JPS6411589B2

JPS6411589B2 -

Info

Publication number: JPS6411589B2
Application number: JP58200858A
Authority: JP
Inventors: Michihiro Goto; Tsuka Fujimoto; Shin Komatsu; Juzo Ootsuki
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1983-10-28
Filing date: 1983-10-28
Publication date: 1989-02-27
Also published as: JPS60180950A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は、取鍋・タンデイツシユなどの溶鋼容
器に付設されたスライデイングノズル装置の耐火
物部材として用いられるスライデイングノズルプ
レート（以下、SNプレートと称す）の製造方法
に関するものである。（従来技術） SNプレートは、溶鋼の流量制御の機能を有す
るため非常に高度な特性が要求される。すなわち
SNプレートは溶鋼流による摩耗、急激な熱衝撃、
摺動駆動による摩耗などの物理的作用に加え、溶
鋼または溶融スラグ等による化学的な侵食作用を
受ける。従つて、具備すべき特性としては耐摩耗
性、耐スポーリング性、耐食性などがある。このため従来から種々の材質が開発され、現在
ではアルミナを主体とした材質が数多く使用され
ている。これらは通常、寿命を向上させる目的で
タールまたはピツチを含浸処理しているが、操業
時にタールまたはピツチからの発煙が著しく、作
業環境を悪化させるとともに、スライデイングノ
ズル装置全体を汚染するなどの問題がある。そこ
で最近では無発煙性のものとしてアルミナ−カー
ボン質、あるいはこれにシリマナイト、アンダル
サイトなどの天然原料、ムライトやムライト・ジ
ルコニアなどの合成原料を添加して熱膨張率を低
くしたアルミナ−ムライト−カーボン質、あるい
はアルミナ−ムライト−ジルコニア−カーボン質
が使用されるようになつた。しかし、これらは耐
食性にある程度満足し得るものの、急激な熱衝撃
によるノズル孔エツヂ部の欠け、摺動面のピーリ
ング（面剥離）など、SNプレート特有の問題が
依然解決されていない。（発明の目的）本発明者らは、上記従来の材質の欠点を解決す
べく鋭意研究の結果、SNプレート材質の粗粒お
よびまたは中粒域に所定量のアルミナ原料、ジル
コニア原料を溶融して得られた合成原料すなわち
電融アルミナ・ジルコニア質原料（以下アルミ
ナ・ジルコニア質原料という。）を配合し、さら
にその割合を限定すると、ノズル孔エツヂ部の欠
け、および摺動面のピーリングが減少し、しかも
ノズル孔の耐溶損性が従来材質以上になることを
知り、本発明を完成するに至つたものである。（発明の構成、作用、効果）本発明は、酸性及び中性耐火原料のうち一種ま
たは二種以上にアルミナ・ジルコニア質原料を配
合し、全耐火物原料の粗粒、中粒を30〜60wt％
とし、しかもアルミナ・ジルコニア質原料はアル
ミナ58〜78wt％、ジルコニア20〜40wt％、不可
避成分2wt％以下の化学組成を有し、該アルミ
ナ・ジルコニア質原料の粗粒および／または、中
粒を２〜50wt％含有させたものであり、これに
耐火材料微粉、カーボン及び金属粉を配合し、こ
れを結合剤と共に混練、成形後、還元焼成するこ
とを特徴とするスライデイングノズルプレートの
製造方法である。以下、本発明を詳細に説明する。従来のSNプ
レートからアルミナ−カーボン質、アルミナ−ム
ライト−カーボン質、アルミナ−ムライト−ジル
コニア−カーボン質を例にとり、その使用後品の
中でエツヂ部の欠け、および摺動面上にピーリン
グを発生したものを選んでその破面を観察すると
粗粒と中粒とも粒内破断を生じ、亀裂伝播経路が
直線的になつている。粗粒、中粒の粒内破断を左右する要因として、
組織内のマトリツクス強度、粒界強度、粗粒と中
粒自身の強度が考えられる。SNプレートの一般
的な製造として、焼成後、タール、ピツチ、樹脂
等を含浸して強度を高めているが、組織的に考え
ると、タール、ピツチ、樹脂等の侵入は、開放気
孔の多いマトリツクス部分であり、それによる強
度の増加は、マトリツクスおよび粗粒、中粒の粒
界面に限られる。従つて、煉瓦の強度以上の熱応
力が発生し、マトリツクス部に亀裂が進展した場
合、強度の弱い粗粒および中粒は容易に破断し、
その伝播経路は直線的になつて、ノズル孔エツヂ
部の欠けおよび摺動部のピーリングの要因とな
る。これに対し、本発明で使用するアルミナ・ジル
コニア質原料は強度が大きいために、SNプレー
トに亀裂が発生したとしても、その亀裂の伝播経
路は粗粒および中粒を辻回したジグザグ状にな
り、組織の剥離を阻止し、よつてエツヂ部の欠
け、あるいは摺動面のピーリングを防止する。ま
た、ノズル孔の耐食性、摺動面の耐摩耗性にもす
ぐれた効果を発揮し、その相乗効果でSNプレー
トの耐用寿命を格段に向上させる。アルミナ・ジルコニア質原料のジルコニアは単
斜晶ジルコニアであり、樹脂状に発達したコラン
ダム結晶と共存したいわゆる共晶組織を有する。
アルミナ・ジルコニア質原料の強度が高いのは、
製造工程においてアルミナとジルコニアを溶融
し、冷却する際に析出するコランダム結晶のサイ
ズが小さく、その結晶が三次元的な樹枝状に発達
するからである。化学組成で、ジルコニアが20wt％未満でアル
ミナが78％を超えると析出するコランダム結晶の
周囲のジルコニアが少なくなつて、コランダム結
晶の樹枝状発達が抑制されるとともにその結晶サ
イズが大きくなり、粒の強度が低下する。またジ
ルコニアが40wt％を超え、アルミナが58wt％未
満では、コランダム結晶の生成が少なくなり、耐
火度、耐食性が低下する。また、単斜晶ジルコニ
アの割合が多くなつて、単斜晶ジルコニアの特徴
的な容積変化が極端に大きくなり、粒内に亀裂が
発生して好ましくない。第１図は、急熱急冷の熱
負荷を与えた場合の単斜晶ジルコニアの容積変化
をグラフ化したものである。不可避的成分が2wt
％以上では耐食性が低下する。本発明で用いられるアルミナ・ジルコニア質原
料に類似のアルミナ原料、ジルコニア原料を焼成
して得られる焼結原料は、焼成温度が溶融原料に
比して低く、冷却時に析出するコランダム結晶構
造が三次元的樹枝状に発達し難く、従つて溶融原
料に比し、抗破砕性が充分でなく使用に余り適さ
ない。アルミナ・ジルコニア質原料は以上の化学組成
を有するものであれば電融品、焼結品のいずれで
もよいが、コランダム結晶の大きさを制御する面
で、電融品が特に好ましい。第２図は、化学成分でアルミナ72.5wt％、ジル
コニア26wt％の電融アルミナ・ジルコニア質原
料を例にとり、焼結アルミナ、合成ムライトなど
の合成原料、およびシリマナイト、アンダルサイ
トなどの天然原料について、群粒圧壊強度（250
〜2000Kg／cm²）を比較したものである。この結果
からも明らかなように、本発明で使用するアルミ
ナ・ジルコニア質原料は組織的な特徴により、他
の原料に比べて強度が大きい。このアルミナ・ジルコニア質原料は粗粒または
および中粒として配合し微粒には配合しない。粗
粒、中粒の粒径について正確な定義はないが、
SNプレートの一般的な粒度から大別すると粗粒
４〜１mm、中粒１〜0.3mm、微粒（又は微粉）0.3
mm以下である。組織内のマトリツクスを構成する粒子は0.3mm
以下の微粒が大部分であり、強度の高いアルミ
ナ・ジルコニア質原料の微粒を使用した場合、マ
トリツクス部の強度が高くなり、亀裂が発生する
とその伝播経路が直線的となり組織が剥離しやす
くなるからである。本発明では酸性及び中性耐火原料のうち一種又
は二種以上にこのアルミナ・ジルコニア質原料を
配合して、SNプレート材質の粗粒、中粒を30〜
60wt％とする。酸性耐火原料はムライト、ムラ
イト・ジルコニアなどであり、中性耐火材料はア
ルミナである。SNプレート材質の粗粒、中粒が
30wt％未満の場合、成形時、ラミネーシヨンが
発生して、煉瓦化はできない。60wt％以上では、
成形時セグリゲーシヨンが著しく、煉瓦の物性も
はなはだしく劣る。アルミナ・ジルコニア質原料は粗粒または中粒
としてSNプレート材質配合全体に対して２〜
50wt％含有させる。2wt％未満ではアルミナ・ジ
ルコニア質原料を添加しても耐食性、耐スポーリ
ング性で効果が現われなく、50wt％を超えると
SNプレート煉瓦の強度、耐摩耗性が大きくなり、
焼成後SNプレート摺動面部の研磨能率が低下す
るなどの製造上の問題がでてくる。残部を占める耐火材料粉は特に限定するもので
はなく、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物な
どから選ばれる一種または二種以上とする。中で
も、アルミナ、ムライト、シリマナイト、アンダ
ルサイト、ムライト−ジルコニアなどが特に好ま
しい。また、超微粉として20μ以下の単斜晶ジル
コニア、150μ以下の炭化珪素又は窒化珪素など
を添加すると、耐スポーリング性を向上させるう
えで、さらに好ましい。カーボンは耐食性、耐スラグ浸透性、耐スポー
リング性などの効果を付与する。具体例としては
天然黒鉛、人造黒鉛、電極屑、ピツチコークス、
カーボンブラツクなどの一種または二種以上であ
る。好ましい割合は１〜20wt％である。金属粉は焼結助剤、前記炭素の酸化防止として
重要な配合物である。具体例としてはアルミニウ
ム、シリコン、クロム、マグネシウム、チタニウ
ム、鉄、フエロシリコン、フエロクロムなどの一
種または二種以上、あるいはそれらの合金であ
る。効果および経済性の面から、このうちアルミ
ニウムとシリコンが良好である。添加量は0.5〜
8wt％が好ましい。その他、必要によりSNプレートの添加物とし
て既知なる酸化防止剤、焼結助剤、フアイバー類
などを添加してもよい。以上からなる配合物は、結合剤として例えばタ
ール、ピツチ、フラン樹脂、フエノール樹脂など
の一種または二種以上を添加して混練し、フリク
シヨンプレス、オイルプレスなどでSNプレート
形状に成形後、1000〜1500℃程度で還元焼成す
る。焼成後、必要によつてはピツチ、タール、樹脂
などを含浸し、200℃以上のベーキング処理を行
い、気孔中に炭素分を充填させてもよい。また、
SNプレート摺動面の平滑度を高めるため、研磨
を行つてもよい。（実施例）つぎに、本発明実施例とその比較例を示す。第１表は各例で使用した耐火材料の化学分析値
と群粒圧壊強度を示す。同表にアルミナ・ジルコ
ニア質原料で、Ａは化学成分値が本発明範囲外の
原料である。第２表は各例の配合組成と、得られたSNプレ
ートの物性試験結果である。同表で示す比較例
１、２は従来品であり、３〜９はアルミナ・ジル
コニア質原料の化学成分値、SNプレート材質配
合での粗粒・中粒の割合、及びアルミナ・ジルコ
ニア質原料の粗粒・中粒の割合において、本発明
範囲外のものであり、実施例１〜８は本発明品で
ある。これらはいずれも300Kgバツチでミキサーによ
り混練し、長さ600mm×幅250mm×厚さ50mmのSN
プレート形状に成形後、コークスブリーズに詰め
た状態で、トンネルキルン1400℃にて還元焼成し
た。焼成後、ピツチを含浸し、ベーキング処理を
行つた。さらに、摺動面の平滑性を向上させるた
め、研磨を行つた。

【表】少ない程、粒の強度は大である。

【表】

【表】スポツト・スポーリングテストは、SNプレー
トノズル孔のエツヂ部分をガスバーナーで1600〜
1650℃に加熱して測定した。急熱急冷式スポーリングテストは、50mm×50mm
×50mmのサイコロ状サンプルをSNプレートより
切り出し、1500℃の電気炉に３分間入れた後、水
冷する操作を繰り返した。侵食テストは回転ドラムによるもので、鉄片１
Kgをガスバーナーで溶融し、1650℃×５時間の条
件で行い、侵食寸法が一番大きかつた比較例１を
100とした指数で示した。耐摩耗性は、サンドブラスト法により、アルミ
ナ微粒を５分間吹付けて、摩耗寸法を測定した。上記の試験結果から明らかなように、アルミ
ナ・ジルコニアの粗粒・中粒を特定の割合で配合
した本発明実施例は、亀裂が入る迄の時間が長く
なり、亀裂の大きさも小さくなる。さらに、急熱
急冷式スポーリングテストにおいても剥離の傾向
がまつたく出ず、耐スポーリング性は著しく向上
した。また、耐食性、耐摩耗性も比較例に比べて
著しく向上しているのがわかる。一般にSNプレ
ートなどの耐火物の侵食機構は、溶鋼による化学
的溶損と、溶鋼と煉瓦組織内の粗粒子・マトリツ
クス部の摩耗等の物理的溶損から成り立つてい
る。従つて、本発明によるSNプレートの耐食性
が著しく向上するのは、アルミナ・ジルコニア質
原料粒内のジルコニアが高耐食性であることと、
粒子自身の強度の増加によるためと考えられる。さらに本発明実施例のうち、２、４、５、６お
よび比較例１、２のSNプレートを各10セツト、
250t取鍋のスライデイングノズル装置に付設し、
実用試験した結果を第３表に示す。

【表】比較例１、２共に、エツヂ欠け、摺動面の面剥
離による廃却が各10セツト中、３〜５セツトあ
る。本発明実施例は摺動面上に、わずかな亀裂が
みられるものの、エツヂ欠け、摺動面の面剥離は
まつたく起こらなかつた。比較例１および本発明
実施例２のエツヂ部の亀裂発生部分をサンプリン
グして、顕微鏡観察してみると比較例１は第３図
のとおり破断面の粗粒が粒内破断しており、亀裂
伝播経路も直線状になつているのに比べて、本発
明実施例２は第４図のとおり破断面の粗粒が粒界
破断を呈しており、発生した亀裂伝播経路がジグ
ザグ状になつていることが確認された。以上のとおり本発明のSNプレートはノズル孔
エツヂ部の欠け、摺動面のピーリングなど、SN
プレート特有の問題を解決するほか、耐食性にも
すぐれ、その結果、耐用寿命が格段に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は単斜晶型ジルコニアの変態熱膨張曲線
図である。第２図は、各粒子の圧壊強度を示すグ
ラフである。測定方法は粗粒200ｇを3.36〜2.38
mmに粒度調整して40φの金型内に入れ、各成形圧
で加圧した後、2.38mm以上の粗粒子の減少率を測
定したものである。粗粒子の減少率が大きいほど
強度が小さい。第３図は比較例１の亀裂破断面の
顕微鏡写真（×15）の写生説明図、第４図は本発
明実施例２の亀裂破断面の顕微鏡写真（×15）の
写生説明図。

Claims

【特許請求の範囲】１酸性及び中性耐火原料のうち一種または二種
以上に電融アルミナ・ジルコニア質原料を配合
し、全耐火物原料の粗粒、中粒を30〜60wt％と
し、しかも溶融アルミナ・ジルコニア質原料はア
ルミナ58〜78wt％、ジルコニア20〜40wt％、不
可避成分2wt％以下の化学組成を有し、該溶融ア
ルミナ・ジルコニア質原料の粗粒、および／また
は、中粒を２〜50wt％含有させたものであり、
これに耐火材料微粉、カーボン及び金属粉を配合
し、これを結合剤と共に混練、成形後、還元焼成
することを特徴とするスライデイングノズルプレ
ートの製造方法。２耐火材料微粉は、溶融アルミナ・ジルコニア
質原料以外の金属酸化物、金属炭化物、金属窒化
物などから選ばれる一種又は２種以上である特許
請求範囲第１項記載のスライデイングノズルプレ
ートの製造方法。