黒鉛質連続鋳造用ノズルおよびその製造方法
【課題】高価な予熱設備を新設する必要がなく、予熱作業が煩雑化することもなく、ノズル自体の熱伝導率および構造強度を向上させることができ、予熱の均一化を図ることができると共に、鋳造開始時のヒートショックによる割れを抑制できる黒鉛質連続鋳造用ノズルおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の黒鉛質連続鋳造用ノズル１は、ノズル本体２内に筒状に成形されたカーボンクロス５が長手方向に沿って埋設されている。
【解決手段】本発明の黒鉛質連続鋳造用ノズル１は、ノズル本体２内に筒状に成形されたカーボンクロス５が長手方向に沿って埋設されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼などの金属の連続鋳造において使用される黒鉛質連続鋳造用ノズルおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
黒鉛質連続鋳造用ノズルの予熱方法としては下部加熱が多く採用されており、その際、ノズル上部が予熱不十分であると、鋳造開始時にヒートショックによる割れが発生することがある。そのため、予熱の均一化を図る方法が種々提案されているが、高価な設備の新設を要したり予熱作業が煩雑化する等、十分な解決に至っていないのが現状である。
【０００３】
また、鋳造開始時に発生するヒートショックによる割れを抑制する方法の一つとして、黒鉛質連続鋳造用ノズル自体の熱伝導率を向上させることが考えられる。
【０００４】
さらに、ヒートショックの応力方向は、黒鉛質連続鋳造用ノズルの中心から放射線状に向かっており、構造強度が低い場合においてもヒートショックによる割れが発生することがある。そのため、構造強度を向上させるために材料強度を高めることが考えられるが、一般的な方法では同時に弾性率も上昇してしまいヒートショックに対しては逆に悪影響を及ぼしかねない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１８５６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の課題は、高価な予熱設備を新設する必要がなく、予熱作業が煩雑化することもなく、ノズル自体の熱伝導率および構造強度を向上させることができ、予熱の均一化を図ることができると共に、鋳造開始時のヒートショックによる割れを抑制できる黒鉛質連続鋳造用ノズルおよびその製造方法を提供することにある。
【０００７】
上記課題を解決するものは、ノズル本体内に筒状に成形された筒状カーボンクロスが長手方向に沿って埋設されていることを特徴とする黒鉛質連続鋳造用ノズルである。
【０００８】
また、上記課題を解決するものは、ノズル本体用配合土を作製する工程と、カーボンクロスを筒状に成形して筒状カーボンクロスを作製する工程と、前記筒状カーボンクロスを連続鋳造用ノズル成形型内の所定位置に挿入配置する工程と、前記連続鋳造用ノズル成形型内に挿入配置された前記筒状カーボンクロスの内外に前記ノズル本体用配合土を充填する工程と、前記連続鋳造用ノズル成形型内において前記筒状カーボンクロスと前記ノズル本体用配合土を一体加圧成形してノズル本体を成形する工程と、前記ノズル本体を焼成する工程を有していることを特徴とする黒鉛質連続鋳造用ノズルの製造方法である。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載した黒鉛質連続鋳造用ノズルによれば、高価な予熱設備を新設する必要がなく、予熱作業が煩雑化することもなく、ノズル自体の熱伝導率および構造強度を向上させることができ、予熱の均一化を図ることができると共に、鋳造開始時のヒートショックによる割れを抑制できる。
請求項２に記載した黒鉛質連続鋳造用ノズルの製造方法によれば、筒状カーボンクロスと筒状カーボンクロスの内外に充填したノズル本体用配合土との接着性を飛躍的に向上させた上記請求項１の効果を有する黒鉛質連続鋳造用ノズルを確実かつ容易に作製できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の黒鉛質連続鋳造用ノズルの一実施例の縦断面図である。
【図２】図１のＡ―Ａ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明では、ノズル本体２内に筒状に成形された筒状カーボンクロス５を長手方向に沿って埋設したことで、高価な予熱設備の新設が不要で、予熱作業が煩雑化することもなく、ノズル自体の熱伝導率および構造強度を向上させることができて予熱の均一化を図ることができ、鋳造開始時のヒートショックによる割れを抑制できる黒鉛質連続鋳造用ノズル１を実現した。
【実施例１】
【００１２】
本発明の黒鉛質連続鋳造用ノズルを図１に示した一実施例を用いて説明する。
この実施例の黒鉛質連続鋳造用ノズル１は、ノズル本体２と、ノズル本体２内に設けられ溶鋼が流通するためのノズル内孔３と、ノズル本体２の下部に対向して設けられた一対の吐出口４ａ，４ｂとを有した連続鋳造用浸漬ノズルであって、ノズル本体２内には、筒状に成形されたカーボンクロス５が長手方向に沿って埋設されている。以下、各構成について順次詳述する。
【００１３】
この実施例の黒鉛質連続鋳造用ノズル１は、鋼などの金属の連続鋳造において、タンディッシュからモールドへの溶鋼の注入に使用される連続鋳造用浸漬ノズルである。ただし、本発明の黒鉛質連続鋳造用ノズルは、これに限定されるものではなく、例えば取鍋からタンディッシュへの溶鋼の注入に使用されるロングノズル等、連続鋳造に使用される黒鉛質連続鋳造用ノズルを広く包含するものである。
【００１４】
ノズル本体２は、黒鉛や有機樹脂等の炭素含有原料と様々な酸化物を組み合わせて形成した耐火物により構成されており、略円筒体で、上部には拡径した首部６が一体成形されている。
【００１５】
黒鉛はスラグとの濡れ性が悪くスラグの浸透を抑制すること、耐熱衝撃性および耐熱スポーリング性に優れていることから配合される。
【００１６】
ノズル本体２内には、溶鋼が流れるノズル内孔３がノズル本体２の上端から下部に渡って形成されている。ノズル内孔３は、上部において上端開口７に連通しており、下部において吐出口４ａ，４ｂに連通している。
【００１７】
吐出口４ａ，４ｂはモールド内に溶鋼を流入させる開口であり、ノズル本体２の径方向に対向して（ノズル本体の中心軸に対して対称の位置に）設けられている。
【００１８】
そして、ノズル本体２内には、筒状カーボンクロス５が長手方向に沿って埋設されている。筒状カーボンクロス５は、カーボンクロス（炭素繊維）を筒状に巻回して成形したものであり、１以上の巻数のものを広く包含する。
【００１９】
筒状カーボンクロス５は、図１または図２に示すように、ノズル本体２の径方向中央部付近において、ノズル本体２の上部から下部にかけて埋設されている。なお、この実施例の筒状カーボンクロス５は、１つの筒状カーボンクロス５がノズル本体２内に埋設されているが、径の異なる複数の筒状カーボンクロスが径方向に離間して複数埋設されたものも本発明の範疇に包含される。
【００２０】
このように、本発明の黒鉛質連続鋳造用ノズルのノズル本体内には、筒状カーボンクロスが長手方向に沿って埋設されていることにより、ノズル自体の熱伝導率を向上させることでノズル本体の上下における温度差を減少させ予熱の均一化を図ることができる。また、構造強度（縦方向の引っ張り応力、横方向の曲げせん断応力、および圧縮強度）を向上させ鋳造開始時のヒートショックによる割れを抑制できる。さらに、ノズル本体の上記構造にて鋳造開始時のヒートショックによる割れを抑制できるため、高価な予熱設備を新設する必要がなく、予熱作業も煩雑化することもない。
【００２１】
つぎに、本発明の黒鉛質連続鋳造用ノズル１の製造方法について説明する。
この実施例の黒鉛質連続鋳造用ノズル１は、ノズル本体用配合土を作製する工程と、カーボンクロスを筒状に成形して筒状カーボンクロス５を作製する工程と、筒状カーボンクロス５を連続鋳造用ノズル成形型内の所定位置に挿入配置する工程と、連続鋳造用ノズル成形型内に挿入配置された筒状カーボンクロス５の内外にノズル本体用配合土を充填する工程と、連続鋳造用ノズル成形型内において筒状カーボンクロス５とノズル本体用配合土を一体加圧成形してノズル本体２を成形する工程と、ノズル本体２を焼成する工程とを経て作製されている。以下、各工程について順次説明する。
【００２２】
ノズル本体用配合土を作製する工程では、黒鉛等の耐火材にバインダーを添加して公知の方法にて混練しノズル本体用配合土を作製する。バインダーとしては、一般的に耐火物に使用される無機バインダーまたは有機バインダーであればどのようなものでもよいが、好ましくは有機バインダーである。有機バインダーは、カーボンボンドを形成するために使用され、例えば、フェノール樹脂、フラン樹脂、タール、ピッチ等が好適に使用できる。
【００２３】
カーボンクロスを筒状に成形して筒状カーボンクロス５を作製する工程では、埋設する黒鉛質連続鋳造用浸漬ノズルの長手方向の長さに対応した縦幅と、埋設する黒鉛質連続鋳造用浸漬ノズルの径に対応した横幅を有するカーボンクロスを巻回して筒状カーボンクロス５を作製する。
【００２４】
筒状カーボンクロス５を連続鋳造用ノズル成形型内の所定位置に挿入配置する工程では、連続鋳造用ノズル成形型内の略中央に筒状カーボンクロス５を挿入する。
【００２５】
連続鋳造用ノズル成形型内に挿入配置された筒状カーボンクロス５の内外にノズル本体用配合土を充填する工程では、筒状カーボンクロス５の内側と外側にそれぞれノズル本体用配合土を充填する。
【００２６】
連続鋳造用ノズル成形型内において筒状カーボンクロス５とノズル本体用配合土を一体加圧成形してノズル本体２を成形する工程では、筒状カーボンクロス５とその内外に充填されたノズル本体用配合土を連続鋳造用ノズル成形型内において一体的に押圧してノズル本体２を作製する。
【００２７】
ノズル本体２を焼成する工程では、酸化防止のため、窒素，アルゴン又はＣＯなどの非酸化雰囲気下で焼成する。また、ノズル本体２中の揮発物質を十分に揮発させるため、５００〜１３００℃の焼成温度にて焼成する。
【００２８】
連続鋳造用ノズル１は以上の工程を経て作製されるが、本発明の連続鋳造用ノズル１の製造方法は、筒状カーボンクロス５を連続鋳造用ノズル成形型内の所定位置に挿入配置する工程と、連続鋳造用ノズル成形型内に挿入配置された筒状カーボンクロス５の内外にノズル本体用配合土を充填する工程と、連続鋳造用ノズル成形型内において筒状カーボンクロス５とノズル本体用配合土を一体加圧成形してノズル本体２を成形する工程とを有することにより、筒状カーボンクロス５と筒状カーボンクロス５の内外に充填したノズル本体用配合土との接着性を飛躍的に向上させることができる。
【符号の説明】
【００２９】
１ 黒鉛質連続鋳造用ノズル
２ ノズル本体
３ ノズル内孔
４ａ，４ｂ 吐出口
５ 筒状カーボンクロス
６ 首部
７ 上端開口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼などの金属の連続鋳造において使用される黒鉛質連続鋳造用ノズルおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
黒鉛質連続鋳造用ノズルの予熱方法としては下部加熱が多く採用されており、その際、ノズル上部が予熱不十分であると、鋳造開始時にヒートショックによる割れが発生することがある。そのため、予熱の均一化を図る方法が種々提案されているが、高価な設備の新設を要したり予熱作業が煩雑化する等、十分な解決に至っていないのが現状である。
【０００３】
また、鋳造開始時に発生するヒートショックによる割れを抑制する方法の一つとして、黒鉛質連続鋳造用ノズル自体の熱伝導率を向上させることが考えられる。
【０００４】
さらに、ヒートショックの応力方向は、黒鉛質連続鋳造用ノズルの中心から放射線状に向かっており、構造強度が低い場合においてもヒートショックによる割れが発生することがある。そのため、構造強度を向上させるために材料強度を高めることが考えられるが、一般的な方法では同時に弾性率も上昇してしまいヒートショックに対しては逆に悪影響を及ぼしかねない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１８５６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の課題は、高価な予熱設備を新設する必要がなく、予熱作業が煩雑化することもなく、ノズル自体の熱伝導率および構造強度を向上させることができ、予熱の均一化を図ることができると共に、鋳造開始時のヒートショックによる割れを抑制できる黒鉛質連続鋳造用ノズルおよびその製造方法を提供することにある。
【０００７】
上記課題を解決するものは、ノズル本体内に筒状に成形された筒状カーボンクロスが長手方向に沿って埋設されていることを特徴とする黒鉛質連続鋳造用ノズルである。
【０００８】
また、上記課題を解決するものは、ノズル本体用配合土を作製する工程と、カーボンクロスを筒状に成形して筒状カーボンクロスを作製する工程と、前記筒状カーボンクロスを連続鋳造用ノズル成形型内の所定位置に挿入配置する工程と、前記連続鋳造用ノズル成形型内に挿入配置された前記筒状カーボンクロスの内外に前記ノズル本体用配合土を充填する工程と、前記連続鋳造用ノズル成形型内において前記筒状カーボンクロスと前記ノズル本体用配合土を一体加圧成形してノズル本体を成形する工程と、前記ノズル本体を焼成する工程を有していることを特徴とする黒鉛質連続鋳造用ノズルの製造方法である。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載した黒鉛質連続鋳造用ノズルによれば、高価な予熱設備を新設する必要がなく、予熱作業が煩雑化することもなく、ノズル自体の熱伝導率および構造強度を向上させることができ、予熱の均一化を図ることができると共に、鋳造開始時のヒートショックによる割れを抑制できる。
請求項２に記載した黒鉛質連続鋳造用ノズルの製造方法によれば、筒状カーボンクロスと筒状カーボンクロスの内外に充填したノズル本体用配合土との接着性を飛躍的に向上させた上記請求項１の効果を有する黒鉛質連続鋳造用ノズルを確実かつ容易に作製できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の黒鉛質連続鋳造用ノズルの一実施例の縦断面図である。
【図２】図１のＡ―Ａ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明では、ノズル本体２内に筒状に成形された筒状カーボンクロス５を長手方向に沿って埋設したことで、高価な予熱設備の新設が不要で、予熱作業が煩雑化することもなく、ノズル自体の熱伝導率および構造強度を向上させることができて予熱の均一化を図ることができ、鋳造開始時のヒートショックによる割れを抑制できる黒鉛質連続鋳造用ノズル１を実現した。
【実施例１】
【００１２】
本発明の黒鉛質連続鋳造用ノズルを図１に示した一実施例を用いて説明する。
この実施例の黒鉛質連続鋳造用ノズル１は、ノズル本体２と、ノズル本体２内に設けられ溶鋼が流通するためのノズル内孔３と、ノズル本体２の下部に対向して設けられた一対の吐出口４ａ，４ｂとを有した連続鋳造用浸漬ノズルであって、ノズル本体２内には、筒状に成形されたカーボンクロス５が長手方向に沿って埋設されている。以下、各構成について順次詳述する。
【００１３】
この実施例の黒鉛質連続鋳造用ノズル１は、鋼などの金属の連続鋳造において、タンディッシュからモールドへの溶鋼の注入に使用される連続鋳造用浸漬ノズルである。ただし、本発明の黒鉛質連続鋳造用ノズルは、これに限定されるものではなく、例えば取鍋からタンディッシュへの溶鋼の注入に使用されるロングノズル等、連続鋳造に使用される黒鉛質連続鋳造用ノズルを広く包含するものである。
【００１４】
ノズル本体２は、黒鉛や有機樹脂等の炭素含有原料と様々な酸化物を組み合わせて形成した耐火物により構成されており、略円筒体で、上部には拡径した首部６が一体成形されている。
【００１５】
黒鉛はスラグとの濡れ性が悪くスラグの浸透を抑制すること、耐熱衝撃性および耐熱スポーリング性に優れていることから配合される。
【００１６】
ノズル本体２内には、溶鋼が流れるノズル内孔３がノズル本体２の上端から下部に渡って形成されている。ノズル内孔３は、上部において上端開口７に連通しており、下部において吐出口４ａ，４ｂに連通している。
【００１７】
吐出口４ａ，４ｂはモールド内に溶鋼を流入させる開口であり、ノズル本体２の径方向に対向して（ノズル本体の中心軸に対して対称の位置に）設けられている。
【００１８】
そして、ノズル本体２内には、筒状カーボンクロス５が長手方向に沿って埋設されている。筒状カーボンクロス５は、カーボンクロス（炭素繊維）を筒状に巻回して成形したものであり、１以上の巻数のものを広く包含する。
【００１９】
筒状カーボンクロス５は、図１または図２に示すように、ノズル本体２の径方向中央部付近において、ノズル本体２の上部から下部にかけて埋設されている。なお、この実施例の筒状カーボンクロス５は、１つの筒状カーボンクロス５がノズル本体２内に埋設されているが、径の異なる複数の筒状カーボンクロスが径方向に離間して複数埋設されたものも本発明の範疇に包含される。
【００２０】
このように、本発明の黒鉛質連続鋳造用ノズルのノズル本体内には、筒状カーボンクロスが長手方向に沿って埋設されていることにより、ノズル自体の熱伝導率を向上させることでノズル本体の上下における温度差を減少させ予熱の均一化を図ることができる。また、構造強度（縦方向の引っ張り応力、横方向の曲げせん断応力、および圧縮強度）を向上させ鋳造開始時のヒートショックによる割れを抑制できる。さらに、ノズル本体の上記構造にて鋳造開始時のヒートショックによる割れを抑制できるため、高価な予熱設備を新設する必要がなく、予熱作業も煩雑化することもない。
【００２１】
つぎに、本発明の黒鉛質連続鋳造用ノズル１の製造方法について説明する。
この実施例の黒鉛質連続鋳造用ノズル１は、ノズル本体用配合土を作製する工程と、カーボンクロスを筒状に成形して筒状カーボンクロス５を作製する工程と、筒状カーボンクロス５を連続鋳造用ノズル成形型内の所定位置に挿入配置する工程と、連続鋳造用ノズル成形型内に挿入配置された筒状カーボンクロス５の内外にノズル本体用配合土を充填する工程と、連続鋳造用ノズル成形型内において筒状カーボンクロス５とノズル本体用配合土を一体加圧成形してノズル本体２を成形する工程と、ノズル本体２を焼成する工程とを経て作製されている。以下、各工程について順次説明する。
【００２２】
ノズル本体用配合土を作製する工程では、黒鉛等の耐火材にバインダーを添加して公知の方法にて混練しノズル本体用配合土を作製する。バインダーとしては、一般的に耐火物に使用される無機バインダーまたは有機バインダーであればどのようなものでもよいが、好ましくは有機バインダーである。有機バインダーは、カーボンボンドを形成するために使用され、例えば、フェノール樹脂、フラン樹脂、タール、ピッチ等が好適に使用できる。
【００２３】
カーボンクロスを筒状に成形して筒状カーボンクロス５を作製する工程では、埋設する黒鉛質連続鋳造用浸漬ノズルの長手方向の長さに対応した縦幅と、埋設する黒鉛質連続鋳造用浸漬ノズルの径に対応した横幅を有するカーボンクロスを巻回して筒状カーボンクロス５を作製する。
【００２４】
筒状カーボンクロス５を連続鋳造用ノズル成形型内の所定位置に挿入配置する工程では、連続鋳造用ノズル成形型内の略中央に筒状カーボンクロス５を挿入する。
【００２５】
連続鋳造用ノズル成形型内に挿入配置された筒状カーボンクロス５の内外にノズル本体用配合土を充填する工程では、筒状カーボンクロス５の内側と外側にそれぞれノズル本体用配合土を充填する。
【００２６】
連続鋳造用ノズル成形型内において筒状カーボンクロス５とノズル本体用配合土を一体加圧成形してノズル本体２を成形する工程では、筒状カーボンクロス５とその内外に充填されたノズル本体用配合土を連続鋳造用ノズル成形型内において一体的に押圧してノズル本体２を作製する。
【００２７】
ノズル本体２を焼成する工程では、酸化防止のため、窒素，アルゴン又はＣＯなどの非酸化雰囲気下で焼成する。また、ノズル本体２中の揮発物質を十分に揮発させるため、５００〜１３００℃の焼成温度にて焼成する。
【００２８】
連続鋳造用ノズル１は以上の工程を経て作製されるが、本発明の連続鋳造用ノズル１の製造方法は、筒状カーボンクロス５を連続鋳造用ノズル成形型内の所定位置に挿入配置する工程と、連続鋳造用ノズル成形型内に挿入配置された筒状カーボンクロス５の内外にノズル本体用配合土を充填する工程と、連続鋳造用ノズル成形型内において筒状カーボンクロス５とノズル本体用配合土を一体加圧成形してノズル本体２を成形する工程とを有することにより、筒状カーボンクロス５と筒状カーボンクロス５の内外に充填したノズル本体用配合土との接着性を飛躍的に向上させることができる。
【符号の説明】
【００２９】
１ 黒鉛質連続鋳造用ノズル
２ ノズル本体
３ ノズル内孔
４ａ，４ｂ 吐出口
５ 筒状カーボンクロス
６ 首部
７ 上端開口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル本体内に筒状に成形された筒状カーボンクロスが長手方向に沿って埋設されていることを特徴とする黒鉛質連続鋳造用ノズル。
【請求項２】
ノズル本体用配合土を作製する工程と、カーボンクロスを筒状に成形して筒状カーボンクロスを作製する工程と、前記筒状カーボンクロスを連続鋳造用ノズル成形型内の所定位置に挿入配置する工程と、前記連続鋳造用ノズル成形型内に挿入配置された前記筒状カーボンクロスの内外に前記ノズル本体用配合土を充填する工程と、前記連続鋳造用ノズル成形型内において前記筒状カーボンクロスと前記ノズル本体用配合土を一体加圧成形してノズル本体を成形する工程と、前記ノズル本体を焼成する工程を有していることを特徴とする黒鉛質連続鋳造用ノズルの製造方法。
【請求項１】
ノズル本体内に筒状に成形された筒状カーボンクロスが長手方向に沿って埋設されていることを特徴とする黒鉛質連続鋳造用ノズル。
【請求項２】
ノズル本体用配合土を作製する工程と、カーボンクロスを筒状に成形して筒状カーボンクロスを作製する工程と、前記筒状カーボンクロスを連続鋳造用ノズル成形型内の所定位置に挿入配置する工程と、前記連続鋳造用ノズル成形型内に挿入配置された前記筒状カーボンクロスの内外に前記ノズル本体用配合土を充填する工程と、前記連続鋳造用ノズル成形型内において前記筒状カーボンクロスと前記ノズル本体用配合土を一体加圧成形してノズル本体を成形する工程と、前記ノズル本体を焼成する工程を有していることを特徴とする黒鉛質連続鋳造用ノズルの製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−９４８１７（Ｐ２０１３−９４８１７Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４０２５１（Ｐ２０１１−２４０２５１）
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（０００２４４１７６）明智セラミックス株式会社 (40)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（０００２４４１７６）明智セラミックス株式会社 (40)
【Ｆターム（参考）】
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