连续铸造用浸渍喷嘴及使用其的连续铸造方法

摘要

本发明的目的在于提供耐剥落性以及氧化铝难附着性均优良的连续铸造用浸渍喷嘴、以及使用该连续铸造用浸渍喷嘴的连续铸造方法。本发明的连续铸造用浸渍喷嘴是在构成熔融金属的圆筒状流路的内壁面的底部附近的侧面具备相对于轴心左右对称的一对排出孔的连续铸造用浸渍喷嘴，其中，上述浸渍喷嘴在高度方向的全长范围上由材料B连续构成，上述内壁面通过由上述材料B形成的区域B和由与上述材料B不同的材料形成的区域A构成，构成上述区域A的材料在1500℃的线膨胀系数比上述材料B在1500℃的线膨胀系数大，上述内壁面在1500℃的线膨胀系数在高度方向的平均值和上述内壁面在900℃的线膨胀系数在高度方向的平均值之差为0.40％～0.60％。

说明书

技术领域

本发明涉及连续铸造用浸渍喷嘴以及使用该连续铸造用浸渍喷嘴 的连续铸造方法。

背景技术

在连续铸造中，在从钢包将熔融金属注入中间包时、在从中间包向 铸模注入熔融金属时，使用称为长喷嘴、浸渍喷嘴、滑动喷嘴等耐火物 制的喷嘴。

这些喷嘴用于防止熔融金属被空气氧化、确保稳定地向铸模注入等 目的，为了使相对于熔融金属的耐溶损性、耐磨损性以及耐剥落性等优 良，因此大多由氧化铝-碳质的耐火物构成。

但是，由于氧化铝-碳质的耐火物容易附着熔融金属中的氧化铝， 所以在使用由氧化铝-碳质的耐火物构成的喷嘴的情况下存在以下情 况：氧化铝附着/堆积于成为熔融金属的流路的喷嘴的内壁面、排出孔， 从而引起由喷嘴闭塞造成的铸造中止、熔融金属在铸模内的流动偏流 化、由附着的氧化铝剥离/脱落造成的铸片品质恶化等问题。

而且，针对这些问题，广泛地进行具有氧化铝难以附着的性质的耐 火物的开发等，从而改善喷嘴的品质。

例如，在专利文献1中公开了“一种钢的连续铸造耐火部件用耐火 物，其特征在于，作为由主体耐火材料、以及与钢液接触的部分的耐火 材料构成的钢的连续铸造耐火部件的至少与钢液接触的部分的耐火材 料而使用的耐火物为：CaO占5％～40％质量，SiO₂占2％～30％质量， ZrO₂占35％～80％质量，碳占不足5％质量(包括零质量)”。在专利文 献2中公开了“一种钢的连续铸造用喷嘴用耐火物，其是作为钢的连续 铸造用喷嘴来使用的耐火物，该钢的连续铸造用喷嘴用耐火物的特征在 于，构成该耐火物的化学组成为：至少Al₂O₃占40％～80％质量，C占 10％～40％质量，SiO₂占6％～40％质量，ZrO₂占0.1％～10％质量，剩余 部分由其他耐火性物质以及工业上不可避免的杂质构成。”

专利文献1：日本特开2003-40672号公报

专利文献2：日本特开2004-331462号公报

本发明人在研究专利文献1以及2所记载的耐火材料(物)时，发 现虽然制成的喷嘴的耐剥落性良好，但是对于氧化铝的难附着性(以下， 称为“氧化铝难附着性”。)仍有改善的余地。

发明内容

因此，本发明的课题在于提供一种耐剥落性以及氧化铝难附着性均 优良的连续铸造用浸渍喷嘴、以及使用该连续铸造用浸渍喷嘴的连续铸 造方法。

为了解决上述课题，本发明人专心研究的结果是发现了如下现象： 以构成熔融金属的流路的内壁面在1500℃的热膨胀系数在高度方向的 平均值和在900℃的热膨胀系数在高度方向的平均值之差(以下，也称 为“耐热冲击指数”。)处于规定的范围内的方式将内壁面以热膨胀系数 不同的两种以上材料形成的浸渍喷嘴，在耐剥落性以及氧化铝难附着性 上均优良，从而完成了本发明。

此外，在本说明书中，“热膨胀系数”是指线膨胀系数，另外，在 材料的线膨胀系数存在各向异性的情况下，是指高度方向(浸渍喷嘴的 长边方向)的线膨胀系数。

即，本发明提供了下述(1)～(4)。

(1)一种连续铸造用浸渍喷嘴，其在构成熔融金属的圆筒状流路 的内壁面的底部附近的侧面具备相对于轴心左右对称的一对排出孔，在 该连续铸造用浸渍喷嘴中，上述浸渍喷嘴在高度方向的全长范围上由材 料B连续地构成，上述内壁面通过由上述材料B形成的区域B和由与 上述材料B不同的材料形成的区域A构成，构成上述区域A的材料在 1500℃的线膨胀系数比上述材料B在1500℃的线膨胀系数大，上述内 壁面在1500℃的线膨胀系数在高度方向的平均值和上述内壁面在900℃ 的线膨胀系数在高度方向的平均值之差为0.40％～0.60％。

(2)上述(1)所记载的连续铸造用浸渍喷嘴的上述排出孔设置于 上述区域A。

(3)一种连续铸造方法，其具有使用上述(1)或者(2)所记载 的连续铸造用浸渍喷嘴来注入熔融金属的工序。

(4)一种连续铸造用浸渍喷嘴的制造方法，其是制造在构成熔融 金属的圆筒状流路的内壁面的底部附近的侧面具备相对于轴心左右对 称的一对排出孔的连续铸造用浸渍喷嘴的制造方法，在该制造方法中， 具有如下工序，在该工序中，将从构成上述区域A的材料的线膨胀系数、 上述材料B的线膨胀系数、上述区域A的配置长度以及上述区域B的配 置长度中选择的至少一项以上调节或者设计为：在高度方向的全长范围上 由材料B连续地构成上述浸渍喷嘴，通过由上述材料B形成的区域B 和由与上述材料B不同的材料形成的区域A构成上述内壁面，将构成 上述区域A的材料在1500℃的线膨胀系数形成为比上述材料B在1500 ℃的线膨胀系数大，使上述内壁面在1500℃的线膨胀系数在高度方向的 平均值和上述内壁面在900℃的线膨胀系数在高度方向的平均值之差为 0.40％～0.60％。

如以下所示，根据本发明，能够提供一种耐剥落性以及氧化铝难附 着性均优良的连续铸造用浸渍喷嘴、以及使用该连续铸造用浸渍喷嘴的 连续铸造方法。

另外，根据本发明，关于多相(多个)构造的浸渍喷嘴的耐火材料 (物)，通过考虑各种材料的组合、形成区域以及热膨胀系数来设计， 从而不用进行铸造前的预先评价，就能够制成耐剥落性以及氧化铝难附 着性均优良的连续铸造用浸渍喷嘴，因此非常有用。

附图说明

图1中的图1(A)是表示本发明的浸渍喷嘴的优选实施方式的一个 例子的示意立体图，图1(B)是图1(A)的缺少一部分的立体图。

图2中的图2(A)是从图1(A)的剖面线IA-IA观察的示意剖视 图，图2(B)是从图1(A)的剖面线IB-IB观察的示意剖视图。

图3是表示本发明的浸渍喷嘴的其他实施方式的一个例子的示意剖 视图。

具体实施方式

【浸渍喷嘴】

本发明的连续铸造用浸渍喷嘴(以下，省略为“本发明的浸渍喷 嘴”。)是在构成熔融金属的圆筒状流路的内壁面的底部附近的侧面具备 相对于轴心左右对称的一对排出孔的连续铸造用的浸渍喷嘴。

接下来，对本发明的浸渍喷嘴的整体结构以及各部分形状等进行说 明。

＜整体形状＞

如图1所示，本发明的浸渍喷嘴1在构成熔融金属的圆筒状流路2 的内壁面3的底部4附近的侧面具有相对于轴心左右对称的一对排出孔 5。

这里，如图2以及图3所示，浸渍喷嘴1在高度方向的全长范围上 由材料B连续构成。

另外，如图2以及图3所示，浸渍喷嘴1的内壁面3通过由上述材 料B形成的区域B、以及由与上述材料B不同的材料(以下，包括该材 料为单种材料或者多种材料的情况，且将该材料称为“材料A”。)形成 的区域A构成。

在本发明中，虽然可以如图2以及图3所示那样将排出孔5设置于 区域A以及区域B中的任一个，但是为了能够进一步抑制浸渍喷嘴的 闭塞，所以优选如图2所示那样将排出孔5设置于区域A。

另外，如图2以及图3所示，由材料B形成的区域B可以位于浸渍 喷嘴1的内壁面3的排出孔5的上方区域，也可以位于下方区域。

在本发明中，如图2以及图3所示，虽然材料B不仅构成内壁面3 的区域B，而且构成浸渍喷嘴的外壁、底部，但是优选浸渍喷嘴的外壁 中的、与连铸铸模内的熔融熔剂接触的部分通过由耐腐蚀性比材料B高 的材料(以下，在本段中称为“耐腐蚀材料”。)形成的圆筒状部件(未 图示)构成。此外，这种结构例如能够通过静水压冲压，对预先成型的 由耐腐蚀材料构成的圆筒状部件以及由材料A构成的圆筒状部件、粉状 材料B与结合材料进行冲压成型，从而将它们一体成型。

此外，在本发明中，没有特别限定浸渍喷嘴的壁厚(图1中的附图 标记Th)、圆筒流路的长度(图1中的附图标记L)、排出孔的开口部 的形状、倾斜角度以及开口直径等，能够设计为与现有公知的浸渍喷嘴 相同。

＜圆筒状流路(内壁面)＞

构成上述圆筒状流路的浸渍喷嘴的内壁面通过由上述材料B形成的 区域B、以及由与上述材料B不同的材料A形成的区域A构成。

在本发明中，材料A以及材料B以材料A在1500℃的热膨胀系数 比材料B在1500℃的热膨胀系数大的方式适当地进行选择。

此外，虽然按照上述描述，材料A是指与上述材料B不同的单种材 料或者多种材料，但是材料A在为多种材料的情况下，以全部材料在 1500℃的热膨胀系数比材料B在1500℃的热膨胀系数大的方式适当地 进行选择。

(材料A)

作为上述材料A，具体而言，例如例举有MgO-Al₂O₃等无碳尖晶石 系材料、MgO-C-Al等降低喷嘴的界面张力的材料、CaO-MgO-C等通 过生成低熔点物质从而防止附着的材料等氧化铝难附着性材料，可以将 它们中的一种单独使用，也可以将它们中的两种以上并用。

(材料B)

作为上述材料B，具体而言，例如例举有氧化铝石墨等氧化铝碳质 材料等，可以将它们中的一种单独使用，也可以将它们中的两种以上并 用。

在本发明中，虽然没有特别限定由上述材料A形成的区域A的厚度， 但是优选厚度为浸渍喷嘴的壁厚的10％～50％，更加优选厚度为浸渍喷 嘴的壁厚的15％～40％。

具体而言，在浸渍喷嘴的壁厚为20mm的情况下，优选由上述材料 A形成的区域A的厚度为2mm～10mm，更加优选由上述材料A形成的 区域A的厚度为3mm～8mm。

此外，如上述所述，在本发明中，虽然没有特别限定浸渍喷嘴的壁 厚，但是例如优选在10mm～40mm的范围适当地进行设计。

另外，由于由上述材料A形成的区域A的配置长度(流路的长度方 向)是会对后述的耐热冲击指数的计算造成影响的参数，所以浸渍喷嘴 的内壁面在1500℃的热膨胀系数在高度方向的平均值与在900℃的热膨 胀系数在高度方向的平均值之差能够在0.40％～0.60％的范围适当地进 行设计。

具体而言，例如在浸渍喷嘴的圆筒流路的长度为600mm的情况下， 优选由上述材料A形成的区域A的配置长度为120mm～240mm，更加 优选为150mm～210mm。

此外，如上述所述，在本发明中，虽然没有特别限定浸渍喷嘴的圆 筒流路的长度，但是例如优选在500mm～950mm的范围适当地进行设 计。

在本发明中，由上述材料A形成的区域A不一定需要连续配设于一 个位置，也可以分为多个位置来配设。

另外，按照上述所述，形成区域A的材料A也不一定需要由一种材 料构成，也能够将多种材料并用。

另一方面，没有特别限定由上述材料B形成的区域B的厚度，优选 厚度为与浸渍喷嘴的壁厚相同的值，即优选仅由上述材料B形成至外壁 面。

另外，与区域A相同，由上述材料B形成的区域B的配置长度(流 路的长度方向)能够适当地进行设计，例如在浸渍喷嘴的流路的长度为 600mm的情况下，优选为360mm～480mm，更加优选为390mm～450mm。

在本发明中，与区域A相同，由上述材料B形成的区域B不一定 需要连续配设于一个位置，也可以分为多个位置来配设(例如，参照图 3)。

在本发明中，构成上述圆筒状流路的浸渍喷嘴的内壁面不一定需要是 平滑的，也可以具有不会阻碍注入钢液的程度的凹凸、长度方向的阶梯差 (内径的扩大和/或缩小)等任意的内壁面形状。

另外，与内壁面的中心轴正交的剖面形状也不一定需要是圆形的， 例如也可以是椭圆那样的剖面形状。

＜热膨胀系数＞

对于本发明的浸渍喷嘴而言，内壁面在1500℃的热膨胀系数在高度 方向的平均值与内壁面在900℃的热膨胀系数在高度方向的平均值之差 (耐热冲击指数)为0.40％～0.60％。

这里，在本发明中，热膨胀系数在高度方向的平均值是指通过下述 式(I)计算的值，耐热冲击指数是指通过下述式(II)计算的值。

α(T)＝(αA×LA/L)+(αB×LB/L)···(I)

耐热冲击指数＝α(1500℃)－α(900℃)···(II)

T：温度(℃)

α(T)：在温度T下浸渍喷嘴的内壁面的热膨胀系数在高度方向的 平均值(％)

αA：材料A在温度T下的热膨胀系数(％)

αB：材料B在温度T下的热膨胀系数(％)

LA：材料A(区域A)在高度方向的配置长度(mm)

LB：材料B(区域B)在高度方向的配置长度(mm)

L：浸渍喷嘴的圆筒流路的长度(mm)

此外，在上述式(I)中，在材料A为多种材料的情况下，αA是 指“各种材料在温度T下的热膨胀系数(％)在高度方向的平均值”， 另外，在区域A配设于多个位置的情况下，LA是指“各位置在高度方 向的配置长度(mm)的合计”，同样地，在区域B配设于多个位置的 情况下，LB是指“各位置在高度方向的配置长度(mm)的合计”。

本发明人发现了若上述耐热冲击指数为0.40％～0.60％，则即便使用 热膨胀系数较高的氧化铝难附着性材料，也能成为耐剥落性以及氧化铝 难附着性均优良的浸渍喷嘴。

即，在连续铸造中，虽然浸渍喷嘴通常在预热后被注入熔融金属， 但是会因被注入的熔融金属从而产生内壁面与外壁面的温度差(温度梯 度)，因此在现有公知的浸渍喷嘴中，有可能因热冲击产生剥落破坏。

与此相对，可知对于本发明的浸渍喷嘴而言，通过按照在估计了与 内壁面接触的熔融金属的温度的1500℃的、浸渍喷嘴内壁面的热膨胀系 数在高度方向的平均值、与在估计了预热后自然冷却后的温度的900℃ 的、浸渍喷嘴内壁面的热膨胀系数在高度方向的平均值之差处于特定的 范围的方式，将构成熔融金属的流路的内壁面以热膨胀系数不同的两种 以上材料形成，从而不仅耐剥落性被改善，而且氧化铝难附着性也被改 善。

在本发明中，为了确保上述材料A的材质、与区域A的配置有关的 自由度，并且为了使耐热冲击性也良好，所以优选使上述耐热冲击指数 为0.50％～0.58％。

【连续铸造方法】

本发明的连续铸造方法是具有使用上述本发明的浸渍喷嘴来注入 熔融金属的工序的连续铸造方法。

这里，作为上述工序，例如例举有从钢包将熔融金属注入中间包的 工序、从中间包向铸模注入熔融金属的工序等。此外，在本发明中，针 对上述工序中的熔融金属的注入速度等条件、其他工序(例如压延工序、 冷却工序等)，能够设计为与现有公知的连续铸造方法相同。

另外，本发明的连续铸造方法不仅能够应用于将熔融金属注入预热 后的浸渍喷嘴开始铸造的情况，还能够应用于在连续铸造的中途将预热 后的浸渍喷嘴的前端部浸渍于铸模内的钢液中以后开始向该浸渍喷嘴 注入熔融金属的情况。此外，在后者的情况下，也能够通过相同的指标 来评价浸渍喷嘴的耐剥落性。

【制造方法】

本发明的制造方法是制造上述本发明的浸渍喷嘴的制造方法，在该 制造方法中，具有如下工序，在该工序中，将从本发明的浸渍喷嘴的特 征中、即从上述材料A的热膨胀系数、上述材料B的热膨胀系数、上 述区域A的配置长度以及上述区域B的配置长度中选择的至少一项以 上调节或者设计为：在高度方向的全长范围上由材料B连续构成浸渍喷 嘴，通过由上述材料B形成的区域B、以及由与上述材料B不同的材料 A形成的区域A构成浸渍喷嘴的内壁面，将上述材料A在1500℃的热 膨胀系数形成为比上述材料B在1500℃的热膨胀系数大，使上述内壁 面在1500℃的热膨胀系数在高度方向的平均值与上述内壁面在900℃的 热膨胀系数在高度方向的平均值之差为0.40％～0.60％。

【实施例】

＜喷嘴形成材料＞

针对下述表1所示的喷嘴形成材料，通过以下所示的方法对热膨胀 系数进行了测定。

具体而言，用各种材料制成试件(20mm×20mm×100mm)，并且 使制成的试件在非活性气体环境中升热，测定在900℃以及1500℃试件 的长度，并且与在室温测定的试件的长度进行比较从而进行计算。将结 果在下述表1中示出。此外，在下述表1中，喷嘴形成材料在括弧内的 数值(％)表示金属铝(Al)的含量(质量％)。

【表1】

表1

＜实施例1～3、比较例1～5＞

使用上述表1所记载的各种材料中的、下述表2所示的材料，制成 以下所示的尺寸的浸渍喷嘴。此外，除由材料B形成的区域B以外的 部分(区域A)由材料A形成。

·浸渍喷嘴的壁厚：20mm

·浸渍喷嘴的圆筒流路的长度：600mm

·材料A(区域A)的厚度：5mm

·材料B(区域B)的厚度：20mm

·材料A(区域A)在高度方向的配置长度(mm)：参照下述表2 中材料栏的括弧内所写

·材料B(区域B)在高度方向的配置长度(mm)：参照下述表2 中材料栏的括弧内所写

＜热膨胀系数差(耐热冲击指数)＞

针对制成的各浸渍喷嘴，根据上述式(I)计算浸渍喷嘴的内壁面的 热膨胀系数在高度方向的平均值，根据上述式(II)计算耐热冲击指数。 将耐热冲击指数在下述表2中示出。

＜耐剥落性＞

在机长23m、铸片厚度250mm、铸片宽度1900mm～2100mm的垂 直弯曲型连续铸造机中，将制成的各喷嘴用于从中间包向铸模注入熔融 金属的浸渍喷嘴，并且对耐剥落性进行了评价。

具体而言，首先，以浸渍喷嘴的内部的温度为900℃左右的方式进 行了预热。

然后，将熔融金属从中间包经由浸渍喷嘴注入铸模。

此外，熔融金属的初始注入速度控制在1000kg/分左右来进行。

另外，能够推断出熔融金属在钢包中的温度约为1560℃，到达浸渍 喷嘴时的温度约为1530℃。

通过目视观察刚刚将熔融金属注入以后的浸渍喷嘴的表面，并且对 有无破裂/龟裂进行调查。将没有破裂/龟裂的用“○”评价为耐剥落性 优良，将有破裂/龟裂的用“×”评价为耐剥落性差。将结果在下述表2 中示出。

＜氧化铝难附着性＞

在与耐剥落性的评价相同的试验条件下，将熔融金属从中间包经由 浸渍喷嘴注入铸模，并且将熔融金属在定常铸造状态下的注入速度控制 在4000kg/分左右。

开始注入熔融金属，并且在经过180分钟以后中止连续铸造。

然后，通过目视确认使用后的各喷嘴的内壁面(特别是排出孔附 近)，对有无氧化铝的附着进行调查。将没有氧化铝的附着的用“○” 评价为氧化铝难附着性优良，将附着于喷嘴的内壁面的氧化铝的附着量 平均为10mm厚以上的，用“×”评价为氧化铝难附着性差。将结果在 下述表2中示出。

此外，从安全性的观点来看，结果为耐剥落性差的浸渍喷嘴无法进 行连续铸造，因此不对其进行氧化铝难附着性的评价。

【表2】

表2

根据表2所示，虽然仅通过氧化铝石墨形成有内壁面的比较例5的 浸渍喷嘴在耐剥落性上优良，但是在氧化铝难附着性上差。

另外可知，即便在通过热膨胀系数不同的两种材料形成有构成熔融 金属的流路的内壁面的情况下，在1500℃内壁面的热膨胀系数在高度方 向的平均值与在900℃内壁面的热膨胀系数在高度方向的平均值之差 (耐热冲击指数)在规定的范围外的比较例1～4的浸渍喷嘴在耐剥落性 上差。

与此相对，可知通过热膨胀系数不同的两种材料形成构成熔融金属 的流路的内壁面，并且在1500℃内壁面的热膨胀系数在高度方向的平均 值与在900℃内壁面的热膨胀系数在高度方向的平均值之差(耐热冲击 指数)在规定的范围内的浸渍喷嘴在耐剥落性以及氧化铝难附着性上均 优良(实施例1～3)。另外，可知即便在使用与实施例2或者3相同的材 料的情况下，在因改变区域A以及区域B的配置长度而使热膨胀系数 差处于规定的范围外的比较例4或者3中，耐剥落性也较差，这是因为 材料A(氧化铝难附着性材料)的热膨胀特性以及材料A的配设范围的 设计很重要。

【附图标记的说明】

1…浸渍喷嘴；2…圆筒状流路；3…内壁面；4…底部；5…排出孔； Th…浸渍喷嘴的壁厚；L…圆筒状流路的长度；A…材料A；B…材料B。