JP2855070B2 - 鋼の連続鋳造用モールドパウダー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼の連続鋳造用モール
ドパウダーに関し、更に詳細には保温性が良く、滓化、
溶融特性に優れ、更に、操業安定度、鋼品質の安定性向
上に寄与できる鋼の連続鋳造用モールドパウダーに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、鋼の連続鋳造の進歩は目覚まし
く、高温鋳片の無手入れ化(ＨＣＲ、ＨＤＲ)、高速鋳造
化、モールド断面形状の多様化、多連鋳化が進んでお
り、高温鋳片の無欠陥化と共にトラブル低減による連鋳
機稼働率の向上、安定化がＣＣプロセスにおける最大の
課題となっている。こういった状況下において、モール
ドパウダーの果たす役割は大きい。

【０００３】モールドパウダーは、各種鋼成分、各種鋳
造条件に適合するように品質設計がなされてはいるが、
特に、品質設計が不適切な場合や品質設計は適切であっ
ても品質にバラツキがある場合には、ブレークアウト等
のトラブルによる連鋳機の停止を生じたり、また、鋳片
欠陥の原因となることが多い。モールドパウダーの品質
設計レベルの向上に伴って、鋼種によって品質の安定度
が重要となっている。

【０００４】鋼の連続鋳造用モールドパウダーには、ポ
ルトランドセメント、黄リンスラグ、ウォラストナイ
ト、ダイカルシウムシリケート、合成ケイ酸カルシウム
などを基材原料として、必要に応じて塩基度や嵩比重な
どの粉体特性を調整するためにシリカ原料、更に、炭酸
ナトリウム、硼砂、氷晶石、ホタル石等の溶融特性調整
剤としてのフラックス原料、溶融速度調整剤としての炭
素質原料からなる混合タイプや、炭素質原料を除く成分
を全て予め溶融水砕したセミプリメルトタイプ等があ
る。また、形状的には粉末原料を混合した粉末タイプ
と、種々の方法で造粒した顆粒タイプとがある。なお、
従来のモールドパウダーにおいて、ウォラストナイト原
料は、化学成分が安定している、不純物が少ないという
特徴を生かして採用されているものであり、形状等につ
いては特に考慮されていない。

【０００５】鋼の連続鋳造においては、モールド内にお
いてモールドパウダーが添加される。浸漬ノズルを介し
てモールド内に注入され、溶鋼表面上に添加されたモー
ルドパウダーは、溶鋼からの受熱により溶鋼表面より溶
融スラグ層、焼結層及び未溶融の原パウダー層の層状構
造を形成し、種々の役割を果たしながら鋼の凝固シェル
とモールド間に流れ込み消費される。モールドと凝固
シェルとの潤滑作用、溶鋼中から浮上する介在物の溶
解、吸収作用、溶鋼の酸化防止、保温作用がモールド
パウダーの重要な役割である。

【０００６】上述のモールドパウダーの役割のうち、
及びは軟化点、粘度などの特性を調整することが重要
であり、かつ化学組成の選定が重要である。の保温性
については、炭素質原料によって調整される溶融速度、
嵩比重などの粉体特性が重要である。

【０００７】特に、極低炭素鋼、高炭素鋼、ステンレス
鋼などは保温性が必要かつ重要で、保温性が悪い場合、
鋳造中に皮はりが発生したり、また、ピンホール、介在
物などの鋳片欠陥が問題となり易い。更には、スラグベ
アーの生成により、トラブルとなる確率も大きくなり易
い。

【０００８】保温性は、一部金属などによる場合もある
が、基本的には炭素質原料によって確保され、炭素質原
料の粒度、種類、添加量の調整が重要である。しかしな
がら、炭素質原料は溶融速度の調整作用の役割も果たす
ため、多量の添加は、保温性が確保される一方、溶融速
度を遅くし、そのため溶融スラグ層厚みが薄くなり、ブ
レークアウトの危険性が高くなるだけでなく、未溶融の
パウダー層及び焼結層と溶鋼湯面とが接近し湯面変動が
生じた場合に、ピンホール、介在物といった鋳片欠陥が
発生し易くなり、逆効果になる場合もある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く、パウダー
の保温性を確保するにあたり、一部金属などによってな
される場合もあるが基本的には炭素質原料によってなさ
れており、炭素質原料の粒度、種類、添加量によってな
されているのが現状である。

【００１０】しかしながら、モールド内に添加されたモ
ールドパウダーは、低融点原料から順次溶融するため炭
素質原料が多量に添加されていると、炭素質原料が溶融
したガラス状物質で覆われ、酸化燃焼できずに残存し、
溶融速度にバラツキが生じ、パウダースラグ層厚みのバ
ラツキにつながり、最終的には鋳片品質の劣化、安定操
業に支障をきたす場合もある。

【００１１】極低炭素鋼やステンレス鋼などのモールド
パウダーでは、多量の炭素質原料の添加は浸炭の問題が
発生し易いため、炭素質原料の粒度、種類によって保温
性や滓化時間を調整し、添加量での調整は困難である。
また、モールド内に添加されたモールドパウダーは溶鋼
からの熱を受け速やかに溶融し、モールドと凝固シェル
の間に流れ込み消費されていく必要があるため鋳造速度
に見合った滓化時間に調整する必要があり、高速鋳造操
業の場合には多量の炭素質原料の添加は困難である。

【００１２】このことから炭素質原料の添加量での調整
は困難であるため、炭素質原料の添加量の少ない範囲で
は確実に保温性を確保することは難しく、更に滓化溶融
速度のバランスの崩壊を引き起こすこともあり、鋳片品
質に悪影響を及ぼすだけでなく、確実に支障をきたす場
合もある。

【００１３】従って、本発明の目的は、滓化、溶融特性
に優れ、また、操業安定度、鋼品質の安定性向上に寄与
できる鋼の連続鋳造用モールドパウダーを提供すること
にある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の鋼の連続
鋳造用モールドパウダーは、基材原料４５〜９０重量
％、フラックス原料５〜４０重量％及び炭素質原料０〜
１５重量％を含有してなる鋼の連続鋳造用モールドパウ
ダーにおいて、基材原料として平均繊維長さが４５〜５
００μｍ、平均繊維径が５〜６５μｍ並びにアスペクト
比が７〜１００の範囲内にある針状ケイ酸カルシウムを
１０重量％以上９０重量％未満の量で含有することを特
徴とする。

【００１５】更に、本発明の鋼の連続鋳造用モールドパ
ウダーは、基材原料１５〜９０重量％、フラックス原料
５〜４０重量％、シリカ原料３０重量％以下及び炭素質
原料０〜１５重量％を含有してなる鋼の連続鋳造用モー
ルドパウダーにおいて、基材原料として平均繊維長さが
４５〜５００μｍ、平均繊維径が５〜６５μｍ並びにア
スペクト比が７〜１００の範囲内にある針状ケイ酸カル
シウムを１０〜９０重量％の量で含有することを特徴と
する。

【００１６】

【作用】本発明者らは、種々の研究を重ねた結果、以下
の知見を得た。パウダーの保温性は焼結層と未溶融の原
パウダー層によって確保される。そのため焼結層と未溶
融の原パウダー層を確保するには、炭素質原料の添加量
を調整しているが、多量の炭素質原料の添加は溶融速度
を低下させるだけでなく、それに伴う弊害を生じ、十分
な効果が得られないのが現状である。しかしながら、下
記の特性を有する針状ケイ酸カルシウムを基材原料の全
部または一部として使用することで、パウダー層に適度
な空隙が生じ、それによってパウダーの断熱性が向上す
る。しかも嵩比重が低下し、単位重さ当たりの体積が大
きくなり、確実に原パウダー層が確保でき、保温性に貢
献できる。

【００１７】更に、通常のパウダーと比べ、多量の炭素
質原料を添加することができ、今まで多量の炭素質原料
を添加することによって生じていたパウダー溶融層の減
少と、それに伴う弊害やパウダーの赤熱などがなく、炭
素質原料の酸化燃焼が極めて円滑に行われることが判明
した。しかも、極低炭素鋼、ステンレス鋼などの鋼種に
は極微量の炭素質原料の添加でも十分な保温性が確保で
きることも同時に判明した。

【００１８】また、焼結時の収縮による保温性の低下
は、針状ケイ酸カルシウムを基材原料として使用するこ
とで、５００〜１０００℃の焼結収縮が小さく、保温性
に寄与できることも判明した。

【００１９】本発明の鋼の連続鋳造用モールドパウダー
は上記の知見を元になされたものである。即ち、基材原
料として下記の形状を有する針状ケイ酸カルシウムを１
０〜９０重量％含有するモールドパウダーは、保温性が
良く、かつ滓化、溶融特性に優れ、また、操業安定度、
鋼品質の安定性向上に寄与できるものである。

【００２０】本発明のモールドパウダーに使用される針
状ケイ酸カルシウムは、針状に合成し、針状形状を保持
するように粉砕することで得られるものを使用できる
が、コストが非常に高く、むしろ天然品から、存在する
針状の鉱物を針状形状を保持するように例えば衝撃等の
ような手段で針状形状を保持し易い粉砕で得られるもの
を使用する方が有効であり、中でもウォラストナイトの
特殊粉砕物は有望な針状珪酸カルシウムである。

【００２１】針状ケイ酸カルシウムの使用量は１０重量
％以上の範囲内が好ましく、１０重量％未満では保温性
の効果は小さい。また、針状のケイ酸カルシウムの使用
量は他のケイ酸カルシウムの使用量によっても異なる
が、上限は９０重量％である。

【００２２】針状ケイ酸カルシウムは、平均繊維長さが
４５〜５００μｍ、平均繊維径が５〜６５μｍの範囲内
が好ましい。針状ケイ酸カルシウムの平均繊維長さが４
５μｍ未満で、かつ平均繊維径が５μｍ未満であると保
温性を確保できる十分な空隙が得られないために効果が
少なく、逆に、平均繊維長さが５００μｍを超え、平均
繊維径が６５μｍより大きくなると溶融速度にばらつき
が生じ、場合によっては炭素質原料が溶融したガラス状
で覆われ、酸化燃焼できずに残存する危険性も生じるた
めに好ましくない。

【００２３】同様に、針状ケイ酸カルシウムのアスペク
ト比も重要で、十分な保温性を確保し、かつ炭素質原料
の良好な滓化性の両面から７〜１００が好ましい。

【００２４】図１は、モールドパウダーにおける針状ケ
イ酸カルシウム添加量と炭素質原料酸化率の関係を示す
グラフである。図１から明らかなように針状のケイ酸カ
ルシウムのアスペクト比は１よりも３０のものの方が添
加量が増加しても炭素質原料の酸化が速やかに行われ、
アスペクト比１の針状ケイ酸カルシウムを使用すると炭
素質原料が未溶融のまま残存し、溶融速度にも悪影響を
及ぼすことが判る。また、図２は針状ケイ酸カルシウム
のアスペクト比と収縮率の関係を示すグラフである。図
２から明らかなように、アスペクト比が大きい方が収縮
率が小さくなる傾向があり、保温性に寄与することが判
る。

【００２５】なお、針状ケイ酸カルシウムを基材原料と
して単独で使用するのが好ましいが、その他の基材原料
例えばポルトランドセメント、黄リンスラグ、慣用のウ
ォラストナイト、ダイカルシウムシリケート、合成ケイ
酸カルシウム等と併用することができる。

【００２６】ここで、本発明のモールドパウダーの基本
的には、基材原料４５〜９０重量％(シリカ原料を含む
場合には１５〜９０重量％)、フラックス原料５〜４０
重量％及び炭素質原料０〜１５重量％を含有してなり、
また、シリカ原料を３０重量％以下の量で含有していて
もよい。更に、金属成分を２０重量％以下の量で含有し
ていてもよい。

【００２７】ここで、基材原料としては上述のように針
状ケイ酸カルシウムを単独で使用するか、または他の基
材原料と併用するものである。また、基材原料の配合割
合が４５重量％未満(シリカ原料を含む場合には１５重
量％未満)であると相対的に他の原料の添加量が多くな
り過ぎ、潤滑作用、介在物の吸収作用等のモールドパウ
ダー本来の役割を果たす効果が小さく、また、９０重量
％を超えると相対的に他の原料の添加量が少なくなり、
溶融特性が悪くなる他、嵩比重、拡がり性等の粉体特性
が調整し難くなるために好ましくない。

【００２８】本発明のモールドパウダーに使用されるフ
ラックス原料としては例えばホタル石、炭酸ナトリウ
ム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリ
ウム、炭酸リチウムのようなアルカリ金属炭酸塩、フッ
化ナトリウム、フッ化マグネシウムのようなフッ素化合
物を挙げることができる。更には、Ｂ₂Ｏ₃、ＭｎＯ、Ｔ
ｉＯ₂、ＭｇＯなどもフラックス原料として使用でき
る。なお、フラックス原料の配合割合が５重量％未満で
あると溶融特性を調整することが困難になるために好ま
しくなく、また、４０重量％を超えると溶融時に蒸発に
よる組成変化を生じたり、溶鋼をモールド内に注入する
浸漬ノズルを激しく損傷するために好ましくない。

【００２９】また、本発明のモールドパウダーに使用さ
れる炭素質原料としては例えばカーボンブラック、黒
鉛、コークス、木炭等を挙げることができる。なお、炭
素質原料の割合が１５重量％を超えると溶鋼状況が悪く
なり、場合によってはカーボンが完全に酸化しないこと
もあるため効果が小さい。更に、浸炭の特に起こり易い
極低炭素鋼のフロント用などの条件では、浸炭の防止の
点から炭素質原料を使用しないことも可能である。

【００３０】更に、本発明のモールドパウダーに使用す
ることができるシリカ質原料としては例えばパーライ
ト、フライアッシュ、長石、珪藻土、珪石粉、珪酸ソー
ダ、珪酸カリウム、ガラス粉、シリカフラワー等を使用
することができる。なお、シリカ質原料の配合割合が３
０重量％を超えると作業環境の低下の原因となるために
好ましくない。

【００３１】また、本発明のモールドパウダーに使用す
ることができる金属成分としては例えばマグネシウム、
アルミニウム、珪素、カルシウムまたはこれらの合金等
を挙げることができる。なお、金属成分の配合割合が２
０重量％を超えると酸化速度が低下し、一部が未酸化の
状態でモールドとシェルとの間に流れ込み、期待した発
熱反応が得られないために効果が小さい。更には、潤滑
性の低下を引き起こすために効果が小さい。

【００３２】本発明のモールドパウダーは、上述の範囲
内の基本配合のものであるが、更に、針状ケイ酸カルシ
ウムと炭素質原料＋金属成分との比率が４以上の方が、
酸化速度が速く、炭素質原料が溶融したガラス状物質で
覆われることがないために好ましい。該比率が４未満で
あると、酸化速度が遅く、溶融速度にバラツキが生ずる
ために好ましくない。また、従来のモールドパウダーに
おいて、多量の炭素質原料と金属との併用は、金属の酸
化速度を遅らせて未酸化状態でモールドパウダーがモー
ルドとシェルの間に流れ込み、潤滑性等を阻害する欠点
があったが、針状ケイ酸カルシウムを基材原料として使
用すると、速やかに金属を酸化することができ、スラグ
中に未酸化の金属が残ることもほとんどなくなる。

【００３３】なお、本発明のモールドパウダーは、前述
の針状ケイ酸カルシウムを使用して押出造粒、撹拌造
粒、流動造粒、転動造粒、噴霧造粒などの方法で造粒し
た顆粒状にて使用することができ、造粒の際に必要に応
じて有機質、無機質のバインダーを使用することができ
る。

【００３４】

【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明の連続鋳造用
モールドパウダーを更に説明する。 実施例 以下の表１に本発明品及び比較品の配合及び実機での使
用結果を記載する。表１中、本発明品Ｎｏ.１、４及び
１０並びに比較例Ｎｏ.１３及び１５は粉末原料混合物
を加水混練し、押出造粒機によって柱状に造粒した顆粒
品であり、その他は粉末配合物をＶ型ミキサーにて混合
した粉末品である。また、本発明品Ｎｏ．１、４、６、
７、９、１１及び１２に使用した針状ケイ酸カルシウム
は平均繊維長さ３００μｍ、平均繊維径６μｍ、アスペ
クト比５０を有するものであり、本発明品Ｎｏ．２、
３、５、６、７、８、１０については平均繊維長さ４９
０μｍ、平均繊維径５μｍ、アスペクト比９８を有する
ものを使用した。なお、比較例の１７及び１８について
は、平均繊維長さ３００μｍ、平均繊維径２９７μｍ、
アスペクト比１の針状ケイ酸カルシウムを使用したもの
である。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】

【００３７】なお、使用結果において、保温性は溶融ス
ラグ層温度を測定したものであり、鋳片介在物指数は鋼
片１ｍ²当たりに発生した欠陥を測定し指数化したもの
であり、ピンホール指数は鋳片介在物指数は鋼片１ｍ²
当たりに発生した欠陥を測定し指数化したものであり、
溶融安定度はモールド内の溶融状況を目視観察したもの
であり、操業安定度はブレークアウトの発生頻度で評価
したものである。

【００３８】

【発明の効果】本発明の鋼の連続鋳造用モールドパウダ
ーは、針状ケイ酸カルシウムを基材原料に少なくとも１
０重量％使用することで、保温性が良く、かつ滓化、溶
融特性に優れ、また、操業安定性、鋼品質の安定性向上
に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】モールドパウダーにおける針状ケイ酸カルシウ
ム添加量と炭素質原料酸化率の関係を示すグラフであ
る。

【図２】針状ケイ酸カルシウムのアスペクト比と収縮率
の関係を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−200962（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−104452（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−61327（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−29228（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−3823（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22D 11/10

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基材原料４５〜９０重量％、フラックス
   原料５〜４０重量％及び炭素質原料０〜１５重量％を含
   有してなる鋼の連続鋳造用モールドパウダーにおいて、
   基材原料として平均繊維長さが４５〜５００μｍ、平均
   繊維径が５〜６５μｍ並びにアスペクト比が７〜１００
   の範囲内にある針状ケイ酸カルシウムを１０〜９０重量
   ％の量で含有することを特徴とする鋼の連続鋳造用モー
   ルドパウダー。
2. 【請求項２】 基材原料１５〜９０重量％、フラックス
   原料５〜４０重量％、シリカ原料３０重量％以下及び炭
   素質原料０〜１５重量％を含有してなる鋼の連続鋳造用
   モールドパウダーにおいて、基材原料として平均繊維長
   さが４５〜５００μｍ、平均繊維径が５〜６５μｍ並び
   にアスペクト比が７〜１００の範囲内にある針状ケイ酸
   カルシウムを１０〜９０重量％の量で含有することを特
   徴とする鋼の連続鋳造用モールドパウダー。
3. 【請求項３】 金属成分を２０重量％以下の量で含有し
   てなる、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。