JP3179358B2 - 連続鋳造用モールドパウダー - Google Patents

連続鋳造用モールドパウダー

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JP3179358B2 JP03150797A JP3150797A JP3179358B2 JP 3179358 B2 JP3179358 B2 JP 3179358B2 JP 03150797 A JP03150797 A JP 03150797A JP 3150797 A JP3150797 A JP 3150797A JP 3179358 B2 JP3179358 B2 JP 3179358B2
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圭児 渡辺
真 鈴木
正之 中田
英典 酒井
剛温 塩見
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋼の連続鋳造に用
いられるモールドパウダーに関する。
【0002】
【従来の技術】鋼の連続鋳造において、モールドパウダ
ーは溶鋼の上面にあっては溶鋼の酸化防止、保温、浮上
介在物の吸収という機能を有し、また鋳型(以下、モー
ルドともいう)と鋳片との間に流入し、潤滑および鋼の
抜熱制御を行っている。
【0003】鋼の中で、中炭素鋼と呼ばれる炭素含有量
が0.08〜0.18%の亜包晶鋼領域の鋼において
は、凝固時のδ→γ変態により体積収縮が大きく、不均
一凝固しやすいため、鋳片に縦割れが発生しやすい。こ
の縦割れ発生は鋳型内の熱流束と相関があり、熱流束を
低下させることで、その発生を抑制することが可能であ
る。したがって、使用するパウダーは緩冷却可能な特性
を有することが望ましい。
【0004】中炭素鋼用モールドパウダーに関して、市
川らは品川技報No.23に、パウダーの塩基度(Ca
O/SiO2)を上げることによって、凝固点を上昇さ
せ、かつ凝固の際に結晶化を促進させることによって、
モールドと鋳片(凝固シェル)との間に流入する溶融ス
ラグのうち、モールド側に固着した凝固層内に空隙を生
じさせ、凝固層の見かけの熱伝導率を低下させ、鋳片の
割れを防止することができるとしている。
【0005】また、特開平3−193248号公報で
は、市川らと同じく、モールドに固着した凝固層中の熱
伝導率を下げるという観点から、パウダーの凝固点を高
め、かつ溶融スラグをガラス化させずに結晶化させるた
め、パウダーの1成分として周期律表IIIA族およびIV
族の元素の酸化物を少なくとも1種添加することが望ま
しいとし、これらの1種または2種以上を0.01〜1
5%含有することが示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】以上の従来技術におけ
るパウダーは、鋳型に接触している凝固層中の熱抵抗を
増大させることにより、鋳型内緩冷却化を図ったもので
あり、一定の成果を挙げてはいるが、さらに鋳片品質を
向上させるために、さらなる緩冷却化が望まれている。
【0007】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであって、鋳型内を従来よりも一層緩冷却化すること
ができる連続鋳造用モールドパウダーを提供することを
目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】従来技術におけるモール
ドパウダーは、鋳型に接触している凝固層を厚くした
り、その中に気孔を設けることで、凝固層中の熱抵抗を
増大させることにより、鋳型内緩冷却化を図ったもので
ある。
【0009】しかしながら、本発明者らが種々検討した
結果、鋳型内の熱流束に影響を及ぼす最大の因子は、鋳
型−凝固層間の隙間(エアーギャップ)であり、この界
面の熱抵抗を増大させることにより、鋳型内を大幅に緩
冷却化することができることが判明した。
【0010】パウダーがスラグ化し鋳型側に固着して形
成される固着層は、一般には面積率で50〜70%の結
晶相と、その粒間に存在するガラス相とで構成されてい
るが、本発明者が界面熱抵抗とこの固着相組織との関係
を調査したところ、結晶化しやすいもの、すなわち結晶
相が多くガラス相が少ないものほど界面熱抵抗が増大
し、緩冷却されることが判明した。
【0011】しかしながら、このようなパウダーにおい
ては、その軟化温度が高く、溶融速度が遅くなり、ペア
生成の増大、パウダー流れ込み不足等、溶融特性を満足
させることができず、特に高速鋳造においてパウダーと
しての役割を果たすことはできない。
【0012】これは、一般的にはパウダーを溶融して冷
却した際に生じる結晶相は、カスピダイン(3CaO・
2SiO2・CaF2)という融点の高い物質であり、パ
ウダー中においてその量が増大する高塩基度(CaO/
SiO2=1.4〜1.6)の条件下では、軟化温度が
高くなるためであると考えられる。
【0013】しかしながら、本発明者らがさらに検討を
重ねた結果、塩基度(CaO/SiO2)が1.6以上
では、Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O等
の周期律表IA族に属する元素の酸化物を所定量以上含
有させることで、カスピダインとは異なる結晶が生じ、
そして、これら酸化物の2種類以上を複合化すること
で、軟化温度を最適化し、かつ、高い結晶化率を維持す
れば、界面熱抵抗を増大させることができ、その結果鋳
型内を緩冷却にすることができ、鋳片品質が著しく向上
することを見出した。
【0014】本発明は、このような知見に基づいてなさ
れたものであり、中炭素鋼の連続鋳造に用いられる連続
鋳造用モールドパウダーであって、塩基度(CaO
SiO)が1.6〜2.5の範囲であり、周期律表I
A族に属する元素の酸化物を2種類以上、以下の(1)
式の範囲内で含有し、かつFを5〜15重量%の範囲で
含有し、鋳型側に固着した際にその固着層が周期律表I
A族に属する元素の酸化物を含む結晶を有することを特
徴とする連続鋳造用モールドパウダーを提供するもので
ある。 0.13<(IA族酸化物の合計のモル数)/(Caの
モル数)<0.6……(1) ただし、塩基度のCaOはパウダー中のCaのモル数
からCaOに換算した値である。
【0015】この場合に、前記周期律表IA族に属する
元素の酸化物としては、Li2O、Na2O、K2O、R
2O、Cs2Oが例示され、これらから選択されたもの
を用いることができる。また、Al、Mg、Sr、B
a、Cr、Mn、Feの酸化物を合計で0.3〜10重
量%含むことが好ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】鋳型内の緩冷却化のためには、結
晶化しやすいパウダーを用いることが効果的であること
が経験的に知られている。そして、その結晶化と熱流束
との相関を検討した結果、熱流束を支配する最大の因子
は、鋳型とパウダーフィルム層間の界面熱抵抗であるこ
とが判明した。
【0017】この界面熱抵抗は、パウダーフィルムの鋳
型側表面の凹凸により決定される。本発明者が種々検討
を行った結果、パウダーフィルムの結晶化によりその凹
凸が生じること、パウダーの組成によりその凹凸の大き
さが異なることが見出された。そして、その凹凸の大き
さは、固着層中の結晶化比率に依存することが確認され
た。
【0018】中炭素鋼に用いられる塩基度が1.1〜
1.5のパウダーを使用した場合、固着層を電子顕微鏡
により観察すると、面積率で50〜70%の結晶相と、
その粒間に存在するガラス相とにより構成されているこ
とが確認される。一般には、この結晶はカスピダイン
(3CaO・2SiO2・CaF2)と呼ばれる鉱物相か
らなり、粒間にあるガラスはSiO2、Al23、Na2
O、Li2O、CaO等の酸化物からなる。
【0019】塩基度を上昇させてこの固着層を90%以
上結晶化することにより、上記パウダーフィルムの鋳型
側表面の凹凸が2倍以上にもなり、界面熱抵抗を高くで
きることが確認されたが、パウダー中のカスピダイン結
晶はその融点が約1470℃とかなり高く、この結晶相
を単純に増加させた場合、軟化温度等パウダーに必要な
溶融特性を満足させることができない。
【0020】この点に鑑み、本発明者が種々検討した結
果、パウダーの塩基度(CaO*/SiO2)が1.6〜
2.5の範囲で、Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、
Cs2O等の周期律IA族に属する元素の酸化物を2種
類以上、一定範囲で添加することにより、カスピダイン
ではない結晶相を析出させることのできるパウダーとす
ることができることを見出した。これにより得られる結
晶相は、LiCa2FSiO4、NaCa2FSiO4等の
式、またはそれに近い化学量論組成を有するものであ
る。つまり、これらはカスピダインとIA族元素の酸化
物とが1:1で組み合わされた結晶となっている。すな
わち、従来粒間のガラス相側に多く存在していたIA族
元素の酸化物を結晶相として一定量取り込むことがで
き、結晶化率が増大し、界面熱抵抗を増加させることが
容易となった。
【0021】また、これらの結晶はカスピダインよりも
融点が低い上、添加するIA族元素の酸化物の組み合わ
せにより、複数の結晶を析出させることが可能である。
このように複数の結晶を析出させることにより、軟化温
度を調節することができるため、結晶化率が高くても軟
化温度が低いパウダーとすることが可能となり、高界面
熱抵抗で鋳型内熱流束が低く、大幅な鋳型内緩冷却化が
実現され、鋳片の割れ防止に絶大な効果を有するモール
ドパウダーを得ることが可能となる。なお、塩基度のC
aO*はパウダー中に含まれるCa中のモル数からCa
Oに換算した値である。
【0022】本発明に係るモールドパウダーは、その塩
基度(CaO*/SiO2)が1.6〜2.5の範囲であ
り、周期律表IA族に属する元素の酸化物を2種類以
上、以下の(1)式の範囲内で含有し、かつFを5〜1
5重量%の範囲で含有する。
【0023】ここで、塩基度(CaO*/SiO2)の値
を1.6〜2.5の範囲としたのは、この値が1.6未
満であると、結晶相がカスピダインとなって高界面熱抵
抗の発現には限界があり、一方2.5を超えると、IA
族元素の酸化物をどのように組み合わせても軟化温度が
1200℃以上の高温となり、パウダーとしての機能を
持つことができないからである。
【0024】また、周期律表IA族に属する元素の酸化
物を2種類以上含有させることとしたのは、1種類では
軟化温度を有効に低減させることができないからであ
る。これらは(1)式の範囲内で含有する。 0.13<(IA族酸化物の合計のモル数)/(Caのモル数)<0.6 ……(1) これは、(IA族酸化物の合計のモル数)/(Caのモ
ル数)の値が0.13未満の場合にはカスピダインがか
なりの割合で生じ、軟化温度も高く、パウダーとしての
機能を持たず、一方この値が0.6を超えるとガラス相
の量が増大し、高界面熱抵抗を発現することができない
からである。(IA族酸化物の合計のモル数)/(Ca
のモル数)の値のさらに好ましい範囲は0.2〜0.4
である。なお、周期律表IA族に属する元素の酸化物と
しては、Li2O、Na2O、K 2O、Rb2O、Cs2
が例示され、これらの2種以上を用いることができる。
【0025】さらに、本発明のモールドパウダーにおい
てFを5〜15重量%の範囲としたのは、F量が5%未
満では軟化温度を低減することができず、一方15%を
超えると冷却水により連続鋳造機が腐食するためであ
る。
【0026】本発明において、Al、Mg、Sr、B
a、Cr、Mn、Feの酸化物(Al23、MgO等)
を合計で0.3〜10重量%含むことが好ましい。これ
らは軟化温度をより低減する効果があるからである。こ
れらが0.3%未満ではこのような効果を得ることがで
きず、10%を超えるとガラス相の量が増大し、界面熱
抵抗を十分高くすることができない。したがって、これ
らの範囲を0.3〜10%とした。
【0027】
【実施例】
(実施例1)表1に示す組成を有する溶鋼を用い、8種
類のモールドパウダーを使用して実機の連続鋳造機で連
続鋳造試験を行った。鋳造速度は1.8m/min、モ
ールドサイズは220mm×2000mmとした。試験
においては、固着層の結晶化率、パウダーの軟化温度、
鋳型内熱流束、および縦割れ発生を評価した。鋳型内熱
流束は鋳型内メニスカス部に埋め込んである熱電対によ
り求めた。鋳片の縦割れ発生頻度は、従来パウダー使用
時における縦割れ発生頻度を100として指数表示し
た。表2に各パウダーの基材成分と実機試験結果を示
す。この基材に対して外掛けで3重量%となるようにカ
ーボンを添加したものをモールドパウダーとして使用し
た。なお、表2のうち比較例1〜3は従来品であり、発
明例1〜5が本発明の範囲内のものである。
【0028】表2に示すように、発明例1〜5は、従来
品である比較例1〜3よりもメニスカス部の熱流束が低
減し、縦割れ指数が低い値を示した。この中でも特に、
Al、Mgの酸化物が0.3〜10%の範囲である発明
例1〜4の縦割れ指数が低かった。
【0029】
【表1】
【0030】
【表2】
【0031】(実施例2)上記比較例1および発明例1
〜4のパウダーを用い、鋳造速度を2.4m/minと
した以外は実施例1と同様に試験を行った。その結果を
表3に示す。表3に示すように、従来品である比較例1
は縦割れ指数が大幅に増大したが、発明例1〜4は縦割
れ指数が微増するにとどまっており、本発明範囲のパウ
ダーが高速鋳造において良好な結果を示すことが確認さ
れた。
【0032】
【表3】
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
鋳型内を従来よりも一層緩冷却化することができる連続
鋳造用モールドパウダーが提供される。したがって、従
来よりも連続鋳造鋳片の縦割れを少なくすることができ
る。
フロントページの続き (72)発明者 中田 正之 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 塩見 剛温 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4−258353(JP,A) 特開 平9−76049(JP,A) 特開 平9−164460(JP,A) 特開 平8−141712(JP,A) 特開 平8−197214(JP,A) 特開 平3−193248(JP,A) 特開 平5−269560(JP,A) 特開 平5−305403(JP,A) 特開 平8−141713(JP,A) 特開 平5−208250(JP,A) 特開 平7−323354(JP,A) 特開 平7−164120(JP,A) 特開 平6−63713(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22D 11/108 B22D 11/07

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 中炭素鋼の連続鋳造に用いられる連続鋳
    造用モールドパウダーであって、 塩基度(CaO/SiO)が1.6〜2.5の範囲
    であり、周期律表IA族に属する元素の酸化物を2種類
    以上、以下の(1)式の範囲内で含有し、かつFを5〜
    15重量%の範囲で含有し、鋳型側に固着した際にその
    固着層が周期律表IA族に属する元素の酸化物を含む結
    晶を有することを特徴とする連続鋳造用モールドパウダ
    ー。 0.13<(IA族酸化物の合計のモル数)/(Caの
    モル数)<0.6……(1) ただし、塩基度のCaOはパウダー中のCaのモル数
    からCaOに換算した値である。
  2. 【請求項2】 前記周期律表IA族に属する元素の酸化
    物が、LiO、NaO、KO、RbO、Cs
    Oから選択されたものであることを特徴とする請求項1
    に記載の連続鋳造用モールドパウダー。
  3. 【請求項3】 Al、Mg、Sr、Ba、Cr、Mn、
    Feの酸化物を合計で0.3〜10重量%含むことを特
    徴とする請求項1に記載の連続鋳造用モールドパウダ
    ー。
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