连续铸造用浇注嘴及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种连续铸造用浇注嘴及其制造方法，在内孔侧配置高耐腐蚀性、高防止附着性等高性能耐火物层来提高耐用性的连续铸造用浇注嘴中，能够防止因该内孔侧层与本体材料即外周侧层的热膨胀差而导致外周侧层压裂，同时能够防止在铸造过程中内孔侧层剥落。具体为，连续铸造用浇注嘴的内孔侧层（２）与中间层（４）的边界部分以及中间层（４）与外周侧层（３）的边界部分具有直接接触并一体化的结构，中间层与该中间层所邻接的内孔侧层及外周侧层的１０００℃非氧化环境下的粘接强度为０．０１ＭＰａ以上１．５ＭＰａ以下，并且，在２．５ＭＰａ的加压下，１０００℃非氧化环境下的中间层的可缩率Ｋ（％）在１０％以上８０％以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及熔融金属的连续铸造用浇注嘴，尤其涉及具备由在轴向上具有熔融金属通过的内孔的管状耐火物结构体构成，且该管状耐火物结构体的一部分或者全部区域具有内孔侧层、中间层以及外周侧层的连续铸造用浇注嘴。另外，本专利技术中所谓的“管状”是指在轴向上具有内孔的所有形状，而不论与其轴向正交的方向的截面形状如何。也就是说，与轴向正交方向上的截面形状不局限于圆形，也可以是椭圆形、矩形、多边形等形状。此外，本专利技术中所谓的“内孔侧层”是指在以连续铸造用浇注嘴的钢液通过方向(垂直方向)为全长的任意位置的水平方向截面上，与中间层相比位于内孔侧的耐火物层的总称，也包括内孔侧层由多层构成的情况，该情况下的热膨胀率为其内孔侧层中任意一层的最大值。而且，本专利技术中所谓的“外周侧层”是指在上述截面中，与中间层相比位于外周侧的耐火物层的总称，也包括外周侧层由多层构成的情况(例如，除AG材料之外存在ZG材料的两层结构等)，该情况下的热膨胀率为其外周侧层中任意一层的最小值。
技术介绍
从浇包向浇口盘排出钢液的长浇注嘴以及从浇口盘向连续铸造用铸型注入钢液的浸渍浇注嘴等的连续铸造用浇注嘴，由在该轴向中央附近具有钢液等熔融金属通过的内孔的管状耐火物结构体构成，当钢液通过内孔时，在内孔侧与外周侧会出现温度梯度。特别是在钢液开始排出、通过时，由于内孔侧急剧升温，因此该现象比较显著。无论构成耐火物结构体的耐火物是单层还是多层，这样的温度梯度均会使耐火物内部产生应力变形，尤其成为外周侧层出现裂纹等断裂的原因之一。而且，这种温度梯度越大，且内孔侧层的热膨胀率比外周侧层的热膨胀率越大，热应力就越大，从而外周侧层破损的危险性越高。另一方面，由于钢液一边急剧撞击连续铸造用浇注嘴的内孔面一边通过，因此特别是在内孔面的附近，由于钢液以及钢液中的非金属夹杂物等导致的磨损、钢液中的氧化性成分等导致的组织脆弱化与流失、与FeO等其他钢液中成分的反应熔损等而导致的损伤很大。另外，近年来，还由于伴随钢的高级化等而氧化铝等钢液中的非金属夹杂物的增加，连续铸造用浇注嘴的内孔面上的以氧化铝为主的夹杂物的附着、以及内孔的堵塞等也已经成为决定连续铸造用浇注嘴的寿命的重要因素之一。在如此状况下，对于提高内孔面的耐腐蚀性、耐磨损性，降低非金属夹杂物等在内孔面的附着乃至堵塞来实现连续铸造用浇注嘴的高耐用化以及安全性(稳定铸造)的要求越来越高。为了满足这些要求，通过将耐热冲击性优良的材料耐火物应用于连续铸造用浇注嘴的主体部分即外周侧层来构成成为连续铸造用浇注嘴的基本构架的部分，并在具有与钢液流接触的浇注嘴内孔面的一侧的层即内孔侧层，将由耐磨损性、耐腐蚀性等出色的材料-->或者不易附着氧化铝等夹杂物的材料构成的耐火物配置在内孔面的一部分或者整个面上等，实现连续铸造用浇注嘴的寿命延长。特别是关于内孔侧层，多种多样的高性能化在不断发展，最近，为了通过采用减少了熔损性骨料即石墨、二氧化硅量的材料，或者完全不含有那些物质的材料类而含有较多Al2O3、ZrO2、MgO等耐腐蚀性成分的材料类等来实现高耐腐蚀性，或者降低乃至防止钢液中的Al2O3等夹杂物成分附着于内孔面等，内装有含有与Al2O3成分的反应性高的CaO成分的碱性材料的耐火物层的浸渍浇注嘴等的应用在不断发展。为获得如此高性能的耐火物而含有上述各成分的耐火骨料具有高热膨胀性，而且，由于高性能的耐火物含有大量这样的耐火骨料，因此，内孔侧层呈现高膨胀化倾向。而且，加上伴随碳含有量的降低，内孔侧层相对于外周侧层的热传导率降低造成的热梯度增大等因素，内孔侧层与外周侧层的热膨胀量的差以及由此产生的热应力呈现越来越增大的倾向，连续铸造用浇注嘴特别是外周侧层因压裂而产生断裂的危险性更加增大。作为连续铸造用浇注嘴因温度梯度(热应力)等而产生断裂的一般的措施有，例如，使构成连续铸造用浇注嘴的耐火物含有多量的石墨，添加热膨胀率小的熔融二氧化硅等或将其增量等，通过高热传导率化、低膨胀化、低弹性率化等降低热应力。但是，另一方面，增加石墨、熔融二氧化硅则存在以下弊端，由于耐氧化性降低、与其它耐火物成分或钢液中成分等的反应性增大等，导致耐磨损性、耐腐蚀性等耐用性降低，在应用于内孔侧层方面存在局限性，不是具有现实性的解决方法。于是，为了回避连续铸造用浇注嘴的断裂危险，采用以下方法：例如，在将成为内孔侧层的成形体设置于外周侧层的内孔侧时，使用由一般的氧化物等的耐火原料为主体的微粉构成并由富含溶剂的硅酸盐等无机类结合材料等构成的泥状砂浆，并且尝试通过增大该砂浆的气孔率降低强度，破坏该砂浆层自身来缓和内孔侧层的伴随热膨胀而产生的应力，即通过富含溶剂，应用虽然粘接力比较低但表现出高气孔率的砂浆来回避浇注嘴破裂的方法。但是，采用这种砂浆回避断裂的措施存在以下问题。(1)溶剂过多的砂浆由于具有砂浆中的溶剂通过与浇注嘴材料的接触而被吸收到其它层的材料中的性质，因此，特别是在连续铸造用浇注嘴等使砂浆层为数mm的较薄的情况下，由于砂浆层的气孔率呈现像材料界面侧那样低而细密的倾向，因此，设置后的砂浆层自身的应力缓和功能会降低或消失。(2)实际上不能进行外观气孔率的控制。即由于不能进行可在规定应力以下压曲的气孔分布的控制，因此不得不使溶剂过多，从而不能同时满足粘接性。(3)由于通过砂浆层实现应力的缓和是通过不可逆转地破坏形成气孔的砂浆层中的骨料而形成内孔侧层的变形余量来缓和应力，因此，一旦破坏了的组织由于没有粘接力，所以脱落的危险很大，而且，由于浇注嘴的温度变化，随着砂浆损坏后的空间扩大，容易允许钢液、熔渣等侵入，因侵入的钢液等而产生裂痕、侵蚀等，从而引起其它层或连续铸造用浇注嘴损伤的情况很多。作为在以这样的高耐腐蚀性等为方针的同时用于防止因热应力导致断裂等的其它尝试，例如在专利文献1中公开有以下铸造用浇注嘴：仅在内孔侧设置不含碳的高热膨胀性、高耐腐蚀性的耐火物层，在除此以外的外周侧设置含碳的耐剥落性出色的耐火物层，成为两层构造，通过在成形时配置聚丙烯、尼龙等可燃物并使其消失而形成的分离层，将该两层构造的耐火物层间的接触面的至少80％以上进行分离。-->但是，在专利文献1的铸造用浇注嘴中，耐火物层间的接触面的不足20％仍然粘接着。假设即使是很小的粘接部，压裂应力也会通过该粘接部分从内孔侧层向外周侧层传递，因此成为破裂现象的起点。另外，在粘接部分为0％的情况下，则产生无法作为构造体保持内孔侧层的基本问题。而且发生以下问题，钢液容易浸入分离层，在温度变化时，由于钢液的凝固收缩、加热时的钢膨胀等在耐火物上产生龟裂，由于内孔侧层未与外周侧层粘接，因此而剥落。另一方面，在专利文献2中公开了以下方案，为了抑制夹杂物附着，将含有70wt％以上的CaO且外观气孔率为50％以下的CaO浇注嘴内装于浸渍浇注嘴，在该CaO浇注嘴与母材浇注嘴之间设置适应CaO浇注嘴的热膨胀量的间隙。另外，还公开了根据需要在CaO浇注嘴的端部与母材浇注嘴之间填充较薄的陶瓷纤维或者少量的砂浆，以固定CaO浇注嘴。但是，在如此在内孔侧的CaO浇注嘴(内孔侧层)与外周侧的母材浇注嘴(外周侧层)之间设置相当于CaO浇注嘴的热膨胀余量的间隙的构造中，虽然可以抑制高膨胀性的CaO浇注嘴造成的外周侧母材浇注嘴的压裂现象，但是，如专利文献2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续铸造用浇注嘴，由在轴向上具有熔融金属通过的内孔的管状耐火物结构体构成，在该管状耐火物结构体的一部分或者全部区域，内孔侧层的耐火物的热膨胀比其半径方向外侧的外周侧层的耐火物的热膨胀大，其特征在于，具备在内孔侧层和外周侧层之间与具有可缩性的中间层在成形时同时一体化的多层结构，中间层与该中间层所邻接的内孔侧层及外周侧层的１０００℃非氧化环境下的粘接强度为０．０１ＭＰａ以上１．５ＭＰａ以下，并且，在２．５ＭＰａ的加压下，１０００℃非氧化环境下的中间层的可缩率Ｋ（％）满足以下公式１，Ｋ≥［（Ｄｉ×αｉ－Ｄｏ×αｏ）／（２×Ｔｍ）］．．．公式１Ｄｉ：内孔侧层的外径（ｍｍ）Ｄｏ：外周侧层的内径（ｍｍ）Ｔｍ：中间层在室温下的初始厚度（ｍｍ）αｉ：内孔侧层的耐火物从室温至１５００℃范围内的最大热膨胀率（％）αｏ：外周侧层的耐火物在开始通入钢液时的温度下的热膨胀率（％）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2007-10-9 2007-262959;JP 2008-6-26 2008-1678361.一种连续铸造用浇注嘴，由在轴向上具有熔融金属通过的内孔的管状耐火物结构体构成，在该管状耐火物结构体的一部分或者全部区域，内孔侧层的耐火物的热膨胀比其半径方向外侧的外周侧层的耐火物的热膨胀大，其特征在于，具备在内孔侧层和外周侧层之间与具有可缩性的中间层在成形时同时一体化的多层结构，中间层与该中间层所邻接的内孔侧层及外周侧层的1000℃非氧化环境下的粘接强度为0.01MPa以上1.5MPa以下，并且，在2.5MPa的加压下，1000℃非氧化环境下的中间层的可缩率K(％)满足以下公式1，K≥[(Di×αi-Do×αo)/(2×Tm)]...公式1Di：内孔侧层的外径(mm)Do：外周侧层的内径(mm)Tm：中间层在室温下的初始厚度(mm)αi：内孔侧层的耐火物从室温至1500℃范围内的最大热膨胀率(％)αo：外周侧层的耐火物在开始通入钢液时的温度下的热膨胀率(％)。2.根据权利要求1所述的连续铸造用浇注嘴，其特征在于，所述中间层在600℃以上的非氧化环境下进行热处理后，含有已膨胀的膨胀性石墨粒子。3.根据权利要求1或2所述的连续铸造用浇注嘴，其特征在于，所述中间层在1000℃的非氧化环境下进行热处理后，共计含有除了与其它成分的化合物的碳成分16质量％至100质量％。4.根据权利要求1或2所述的连续铸造用浇注嘴，其特征在于，所述中间层在1000℃的非氧化环境下进行热处理后，共计含有除了与其它成分的化合物的碳成分16质量％以上，所述碳成分以外的剩余部分是由氧化物、碳化物、氮化物、金属中的1种以上成分构成的耐火性原料。5.一种连续铸造用浇注嘴的制造方法，其为具备由在轴向上具有熔融金属通过的内孔的管状耐火物结构体构成，且其一部分或者全部区域从内孔面朝向半径方向的外侧依次具有内孔侧、中间层及外周侧层的连续铸造用浇注嘴的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：作...

【专利技术属性】
技术研发人员：森川胜美，佐佐木昭成，波连孝一，吉富丈记，平岩义隆，
申请(专利权)人：黑崎播磨株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]