(57)【要約】【課題】  浸漬ノズルやロングノズルなどの耐火物製の構造体を簡便且つ正確に評価することができる評価方法及び評価装置を提供する。【解決手段】  金属を溶解するための溶解炉１と、溶解炉から排出される溶融金属９を受けるとともに、受けた溶融金属を、浸漬ノズルなどの耐火物製構造体６の溶融金属流出孔７に注入するための中間樋２と、前記構造体を支持するための支持冶具４と、前記構造体の溶融金属流出孔の流出側から流出される溶融金属を受けるための収納容器５と、を備えた評価装置を用い、構造体の溶融金属流出孔に溶融金属を注入し、注入した溶融金属を溶融金属流出孔から流出させ、当該構造体の冷却中または冷却後に、構造体の割れ及び亀裂を調査して構造体のスポーリング性を評価する。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火物製の構造体である、浸漬ノズル、ロングノズル、スライディングノズルの中から選ばれる１種以上の構造体の溶融金属流出孔に溶解炉で溶解した溶融金属を注入し、注入した溶融金属を溶融金属流出孔の内部を流下させて溶融金属流出孔から流出させ、当該構造体の冷却中または冷却後に、構造体の割れ及び亀裂を調査して構造体のスポーリング性を評価することを特徴とする、連続鋳造用耐火物の評価方法。
【請求項２】
前記耐火物製の構造体を、溶融金属流出孔の中心線が鉛直線に対して交差するように、予め傾斜させておくことを特徴とする、請求項１に記載の連続鋳造用耐火物の評価方法。
【請求項３】
金属を溶解するための溶解炉と、当該溶解炉で溶解され、溶解炉から排出される溶融金属を受けるとともに、受けた溶融金属を、耐火物製の構造体である、浸漬ノズル、ロングノズル、スライディングノズルの中から選ばれる１種以上の構造体の溶融金属流出孔の流入側の溶融金属流出孔に注入するための中間樋と、前記構造体を支持するための支持冶具と、前記構造体の溶融金属流出孔の流出側から流出される溶融金属を受けるための収納容器と、を備えたことを特徴とする、連続鋳造用耐火物の評価装置。
【請求項４】
前記支持冶具は、前記構造体の溶融金属流出孔の中心線が鉛直線に対して交差するように前記構造体を傾斜させて支持することを特徴とする、請求項３に記載の連続鋳造用耐火物の評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造に使用される浸漬ノズルやロングノズルなどの耐火物製の構造体を評価する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造では、取鍋からタンディッシュへ溶融金属を注入する際、及び、タンディッシュから鋳型へ溶融金属を注入する際には、ロングノズル、浸漬ノズル、スライディングノズルなどと呼ばれる耐火物製のノズルが使用されている。これらのノズルは、溶融金属の空気による酸化の防止、鋳型への安定注入の確保などの目的で使用されており、そして、これらのノズルは、溶融金属に対する耐溶損性、耐摩耗性及び耐スポーリング性などに優れることからアルミナ−炭素質の耐火物で構成されることが多い。
【０００３】
しかし、アルミナ−炭素質の耐火物には溶融金属中のアルミナが付着し易く、従って、アルミナ−炭素質の耐火物で構成されるノズルを用いた場合には、溶融金属の流路となるノズルの内壁にアルミナが付着・堆積して、ノズル閉塞による鋳造の中止、及び、溶融金属の鋳型内における流動の偏流化、更には、付着したアルミナの剥離・脱落による鋳片品質の劣化などの弊害を引き起こす場合が多々発生する。
【０００４】
それ故、浸漬ノズルやロングノズルなどの品質改善の効果は大きく、例えばアルミナの付着し難い性質の耐火物（以下、「アルミナ難付着耐火物」と記す）の開発など、ノズルの品質改善が広く行われている。
【０００５】
しかしながら、例えば炭素質を含有しない所謂ノンカーボン材質やスピネル材質などのアルミナ難付着耐火物は、アルミナ−炭素質の耐火物に比べて熱膨張率の大きい場合が多く、そのようなアルミナ難付着耐火物を使用する場合には、スポーリングが発生する恐れが極めて高い。そのため、耐スポーリング性に不安のある試験ノズルを実際の鋳造に供して試験を行う場合には、試験ノズルの破壊による鋳造中止、更には、ブレークアウトなどの重大な操業トラブルの発生を危惧しなければならない。
【０００６】
そこで、実機を使用せずに、耐火物を評価する様々な方法が行われてきた。例えば、溶鋼中に小型の耐火物試験片を浸漬し、試験片の溶損などを測定する方法（例えば、特許文献１参照）や、実機で使用する浸漬ノズルを１４００℃の炉中で所定時間保持した後、水に浸漬して浸漬ノズルの割れや亀裂の発生などを調査する方法（例えば、特許文献２参照）などが行われている。
【特許文献１】特開平７−２１４２５６号公報
【特許文献２】特開平８−１３２１９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１のような評価方法では、耐火物材質としての評価はできるものの、実機で使用される寸法のままの構造体としての評価ができないため、浸漬ノズルなどの構造体の評価方法としては不十分である。また、特許文献２のような評価方法では、浸漬ノズルの内壁面と外表面との双方が同時に加熱され冷却されるので、実機で受ける熱衝撃とは異なり、耐スポーリング性の評価としては十分とはいえない。
【０００８】
このように、従来の評価方法は、浸漬ノズルやロングノズルなどの構造体が実際の鋳造時に受ける熱的衝撃及び機械的衝撃を再現することができず、浸漬ノズルやロングノズルなどの耐火物製の構造体では、正確な評価は行われていなかったのが現状である。そのため、試験ノズルを用いた場合の操業トラブルも完全には防止されていなかった。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、操業トラブルを危惧することなく、浸漬ノズルやロングノズルなどの耐火物製の構造体を簡便且つ正確に評価することができる評価方法及び評価装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための第１の発明に係る連続鋳造用耐火物の評価方法は、耐火物製の構造体である、浸漬ノズル、ロングノズル、スライディングノズルの中から選ばれる１種以上の構造体の溶融金属流出孔に溶解炉で溶解した溶融金属を注入し、注入した溶融金属を溶融金属流出孔の内部を流下させて溶融金属流出孔から流出させ、当該構造体の冷却中または冷却後に、構造体の割れ及び亀裂を調査して構造体のスポーリング性を評価することを特徴とするものである。
【００１１】
第２の発明に係る連続鋳造用耐火物の評価方法は、第１の発明において、前記耐火物製の構造体を、溶融金属流出孔の中心線が鉛直線に対して交差するように、予め傾斜させておくことを特徴とするものである。
【００１２】
第３の発明に係る連続鋳造用耐火物の評価装置は、金属を溶解するための溶解炉と、当該溶解炉で溶解され、溶解炉から排出される溶融金属を受けるとともに、受けた溶融金属を、耐火物製の構造体である、浸漬ノズル、ロングノズル、スライディングノズルの中から選ばれる１種以上の構造体の溶融金属流出孔の流入側の溶融金属流出孔に注入するための中間樋と、前記構造体を支持するための支持冶具と、前記構造体の溶融金属流出孔の流出側から流出される溶融金属を受けるための収納容器と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
第４の発明に係る連続鋳造用耐火物の評価装置は、第３の発明において、前記支持冶具は、前記構造体の溶融金属流出孔の中心線が鉛直線に対して交差するように前記構造体を傾斜させて支持することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、実際の鋳造工程をほぼ再現可能であるので、試験する耐火物製の構造体に実際の鋳造とほぼ同等の熱的衝撃及び機械的衝撃を与えることができ、そのため、前記構造体に対して実際に鋳造した場合とほぼ同等の正確な評価が可能になる。また、簡便な評価装置であるので、試験する耐火物製の構造体にスポーリングが発生したとしても、その影響を危惧する必要がなく、余分なコストを費やさずに評価することができる。その結果、浸漬ノズルなどの耐火物製構造体の開発が迅速化され、それにより、省資源及び省エネルギーなどの工業上有益な効果がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明の実施の形態を示す図であって、本発明に係る連続鋳造用耐火物の評価装置の概略図である。尚、図１は耐火物製の構造体として鋳型に溶融金属を注入するための浸漬ノズルの例を示しているが、ロングノズルやスライディングノズルであっても評価することができる。また、評価対象とするこれらの耐火物製の構造体は、原則的に、実機の連続鋳造機で使用するものと同一寸法とする。
【００１６】
図１に示すように、本発明に係る連続鋳造用耐火物の評価装置は、金属を溶解して溶融金属９を得るための溶解炉１と、溶解炉１から排出される溶融金属９を受けるとともに、受けた溶融金属９を浸漬ノズル６の溶融金属流出孔７の流入側に注入するための中間樋２と、浸漬ノズル６を中間樋２の下方の所定位置で支持するための支持冶具４と、溶融金属流出孔７の流出側である吐出孔８から流出する溶融金属９を受けるための収納容器５と、を備えている。中間樋２には、その底部に溶融金属９を排出するための流出孔３を備えている。図１では、浸漬ノズル６は、収納容器５の内部に配置されており、支持冶具４は収納容器５に固定された構造であるが、支持冶具４は収納容器５に固定する必要はなく、支持冶具４と収納容器５とを別々に配置してもよい。要は、浸漬ノズル６の流出側である吐出孔８から流出する溶融金属９が収納容器５に注入されるように支持できるならば、どのような構造であっても構わない。収納容器５の内壁側には適宜耐火物などが施工されている。
【００１７】
このような構成の連続鋳造用耐火物の評価装置を用い、浸漬ノズル６を以下のようにして評価する。先ず、溶解炉１で鉄、アルミニウム、銅、及び、それぞれこれら金属の合金などを溶解し、溶融金属９を生成する。次いで、無予熱または予め所定の温度及び時間で予熱した浸漬ノズル６を支持冶具４によって収納容器５の内部に固定する。
【００１８】
収納容器５の内部に固定された浸漬ノズル６の溶融金属流出孔７の上端開口部が、中間樋２の流出孔３の鉛直方向直下位置となるように、中間樋２または浸漬ノズル６の位置を調整した後、溶解炉１を傾動させて溶融金属９を中間樋２に注入する。中間樋２に注入された溶融金属９は、流出孔３を通って溶融金属流出孔７の内部に落下し、溶融金属流出孔７の内部を流下して吐出孔８から流出する。吐出孔８から流出した溶融金属９は収納容器５に滞留する。
【００１９】
実際の連続鋳造時には、浸漬ノズル６の内部を流下する溶融金属９は、スライディングノズルやストッパーなどによって偏流して注入される場合がほとんどであり、これを再現するために、図２に示すように、浸漬ノズル６の溶融金属流出孔７の中心線が鉛直線に対して交差するように、支持冶具４によって浸漬ノズル６を傾斜させて設置しておいてもよい。浸漬ノズル６をこのように傾斜させた場合には、注入される溶融金属９は溶融金属流出孔７の壁面に衝突した後に流下する。
【００２０】
浸漬ノズル６の内壁面は注入された溶融金属９によって加熱され、外表面との温度差が生じて浸漬ノズル６の内部には温後勾配が生ずる。これにより、連続鋳造の鋳造開始時における温度勾配と同等の現象を模擬することができる。また、溶解炉１から中間樋２への溶融金属９の注入速度、或いは流出孔３の口径を調整することにより、連続鋳造の鋳造開始時における浸漬ノズル６へ対する物理的衝撃をも模擬することが可能である。
【００２１】
溶融金属流出孔７を流下する溶融金属９の熱により、浸漬ノズル６が加熱され始めたなら、目視観察などにより浸漬ノズル６の表面検査を開始する。所定量の溶融金属９の注入が完了し、浸漬ノズル６の表面温度が低下する以降も表面検査を継続する。更に、浸漬ノズル６が室温程度まで冷却した後も、浸漬ノズル６の表面を目視検査する、または浸漬ノズル６を切断して耐火物組成を観察する、若しくは浸漬ノズル６の非破壊Ｘ線検査を行うなどして、浸漬ノズル６の内部及び表面の割れや亀裂を調査する。このようにすることで、浸漬ノズル６の耐スポーリング性を評価することができ、実際の連続鋳造機での耐用性を判定することが可能となる。
【００２２】
取鍋からタンディッシュへ溶融金属を注入するためのロングノズルや、タンディッシュから鋳型へ溶融金属を注入するためのスライディングノズルでも、上記に沿って本発明方法を適用することができる。また、スライディングノズルは、固定板、摺動板、整流ノズルなどから構成されており、これらを組み立てて評価試験材としても、或いは個別のまま評価試験してもどちらでもよい。
【００２３】
尚、本発明は上記に説明した形態のものに限るものではなく、種々の変更が可能である。例えば、溶解炉１から中間樋２に溶融金属９を注入しているが、保持炉を設け、溶解炉１で溶解した溶融金属９を一旦保持炉に注入し、保持炉から中間樋２に注入するようにしてもよい。また、中間樋２の流出孔３に、溶融金属９の流量を調整するためのストッパーなどを配置してもよい。更に、支持冶具４の構造も上記の構造に限るものではなく、浸漬ノズル６をはじめとする連続鋳造用の耐火物製の構造体を支持可能な構造であるならば、どのような構造であっても構わない。
【実施例１】
【００２４】
図１に示す連続鋳造用耐火物の評価装置を用い、従来から使用中の浸漬ノズル（以下、「ノズルＡ」と記す）、試作した浸漬ノズルＢ（以下、「ノズルＢ」と記す）、試作した浸漬ノズルＣ（以下、「ノズルＣ」と記す）の３種類の浸漬ノズルの評価試験を行った。これらの浸漬ノズルの寸法は、全て実機で使用する浸漬ノズルの寸法と同一である。
【００２５】
図３、図４、図５に、それぞれノズルＡ，ノズルＢ、ノズルＣの構造を示す。これらの図に示すように、ノズルＡは、アルミナ−黒鉛質の耐火物１０からなる１層構造の浸漬ノズル、ノズルＢは、溶融金属流出孔７を形成する内壁側にアルミナ−黒鉛質の耐火物１０よりも熱膨張率の大きい耐火物１１を配置し、その外側にアルミナ−黒鉛質の耐火物１０を配置した２層構造の浸漬ノズル、ノズルＣは、溶融金属流出孔７を形成する内壁側に、ノズルＢの内壁側に配置した耐火物１１よりも更に熱膨張率の大きい耐火物１２を配置し、その外側にアルミナ−黒鉛質の耐火物１０を配置した２層構造の浸漬ノズルである。
【００２６】
化学成分組成が、Ｃ：０．０７質量％、Ｓｉ：０．０１質量％、Ｍｎ：０．２５質量％、Ｐ：０．０１質量％、Ｓ：０．０１５質量％の溶鋼を溶解炉で溶解し、約１７００℃まで加熱した。予め評価対象となるノズルをガスバーナーで昇熱した後、支持冶具に固定し、溶融金属流出孔の内部に溶鋼を注入した。中間樋から流出する溶鋼の温度は１５５０℃であった。
【００２７】
溶鋼を注入した直後の浸漬ノズルの表面を目視観察した結果、ノズルＡ及びノズルＢには、割れ・亀裂の発生は見られなかったが、ノズルＣには、長さが１０〜３０ｍｍ程度の微細な亀裂が数個観察された。また、浸漬ノズルが室温程度まで冷却した後、浸漬ノズルを切り出し、非破壊Ｘ線検査及び耐火物組織の観察を行った結果、ノズルＡ及びノズルＢには、浸漬ノズルの内部にも割れや亀裂は見られなかったが、ノズルＣでは、長さが１０〜３０ｍｍ程度の微細な亀裂が浸漬ノズルの内部にも数個観察された。
【００２８】
これらの結果から、ノズルＡ及びノズルＢは耐スポーリング性が高く、一方、ノズルＣは耐スポーリング性が低いという評価になった。
【００２９】
これらの結果を踏まえ、ノズルＡ、ノズルＢ及びノズルＣを用いて実機の連続鋳造機で溶鋼を鋳造した。鋳造を実施した連続鋳造機及び鋳造条件は、３つのノズルで全て同一条件とした。
【００３０】
その結果、ノズルＡは通常使用している従来使用品であるため、何ら問題なく連続鋳造操業を行うことが可能であった。ノズルＢは、内壁側にアルミナ−黒鉛質の耐火物１０よりも熱膨張率の大きい耐火物１１を配置したノズルであるが、ノズルに割れなどを発生することなく、鋳造を完了することができた。
【００３１】
これに対して、耐火物１１よりも更に熱膨張率の大きい耐火物１２を配置したノズルＣでは、鋳造開始直後から鋳型内の溶鋼湯面で大量の気泡が発生し、鋳造開始から１０分経過した時点でノズルＣが破損し、鋳造の停止を余儀なくされた。これは、鋳造開始時の物理的、熱的衝撃により、鋳造開始時点でノズルＣに割れが発生し、その割れが伸展してノズルの破損に至ったためである。鋳造開始時に鋳型内の溶鋼湯面から発生した気泡は、浸漬ノズルへのアルミナ付着防止のために浸漬ノズルの内部に吹き込んでいるＡｒガスが浸漬ノズルの割れ部分から流出したものであった。
【００３２】
実機における鋳造の結果と、本発明による連続鋳造用耐火物の評価装置での評価結果とは同様の傾向を示し、本発明により簡便且つ正確に連続鋳造用の耐火物製構造体を評価することが可能であることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態を示す図であって、本発明に係る連続鋳造用耐火物の評価装置の概略図である。
【図２】本発明の実施の形態を示す図であって、傾斜させた状態の構造体を評価する本発明に係る評価装置の概略図である。
【図３】実施例１で用いたノズルＡの概略図である。
【図４】実施例１で用いたノズルＢの概略図である。
【図５】実施例１で用いたノズルＣの概略図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  溶解炉
２  中間樋
３  流出孔
４  支持冶具
５  収納容器
６  浸漬ノズル
７  溶融金属流出孔
８  吐出孔
９  溶融金属
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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