(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒径１〜５ｍｍの電融アルミナ２０〜５０重量％と、平均粒径５μｍ以下の仮焼アルミナ１０〜３０重量％と、残部が粒径１ｍｍ未満の耐火原料粉末からなる配合物に、有機バインダーを添加して混練し、成形後、還元雰囲気下で焼成したスライディングノズル装置用プレートれんが。
【請求項２】
前記残部の粒径１ｍｍ未満の耐火原料粉末が、ジルコニ
ア１〜１０重量％と、金属粉１〜７重量％と、炭素粉０．５〜１０重量％と、電
融アルミナ及び／または焼結アルミナ１０〜４０重量％である請求項１に記載のスライディングノズル装置用プレートれんが。
【請求項３】
仮焼アルミナと、電融アルミナと、焼結アルミナのそれぞれのＡｌ2Ｏ3量が９５重量％以上である請求項２に記載のスライディングノズル装置用プレートれんが。
【請求項４】
配合物中の全ＳｉＯ2含有量が１重量％以下である請求項１から請求項３のいずれかに記載のスライディングノズル装置用プレートれんが。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は溶融金属の流量制御のためのスライディングノズル装置に使用されるプレートれんがに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このスライディングノズル装置は、複数のプレートれんがを重ねた状態で摺動することでノズル孔を開閉することによって溶融金属の流量を制御するものである。
【０００３】
このようなスライディングノズル装置の使用時には、プレートれんがは予熱されることなく１６００℃前後の高温の溶鋼が繰り返し通過する。したがって、プレートれんがには耐熱性、耐熱衝撃性、耐食性、耐摩耗性等が要求される。
【０００４】
この要求特性をみたすプレートれんがの耐火原料として、アルミナ質原料をベースに、カーボン、ジルコニア、金属粉等を使用したアルミナカーボン系材質が一般的に使用されている。
【０００５】
そして、このプレートれんがは、その熱処理条件によって結合状態が異なる焼成タイプと不焼成タイプに分けられる。焼成タイプのものは１０００℃以上の温度で焼成したもので、カーボンボンドを主な結合形態とするもので、不焼成タイプのものは、有機バインダーによる高分子結合がボンドの中心である。そのため、焼成タイプは高強度であるために一般に強度が要求される大型プレートで使用され、不焼成タイプは低強度ではあるが低コストというメリットがあり、主として小型のプレートとして使用されている。
【０００６】
上記、焼成タイプのプレートれんがとしては、例えば、特開平６−２０６７５９号公報に、焼結アルミナ、電融アルミナ、仮焼アルミナ、金属粉及びカーボン粉末を使用したものが開示されている。
【０００７】
ところが、このようにアルミナ質原料を主体としたものは、アルミナの熱膨張が比較的大きいため耐熱衝撃性に劣るという問題がある。これを改善するために、アルミナ質原料の一部をジルコニアムライト原料あるいはアルミナジルコニア原料に置換することが特開昭６２−４６９５１号公報に開示されている。
【０００８】
しかしながら、アルミナ質原料の置換材としてのジルコニアムライトはシリカ成分が含まれるために耐食性が低下し、また、アルミナジルコニアを使用すると、耐食性を低下することなく耐熱衝撃性も向上することができるが、原料が高価であること、焼成時にジルコニアの熱膨張に起因して亀裂が入りやすくなることなどの問題がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、アルミナ系材質からなるプレートれんがの耐食性と耐熱衝撃性を、ジルコニアムライトやアルミナジルコニアを使用することなく改善することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、プレートれんがの原料構成において、粗粒領域に電融アルミナを使用し、マトリックス部に平均粒径５μｍ以下の仮焼アルミナを多めに使用し、焼成した場合には、従来のアルミナ質原料を使用したプレートれんがよりもさらに耐スポーリング性に優れたプレートれんがが得られるという知見にもとづいて完成した。粗粒領域に電融アルミナを使用し、マトリックス部を仮焼アルミナを多く含む緻密な組織とすることで、焼成時に粗粒とマトリックスとの反応による過焼結を抑制し、粗粒表面とマトリックスとの界面に強固な結合層を作らずに小さな空隙が形成されるものと推定される。従って、この空隙により弾性率が下がり、しかも組織中に応力が発生してもこの空隙でその応力を吸収することができるので、耐熱衝撃性に優れたものが得られると考えられる。
【００１１】
すなわち、本発明のスライディングノズル装置用プレートれんがは、粒径１〜５ｍｍの電融アルミナ２０〜５０重量％と、平均粒径５μｍ以下の仮焼アルミナ１０〜３０重量％と、残部が粒径１ｍｍ未満の耐火原料粉末からなる配合物に有機バインダーを添加して混練し、成形後、還元雰囲気下で焼成したものであることを特徴とする。
【００１２】
本発明に使用する粒径１〜５ｍｍの電融アルミナは、通常一般に市販されている電融アルミナが使用できる。この粒度の上限は、製造するプレートれんがの形状によって決まり、通常は３ｍｍまでで、比較的大きなプレートれんがでは５ｍｍまでが好ましい。粒径が１ｍｍ未満の場合には、空隙の形成が不十分で弾性率が高くなり、耐熱衝撃性が高くなる。粒径１〜５ｍｍの電融アルミナは、２０〜５０重量％使用する。２０重量％未満では、耐熱衝撃性向上効果が不十分であり、５０重量％を越えると粗粒が多くなりすぎるため、緻密な組織が得られず低強度になってしまう。
【００１３】
この電融原料の代わりに一般に使用されている焼結アルミナを使用すると、耐熱衝撃性が低下するために好ましくない。これは、焼結アルミナの表面が電融アルミナの表面より活性が高く、マトリックスと反応し結合しやすくなるためと推定される。
【００１４】
また、仮焼アルミナを多く使用すると、組織が緻密となり高弾性率化するため耐熱衝撃性は低下傾向となる。この対策として、マトリックス部にジルコニアを少量添加するとよい。すなわち、マトリックス全体の熱膨張率を低下させるとともに、ジルコニア特有の熱間での熱膨張挙動により、粗粒部に使用された電融アルミナ原料との間に膨張差が生じ、粒界にマイクロクラックが発生するため組織中の応力抑制がより一層効果的となる。
【００１５】
平均粒径５μｍ以下の仮焼アルミナとは、比表面積が大きく、反応性の高いアルミナであり、易焼結性アルミナとも呼ばれることもあるが、一般に市販されているものが使用できる。この仮焼アルミナは平均粒径５μｍ以下で効果が顕著で、５μｍを越えると、反応性が低いために組織が緻密化しにくく低強度になる。
粒径１ｍｍ未満の耐火原料粉末として、プレートれんがに一般的に使用されている原料が使用できるが、さらに耐食性を向上するにはジルコニア１〜１０重量％と、金属粉１〜７重量％と、炭素粉０．５〜１０重量％と、電融アルミナ及び／または焼結アルミナを１０〜４０重量％とを使用することができる。
【００１６】
ジルコニアは、マトリックスの熱膨張率を低下させると同時に、その膨張特性により、粗粒として使用している電融アルミナの粒界にマイクロクラックを発生させて、応力を吸収するために使用する。ジルコニアは、少量の使用で良く１〜１０重量％で十分である。１重量％未満では、マイクロクラックの発生が不十分であり、１０重量％を越えるとマイクロクラックが発生しすぎて亀裂が発生することがある。このジルコニア原料は、未安定ジルコニア、部分安定化ジルコニア、安定化ジルコニアのいずれも使用することができる。また、天然原料、電融原料、焼結原料等特に制限することなく使用することができるが、価格の面からは天然原料が使用しやすく十分な効果が得られる。
【００１７】
金属粉としては、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ等の単独使用あるいは併用、または、合金として使用することができる。この金属粉は、組織の強度向上や酸化防止等の良く知られている目的で使用する。添加量は１〜７重量％が好ましい。１重量％未満では酸化防止効果が、不十分であり、７重量％を越えると亀裂が発生しやすくなる。
【００１８】
炭素粉は、スラグに対する耐食性向上や耐スポーリング性を向上するために使用し、カーボンブラック、コークス粉、電極屑、黒鉛、ピッチ粉等の１種または２種以上が使用できる。炭素粉の使用量は０．５〜１０重量％である。０．５重量％未満では効果が不十分であり、１０重量％を越えると、使用時の炭素粉の酸化により組織が劣化する。
【００１９】
また、粒径１ｍｍ以下の部分には、耐食性に優れる電融アルミナや焼結アルミナを主体に使用することが好ましい。添加量は１０〜４０重量％が好ましく、１０重量％以下では十分な耐食性が得られず、４０重量％を越えると１ｍｍ以下の微粉が多すぎて耐スポーリング性が低下してしまう。
【００２０】
さらに、使用するアルミナ原料のＡｌ2Ｏ3原料の純度を高めることで、マトリックス部と粗粒電融アルミナ表面との反応を抑制できる。すなわち、使用する電融アルミナと、焼結アルミナと、仮焼アルミナのそれぞれのＡｌ2Ｏ3含有率が９５重量％以上であると耐食性に優れたものになる。
【００２１】
また、マトリックスを構成する１ｍｍ未満の微粉部からＳｉＯ2成分を含む原料を排除すると、マトリックスの先行溶損を抑制すると同時に、電融アルミナとマトリックス部との反応を抑制するため、耐熱衝撃性が向上する。従って、使用する配合物中のＳｉＯ2含有量は１重量％以下であることが好ましい。
【００２２】
また、これらの原料にさらに、酸化防止のために炭化硼素等を０．５〜２重量％添加するか、あるいは低膨張率化を目的として炭化珪素等を１〜１０重量％添加しても特に差し支えない。
【００２３】
上記の耐火材の原料粉末配合物にフェノール樹脂等の有機バインダーを添加し、混練し、成形後還元焼成するという通常のプレートれんがの製法により、本発明のプレートれんがを製造することができる。その温度はカーボンボンドが生成される８００℃以上が望ましい。また、焼成後、ピッチを含浸しても良い。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、実施例に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００２５】
表１及び表２に本発明の実施例をその配合組成（重量％）と得られたれんがの特性とともに示す。表３及び表４に比較例を示す。
【００２６】
【表１】
0004234804.tif 000002
【表２】
0004234804.tif 000003
【表３】
0004234804.tif 000004
【表４】
0004234804.tif 000005
上記各表において、電融アルミナとしてはＡｌ2Ｏ3含有率９９重量％、仮焼アルミナはＡｌ2Ｏ3含有率９９重量％で平均粒径２μｍのものを使用した。
【００２７】
また、金属シリコンは粒度０．１ｍｍ以下、未安定ジルコニアはジルコニア含有率９０重量％以上の天然産バデライトで粒度０．２ｍｍ以下、炭化珪素は０．５ｍｍ以下のものを使用した。
【００２８】
また、ジルコニアムライト（以下ＺＭと称す）としては、ジルコニア３７重量％、アルミナ４６重量％、シリカ１７重量％の電融原料を、アルミナジルコニア（以下ＡＺと称す）としては、ジルコニア４０重量％、アルミナ６０重量％の電融原料を使用した。
【００２９】
表１〜４に示す配合割合で混練後、プレートれんがを成形し、乾燥後、１４００℃で焼成し、焼成後、物理的性質を測定した。
【００３０】
スポーリングテストは、プレートれんがから４０×４０×１８０ｍｍのサンプルを切り出して、１６００℃の溶銑中に３分間浸漬後取り出して水冷する操作を５回繰り返し、サンプルの亀裂及び剥落より耐熱衝撃性を評価した。耐食性試験は、プレートれんがから９０×８０×３０ｍｍのサンプルを切り出して、高周波誘導加熱炉を使用して内張り浸食試験を行った。この試験条件は、酸化鉄粉とＳＳ４１を用い、１６００℃の条件で３時間試験を行い溶損によるサンプルの減寸量を測定し、耐食性を評価した。この結果を、比較例５の減寸量を１００として指数で表示した。表中の耐食性指数がそれに当たり、数値が小さいほど耐食性が高いことを示す。
【００３１】
実施例１〜６および実施例１４〜２０は、電融アルミナ３−１ｍｍの使用量が異なるものであるが、比較例５の焼結アルミナを使用したものや、比較例８の焼結アルミナと電融アルミナを併用使用したものと比べて、弾性率が低く、またスポーリングテストも良好であり、耐熱衝撃性にすぐれていることがわかる。
【００３２】
また、比較例６は粗粒にＺＭを使用し、比較例９は粗粒にＺＭと電融アルミナを併用したものであるが、耐食性指数がそれぞれ１３５と１１８であり、本発明の実施例３より耐食性が低い。
【００３３】
さらに、粗粒部にＡＺ原料を使用した比較例７と併用使用した比較例１０は、耐食性、耐熱衝撃性とも実施例３とほぼ同等である。しかしながら、比較例７においては、焼成後５個のプレートれんがのうち１個に実使用に問題のある亀裂が発生している。
【００３４】
実施例３は、従来のＡＺ原料を使用したプレートれんがと、耐食性と耐熱衝撃性においては同等の性能を有しており、しかも製造時の亀裂の審判がなく歩留まりが優れていることがわかる。
【００３５】
実施例７は、電融アルミナの５−１ｍｍを使用したものであるが、耐熱衝撃性、耐食性ともに良好である。
【００３６】
比較例１および１１、１３は、電融アルミナ３−１ｍｍが１５重量％と少ないため、耐熱衝撃性に劣り、比較例２および１２、１４は電融アルミナ３−１ｍｍが５５重量％と多いため、強度が不十分である。
【００３７】
実施例８〜１２は仮焼アルミナの使用量が異なるものであるが、いずれも良好な強度、耐熱衝撃性、耐食性を示す。これに対して、比較例３は仮焼アルミナが５％と少なすぎるために低強度となり、比較例４は仮焼アルミナが３５％と多すぎるために耐熱衝撃性に劣っている。
【００３８】
実施例２及び比較例５の配合を使用してプレートれんがを製造し、各１０セットを実際の取鍋で使用した。実施例２の配合を使用したものは、平均４．７回使用できたが、比較例５は使用中に亀裂が発生し、平均３．９回の使用であるに過ぎなかった。
【００３９】
【発明の効果】
プレートれんがの原料構成において、粗粒領域に電融アルミナを使用し、マトリックス部に平均粒径５μｍ以下の仮焼アルミナを多量に使用し、焼成することで従来のアルミナ質原料を使用したものよりもさらに耐スポーリング性に優れたプレートれんがが得られる。
【００４０】
また、電融アルミナとマトリックス部との反応を抑制するために、マトリックスを構成する１ｍｍ未満の微粉部にはＳｉＯ2成分を含む原料を排除したり、使用するアルミナ原料のＡｌ2Ｏ3の純度を高めることで、マトリックス部と粗粒電融アルミナ表面との反応を抑制し、さらに耐スポーリング性と耐食性を向上することができる。