(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Al換算含有量で９質量％以上のAlを含有するセラミックプレートであって、常温曲げ強度が１２０ＭＰａ以上、１０００℃における曲げ強度が６５ＭＰａ以上、硬度（Ｈｖ）が５０〜３５０、１０００℃における破壊靭性ＫICが１ＭＰａ・ｍ1/2 以上、常温〜１０００℃での熱伝導率が８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、熱衝撃抵抗指数Ｒ’が８００Ｗ／ｍ以上、溶鋼との濡れ性（接触角θ）が１２０°以上であることを特徴とする双ドラム式連鋳サイド堰用セラミックプレート材。
【請求項２】
質量％で、ＢＮ：５％以上２０％以下、AlＮ：１５％を超え４０％以下、及び、 Si3Ｎ4:４０％以上８０％以下を含むことを特徴とする請求項１記載の双ドラム式連鋳サイド堰用セラミックプレート材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸が平行で互いに逆方向に回転する一対の冷却ドラムの周面に凝固シェルを生成しつつ鋳片を連続鋳造する双ドラム式連続鋳造装置において、該冷却ドラムを両側から挟み湯溜り部を構成するサイド堰に用いるセラミックプレート材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
双ドラム式連続鋳造装置において、冷却ドラムを両側から挟み湯溜り部を構成するサイド堰に用いる材料には、約１６００℃の溶鋼温度に耐える耐熱性、約４００℃の温度差に耐える耐熱衝撃性、熱変形量が小さいこと（熱膨張係数が小さいこと）、溶鋼との濡れ性が悪い（凝固物の剥離性がよい）こと、及び、耐摩耗性に優れること等の特性が、基本的な特性として要求される（特開昭６２−１６６０５４号公報、参照）。
【０００３】
また、サイド堰においては、冷却ドラムと溶鋼の両者が接している部分（冷却ドラムの摺動面に沿った溶鋼側の部位）が溶損するが、連続鋳造が長時間に及ぶと、その溶損の程度が大きくなり、サイド堰の寿命を短くしてしまうので、連続鋳造が長時間化する傾向にある今日では、サイド堰に、基本的特性の他、優れた耐溶損性も求められている（特開平７−６８３５４号公報、参照）。
【０００４】
しかし、これらの特性をすべて満たすセラミックプレート材はなく、従来は、所要の特性を必要とする箇所に、該所要の特性を満たすセラミック材を張り合わせたり、積層したりしてプレートを構成していた（特開平３−２０７５５４号公報、特開平７−６０４１１号公報等、参照）。
このようなプレートは、連続鋳造作業が短時間の場合、サイド堰として優れた性能を発揮するが、連続鋳造作業が長時間にわたる場合には、その性能が構造的な点から制約され、長時間の連続鋳造作業には不向きである。
【０００５】
セラミックプレート材としては、ボロンナイトライド（ＢＮ）が、上記要求特性（耐熱性、耐熱衝撃性、熱変形量が小さい、溶鋼との濡れ性が悪い等）を比較的多く満足し、実際に、鋳込み中に割れを発生せず、また、柔らかいので、初期にドラム端面になじみやすく、サイド堰とドラム端面との間にクリアランスが生じにくく、湯差しが生じない等の利点を有しているので、コスト高ではあるが、主として使用されてきた。
【０００６】
しかし、一方で、ＢＮは、柔らかいことに起因して、冷却ドラムによって短時間で摩耗し、長時間の連続鋳造には耐えられないという欠点を有している。
そこで、ＢＮの欠点を補うべく、ＢＮに、他のセラミック、例えば、窒化珪素(Si3Ｎ4)や窒化アルミニウム（AlＮ）を配合して、サイド堰として要求される特性を総合的に備えるセラミックプレート材が幾つか開発された。
【０００７】
例えば、上記特開平７−６０４１１号公報には、ＢＮ：３０〜５０wt％、 Si3Ｎ4 ：３０〜６５wt％、ALＮ：５〜１５wt％からなるセラミックプレート材が開示されている。
このプレート材は、ＢＮの耐摩耗性を改善するため、ＢＮに、耐摩耗性に優れ、熱膨張が小さいので、長時間の鋳込みに耐えられ、さらには、コストが安いという利点を有する Si3Ｎ4 を３０〜６５wt％、さらには、耐熱衝撃性は余り優れていないが、耐摩耗性が良好で、かつ、耐溶損性に優れているAlＮを５〜１５wt％配合したもので、特性として、適度の耐熱衝撃性、耐摩耗性（耐摩耗性は、ドラムの耐摩耗性より適度に低いことが好ましい）、及び、耐溶損性を有するものであるので、サイド堰として好ましい性能を発揮するものである。
【０００８】
また、特開平７−６８３５４号公報には、ＢＮ：２０〜３０wt％、 Si3Ｎ4 ：５５〜７７wt％、AlＮ：３〜１５wt％からなるセラミックプレート材が開示されている。このプレート材も、AlＮ：３〜１５wt％を含有し、優れた耐溶損性を有するものである。
しかしながら、ステンレス溶鋼の連続鋳造において、従来のセラミックプレート材で構成したサイド堰を用いると、該溶鋼中の合金成分の化学的作用による浸食と、判凝固状態の溶鋼による機械的浸食が相まって、冷却ドラムとステンレス溶鋼の両者が接している部分に当接するサイド堰の溶損が著しい。このように、サイド堰の溶損が著しいと、サイド堰を頻繁に交換しなければならず、その結果、鋳造装置の稼働効率は低下する。
【０００９】
そして、また、ステンレス溶鋼の連続鋳造に用いるサイド堰は、数種の合金成分を多量に含む比重の大きい溶鋼を、冷却ドラムの両側で長時間にわたり支えるものであるから、その特性としては、耐溶損性だけでなく、基本的特性においても、従来のセラミックプレート材以上に優れていることが必要になる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記要請を背景にして、ステンレス溶鋼を、長時間にわたり連続鋳造する場合でも連続して使用できるのに充分な、優れた特性を有するサイド堰用のセラミックプレート材を提供することを課題
（目的）とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
ステンレス溶鋼の連続鋳造用サイド堰用のセラミックプレート材としては、上述したように、耐溶損性の他、優れた基本的特性も必要である。
特に、サイド堰は冷却ドラムと接触する部分で冷却されていて、この冷却が、地金の生成・付着を誘発し、連続鋳造の安定操業を損なうことがある。
【００１２】
それ故、本発明においては、セラミックプレート材の熱伝導性に着目し、これを、優れた基本的特性を確保するための一指標として採用した。
また、従来から、基本的特性の一つとして、溶鋼との濡れ性の悪さが挙げられていたが、その悪さの程度を、具体的に何らかの指標によって評価し、さらに規定したセラミックプレート材はない。
【００１３】
特に、ステンレス溶鋼の連続鋳造において、サイド堰に生成・付着した地鉄は、それが落下して、操業阻害要因となるホットバンド（落下した地鉄が冷却ドラムに噛み込まれ、冷却ドラムを押し広げ、その結果、鋳片が幅方向で帯状に赤熱する現象）を誘発するので、地鉄の生成・付着は、極力、抑制されるべきものである。
【００１４】
それ故、サイド堰用のセラミックプレート材において、溶鋼との濡れ性の悪さは、操業上、さらには、製品の品質維持・管理上、重要な特性である。
本発明においては、この重要な、しかし、これまで評価されていなかった溶鋼との濡れ性に着目し、この濡れ性の悪さの程度を、他の指標と同様に、優れた基本的特性を評価し、確保するうえでの一指標として採用した。
【００１５】
本発明は、成分的には、ＢＮ、 Si3Ｎ4 及びAlＮを主成分とするセラミックプレート材において、耐溶損性を高めるため、耐摩耗性が良好で、かつ、耐溶損性に優れているAlＮを、従来のセラミックプレート材における含有量（５〜１５wt％）よりも多く含有するものである。
そして、本発明者は、ＢＮ、 Si3Ｎ4 及びAlＮを主成分とするセラミックプレート材において、耐溶損性を担うAlＮの含有量を変え、耐線状摩耗指数（耐溶損性の程度を示す指数）を測定した。その結果を図１に示す。本発明者は、図１から、ステンレス溶鋼の連続鋳造用のサイド堰として、所望の耐溶損性を確保するには、Al換算含有量で９質量％以上のAlを、具体的には、AlＮを１５質量％を超え４０質量％以下、含有せしめる必要があることを知見した。
【００１６】
さらに、本発明者は、本発明で指標として採用した熱伝導性、及び、溶鋼との濡れ性について、鋭意研究を進めたところ、Al換算含有量で９質量％以上のAlを含有するセラミックプレート材において、地金の生成・付着を抑制するには、熱伝導率が８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、及び、溶鋼との濡れ性（接触角θ）が１２０°以上である必要があることを知見した。
【００１７】
本発明は、以上の知見に基づくものであり、その要旨は以下のとおりである。
（１）Al換算含有量で９質量％以上のAlを含有するセラミックプレートであって、常温曲げ強度が１２０ＭＰａ以上、１０００℃における曲げ強度が６５ＭＰａ以上、硬度（Ｈｖ）が５０〜３５０、１０００℃における破壊靭性ＫICが１ＭＰａ・ｍ1/2 以上、常温〜１０００℃での熱伝導率が８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、熱衝撃抵抗指数Ｒ’が８００（Ｗ／ｍ）以上、溶鋼との濡れ性（接触角θ）が１２０°以上であることを特徴とする双ドラム式連鋳サイド堰用セラミックプレート材。
（２）質量％で、ＢＮ：５％以上２０％以下、AlＮ：１５％を超え４０％以下、及び、 Si3Ｎ4:４０％以上８０％以下を含むことを特徴とする（１）記載の双ドラム式連鋳サイド堰用セラミックプレート材。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の双ドラム式連鋳サイド堰用セラミックプレート材（以下「本発明材」という。）について、さらに説明する。
本発明材においては、優れた耐溶損性を確保するため、Al換算含有量で９質量％以上のAlを含有する必要がある。
【００１９】
セラミックプレート材中にAlが存在すると、このAlが溶鋼中の酸素〔Ｏ〕と反応し、該プレート表面にアルミナが皮膜となって析出する。このアルミナ皮膜が保護皮膜となって耐溶損性を担うことになるのであるが、優れた耐溶損性を担うに充分なアルミナ保護皮膜を得るには、Al換算含有量で９質量％以上のAlを含有する必要がある。それ故、Al換算含有量の下限を９質量％とする。
【００２０】
なお、優れた耐溶損性を確保するうえにおいて、好ましいAl換算含有量は、１２．５質量％以上、さらに好ましいはAl換算含有量は、１６質量％以上である。
本発明材において、Alを供給するAl化合物は、好ましくは、AlＮであるが、Al換算含有量で９質量％以上のAlを確保するには、このAlＮを１５％を超えて含有せしめる必要がある。しかし、AlＮは、耐溶損性が良好である反面、耐熱衝撃性は余り優れていないので、多量に配合すると、セラミックプレート材の耐熱衝撃性を損なうことになる。それ故、AlＮ含有量の上限を４０％とする。
【００２１】
なお、本発明材において、優れた耐溶損性と耐熱衝撃性を確保するのに好ましいAlＮ含有量範囲は、１５〜３５％であり、さらに好ましい含有量範囲は、１７．５〜２７．５％である。
本発明材においては、その機械的性質について、常温曲げ強度が１２０ＭＰａ以上、１０００℃における曲げ強度が６５ＭＰａ以上、硬度（Ｈｖ）が５０〜３５０、さらに、１０００℃における破壊靭性ＫICが１ＭＰａ・ｍ1/2 以上、と規定する。
【００２２】
これは、常温曲げ強度が１２０ＭＰａ未満、１０００℃における曲げ強度が６５ＭＰａ未満、そして、１０００℃における破壊靭性ＫICが１ＭＰａ・ｍ1/2 未満であると、サイド堰としての基本的な機械的性質を確保できないからである。具体的にいえば、セラミックプレート材において、基本的な機械的性質を確保できなければ、ドラムとの摺動抵抗や、ホットバンド生成時の地鉄やドラムによる衝撃力によって、操業中にセラミックに亀裂が発生したり欠けたりして、安定した溶鋼シールを保つことができなくなる。
【００２３】
また、硬度（Ｈｖ）が５０未満であると、ドラムとの摺動で、摩耗が適正な限度を超えて極端に速く進行して、サイド堰の寿命が短くなる。
一方、硬度（Ｈｖ）が３５０を超えると、逆に所望の摩耗が進行せず、ドラムとセラミックとのなじみ性（密着性）が悪いままに保たれ、その結果、溶鋼シールが不安定になる。
【００２４】
なお、本発明材において、好ましい機械的性質は、常温曲げ強度が１５０ＭＰａ以上、１０００℃での曲げ強度が８０ＭＰａ以上、硬度（Ｈｖ）が１００〜２００、１０００℃での破壊靭性ＫICが１．５ＭＰａ・ｍ1/2 以上で、さらに好ましい機械的性質は、常温曲げ強度が２００ＭＰａ以上、１０００℃での曲げ強度が１００ＭＰａ以上、硬度（Ｈｖ）が１３０〜１７０、１０００℃での破壊靭性が２ＭＰａ・ｍ1/2 以上である。
【００２５】
本発明材においては、その熱的性質について、熱伝導率が８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、及び、熱衝撃抵抗指数Ｒ’（＝Ｓ（１−ν) λ／Ｅα）が８００Ｗ／ｍ以上と規定する。
ここで、この熱衝撃抵抗指数Ｒ’は、耐熱衝撃性の良否を示す指標であり、本発明材において優れた耐熱衝撃性を確保するには、少なくとも８００Ｗ／ｍは必要である。
【００２６】
なお、熱衝撃抵抗指数Ｒ’（＝Ｓ（１−ν) λ／Ｅα）において、Ｓは破壊強度、νはポアソン比、λは熱伝導率、Ｅはヤング率、αは熱膨張係数である。
本発明材においては、その熱的性質を、この熱衝撃抵抗指数による他、熱伝導率に着目し、その適正範囲を規定するのが特徴である。
セラミックプレート材において、耐熱衝撃性が優れていても、熱伝導率が高いと、冷却ドラムと直接接触している部分が冷却ドラムにより冷却され、その部分に地金が生成し付着し、時には巨大なものになる。サイド堰に付着している地鉄が、何らかの拍子に剥離して落下すると、前述したように、鋳片にホットバンド（鋳片幅方向に現れる赤熱状態の帯）が多発するようになり、連続鋳造の安定操業を損なうことになる。
【００２７】
本発明者は、長時間、安定した連続鋳造を目指すには、セラミックプレート材の熱伝導率は低いほうがよいとの着想に至り、その適正範囲を鋭意調査した。
その結果、熱伝導率が８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下のセラミックプレート材を用いると、地金の生成・付着がなく、長時間、安定した連続鋳造操業を継続できることを確認した。
【００２８】
それ故、本発明材においては、その熱的性質について、熱衝撃抵抗指数Ｒ’を８００Ｗ／ｍ以上と規定することにくわえ、熱伝導率を８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下と規定する。
なお、本発明材において、好ましい熱的性質は、熱伝導率が６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、及び、熱衝撃抵抗指数Ｒ’が１２００Ｗ／ｍ以上で、さらに好ましい熱的性質は、熱伝導率が４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、及び、熱衝撃抵抗指数Ｒ’が１５００Ｗ／ｍ以上である。
【００２９】
本発明材においては、その化学的性質の一つの耐溶損性を、Al換算含有量９質量％以上により優れたものとするが、さらに、該性質の一つである溶鋼との濡れ性（接触角θ）を１２０°以上と規定する。
この溶鋼との濡れ性は、基本的には悪いほうが好ましく、このことは、従来から知られていたが、その具体的な適正範囲については、これまで調査研究の対象とはされていなかった。
【００３０】
そこで、本発明者は、その適正範囲を鋭意調査した結果、サイド堰への地金の生成・付着をさらに抑制し、長時間の安定的な連続鋳造操業を確実なものとするためには、溶鋼との濡れ性（接触角θ）を１２０°以上に維持することが必要であることを見いだした。
この調査においては、高温顕微鏡を用いて、ＳＵＳ３０４の溶鋼に対する濡れ角を測定した各種セラミックを実際のプレート材として供して鋳造を行い、ホットバンドの量・大きさ（地鉄付着性）と、溶鋼シール面への湯差しの程度を評価した。その結果、接触角１２０°以上のセラミックが、プレート材として安定して使用できるものであることを知見した。
【００３１】
それ故、本発明材においては、溶鋼との濡れ性（接触角θ）の適正範囲の下限を１２０°とする。
なお、本発明材において、好ましい濡れ性（接触角θ）は１３０°以上であり、また、さらに好ましい濡れ性（接触角θ）は１５０°以上である。
本発明材は、上記機械的性質、熱的性質、及び、化学的性質を確保するため、成分的には、質量％で、ＢＮ：５％以上２０％以下、AlＮ：１５％を超え４０％以下、及び、 Si3Ｎ4:４０％以上８０％以下を含むことを特徴とする。
【００３２】
主成分として Si3Ｎ4 を用いるが、４０％未満の含有では、所要の強度、硬度及び耐摩耗性等が得られないので、下限を４０％とする。
一方、 Si3Ｎ4 を８０％を越えて配合すると、耐摩耗性と破壊靭性との適性なバランスを欠くことになるので、上限を８０％とする。
なお、 Si3Ｎ4 含有量の好ましい範囲は、５０〜７０％であり、さらに好ましい範囲は、５５〜６５％である。
【００３３】
ＢＮは、従来から用いられていたセラミックであるが、本発明材においては、上限２０％の範囲で含有する。これは、２０％を越えて含有すると、所要の熱的性質は得られるものの、本発明材において必要とするレベルの耐摩耗性を得ることができないからである。
しかし、５％未満の含有では、本発明材において必要とするレベルの熱的性質及び濡れ性を得ることができないので、下限を５％とする。
【００３４】
なお、ＢＮ含有量の好ましい範囲は、１０〜２０％であり、さらに好ましい範囲は、１２．５〜１７．５％である。
AlＮについては、上述のとおりである。
本発明材は、ＢＮ、AlＮ及び Si3Ｎ4 を基本的な成分とするものであるが、この他に、本発明材の特性が損なわれない範囲で、他のセラミック、例えば、Al2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＺｒＯ2 、Ｙ2 Ｏ3 等を含有してもよい。
【００３５】
【実施例】
実施例
Al換算含有量で１５質量％のAlを含有し、常温曲げ強度１８０ＭＰａ、１０００℃における曲げ強度１００ＭＰａ、硬度（Ｈｖ）１５０、１０００℃における破壊靭性ＫIC１．５ＭＰａ・ｍ1/2 、常温〜１０００℃での熱伝導率６Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱衝撃抵抗指数Ｒ’１３００Ｗ／ｍ、溶鋼との濡れ性（接触角θ）１３０°のセラミック（ＢＮ：１５％及び Si3Ｎ4:６０％）を用いてサイド堰を構成し、ステンレス溶鋼の連続鋳造を実施した。その結果、６連続鋳造（総重量３６０トン）を、１０回連続して達成することができた。
【００３６】
比較例
本発明で規定する諸条件に合致しないセラミックプレート材を用いてサイド堰を構成し、ステンレス溶鋼の連続鋳造を実施した。その結果を以下に示す。
（１）Al換算含有量５質量％Alを含有し、ＢＮ：２０％及び Si3Ｎ4:７０％のセラミックを用いたサイド堰の場合、冷却ドラムと溶鋼が接している部分に当接するセラミック部分の溶損が著しく、１００トンを鋳造した時点で、溶鋼シールが不可となり操業を中止した。
（２）常温曲げ強度８０ＭＰａ、１０００℃における曲げ強度４０ＭＰａ、及び、１０００℃における破壊靭性ＫIC０．８ＭＰａ・ｍ1/2 のセラミックを用いたサイド堰の場合、１００トンを鋳造した時点で、最下端のセラミック材が欠損し、溶鋼シールが不可となり操業を中止した。
（３）常温〜１０００℃での熱伝導率が１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）のセラミックを用いたサイド堰の場合、操業中、セラミック堰への地鉄の付着量が多く、ホットバンドが頻発し、９０トンを鋳造した時点で巨大なホットバンドが発生し、鋳片が破断した。
（４）溶鋼との濡れ性（接触角θ）が９０°のセラミックを用いたサイド堰の場合、操業開始直後から、セラミック堰への地鉄の付着量が多く、ホットバンドが頻発し、鋳片を所望のレベルに維持できないので、１２０トンを鋳造した時点で操業を停止した。
（５）硬度（Ｈｖ）が４０のセラミックを用いたサイド堰の場合、操業中、セラミックの摩耗の進行が速く、６０トンを鋳造した時点で、摩耗量が許容限度に達したので操業を中止した。
（６）硬度（Ｈｖ）が４００のセラミックを用いたサイド堰の場合、操業初期から、セラミックが摩耗せず、サイド堰と冷却ドラムとの摺り合わせが不良のままで、溶鋼を安定してシールできず、結局、３０トンを鋳造した時点で操業を中止した。
（７）熱衝撃抵抗指数Ｒ’が５００Ｗ／ｍのセラミックを用いたサイド堰の場合、操業初期に、セラミックが欠損してしまい、結局、１５トンを鋳造した時点で操業を中止した。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、ステンレス溶鋼の連続鋳造において、１キャスト当たり鋳造量が増大しても、操業を安定的に、長時間連続して行うことができるので、組成及び組織が均一の鋳片を、生産効率よく得ることができる。
従って、本発明は、ステンレス鋼の連続鋳造技術の発展に寄与するところが大きいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＢＮ、 Si3Ｎ4 及びAlＮを生成分とするセラミックプレート材における、AlＮ換算含有量と耐線状摩耗指数の関係を示す図である。
【図１】
0003684138.tif 000002