JP2675376B2 - 鋼の高速連続鋳造法 - Google Patents

鋼の高速連続鋳造法

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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は鋼の高速連続鋳造法、特に1.2m/min以上の鋳
造速度で操業する連続鋳造法に関するものである。
[従来の技術] 鋼の連続鋳造時には、鋳型内に湯面保護剤が添加され
る。この湯面保護剤の役割りは、 鋳型内に添加することにより溶鋼表面を被覆保温し、
溶鋼面の凝固防止および酸化防止を行うこと。
溶鋼中より浮上してくる非金属介在物を吸収して鋳片
表面介在物欠陥を防止すること。
鋳型と鋼の凝固シェル間に均一に流入潤滑することに
より鋳型の冷却を均一化して、鋳片表面の割れおよび拘
束性ブレークアウトを防止すること。
である。
以上の特性を確保するために、湯面保護剤は、SiO2,A
l2O3,CaO,Fe2O3,MgO等の酸化物を母材とし、その他に湯
面保護材の物性調整材としてアルカリ金属およびアルカ
リ土類金属の酸化物、炭酸塩又は弗化物、更には、湯面
保護剤の溶融速度調整剤としての炭素分を含有してい
る。炭素分としては、コークス、カーボンブラック、天
然黒鉛、人造黒鉛、石炭等の粉末又は顆粒が使用されて
いる。
一般的な湯面保護剤の成分としては、SiO2:20〜45%
(重量%、以下同じ),CaO:20〜45%,Al2O3:5〜10%,Mg
O:1〜20%,Na2O:1〜20%,F-:2〜20%,C:10%以下で構成
されており、必要に応じてTiO2,MnO,SrO,Li2OやB2O3
使用されている。分析上弗化物は、酸化物とF-に、炭酸
塩は、酸化物とCとして表記されている。また物性とし
ては、1300℃の粘度で0.5〜7poise、融点で800〜1200℃
のものが使用されている。
ところで近年省エネルギーや省資源、歩留や原単位の
向上によるコストダウンの要請が一段と高まる傾向にあ
る。そのため連続鋳造の高速化さらには、高速連続鋳造
で製造された鋳片を冷却−再加熱することなく直接圧延
工程に送り込む直送圧延(CC−DR)が積極的に採用され
るようになっている。該直送圧延を実施するためには、
高速連続鋳造により製造される鋳片の欠陥(ピンホー
ル、湯面保護剤巻き込みによる介在物欠陥、割れ等)を
皆無にするか、直送圧延に支障のない程度に極めて少な
くしなければならない。
ところが従来の鋳造速度(平均的に1m/min前後)で使
用していた湯面保護剤をそのまま1.2m/min以上の高速鋳
造に使用すると、湯面保護剤の消費量が減少し、そのた
め鋳型−鋳片間の潤滑不良を起こし、拘束性ブレークア
ウトが発生し易くなる。その防止策として従来は、高速
鋳造化に伴い、湯面保護剤の粘度を1300℃で0.5〜1.5po
iseへの低粘度化をすることにより、湯面保護剤の消費
量を増加させて、潤滑性を保持させていた(特開昭61−
150752号公報参照)。
しかしながら、湯面保護剤を低粘度化すると、高速化
による激しい注入流により、溶融した湯面保護剤が溶鋼
流に巻き込まれて、鋳片の欠陥(ピンホール、湯面保護
剤の巻込みによる介在物欠陥等)が大幅に上昇し、高速
鋳造化、直送圧延を実施する上で新たに大きな問題とな
っている。
また、本件出願人においても、鋳片欠陥を抑制するた
め良好の潤滑性等を有する湯面保護剤として、既に特開
昭61−14055、特開昭60−180655、特開昭59−209465、
特開昭62−238053号公報等にて開示したものを出願し、
所望の効果を挙げたが、いずれも高速鋳造に対応する湯
面保護剤の適正使用条件、例えばブレークアウトや介在
物欠陥の発生防止条件に関して、なお不満足な点を残し
ていた。
[発明が解決しようとする課題] 本発明は、上記従来技術での問題点である高速鋳造時
の拘束性ブレークアウトの発生、湯面保護剤の巻込みに
よる介在物欠陥の発生を防止して、直送圧延を可能にす
ることができる連続鋳造法を提供するものである。
[課題を解決するための手段] 以下上記目的を達成するための本発明の各構成を詳細
に説明する。
前述の如く、高速鋳造に伴う低粘度化による最大の問
題点は、溶鋼流による湯面保護剤溶融層の鋳片への巻込
みである。本発明者らはこの巻込みを防止し、しかも潤
滑性を確保するため、種々検討を実施した。まず巻込み
の防止に関しては、その発生原因が高速鋳造時の高速流
入にもとづく溶鋼表面の乱れによる湯面保護剤溶融層の
溶鋼中への巻込みと推定されるため、湯面保護剤の新た
な物性として、表面張力に注目し、市販品の表面張力を
測定した。表面張力の測定は、第1図に示す白金円筒引
上げ法(Dipping Cylinder method)により測定した。
まず、600℃マッフル炉中で1時間の脱炭処理した湯面
保護剤約60grを黒鉛ルツボに入れ、1400℃マッフル炉中
で10分間溶融処理する。この溶融試料を白金ルツボ3に
入れ、1250℃に保持し、Arガス置換した測定装置(第1
図)の電気炉2に挿入した。温度安定後上部天秤1と連
結した白金円筒4を溶融中に浸漬し、天秤をバランスさ
せる。次いで、白金円筒4により液面を低下させバラン
スが平衡になるまで分銅を加える。白金円筒が液面から
離れるまでこの操作を繰り返し離れる瞬間の最大重量を
記録する。
この測定を6回行い、最大値、最小値を除いた平均値
をとりWmax(g)とする。計算式は、 で表わされる。ここでσは表面張力(dyne/cm)、gは
重力の加速度(980cm/sec2)、Wmaxは白金円筒に及ぼす
最大の引き(gr)、Rはシリンダーの半径(cm)、vは
補正係数であり、使用シリンダー、融体液の密度により
決まるものである。
調査した従来品の表面張力の測定結果は、1250℃で24
0〜320dyne/cmで、粘度は、1300℃で0.5〜7.0poiseであ
り、粘度と表面張力の間には、相関は認められなかっ
た。
次に、表面張力の値を変更して鋳造試験を実施し、鋳
片の品質との関係を調査した。その結果を第2図に示
す。鋳造条件としては、(a)は鋳造速度1.5m/min、湯
面保護剤の粘度1300℃で0.6poiseで、(b)は鋳造速度
1.5m/min、粘度1300℃で3.2poiseで行った。
第2図から明らかなように表面張力が高い程介在物欠
陥が減少する傾向がみられ、表面張力290dyne/cmを境と
して大幅な介在物の減少が見られる。これは、鋳造条件
による湯面の乱れ度に対し、表面張力が高いということ
は溶融した湯面保護剤の表面結合力が強いことを示して
おり、溶鋼との接触で混合しにくく巻込まれにくくな
り、結果として高速鋳造下においては、1250℃で290dyn
e/cm以上であれば巻込みがほとんど発生しないことを見
い出した。
次に、本発明者らは、潤滑性(ブレークアウト発生
率、以下B.O発生率とする)を保証する手段の調査・研
究を実施した結果次の知見を得た。すなわち、一般に湯
面保護剤の粘度は、1300℃での測定値が採用されている
が、これは、鋳型内の溶鋼のメニスカス直下の湯面保護
剤の流入フィルムの平均温度が約1300℃であることと、
測定値が比較的安定して得られるからである。本発明者
等は、ローター回転法により脱炭後の各種湯面保護剤20
0grを1400℃10分間溶融し、1300℃に保持して後粘度測
定を実施し、その後20℃づつ温度を降下させて、各温度
で保持後に粘度測定を行ってlogηと1/T(ηは粘度pois
e、Tは絶対温度゜Kを示す)の関係グラフを作成した。
この測定時、温度降下により、試料中に結晶が晶出し、
ニュートン流体でなくなり、測定不能になった温度から
10℃高い温度をブレークポイントと定義した。第3図に
その測定例を示す。第3図から明らかなように1300℃の
粘度が近似値であっても、ブレークポイントが大幅に異
なる湯面保護剤があることがわかった。
即ち、第3図に示すAとBの品名のものでは、1300℃
における粘度は7.6poiseと7.2poiseであるのに、ブレー
クポイントは各々980℃と1180℃で、またCとDの品名
のものでは、粘度は5.5と5.0poiseであるのにブレーク
ポイントは各々1000℃と1080℃と大幅に異っている。
そこでブレークポイントを変更したサンプルを試作
し、実機鋳造試験を実施し、B.O発生率に及ぼす影響を
調査した。鋼種、鋳造速度は今までと同一にし粘度は13
00℃で3.2poiseとした。第4図にその結果を示す。図か
ら明らかなようにB.O発生率とブレークポイントに大き
な相関がみられ、ブレークポイントを低下させることに
より、B.O発生率を低下させることが可能であり、かつ
その温度を1000℃以下にすることにより、B.O発生率が
ほとんど無くなることを見い出した。
この点を鋳型内の潤滑モデルを用いて説明する。従来
の湯面保護剤7は、第5図(b)の如く、溶鋼のメニス
カス部のみで液状の溶融湯面保護剤8があり、その他の
下位部では、固体の湯面保護剤9に被覆されており、良
好な潤滑性が保てない。また、本発明の湯面保護剤10は
ブレークポイントが1000℃以下あるので、第5図(a)
の如く、一般に鋳型下端の鋳片表面は1000℃程度である
から、鋳型下端においても液状の溶融した湯面保護剤11
が存在し、理想の潤滑状態となっていると考えられる。
この結果拘束性ブレークアウトの発生がほとんど無くな
ったものと考えられる。なお、図において、12は固体の
湯面保護剤、13は鋳型、14は溶鋼である。
次に適正粘度範囲を求めるため、表面張力を1250℃で
290dyne/cm以上、ブレークポイントを1000℃以下の範囲
で粘度を変化させた湯面保護剤を試作し、鋳造速度の組
合せで実機鋳造し鋳片品質をチェックした。その結果を
第6図に示す。○印は、欠陥目標値以下のもの、×印は
目標値以上のものを示す。同図から鋳造速度に対し、適
正粘度範囲が存在することがわかった。
すなわち、鋳造速度vに対し、1300℃の粘度ηを 3.5≦ηv≦6.0 の範囲で設計する必要があることがわかった。
次に、使用する湯面保護剤の成分系は一般に使用され
ている湯面保護剤の組成でよく、1250℃で表面張力290d
yne/cm以上、ブレークポイント1000℃以下の物性で、Ca
O/SiO2は0.5〜0.95とする。CaO/SiO2が05未満の場合
は、物性特に粘度を調整するため多量のフラックス成分
(Na2O,Li2O,F-等)を必要とするため、浸漬ノズル溶損
量が大きくなり、かつコスト高となり実用的でなく、ま
たCaO/SiO2が0.95超の場合は、鋳型内で変性(Al2O3
在物吸収、鋼中のAlによる溶融した湯面保護剤中のSiO2
の還元)により液状の性質が失われ、結晶の析出を起し
潤滑性が不良となる。CaO/SiO2が0.95以下の場合、SiO2
はイオン構造的には結晶の析出し難い鎖状構造をしてお
り、又ブレークポイントも低くなる。このためCaO/SiO2
を0.5〜0.95の範囲とした。
湯面保護剤のブレークポイント又は表面張力の若干の
変動については、Na2O,Li2O,F-,B2O3,AlF3,Na3AlF3,MgF
2,TiO2,MnO,SrO等により調整し得るものである。
また、鋳片幅を600mm以上とした理由は、600mm以下で
は、長辺長さが短く比較的均一なシェルコアを形成し易
く、表面欠陥は発生しにくく、600mm以上になるとシェ
ルコアが不均一になり表面欠陥が発生し易いので、本発
明による操業の鋳片幅を600mm以上とした。
以上の結果より本発明の構成をまとめると次の如くと
なる。即ち、本発明は上記の実験結果より得られた湯面
保護剤の最も適した物性と鋳造速度との関連を考慮した
結果得られたものであり、その構成は、CaO,SiO2,Al2O3
を主成分とし、CaO/SiO2(重量%比)が0.5〜0.95の範
囲で、アルカリ金属およびアルカリ土類金属および他金
属の酸化物、炭酸塩、弗化物の1種又は2種以上、更に
溶融速度調整剤として炭素分を含有し、1250℃における
表面張力が290dyne/cm以上、ブレークポイントが1000℃
以下で、かつ1300℃における粘度η(poise)が鋳造速
度v(m/min)との関係式 3.5≦ηv≦6.0 の範囲を満足できるような湯面保護剤を使用して、鋳片
幅が600mm以上で鋳造速度v≧1.2m/minで操業すること
を特徴とする鋼の高速連続鋳造法である。
このように本発明においては、新たに湯面保護剤の表
面張力とブレークポイントの特性を限定したもとで、粘
度と鋳造速度との最も適正な使用条件を特定することに
より、1.2m/min以上の高速鋳造においても鋳型−鋳片間
に湯面保護剤を十分に流入潤滑して拘束性ブレークアウ
トの発生を防止し、かつ直送圧延が可能な極めて鋳片欠
陥の少ない鋳片を製造できる。
[実施例] 第1表に本発明において用いる湯面保護剤、比較例お
よび従来例の湯面保護剤の各成分と物性を示す。これら
の湯面保護剤を使用して、スラブ連鋳機にて鋳造を実施
した。鋳造条件は鋳型サイズ250厚×1600幅(mm)、鋳
造速度は1.2〜2.0m/minについて実施した。その時の鋳
造結果を第2表に表示した。
表中の記号A〜Fは本発明例であり、B.O発生率指数
は0、鋳片品質共に良好な結果を示した。G〜Jは比較
例である。Gはブレークポイントおよび粘度は本発明範
囲にあるが、表面張力が本発明の範囲外にあるもので、
B.O発生率は少なかったが、鋳片に介在物欠陥が発生し
た。Hは表面張力、粘度は本発明範囲内にあるが、ブレ
ークポイントが本発明範囲外にある例で、B.O発生率が
高く、かつ割れ疵が発生した。又Iは表面張力、ブレー
クポイントが本発明範囲内であるが、粘度が鋳造速度に
対し高すぎる例であり、結果としてB.O発生率が高く、
かつ疵が発生した。Jは逆に粘度が低すぎる例であり、
B.O発生率は少いが介在物欠陥および割れが発生した。
K従来例であり、B.O発生率は少いが鋳片に湯面保護剤
の巻込み疵が多発した。
[発明の効果] 本発明は、鋼の連続鋳造技術の進歩に伴い高速化、無
手入れ化が指向される中で、従来の技術ではなし得なか
った、無手入れ鋳片の製造を可能にする極めて有用な鋼
の連続鋳造法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は表面張力の測定装置の概略図、第2図は表面張
力と鋳片表面欠陥指数との関係を示すグラフ、第3図は
粘度およびの測定例のグラフ、第4図は表面張力とブレ
ークアウト発生指数の関係を示すグラフ、第5図(a)
は本発明鋳型内の潤滑モデルであり、第5図(b)は従
来の鋳型内の潤滑モデルである。第6図は鋳造速度と粘
度、表面張力との鋳片品質関係を示すグラフである。
フロントページの続き (72)発明者 佐藤 憲夫 福岡県北九州市八幡東区枝光1―1―1 新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 長野 裕 福岡県北九州市八幡東区枝光1―1―1 新日本製鐵株式会社第3技術研究所内 (72)発明者 佐藤 正廣 大分県中津市中央町2―6―42 (72)発明者 皆川 安生 福岡県豊前市大字八屋1663―1 (72)発明者 吉満 卓 福岡県豊前市大字八屋1808―3 (56)参考文献 特開 平2−25254(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】CaO,SiO2,Al2O3を主成分とし、CaO/SiO
    2(重量%比)が0.5〜0.95の範囲で、アルカリ金属およ
    びアルカリ土類金属および他金属の酸化物、炭酸塩、弗
    化物の1種又は2種以上、更に溶融速度調整剤として炭
    素分を含有し、1250℃における表面張力が290dyne/cm以
    上、ブレークポイントが1000℃以下で、かつ1300℃にお
    ける粘度η(poise)が鋳造速度v(m/min)との関係式 3.5≦ηv≦6.0 の範囲を満足するような湯面保護剤を使用して、鋳片幅
    が600mm以上で鋳造速度v≧1.2m/minで操業することを
    特徴とする鋼の高速連続鋳造法。
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