シリカの添加量は０．５重量％〜８重
量％が好適であることが判明した。

【００１２】さらに詳細に説明を加えると次のようにな
る。アルミナ黒鉛系材質へ添加された溶融シリカは、受
鋼により熱負荷を受けるとカーボンと反応して徐々に消
失する。消失によって生成した空隙は、再使用時の受鋼
によって発生する歪みを吸収する作用を有する。溶融シ
リカの添加量が多い場合は消失によって生成した空隙も
多くなり、場合によっては連結して組織欠陥となりう
る。しかし、微量に添加した場合は連結して組織欠陥と
なることも少ないためノズルの強度はほぼ使用前のレベ
ルを維持できる。また、多量に添加すると、従来の知見
から明らかなように、耐食性が低下しノズルの耐用向上
は難しい。溶融シリカを全く添加しない場合は、熱負荷
による空隙の生成はほとんどなく、さらに熱負荷によっ
てアルミナ同士が焼結して弾性率が増大し、受鋼によっ
て発生する歪みが大きな応力を生じるため、ノズルの亀
裂や割れが発生し易くなる。

【００１３】また、添加する溶融シリカの粒度について
検討した結果、大きすぎると熱負荷によって生成した空
隙が大きくなり、組織欠陥となって強度が低下すること
が明らかになった。また、小さすぎると一部がアルミナ
と反応してアルミナの焼結を促進する焼結助剤として作
用するため、弾性率が上昇し適当ではないことが明らか
になった。使用前のノズルの弾性率（Ｅ０）と再使用さ
れた後のノズルの弾性率（Ｅ１）とノズルの耐用の関係
を調査した結果、使用後に弾性率が大きく増大するノズ
ルは使用中に割れが多く発生すること、大きく低下する
ノズルは使用中に折れが多く発生することが明らかにな
った。これは使用中に弾性率が増大する材質は耐スポー
ル性が低下するためであり、弾性率が低下する材質は組
織が脆弱になっているためである。

【００１４】すなわち、本発明の再使用条件または間欠
使用条件下での使用に適した連続鋳造用耐火物は、粒径
が０．０２ｍｍ以上０．７ｍｍ以下の溶融シリカを０．
５重量％以上、８重量％以下添加し、残部が主にアルミ
ナ及び黒鉛からなる。

【００１５】さらに、使用前のノズルの弾性率をＥ０、
使用後のノズルの弾性率をＥ１とすると、Ｅ１／Ｅ０が
０．６５以上１．２０以下である。

【００１６】溶融シリカの添加量が０．５％以上８％以
下である理由は、０．５％未満では溶融シリカの消失に
よる空隙の生成量が少なく耐スポール性改善の効果が少
なく、８％を越えると耐食性の低下が大きく、さらに空
隙の生成量が多くなりすぎて組織欠陥を生じ強度が低下
するためである。

【００１７】溶融シリカの粒度を０．０２ｍｍ以上０．
７ｍｍ以下としたのは、０．０２ｍｍ未満ではアルミナ
と反応してアルミナの焼結を促進させて耐スポール性が
低下するためであり、０．７ｍｍより大きいと生成した
空隙が大きくなり組織欠陥となって強度が低下するため
である。

【００１８】使用前後の弾性率の比（Ｅ１／Ｅ０）が
１．２０を越えると耐スポール性の低下により割れが生
じ易くなり、０．６５未満では組織の脆弱化により折れ
が発生し易くなるためである。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の連続鋳造用耐火物は、従
来の連続鋳造用耐火物の場合と同様に製造でき、格別の
条件はない。

【００２０】

【実施例】溶融シリカの添加量について検討を行なっ
た。表１に示す配合割合の秤量物をミキサーにて混練
し、得られた配合物をＣＩＰにてｌｔｏｎ／ｃｍ²の圧
力で所定の形状に成形し、コークス中に埋め込んで１０
００°Ｃで１２時間焼成した。この焼成体を再使用時の
条件にするため、高周波炉にて溶解した１５５０°Ｃの
溶鋼中に８時間浸漬した後空冷して供試試料を得た。

【００２１】供試試料の曲げ強度、弾性率、熱膨張率、
耐スポール性を表す熱衝撃抵抗係数、侵食試験の結果を
表１に併記する。

【００２２】

【表１】 曲げ強度は３点曲げ法により、弾性率は音波法により、
熱膨張率は市販の熱膨張計により１０００°Ｃの値を示
した。熱衝撃抵抗係数は次式により算出した。数字は大
きいほど耐スポール性に優れていることを示す。

【００２３】 （曲げ強度）／［（弾性率）×（熱膨張率）］ 耐食性は、試験片を内張りしたるつぼを高周波炉に設置
し、低炭アルミキルド鋼を溶解して１６００°Ｃで１２
０分間保持した後の溶損量を測定し減少率に換算して指
数化した。数字は大きいほど耐食性に優れていることを
示す。

【００２４】比較例１と２は溶融シリカの添加量が本発
明よりも少ない場合であるが、耐食性は優れているもの
の弾性率が高いために耐スポール性が低い。比較例３は
溶融シリカの添加量が本発明より多く耐スポール性は良
好であるが、強度が低く使用中の折損が発生する可能性
が高く、また耐食性の低下も大きい。これらと比較して
実施例１〜４は耐スポール性、耐食性共に良好である。

【００２５】表１の中から実施例２と３及び比較例１と
３の配合をロングノズルの本体に用いて、スラブ用連鋳
機のロングノズルを作製した。これを極低炭及び低炭ア
ルミキルド鋼の鋳造に５本ずつ供した。予熱温度は約６
００°Ｃ、１チャージ約４０分で４〜６チャージ毎に再
使用した（再使用時も同様の予熱がある。）。使用前後
の弾性率を測定するため、使用前後のノズルから試料を
採取して弾性率を測定した。

【００２６】その使用結果を表２に示す。比較例１は再
使用あるいは再々使用開始時にスポーリングによると思
われる浸漬部の割れが発生し、平均チャージ数では最も
悪い結果となった。比較例３はスラグラインの溶損が大
きく、少ないチャージ数で廃棄されたり、スラグライン
が折れるため平均チャージ数は大きくなかった。これら
と比較して実施例２及び実施例３は耐スポール性・耐食
性に優れるため耐用性に優れる結果となった。弾性率の
変化と使用結果の関係では、割れの発生が多かった比較
例１は１．２０を越えており、折れの発生が多かった比
較例３は０．６５未満となっている。

【００２７】

【表２】 次に溶融シリカの粒度について検討を行なった。表３に
示す配合割合の秤量物を混練し、表１の場合と同様に供
試サンプルを作製した。また、品質の評価についても同
様の方法にて実施した。

【００２８】比較例４は溶融シリカの粒度が本発明より
大きいために強度の低下が大きく、また耐スポール性、
耐食性も低レベルである。比較例５は溶融シリカの粒度
が本発明より小さいために弾性率が高く耐スポール性が
非常に悪い。これらに対して本発明の実施例は耐スポー
ル性、耐食性共に優れている。

【００２９】

【表３】 表３の中から実施例６と７及び比較例４と５の配合をロ
ングノズルの本体に用いて、スラブ用連鋳機のロングノ
ズルを作製した。これを前述したものと同様の条件にて
使用した。

【００３０】その使用結果を表４に示す。比較例４はス
ラグラインの溶損が大きく、少ないチャージ数で廃棄さ
れたり、スラグラインが折れるため平均チャージ数は大
きくなかった。比較例５は再使用あるいは再々使用開始
時にスポーリングによると思われる浸漬部の割れが発生
したため平均チャージ数は大きくなかった。これらと比
較して実施例６及び７は耐スポール性・耐食性に優れる
ため耐用性に優れる結果となった。弾性率の変化と使用
結果の関係では、折れの発生が多かった比較例３は０．
６５未満となっており、割れの発生が多かった比較例４
は１．２０を越えている。

【００３１】

【表４】

【００３２】

【発明の効果】本発明によって、ノズルの耐用性の向上
によってコストが削減し、使用中の割れの減少によって
操業安定性と、鋼の品質が向上する。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 再使用条件下あるいは間欠使用条件下の
   使用に適した連続鋳造用耐火物であって、粒径が０．０
   ２ｍｍ以上０．７ｍｍ以下の溶融シリカを０．５％以上
   ８％以下を含有し、残部が主にアルミナと黒鉛からなる
   ことを特徴とする連続鋳造用耐火物。
2. 【請求項２】 再使用条件下あるいは間欠使用条件下の
   使用に適した連続鋳造用耐火物であって、使用前のノズ
   ルの弾性率をＥ０、使用後のノズルの弾性率をＥ１とし
   たとき、Ｅ１／Ｅ０の比が０．６５以上、１．２０以下
   であることを特徴とする連続鋳造用耐火物。
3. 【請求項３】 請求項１と請求項２に記載の連続鋳造用
   耐火物であって、それぞれの配合組成と弾性率の条件を
   組み合せたことを特徴とする連続鋳造用耐火物。