WO2003082498A1

WO2003082498A1 - Plaque en ceramique utilisee comme deversoir lateral pour coulee continue de feuille mince du type a double tambour

Info

Publication number: WO2003082498A1
Application number: PCT/JP2003/004090
Authority: WO
Inventors: Tetsuro Nose; Tomohide Takeuchi
Original assignee: Nippon Steel Corporation
Priority date: 2002-04-02
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2003-10-09
Also published as: JP2003290882A; KR20040105830A; US7208433B2; CN1646246A; EP1493515B1; US20060166808A1; CN100335202C; EP1493515A4; EP1493515A1; JP3999993B2; KR100636040B1

Description

明細書双ドラム式薄板連続铸造用サイド堰セラミックスプレート〔技術分野〕

本発明は、軸が平行で互いに逆方向に回転する一対の冷却ドラムの周面に凝固シヱルを生成しつつ、ステンレス、鋼などの铸片を連続铸造する双ドラム式薄板連続铸造装置において、該冷却ドラムを両側から挟み湯溜り部を構成するサイド堰用のセラミックスプレー卜に関する。

〔背景技術〕

双ドラム式薄板連続铸造装置において、冷却ドラムを両側から挟み湯溜り部を構成するサイド堰には、ステンレス、鋼などに対して高い耐食性、ドラムとの摺動に対して高い耐摩耗性、注湯時の熱衝撃に対する高い耐熱衝撃性、及び、地金の付着を抑制するための低い熱伝導性が望まれる。

従来、摺動部のサイド堰材料には、 A 1₂0₃+ C系、 S i ₃N₄系、 B N系、 Sialon系、 A 1 N系、 T i B₂ 系、 T i N系、及び、これらを組合せた S i ₃N₄ + B N系、 S i ₃N₄ + A l N + B N系、 Si alon+ B N系、 Sialon+ A 1 N + B N系、 Sialon+ T i B₂ + B N 系、 Sialon+ T i N + B N系、などが用いられてきたが、いずれもサイド堰として高寿命といえるものではなかった。

一般に、 A 1₂0₃ + C系は、溶湯に対し高い耐食性と耐熱衝撃性を示すが、ドラムとの摺動面が荒れ易く、溶湯シール性に劣る問題があった。また、 S i ₃N₄系、 Sialon系、 A 1 N系、 T i B₂ 系、 T i N系は、溶湯浸透には高い抵抗を示すが、耐食性に劣る問題があった。また、耐熱衝撃性に劣るため、単身では急速加熱、急速冷却で割れやすい。

一方、 B N系は、耐熱衝撃性に優れるものの、柔らかいために耐摩耗性に劣り、また、素材の高熱伝導性により、地金がプレートに付着しやすく、安定的な連続铸造を妨げる等の問題があった。

S i ₃N₄系、 Sialon系、 A 1 N系、 T i B₂ 系、 T i N系に B N 系を組合せた場合では、それぞれ単独な場合に比べて、耐熱衝撃性、耐磨耗性の改善がみられる場合があるが、耐食性に劣る問題点は残っていた。

上述のように、従来の各種セラミックス材では、高い耐食性、高ぃ耐摩耗性、高い耐熱衝撃性、低い熱伝導率をいずれも満足するに至っていないため、構造部材としての信頼性に欠ける問題点があつた。

〔発明の開示〕

本発明の目的は、高い耐食性、高い耐摩耗性、高い耐熱衝撃性、低い熱伝導率のいずれをも満足する双ドラム式薄板連続铸造用サイド堰のセラミックスプレートを提供することにある。

本発明の双ドラム式薄板連続铸造用サイド堰のセラミックスプレートは、その構成相が、 R E AG相 1 0〜 9 0体積％、 Sialon相 5 〜 5 0体積％、及び、 B N相 5〜 5 0体積％、又は、 R E A G相 1 0〜 9 0体積％、 Sialon相 5〜 5 0体積％、 B N相 5〜 5 0体積％、及び、非晶質相 0超〜 2 0体積％である。

好ましくは、 R E AG相としては、 YA G相、 E r A G相、 Y b A G相、 D y A G相から選ばれる少なくとも一種の希土類アルミ二ゥムガ一ネット相からなり、また、 Sialon相が、化学式 S i ₆__zA l _zO_zN_{8 z}における Zの範囲 0. 0 5〜 1. 9からなることを特徴とし、さらに好ましくは、相対密度が 8 0 %以上であることを特徴とするものである。

〔図面の簡単な説明〕

図 1 は、双ドラム式連続铸造機の斜視図である。

図 2は、サイド堰の正面図である。

〔発明を実施するための最良の形態〕

本発明者は、種々の研究の結果、 R E A G相 + Sialon相 + B N相 ( +非晶質相）からなるセラミックスプレートで、それぞれの相の比率を所定の範囲で制御することにより、高い耐食性、高い耐摩耗性、高い耐熱衝撃性、低い熱伝導率のいずれをも満足するセラミツクスプレートを提供できることを見出した。

ここで、 R E AG相とは、希土類酸化物 R E₂O₃と酸化アルミ二ゥム A 1₂ Ο₃と力 S 3 R E₂O₃ · 5 A 1₂Ο₃の比で化合した高融点化合物である。本発明における R E A G相としては、 YA G相、 E r A G相、 Y b A G相、 D y A G相から選ばれる少なくとも一種の希土類アルミニウムガーネット相であり、複数の希土類アルミニウムガーネット相が任意の割合で組み合わさつてもかまわない。

なお、それぞれ、 YAG相は 3 Υ₂ Ο₃ · 5 Α 1₂Ο₃、 E r A G相は 3 E r ₂ O₃ ' 5 A l ₂ O₃、 Y b A G相は 3 Y b ₂O₃ ， 5 A 1₂0₃ 、 D y A G相は 3 D y₂ O₃ ' 5 A l ₂ O₃である。

本発明の過程で、 R E A G相は、ステンレス、鋼の溶湯との接触において極めて安定で、接触界面においても反応生成物を作りにくいことを見出した。

この高い耐食性の原因は、希土類酸化物がセラミックス中に単独で存在する場合には、溶湯中の F e ₂ O₃と反応し、 3 R E₂0 * 5 F e ₂0₃の希土類鉄ガーネットを形成しつつ、侵食が進行するのに対し、予め希土類酸化物を安定な R E A G相として形成しておくことにより、 F e ₂ O₃との反応を抑制することに起因すると推察される。

本発明では、セラミックスプレートの構成相は、 R E A G相 1 0 〜 9 0体積％、 S ialon相 5〜 5 0体積％、 B N相 5〜 5 0体積。/。、非晶質相 0〜 2 0体積％の範囲からなるが、 R E A G相が 1 0体積 %未満では、十分な耐食性が得られない。

Sialon相は、 5体積％未満では、高温での強度特性が低く、かつ、高い耐熱衝撃性が得られず、 5 0体積％を超えると高い耐食性が得られない。さらに、本発明における Sialon相は、化学式 S i ₆__z A l _z O_zN₈__zにおける Zの範囲が 0. 0 5〜 1. 9であること力 S 好ましいが、 Zが 0. 0 5より小さいと高い耐食性が得られない恐れがあり、また、 Zが 1. 9を超えると十分な耐熱衝撃性が得られない恐れがある。より好ましくは、 Zが 0. 1〜 1. 5の範囲である。

B N相は、耐熱衝撃性の確保の観点から添加することが好ましく、 5体積％未満では十分に耐熱衝撃性を確保できないことから、 5 体積％以上添加することが望ましい。しかし、 5 0体積％を超えると、著しい硬度の低下を招き耐磨耗性が低下するとともに、熱伝導率が高くなり、地金の付着が見られるようになる。

従って、 B N相は、 5〜 5 0体積％、さらに望ましくは、 1 5〜 4 0体積％の範囲で添加することが好ましい。 B N相の結晶構造の形態としては、高い耐磨耗性を得るためには、六方晶型の h— B N 相を用いることが好ましいが、乱相構造型の t — B N相を用いてもかまわない。

非晶質相は、基本的に含まれなくてもよいが、 2 0体積％を超えると耐食性及び高温強度が低下する場合があり、 0超〜 2 0体積％の範囲であることが好ましい。また、非晶質相の構成元素としては、希土類元素、アルミニウム、珪素、酸素、窒素からなることが好ましいが、不可避的不純物が若干量含まれてもかまわない。

さらに、本発明からなるセラミックスプレートは、その相対密度が 8 0 %以上であることが好ましい。 8 0 %未満では、十分な耐磨耗性と耐食性が得られない。より好ましくは 9 0 %以上である。本発明のセラミックスプレート中の R E AG相は、所定の体積比となるように調製された化合物の混合粉からなる成形体を焼結過程で反応させ、合成することが可能である。また、成形 · 焼結の前に、あらかじめ粉末の状態で混合 · 仮焼 · 粉砕処理、もしくは、混合粉末の電融処理などにより R E AG相粉末を合成しておいても構わなレヽ。

用いる原料としては、例えば、 Y₂O₃粉末、 E r ₂O₃粉末、 Y b ₂O₃粉末、 D y ₂0₃粉末、 Α 1₂Ο₃粉末、 S i ₃N₄粉末、 B N粉末などが利用可能である。用いる各々の原料粉末の粒径は 0. 2〜 5 μ m程度が焼結性の観点から好ましい。

成形法としては、金型一軸プレス法、 C I P法、錶込成形法、射出成形法の何れを用いてもかまわない。

焼結法としては、常圧焼結法、ガス圧焼結法、ホットプレス法、 H I P法の何れを用いてもかまわない。焼結中の原料粉末の酸化を抑制するため、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス中で焼成することが好ましい。焼結温度が 1 6 5 0 ° (：〜 1 8 0 0 °Cの範囲であると所期の物性が得られやすい。

本発明により得られるセラミックスプレートは、その構成相が、 R E AG相 1 0〜 9 0体積％、 Sialon相 5〜 5 0体積％、 B N相 5 〜 5 0体積％、非晶質相 0〜 2 0体積％であり、 R E A G相としては、 Y A G相、 E r A G相、 Y b A G相、 D y A G相から選ばれる少なくとも一種の希土類アルミニウムガーネット相からなることを特徴とし、また、 Sialon相が、化学式 S i ₆ _ _z A 1 _z O _z N _{8 z}における Zの範囲 0. 0 5〜 1. 9からなることを特徴とし、さらに好ましくは相対密度が 8 0 %以上であるが、これらの組み合わせの結果として、双ドラム式連続铸造用サイド堰のセラミックスプレー卜として使用する際に、高い耐食性、高い耐摩耗性、高い耐熱衝撃性、低い熱伝導率を有する熱的機械的化学的安定性に優れるセラミックスプレートを得るという本課題を解決することができた。

(実施例）

本発明によるセラミックスプレート及び比較例の構成相、各種物性値、，そして铸造結果を、表 1及び表 2に示す。

セラミックスプレートは、 Y₂O₃粉末、 E r ₂O₃粉末、 Y b ₂O₃ 粉末、 D y₂ O₃粉末、 Α 1₂ Ο₃粉末、 S i ₃N₄粉末、 B N粉末からなる原料を所定量混合し、 1 4 01^? &の圧カでじ 1 ?成形の後、窒素ガス中 1 7 5 0 °C x 4 h rの条件で焼結され、厚さ 2 0 mmの板状体として得られた。得られた板状体から所定の形状のセラミックスプレートを加工してサイド堰部材として用いた。

得られた板状体については、予め X線回折により結晶構造の同定を行い、結晶相を調べた。構成相の体積割合は透過型電子顕微鏡で組織観察し、各々の相の面積率で決定した。

相対密度は、アルキメデス法および鏡面研磨面の光学顕微鏡による気孔率の測定から求めた。

また、耐食性の試験は、 A rガス中にて 1 5 5 0 °Cの S U S 3 0 4ステンレス溶鋼中に試験片を浸漬し、浸食速度を測定した。耐磨耗性は、 9 5 0 °Cの熱間でテストドラムを押付け圧 4. 5 k g / c m²にて摺動させ、比摩耗量を測定した。耐熱衝撃性は、所定の温度に保持した試験片を急激に水中に投下し、強度低下が起こらない上限の保持温度で表す水中急冷温度差△ τを測定した。さらに、熱伝導率はレーザーフラッシュ法にて 8 0 0 °Cでの熱伝導率を測定した。

図 1 は、双ドラム式薄板連続铸造機を説明する斜視図である。基本的に、 1対の冷却ドラム 1 a、 l b (例えば、銅合金）とサイド堰 2 a、 2 b とからなり、冷却ドラム間の湯溜まり部の溶融金属 3 を回転する冷却ドラム l a， l bで冷却固化し、広幅薄肉铸片 4を連続的に得るものである。

サイド堰 2 a、 2 bは、溶湯を冷却ドラム端部から漏らさないように、油圧式ァクチユエ一ターからなる押圧機構により両側から冷却ドラムの端面に押し付けて使用する。

図 2は、サイド堰全体 5を示す図である。各サイド堰の枠体を形成するサイド堰ケース 6 (例えば、 S S 4 0 0製）には、不定形耐火物（例えば、フユ一ズド S i O₂質）からなる断熱材 7がそれぞれ収容されており、その不定形耐火物 7にはべ一ス部材 8 (例えば、高アルミナ質のレンガ）が植設されている。ベース部材 8の冷却ドラムの周縁部（フランジ部）と対面する部位には、複数のセラミックスプレート 9 (図では 1 7枚）が接着されている。

铸造試験では、図 1及び図 2に示す、双ドラム式薄板連続銬造機及びサイド堰を用い、 S U S 3 0 4ステンレス鋼の铸造を行い、溶湯温度 1 5 5 0 °C、サイド堰の水冷ドラム摺動面への押圧面圧 0. 2 M P a、水冷ドラム摺動面に対するセラミックスプレートの摺動速度 l mZ sの条件にて、幅 1 3 3 0 mm、厚さ 4 mmの広幅薄肉铸片を 2時間連続铸造した。なお、铸造に先立ちサイド堰枠体内に内臓の S i Cヒーター（図示略）により予熱処理を施してから铸造を開始した。なお、比較例として、 B N相 5 0体積％ + A 1 N相 5 0体積％からなるセラミックスプレート、 B N相 2 0体積⁰ /o+ S 1₃1^₄相 7 5 体積。 /₀ +非晶質相 5体積⁰ /₀からなるセラミックスプレートも用いた。これらのセラミックスプレートについての物性および铸造試験結果を表 1及び表 2に示す。

本発明の実施例では、結晶相として R E AG相、 Sialon相（ Z = 0. 0 5〜 1. 9の範囲以内）および B N相が存在し、かつ、比較例に比べて耐溶鋼侵食速度が 0. 2 mmZ h r以下と小さく、摺動試験の比摩耗量が 2 . 5 μ πι/ιηと少なく、水中急冷温度差が 4 5 0 °C以上と大きく、さらに、熱伝導率が 9 W/ (m · K) 以下と小さいことがわかる。

また、本発明の実施例では、铸造試験においても、 2時間にわたつて溶湯漏れの発生はなく、形状の良好な铸片を安定的に铸造することができた。これに対して、比較例のセラミックスプレートを用いた铸造試験では、冷却ドラムの両端部とサイド堰との摺動面から溶鋼が漏れ出すことが多く、サイド堰が短時間でその機能を失い、铸造の続行が不可能になつた。

表 1

注） *1および *2は REAG固溶体形成。体積％は原料比から計算,

表 2

〔産業上の利用可能性〕

本発明により、高い耐食性、高い耐摩耗性、高い耐熱衝撃性、低い熱伝導率のいずれをも満足する双ドラム式薄板連続铸造用サイド堰のセラミックスプレートを提供することが可能となり、その工業的有用性は非常に大きい。

Claims

請求の範囲

1 . 双ドラム式薄板連続銬造用サイド堰に用いるセラミックスプレートであって、該セラミックスプレートの構成相が、 R E AG相 1 0〜 9 0体積％、 Sialon相 5〜 5 0体積％、及び、 B N相 5〜 5 0体積％であることを特徴とする双ドラム式薄板連続铸造用サイド堰セラミックスプレート。

2. 双ドラム式薄板連続铸造用サイド堰に用いるセラミックスプレートであって、該セラミックスプレートの構成相が、 R E AG相 1 0〜 9 0体積％、 Sialon相 5〜 5 0体積％、 B N相 5〜 5 0体積 %、及び、非晶質相 0超〜 2 0体積％であることを特徴とする双ドラム式薄板連続铸造用サイド堰セラミックスプレート。

3. 前記 R E AG相が、 YA G相、 E r AG相、 Y b AG相、 D y A G相から選ばれる少なくとも一種の希土類アルミニウムガーネット相からなることを特徴とする請求の範囲 1又は 2に記載の双ドラム式薄板連続铸造用サイド堰セラミックスプレート。

4. 前記 Sialon相が、化学式 S i _6-zA l _zO_zN_{8 z}における Zの範囲が 0. 0 5〜 1 . 9であることを特徴とする請求の範囲 1〜 3 のいずれかに記載の双ドラム式薄板連続铸造用サイド堰セラミックスプレート。

5. 前記セラミックスプレートの相対密度が 8 0 %以上であることを特徴とする請求の範囲 1〜 4のいずれかに記載の双ドラム式薄板連続铸造用サイド堰セラミックスプレート。