JPH10305355A - 鋼の連続鋳造用ノズル - Google Patents
鋼の連続鋳造用ノズルInfo
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- JPH10305355A JPH10305355A JP11824197A JP11824197A JPH10305355A JP H10305355 A JPH10305355 A JP H10305355A JP 11824197 A JP11824197 A JP 11824197A JP 11824197 A JP11824197 A JP 11824197A JP H10305355 A JPH10305355 A JP H10305355A
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
備している鋼の連続鋳造用ノズルを提供することにあ
る。 【解決手段】 本発明の鋼の連続鋳造用ノズルは、ノズ
ルの内孔部及び/または溶鋼に接する部分が、鉱物相と
してスピネルまたはスピネル及びペリクレースからなる
耐火材料から構成されていることを特徴とする。
Description
グノズル等の鋼の連続鋳造用ノズルに関するものであ
る。
スポール性に優れたAl2O3−SiO2質ノズルが最も
広く用いられている。しかしながら,この材質ノズルを
Alキルド鋼の鋳造に用いる場合、溶鋼中Al2O3介在
物の付着に起因するノズル閉塞の問題が生じる。また、
高酸素含有鋼、高Mn含有鋼やステンレス鋼等の鋳造に
用いる場合は、逆にノズル溶損の問題が生じる。ノズル
の閉塞や溶損は、耐火材料の使用寿命の低下を招くばか
りではなく、製鋼操業上の支障となり、また、鋼材の品
質にも悪影響を与える。そこで、耐閉塞性と耐溶損性を
兼備している鋼の連続鋳造用ノズルの開発が、現在では
急務となっている。
3258号公報には、a)Al2O3を90重量%以上含
有;b)MgOを90重量%以上含有;c)ZrO2を
90重量%以上含有した各材料を円筒状スリーブとして
1種又は2種以上組み合わせて内挿使用するノズルが開
示されている。
漬ノズルの内孔体として、カーボンやSiO2含有量が
いずれも1重量%未満、スピネルが1〜40重量%、M
gOが0.5〜15重量%、残りはAl2O3である耐火
材料を使用することが、特開平5−237610号公報
に提案されている。
おけるAl2O3−SiO2−C質ノズル閉塞の主な機構
については、次のように考えられている。まず、高温で
の耐火物中において、耐火原料として使用されているS
iO2とCとの間に(1)式の反応が起こる。そして,
生成したSiO[気相:以下(g)と記載する]及びC
O(g)が、ノズルと溶鋼の界面に拡散し、溶鋼中のA
lと(2)式、(3)式の反応を起こして、ノズルの稼
働面で網み目状アルミナを生成し、ノズル表面に融着し
てAl2O3介在物付着の発端となる。Al2O3介在物の
付着が進行すると、ノズルの閉塞が進行する。
i、Cは,溶鋼中の溶解状態のAl、Si及びCをそれ
ぞれ表す。
ンレス鋼等の鋳造におけるAl2O3一SiO2一C質ノ
ズルの溶損機構については、まず、耐火材料稼働面中の
カーボンが溶鋼に溶解し、即ち、
溶鋼中Mn、O、FeがMnO、FeO状態で稼働面に
浸透し、即ち、
付着する。この2つの原因で浸透してきたMnO,Fe
Oは,稼働面中Al2O3、SiO2と反応して、Al2O
3−SiO2−MnO−FeO系の液体スラグを生成す
る。スラグが溶鋼流れに流矢すると、耐火材料の溶損が
生じる。
塞の抑制に対してある程度で有効であるがノズル溶損の
抑制に対しては問題があったり、逆にノズル溶損の抑制
に有効でもノズル閉塞の抑制に問題があるものであっ
た。
を解決し、耐閉塞性及び耐溶損性を兼備している鋼の連
続鋳造用ノズルを提供することにある。
鋳造用ノズルは、ノズルの内孔部及び/または溶鋼に接
する部分が、鉱物相としてスピネルまたはスピネル及び
ペリクレースからなる耐火材料から構成されていること
を特徴とする。
ノズルの内孔部及び/または溶鋼に接する部分の耐火材
料が、スピネル原料を使用して作製されたものであるこ
とを特徴とする。
ノズルの内孔部及び/または溶鋼に接する部分の耐火材
料が、粒度1000μm以下で、且つ500μm以下の
粒度割合が60重量%以上である耐火原料を使用して作
製されたものであることを特徴とする。
ノズルの内孔部及び/または溶鋼に接する部分の耐火材
料の厚みが、2〜10mmであることを特徴とする。
本発明の鋼の連続鋳造用ノズルは、ノズルの内孔部及び
/または溶鋼に接する部分が,鉱物相としてスピネルま
たは/及びペリクレースである耐火材料から構成されて
いるところに特徴がある。
2を使用しないので、Alキルド鋼の鋳造に用いる場
合、(1)〜(3)式の反応が起こらず、耐火材料の稼
働面で網目状のAl2O3層が生じない。その結果、稼働
面へのAl2O3介在物の付着、及び介在物の付着に起因
するノズルの閉塞が顕著に抑制される。
いはスピネル及びペリクレースからなる鉱物相であり、
フリーAl2O3が含まれていないので、高酸素含有鋼、
高Mn含有鋼やステンレス鋼の鋳造に用いる場合は、耐
火材料の溶損も抑制される。
で述べる試験結果を基にして、次のように考えられる: ・Al2O3がMgOとの複合酸化物(スピネル)で存在
し、Al2O3の熱力学的活量が低下するので、溶鋼から
のMnO、FeOの浸透が難しくなる; ・ペリクレースと溶鋼の反応性が小さく、ペリクレース
に溶鋼からMnO、FeOが浸透しにくい; ・MgO一スピネル系耐火材料の固相線温度が2000
℃以上で非常に高いので、MnO、FeOが浸透して
も、液体のスラグ相が生じにくい。
用する耐火材料の鉱物組成を制御する点にある。即ち、
類似の化学成分であっても構成鉱物(結晶構造)が違う
と自ずから溶鋼との反応性が異なり、ひいては耐溶損性
に大きな差が生じる。
溶鋼に接する部分の耐火材料が、Al2O3とMgOとの
複合酸化物であるスピネル結晶またはスピネル結晶及び
MgOからなるペリクレース結晶で構成されるものであ
る。しかしながら、実用的な耐火原料を使用して本発明
の耐火材料を製造する場合には、不可避の不純成分に伴
う不可避の不純鉱物が存在することもある。可能な限り
不可避不純鉱物を抑制することが好ましく、そのため
に、スピネル及びペリクレースを構成するためのAl2
O3及びMgO以外の不純成分含有量は、3重量%以下
であることが好ましい。3重量%を超えると、不純成分
に伴う不純鉱物部分の耐溶損性が低いため、スピネルや
ペリクレースより先に不純鉱物部分が溶損してしまうの
で、好ましくない。より好ましくは1重量%以下であ
る。
ングノズル、浸漬ノズルのような連続鋳造用ノズルの内
孔部及び/または溶鋼と接する部分に適用すれば良い。
ノズルの作製方法については、ノズルの内孔部及び/ま
たは溶鋼と接する部分を構成する本発明の耐火材料の原
料配合と、ノズル本体を構成する耐火材料の原料配合物
を同時に加圧成形して所定のノズル形状に成形する方法
(同時成形法)、あるいは予め成形されたノズル本体
に、内孔部及び/または溶鋼と接する部分を構成する本
発明の耐火材料を形成するための耐火原料を混練した配
合物を流し込み成形または圧入成形した後、乾燥し、場
合によっては焼成し,製造しても良い(内装法)。ま
た、ノズル本体を構成する耐火物として従来使用されて
いるAl2O3−C質耐火材料やAl2O3−SiO2−C
質耐火材料等を適宜用いることができる。
配材パターンの例を図1〜5に示す。ここで、図1〜4
は、浸漬ノズルのパウダーライン部にZrO2一C系耐
火材料(3)を配したものである。バウダーライン部は、
浸漬ノズル使用中に侵食性の大きいモールドパウダーと
接する帯域であり、このためノズル本体を構成するAl
2O3−SiO2−C系耐火材料(2)を耐食性に優れたZ
rO2−C系耐火材料(3)により、このパウダーライン
部を補強した構成のものである。なお、Al2O3−Si
O2−C系やZrO2一C系耐火材料は慣用の組成のもの
を使用することができる。Al2O3−SiO2−C系耐
火材料にあっては、例えば、Al2O3:30〜90重量
%、SiO2:0〜35重量%、C:10〜35重量%
の組成を有するものを使用することができ、また、Zr
O2−C系耐火材料にあっては、例えばCaO安定化Z
rO2を使用する場合、ZrO2:66〜88重量%、C
aO:2〜4重量%及びC:10〜30重量%の組成を
有するものを使用することができる。なお、ZrO2原
料としては、通常CaO安定化ZrO2が広く使用され
ているが、この他にMgO安定化ZrO2,Y2O3安定
化ZrO2、バデライト等を用いることができる。な
お、図1〜5において、(1)は鉱物相がスピネルまたは
スピネル及びペリクレースからなる耐火材料、即ち、本
発明の耐火材料である。また、本発明のノズルの配材パ
ターンは、図1〜5に記載のものに限定されるものでは
ないことを理解されたい。
樹脂や多糖類をバインダーとして混練したAl2O3−S
iO2−C系耐火材料等のノズル本体を構成する耐火材
料の原料配合物と、内孔部及び/または溶鋼と接する部
分を構成する本発明の耐火材料の原料配合物を、型枠の
所定の位置に充填し、CIP等により成形し、乾燥後、
不焼成品とするが、または焼成して製造することができ
る。なお、ノズル本体を構成する耐火材料と内孔部及び
/または溶鋼と接する部分を構成する本発明の耐火材料
とは同類のバインダーで混練するのが良い。
作成されたノズル本体に、ノズル本体と同類のバインダ
ーまたは珪酸塩、リン酸塩のようなバインダーを用い、
混練した原料配合物を流し込み成形または圧入成形した
後、乾燥,場合によっては焼成して製造できる。
したノズル本体に、加圧成形、流し込みあるいは圧入成
形により、別に作成した内装部(内孔部及び/または溶
鋼と接する部分)を挿入、装填する方法では、ノズル本
体を構成する耐火材料とのなじみ(接着安定性)が悪い
ので好ましくない。特に、本発明の内孔部及び/または
溶鋼と接する部分を構成する耐火材料が、スピネルまた
はスピネル及びペリクレースからなるため、ノズル本体
のAl2O3−C系やAl2O3−SiO2−C系耐火材料
より膨張性が大きく、使用時に高温に加熱されたとき安
定して接着性を持続させるためには、前記の同時成形法
または内装法が良い。
び/または溶鋼と接する部分を構成する耐火材料は、前
記したように同類のバインダーで混練するほうがなじみ
が良く、接着性を安定させることができる。
は、出発原料としてスピネル原料またはスピネル原料及
びペリクレースからなるマグネシア原料を用いることが
望ましい。出発原料としてマグネシア原料とアルミナ原
料を同時に用いると、耐火材料の焼成あるいは使用中に
おいては、マグネシアとアルミナが反応してスピネルを
生成するが、この反応の進行に伴って耐火材料が膨張
し、割れる恐れがある。なお、スピネル原料は、スピネ
ルを構成するMgO:Al2O3の比が必ずしも理論組成
のものでなく、MgO過剰でスピネルとペリクレースが
共存するもの、またはAl2O3過剰でもフリーのアルミ
ナとしてのコランダム結晶のないものを使用することが
できる。なお、スピネル原料とマグネシア原料は、電融
品か焼成品かを問わず、何れも使用することがでさる。
料配合物の粒度は、1000μm以下で、且つ500μ
m以下の粒度割合が60重量%以上とすることが好まし
い。1000μmを超える粒子が存在すると、ノズル肉
厚に対する原料の粒径が大きすぎ、使用時に耐火組織の
脆化、粒の抜け落ち等の原因となる。また、500μm
以下の粒度割合が60重量%未満であると、特に、同時
成形を行う際に成形性が劣り満足な成形体が得られない
ことが多い。なお、粒径が0.5μm未満の原料が20
重量%を超えると、耐火材料の耐スポール性が劣化し、
割れが発生するので望ましくない。
する部分に、本発明の耐火材料を適用する際、その厚み
は2〜10mmの範囲が望ましい。該耐火材料の厚みが
2mm未満の場合には、その強度が小さいので、溶鋼流
の衝撃に耐えず、ノズル本体から脱落する恐れがある。
また、10mmを超えると、ノズル本体を構成する耐火
材料との熱膨張差が大きいので、これに由来する亀裂が
発生する恐れがあり(耐スポール性が劣化)望ましくな
い。
耐スポール性、耐Al2O3介在物付着性及び耐溶損性の
各試験について説明する。耐スポール性の評価試験は、
高周波炉で200kgの鋼を溶解し、予め800℃で1
時間予熱した40×40×230mmの寸法を有する試
料を1580℃の溶鋼に5分間浸漬した後、引き上げ、
大気中で冷却した。冷却した後の試料の亀裂の発生状況
で評価した。試料を10個準備し,亀裂が発生した試料
の個数で評価した。耐溶損性の評価試験は、アルゴン雰
囲気において1580℃の高酸素含有鋼に直径40m
m、高さ230mmの試料を浸漬し、更に100rpm
の速度で60分間回転させた後の試料の直径の減少量で
評価した。耐Al2O3介在物付着性の評価試験は、アル
ゴン雰囲気において1580℃のAlキルド鋼に、直径
40mm、高さ230mmの試料を浸漬し、更に100
rpmの速度で60分間回転させた後の試料稼働面での
Al2O3付着層の厚みで評価した。
をバインダーとして外掛け2重量%加えて混練後、10
00kgf/cm2でCIP成形し、次に、250℃で
3時間乾燥して試料を作製した。本実施例においては、
スピネル原料として、MgO:Al2O3の重量比が2
8:72である理論組成に近いスピネル原料と、Mg
O:Al2O3の重量比が50:50であるマグネシア過
剰スピネル原料を用いた。得られた試料につき、上述の
要領で耐スポール性試験、耐溶損性試験及び耐Al2O3
付着性性試験を行った。得られた結果を表1に併記す
る。
リクレース、S:スピネル、C:コランダム、M:ムラ
イトをそれぞれ表す。表1の結果より、次のことがわか
る: 耐スポール性は,MgO100重量%の比較品1及び
MgO78重量%、Al2O322重量%、鉱物相がペリ
クレースとコランダムである比較品3は悪かったが、そ
れ以外の試料は問題がなかった; 耐溶損性は、最も悪いのが比較品4(従来のAl2O3
−SiO2−C系耐火材料)、次いで比較品2と比較品
3であるが、それ以外は問題がなかった; 耐Al2O3介在物付着性は、比較品4は悪かったが、
それ以外の試料はAl2O3付着層が観察されなかった。 従って、本発明ノズルにおいて、ノズルの内孔部及び/
または溶鋼と接する部分に配設される耐火材料は、耐ス
ポール性、耐溶損性、耐Al2O3介在物付着性を兼備し
ているものであることがわかった。
と同様の方法にて、試料を作成し、耐スポール性、耐溶
損性及び耐Al2O3介在物付着性の評価試験を行った。
得られた結果を表2に併記する。
表面における粗粒が脱落する; 0.5μm未満の出発原料の割合が20重量%以下で
あれば、耐スポール性に余り影響しないが、20重量%
を超えると、耐スポール性が顕著に低下する; 耐溶損性及び耐Al2O3介在物付着性については、粒
度の影響が小さい。
系耐火材料をノズル本体とし、表1に示した本発明品1
をノズル内孔部材質にしたノズル(ノズル外径130m
m、内径70mm、長さ600mm)を、内孔部材質の
厚みを変えて(1mm、2mm、5mm、8mm、10
mm、12mm:ただしノズルの本体肉厚みは一定)作
製した。試料はCIP成形により同時成形後、24時間
放置し、更に、105℃で24時間乾燥することにより
得た。なお,配材パターンは図5に示した通りである。
得られたノズルのテストサンブルについて、高周波炉に
よって1580℃で溶解した200kgの溶鋼に1時間
浸漬したときの亀裂発生の有無で各サンプルの耐スポー
ル性の比較を行った。サンプルは10本準備し、耐スポ
ール性については亀裂が発生したサンプルの本数で評価
した。試験結果を表3に示す。
は、内装部分が脱落してしまう恐れがあり、また、10
mmを超えると耐スポール性が顕著に低下することが判
明した。
た。表3に示した本発明品13の浸漬ノズルと、図6に
示す配材パターンを有する表1の比較品4のAl2O3−
SiO2−C系耐火材料とZrO2−C系耐火材料(Ca
O安定化ZrO280重量%、黒鉛20重量%)を組み
合わせた従来品の比較品のノズルをテストした。テスト
は、低炭素Alキルド鋼(組成=C:0.08重量%、S
i:0.03重量%、Mn:0.2重量%、P:0.01
重量%、S:0.01重量%、Al:0.05重量%、
O:10ppm)を用いて,鋳造温度の1580℃で行
った。250分間鋳造した後の内管の最大Al2O3介在
物付着層の厚みは、比較品のノズルが15mmであるの
に対して、本発明品のノズルではわずかに3mmであ
り、大幅なAl2O3付着低減効果が見られた。また、ノ
ズル内孔部の割れや脱落もまったくなく、安全に操業す
ることができた。
成=C:30ppm、Si:20ppm、Mn:0.3
重量%、P:0.01重量%、S:0.01重量%、A
l:10ppm、O:600ppm)の連続鋳造に用い
てテストを行った。テストの結果、230分問鋳造した
後の内管の最大損傷厚みは、比較品のノズルが11mm
であるのに対して、本発明品のノズルではわずかに1m
mであり、浸漬ノズルの損傷が著しく低減した。また、
この場合でも、ノズル内孔部の割れや脱落はまったくな
く、安全に操業することができた。
成=C:0.04重量%、Si:0.02重量%、Mn:
l.5重量%、P:0.01重量%、S:0.01重量
%、O:100ppm)の連続鋳造に用いてテストを行
った。テスト結果、210分間鋳造した後の内管の最大
損傷厚みは、比較品のノズルが13mmであるのに対し
て、本発明品のノズルではわずか1.5mmであり、浸
漬ノズルの損傷が顕著に小さくなった。またノズル内孔
部の割れや脱落はなかった。
成=C:0.05重量%、Si:0.5重量%、Mn:
l.0重量%、P:0.04重量%、S:0.02重量
%、Ni:8.0重量%、Cr:18.0重量%、O:5
0ppm)の連続鋳造に用いてテストを行った。テスト
の結果、260分間鋳造した後の内管の最大損傷厚み
は、比較品のノズルが9mmであるのに対して、本発明
品のノズルでは0.5mmであり、浸漬ノズルの損傷が
遥かに低減した。また、この場合においても、ノズル内
孔部の割れや脱落はなかった。
=C:0.05重量%、Si:0.3重量%、Mn:0.
8重量%、P:0.01重量%、S:0.01重量%、A
l:0.02重量%、Ca:30ppm、O:20pp
m)の連続鋳造に用いてテストを行った。テストの結
果、200分間鋳造した後の内管の最大損傷厚みは、比
較品のノズルが8mmであるのに対して、本発明品のノ
ズルでは1mmであり、浸漬ノズルの損傷が大幅に低減
した。また、ノズル内孔部の割れや脱落はなかった。
て、Alキルド鋼鋳造時のAl2O3介在物の付着による
ノズルの閉塞が大幅に抑制され、また、高酸素含有鋼、
高Mn含有鋼、ステンレス鋼やCa処理鋼鋳造の場合で
は、ノズルの損傷は顕著に低減した。
示す図である。
を示す図である。
を示す図である。
を示す図である。
を示す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 鋼の連続鋳造用ノズルにおいて、ノズル
の内孔部及び/または溶鋼に接する部分が、鉱物相とし
てスピネルまたはスピネル及びペリクレースからなる耐
火材料から構成されていることを特徴とする鋼の連続鋳
造用ノズル。 - 【請求項2】 耐火材料が、スピネル原料を使用して作
製されたものである、請求項1記載の鋼の連続鋳造用ノ
ズル。 - 【請求項3】 耐火材料は、粒度が1000μm以下
で、且つ500μm以下の粒度割合が60重量%以上で
ある耐火原料を使用して作製されたものである、請求項
lまたは2記載の鋼の連続鋳造用ノズル。 - 【請求項4】 耐火材料を2〜10mmの厚さでノズル
の内孔部及び/または溶鋼と接する部分に配設する、請
求項lないし3のいずれか1項記載の鋼の連続鋳造用ノ
ズル。
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