JP3105150B2 - 中炭素鋼鋳片の連続鋳造用モールドパウダーおよび中炭素鋼鋳片の連続鋳造方法 - Google Patents

中炭素鋼鋳片の連続鋳造用モールドパウダーおよび中炭素鋼鋳片の連続鋳造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は炭素含有量が0.08〜
0.16wt.%程度の中炭素鋼の連続鋳造において、
鋳片表面に発生する縦割れ防止に有効な連続鋳造用モー
ルドパウダーおよびこのようなモールドパウダーを使用
する中炭素鋼鋳片の連続鋳造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】溶鋼の連続鋳造において、モ−ルドパウ
ダ−は、モ−ルド内溶鋼上表面に所定量添加され、溶融
したモ−ルドパウダ−は溶鋼上表面を覆って溶鋼の保温
および酸化防止、並びに、溶鋼中から浮上した非金属介
在物の吸収作用を有する。更に、モ−ルド表面と鋳片凝
固シェル表面との間隙に流入してモ−ルドと鋳片との間
の潤滑作用、および、鋳片からモ−ルド等への熱移動制
御作用を有する。
【0003】鋳片表面の縦割れ発生を防止するためには
モ−ルドパウダ−による上記熱移動を適正に制御するこ
とが極めて重要である。この発明は、この熱移動の適正
化を適正なるモ−ルドパウダ−によって達成したもので
ある。
【0004】溶鋼の凝固において、炭素含有量が0.0
8〜0.16wt.%のいわゆる中炭素鋼は、凝固時に
包晶反応を起こす化学成分組成に属するため凝固時の収
縮量が大きいので、モールド表面と鋳片の凝固シェル表
面との間に局部的な隙間が形成され、モ−ルド表面に接
している部分といない部分とが発生し、凝固シェル厚さ
が不均一な凝固シェル(以下、「不均一凝固シェル」と
いう)が生成しやすい。その結果、不均一な凝固シェル
にかかる熱応力により鋳片表面に所謂縦割れが発生しや
すく、縦割れが発生すると鋳片の手入れ工程が必要とな
り、ひいては、鋳片の熱間直送加熱または熱間直送圧延
ができず省エネルギーの大きな支障となる。
【0005】この凝固シェル厚さの不均一性を緩和する
ためには、モールド内における鋳片の緩冷却化が有効で
あることが知られている。緩冷却を図る方法としては
(1)モールド銅板の内面に低熱伝導率の金属を接合し
更にメッキする方法、あるいはモールド銅板の内面に溝
を形成する方法、(2)凝固シェルとモールドとの隙間
にあるモールドパウダーに気孔を形成させ熱伝導率を下
げる方法(特開平3−27850号公報)、(3)モー
ルドパウダーの結晶化温度を高め結晶層厚さを確保する
方法(例えば、特開平5−277680号公報) が提案
されており、実用的には(3)の方法(以下、「先行技
術」という)が主流となっている。
【0006】モ−ルドパウダ−の結晶化温度の評価法と
しては、一般に、溶融モ−ルドパウダ−の粘度・温度の
所謂アウレニウスプロットより得られた関係において、
粘度が著しく上昇し粘度・温度の関係が直線関係から偏
奇する温度、冷却時の温度測定によって結晶化発熱によ
り温度降下が停滞する点における温度、または、示差熱
分析法による発熱ピークの測定によって求められてい
る。そして、パウダ−スラグの結晶化温度が高いモ−ル
ドパウダ−ほど結晶化が進行しやすいと言われている。
【0007】パウダースラグの結晶化温度を上昇させる
には塩基度(CaO/SiO2 )を高めることが有効で
あり、また、Na2 O、 F、B2 3 、BaO、Mg
O、Al2 3 等が結晶化温度に影響を及ぼすので、モ
ールドパウダーの設計に当たってはこの点に対する留意
が必要であることが開示されている(品川技報第32号
(1989年) 147頁)。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来技術においては、
パウダ−スラグの結晶化温度(先行技術においては、凝
固温度と呼んでいる。特開平5−277680号公報明
細書第2頁第2欄第2〜3行参照)の評価を行なう場合
の冷却速度は、最高でも数十℃/min程度である。これに
対して、実際の連続鋳造において、モールドパウダーの
溶融層がモールドに接触し冷却される場合の冷却速度は
数千℃/minである。従って、従来技術によるパウダ−ス
ラグの結晶化温度の評価条件では、実際の連続鋳造時に
おけるパウダ−スラグの結晶生成状態を反映しているか
否かは疑問である。
【0009】そこで、本発明者等は現実に、従来技術で
は高結晶化温度を有すると評価された各種のモールドパ
ウダーを試作し、各種の冷却条件で結晶生成状況を観察
した。その結果、高結晶化温度を有するとされるモール
ドパウダーであっても、実機に近い急冷条件では必ずし
も結晶生成量が多いとは限らず、また、実機における試
験においてもこれを裏付ける結果を得た。
【0010】鋳片表面の縦割れ発生を防止するために
は、連続鋳造時モ−ルド内で鋳片表面が急冷凝固により
凝固シェルが生成する時に、パウダ−スラグがモ−ルド
表面と鋳片の凝固シェル表面との間に流入し凝固するこ
とによって、鋳片が均一に緩冷却されるようなモ−ルド
パウダ−の使用が望まれる。従って、このような均一且
つ緩冷却を実現することができるモ−ルドパウダ−の開
発、および、このような適正な化学成分組成を有し、且
つ、上述したように、実機使用においてこのような作用
・効果を発揮するか否かの適正な評価方法を確立するこ
とが望まれる。
【0011】従って、この発明の目的は、上述した問題
を解決し、モ−ルドパウダ−に通常要求される保温性、
酸化防止性、非金属介在物の吸収性および潤滑性を維持
しつつ、且つ、中炭素鋼鋳片の連続鋳造において、モ−
ルド内鋳片の不均一凝固シェルの生成が原因となる鋳片
表面の縦割れ等の発生を安定して防止することができる
連続鋳造用モ−ルドパウダ−およびそのような中炭素鋼
鋳片の連続鋳造方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、炭素を
0.08〜0.16wt.%含有する中炭素鋼の連続鋳
造において、鋳片表面の縦割れの問題解決のために、パ
ウダ−スラグの急冷凝固時の結晶化率、結晶化に伴う発
熱量および実機使用等各方面から多くの実験を行なっ
た。その結果、従来の結晶化温度測定方法で得られるよ
うな数十℃/min程度での冷却速度によって評価され
る結晶化温度(以下、「平衡結晶化温度」という)によ
ってでは、実機に近い冷却速度での結晶生成を評価する
ことはできないが、パウダ−スラグを急冷した時の結晶
化率の測定値によって、連続鋳造実機でのパウダ−スラ
グの結晶化率を評価することができ、上記測定値と鋳片
表面の縦割れ発生状況とがよく対応することを見い出し
た。この発明は上述した知見に基づいてなされたもので
ある。
【0013】この発明の中炭素鋼鋳片の連続鋳造用モ−
ルドパウダ−は、CaOおよびSiO2 を主成分とし、
CaO含有量(wt.%)とSiO2 含有量(wt.
%)との比が1.2〜1.6の範囲内にあり、且つ、M
gO含有量(wt.%)とLi2 O含有量(wt.%)
との和が2〜6wt.%の範囲内にある化学成分組成を
有する連続鋳造用モ−ルドパウダ−であって、下記試験
方法:溶融状態の前記パウダ−を1500〜2500℃
/minの範囲内の冷却速度で、少なくとも、400℃
以下の温度まで冷却し凝固させ、このようにして得られ
た常温におけるパウダ−の結晶化率を測定する方法、に
よって評価された結晶化率が50面積%以上であること
に特徴を有するものである。
【0014】この発明の中炭素鋼鋳片の連続鋳造方法
は、上述したこの発明の中炭素鋼鋳片の連続鋳造用モ−
ルドパウダ−を用いて、炭素を0.08〜0.16w
t.%の範囲内で含有する鋳片を連続鋳造により製造す
ることに特徴を有するものである。
【0015】
【作用】溶鋼の連続鋳造時において、モールドに添加さ
れたモールドパウダーは溶鋼からの熱により溶融し、パ
ウダ−スラグとなって溶鋼表面を覆い、モ−ルドの振動
および鋳片の引き抜きに伴いモールドと鋳片の凝固シェ
ル表面との間の間隙に膜状に流入し、鋳片の下方への移
動につれて下方に移動し、次いで、モ−ルド下に流出す
る。モ−ルドは通常内部が水冷された銅製であり、モー
ルドの鋳片と接する側の表面温度(以下、「モ−ルド表
面温度」という)は300℃程度である。前記間隙に流
入した膜状のパウダ−スラグはモールドにより急冷さ
れ、そのモールド側はガラス状または結晶状の固着層に
変化する。中炭素鋼の鋳造においてはモ−ルド内溶鋼の
メニスカスからその下部10cm程度までの範囲内にモ
ールドと凝固シェルとの間の間隙に、均一なパウダ−ス
ラグの上記結晶層が生成されれば、凝固シェルは均一緩
冷却され、鋳片の縦割れが少なくなると言われている。
【0016】従来、パウダ−スラグの結晶化温度は、前
述したように、粘度・温度のアウレニウスプロットによ
る方法、冷却時の結晶化発熱による方法および示差熱分
析法により求められており、結晶化温度が高いパウダ−
スラグほど結晶化が進行しやすいと言われている。しか
し、上記方法で求められた結晶化温度はいずれも、せい
ぜい数十℃/min程度の冷却速度での測定値である。従っ
て、このような平衡状態に近い状態での結晶生成のでき
易さによって、連続鋳造実機における前記間隙への流入
パウダ−スラグの冷却速度のような数千℃/minという急
冷条件での結晶生成の評価をすることは困難である。
【0017】そこで本発明者等は、連続鋳造実機操業時
におけるモ−ルドパウダ−スラグの結晶生成量を推定す
るために下記試験を行って、実機でのモ−ルドパウダ−
スラグの冷却速度に近い条件での結晶生成量を把握し
た。
【0018】図1は、本発明者が考案したパウダ−スラ
グの急冷凝固用モールド(以下、「急冷凝固用モ−ル
ド」という)を示す概略斜視図である。この急冷凝固用
モールドは、外形が幅66mm×長さ100mm×高さ
60mmのステンレス製直方体の上面中央部に、幅5m
m×長さ30mm×深さ30mmの溝状の空間部を形成
し、この空間部を溶融パウダ−スラグの鋳込部とした。
そして、鋳込部の長さ中心、幅中心、溝底から5mmの
位置に熱電対を設置してモールドパウダーの冷却速度を
測定した。
【0019】急冷凝固用モールドを200〜400℃に
保持し、その鋳込み部に、大気雰囲気電気炉によって温
度1300℃で30分間溶融・保持したモールドパウダ
ーを注ぎ込んだ。このようにして急冷され、凝固したモ
−ルドパウダ−の試験片をモ−ルドから取り出した。こ
のようにしてモ−ルドパウダ−の急冷凝固試験片を調製
した。
【0020】モ−ルドパウダ−の凝固・冷却時の冷却速
度は、約1700〜2000℃/minであった。尚、冷却
速度は急冷凝固用モールドの熱容量により変更可能であ
り、例えば、図1に示した急冷凝固用モールドの外形寸
法を大きくすることにより冷却速度を速くし、逆に小さ
くすることにより遅くすることができる。
【0021】このよにして得られた急冷凝固試験片を長
さ中央部且つ幅方向平行で深さ方向に切断し、切断面を
研磨した。次いで、研磨面を画像解析して結晶化率を求
めた。研磨面における結晶相生成に関しては、同様に調
製した急冷凝固試験片を予め鉱物顕微鏡を用い10倍で
研磨面を検鏡して結晶相生成の成否を判定し、画像解析
に組み込んだ。そして、結晶化率は、研磨面積中に占め
る結晶相面積の割合(面積%)で定義した。
【0022】図2は、上述したモ−ルドパウダ−の急冷
凝固試験によって得られた急冷凝固試験片の結晶組織の
例を示す図である。同図中パウダ−試料No. Bにおいて
は、矢印で示した部分およびこれに類似の部分が結晶組
織の部分である。
【0023】表1には、図2に示した結晶組織を呈した
パウダ−試料No. AおよびBについての塩基度および従
来の方法で測定した平衡結晶化温度、並びに、急冷凝固
試験で得られた結晶化率を示す。
【0024】
【表1】
【0025】図2および表1からわかるように、従来方
法で測定されたモ−ルドパウダ−試料No. AおよびBの
平衡結晶化温度は、ほぼ同じ値を示す。従って、従来の
見解によれば、冷却時における結晶化の進行のし易さ
は、試料No. AおよびBにおいてほぼ同じであるという
ことになる。しかしながら、急冷凝固試験における結晶
化率は試料No. Aでは76.1%、試料No. Bでは2.
0%であり、両者間で大きく異なっている。
【0026】このように、連続鋳造実機で使用状態にあ
るモ−ルドパウダ−の凝固・冷却時の結晶化率を、従来
の方法で測定された平衡結晶化温度で評価することは困
難である。
【0027】これに対して、この発明で用いる急冷凝固
試験によれば、連続鋳造実機でのモ−ルドパウダ−の凝
固・冷却速度に類似した条件が得られるので、連続鋳造
実機でのモ−ルドパウダ−の結晶化率評価に有効である
ことがわかる。次に、モ−ルドパウダ−の化学成分組成
の限定理由について述べる。 CaO/SiO2 =1.2〜1.6 : CaOおよびSiO2 はモ−ルドパウダ−の主成分であ
る。塩基度を表わすCaO/SiO2 の値はパウダ−ス
ラグの物性を決める基本的要素である。CaO/SiO
2 の値が1.2未満では、凝固温度が低下し過ぎて、モ
−ルドと鋳片との間隙への流入量が過多になる等の弊害
が起こる。一方、CaO/SiO2 の値が1.6を超え
ると、結晶化温度は満足するが、モールドパウダースラ
グの融点が高くなり過ぎ溶融不良を起こし易くなる。従
って、モールドパウダーのCaO/SiO2 の値を1.
2〜1.6の範囲内に限定すべきである。
【0028】 MgO+Li2 O=2〜6wt.%
: 上述したモ−ルドパウダ−の急冷凝固試験を各種モ−ル
ドパウダ−について行ない、パウダ−スラグを急冷凝固
させた場合の結晶化率を測定した。一方、上記各種モ−
ルドパウダ−を中炭素鋼の連続鋳造実機において試験使
用し、鋳造された鋳片の縦割れ発生状況を調査した。
【0029】モ−ルドパウダ−の化学成分組成、急冷凝
固試験における冷却速度および結晶化率と、鋳片の縦割
れ成績との関係を検討した結果、下記事項がわかった。
即ち、パウダ−スラグの冷却速度が1500〜2500
℃/minにおいて、CaO/SiO2 =1.2〜1.
6の範囲内であって、MgO含有量+Li2 O含有量=
2〜6wt.%の範囲内で含み、且つ、結晶化率が50
%以上の場合に、鋳片の縦割れが改善された。また、結
晶化率が、70%以上となったモールドパウダーを使用
した場合には、鋳片の縦割れが大幅に改善された。
【0030】このように、鋳片の縦割れが改善されたの
は、連続鋳造実機のモ−ルド表面と鋳片の凝固シェル表
面との間に流入した膜状のパウダ−スラグに、早期に均
一な結晶層が生成され、鋳片表面が緩冷却化されたこと
によるものと考えられる。
【0031】上述したところから、モ−ルドパウダ−の
MgO含有量+Li2 O含有量を、2〜6wt.%の範
囲内に限定すべきである。
【0032】更に、モ−ルドパウダ−の結晶化率の測定
において、パウダ−スラグの冷却速度を1500〜25
00℃/minの範囲内に、且つ、その場合に得られる
結晶化率が50%以上に、一層望ましくは、70%以上
に限定すべきである。
【0033】また、急冷凝固用モールドの温度を200
〜400℃に保持する理由は、連続鋳造実機のモ−ルド
表面温度に類似させることにより、急冷凝固試験のモ−
ルドパウダ−の冷却速度および到達温度を、連続鋳造実
機でのこれらの条件に実質的に一致させるためである。
【0034】従って、モ−ルドパウダ−の結晶化率の測
定においては、更に、パウダ−スラグを急冷する温度範
囲の下限を、少なくとも、400℃以下にすべきであ
る。
【0035】この発明において、連続鋳造鋳片の鋼種を
中炭素鋼とする理由は、C含有量が0.08〜0.16
wt.%のいわゆる中炭素鋼は、凝固時に包晶反応を起
こすので凝固収縮量が大きい。従って、モールド表面と
凝固シェル表面との間に局部的に生じた隙間により不均
一凝固シェルが生成しやすく、これにかかる熱応力によ
り鋳片表面に縦割れが発生しやすいからである。
【0036】
【実施例】この発明を実施例により更に説明する。珪
石、石灰、蛍石、ガラス粉、アルカリ金属炭酸塩、アル
カリ土類炭酸塩および工業試薬を調整後電気炉にて溶融
し、急冷凝固後粉砕し、CaO−SiO2 −Al2 3
系のモールドパウダー用主原料を製造した。この主原料
に物性調整剤として人造氷晶石、NaF、ソーダー灰、
Li2 O等を添加し、CaO/SiO2 =1.2〜1.
6の範囲内で、MgO+Li2 O=2〜6wt.%を含
む連続鋳造用モールドパウダーを調製した。
【0037】表2に、上述したようにして調製された、
この発明の範囲内の化学成分組成を有するモ−ルドパウ
ダ−(以下、「本発明供試パウダ−」という)No.1〜
5、および、この発明の範囲外の化学成分組成を有する
モ−ルドパウダ−(以下、「比較用供試パウダ−」とい
う)No.1〜5の、CaO/SiO2 およびMgO+L
2 O含有量等を示す。
【0038】
【表2】
【0039】これらのモールドパウダーを示差熱分析装
置で溶融後、10℃/minで冷却した時の発熱ピ−ク
から平衡結晶化温度を測定した。別途、これらのモール
ドパウダーを電気炉で1300℃にて30分間保持した
溶融モ−ルドパウダ−を、図1に示した急冷凝固用モー
ルドに鋳込んで急冷凝固させ、所定の急冷凝固試験片を
調製し、長さ中央部且つ幅方向平行で深さ方向に切断
し、切断面を研磨した。次いで、研磨面を画像解析して
上述したような方法で結晶化率を測定した。このように
して得られた平衡結晶化温度および結晶化率を表2に併
記した。
【0040】上記特性をもつ本発明供試パウダ−No.1
〜5および比較用供試パウダ−No.1〜5の各々を連続
鋳造実機で使用した。鋳造鋼種は、割れ感受性の高い中
炭素鋼(但し、C含有量:0.1wt.%)であり、鋳
造速度を1.6m/minで行なった。このようにして
鋳造された鋳片の表面に発生した縦割れ個数と縦割れ長
さを測定し、この測定結果から縦割れ発生の指数(以
下、「縦割れ指数」という)で表わした。縦割れ指数
を、表2に併記した。縦割れ指数は小さいほど成績が良
好であることを表わす。
【0041】表2から下記事項がわかる。 平衡結晶化温度は、本発明供試パウダ−No.1〜5
と比較用供試パウダ−No.1〜5とで同等であるにもか
かわらず、溶融パウダ−の急冷による結晶化率は、本発
明供試パウダ−No.1〜5の方が比較用供試パウダ−N
o.1〜5よりも高い。そして、
【0042】 急冷時の結晶化率が50%以上である
本発明供試パウダ−No.1〜5を使用した鋳片の縦割れ
の発生は、急冷時の結晶化率が50%未満である比較用
供試パウダ−No.1〜5を使用した鋳片の縦割れ発生に
比較して、大幅に改善されている。特に、結晶化率が7
0%超えの本発明供試パウダ−No.3を使用した鋳片に
は、縦割れは発生せず、良好な表面の鋳片が製造されて
いる。かくして、従来困難であった中炭素鋼の高速鋳造
を容易に行なうことができた。
【0043】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
溶鋼の連続鋳造時にモ−ルド表面と鋳片の凝固シェル表
面との間に流入した膜状のパウダ−スラグは均一な結晶
層を生成するので、不均一凝固シェルの生成が抑制さ
れ、鋳片の凝固シェルは均一に緩冷却され、その結果割
れ感受性の大きい中炭素鋼において縦割れの少ない表面
品質の優れた鋳片を製造することができる、中炭素鋼鋳
片の連続鋳造用モ−ルドパウダ−および中炭素鋼鋳片の
連続鋳造方法を提供することができ、工業上極めて有益
な効果をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明において使用する、パウダ−スラグの
急冷凝固用モールドの例を示す概略斜視図である。
【図2】パウダースラグの急冷凝固試験片の結晶組織の
例を示す顕微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 裕計 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 宮本 明 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 酒井 英典 東京都千代田区丸の内二丁目3番2号 鋼管鉱業株式会社内 (72)発明者 清水 正明 東京都千代田区丸の内二丁目3番2号 鋼管鉱業株式会社内 (72)発明者 中山 信孝 東京都千代田区丸の内二丁目3番2号 鋼管鉱業株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−164120(JP,A) 特開 平5−277680(JP,A) 特開 平8−197214(JP,A) 特開 平5−208250(JP,A) 特開 平1−212714(JP,A) 特開 平4−210858(JP,A) 特開 平5−269560(JP,A) 特開 平4−138857(JP,A) 特開 平3−27850(JP,A) 特開 平8−33962(JP,A) 特開 平5−228595(JP,A) 特開 平7−185755(JP,A) 特開 平3−118947(JP,A) 特開 平3−226341(JP,A) 特開 平3−226342(JP,A) 特開 平4−138858(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22D 11/108 B22D 11/00 B22D 11/07

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CaOおよびSiO2 を主成分とし、C
    aO含有量(wt.%)とSiO2 含有量(wt.%)
    との比が1.2〜1.6の範囲内にあり、且つ、MgO
    含有量(wt.%)とLi2 O含有量(wt.%)との
    和が2〜6wt.%の範囲内にある化学成分組成を有す
    る連続鋳造用モ−ルドパウダ−であって、下記試験方
    法:溶融状態の前記パウダ−を1500〜2500℃/
    minの範囲内の冷却速度で、少なくとも、400℃以
    下の温度まで冷却し凝固させ、このようにして得られた
    常温におけるパウダ−の結晶化率を測定する方法、 によって評価された結晶化率が50面積%以上であるこ
    とを特徴とする中炭素鋼鋳片の連続鋳造用モ−ルドパウ
    ダ−。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の連続鋳造用モ−ルドパウ
    ダ−を用いて、炭素を0.08〜0.16wt.%の範
    囲内で含有する鋳片を連続鋳造により製造することを特
    徴とする中炭素鋼鋳片の連続鋳造方法。
JP07098101A 1995-03-30 1995-03-30 中炭素鋼鋳片の連続鋳造用モールドパウダーおよび中炭素鋼鋳片の連続鋳造方法 Expired - Fee Related JP3105150B2 (ja)

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