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JP3015305B2 - 鋼の連続鋳造用ノズル - Google Patents

鋼の連続鋳造用ノズル

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Publication number
JP3015305B2
JP3015305B2 JP08286934A JP28693496A JP3015305B2 JP 3015305 B2 JP3015305 B2 JP 3015305B2 JP 08286934 A JP08286934 A JP 08286934A JP 28693496 A JP28693496 A JP 28693496A JP 3015305 B2 JP3015305 B2 JP 3015305B2
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JP
Japan
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nozzle
sio
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refractory
refractory material
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JP08286934A
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JPH10128507A (ja
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修 野村
良介 中村
▲韋▼ 林
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Shinagawa Refractories Co Ltd
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Shinagawa Refractories Co Ltd
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Publication date
Application filed by Shinagawa Refractories Co Ltd filed Critical Shinagawa Refractories Co Ltd
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Priority to DE1997607068 priority patent/DE69707068T2/de
Priority to AT97111644T priority patent/ATE206338T1/de
Priority to EP97111644A priority patent/EP0818259B1/en
Publication of JPH10128507A publication Critical patent/JPH10128507A/ja
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  • Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、浸漬ノズル、ロン
グノズル等のアルミキルド鋼(以下、単に「鋼」とい
う)の連続鋳造用ノズルに関するものである。
【0002】
【従来の技術】Alキルド鋼の連続鋳造に際しては、従
来から、耐食性及び耐スポール性に優れたAl23−S
iO2−C質ノズルが最も広く用いられている。しか
し、鋼中のAl脱酸により生じたAl23介在物の付着
によるノズル内管の閉塞が問題になっている。
【0003】その閉塞のメカニズムは、まず、高温での
耐火物中において、耐火原料として使用されているSi
2とCとの間に(1)式の反応が起こる。そして、生
成したSiO(気体:以下「(g)」と記載する)及び
CO(g)が、ノズルと溶鋼の界面に拡散し、溶鋼中の
Alと(2)式、(3)式の反応を起こして、ノズルの
稼働面でアルミナを生成し、ノズル表面に融着して、A
23介在物付着の発端となる:
【化1】 SiO2(s)+(s)=SiO(g)+CO(g) (1)
【化2】 3SiO(g)+2Al=Al23(s)+3Si (2)
【化3】 3CO(g)+2Al=Al23(s)+3 (3)
【0004】なお、上記式において、(s)は固相、
(g)は気相を表し、AlSiは、溶鋼に溶解状
態のAl、Si及びCをそれぞれ表す。
【0005】アルミナ介在物の付着が進行すると、ノズ
ルの閉塞が進行する。これは、ノズルの耐用性を短縮さ
せるばかりではなく、連鋳操業上の支障になるので、そ
の抑制は重要な課題である。
【0006】上記問題を解決するため、(1)式の反応
を解消する目的で、浸漬ノズルの内孔部をCを含まない
耐火物で被覆する方法、即ち、浸漬ノズルの湯道表層部
にAl23、MnO2、MgO、CaO、SiO2を単独
または複合して添加した耐火物を配設した連続鋳造用の
浸漬ノズルが、特開昭51−54836号公報に開示さ
れている。しかしながら、該公報で望ましいとされるS
iO290〜99重量%の領域では、以下に示す(4)
式に示す反応により、(1)〜(3)式と同様にノズル
の稼働面でアルミナを生成し、ノズル表面に融着して、
鋼中のAl23介在物付着の発端となる:
【化4】 3SiO2(s)+4Al=2Al23(s)+3Si (4)
【0007】この対応策として、5重量%を超えるSi
2を含まず、Al23(あるいはMgO、ZrO2)が
90重量%以上のカーボンレス高アルミナ質耐火物が特
開平3−243258号公報に開示されている。また、
特開平5−154628号公報には、アルミナ含有量9
9重量%以上のアルミナクリンカーを主成分とし、アル
ミナ含有量が70重量%以上、カーボン含有量が1重量
%未満、シリカ含有量が1重量%未満の耐火物組成を有
し、且つ0.21mm以下の粒度が20〜70重量%を
占める粒度構成を有する連続鋳造用ノズル内孔体が開示
されている。
【0008】これらの内孔体を作成するには、内孔体の
原料配合物とノズル本体の原料配合物を同時に加圧成形
する方法、あるいは先に成形されたノズル本体に内孔体
の原料配合物を内装充填する方法がある。しかし、何れ
の方法においても、内装充填される内孔体を構成するカ
ーボンレス質材質の熱膨張率は、ノズル本体のカーボン
含有材質の熱膨張率と比較すると格段に大きく、ノズル
本体に予熱中や使用中に亀裂を生じる問題がある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】これを解決するため
に、後者の製造方法において、ノズル本体をカーボン源
を含有する耐火材料によって形成し、溶鋼が通過する部
位及び溶鋼と接する部位をカーボン源を含有しない耐火
材料によって被覆した連続鋳造用ノズルにおいて、前記
カーボン源を含有しない耐火材料による被覆部位が内孔
直胴部、内孔下底部、吐出孔部及び溶鋼に浸漬する外周
部であり、前記被覆部位がカーボンを含有しない耐火材
料の円筒形状によって形成され、且つ前記円筒状体が前
記直胴部では0.5〜2.0mm厚みの目地を介して、ま
た、前記内孔底部及び吐出孔部では1〜5mm厚みの目
地を介して設けられていることを特徴とする連続鋳造用
ノズルが特開平8−57601号公報に開示されてい
る。しかしながら、この場合、目地部分からの溶鋼侵入
が生じ、鋳造途中に内孔体が欠落しやすい欠点がある。
【0010】したがって、本発明の目的は、Al23
在物付着の抑制効果及び耐スポーリング性を同時に具備
する鋼の連続鋳造用ノズルを提供することにある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】即ち、本発明の鋼の連
続鋳造用ノズルは、鋼の連続鋳造用ノズルにおいて、少
なくともノズルの内孔部及び/または溶鋼と接する部分
がSiOが5〜10重量%、Alが90〜95
重量%の化学組成を有し、主要鉱物相がムライト及びコ
ランダム及び/またはβ−アルミナであり、単体の形態
のSiO が不在で、且つ粒度1000μm以下且つ5
00μm以下の粒度割合が80重量%以上である耐火原
料を使用して作製されたAl−SiO系耐火材
料から構成されていることを特徴とする。
【0012】
【0013】更に、本発明の鋼の連続鋳造用ノズルは、
該Al23−SiO2系耐火材料が、SiO2含有耐火原
料として、ムライトを使用して作製されたものであるこ
とを特徴とする。
【0014】
【0015】更に、本発明の鋼の連続鋳造用ノズルは、
該Al23−SiO2系耐火材料を2〜10mmの厚さ
でノズルの内孔部に配設することを特徴とする。
【0016】また、本発明の鋼の連続鋳造用ノズルは、
該Al23−SiO2系耐火材料を2〜10mmの厚さ
で溶鋼と接する部分に配設することを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の鋼の連続鋳造用ノズル(以下、単に「ノズル」
と記載する)は、少なくともノズルの内孔部及び/また
は溶鋼に接する部分が、SiO2が5〜10重量%、A
23が90〜95重量%の化学組成を有するAl23
−SiO2系耐火材料より構成されるところに特徴があ
り、更に、Al23−SiO2系耐火材料の主要鉱物相
がムライト及びコランダム及び/またはβ−アルミナで
あるところに特徴がある。
【0018】該Al23−SiO2系耐火材料におい
て、SiO2が5重量%未満、即ち、Al23が95重
量%を超えると、耐火物中シリカの割合が少なすぎ、即
ち、アルミナの割合が多すぎて、耐火物の耐スポール性
が顕著に低下するために望ましくない。
【0019】なお、周知のように、SiO2が増加す
る、即ち、Al23が減少するにつれて、Al23−S
iO2系耐火物の耐スポール性が向上する。しかし、S
iO2が10重量%を超える、即ち、Al23が90重
量%未満となると、以下の実施例で記載するように、ノ
ズルの閉塞が大きくなる。
【0020】したがって、本発明に使用するAl23
SiO2系耐火物の組成は、SiO25〜10重量%、A
2390〜95重量%の範囲内が望ましい。
【0021】また、Al23−SiO2系耐火物には、
原料配合物を成形する際に配合されるバインダー等に起
因する不可避不純物(炭素、CaO等)や、出発原料に
起因する不可避不純物(TiO2、MgOや、β−アル
ミナに起因するNa2O、K2O等)が存在することがあ
るが、この不可避不純物は2重量%以下の量であれば許
容できる。
【0022】即ち、本発明のノズルにおいて、少なくと
もノズルの内孔部及び/または溶鋼に接する部分を構成
するAl23−SiO2系耐火材料は、実質上Al23
及びSiO2から構成されており、炭素は実質上不存在
であるので、上記(1)〜(3)式の反応を抑制するこ
とができ、これによって、アルミナ介在物によるノズル
の閉塞を防止することができる。
【0023】更に、本発明に使用するAl23−SiO
2系耐火材料においては、SiO2を単体の形態ではな
く、ムライト(3Al23・2SiO2)として含有さ
せるため、SiO2の熱力学活量が顕著に小さくなり、
溶鋼中Alと耐火材料中SiO2との反応性は、(4)
式に示した反応より著しく小さくなる。その結果、ムラ
イトをノズルの材質に適用すると、溶鋼と耐火材料の反
応に起因するアルミナの付着が顕著に低減される。
【0024】本発明のノズルに使用するAl23−Si
2系耐火材料は、ロングノズル、浸漬ノズルのような
連続鋳造用ノズルの内孔部及び/または溶鋼と接する部
分に適用すれば良く、また、ロングノズル、浸漬ノズル
等の連続鋳造用ノズル全体に使用しても良い。
【0025】ノズル全体をAl23−SiO2系耐火材
料のみで構成する場合には、所定の耐火原料を、フェノ
ール樹脂や糖蜜等のような多糖類やCMCのようなセル
ロース系等の耐火物を製造する際に一般に使用されてい
るバインダーと混練し、CIP等により所定のノズル形
状に成形、乾燥後、焼成して製造することができる。ま
た、耐火原料を流し込み成形、圧入成形、乾燥、場合に
よっては焼成して製造することもできる。
【0026】なお、バインダーの種類によっては、例え
ばフェノール樹脂のようにバインダーに起因する炭素
や、セメントに起因するCaOが混入することがある
が、その量は少なく、不可避不純物と見なすことができ
る。これらの不可避不純物は、出発原料に起因する不可
避不純物との合計量で2重量%以下であれば特に問題は
ない。
【0027】ノズルの内孔部及び/または溶鋼と接する
部分に、Al23−SiO2系耐火材料を配設する場
合、ノズルの内孔部及び/または溶鋼と接する部分の作
成は、これらの部分を構成するAl23−SiO2系耐
火材料の原料配合物と、ノズル本体を構成する耐火材料
の原料配合物を同時に加圧成形して所定のノズル形状に
成形する方法(同時成形法)、あるいは予め成形された
ノズル本体に、内孔部及び/または溶鋼と接する部分を
構成するAl23−SiO2系耐火物を形成する耐火原
料の配合物を内装充填する方法(内装法)の何れでも良
い。なお、ノズル本体(母体)を構成する耐火材料とし
て従来用いられているアルミナ−カーボン質耐火材料、
ジルコニア−カーボン質耐火材料等の材料を使用するこ
とができる。
【0028】なお、本発明のノズルにおける耐火材料の
配材パターンを図1〜4に示す。ここで、図1〜3は、
浸漬ノズルのパウダーライン部にZrO2−C系耐火材
料を配したものである。パウダーライン部は、浸漬ノズ
ル使用中に侵食性の大きいモールドパウダーと接する帯
域であり、このためノズル本体を構成するAl23−C
系耐火材料を耐食性に優れたZrO2−C系耐火材料で
このパウダーライン部を補強した構成のものである。な
お、Al23−C系耐火材料やZrO2−C系耐火材料
は慣用の組成のものを使用することができ、Al23
C系耐火材料にあっては、例えば、Al2330〜90
重量%、SiO20〜35重量%、C10〜35重量%
の組成を有するものを使用することができ、また、Zr
2−C系耐火材料にあっては、CaO安定化ZrO2
使用する場合、例えば、ZrO266〜88重量%、C
aO2〜4重量%及びC10〜30重量%の組成を有す
るものを使用することができる。なお、ZrO2原料と
しては通常CaO安定化ZrO2が広く使用されている
が、この他にMgO安定化ZrO2、Y23安定化Zr
2、バデライト等を用いることができる。
【0029】また、同時成形する場合には、フェノール
樹脂や糖蜜のような多糖類をバインダーとして混練した
アルミナ−カーボン等のノズル本体を構成する耐火材料
の原料配合物と、内孔部及び/または溶鋼と接する部分
を構成するAl23−SiO2系耐火材料の原料配合物
を、型枠の所定の位置に充填、CIP等により成形し、
乾燥後、不焼成品とするか、または焼成して製造するこ
とができる。
【0030】また、内装法による場合、慣用の方法によ
り予め作成されたノズル本体に、セメントや珪酸塩、リ
ン酸塩のようなバインダーを用い、混練した原料配合物
を流し込み成形、圧入成形した後、乾燥、場合によって
は焼成し製造しても良いし、慣用の方法により予め作成
したノズル本体(母体部)に、加圧成形、流し込みある
いは圧入成形により、別に作成した内装部(内孔部及び
/または溶鋼と接する部分)を装填しても良い。
【0031】本発明のノズルを構成するAl23−Si
2系耐火材料を形成するために使用する原料として
は、シリカ系原料(クリストバライト、石英、シリカガ
ラス等)、ムライト原料、アルミナ原料(コランダム、
β−アルミナ)の他、Al23−SiO2の2成分を主
体とする原料を使用できる。どの原料とも電融原料、焼
結原料もくしは天然原料の何れを使用しても良い。
【0032】本発明のノズル全体をAl23−SiO2
系耐火材料のみで作成する場合、または同時成形法によ
り焼成工程を経て作成する場合、シリカ系原料を使用で
きるが、焼成時にアルミナ系原料と、シリカ原料を十分
に反応させてムライトを生成する必要があるので、12
00℃以上の焼成温度が必要となる。ただ、ムライト生
成反応が不十分であると、シリカ系原料が残存する可能
性があるので、出発原料としてはムライト、アルミナ系
原料を使用することがより望ましい。この場合、250
℃以上で乾燥した不焼成品でも特に問題はない。なお、
出発原料中のMgO、TiO2等の不可避不純の含量
は、ノズル使用時の過焼結を防止する目的から上述のバ
インダーに起因する不可避不純物との合計量で2重量%
以下が望ましい。
【0033】また、使用する出発原料の粒度は、100
0μm以下が望ましく、より望ましくは500μm以下
の粒度割合が80重量%以上である。最大粒度が100
0μmを超える、あるいは500μm以上の粒度割合が
20重量%を超えると、ノズル肉厚に対する最大粒径が
大きくなりすぎ、使用時の耐火組織の脆化、粒の抜け落
ち等の原因となる。
【0034】なお、Al23−SiO2系耐火材料を他
の耐火材料と貼り分けて使用する場合、Al23−Si
2系耐火材料の厚みは、2〜10mmの範囲が望まし
い。該厚みが2mm未満の場合、使用中に溶損され本来
の機能を発揮できない場合があるため望ましくなく、ま
た、10mmを超えると、ノズル本体(母体)を構成す
る耐火材料との熱膨張差に由来する亀裂が発生するよう
になる(耐スポール性の劣化)ため、望ましくない。
【0035】
【実施例】以下の実施例及び比較例の各試料に対するス
ポーリング試験、アルミナ付着試験の各試験について説
明する。実施例1及び実施例2におけるスポーリング試
験は、試料を電気炉の中で1500℃に加熱後、水冷し
た後の亀裂の発生状況で評価した。試料を10個準備
し、亀裂が発生した試料の個数で評価した。アルミナ付
着試験は、1550℃の溶鋼にアルミニウムを1重量%
溶解し、これに試料を60分間浸漬した際のアルミナ付
着状況で評価した。浸漬部へのアルミナの付着厚みで評
価した。
【0036】実施例1 以下の表1に示す出発原料の配合物に、フェノール樹脂
あるいは糖蜜をバインダーとして加えて混練後、100
0kgf/cm2でCIP成形し、次に、250℃で3
時間乾燥した後、1400℃で3時間焼成して内径30
mm、外径55mm、長さ400mmの形状を有するテ
ストサンプルを作成した。物理特性、アルミナ付着試験
並びにスポーリング試験を行い、ノズル特性を評価し
た。
【0037】
【表1】
【0038】表1において、出発原料、焼成後の鉱物相
欄の記号は、A:コランダム、β:β−アルミナ、M:
ムライト、S:シリカガラス、C:クリストバライト、
G:黒鉛をそれぞれ表す。また、バインダー欄の記号
は、F:フェノール樹脂、T:糖蜜をそれぞれ表す。
【0039】また、表1中の曲げ強度は、1400℃で
の強度を、熱膨張率は、1000℃での値をそれぞれ記
載した。なお、*印は、耐火物の脱落ありを示す。
【0040】Al23を99重量%配合したもの(比較
品1)は、耐スポール性が著しく劣り、また、SiO2
を90重量%、あるいは15重量%配合したもの(比較
品2、3)は、何れも耐火物の脱落があり、また、Al
23−SiO2−Cのもの(比較品4)は、アルミナ付
着度が顕著に悪かった。しかし、本発明品1〜4は、耐
アルミナ付着性でも耐スポール性でも良く、耐火物の脱
落も見られなかった。
【0041】実施例2 以下の表2に示す出発原料の配合物に、フェノール樹脂
をバインダーとして加え、混練、1000kgf/cm
2でCIP成形し、250℃で3時間乾燥後、1400
℃で3時間焼成して内径30mm、外径55mm、長さ
400mmの形状を有するテストサンプルを作成した、
物理特性、アルミナ付着試験並びにスポーリング試験を
行い、ノズル特性を評価した。なお、表2中の曲げ強度
は、1400℃での強度を、熱膨張率は、1000℃で
の値をそれぞれ記載した。
【0042】
【表2】 なお、表中の*は、耐火物の脱落ありを示す。
【0043】出発原料の最大粒度が1000μmを超え
る、あるいは500μm以上の粒度割合が20重量%を
超えると、ノズル試料の粒子脱落が起こった。したがっ
て、望ましい原料の粒度は1000μm以下であり、且
つ500μm以下の粒度割合が80重量%以上であるこ
とが判る。
【0044】実施例3 上記の表1に示した比較品4のアルミナ−カーボン系耐
火材料をノズルの本体材料とし、表1に示した本発明品
2をノズル内孔部材質にしたノズル(ノズル外径130
mm、内径70mm、長さ600mm)を、内孔部材質
の厚みを変えて(1mm、2mm、5mm、10mm、
12mm、ただしノズル肉厚は一定)作成した。試料は
CIP成形により同時成形後、250℃で3時間乾燥
し、次に、1000℃で3時間焼成することにより得
た。なお、配材バターンは図4に示す通りである。
【0045】得られたノズルのテストサンプルについ
て、高周波誘導炉によって1550℃で溶解したAlを
1重量%含有する鋼に3時間浸漬したときの、亀裂の発
生の有無で耐スポール性を、内孔部の溶損量で耐食性を
比較した。テストサンプルは10本準備し、耐スポール
性については亀裂が発生したテストサンプルの本数で、
溶損量については、内孔部の平均溶損深さで評価した。
試験結果を表3に示す。
【0046】
【表3】
【0047】表3から、内孔部の厚みが2mm未満で
は、鋳造中に内装部分が溶損してしまう可能性があり、
また、10mmを超えると耐スポール性が顕著に低下す
ることが判明した。
【0048】実施例4 上記の表1に示した比較品4のアルミナ−カーボン系耐
火材料及びZrO2−C系耐火材料(CaO安定化Zr
280重量%、黒鉛20重量%)を使用して、外径1
30mm、内径70mm、長さ600mmの形状の焼成
ノズル(ノズル本体)を作成した。この内側にコランダ
ムを64重量%、ムライトを28重量%(原料粒度1〜
300μm)にハイアルミナセメント(CaO:25重
量%、Al23:75重量%)を8重量%加え、図4に
示す通り5mmの厚みに流し込み成形した。得られた成
形体を250℃で3時間乾燥後、1000℃で3時間焼
成して浸漬ノズルのテストサンプルを作成した。なお、
配材パターンは図1の通りである。
【0049】なお、得られたAl23−SiO2系耐火
材料の組成は、Al2390重量%、SiO28重量%
及びCaO2重量%であり、主要鉱物相はムライト及び
コランダムであり、Al23−SiO2−CaO系ガラ
スが若干共存していた。得られたノズルのテストサンプ
ルは、上記実施例3と同じ条件で溶損量と耐スポール試
験で評価した。試験結果を表4に示す。
【0050】
【表4】
【0051】表4の結果を表3の結果と比較すると、耐
火材料中の不可避不純物とするものが2重量%以下なら
ば、大きな損傷がないことが判明した。
【0052】実施例5 本発明のノズルの効果を評価するため、実機試験を行っ
た。表3に示した本発明品9の浸漬ノズルと、図5に示
す配材パターンを有する表1の比較品4のAl23−C
系耐火材料と上記実施例4で使用したZrO2−C系耐
火材料を組み合わせた従来品の比較品ノズルをテストし
た。テストは、低炭素アルミキルド鋼[組成(重量
%)、C:0.04、Si:0.03、Mn:0.2、
P:0.01、S:0.01、Al:0.05]を用い
て、鋳造温度1580℃で行った。210分間鋳造した
後の内管の最大介在物付着層の厚みは、比較品ノズルが
12mmであるのに対して、本発明品9のノズルでは
2.0mmであり、大幅なアルミナ付着低減効果が見ら
れた。
【0053】
【発明の効果】本発明のノズルを使用することによっ
て、アルミキルド鋼鋳造時のAl介在物の付着に
よるノズルの閉塞が大幅に抑制され、アルミキルド鋼の
長時間にわたる連続鋳造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のノズルの配材パターンの1実施態様を
示す図である。
【図2】本発明のノズルの配材パターンの他の実施態様
を示す図である。
【図3】本発明のノズルの配材パターンの他の実施態様
を示す図である。
【図4】本発明のノズルの配材パターンの他の実施態様
を示す図である。
【図5】従来のノズルの配材パターンを示す図である。
【符号の説明】
1 Al23−SiO2系耐火材料 2 Al23−C系耐火材料 3 ZrO2−C系耐火材料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−214258(JP,A) 特開 平7−51819(JP,A) 特開 平4−37453(JP,A) 特開 平3−243258(JP,A) 実開 昭63−202462(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22D 11/10

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋼の連続鋳造用ノズルにおいて、少なく
    ともノズルの内孔部及び/または溶鋼と接する部分がS
    iOが5〜10重量%、Alが90〜95重量
    %の化学組成を有し、主要鉱物相がムライト及びコラン
    ダム及び/またはβ−アルミナであり、単体の形態のS
    iO が不在で、且つ粒度1000μm以下且つ500
    μm以下の粒度割合が80重量%以上である耐火原料を
    使用して作製されたAl−SiO系耐火材料か
    ら構成されていることを特徴とするアルミキルド鋼の連
    続鋳造用ノズル。
  2. 【請求項2】 Al−SiO系耐火材料が、S
    iO含有耐火原料として、ムライトを使用して作製さ
    れたものである、請求項1記載のアルミキルド鋼の連続
    鋳造用ノズル。
  3. 【請求項3】 Al−SiO系耐火材料を2〜
    10mmの厚さでノズルの内孔部に配設する、請求項1
    または2記載のアルミキルド鋼の連続鋳造用ノズル。
  4. 【請求項4】 Al−SiO系耐火材料を2〜
    10mmの厚さで溶鋼と接する部分に配設する、請求項
    1または2記載のアルミキルド鋼の連続鋳造用ノズル。
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