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JP3101651B2 - 連続鋳造用ノズル - Google Patents

連続鋳造用ノズル

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JP3101651B2
JP3101651B2 JP10101882A JP10188298A JP3101651B2 JP 3101651 B2 JP3101651 B2 JP 3101651B2 JP 10101882 A JP10101882 A JP 10101882A JP 10188298 A JP10188298 A JP 10188298A JP 3101651 B2 JP3101651 B2 JP 3101651B2
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利行 室井
和己 小栗
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Akechi Ceramics Co Ltd
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Akechi Ceramics Co Ltd
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウムを含
有するアルミキルド鋼等の連続鋳造において溶鋼が通過
するノズル内孔の狭さく、さらには閉塞を効果的に抑制
することができる連続鋳造用ノズルに関する。
【0002】
【従来の技術】溶鋼の連続鋳造用ノズルは、次のような
目的のために使用される。溶鋼の連続鋳造において連続
鋳造用ノズルはタンディッシュからモールドへ溶鋼を注
入する機能を有するが、この際溶鋼の空気との接触によ
る酸化を防ぎ、又溶鋼の飛散防止を図り、さらには非金
属介在物及びモールド面浮遊物の鋳片内への巻込み防止
のために注湯を整流化する等の目的で使用されている.
【0003】従来溶鋼の連続鋳造用ノズルの材質は、主
として黒鉛、アルミナ、シリカ、シリコンカーバイド等
で構成されているが、しかしながらアルミキルド鋼等を
鋳造する場合は次のような問題点を有している。
【0004】アルミキルド鋼等においては、脱酸剤とし
て添加されるアルミニウムが溶鋼中に存在する酸素と反
応してα−アルミナ等の非金属介在物が生成する。ま
た、溶鋼がノズルを通過するに際して大気中の酸素と反
応し、さらにアルミナが発生する。そのためアルミキル
ド鋼等を鋳造する際、連続鋳造用ノズルの内孔表面に上
記アルミナ等の非金属介在物が付着し、堆積してその結
果内孔が狭さくし、最悪の場合、内孔を閉塞して安定的
な鋳造を困難にする。あるいはこのようにして付着し堆
積したα−アルミナ等の非金属介在物が剥離或いは脱落
して鋳片に巻込まれ鋳片の品質低下を招くことがある。
【0005】上述したα−アルミナ等の非金属介在物に
よる内孔の狭さく及び閉塞を防止するため、内孔を形成
する連続鋳造用ノズルの内面から前記内孔を通って流れ
る溶鋼に向かって不活性ガスを噴射させ、溶鋼中に存在
するα−アルミナ等の非金属介在物が連続鋳造用ノズル
内孔面に付着し堆積することを防止する方法が広く用い
られている(例えば、特公平6−59533号公報)。
【0006】しかしながら、溶鋼連続鋳造用ノズルの内
面から不活性ガスを噴出させる方法には次のような問題
点がある。即ち、噴出させる不活性ガス量が多いと不活
性ガスの気泡が鋳片のなかに巻き込まれ、ピンホールに
基づく欠陥が生じる。逆に噴出させる不活性ガス量が少
ないとα−アルミナ等の非金属介在物が連続鋳造用ノズ
ルの内孔面に付着し、堆積して内孔の狭さく、さらには
最悪の場合ノズルを閉塞する。
【0007】また、連続鋳造用ノズルの内面から前記内
孔を通って流れる溶鋼に向かって不活性ガスを均一に吹
き込むことは構造的に困難であり、また長時間鋳造する
際は連続鋳造用ノズル材質の組織劣化及び構造劣化する
に伴い、噴出させる不活性ガスのコントロールが不安定
となる。その結果、α−アルミナ等の非金属介在物が連
続鋳造用ノズルの内孔面に付着し、そして堆積して内孔
を狭さくし、さらには閉塞してしまう。
【0008】非金属介在物によるノズル閉塞、とくにア
ルミナ(Al2 3 )介在物によるノズル閉塞は次のよ
うにして生じると考えられる。すなわち、 (1)鋼中のアルミニウムは耐火物接合部及び耐火物組
繊を通過する空気の巻き込みにより酸化し、また、カー
ボンを含んだ耐火物中のシリカが還元して発生するSi
Oが酸素を供給し、アルミナが生成される。 (2)このアルミナが拡散・凝集しアルミナ介在物が形
成される。 (3)また、ノズルの内孔面では黒鉛、カーボンが消失
し、内孔表面が凹凸状になり、アルミナ介在物が堆積し
やすくなる。
【0009】他方、材質面からの対策として、アルミニ
ウム酸化物との反応性が低いことから、SiC、Si3
4 、BN、ZrB2 、サイアロン等の非酸化物原料を
アルミナ−黒鉛質に添加し、もしくはそれ自体からなる
ノズルが提案されている(例えば、特公昭61−381
52号公報)。
【0010】しかしながら、通常使用されているアルミ
ナ−黒鉛質に上記原料を添加する場合は、多量に添加し
なければ、付着防止効果が認められず、耐食性も劣化す
ることから実用的ではない。また、非酸化物の原料のみ
でノズルを作成する場合も、その効果が期待できる反
面、原料、製造面のコストから実用には不向きである。
【0011】更に、CaOを含有する酸化物原料(Ca
O・ZrO2 、CaO・SiO2 、2CaO・SiO2
等)は、CaOとAl2 3 反応により低融点物質を生
成するので、黒鉛−CaO含有酸化物原料からなるノズ
ルも提案されている(例えば、特公昭62−56101
号公報)。
【0012】しかしながら、鋳造時の溶鋼温度条件によ
り、CaOとAl2 3 反応性は影響を受けやすく、低
融点物質が生成されず、また鋼中に多量のAl2 3
在物が含まれる場合は、耐スポーリング性及び耐食性の
面でCaO量を十分に含有させることはできない。ま
た、材質中から溶鋼へ流れ出た骨材の内、ZrO2 は比
重が高いため浮上効果が少なく、スラグとして浮上しな
い。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、使用中にノ
ズル内孔面にガラス層を形成し、耐火物を通過する空気
の巻き込みを防止し、アルミナの生成を防止し、また、
ノズル内孔面の組織を平滑化することにより、ノズル内
孔面にアルミナ介在物の堆積と付着を抑制し、内孔の狭
さく、更には閉塞を防止し、安定した鋳造を可能とする
連続鋳造用ノズルを提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、連続鋳造
用ノズルの溶鋼と接触する内孔表層部が、Al2 3
たはAl2 3 を主成分とし、その融点が1800℃以
上の骨材が15〜60重量%、炭化珪素が1〜10重量
%、残部がロー石からなる組成物であることを特徴とす
る溶鋼の連続鋳造用ノズルである。
【0015】第2の発明は、連続鋳造用ノズルの溶鋼と
接触する内孔表層部が、アルミナ(Al2 3 )または
アルミナ(Al2 3 )を主成分とし、その融点が18
00℃以上の骨材が15〜60重量%、炭化珪素が1〜
10重量%、残部がロー石からなる組成物に、結合材を
添加・混練して成形し、非酸性雰囲気で焼成したことを
特徴とする溶鋼の連続鋳造用ノズルである。
【0016】第3の発明は、前記ロー石は粒径250μ
m以下を全ロー石配合比量の60重量%以下としたもの
であることを特徴とする溶鋼の連続鋳造用ノズルであ
る。
【0017】第4の発明は、前記ロー石が、パイロフィ
ライト(Al2 3 ・4SiO2 ・H2 O)を主成分と
することを特徴とする溶鋼の連続鋳造用ノズルである。
【0018】第5の発明は、前記ロー石は、800℃以
上で仮焼して結晶水を消失させたことを特徴とする溶鋼
の連続鋳造用ノズルである。
【0019】第6の発明は、前記結合材が、熱硬化性樹
脂であることを特徴とする溶鋼の連続鋳造用ノズルであ
る。
【0020】
【発明の実施の形態】本発明において最も注目すべき点
は、ノズル耐火物の主成分としてロー石と炭化珪素を共
存させたことにある。即ち炭化珪素の共存下でのロー石
はブローティング現象が発現しやすく、低温度において
も耐火物組織を通しての空気の巻き込みを抑制すること
ができると同時に、従来のノズルに多くの場合配合され
ている黒鉛を配合しない点である。黒鉛はノズル使用時
において、耐火物に含まれているシリカと次のように反
応する。
【0021】 SiO2 (s)+C(s)=SiO(g)+CO(g) 3SiO(g)+2Al=2Al2 3 (s)+3Si 3CO(g)+2Al =2Al2 3 (s)+3C
【0022】以上の反応によりシリカが分解し、SiO
(g )及びCO(g)が生成し、鋼中への酸素供給源と
なり、鋼中Alと反応してAl2 3 を生成する。しか
し、ロー石の場合、溶鋼中の酸素との共存下において
も、ロー石の粒子の分解はなくロー石の主鉱物であるパ
イロフィライト(Al2 3 ・4SiO2 ・H2 O)等
のSiO2 は安定である。この点は、ロー石、炭化珪
素、レジン粉末及び炭素微粉からなるブリケットを作成
し、ブリーズ内に埋め込み、1500℃×24hr熱処
理後の顕微鏡観察で粒子の崩壊、気泡発生がないことか
ら判明した。
【0023】また、従来の黒鉛を約10重量%添加した
材質では熱伝導率が9.8(kcal/m/hr/℃)
であるのに対し、本発明の黒鉛を添加しない材質では
3.6(kcal/m/hr/℃)と低く、断熱性に優
れており、地金付着及びα―Al2 3 等の非金属介在
物が析出しにくい。
【0024】更に、従来の黒鉛を含むノズルでは黒鉛が
酸化した場合、内孔表面の平滑度が低下し、ノズル内孔
を流れる溶鋼は乱流であるため、α―Al23 等の非
金属介在物が堆積することになる。しかし、黒鉛を添加
しない場合には平滑度が低下せず、従ってノズル内孔面
が滑らかであり、α―Al2 3 等の非金属介在物が堆
積しない。
【0025】ロー石の半溶融温度は1500℃前後であ
り、溶鋼と接触する稼動面においては溶融し、ガラス皮
膜を形成することから、稼動面の組織を平滑にし、また
ガラス皮膜により耐火物組織を通しての空気の巻き込み
を抑制する。
【0026】この点は、酸化雰囲気において、1500
℃×1hr熱処理後の黒鉛を添加したアルミナ―ロー石
材質の通気率が約6.5×10―2 darcyに対し、
他の条件は同一で黒鉛を添加しない材質では1500℃
×1hrで熱処理後の通気率が1.0×10―5 dar
cyと小さくなり、通気率が低下していることから明ら
かとなった。
【0027】更に、熱処理温度を下げ、1450℃×1
hrで熱処理後のアルミナ―ロー石材質の通気率が10
×10―4 darcyなのに対し、他の条件は同一でS
iCを添加した材質では1.0×10―4 darcyと
小さくなり、通気率が低下していることから、低温度に
おいてもロー石のブローティング現象が発現し、耐火物
組織を通しての空気の巻き込みを抑制することができ
る。
【0028】連続鋳造用ノズルとして使用時において、
内孔面にガラス皮膜を積極的に生成させ、かつ、耐スポ
ーリング性を維持するためには、ロー石の配合重量比率
は30重量%以上が望ましく、また、84重量%超えで
は軟化変形が大きくなり、また溶鋼に対する耐食性が劣
ることから84重量%以下が望ましい。なお、この配合
量は、他の成分の残部である。
【0029】炭化珪素の配合比率は、ロー石のブローテ
ィング現象を積極的に生成させるためには1重量%以上
が望ましく、10重量%超では溶融が著しく、溶損を大
きくするため、10重量%以下が望ましい。
【0030】骨材としてのAl2 3 、またはAl2
3 を主成分としその融点が1800℃以上の骨材(例え
ばMgO・Al2 3 )は、15〜60重量%配合す
る。骨材は成形体であるノズルの強度と耐食性を付与す
る作用がある。
【0031】ロー石の種頻としてはパイロフィライト質
ロー石、カオリン質ロー石、セリサイト質ロー石の三種
類いずれも使用できるが、使用時に溶鋼と接触する内孔
面が半溶融化し、ガラス層の形成と溶鋼との耐溶損性を
考えると耐火度SK29〜32のパイロフィライト質ロ
ー石が最も良好である。カオリン質ロー石は耐火度がS
K33〜36と高く、逆にセリサイト質ロー石は耐火度
SK26〜29と低いので、いずれもあまり望ましくな
い。
【0032】ロー石として、800℃以上で仮焼し、結
晶水を消失させたロー石を使用する理由は、仮焼しない
ロー石を配合すると、成形したノズルを焼成すると、ロ
ー石中の結晶水が500〜800℃で放出され、この
時、熱膨張率が異常に大きくなり、成形体に亀裂が入る
ことがあるためである。
【0033】ロー石の粒度は平均粒径250μm以下を
ロー石配合重量比の60%を超えて配合すると、成形時
のラミネーション等の組織欠陥を生じやすく、また、連
続鋳造用ノズルとしての使用時においては、ロー石粒子
の軟化変形が生じ易いため60%以下が望ましい。
【0034】パイロフィライト(Al2 3 ・4SiO
2 ・H2 O)を主成分とするロー石65〜90重量%の
残部及びSic、Al2 3 、またはAl2 3 を主成
分とする骨材15〜60重量%からなる耐火物組成は、
ロー石粒子の分解はなく、SiO2 のような鋼中への酸
素供給源とはならない。また、ロー石の半溶融温度は1
500℃前後で溶鋼の鋳造温度に近く、溶鋼と接触する
稼動面においてガラス皮膜層を形成し、稼動面組織を平
滑にし、かつ、耐火物組織を通しての空気の巻き込みを
抑制することから、Al2 3 及びメタルの付着を抑制
する効果がある。
【0035】上記ロー石と、骨材を配合した組成物をノ
ズルに成形するためには、結合材としては熱硬化性樹
脂、例えばフェノール樹脂、フラン樹脂等を5から15
重量%配合し、ノズルの形状に成形し、焼成する。この
成形方法は、CIP(Cold Isostatic Pressing) プロ
セスが均一に成形体を圧縮する点で望ましい。また、焼
成温度は、1000℃から1300℃程度が望ましい。
また、焼成雰囲気としては酸化性雰囲気よりも還元性雰
囲気、即ち非酸化性雰囲気が、配合した樹脂を酸化させ
ない点から望ましい。
【0036】次に本発明の溶鋼連続鋳造用ノズル図面を
参照しながら説明する。図1は、本発明に係る連続鋳造
用浸漬ノズルの垂直断面の一例を示す。連続鋳造用ノズ
ル10は、タンディッシュとモールドとの間に配置さ
れ、溶鋼をタンディッシュからモールドへ注入する浸漬
ノズルとして使用される。
【0037】図1に示すように、連続鋳造用ノズル10
の溶鋼が流れる内孔1の表層部2が、上述した化学成分
組成を有する耐火物によって形成されている。表層部以
外の部分3は、従来のアルミナー黒鉛質である。
【0038】なお、この連続鋳造用ノズルの寸法は、例
えば、全長が約1m、内孔の直径が約6cm、外直径が
16cmであり、肉厚が約5cmである。そして、本発
明に係る耐火物の厚みは2から15mm程度である。な
お、この寸法は一例であって、本発明を限定するもので
はなく、鋳造される鋳片の寸法により変化する。
【0039】また、図2は鋳型内溶鋼に浸漬される部分
全体を本発明の耐火物で製作したノズルの態様を示す。
いずれの場合も、通常ノズル内孔を閉鎖するアルミナは
ノズル下部の内孔に集積する。本発明の浸漬ノズルは内
孔1の表層部2に、溶鋼中に存在するアルミナ等の非金
属介在物が付着・堆積することを抑制する。次に実施例
により本発明を説明する。
【0040】
【実施例1】成分組成の異なる9個の混合物に5から1
0重量%の範囲内の粉末及び溶液のフェノール樹脂を添
加し、それらを混合及び混練して得られた組成物を10
00℃から1200℃で焼成した。この9個の組成物か
ら次のような成形体を調整した。
【0041】第1の成形体(以下、「成形体1」とい
う。)はアルミナ等の非金属介在物の付着量及び溶鋼に
対する耐食性を試験するための30mm×30mm×2
30mmの寸法を有する成形体である。
【0042】第2の成形体(以下、「成形体2」とい
う。)は通気率を測定するための50mmφ×20mm
の寸法を有する成形体であり、第3の成形体(以下、
「成形体3」という。)は、耐スポーリング性を試験す
るための外径100mm、内径60mm及び長さ250
mmの寸法を有する成形体である。得られた成形体の各
々を1000℃から1200℃の範囲内の温度で還元焼
成して耐火物サンプル1から9を調整した。
【0043】上述した本発明のサンプル1から5(以
下、「本発明のサンプル)という。)及びサンプル6か
ら9(以下、「比較用サンプル)という。)のそれぞれ
における物理特性値(気孔率及び嵩比重)を図3として
示す表1に示す。上述した本発明の成形体3のサンプル
1から5及び比較用サンプル6から9のそれぞれを電気
炉において1500℃の温度で30分間加熱し、そして
水により急冷して耐スポーリング性を調査した。その結
果を図3として示す表1に示す。
【0044】上述した本発明の成形体1のサンプル1か
ら5及び比較用サンプル6〜9をそれぞれ0.02から
0.05重量%の範囲内のアルミニウムを含有する15
00℃の温度の溶鋼中に180分間浸漬して溶損率
(%)およびアルミナ等の非金属介在物の付着量を調査
した。その結果を図3として示す表1に示す。
【0045】また、本発明の成形体2のサンプル1から
5及び比較用サンプル6〜9、それぞれを電気炉におい
て1450℃の温度で60分間加熱し、冷却後通気率を
測定した。上記の試験結果を図3として示す表1に示
す。
【0046】表1からも明らかなように、本発明のサン
プルは耐スポーリング性に優れており、溶損率の低いに
もかかわらずアルミナ等の非金属介在物が付着せず、従
って溶鋼連続鋳造用ノズルの内孔狭さく、さらには閉塞
を効果的に抑制できる。
【0047】また、本発明サンプルは通気率が小さいこ
とから実使用時において耐火物を通しての空気の巻き込
みが抑制できるので、アルミナ付着量が極めて少なかっ
た。一方、比較用のサンプル6においてはロー石の含有
量が多いことに起因してアルミナ付着量は小さいが、溶
鋼に対する溶損量が大きいことが明らかである。
【0048】また、比較用サンプル7においては、炭化
珪素の含有量が多いことに起因して、ロー石の含有量が
少ないにもかかわらず、ロー石のブローティング性が促
進され、アルミナ付着量が小さいが、溶鋼に対する溶損
量が大きい。また、サンプル8においては、炭化珪素が
含有されているが、アルミナ含有量が多く、ロー石の含
有量が少ないため、通気率が大きく、アルミナ付着量が
大きい。また、耐スポーリング性が著しく劣っている。
【0049】また、比較サンプル9においては、黒鉛、
ロー石とAl2 3 から成っているが、黒鉛を含有して
いるため、溶鋼温度が1520±10℃と低い場合、ア
ルミナ付着量がやや多く、また、地金付着量も多かっ
た。
【0050】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明の溶鋼連続鋳
造用ノズルによると、耐火物の組織の劣化を生じること
なく、アルミキルド鋼をアルミナ等の非金属介在物によ
る内孔の狭さく、さらに閉塞を抑制し、安定して鋳造す
ることができた。
【0051】本発明のノズルを使用して、1チャージ3
00トンの低炭素アルミキルド鋼を2ストランドのスラ
ブ連続鋳造機で鋳造したところ、5から7チャージをノ
ズル閉鎖なく鋳造することができた。なお、従来のノズ
ルにより鋳造すると2から4チャージ鋳造するとノズル
閉鎖が生じて鋳造を中断していた。
【図面の簡単な説明】
【図1】溶鋼に接触するノズル内孔表層部に本発明に係
る耐火物を備えたノズルの縦断面図である。
【図2】溶鋼に接触するノズル下部(溶鋼に浸漬する部
分)に本発明に係る耐火物を備えたノズルの断面図であ
る。
【図3】本発明と比較例における配合組成・物理特性を
表1として示した図である。
【符号の説明】
1 内孔 2 内孔表層部 3 表層部以外の部分 10 連続鋳造ノズル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−215811(JP,A) 特開 平7−51819(JP,A) 特開 平6−254664(JP,A) 特開 平5−319918(JP,A) 特開 昭63−112057(JP,A) 特開 平10−24351(JP,A) 特開 昭51−33725(JP,A) 特開 平2−172859(JP,A) 特開 昭57−205377(JP,A) 特開 昭63−203666(JP,A) 特開 昭57−56377(JP,A) 特開 平10−128507(JP,A) 特開 平10−118749(JP,A) 特開 平10−166115(JP,A) 特開 平10−166116(JP,A) 特開 平10−166117(JP,A) 特開 平10−202349(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22D 11/10 330 C04B 35/18 B22D 41/50

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 連続鋳造用ノズルの溶鋼と接触する内孔
    表層部が、 Al2 3 またはAl2 3 を主成分とし、その融点が
    1800℃以上の骨材が15〜60重量%、炭化珪素が
    1〜10重量%、残部がロー石からなる組成物であるこ
    とを特徴とする溶鋼の連続鋳造用ノズル。
  2. 【請求項2】 連続鋳造用ノズルの溶鋼と接触する内孔
    表層部が、 Al2 3 またはAl2 3 を主成分とし、その融点が
    1800℃以上の骨材が15〜60重量%、炭化珪素が
    1〜10重量%、残部がロー石からなる組成物に、結合
    材を添加・混練して成形し、非酸性雰囲気で焼成したこ
    とを特徴とする溶鋼の連続鋳造用ノズル。
  3. 【請求項3】 前記ロー石は粒径250μm以下を全ロ
    ー石配合比量の60重量%以下としたものであることを
    特徴とする請求項2記載の溶鋼の連続鋳造用ノズル。
  4. 【請求項4】 前記ロー石はパイロフィライト(Al2
    3 ・4SiO2 ・H2 O)を主成分とすることを特徴
    とする請求項1から3のいずれかに記載の連続鋳造用ノ
    ズル。
  5. 【請求項5】 前記ロー石は800℃以上で仮焼して結
    晶水を消失させたことを特徴とする請求項2から4のい
    ずれかに記載の溶鋼の連続鋳造用ノズル。
  6. 【請求項6】 前記結合材が、熱硬化性樹脂であること
    を特徴とする請求項2から5のいずれかに記載の溶鋼の
    連続鋳造用ノズル。
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