(57)【要約】【課題】  長期間にわたり、亀裂，剥離を抑制し、安定して使用することができる高品質のタンディッシュの内張り用キャスタブルを提供すること。【解決手段】  アルミナ・シリカ質のタンディッシュの内張り用キャスタブルにおいて、０．３〜５ｍｍ粒度のα−石英を鉱物に含む膨張性骨材を２〜１５質量％、アルミナセメントを４〜１０質量％含有し、かつ、アルミナ超微粉およびシリカ質超微粉を含有し、このうちシリカ質超微粉／アルミナセメント比(質量比)が０．７〜１．５である、タンディッシュの内張り用キャスタブル。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナ・シリカ質のタンディッシュの内張り用キャスタブルにおいて、０．３〜５ｍｍ粒度のα−石英を鉱物に含む膨張性骨材を２〜１５質量％、アルミナセメントを４〜１０質量％含有し、かつ、アルミナ超微粉およびシリカ質超微粉を含有し、このうちシリカ質超微粉／アルミナセメント比(質量比)が０．７〜１．５であることを特徴とするタンディッシュの内張り材用キャスタブル。
【請求項２】
前記キャスタブルに、さらにシリマナイト族鉱物の１種または２種以上を添加し、０．２ＭＰａの荷重下における「１５００℃で５時間保持した時のクリープ量」を０．５〜６％としていることを特徴とする請求項１に記載のタンディッシュの内張り用キャスタブル。
【請求項３】
前記キャスタブルに、さらに１０〜３５ｍｍ粒度の粗大粒耐火骨材を５〜３０質量％添加してなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタンディッシュの内張り用キャスタブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼分野等で用いられる溶融金属容器、特に、連続鋳造用タンディッシュの内張り用キャスタブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼分野等で用いられる溶融金属容器、特に連続鋳造用タンディッシュは、内張りを耐火物でライニングしている。そして、従来より、溶融金属容器等の内張り用耐火物としては、ろう石煉瓦や高アルミナ煉瓦等が使用されている。
【０００３】
しかし、稼動中、地金除去を容易にするために水冷却を行うことから、煉瓦のスポーリングによる割れ損傷が大きく、補修頻度が高いという問題があり、更に煉瓦とマグネシア質コーティング材との焼付き等の問題があった。
また、スラグ中のＣａＯ，ＦｅＯ，ＭｎＯ等による溶損あるいはスラグの浸透による構造スポーリング、さらには、目地開きによる地金差しの問題があった。
【０００４】
溶融金属容器の内張り耐火物の築炉作業は、重筋作業であり、このため、近年では、不定形化による流し込み施工が主流となってきている。この流し込み施工によれば、煉瓦のような目地がなく、均一な施工体が得られ、継ぎ足し施工も可能であるため、省力化だけでなく、高耐用化に有効である。
また、上記流し込み施工に用いられる材質としては、アルミナ−シリカ系キャスタブルが広く使用されるようになり、そして、このキャスタブルの使用により、連続鋳造用タンディッシュの内張り耐火物の寿命は、従来使用されていたろう石煉瓦や高アルミナ煉瓦等と比べて向上している。
【０００５】
しかし、近年、コスト低減の目的から、使用する際のＭｇＯ質コーティング材の薄肉化，溶融金属容器の操業条件の過酷化に伴い、数々の改善がなされているが、その使用が長期にわたるようになると、稼働面に垂直な亀裂が発生し、亀裂への地金差し、さらには地金除去作業時に、複数の亀裂が交差する部位から内張り耐火物の剥離が発生する、という新たな問題が発生した。
この新たな問題に対応するため、例えば、特許文献１(特開昭59−35067号公報)には「耐火性粒子70〜98重量％、アルミナセメント1〜17重量％、シリカフラワー1〜25重量％を配合してなるキャスタブル耐火物」が提案され、これにより、700〜1100℃の強度を向上させることが報告されている。
【０００６】
タンディッシュは、鋳造終了後、整備場に運搬され、地金除去の際に機械的衝撃を受けることになり、その際に稼働面から約50〜80ｍｍの部位より剥離する場合が多くみられ、そして、発生部位の鋳造時に加熱される温度としては、約1100〜1300℃であることが計算により求められている。この温度域では、稼働面から背面の温度域の中で、強度が最小値を示し、この強度の谷間に、地金除去時の機械的衝撃による応力が集中することで、稼働面に対し並行な亀裂が入り、剥離に至っていると考えられる。
【０００７】
したがって、上記温度域の強度を向上させることで、強度ギャップを低減させることが、対策の１つとして考えられる。
しかし、単に強度を向上させるために、シリカフラワーやアルミナセメントを増量していくと、強度は向上する一方で、1000℃以上での焼結収縮が大きくなり、亀裂の発生を助長するため、地金差しの問題については、解決することができない。
【０００８】
これらの問題を解決するため、例えば、特許文献２(特開平4−42868号公報)には「700℃での熱膨張率が0.5〜0.9％で粒径10ｍｍ以下の不定形耐火材に、粒径0.2〜3ｍｍの珪石を3〜15重量％および／または粒径1〜10ｍｍのムライト質骨材を10〜30重量％含有してなる不定形耐火物」が提案され、これにより、耐食性，耐熱スポーリング性に優れた不定形耐火物を提供することが報告されている。
【０００９】
【特許文献１】特開昭５９−３５０６７号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】特開平４−４２８６８号公報（特許請求の範囲第１〜３項）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、従来の材質（特許文献１参照）では、亀裂抑制を目的とした“珪石，ムライト質骨材の添加による微小亀裂の導入”は、耐スポーリング性を向上する一方で、微小亀裂の導入により強度を著しく低下させるという問題があり、特に、内部の強度低下を引き起こし、逆に稼働面との強度ギャップを増大させ、応力集中を助長する結果となり、剥離の問題が解決できなかった。
【００１１】
特に、亀裂の発生による地金差しや剥離の発生は、最終的な耐用に大きく関係しているが、片方だけでは十分な耐用は得られず、双方の改善が必要不可欠である。すなわち、耐スポーリング性の向上，焼結収縮の抑制による亀裂の抑制と共に、稼働面から背面までの強度差を低減するということが必要具備特性として考えられるが、上記の従来材質では、双方を同時に改善することはできず、十分な耐用が得られない。
【００１２】
本発明者等は、上記のような点に鑑み、鋭意研究を重ねた結果、(１)使用する材質に、特定粒度のα−石英を鉱物に含む膨張性骨材を特定量含有させることで、内部への亀裂伸展を抑制し、１０００℃以上での焼結収縮を低減すること、および、(２)シリカ質超微粉／アルミナセメント量比およびセメント量を特定することで、強度が向上し、且つ、稼働面から背面にかけての強度ギャップを低減することができ、これにより地金除去時の衝撃の応力集中を低減し、稼働面に対し平行な亀裂の発生を抑制することができること、を知得して本発明を完成した。また、(３)さらにシリマナイト族鉱物を添加して、０．２ＭＰａの荷重下にて１５００℃で５時間保持した時の「クリープ量」を特定範囲にすることで、マトリックス中の液相生成量が多くなっても、迫出しを起こさない程度に、稼働面に適度な残存膨張を付与することができ、これにより冷却時の亀裂の発生を抑制し、長期にわたり亀裂，剥離の発生を抑制することができること、を知得して本発明を完成するに至ったものである。
【００１３】
すなわち、本発明が解決しようとする課題は、亀裂からの地金差し、亀裂交差部位からの剥離の双方が発生し難い“高品質の内張り材用キャスタブルの開発”を意図したものであって、長期間にわたり、亀裂，剥離を抑制し、安定して使用することができる“高品質のタンディッシュの内張り用キャスタブル”を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
そして、本発明は、上記の課題を解決するための手段として、「アルミナ・シリカ質のタンディッシュの内張り用キャスタブルにおいて、０．３〜５ｍｍ粒度のα−石英を鉱物に含む膨張性骨材を２〜１５質量％、アルミナセメントを４〜１０質量％含有し、かつ、アルミナ超微粉およびシリカ質超微粉を含有し、このうちシリカ質超微粉／アルミナセメント比(質量比)が０．７〜１．５であること(請求項１)」、「さらにシリマナイト族鉱物の１種または２種以上を添加し、０．２ＭＰａの荷重下における“１５００℃で５時間保持した時のクリープ量”を０．５〜６％とすること(請求項２)」、および、「さらに１０〜３５ｍｍ粒度の粗大粒耐火骨材を５〜３０質量％添加してなること(請求項３)」を特徴としている。
【００１５】
上記の手段によれば、亀裂の発生を抑制し、なお且つ、稼働面と内部との強度ギャップ(強度差)を低減することにより、地金除去時における“衝撃の応力集中の低減”を図ることで剥離を抑制することができ、長期間にわたり、亀裂，剥離を抑制し、安定して使用することができる“高品質のタンディッシュの内張り用キャスタブル”を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に係るタンディッシュの内張り用キャスタブルは、前記したように、「アルミナ・シリカ質のタンディッシュの内張り用キャスタブルにおいて、０．３〜５ｍｍ粒度のα−石英を鉱物に含む膨張性骨材を２〜１５質量％、アルミナセメントを４〜１０質量％含有し、かつ、アルミナ超微粉およびシリカ質超微粉を含有し、このうちシリカ質超微粉／アルミナセメント比(質量比)が０．７〜１．５である」ことを特徴としている。
【００１７】
タンディッシュの内張り用キャスタブルは、水冷あるいは空冷時に、冷却収縮による引っ張り応力が生じて亀裂が発生し、この亀裂が背面に伸展して地金差しを引き起こす。
しかし、本発明で添加するα−石英を鉱物に含む膨張性骨材は、その転移膨張により、焼結収縮が低減するだけでなく、残存膨張が付与されることで、冷却収縮による亀裂，亀裂の伸展を抑制することができ、地金差しを抑制することができる。
【００１８】
本発明において、α−石英を鉱物に含む膨張性骨材としては、珪石，珪砂，ろう石などを使用することができ、これらの一種または２種以上添加することができる。そして、α−石英を鉱物に含む膨張性骨材の粒度としては、０．３〜５ｍｍ（より好ましくは１〜４ｍｍ）である。５ｍｍを超えると、膨張が大き過ぎることで、キャスタブルの組織を破壊し、亀裂の原因になり、一方、０．３ｍｍより小さい場合は、残存膨張の付与の効果が小さく好ましくない。
また、α−石英を鉱物に含む膨張性骨材の添加量としては、２〜１５質量％（より好ましくは３〜１０質量％）である。２質量％未満では、残存膨張の付与の効果が小さく、一方、１５質量％を超えると、耐食性が著しく低下し、また、ＭｇＯコーティング材との焼付きが大きくなり好ましくない。
【００１９】
通常、地金除去の際に生じる剥離は、前記したとおり、稼働面から約５０〜８０ｍｍ部位で発生し、その部位の温度としては、約１１００〜１３００℃であることが計算により求められている。この結果から、１５００℃と１２００℃の強度ギャップを低減することが有効であると考えられる。そのためには、シリカ質超微粉／アルミナセメント比(質量比)を「０．７〜１．５」とし、また、α−石英を鉱物に含む膨張性骨材の添加による“微亀裂発生による強度低下の改善”を図るためには、アルミナセメントの量を「４〜１０質量％」とすることが有効である。
【００２０】
本発明において、シリカ質超微粉としては、シリカフラワー，珪石超微粉，溶融石英超微粉，ボールクレーなどを１種または２種以上を使用することができる。また、アルミナセメントとしては、ＣａＯが１０〜３０質量％含有するものが好ましい。
【００２１】
シリカ質超微粉／アルミナセメント比(質量比)としては、０．７〜１．５（より好ましくは０．８〜１．４）である。０．７より小さくなる、あるいは、１．５より大きくなると、稼働面と内部の強度ギャップが大きくなるため、地金除去時の機械的衝撃が内部で応力集中を引き起こし、稼働面と並行な亀裂を発生し、剥離を引き起こすため好ましくない。また、アルミナセメントの量としては、４〜１０質量％（より好ましくは４〜８質量％）である。４質量％より少ないと、強度が小さくなり、地金除去の機械的衝撃により亀裂が発生し易くなるため好ましくない。また、１０質量％を超えると、液相生成量が増え、焼結収縮が大きくなり、亀裂の発生を引き起こすため好ましくない。
【００２２】
本発明では、前記したシリカ質超微粉を添加するが、これ以外に、アルミナ超微粉(７５μｍ以下のアルミナ超微粉)を添加することを特徴としている。このアルミナ超微粉を添加目的は、キャスタブルの“流動性の向上”と、マトリックス部の液相生成量のコントロールによる“過焼結の抑制”のためである。
その添加量としては、８〜２５質量％（より好ましくは１０〜２０質量％）である。８質量％より少ないと、マトリックス中の液相生成量が大きくなり、冷却時の亀裂が発生しやすくなるため好ましくない。また、２５質量％を超えると、微粉の量が多くなりすぎ、施工性が悪くなるため好ましくない。
【００２３】
本発明に係るタンディッシュの内張り用キャスタブルは、「さらにシリマナイト族鉱物の１種または２種以上を添加し、０．２ＭＰａの荷重下における“１５００℃で５時間保持した時のクリープ量”を０．５〜６％とする」ことを特徴としている。シリマナイト族鉱物の添加目的は、残存膨張を付与し、冷却時の収縮亀裂を抑制するためである。
シリマナイト族鉱物としては、シリマナイト，アンダルサイト，カイヤナイトなどを使用することができ、上記のうち、一種または２種以上を使用することができる。このようなシリマナイト族鉱物を添加し、０．２ＭＰａの荷重下で“１５００℃で５時間保持した時のクリープ量”としては、前記したように、０．５〜６％（より好ましくは０．５〜５．５％）である。０．５％より小さいと、材料の膨張を吸収しきれず、迫出し，側壁の倒壊が発生するため好ましくない。また、６％を超えると、稼働面の残存膨張付与の効果が小さくなり、冷却時に亀裂が発生するため好ましくない。
【００２４】
本発明において、シリマナイト族鉱物の粒径としては３ｍｍ以下が好ましい。また、その添加量は、３〜４５質量％が好ましく、より好ましくは５〜４０質量％である。３質量％より少ないと、残存膨張付与の効果が小さく、また、４５質量％を超えると、膨張が大きくなり過ぎ、迫り出しを引き起こすため、好ましくない。
【００２５】
本発明で使用する主原料は、Ａｌ２Ｏ３とＳｉＯ２を主成分としたシャモット、高アルミナ質の通常の高アルミナ質キャスタブルに使われるものであれば、特に問わない。また、同様の材質の“１０〜３５ｍｍ粒度の粗大粒耐火骨材”の添加は、亀裂伸展抑制に効果があり、これを併用することができる。この粗大粒耐火骨材の添加量は５〜３０質量％が好ましい。３０質量％より多いと、施工性に問題があり、５質量％より少ないと、亀裂伸展抑制効果が少ないので好ましくない。
その他、分散剤，硬化調整剤として一般に知られているリン酸塩や有機酸を使用して差し支えない。また、耐熱鋼ファイバーや有機繊維などは、亀裂抑制に効果があり、これを併用することも望ましい。
【実施例】
【００２６】
次に、本発明の実施例を比較例と共に挙げて、本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例１〜８によって限定されるものではない。
【００２７】
（実施例１〜８，比較例１〜５）
表１〜表３に示す配合量（いずれも“質量％”）からなるタンディッシュの内張り用キャスタブルを作製した。
得られた内張り用キャスタブルに対して、「線変化率(1000℃-3ｈ)」(注１)、「曲げ強度比(1500℃/1200℃-3ｈ)」(注２)、「圧縮強度比(1500℃/1200℃-3ｈ)」(注３)および「クリープ量」(注４)を測定し、また、「耐スポーリング性」(注５)を評価し、これらを表１〜３に併記した。
【００２８】
(注１)：「線変化率( 1000℃-3ｈ)」は、１０００℃で３時間焼成した後の線変化率である。
(注２)：「曲げ強度比(1500℃/1200℃-3ｈ)」は、１２００℃で３時間焼成後に対する１５００℃で３時間焼成後の曲げ強度比である。
(注３)：「圧縮強度比(1500℃/1200℃-3ｈ)」は、１２００℃で３時間焼成後に対する１５００℃で３時間焼成後の圧縮強度比である。
(注４)：「クリープ量」は、その測定方法として、試料形状を“４０ｍｍφ×４０ｍｍ”とし、０．２ＭＰａの荷重下にて“１５００℃まで４℃／分”で昇温し、１５００℃に達してから、５時間保持し、保持開始から保持終了までの変形量を測定し、この変化量を「クリープ量」として示した。
(注５)：「耐スポーリング性」は、その試験方法として、試料寸法を並型(２３０×１１４×６５ｍｍ)とし、先端より１０ｍｍを「１５００℃に保持した電気炉に４５分挿入して加熱した後、空冷を１５分」を“１サイクル”とし、これを１５回繰り返した後の「亀裂の発生，伸展の程度」について評価した。そして、この“評価の優劣”としては、優れるものから順に「◎＞○＞△＞×」で示した。
【００２９】
【表１】
2005152908.tif 000002
【００３０】
【表２】
2005152908.tif 000003
【００３１】
【表３】
2005152908.tif 000004
【００３２】
表１〜３に示す「曲げ強度比(1500℃/1200℃-3ｈ)」および「圧縮強度比(1500℃/1200℃-3ｈ)」は、耐剥離性，亀裂抑制の指標として示すものであるが、実機での結果から耐剥離性，亀裂抑制に効果が見られた範囲としては、その強度比が“０．８〜１．３”の範囲に設定することで、剥離が発生しなくなる傾向が認められている。つまり、“０．８”より小さいと、稼働面の組織の脆化が大きくなっていることを示し、冷却や地金除去時の衝撃により稼働面から背面方向への亀裂が発生しやすくなるので好ましくない。また、“１．３”より大きいと、強度の谷間ができていることを示し、稼働面に並行な亀裂が発生しやすく、剥離が発生する可能性が高くなり、好ましくない。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上のように、本発明にあっては、アルミナ・シリカ質キャスタブルにおいて、０．３〜５ｍｍ粒度のα−石英を鉱物に含む膨張性骨材を２〜１５質量％含有し、かつ、シリカ質超微粉／アルミナセメント比(質量比)を０．７〜１．５とし、アルミナセメント量を４〜１０質量％とすることで、亀裂を抑制し、剥離の発生も抑制して、タンディッシュの内張りの耐用性を向上させることができる。
【００３４】
また、本発明にあっては、更にシリマナイト族鉱物の１種または２種以上を添加し、０．２ＭＰａの荷重下にて１５００℃で５時間保持した時のクリープ量を０．５〜６％とすることで、長期にわたり、亀裂の抑制効果を発揮でき、タンディッシュの内張りの耐用性を向上させることができる。
さらに、粗大粒耐火骨材を添加することによって、亀裂の抑制効果をより一層はかることができる。