(57)【要約】【課題】ＣａＳｉ添加鋼や高酸素鋼の鋳造用のスライディングノズル装置であって、耐食性が向上するとともに耐スポーリング性も良好で、耐用が長いスライディングノズル装置用プレートを提供する。【解決手段】スライディングノズル装置用プレートを、アルミナを９２〜３０質量％、クロミアを５〜５０質量％、ジルコニアを１０質量％以下を含むとともに、アルミナ、クロミア及びジルコニアの合計量が９０質量％以上の組成を有するように構成する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナを９２〜３０質量％、クロミアを５〜５０質量％、ジルコニアを１０質量％以下を含むとともに、アルミナ、クロミア及びジルコニアの合計量が９０質量％以上の組成を有することを特徴とするスライディングノズル装置用プレート。
【請求項２】
アルミナを９２〜３０質量％、クロミアを５〜５０質量％を含むとともに、アルミナ及びクロミアの合計量が９０質量％以上の組成を有することを特徴とするスライディングノズル装置用プレート。
【請求項３】
焼成にて形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスライディングノズル装置用プレート。
【請求項４】
不焼成にて形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスライディングノズル装置用プレート。
【請求項５】
ピッチ含浸されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスライディングノズル装置用プレート。
【請求項６】
コーキングされていることを特徴とする請求項５に記載のスライディングノズル装置用プレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐食性と耐スポーリング性に優れたスライディングノズル装置用プレートに関し、特に、ＣａＳｉ添加鋼や高酸素鋼を流量制御するスライディングノズル装置用プレートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スライディングノズル装置は、取鍋や連続鍛造のタンディッシュに設けられるとともに上部、下部のノズルと両ノズル間に配置されたプレートの３つの部分からなり、摺動プレートが直線摺動或いは回転摺動により、溶融金属の流量制御を行う装置として使用されている。特に、スライディングノズル装置は鉄鋼業において、溶鋼の流量制御装置として使用されている。
【０００３】
上記のプレートは、従来は、ハイアルミナ質、アルミナ−Ｃ（カーボン）質、アルミナ−ジルコニア−Ｃ質、マグネシア質、マグネシア−スピネル質、或いはジルコニア質の耐火物で形成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、ＣａＳｉ添加鋼や高酸素鋼を鋳造する際、ハイアルミナ質、アルミナ−Ｃ質、アルミナ−ジルコニア−Ｃ質のプレートは鋼中ＣａＳｉの酸化により生成するＣａＯ，ＳｉＯ２とプレート中のアルミナ、ジルコニア、シリカ等とが反応して低融点化合物が生成し溶失する問題がある。
【０００５】
又、プレート中のＣは鋼中酸素により酸化されるため、組織が脆弱化して、摩耗損傷する問題がある。又、ＣａＳｉ添加鋼は一般のキルド鋼に比べて鋳造温度が高く、上記反応が加速され、溶損が大きい問題がある。従って、特にノズル孔の拡大、溶損が異常に大きく、これがネックとなって耐用が低い問題がある。
【０００６】
一方、マグネシア質、マグネシア−スピネル質、及びジルコニア質は融点が高く、従って、耐食性が高いため、溶損は少なくなり上記のような問題はない。しかし、マグネシア質、マグネシア−スピネル質、及びジルコニア質はいずれも熱膨張が大きく耐スポーリング性に劣るために、プレートの亀裂やノズル孔エッチ部の欠け等による異常溶損が多く耐用が安定せず、時として漏鋼事故も発生する。加えて、ジルコニア質は価格が高く、高コストとなる問題がある。
【０００７】
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、ＣａＳｉ添加鋼や高酸素鋼の鋳造用のスライディングノズル装置であって、耐食性が向上するとともに耐スポーリング性も良好で、耐用が長いスライディングノズル装置用プレートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明は、アルミナを９２〜３０質量％、クロミアを５〜５０質量％、ジルコニアを１０質量％以下を含むとともに、アルミナ、クロミア及びジルコニアの合計量が９０質量％以上の組成を有することを特徴とするスライディングノズル装置用プレートを要旨とするものである。
【０００９】
ここで、クロミア（Ｃｒ２Ｏ３）は、酸化雰囲気下で化学的に極めて安定で、鋼中ＣａＳｉの酸化により生成するＣａＯ，ＳｉＯ２に対しても低融点の化合物を作らず、又、スラグとの反応も少なく、従って、耐食性が高い。
【００１０】
又、クロミアはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）に比較して融点が高く、耐食性に富む。従って、アルミナにクロミアを添加することによりプレート全体の耐火性が向上すると同時に、ＣａＯ，ＳｉＯ２、その他スラグ成分に対するアルミナの反応性も抑制され、耐食性が向上する。
【００１１】
アルミナ−クロミア−ジルコニア質は、ハイアルミナ質、アルミナ−ジルコニア−Ｃ質に比べ熱膨張はやや大きくなるが、マグネシア質、マグネシア−スピネル質、ジルコニア質に比べると、熱膨張が小さく、耐スポーリング性に優れる。従って、耐食性、耐スポーリング性ともに良好で、耐用が長い。
【００１２】
ジルコニアを１０質量％以下を添加することにより、粒子間に微小なクラックを多く生じ熱応力を吸収する。従って、このアルミナ、クロミア及びジルコニアの化学成分範囲において、耐熱スポーリング性が向上する。
【００１３】
特に、クロミア成分を多くする場合には、それに併せてジルコニア成分も多くすると、ジルコニア成分を入れない場合よりも耐スポーリング性を向上することができる。
又、本発明は、アルミナを９２〜３０質量％、クロミアを５〜５０質量％を含むとともに、アルミナ及びクロミアの合計量が９０質量％以上の組成を有することを特徴とするスライディングノズル装置用プレートを要旨とするものである。
【００１４】
アルミナ−クロミア質は、ハイアルミナ質、アルミナ−ジルコニア−Ｃ質に比べ熱膨張はやや大きくなるが、マグネシア質、マグネシア−スピネル質、ジルコニア質に比べると、熱膨張が小さく、耐スポーリング性に優れる。従って、耐食性、耐スポーリング性ともに良好で、耐用が長い。
【００１５】
この場合、スライディングノズル装置用プレートは、焼成にて形成されている。焼成する場合は、上記アルミナ、クロミア、ジルコニアの原料又はアルミナ、クロミアの原料を上記割合で混合し、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂からなる有機バインダーを添加して、混練、成型、乾燥後、温度域が１４００〜１７００℃の酸化焼成で熱処理される。  又、この場合、焼成により形成されたスライディングノズル装置用プレートは、ピッチ含浸されていてもよい。ピッチ含浸処理が行われることによりスライディングノズル装置用プレートの強度、耐食性、耐摩耗性等の改善による耐用性の改善が行われる。
【００１６】
又、この場合、スライディングノズル装置用プレートは、コーキングされていてもよい。このコーキング処理は、８００℃以下の低温で再度熱処理してピッチの揮発成分の一部を取り除く処理である。
【００１７】
又、スライディングノズル装置用プレートは、不焼成にて形成されていてもよい。
この場合、上記アルミナ、クロミア、ジルコニア、又はアルミナ、クロミアが上記割合で混合され、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂からなる有機バインダーが添加されて、混練、成型後、温度域が１５０〜５００℃で乾燥される。
【００１８】
又、この場合、不焼成のスライディングノズル装置用プレートは、ピッチ含浸されていてもよい。ピッチ含浸処理が行われることによりスライディングノズル装置用プレートの強度、耐食性、耐摩耗性等の改善による耐用性の改善が行われる。
【００１９】
又、この場合、スライディングノズル装置用プレートは、前述のようにコーキング処理されていてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ＣａＳｉ添加鋼や高酸素鋼の鋳造の流量制御を行うスライディングノズル装置用のプレートにおいて、耐食性が向上するとともに耐スポーリング性も良好で、耐用を長くすることができる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を説明する。
本発明のスライディングノズル装置用プレートは、アルミナ、クロミア、ジルコニアを主成分とする原料（又はアルミナとクロミアを主成分とする原料）、及びバインダーからなる成型体を焼成することにより、或いは不焼成することにより得られるれんがをベースとしている。
【００２２】
又、本発明では、スライディングノズル装置用プレートの耐火性骨材として、アルミナ、クロミア、ジルコニアを主成分とするものを用いることにより、ＣａＳｉ添加鋼や、高酸素鋼の浸食性のある鋼種に対しても十分な耐食性を付与することができる。そのためには、アルミナを９２〜３０質量％を含むとともに、クロミア（Ｃｒ２Ｏ３）を５〜５０質量％含み、ジルコニアを１０質量％以下含み、三者の合計量が９０質量％以上の組成を有することが好ましい。三者の合計量が９０質量％以上あると、良好な耐食性及び耐スポーリング性の両性質を同時に得ることが可能となる。
【００２３】
アルミナが３０質量％未満では、上記の浸食性のある鋼種に対して耐スポーリング性を付与することが難しくなり、９２質量％を越えると耐食性の向上が見られない。
クロミアは５質量％未満では耐食性が劣化し、５０質量％を越えると耐食性の向上はなくなるとともに、耐スポーリング性が劣化する。
【００２４】
又、ジルコニア（ＺｒＯ２）を含むことにより、粒子間に微小なクラックを多く生じ熱応力を吸収する。したがって、このアルミナ、クロミア及びジルコニアの化学成分範囲において、耐熱スポーリング性が向上する。
【００２５】
又、プレートの耐火性骨材として、アルミナ、クロミアを主成分としても十分な耐食性を付与することができる。そのためには、アルミナを９２〜３０質量％を含むとともに、クロミアを５〜３０質量％含み、両者の合計量が９０質量％以上の組成を有することが好ましい。両者の合計量が９０質量％以上あると、耐食性及び耐スポーリング性の両性質を同時に得ることが可能となる。
【００２６】
アルミナ、クロミアを主成分とした場合にも、アルミナが３０質量％未満では、耐スポーリング性を付与することが難しくなり、９２質量％を越えると耐食性の向上が見られない。
【００２７】
アルミナ、クロミアを主成分とした場合にも、クロミアは５質量％未満では耐食性が劣化し、５０質量％を越えると耐食性の向上はなくなるとともに、耐スポーリング性が劣化する。  アルミナの原料は、Ａｌ２Ｏ３が９０数％以上の電融アルミナや焼結アルミナを挙げることができる。
【００２８】
又、クロミアの原料は、酸化クロム、クロミアとアルミナの共晶物を挙げることができる。又、ジルコニアの原料としては、ジルコニア−ムライトや、アルミナ−ジルコニア、ジルコニアを挙げることができる。
【００２９】
本実施形態のスライディングノズル装置用プレートの製造は、下記のようにして行う。
アルミナ、クロミア、及びジルコニアの原料（又はアルミナ及びクロミアの原料）を、上述した所定の割合で配合して混合物とする。なお、前記各原料は通常の耐火れんがの製造と同様にして粒度調整を行い、粗粒と中間粒と微粉の配合割合を適切に配合する。この混合物に適宜量の有機バインダーを添加してミキサーで混練したのち、金型によるプレス成型によってプレートの形状に成型する。成型時のプレス圧は５００〜１０００ｋｇｆ／ｃｍ2で行われる。このようにして得られた成型物を８０〜１００℃で１日〜２日間乾燥した後、１５００〜１７００℃で５〜１０時間焼成する。
【００３０】
そして、ピッチ含浸処理が行われ、コーキング処理を８００℃以下の低温度で再度熱処理してピッチの揮発成分の一部を取り除く。そして、スライディングノズル装置のノズル孔に連通可能な孔の孔開け加工及び研磨を行い、バンド巻きしてスライディングノズル装置用プレートを得る。
【００３１】
なお、不焼成でスライディングノズル装置用プレートを製造する場合は、下記のように行う。
アルミナ、クロミア、及びジルコニアの原料（又はアルミナ及びクロミナの原料）を、上述した所定の割合で配合して混合物とする。なお、前記各原料は通常の耐火れんがの製造と同様にして粒度調整を行い、粗粒と中間粒と微粉の配合割合を適切に配合する。この混合物に適宜量の有機バインダーを添加してミキサーで混練したのち、金型によるプレス成型によってプレートの形状に成型する。成型時のプレス圧は５００〜１０００ｋｇｆ／ｃｍ2で行われる。このようにして得られた成型物を８０〜１００℃で１日〜２日間乾燥した後、１５０〜５００℃で乾燥する。
【００３２】
そして、ピッチ含浸処理が行われ、コーキング処理を８００℃以下の低温度で再度熱処理してピッチの揮発成分の一部を取り除く。そして、スライディングノズル装置のノズル孔に連通可能な孔の孔開け加工及び研磨を行い、バンド巻きしてスライディングノズル装置用プレートを得る。
【００３３】
（試験）
以下に、実施例１〜７と比較例１〜６を挙げて説明する。
実施例１〜７及び比較例１〜６は、いずれも表１又は下記で説明する割合で配合し、ミキサーで混練し、オイルプレスにて１１６×６０×６５（ｍｍ）の断面等脚台形状にし、１００℃で２４時間乾燥後、１５００℃で５時間焼成することによって、後述する試験のための試験試料をつくった。これらの試験試料の評価を表１に示す。
【００３４】
【表１】
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なお、表１中、比較例１は、アルミナ−ジルコニア−Ｃ質（化学成分（質量％）：Ａｌ２Ｏ３  ７７質量％、ＺｒＯ２  ９質量％、ＳｉＯ２  ２質量％、Ｃ  ５質量％、その他  ７質量％）で形成された従来品である。比較例２は、マグネシア−スピネル質（化学成分（質量％）：ＭｇＯ  ８４質量％、Ａｌ２Ｏ３  １５質量％、その他  １質量％）で形成された従来品である。
【００３５】
又、表１中、その他は、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２等である。
（浸食試験及び耐スポーリング性の測定）
そして、試験試料の８個を上底側の矩形面の８面で八角柱状の凹部を形成するように組み合わせて固定し外観が八角柱状の試験体を構成して回転浸食試験を行った。なお、回転浸食試験装置は公知であるので、回転浸食試験の概略を説明する。すなわち、該試験体を横に倒した状態で、且つ、該試験体が底面に垂直な軸を中心として回転装置により一定方向に回転する状態にし、該試験体の凹部内にＣａＳｉ添加鋼を装入し、酸素バーナーを用いて１６００℃で４時間回転させた。４時間経過後、前記試験体を各試験試料ごとにバラし、試験試料を、ＣａＳｉ添加鋼が接触した面に直交して切断した。次に、ＣａＳｉ添加鋼が接触した面のＣａＳｉ添加鋼による浸食部の浸食度合いを評価した。
【００３６】
耐食性の評価は、×、△、○、◎とした。
×は溶損量が9mm以上の場合、△は溶損量が７〜８mmの場合、○は溶損量が４〜５mmの場合、◎は溶損量が３mm以下の場合である。
【００３７】
なお、一般的に、テーブルテストを行う場合、溶損量７〜８mmの場合、耐食性は良好とされ、実炉においても使用できる試料とされている。又、溶損量が9mm以上あった試料は、耐食性がなく、実炉には向かないとの評価が行われる。従って、△、○、◎の評価がされた試料が耐食性が良好とされる。なお、表１の耐食性の評価では、説明の便宜上、良好の評価を△、○、◎で、ランク付けをし、この順に左から右に行くほど良好のランクが上がっている。
【００３８】
一方、耐スポーリング性の評価は、前記試験試料の割れの状態を、目視で評価した。耐スポーリング性の評価は、×、△、○、◎とした。
×は亀裂２本以上の場合、△は亀裂１本場合、○は微亀裂の場合、◎は亀裂無しの場合である。なお、一般的に、テーブルテストを行う場合、亀裂１本が入った試料があった場合、耐スポーリング性は良好とされ、実炉においても使用できる試料とされている。又、亀裂２本以上あった試料は、耐スポーリング性がなく、実炉には向かないとの評価が行われる。従って、△、○、◎の評価がされた試料が耐スポーリング性が良好とされる。なお、表１の耐スポーリング性の評価では、説明の便宜上、良好の評価を△、○、◎で、ランク付けをし、この順に左から右に行くほど良好のランクが上がっている。  総合評価は、耐食性、耐スポーリング性の少なくともいずれか一方の評価が×の場合を×とし、いずれか一方が△又は○で、他方が△又は○の場合を○とし、いずれか一方が◎で、他方が○又は◎の場合を◎とした。総合評価では、○と◎が、耐食性、耐スポーリング性がともに良好である旨を表している。
【００３９】
表１に示すように、実施例１，２は、ジルコニアを含まない例であるが、アルミナ９２質量％、クロミア５質量％において、耐食性、耐スポーリング性がともに良好であることが分かる。又、実施例２〜７はアルミナの配合率を徐々に減らし、その代わりに、クロミアやジルコニアを徐々にその配合率を増やすようにしている。これらの実施例においてもいずれも耐食性、耐スポーリング性が良好であることが分かる。
【００４０】
（耐用試験）
次に耐用試験を行った。耐用試験は、３００ｔの取鍋に使用されるスライディングノズル装置用プレートを従来品（比較例１、比較例２）と、実施例１〜７に示した配合割合で作成した。このプレートを図１に示す注湯系ノズルＮを構成するスライディングノズル装置に組み込みして、どれだけのチャージ回数（ＣＨ）で交換が必要かを試験した。
【００４１】
なお、図１に示す注湯系ノズルＮの構成を簡単に説明する。
注湯系ノズルＮは、取鍋Ｌの底部の開口部Ｌａに挿入されるとともに羽口レンガ４０の内孔４１に対して固定された上部ノズル１０と、上部ノズル１０の下端開口側に流入口側が接続するスライディングノズル装置２０と、スライディングノズル装置２０の流出口側に流入口側が接続する下部ノズル３０を有する。
【００４２】
又、スライディングノズル装置２０は、取鍋Ｌの底部下面に対して金枠２３を介して取り付けされた上プレート２１と、該上プレート２１に対して密接された下プレート２２とを有する。該上プレート２１及び下プレート２２が、前記スライディングノズル装置用プレートとして前述した成分の配合割合で形成されている。
【００４３】
そして、スライディングノズル装置２０は、下プレート２２が水平方向に摺動されて流出孔２１ａ，２２ａを連通させる開放位置（図１参照）と、図示はしないが流出孔２１ａ，２２ａ間を遮断する閉鎖位置に位置することが可能とされている。そして、下プレート２２が開放位置に位置することにより各流出孔２１ａ、２２ａが連通されて溶鋼の流路を形成することができる。下部ノズル３０は、耐火レンガから形成されており、前記下プレート２２に一体に取付けされている。そして、下部ノズル３０は下プレート２２の流出孔２２ａと同軸に設けられた流出孔３０ａを有している。そして、下部ノズル３０は下プレート２２が移動した際には、下プレート２２と一体に移動する。
【００４４】
上記スライディングノズル装置２０を含む注湯系ノズルＮでは、鋳造時に下部ノズル３０が図１の開放位置に位置すると、取鍋Ｌから高温（溶鋼の場合、１６３０℃）の金属の溶湯が上部ノズル１０、スライディングノズル装置２０、下部ノズル３０及びロングノズルを介してタンデッシュ（ともに図示しない）に注がれる。
【００４５】
上記のような注湯系ノズルＮを構成した上で、各例毎に１０本試験して、そのチャージ回数を測定した。なお、溶鋼は、本試験では、高酸素鋼を使用した。
その結果、従来品である比較例１（アルミナ−ジルコニア−Ｃ質）では、２〜３ＣＨで、交換する必要が生じた。なお、比較例１のチャージ回数は安定したものであった。
【００４６】
比較例２（マグネシア−スピネル質）では、チャージ回数は３〜５ＣＨとなって、不安定であり、事故の頻度が高くなる虞があった。
それに対して、実施例１〜７は交換までのチャージ回数は４〜５ＣＨであり、いずれの実施例もチャージ回数が安定していた。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】注湯系ノズルＮの断面図。
【符号の説明】
【００４８】
Ｎ…注湯系ノズル、２０…スライディングノズル装置、
２１…上プレート、２２…下プレート。
【図１】
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