JP2005169452A - 連続鋳造用耐火物の評価方法及び評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 浸漬ノズルやロングノズルなどの耐火物製の構造体を簡便且つ正確に評価することができる評価方法及び評価装置を提供する。
【解決手段】 金属を溶解するための溶解炉１と、溶解炉から排出される溶融金属１０を受けると共に、受けた溶融金属を、浸漬ノズルなどの耐火物製の構造体７の溶融金属流出孔８に注入するための中間樋２と、構造体を支持するための支持冶具４と、構造体の溶融金属流出孔を塞ぐための閉塞用冶具６と、を備えた評価装置を用い、構造体の溶融金属流出孔を塞いでおき、この溶融金属流出孔に溶融金属を注入して溶融金属流出孔内に溶融金属を充填させ、溶融金属の凝固完了後、構造体の割れ及び亀裂を調査して構造体のスポーリング性を評価する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、連続鋳造に使用される浸漬ノズルやロングノズルなどの耐火物製の構造体を評価する方法及び装置に関するものである。

連続鋳造では、取鍋からタンディッシュへの溶融金属の注入及びタンディッシュから鋳型への溶融金属の注入には、ロングノズル、浸漬ノズル、スライディングノズルなどと呼ばれる耐火物製のノズルが使用されている。これらのノズルは、溶融金属の空気による酸化の防止、鋳型への安定注入の確保などの目的で使用されており、そして、これらのノズルは、溶融金属に対する耐溶損性、耐摩耗性及び耐スポーリング性などに優れることからアルミナ−炭素質の耐火物で構成されることが多い。

しかし、アルミナ−炭素質の耐火物には溶融金属中のアルミナが付着し易く、従って、アルミナ−炭素質の耐火物で構成されるノズルを用いた場合には、溶融金属の流路となるノズルの内壁にアルミナが付着・堆積して、ノズル閉塞による鋳造の中止、及び、溶融金属の鋳型内における流動の偏流化、更には、付着したアルミナの剥離・脱落による鋳片品質の劣化などの弊害を引き起こす場合が多々発生する。

それ故、浸漬ノズルやロングノズルなどのノズルの品質改善の効果は大きく、例えばアルミナの付着し難い性質の耐火物（以下、「アルミナ難付着耐火物」と記す）の開発など、ノズルの品質改善が広く行われている。

しかしながら、例えば炭素質を含有しない所謂ノンカーボン材質やスピネル材質などのアルミナ難付着耐火物は、アルミナ−炭素質の耐火物に比べて熱膨張率の大きい場合が多く、そのようなアルミナ難付着耐火物を使用する場合には、スポーリングが発生する恐れが極めて高い。そのため、耐スポーリング性に不安のある試験ノズルを実際の鋳造に供して試験を行う場合には、試験ノズルの破壊による鋳造中止、更には、ブレークアウトなどの重大な操業トラブルの発生を危惧しなければならない。

そこで、実機を使用せずに、耐火物を評価する様々な方法が行われてきた。例えば、溶鋼中に小型の耐火物試験片を浸漬し、試験片の溶損などを測定する方法（例えば、特許文献１参照）や、実機で使用する浸漬ノズルを１４００℃の炉中で所定時間保持した後、水に浸漬して浸漬ノズルの割れや亀裂の発生などを調査する方法（例えば、特許文献２参照）などが行われている。
特開平７−２１４２５６号公報 特開平８−１３２１９１号公報

しかしながら、特許文献１のような評価方法では、耐火物材質としての評価はできるものの、実機で使用される寸法のままの構造体としての評価ができないため、浸漬ノズルなどの構造体の評価方法としては不十分である。また、特許文献２のような評価方法では、浸漬ノズルの内壁面と外表面との双方が同時に加熱され冷却されるので、実機で受ける熱衝撃とは異なり、耐スポーリング性の評価としては十分とはいえない。

このように、従来の評価方法は、浸漬ノズルやロングノズルなどの構造体が実際の鋳造時に受ける熱的衝撃及び機械的衝撃を再現することができず、浸漬ノズルやロングノズルなどの耐火物製の構造体では、正確な評価は行われていなかったのが現状である。そのため、試験ノズルを用いた場合の操業トラブルも完全には防止されていなかった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、操業トラブルを危惧することなく、浸漬ノズルやロングノズルなどの耐火物製の構造体を簡便且つ正確に評価することができる評価方法及び評価装置を提供することである。

上記課題を解決するための第１の発明に係る連続鋳造用耐火物の評価方法は、耐火物製の構造体である、浸漬ノズル、ロングノズル、スライディングノズルの中から選ばれる１種以上の構造体の溶融金属流出孔に、溶解炉で溶解した溶融金属を注入し、当該構造体の冷却中及び冷却後に、構造体の割れ及び亀裂を調査して構造体のスポーリング性を評価することを特徴とするものである。

第２の発明に係る連続鋳造用耐火物の評価方法は、耐火物製の構造体である、浸漬ノズル、ロングノズル、スライディングノズルの中から選ばれる１種以上の構造体の溶融金属流出孔の流出側を塞いでおき、当該構造体の流入側の溶融金属流出孔に、溶解炉で溶解した溶融金属を注入して溶融金属流出孔内に溶融金属を充填させ、当該構造体の冷却中及び冷却後に、構造体の割れ及び亀裂を調査して構造体のスポーリング性を評価することを特徴とするものである。

第３の発明に係る連続鋳造用耐火物の評価方法は、第１又は第２の発明において、前記溶融金属は、鉄、アルミニウム、銅、及び、それぞれこれら金属の合金の中から選ばれる１種であることを特徴とするものである。

第４の発明に係る連続鋳造用耐火物の評価装置は、金属を溶解するための溶解炉と、当該溶解炉で溶解され、溶解炉から排出される溶融金属を受けると共に、受けた溶融金属を、耐火物製の構造体である、浸漬ノズル、ロングノズル、スライディングノズルの中から選ばれる１種以上の構造体の溶融金属流出孔の流入側の溶融金属流出孔に注入するための中間樋と、前記構造体を支持するための支持冶具と、を備えたことを特徴とするものである。

第５の発明に係る連続鋳造用耐火物の評価装置は、第４の発明において、更に、前記構造体の溶融金属流出孔の流出側を塞ぐための閉塞用冶具を備えていることを特徴とするものである。

本発明によれば、実際の鋳造工程をほぼ再現可能であるので、試験する耐火物製の構造体に実際の鋳造とほぼ同等の熱的衝撃及び機械的衝撃を与えることができ、そのため、前記構造体に対して実際に鋳造した場合とほぼ同等の正確な評価が可能になる。又、簡便な評価装置であるので、試験する耐火物製の構造体にスポーリングが発生したとしても、その影響を危惧する必要がなく、余分なコストを費やさずに評価することができる。その結果、浸漬ノズルなどの耐火物製構造体の開発が迅速化され、それにより、省資源及び省エネルギーなどの工業上有益な効果がもたらされる。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明の実施の形態を示す図であって、本発明に係る連続鋳造用耐火物の評価装置の概略図である。尚、図１は耐火物製の構造体として鋳型に溶融金属を注入するための浸漬ノズル７の例を示しているが、ロングノズルやスライディングノズルであっても評価することができる。また、評価対象とするこれらの耐火物製の構造体は、原則的に、実機の連続鋳造機で使用するものと同一寸法とする。

図１に示すように、本発明に係る連続鋳造用耐火物の評価装置は、金属を溶解して溶融金属１０を得るための溶解炉１と、溶解炉１から排出される溶融金属１０を受けると共に、受けた溶融金属１０を浸漬ノズル７の溶融金属流出孔８の流入側に注入するための中間樋２と、浸漬ノズル７を中間樋２の下方の所定位置で支持するための支持冶具４と、溶融金属流出孔８の流出側である吐出孔９を塞ぐための閉塞用冶具６と、を備えている。中間樋２には、その底部に溶融金属１０を排出するための流出孔３を備えている。図１では、浸漬ノズル７は、収納容器５の内部に配置されており、支持冶具４は収納容器５に固定された構造である。ここで、収納容器５は、溶融金属１０が浸漬ノズル７から漏洩した場合にそれを受けるための容器であり、内壁側には適宜耐火物などが施工されている。

閉塞用冶具６は、例えば図２に示すような耐火物製または金属製の２分割構造とすることができる。図２は、閉塞用冶具６の１例を示す斜視図である。浸漬ノズル７の吐出孔９の設置された位置の外周を覆うように、分割した閉塞用冶具６を配置し、分割した２つの閉塞用冶具６が組み合うように、ボルト及びナットなどを用いて浸漬ノズル７を挟んで締めて固定すればよい。尚、図２に示す閉塞用冶具６は、組合せ面６ａが凹凸状になっているが、平滑面であっても構わず、また、３分割以上としてもよい。

このような構成の連続鋳造用耐火物の評価装置を用い、浸漬ノズル７を以下のようにして評価する。先ず、溶解炉１で鉄、アルミニウム、銅、及び、それぞれこれら金属の合金などを溶解し、溶融金属１０を生成する。次いで、無予熱または予め所定の温度及び時間で予熱した浸漬ノズル７の吐出孔９の部位を閉塞用冶具６によって塞ぎ、支持冶具４によって収納容器５内に固定する。

収納容器５内に固定された浸漬ノズル７の溶融金属流出孔８の上端開口部が、中間樋２の流出孔３の鉛直方向直下位置となるように、中間樋２又は収納容器５の位置を調整した後、溶解炉１を傾動させて溶融金属１０を中間樋２に注入する。中間樋２内に注入された溶融金属１０は、流出孔３を通って溶融金属流出孔８内に落下し、吐出孔９が閉塞用冶具６によって塞がれているため、溶融金属流出孔８内に滞留する。そして、溶融金属１０が溶融金属流出孔８内をほぼ充填するまで注入する。

浸漬ノズル７の内壁面は注入された溶融金属１０によって加熱され、外表面との温度差が生じて浸漬ノズル７の内部には温後勾配が生ずる。これにより、連続鋳造の鋳造開始時における温度勾配と同等の現象を模擬することができる。また、溶解炉１から中間樋２への溶融金属１０の注入速度、或いは流出孔３の口径を調整することにより、連続鋳造の鋳造開始時における浸漬ノズル７へ対する物理的衝撃をも模擬することが可能である。

溶融金属流出孔８内の溶融金属１０の熱により、浸漬ノズル７が加熱され始めたなら、目視観察などによる浸漬ノズル７の表面検査を開始する。溶融金属流出孔８内の溶融金属１０が凝固し、浸漬ノズル７の表面温度が低下する場合も表面検査を継続する。更に、溶融金属流出孔８内の溶融金属１０が凝固完了し、浸漬ノズル７が冷却した後も、浸漬ノズル７の表面を目視検査する、或いは、浸漬ノズル７を切断して耐火物組成を観察する、または、浸漬ノズル７の非破壊Ｘ線検査を行うなどして、浸漬ノズル７の内部及び表面の割れや亀裂を調査する。このようにすることで、浸漬ノズル７の耐スポーリング性を評価することができ、実際の連続鋳造機での耐用性を判定することが可能となる。

この場合、閉塞用冶具６によって溶融金属１０を溶融金属流出孔８内に滞留させず、一定量の溶融金属１０を注入し続ける方法でも、浸漬ノズル７の耐スポーリング性を評価することができる。但し、この場合には、溶融金属１０を溶融金属流出孔８内で滞留させる方法に比べると、必要とする溶融金属１０の質量が増えるので、その点を考慮する必要がある。また、吐出孔９から流出する溶融金属１０の処理を簡素化するために、吐出孔９から流出する溶融金属１０を受けるための容器を別途設置することが好ましい。

取鍋からタンディッシュへ溶融金属を注入するためのロングノズルや、タンディッシュから鋳型へ溶融金属を注入するためのスライディングノズルでも、上記に沿って本発明方法を適用することができる。但し、ロングノズル及びスライディングノズルでは、浸漬ノズル７の吐出孔９に相当するものはなく、溶融金属流出孔８の上下に単に開口した孔があるのみのため、溶融金属流出孔８を塞ぐための閉塞用冶具の形状を上記説明とは変える必要がある。例えば、ロングノズル及びスライディングノズルの外表面に取り付け金物を設置し、この取り付け金物に固着して下方に伸びるボルトを設け、このボルトを平坦状の金属板に通し、この金属板を前記ボルトに嵌合するナットによって溶融金属流出孔８に押し当てるようにすればよい。また、スライディングノズルは、固定板、摺動板、整流ノズルなどから構成されており、これらを組み立てて評価試験材としても、或いは個別のまま評価試験してもどちらでもよい。

尚、本発明は上記に説明した形態のものに限るものではなく、種々の変更が可能である。例えば、溶解炉１から中間樋２に溶融金属１０を注入しているが、保持炉を設け、溶解炉１で溶解した溶融金属１０を一旦保持炉に注入し、保持炉から中間樋２に注入するようにしてもよい。また、中間樋２の流出孔３に、溶融金属１０の流量を調整するためのストッパーなどを配置してもよい。更に、支持冶具４の構造も上記の構造に限るものではなく、浸漬ノズル７をはじめとする連続鋳造用の耐火物製の構造体を支持可能な構造であるならば、どのような構造であっても構わない。

図１に示す連続鋳造用耐火物の評価装置を用い、従来から使用中の浸漬ノズル（以下、「ノズルＡ」と記す）、試作した浸漬ノズルＢ（以下、「ノズルＢ」と記す）、試作した浸漬ノズルＣ（以下、「ノズルＣ」と記す）の３種類の浸漬ノズルの評価試験を行った。これらの浸漬ノズルの寸法は、全て実機で使用する浸漬ノズルの寸法と同一である。

図３、図４、図５に、それぞれノズルＡ，ノズルＢ、ノズルＣの構造を示す。これらの図に示すように、ノズルＡは、アルミナ−黒鉛質の耐火物１１からなる１相構造の浸漬ノズル、ノズルＢは、溶融金属流出孔８を形成する内壁側にアルミナ−黒鉛質の耐火物よりも熱膨張率の大きい耐火物１２を配置し、その外側にアルミナ−黒鉛質の耐火物１１を配置した２相構造の浸漬ノズル、ノズルＣは、溶融金属流出孔８を形成する内壁側に、ノズルＢの内壁側に配置した耐火物１２よりも更に熱膨張率の大きい耐火物１３を配置し、その外側にアルミナ−黒鉛質の耐火物１１を配置した２相構造の浸漬ノズルである。

［Ｃ］：０．０７質量％、［Ｓｉ］：０．０１質量％、［Ｍｎ］：０．２５質量％、［Ｐ］：０．０１質量％、［Ｓ］：０．０１５質量％の溶鋼を溶解炉で溶解し、約１７００℃まで加熱した。予め評価対象となるノズルをガスバーナーで昇熱した後、耐火物で作成した閉塞用冶具で浸漬ノズルの吐出孔を塞ぎ、溶融金属流出孔８内に溶鋼を注入した。中間樋から流出する溶鋼の温度は１５５０℃であった。

溶鋼を注入した直後の浸漬ノズルの表面を目視観察した結果、ノズルＡ及びノズルＢには、割れ・亀裂の発生は見られなかったが、ノズルＣには、長さが１０〜３０ｍｍ程度の微細な亀裂が数個観察された。また、注入した溶鋼が凝固完了した後、浸漬ノズルを切り出し、非破壊Ｘ線検査及び耐火物組織の観察を行った結果、ノズルＡ及びノズルＢには、浸漬ノズルの内部にも割れや亀裂は見られなかったが、ノズルＣでは、長さが１０〜３０ｍｍ程度の微細な亀裂が浸漬ノズルの内部にも数個観察された。

これらの結果から、ノズルＡ及びノズルＢは耐スポーリング性が高く、一方、ノズルＣは耐スポーリング性が低いという評価になった。

これらの結果を踏まえ、ノズルＡ、ノズルＢ及びノズルＣを用いて実機の連続鋳造機で溶鋼を鋳造した。鋳造を実施した連続鋳造機、鋳造条件は、３つのノズルで全て同一条件とした。

その結果、ノズルＡは通常使用している従来使用品であるため、何ら問題なく連続鋳造操業を行うことが可能であった。ノズルＢは、内壁側にアルミナ−黒鉛質の耐火物よりも熱膨張率の大きい耐火物１２を配置したノズルであるが、ノズルに割れなどを発生することなく、鋳造を完了することができた。

これに対して、耐火物１２よりも更に熱膨張率の大きい耐火物１３を配置したノズルＣでは、鋳造開始直後から鋳型内の溶鋼湯面で大量の気泡が発生し、鋳造開始から１０分経過した時点でノズルＣが破損し、鋳造の停止を余儀なくされた。これは、鋳造開始時の物理的、熱的衝撃により、鋳造開始時点でノズルＣに割れが発生し、その割れが伸展してノズルの破損に至ったためである。鋳造開始時に鋳型内の溶鋼湯面から発生した気泡は、浸漬ノズルへのアルミナ付着防止のために浸漬ノズルの内部に吹き込んでいるＡｒガスが浸漬ノズルの割れ部分から流出したものであった。

実機における鋳造の結果と、本発明による連続鋳造用耐火物の評価装置での評価結果とは同様の傾向を示し、本発明により簡便且つ正確に連続鋳造用の耐火物製構造体を評価することが可能であることが確認できた。

本発明の実施の形態を示す図であって、本発明に係る連続鋳造用耐火物の評価装置の概略図である。 吐出孔を塞ぐための閉塞用冶具の１例を示す斜視図である。 実施例１で用いたノズルＡの概略図である。 実施例１で用いたノズルＢの概略図である。 実施例１で用いたノズルＣの概略図である。

符号の説明

１ 溶解炉
２ 中間樋
３ 流出孔
４ 支持冶具
５ 収納容器
６ 閉塞用冶具
７ 浸漬ノズル
８ 溶融金属流出孔
９ 吐出孔
１０ 溶融金属

Claims (5)

1. 耐火物製の構造体である、浸漬ノズル、ロングノズル、スライディングノズルの中から選ばれる１種以上の構造体の溶融金属流出孔に、溶解炉で溶解した溶融金属を注入し、当該構造体の冷却中及び冷却後に、構造体の割れ及び亀裂を調査して構造体のスポーリング性を評価することを特徴とする、連続鋳造用耐火物の評価方法。
2. 耐火物製の構造体である、浸漬ノズル、ロングノズル、スライディングノズルの中から選ばれる１種以上の構造体の溶融金属流出孔の流出側を塞いでおき、当該構造体の流入側の溶融金属流出孔に、溶解炉で溶解した溶融金属を注入して溶融金属流出孔内に溶融金属を充填させ、当該構造体の冷却中及び冷却後に、構造体の割れ及び亀裂を調査して構造体のスポーリング性を評価することを特徴とする、連続鋳造用耐火物の評価方法。
3. 前記溶融金属は、鉄、アルミニウム、銅、及び、それぞれこれら金属の合金の中から選ばれる１種であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の連続鋳造用耐火物の評価方法。
4. 金属を溶解するための溶解炉と、
   当該溶解炉で溶解され、溶解炉から排出される溶融金属を受けると共に、受けた溶融金属を、耐火物製の構造体である、浸漬ノズル、ロングノズル、スライディングノズルの中から選ばれる１種以上の構造体の溶融金属流出孔の流入側の溶融金属流出孔に注入するための中間樋と、
   前記構造体を支持するための支持冶具と、
   を備えたことを特徴とする、連続鋳造用耐火物の評価装置。
5. 更に、前記構造体の溶融金属流出孔の流出側を塞ぐための閉塞用冶具を備えていることを特徴とする、請求項４に記載の連続鋳造用耐火物の評価装置。