JPS6071571A - 溶融金属容器用ノズル耐火物 - 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、インゴット注入用若しくは連続鋳造用として
溶融金属容器に装着する上・下ノズル及び浸漬ノズル等
の溶融金属容器用ノズル耐火物に係るものである。

各種のノズル耐火物のうち、取鍋に装着される上・下ノ
ズルは複雑な形状のものであるにも拘らス、一般に７リ
クシヨンプレス又はラバープレスを用いて成形され製造
されている。しかし、所要材料が混練されて坏土となっ
ているために、通常は耐火物原料の流動性及び成形圧力
の猷達が充分でなく、成形体は不均一な充填組織となっ
て機械的強度に偏差が生じ全体的に低くなシ、その結果
通称「切れ」と呼ばれる横亀裂発生の原因となシ、全体
に不斉組織となる傾向があって使用上、特に耐用寿命に
問題があったのである。

本発明は斯かる現況に鑑がみ、材料の混練時の流動性を
改善することによシ成形体の均−充填度の向上を図り、
その結果、横亀裂発生等の使用上の難点を生起せず、機
械的並びに熱的強度に富む溶融金属容器用ノズル耐火物
を提供せんとして完成されたものである。

以下、本発明の１実施例につき説明する。

耐火物の製造に際し混練した耐火材料の成形時の流動性
を改善し、成形圧力の伝播性を良好に保つことによシ良
質の耐火物が得られ、そのためには耐火材料粒子相互の
摩擦を減少させ、滑動性に富むオ土にすることが安住で
あシ、このような条件を満すためには先づ耐火材料の粒
子形状につき充分な検討が行なわれなければならない。

すなわち、従来の任意に粉砕されたような非球形粒子で
は粒子の尖端又は突出部が相互に回動接触するために、
捻回トルクを生じて機械的からまり現象が起り、ブリッ
ジ状態となり易く成形圧の付加によっても不均一な不斉
組織となるが、耐火材料を球形又は殆んど球形の、いわ
ゆる球状とすると組織を構成する粒子が互に１個に回動
するために、在来例にみるようなからまυ現象によるブ
リッジ状態が発生せず、均一な充填組織となる。

さらに、成形時の圧力により球状粒子の一部が磨砕及び
破壊されて微粒又は微粉となシ、それらが各球状粒子間
に介在して減摩性を助長すると共に、均一充填性を向上
させ、機械的強度の増加に貢献するのである。

本発明は上記のごとく耐火物の組織の均一性を向上させ
ることにより得られる機械的熱的にすぐれた特性を有す
るノズル耐火物であって、アルミナ５０〜９５％（ｗｔ
　％で以下同様とする。）とカーボン５〜５０ｑ６を主
成分とするアルミナ・カーボン球状粒子、或いはこのア
ルミナ・カーボン球状粒子１００重量部に対しアルミニ
ウム０．５〜５重量部又は珪素、窒化珪素若しくはフェ
ロシリコン等の珪素化合物、珪素合金をＳｉとして０．
１〜３重量部のうちより、１種又は２種以上を添加して
なるアルミナ・カーボン質球状粒子を用いるものである
。

本発明において使用するアルミナ原料は軽焼アルミナ、
焼結アルミナ及び電融アルミナ等のどれでも使用でき、
又、カーボン原料はカーボンブラック、リン状黒鉛、ピ
ッチコークス粉等の１種又は２種以上が使用できるが、
特に球状に造粒するという使途からはアルミナ及びカー
ボン原料の平均粒子径は２００メツシユ以下、望ましく
は３２５メツシユ以下のものである。

また、添加材として用いるアルミニウム、珪素、窒化珪
素又はフェロシリコン等も造粒性及び分散性の観点から
３２５メツシユ以下が好ましい。

上記のごとき原料より′なる、本発明に適用されるアル
ミナ・カーボン球状粒子又はアルミナ・カーボン質球状
粒子は、アルミナが５０〜９５チ並びにカーボンが５〜
５０％からなるもので、カーボンが５チ以下では耐食性
と熱衝撃抵抗性の向上が期待できず、逆にカーボンが５
０チ以上ではカーボンの耐酸化性が劣化し熱間強度及び
耐食性が低下する。

アルミニウム、珪素等の金属又は合金粉末は熱間強度と
耐酸化性との向上を目的として添加されるもので、その
理由は、 （１）金属又は合金が組成中のカーボンと反応して金属
炭化物を生成し、これが組織強度を向上させていること
、 （２）金属又は合金が溶融し、カーボンを被覆すること
によってカーボンの酸化を防止する効果が認められるこ
と、 に基づいている。

しかし、これら金属・合金の添加量が所定量を超えると
、低融点物の生成量が多くなシ耐食性が低下するため、
アルミナ・カーボン球状粒子１００部（重量部、以下同
様とする。）に対し、アルミニウムは０．５〜５部、珪
素は０．１〜３部が望ましい範囲である。

以上の所定量で配合されたアルミナ・カーボン材料又は
アルミナ・カーボン質材料は、充分混線された後フェノ
ール樹脂、フラン樹脂、糖蜜、ポリビニールアルコール
、ホリアルキルスルホン酸ソーダ、パルプ廃液、苦汁等
の有機又は無機のバインダーを加え、転勤造粒機、回転
ミキサー、押出し造粒機又はマルメライザ等を用いて球
状に造粒し、さらに１２０〜２００°Ｃの温度で乾燥さ
れる。

乾燥された球状粒子は本発明に適用される球状粒子とな
るが、成形体とするときの混練工程での破壊を防ぐため
に、場合によっては乾燥後の球状粒子を還元雰囲気で焼
成して用いることもできる。

次に多様な具体例を挙げて本発明の実施例を詳記する。

実施例１゜ 市販の焼結アルミナのうち粒径５０μ以下のものが１０
０％を占めるものと、同じく市販のカーボンブラックと
を重量比で９０　：　１０に配合し、回転式ミキサーで
充分混合する。次にこの混合体にポリアクリルアリルス
ルホン酸ソーダを噴霧しながら傾斜皿型造粒機を用いて
球状に造粒する。造粒物は１５０°Ｃにて２４時間乾燥
し、本発明に適用するアルミナ・カーボン球状粒子を得
た。

また、アルミナとカーボンブラックとの重量比をそれぞ
れ（９７：３）、（９５：５）、（９０：１０）、（８
０：２０）、（７０：３０）、〔６０：４０〕　とし、
上記と全たく同じ方法でアルミナ・カーボン球状粒子を
得た。

このようにして得られた各アルミナ・カーボン球状粒子
を篩分けして第１表に示す各配合割合で混合し、フェノ
ール樹脂を添加してフレットミルで混練したのち、連続
鋳造用下ノズルをフリクションプレスで成形し、１５０
°Ｃで２４時間乾燥して不焼成品とし、その物性又は特
性を第１表に併せ示した。

なお、各実施例を通じ、得られた耐火物の特性又は物性
の測定又は評価は次の手段によった。

（イ）耐スポール性　、 ノズル耐火物のノズル内孔部の開口部にガスバーナの焔
を当てて孔内部を急加熱し、１６００〜１６５０°Ｃの
温度域′で３０分間保ってから空冷した。

冷却後、ノズル耐火物を観察し、 Δ：亀裂が認められる ○：亀裂は発生しているが微細なもの ◎：亀裂の発生が認められないもの に段階評価した。

（ロ）耐食性 溶鋼はＦｅ１００％を用い、１６５０°Ｃで３０分間５
回繰返す回転侵食法による溶損寸法を調べ、比較例のＮ
ａｌの溶損寸法を１００とする指数で示した。

（ハ）耐酸化性 成形体より３０　ｘ　３０　ｘ　３０ａの立方体試料を
つくシだし、１５００°Ｃの電気炉中で１時間おき、加
熱前後の重量差を測定し、比較例の魚１の増量を１００
とする指数で示した。

第１表に示す隘１〜４は比較例で、Ｎα１は現在鋳造用
下ノズルとして実際に使用されているもので、耐スポー
ル性、耐食性及び耐酸化性の比較用とした。Ｎα２は本
発明例と比較するため１４５メツシユ以下のアルミナ量
を増加させたものである。陽３はカーボン量を増加した
場合でカーボン量による比較例としたものである。Ｎ１
４はアルミナ・カーボン球状粒子を用いたものであるが
カーボン量をきわめて少なくした比較例である。

臘５〜９はいずれも本発明例である。テスト結果からカ
ーボン１０％含有の場合の偏差範囲（最大値と最小値と
の差）をみると、見掛気孔率については非球形材料のと
きは４．９〜５チ、球状材料のときは２．５〜３．２チ
であり、又、圧縮強度については非球形材料のときは２
２５〜２３２ｋｇ／ｄ１球状材料のときは１００〜ｘａ
ｓ＆ｇ／ｄであって、いずれも偏差範囲は球状の方が小
さくなっておシ均−性が増加していることが看取され、
その結果、ノズルを上部、中部、下部の３部についてみ
た場合、特にノズル中部の強度が増している。

カーボンを含む耐火物の耐スポール性はカーボン量に比
例することは従来から知られているが、本発明において
は同じカーボッ１０％配合のものでも、球状粒子を用い
た方が耐スポール性はすぐれており、これは物性又は特
性の偏差範囲が少ない均斉化された成形体となっている
からであると考えられる。

耐食性も、同じように球状粒子を用いた方がすぐれてい
るのは、全体として細孔径が小さく緻密化しており、溶
鋼の浸透が抑止されているからであると考えられる。

本発明例で示すごとく、成形体の物性の均一性のあるこ
と及び緻密化は、 （１）球状粒子を用いることによる構成粒子群の流動性
が、非球形粒子のときに較べて格段によく、全体的に均
一性が向上する、 （２）成形圧によってその球状粒子が一層磨砕及び破壊
され、互に接触面積を増し成形体が緻密化するｔ ことが理由となっている。

しかし、球状となした粒子は混練過程での破壊も若干認
むられることもあるが、このような場合に対処してアル
ミナ・カーボン球状粒子を還元域で焼成して適用するこ
とも勿論である。なお、第１表以下表中のカッコ付きで
示す数値はすべて外掛は値を示す。

実施例２ 第１表に例示するごとく球状粒子でも、カーボン量が増
すにつれ耐酸化性が劣化する傾向が認められる。本実施
例群では耐酸化性の改善を目的として添加材の検討を行
なった。

球状粒子の製造は実施例１．と全たく同じ手段を採り、
アルミナ及びカーボンの他に第２表に示す金属粉全会適
量添加して、アルミナ・カーボン質球状粒子を得て、同
じく第２表に示す配合割合でノズル耐火物製品を得た。

なお、カーボン原料は粒径が７４μ以下のリン状黒鉛゛
を用いた。

第２表に併せ示した物性又は特性によれば、球状粒子の
カーボン原料にリン状黒鉛を用いることにより、同じカ
ーボン含有量では翫１０では隘９よ原料の粒子径がカー
ボンブラックよりリン状黒鉛の方が大きいためであると
考えられる。

Ｎｏ、１０からＮ１１Ｌ１２に至るまで、カーボン量が
増すにつれ耐酸化性が小（酸化が大）となるが、金属ア
ルミニウムを添加した隘１３〜１８及び金属シリコンを
添加した嵐１９〜陽２２では耐酸化性の改善がみられる
。ただし、添加量が比較的少ない＆１３ではその効果は
少なく、改善の傾向がみられるに止まっている。又、添
加量の多いＮａ１８．Ｎａ２２では耐食性が劣化する傾
向にあシ、その添加量に適量があることを示している。

さらに、凪１０〜１２の結果と添加材の効果とを考慮す
ればカーボン量は約５０％までが好ましく、それを上ま
わると耐酸化性の劣化が予想される。

実施例３゜ 成形体の物性又は特性の偏差範囲を小さくする、すなわ
ち均一性をさらに向上させる目的で、本発明の球状粒子
の添加量及びＳ　ｉ０７成分を添加した場合についての
実施例である。

アルミナが９０チ、リツ状黒鉛が１０チ、及び外掛けで
金属アルミニウム２チ、金属シリコン１％からなるアル
ミナ・カーボン質球状粒子を実施例１゜の実施例群と同
じ方法で造粒し乾燥したのち、１０００°Ｃで３時間、
還元雰囲気で焼成した。この焼成した球状粒子を用いて
第３表に示す配合割合で混線、成形、乾燥して不焼成の
ノズル耐火物製品を得た。また、同様にしてアルミナが
７０％、リン状黒鉛が３０チ及び金属アルミニウム外掛
けで２チ、金属シリコン外掛けで１チからなる球状粒子
を第３表に示す配合割合にて同様に不焼成のノズル耐火
物製品を得たつそしてこれらの各実施例群の物性及び特
性を第３表に併せ示した。

隘２３〜２９は力、−ボン１０チを含む球状粒子を、叉
点３０〜３７はカーボン３０チを含む球粒子をノズル耐
火物用の配合全体量に対してそれぞれ３〜９０係添加し
た場合である。

隘３８〜４２は、球状粒子の５ｉ０２添加量について調
査したものであり、Ｓ　ｉ　０２は３２５メツシユ以下
を用いた。

以上の各実施例群の結果を示す表から、最大気孔率と最
小気孔率との差を成形体組織の均一性を示す尺度として
図示すると第２図に示すようになシ、均斉な組織を得る
ための球状粒子の添加量は少なくとも５％以上が望まし
いことが判る。

このことは明らかに流動性に富む原料混線状態をもたら
す球状粒子の使用の有意性を示しているものである。

しかし第３表に示すごとく球状粒子の添加量が少なくな
ると耐スポーリング性の劣化がみられるが、これはカー
ボンの絶対量が不足しているためであり、このような場
合には実施例Ｎ１５又はＮａ　６にみるごとく不足分の
カーボンはマトリックス微粉として添加すれば上記のよ
うな問題は解決することができるのは本発明の有利な点
である。

【図面の簡単な説明】 第１図は成形体の均一性と球状粒子の添加量との関連を
示すグラフである。 出　願　人　播磨耐火煉瓦株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　アルミナ５註〜 又はアルミナ５註〜 チに２０　ｗｔ　’Ａ以下の５ｉ０２を付加した組成を
   主成分とするアルミナ球状粒子を耐火物材料に用いたこ
   とを特徴とする溶融金属容器用ノズル耐火物。 ２、特許請求の範囲第１項記載の組成において、アルミ
   ナ・カーボンにアルミニウム又は珪素の金属又は合金を
   付加してアルミナ・カーボン質球状粒子としたことを特
   徴とする溶融金属容器用ノズル耐火物。