JPH0747197B2 - 溶鋼の連続鋳造用ノズル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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ものである。

【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。

【０００３】溶鋼の連続鋳造に於いて連続鋳造用ノズル
はタンディッシュモールド間の溶鋼注入で溶鋼の空気と
の接触による酸化を防ぎ、又溶鋼の飛散防止を計り、さ
らには非金属介在物及びモールド面浮遊物の鋳片への巻
込み防止のための注湯の整流化などの目的で使用されて
いる。

【０００４】従来溶鋼の連続鋳造用ノズル材質は、主と
して黒鉛，アルミナ，シリカ，シリコンカーバイド等で
構成されており、最近ではジルコニアを構成成分として
用いられる場合がある。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。

【０００５】アルミキルド鋼等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。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
に脱酸剤として添加されるアルミニウムの酸化により生
成されるα−アルミナ等の非金属介在物が付着し、そし
て堆積してその結果内孔が狭さくし最悪の場合、内孔を
閉塞してしまい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。

【０００６】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に内孔を形成
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出させ、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。

【０００７】しかしながら上述した内孔を形成する溶鋼
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。

【０００８】即ち、噴出させる不活性ガス量が多いと不
活性ガスによってできた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閉塞する。

【０００９】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不可能であり、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
なり、さらには不活性ガスを連続鋳造用ノズル内孔面に
均一に噴出させることが困難となり、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の狭さく、さらには閉塞し
てしまう。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】そこで不活性ガスの噴
出のような機械的手段を用いないで上述した問題点を解
決するために溶鋼連続鋳造用ノズルの材質的対策として
次のような方法が用いられていた。

【００１１】黒鉛とカルシアを主成分とする下記溶鋼
連続鋳造用ノズルが特開昭５７−７１８６０号公報に開
示されている。即ち本質的に下記からなる耐火物で形成
された溶鋼連続鋳造用ノズルである。

【００１２】黒鉛を１０〜５０重量％，カルシアを２０
〜７５重量％及び残部を金属アルミニウム，シリコンカ
ーバイド等で形成する。

【００１３】しかしながら上述の溶鋼連続鋳造用ノズル
は次の問題点がある。カルシアはα−アルミナ等の非金
属介在物と速やかに反応して低融点化合物を生成する。
その結果、α−アルミナ等の非金属介在物が連続鋳造用
ノズル内孔表面に付着し堆積することを防止する作用が
ある。しかしカルシアは単独で存在すると常温において
も水又は空気中の水分と激しく反応してＣａ（ＯＨ）₂
となり、崩壊し粉化してしまうためノズルを製造する場
合特別な注意が必要であり、防湿処理を施さなければ使
用は出来ない。さらにカルシアは熱膨張率が大きいので
不均一な温度分布が生じるような加熱を受ける場合には
ノズル内部に大きな熱応力が生じるため耐熱スポーリン
グ性が大巾に低下する。

【００１４】上述の問題があるためカルシアを単独で含
有させた連続鋳造用ノズルを実使用化することは困難で
ある。

【００１５】又、特開昭６４−４０１５４号では黒鉛
−カルシウムジルコネイト質が開示されている。これは
付着物質であるＡｌ₂Ｏ₃とカルシウムジルコネイトから
来るＣａＯを反応させ低融性化合物に変化させ溶失する
ようにしたものである。〔ＣａＯ２３％（４０モル％）
〜３６％（５５モル％）含有カルシウムジルコネイト〕
ＣａＯ・ＺｒＯ₂は溶鋼温度でアルミナと接した場合
分解してＣａＯを放出する（特公昭５９−１９０７５号
公報参照）知見にもとづくものであるが、鋳造条件によ
ってはその放出速度が遅く十分に機能しない場合が有る
ことが判明した。

【００１６】ＣａＯ・ＺｒＯ₂の分解によりその放出
・表面への移動凝集を容易にする手段としてシリカ（Ｓ
ｉＯ₂），マグネシア（ＭｇＯ）などの添加が有効であ
り、特公平３−１４５４０号で開示されている。

【００１７】ＣａＯ・ＺｒＯ₂の分解によりＣａＯの
放出・表面への移動凝集を容易にする手段及びＣａＯ成
分増量材としての性質を併せ持つＣａＯ・ＳｉＯ₂（Ｃ
ａＯ４０〜５４％）の添加が有効であり、特開平３−２
２１２４９号で開示されている。

【００１８】以上のことから、不活性ガスを噴出させる
等の機械的な方法を用いることなく経済的にかつ比較的
安易に、さらに長時間にわたって内孔の狭さくさらには
閉塞を防止する溶鋼連続鋳造用ノズルの開発が強く望ま
れているが、かかる溶鋼連続鋳造用ノズルはまだ提案さ
れていないのが現状である。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この発明は上記課題を解
決するためになされたものであって、本発明の目的は不
活性ガスを噴出する等の機械的な方法を用いることな
く、経済的にかつ長時間にわたって内孔の狭さく、さら
には閉塞または組織の劣化を生じることのない溶鋼連続
鋳造用ノズルを提供することにある。

【００２０】本発明は本質的に下記からなる耐火物で形
成され、溶鋼連続鋳造用ノズルの内孔の少なくとも第１
図の１部に配設し構成されている。

【００２１】鉱物組成としてＣａＯ・ＺｒＯ₂を主成分
とするジルコニアクリンカー４０〜８９重量％，黒鉛１
０〜３５重量％，そして鉱物組成として２ＣａＯ・Ｓｉ
Ｏ₂及び３ＣａＯ・ＳｉＯ₂を主成分とする結晶安定化カ
ルシウムシリケート１〜３０重量％。

【００２２】上述の耐火物で構成された溶鋼の連続鋳造
用ノズルはその成分のカルシア（ＣａＯ）が水又は空気
中の水分と激しく反応することを抑制し、結晶安定化カ
ルシウムシリケートは温度変化においてもγ晶への結晶
変態がないため異状膨張収縮がないので、ノズルの組織
劣化を防止すると共に溶鋼連続鋳造用ノズル内孔表面に
おいて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生成されるα−アルミナ等の非
金属介在物と反応して低融点化合物を生成することによ
り溶融連続鋳造用ノズル内孔表面にα−アルミナ等の非
金属介在物が、付着しさらには堆積することを防止する
ことができる。

【００２３】当該材質の原理・作用効果としては消化性
のない安定な高ＣａＯ含有物質を使用することが効果を
上げる要点になることは自明であり、種々の原料（鉱
物）について検討を加えた結果、カルシウムジルコネイ
トの分解によるＣａＯの放出促進剤として高ＣａＯ含有
の２ＣａＯ・ＳｉＯ₂及び３ＣａＯ・ＳｉＯ₂を主成分と
する結晶安定化カルシウムシリケートが最適であること
が判明した。このものは放出促進剤としてのＳｉＯ₂源
とＣａＯ成分増量材としての性質を併せ持つものであ
る。

【００２４】ＣａＯ成分はＡｌ₂Ｏ₃と反応してＣａＯ・
Ａｌ₂Ｏ₃，３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃，などの低融点物質とな
り溶失するので堆積することなく閉塞防止に効果があ
る。

【００２５】さらに詳述すると鉱物組成としてＣａＯ・
ＺｒＯ₂を主成分とするジルコニアクリンカーはＣａＯ
が最大３６重量％未満の範囲で含有し、１６００℃以上
の高温で溶融し調整されたものである。これは安定化ジ
ルコニアと同様な熱膨張特性を有し、かつカルシアが単
独で存在しないためカルシアが水または空気中の水分と
激しく反応することが無く、ノズルの組織劣化を防止す
る。

【００２６】４０〜８９重量％の範囲内の上述したジル
コニアクリンカーは、鉱物組成として３ＣａＯ・ＳｉＯ
₂及び２ＣａＯ・ＳｉＯ₂を主成分とする結晶安定化カル
シウムシリケートと共存するとジルコニアクリンカー中
に固溶されたカルシアがジルコニアクリンカー中の粒子
表面に移動しやすくなる。 ＣａＯ ＳｉＯ₂ ３ＣａＯ・ＳｉＯ₂ ７３．７％ ２６．３％ ２ＣａＯ・ＳｉＯ₂ ６５．１％ ３４．９％ 即ち内孔表面に付着する非金属介在物の主成分であるα
−アルミナと反応させるためのカルシアがジルコニアク
リンカー粒子表面へ移動凝集する。

【００２７】又上述の目的で使用する結晶安定化カルシ
ウムシリケートはカルシア（ＣａＯ）が最大７３重量％
含有しており、ジルコニアクリンカー粒子表面へカルシ
アが移動凝集する部分のカルシア濃度を高める。前記の
結晶安定化カルシウムシリケートはＣａＯとＳｉＯ₂の
モル比が３〜２：１であり１〜５重量％の結晶安定化材
（Ｂ₂Ｏ₃）と共に合成されたものはγ相への結晶変態が
なく、カルシア成分が水又は空気中の水分と激しく反応
することは無いのでノズルの組織劣化は発生しない。結
晶安定化カルシウムシリケートはＣａＯ６２〜７３重量
％含有することが好ましい。

【００２８】なおＣａＯ・ＺｒＯ₂の分解・放出・表面
への移動凝集を容易にする手段としてのシリカ，マグネ
シアなどの添加をしてもさしつかえない。

【００２９】上記のことからカルシアの短所を克服しカ
ルシアとα−アルミナとの反応を長時間にわたって持続
させて低融点化合物を生成し、かくしてα−アルミナ等
の非金属介在物の内孔表面への付着を効果的に長時間抑
制することができる溶鋼連続鋳造用ノズルを提供するも
のである。なお耐スポーリング性，耐酸化性を向上させ
る目的で、ＳｉＣを添加することも出来る。

【００３０】

【作用】鉱物組成としてＣａＯ・ＺｒＯ₂を主成分とす
るジルコニアクリンカーの含有量は４０〜８９重量％で
あることが望ましい。含有量が４０重量％未満であると
非金属介在物の主成分であるα−アルミナと反応するに
必要なカルシア含有量が乏しくかつ溶鋼に対する耐蝕性
が劣り第１図に示すようなノズル内孔表層部に配設する
場合その部分が短時間で消失してしまう可能性が有り十
分な効果は期待出来ない。

【００３１】又８９重量％を超えると熱膨張率が高くな
り、耐熱スポーリング特性が劣化する。更にジルコニア
クリンカーの平均粒径は良好な表面平滑性を有するため
には４４μｍ以下であることが望ましい。黒鉛の含有量
は１０〜３５重量％が望ましい、又熱伝導率及び耐酸化
性を考慮すれば天然黒鉛を適用することが望ましい。な
お黒鉛の含有量が１０重量％未満であると耐熱スポーリ
ング性が劣り、一方３５重量％を超えると耐蝕性が低下
する。

【００３２】鉱物組成として結晶安定化カルシウムシリ
ケートは２ＣａＯ・ＳｉＯ₂及び３ＣａＯ・ＳｉＯ₂を主
成分としＣａＯとして６２〜７３重量％ＳｉＯ₂として
２６〜３４重量％，結晶安定化剤Ｂ₂Ｏ₃１〜５重量％の
範囲の組成で、この３者の合計が９５％以上が好まし
く、それ以外であるとγ相への結晶変態を生じ易く、又
カルシア（ＣａＯ）の水和反応が発生し易くなり組織劣
化を生ずるので好ましくない。

【００３３】含有量は１〜３０重量％が望ましい。結晶
安定化カルシウムシリケートの含有量が１重量％未満で
あるとジルコニアクリンカー中のカルシアを粒子表面に
移動凝集する効果が得られず、３０重量％を超えると耐
火物の組織が劣化し易く又耐蝕性が低下する。更にカル
シウムシリケートの平均粒径は良好な表面平滑性を有す
るためには４４μｍ以下であることが望ましい。

【００３４】次に本発明の溶鋼連続鋳造用ノズルを図面
を参照しながら説明する。

【００３５】図１は、本発明の浸漬ノズルとしての溶鋼
連続鋳造用ノズルの実施態様を示す概略垂直断面の一例
である。実施態様の溶鋼連続鋳造用ノズル３は、タンデ
ィッシュとモールドとの間に配置されている浸漬ノズル
として使用される。図１に示すようにそれを通って溶鋼
が流れる内孔１をその軸線に沿って有する浸漬ノズルと
しての溶鋼連続鋳造用ノズル３において、前記内孔１を
形成する前記溶鋼連続鋳造用ノズル３の部分２は、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。実施態様の浸漬ノズルとしての溶鋼連続鋳造用ノズ
ル３によると内孔１を形成する溶鋼連続鋳造用ノズル３
の部分２に溶鋼中に存在するα−アルミナ等の非金属介
在物が付着しそして堆積することは、長時間にわたり抑
制される。

【００３６】

【発明の効果】次に実施例を挙げ、この発明の効果を述
べる。

【００３７】

【実施例】表１に示す本発明の範囲内の化学成分組成を
有する配合物１から５（以下“本発明のサンプル”とい
う）及び本発明の範囲外の化学成分組成を有する配合物
６〜１０（以下“比較サンプル”という）の各々に５か
ら１０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原料坏土に
よって、α−アルミナ等の非金属介在物の付着量及び溶
鋼に対する耐蝕性を試験するための３０mm×３０mm×２
３０mmの寸法を有する成形体及び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２５０mm
の寸法を有する成形体を形成しそして得られた成形体の
各々を１０００℃から１２００℃の範囲内の温度で還元
焼成して耐火物１から１０を調整した。

【００３８】

【表１】

【００３９】上述した本発明のサンプル１から５及び比
較用サンプル６から１０のそれぞれにおける物理特性値
（気孔率及び嵩比重）を表１に示す。ついで上述した外
径１００mm，内径６０mm及び長さ２５０mmの寸法を有す
る本発明サンプル１から５及び比較用サンプル６から１
０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って急冷して耐スポーリング性
を調査した。その結果を表１に示す。

【００４０】ついで上述した３０mm×３０mm×２３０mm
の寸法を有する本発明のサンプル１から５及び比較用サ
ンプル６から５のそれぞれを０．０３から０．０５重量
％の範囲内のアルミニウムを含有する、１５５０℃の温
度の溶鋼中に１８０分間浸漬して溶損率（％）およびα
−アルミナ等の非金属介在物の付着量を調査した。その
結果を表１に示す。

【００４１】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α−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。

【００４２】一方比較用のサンプル６に於いてはジルコ
ニアクリンカーの含有量が多いことに起因して耐スポー
リング性は著しく劣り、カルシウムシリケートを含有し
ていないことに起因してα−アルミナ等の非金属介在物
の付着量が多いことがあきらかである。

【００４３】又、比較用サンプル７に於いてはカルシウ
ムシリケートの含有量が多いことに起因して溶鋼に対す
る耐蝕性が著しく劣り、さらに比較用サンプル８に於い
ては黒鉛含有量が多いことに起因して比較用サンプル７
と同様溶鋼に対する耐蝕性が著しく劣ることが各々明ら
かである。

【００４４】従って、本発明の溶鋼連続鋳造用ノズルに
よると耐火物の組織を劣化を生じることなく、α−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
を長時間安定して抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶鋼に接触する内孔表層部に本発明の組成材料
を設けた場合の縦断面図である。

【図２】内孔表層部及び溶鋼連続鋳造用ノズル下部（溶
鋼浸漬部）に本発明の組成材料を設けた場合の縦断面図
である。

【符号の説明】

１ 内孔 ２ 部分 ３ 溶鋼連続鋳造用ノズル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも溶鋼と接触する内孔表層部が鉱
   物組成としてＣａＯ・ＺｒＯ₂を主成分とするカルシウ
   ムジルコネイト４０〜８９重量％，黒鉛１０〜３５重量
   ％，鉱物組成として２ＣａＯ・ＳｉＯ₂及び３ＣａＯ・
   ＳｉＯ₂を主成分とする結晶安定化カルシウムシリケー
   ト１〜３０重量％から成り、有機物バインダーを添加混
   練，成形し非酸化性雰囲気で焼成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。
2. 【請求項２】結晶安定化カルシウムシリケートはＣａＯ
   ６２〜７３重量％，ＳｉＯ₂２６〜３４重量％，安定化
   剤Ｂ₂Ｏ₃１〜５重量％の範囲組成で、この３者の合計が
   ９５％以上であることを特徴とする請求項１の溶鋼の連
   続鋳造用ノズル。
3. 【請求項３】カルシウムジルコネイトの粒度が平均粒径
   として４４μｍ以下、黒鉛の粒度が平均粒径として５０
   ０μｍ以下及び結晶安定化カルシウムシリケートの粒度
   が平均粒径として４４μｍ以下であることを特徴とする
   請求項１の溶鋼の連続鋳造用ノズル。