(57)【要約】      （修正有）【課題】鋼の連続鋳造工程において、連鋳操業の支障となる地金の付着を、有効に抑制し、また鋼の品質に悪影響を与えない注入管の提供。【解決手段】使用済みアルミナ−シリカ−カーボン系耐火物の屑を５〜８０質量％含む鋼の連続鋳造用注入管。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用済みカーボン含有耐火物の屑を５〜８０質量％含むことを特徴とする鋼の連続鋳造用注入管。
【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】
【０００１】  本発明は，鋼の連続鋳造工程に使用される耐火物の注入管に関するものである。
【背景技術と問題点】
【０００２】  鋼の連続鋳造において，取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入に耐火物製の注入管（大径円筒状のもの）（図１）またはロングノズル（小径円筒状のもの）を使うのが一般的である。その材料はいずれも，通常，アルミナ−シリカ−カーボン質，例えば，アルミナ４５〜５５質量％，シリカ１５〜２５質量％，カーボン２０〜３５質量％である。アルミナは注入管の耐食性，カーボンおよびシリカはその耐スポーリング性を確保する役割を果たす。
【０００３】  注入管使用の場合は，タンディッシュ内で溶鋼の短絡流（タンディッシュの中を流れる距離が短い溶鋼の流れ）が発生しにくいため，溶鋼中の大型介在物が浮上しやすく，介在物起因の欠陥が少ない鋳片を得ることができる。しかしながら，注入管は，鋳造中にその内壁に地金の付着が生じやすいという大きな欠点がある。その地金は，耐火物の表面に飛散してきた溶鋼滴がそこで凝固することにより形成される。
【０００４】  例えば，地金は溶鋼の流れを阻害し，連鋳操業の支障となる。また，大きくなっている地金に対して鋳造中（取鍋交換の間）に酸素ガスによる溶断処理を行うが，この処理により地金が酸化鉄になり，溶鋼に落ち込むので，溶鋼が汚染される。地金の量が多いほど，その汚染の程度が大きくなる。なお，地金の重量が注入管の耐えられる重量を超えると，注入管破損・脱落のトラブルが発生する。
【０００５】  したがって，注入管の地金付着を抑制することが重要な技術課題となっている。
【０００６】  注入管内の地金付着を抑制する従来技術については，種々の方法が提案されているが，その問題はまだ解決されていないのが実情である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１５４３５２号公報
【特許文献２】特開２０１３−１７３１４９号公報
【特許文献３】特開平５−２９３６１４号公報
【特許文献４】特開平９−５２１５６号公報
【０００８】  注入管の内壁にカーボンを高く含有する材質（Ｃ：５０〜９７質量％）を適用する方法が，特許文献１および特許文献２によって開示されている。この方法は，地金はその材質中のカーボンと溶け合って低融点の鉄‐カーボン系液体になり，流失していくということを狙うものであるが，次の不足がある。（１）その材質のカーボン含有量が極めて高く，また鉄‐カーボン系のカーボン飽和溶解度が高いので，注入管内壁の損傷が速い。これによって，地金付着防止効果の持続性が低い。（２）内壁の損傷に伴って注入管の肉厚みが薄くなり，強度が低下するので，注入管は自身および地金の重量により破損・脱落する。（３）高カーボン含有の地金が溶鋼に落ち込んで，溶鋼が汚染される（カーボンピックアップ）。（４）内壁のカーボン含有量が極めて高いので，そのカーボンが消失すると他の組成は残存できなくなり，溶鋼中に落ち込んで鋼中の介在物になる。【０００９】  一方，注入管の内壁（貫通孔付き）から溶鋼側へ不活性ガス（アルゴンなど）を吹き込む方法が，特許文献３および特許文献４によって開示されている。しかし，この方法は，次の不足がある。（１）不活性ガスが注入管内壁の全面から発生することはできないので，ガスが出ないところには地金が生じる。（２）そのガスにより冷却され地金の形成が促進されることもあり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】  本発明は，地金の付着を有効に抑制し，また鋼の品質に悪影響を与えない注入管を提供することを目的とした。
【課題を解決するための具体的な手段】
【００１１】  本発明者らは，種々の耐火物を作製して，溶鋼の飛散が存在している条件で耐火物の耐地金付着性を評価する実験を行った。その結果の１つとして，カーボン含有系耐火物では，熱処理した材質の方が耐地金付着性は高いことが判明した。例えば，試料の表面に酸化防止剤を塗布して大気中において１４００℃で３時間加熱し，次に室温まで冷却する条件で熱処理したアルミナ−シリカ−カーボン質（Ａｌ２Ｏ３  ５２，ＳｉＯ２  １８，Ｃ３０質量％）の試料は未熱処理の同材質に比べて，付着した地金の最大厚みが約１／２まで小さくなった。
【００１２】  さらに，溶鋼側とは反対側の試料の背面の温度を測定した結果，熱処理した材質の方が背面の温度は低かった。すなわち，その断熱性が良かった。恐らく，それはその熱処理によって耐火物の組織に無数なマイクロな気孔およびマイクロなキレツが生じたためと推定される。
【００１３】  これらのことから，熱処理した材質の耐地金付着性が高かったのは熱処理によって材質の断熱性が良くなり，飛散してきた溶鋼滴に対しての耐火物の抜熱が小さかったためと推測される。その抜熱が小さい場合は，溶鋼滴がすぐ凝固せずに流れていくと考えられる。
【００１４】  使用済み耐火物は，使用中で熱処理されたことに相当すると考えて，実際に使用されたアルミナ−シリカ−カーボン系耐火物を選別・粉砕し，その屑を利用して耐火物を製作した。この耐火物の耐地金付着性を実験した結果，上述した熱処理した耐火物と同様に，その耐地金付着性は，使用前の耐火物より高かった。
【００１５】  本発明者らは，以上得られた知見を基に本発明を完成した。
【発明を実施するための形態】
【００１６】  本発明の鋼連続鋳造用注入管は，使用済みカーボン含有耐火物の屑を５〜８０質量％含むことを特徴とする。
【００１７】  本発明の鋼連続鋳造用注入管は，使用済みカーボン含有耐火物の屑を５〜８０質量％含むところに特徴がある。
【００１８】  使用済みカーボン含有耐火物の屑を含むことによって，注入管の耐地金付着性が向上する。それは，使用済みカーボン含有耐火物にマイクロな気孔およびマイクロなキレツが生じて，耐火物の断熱性が良くなり，耐火物の抜熱が低下するためと推定される。
【００１９】  その屑の適した配合量は５〜８０質量％であり，より好ましくは１５〜６０質量％以上である。５質量％未満であると，注入管の耐地金付着性の改善効果は小さい。８０質量％を超えると，注入管の強度が不足する恐れがある。
【００２０】  その使用済み耐火物としては，連続鋳造に使用された浸漬ノズル，ロングノズル，ストッパーおよび注入管が良い。これらの耐火物は，屑のカーボン含有量が注入管に接近するため，注入管の練土をより制御しやすく，注入管の耐地金付着性の改善効果がより大きい。
【００２１】  組成的には，アルミナ−カーボン質，アルミナ−シリカ−カーボン質，マグネシア−カーボン質およびジルコニア−カーボン質，またはこれらの材質を２種以上混合したもののいずれでも良い。
【００２２】  使用済み耐火物を回収した後，まず使用中に生じた耐火物表面の付着物（スラグ，地金など）を除去する。次に，それを粉砕，整粒する。このように得られた屑を注入管製造の原料として利用する。
【００２３】  屑の粒度が１０ｍｍ以下，好ましくは５ｍｍ以下である。１０ｍｍを超えると，注入管の組織の均一性が悪化し，使用済み耐火物の屑が存在しておらず，またはその量が少ない部位では耐地金付着性が低下する。
【００２４】  注入管は，「原料の混合・混練→成形→乾燥→焼成または不焼成」の工程により製造する。
【００２５】  所定の配合に従って，各種原料と使用済み耐火物の屑をミキサーにて混合してから，バインダーを添加して混練する。酸化物の原料としては，アルミナ，シリカ，ムライト，マグネシア，スピネルやジルコニアなどを用いることができる。カーボン原料には，黒鉛，カーボンブラック，タール炭やピッチ炭などの公知されているカーボン原料を使用することができる。
【００２６】  バインダーとしては，フェノール樹脂などの有機バインダーおよび水ガラスなどの無機バインダーを使うことができる。屑は，組織的に酸化物の粒およびカーボンなどからなる集合体であり，その中の粒と粒の間がすでに一定の強度で結合している。従って，屑の配合比率が大きくなるにつれて，バインダーの添加量を減らす方向で調整する。
【００２７】  使用済みカーボン含有系耐火物の屑を含む材質は，注入管の溶鋼と接触する表面層のみに適用することができるが，肉厚みの厚い注入管の本体に適用した方がその耐地金付着性の改善効果はより大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】  以下，本発明に関連するいくつかの実施例を説明する。【００２９】  使用済みの浸漬ノズル，ロングノズル，ストッパーおよび注入管を回収し，その表面の付着物を除去した後，粉砕・整粒した。整粒された屑の粒度は５ｍｍ以下で，５０μｍ〜３ｍｍ範囲でのものの比率が７０質量％以上であった。組成的には，アルミナ−カーボン質，アルミナ−シリカ−カーボン質，マグネシア−カーボン質およびジルコニア−カーボン質がある。【００３０】  試料は，「混合・混練→成形→乾燥→加工（不焼成）」の工程でつくられた。
【実施例１】
【００３１】  以下のように，各耐火物の耐地金付着性の評価を行った。【００３２】  図２に示しているように，所定の形状に加工した所定本数の耐火物試料２を内張りとして高周波炉（図示せず）の内壁に用いた。アルゴン雰囲気中で鋼（２０ｋｇ）を溶解し，１６００℃に保持後，炉の底部５からポーラスれんが４を通じて溶鋼３へアルゴンガスを１時間吹き込んだ。このガスバブリング中において，湯面で気泡が破裂した際に溶鋼３がスプラッシュ６となって飛散し，耐火物の表面に地金７が付着する。【００３３】  実験後の試料２を縦方向にて切断し，付着している地金７の厚みを測定した。「各試料の地金最大厚み／基準試料の地金最大厚み」を各試料２の地金付着指数として求めた。地金付着指数の値が小さいほど，耐地金付着性が高くなる。【００３４】  未熱処理のアルミナ（５２％）−シリカ（１８％）−カーボン（３０％）質の試料（表１の試料５）を基準試料とし、各試料２の付着量を指数化した。指数が大きいほど付着量が多い。【００３５】  この実施例１に用いた試料は使用済み耐火物の屑を含まず，熱処理した耐火物と未熱処理の（熱処理をしていない）耐火物との比較である。熱処理条件は，表面に酸化防止剤を塗布して大気中において１４００℃で３時間加熱するものである。【００３６】  実験結果を表１に示す。未熱処理のアルミナ−シリカ−カーボン質（試料５），アルミナ−カーボン質（試料６），マグネシア−カーボン質（試料７）およびジルコニア−カーボン質（試料８）の地金付着指数がそれぞれ１．００，１．１０，１．１７と０．９６であるのに対して，熱処理した同材質の試料（試料１〜４）のそれはそれぞれ０．４６，０．４８，０．５０と０．４４と低く，耐地金付着性が顕著に高かった。【００３７】
【表１】
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【実施例２】
【００３８】  使用済みアルミナ−シリカ−カーボン質耐火物（注入管）の屑を含む耐火物の耐地金付着性の評価実験を行った。屑の組成は試料の最終組成と同じで，いずれもアルミナ５２％，シリカ１８％とカーボン３０％であった。すべての試料は，熱処理しなかった。【００３９】  実験結果を表２に示す。使用済みアルミナ−シリカ−カーボン質耐火物の屑を５〜８０質量％含有している試料は耐地金付着性が高く，また十分な強度を有したが，使用済み耐火物の屑が５質量％未満の試料は耐地金付着性が低く，８０質量％を超える試料は強度が不足した。【００４０】
【表２】
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【実施例３】
【００４１】  浸漬ノズル，ロングノズル，ストッパーおよび注入管の使用済み耐火物の屑およびこれらの混合物を用いた耐火物を評価した。【００４２】  実験結果を表３に示す。使用済み耐火物の屑を添加しなかった比較品８〜１０の地金付着指数が１．０前後であったのに対して，使用済み耐火物の屑を添加した本発明品１０〜１３のそれはその半分以下まで低減した。【００４３】
【表３】
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【実施例４】
【００４４】  本発明品１０の材質を注入管の全体に適用した注入管を実際の連続鋳造に用いた。すなわち，その材質の組成はアルミナ５２％，シリカ１８％とカーボン３０％であるが，使用済み耐火物の屑を５０質量％含んでいた。屑の粒度は５ｍｍ以下で，５０μｍ〜３ｍｍ範囲でのものの比率が８０質量％であった。【００４５】  ８ｃｈの溶鋼（計２４００ｔ）を鋳造した結果，注入管内壁に付着している地金の量が少なく，鋳造を継続しても良い状態であった。これに対して，通常の材質（比較品８）を用いた注入管では，内壁に地金付着が激しく，完全閉塞に近い状態となった。鋳造を継続するには，酸素ガス洗浄処理をしなければならなかった。【００４６】  このように，耐地金付着性について，本発明の材質の優位性が明確である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】  本発明は鋼鋳造時にしばしば発生する注入管内の地金付着を抑制するものであり，鋼業界における利用可能性は極めて高い。
【発明の効果】
【００４８】  本発明の使用済みカーボン含有系耐火物の屑を５〜８０質量％含む材質の注入管の適用によって，鋼の品質に悪影響を与えない条件で注入管の地金付着を有効に抑制することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】鋼の連続鋳造における注入管の使用態様の模式図
【図２】実施例１の試験方法を示す模式図
【符号の説明】
【００５０】１  炉蓋
２  耐火物試料
３  溶鋼
４  ポーラスれんが
５  炉底
６  スプラッシュ
７  地金
８  アルゴンガス
９  取鍋下ノズル
１０  防熱板
１１  タンディッシュ蓋
１２  溶鋼流
１３  地金
１４  注入管
１５  タンディッシュ内の湯面
【図１】
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【図２】
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