連続鋳造用耐火物（1980 年代～現在）

溶鋼を連続的に鋼片に固める連続鋳造法においては，溶鋼を注入するノズルやその流量を制御するスライドプレートに主に Al2O3-C 質の耐火物が使用される．連続鋳造用耐火物はその安定性が鋳造工程の生産性に直結するうえ鋼製品の品質に大きく影響するた
Key-words：鉄鋼， 連続鋳造，ロングノズル，スライドプレート，浸漬ノズル

め，連続鋳造技術の発展と共に材料的にも機能的にも進歩してきた．ロングノズルや浸漬ノズルといった断気鋳造用ノズルでは耐熱衝撃性が重視され，鱗状黒鉛を 25～30％配合されたアルミナ・黒鉛材料を CIP 成形し，還元焼成によってカーボンボンド化した製品が使用される．スライドプレートでは面精度が重要であり，微細カーボンを用いた低カーボン組成の Al2O3-C 材料を金型プレス成形し，還元焼成による Si の SiC 化等で高強度化させた材料がピッチ含浸処理して使用される．連続鋳造用耐火物では ZrO2 成分も重要であり，浸漬ノズルは溶損部位が ZrO2-C 材料で補強され，プレートでは未安定化 ZrO2 の相転移による低膨張原料が使用される．

注1 鉄という金属は純 度 100％ の 状 態 では身の回りに使われていません．鋼とは鉄に0.02％～1.7％ の 炭 素を加えた合金で，私達が普段の生活で触れている鉄鋼製品とは「鋼」を指しています．

鉄鋼製品注1） のほとんどは溶けた鉄（溶鋼）を冷やして固めた鋼片を圧延した鋼材から製造される．
溶鋼鍋

1960 年代までは溶鋼を鋳型に流し込んだ後，自然冷却して固めた鋼塊を再び加熱して分塊圧延機で伸タンディッシュばして鋼片をつくる造塊法が行われていた．1970年代になると溶鋼から直接鋼片をつくる連続鋳造法

水冷モールドが広まり，1983 年には適用率が 90％を超え，現在では 99％を超えている．

スラブ

連続鋳造では溶鋼を注入するノズルや流量制御を行うプレートを耐火物で製造する必要がある．これ
らは一般的な築炉用耐火物とは異なり，単体で使用され，鋳込み時の溶鋼の流れ方や流量を制御するため機能性耐火物とも呼ばれる．連続鋳造用耐火物は連続鋳造技術の発展と共に材料的にも構造的にも変化 し て お り， 現 在 の よ う な 製 品 が 定 着 し た の は1980 年代からである．

図1

鋼の連続鋳造の概要

取鍋で運ばれてきた溶鋼は中間容器であるタンディッシュに注入された後，水冷鋳型（モールド）に注ぎ込まれる．モールド内の溶鋼はモールドとの接触面側が凝固し，内部が溶融した状態で連続的に下方に引き抜かれ，ミスト等による二次冷却を経てスラブ等の鋼片となる．

1．連続鋳造の概要
注2 連続鋳造工程では溶鋼を連続的に厚みのある鋼片に固めます．鋼板用にはスラブ，形鋼用にはブルーム，線材用にはビレットとよばれる中間素材が製造されます．

連続鋳造の概要を図 1 に示す．精錬工程を経てで完全に凝固する．連続鋳造で得られた鋼片は形状成分を調整した溶鋼は取鍋で運ばれてきたあと，タによってスラブ，ブルーム，ビレット注2）と呼ばれ，ンディッシュと呼ばれる容器に貯留されてから水冷

圧延工程でさらに薄く，細く引き延ばされて，それ鋳型（モールド）に注ぎ込まれる．取鍋が空になるぞれ鋼板や棒鋼といった鋼材になる．と別の取鍋に切り替わり，鋳造を継続する．モールドは周囲が水冷された銅製の短い筒である．モール

2．連続鋳造に使用される耐火物

ドの上方から注ぎ込まれた溶鋼はモールドとの接触連続鋳造における耐火物の使用例を図 2 に示す．

面で凝固殻を形成し，内部が溶融した状態のままタンディッシュは溶鋼を複数のモールドに分配する

モールドの下部から引き抜かれる．凝固殻がモール中間容器であると同時に，溶鋼の流れを整え比重のドに焼き付くのを防止するため，モールドパウダー

軽い非金属の異物（介在物）の浮上分離を行う機能と呼ばれる低融点のフラックス粉体もモールドの上を持つ．耐火物としてはアルミナ・シリカ質の耐火部から投入され，その溶融物がモールドと凝固殻とれんがや流し込み材が本体部に使用され，溶鋼とのの間に流れ込んで潤滑剤の役目を果たす．引き抜か接面にはマグネシア質コーティング材が吹き付けやれた鋼片はミスト等による二次冷却により中央部まコテ塗りで施工される．コーティング材は成分的に© 日本セラミックス協会
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セラミックス58（2023）No. 4

スライドプレート

溶鋼鍋

浸漬ノズル

絞り注⼊による偏流
モールドフラックス

巻き込み

上部ノズル
スライドプレート
下部ノズル
ロングノズル

湯⾯変動
⾮対称流動 (偏流)タンディッシュ水冷モールド上部ノズル
スライドプレート
下部ノズル
浸漬ノズル

介在物や気泡の沈み込み

図3
図2

連続鋳造用耐火物の使用例

鋳造の過程で溶鋼が大気に接触しないように，溶鋼鍋からタンディッシュの間はロングノズルを，タンディッ
シュから水冷モールドの間は浸漬ノズルを用いて溶鋼が注入される．その流量は，溶鋼が通過する内孔を有するスライドプレートを 2 ～ 3 枚重ね合わせ，内孔の重なり具合を調整することで制御される．

浸漬ノズルとモールド内溶鋼流動浸漬ノズルから吐出された溶鋼はモールドに衝突して流れの方向を変える．衝突後の下向きの流れが強すぎると介在物や気泡が浮上分離できない．逆に上向きの流れが強すぎると溶鋼表面の振幅が大きくなり，鋳込みが不安定になる．そのため浸漬ノズルの構造は水モデル実験や流体計算を用いて設計される．

溶鋼を汚染しないことに加え，タンディッシュ整備の際に表面で凝固した地金を剥がしやすくする役目がある．スライドプレートは溶鋼が通過する内孔を有する板状の耐火物で，これを 2 枚または 3 枚組み合わせて 1 枚を摺動させ，内孔の重なり度合いを調節することでそこを通過する溶鋼の流量を制御する．スライドプレートはタンディッシュや溶鋼鍋とは上部ノズルを介して，浸漬ノズルやロングノズ
ルとは下部ノズルを介して接続され，これら一式を

図4

連続鋳造用機能性耐火物

左：写 真手前側の 2 孔または単孔のノズルが浸漬ノズル，奥側の長尺品がロングノズル．
右：写真手前側にある内孔を有する板状の製品がスライドプレート，奥側の製品が上部・下部ノズル．

スライディング・ノズル（SN）方式と呼ぶ場合がある．流量制御には SN 方式以外にストッパー・ノ

3．連続鋳造用機能性耐火物の材料特性ズル方式がある．タンディッシュの上部ノズルでは連続鋳造用の機能性耐火物の製品外観を図 4 に，ポーラス材料を用いて Ar ガスの吹き込みが行われその品質例を表 1 に示す．溶鋼精錬炉ではマグネる場合が多い．これは Al 脱酸注3）した溶鋼を連続シア系の塩基性耐火物が広く使用されるのに対し，鋳造する際に，脱酸剤の再酸化で生じ溶鋼中に懸濁連続鋳造用耐火物の多くはアルミナ系耐火材料であしたアルミナ介在物が上部ノズルや浸漬ノズルの内る．これはアルミナの方が熱膨張率が小さく，耐熱孔部に堆積して閉塞することを防止するためである．

衝撃性に優れた材料特性が得られるためである．溶溶鋼は大気に接触すると酸化や吸窒によって清浄度

融シリカはさらに熱膨張率が小さいため，1970 年が低下する．そこで断気鋳造を行うために，溶鋼取代にはスリップキャスト法で製造された溶融シリカ鍋からタンディッシュ間はロングノズル（または注質浸漬ノズルが広く使用されていた．しかしシリカ入管）が使用され，タンディッシュからモールドのは溶鋼中の Mn 成分によって溶損されるため，CIP間には浸漬ノズルが使用される．

（Cold Isostatic Press）成形で製造されるアルミナ・

図 3 に示すように，浸漬ノズルから吐出された黒鉛質材料への切り替えが進んだ．この材料は鱗状

溶鋼はモールドに衝突して流れの方向を変える．こ黒鉛が 25～30 mass％程度配合され熱伝導率が高く，のとき下向きの流れが強すぎると非金属介在物等が溶鋼通過時の熱衝撃によっても亀裂が生じないため，浮上分離できない．逆に上向きの流れが強すぎるとロングノズルや浸漬ノズルで使用される．ただし製溶鋼表面の振幅が大きくなり，鋳込みが不安定にな品が 1 つの材料で構成される場合は稀で，部位毎る．そのため浸漬ノズルの形状は水モデル実験や流に適した数種の材料を組み合わせた一体物として体計算を用いて適切なモールド内溶鋼流動が得られCIP 成形される．特に浸漬ノズルがモールドパウダーるように設計される．

によって溶損される部分は高耐食性のジルコニア・セラミックス

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注3 溶鋼中の酸素濃度を低減するため，金属 Al を 加 え て 鋼 中 の溶解酸素をアルミナ（Al2O3）系の非金属介在物とし，スラグ中に吸収除去する操作．

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表1

連続鋳造用耐火物の品質例

要求される特性の違いから，組成的にも製造方法的にも異なるさまざまな材料を組み合わせて製品化されている．

耐火物製品
部位

スライドプレート（取鍋用，TD 用）

ガス吹き上ノズル（TD 用）
ポーラス部

ロングノズル
本体部

浸漬ノズル

浸漬部

本体部

PL 部

プレス成形
還元焼成
ピッチ含浸

プレス成形
酸化焼成

化学組成／mass％
SiO2
Al2O3ZrO2
Free C

3759768210－2546－
C+SiC 29

見掛気孔率／％
かさ比重4.0
3.33

23.1
2.90

13.4
2.30

14.7
2.54

13.6
2.33

15.6
3.98

曲げ強度／MPa
圧縮強度／MPa20275－
48

7.9－

8.3－

8.0－

9.0

製造方法

CIP 成形
還元焼成

CIP 成形
還元焼成－266850－－
C+SiC 32 C+SiC 25－－86
9

TD：タンディッシュ，CIP：Cold Isostatic Press，PL：パウダーライン
黒鉛質材料で補強される．成形用のバインダーにはした設計となっている．また，未安定化ジルコニア

フェノール樹脂が使用され，造粒後にゴム枠に充填の相転移を生かした低膨張原料も骨材に使用される

して CIP 成形され，還元焼成により揮発分を除去し点で特徴がある．

たカーボンボンド品として製品化される．
スライドプレートでは Al2O3-ZrO2-C 質材料が広く4．現在・将来展望使用される．浸漬ノズル等のアルミナ・黒鉛質材料

連続鋳造用耐火物は，その安定性が鋳造工程の生と比べて低カーボン組成であり，耐摩耗性と強度が産性に直結するだけでなく，鋼製品の品質に大きなより重視された材料である．この製品においても耐影響を与える機能性セラミックス製品である．高速熱衝撃性は重要であるが，鉄ケースを被せて製品化鋳造化や鋼片の欠陥低減といったこれまでの連続鋳されるため熱衝撃で亀裂が発生しても亀裂から外気造技術の発展には耐火物の高性能化が不可欠であっを吸気しなければ鋳造に支障はない．またカーボンた．今後もさらに信頼性と機能性を高めた連続鋳造原料は溶鋼に溶解するため，摺動面の精度が求めら用耐火物の開発が期待されている．

れるスライドプレートでは添加量に限界がある．さらに，スライドプレートは面圧を負荷した状態で摺動させるため，機械的な動作で座屈しないための高い強度が必要である． そのためプレート用 Al2O3ZrO2-C 質材料は，還元焼成によって添加 Si から SiCを生成させて高強度化し，さらにピッチ含浸によって溶鋼の焼き付き防止と亀裂からの吸気防止を強化

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参考文献・資料
飯田正和，鋼の連続鋳造と耐火物，セラミックス，54［3］，147-150（2019）.
耐火物技術協会編，耐火物手帳改訂 12 版，（2015）.

［連絡先］ 小形 昌徳（おがた まさのり）
品川リフラクトリーズ（株）技術研究所〒 705-8577 岡山県備前市伊部 707

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