JP2012183572A - 鋳造初期のスラグベアと溶鋼表面の凝固を抑制する連続鋳造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鋳型3内に浸漬ノズル2を介して溶鋼を注入し、鋳型3内の溶鋼6の表面が浸漬ノズル2の吐出孔2aの上端を越えた時点で、フロントパウダーを鋳型3内に投入する。フロントパウダーの熱量は60[MJ/m2 ]以上である。鋳型3内の全てのフロントパウダーが溶融して形成されるスラグ溶融層7の厚みT1 を0.009[m]以上0.014[m]以下とする。鋳型3内に投入されたフロントパウダーが鋳型3内の溶鋼6の表面を覆った後、15秒以内に、本体パウダーを鋳型3内へ投入する。ここで、鋳型3内での本体パウダーの未溶融層9の厚さT2 が0.03[m]以上となるようにする。
【選択図】図3
Description
なお、前記フロントパウダーは、下記の組成を有する。
CaO :24[wt%]以上36[wt%]以下
SiO2 :5[wt%]以上8[wt%]以下
CaSi合金:13[wt%]以上28[wt%]以下
Fe2O3:22[wt%]以上26[wt%]以下
Al2O3:1[wt%]以上3[wt%]以下
Na2O :5[wt%]以上7[wt%]以下
また、前記フロントパウダーは、下記(1)式を満たす。
{m×(32.3×a+16.0×b)/(a+b)−5.2×n−(M−m− n)×(CP ×TL +CS )}/(W×T)≧60 ・・・(1)
但し、
Mは、フロントパウダーの投入量[kg]
mは、フロントパウダーのCaSi合金含有量[kg]
aは、CaSi合金に含まれたSiの重量比
bは、CaSi合金に含まれたCaの重量比
nは、フロントパウダーのFe2O3 含有量[kg]
CS は、スラグ成分の融解熱[MJ/kg]
CP は、スラグ成分の固相線温度における比熱[MJ/kg・degree]
TL は、スラグ成分の固相線温度[℃]
Wは、鋳型上端内寸の長辺長さ[m]
Tは、鋳型上端内寸の短辺長さ[m]
また、前記本体パウダーは、下記の組成を有する。
CaO:35[wt%]以上45[wt%]以下
SiO2:25[wt%]以上35[wt%]以下
Al2O3:3[wt%]以上5[wt%]以下
Na2O:7[wt%]以上9[wt%]以下
Li2O:0[wt%]以上2[wt%]以下
MgO:1[wt%]以上4[wt%]以下
F :7[wt%]以上10[wt%]以下
C :3[wt%]以上7[wt%]以下
図1に示すように、連続鋳造機100は、タンディッシュ1と、タンディッシュ1に連結して設けられた2孔式の浸漬ノズル2と、断面形状が略矩形状の鋳型3と、鋳型3の直下から鋳造経路Lに沿って設けられた複数のロール対4とを有する。浸漬ノズル2は、有底円筒形状であって、側部に互いに対向するように形成された一対の吐出孔2aを有する。また、浸漬ノズル2の下部は、鋳型3内の略中央付近に配置されている。
連続鋳造を開始する前に、予め、鋳型3の下方にダミーバー5を設置する。そして、タンディッシュ1内に収容された溶鋼6を、浸漬ノズル2を介して鋳型3内に注入する(連続鋳造開始)。鋳型3内に所定量の溶鋼が収容されると、ダミーバー5を下流へ引き抜く。鋳型3内の溶鋼6は、冷却され、凝固シェル6aを形成しながら、鋳造経路Lに沿って連続鋳造機100の下流へ引き抜かれ、内部まで完全に凝固して鋳片となる。なお、ダミーバー5は、引き抜き距離が所定の距離に達したときに、適宜の手段により回収される。図1には、ダミーバー5を引き抜く前の状態を示している。
(溶鋼表面の凝固によるブレークアウトの発生)
連続鋳造初期には鋳型が冷えているため、鋳型の内壁面近傍では溶鋼が冷却されやすい。また、図4(a)に示すように、断面形状が長方形状の鋳型の長辺側の内壁面と浸漬ノズルの外壁面との距離(図4(a)に示す距離H)は約40〜70[mm]と短く、溶鋼流動が滞留することにより、浸漬ノズル近傍では溶鋼が冷却されやすい。したがって、溶鋼の表面が鋳型内壁面から浸漬ノズルの外壁面まで連続して凝固し、これが凝固シェルと繋がると、図5(a)に示すように、鋳片の一端が浸漬ノズルに固着する。この状態で鋳片を引き抜くと、凝固シェルに引張応力が発生し、凝固シェルの一部が破断することがある。凝固シェルが破断すると、図5(b)に示すように、鋳片内部の溶鋼が凝固シェルの外側に流出し、ブレークアウトが発生する。
連続鋳造初期は、鋳造速度を、操業上の所定の速度になるまで増加させるため、溶鋼の液面レベルが変動しやすい状態である。そのため、溶鋼表面が鋳型内壁面に固着したベアより上昇し、ベアが鋳型内壁面と凝固シェルとの間に噛み込まれることがある。ベアが噛み込まれた部位では、凝固シェルの厚みが非常に薄くなり、その部分では、凝固シェルが破断しやすい。凝固シェルが破断すると、ブレークアウトが発生する。
フロントパウダーの塩基度(CaO/SiO2)が0.8〜1.2となるように、CaO,SiO2 及びCaSi合金の含有量を調整することにより、フロントパウダーの組成を下記の組成とする。フロントパウダーは、発熱剤であるCaSi合金と、発熱剤の酸化剤となるFe2O3 とを含んでいる。なお、フロントパウダーに、フッ素(F)及び炭素(C)が含有されている場合は、フッ素によりフロントパウダーの粘度を調整でき、炭素によりフロントパウダーの焼結性及び滓化性を調整できる。
CaO:24[wt%]以上36[wt%]以下
SiO2:5[wt%]以上8[wt%]以下
CaSi合金:13[wt%]以上28[wt%]以下
Fe2O3:22[wt%]以上26[wt%]以下
Al2O3:1[wt%]以上3[wt%]以下
Na2O:5[wt%]以上7[wt%]以下
フロントパウダーが鋳型内に投入されると、溶鋼上でフロントパウダーが溶融する際に、フロントパウダーに含まれる発熱剤(CaSi合金)が酸化した際に発生する熱が用いられるので、溶鋼から奪われる熱量が少なくなる。これにより、溶鋼温度の低下が抑えられる。そして、鋳型内の溶鋼表面の凝固の有無は、溶鋼表面に投入されるフロントパウダーの熱量バランスによって決まる。よって、フロントパウダーの熱量を調整することにより、溶鋼表面の凝固を抑制することが可能となる。
フロントパウダーの熱量[MJ/m2]
=(発熱剤の発熱量−酸化剤の吸熱量−スラグ成分が固相線温度に上昇するための 熱量−スラグ成分の融解熱)/鋳型上端の内寸断面積 ・・・(A)
上記式(A)の右辺について説明する。
フロントパウダーの発熱剤(発熱成分)は、CaSi合金であるので、発熱剤(CaSi合金)の発熱量は、下記の式(i)により求められる。
発熱剤の発熱量[MJ]
=発熱剤重量×(Si単位重量当りの発熱量×発熱剤中に含まれたSiの重量比+ Ca単位重量当りの発熱量×発熱剤に含まれたCaの重量比)
=m×(32.3×a/(a+b)+16.0×b/(a+b))
=m×(32.3×a+16.0×b)/(a+b)・・・(i)
但し、mは、フロントパウダーのCaSi合金含有量[kg]
aは、CaSi合金に含まれたSiの重量比
bは、CaSi合金に含まれたCaの重量比
である。
また、式(i)において、Siの単位重量当りの発熱量及びCaの単位重量当りの発熱量として、下記の発熱量の値を用いている(出典: E.T.Turkdogan、「Physical chemistry of hightemperature technology」、1980年 )。
Siの単位重量当りの発熱量:
216500[cal/mol]
=907135[J/g]
=32.3[MJ/kg]
Caの単位重量当りの発熱量:
15300[cal/mol]
=641070[J/g]
=16.0[MJ/kg]
発熱剤(CaSi合金)を酸化する酸化剤は、フロントパウダーに含まれるFe2O3であるので、酸化剤(Fe2O3)の吸熱量は、下記の式(ii)により求められる。
酸化剤の吸熱量[MJ]
=Fe2O3 単位重量当りの吸熱量×n
=5.2×n ・・・(ii)
但し、nは、フロントパウダーのFe2O3含有量[kg]である。
また、式(ii)において、Feの単位重量当りの発熱量として、下記の発熱量の値を用いている(出典: 金属学会編「講座:現代の金属学 冶金物理化学」、1982年)。
Feの単位重量当りの発熱量:5.2[MJ/kg]
スラグ成分が固相線温度(TL )まで上昇するための熱量[MJ]は、下記の式(iii)により求められる。ここで、スラグ成分とは、フロントパウダーを構成する成分のうち発熱剤(CaSi合金)及び酸化剤(Fe2O3)を除いた成分である。
スラグ成分が固相線温度(TL )に上昇するための熱量[MJ]
=スラグ成分重量×スラグ成分比熱×上昇温度
=(M−m−n)×CP ×TL ・・・(iii)
但し、CP は、スラグ成分の固相線温度における比熱[MJ/kg・degree]
TL は、スラグ成分の固相線温度[℃]
である。
スラグ成分の融解熱は、下記の式(iv)により求められる。
スラグ成分の融解熱[MJ]
=スラグ成分重量×融解熱
=(M−m−n)×CS ・・・(iv)
但し、CS は、スラグ成分の融解熱[MJ/kg]である。
鋳型上端の内寸断面積[m2]
=鋳型上端の内寸の長辺長さ×鋳型上端の内寸の短辺長さ
=W×T ・・・(v)
但し、Wは、鋳型上端の内寸の長辺長さ[m]
Tは、鋳型上端の内寸の短辺長さ[m]
である。
フロントパウダーの熱量[MJ/m2]
={m×(32.3×a+16.0×b)/(a+b)−5.2×n−(M−m− n)×CP ×TL −(M−m−n)×CS }/(W×T)
={m×(32.3×a+16.0×b)/(a+b)−5.2×n−(M−m− n)×(CS +CP ×TL )}/(W×T) ・・・(a)
{m×(32.3×a+16.0×b)/(a+b)−5.2×n−(M−m− n)×(CP ×TL +CS )}/(W×T)≧60[MJ/m2 ] ・・・(1)
上述したように、鋳型3内に投入されたフロントパウダーはスラグ溶融層7と粉末層8となるが(図3(b)参照)、本体パウダー9が投入されてからダミーバーの引き抜き開始までに、フロントパウダーは完全に溶融し、鋳型3内の全てのフロントパウダーがスラグ溶融層7となる(図3(c)参照)。鋳型3内の全てのフロントパウダーが溶融して形成されるスラグ溶融層7の厚み(図3(c)に示すスラグ溶融層7の厚みT1 )は、下記の式(b)によって表される。
スラグ溶融層の厚み[m]
=(M−n)/(W×T×ρ1) ・・・(b)
但し、ρ1 は、溶融時の密度[kg/m3 ]である。
0.009[m]≦(M−n)/(W×T×ρ1)≦ 0.014[m] ・・・(2)
フロントパウダーが鋳型3内の溶鋼6中に巻き込まれないようにするために、フロントパウダーの投入時期を、図3(a)に示すように、連続鋳造開始後、鋳型3内の溶鋼6の表面が浸漬ノズル2の吐出孔2aの上端を超えた時点とする。なお、鋳型3内の溶鋼6の表面が浸漬ノズル2の吐出孔2aまで達していないときにフロントパウダーを投入した場合、フロントパウダーが、吐出孔2aから吐出される溶鋼流に直接接触し、溶鋼6中に巻き込まれることによってパウダー性の欠陥が生じるおそれがある。フロントパウダーの投入は、一定量のフロントパウダーを一度に鋳型3内に投入することにより行う。フロントパウダー投入後は、金属棒等を用いてフロントパウダーを鋳型3内に均一に分散する。
本体パウダーの塩基度が約1.0〜1.8となるように、発熱成分を含まない下記の組成とする。
CaO:35[wt%]以上45[wt%]以下
SiO2:25[wt%]以上35[wt%]以下
Al2O3:3[wt%]以上5[wt%]以下
Na2O:7[wt%]以上9[wt%]以下
Li2O:0[wt%]以上2[wt%]以下
MgO:1[wt%]以上4[wt%]以下
F :7[wt%]以上10[wt%]以下
C(Total Carbon):3[wt%]以上7[wt%]以下
本体パウダーの未溶融層9の厚みは、下記の式(c)により求められる。
本体パウダーの厚み
=L/(W×T×ρ2 ) ・・・(c)
但し、Lは、本体パウダー投入量[kg]
ρ2は、本体パウダー(未溶融本体パウダー)のかさ密度[kg/m3]である。
L/(W×T×ρ2 )≧0.03[m]・・・(3)
図3(b)に示すように、鋳型3内にフロントパウダーを投入すると、鋳型3内の溶鋼6上にスラグ溶融層7と粉末層8とが形成される。粉末層8の燃焼が進んで、スラグ溶融層7が表面に現れる前に、本体パウダーによりスラグ溶融層7及び粉末層8を覆うために、フロントパウダー投入後、フロントパウダーが溶鋼6の表面を覆った後、15秒以内に本体パウダーを鋳型3内に投入する。なお、本体パウダーを投入する前に、スラグ溶融層7の一部が表面に現れた場合、その部分からの放熱量が大きくなり、スラグ溶融層7が冷却されやすくなる。これにより、ベアが生成されやすくなり、また、ベアが成長しやすい。
鋳型内に投入されるフロントパウダーの条件及びフロントパウダー投入後、鋳型内に最初に投入される本体パウダーの条件を変えたときの鋳型内の溶鋼表面の凝固の有無及びベアの厚みを調べた。
<「溶鋼表面の凝固」の確認方法>
フロントパウダーを鋳型内に投入し、ダミーバー引き抜き開始直後に、鋳型内における、鋳型内壁面近傍と、浸漬ノズル近傍とを直径約5mmの金属棒で探ることにより、鋳造初期の鋳型内での溶鋼表面の凝固の有無を確認した。
<「ベアの厚み」の測定方法>
フロントパウダーを鋳型内に投入し、鋳片の引き抜き長さが3.0[m]に達したときに、鋳型内の溶鋼面を下げ、鋳型内壁面に固着したベアの厚みを測定した。
2 浸漬ノズル
2a 吐出孔
3 鋳型
5 ダミーバー
6 溶鋼
7 スラグ溶融層
8 粉末層
9 未溶融層
100 連続鋳造機
Claims (1)
- 連続鋳造において、ダミーバーをセットした矩形状の鋳型内に浸漬ノズルを介して溶鋼を注入し、鋳型内の溶鋼の表面が前記浸漬ノズルに形成された吐出孔の上端を越えた時点で、フロントパウダーを鋳型内の溶鋼上へ投入し、
前記フロントパウダーによる鋳型内のスラグ溶融層の厚みを0.009[m]以上0.014[m]以下とし、
鋳型内に投入された前記フロントパウダーが溶鋼表面を覆った後15秒以内に、鋳型内の本体パウダーの未溶融厚さが0.03[m]以上となるように、前記本体パウダーを鋳型内に投入することを特徴とする鋳造初期のスラグベアと溶鋼表面の凝固を抑制する連続鋳造方法。
なお、前記フロントパウダーは、下記の組成を有する。
CaO :24[wt%]以上36[wt%]以下
SiO2 :5[wt%]以上8[wt%]以下
CaSi合金:13[wt%]以上28[wt%]以下
Fe2O3:22[wt%]以上26[wt%]以下
Al2O3:1[wt%]以上3[wt%]以下
Na2O :5[wt%]以上7[wt%]以下
また、前記フロントパウダーは、下記(1)式を満たす。
{m×(32.3×a+16.0×b)/(a+b)−5.2×n−(M−m− n)×(CP ×TL +CS )}/(W×T)≧60 ・・・(1)
但し、
Mは、フロントパウダーの投入量[kg]
mは、フロントパウダーのCaSi合金含有量[kg]
aは、CaSi合金に含まれたSiの重量比
bは、CaSi合金に含まれたCaの重量比
nは、フロントパウダーのFe2O3 含有量[kg]
CS は、スラグ成分の融解熱[MJ/kg]
CP は、スラグ成分の固相線温度における比熱[MJ/kg・degree]
TL は、スラグ成分の固相線温度[℃]
Wは、鋳型上端内寸の長辺長さ[m]
Tは、鋳型上端内寸の短辺長さ[m]
また、前記本体パウダーは、下記の組成を有する。
CaO:35[wt%]以上45[wt%]以下
SiO2:25[wt%]以上35[wt%]以下
Al2O3:3[wt%]以上5[wt%]以下
Na2O:7[wt%]以上9[wt%]以下
Li2O:0[wt%]以上2[wt%]以下
MgO:1[wt%]以上4[wt%]以下
F :7[wt%]以上10[wt%]以下
C :3[wt%]以上7[wt%]以下
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