JPH0987011A - スライディングノズル装置用上ノズルの製造方法およびその方法で製造された上ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶鋼流および酸素洗浄に対する耐損耗性に優
れたスライディングノズル装置用上ノズルを得ることを
目的とする。 【解決手段】Ａｌ₂Ｏ₃含有量９５ｗｔ％以上、ＳｉＯ₂
含有量３ｗｔ％以下のアルミナ６０〜９５ｗｔ％、粒径
７５μｍ以下のＡｌ₂Ｏ₃・ＭｇＯ系スピネル１〜２０ｗ
ｔ％、粒径が７５μｍを超えるＡｌ₂Ｏ₃・ＭｇＯ系スピ
ネル０〜５ｗｔ％、炭素１〜１５ｗｔ％を含む耐火骨材
１００ｗｔ％と、外掛けでアルミニウムおよび／または
アルミニウム合金０.５〜８ｗｔ％および炭素質結合剤
を含む配合物を成形後、加熱乾燥することを特徴したス
ライディングノズル装置用上ノズルの製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スライディングノ
ズル装置において、プレート耐火物の上部に位置する上
ノズルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼の連続鋳造に使用される取鍋、タンデ
ッシュなどの溶融金属容器の底に、溶鋼注出を制御する
スライディングノズル装置が設けられている。この装置
は、図１に示すように、複数のプレート耐火物(１)と、
その上下に設けられた上ノズル(２)、下ノズル(３)より
構成される。

【０００３】図１には示していないが、下ノズル(３)の
下方には浸漬ノズル（サイズのなどの違いからロングノ
ズルと称されることもある）が取り付けられる。また、
浸漬ノズルがプレート耐火物(１)に直接取り付けられて
いることもある。浸漬ノズルあるいは下ノズルは、溶鋼
から析出するアルミナの付着で内孔の損耗は少ない。ア
ルミナの付着によるノズル閉塞を防止するために、むし
ろ易溶損材質となっている。

【０００４】これに対し、上ノズルは溶鋼流による摩耗
損傷を受けやすい。また、溶鋼容器から溶鋼が排出され
た後は、次の受鋼に備えてスライディングノズルが閉鎖
され、その際に残留の溶鋼が上ノズルの内孔に地金とし
て付着するため、溶融金属容器を使用再開する際には酸
素を吹き付けてその地金を酸素洗浄で溶解除去すること
が行われている。そしてこの酸素洗浄の際、上ノズルは
地金溶解よる高温と熱衝撃で損耗される。上ノズルは、
このような他の耐火物では見ることができない原因によ
って損耗される問題がある。

【０００５】従来、上ノズルの材質として、特開平6-21
8531号公報にはアルミナ−ムライト質が提案されてい
る。また、上ノズルではないが、特開平5-360号公報に
はアルミナ−黒鉛質の浸漬ノズルが提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、アルミナ−ム
ライト質は耐スポーリング性の向上を目的としており、
溶鋼流に対する耐摩耗性は十分なものではない。しか
も、酸素洗浄による損耗問題が解決されていない。アル
ミナ−黒鉛質は浸漬ノズルとしては良好な使用結果を示
すが、上ノズルに要求される溶鋼流に対する耐摩耗性、
酸素洗浄の損耗は、ともに十分なものではない。本発明
は、上記従来の欠点を解消した上ノズルを提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴とするとこ
ろは、Ａｌ₂Ｏ₃含有量９５ｗｔ％以上、ＳｉＯ₂含有量
３ｗｔ％以下のアルミナ６０〜９５ｗｔ％、粒径７５μ
ｍ以下のＡｌ₂Ｏ₃・ＭｇＯ系スピネル１〜２５ｗｔ％、
粒径が７５μｍを超えるＡｌ₂Ｏ₃・ＭｇＯ系スピネル０
〜５ｗｔ％、炭素１〜１５ｗｔ％を含む耐火骨材１００
ｗｔ％と、外掛けでアルミニウムおよび／またはアルミ
ニウム合金０.５〜８ｗｔ％および炭素成分２０ｗｔ％
以上の炭素質結合剤１〜７ｗｔ％を含む配合物を成形
後、加熱乾燥するスライディングノズル装置用上ノズル
の製造方法。また、前記の製造方法において、配合物に
耐火骨材１００ｗｔ％に対する外掛けで、さらにシリコ
ンおよび／またはシリコン合金５ｗｔ％以下を含み、か
つ、金属の合量が８ｗｔ％以下であるスライディングノ
ズル装置用上ノズルの製造方法である。さらに、前記の
方法で製造されたスライディングノズル装置用上ノズル
である。

【０００８】

【発明の実施の形態】ノズル材質としてアルミナ−炭素
質は既に知られている。また、炭素含有耐火物に耐酸化
性などを目的としてアルミニウムを添加することも知ら
れている。これに対し本発明は、アルミナ−Ａｌ₂Ｏ₃・
ＭｇＯ系スピネル−炭素質にアルミニウムを添加して製
造される上ノズルである。

【０００９】アルミニウムは高温下で炭素との反応によ
るＡｌ₃Ｃを経てＡｌ₂Ｏ₃となり、その際の体積膨張で
耐火物組織を緻密化する。また、これと同時に高温下で
気相または液相となったＡｌがアルミナ粒子とＡｌ₂Ｏ₃
・ＭｇＯ系スピネル（以下、単にスピネルと称する）の
粒子間にＡｌ₂Ｏ₃となって介在し、アルミナとスピネル
のセラミックボンドとして作用する。Ａｌが気相または
液相を経てＡｌ₂Ｏ₃となったことで、このセラミックボ
ンドは緻密かつ強固なものとなる。しかも、アルミナ−
スピネル間のセラミックボンドは、高耐火度である。そ
の結果、本発明より得られる上ノズルは、溶鋼流に対す
る耐摩耗性に優れた材質となる。

【００１０】本発明で使用する結合剤は、炭素質結合剤
とする。この結合剤からの炭素成分とスピネルとがキレ
ート反応によるボンドを形成し、組織強度および耐Ｆｅ
Ｏ性を向上させる。また、アルミニウムが酸化してＡｌ
₂Ｏ₃に変化する際の体積膨張が耐火物組織を緻密化し、
気孔中への地金を阻止する。その結果、本発明の上ノズ
ルは溶鋼流に対する耐損耗性と酸素洗浄時の耐溶損性が
向上する。

【００１１】なお、リン状黒鉛などの炭素原料とスピネ
ルとの組み合わせではキレート反応が生じない。これ
は、炭素質結合剤の揮発成分が逸散して生成される炭素
成分のように粒子が微細でないためと考えられる。本発
明で使用するアルミナは耐食性および容積安定性にの効
果を持つ。その割合は、６０ｗｔ％未満では耐食性に劣
り、９５ｗｔ％を超えると溶鋼流に対する損耗性に劣
る。

【００１２】アルミナは、焼結品、電融品を問わない。
また、微粉部には仮焼アルミナを使用してもよい。その
化学組成は、Ａｌ₂Ｏ₃純度９５ｗｔ％以上のもの好まし
い。しかし、ＳｉＯ₂含有量は３ｗｔ％以下、好ましく
は２ｗｔ％以下とする。ＳｉＯ₂が３ｗｔ％を超えると
スピネルとの反応による低融物の生成により、酸素洗浄
の際の耐溶損性に劣る。

【００１３】スピネルについても、電融品または焼結品
のいずれも使用できる。その化学組成は、Ａｌ₂Ｏ₃とＭ
ｇＯの割合は理論組成に限らず使用できる。例えばモル
比でＡｌ₂Ｏ₃：ＭｇＯが０.７〜１.３：１.３〜０.７の
範囲のものが好ましい。強固なセラミックボンドを得る
ために、スピネルの粒径は７５μｍ以下、好ましくは４
５μｍ以下の微粉とする。また、その割合は１ｗｔ％未
満ではスピネル添加の効果がなく、２５ｗｔ％を超える
と耐スポール性が低下する。

【００１４】耐火物全体の粒度構成上、粒径が７５μｍ
を超えるスピネルを前記のスピネル微粉と併用してもよ
い。しかし、粒径が大きなスピネルの配合は、耐スポー
ル性低下の原因となるため、その割合は５ｗｔ％以下と
する。炭素は、耐スポーリング性などの効果をもつ。そ
の具体例は、黒鉛、カーボンブラック、ピッチコーク
ス、無煙炭、電極屑などが例示される。１ｗｔ％未満で
は耐スポール性が低下し、１５ｗｔ％を超えると酸化に
よって溶鋼流に対する耐摩耗性に劣る。

【００１５】本発明におけるアルミニウムの効果は、ア
ルミニウム合金あるいはアルミニウムとアルミニウム合
金との併用によっても得られる。Ａｌ合金の例として
は、Ａｌ−Ｍｇ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ、Ａｌ
−Ｍｇ−Ｃｒが挙げられる。アルミニウムおよび／また
はアルミニウム合金の割合は、０．５ｗｔ％未満では添
加の効果が得られない。また、８ｗｔ％を超えると体積
膨張により、耐スポール性の大巾な低下を招く。

【００１６】さらに、シリコンおよび／またはシリコン
合金を併用添加してもよい。シリコン合金の例として
は、前記のアルミニウム合金の例と一部重なるが、Ｓｉ
−Ａｌ、Ｓｉ−Ｍｇ、Ｓｉ−Ｃｒ、Ｓｉ−Ａｌ−Ｍｇな
どである。このシリコンおよび／またはシリコン合金
は、低温域における耐酸化性に効果がある。その添加量
は５ｗｔ％以下、好ましくは１〜３ｗｔ％である。５ｗ
ｔ％を超えると焼結過多となって耐スポーリング性が低
下する。

【００１７】以上のアルミニウム、アルミニウム合金、
シリコンあるいはシリコン合金の合計量は、８ｗｔ％以
下とする。８ｗｔ％を超えると体積膨張による耐スポー
ル性の低下と溶鋼流に対する耐摩耗性および酸素洗浄時
の耐溶損性の低下を招く。炭素質結合剤は、炭素成分が
２０ｗｔ％以上、さらに好ましく３０ｗｔ％以上のフェ
ノール樹脂、フラン樹脂、ピッチ、タールなどを使用す
る。炭素成分が２０ｗｔ％未満では酸素洗浄時の耐損耗
性に劣る。

【００１８】炭素質結合剤の割合は、前記した配合物１
００ｗｔ％に対する外掛けで１ｗｔ％未満では添加の効
果がなく、７ｗｔ％を超えると耐食性を低下させる。ま
た、本発明の効果を損なわない範囲であれば、上記以外
の炭化物、窒化物、ほう化物（例えば、Ｂ₄Ｃ）、酸化
防止剤、耐火骨材、ファイバー類、ガラス類などを適当
量、添加してもよい。成形および加熱乾燥の方法は従来
の不焼成炭素含有耐火物の製造方法と特に変わりなく、
例えば加圧ニーダー、加圧フレットなどで混練し、フリ
クションプレス、オイルプレスなどで成形後、例えば５
００℃以下、好ましくは３００℃前後で加熱乾燥する。

【００１９】例えば１０００℃以上の高温で焼成した焼
成品にした場合は、気孔率が高くなって地金が気孔中に
浸透し、酸素洗浄の際の損耗か著しく、本発明の効果が
得られない。なお、本発明による上ノズルは、ノズル内
孔に不活性ガスを噴出させるためのノズル孔あるいは多
孔質耐火物を内在させてもよい。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例とその比較例を説明す
る。表１は、各例で使用した配合組成と、それにより得
られた上ノズルの試験結果である。

【００２１】

【図１】

【００２２】

【図２】

【００２３】

【図３】

【００２４】各例は、表に示す配合物を加圧ニーダーで
混練後、フリクションプレスにて加圧成形したものを２
５０℃×２４時間の加熱乾燥を行って上ノズルを得た。
試験方法は、以下のとおりである。 （試験装置による） 溶鋼流に対する耐摩耗性；溶鋼取鍋スラグと鋼とを重量
比で１：１よりなる溶剤を使用し、１６００℃×３時間
の回転侵食で摩耗寸法を求め、比較例１の溶損寸法を１
００とした指数で示した。

【００２５】酸素洗浄の耐損耗性；試験片を張り付けた
回転侵食装置に、溶鋼取鍋スラグと鋼が重量比で１：１
よりなる溶剤を投入し、ガスバーナーで１６５０℃に昇
温すし、前記溶剤を溶解する。次いで、溶剤を回転侵食
装置から排出した後、回転侵食装置に張り付けた試験片
に付着した溶剤を酸素バーナーで溶解除去させ、その際
の損耗寸法を求め、比較例１の溶損寸法を１００とした
指数で示した。

【００２６】耐スポールリング性；１６００℃の溶鋼に
５分間浸漬後、５分間の冷却を３回繰返し、亀裂の状態
を観察した。

【００２７】（実機による）３００ｔ溶鋼取鍋のスラィ
デングノズル装置のにおいて、上ノズルとして使用し、
耐溶鋼流摩耗速度および耐酸素洗浄性の良否と耐用寿命
を求めた。表２の結果のとおり、本発明により得られた
上ノズルは、いずれも溶鋼流に対する耐摩耗性、酸素洗
浄に対する耐損耗性に優れ、その効果は実機試験におい
ても確認することができた。

【００２８】これに対し、スピネルを配合していない比
較例１、アルミナのＳｉＯ₂成分の割合が多い比較例
３、金属の添加量が少ない比較例６は、いずれも溶鋼流
に対する耐摩耗性と酸素洗浄の対する耐損耗性に劣る。
炭素の割合が少ない比較例２、スピネルが多い比較例
４、金属の添加量が多い比較例６は、耐スポーリング性
に劣る。炭素の割合が少ない比較例５は、組織強度が小
さく、溶鋼流に対する耐摩耗性に著しく劣る。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明により得られる上ノ
ズルは、溶鋼流に対する耐摩耗性と酸素洗浄の際の耐溶
損性という、上ノズルに必要な特性を備えている。溶融
金属容器の内張り耐火物に比べて寿命が短い上ノズル
は、内張り耐火物の全体が補修されるまでの間に何回か
交換されるが、本発明による上ノズルは耐用寿命に優
れ、その交換回数を大巾に減らすことができる。その結
果、ノズル交換に要する工数およびノズル費用の低減の
みならず、溶融金属容器の稼働率を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スライディングノズル装置の縦断面図である。

【符号の説明】

１ プレート耐火物 ２ 上ノズル ３ 下ノズル

【表１】

【表２】

【表３】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ａｌ₂Ｏ₃含有量９５ｗｔ％以上、ＳｉＯ₂
   含有量３ｗｔ％以下のアルミナ６０〜９５ｗｔ％、粒径
   ７５μｍ以下のＡｌ₂Ｏ₃・ＭｇＯ系スピネル１〜２５ｗ
   ｔ％、粒径が７５μｍを超えるＡｌ₂Ｏ₃・ＭｇＯ系スピ
   ネル０〜５ｗｔ％、炭素１〜１５ｗｔ％を含む耐火骨材
   １００ｗｔ％と、外掛けでアルミニウムおよび／または
   アルミニウム合金０.５〜８ｗｔ％および炭素質結合剤
   を含む配合物を成形後、加熱乾燥することを特徴したス
   ライディングノズル装置用上ノズルの製造方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の製造方法において、配合物
   に耐火骨材１００ｗｔ％に対する外掛けで、さらにシリ
   コンおよび／またはシリコン合金５ｗｔ％以下を含み、
   かつ、金属の合量が８ｗｔ％以下であるスライディング
   ノズル装置用上ノズルの製造方法。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の方法で製造された
   スライディングノズル装置用上ノズル。