(57)【要約】【課題】本発明の目的は、スライドバルブ装置に使用されるガス吹き機能付きプレート耐火物に使用することが好適な高耐用のジルコニア質ポーラス耐火物及びその製造方法並びに該ジルコニア質ポーラス耐火物をガス吹き機能付きプレート耐火物のガス流路部材として使用したスライドバルブ装置を提供することにある。【解決手段】本発明のジルコニア質ポーラス耐火物は、ＺｒＯ２含有量が９０質量％以上、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯ及びＣｒ２Ｏ３からなる群から選択される１種または２種以上が３〜９質量％、及び残部が不可避的不純物からなり、見掛け気孔率が１５〜２１％の範囲内にあり、且つ圧縮強度が１００ＭＰａ以上であることを特徴とする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＺｒＯ２含有量が９０質量％以上、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯ及びＣｒ２Ｏ３からなる群から選択される１種または２種以上の含有量が３〜９質量％、及び残部が不可避的不純物からなり、見掛け気孔率が１５〜２１％の範囲内にあり、且つ圧縮強度が１００ＭＰａ以上であることを特徴とするジルコニア質ポーラス耐火物。
【請求項２】
通気率が０．１〜１ｃｍ３・ｃｍ／ｃｍ２・ｃｍＨ２Ｏ秒の範囲内にある、請求項１記載のジルコニア質ポーラス耐火物。
【請求項３】
請求項１または２記載のジルコニア質ポーラス耐火物において、粒径１．４〜０．３ｍｍのマグネシア、カルシアまたはイットリアによる安定化または部分安定化ジルコニア原料及びＺｒＯ２含有量９５質量％以上の未安定化ジルコニア原料からなる群から選択された１種または２種以上２０〜６０質量％と、粒径０．３ｍｍ未満のマグネシア、カルシアまたはイットリアによる安定化または部分安定化ジルコニア微粉及びＺｒＯ２含有量９５質量％以上の未安定化ジルコニア微粉からなる群から選択された１種または２種以上４０〜８０質量％から構成されるジルコニア原料混合物１００質量部に対し、外掛で０．５〜５質量部の結合剤を添加、混練し、得られた混練物を所定の形状に成形し、１６００〜１９００℃の温度範囲で焼成することを特徴とするジルコニア質ポーラス耐火物の製造方法。
【請求項４】
焼結助剤として酸化クロム微粉を１〜５質量％添加、配合する、請求項３記載のジルコニア質ポーラス耐火物の製造方法。
【請求項５】
ガス吹き機能付きプレート耐火物を備えてなるスライドバルブ装置において、ガス吹き機能付きプレート耐火物の少なくとも溶融金属流通ノズル孔周囲のガス流路部材に、請求項１または２記載のジルコニア質ポーラス耐火物を配置したことを特徴とするスライドバルブ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばタンディッシュからモールドへ溶鋼を注入する際に溶鋼の流量制御を行なうスライドバルブ装置に使用されるガス吹き機能付きプレート耐火物に使用することが好適なジルコニア質ポーラス耐火物、その製造方法並びに該ジルコニア質ポーラス耐火物をガス吹き機能付きプレート耐火物のガス流路部材として使用したスライドバルブ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２枚または３枚の溶融金属流通ノズル孔を有するプレートで溶融金属流量を制御するスライドバルブ装置を用いてタンディッシュ等の溶融金属容器からモールド内に連続的に溶融金属を鋳造する場合には、ノズル孔内でのアルミナ付着による閉塞を防止するためにノズル孔内にＡｒ等の不活性ガスを吹き込むことが一般に実施されている。ガス吹き込みの方法としては、上部固定プレートれんがの上部に接合されて使用される上部ノズルをポーラス耐火物で構成し、ポーラス耐火物を通してガスを吹き込む方法が最も一般的である。また、下部固定プレートれんがの下部に接合して使用される下部ノズルの一部にポーラス耐火物を配置し、ポーラス耐火物を通してガスを吹き込む方法も一般的である。
【０００３】
これらの先行技術として、例えば、特開平３−１９７３５３号公報には、主たる鉱物組成がキュービックＺｒＯ２およびＺｒＣａＯ３よりなり、化学組成として、ＣａＯ１０〜５０ｗｔ％、残部がＺｒＯ２を主材とする電融耐火原料３〜３０ｗｔ％、残部をアルミナ、マグネシア、スピネルから選ばれる一種以上を主材とした配合物を混練、成形後、焼成することを特徴とした鋳造ノズル用ガス吹き込みポーラス質耐火物の製造方法が開示されている。
【０００４】
この鋳造ノズル用ガス吹き込みポーラス質耐火物によれば、ノズル孔内の溶鋼流に吹き込まれたガスは小さな気泡となって溶鋼流に沿って下方に押し流されていく。その際に、ノズル孔内壁面に付着、堆積している閉塞物を洗い流すことでノズル孔の閉塞が防止される。この場合の気泡径はより微細である方がノズル孔内の洗浄効果が大きく、より少ないガス量で安定したガス吹き込み効果が得られると言われている。しかしながら、この方法はガス吹き込み部材の耐用性とガス吹き込み効率の面で問題がある。ガス吹き込み効率等の面から、プレート耐火物にガス吹き込み部材を配置して溶鋼にガスを吹き込む方法が有利である。
【０００５】
この先行技術として、例えば、特開昭５７−１３０７６１号公報には、溶融金属用容器の底壁に設けられた上部固定ノズルと、前記上部固定ノズルの下部に固定された、前記上部固定ノズルと合致する開口を有する固定板と、前記固定板の下部に慴動自在に取り付けられた、前記固定板の開口と合致する開口を有する慴動板と、前記慴動板の開口の下部に固定された下部慴動ノズルとから構成される慴動ノズル装置において、前記固定板を、その開口の下方端を一部切欠き、この切欠き内に、上部あるいは下部角部にその円周方向にそつて溝が形成された、耐溶損性に優れた耐火物でなるガス吹込みリングを嵌合させたもので構成し、前記固定板の外部から、前記溝内に導入した不活性ガスを、前記固定板と前記ガス吹込みリングとの接合部から、前記上部固定ノズル内に吹込むようにしてなることを特徴とする溶融金属用容器の慴動ノズルが開示されている。即ち、この公報に開示されている溶融金属用容器の慴動ノズル装置は、上部固定プレートれんがのノズル孔周囲にガス吹き込み可能な溝または貫通孔を有するリング状耐火物を配置してガスを吹き込む方法である。
【０００６】
しかしながら、プレート耐火物に、このような微細な貫通孔や溝を加工することは難しく、工業的には数１００μｍ程度が限界である。従って、このような寸法の貫通孔または溝を介してプレート耐火物からガスを吹き込んでも、上部プレート耐火物及び上部ノズル内の溶鋼の閉塞や凝固防止には有効であるものの、下流方向のノズル閉塞防止効果は少ない。また、この方法では、気泡径が大きいため洗浄効果が劣ると共に製造コストが高いという問題がある。
【０００７】
これらのことからガス吹き込みを行なう場合、耐用性の高いポーラス耐火物をオリフィス部に設ける方法がガス吹き込み効率、製造コストの面からは有利である。しかし、従来より上部ノズルまたは下部ノズルに適用されているポーラス耐火物は、気孔率２０〜３０％のハイアルミナ質耐火物であり、耐摩耗性の指標となる圧縮強度は４０〜６０ＭＰａ程度であり、慴動による摩擦力が加わるプレート耐火物のような慴動部材としては強度不足である。そのため前記のように耐溶損性及び耐摩耗性に優れた耐火物に溝または貫通孔を設けたものがプレート耐火物として使用されている。
【０００８】
更に、昭和６３年７月４日の鋳造用耐火物専門委員会本委員会「Ｃａ合金処理鋼用ＳＮプレートの開発」には、スライドバルブにより溶鋼の流量絞り制御を行なった場合のノズル孔内の局所的な負圧の発生を防止する目的で、下部プレート耐火物のノズル孔内面にガス吹き込みを可能にする貫通孔を有するスライディングノズルが提案されている。しかし、このスライディングノズルはその目的上、気泡径については考慮されておらず、また、見掛け気孔率が低いため通気量も少なく、ノズル孔の閉塞防止効果は十分ではない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、スライドバルブ装置に使用されるガス吹き機能付きプレート耐火物に使用することが好適な高耐用のジルコニア質ポーラス耐火物及びその製造方法並びに該ジルコニア質ポーラス耐火物をガス吹き機能付きプレート耐火物のガス流路部材として使用したスライドバルブ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明のジルコニア質ポーラス耐火物は、ＺｒＯ２含有量が９０質量％以上、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯ及びＣｒ２Ｏ３からなる群から選択される１種または２種以上が３〜９質量％、及び残部が不可避的不純物からなり、見掛け気孔率が１５〜２１％の範囲内にあり、且つ圧縮強度が１００ＭＰａ以上であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のジルコニア質ポーラス耐火物は、通気率が０．１〜１ｃｍ３・ｃｍ／ｃｍ２・ｃｍＨ２Ｏ秒の範囲内にあることを特徴とする。
【００１２】
更に、本発明のジルコニア質ポーラス耐火物の製造方法は、粒径１．４〜０．３ｍｍのマグネシア、カルシアまたはイットリアによる安定化または部分安定化ジルコニア原料及びＺｒＯ２含有量９５質量％以上の未安定化ジルコニア原料からなる群から選択された１種または２種以上２０〜６０質量％と、粒径０．３ｍｍ未満のマグネシア、カルシアまたはイットリアによる安定化または部分安定化ジルコニア微粉及びＺｒＯ２含有量９５質量％以上の未安定化ジルコニア微粉からなる群から選択された１種または２種以上４０〜８０質量％から構成されるジルコニア原料混合物１００質量部に対し、外掛で０．５〜５質量部の結合剤を添加、混練し、得られた混練物を所定の形状に成形し、１６００〜１９００℃の温度範囲で焼成することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のジルコニア質ポーラス耐火物の製造方法は、焼結助剤として酸化クロム微粉を１〜５質量％添加、配合することを特徴とする。
【００１４】
更に、本発明のスライドバルブ装置は、ガス吹き機能付きプレート耐火物を備えてなるスライドバルブ装置において、ガス吹き機能付きプレート耐火物の少なくとも溶融金属流通ノズル孔周囲のガス流路部材に、前記ジルコニア質ポーラス耐火物を配置したことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
ガス吹き機能付きプレート耐火物を備えてなるスライドバルブ装置において、ガス吹き機能付きプレート耐火物のガス流路部材に好適なポーラス耐火物は、ガス吹き込み機能を持つと同時に慴動摩擦に耐え得る充分な耐摩耗性と溶鋼流による溶損に耐え得る充分な耐食性を兼ね備えている必要がある。更に、このガス流路部材に使用されるポーラス耐火物の平均気孔径は２０〜５０μｍが最適であり、この範囲内で微細な気泡を生成することが可能となる。
【００１６】
ここで、緻密質ジルコニアプレート耐火物は非常に耐蝕性に優れた材料であり、ハイアルミナ質プレート耐火物やＡｌ２Ｏ３−Ｃ質プレート耐火物では溶損が激しく所定の寿命は得られないＣａ添加鋼や高酸素鋼といった所謂溶損鋼種用として適用されている。この耐蝕性に優れたジルコニア質れんがを可能な限り維持しつつ、ハイアルミナ質ポーラス耐火物と同様の通気特性を有するポーラス耐火物が本発明のジルコニア質ポーラス耐火物である。
【００１７】
即ち、本発明のジルコニア質ポーラス耐火物は、ＺｒＯ２含有量が９０質量％以上、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯ及びＣｒ２Ｏ３からなる群から選択される１種または２種以上の含有量が３〜９質量％、及び残部が不可避的不純物からなり、見掛け気孔率が１５〜２１％の範囲内にあり、且つ圧縮強度が１００ＭＰａ以上であることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明のジルコニア質ポーラス耐火物において、ＺｒＯ２含有量は９０質量％以上、好ましくは９２〜９６質量％の範囲内である。ＺｒＯ２含有量が９０質量％未満であると、耐食性が低下するあるために好ましくない。
【００１９】
また、本発明のジルコニア質ポーラス耐火物において、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯ及びＣｒ２Ｏ３からなる群から選択される１種または２種以上の含有量は３〜９質量％、好ましくは４〜８質量％の範囲内である。これら成分の含有量が３質量％未満では、耐スポーリング性が低下するため好ましくなく、また、該含有量が９質量％を超えると、耐食性が低下するために好ましくない。
【００２０】
上述のような組成を有する本発明のジルコニア質ポーラス耐火物は、その圧縮強度が１００ＭＰａ以上、好ましくは１２０〜１５０ＭＰａにある。ここで、圧縮強度が１００ＭＰａ未満であると、耐食性や耐摩耗性が低下するために好ましくない。
【００２１】
更に、本発明のジルコニア質ポーラス耐火物は、その見掛け気孔率が１５〜２１％、好ましくは１７〜２０％の範囲内にある。ここで、見掛け気孔率が１５％未満では、通気性が低下するため好ましくなく、また、見掛け気孔率が２１％を超えると、強度が低下するために好ましくない。なお、本発明のジルコニア質ポーラス耐火物の通気率は、０．１〜１ｃｍ３・ｃｍ／ｃｍ２・ｃｍＨ２Ｏ秒の範囲内にあることが好ましい。
【００２２】
上述のような組成並びに特性を有する本発明のジルコニア質ポーラス耐火物は、緻密質ジルコニアプレートに比較して耐蝕性は若干低下しているものの、通常の鋼種についてはＡｌ２Ｏ３−Ｃ質プレート耐火物とほぼ同等の耐蝕性が得られ、プレート耐火物として要求される耐蝕性を具備するものである。
【００２３】
本発明のジルコニア質ポーラス耐火物は、使用するジルコニア原料の粒度構成や、成形圧力をコントロールすることで製造することが可能となる。
即ち、本発明のジルコニア質ポーラス耐火物は、粒径１．４〜０．３ｍｍのマグネシア、カルシアまたはイットリアによる安定化または部分安定化ジルコニア原料及びＺｒＯ２含有量９５質量％以上の未安定化ジルコニア原料からなる群から選択された１種または２種以上２０〜６０質量％と、粒径０．３ｍｍ未満のマグネシア、カルシアまたはイットリアによる安定化または部分安定化ジルコニア微粉及びＺｒＯ２含有量９５質量％以上の未安定化ジルコニア微粉からなる群から選択された１種または２種以上４０〜８０質量％から構成されるジルコニア原料混合物１００質量部に対し、外掛で０．５〜５質量部の結合剤を添加、混練し、得られた混練物を所定の形状に成形し、１６００〜１９００℃の温度範囲で焼成することを特徴として製造することができる。
【００２４】
本発明のジルコニア質ポーラス耐火物の製造方法において、粒径１．４〜０．３ｍｍのマグネシア、カルシアまたはイットリアによる安定化または部分安定化ジルコニア原料及びＺｒＯ２含有量９５質量％以上の未安定化ジルコニア原料からなる群から選択された１種または２種以上の添加・配合量は、２０〜６０質量％、好ましくは３０〜５０質量％の範囲内である。ここで、該添加・配合量が２０質量％未満であると、通気性が低下するために好ましくなく、また、該添加・配合量が６０質量％を超えると、強度が低下するために好ましくない。なお、上記ジルコニア原料の粒径が１．４ｍｍを超えると、強度が低下するために好ましくない。また、未安定化ジルコニアのＺｒＯ２含有量が９５質量％未満であると、耐食性が低下するために好ましくない。
【００２５】
次に、本発明のジルコニア質ポーラス耐火物の製造方法において、粒径０．３ｍｍ未満のマグネシア、カルシアまたはイットリアによる安定化または部分安定化ジルコニア微粉及びＺｒＯ２含有量９５質量％以上の未安定化ジルコニア微粉からなる群から選択された１種または２種以上の添加・配合量は、４０〜８０質量％、好ましくは５０〜７０質量％の範囲内である。ここで、該添加・配合量が４０質量％未満であると、強度が低下するために好ましくなく、また、該添加・配合量が８０質量％を超えると、通気性が低下するために好ましくない。また、未安定化ジルコニアのＺｒＯ２含有量が９５質量％未満であると、強度が低下するために好ましくない。
【００２６】
上記ジルコニア原料混合物１００質量部に対し、外掛で０．５〜５質量部、好ましくは１〜４質量部の結合剤を添加、混練し、得られた混練物を所定の形状に成形し、１６００〜１９００℃の温度範囲で焼成することにより本発明のジルコニア質ポーラス耐火物を製造することができる。ここで、結合剤としては、例えばパルプ廃液、糖蜜、リグニンスルホン酸、水などを使用することができる。また、結合剤の添加・配合量が外掛で０．５質量部未満であると、充分な生角強度が得られないために好ましくなく、また、該添加・配合量が外掛で１０質量部を超えると、成形性が低下するために好ましくない。
【００２７】
本発明のジルコニア質ポーラス耐火物の製造方法によれば、上述のようにして得られた成形体を８０〜１５０℃、好ましくは１００〜１２０℃の温度で、６〜３０時間、好ましくは１０〜２０時間乾燥し、次いで、１６００〜１９００℃、好ましくは１７５０〜１８５０℃の温度範囲で３〜１５時間、好ましくは４〜１０時間焼成する。
【００２８】
なお、焼結助剤として酸化クロム微粉を１〜５質量％、好ましくは１〜２質量％程度添加・配合することができる。ここで、酸化クロム微粉の添加・配合量が外掛で１質量％未満では、その添加効果はなく、また、該添加・配合量が５質量％を超えると、通気性が低下するために好ましくない。
【００２９】
上述のようにして得られた本発明のジルコニア質ポーラス耐火物は、例えばガス吹き機能付きプレート耐火物を備えてなるスライドバルブ装置において、ガス吹き機能付きプレート耐火物の少なくとも溶融金属流通ノズル孔周囲のガス流路部材に好適に使用することができる。
【００３０】
以下に、本発明のジルコニア質ポーラス耐火物をガス吹き機能付きプレート耐火物を備えてなるスライドバルブ装置のガス吹き機能付きプレート耐火物の少なくとも溶融金属流通ノズル孔周囲のガス流路部材として使用する例を説明する。リング状筒体の形状を有する本発明のジルコニア質ポーラス耐火物をＡｌ２Ｏ３−Ｃ質プレート耐火物本体の溶融金属流通ノズル孔周囲にモルタルを介して装着し、プレート耐火物外周部からリング状筒体までガス導入孔を設けることでプレート耐火物からジルコニア質ポーラス耐火物を通して溶融金属流通ノズル孔内の溶鋼流に微細な不活性ガスの気泡を供給できるスライドバルブ装置を提供することができる。
【００３１】
本発明のジルコニア質ポーラス耐火物の適用例をスライドバルブ装置のプレート耐火物を例に説明したが、本発明のジルコニア質ポーラス耐火物の用途はこれに限定されるものではなく、ポーラス耐火物が適用されている他の慣用の用途にも適用可能であることは勿論である。
【００３２】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明を更に説明する。
実施例１
下記の表１に示す配合物をウェットパンで混練し、得られた混練物をフリクションプレスにて外径１００ｍｍ、内径４０ｍｍ、厚さ４０ｍｍの形状に成形し、次いで、得られた成形体を１２０℃で２４時間乾燥後、１８００℃で６時間焼成することにより本発明のジルコニア質ポーラス耐火物並びに比較品を得た。得られた耐火物の諸特性を表１に併記する。
【００３３】
【表１】
2004002061.tif 000002
【００３４】
表１中、見掛け気孔率は、ＪＩＳ　Ｒ２２０５により測定した結果である。また、圧縮強度は、ＪＩＳ　Ｒ２２０６により測定した結果である。更に、通気率は、ＪＩＳ　Ｒ２１１５により測定した結果である。
【００３５】
実施例２
表１中の本発明品２のジルコニア質ポーラス耐火物からなるリングを珪酸ソーダ系バインダーを使用したハイアルミナモルタルを用いて目地厚み１ｍｍでアルミナーカーボン質プレート耐火物（Ａｌ２Ｏ３：７５質量％、Ｃ：８質量％）の溶鋼流通ノズル孔部分にセットし乾燥後、プレート耐火物側面よりボーリングによりプレート耐火物を貫通してリングに達するガス導入用貫通孔を設けた。プレート耐火物の外周部には、鉄フープを焼き嵌めし、前記貫通孔部分を穴あけし、銅パイプを装入し、鉄フープにロー付け固定した。このようにして作製したガス吹き機能付きプレート耐火物に銅パイプを介してＡｒガスを吹き込み、ガス流量を調査した結果、ガス圧２ｋｇｆ／ｃｍ２で１０リットル／分であった。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、ガス吹き込み機能を持つと同時に慴動摩擦に耐え得る充分な耐摩耗性と溶鋼流による溶損に耐え得る充分な耐食性を兼ね備えているガス吹き機能付きプレート耐火物のガス流路部材に好適なジルコニア質ポーラス耐火物を提供することができる。