JP2007290003A - 溶鋼表面保温材とそれを用いた鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、空気酸化と保温材の反応に起因する溶鋼汚染を確実に防止できる保温材と清浄性の優れた鋳片を得るための連続鋳造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】溶鋼表面保温材において、ＳｉＯ₂含有率を５質量％以下、ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃を質量比で１．１〜２．０、ＭｇＯ含有率を１０質量％以上３０質量％未満、且つＣｅ酸化物、Ｌａ酸化物、Ｎｄ酸化物の１種または２種以上を含有したことを特徴とする溶鋼表面保温材。鋼の連続鋳造方法において上記の溶鋼表面保温材をタンディッシュ内の溶鋼表面上に添加することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、連続鋳造用タンディッシュや取鍋などにより溶鋼を移送、又は精錬処理を行う際に、断熱・保温あるいは空気酸化防止を目的として溶鋼表面を被覆する溶鋼表面保温材およびそれを用いた連続鋳造方法に関するものである。

連続鋳造用タンディッシュや取鍋などにより溶鋼を移送、又は精錬処理を行う際、保温材を用いて溶鋼表面を被覆し溶鋼からの熱放散と外気の溶鋼への侵入を防止している。従来から保温材として、籾殻を蒸し焼きにした焼籾が主に用いられ、その主成分はＳｉＯ₂とＣである。ＳｉＯ₂は熱伝導率が低く保温効果に、Ｃは酸素をＣＯガスに変えるため酸素の遮断効果に優れている。このため、焼籾は保温効果及び空気遮断効果を有し、しかも安価であることを特徴とする保温材である。

しかしながら、加工性向上の目的から鋼板中のＣ濃度を極力低下させた、例えばＣ濃度が５０ｐｐｍ以下の極低炭素鋼において、保温材中のＣ成分が溶鋼中にピックアップされ、鋼材の特性を低下させる欠点が知られている。また、保温材中のＳｉＯ₂成分は溶鋼中のＡｌと反応してＡｌ₂Ｏ₃系の介在物を生成するため、表面欠陥を増大させるといった問題も生じる。

従来、焼籾のこれらの欠点を解決するため、Ｃ及びＳｉＯ₂成分の少ない保温材として、例えば特許文献１に記載されているように、ＭｇＯ系の保温材が使用されている。また、ＭｇＯ自体は熱伝導率が高いため、これに断熱性を付与した発泡ＭｇＯの製造方法についても種々検討され、特許文献２等に記載されている。

特公平３−４８１５２号公報 特公昭４８−７４８５号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２のようなＭｇＯを主成分とする保温材は融点が高く、使用温度では主に粉末或いは焼結状の固相として存在しているため、溶鋼表面の均一な被覆状態が得られず、外気と溶鋼との反応によりＡｌ₂Ｏ₃系介在物を生成する。

これに対し、ＭｇＯの一部をＳｉＯ₂、Ｎａ₂Ｏ、或いはＣａＦ₂等の低融点化材に置き換えて保温材を溶融させ、溶鋼表面を均一に被覆する方法が考えられるが、この場合ＳｉＯ₂やＮａ₂Ｏは溶鋼中のＡｌと反応してＡｌ₂Ｏ₃系介在物を生成し、ＣａＦ₂はタンディッシュ耐火物を溶損させることにより耐火物起因の介在物を増大させる。

これらの問題を鑑み、本発明は空気酸化と保温材の反応に起因する溶鋼汚染を確実に防止できる保温材と、清浄性の優れた鋳片を得るための連続鋳造方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を要旨とする。
（１）溶鋼表面保温材において、ＳｉＯ₂含有率を５質量％以下、ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃を質量比で１．１〜２．０、ＭｇＯ含有率を１０質量％以上３０質量％未満、且つＣｅ酸化物、Ｌａ酸化物またはＮｄ酸化物の１種または２種以上を含有したことを特徴とする溶鋼表面保温材。
（２）Ｃｅ酸化物、Ｌａ酸化物またはＮｄ酸化物の１種または２種以上の合計で２〜３０質量％含有していることを特徴とする（１）記載の溶鋼表面保温材。
（３）鋼の連続鋳造方法において（１）または（２）に記載の溶鋼表面保温材をタンディッシュ内の溶鋼表面上に添加することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。

本発明の溶鋼表面保温材およびこの保温材を用いた連続鋳造方法によれば、溶鋼の汚染は軽減され、鋳造品質は極めて向上する。また、耐火物の溶損もなく、保温材の排滓性も向上するため、操業面でも有効な連続鋳造方法を提供できる。

溶鋼表面を被覆する保温材として満足すべき条件は、溶鋼の保温性を確保した上で、空気酸化と保温材の反応に起因する溶鋼の汚染を確実に防止し、さらに長時間使用できるようにタンディッシュ耐火物の溶損を防止することである。

発明者らはこれら基本条件を満足すべく保温材の検討を進めた結果、保温材と溶鋼の反応を防止するためには低ＳｉＯ₂化が、また空気酸化を抑制するためにはＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃の質量比を適正化し低融点化した上でＣｅ酸化物、Ｌａ酸化物、Ｎｄ酸化物の１種または２種以上を少量含有させることが、さらにタンディッシュ耐火物の溶損を防止するためにはＭｇＯを添加することが有効であることを見いだした。

保温材中のＳｉＯ₂は［式１］と［式２］により溶鋼中のＡｌやＴｉと反応するため、保温材の低ＳｉＯ₂化はＡｌ₂Ｏ₃系介在物やチタニア系介在物の生成防止の効果を有する。
３ＳｉＯ₂＋４Ａｌ＝２Ａｌ₂Ｏ₃＋３Ｓｉ ［式１］
ＳｉＯ₂＋Ｔｉ＝ＴｉＯ₂＋Ｓｉ ［式２］

本発明で規定される範囲のＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ系保温材中のＳｉＯ₂含有率が５質量％以下になると、［式１］と［式２］の反応速度は急速に低下し、実質的に生成するＡｌ₂Ｏ₃系介在物やチタニア系介在物が減少するため、ＳｉＯ₂含有率を５質量％以下にする必要がある。ＳｉＯ₂を全く含まなければ、［式１］と［式２］の反応は起こらないので、当然その下限値は０質量％を含む。

また、タンディッシュ内溶鋼の空気酸化を防止するためには、保温材を低融点化し、溶鋼表面を保温材で均一に被覆することにより、溶鋼中への空気の侵入を遮断することが重要である。ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系保温材を低融点化するためには、ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃を０．５〜２．０の範囲にする必要があり、ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃が０．５未満および２．０超の範囲では保温材の溶融温度が鋼の融点１５３６℃以上となり溶融し難いためである。なお、保温材の溶融温度は、１０ｍｍ直径×１０ｍｍ高さの保温材タブレットを加熱炉中で昇温し、保温材タブレットの高さが１／２になった際の温度とする。

上記組成のＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系保温材を用いて連続鋳造すると、ＣａＦ₂添加の低融点保温材よりは耐火物溶損は軽減されるが、鋳造時間が長い場合、例えば２５０分を超えるような長時間鋳造時にはタンディッシュ耐火物の溶損抑制は必ずしも十分とは言えない。

そこで、保温材を低融点化し、且つ鋳造時間が長い場合にもタンディッシュ耐火物を溶損させない成分条件を検討した結果、ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃を１．１〜２．０の範囲に縮小し、且つＭｇＯを１０質量％以上３０質量％未満含有させることが有効であることを見いだした。

ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃を１．１未満と２．０超の範囲で、ＭｇＯが加わるとＣａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系保温材の溶融温度が上昇し、タンディッシュ内で溶融し難くなるため、ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃を１．１〜２．０にする必要がある。また、ＭｇＯが１０質量％未満では、２５０分を超える長時間鋳造でタンディッシュ耐火物の溶損が進行するため、またＭｇＯが３０質量％以上ではＣａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ₂Ｏ₃液相中にＭｇＯが析出して保温材が一部凝固するため、ＭｇＯ含有率は１０質量％以上３０質量％未満にする必要がある。

さらに、本発明者らは、上記ＣａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系保温材（ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃の合計で６０質量％以上を目安とする）ではＭｇＯの添加により粘性が上昇し、溶鋼表面上への広がり性が悪化すること、またＣｅ酸化物、Ｌａ酸化物、Ｎｄ酸化物の１種または２種以上を添加し保温材の粘性を低下させれば、溶鋼表面上に広がり易く、より均一な保温材被覆状態にできるため、空気遮断効果が一層向上することを見いだした。ＣａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系保温材へのＣｅ酸化物、Ｌａ酸化物、Ｎｄ酸化物の合計の好ましい添加範囲は２〜３０質量％である。Ｃｅ酸化物、Ｌａ酸化物、Ｎｄ酸化物の合計の含有率が２質量％未満ではＣａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系保温材の粘性が低下し難く、反対に３０質量％超ではＣｅ酸化物、Ｌａ酸化物、Ｎｄ酸化物の比重が非常に大きいため低融点化した保温材が溶鋼中に巻き込まれ易くなるためである。

したがって、ＳｉＯ₂含有率を５質量％以下、ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃を質量比で１．１〜２．０、ＭｇＯ含有率を１０質量％以上３０質量％未満、且つＣｅ酸化物、Ｌａ酸化物、Ｎｄ酸化物の１種または２種以上を含有した溶鋼表面保温材とすることにより、空気酸化、保温材と溶鋼との反応およびタンディッシュ耐火物の溶損に起因する溶鋼汚染を確実に防止できる。

保温材の基本組成は以上に述べた通りであるが、本発明品の機能を低下させない範囲であれば、ＺｒＯ₂、Ｔｉ酸化物等の他の酸化物やＣａＣｌ₂等の非酸化物を添加することも可能である。

本発明の保温材はＳｉＯ₂原料、ＣａＯ原料、Ａｌ₂Ｏ₃原料、ＭｇＯ原料、Ｃｅ酸化物原料、Ｌａ酸化物原料、Ｎｄ酸化物原料等を本発明で規定の成分となるように配合し、均一に混じるように混錬することにより製造される。

本発明の保温材をタンディッシュ内の溶鋼表面上に添加して鋼の連続鋳造を行うと、空気酸化と、保温材と溶鋼との反応に起因する溶鋼汚染を確実に防止でき、その上でタンディッシュ耐火物の溶損も生じない。また、本発明の保温材は液相で低粘性であるため、熱間でタンディッシュを繰り返し使用する場合にも、保温材の排滓性が非常に向上するといった利点もある。

以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明について説明する。

（実施例１）
３質量％ＳｉＯ₂、４２質量％ＣａＯ、３０質量％Ａｌ₂Ｏ₃、２０質量％ＭｇＯ、５質量％Ｃｅ酸化物の保温材４００ｋｇを容量６０トンのタンディッシュに添加し、炭素濃度０．０４質量％の低炭アルミキルド溶鋼を４００分間鋳造した。なお、タンディッシュ内の溶鋼温度は１５６０℃である。鋳造寸法は、厚み２４５ｍｍ×幅１５００ｍｍで、８５００ｍｍ長さに切断して１コイル単位とした。このスラブを常法により熱間圧延、冷間圧延し、最終的に厚み０．７ｍｍ×幅１５００ｍｍコイルの冷延鋼板とした。

保温材の空気酸化防止効果、溶鋼との反応防止効果および耐火物溶損防止効果は、定常鋳造領域でタンディッシュ入側と出側の溶鋼をサンプリングし、ガス分析を行うことにより測定したタンディッシュ入側と出側の溶鋼中の全酸素濃度の上昇量、タンディッシュ耐火物の目視観察による溶損状況、及び冷延鋼板の１コイル当たりに発生した表面欠陥の目視観察による発生個数により評価した。

その結果、タンディッシュ入側と出側の全酸素濃度は０．００３６質量％と０．００３０質量％で全酸素濃度の上昇はなく、タンディッシュ耐火物の溶損もなかった。さらに、表面欠陥の発生もなかった。以上の通り、本発明の保温材使用により、空気酸化と保温材による溶鋼汚染が防止され、且つ耐火物の溶損も抑制されたことが確認できた。

（実施例２）
２質量％ＳｉＯ₂、４０質量％ＣａＯ、２１質量％Ａｌ₂Ｏ₃、１２質量％ＭｇＯ、１２質量％Ｃｅ酸化物、８質量％Ｌａ酸化物、５質量％Ｎｄ酸化物の保温材４００ｋｇを容量６０トンのタンディッシュに添加し、炭素濃度０．００３質量％の極低炭Ｔｉ脱酸溶鋼を４００分間鋳造した。なお、タンディッシュ内の溶鋼温度は１５６０℃である。鋳造寸法は、厚み２４５ｍｍ×幅１５００ｍｍで、８５００ｍｍ長さに切断して１コイル単位とした。このスラブを常法により熱間圧延、冷間圧延し、最終的に厚み０．７ｍｍ×幅１５００ｍｍコイルの冷延鋼板とした。

その結果、タンディッシュ入側と出側の全酸素濃度は０．００３９質量％と０．００３２質量％で全酸素濃度の上昇はなく、タンディッシュ耐火物の溶損もなかった。さらに、表面欠陥の発生もなかった。以上の通り、本発明の保温材使用により、空気酸化と保温材による溶鋼汚染が防止され、且つ耐火物の溶損も抑制されたことが確認できた。

（実施例３）
３３質量％ＣａＯ、２７質量％Ａｌ₂Ｏ₃、１０質量％ＭｇＯ、３質量％Ｃｅ酸化物、２７質量％ＺｒＯ₂の保温材４００ｋｇを容量６０トンのタンディッシュに添加し、炭素濃度０．０４質量％の低炭アルミキルド溶鋼を４００分間鋳造した。なお、タンディッシュ内の溶鋼温度は１５５８℃である。鋳造寸法は、厚み２４５ｍｍ×幅１５００ｍｍで、８５００ｍｍ長さに切断して１コイル単位とした。このスラブを常法により熱間圧延、冷間圧延し、最終的に厚み０．７ｍｍ×幅１５００ｍｍコイルの冷延鋼板とした。

その結果、タンディッシュ入側と出側の全酸素濃度は０．００３５質量％と０．００３１質量％で全酸素濃度の上昇はなく、タンディッシュ耐火物の溶損もなかった。さらに、表面欠陥の発生もなかった。以上の通り、本発明の保温材使用により、空気酸化と保温材による溶鋼汚染が防止され、且つ耐火物の溶損も抑制されたことが確認できた。

（比較例１）
１００質量％ＭｇＯの保温材４００ｋｇを容量６０トンのタンディッシュに添加し、炭素濃度０．０４質量％の低炭アルミキルド鋼を４００分間鋳造した。鋳造寸法は、厚み２４５ｍｍ×幅１５００ｍｍで、８５００ｍｍ長さに切断して１コイル単位とした。このスラブを常法により熱間圧延、冷間圧延し、最終的に厚み０．７ｍｍ×幅１５００ｍｍコイルの冷延鋼板とした。

その結果、ＭｇＯ系の従来保温材を使用したため、保温材層を通して酸素が侵入し、溶鋼の再酸化が生じ、タンディッシュ入側から出側にかけて溶鋼中の全酸素濃度が０．００３７質量％から０．００５９質量％まで上昇した。また、表面欠陥も平均で６個／コイル発生した。

（比較例２）
２０質量％ＳｉＯ₂、８０質量％ＭｇＯの保温材４００ｋｇを容量６０トンのタンディッシュに添加し、炭素濃度０．００２８質量％の極低炭アルミキルド鋼を４００分間鋳造した。鋳造寸法は、厚み２４５ｍｍ×幅１５００ｍｍで、８５００ｍｍ長さに切断して１コイル単位とした。このスラブを常法により熱間圧延、冷間圧延し、最終的に厚み０．７ｍｍ×幅１５００ｍｍコイルの冷延鋼板とした。

その結果、ＳｉＯ₂を含有するＭｇＯ系の従来保温材を使用したため、空気による溶鋼の再酸化と、保温材中ＳｉＯ₂と溶鋼との反応により溶鋼汚染が生じ、タンディッシュ入側から出側にかけて溶鋼中の全酸素濃度が０．００３１質量％から０．００５９質量％まで上昇した。また、表面欠陥も平均で８個／コイル発生した。

（比較例３）
１６質量％ＳｉＯ₂、５８質量％ＣａＯ、２６質量％Ａｌ₂Ｏ₃の保温材４００ｋｇを容量６０トンのタンディッシュに添加し、炭素濃度０．００２８質量％の極低炭アルミキルド鋼を４００分間鋳造した。鋳造寸法は、厚み２４５ｍｍ×幅１５００ｍｍで、８５００ｍｍ長さに切断して１コイル単位とした。このスラブを常法により熱間圧延、冷間圧延し、最終的に厚み０．７ｍｍ×幅１５００ｍｍコイルの冷延鋼板とした。

その結果、ＳｉＯ₂を含有する高ＣａＯ−低Ａｌ₂Ｏ₃系の保温材を使用したため、空気による溶鋼の再酸化と、保温材中ＳｉＯ₂と溶鋼との反応により溶鋼汚染が生じ、タンディッシュ入側から出側にかけて溶鋼中の全酸素濃度が０．００３２質量％から０．００６２質量％まで上昇した。また、表面欠陥も平均で８．２個／コイル発生した。

Claims (3)

1. 溶鋼表面保温材において、ＳｉＯ₂含有率を５質量％以下、ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃を質量比で１．１〜２．０、ＭｇＯ含有率を１０質量％以上３０質量％未満、且つＣｅ酸化物、Ｌａ酸化物またはＮｄ酸化物の１種または２種以上を含有したことを特徴とする溶鋼表面保温材。
2. Ｃｅ酸化物、Ｌａ酸化物またはＮｄ酸化物の１種または２種以上の合計で２〜３０質量％含有していることを特徴とする請求項１記載の溶鋼表面保温材。
3. 鋼の連続鋳造方法において請求項１または２に記載の溶鋼表面保温材をタンディッシュ内の溶鋼表面上に添加することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。