JPS60180950A - スライデイングノズルプレ−トの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、取鍋・タンディツシュなどの溶鋼容器に付設
されたスライディングノズル装置の耐火物部材として用
いられるスライディングノズルプレート（以下、ＳＮプ
レートと称す）の製造方法に関するものである。

（従来技術） ＳＮプレートは、溶鋼の流量制御の機能を有するため非
常に高度な特性が要求される。すなわちＳＮプレートは
溶鋼流による摩耗、急激な熱衝撃、摺動駆動による摩耗
などの物理的作用に加え、溶鋼法たは溶融スラグ等によ
る化学的な侵食作用を受ける。従って、具備すべき特性
としては耐摩耗性、耐スポーリング性、耐食性などがあ
る。

このため従来から種々の材質が開発され、現在ではアル
ミナを主体とした材質が数多く使用されている。これら
は通常、寿命を向上させる目的でタールまたはピッチを
含浸処理しているが、操業時にタールまたはピッチから
の発煙が著しく、作業環境を悪化させるとともに、スラ
イディングノズル装置全体を汚染するなどの問題がある
。。そこで最近では無発煙性のものとしてアルミナ−カ
ーボン質、あるいはこれにシリマナイト、アンダルサイ
トなどの天然原料、ムライトやムライト・ジルコニアな
どの合成原料を添加して熱膨張率を低くしたアルミナ−
ムライト−カーボン質、あるいはアルミナ−ムライト−
ジルコニア−カーボン質が使用されるようになった。し
かし、これらは耐食性にある程度満足し得るものの、急
激な熱衝撃によるノズル孔エッヂ部の欠け、摺動面のピ
ーリング（面剥離）など、ＳＮプレート特有の問題が依
然解決されていない。

（発明の目的） 本発明者らは、上記従来の材質の欠点を解決すべく鋭意
研究の結果、ＳＮプレート材質の粗粒およびまたは中粒
域に、一定の化学組成を有するアルミナ・ジルコニア質
原料を配合し、さらにその割合を限定すると、ノズル孔
エッヂ部の欠け、および摺動面のピーリングが減少し、
しかもノズル孔の耐溶損性が従来材質以上になることを
知り、本発明を完成するに至ったものである。

（発明の構成、作用、効果） 本発明は、酸性及び中性耐火原料のうち一種または二種
以上にアルミナ・ジルコニア質原料を配合し、全耐火物
原料の粗粒、中粒を３０〜６０ｗｔ％とし、しかもアル
ミナ・ジルコニア質原料はアルミナ５８〜７９．８ｗｔ
％、ジルコニア２０〜４０ｗｔ％。

不可避成分２ｗｔ％以下の化学組成を有し７、該アルミ
ナ・ジルコニア質原料の粗粒および／または、中粒を２
〜５０ｗｔ％含有させたものであり、これに耐火材料微
粉、カーボン及び金属粉を配合し、これを結合剤と共に
混練、成形後、還元焼成することを特徴とするスライデ
ィングノズルプレートの製造方法である。

以下、本発明の詳細な説明する。従来の８Ｎプレートか
らアルミナ−カーボン質、アルミナ−ムライト−カーボ
ン質、アルミナ−ムライト−ジルコニア−カーボン質を
例にとり、その使用後品の中でエッチ部の欠け、および
摺動面上にピーリングを発生したものを選んでその破面
を観察すると粗粒と中粒とも粒内破断を生じ、亀裂伝播
経路が直線的になっている。

粗粒、中粒の粒内破断を左右する要因として、組織内の
マトリックス強度１粒界強度、粗粒と中粒自身の強度が
考えられる。ＳＮプレートの一般的な製造として、焼成
後、タール、ピッチ、樹脂等を含浸して強度を高めてい
るが、組織的に考えると、タール、ピッチ、樹脂等の侵
入は、開放気孔の多いマトリックス部分であり、それに
よる強度の増加は、マトリックスおよび粗粒、中粒の粒
界面に限られる。従って、煉瓦の強度以上の熱応力が発
生し、マトリックス部に亀裂が進展した場合、強度の弱
い粗粒および中粒は容易に破断し、その伝播経路は直線
的になって、ノズル孔エッヂ部の欠けおよび摺動部のピ
ーリングの要因となる。

これに対し、本発明で使用するアルミナ・ジルコニア質
原料は強度が大きいために、ＳＮプレートに亀裂が発生
したとしても、その亀裂の伝播経路は粗粒および中粒を
迂回したジグザグ状になり、組織の剥離を阻止し、よっ
てエッチ部の欠け、あるいは摺動面のピーリングを防止
する。また、ノズル孔の耐食性、摺動面の耐摩耗性にも
すぐれた効果を発揮し、その相乗効果でＳＮプレートの
耐用寿命を格段に向上させる。

アルミナ・ジルコニア質原料のジルコニアは単斜晶ジル
コニアであり、樹脂状に発達したコランダム結晶と共存
したいわゆる共晶組織を有する。

アルミナ・ジルコニア質原料の強度が高いのは、製造工
程においてアルミナとジルコニアを溶融し、冷却する際
に析出するコランダム結晶のサイズが小さく、その結晶
が三次元的な樹枝状に発達するからである。

化学組成で、ジルコニアが２０ｗｔ％未満でアルミナが
７９．８％を超えると析出するコランダム結晶の周囲の
ジルコニアが少なくなって、コランダム結晶の樹枝状発
達が抑制されるとともにその結晶サイズが大きくなり、
粒の強度が低下する。またジルコニアが４０ｗｔ％を超
え、アルミナが５８ｗｔ％未満では、コランダム結晶の
生成が少なくなり、耐火度、ｉ′１食性が低下する。ま
た、単斜晶ジルコニアの割合が多くなって、単斜晶ジル
コニア（７）％徴的な容積変化が極端に大きくなり、粒
内に亀裂が発生して好ましくない。第１図は、急熱急冷
の熱負荷を与えた場合の単斜晶ジルコニアの容積変化を
グラフ化したものである。不可避的成分が２ｗｔ％以上
では耐食性が低下する。

アルミナ・ジルコニア質原料は以上の化学組成を有する
ものであれば電融品、焼結晶のいずれでもよいが、コラ
ンダム結晶の大きさを制御する面で、電融品が特に好ま
しい。

第２図は、化学成分でアルミナ７２．５ｗｔ％、ジルコ
ニア２５　ｗ　ｔ％の電融アルミナ・ジルコニア質原料
を例にとり、焼結アルミナ、合成ムライトなどの合成原
料、およびシリマナイト、アンダルサイトなどの天然原
料について、解粒圧壊強度（２５０〜２０００Ｋｇ／ｃ
ｄ）を比較したものである。この結果からも明らかなよ
うに、本発明で使用するアルミナ・ジルコニア質原料は
組織的な特徴により、他の原料に比べて強度が大きい。

このアルミナ・ジルコニア質原料は粗粒またはおよび中
粒として配合し微粒には配合しない。粗粒、中粒の粒径
について正確な定義はないが、ＳＮプレートの一般的な
粒度から大別すると粗粒４〜１ｉＩｌ＋、中粒１−０．
３　Ｔｎｍ　、微粒（又は微粉）　Ｑ、　３　ｍｍ以下
である。

組織内のマトリックスを構成する粒子は０．３　ｍｍ以
下の微粒が大部分であり、強度の高いアルミナ・ジルコ
ニア質の微粒を使用した場合、マトリックス部の強度が
高くなり、亀裂が発生するとその伝播経路が直線的とな
り組織が剥離しやすくなるからである。

本発明では酸性及び中性耐火原料のうち一種又は二種以
上にこのアルミナ・ジルコニア質原料を配合して、ＳＮ
プレート材質の粗粒、中粒を３０〜６０ｗｔ％とする。

酸性耐火原料はムライト、ムライト・ジルコニアなどで
あり、中性耐火材料はアルミｊである。ＳＮプレート材
質の粗粒、中粒が３０ｗｔ％未満の場合、成形時、ラミ
ネーションが発生して、煉瓦化はできない。１５Ｑｗｔ
％以上では、成形時セグリゲーションが著しく、煉瓦の
物性もはなはだしく劣る。

アルミナ・ジルコニア質原料は粗粒または中粒としてＳ
Ｎプレート材質配合全体に対して２〜５０ｗｔ％含有さ
せる。２ｗｔ％未満ではアルミナ・ジルコニア質原料を
添加しても耐食性、耐スポーリング性で効果が現われな
く、５０ｗｔ％を超えるとＳＮプレート煉瓦の強度、耐
摩耗性が大きくなり、焼成後ＳＮプレート摺動面部の研
磨能率が低下するなどの製造上の問題がでてくる。

残部を占める耐火材料粉は特に限定するものではなく、
金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物などから選ばれる
一種韮たは二種以上とする。中でも、アルミナ、ムライ
ト、シリマナイト、アンダルサイト、ムライト−ジルコ
ニアなどが特に好才しい。また、超微粉として２０μ以
下の単斜晶ジルコニア、１５０μ以下の炭化珪素又は窒
化珪素などを添加すると、耐スポーリング性を向上させ
るうえで、さらに好ましい。

カーボンは耐食性、耐スラグ浸透性、耐スポーリング性
などの効果を付与する。具体例としては天然黒鉛２人造
黒鉛、電極屑、ピッチコークス。

カーボンブラックなどの一種才たは二種以上である。好
ましい割合は１〜２０　ｗ　ｔ％である。

金属粉は焼結助剤、前記炭素の酸化防止として重要な配
合物である。具体例としてはアルミニウム、シリコン、
クロム、マグネシウム、チタニウム、鉄、フェロシリコ
ン、フェロクロムなどの一種または二種以上、あるいは
それらの合金である。

効果および経済性の面から、このうちアルミニウムとシ
リコンが良好である。添加量は０５〜８ｗｔ％が妙法し
い。

その他、必要によりＳＮプレートの添加物として既知な
る酸化防止剤、焼結助剤、ファイバー類などを添加して
もよい。

以上からなる配合物は、結合剤として例えばタール、ピ
ッチ、フラン樹脂、フェノール樹脂などの一種菫たは二
種以上を添加して混練し、フリクションプレス、オイル
プレスなどでＳＮプレート形状に成形後、１０００〜１
５００℃程度で還元焼成する。

焼成後、必要によってはピッチ、タール、樹脂などを含
浸し、２００℃以上のベーキング処理を行い、気孔中に
炭素分を充填させてもよい。才た、ＳＮプレート摺動面
の平滑度を高めるため、研磨を行ってもよい。

（実施例） つぎに、本発明実施例とその比較例を示す。

第１表は各側で使用した耐火材料の化学分析値と解粒圧
壊強度を示す。同表に示すアルミナ・ジルコニア質原料
で、ＡとＤは化学成分値が本発明範囲外の原料である。

第２表は各側の配合組成と、得られたＳＮプレートの物
性試験結果である。同表で示す比較例１゜２は従来品で
あり、３〜９はアルミナ・ジルコニア質原料の化学成分
値、８Ｎプレ一ト材質配合での粗粒・中粒の割合、及び
アルミナ・ジルコニア質原料の粗粒・中粒の割合におい
て、本発明範囲外のものである。

これらはいずれも３００助バツチでミキサーにより混練
し、長さ６００１Ｉｘ幅２５０．ｉ＋ｍｘ厚さ５０ＩＩ
Ｋの８Ｎプレート形状に成形後、コークスプリーズに詰
めた状態で、トンネルキルン１４００℃にて還元焼成し
た。焼成後、ピッチを含浸し、ベーキング処理を行った
。さらに、摺動面の平滑性を向上させるため、研磨を行
った。

スポット・スポーリングテストは、ＳＮプレートノズル
孔のエッチ部分をガスバーナーで１６００〜１６５０℃
に加熱して測定した。

急熱急冷式スポーリングテストは、　５０＋ｍＸ　５０
ｔｒａｎ×５０■のサイコロ状サンプルをＳＮプレート
より切り出し、１５００℃の電気炉に３分間入れた後、
水冷する操作を繰り返した。

侵食テストは回転ドラムによるもので、鉄片１初をガス
バーナーで溶融し、１６５０℃×５時間の条件で行い、
侵食寸法が一番大きかった比較例１を１００とした指数
で示した。

耐摩耗性は、サンドブラスト法により、アルミナ微粒を
５分間吹付けて、摩耗寸法を測定した。

上記の試験結果から明らかなように、アルミナ・ジルコ
ニアの粗粒・中粒を特定の割合で配合した本発明実施例
は、亀裂が入る迄の時間が長くなり亀裂の大きさも小さ
くなる。さらに、急熱急冷式′スポーリングテストにお
いても剥離の傾向がまったく出す、耐スポーリング性は
著しく向上した。

また、耐食性、耐摩耗性も比較例に比べて著しく向上し
ているのがわかる。一般にＳＮプレートなどの耐火物の
侵食機構は、溶鋼による化学的溶損と、溶鋼と煉瓦組織
内の粗粒子・マトリックス部の摩耗等の物理的溶損から
成り立っている。従って、本発明によるＳＮプレートの
耐食性が著しく向上するのは、アルミナ・ジルコニア質
原料粒内のジルコニアが高耐食性であることと、粒子自
身の強度の増加によるためと考えられる。

さらに本発明実施例のうち、２，４，５．６および比較
例１，２の８Ｎプレートを各１０セツト、２５０を取鍋
のスライディングノズル装置に付設し、実用試験した結
果を第３表に示す。

比較例１，２共に、エッヂ欠け、摺動面の面剥離による
廃却が各１０セツト中、３〜５セツトある。本発明実施
例は摺動面上に、わずかな亀裂がみられるものの、エッ
ヂ欠け、摺動面の面剥離はまったく起こらなかった。比
較例１および本発明実施例２のエッヂ部の亀裂発生部分
をサンプリングして、顕微鏡観察してみると比較例１は
第３図のとおり破断面の粗粒が粒内破断じており、亀裂
伝播経路も直線状になっているのに比べて２本発明実施
例２は第４図のとおり破断面の粗粒が粒界破断を呈して
おり、発生した亀裂伝播経路がジグザグ状になっている
ことが確認された。

以上のとおり本発明のＳＮプレートはノズル孔エッヂ部
の欠け、摺動面のピーリングなど、ＳＮプレート特有の
問題を解決するほか、耐食性にもすぐれ、その結果、耐
用寿命が格段に向上する。

【図面の簡単な説明】 第１図は単斜晶型ジルコニアの変態熱膨張曲線図である
。 第２図は、各粒子の圧壊強度を示すグラフである。測定
方法は、粗粒２００９を３．３６〜２．３８１１１１に
粒度調整して４０φの金型内に入れ、各成形圧で加圧し
た後、２．３８０以上の粗粒子の減少率を測定したもの
である。粗粒子の減少率が大きいほど強度が小さい。 第３図は一比較例１の亀裂破断面の顕微鏡写真（Ｘ１５
） 第４図は本発明実施例２の亀裂破断面の顕微鋳、写真（
Ｘ１５） ノイ５　ノ　し５ 昂２目 次子圧（慢胛２〕 第１頁の続き ０発　明　者　小　松　伸　東海市東海町５丁目：内 ［相］発明者　大　槻　雄　三　東海市東海町５丁目：
３　新日本製鐵株式会社名古屋製鐵所 ３　新日本製鐵株式会社名古屋製鐵所 特許庁長官　志賀　学殿 代表者　渡過　秀夫 ４、代理人 〒１０５　Ｔａ　（５０３）４８７７ 昭和６０年３月６日 手続補正指令書の発送日 昭和６０年３月２６日 ７、補正の内容 別紙の通り。 、とでン〜、 Ｕ−ブ１ 名称 別紙 （１）明細書第２２頁７行において、ｒ（Ｘ１５）Ｊの
次に「の写生説明図」を挿入する。 （２）明細書第２２頁９行において、「・・・写真（Ｘ
１５）Ｊの次に［の写生説明図である。」を挿入する。 （３）第３図、第４図を別紙の通り補正する。 第３図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　酸性及び中性耐火原料のうち一種または二種以
   上にアルミナ・ジルコニア質原料を配合し、全耐火物原
   料の粗粒、中粒を３０〜６０ｗｔ％とじ、しかもアルミ
   ナ・ジルコニア質原料はアルミナ５８〜７９．８ｗｔ％
   、ジルコニア２０〜４０ｗｔ％、不可避成分２ｗｔ％以
   下の化学組成を有し、該アルミナ・ジルコニア質原料の
   粗粒、および／または、中粒を２〜５０ｗｔ％含有させ
   たものであり、これに耐火材料微粉、カーボン及び金属
   粉を配合し、これを結合剤と共に混練、成形後、還元焼
   成することを特徴とするスライディングノズルプレート
   の製造方法。
2. （２）　耐火材料微粉は、アルミナ・ジルコニア質原料
   以外の金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物などから選
   ばれる一種又は′２種以上である特許請求範囲第１項記
   載のスライディングノズルプレートの製造方法。