JPS59169977A - ポ−ラス質ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は取鍋又はタンティッシュに装着される鋳造用ノ
ズルのうち、地金又は鍋中の析出物、峙てアルミナのノ
ズル内周面への付着をガスシールにより防止するように
したポーラス質ノズルに係るものである。

現仕、鋳造用ノズル耐火物としては高アルミナ質及びア
ルミナ・カーボン質が多用されているが、これらの材質
では鋼中の析出物、特にアルミナ粒子がノズル耐火物の
孔内周面にイ；ｊＭして使用時間の経過と共に除徐に肥
厚し、逐にはノズル孔を閉塞するに至シ操業が停止する
場合もあった。これを防止するために、ノズル耐火物に
は主としてアルゴンガスを吹込み、ノズル孔内周面と溶
鋼との界面にガス皮膜を形成させるか、又は吹込んだガ
スにより溶鋼流を攪拌させ溶鋼温度を均一化することに
よって、アルミナの付着を防止するようにさ？している
。

このような目的に使用されるカス吹込み用ポーラスノズ
ルが具備すべき特性としては、耐食性、熱衝撃抵抗性が
大なることはもとより、ノズル耐火物の所安城の谷部分
から均一にガスが噴出できるものであることが最大の条
件である。

ところで、ポーラス質耐火物にこのような特性を付与す
る手段として、たとえば実開昭５１−１５７５７０号、
実開昭５７−３６４２号又は特開昭５７〜１７４６２号
では球形粒子を使用することが報告されているが、それ
らは取鍋内の溶鋼攪拌、溶鋼流の酸化若し・くけ窒化の
防止等或いは有害雰囲気ガスからの金属溶湯流の保護若
しくは遮蔽を目的としたものであって、本発明が解決せ
んとする鋼中の析出物、特にアルミナの付着防止を目的
としたものと本質的に異っている。また、上記先行技術
に使用されている球形粒子の化学的特性及び実施態様で
はＳ　＞　０２含有量はきわめて多量であり、従って、
溶鋼、酸素洗浄時における酸素ガスに対する耐食性が劣
ることが欠点となっている。

本発明は斯かる現況に鑑がみなされたもので、耐食性に
優れた涜１アルミナ質球状粒子を用いることにより、所
要の通気性と組織の均一化を得ると共に、耐食性、熱衝
撃抵抗性に優れたもので、鋼中介在物、特にアルミナ付
着防止を目的とした鋳造用ポーラス質ノズルの提供を目
的としている。

以下、本発明のポーラス質ノズルにつき詳説する。本発
明にみる各実施例においてそれらが具備すべき物性とそ
の策定は次のとおりであって、通気性、耐食性及び熱衝
撃抵抗性の観７点から、ポーラス質ノズルに必須の基本
的物性として通気率、細孔径・分布及び気孔率を考慮す
る必要があり、これらについての検討事項を列記する。

（ａ）　　通気率について 通気率は所要の通気性が得られるか否かを示すもので、
鋼中の介在物の付着防止に関して最も蓋な物性である。

耐火物の通気率については、単位時間当シのガスの流量
をＱ１圧力損失を■、ノズく ル表面積をＡ１同じ厚みをＬとすると、△ Ｑ 悪気率Ｋｒ　＝、・ｌ＆　”””　（１）で示さルる。

従ってノズルが使用されるときの・訣用条件若しく　ｉ
ｒ、ｔｔメ業条件からＱ及びΔＰが設定できるとＬ文び
Ａは既知であるから、（１）式により通気率が計算でき
る。ただしＱｌ′ｉ温度と圧力の補正、１ＭＦｐまゲー
ジ圧力と俗弁ｉ−・ソド圧全考ｌばする必要がある。

以上の事項に基いて一般的な操作条件から（１）式を用
いて計算される通気率は０．旧〜Ｑ、５　（ＣＣ−α／
ｄ−ｓｅｅ　−ｃ＊Ｈ２０）　の値となる。

（ｂ）　　細孔径・分布について 一般に細孔径が大きくなると、ノズル１刷人物への溶鋼
の侵透又はノズルの汚損が著しく大となる。そこで溶鋼
ヘッド圧と、溶鋼−愉火物ｌｉｄ］　ＶＣ働らく表面張
力との両者の均衡を考慮することによシ、溶鋼の侵入が
生じないような細孔径を設定できる。いま、溶鋼高さを
Ｈ（α）とすれば溶鋼の侵入を防止できる細孔直径ｄθ
（画）は次の（２）式の不等式を満たすことが必要であ
る。

ここに、Ｔ（は溶％１　１ｉｉ４火？吻間の表面張力、
θは同じく接触角、ρけ沼、・詞密岨、巳はｌ力のカロ
速度である。

本発明では耐火向の材質としＣアルミナを主とするもの
であるから、アルミナと溶■間のＴ及びθを用い、操業
条件により定Ｉる＋（及びρの１直を（２）式に代入し
て計算すると、一般的な操作条件のもとでは細孔径の最
大値は約５０ｔｔとなる。

一方、細孔を経て溶鋼中に噴出されるガスは、本来の目
的からすればノズルと溶鋼との界面に存在している必要
がめり、噴出するガスが溶鋼流の乱れの中まで達すると
、ガスノールの目的を達することはできない。これらの
ことを考慮した細孔径は、実鹸の結果約７μが望”まし
い。また、細孔の分布は均一化の現点より細孔相互の１
ＡＪ　ａｌは小さい方が望ましし）。

（Ｃ）　　気孔率について・ 気孔率は熱衝撃抵抗性と密接な関係がある。使用中に亀
裂が発生すると通気性が変動し、安定なると、気孔率が
およそ２０〜２５％前後で熱虞本紙坑１生が大となる。

以上の諸点力≧らみて、ポーラス質ノズルが具備すべき
基本的物性は、 通気率　０．０１〜０．５　（ＣＣ−ｃｍ／ｒ屑−８ａ
ｃ−ｃｍＨ２０）細孔直径　　７〜５０μ 気孔率　２０〜２５％ の範囲に設定することが要件となる。

次に、これらの知見に基づく本発明のＪ＜体的な実施の
諸州を挙げろ。

実施例１゜ アルミナ質球状粒子、市ｒ仮されている在来の微粉焼結
アルミナ、粘土及び酸化クロムを第１表に示すような内
容比率にて調整し、フェノール樹脂を添加してフＬ／ッ
トミルで光分混練した後、フリクションプレスでノズル
形状に成形して１７００°Ｃで焼成した。また、これと
併行して非球形粒子の市販焼結アルミナを骨材として、
同様に混練、成形、焼成した。

その各実施列の基本物性と耐食性、熱衝撃抵抗性との状
態は第１表に併せ示したとおりである。

なお、組成又は配合比率はｗｔ％であり、各種のテスト
方法は以下の各実施例を通じてＦ記のように行なった。

溶損比率は、各焼成体について回転侵食法により１００
％鋼の溶鋼を用いて１６５０°Ｃで４５分接釉を４回繰
り返してその溶損量を精測し、五ｌの配合体の値を１０
０　（％）とした場合のＡ２−１８、歴１９及び２０並
びに４６２１〜２８の各溶損量の割合を１００分比で表
しである。

亀裂の程度は、各配合体より５０　ｘ　５０　Ｘ　５０
＋＋ｍの供試体をつくシだし、１５００℃の電気炉中に
入れて急熱し、２０分保持した後取出して空冷する操作
を反復した。その操作の回数と亀裂の状態により、２回
後、亀裂なし　　・−・・・・０ １回後、亀裂なし　　・・・・・０ １回後、微亀裂発生　・・・・・・△ １回後、大亀裂発生　・・・・・× として熱＃本紙抗性を評価した。

第１表につき検討すると先づ第１表に示された扁１と志
２とは非球状粒子全骨材とする在来タイプのものであシ
、Ａ３−１８は本発明の、ものである。

本発明のものは同じ配合組成の在来タイプと比較して、
たとえば應６と馬１又は魚７とＩａ　２にみるごとく通
気率が高く、従って通気性に曖れていることがわかる。

また、見掛気孔率、平均細孔径及び通気率がほぼ同じ値
を示す配合体のうちで、球状粒子の本発明のものと非球
状粒子の在来タイプの比較を行なうと、たとえばＡ４と
属１又はＡ６とＡ２にみるごとく耐食性、熱衝撃抵抗性
は球状粒子を用いた本発明の應４及び＆６の方がそれぞ
れ優れていることが認められる。

瓜７及び８は極めて通気性は良いが耐食性、熱衝撃抵抗
性が劣っている。これは粒度分布が粗大化傾向にあるた
めマトリックス相当部が少なくなシ、ポーラス化して充
分な強度が得られていないことに起因している。

Ａ９〜１１は粘土の含有量につき検討したものであるが
、粘土含有量の多いＡ１１は耐食性及び熱衝撃抵抗性が
劣る結果になっており、耐食性及び熱衝撃抵抗性に及ば
ず影響から推察すれば５ｗｔ％程度以下が望ましい。

應１２〜１６は酸化クロムの含有量について検討したも
のであるが、酸化クロム含有量の多い黒１６は耐食性に
優れている反面、熱衝撃抵抗性が劣る傾向があり、その
配合量はおよそ２ｗｔ％又はそれ以下が望ましい。

應１７及び１８は骨材粒子の化学組成につき検討したも
のであるが、当然のことながら５０２量の多い諷１８は
耐食性が劣っている。＆１７及び１８の結果から骨材粒
子の化学組成としては、Ａ＃２０Ｂが８９ｗｔ％以上、
５ｉｎ２が１１ｗｔ％以下とすることが望ましいことが
わかる。

以上の結果から１７００°Ｃ焼成の場合には、高通気性
を示す＆７及び８の耐食性と熱衝撃抵抗性に若干問題が
あるが、その点を除けばこの諸例においては、骨材粒子
の化学組成及び粘土、酸化クロム含有量を調整すること
により通気性、耐食性及び熱＃基低抗性に優れたポーラ
ス質ノズルを得ることができる。なお、通気性は良好で
あっても耐食性又は熱衝撃抵抗性かや＼劣る黒７又は＆
８のような場合には、焼成温度の上昇（実施例２．に示
すもの）又は添加物の強化（実施例３．に示すもの）に
よシ耐食性、熱衝撃抵抗性を向上させることができるの
は本発明の有利な点である。

実施例２゜ 焼成温度を調整することにより得られるポーラス質耐火
物の物性及び特性がどのような傾向を示すかを検討した
。

第１表に示された配合のうち、應７及び８について焼成
温度を高め、１７６０″Ｃで焼成した場合の結果ケ虎１
９及び２０として第２表に示す。この結果からみれば気
孔率が減少し、従って強度の増大により熱衝撃抵抗性が
改善され、また、若干ながら耐食性の向上も認められる
。しかし、耐食性の向上については未だ充分とは考えら
れないので、溶鋼に対して高耐食性を糸すジルコニアに
注目して、骨材粒子の添加物について検討することにし
た。

実施例３゜ 骨材粒子に対する添加物への追加の質、欲を検討したも
ので、第３表に示すごとき配合比率に調整し、実施例１
．と同様に７レツトミルを用いて混練し、成形した後、
届２１〜２４は実施例２．と同様に、又煮２５〜２８は
実施例１と同様に１７００°Ｃで焼成した。

予測したとおり、ジルコン又はジルコニアの添加によっ
て耐食性、熱衝撃抵抗性が向上していることが第３表に
より明瞭である。

特に熱衝撃抵抗性の向上が顕著であるが、これはジルコ
ニアの場合は焼成によりアルミナとジルコニアとの熱膨
張差によって微細なりラックが発生し、そのクラックに
より発生する熱応力が緩和されるためであシ、一方、ジ
ルコンの場合には焼成によシ強度が増加することが支配
的になっていると考えられる。しかし、ジルコニアの添
加量が必要以上に多くなると、微細なりラックの占める
割合が過多となって強度減少が生ずる。

耐食性については、ジルコニア、ジルコンの添加量が比
較的少い場合は原料特性によって旨耐食性を示すが、添
加量が多くなるとジルコニアによるクラックの増大及び
ジルコンによるＸ［１成分としての５ｉＯ２Ｎｔの増カ
リを招き、却って耐食性（Ｊ、劣化する。

従って、第３表より望咬しい徐加−［５１−は、ジルコ
ニアでは１〜４３　ｗｔ　％　、ジルコンでは２〜ＩＱ
−、ｖｔ％と推定される。

以上詳説した各実施例の結果を、粉体層等で多用されて
いるＫＯｚｓｎ７−Ｃａｒｍａｎ式を表す脚分と共に第
１図に示す。

前記のごとく通気率Ｋｒは（１）式により、又則孔径ｄ
、ｅ＠は（２）式によシ表わされ、同時にＫｏｚｅｎｙ
−Ｃａｒｍａｎ　　式は空筒速度をＵ、気孔率をεとす
れば細孔の相当直径、動水半径をそれぞれｄｅ、ｒｈと
すれば、 ここに、ＳＶは粒子巣位体積肖りの表面イ貴で、形状係
数φＣを用いると、 （３）式と（１）式から粒子径ａｐ、気孔率さなろ場合
の通気率Ｋｒは、 捷た（４）　（５）　（６１からは、 通気率Ｋｒはこのように挙動かりΣ付けされるから、本
発明に寄与する球状粒子（球形又は実質球形と認められ
る粒子）は第１図にみるような性状を示し、２つの大き
な特徴がみられる。

その第１はにΩｚｅｎｙ−Ｃａｒ＋ｒ＋ａｎ式表極めて
よく一致していることである。このことは製造に関する
一切が非常に管理し易く、又諸事象を理論化して考える
ことが可能である。

第２には、同じ〔（気孔率）×（細孔径）２〕値に対応
する通気率が非球状のものに較べて犬である。すなわち
、球状粒子を用いた方が通気性が良いことになる。これ
は気孔形状が円形化しており、且つ相対的に貫通気孔が
多く、流動抵抗が小さいことを示唆している。つまり、
逆に考えると同じ通気率に対し〔（気孔率）×（細孔径
）２〕が小となり、同時に気孔率、細孔径はいずれも耐
食性に関与する因子であるから、これらが小となること
は当然に耐食性の向上になるのである。

本発明のポーラス質ノズルは叙上のごとく溶融金属容器
に装着して優れた効果を発現するもので、本発明の要旨
に従うものであればその技術的思想は上記実測の語例に
限定されるものではなく、それらから導かれる応用又は
変形も本発明の技術的範囲に包含されることはいう壕で
もない。

第２表　実施例２．の配合及び物性、特性

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における気孔率及び細孔径と通気率との
関連を示す図である。 第１図 （りしル卑′）×（是１りＪし才劫２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■１球状粒子の化学組成が、Ａｌ２Ｏ８含有Ｂｇ　ｗｔ
   ％以上、５１０２含有１１ｗｔ％以下からな９、且つ球
   形又は球形に近い球状のアルミナ質粒子を骨材とし、適
   宜添加料と混合せる配合体を混線、成形後焼成して、ガ
   ス吹込に好適な通気率を保持する構成としたことを特徴
   とするポーラス負ノズル。 ２、特許請求の範囲第１項記載の配合体が、粒子径２．
   ０〜０．３朋のアルミナ質球状粒子７０〜１００ｗｔ％
   、粒子径５０μ以下の微粉アルミナ０−２５係、粒子径
   １５μの粘土Ｏ〜５ｗｔ％、粒子径２０μ以下の酸化ク
   ロムθ〜２，Ｑｗｔ％からなる粒度分布と成分組成とに
   より形成されたことを特徴とするポーラス質ノズル。 ３、特許請求の範囲第２項記載の粒度分布と成分組成に
   おいて、微粉アルミナ又は粘土に置換或いは一部置換し
   て、粒子径５０μ以下のジルコニア粉末を１〜１３ｗｔ
   ％　添加することを特徴とするポーラス質ノズル。 ４、特許請求の範囲第２項記戦の粒度分布と成分組成に
   おいで、微粉アルミナ又は粘土に置換或いは一部置換し
   て、粒子径７０μ以下のジルコン粉末２〜ｌＱｗｔ％添
   加することを特徴とするポーラス質ノズル。