JPH1058126A

JPH1058126A - スライディングノズル充填材

Info

Publication number: JPH1058126A
Application number: JP22248196A
Authority: JP
Inventors: Akira Ohashi; 明大橋
Original assignee: Yamakawa Sangyo Co Ltd
Current assignee: Yamakawa Sangyo Co Ltd
Priority date: 1996-08-23
Filing date: 1996-08-23
Publication date: 1998-03-03

Abstract

(57)【要約】【課題】製鋼工場における取鍋に流される溶融金属
（溶鋼）によって溶融、焼結及び溶鋼が浸透することな
く、容易に落下、開孔するスライディングノズル充填材
を提供することを課題とする。【解決手段】スライディングノズル充填材用砂が、ぬ
れ性改善量のカーボンと熱硬化性樹脂からなる被覆層を
有することを特徴とするスライディングノズル充填材に
より上記課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スライディングノ
ズル充填材に関する。更に詳しくは、本発明は、製鋼工
場における取鍋に流される溶融金属（溶鋼）によって溶
融、焼結及び溶鋼が浸透することなく、容易に落下、開
孔するスライディングノズル充填材に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】溶鋼を
受湯する取鍋には、スライディングノズルが採用されて
いる。スライディングノズルを備えた取鍋は、ノズル内
で溶鋼が凝固することを防止するために溶鋼を注湯する
前にノズル内に耐火性を有する材料を充填する必要があ
る。従来の充填材では、溶鋼により焼結層を形成し不開
孔を生じる場合があった。この不開孔は、充填された溶
鋼の排出の妨げになるので、作業者が鉄棒で突ついた
り、ランスパイプで酸素を送り溶かして排出していた。
しかしながら、このような作業は極めて危険な作業であ
り、労働災害を防止するという観点から、不開孔を生じ
ない割合（以下、開孔率とする）を１００％とすること
が望まれている。

【０００３】更に、連続鋳造化された今日の設備では、
ノズルに発生する不開孔は操業上多くの問題を生じてい
た。また更に、コンバーターで１次精錬を行い、脱酸、
脱リン、脱硫等のために長時間炉外精錬されるので、そ
れに耐えるスライディングノズル充填材が要求されてい
た。

【０００４】ここで、スライディングノズル充填材とし
て、一般的にはシリカ砂を主成分としたものが用いられ
ている。また、耐火性の観点からクロマイト砂、ジルコ
ン砂、アルミナ等も用いられている。しかし、これらい
ずれのスライディングノズル充填材も溶鋼に対する耐火
性以外の要因である濡れ性（溶鋼をはじく値の逆数）が
高いため、焼結層を作りやすかった。

【０００５】濡れ性を改善する方法として、カーボン
（例えば、鱗状黒鉛、土状黒鉛、カーボンブラック等）
の粉末をスライディングノズル充填材に添加する方法が
知られている。添加方法は、単に混合するか、ベントナ
イト等の接着剤を使用して混合し、次いで乾燥させスラ
イディングノズル充填材と接着させる方法である。しか
しながら、単に混合する方法では、カーボンの粉体が飛
散し、取り扱い時の衛生上及び環境上から好ましくなか
った。一方、スライディングノズル充填材と接着させる
方法ではカーボンを完全に接着することが困難であり、
一部剥がれが生じたりして、取り扱い上好ましくなかっ
た。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かくして本発明によれ
ば、スライディングノズル充填材用砂が、ぬれ性改善量
のカーボンと熱硬化性樹脂からなる被覆層を有すること
を特徴とするスライディングノズル充填材が提供され
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明に使用されるスライディン
グノズル充填材用砂（以下、原料砂と称する）は、シリ
カ砂、クロマイト砂、ジルコン砂、アルミナ、ムライト
系セラミックス等が挙げられ、これらは１種又は複数種
組み合わせて使用できる。これら原料砂の粒度分布は、
種類により相違するが、２００〜８００μｍであること
が好ましい。２００μｍより小さい原料砂を含むと、充
填材の耐火性が低下し、焼結を起こしやすくなるので好
ましくない。一方、８００μｍより大きい原料砂を含む
と、充填性（充填密度）が低下し、空隙に溶鋼が浸透・
凝固し強固な焼結層が形成されるので好ましくない。こ
れら原料砂の内、シリカ砂単独、シリカ砂とクロマイト
砂の混合物が特に好ましい。シリカ砂とクロマイト砂の
混合物を使用する場合は、それぞれの粒度分布を２００
〜５００μｍ及び３００〜８００μｍとすることが、原
料砂同士を均一に混合するという観点からより好まし
い。

【０００８】ここで、本発明における粒度分布は、ＪＩ
Ｓの鋳物砂の粒度試験方法（Ｚ２６０２）に準じて測定
した値をいう。この方法を概略説明すると、例えば、ふ
るいの呼び寸法が２００μｍのふるいの上に８００μｍ
のふるいを重ね、８００μｍのふるいの上に原料砂を載
せ、ロータップ型ふるい機等のふるい分け機械を使用
し、２つのふるい間に残った砂を、粒度分布２００〜８
００μｍの原料砂と称する。

【０００９】ここで、原料砂は、粒子径が小さくなると
耐火性が低下するので、これを防ぐために１．４以下、
特に１．３〜１の粒径係数を有する原料砂を使用するこ
とが好ましい。また、粒径係数が１．４以下であれば、
流動性が向上し、ノズル内に残存しにくくなり、棚かき
の発生を防ぐことができる。なお、上記粒径係数は、砂
表面積測定器（ジョージ・フィッシャー社製）を用いて
算出した値を意味する。すなわち、粒径係数とは１ｇ当
たりの実際の砂粒の表面積を理論的表面積で割った値を
いう。ここで、理論的表面積とは、砂粒が全て球形であ
ると仮定した場合の表面積をいう。従って、粒径係数が
１に近いほど球に近い形状であることを表している。

【００１０】本発明に使用される原料砂は、天然に産出
されるものを原料として又はそのまま使用してもよい。
なお、原料砂の品質を一定にするために、磨鉱処理を施
してもよい。更に、磨鉱処理を施すか又は施さない砂を
２種以上混合してもよいことは言うまでもない。磨鉱処
理には、公知の乾式法、湿式法のいずれも適用すること
ができる。

【００１１】乾式法には、原料砂を高速気流により装置
内で上昇させ、衝突板に衝突させることによって、砂粒
相互の衝撃と摩擦によって磨鉱処理するサンドリクレマ
等のニューマチックスクラバー装置、高速回転するロー
タ上に原料砂を投入し、その遠心力で生ずる投射砂と落
下する投入砂との間で起こる衝突と摩擦によって磨鉱処
理する高速回転スクラバー装置、砂粒同士の摩擦を利用
して磨鉱処理するアジテーターミル等の高速攪拌機等を
用いた方法が挙げられる。

【００１２】一方、湿式法には、羽根を回転させたトラ
フ内の砂粒相互の摩擦によって磨鉱処理するトラフ式等
の磨鉱機による方法が挙げられる。これら磨鉱処理のう
ち、湿式法を使用することが好ましい。これは、磨鉱処
理によって所望の粒度より小さい砂を、磨鉱処理時の水
洗によって同時に取り除くことができるからである。し
かしながら、乾式法であっても、水洗装置を併設するこ
とにより原料砂を得ることができる。

【００１３】次に、上記原料砂を被覆するためのカーボ
ンの原料は、特に限定されないが、例えば鱗状黒鉛、土
状黒鉛、カーボンブラック等が挙げられる。これら原料
は、少なくとも被覆前に粉体であることが好ましく、そ
の粒度分布は０．１〜１９２μｍであることがより好ま
しく、０．５〜５０μｍであることが特に好ましい。次
に、カーボンを原料砂に接着する熱硬化性樹脂として
は、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽
和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ジアリルフタレー
ト樹脂、ポリウレタン樹脂、ケイ素樹脂、ポリイミド樹
脂等が挙げられる。この内、ノボラック樹脂、レゾール
樹脂等のフェノール樹脂が好ましい。

【００１４】原料砂に対するカーボン及び熱可塑性樹脂
の添加量は次のように決められる。まず、カーボンの添
加量は、スライディングノズル充填材用砂のぬれ性を改
善するだけの量であればよい。より詳しくは、スライデ
ィングノズル充填材用砂にカーボンがほぼ均一に被覆さ
れる量であれば良い。必要以上のカーボンを添加する
と、溶鋼に混入するカーボンが増加するので好ましくな
い。一方、樹脂の添加量は、カーボンの接着に必要な最
低量であれば良い。必要以上に添加するとその後の加熱
により樹脂が硬化し、強度が発現するので好ましくな
い。具体的には、カーボン添加量は１〜５重量％、樹脂
添加量は０．３〜１．０重量％が好ましく、カーボン添
加量は２〜３重量％、樹脂添加量は０．５〜０．７重量
％が特に好ましい。但し、原料砂にほぼ均一にカーボン
を被覆でき、加熱により強度が発現しないものであれ
ば、この範囲に限定されることはない。

【００１５】更に、ステアリン酸カルシウム等の滑剤を
添加すれば、スライディングノズル充填材の流動性が高
まり、ノズルからの排出が容易となる。添加量は、０．
０５〜０．３重量％が好ましい。次に、スライディング
ノズル充填材の製造方法を説明する。まず、スライディ
ングノズル充填材用砂への熱硬化性樹脂の被覆方法とし
ては、コールド法、ホット法が挙げられる。コールド法
による被覆では、液状の熱硬化性樹脂前駆体が使用さ
れ、この前駆体とスライディングノズル充填材用砂を攪
拌し、この後前駆体に含まれる溶剤を除去することによ
り行われる。一方、ホット法による被覆は、固体の熱硬
化性樹脂前駆体が使用され、この前駆体を加熱下で溶融
しつつスライディングノズル充填材用砂と攪拌すること
により行われる。なお、前駆体の硬化は、使用する熱硬
化性樹脂前駆体の種類に応じて、加熱及び／又は硬化剤
の添加により行われる。ここで、上記２方法の内、被覆
される熱硬化性樹脂の量を少なくすることができる観点
から、ホット法が好ましい。

【００１６】より具体的な被覆方法としては、社団法人
鋳造技術普及協会のＪＡＣＴレジンコーテッドサンド
製造作業基準のホット法と同様の手順が挙げられる。即
ち、熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂を使用した場
合、原料砂を１４０〜１６０℃の温度で加熱し、そこに
カーボンと熱硬化性樹脂前駆体を添加して混練すること
により熱硬化性樹脂前駆体を溶融する。次いで１１０〜
１２０℃の温度に下げ、ヘキサメチレンテトラミン、パ
ラホルムアルデヒド、トリオキサン等の硬化剤を例えば
水溶液として添加して更に混練し固化させることにより
原料砂が崩壊し、本発明のスライディングノズル充填材
を得ることができる。滑剤は、硬化剤を添加した後、原
料砂が崩壊しはじめた段階で添加することが好ましい。
なお、レゾール樹脂の場合は、硬化剤は必要とされず、
単に加熱することにより本発明のスライディングノズル
充填材を得ることができる。

【００１７】ここで、上記製造方法において、最初に添
加される熱硬化性樹脂前駆体は、例えばフェノール樹脂
の場合、フェノールとホルマリンを反応させることによ
り得られる可溶可融性の樹脂を意味する。この樹脂に更
に硬化剤を添加すれば、不溶不融性のフェノール樹脂を
得ることができる。なお、本発明のスライディングノズ
ル充填材を使用するスライディングノズルの形状、溶鋼
の種類等は、特に限定されない。但し、ノズル径の小さ
いスライディングノズルに使用することが好ましく、特
に３０〜５０ｍｍφのノズル径を有するスライディング
ノズルに使用することが好ましい。

【００１８】

【実施例】以下、実施例を示すが、本発明はこれに限定
されるものではない。また、強度の測定は、ＪＩＳＫ
６９１０の４．９．２（１）落下法に準じて行った。具
体的には、スライディングノズル充填材を２５０ｇ用意
し、型ゴメ装置を使用して約５０ｇづつ当て入れ、軽く
平らにならしておく。次に金型を加熱炉中に入れ、試験
温度（２５０℃）よりやや高めに均一に加熱しておく。
この金型が試験温度に下がったとき、金型に２５０ｍｍ
の落下高さで５０ｇ×５個のスライディングノズル充填
材を落下させた後、余分のスライディングノズル充填材
をはらいのける。次に、金型を加熱炉へ入れて焼成した
後、常温まで放冷する。この後、余分のスライディング
ノズル充填材を削り取り、１０×１０×６０ｍｍの平滑
な試験片に仕上げる。

【００１９】得られた試験片の中央に荷重を加えて、試
験片が折れたときの荷重を測定する。下記式により強度
を算出する。 δ_fB＝１５ｐ／２ｗｈ² （式中、δ_fBは強度（Ｋｇ／ｃｍ²）、ｐは試験片が折
れたときの荷重（Ｋｇ）、ｗは試験片の幅（１０ｃ
ｍ）、ｈは試験片の厚さ（１０ｃｍ）を意味する）な
お、実施例に示した強度は、５個の試験片の平均値を示
している。

【００２０】実施例１原料砂として１００％のシリカ砂を使用した。このシリ
カ砂は、２００〜８００μｍの粒度からなっていた。こ
の原料砂を１５０℃で加熱ながら、可溶可融性の熱硬化
性樹脂前駆体（フェノール樹脂）及びカーボン（鱗状黒
鉛：粒度分布０．５〜５０μｍ）を添加して混練した。
次いで、温度を１０５℃に下げ、この温度でヘキサメチ
レンテトラミン水溶液（硬化剤）をシリカ砂１００重量
部に対して１．５重量部添加して混練し、更に冷風を吹
き込みながら混練した。更に、流動性を高めるためにス
テアリン酸カルシウム（滑剤）をシリカ砂１００重量部
に対して０．１重量部添加して混練することにより、ス
ライディングノズル充填材を得た。

【００２１】得られたスライディングノズル充填材の樹
脂添加量とカーボン添加量を異ならせた場合の強度（Ｋ
ｇ／ｃｍ²）を測定した。結果を下記表１に示した。

【００２２】

【表１】

【００２３】表１から、カーボン添加量１〜３重量％の
範囲かつ樹脂添加量１．５重量％以上では強度が発現す
ることがわかった。また、樹脂添加量が０．５重量％以
下であれば強度はいずれも０であるが、カーボン添加量
が多い場合、シリカ砂にカーボンが被覆されず一部粉末
のまま存在していた。

【００２４】実施例２原料砂を、粒度３００〜８００μｍのクロマイト砂８０
重量％、粒度２００〜５００μｍのシリカ砂２０重量％
を使用すること以外は、実施例１と同様にして強度（Ｋ
ｇ／ｃｍ²）を測定した。結果を下記表２に示した。

【００２５】

【表２】

【００２６】表２から、カーボン添加量１〜３重量％の
範囲かつ樹脂添加量１．０重量％以上では強度が発現す
ることがわかった。また、樹脂添加量が０．３重量％以
下であれば強度はいずれも０であるが、カーボン添加量
が多い場合、シリカ砂にカーボンが被覆されず一部粉末
のまま存在していた。

【００２７】実施例３樹脂添加量を０．５重量％と一定にした場合のカーボン
添加量と被覆層の状況の関係を調べた。被覆方法は実施
例１と同様とした。結果を下記表３に示した。

【００２８】

【表３】

【００２９】表３から、カーボン添加量が０．５重量％
では、カーボン添加量が少なく被覆層が薄く、カーボン
で被覆するという目的が達成できなかった。一方、７重
量％となると、カーボン添加量が多く、一部粉末のまま
残留していた。実施例１〜３より以下のことがわかる。
カーボン添加量に対して樹脂添加量が少ない場合、被覆
しきれなかったカーボンが一部粉末のまま残留する。し
かし、樹脂添加量を増やすと表１等に示すように強度が
発現することとなる。なお、カーボンが多い場合、溶鋼
にカーボンが混入することとなる。

【００３０】従って、カーボン添加量１〜５重量％、樹
脂添加量０．３〜１．０重量％が好ましく、特にカーボ
ン添加量２〜３重量％、樹脂添加量０．５〜０．７重量
％が好ましいことがわかる。

【００３１】実施例４カーボンを被覆したスライディングノズル充填材（本発
明品）、カーボンを添加したスライディングノズル充填
材（カーボン添加品）、カーボン無添加のスライディン
グノズル充填材（カーボン無添加品）の３種類につい
て、１００ｔの取鍋の底に設けられたスライディングノ
ズル（内径３５ｍｍφ）に１０Ｋｇ充填した。この取鍋
に１６５０〜１７００℃のステンレス鋼の溶鋼を２時間
保持したときの１００チャージにおける開孔率を測定し
た。結果を下記表４に示した。

【００３２】なお、本発明品は、クロマイト砂８０重量
％、シリカ砂２０重量％の原料砂に、カーボンブラック
３重量％、フェノール樹脂０．５重量％添加してカーボ
ン被覆したものを使用した。また、カーボン添加品は、
本発明品と同じ原料砂にカーボンブラック３重量％を糊
で接着したものを使用した。更に、カーボン無添加品
は、本発明品と同じ原料砂のみからなるものを使用し
た。

【００３３】

【表４】

【００３４】表４から、本発明品は不開孔が生じず、カ
ーボン添加品及びカーボン無添加品と比較して、抜群の
開孔率が得られることが判った。

【００３５】

【発明の効果】本発明のスライディングノズル充填材
は、スライディングノズル充填材用砂が、その表面にカ
ーボンを熱硬化性樹脂により被覆した被覆層を有するこ
とを特徴とする。従って、製鋼工場における取鍋に流さ
れる溶融金属（溶鋼）によって溶融、焼結及び溶鋼が浸
透することなく、落下、開孔を容易にすることができ
る。

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【手続補正書】

【提出日】平成９年１１月４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項５

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】原料砂に対するカーボン及び熱硬化性樹脂
の添加量は次のように決められる。まず、カーボンの添
加量は、スライディングノズル充填材用砂のぬれ性を改
善するだけの量であればよい。より詳しくは、スライデ
ィングノズル充填材用砂にカーボンがほぼ均一に被覆さ
れる量であれば良い。必要以上のカーボンを添加する
と、溶鋼に混入するカーボンが増加するので好ましくな
い。一方、樹脂の添加量は、カーボンの接着に必要な最
低量であれば良い。必要以上に添加するとその後の加熱
により樹脂が硬化し、強度が発現するので好ましくな
い。具体的には、カーボン添加量は１〜５重量％、樹脂
添加量は０．３〜１．０重量％が好ましく、カーボン添
加量は２〜３重量％、樹脂添加量は０．５〜０．７重量
％が特に好ましい。但し、原料砂にほぼ均一にカーボン
を被覆でき、加熱により強度が発現しないものであれ
ば、この範囲に限定されることはない。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スライディングノズル充填材用砂が、ぬ
れ性改善量のカーボンと熱硬化性樹脂からなる被覆層を
有することを特徴とするスライディングノズル充填材。
【請求項２】スライディングノズル充填材用砂が、シ
リカ砂、クロマイト砂、ジルコン砂、アルミナ、ムライ
ト系セラミックスからなる群から選択される請求項１の
充填材。
【請求項３】熱硬化性樹脂が、フェノール樹脂である
請求項１又は２の充填材。
【請求項４】カーボンが、０．１〜１９２μｍの粒度
分布を有する請求項１〜３いずれか１つの充填材。
【請求項５】熱可塑性樹脂が０．３〜１．０重量％含
まれ、カーボンが１〜５重量％含まれる請求項１〜４い
ずれか１つの充填材。
【請求項６】スライディングノズルが、３０〜５０ｍ
ｍφのノズル径を有する請求項１〜５いずれか１つの充
填材。