JP2017013082A - 鋼の連続鋳造用モールドパウダーおよび鋼の連続鋳造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(A)CaO’/SiO2が1.1以上、1.9以下のときCaF2含有率が15〜60重量%
(B)CaO’/SiO2が1.9を超えて2.8以下のときCaF2含有率が5〜60重量%
ここで、CaO’=T.CaO−F×(56/38)・・・(X)
CaF2=F×(78/38)・・・(Y)
が開示されている。特許文献1では、中炭素鋼の鋳片縦割れの対策に関して、スラグフィルム中におけるカスピダインの晶出を促進し、多量のカスピダイン結晶の析出により鋳片緩冷却効果が得られるとしている。そのため、モールドパウダー中のF成分はすべてCaF2として存在するものと仮定し、CaF2のCaを除いた残りのCa分をCaOに換算してCaO’と定義し、CaO’のSiO2に対する質量%の比CaO’/SiO2を高くし、加えてCaF2の質量%を調整しようとするものである。
1.1≦f(1)≦1.7 ・・(a)
0.18≦f(2)≦0.3 ・・(b)
0.10≦f(3)≦0.20 ・・(c)
f(1)=(CaO)h/(SiO2)h (イ)
f(2)=(CaF2)h/((CaO)h+(SiO2)h+(CaF2)h) (ロ)
f(3)=(アルカリ金属の弗化物)h/((CaO)h+(SiO2)h+(アルカリ金 属の弗化物)h)(ハ)
(CaO)h=(WCaO−(CaF2)h×0.718 (A)
(SiO2)h=WSiO2 (B)
(アルカリ金属の弗化物)h=WLi2O×1.74+WNa2O×1.35+WK2O
×1.23 (D)
ここで、WCaO、WSiO2、WF、WLi2O、WNa2O、WK2O:モールドパウダー中のCaO、SiO2、F、Li2O、Na2O及びK2Oの含有率(質量%)
が開示されている。特許文献2は、特許文献1の改良に関するもので、カスピダイン結晶の析出を促進するために、モールドパウダー中のF成分はすべてCaF2、LiF、NaF、KFとして存在するものと仮定し、CaF2のCaを除いた残りのCa分をCaOに換算して(CaO)hと定義し、(CaO)hのSiO2に対する質量%の比(CaO)h/SiO2を高くし、加えてCaF2の質量%及びLiF、NaF、KFの質量%の和で定義されるアルカリ金属のフッ化物の質量%を調整するものである。
ここで、(CaO)h=T.CaO−F×(56/38) (A)
CaF2=F×(78/38) (B)
T.CaO:パウダ中の全Ca含有率のCa換算量(重量%)
F:パウダ中の全F含有率(重量%)
が開示されている。特許文献3もまた特許文献1の改良に関するもので、カスピダイン結晶の析出を促進するために、モールドパウダー中のF成分は、全てCaF2として存在するものと仮定し、CaF2のCaを除いた残りのCa分をCaOに換算して(CaO)hと定義し、(CaO)hのSiO2に対する質量%の比(CaO)h/SiO2を高くし、加えてCaF2の質量%を調整するものである。また、モールドパウダーの溶融状態における粘度、結晶化温度の調整のために、Na2O及びMgOの添加量を調整するものである。
また、高速鋳造においては鋳片とモールド間の潤滑性が不足し易いため、拘束性ブレークアウトやブレークアウト予知といった操業上の不具合が生じ易い。鋳片の潤滑性の確保のためには、パウダースラグの粘度が適正であることが必要である。一般的にパウダースラグの粘度が過度に高いと鋳片とモールド間に供給されるパウダースラグが少なくなるため、鋳片とモールド間の潤滑性が不足する。上記モールドパウダーを用いて亜包晶鋼を含む中炭素鋼を高速で鋳造した場合、鋳片縦割れと、鋳片とモールド間の潤滑性を十分に両立できないのが現状である。
しかし、モールドパウダーは、カスピダインの成分であるCaO、SiO2、CaF2の他に、Al2O3、MgO、Li2O、Na2O、K2Oなど多くの成分を含有しており、カスピダインの析出過程は、CaO、SiO2、CaF2以外の成分の影響を受けると考えられる。そこで、(1)カスピダイン結晶析出量に対するアルカリ金属元素の影響及び(2)カスピダイン結晶の析出を促進する最適CaO/SiO2質量比を調査することで、カスピダインの析出を促進できる手法を検討した。
一般的に、パウダースラグの粘度や結晶化温度の調整には、Al2O3、MgO、Li2O、Na2O、K2Oなどの成分が用いられるが、Al2O3はパウダースラグの粘度を上昇させる作用があり、カスピダイン結晶の凝固時の原子の再配列を阻害する。また、MgOは、パウダースラグの粘度や結晶化温度の調整能力が小さく、多量に用いるとカスピダインの成分が希釈されることで、結果的にカスピダイン結晶の析出を阻害する働きがあるため、パウダースラグの粘度や結晶化温度の調整には好ましくない。これに対し、アルカリ金属元素であるLi、Na、Kは、パウダースラグの粘度や結晶化温度の調整能力が少量の添加量でも高いため、パウダースラグの粘度や結晶化温度の調整にはLi、Na、Kなどのアルカリ金属元素が主に用いられる。
モールドパウダーを1300℃に加熱して得られたパウダースラグ中のアルカリ金属元素を酸化物として換算したLi2O、Na2O、K2Oを、それぞれ2質量%ずつ、合計6質量%のアルカリ金属酸化物を含む従来の中炭素鋼用モールドパウダーについて、合計6質量%のアルカリ金属酸化物をLi2Oのみ、Na2Oのみ、またはK2Oのみとしたモールドパウダーのサンプルを作製した。次に、これらのサンプルの溶融状態のパウダースラグを、水冷した鋳型内で急冷却して凝固スラグを得た。得られた凝固スラグのXRDパターンから、カスピダインの第一強線のピーク強度を読み取った。更に、従来の中炭素鋼用モールドパウダー(後述の比較品1)のカスピダインの第一強線のピーク強度を結晶析出指数=100として定義し、アルカリ金属酸化物を添加した各サンプルの結晶析出指数を算出することでカスピダイン結晶の析出量の比較を行った。図1は、各サンプルの結晶析出指数を示したものである。アルカリ金属酸化物としてLi2Oのみを用いたサンプルのカスピダインの析出量が最も多くなることが解る。
次に、カスピダイン結晶析出量に対するCaF2量の最適値について検討した。ここで、モールドパウダーを1300℃に加熱して得られたパウダースラグ中のFは、全量CaF2として存在していると仮定し、CaF2に含まれるCaを除いた残りのCa分を酸化物換算した値をCaO’とした時、CaO’は式(a)で定義される。モールドパウダーのCaO’/SiO2質量比を従来の中炭素鋼用モールドパウダーと同等の1.40とし、モールドパウダーの凝固温度や結晶化温度の調整するためのアルカリ金属元素としてLiのみを用い、酸化物換算としてLi2Oを6質量%含むモールドパウダーについて、モールドパウダー中のCaF2の質量%のみを変化させたときのカスピダイン結晶析出量を調査した。
CaO’=CaOtot−F×(56/38) ・・・(a)
ここで、CaOtot:モールドパウダーを1300℃に加熱して得られたパウダースラグ 中の全Ca量のCaO換算量(質量%)
F:モールドパウダーを1300℃に加熱して得られたパウダースラグ中の全F 量(質量%)
次に、カスピダイン結晶析出量が最も多くなるCaO’/SiO2質量比を検討した。上記(1)及び(2)の実験結果から、モールドパウダーの凝固温度や結晶化温度の調整のためのアルカリ金属元素としてLiのみを用い、酸化物換算としてLi2Oを6質量%含み、かつモールドパウダーを1300℃に加熱して得られたパウダースラグ中のCaF2量を20質量%としたモールドパウダーについて、CaO’/SiO2質量比のみを変化させ、カスピダイン結晶析出量を調査した。図3は、CaO’/SiO2質量比と、モールドパウダーのカスピダイン結晶析出量指数の関係を示したものである。なお、図1と同様に、Li2O含量2質量%、Na2O含量2質量%、K2O含量2質量%の中炭素鋼用モールドパウダーの結晶析出指数を100とした時の指数として表記した。実験の結果、試作したモールドパウダーにおいて、CaO’/SiO2質量比0.9〜1.1の範囲で、結晶析出指数が高くなることが解った。
CaO’=CaOtot−F×(56/38) ・・・(a)
CaF2値=F×(78/38) ・・・(b)
ここで、CaOtot:モールドパウダーを1300℃に加熱して得られたパウダースラグ 中の全Ca量のCaO換算量(質量%)
F:モールドパウダーを1300℃に加熱して得られたパウダースラグ中の全F 量(質量%)
CaO’=CaOtot−F×(56/38) ・・・(a)
CaF2値=F×(78/38) ・・・(b)
ここで、CaOtot:モールドパウダーを1300℃に加熱して得られたパウダースラグ 中の全Ca量のCaO換算量(質量%)
F:モールドパウダーを1300℃に加熱して得られたパウダースラグ中の全F 量(質量%)
以下の表1及び2に記載する組成で本発明品及び比較品のモールドパウダーを作製した。なお、モールドパウダーは粉末形状とした。
「カスピダイン結晶析出指数」は、上記「(1)カスピダイン結晶析出量に対するアルカリ金属元素の影響」の欄に準じて測定したもので、比較品1のカスピダイン結晶析出指数を100とした時の指数として表示したものである;
「結晶化温度(℃)」は、加熱には電気炉を用い、本発明品または比較品のモールドパウダーを白金製るつぼに装填し、るつぼごと1300℃の炉内に挿入し、モールドパウダーが溶融した後、熱電対をパウダースラグ中に挿入し、パウダースラグの温度が安定するまで10分間待機した後、パウダースラグの温度を測定しながら電気炉温度を4℃/分の速度で降温し、パウダースラグの結晶化に伴う発熱開始温度を結晶化温度として測定したものである;
「粘度(ポイズ)」は、白金球引き上げ法により、1300℃で溶融状態の120gのパウダースラグ中に吊り下げた10mmφの白金球を0.85cm/秒の速さで引き上げることにより測定したものである。
得られた結果を表に併記する。
「鋳片縦割れ評価」は、鋳片表面に縦割れが見られないか、製品品質上そのまま圧延して問題が無いような軽度の縦割れしか発生していない場合を−、鋳片表面に製品品質上問題となるような縦割れが発生しており、かつ縦割れの発生している鋳片が、長さ方向に対して鋳片全体の5%以下の場合を+、鋳片表面に製品品質上問題となるような縦割れが発生しており、かつ縦割れの発生している鋳片が、長さ方向に対して鋳片全体の5%を超える場合を++として表示した;
「BO(ブレークアウト)予知発生回数」は、取鍋一基分の溶鋼を連続鋳造した際のBO予知発生回数が0の場合を−、同じくBO予知発生回数が1回の場合を+、BO予知発生回数が2回以上の場合を++として表示した;
「総合評価」は、鋳片縦割れ評価およびBO予知発生回数における”+”の数が0の場合を◎、鋳片縦割れ評価およびBO予知発生回数における”+”の数が1の場合を○、鋳片縦割れ評価およびBO予知発生回数における”+”の数が3の場合を△、鋳片縦割れ評価およびBO予知発生回数における”+”の数が3以上の場合を×として評価した。総合評価が△、×の鋳造では、操業面または鋳片の製品品質上問題となるが、総合評価が○、◎の場合は操業面または鋳片の製品品質上問題ないと判断した。
表2において、比較品1は、特許文献1の範囲内の組成を持つモールドパウダーであり、CaO’/SiO2質量比が本発明で規定する値よりも低く、Na、Kの酸化物換算での含有量の合計が本発明で規定する値よりも低く、Liの酸化物換算としての含有量が本発明で規定する値よりも高く、結晶化温度が本発明で規定する値よりも高く、鋳片縦割れの発生が確認された。これは、カスピダイン結晶の析出量が少なく、鋳片緩冷却が十分でなかったためと考えられる。
また、比較品2および3は、いずれもCaO’/SiO2質量比が本発明で規定する値よりも低く、鋳片縦割れが発生し、かつBO予知発生も確認された。鋳片縦割れの発生は、カスピダイン結晶の析出量が少なく、鋳片緩冷却が十分でなかったためと考えられる。また、CaO’/SiO2質量比が低い場合には、パウダースラグ中のSiO2ネットワークが大きくなり、パウダースラグの粘度が高くなるため、鋳片潤滑性が不足し、BO予知発生につながったものと考えられる。
更に、比較品4および5CaO’/SiO2質量比が本発明で規定する値よりも高く、鋳片縦割が多く確認された。これは、カスピダイン結晶の析出量が少なく、鋳片緩冷却が十分でなかったためと考えられる。
また、比較品6は、CaF2値が本発明で規定する値よりも低く、鋳片縦割れが多く発生し、かつBO予知の発生も確認された。鋳片縦割れの発生は、カスピダイン結晶の析出量が少なく、鋳片緩冷却が十分でなかったためと考えられる。また、CaF2値が低い場合、パウダースラグ中のSiO2が相対的に高くなるため、パウダースラグの粘度が増加し、鋳片潤滑性が不足していたことがBO予知発生につながったものと考えられる。
更に、比較品7は、CaF2値が本発明で規定する値よりも高く、鋳片縦割れが多く発生した。鋳造後、モールド下方に堆積したスラグフィルムについてXRDを行ったところ、本発明品については、カスピダイン結晶のみが同定されたが、比較品6ではカスピダイン結晶の他にCaF2結晶が確認された。このことから、CaF2値が本発明で規定する値よりも高い場合には、スラグフィルム中にカスピダイン結晶の他にCaF2が生成するために鋳片の冷却が不均一となり、鋳片縦割れが発生するものと考えられる。
また、比較品8および9は、Na、Kの酸化物換算での含有量の合計が本発明で規定する値より高く、鋳片縦割れが多く確認された。これは、カスピダイン結晶の析出量が少なく、鋳片緩冷却が十分でなかったためと考えられる。
更に、比較品10および11は、Liの酸化物換算としての含有量が本発明で規定する値よりも低く、いずれも鋳片縦割れが発生し、かつBO予知の発生も確認された。鋳片縦割れの発生は、スラグフィルム中のカスピダイン析出量が過多となり、鋳片とモールド間に存在するパウダースラグが不十分となったため、鋳片の冷却が不均一となり、鋳片縦割れが発生したものと考えられる。また、BO予知発生は、鋳片とモールド間に存在するパウダースラグが不十分であったため、鋳片潤滑性が不足していたことが原因と考えられる。
また、比較品12は、Liの酸化物換算としての含有量が本発明で規定する値よりも高く、鋳片縦割れが多く確認された。これは、カスピダイン結晶の析出量が少なく、鋳片緩冷却が十分でなかったためと考えられる。
Claims (4)
- CaO、SiO2、Al2O3及びフッ素化合物を基本成分とする鋼の連続鋳造用モールドパウダーであって、モールドパウダーを1300℃に加熱して得られたパウダースラグ中の酸化物換算量として、モールドパウダーのCaO’を以下の式(a)で定義した時、CaO’/SiO2質量比が0.9以上1.10未満の範囲内にあり、以下の式(b)で表わされるCaF2値を15〜25質量%の範囲内とし、Na、Kの酸化物換算での含有量の合計が0.5質量%以下であり、Liの酸化物換算での含有量が5〜10質量%の範囲内にあり、かつモールドパウダーの結晶化温度が1100〜1200℃の範囲内にあることを特徴とする鋼の連続鋳造用モールドパウダー:
CaO’=CaOtot−F×(56/38) ・・・(a)
CaF2値=F×(78/38) ・・・(b)
ここで、CaOtot:モールドパウダーを1300℃に加熱して得られたパウダースラグ 中の全Ca量のCaO換算量(質量%)
F:モールドパウダーを1300℃に加熱して得られたパウダースラグ中の全F 量(質量%) - モールドパウダーを1300℃に加熱して得られたパウダースラグ中のAl2O3含有量が、酸化物換算量として6質量%以下である、請求項1記載の鋼の連続鋳造用モールドパウダー。
- モールドパウダーを1300℃に加熱して得られたパウダースラグ中のMgO含有量が、酸化物換算量として6質量%以下である、請求項1または2記載の鋼の連続鋳造用モールドパウダー。
- 請求項1ないし3のいずれか1項記載の鋼の連続鋳造用モールドパウダーを用い、C量が0.06〜0.25質量%の中炭素鋼の鋳片を、鋳造速度1.4m/分以上で連続鋳造することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
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