JPH07277838A

JPH07277838A - 連続鋳造用ノズルの製造方法

Info

Publication number: JPH07277838A
Application number: JP6090734A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Nakao; 淳中尾; Hisashi Nakamura; 壽志中村; Toshiyuki Suzuki; 俊行鈴木; Takeshi Matsui; 剛松井
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-04-06
Filing date: 1994-04-06
Publication date: 1995-10-24

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、急激な加熱並びに急冷といった苛
酷な使用条件の下でも亀裂が発生することのない耐熱衝
撃性に優れた連続鋳造用ノズルの製造方法を提供する。【構成】本発明の連続鋳造用ノズルの製造方法は、耐
火性酸化物と炭素材料を主成分とした配合物、または、
耐火性酸化物と炭素材料を主成分とし、それにＡｌまた
はＳｉの粉末を添加した配合物に、特定量の改質ピッチ
を芳香族化合物または複素環式化合物である有機溶剤に
溶解させた溶液を添加した後、混合し、それを成形、乾
燥後、１２００〜１４００℃の範囲で焼成する。【効果】連続鋳造用ノズルの耐熱衝撃性の向上が図ら
れ、連続鋳造用ノズルのコスト削減、予熱条件の緩和等
による作業費節減が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鉄鋼業で使用される連続
鋳造用ノズルの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造用ノズルは、鋼の連続鋳造工程
において、溶融金属を取鍋からタンディッシュへ注入す
る際、或は、タンディッシュからモールドへ鋳込む際等
に使用される重要な部材である。このノズルを用いるこ
とによって溶融金属の酸化、非金属介在物の巻き込み、
或は、乱流スプラッシュ等を防止することができる。一
方、このような連続鋳造用ノズルの使用条件は極めて苛
酷であるため、特に耐熱衝撃性、耐食性及び機械的強度
に優れたものが要求される。

【０００３】従来、連続鋳造用ノズルにはシリカ質材料
が用いられてきた。しかし、最近では、主としてフェノ
ール樹脂をバインダーとして用い、炭素結合を有するア
ルミナ−グラファイト質（ＡＧ質）材料、ジルコニア−
グラファイト質（ＺＧ質）材料等が用いられている（例
えば特開昭５７−３２５８号公報）。このＡＧ質材料や
ＺＧ質材料を用いた連続鋳造用ノズルは、その組織内部
に炭素結合を有するために、高強度を示し、熱伝導性及
び耐熱衝撃性に優れ、また、耐食性にも優れている。

【０００４】一方、炭素結合を形成するための結合剤と
しては、フェノール樹脂が一般的であるが、更に強度の
向上を目的として、メソフェーズピッチ（改質ピッチの
中でピッチ分子がある規則性をもって配向し、光学的に
異方性を示す組織を有するもの）も使用されている（例
えば、特開平５−４８６１号公報、特開平５−２７０８
８９号公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高温下
の酸化雰囲気中では炭素結合を形成している炭素が酸化
あるいは脱炭し、強度が著しく低下するという欠点を有
している。しかも、急激な加熱並びに急冷といった苛酷
な使用条件下では耐熱衝撃性も十分とはいえない。例え
ば、高温の溶鋼と接触して急熱された連続鋳造用ノズル
の内面あるいは表面には多数の亀裂が発生し、発生した
亀裂が進展、拡大して、連続鋳造用ノズルを構成してい
る上記耐火物が剥落することがしばしば認められる。そ
の結果、酸素の巻き込み等を生じ、得られる鋼の品質が
低下するという問題を有している。

【０００６】本発明は急激な加熱並びに急冷といった苛
酷な使用条件下でも亀裂が発生することのない優れた耐
熱衝撃性を有する連続鋳造用ノズルの製造方法を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による連続鋳造用
ノズルの製造方法は、耐熱衝撃性を向上させるために、
耐火性酸化物と炭素材料を主成分とした配合物１００に
対して、２〜４重量％の改質ピッチを有機溶剤に溶解さ
せた溶液を添加した後、混合し、それを成形、乾燥後、
焼成することを特徴とする。あるいは、耐火性酸化物と
炭素材料を主成分とし、それにＡｌまたはＳｉの粉末を
添加した配合物１００に対して、２〜４重量％の改質ピ
ッチを有機溶剤に溶解させた溶液を添加した後、混合
し、それを成形、乾燥の後、焼成することによって、更
に強度が向上する。

【０００８】これらの方法において、改質ピッチとして
は、有機溶剤に可溶で、結晶質相、または、結晶質相と
非晶質相からなる混合相を有し、かつ非酸化性雰囲気中
８００℃で焼成を行ったときに重量減少率が３０％以下
のものを用いる。また、有機溶剤としては、芳香族化合
物または複素環式化合物からなるものを、配合物の嵩容
積１００に対して２〜１０容積％添加する。こうして得
られた原料を、混合し、それを成形、乾燥後、１２００
〜１４００℃の範囲内で焼成を行う。

【０００９】

【作用】本発明の連続鋳造用ノズルは、スラブ連続鋳造
機、ブルーム連続鋳造機、ビレット連続鋳造機、双ロー
ル式連続鋳造機、双ベルト式連続鋳造機、単ベルト式連
続鋳造機、単ロール式連続鋳造機等に使用されるロング
ノズル、浸漬ノズルを言う。本発明による連続鋳造用ノ
ズルの製造において、炭素材料としては天然あるいは人
造の黒鉛、メソフェーズカーボン、コークス、カーボン
ブラック等を用い、不純物による耐食性の低下を防止す
るために９０％以上の純度のものが望ましい。

【００１０】耐火性酸化物としては、耐食性に優れ、カ
ーボンと難反応性である中性または酸性の耐火性酸化
物、例えば電融アルミナ、焼結アルミナ、電融ジルコニ
ア、焼結ジルコニア、電融カルシウムジルコネート等が
使用可能であり、不純物による耐食性の低下を防止する
ために９０％以上の純度であることが望ましい。

【００１１】図１は、電融アルミナ（８０重量％）と鱗
状黒鉛（２０重量％）を用い、改質ピッチをキノリンに
溶解した後、添加して、成形、焼成した後のサンプルに
ついて、改質ピッチ添加量と曲げ強さの関係を示したも
のである。

【００１２】改質ピッチの添加量を耐火性酸化物と炭素
材料を主成分とした配合物１００に対して２〜４重量％
としたのは、図１に示す電融アルミナと鱗状黒鉛を用い
て行った本発明者らによる実験結果から、熱間強度、耐
熱衝撃性に優れるからである。改質ピッチの添加量が２
重量％未満或は４重量％を越えると、熱間強度、耐熱衝
撃性が劣るため好ましくない。

【００１３】有機溶剤の添加量を配合物の嵩容積１００
に対して２〜１０容積％としたのは、この添加量のとき
混練時における改質ピッチの分散性及び成形時の充填性
に優れるからである。有機溶剤の添加量が２容積％未満
では混練時の分散性及び成形時の充填性が劣り、１０容
積％を越えると成形不能になり、好ましくない。

【００１４】本発明に用いる改質ピッチとしては、有機
溶剤に可溶で、結晶質相、または、結晶質相と非晶質相
からなる混合相を有し、かつ非酸化性雰囲気中８００℃
で焼成を行ったときに重量減少率が３０％以下であるこ
とが望ましい。

【００１５】更に、改質ピッチ中の結晶質含有量は６０
％以上であることが望ましい。改質ピッチ中の結晶質含
有量が６０％未満の場合には、改質ピッチをバインダー
として添加しても強度が低い。また、改質ピッチを８０
０℃で焼成したときの重量減少率が３０％を越えると、
熱間強度が劣るため好ましくない。

【００１６】本発明に用いる有機溶剤としては改質ピッ
チを溶解させることができる芳香族化合物または複素環
式化合物で、具体的には、トルエン、キシレン、スチレ
ン、キノリン、ピリジン、ベンゼン等を指す。本発明に
用いる改質ピッチは焼成時に以下のような挙動を取り、
耐熱衝撃性が向上する。

【００１７】改質ピッチは加熱されることによって炭素
六角網面が高度に発達した黒鉛様構造を持つ炭素化物と
なり、強固なカーボンボンドを形成する。また、フェノ
ール樹脂や通常のピッチと比較して熱分解による重量減
少が非常に少ない。このため、改質ピッチを炭素含有系
耐火物のバインダーとして用いると、熱分解による強度
低下が抑制され、むしろ逆に熱間強度が向上する。更
に、改質ピッチを有機溶剤に溶解させて耐火物素材に添
加することで、改質ピッチを均一に分散させることが可
能となり、耐火物組織全体の組織強化を図ることができ
る。

【００１８】また、改質ピッチから得られる炭素化物
は、黒鉛様構造をとることから、フェノール樹脂から得
られる炭素化物に比べて熱伝導率が高く、弾性率が低い
という性質を有している。このような改質ピッチを連続
鋳造用ノズルを構成する耐火物のバインダーとして用い
ることによって、熱衝撃により発生する熱応力は小さく
なり、耐熱衝撃性の向上を図ることが可能となる。

【００１９】本発明の連続鋳造用ノズルを構成する耐火
物の強度を更に向上させるためには、使用時に耐火物内
部で反応して炭化物、窒化物、あるいは酸化物を生成す
るＡｌやＳｉの粉末を添加することも可能である。

【００２０】図２は、電融アルミナと鱗状黒鉛を用い、
金属Ａｌ及びＳｉの粉末を添加して、成形、焼成した後
のサンプルについて、金属添加量と曲げ強さの関係を示
した図である。

【００２１】電融アルミナと鱗状黒鉛を用いて行った本
発明者らの実験結果によれば、図２に示すように、Ａｌ
またはＳｉの金属粉末添加量が１０重量％までは添加量
と共に強度が上昇するが、添加量が１０重量％を越える
と強度が低下することより、金属ＡｌまたはＳｉの添加
量としては１０重量％以下で十分である。ＡｌまたはＳ
ｉの粉末を添加した本発明の連続鋳造用ノズルにおいて
も、改質ピッチの効果は前述の添加しなかった場合と同
様に作用し耐熱衝撃性の向上を図ることが可能となる。

【００２２】本発明では、以上のような条件を満足する
耐火性酸化物と炭素材料を主成分とし、必要に応じてＡ
ｌまたはＳｉの粉末を添加して、更に不可避的不純物と
を含む配合物１００に対して、２〜４重量％の改質ピッ
チを有機溶剤に溶解させた溶液を添加した後、混合し、
それを成形、乾燥の後、還元焼成または不活性ガス雰囲
気下での焼成を行う。

【００２３】焼成温度は１２００℃以上、１４００℃以
下とする。焼成温度が１２００℃未満の場合には、得ら
れるノズルの強度が不十分で本発明の効果が得られず、
１４００℃を越えると耐火性酸化物が炭素材料によって
還元され、組織劣化するために好ましくない。

【００２４】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明を説明する。

【００２５】（実施例１）有機溶剤として、芳香族化合
物であるトルエン及び複素環式化合物であるキノリンを
用い、本発明の製造方法によって得られた連続鋳造用ノ
ズルを使用した実施例を示す。表１に示す原料組成１０
０重量％に対して、有機溶剤に溶解させた改質ピッチを
バインダーとして添加した後、混練、ラバープレス成
形、乾燥（９０℃×２４時間）、還元焼成（１３００℃
×３時間）を実施して本発明の連続鋳造用ノズルを製造
した。

【００２６】

【表１Ａ】

【００２７】

【表１Ｂ】

【００２８】ここでは、耐火性酸化物として、電融アル
ミナ、焼結アルミナ、電融ジルコニア、焼結ジルコニ
ア、電融カルシウムジルコネートを炭素材料として純度
９９％の鱗状黒鉛を、金属粉末としてＡｌ及びＳｉを使
用した。本発明の連続鋳造用ノズルの耐熱衝撃性評価
は、サンプルを、１回につき１６００℃の溶鋼への浸漬
９０秒、水冷１５秒、空冷６０秒のサイクルを剥落する
まで繰り返して行なった。このときの試験の評価は、３
０回目で剥落したもの及び剥落しなかったものを◎、２
５から２９回目で剥落したものを○、２５回未満で剥落
したものを×とした。

【００２９】一方、これに対する比較例を表２に示す。

【００３０】

【表２】

【００３１】この場合も原料組成１００重量％に対し
て、有機溶剤に溶解させた改質ピッチまたはフェノール
系樹脂をバインダーとして添加した後、混練、ラバープ
レス成形、乾燥（９０℃×２４時間）、還元焼成（１３
００℃×３時間）を実施して連続鋳造用ノズルを製造し
た。ここでも前述の実施例と同様に、耐火性酸化物とし
て電融アルミナ、焼結アルミナ、電融ジルコニア、焼結
ジルコニア、電融カルシウムジルコネートを、炭素材料
として純度９９％の鱗状黒鉛を、金属粉末はＡｌ及びＳ
ｉを使用した。有機溶剤としては、芳香族化合物である
トルエン及び複素環式化合物であるキノリンを用いた。

【００３２】また、この比較例の連続鋳造用ノズルの耐
熱衝撃性評価は、同様にサンプルを１回につき１６００
℃の溶鋼への浸漬９０秒、水冷１５秒、空冷６０秒のサ
イクルを剥落するまで繰り返して行なった。このときの
試験の評価は、３０回目で剥落したもの及び剥落しなか
ったものを◎、２５から２９回目で剥落したものを○、
２５回未満で剥落したものを×とした。表１から明らか
なように、本発明の製造方法によって得た連続鋳造用ノ
ズルは何れも優れた耐熱衝撃性を示す。これに対して、
表２に示した比較例では耐熱衝撃性に劣る。

【００３３】（実施例２）実施例１のサンプルＮｏ．５
について、表３に示すように焼成温度を変化させた。評
価は、曲げ強さが２０ＭＰａ以上のものを○、２０ＭＰ
ａ未満のものを×とした。表３から明らかなように、本
発明の製造方法によって得た連続鋳造用ノズルは何れも
強度に優れている。これに対して、比較例では強度に劣
る。

【００３４】

【表３】

【００３５】（実施例３）実施例１のサンプルＮｏ．
２，４，７について、表４のように改質ピッチの添加方
法を変化させた。評価は、曲げ強さが２０ＭＰａ以上の
ものを○、２０ＭＰａ未満のものを×とした。表４から
明らかなように、本発明の製造方法によって得た連続鋳
造用ノズルは何れも強度に優れている。これに対して、
比較例では強度に劣る。

【００３６】

【表４Ａ】

【００３７】

【表４Ｂ】

【００３８】

【発明の効果】本発明によって以下のような効果を奏す
ることができる。従来の連続鋳造用ノズルにとって技術
的な壁であった耐熱衝撃性の向上が可能となり、連続鋳
造用ノズルのコスト削減、予熱条件の緩和等による作業
費節減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は電融アルミナと鱗状黒鉛を用いて行った
実験結果について、改質ピッチ添加量と曲げ強さの関係
を示した図である。

【図２】図２は電融アルミナと鱗状黒鉛を用い、金属Ａ
ｌ及びＳｉの粉末を添加して行った実験結果について、
金属添加量と曲げ強さの関係を示した図である。

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 35/52 // Ｃ０４Ｂ 35/103 Ｃ０４Ｂ 35/52 Ｂ 35/10 Ｇ (72)発明者松井剛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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】耐火性酸化物と炭素材料を主成分とした
配合物１００に対して、２〜４重量％の改質ピッチを有
機溶剤に溶解させた溶液を添加した後、混合し、それを
成形、乾燥後、焼成することを特徴とする連続鋳造用ノ
ズルの製造方法。
【請求項２】耐火性酸化物と炭素材料を主成分とし、
それにＡｌまたはＳｉの粉末を添加した配合物１００に
対して、２〜４重量％の改質ピッチを有機溶剤に溶解さ
せた溶液を添加した後、混合し、それを成形、乾燥の
後、焼成することを特徴とする連続鋳造用ノズルの製造
方法。
【請求項３】改質ピッチとして、有機溶剤に可溶で、
結晶質相、または、結晶質相と非晶質相からなる混合相
を有し、かつ非酸化性雰囲気中８００℃で焼成を行った
ときに重量減少率が３０％以下のものを用いることを特
徴とする請求項１または２記載の連続鋳造用ノズルの製
造方法。
【請求項４】芳香族化合物または複素環式化合物から
なる有機溶剤を、配合物の嵩容積１００に対して２〜１
０容積％添加することを特徴とする請求項１または２ま
たは３記載の連続鋳造用ノズルの製造方法。
【請求項５】焼成を１２００〜１４００℃の範囲内で
行うことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の
連続鋳造用ノズルの製造方法。