JPH07214256A

JPH07214256A - 連続鋳造用ノズル

Info

Publication number: JPH07214256A
Application number: JP6033224A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Uchinokura; 克已内之倉; Seiji Hanagiri; 誠司花桐; Yoshitaka Hiraiwa; 義隆平岩; Koji Ogata; 浩二緒方; Yoichi Yokoyama; 洋一横山; Masami Nishikawa; 正美西川
Original assignee: Kurosaki Refractories Co Ltd; Harima Ceramic Co Ltd; Nippon Steel Corp
Current assignee: Harima Ceramic Co Ltd; Nippon Steel Corp; Krosaki Harima Corp
Priority date: 1994-02-07
Filing date: 1994-02-07
Publication date: 1995-08-15

Abstract

(57)【要約】【目的】連続鋳造用ロングノズルと浸漬ノズルの、溶
融金属のメニスカス部分と接する界面付近（スラグライ
ン部）に用いる耐火物の耐用性を向上させるノズル構造
に関する。耐スポール性と耐食性の相反する特性を同時
に満足する耐火物構造を提供し、耐用性を向上させた。【構成】高耐食性耐火物を高耐スポール性耐火物の内
部に埋設した三重構造耐火物とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融金属の連続鋳造に
用いるロングノズル（取鍋からタンデッシュに溶融金属
を注入する時に用いるノズルである。）、および浸漬ノ
ズル（タンデッシュから鋳型に溶融金属を注入する時に
用いるノズルである。）が、溶融金属メニスカス部分と
接触する部分（スラグライン部）に用いるノズル耐火物
の耐用性を高めた連続鋳造用ノズルに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】高温の溶融金属やスラグと直接接触す
る、ロングノズル、および浸漬ノズルに用いる耐火物に
要求される品質特性は、優れた耐熱スポーリング性、及
び高い耐食性等である。これらのノズルは共に溶融金属
やスラグ内に浸漬して使用するが、特に、ノズルのスラ
グライン部に位置する耐火物は高温の流動溶融金属によ
るノズル内孔の溶損のみならず、ノズル外表面も溶融金
属表面に浮遊したスラグ中の化学的浸食性の強い酸化物
成分によって浸食を受ける。

【０００３】このようにノズルスラグライン部の耐火物
は内外部から同時に損傷が進み、ノズル全体の中でも最
も耐用性が低い部分である。そのため、他の部分が十分
使用できるにもかかわらず、スラグライン部の低耐用性
が原因でノズル全体を廃棄してきた。そのため、ノズル
スラグライン部については、他の部分より肉厚とする形
状が採用されてきたが充分な対策とはなっていなかっ
た。また、この部分には他の部分の材質よりも高耐食性
の材質を使用する等の試みも行われてきた。例えば、実
公昭５５−３２６９９号公報にはノズル本体をアルミナ
−黒鉛質耐火物で構成し、ノズルスラグライン部をアル
ミナ−黒鉛質耐火物より優れた耐スラグ耐食性を示すジ
ルコニア−黒鉛質耐火物で構成する事により、ノズルの
耐用性を高める提案がなされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】耐火物の一般的な特徴
として、耐食性耐火物は耐スポーリング性が劣り、一
方、耐スポーリング性耐火物は耐食性が劣る傾向に有
る。ノズルスラグライン部に耐食性の耐火物を採用して
も、鋳造初期にノズル耐火物が高温の溶融金属と接触し
た時に急激に加熱され、発生する熱応力によってスポー
リングをおこし、割れに到る事がある。従って、連鋳用
ノズルのスラグライン部に用いられている耐火物には、
耐食性が強く要求されてはいるが、実際に使用される耐
火物は耐スポーリング性を有する耐火物に主眼を置いて
選定されてきた。

【０００５】具体的には、カーボン源として鱗状黒鉛を
２０〜３０重量％程度含有した、アルミナ−黒鉛質耐火
物及びジルコニア−黒鉛質耐火物が主流となっている。
この程度の黒鉛含有量は、耐食性の維持という面では含
有量が高すぎ、充分とはいえない。このような材質をス
ラグライン部に使用したノズルは、スポーリングを回避
するために、ノズル使用前にガスバーナー等によって高
温に予熱後、使用することが一般的に行われてきた。し
かし、予熱温度は溶融金属温度と比較して低温であるた
め、スポーリング対策としても充分とはいえない問題が
あった。

【０００６】また、耐食性と耐スポーリング性の両特性
が優れた材質として、硼化ジルコニウム含有耐火物が一
般的に知られている。しかし、硼化ジルコニウムは極め
て高価な原料であること、加えて、ラバープレスにて成
形した材料を焼成後、所定の寸法を得るため、外周を切
削仕上げ加工する必要がある。このとき屑化される部分
が多いことから、硼化ジルコニウム含有耐火物をノズル
耐火物に多量に使用すると、ノズルの価格が非常に高く
なってしまう問題点があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題点に鑑み、連続鋳造に用いるロングノズル、浸漬ノズ
ルのスラグライン部の耐火物に求められる耐食性と耐ス
ポーリング性の相反する特性を悪化させることなく、ま
た高価な原料を多量に使用することなく、スラグライン
部耐火物の耐用性を高めることを目的としている。

【０００８】具体的にはスラグライン部の耐火物構造に
特色を有し、その技術的手段は連続鋳造用ノズルが溶融
金属メニスカス部分と接触する部分（スラグライン部）
の耐火物構造において、ノズル内外壁を耐スポール性耐
火物層とし、その中間部を耐食性耐火物層とした事を特
徴とする連続鋳造用ノズルにある。

【０００９】ここで、前記耐スポール性耐火物層を構成
する耐火物は、鱗状黒鉛を２０−３０重量％含むアルミ
ナ−黒鉛質耐火物あるいはジルコニア−黒鉛耐火物と
し、また、前記耐食性耐火物層を構成する耐火物は、同
一条件下で行う耐食性試験にて、前記耐スポール性耐火
物層を構成する耐火物の溶損指数を１００とした場合、
８０以下の溶損指数を示す事を特徴としている。

【００１０】耐食性耐火物層を構成する具体的耐火物
は、鱗状黒鉛を１−１５重量％含む下記いずれかの耐火
物である。アルミナ−黒鉛質耐火物アルミナ−硼化ジルコニウム−黒鉛質耐火物硼化ジルコニウム−黒鉛質耐火物ジルコニア−黒鉛質耐火物ジルコニア−硼化ジルコニウム−黒鉛質耐火物

【００１１】更に、ノズル内外壁の耐スポール性耐火物
層と中間部の耐食性耐火物層の厚み関係は、ノズル内孔
表面からノズル外表面に至る半径方向の厚みをＴとし、
中間部の耐食性耐火物層の厚みをｔ１、ノズル外壁表面
側から中間部の耐食性耐火物層表面に至る耐スポール性
耐火物層の厚みをｔ２、ノズル内孔表面から中間部の耐
食性耐火物層表面に至る耐スポール性耐火物の厚みをｔ
３とした時に、下記（１）式の関係を満足する事が必要
である。

【００１２】

【００１３】ここでスラグライン部とは、ノズルが溶融
金属と接するメニスカス部分から±５０〜１００ｍｍ程
度の範囲を指す事が一般的である。スラグイン部に埋設
させる耐食性耐火物と周囲の耐スポーリング性耐火物の
位置関係につき、ｔ２およびｔ３を５ｍｍ以上とするの
は、高温の溶融金属と接する耐スポーリング性耐火物の
厚みが薄いと、スポーリングを防ぐことができず、表面
耐火物の亀裂や脱落が生じるからである。

【００１４】通常、ロングノズルや浸漬ノズルのスラグ
ライン部耐火物に用いる耐スポーリング性耐火物の半径
方向の厚みＴは３０ｍｍ程度であり、埋設する耐食性耐
火物の厚みｔ１は２０ｍｍ程度以下となる。しかし、ｔ
１があまり充分な厚みを確保できない場合は、スラグラ
イン部における耐火物は耐スポーリング性耐火物が主体
となり、従来構造と大差が無くなるため、ｔ１の下限は
３ｍｍである。耐スポール性耐火物は、従来からスラグ
ライン部に用いられてきた鱗状黒鉛を２０−３０重量％
含むアルミナ−黒鉛質耐火物あるいはジルコニア−黒鉛
質耐火物である。

【００１５】また、埋設する耐食性耐火物は、耐スポー
ル性耐火物より耐食性が優れた特性を有する事が必要で
ある。耐食性の評価は一般的に行われている回転侵食試
験機等で行い、同一条件下での評価試験で、耐スポール
性耐火物と耐食性耐火物の溶損指数を比較する事が必要
である。耐スポール性耐火物の溶損指数を１００とした
時の耐食性耐火物の溶損指数が、８０以下を確保できれ
ば充分な耐食性向上効果が期待できる。

【００１６】このような耐火物構造の製造方法としては
いくつか考えられるが、例えば次のような方法がある。
高耐食性耐火物をあらかじめ所定の円筒形状に予備成形
しておき、これをスラグライン部を形成させる耐火物粉
末中に埋設しておき、粉末材料と予備成形材をラバープ
レスで成形し一体化する方法が有効である。あるいは、
ラバープレスで成形する際セパレーターにより異種材料
を区分して配置しておき、それを成形し一体化する方法
も可能である。

【００１７】

【作用】一般的に溶融金属鋳造用ノズルに用いる耐火物
のカーボン源としての黒鉛含有量は、前記のように２０
〜３０重量％程度であり、耐食性が低い。一方、最近の
研究によると、黒鉛量を１５重量％から１重量％程度に
すると耐スポーリング性は低下するが、耐食性が著しく
向上することが判明した。１重量％以下にすると耐火物
の耐スポーリング性が著しく悪化するため、連続鋳造用
ノズルとして使用できない。

【００１８】そこで、このような低黒鉛量の耐火物をス
ラグライン部に使用し、耐食性向上効果を享受するため
にはスポーリングを受けにくい耐火物構造にする必要が
ある。また、焼成後に所定寸法を得るため、外周を切削
加工して仕上げる必要がある高耐食性耐火物について
も、厳密な寸法精度が不要な耐火物構造とすれば、表面
を仕上げる必要性は無い。

【００１９】このような耐食性耐火物をノズルスラグラ
イン部に効果的に使用するため、本発明は前記のように
スラグライン部の耐火物構造を開発したものである。即
ち、本発明は効果的な耐火物構造として、図１に示すよ
うに耐食性耐火物層２を耐スポーリング性耐火物層１又
は３内に配置した、三重構造とする事を見いだしたもの
である。

【００２０】なお図１において、Ｔ：ノズル内孔表面からノズル外表面に至る半径方向
の厚み、ｔ１：中間部の耐食性耐火物層２の厚み、ｔ
２：ノズル外壁表面側から中間部の耐食性耐火物層表面
に至る耐スポール性耐火層１又は３の厚み、ｔ３：ノズ
ル内孔表面から中間部の耐食性耐火物層表面に至る耐ス
ポール性耐火物１又は３の厚み、である。

【００２１】このように配置された中間層の耐食性耐火
物層は、周囲の耐スポーリング性耐火物層を介して間接
的に緩やかに溶融金属から加熱されるため、熱応力が緩
和される。その結果、耐食性耐火物層の長耐用性を阻害
していた大きな理由の一つである、鋳造初期のスポーリ
ング問題は防止できる。連続鋳造用ノズルは一旦使用を
開始すると、その寿命まで使い続けるため、予熱時や鋳
造初期のスポーリングを回避できれば、その後の使用状
態においてスポーリングの問題が発生する事は無い。

【００２２】さらに使用時間の経過とともに、スラグラ
イン部の表面を覆った耐スポーリング性耐火物層は溶損
が進行し、内部に配置された耐食性耐火物層が露出す
る。この耐食性耐火物層は溶融金属やスラグと直接接触
しても、本来この耐火物が持つ耐食性が働き、溶融金属
やスラグによる侵食を強力に抑制する。従って、このよ
うな耐火物構造を鋳造用ノズルのスラグライン部に採用
する事により、スポーリングによる割れ問題と溶融金属
やスラグによる耐食問題を同時に且つ効率的に解決でき
る。

【００２３】

【実施例】以下に本発明を適用した構造の連続鋳造用ノ
ズルの実施例を、従来構造ノズルの例と比較しながら具
体的に説明する。実施例に使用した溶融金属は、代表的
な溶融金属である溶鋼を用いた。これらのノズルを、実
際に溶鋼を使用して鋼を製造する連鋳工程に適用し、耐
用性（ノズル耐用ｃｈ数）を比較した。また、用いたノ
ズルの半径方向の厚みＴは全て３０ｍｍとした。

【００２４】表１から表４に、ロングノズルに適用した
本発明の実施例と比較例を示す。表１、表２に実施例に
用いた耐スポール性耐火物と耐食性耐火物の成分、及び
回転侵食試験結果を示す。ここで、回転侵食試験は次の
要領で行った。〔高周波炉内の坩堝に２０×２０×１５
０ｍｍのテストピースをモルタルにより取り付け、溶融
した鋼を坩堝に入れ、ハイアルミナ煉瓦で作成した攪拌
羽根により溶鋼を５０ｒｐｍで攪拌し、１５８０℃で２
時間保持した後テストピースの溶損量（ｍｍ）を測定し
た。その後、耐スポール性材質の溶損量を１００として
指数化し、各材質の耐食性を評価した。〕

【００２５】この回転侵食試験に用いた耐スポール性耐
火物は表１に示すように、従来構造ノズルのスラグライ
ン部に使用しているアルミナ−黒鉛質耐火物（鱗状黒
鉛：２５重量％、アルミナ；７５重量％）を用いた。

【００２６】埋設する耐食性耐火物は表２に示すよう
に、成分毎に９種類の例を挙げたが、基本系は次の３種
類である。・アルミナ−黒鉛質耐火物：（１）、（２）、（３）、
（４）、（８）、（９）・アルミナ−硼化ジルコニウム−黒鉛質耐火物：（５）・硼化ジルコニウム−黒鉛質耐火物：（６）、（７）ここで、（１）から（７）までの材質は本発明の範囲内
の配合であるが、（８）、（９）の材質は範囲外の配合
である。

【００２７】また、図２に本発明の実施例と比較例のロ
ングノズル断面イメージ図を示し、図３に従来例のロン
グノズル断面イメージ図を示す。なお、図２、図３にお
いて、１は高耐熱スポーリング性材質、２は高耐食性材
質（埋設材）である。

【００２８】表３には本発明例の実施データーを示し、
耐食性耐火物と耐スポール性耐火物の組み合わせ内容、
各耐火物の厚みｔ１、ｔ２、ｔ３、及び得られた耐用ｃ
ｈ数を示した。

【００２９】表４には比較例と従来例の実施データーを
表３と同様に示した。従来材を用いたノズルの耐用ｃｈ
数は表４に示すＳのように１７ｃｈであった。表３に示
す本発明例Ａ−Ｈは、耐食性耐火物としてアルミナ−黒
鉛質耐火物を用いた本発明の実施例である。本発明の耐
用ｃｈ数はいずれも従来例の１７ｃｈよりも高く、２１
ｃｈ以上であった。

【００３０】例Ａ−Ｃは埋設する耐食性耐火物の黒鉛分
を同一とし、厚みｔ１を順次薄くしていき、周囲を包囲
する耐スポール性耐火物の厚みｔ２、ｔ３を厚くしてい
った例である。

【００３１】これらのデーターから、鋳造初期のスポー
ル問題を表層の耐スポール性耐火物で回避すれば、内部
に埋設した耐食性耐火物でその後の溶損を低減する事が
でき、耐用ｃｈ数（ノズル寿命）が延びる事が判る。

【００３２】例Ｄは、内部に埋設した耐食性耐火物の条
件（黒鉛分、厚みｔ１）は例Ｂと同一であるが、特に溶
損が激しいノズル内孔側の耐スポール性耐火物厚みｔ３
を薄くし、ノズル外側より早期に内部の耐食性耐火物が
露出するようにしたものであり、例Ｂよりも高い耐用ｃ
ｈ数が得られた。

【００３３】例Ａ、Ｅ、Ｇ、Ｈ及び、例Ｃ、Ｆはそれぞ
れ各耐火物の厚み条件ｔ１、ｔ２、ｔ３を同一としてい
るが、耐食性耐火物の黒鉛分を変化させていった例であ
り、黒鉛分が低い分だけ耐食性が向上し、耐用ｃｈ数が
延びる事が判る。

【００３４】例Ｉ−Ｋは耐食性耐火物としてアルミナ−
硼化ジルコニウム−黒鉛質、硼化ジルコニウム−黒鉛質
耐火物を用いた本発明の実施例である。各耐火物の厚み
ｔ１、ｔ２、ｔ３は例Ａ、Ｅ、Ｇ、Ｈと同様であるが、
耐食性耐火物の配合が異なるため、表２に示すように侵
食試験の結果が優れており、耐用ｃｈ数は例Ａ、Ｅ、
Ｇ、Ｈより高い値を示す。

【００３５】表４に示す比較例Ｌ−Ｒは、耐食性耐火物
としてアルミナ−黒鉛質耐火物を用いた本発明の比較例
である。

【００３６】比較例Ｌ、Ｎは埋設する耐食性耐火物の厚
みｔ１が厚すぎ、表層の耐スポール性耐火物の厚みｔ
２、ｔ３が下限値５ｍｍ以下であるため、鋳造初期のス
ポーリング問題が発生し、極めて短い耐用ｃｈ数であっ
た。

【００３７】また、比較例Ｍ、Ｏは埋設する耐食性耐火
物の厚みｔ１が薄すぎ、下限値３ｍｍ以下であるため三
重構造ではあるが、実際の構造は耐スポール性材がスラ
グライン部の殆どを占めるため、従来材と大差が無くな
ってしまい、耐用ｃｈ数も従来材並であった。

【００３８】比較例Ｐ、Ｑは黒鉛分の比率が発明の上限
範囲を越え、従来耐スポール性耐火物と同等の黒鉛分と
なっているため、耐用性ｃｈ数は従来材並であった。比
較例Ｒは黒鉛分の比率が発明の下限範囲を越え、耐食性
耐火物の耐スポール性が著しく低下しているため、僅か
１ｃｈの寿命であった。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【表２】

【００４１】

【表３】

【００４２】

【表４】

【００４３】次に浸漬ノズルの実施例について説明す
る。表５から表８に、浸漬ノズルに適用した本発明の実
施例と比較例を示す。

【００４４】また、図４に本発明の実施例と比較例の浸
漬ノズル断面イメージ図を示し、図５に従来例の浸漬ノ
ズル断面イメージ図を示す。なお、図４、図５におい
て、１は高耐熱スポーリング性材質、２は高耐食性材質
（埋設材）、３は高耐熱スポーリング性材質（浸漬ノズ
ルスラグライン用）である。

【００４５】表５、表６に実施例に用いた耐スポール性
耐火物と耐食性耐火物の成分、及び回転侵食試験結果を
示す。回転侵食試験は前記の要領で行った。回転侵食試
験に用いた耐スポーマ性耐火物は、表５に示すように、
従来構造ノズルのスラグライン部に使用している、ジル
コニア−黒鉛質耐火物（鱗状黒鉛：２５重量％、ジルコ
ニア：７５重量％）を用いた。

【００４６】埋設する耐食性耐火物は表６に示すよう
に、成分毎に９種類の例を挙げたが、基本系は次の３種
類である。なお、表６は表２に示したロングノズルに用
いた配合を基本としており、アルミナ成分をジルコニア
成分に置き換えた内容とした。・ジルコニア−黒鉛質耐火物：（１）、（２）、
（３）、（４）、（８）、（９）・ジルコニア−硼化ジルコニウム−黒鉛質耐火物：
（５）・硼化ジルコニウム−黒鉛質耐火物：（６）、（７）

【００４７】表７には本発明例の実施データーを示し、
耐食性耐火物と耐スポール性耐火物の組み合わせ内容、
各耐火物の厚みｔ１、ｔ２、ｔ３、及び得られた耐用ｃ
ｈ数を示した。表８には比較例と従来例の実施データー
を表７と同様に示した。なお、表７、表８に示す各条件
は、ロングノズルの評価に用いた条件と同様とした。表
７、表８から判るように浸漬ノズルについても、ロング
ノズルと同様に本発明を適用したノズルは、従来ノズル
に比較して高い耐用性を示した。

【００４８】

【表５】

【００４９】

【表６】

【００５０】

【表７】

【００５１】

【表８】

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、ノズルスラグライン部
の耐火物の耐食性及び耐スポール性が改善され、ノズル
の耐用性を大きく向上させることができる。また、切削
加工が必要な高耐食性材質の成形後仕上げ切削加工を省
く事ができ、高価な材料を屑化する事がないので経済的
に使用できる。さらに従来使用できなかった耐熱スポー
リング性の悪い材質でも、スラグライン部全体の耐熱ス
ポーリング性を悪くすることなく使用でき、材料選択の
巾が広がった。

【図面の簡単な説明】

【図１】（イ）本発明を適用したノズルのスラグライン
部Ａの断面図である。（ロ）本発明を適用したノズルのスラグライン部ＡのＸ
−Ｘ′断面図である。

【図２】本発明の実施例に係わるロングノズルの縦断面
図である。

【図３】従来のロングノズルの縦断面図である。

【図４】本発明の実施例に係わる浸漬ノズルの縦断面図
である。

【図５】従来の浸漬ノズルの縦断面図である。

【符号の説明】

１高耐熱スポーリング性材質２高耐食性材質（埋設材）３高耐熱スポーリング性材質（浸漬ノズルスラグラ
イン用）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ２２Ｄ 41/54 Ｃ０４Ｂ 35/00 (72)発明者花桐誠司大分県大分市大字西ノ洲１番地新日本製鐵株式会社大分製鐵所内 (72)発明者平岩義隆福岡県北九州市八幡西区東浜町１−１黒崎窯業株式会社内 (72)発明者緒方浩二福岡県北九州市八幡西区東浜町１−１黒崎窯業株式会社内 (72)発明者横山洋一兵庫県高砂市荒井町新浜１−３−１ハリマセラミック株式会社内 (72)発明者西川正美兵庫県高砂市荒井町新浜１−３−１ハリマセラミック株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】連続鋳造用ノズルが溶融金属メニスカス
部分と接触する部分の耐火物構造において、ノズル内外
壁を耐スポール性耐火物層とし、その中間部を耐食性耐
火物層とした事を特徴とする連続鋳造用ノズル。
【請求項２】前記耐スポール性耐火物層を構成する耐
火物は、鱗状黒鉛を２０−３０重量％含むアルミナ−黒
鉛質耐火物あるいはジルコニア−黒鉛耐火物とし、ま
た、前記耐食性耐火物層を構成する耐火物は、同一条件
下で行う耐食性試験にて、前記耐スポール性耐火物層を
構成する耐火物の溶損指数を１００とした場合、８０以
下の溶損指数を示す事を特徴とする請求項１に記載の連
続鋳造用ノズル。
【請求項３】前記耐食性耐火物層を構成する耐火物
は、鱗状黒鉛を１−１５重量％含む下記いずれかの耐火
物である事を特徴とする請求項１又は２に記載の連続鋳
造用ノズル。アルミナ−黒鉛質耐火物アルミナ−硼化ジルコニウム−黒鉛質耐火物硼化ジルコニウム−黒鉛質耐火物ジルコニア−黒鉛質耐火物ジルコニア−硼化ジルコニウム−黒鉛質耐火物
【請求項４】前記ノズル内外壁の耐スポール性耐火物
層と中間部の耐食性耐火物層の厚み関係は、ノズル内孔
表面からノズル外表面に至る半径方向の厚みをＴとし、
中間部の耐食性耐火物層の厚みをｔ１、ノズル外壁表面
側から中間部の耐食性耐火物層表面に至る耐スポール性
耐火物の厚みをｔ２、ノズル内孔表面から中間部の耐食
性耐火物層表面に至る耐スポール性耐火物の厚みをｔ３
とした時に、下記（１）式の関係を満足するようにした
事を特徴とする、請求項１乃至３項の何れか１項に記載
の連続鋳造用ノズル。