JPH02268953A - 連続鋳造機のノズル及び同ノズル用耐火物 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、連続鋳造機の各種ノズル及び同ノズル用耐火
物に関するものである。

［従来の技術］ 連続鋳造機のノズルとしては、取鍋とタンデイツシュ間
、タンデイツシュとモールド間で流量制御を行うスライ
ディングノズルまたはスライディングプレート、ロング
ノズル、浸漬ノズル等があげられる。

これらのノズルは、安定した溶湯の注出・注入、鋳造が
行なえること、良好な品質が得られることを目的として
、耐スポーリング性、耐食性、気密性が要求される。

このため材質として、酸化物−非酸化物（カーボンを含
む）の複合体が広く使用されている。

例えばスライディングノズルまたはスライディングプレ
ートには、アルミナカーボン質、ロングノズルまたは浸
漬ノズルには、アルミナ−黒鉛質や、ジルコニア−黒鉛
質が使用されている。これは、溶鋼に対する耐食性に優
れたアルミナやスラグに対する耐食性に優れたカーボン
（黒鉛）、熱伝導率が高く耐スポーリング性に優れたカ
ーボン（黒鉛）を組合せ配合したものである。

更に、こうしたノズルは、溶鋼流や、操業時のａａｍ的
制動により発生する大きな機械的荷重や衝撃に耐える必
要で高い機械的強度が必要である。

従来の技術において、こうした機械的強度を向上するた
めの手段としては、結合剤として使用する樹脂を多量に
添加する方法、粒度の細かい超微粉骨材を添加し組織を
緻密にする方法、アルミニウム、シリコンなどの金属を
添加し耐火物の焼成過程において金属起因の結合を発揮
させる方法、耐火物の成形圧力を高くし、組織を緻密化
する方法等が開発されてきた。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、このような方法により該ノズルの強度を向上さ
せた場合、材質の弾性率は、強度の向上と同じ程度或い
はそれ以上に向上してしまう。弾性率の向上は耐スポー
リングの低下を意味する。連続鋳造機のノズルとしては
、強度、耐スポーリング性、耐食性のバランスが最も重
要であり、強度を高くしたいが為に、耐スポーリング性
を犠牲にすることは、実際の使用上好ましくない。

例えば、最近注目されている溶鋼などの溶融金属から最
終断面形状に近い数ｍｍ−数＋ｌｌｌＩｍ厚みの金属薄
帯を直接的に製造するツインベルト方式の連続鋳造機の
スリット状浸漬ノズルについて説明する。

ツインベルト方式の連続鋳造機では、一対のベルトと短
辺で形成した広幅、薄厚の鋳造領域で形状の良好な凝固
シェルを生成・生長させるためには、溶融金属を前記鋳
造領域に均一に供給することが必要である。

そこで、これに適した浸漬ノズルとして数１間隔で数百
１幅の所謂スリット状の浸漬ノズルが用いられている。

第１図と第２図にスリット状の浸漬ノズル（以下単にス
リットノズルと称する）を、該鋳造領域の溶融金属に先
端部を浸漬している状態を示す。

即ち、このスリットノズルＳは、長矩形横断面を有する
筒体１６を有し、底部が開放されて注出口１７となって
いる。また筒体１６の上部は、溶湯流入用開口２１を穿
設した頭板１９が取り付けられている。この溶湯流入用
開口２１を介して筒体１６内に流入した溶融金属は、筒
体１６内の長矩形横断面に広がり注出口１７から均一な
流れとなって該鋳造領域に流出する。

図中３ａ、３ｂはベルト、４は短片鋳型、６は溶融金属
、７は鋳造領域、２０は湯面を示す。

従って、上記スリットノズルは、溶融金属と接触して高
温となりて特に鋳造開始時に空のスリットノズル内に溶
融金属が流入するため、ノズル内壁温度が急激に上昇す
る。そのためにスリットノズルは、耐熱性とともに耐熱
衝撃性が要求される。

又、スリットノズル内は負圧になることがある。すなわ
ち、通常タンデイツシュ内に設けたストッパまたはタン
デイツシュと注入ノズルとの間に設けたスライディング
ノズルにより、スリットノズル内の溶融金属の流量調整
を行っている。鋳造中に何らかの異常が生じた場合、ス
リットノズルへの溶融金属の供給を急に停止すると、ス
リットノズル内は空となって負正になる。

スリットノズルの壁厚は通常数〜士数口のと薄く、曲げ
強度は比較的に低い、したがって、スリットノズルの幅
広の主壁が外圧により圧壊し、溶融金属が流出する虞れ
があった。溶融金属が流出すると、鋳造作業は緊急に停
止せねばならず、また周辺の機器を破損する。さらには
、冷却水などと接触して水蒸気爆発を起こし、非常に危
険でもある。

なお、強度を上げるために、スリットノズルの壁厚を厚
くすることが考えられる。しかし、スリットノズルは幅
の狭い鋳型内に挿入されるために、鋳型内面（ベルト面
）とスリットノズル外面との間の間隔が狭く、壁厚を十
分に厚くすることはできない。

［課題を解決するための手段］ 前記課題を解決するための本発明の特徴とする手段は、
メソフェーズカーボン粉末を１〜３０％含有し、残部が
骨材としてアルミナ系原料及び又はジルコニア系原料を
、微粒として炭化珪素と黒鉛粉末を含有することを特徴
とする連続鋳造機のノズル及び、前記メソフェーズカー
ボン粉末を３〜１５％含有し、残部が骨材としてアルミ
ナ系原料及び又はジルコニア系原料を、微粒として炭化
珪素と黒鉛粉末を含有することを特徴とするツインベル
ト方式等の連続鋳造機用のスリット状浸漬ノズル、更に
ピッチを３００〜５００℃で熱処理して得たメソフェー
ズ粒径５０μｍ以下、メソフェーズ含有量５０％以上、
揮発分含有量３０％以下のメソフェーズカーボンを１〜
３０％残部が骨材としてアルミナ系原料及び又はジルコ
ニア系原料を、微粒として炭化珪素と黒鉛粉末を含有す
ることを特徴とする連続鋳造機のノズル用耐火物にある
。

而して、本発明におけるメソフェーズカーボン粉末の構
成は、ピッチ３００〜５００℃で熱処理して得たもので
メソフェーズと揮発分を主成分とし場合によっては残留
ピッチを含有する。

［作　　用　　］ 本発明者らは、前述の問題点の解決を図って、各種のカ
ーボン材料を検討した結果、ある種のメソフェーズカー
ボンが有効であることを見いだした。

カーボン材料を大きく分類するとコークスのような易黒
鉛化炭素と、樹脂の炭化物（チャー）のような難黒鉛化
炭素に分けられる。この二つはその弾性的特徴からそれ
ぞれ、ソフトカーボン、ハードカーボンと呼ばれる。

本発明者らはコークス生成時に経由する軟化溶融状態で
見られる、炭素質メソフェーズに注目した。石油系、ま
たは石炭系のピッチを加熱するとフリーカーボンや炭化
水素類がある配列性をもって集合し、光学的異方性をも
った液晶を生成する。これはマイクロメソフェーズと呼
ばれる数ミクロンから数１０ミクロンの大きさの球体で
ある。これをさらに加熱すると微小な小球が合体し、バ
ルクメソフェーズと呼ばれる塊を形成する。さらにバル
クメソフェーズは炭化によりコークスとなるわけである
が、本発明者らはマイクロメソフェーズがバルクメソフ
ェーズに合体する過程で強い結合作用を発現することに
注目し、これを耐火物の強度付与剤として使用する試み
を行った。

その結果マイクロメソフェーズは強度向上に効果がある
と同時に、弾性率の向上を抑制することにより、耐スポ
ーリング性の低下を防止することが可能であることを知
見した。

以下に発明の内容を詳細に述べる。

まず、マイクロメソフェーズであるが、加熱により合体
しバルクメソフェーズになる前の段階のものを使用する
必要がある。このために熱処理温度は３００〜５００℃
であることが必要であり、メソフェーズの合体が進行し
て球体サイズが大きくなる前の段階を規定するために球
体サイズは５０ミクロン以下とした。熱処理が過度に′
なると、メソフェーズの合体が進行し、バルクメソフェ
ーズがすでに生成してしまい、耐火物に使用する段階に
おいてバルクメソフェーズ生成過程の結合作用が十分に
発揮されない。

ここでメソフェーズの生成が不十分でメソフェーズ含有
量が少ないと、ピッチに起因する揮発分が増加し、耐火
物を焼成する際に気孔を形成し、組織を脆弱化してしま
うため、メソフェーズ含有量は５０％以上、揮発分は３
０％以下であるメソフェーズカーボンを使用することが
望ましい。

ここで言うところのメソフェーズカーボンは熱間では光
学的異方性を持つ液晶であるが、室温に冷却すると固体
であり、メソフェーズ球体が凝集した粒子として利用す
ることができる。

凝集粒子サイズは数ミクロンから数千ミクロンまで任意
に選択できる。

本発明者らは各種の連続鋳造用耐火物にメソフェーズカ
ーボンを適用したが、その効果は■　耐火物焼成時の加
熱によりメソフェーズ球体の合体作用、軟化溶融による
、空隙充填作用により強い結合効果を発現し、強固なカ
ーボン結合を形成する。少量の添加でも強度向上効果が
見られる。

■　ソフトカーボンによる結合形態のため、従来の方法
と比較すると、弾性率の上昇が少ない。このため、耐ス
ポーリング性の向上に効果的である。

■　少量でも効果があるが、過剰に使用するとカーボン
本来の耐摩耗性の低さ、溶鋼への溶解などの問題があり
、使用量１〜３０％好ましくは３〜１５％の範囲が適当
である。

次に、前記メソフェーズカーボン粉末の各限定理由につ
いて第５図〜第１０図に示すデータと共に詳述する。

■　メソフェーズカーボン粉末を１〜３０％含有させる
理由 鱗状黒鉛粉末３５％、アルミナ粒５８％、炭化珪素微粒
５％、シリコン微粒２％からなる配合物をフェノール樹
脂で混練し、成形、焼成した浸漬ノズル用材質において
、鱗状黒鉛粉末の一部をメソフェーズカーボンに置き替
えた場合の熱間曲げ強さを第５図に、溶損指数を第６図
に示す。第５図より、メソフェーズカーボンはわずか１
％の添加でも強度向上効果があり、３０％以上の添加で
も高い強度を示す。しかし第６図にあるように１０％以
上の添加により、溶損が大きくなっている。特に３０以
上の添加では溶損は著しく大きい。従って含有量は１〜
３０％にした。

第４図において溶損指数は、電解鉄２．５ｋｇ　＋スラ
グ（ＧａＯ／５ｉ０２・２）６２．５ｇの１６００℃の
溶鋼に２０分間浸漬した時のスラグ−メタル界面の減寸
率をメソフェーズカーボン０％の試料を１００として指
数化した。数字が大きい程溶損が大きい。

■　スリットノズルの場合、メソフェーズカーボン粉末
を３〜１５％含有させる理由 光に述べたように、スリットノズルはその肉厚が数ｍｍ
−１０数ｍｍと薄いため、高強度が必要で・あり、しか
も溶損は極力少なくする必要がある。第５図においてメ
ソフェーズカーボンの添加量が１％でも強度の向上は見
られるがわずかであり、スリットノズルに適用するため
に３％以上の添加が好ましい。また第６図にあるように
メソフェーズカーボンの添加により溶損は大きくなる傾
向を示す。溶損量はメソフェーズカーボン１０％添加で
２％増加、１５％添加で５％増加、２０％以上添加する
と約１０％増加、３０％以上添加すると２０％以上の増
加となると、肉厚の厚い通常の鋳造用ノズルであれば３
０％添加までは問題のない範囲であるがスリットノズル
の場合は１５％以下の添加が好ましい。以上の理由によ
りスリットノズルの場合、メソフェーズカーボンの含有
量は３〜１５％とした。

■　ピッチを３００〜５００℃で処理する理由鱗状黒鉛
粉末２５％、アルミナ粒５８％、炭化珪素微粒５％、シ
リコン微粒２％からなる配合物に原料ピッチの熱処理温
度が異なるメソフェーズカーボンを１０％添加した浸漬
ノズル用材質の熱間強度を第７図に示す。熱処理温度が
３００℃未満ではメソフェーズの生成が十分でないため
強度が低い、また熱処理温度が５００℃以上ではメソフ
ェーズの合体が進み、バルクメソフェーズが生成してし
まい強度が低い。原料ピッチの熱処理温度は３００〜５
００℃が好ましい。

■　メソフェーズ粒系５０Ｂｍ以下にする理由鱗状黒鉛
粉末２５％、アルミナ粒５８％、炭化珪素微粒５％、シ
リコン微粒２％からなる配金物にメソフェーズ粒径の異
なるメソフェーズカーボンを１０％添加した浸漬ノズル
用材質の熱間強度を第８図に示す。メソフェーズの合体
が進み、メソフェーズ粒径が５０μｍを越えるとメソフ
ェーズ合体過程での強度発現が少なくなり強度が得られ
ない。従ってメソフェーズ粒径は５０μｍ以下が好まし
い。

■　メソフェーズ含有量を５０％以上にする理由 鱗状黒鉛粉末２５％、アルミナ粒５８％、炭化珪素微粒
５％、シリコン微粒２％からなる配合物にメソフェーズ
含有量の異なるメソフェーズカーボンを１０％添加した
浸漬ノズル用材質の熱間強度、見かけ気孔率を第９図に
示す、メソフェーズ含有量が５０％未満の場合は、見掛
は気孔率が高くなり、強度発現も十分でない。

メソフェーズ含有量は５０％以上が好ましい。

■　揮発分含有量を３０％以下にする理由鱗状黒鉛粉末
２５％、アルミナ粒５８％、炭化珪素微粒５％、シリコ
ン微粒２％からなる配合物に揮発分含有量の異なるメソ
フェーズカーボンを１０％添加した浸漬ノズル用材質の
熱間強度、見掛は気孔率を第１０図に示す。揮発分の含
有量が３０％を越える場合は、見掛は気孔率が高くなり
、強度発現も十分でない。揮発分含有量は３０％以下が
好ましい。

■　残部が骨材をアルミナ系原料及び又はジルコニア系
原料、微粒を炭化珪素と黒鉛粉末にした理由 連続鋳造用ノズル耐火物の具備特性として、高強度、溶
鋼に対する耐食性、耐摩耗性、スラグに対する耐食性、
温度変化に対する耐スポーリング性、耐酸化性が挙げら
れる。これに対応するため骨材としては強度が高く、耐
食性に優れたアルミナやジルコニアが使用される。また
黒鉛は熱膨張が低く、熱伝導率が高いため耐スポーリン
グ性に優れ、スラグに対する耐食性も高い、炭化珪素は
黒鉛やボンドカーボンの酸化を抑制する効果を持ってい
る。

〔実施例］ 実施例−１ 広幅薄鋼スラブを製造するベルト方式連続鋳造機のベル
ト鋳型内溶鋼中に浸漬するスリットノズルを使用した場
合を実施例として説明する。

第３図は上記スリットノズルの詳細図である。図面に示
すように、スリットノズルの頂板１９に溶鋼の流入用間
口２１が設けられており、該流入用開口は、スライディ
ングノズルに貫通している。スリットノズルの胴部１６
は、広幅の主壁２２と狭幅の側壁２３とから薄い箱型に
形成されている。この実施例の注入ノズルは、表１に示
す耐火原料の配合物に、バインダーとして、フェノール
樹脂を用いて製造した。

また、スリットノズルのスリットの寸法は、幅４５０ｍ
ｍ、長さ１０５０ｍｍ、厚み３０　ｎ＋ｍ、壁厚１０ｍ
ｍである。

上記スリットノズルを用いて鋼スラグを鋳造し、スリッ
トノズルに割れ及び亀裂の発生状況を調べた。尚、注入
した溶鋼量は２０　Ｔｏｎ、注入速度４　Ｔｏｎ／ｍｉ
ｎ、注入時間約５分とした。

第４図に注油後ノズル表面に発生していた亀裂長さを調
べた結果を示す。比較例１は従来の手法によるアルミナ
−黒鉛質浸漬ノズルである。比較例２は金属シリコンを
多量に使用して強度向上を図ったものである６強度は、
向上しているが、それ以上に、弾性率が向上し、耐スポ
ーリング性が著しく低下することがわかる。

実施例１〜５（本発明）は、天然のりん状黒鉛をメソフ
ェーズカーボンに置ｔ！ｔＡえて使用している０本発明
においては、強度向上があるにもかかわらず、弾性率が
わずかな上昇にとどまり、耐スポーリング性は向上して
いる。即ち、亀裂の発生は殆んど認められない。また、
比較例３はメソフェーズカーボンを本発明の範囲以上に
使用した場合であるが、第５図に示すように亀裂の発生
は本発明範囲の材質と同等であるが、耐食性の低下を招
き、試験後のノズル断面を見ると約２．Ｏａ＋＋ｓの溶
損が認められた。ベルト式連続鋳造機に使用される浸漬
ノズルのように形状が限定され、肉厚が１０ｍｍ〜１５
１１１１１程度の場合、耐食性が低下することは実用上
好ましくない。

実施例−２ アルミナ−カーボン買スライディングノズルプレートに
関する実施例 表２に示す耐火物原料の配合物に、バインダーとしてフ
ェノール樹脂を用いて成形用配合物を調整した。それを
、成形→焼成→ピッチ含浸→焼成工程を経て、目的とす
るスライディングノズルプレートを得た。これを実施例
の成品とし、その特性を表２の下欄に比較例と対比して
示した。

更に、各スライディングノズルプレートを実際の操業に
適用した場合の寿命について調べた。その結果も表１の
下欄に示した。各テスト共２０セット使用して各使用先
での使用限界基準までのチャージ回数を測定し、それを
寿命とした。

表２から明らかなように、本発明実施例によるスライデ
ィングノズル用プレートの場合は、比較例に比べて熱間
強度・耐スポーリング性が大巾に向上し、また実炉テス
トにおいてもライフアップが確認された。

実施例−３ アルミナ−カーボン質浸漬ノズルに関する実施例 表３に示す耐火原料の配合物に、バインダーとしてフェ
ノール樹脂を用いて成形用配合物を調整した。それをア
イソスタチックプレス→乾燥−焼成工程を経て、浸漬ノ
ズルを得た。その特性を比較例とともに示す。

比較例１は従来の手法によるアルミナ・カーボン買浸漬
ノズルである。比較例２は金属シリコンを多量に使用し
て強度向上を計ったものである。強度は向上しているが
、それ以上に弾性率が向上し、耐スポーリング性が著し
く低下する。実施例は本発明の範囲のメソフェーズカー
ボンを使用している。実施例では強度向上があるにもか
かわらず、弾性率はわずかな上昇にとどまり、耐スポー
リング性は向上している。比較例３はメソフェーズカー
ボンを本発明範囲以上に使用した場合であるが、耐食性
の低下が著しい。

浸漬ノズルのように耐スポーリング性が重視される耐火
物にとって、耐スポーリング性を犠牲にすることなく、
強度を向上させることは実用上非常に有効である。

［発明の効果コ 以上に説明したように、本発明は、高強度で耐スポーリ
ング性、耐食性のバランスのとれた連続鋳造用ノズル及
び同ノズル用耐火物であり、例えばツインベルト方式連
続鋳造機のスリットノズルに適用してもノズル内が負圧
、正圧等の内圧が負荷された時、耐火物の圧壊、亀裂の
発生するのを防ぎ、注入ノズルの破損によって湯洩れが
生じることはなく、安全に溶湯注入・注出・鋳込み等の
操業を行うことができる顕著な効果を奏するものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図はスリットノズルとツインベルト間の湯溜り部に
浸漬した状態の説明図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図
、第３図は本発明実施例に用いた浸漬ノズルの詳細斜視
図、第４図はノズルの亀裂発生状況を示すグラフ、第５
図はメソフェーズカーボン添加量と熱間曲げ強さとの関
係を示すグラフ、第６図はメソフェーズ添加量と溶損指
数との関係を示すグラフ、第７図はピッチの熱処理温度
と熱間曲げ強さとの関係を示すグラフ、第８図はメソフ
ェーズ粒径と熱間曲げ強さとの関係を示すグラフ、第９
図はメソフェーズ含有量と熱間曲げ強度及び見掛気孔率
の関係を示すグラフ、第１０図は、揮発分含有量と熱間
曲げ強度及び見掛気孔率の関係を示すグラフである。 ３ａ、３ｂ・・・ベルト ６・・・溶融金属 １６・・・ノズル筒体 １９・・・頂板 ２１・・・溶湯の流入用開口 ２３・・・ノズル胴部側壁 ４・・・短辺鋳型 ７・・・鋳造領域 １７・・・注出孔 ２０・・・湯面 ２２・・・ノズル主壁 他４名 １６：ノズル筒体 １７：注出孔 １９：＠板 ２２： ノズル主壁 ノズル筒体 注出孔 噴板 溶湯の流入用開口 ノズル主壁 ノズル胴部側壁 第 図 第 図 メソフェイズカーボン添加ｉｔ（％） 第 図 メソフェイズカーボン添加量（％） 第 図 ピンチの熱処理温度（°Ｃ） 第 図 第 図 メソフェイズ含有量（％） 第 図 ３゜ 揮発分含有量（％）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　メソフェーズカーボン粉末を１〜３０％含有し、残
   部が骨材としてアルミナ系原料及び又はジルコニア系原
   料を、微粒として炭化珪素と黒鉛粉末を含有することを
   特徴とする連続鋳造機のノズル ２　メソフェーズカーボン粉末を３〜１５％残部が骨材
   としてアルミナ系原料及び又はジルコニア系原料を、微
   粒として炭化珪素と黒鉛粉末を含有することを特徴とす
   るツインベルト方式の連続鋳造機用のスリット状浸漬ノ
   ズル ３　ピッチを３００〜５００℃で熱処理して得たメソフ
   ェーズ粒径５０μｍ以下、メソフェーズ含有量５０％以
   上、揮発分含有量３０％以下のメソフェーズカーボンを
   １〜３０％残部が骨材としてアルミナ系原料及び又はジ
   ルコニア系原料を、微粒として炭化珪素と黒鉛粉末を含
   有することを特徴とする連続鋳造機のノズル用耐火物