JPH11320048A - 鋼の連続鋳造用ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長時間使用してもノズル閉塞の抑制効果に優
れ、しかも耐スポール性を有する鋼の連続鋳造用ノズル
を提供する。 【解決手段】 鋼の連続鋳造用ノズルである。そして、
溶鋼と接触するノズルの少なくとも内孔部の主要部分
が、アルミナが50〜90重量％、酸化マンガンが10〜50重
量％、酸化鉄が0〜40重量％、不可避不純物が3重量％以
下の組成の耐火物からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼の連続鋳造用ノ
ズルに関し、更に詳しくは、溶鋼を鋳型等に連続注入す
るときに、ノズル内壁への介在物の付着によるノズル閉
塞を抑制でき、耐スポール性も向上すべく改善された連
続鋳造用ノズルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、溶鋼には種々のものがあり、
そのうち最も大量に製造されている鋼種の一つに、Alキ
ルド鋼がある。このAlキルド鋼の連続鋳造に際しては、
すなわち、溶鋼を鋳型等に連続注入するときに、従来か
ら耐食性および耐スポール性に優れた、アルミナ−黒鉛
質の連続鋳造用ノズルが最も広く使用されている。

【０００３】しかし、Alキルド鋼中のアルミナの付着に
よるノズルの閉塞が発生しやすく、実際には大きな問題
となっている。その閉塞の主な機構としては、通常、次
のように考えられている。まず、高温でのノズル中にお
いて、耐火原料として使用されているSｉO₂とCの間に、
下記（1）式の反応が起こる。すなわち、 SiO_2(s)＋C_(s)→ SiO_(g)＋CO_(g) （1）

【０００４】そして、生成したSiOおよびCOガスが、ノ
ズルと溶鋼の界面に拡散し、溶鋼中のAlと下記（2）
式、（3）式の反応を起こして、ノズルの稼働面で網目
状のアルミナ層を生成させる。 3SiO_(g)＋2Al→A1₂0_3(S)＋3Si （2） 3CO_(g)＋2Al→A1₂0_3(S)＋3C （3） ここで、（g）は気相、（s）は固相を表し、またAl、Si
およびCはそれぞれ溶鋼中溶解状態のAl、SiとCを表す。

【０００５】網目状のアルミナ層が生じると、ノズルの
内壁が非常に荒くなって、溶鋼中のアルミナ介在物がそ
の上に付着しやすくなる。そして、アルミナ介在物の付
着が絶えず進むことによって、ノズル内壁が孔中心方向
に成長し、ノズルの閉塞が発生する。

【０００６】このようなノズルの閉塞は、ノズルの耐用
性を短縮させるだけではなく、連鋳鋳造の操業上の支障
になったり、また、溶鋼の鋳型内偏流を引き起こしたり
するため、その抑制が重要な課題となっている。

【０００７】このような状況下において、特開平3−243
258号公報には、上記問題を解決するための技術の一つ
が提案されている。この公報に提案された技術は、“5
重量％を超えるSiO₂を含まず、Al₂0₃（あるいはMgO、Zr
O₂ ）が90重量％以上のカーボンレス高アルミナ（ある
いは高マグネシア、高ジルコニア）質の耐火物をスリー
ブとして浸漬ノズルの内孔に挿入する”というものであ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平3-243258号
公報に開示された技術（方法）によると、前掲の（1）
〜（3）式の反応が起こらず網目状A1₂0₃層が生成される
ことはない。しかしながら、鋼中のA1₂0₃介在物がスリ
ーブ内壁に直接に付着することは避けられず、しかも付
着したA1₂0₃介在物がスリーブ内壁と焼結して固着す
る。それゆえ、この方法によってもノズル閉塞防止の効
果はそれほど大きくなく、根本的な問題解決になってい
ないのが現状であった。

【０００９】更にまた、上記特開平3-243258号公報に開
示されたような高アルミナ（あるいは高マグネシア、高
ジルコニア）質の耐火物は、耐スポール性が低下するの
で、使用中割れる傾向が大きくなるという問題を抱えて
いた。

【００１０】本発明は上記問題に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、長時間使用してもノズ
ル閉塞の抑制効果に優れ、しかも耐スポール性を有する
鋼の連続鋳造用ノズルを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る鋼の連続鋳
造用ノズルは、少なくとも溶鋼と接触するノズルの内孔
部が、アルミナが50〜90重量％、酸化マンガンが10〜50
重量％、酸化鉄が0〜40重量％、不可避不純物が3重量％
以下の組成の耐火物からなることを特徴とし(請求項
１)、これにより上記目的を達成することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る鋼の連続鋳造
用ノズルにおける好ましい実施の形態について、図面を
参照して詳細に説明する。なお、図１は、本発明に係る
鋼の連続鋳造用ノズルの配材パターンにおける第1の実
施の形態を示す概略断面図である。図２は、本発明に係
る鋼の連続鋳造用ノズルの配材パターンにおける第２の
実施の形態を示す概略断面図である。図３は、本発明に
係る鋼の連続鋳造用ノズルの配材パターンにおける第３
の実施の形態を示す概略断面図である。図４は、本発明
に係る鋼の連続鋳造用ノズルの配材パターンにおける第
４の実施の形態を示す概略断面図である。図５は、本発
明に係る鋼の連続鋳造用ノズルの配材パターンにおける
第５の実施の形態を示す概略断面図である。

【００１３】（第１の実施の形態）図１に示す本発明に
係る鋼の連続鋳造用ノズル１０は、浸漬ノズルに適用し
た場合の要部概略断面図である。この連続鋳造用ノズル
１０は、１本の孔１１が設けられた略円筒形のノズルで
ある。そして、本実施の形態においては、溶鋼と接触す
るノズルの内壁部である内孔部１は、他の部分と別の組
成にて構成されておらず、ノズル全体が同じ組成の耐火
物にて構成されている。また、この連続鋳造用ノズル１
０は、アルミナが50〜90重量％、酸化マンガンが10〜50
重量％、酸化鉄が0〜40重量％、不可避不純物が3重量％
以下の組成の耐火物で形成されている。

【００１４】本発明者らの実験調査によると、アルミナ
が50〜90重量％、酸化マンガンが10〜50重量％、酸化鉄
が0〜40重量％、不可避不純物が3重量％以下の組成を有
する耐火物は、溶鋼との接触角が90°以下であることが
明らかになった。すなわち、本発明に係る連続鋳造用ノ
ズル１０は、溶鋼との濡れ性が良いことがわかった。

【００１５】また、耐火物と溶鋼の濡れ性が良いほど、
溶鋼中のアルミナ介在物が耐火物に付着し難くなること
がわかった。例えば、A1₂O₃が70重量％、MｎOが25重量
％、FeOが5重量％の組成を有する耐火物と溶鋼の接触角
はわずか55°である。

【００１６】しかし、高アルミナ、高マグネシア、高ジ
ルコニアと溶鋼の接触角は、いずれも110°以上であ
り、溶鋼との濡れ性が悪い。すなわち、これらの材料に
アルミナ介在物が付着しやすくなることがわかった。

【００１７】また、アルミナが50〜90重量％、酸化マン
ガンが10〜50重量％、酸化鉄が0〜40重量％、不純物が3
重量％以下の組成を有する耐火物の固相線温度が組成の
調節によって異なり、連続鋳造時の溶鋼温度の1550〜16
00℃で、耐火物が固相状態を保つ場合があるが、固相と
液相の混合の状態となる場合もある。

【００１８】耐火物が固相状態の場合は、耐火物の固相
線温度が溶鋼温度より最大は僅か200℃程度高いため、
連続鋳造中稼働面の耐火物が焼結しやすく、組織が非常
に緻密になる。その結果、溶鋼中のアルミナ介在物が稼
働面に付着する確率が大幅に小さくなる。

【００１９】一方、耐火物が固相と液相の混合の状態で
ある場合、固相に対する液相の比率が顕著に少ないた
め、耐火物の溶損が起こることはない。また、少量の液
相の存在で、耐火物の組織が非常に緻密となり、これに
よっても溶鋼中アルミナ介在物は、稼働面に付着する確
率が大幅に小さくなる。したがって、本発明の耐火物を
用いることにより、後述する実施例に示すように、耐火
物への溶鋼中アルミナの付着を抑制することができる。

【００２０】一方、アルミナが90重量％を越えると、耐
火物と溶鋼の接触角が90°以上となり、濡れ性が悪くな
る。また、耐火物の組織が緻密にはならない。これらに
よって、耐火物の稼働面に溶綱中のアルミナ介在物が付
着する。なお、アルミナが90重量％を越えると、ノズル
の耐スポール性が悪くなり、使用中割れる可能性があ
る。

【００２１】他方、アルミナが50重量％未満で、酸化マ
ンガンが50重量％以上または酸化鉄が40重量％以上にな
ると、使用中耐火物に生じる液相の比率が多すぎて、耐
火物の溶損が生じる。さらに、実際にノズルを製造する
際、骨材の原料やバインダーなどに起因する不可避の不
純物が混入することがあるが、その量は、3重量％以下
であれば特に問題がない。しかし、3重量％以上なら
ば、不純物の種類によってノズルの稼働面に溶鋼中のア
ルミナ介在物が付着したり、ノズルが溶損したりする。

【００２２】（第２の実施の形態）図２に示す第２の実
施の形態における連続鋳造用ノズル２０は、第１の実施
の形態と同様に浸漬ノズルに適用した場合の構成であ
る。この連続鋳造用ノズル２０は、孔２１の一端側が二
股に分岐した構成の略円筒形のノズルである以外は、上
記第１の実施の形態同じ構成である。すなわち、本実施
の形態においても、溶鋼と接触する部分である内孔部１
が別組成となっておらず、ノズル全体は、アルミナが50
〜90重量％、酸化マンガンが10〜50重量％、酸化鉄が0
〜40重量％、不可避不純物が3重量％以下の組成で形成
されている。

【００２３】（第３の実施の形態）図３に示す第３の実
施の形態における連続鋳造用ノズル３０は、浸漬ノズル
であって、溶鋼と接触する内孔部１の主要部分（分岐路
３１ａ以外の個所）が、他の部分とは別の組成にて形成
されている構成である。すなわち、内孔部１が、アルミ
ナが50〜90重量％、酸化マンガンが10〜50重量％、酸化
鉄が0〜40重量％、不可避不純物が3重量％以下の組成の
耐火物で形成されている。

【００２４】本実施の形態のように、ノズルの内孔部１
を上記組成の耐火物にて形成する場合は、ノズル本体２
として、従来慣用のアルミナ−黒鉛質耐火物、例えばA1
₂0₃が30〜90重量％、Sｉ0₂が0〜35重量％、ClがO〜35重
量％のものを使用することができる。

【００２５】また、本実施の形態のごとく浸漬ノズルの
場合は、パウダーライン部３に、従来慣用のジルコニア
−黒鉛質耐火物、例えばZrO₂が66〜88重量％、CaOが2〜
4重量％およびClがO〜30重量％のものを使用することが
できる。

【００２６】なお、ジルコニア原料としては、通常CaO
安定化ジルコニアが広く使用されているが、この他にMg
O安定化ジルコニア、Y₂0₃安定化ジルコニア、バデライ
ト等を用いることができる。

【００２７】本実施の形態における連続鋳造用ノズル３
０の成形方法としては、内層側（内孔部１）を構成する
耐火物の原料混合物と、ノズル本体２を構成する耐火物
の原料配合物とを同時に加圧成形して所定のノズル形状
にする方法（同時成形法）により成形することができ
る。

【００２８】また、他の連続鋳造用ノズル３０の成形方
法としては、予め成形されたノズル本体に、内層を構成
する原料配合物を内装充填する方法（内装法）の何れで
も良い。そして、何れの場合においても、成形後、乾燥
し、不焼成品とするか、または焼成して製造することが
できる。

【００２９】なお、本発明に係る連続鋳造用ノズルに使
用する耐火物用原料としては、コランダム、酸化マンガ
ン原料及び／または酸化鉄原料などを使用することがで
きるし、アルミナと酸化マンガン及び／または酸化鉄か
らなるスピネル（MnO・A1₂0₃、FeO・A1₂0₃あるいは（M
n、Fe）・Al₂0₃）を使用することもできる。

【００３０】また、使用する出発原料の粒度が、1mm未
満であることが好ましい。1mmを超えると、使用時の耐
火組織の脆化や粒の抜け落ちなどの原因となり、また成
形性が劣り満足な成形体が得られないことが多い。

【００３１】（第４の実施の形態）図４に示す第４の実
施の形態における連続鋳造用ノズル４０は、浸漬ノズル
であり、溶鋼と接触する内孔部１の全体（分岐路３１ａ
の内孔部も含む）ならびにパウダーライン部３よりも下
方のノズル外面部分が、アルミナが50〜90重量％、酸化
マンガンが10〜50重量％、酸化鉄が0〜40重量％、不可
避不純物が3重量％以下の組成の耐火物で形成されてい
る。

【００３２】（第５の実施の形態）図５に示す第５の実
施の形態における連続鋳造用ノズル５０は、溶鋼と接触
する内孔部１の全体（分岐路３１ａの内孔部も含む）
が、アルミナが50〜90重量％、酸化マンガンが10〜50重
量％、酸化鉄が0〜40重量％、不可避不純物が3重量％以
下の組成の耐火物で形成されている。

【００３３】上記各実施の形態においては、本発明を浸
漬ノズルに適用した場合について説明したが、本発明
は、これに限定されるものではなく、例えばロングノズ
ル、中間ノズル、スライディングノズル等にも適宜適用
できるものであることは勿論である。

【００３４】

【実施例】（実施例１）以下、本発明品および比較品の
各試料に対して、耐アルミナ付着性および耐スポール性
について評価試験を行った。各試料は、表１に示す様々
な原料を用いて、配合→混練→造粒→乾燥→充填→プレ
ス→乾燥→焼成（還元雰囲気）→加工の工程を通して作
成したものである。

【００３５】 耐アルミナ付着性の評価試験方法 高周波真空炉を用い、アルゴンの雰囲気で100kgのAlキ
ルド鋼を溶解し、さらに1580℃で保持した後、直径が40
mm、高さが230mmの耐火物試料を溶鋼に2時間浸漬した。
なお、浸漬中において、アルゴンガスをルツボ底から溶
鋼に吹込みバブリングしながら、10分間毎にそれぞれ金
属アミニウムおよび酸化鉄を溶鋼に投入した。金属アル
ミニウムと鋼中の酸素との反応によって、溶綱の全体に
わたって数多くのアルミナ介在物が発生された。

【００３６】浸漬後、耐火物試料を引き上げて、アルミ
ナ付着層があった場合はその付着層の厚みを、付着層が
なく溶損があった場合は、溶損した厚みを測定した。

【００３７】 耐スポール性の評価試験方法 寸法が40×40×230mmの試料を1580℃の溶鋼に5分間浸漬
して、水冷した後、その試料の亀裂の発生状況を調べ
た。なお、同じ材質の試料を10本準備し、亀裂が発生し
た試料の本数で評価した。

【００３８】以上の試験方法によって行った試験の結果
を表1に示す。

【００３９】

【表１】

【００４０】表１から、次のことがわかった。 1) AG質（比較品1）、高アルミナ質（比較品2）、高マ
グネシア質（比較品3）、高ジルコニア質（比較品4）
は、いずれもアルミナ付着層の厚みが非常に大きかっ
た。また、不純物が3重量％以上のアルミナ−酸化マン
ガン−酸化鉄系質（比較品6）、アルミナが90重量％以
上のアルミナ−酸化マンガン−酸化鉄系質（比較品8）
も、アルミナ付着層の厚みが大きかった。

【００４１】不純物が3重量％以上のアルミナ−酸化マ
ンガン−酸化鉄系質（比較品5）、アルミナが50重量％
以下のアルミナ−酸化マンガン−酸化鉄系質（比較品
8）は、アルミナが付着しなかったが、溶損が激しかっ
た。なお、比較品2、3、4、6、8は、亀裂が発生した。

【００４２】2）本発明品1〜7は、アルミナ付着層の厚
みが非常に小さかった。しかも、溶損も亀裂も発生しな
かった。

【００４３】3）以上によって、アルミナが50〜90重量
％、酸化マンガン、酸化鉄の1種または2種以上が10〜50
重量％、不可避不純物が3重量％以下の組成を有する耐
火物は、鋼の連続鋳造用ノズルに非常に適したものであ
ることが判った。

【００４４】（実施例２）本発明に係る連続鋳造用ノズ
ルの効果を評価するため、実際の装置に取り付けた浸漬
ノズルの実装試験を行った。

【００４５】本発明に係る連続鋳造用ノズルの構成は、
図５に示す構成（配材パターン）とした。そして、連続
鋳造用ノズル５０は、パウダーライン部３がジルコニア
−黒鉛質（ZrO₂が75重量％、CaOが３重量％、Cが22重量
％）、パウダーライン部以外のノズル本体２がアルミナ
−黒鉛質（A1₂0₃が4重量％、SiO₂が28重量％、Cが31重
量％）であり、ノズルの内孔部１（内層）が、それぞれ
表1に示した本発明品1〜7のもので、該内孔部１の厚み
を10mmとした。

【００４６】また、比較品として、図６に示すように、
図５に示した浸漬ノズルとは内孔部１を設けない従来の
アルミナ−黒鉛質のからなるものを用いた。

【００４７】本実施例の試験は、極低炭素Alキルド鋼
［組成（重量％）はC：0.003，Si：0.03，Mn：O.8，P：
O.01，S：0.01，Al：O.05］を用いて、鋳造温度に対応
する1580℃で行った。

【００４８】そして、250分間鋳造した後、比較品のア
ルミナ−黒鉛質のアルミナ付着層が15mmにも達したが、
本発明品のアルミナ付着層がいずれも遥かに小さく、わ
ずか1〜5mmの程度であった。

【００４９】

【発明効果】以上述べたように、本発明に係る鋼の連続
鋳造用ノズルは、溶鋼と接触するノズルの少なくとも内
孔部の主要部分が、アルミナが50〜90重量％、酸化マン
ガンが10〜50重量％、酸化鉄が0〜40重量％、不可避不
純物が3重量％以下の組成の耐火物により構成されてい
るので、Alキルド鋼鋳造時のアルミナ介在物の付着によ
るノズルの閉塞が完全に抑制され、しかもノズルの耐ス
ポール性にも問題がない極めて優れた連続鋳造用ノズル
を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る鋼の連続鋳造用ノズルの配材パタ
ーンにおける第1の実施の形態を示す概略断面図であ
る。

【図２】 本発明に係る鋼の連続鋳造用ノズルの配材パ
ターンにおける第２の実施の形態を示す概略断面図であ
る。

【図３】本発明に係る鋼の連続鋳造用ノズルの配材パタ
ーンにおける第３の実施の形態を示す概略断面図であ
る。

【図４】本発明に係る鋼の連続鋳造用ノズルの配材パタ
ーンにおける第４の実施の形態を示す概略断面図であ
る。

【図５】本発明に係る鋼の連続鋳造用ノズルの配材パタ
ーンにおける第５の実施の形態を示す概略断面図であ
る。

【図６】従来のノズルを示す断面図である。

【符号の説明】

1 内孔部（本発明の耐火物） 2 ノズル本体（アルミナ−黒鉛質の耐火物） 3 パウダーライン部（ジルコニア−黒鉛質の耐火物） 10,20,30,40,50 連続鋳造用ノズル 11,21,31 孔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼の連続鋳造用ノズルにおいて、溶鋼と
   接触するノズルの少なくとも内孔部の主要部分が、アル
   ミナが50〜90重量％、酸化マンガンが10〜50重量％、酸
   化鉄が0〜40重量％、不可避不純物が3重量％以下の組成
   の耐火物からなることを特徴とする鋼の連続鋳造用ノズ
   ル。