JP3107739B2 - 鋼の連続鋳造用パウダーのプリメルトフラックス - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼の連続鋳造時に
鋳型内の溶鋼に添加される連続鋳造用モールドパウダー
（以下単にモールドパウダー又はパウダーという）の主
原料として用いられるプリメルトフラックスに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】鋼の連続鋳造においてモールドパウダー
は溶鋼上面において溶鋼の酸化を防止し、溶鋼面の保温
及び湯面に浮上してきた介在物を吸収する作用がある。
また、溶鋼面で溶融したパウダーは鋳型と鋳片間に流入
してスラグフィルム層を形成し、鋳型と鋳片間の潤滑剤
として作用し、更に、鋳型と鋳片間の抜熱を制御してい
る。

【０００３】従来のモールドパウダーを化学分析すると
以下の様な成分組成になっている。ＳｉＯ₂ ：２０〜４
０ｗｔ％、 ＣａＯ：２０〜４０ｗｔ％、Ａｌ
₂ Ｏ₃ ：１〜１０ｗｔ％、 Ｎａ：１〜３０ｗｔ％、
Ｆ：１〜２０ｗｔ％、 Ｌｉ：０〜２０ｗｔ
％、ＭｇＯ：１〜１０ｗｔ％、 ＺｒＯ₂ ：０〜
２０ｗｔ％、Ｂ：０〜１０ｗｔ％

【０００４】上記モールドパウダーを製造する場合に
は、基材としてセメント、珪酸カルシウムの他、焼石
灰、珪石等の原料を電気炉で溶融し、水滓化して得られ
る所謂プリメルトされた珪酸カルシウムが使われてお
り、物性調整剤としてアルカリ金属の炭酸塩やフッ素化
合物等の低融点化合物が配合され、更に、溶融速度調整
剤として炭素粉末が配合されている。

【０００５】ところで、鋼の炭素濃度が０．０８〜０．
１６ｗｔ％の中炭素鋼（以下、中炭素鋼という）の連続
鋳造においては、鋼が液相から固相に変化する際の凝固
収縮率が大きく、鋳片表面に割れ欠陥が発生し易く、高
速鋳造が困難とされてきた。

【０００６】そこで、材料とプロセス、第４巻、第４号
（１９９１年、１２４７頁）には、前記中炭素鋼の割れ
欠陥対策として鋳型と鋳片表面間の熱流束を低下させる
ため、塩基度（ＣａＯｗｔ％／ＳｉＯ₂ ｗｔ％）を１．
３以上とし、冷却時における結晶による体積収縮により
接触熱抵抗の増大を図り、更にＺｒＯ₂ を３．０ｗｔ％
以上添加することでパウダーフィルムを不透明化し、輻
射伝熱の低減を行い、良好な鋳片の製造が可能であるこ
とを開示している（従来技術１）。

【０００７】また、品川技報第３２号（１９８９年、１
４７頁）には前記中炭素鋼を鋳造する際、問題となる鋳
片の縦割れを防止するため、鋳型内の抜熱速度とパウダ
ーの特性を調査し、溶融したパウダーの凝固過程におけ
る結晶化温度を高めることにより、モールド内抜熱を緩
和し、縦割れ発生を減少させ得ることを見いだしたこと
を報告している。さらに、高塩基度パウダーほど結晶化
温度が高くなる傾向があると記載されている（従来技術
２）。

【０００８】上記において結晶化とは、溶融したパウダ
ーが鋳型と鋳片表面の間に流入し、凝固する際に溶融体
の一部が結晶体として析出する現象である。また、鋳造
パウダーの基材であるプリメルトフラックスが凝固する
際にも生ずる。

【０００９】近年、連続鋳造の高速化に伴い、パウダー
の迅速かつ均一溶融を図るために、モールドパウダーの
基材としては前述のプリメルトタイプの珪酸カルシウム
フラックスが主流となっている。プリメルトタイプの珪
酸カルシウムフラックスは従来、以下の組成となってい
る。

【００１０】ＳｉＯ₂ ：３０〜５０ｗｔ％、 Ｃａ
Ｏ：４０〜５５ｗｔ％、Ａｌ₂ Ｏ₃ ：１〜１０ｗｔ％、
Ｎａ：１〜２０ｗｔ％、Ｆ：１〜４ｗｔ％、
Ｌｉ：０〜５ｗｔ％、ＭｇＯ：０〜３ｗｔ％

【００１１】プリメルト珪酸カルシウムフラックスは、
通常、パウダーに５０％以上配合されており、モールド
パウダー自体の塩基度（ＣａＯｗｔ％／ＳｉＯ₂ ｗｔ
％）と同程度の塩基度を有するプリメルト珪酸カルシウ
ムを用いることが一般的である。例えば、中炭素鋼用の
パウダー原料として、塩基度１．３以上の高塩基度プリ
メルトフラックスを用いる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術が結晶化
した珪酸カルシウムをフラックスが望ましいと考えてい
るが、しかし、本発明においては、この珪酸カルシウム
は、本来、非晶質であることが望ましいと考える。

【００１３】この理由は、珪酸カルシウムが結晶質であ
ると、ミクロ的には組成の不均一な変化が生じ、また製
造時において原料の飛散等があって目標とする成分組成
を有する均質な組成状態が得難いからである。従って、
このような結晶化したフラックスを多量に配合したモー
ルドパウダーは、溶融する際に、成分組成が不均一なた
め溶融特性の著しい不均一性を生じるからである。

【００１４】更に、前記従来技術においては、モールド
パウダーが鋳片と鋳型間において結晶化すると鋳片の割
れを防止して良好な鋳片が得られるとしている。しか
し、この結晶化が部分的に発生するとかえって不均一な
冷却が生じ、鋳片の表面性状が悪くなる。

【００１５】前述の通り、中炭素鋼用モールドパウダー
の主原料となるプリメルトフラックスは通常、塩基度
１．３以上のものが使われる。さらに連続鋳造の高速化
に伴い、迅速溶融、高潤滑特性を得るためにＬｉ₂ ＣＯ
₃ に代表されるアルカリ炭酸塩原料がフラックス原料と
して多用されている。

【００１６】しかし、上記のように、上記リチウムの原
料をＬｉ₂ Ｏとして１％以上含み、Ｃａのｗｔ％から換
算したＣａＯのｗｔ％とＳｉのｗｔ％から換算したＳｉ
Ｏ₂のｗｔ％との比である塩基度が１．４以上になる
と、水滓条件を強冷却化しても、冷却過程で結晶が生成
しやすくなり、結晶相としてβ−２ＣａＯ・ＳｉＯ
₂ （Ｌａｒｎｉｔｅ）が生成する。

【００１７】プリメルトフラックス中にβ−２ＣａＯ・
ＳｉＯ₂ が生成するとβ−２ＣａＯ・ＳｉＯ₂ 自体が経
時変化（風化）していくためにフラックスの粉体特性が
経時的に変質し、パウダー基材としては不適である。さ
らに電気炉から排出する際に、結晶化するため、湯流れ
が悪くなる等の操業上の問題が発生する。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
について種々検討を重ねた結果、従来のプリメルトフラ
ックスの基本成分において、プリメルトフラックス原料
中にリチウム原料をＬｉ₂ Ｏとして１％以上配合し、更
に全Ｃａｗｔ％から換算したＣａＯと全Ｓｉｗｔ％から
換算したＳｉＯ₂ とのｗｔ％比である塩基度（ＣａＯｗ
ｔ％／ＳｉＯ₂ｗｔ％）が１．４以上の時、Ｆｗｔ％≧
２４×塩基度−３１となるようにＣａＦ₂ を添加するこ
とによって、プリメルトフラックスに要求される成分組
成範囲内において、β−２ＣａＯ・ＳｉＯ₂ の生成を抑
え、非晶質化を達成し、さらに安定した操業を行えると
の知見を得て、下記の発明をするに至った。

【００１９】第１の発明は、ＣａＯ：４０〜６０ｗｔ
％、ＳｉＯ₂ ：３０〜４０ｗｔ％、Ａｌ₂ Ｏ₃ ：１〜７
ｗｔ％、ＭｇＯ＜１．５ｗｔ％、Ｎａ₂ Ｏ：１〜４ｗｔ
％、Ｌｉ₂ Ｏ：１〜５ｗｔ％、Ｆ：２〜８ｗｔ％を含有
し，かつ、非晶質であることを特徴とする連続鋳造用モ
ールドパウダーのプリメルトフラックスを提供する。良
好な鋳片表面を得る為には、高速鋳造用のモールドパウ
ダーのプリメルトフラックスは少なくとも上記の様な成
分組成を有し、且つ非晶質であることが必要だからであ
る。

【００２０】第２の発明は、第１の発明において、
（ａ）リチウム化合物をＬｉ₂ Ｏとして１％以上含み、
（ｂ）Ｃａのｗｔ％から計算したＣａＯのｗｔ％とＳｉ
のｗｔ％から計算したＳｉＯ₂ のｗｔ％との比である塩
基度（ＣａＯｗｔ％／ＳｉＯ₂ ｗｔ％）が１．４以上
で、（ｃ）ＣａＦ₂ を、Ｆｗｔ％≧２４×（塩基度）−
３１となるように含有している連続鋳造用パウダーのプ
リメルトフラックスを提供する。上記の条件を備えたプ
リメルトフラックスは、製造後使用するまでの間に風化
するβ−２ＣａＯ・ＳｉＯ₂ （Ｌａｒｎｉｔｅ）の生成
を抑え、冷却時において非晶質となり、鋳型と鋳片間の
冷却を抑制することができるためである。

【００２１】第３の発明は、第１及び第２の発明におい
て、前記プリメルトフラックスが、Ｃｕターゲット、管
電圧４０ＫＶ、管電流３０ｍＡの条件でＸ線回折を行な
ったとき、無定形ハローパターンが検出され、最強度ピ
ークが５００カウント／秒以下であることを特徴とする
連続鋳造用プリメルトフラックスを提供する。この様な
プリメルトフラックスは冷却時において確実に非晶質と
なっており、鋳型と鋳片間の均一な冷却を実現させるこ
とができるためである。

【００２２】

【発明の実施の形態】プリメルトフラックス基本成分は
下記の通りである。ＣａＯ：４０〜６０ｗｔ％、ＳｉＯ
₂ ：３０〜４０ｗｔ％、Ａｌ₂ Ｏ₃ ：１〜７ｗｔ％、Ｍ
ｇＯ＜１．５％、Ｎａ₂ Ｏ：１〜４ｗｔ％、Ｌｉ₂ Ｏ：
１〜５ｗｔ％、Ｆ：２〜８ｗｔ％、高速鋳造用のモール
ドパウダーのプリメルトフラックスは少なくとも上記の
様な成分組成を有する場合に非晶質となる得るためであ
る。

【００２３】更に、プリメルトフラックス原料中にリチ
ウム原料をＬｉ₂ Ｏとして１％以上配合し、全Ｃａのｗ
ｔ％から換算したＣａＯと全Ｓｉのｗｔ％から換算した
ＳｉＯ₂ と比である塩基度（ＣａＯｗｔ％／ＳｉＯ₂ ｗ
ｔ％）を１．４以上にし、ＣａＦ₂ の量をＦｗｔ％≧２
４×（塩基度）−３１となるように添加すれば、風化す
るβ−２ＣａＯ・ＳｉＯ₂ （Ｌａｒｎｉｔｅ）の生成を
抑え、フラックスは全体として非晶質であるプリメルト
フラックスを製造することができる。

【００２４】さらに、より完全に非晶質であることが中
炭素鋼高速鋳造パウダー用の主原料として望ましい。望
ましい非晶質とは、Ｃｕターゲット、管電圧４０ＫＶ、
管電流３０ｍＡのＸ線回折条件において、無定形ハロー
パターンが検出されるものであり、最強度ピークが５０
０カウント／秒以下である場合である。

【００２５】リチウム原料については、Ｌｉ₂ Ｏとして
１％未満であれば、迅速溶融性が期待できず、５％を超
える配合は連鋳パウダーの結晶化温度が低くなりすぎ、
中炭素鋼を鋳造する際に良好な鋳片が得られにくい。

【００２６】また、全Ｃａｗｔ％から換算したＣａＯと
全Ｓｉｗｔ％から換算したＳｉＯ₂とのｗｔ％比の比で
ある塩基度が１．４未満の時はβ−２ＣａＯ・ＳｉＯ₂
（Ｌａｒｎｉｔｅ）の生成が少なく、ＣａＦ₂ を添加し
なくても非晶質化しやすい。しかし、上記塩基度が１．
４以上の場合にはＣａＦ₂ の量をＦｗｔ％≧２４×（塩
基度）−３１となるように添加しないと、風化するβ−
２ＣａＯ・ＳｉＯ₂ （Ｌａｒｎｉｔｅ）の生成を抑える
ことができず、フラックスは全体として非晶質となりに
くい。

【００２７】次に、ＭｇＯは中炭素鋼用連鋳パウダー成
分として、適正な粘性を維持するために１．５％未満に
することが必要であり、プリメルトフラックス成分とし
ても、１．５％未満にすることが経験上望ましい。

【００２８】

【実施例】この発明を実施例により、比較例と対比しな
がら説明する。珪石、石炭石、螢石、ガラス粉、アルカ
リ金属炭酸塩、アルカリ土類炭酸塩等を本発明範囲内の
成分組成になるように配合した原料を三相アーク炉にお
いて溶融し、溶融物をジェット水流によって急冷・水滓
化し、乾燥後、粉砕したものをプリメルトフラックス
（以下発明体という）１〜４とした。比較のため、本発
明の範囲外にあるプリメルトフラックス（以下、比較体
という）を調製した。

【００２９】表１に発明体１〜４および比較体１〜４の
成分組成、Ｘ線回折（ＸＲＤ）における最強ピークカウ
ント数を示す（Ｘ線回折条件：Ｃｕターゲット、管電圧
４０ＫＶ、管電流３０ｍＡ）。表１から明らかなように
塩基度（ＣａＯｗｔ％／ＳｉＯ₂ ｗｔ％）およびＦｗｔ
％が本発明の範囲内にある発明体１〜４はＸＲＤ結果か
ら最強度ピークカウント数が５００カウント／秒以下で
あり、望ましい非晶質であることが分かる。

【００３０】これに対し、Ｆｗｔ％が本発明の範囲を超
えている比較体１〜４はＸＲＤ結果からβ−２ＣａＯ・
Ｓｉ₂ （Ｌａｒｎｉｔｅ）の生成が顕著であった。

【００３１】図１に各発明体および比較体の塩基度（Ｃ
ａＯｗｔ％／ＳｉＯ₂ ｗｔ％）とＦｗｔ％を示す。この
図から、Ｆｗｔ％≧２４×（ＣａＯ／ＳｉＯ₂ ）−３１
を満たすものが非晶質であることを示している。また、
図２に発明体１、２、比較体４のＸＲＤチャートを示
す。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば中
炭素鋼高速鋳造用モールドパウダーの主原料であるプリ
メルトフラックスの要求される成分組成範囲内におい
て、β−２ＣａＯ・ＳｉＯ₂ の生成を抑え、非晶質のプ
リメルトフラックスを得ることができ、さらに安定して
フラックスの製造が実施できるようになった。これによ
って、割れ感受性の大きい中炭素鋼においても割れ欠陥
のない品質の優れた鋼を連続鋳造することができるよう
になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】プリメルトフラックスの塩基度とＦｗｔ％との
関係において定まる結晶化・非晶化の状態を示す図であ
る。

【図２】発明体と比較体のＸＲＤチャートを示す図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川島 健 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 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 (56)参考文献 特開 平７−323354（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−164120（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−61557（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−63713（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−305403（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−138857（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−269560（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−4824（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−64463（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−77060（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−204810（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/108

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＣａＯ：４０〜６０ｗｔ％、ＳｉＯ₂ ：
   ３０〜４０ｗｔ％、Ａｌ₂ Ｏ₃ ：１〜７ｗｔ％、ＭｇＯ
   ＜１．５ｗｔ％、Ｎａ₂ Ｏ：１〜４ｗｔ％、Ｌｉ₂ Ｏ：
   １〜５ｗｔ％、Ｆ：２〜８ｗｔ％を含有し，かつ、非晶
   質であることを特徴とする連続鋳造用パウダーのプリメ
   ルトフラックス。
2. 【請求項２】 （ａ）リチウム化合物をＬｉ₂ Ｏとして
   １％以上含み、（ｂ）Ｃａのｗｔ％から計算したＣａＯ
   のｗｔ％と，Ｓｉのｗｔ％から計算したＳｉＯ₂ のｗｔ
   ％との比である塩基度（ＣａＯｗｔ％／ＳｉＯ₂ ｗｔ
   ％）が１．４以上で、（ｃ）ＣａＦ₂ を、Ｆｗｔ％≧２
   ４×（ＣａＯｗｔ％／ＳｉＯ₂ ｗｔ％）−３１となるよ
   うに含有している請求項１に記載された連続鋳造用パウ
   ダーのプリメルトフラックス。
3. 【請求項３】 Ｃｕターゲット、管電圧４０ＫＶ、管電
   流３０ｍＡのＸ線回折条件において無定形ハローパター
   ンが検出され、最強度ピークが５００カウント／秒以下
   であることを特徴とする請求項１又は２に記載された連
   続鋳造用プリメルトフラックス。