JP3238073B2 - 鋼の連続鋳造用フロントパウダー - 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、鋼の連続鋳造の鋳
造初期において、適切な速度で溶融してスラグ層を形成
し溶鋼面を被覆するとともに、潤滑作用を行うスラグフ
ィルムを形成することにより、安定した操業と優れた鋳
片を製造するために使用するフロントパウダーに関する
もので、特に中炭素鋼の連続鋳造において、鋳造初期の
ブレークアウトの防止および鋳片表面の割れに最大の効
果を発揮する。

【０００２】

【従来の技術】近年、鋼の連続鋳造は、省エネルギーや
省資源、歩留りや原単位の向上によるコストダウンのた
め高速化、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接圧
延方式が、積極的に採用されるようになっている。この
直接圧延を実施するためには、鋳造される鋳片の欠陥を
極力少なくする必要があり研究がなされているが、中炭
素鋼や包晶組成の鋼では鋳造初期にブレークアウトや割
れが発生しやすく、大きな問題として残っている。

【０００３】この割れの発生を防止するためには、鋳片
の冷却を均一にすることが必要であり、そのためにはパ
ウダーの凝固温度を高めて鋳型と鋳片間に流入して形成
されるスラグフィルム自体の伝熱抵抗を大きくすること
により、鋳片から鋳型への伝熱抵抗を大きくして、鋳片
を緩冷却することが有効とされている。しかしながらこ
のようなパウダーを使用しても、鋳造初期においては、
溶鋼の温度低下や溶融スラグ層不足などにより、スラグ
の潤滑性が不足したり不均一流入が起こり、定常操業時
に比較して拘束性ブレークアウトや割れが多く発生す
る。このように本体パウダーの改良だけはこれらの問題
を解決できていない。

【０００４】これらの問題を解決する目的で鋳造開始時
に使用するフロントパウダーも提案されている。すなわ
ち、鋳造初期の安定した操業を確保する手段として、発
熱パウダーを鋳造初期に使用する方法がとられている。
この鋳造初期に使用するパウダーとしては、例えば特公
昭５７−７２１１号、特公平６−７３７２８号の各公報
に開示されているが、各々パウダー本来の機能を迅速に
発揮させるものおよび、発熱反応後はパウダー本来の役
割を果たす必要があるとの記述が示すように、これらの
フロントパウダーは発熱性を除き、一般パウダー（本体
パウダー）が有する溶融したスラグ特性を特別に変えた
ものではないことがわかる。このように発熱の機能を付
与した上記公告公報の発明では、中炭素鋼の鋳造初期の
拘束性ブレークアウトや割れを十分防止できていないの
が現状である。

【０００５】

【発明が解決しようする課題】本発明は、前記従来技術
で解決できなかった鋳造初期におけるブレークアウト
や、鋳片表面の割れを防止するために、鋳造初期に必要
な特有の機能を持つ、鋳造初期に使用するフロントパウ
ダーを提供するものであり、特に中炭素鋼の連続鋳造に
おいて、鋳造初期のブレークアウトの防止および鋳片表
面の割れに最大の効果を発揮する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、中炭素鋼
の連続鋳造初期のブレークアウトや鋳片表面の割れを防
止するための研究を行なった結果、本体パウダーと異な
った特性を有するフロントパウダーを見いだし、鋳造初
期に使用することにより鋳造初期のブレークアウトの防
止および鋳片表面の割れを解決できることを見いだし
た。

【０００７】すなわち、手段１は炭素含有量が０．０８
〜０．１８重量％の中炭素鋼を連続鋳造で鋳造する際、
凝固温度が１０００℃以下、溶融温度が９３０℃以上、
粘度；１．５〜４．０ｐｏｉｓｅ、溶融速度；３．５〜
７．０ｇ／ｃｍ² ・ｍｉｎであるフロントパウダーであ
る。

【０００８】また手段２は、成分組成が酸化物に換算し
て、ＣａＯ／ＳｉＯ₂ ＝０．６０〜１．００（重量％
比）の範囲で、Ａｌ₂ Ｏ₃ ；３〜７重量％、Ｎａ₂ Ｏ；
０．６〜１３重量％、Ｌｉ₂ Ｏ；０．５重量％以上、
Ｆ；６〜１２重量％、Ｆｅ₂ Ｏ₃；７〜１４重量％不可
避的遊離炭素が１．０重量％以下であり、その成分組成
の内に、酸化剤として酸化鉄を７〜１４重量％配合し、
発熱剤としてＣａ−Ｓｉ合金を溶融速度が３．５〜７ｇ
／ｃｍ² ・ｍｉｎとなるように配合したフロントパウダ
ーである。

【０００９】さらに手段３は、手段２においてＬｉ₂ Ｏ
を５重量％以下としたフロントパウダーである。

【００１０】

【発明の実施の形態】炭素含有量が０．０８〜０．１８
重量％の中炭素鋼の連続鋳造において、鋳造初期は溶鋼
温度が低いことや低鋳造速度のため、鋳片の定常時にお
いて最適なパウダー（本体パウダー）では、凝固フィル
ム厚の過剰成長または不均一凝固、流入不足、スラグベ
アの成長などが発生し、これが起因となりブレークアウ
トや鋳片表面の割れが発生することが分かった。

【００１１】この凝固フィルムを形成して緩冷却による
均一冷却を図るという一般的な方法は、鋳造初期におい
てはかえって効果がなく、潤滑フィルムを通して鋳型に
よる均一冷却が非常に有効であり、このためフロントパ
ウダーの凝固温度を１０００℃以下にする必要がある。

【００１２】この凝固温度が１０００℃より高いと、不
均一な凝固フィルムの形成が進み効果がなくなる。ま
た、このフロントパウダーは、後に使用する本体パウダ
ーよりはるかに低凝固温度であるため、初期の目的を果
たした後、鋳型より流出して高凝固温度の本体パウダー
にスムーズに置換されるので、特性の異なるパウダーを
連続して使用することによる悪影響が見られないことも
特徴の一つである。

【００１３】さらに、溶融温度を９３０℃以上にするの
は、溶融温度がこれより低くなると溶融速度が速くなり
すぎるか、または溶融時にフラックス成分の揮発による
白煙の発生や、スラグの泡立ちが急増し実用的でなくな
るだけでなく、目的とした効果も得られなくなる。

【００１４】粘度は鋳造初期は低速のため、１．５ｐｏ
ｉｓｅ以下では溶融スラグが流出し、鋳型と鋳片の間に
部分的な空隙ができ不均一冷却となる。４．０ｐｏｉｓ
ｅ以上では、本体パウダーとの置換がスムーズに行われ
るのを阻害し、割れが発生する。

【００１５】そして、かかる特性のフロントパウダーを
鋳造初期に必要量供給し、かつ最適な溶融状況を得るた
めには、溶融速度を３．５〜７．０ｇ／ｃｍ² ・ｍｉｎ
にする必要がある。溶融速度が３．５ｇ／ｃｍ² ・ｍｉ
ｎ以下では潤滑に必要な溶融スラグの不足によるブレー
クアウトが発生する。溶融速度が７．０ｇ／ｃｍ² ・ｍ
ｉｎ以上では一旦半溶融状況になったスラグ表面が冷却
され、塊状または板状に固化し操業トラブルを起こす。

【００１６】また本発明はさらに効果を高めるために、
安定した溶融速度および溶融状況が得られるフロントパ
ウダーを提示している。すなわち、凝固温度が１０００
℃以下で粘度が１．５〜４．０ｐｏｉｓｅの特性で、フ
ラックス成分の揮発による白煙の発生や泡立ちを抑える
ためには、ＣａＯ／ＳｉＯ₂ を０．６〜１．０重量％
比、Ａｌ₂ Ｏ₃ を３〜７重量％にすることで可能とな
る。このＣａＯ／ＳｉＯ₂が０．６重量％以下でＡｌ₂
Ｏ₃ が７重量％以上になると粘度を下げるために、Ｎａ
₂ Ｏ、Ｆなどフラックス成分が過剰となる。ＣａＯ／Ｓ
ｉＯ₂ が１．０重量％比以上でＡｌ₂ Ｏ₃ が３重量％以
下では凝固温度を下げ、かつ粘度を範囲内に高く維持す
ることが困難となる。

【００１７】ＣａＯ／ＳｉＯ₂ を０．６〜１．０重量％
比で、Ａｌ₂ Ｏ₃ を３〜７重量％において、フラックス
成分であるＮａ₂ Ｏ、Ｆ、Ｌｉ₂ Ｏにより凝固温度が１
０００℃以下、溶融温度を９００℃以上、粘度を１．５
〜４．０ｐｏｉｓｅに調整が可能になる。

【００１８】Ｎａ₂ Ｏが７重量％以下では凝固温度また
は粘度を十分下げることができず、Ｎａ₂ Ｏが１３重量
％以上になると、白煙や泡立ちが急増する。またＦが５
重量％以下では粘度が高くなりすぎ、１２重量％以上に
なると粘度が低くなり、また白煙や泡立ちを増長させ
る。

【００１９】この白煙や泡立ちを抑える成分としてＬｉ
₂ Ｏは非常に有効であると共に、図１、図２に示すよう
に、当該パウダーの凝固温度が低下することを抑制し、
鋳片の表面割れおよびブレークアウトの発生を抑制する
効果がある。しかし、Ｌｉ₂Ｏが０．５重量％以下では
効果が不足し、５重量％を超えてもその効果は飽和した
状態であり、経済面からみてそれ以上の添加の必要はな
い。

【００２０】また、これら成分のフロントパウダーを前
記３．５〜７．０ｇ／ｃｍ² ・ｍｉｎの溶融速度で安定
して溶融させるため、発熱を利用することが有効であ
る。この発熱は不可避的遊離炭素を低減して、Ｃａ−Ｓ
ｉ合金と酸化鉄の組み合わせによる酸化還元反応を利用
することが、成分や特性への影響が少なく最適である。
酸化鉄は７重量％以下では溶融速度が遅くなる。１４重
量％以上では溶融速度が速すぎるか、白煙の発生を引き
起こす。

【００２１】Ｃａ−Ｓｉ合金の配合重量％は溶融速度が
３．５〜７．０ｇ／ｃｍ² ・ｍｉｎとなるように量を決
定する。成分や原料系によりその量は変化するがおよそ
１２〜２０重量％である。さらに、不可避的遊離炭素が
１．０重量％を超えて多くなると、溶融速度が遅くなり
３．５ｇ／ｃｍ² ・ｍｉｎを確保できなくなる。このよ
うに発熱性を付与することにより、炭酸塩など溶融過程
で吸熱反応を伴う原料を使用しても安定した溶融速度が
得られる。

【００２２】また、本発明のフロントパウダーは、鋳造
条件の変動に対する追従を考え原料はすべて１００ｍｅ
ｓｈ通過重量％が９５％以上の粉末の原料を使用してい
る。使用方法、使用量については鋳造初期のみの使用で
あり、溶鋼面が浸漬ノズルの吐出孔を覆った時に添加
し、使用量は溶鋼上部面積当たり溶融スラグに換算して
７〜１５ｍｍ／ｃｍ² の厚みに相当する量を添加する。
そして一部、溶融が上部表面に達した時に本体パウダー
を添加する。

【００２３】前記溶融速度は、中周波炉で溶解し、１５
５０℃に保持した１０ｋｇの溶鉄上に、１．０ｇ／ｃｍ
² の量のフロントパウダーを投入して溶融するまでの時
間より求めた。凝固温度は、回転円筒法により１３００
℃より１℃／ｍｉｎで温度（Ｔ）を下げながら粘度
（η）を測定し、１／Ｔとｌｏｇηの直線関係が結晶析
出による見掛けの粘度の急増で変化する点の温度とし
た。溶融温度は、５ｍｍφ×５ｍｍｈの円柱状に形成し
た試料を７００℃より１０℃／ｍｉｎで昇温し、２．５
ｍｍｈの半球状になった時の温度とした。

【００２４】

【実施例】以下に本発明によるフロントパウダーの実施
例と比較例を挙げてさらに具体的に説明する。表１に本
発明品および比較品および実機での使用結果を記載す
る。鋳造条件は、鋳型サイズ２２０〜２８０×９００〜
１８００ｍｍ、鋳造鋼種は炭素含有量が０．０８〜０．
１８％の中炭素鋼。ブレークアウトの防止についての評
価は予知検知によりブレークアウトに至らずとも鋳片焼
き付きの跡が認められたチャージを含めて、チャージ比
での発生比率が０．２％以下を○、２％以下を△、２％
を超えるものを×とした。鋳片表面割れの評価について
は、長さ１００ｍｍ以上の縦割れに対する手入れ率が、
スラブ長さ比で１．０％以下のものを○、３．０％以下
を△、３．０％を超えるものを×とした。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１のＡ、Ｂ、Ｃは本発明によるもので、
いずれも良好な結果を示した。比較品Ｄは溶融温度と粘
度が低く、また、Ｌｉ₂ Ｏを含まずＮａ₂ ＯとＦが本発
明の範囲より多いため、白煙の発生が激しく鋳片表面品
質も悪かった。比較品Ｅは凝固温度が本発明範囲より小
さく、また、ＣａＯ／ＳｉＯ₂ が本発明範囲より多いた
め、本体パウダーとして良好な溶融特性を有している
が、鋳造初期には不均一な凝固フィルムを形成し、ま
た、潤滑性に劣るため、ブレークアウト（予知検知を含
め）が多く、鋳片表面品質も改善されなかった。

【００２７】

【発明の効果】本発明のフロントパウダーは、従来困難
とされていた中炭素鋼の鋳造初期のブレークアウトの防
止および鋳片表面品質向上を同時に達成でき、歩留りや
省エネルギーだけでなく、安全な操業をもたらすもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｌｉ₂ Ｏの添加量とパウダーの凝固温度の関係
を示す図

【図２】Ｌｉ₂ の添加量と鋳片の表面割れ発生率および
ブレークアウト発生率との関係を示す図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三隅 秀幸 大分県大分市大字西ノ洲１番地 新日本 製鐵株式会社 大分製鐵所内 (72)発明者 谷口 秀久 大分県中津市牛神114−５ (56)参考文献 特開 平３−226342（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−226341（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−63713（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−33962（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−220749（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−200962（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−169467（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−21568（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−15425（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−99931（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−85403（ＪＰ，Ａ) 特公 昭57−7211（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/108 B22D 11/00 C21C 7/076

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素含有量が０．０８〜０．１８重量％
   の中炭素鋼を連続鋳造で鋳造するに際し、凝固温度が１
   ０００℃以下、溶融温度が９３０℃以上、粘度；１．５
   〜４．０ｐｏｉｓｅ、溶融速度；３．５〜７．０ｇ／ｃ
   ｍ² ・ｍｉｎであることを特徴とする鋼の連続鋳造用フ
   ロントパウダー。
2. 【請求項２】 成分組成が酸化物に換算して、ＣａＯ／
   ＳｉＯ₂ ＝０．６０〜１．００（重量％比）の範囲で、
   Ａｌ₂ Ｏ₃ ；３〜７重量％、Ｎａ₂ Ｏ；０．６〜１３重
   量％、Ｌｉ₂ Ｏ；０．５重量％以上、Ｆ；６〜１２重量
   ％、Ｆｅ₂ Ｏ₃ ；７〜１４重量％、不可避的遊離炭素が
   １．０重量％以下であり、その成分組成の内に、酸化剤
   として酸化鉄を７〜１４重量％配合し、発熱剤としてＣ
   ａ−Ｓｉ合金を溶融速度が３．５〜７ｇ／ｃｍ² ・ｍｉ
   ｎとなるように配合したことを特徴とする請求項１に記
   載の鋼の連続鋳造用フロントパウダー。
3. 【請求項３】 請求項２においてＬｉ₂ Ｏ含有量が５．
   ０重量％を限度とする鋼の連続鋳造用フロントパウダ
   ー。