專利名稱：雙輥筒式薄板連鑄用側(cè)堰陶瓷板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)于軸平行而相互反方向旋轉(zhuǎn)的一對(duì)冷卻輥筒的周面不斷生成凝固殼體、連續(xù)鑄造不銹鋼和鋼等鑄坯的雙輥筒式薄板連鑄裝置中，構(gòu)成從兩側(cè)夾持該冷卻輥筒的澆口杯部的側(cè)堰用的陶瓷板。
背景技術(shù)：
在雙輥筒式薄板連鑄裝置中，對(duì)于構(gòu)成從兩側(cè)夾持該冷卻輥筒的澆口杯部的側(cè)堰，希望對(duì)不銹鋼和鋼等具有較高的耐蝕性、對(duì)輥筒的滑動(dòng)摩擦具有高耐磨損性、對(duì)澆注時(shí)的熱沖擊具有較高的耐熱沖擊性、以及為了抑制生金的粘附而具有較低的熱傳導(dǎo)性。
以往，滑動(dòng)部位的側(cè)堰材料曾經(jīng)使用Al2O3+C系、Si3N4系、BN系、硅鋁氧氮陶瓷(Sialon)系、AlN系、TiB2系、TiN系、以及將它們相組合的Si3N4+BN系、Si3N4+AlN+BN系、硅鋁氧氮陶瓷+BN系、硅鋁氧氮陶瓷+AlN+BN系、硅鋁氧氮陶瓷+TiB2+BN系、硅鋁氧氮陶瓷+TiN+BN等，但是作為側(cè)堰它們都不能說(shuō)具有高壽命。
通常，Al2O3+C系對(duì)于熔融金屬顯示高的耐蝕性和耐熱沖擊性，但是與輥筒的滑動(dòng)面容易變得粗糙，出現(xiàn)熔融金屬密封性較差的問(wèn)題。而且，Si3N4系、硅鋁氧氮陶瓷(Sialon)系、AlN系、TiB2系、TiN系等盡管對(duì)于鋼液的浸透顯示較高的抵抗能力，但是存在耐蝕性較差的問(wèn)題。而且由于耐熱沖擊性較差，所以單獨(dú)地使用在快速加熱和快速冷卻時(shí)容易出現(xiàn)裂紋。
另一方面，BN系耐熱沖擊性優(yōu)良，但由于較柔軟，因此耐磨損性較差，而且由于材料的高熱傳導(dǎo)性，生金容易粘附在側(cè)堰板上，出現(xiàn)妨礙穩(wěn)定地連續(xù)鑄造等問(wèn)題。
在使BN系與Si3N4系、硅鋁氧氮陶瓷系、AlN系、TiB2系、TiN系相組合的場(chǎng)合，與其各自單獨(dú)地的場(chǎng)合相比較，盡管有時(shí)會(huì)看到耐熱沖擊性和耐磨損性的改善，但是仍然遺留耐蝕性較差的問(wèn)題。
如上所述，以往的各種陶瓷材料，未能達(dá)到均能滿足高耐蝕性、高耐磨損性、高耐熱沖擊性以及低熱傳導(dǎo)率的要求，因此存在缺乏作為結(jié)構(gòu)部件的可靠性的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種均能滿足高耐蝕性、高耐磨損性、高耐熱沖擊性以及低熱傳導(dǎo)率的雙輥筒式薄板連鑄用側(cè)堰的陶瓷板。
本發(fā)明的雙輥筒式薄板連鑄用側(cè)堰的陶瓷板，其構(gòu)成相是REAG相10～90體積％、硅鋁氧氮陶瓷(Sialon)相5～50體積％、以及BN相5～50體積％，或者REAG相10～90體積％、硅鋁氧氮陶瓷相5～50體積％、BN相5～50體積％、以及非晶質(zhì)相大于0體積％但不超過(guò)20體積％。
其特征在于作為REAG相是由從YAG相、ErAG相、YbAG相、DyAG相等之中選擇的至少一種的稀土類鋁石榴石相構(gòu)成，并且硅鋁氧氮陶瓷相由具有以化學(xué)式Si6-ZAlZOZN8-Z表示的組成，其中Z的范圍為0.05～1.9構(gòu)成，再優(yōu)選是相對(duì)密度在80％或以上。


圖1是雙輥筒式連鑄機(jī)的斜視圖。
圖2是側(cè)堰的正面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明者通過(guò)各種研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)以REAG相+硅鋁氧氮陶瓷相+BN相(+非晶質(zhì)相)構(gòu)成的陶瓷板通過(guò)將各相的比率控制在設(shè)定的范圍，能夠提供一種均能滿足高耐蝕性、高耐磨損性、高耐熱沖擊性以及低熱傳導(dǎo)率的陶瓷板。
在此，所謂REAG相是稀土類氧化物RE2O3和氧化鋁Al2O3以3RE2O3·5Al2O3之比而化合的高熔點(diǎn)化合物。作為本發(fā)明的REAG相，是從YAG相、ErAG相、YbAG相、DyAG相等之中選擇的至少一種的稀土類鋁石榴石相，多種稀土類鋁石榴石相以任意的比例組合也可以。
而且，它們分別為YAG相是3Y2O3·5Al2O3、ErAG相是3Er2O3·5Al2O3、YbAG相是3Yb2O3·5Al2O3、DyAG相是3Dy2O3·5Al2O3。
在本發(fā)明的過(guò)程，發(fā)現(xiàn)REAG相與不銹鋼和鋼的鋼液的接觸中極其穩(wěn)定，即使在接觸界面上也不容易形成反應(yīng)生成物。
可以推測(cè)這種高耐蝕性的原因在于當(dāng)稀土類氧化物在陶瓷中單獨(dú)存在的場(chǎng)合與鋼液中的Fe2O3反應(yīng)，不斷地形成3RE2O3·5Fe2O3的稀土類鐵石榴石，而導(dǎo)致浸蝕的進(jìn)行，與此相比，通過(guò)事先將稀土類氧化物形成穩(wěn)定的REAG相，可以抑制與Fe2O3的反應(yīng)。
在本發(fā)明中，陶瓷板的構(gòu)成相是由REAG相10～90體積％、硅鋁氧氮陶瓷相5～50體積％、BN相5～50體積％、以及非晶質(zhì)相0～20體積％的范圍構(gòu)成，在REAG相不足10體積％時(shí)，不能得到充分的耐蝕性。
在硅鋁氧氮陶瓷相不足5體積％時(shí)高溫下的強(qiáng)度特性較低、并且不能得到高耐熱沖擊性，在超過(guò)50體積％時(shí)，不能得到高耐蝕性。而且，對(duì)于本發(fā)明的硅鋁氧氮陶瓷相具有以化學(xué)式Si6-ZAlZOZN8-Z表示的組成，其中Z的范圍為0.05～1.9作為優(yōu)選，在Z小于0.05時(shí)，恐怕會(huì)有得不到高耐蝕性的危險(xiǎn)性，而在Z超過(guò)1.9時(shí)，恐怕會(huì)有得不到充分的耐熱沖擊性的危險(xiǎn)性。更優(yōu)選是Z在0.1～1.5的范圍。
從確保耐熱沖擊性的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選添加BN相，在不足5體積％的場(chǎng)合，不能充分地確保耐熱沖擊性，因此優(yōu)選是添加5體積％或以上。但是，在超過(guò)50體積％時(shí)，明顯的硬度的下降導(dǎo)致耐磨損性下降，同時(shí)熱傳導(dǎo)率升高，發(fā)現(xiàn)有生金的粘附。
因此，BN相以5～50體積％的范圍添加作為優(yōu)選，進(jìn)一步優(yōu)選是以15～40體積％的范圍添加。作為BN相的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的形態(tài)，為了得到較高的耐磨損性，優(yōu)選是使用六方晶型的h-BN相，使用隨機(jī)相結(jié)構(gòu)型的t-BN相也可以。
基本上不含非晶質(zhì)相也可以，在超過(guò)20體積％的場(chǎng)合，有時(shí)耐蝕性和高溫強(qiáng)度下降，在大于0體積％但不超過(guò)20體積％的范圍作為優(yōu)選。而且，作為非晶質(zhì)相的構(gòu)成元素，優(yōu)選含有稀土類元素、鋁、硅、氧、氮，含有少量的不可避免的雜質(zhì)也可以。
再者，本發(fā)明構(gòu)成的陶瓷板，其相對(duì)密度在80％或以上是優(yōu)選的。在不足80％時(shí)，不能得到充分的耐磨損性和耐蝕性，進(jìn)一步優(yōu)選為90％或以上。
本發(fā)明的陶瓷板中的REAG相，按照設(shè)定的體積比調(diào)制的化合物的混合粉構(gòu)成的成形體在燒結(jié)過(guò)程中，使其反應(yīng)并合成是可能的。而且，在成形和燒結(jié)之前，事先在粉末的狀態(tài)下混合、焙燒和粉碎處理，或者通過(guò)混合粉末的電熔處理等合成REAG相粉末也可以。
作為使用的原料，例如Y2O3粉末、Er2O3粉末、Yb2O3粉末、Dy2O3粉末、Al2O3粉末、Si3N4粉末、以及BN粉末等是可能利用的。從燒結(jié)性的觀點(diǎn)考慮，使用的各種原料粉末的粒徑優(yōu)選是0.2～5μm左右。
作為成型法，使用模具單軸加壓法、冷等靜壓(CIP)法、澆注成型法、以及注射成型法等任何成型法都可以。
作為燒結(jié)方法，使用常壓燒結(jié)法、氣壓燒結(jié)法、熱壓法、以及熱等靜壓(HIP)法等任何燒結(jié)方法都可以。為了抑制燒結(jié)中的原料粉末的氧化，優(yōu)選是在氮?dú)?、氬氣等惰性氣體中燒結(jié)。燒結(jié)溫度在1650℃～1800℃的范圍時(shí)容易得到所要求的物性。
根據(jù)本發(fā)明得到的陶瓷板，其構(gòu)成相REAG相10～90體積％、硅鋁氧氮陶瓷相5～50體積％、BN相5～50體積％、非晶質(zhì)相0～20體積％。作為REAG相的特征在于其是由從YAG相、ErAG相、YbAG相、DyAG相等之中選擇的至少一種的稀土類鋁石榴石相構(gòu)成，并且硅鋁氧氮陶瓷相的特征在于由具有化學(xué)式Si6-ZAlZOZN8-Z表示的組成，其中Z的范圍為0.05～1.9構(gòu)成，而且優(yōu)選是相對(duì)密度在80％或以上，作為它們相互組合的結(jié)果，在作為雙輥筒式連鑄用側(cè)堰的陶瓷板使用時(shí)，得到具有高耐蝕性、高耐磨損性、高耐熱沖擊性以及低熱傳導(dǎo)率的熱機(jī)械化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良的陶瓷板，能夠解決本課題。
(實(shí)施例)根據(jù)本發(fā)明的陶瓷板以及比較例的構(gòu)成相、各種物性值、以及鑄造結(jié)果示于表1和表2。
作為陶瓷板，是將Y2O3粉末、Er2O3粉末、Yb2O3粉末、Dy2O3X粉末、Al2O3粉末、Si3N4粉末、以及BN粉末構(gòu)成的原料按照設(shè)定量混合、在140MPa的壓力經(jīng)CIP成形后，于氮?dú)庵幸?750℃×4小時(shí)的條件燒結(jié)，而得到厚度20mm的板狀體。由得到的板狀體加工成設(shè)定形狀的陶瓷板作為側(cè)堰使用。
關(guān)于得到的板狀體，預(yù)先經(jīng)X射線衍射進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)的鑒別，調(diào)查結(jié)晶相。構(gòu)成相的體積比，通過(guò)透射式電子顯微鏡觀察由各個(gè)相的面積率來(lái)確定。
對(duì)于相對(duì)密度，是通過(guò)阿基米德法以及鏡面拋光面的光學(xué)顯微鏡的氣孔率的測(cè)定而求得。
此外，耐蝕性的試驗(yàn)是在Ar氣中將試驗(yàn)片浸漬在1550℃的SUS304不銹鋼鋼液中，測(cè)定浸蝕速度。耐磨損性是在950℃的熱態(tài)以4.5kg/em2的壓緊力使試驗(yàn)輥筒滑動(dòng)，測(cè)定比磨損量。耐熱沖擊性是將保持在設(shè)定溫度的試驗(yàn)片急劇地投入水中，測(cè)定不引起強(qiáng)度下降的上限的保持溫度所表示的水中急冷溫度差ΔT。此外，熱傳導(dǎo)率用激光閃光法測(cè)定800℃的熱傳導(dǎo)率。
圖1是說(shuō)明雙輥筒式薄板連鑄機(jī)的斜視圖?；旧嫌?對(duì)冷卻輥筒1a、1b(例如銅合金)和側(cè)堰2a、2b構(gòu)成，冷卻輥筒之間澆口杯部的熔融金屬3由選裝的冷卻輥筒1a、1b冷卻凝固，連續(xù)地得到寬幅的薄板坯4。
側(cè)堰2a、2b，是通過(guò)液壓式傳動(dòng)裝置構(gòu)成的推壓機(jī)構(gòu)從兩側(cè)壓緊冷卻輥筒的端面而進(jìn)行使用時(shí)，使鋼液不致從冷卻輥筒端部漏出。
圖2是表示側(cè)堰總體5的圖。在形成各側(cè)堰的箱體的側(cè)堰的外殼6(例如由SS400制作)分別收容不定形耐火材料(例如熔融的SiO2質(zhì))構(gòu)成的絕熱材料7，在其不定形耐火材料7中砌筑基體部件8(例如高鋁質(zhì)的磚)。在與基體部件8的冷卻輥筒的周邊部(凸緣部)的相對(duì)部位粘合許多塊陶瓷板9(圖中為17枚)。
在鑄造試驗(yàn)中，使用圖1和圖2所示的雙輥筒式薄板連鑄機(jī)以及側(cè)堰，進(jìn)行SUS304不銹鋼的鑄造，以鋼液溫度為1550℃、側(cè)堰對(duì)水冷輥筒的滑動(dòng)面的壓緊面壓為0.2MPa、陶瓷板對(duì)水冷輥筒滑動(dòng)面的滑動(dòng)速度為1m/s的條件，連續(xù)鑄造寬為1330mm、厚為4mm的寬幅薄板坯2小時(shí)。而且，在鑄造之前由安裝在側(cè)堰箱體內(nèi)的內(nèi)置的SiC加熱器(圖中省略)施以預(yù)熱處理，然后開(kāi)始鑄造。
此外，作為比較例，也使用了BN相50體積％+AlN相50體積％構(gòu)成的陶瓷板、BN相20體積％+Si3N475體積％+非晶質(zhì)相5體積％構(gòu)成的陶瓷板。關(guān)于這些陶瓷板的物性以及鑄造結(jié)果示于表1和表2。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，知道作為結(jié)晶相存在REAG相、硅鋁氧氮陶瓷相(Z＝0.05～1.9的范圍內(nèi))以及BN相，并且與比較例相比，耐鋼液浸蝕速度減小為0.2mm/hr或以下、滑動(dòng)試驗(yàn)的比磨損量降低為2.5μm/m、在水中的急冷溫度差增高為450℃或以上、而且熱傳導(dǎo)率減小為9w/(m·K)或以下。
并且，在本發(fā)明的實(shí)施例的鑄造試驗(yàn)中，歷經(jīng)2小時(shí)也沒(méi)有發(fā)生鋼液的泄露，能夠穩(wěn)定地鑄造形狀良好的鑄坯。與此相比，在使用比較例的陶瓷板的鑄造試驗(yàn)，從冷卻輥筒的兩端部與側(cè)堰的滑動(dòng)面有許多鋼液泄露，在短時(shí)間內(nèi)側(cè)堰失去其功能而不能繼續(xù)進(jìn)行鑄造。
表1

注)※1以及※2形成REAG固溶體，體積％由原料比計(jì)算。
表2

根據(jù)本發(fā)明，可能提供一種均能滿足高耐蝕性、高耐磨損性、高耐熱沖擊性以及低熱傳導(dǎo)率的雙輥筒式薄板連鑄用側(cè)堰的陶瓷板，其工業(yè)的實(shí)用性非常大。
權(quán)利要求
1.一種用于雙輥筒式薄板連鑄用側(cè)堰的陶瓷板，其特征在于所述陶瓷板的構(gòu)成相是REAG相10～90體積％、硅鋁氧氮陶瓷相5～50體積％、以及BN相5～50體積％。
2.一種用于雙輥筒式薄板連鑄用側(cè)堰的陶瓷板，其特征在于所述陶瓷板的構(gòu)成相是REAG相10～90體積％、硅鋁氧氮陶瓷相5～50體積％、BN相5～50體積％、以及非晶質(zhì)相大于0體積％但不超過(guò)20體積％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙輥筒式薄板連鑄用側(cè)堰的陶瓷板，其特征在于所述REAG相是由從YAG相、ErAG相、YbAG相、DyAG相等之中選擇的至少一種的稀土類鋁石榴石相構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任何一項(xiàng)所述的雙輥筒式薄板連鑄用側(cè)堰的陶瓷板，其特征在于所述硅鋁氧氮陶瓷相具有以化學(xué)式Si6-ZAlZOZN8-Z表示的組成，其中Z的范圍為0.05～1.9。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任何一項(xiàng)所述的雙輥筒式薄板連鑄用側(cè)堰的陶瓷板，其特征在于所述陶瓷板的相對(duì)密度為80％或以上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種雙輥筒式薄板連鑄用側(cè)堰的陶瓷板，該陶瓷板的構(gòu)成相是REAG相10～90體積％、硅鋁氧氮陶瓷(Sialon)相5～50體積％、BN相5～50體積％、以及非晶質(zhì)相0～20體積％，作為REAG相是由從YAG相、ErAG相、YbAG相、DyAG相等之中選擇的至少一種的稀土類鋁石榴石相構(gòu)成，并且硅鋁氧氮陶瓷相具有以化學(xué)式Si
文檔編號(hào)C04B35/597GK1646246SQ0380755
公開(kāi)日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2003年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月2日
發(fā)明者野瀨哲郎, 竹內(nèi)友英 申請(qǐng)人:新日本制鐵株式會(huì)社