特開 2024-137270 タンディッシュ内張り用キャスタブル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024137270

(43)【公開日】2024-10-07

(54)【発明の名称】タンディッシュ内張り用キャスタブル

(51)【国際特許分類】

   C04B 35/66 20060101AFI20240927BHJP

   B22D 11/10 20060101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

C04B35/66

B22D11/10 310J

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023048730

(22)【出願日】2023-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】000170716

【氏名又は名称】黒崎播磨株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001601

【氏名又は名称】弁理士法人英和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山田 啓介

(72)【発明者】

【氏名】笹谷 佳寛

(57)【要約】

【課題】タンディッシュ内張り用キャスタブルにおいて亀裂の発生を抑制する。
【解決手段】耐火原料配合物中に粒径０．０７５ｍｍ以上１ｍｍ未満のアンダルサイトを１５質量％以上４５質量％以下含有し、かつ、粒径１ｍｍ以上３ｍｍ未満のアンダルサイトの含有率が１０質量％以下（０を含む。）である、タンディッシュ内張り用キャスタブル。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

耐火原料配合物中に粒径０．０７５ｍｍ以上１ｍｍ未満のアンダルサイトを１５質量％以上４５質量％以下含有し、かつ、粒径１ｍｍ以上３ｍｍ未満のアンダルサイトの含有率が１０質量％以下（０を含む。）である、タンディッシュ内張り用キャスタブル。

【請求項2】

耐火原料配合物の残部として、ムライトを２５質量％以上５５質量％以下、アルミナを１０質量％以上４０質量％以下、アルミナセメントを３質量％以上１０質量％以下、及びシリカ超微粉を３質量％以上１０質量％以下含有する、請求項１に記載のタンディッシュ内張り用キャスタブル。

【請求項3】

粒径０．０７５ｍｍ以上１ｍｍ未満のアンダルサイトの含有率が２０質量％以上４０質量％以下である、請求項１又は請求項２に記載のタンディッシュ内張り用キャスタブル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鉄鋼分野などにおいて用いられる溶融金属容器、特に連続鋳造用タンディッシュの内張りに使用されるタンディッシュ内張り用キャスタブルに関する。

【背景技術】

【0002】

一般的にタンディッシュの内張りには、アルミナ系原料及びアルミナシリカ系原料を主体としアルミナセメントボンドのキャスタブルが汎用されている。このキャスタブルにおいては、使用中に原料の焼結収縮による亀裂が発生し、この亀裂がタンディッシュ内張り材の寿命のネックとなる問題がある。そのため従前より、残存膨張性を付与する目的で、ろう石、珪石あるいはアンダルサイトの使用が検討されている。

【0003】

特にアンダルサイトは、ろう石及び珪石に比べ緩やかに膨張する点で亀裂発生の抑制効果に優れており、例えば、特許文献１の表３の実施例１６には、粒径４５μｍ以上１ｍｍ未満のアンダルサイトを１０質量％、粒径１ｍｍ以上２ｍｍ未満のアンダルサイトを１５質量％含有するタンディッシュ内張り用キャスタブルが開示されている。
また、特許文献２には、耐火原料の合量１００質量％中にアンダルサイトを４０質量％以上８０質量％以下含有し、かつ、前記アンダルサイトの合量１００質量％中に、粒径７５μｍ以下のアンダルサイトを２質量％以上５０質量％以下含有するタンディッシュ内張り用キャスタブルが開示されている。

【0004】

これら特許文献１又は特許文献２に開示されたタンディッシュ内張り用キャスタブルにより、亀裂の発生は一定程度抑制されるが、タンディッシュの寿命が尽きる主な原因は、依然として亀裂の発生による内張り材の損傷であり、亀裂発生の更なる抑制が必要であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００４－１３１３１０号公報

【特許文献2】特開２０１９－９８３６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明が解決しようとする課題は、タンディッシュ内張り用キャスタブルにおいて亀裂の発生を抑制することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者らは、タンディッシュ内張り材の亀裂は、使用中に１５００℃前後になる内張り材表面部と、使用中は６００～１０００℃程度になる中心部との間の温度差による残存線変化率の差に起因していると考えた。すなわち、タンディッシュは間欠操業のため、常温まで冷却されるが、この冷却時に内張り材の表面部と中心部との残存線変化率の差が大きいほど、表面部に亀裂が発生しやすくなると推定した。そこで、内張り材の高温域と低温域との残存膨張の差を小さくすることに着目し、そのためにアンダルサイトの粒度と含有率について種々検討した結果、粒径０．０７５ｍｍ以上１ｍｍ未満のアンダルサイトを耐火原料配合物中に１５質量％以上４５質量％以下含有するタンディッシュ内張り用キャスタブルとすることで、高温域と低温域との残存線変化率の差を小さくすることができ、タンディッシュ内張り用キャスタブルの亀裂の発生を大幅に抑制することができることを知見した。

【0008】

すなわち、本発明の一観点によれば、次のタンディッシュ内張り用キャスタブルが提供される。
耐火原料配合物中に粒径０．０７５ｍｍ以上１ｍｍ未満のアンダルサイトを１５質量％以上４５質量％以下含有し、かつ、粒径１ｍｍ以上３ｍｍ未満のアンダルサイトの含有率が１０質量％以下（０を含む。）である、タンディッシュ内張り用キャスタブル。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、タンディッシュ内張り用キャスタブルにおいて冷却時の亀裂の発生を抑制することができ、タンディッシュの寿命を格段に延長することができる。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明においてアンダルサイトは、上述の通り粒径０．０７５ｍｍ以上１ｍｍ未満の粒度で使用する。これにより、タンディッシュ内張り材の低温域と高温域との残存線変化率の差を小さくすることができる。アンダルサイトの粒度が粒径０．０７５ｍｍ未満では残存膨張を付与する効果が不十分であり、アンダルサイトの粒度が粒径１ｍｍ以上では低温域と高温域での残存線変化率の差が大きくなりすぎる。

【0011】

本発明において粒径０．０７５ｍｍ以上１ｍｍ未満のアンダルサイトの含有率は、耐火原料配合物１００質量％中に占める割合で１５質量％以上４５質量％以下とし、更には２０質量％以上４０質量％以下とすることもできる。粒径０．０７５ｍｍ以上１ｍｍ未満のアンダルサイトの含有率が１５質量％未満では残存線変化率が不足し、４５質量％を超えると残存膨張が大きくなりすぎる。

【0012】

本発明において粒径１ｍｍ以上３ｍｍ未満のアンダルサイトは使用しなくてもよいが、残存膨張を調整するために１０質量％以下であれば使用可能である。粒径１ｍｍ以上３ｍｍ未満のアンダルサイトの含有率が１０質量％を超えると、低温域と高温域との残存線変化率の差が大きくなる。
また、粒径０．０７５ｍｍ未満のアンダルサイトも使用しなくてもよいが、１０質量％以下であれば悪影響を及ぼすことなく使用することができる。

【0013】

ここで、本発明においてアンダルサイトとは、そのＸ線回折においてピーク強度が３番目までに高いもののうちにアンダルサイト（回折面が１１０面（その近傍を含む。））を含み、かつＡｌ_２Ｏ_３の含有率が５０質量％以上７５質量％以下、ＳｉＯ_２の含有率が２０質量％以上４５質量％以下の範囲内にあるものをいい、アンダルサイトを含有する天然鉱物（シリマナイト族鉱物）等から得られるもののほか、アンダルサイトを含有する耐火物（使用後品）を破砕して得られるものも含むものである。

【0014】

本発明のタンディッシュ内張り用キャスタブルにおいて耐火原料配合物の構成は、アンダルサイト以外は従来のタンディッシュ内張り用キャスタブルと同様の構成とすることができ、例えば特許文献２のように、ムライト、アルミナ、アルミナセメント、及びシリカ超微粉を使用することができる。

【0015】

ムライトは、高温まで熱膨張率が安定していること及び耐熱衝撃性に優れることから、耐火原料配合物１００質量％中に占める割合で２５質量％以上５５質量％以下の含有率で使用することができる。ムライトとしては、耐火物の原料として一般的に使用されているものであれば問題なく使用することができ、例えば電融ムライト、焼結ムライト等である。

【0016】

アルミナは、内張り材の表面に設けられるコーティング材の焼き付きを防止するためとキャスタブルの流動性を確保するために、耐火原料配合物１００質量％中に占める割合で１０質量％以上４０質量％以下の含有率で使用することができる。アルミナとしては、耐火物の原料として一般的に使用されているものであれば問題なく使用することができ、例えば電融アルミナ、焼結アルミナ、ボーキサイト、バンケツ、仮焼アルミナ等である。

【0017】

アルミナセメントは、結合剤として、耐火原料配合物１００質量％中に占める割合で３質量％以上１０質量％以下の含有率で使用することができる。アルミナセメントとしては、キャスタブルの結合剤として一般的に使用されているものであれば問題なく使用することができる。

【0018】

シリカ超微粉は、強度向上及び流動性確保のために、耐火原料配合物１００質量％中に占める割合で３質量％以上１０質量％以下の含有率で使用することができる。ここで本発明で使用するシリカ超微粉とは、平均粒径が１０μｍ以下の微粒子シリカのことであり、シリカヒューム、ヒュームドシリカ、ホワイトカーボンを総称して指す。シリカヒュームはフェロシリコン、金属シリコン、電融ジルコニアなどの精錬過程で発生する排ガスを集塵して得られる副産物であり、比較的安価に入手が可能である。ヒュームドシリカは四塩化ケイ素を始めとしたケイ素化合物を原料として酸素と水素の火炎中で加水分解して製造される。また、ホワイトカーボンは珪酸ナトリウムの酸又はルカリを用いた分解によって得られる。

【0019】

また本発明において耐火原料配合物は、ろう石や珪石などの、α－石英を鉱物に含む粒径１ｍｍ以上の膨張性骨材を含有することもできる。ただし、膨張差による亀裂発生や組織破壊などの問題が顕著に生じないようにするため、その含有率は耐火原料配合物１００質量％中に占める割合で２質量％未満であることが好ましく、１．５質量％以下であることがより好ましく、０質量％である、すなわちα－石英を鉱物に含む粒径１ｍｍ以上の膨張性骨材を含有しないことが最も好ましい。なお、α－石英を鉱物に含む粒径１ｍｍ未満の膨張性原料も微量であれば含有してもよく、その含有率は耐火原料配合物１００質量％中に占める割合で３質量％以下とすることができる。

【0020】

更に本発明において耐火原料配合物は、上述の耐火原料以外にシャモット、粘土などを含有することもでき、その含有率は耐火原料配合物１００質量％中に占める割合でそれぞれ５質量％以下であれば悪影響を及ぼすことはない。
また本発明において耐火原料配合物は、従来のキャスタブルと同様に、分散剤、硬化調整剤、金属粉、金属繊維、有機繊維等の副原料を適宜含有することができる。
そして本発明のキャスタブルは、従来のキャスタブルと同様に、耐火原料配合物に適量の水を添加して流し込み施工される。

【0021】

ここで、本発明でいう粒径とは、耐火原料粒子を篩いで篩って分離したときの篩い目の大きさのことであり、例えば粒径０．０７５ｍｍ未満のアンダルサイトとは、篩い目が０．０７５ｍｍの篩いを通過するアンダルサイトのことで、粒径０．０７５ｍｍ以上のアンダルサイトとは、篩い目が０．０７５ｍｍの篩い目を通過しないアンダルサイトのことである。
また、本発明でいう平均粒径とは、レーザ回折散乱式粒度分布計で測定された累積曲線の中央累積値（Ｄ５０）にあたる体積平均粒径をいう。

【実施例0022】

表１に本発明の実施例及び比較例の耐火原料配合物と評価結果を示している。実施例及び比較例における評価項目と評価方法は以下の通りである。なお、表１中、「その他原料」とは分散剤、硬化調整剤、有機繊維等の副原料である。

【0023】

【表1】

【0024】

＜残存線変化率＞
残存線変化率はＪＩＳ－Ｒ２５５４に準拠して、それぞれ１０００℃と１５００℃において測定し、それぞれの残存線変化率及びこれらの残存線変化率の差を評価した。具体的には表２の基準により、○（良）、△（可）、×（不良）の３段階で評価した。

【0025】

【表2】

【0026】

＜強度＞
強度は圧縮強さにより評価した。具体的には１０００℃で３時間焼成後の常温での圧縮強さで評価した。圧縮強さの測定はＪＩＳ－Ｒ２５５３に準拠して行った。評価は、以下の基準により、○（良）、△（可）、×（不良）の３段階で評価した。
○（良）：３５以上、△（可）：３０以上３５未満、×（不可）：３０未満（単位：ＭＰａ）

【0027】

＜耐熱衝撃性＞
耐熱衝撃性は試験片を１０００℃で３時間焼成した後、１５００℃の電気炉にて３０分強制加熱及び強制空冷を繰り返し、大亀裂が発生したときの繰り返し回数により評価した。大亀裂の判断については、試験片の亀裂の幅をＪＩＳ－Ｂ７５２４による隙間ゲージにより確認し、亀裂の幅が０．５ｍｍ以上の場合を大亀裂とした。
評価は、以下の基準により、○（良）、△（可）、×（不良）の３段階で評価した。この評価では、大亀裂が発生したときの繰り返し回数が高い方が耐熱衝撃性に優れることを示す。
○（良）：１３回以上、 △（可）：１０回以上１２回以下、×（不可）：９回以下

【0028】

＜総合評価＞
総合評価は、上記の各評価において、全てが○の場合を◎（優）、△と○の場合を〇（良）、いずれかに×がある場合を×（不良）として評価した。

【0029】

表１中、実施例１～７は、粒径０．０７５ｍｍ以上１ｍｍ未満のアンダルサイトの含有率が異なる例であるが、いずれも本発明の範囲内にあり、総合評価が◎（優）又は○（良）であり良好な評価結果が得られた。なかでも粒径０．０７５ｍｍ以上１ｍｍ未満のアンダルサイトの含有率が２０質量％以上４０質量％以下の範囲内にある実施例２～６は、総合評価が◎（優）であり特に良好な評価結果が得られた。

【0030】

これに対して比較例１は、粒径０．０７５ｍｍ以上１ｍｍ未満のアンダルサイトの含有率が本発明の下限値を下回る例である。１０００℃の残存線変化率が小さすぎ、しかも耐熱衝撃性も不十分であった。
比較例２は、粒径０．０７５ｍｍ以上１ｍｍ未満のアンダルサイトの含有率が本発明の上限値を上回る例である。１０００℃と１５００℃での残存線変化率の差が０．５％超と大きく、タンディッシュ内張り材の冷却時に亀裂が発生すると判断された。

【0031】

比較例３は、アンダルサイトとして粒径１ｍｍ以上３ｍｍ未満の粒度のもののみを使用した例である。１５００℃の残存線変化率が大きすぎ、しかも１０００℃と１５００℃での残存線変化率の差も大きかった。
比較例４は、粒径０．０７５ｍｍ以上１ｍｍ未満のアンダルサイトの含有率が本発明の下限値を下回り、かつ粒径１ｍｍ以上３ｍｍ未満のアンダルサイトの含有率が本発明の上限値を上回る例である。１５００℃の残存線変化率が大きすぎた。
比較例５は、アンダルサイトとして粒径０．０７５ｍｍ未満の粒度のもののみを使用した例である。１０００℃の残存線変化率が小さすぎた。

【0032】

実施例８及び実施例９は、ムライトの含有率が異なる例であるが、本発明の範囲内であり良好な結果となった。
実施例１０及び実施例１１は、アルミナの含有率が異なる例であるが、本発明の範囲内であり良好な結果となった。
実施例１２及び実施例１３は、アルミナセメントの含有率が異なる例であるが、本発明の範囲内であり良好な結果となった。
実施例１４及び実施例１５は、シリカフラワーの含有率が異なる例であるが、本発明の範囲内であり良好な結果となった。

【0033】

実施例４、比較例３及び比較例５のキャスタブルを実際のタンディッシュで使用したところ、いずれもキャスタブルの亀裂要因で寿命となった。実施例４の使用回数を１００とし、比較例３と比較例５の使用回数を指数に換算すると、それぞれ７２と７９であり、実施例４のキャスタブルが非常に優れていることがわかった。