(57)【要約】【課題】カーボン原料の増量を伴わずに、低弾性率を維持しながら高熱間強度化を図ることによって、耐食性、耐熱スポール性及び耐酸化性を確保した高強度なスライディングノズル用プレートを提供する。【解決手段】スライディングノズル用プレートの材料として、アルミナ、シリカ、ジルコニア、マグネシア及びスピネル等の耐火性骨材原料の中の少なくとも１種以上と、炭素質原料の配合において、窒化珪素粉末０．２〜１０．０重量％と、酸化防止剤として、少なくとも１種以上の金属の０．１〜８．０重量％とを添加する。さらに、上記酸化防止剤として、さらに、炭化物及び硼化物の中の少なくとも１種の０．０５〜１０．０重量％を併用添加する。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナ、シリカ、ジルコニア、マグネシア及びスピネル質の耐火性骨材原料を少なくとも１種以上、および炭素質原料の配合において、
窒化珪素粉末０．２〜１０．０重量％と、
酸化防止剤として、少なくとも１種以上の金属の０．１〜８．０重量％とを添加したことを特徴とするスライディングノズル用プレート。
【請求項２】
上記酸化防止剤として、さらに、炭化物及び硼化物の中の少なくとも１種の０．０５〜１０．０重量％を併用添加した請求項１記載のスライディングノズル用プレート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、取鍋、タンディッシュ等の溶融金属容器に装着されるスライディングノズルプレートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
スライディングノズル用プレート（以下、ＳＮプレートと略する）は、スライディングノズル装置において溶融金属の流量を制御する重要な部材であり相当な圧力で圧着使用され、しかも溶融金属による急激な熱衝撃と磨耗により亀裂発生、物理的破損が生じる。ＳＮプレートは非常に苛酷な条件で使用されるため、特に、耐食性、耐熱スポール性を損なうことなく、高強度化の実現が要求される。
【０００３】
従来のＳＮプレートの主たる損傷原因としては、孔径拡大、エッジの損傷、面荒れが挙げられ、それらいずれも、軽微な状態を維持させるには、耐食性、耐熱スポール性、耐酸化性を確保しながら使用時の高温化での強度向上を実現させる必要がある。又、特に、ＳＮプレートではエッジ損傷が致命的と言え、これは溶損による侵食というよりも、細かな亀裂が発生しそれらが集まってエッジが欠落する現象といえる。また、さらに亀裂が大きく進展することによって、空気を吸引し亀裂部が酸化脆弱し、最終的に漏鋼する恐れが生じてくる。
【０００４】
このように、ＳＮプレートの損傷形態において、操業上最も致命傷となりえるものは、熱スポールによる亀裂の発生であり、これを抑制し、かつ高強度化することがＳＮプレートの耐用性向上の重要点となる。このＳＮプレートの耐用性向上を図る手段として特開平８−２１５８３４には、アルミナ質及びシリカ質の耐火原料に繊維状の微細な黒鉛原料を配合したＳＮプレート耐火物が開示されている。当該発明の特徴はアルミナ・カーボン材質の耐熱スポール性を維持しながら、カーボン含有量を低減させることにより、鋼中酸素レベルの高い溶鋼に対する耐食性の向上を図ったことである。また、繊維状の微細黒鉛は耐火物に使用したとき、少量で耐火物の弾性率を大きく減少させるため、耐熱スポール性を著しく向上させることができる。すなわち、同等の耐熱スポール性を有する耐火物を得るためのカーボン原料量を減少させることができる利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の技術では、１０μｍ以下の超微細構造のカーボン原料の使用により、カーボン原料の比表面積が著しく増大することで、使用中に主にプレート面間から侵入する大気によりカーボンが容易に酸化消失することが予想される。また、微細なカーボン原料を使用することで、かさ密度が低下し、確かに弾性率の低下は期待できるが、それと同時に強度低下も進み、最終的に耐熱スポール性の指針となり得る熱間強度／弾性率比が向上しない結果となる。これにより、使用時のプレート面間の磨耗による機械的破損で、れんが組織の脆弱が急速に進み面あれが生じ、ひいては、地金の噛み込みによる摺動性不良等のトラブルの原因になるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の事情に基づいて提案されたものであって、ＳＮプレートにおける上記欠点を解消するために、カーボン原料の増量を伴わずに、低弾性率を維持しながら高熱間強度化を図ることによって、耐食性、耐熱スポール性及び耐酸化性を確保した高強度なスライディングノズル用プレート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】
本発明は、上記目的を達成するために以下の手段を採用している。すなわち、本発明は、スライディングノズル用プレートの材料として、アルミナ、シリカ、ジルコニア、マグネシア及びスピネル等の耐火性骨材原料を少なくとも１種以上と、炭素質原料の配合において、窒化珪素粉末０．２〜１０．０重量％と、酸化防止剤として、少なくとも１種以上の金属の０．１〜８．０重量％とを添加する。さらに、上記酸化防止剤として、炭化物及び硼化物の中の少なくとも１種の０．０５〜１０．０重量％を併用添加する。上記耐火材料の粒度は特に限定されないが、骨材原料は平均粒径５ｍｍ以下、他の添加物は平均粒径１ｍｍ以下のものを材料の違いに応じて種々配合して使用するのが好ましい。バインダーとしてはフェノール樹脂、シリコン樹脂等が適している。
【０００８】
これにより、カーボン原料の増量を伴わずに、低弾性率を維持しながら高熱間強度化を図ることによって、耐食性、耐熱スポール性及び耐酸化性を確保した高強度なスライディングノズル用プレートを提供することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、実施例を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
本発明のスライディングノズル用プレートの材料として、アルミナ、シリカ、ジルコニア、マグネシア及びスピネル等の耐火性骨材原料を少なくとも１種以上と、炭素質原料の配合において、窒化珪素粉末０．２〜１０．０重量％と、酸化防止剤として、少なくとも１種以上の金属の０．１〜８．０重量％とを添加する。さらに、上記酸化防止剤として、炭化物及び硼化物の中の少なくとも１種の０．０５〜１０．０重量％を併用添加する。これにより、耐酸化性、耐食性を損なうことなく、低弾性率化、高熱間強度化を実現でき、耐熱スポール性を飛躍的に向上させたＳＮプレートを得ることができる。
【００１１】
本発明において、低弾性率化、高熱間強度化を実現するための重要な原料は、窒化珪素粉末である。この粉末は微粉化したほうが比表面積が大きくなり、より効果が得られるが、標準的には１００μｍ以下が適正である。窒化珪素粉末は弾性率を維持して熱間強度を高めることで耐熱スポール性σ／Ｅ（σ＝熱間強度、Ｅ＝弾性率）を向上させ、亀裂、剥離を抑制する。これについて、各種添加物を配合した製品の品質を確認した結果、窒化珪素粉末を添加した材料において、弾性率をあまり上げずに熱間強度が向上することが判明した。
【００１２】
従来のＳＮプレートの材料は、アルミナ、シリカ、ジルコニア、マグネシア及びスピネル等の耐火性骨材原料の焼結によるボンド、及びレジン、カーボンブラックによるカーボンボンドが主体であり、本発明では、それらのボンドに加えて、アルミナリッチなマトリックスに窒化珪素粉末を配合することで、アルミナと窒化物とが焼結し、強固な固溶体を生成させ、新たなボンドを発生させている。これにより、弾性率を高めることなく、高熱間強度が得られている。また、使用する窒化珪素粒子は多結晶体を有しており、そのために、μｍ単位の細かな結晶体が、周囲のマトリックスと焼結し易すく強度発現に効果がある。またさらに、多結晶体のために単結晶体の電融系の耐火原料よりは、亀裂によって分割され難い。
【００１３】
使用する窒化珪素の昇華温度は１９３０℃で、他の耐火原料の融点と比較して高融点ではないが、化学的に安定で、熱スポーリングに非常に強く、酸化抵抗があり、耐火物原料としては適切な原料である。また、窒化珪素の添加により、高温下で生成されるＡｌ２Ｏ３―Ｓｉ３Ｎ４固溶体（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ系）は強度が大きく、熱膨張性が小さい。さらに溶融金属に対する耐食性や耐酸化性に優れており、耐火物としての有効な特性をもっている。
【００１４】
また、本発明で使用する炭化物及び硼化物としては、ＳｉＣ、Ｂ４ＣおよびＡｌＢ２、ＭｇＢ２，ＣａＢ６等が挙げられ、主に酸化防止の役目で配合する。その適正量は０．０５〜１０．０重量％であり、０．０５重量％未満であると酸化防止の効果が殆ど見られず、また、１０．０重量％以上添加すると耐食性が著しく低下するおそれがある。さらに添加金属としては、主にＡｌ、Ｓｉが使用され、その合計が０．１重量％未満であると、強度低下が著しく耐火物としての機能を達成し難い。また、８．０重量％を超えると強度向上は得られるが、熱膨張率が高くなり、使用時の耐熱スポール性の低下を助長することに至る。さらに、本発明において用いられる有機バインダーとしては、例えば、フェノール樹脂、シリコン樹脂等の合成樹脂を挙げることができる。
【００１５】
本発明においては、上記耐火性骨材原料、窒化珪素粉末、酸化防止剤を併用添加し、これを有機バインダーとともに常温若しくは加熱下に混練する。そして、これによって得られた混練物をプレスし、続いてこの成形体を非酸化雰囲気下において焼成する。非酸化雰囲気としては、炭素中に被焼成物を埋め込んでの還元雰囲気中、アルゴン等の不活性ガス気流中が挙げられ、いずれの方法も採用し得るが炭素中での還元雰囲気焼成によるのが簡便である。その後、ピッチ含浸して得られる本発明のＳＮプレートは、耐酸性を損なうことなく、低弾性率化及び高熱間強度化を実現し、耐熱スポール性に優れていることにより耐用性が著しく向上する。
【００１６】
また、本発明により製造されるＳＮプレートは、炭素結合を有するアルミナ−カーボン系材質の耐火物が有する特性、すなわち、優れた強度、耐酸性、耐食性を何ら損なうことなくそのまま保持しており、低弾性率化及び高熱間強度を実現し、その上耐熱スポール性を著しく向上させることができる。
【００１７】
尚、本発明は、アルミナ−カーボン系材質のロングノズル、浸漬ノズル等の炭素を含有し且つ炭素結合によって強度を付与させる耐火物全般に応用することができる。
（実施例）
電融アルミナ、電融ジルコニアムライトの骨材原料の他、金属としてＡｌ、Ｓｉ、カーボン源としてカーボンブラック、炭化硼素、及び窒化珪素粉末を表１のように各水準に分けて添加し、更に、有機バインダーとしてフェノール樹脂を配合した原料を、常温で３０分間混練し、５００ｔ真空プレスでプレート形状に成形した後、コークス中に埋め込んで１３００℃で還元焼成を行い、ＳＮプレートを得た。このＳＮプレートを試料として、熱間強度、弾性率、弾性率低下率、及び溶損指数等の試験を行なった。その結果を表１及び図１〜図４に示す。
【００１８】
図１は窒化珪素粉末の添加と熱間強度の関係を、図２は窒化珪素粉末の添加と弾性率の関係を、図３は窒化珪素粉末の添加と弾性率低下率の関係を、また、図４は窒化珪素粉末の添加と溶損指数の関係をそれぞれ示している。
【００１９】
図１に示すように、窒化珪素粉末の添加量が増量するほど、熱間強度が向上しているが、図２に示すように、弾性率は上昇せずに、むしろ若干低弾性率化の傾向を呈している。従って、図３に示すように、耐熱スポール性（加熱前後の弾性率低下率が低いほど耐熱スポール性が良好）においては、窒化珪素粉末の添加により良好化することが分かる。また、図４に示すように、耐食性の面において、窒化珪素粉末の添加により、溶損指数が徐々に大きくなる傾向にあるが、添加量が１０．０重量％までは、従来のレベルから考慮して、実機使用上問題がないと考えられる。しかし、添加量が１３．０重量％、あるいは１６．０重量％になると２５％以上の耐食性の低下が見られ、ＳＮプレートの孔径拡大状況から判断するとリスクを伴う、従って、窒化珪素粉末の適正な添加量は１０．０重量％以下が適当であることが分かる。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によるＳＮプレートは、従来プレートと比べて、低弾性率・高熱間強度化し、耐食性を損なわずに耐熱スポール性を向上し得る。これにより使用時の寿命延長が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】窒化珪素粉末の添加と熱間強度の関係を示す図。
【図２】窒化珪素粉末の添加と弾性率の関係を示す図。
【図３】窒化珪素粉末の添加と弾性率低下率の関係を示す図。
【図４】窒化珪素粉末の添加と溶損指数の関係を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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