JP3256147B2 - 鋼の連続鋳造用モールドフラックス - Google Patents
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Description
よびSUS420,SUS304の連続鋳造において、
表面割れ(横割れ、縦割れ)のない表面性状の優れた、
無欠陥鋳片を得るためのモールドフラックスに関するも
のである。
するモールドフラックスは種々の役割を担っている。す
なわち、鋳造される溶鋼表面を保温すること、鋳型
内溶鋼表面の酸化防止および浮上する介在物を迅速溶解
すること、鋳型と鋳片間の潤滑をつかさどること、
鋳片より最適な抜熱量をコントロールすることなどの働
きを課せられている。
て鋳片の表面欠陥をなくし、美麗な鋳肌を形成できる効
果を有し、特に連続鋳造操業の鋳込作業の安定性の確保
と鋳片鋳造歩留り向上を図るためには必要不可欠なもの
である。
顆粒状であり、その成分は一般にCaO,SiO2 を主
成分とし、他にAl2 O3 、アルカリ土類金属およびア
ルカリ金属の化合物(酸化物、炭酸塩、弗化物等)を加
えてなるものであり、溶融温度、粘度等を調整し、さら
に、溶融速度を調整するためにカーボンを添加してフラ
ックス組成が構成されており、顆粒状の場合は、有機、
無機質のバインダー等が用いられ一定の形状を保持して
いる。
素含有量が0.1重量%程度(一般には、0.06〜
0.20%)のいわゆる亜包晶鋼の連続鋳造時には、凝
固途中で包晶反応を含むδ→γ変態に伴う急激な凝固収
縮が起り、鋳片がモールドより離れ局部的な凝固遅れを
生じ、表面割れ等の欠陥の原因となることが明らかとな
っており、これを防ぐためモールドの抜熱量をコントロ
ールして、熱流束を低下させ、緩冷却化させることが好
ましいとされている。
−214263に於ては、ZrO2,TiO2 ,CeO2
を添加して、CaO/SiO2 を低めに設定すること
により、結晶化度を過度に高めず制御することや、特開
平7−164120のように、Cr金属ないしその化合
物の粉末を添加することにより、モールドフラックスの
凝固時の結晶析出開始温度を高く、かつ結晶析出開始温
度を冷却速度に拘らず一定にできる(固体スラグフィル
ムの厚さが一定であれば一定の抜熱となる)ことがで
き、緩冷却にして均一冷却が可能となり、表面割れが防
止できるとしている。
上記公知の対策をしたとしても、特開平7−21426
3では、一定の結晶化率を得ることは、冷却速度が一定
とはならないので非常に困難であり、操業変動によって
は表面割れを完全に防止することはできない。
たが、結晶度合が高く均一な冷却速度の機能は得られた
が、結晶開始温度が高くなることでモールド内面全体の
潤滑性が低下し、充分なるシェル発達が遅れ拘束を起
し、ブレークアウト発生に到る危険性が残っており、こ
れらにより問題点を完全に解決したものとは言い難い。
ドフラックスの溶融スラグから、結晶凝固を起すときの
結晶の発生およびその成長について種々の要因の中で、
数多くの添加物の影響、特に結晶析出開始温度および結
晶核発生量およびその大きさ、さらにはマトリックスと
なるガラス相の残量についての調査を行うと共に、鋳造
評価も合せて行った。
えば、特開平7−164120、特開平7−21426
3)では、確かに鋳片の縦割れ発生の防止は認められる
が、モールド内に設置した熱電対からの温度情報によれ
ば、若干の湯面変動やスラグベアの発達の場合、温度の
乱れがあり、鋳片に均一な凝固シェルを形成していると
は言い難く、この様な理由でブレークアウトの警報が発
生したり、ついには鋳片表面の凝固シェルの破断により
ブレークアウトに到る惧れがある。
受性の高い包晶域の中炭素鋼やSUS420,SUS3
04の安定した鋳造操業が可能となる様に、かつ鋳片の
表面割れ欠陥を防止できる連続鋳造用モールドフラック
スを提供することを目的としている。
するために、本発明の鋼の連続鋳造用モールドフラック
スは、下記手段を採るものである。 (1) 鋼の連続鋳造用モールドフラックスをるつぼ内
で溶融し、溶融したモールドフラックスを、横断面が下
部になるに従って小さくなる内部形状の鋳型に1400
℃〜1450℃の温度で2秒以内に注入して凝固させ、
この凝固片の縦断面を観察したとき、前記縦断面での結
晶が等軸であり、かつ結晶粒子径が0.1〜9.0mm
の結晶粒が前記縦断面の面積に対して占める割合が70
%以上であることを特徴とする鋼の連続鋳造用モールド
フラックス。 (2) (1)記載の縦断面の状態を達成させるため
に、結晶粒を微細化させる作用をもつ金属、またはその
化合物の粉末を配合したことを特徴とする鋼の連続鋳造
用モールドフラックス。
ス中に配合する金属、またはその化合物はMnまたはM
n化合物であることを特徴とする(2)記載の鋼の連続
鋳造用モールドフラックス。(4) 結晶粒を微細化させるためにモールドフラック
ス中に配合する金属、またはその化合物の粉末配合割合
は0.2〜5.0重量%であることを特徴とする(2)
または(3)記載の鋼の連続鋳造用モールドフラック
ス。(5) 結晶粒を微細化させるためにモールドフラック
ス中に配合する金属、またはその化合物の粉末粒子径は
100μm以下であることを特徴とする(2)から
(4)のいずれかに記載の鋼の連続鋳造用モールドフラ
ックス。
のモールドフラックスは、鋳型内に添加することにより
鋳型と鋳片間に流入し、鋳型からは常に冷却を受ける。
このために、流入したモールドフラックスは鋳型側では
凝固して、固体状態のフィルム状となって鋳型に接して
おり、また鋳片側では、高温凝固シェルにより、溶融し
た液体状態のフィルム状となっている。
ィルムと溶融フィルム厚みのバラツキに起因し、その結
果、鋳片から鋳型への抜熱不均一によるものと考えら
れ、特に、抜熱が大きくなった局部に凝固収縮が集中
し、鋳型内のメニスカス下部でモールドより離れてしま
い、その部分が逆に凝固遅れを起すためそこに応力が集
中し、鋳型より離れた部分が凹みを伴い縦割れの発生原
因となると言われている。
にモールドフラックスの凝固温度を高くし、凝固フィル
ム厚を厚くすることにより目的を達そうとしたり、モー
ルドフラックスをプリメルト処理をすることにより均質
化をはかり、鋳片の縦割れ発生の防止を行っている。
クスの凝固温度を高くすることにより、鋳型に接した溶
鋼湯面上でモールドフラックスが凝固したベアの発達が
過大となり、操業性の悪化、さらには湯面変動により、
この大きなスラグベアのためメニスカスで厚いスラグフ
ィルムを形成し、その部分が過緩冷却となり、充分な凝
固シェルの発達がおさえられて、モールド直下で溶鋼の
静圧にたえられず、ブレークアウトの発生に到ることが
あり、ブレークアウト発生の原因の一つと考えられてい
る。
ラックスの凝固時の結晶析出温度と、結晶の発生する数
と大きさについて、図1に示すような鉄製鋳型に溶融フ
ラックスを流し込み、その凝固組織を調査し検討を行っ
た。モールドフラックスの溶融方法としては図2に示す
ように一般的なマッフル炉を用い、その操作を図3
(a)と(b)に示した。
ssを除いたフラックス成分)を上部黒鉛ルツボ2の上
方から装入する。この時上部黒鉛ルツボ2は下降した状
態にあり、下部黒鉛ルツボ3の中心部に位置するストッ
パー5は閉じており、装入されたフラックス1は上部黒
鉛ルツボ2が加熱状態にあるため、その一部は溶解され
ながら下部ルツボ3に流下し(図3−a)、ルツボ3内
のフラックスを均等に溶融する。なお、下部黒鉛ルツボ
3にはその外周に該ルツボを加熱するための発熱体9が
設置されている。
持時間を経た後、上部ルツボ2を上昇することによりス
トッパー5も同時に上昇し、瞬時に下部黒鉛ルツボ3の
抽出口4より流出させ(図3−b)、中間ノズル6を介
して下方に位置する鋳型7に一定条件下で正確に注入さ
れるようになっており、鋳型に注入された溶融フラック
スは冷却され、モールドフラックスの凝固試料となる。
冷却凝固したモールドフラックスは鋳型7より取り出さ
れ、該試料を縦方向に切断し、その切断面を肉眼により
その組織を観察する。
組成と物性を示し、これらを図2に示した要領で溶解
し、図1に示した鋳型に注入してその切断面の凝固組織
をスケッチし、その概要を図4に示した。なお、図4に
示される(a)〜(f)は表1のモールドフラックスA
〜Fと対応している。
は、ガラス化度が高く、高潤滑性を持つモールドフラッ
クスであり、凝固温度が高くても低くてもガラス化し易
い。また、(c)(d)は結晶性の高く、緩冷却となる
もので品質は優れているが、その結晶性(柱状晶)が高
いが由に、潤滑不良となって拘束性のブレークアウト警
報を発生する場合が多く、かつその結晶性が大きく、ス
ラグベアの発生も大きくなり、操業性不良によるトラブ
ルの発生する場合が多い。
(d)のもつ欠点を改善したもので、その作用は(c)
(d)に見られる柱状晶結晶、または、粒状晶の肥大を
防止し、溶融したモールドフラックスが凝固する時に結
晶を大きく成長させず、微細化させることにより、結晶
化による抜熱低下および高潤滑性を得ることができるも
のである。前記したモールドフラックスの溶融凝固試料
の切断面観察結果から図4における(a)、(b)の如
き断面状況を呈するモールドフラックスは、一般的に割
れ感受性の少い低炭素アルミキルド鋼や、包晶域外の高
炭素鋼またはSUS430等に適用していた。
況のものは従来から一般に中炭素鋼(いわゆる包晶域)
やSUS420、凝固収縮の大きいSUS304等に用
いられていたが前述のような問題点の発生がみられた、
同図4(e)、(f)に示される如き等軸結晶粒を有
し、かつ微細化された特定される断面状況を呈するもの
が中炭素鋼等には最適であることが判明した。そこで、
この結果に基づき中炭素鋼等の連続鋳造用モールドフラ
ックスとしては、前記(e)、(f)の如き状況を呈す
るものを用いるとよいことが確認された。
溶融試験において、特定された条件のもとに冷却凝固し
た試料の断面観察を行ってモールドフラックスの良否を
判断するものであるからモールドフラックスの溶融から
鋳型への注入、また鋳型の特定等溶融試験において再現
性ある結果が得られなければならない。そこで、特定さ
れる条件としては溶融モールドフラックスの溶解する時
間と注入時の温度であるが、これは例えば図2に示した
ような溶解装置により、溶解を15分以内に行い、鋳型
注入時の温度は1400〜1450℃の範囲内で、2秒
以内に注入を完了させる。また鋳型については図1に示
したような寸法を有する鋳型であって、横断面が下部に
なるに従って小さくなる内部形状にすることによって、
下部に行くに従って冷却速度が大きくなるようにしてい
る。鋳型の材質としては高熱伝導率の性質をもち、鋳型
高さ全体に亘っての健全な試料が得られるよう考慮す
る。試料の冷却は通常の空冷で特別の処置を施す必要は
ない。
中央部を縦断して、その切断面を観察する。その観察結
果で0.1〜9.0mmの結晶粒径を有するものが全断
面積中70%以上占めているものが本発明に該当するモ
ールドフラックスとして採用できる。
には、モールドフラックス組成としては通常含有してい
る種々の組成の外に断面結晶粒を微細化させる作用をも
つ金属、またはその化合物の粉末を適宜配合させる必要
がある。その金属としては、例えばMnが考えられ、そ
の化合物も有効である。また、その添加量はその効果を
発揮させるためには最少限0.2wt%を必要とし、ま
た上限は5.0wt%で充分である。配合するに際して
は、その粒子径が大きいと混合が不均一となり易いこと
と完全溶解が難しく、溶融状態での均一な結晶を得るこ
とができず、不均一冷却や潤滑不良が起るので100μ
m以下にする必要がある。
モールドフラックス中のSを固定することになり、特公
昭63−61108のようなSの規制も必要なくなるた
めに、低コストのモールドフラックスが提供できる。こ
れは、従来技術から見ると驚くべき発明である。しかも
その添加量は僅かな量で充分にその特性を得ることがで
き、さらにどのような形状(粉末、押出顆粒、球形)で
も問題はないが、スラグベアを最少限にするには、中空
顆粒にすることが望ましい。
確認するために実施例と比較例について連続鋳造機で鋳
片の鋳造試験を行った。表2および表3には使用したモ
ールドフラックスの化学成分値と物性値を実施例、比較
例共に示し、表4および表5には同様にそのフラックス
を用いた連続鋳造での操業条件と使用時の操業性、鋳片
の表面性状および使用結果の総合評価を示した。
9が本発明範囲内に入るもので、比較例20〜23が本
発明外のものである。原料は種々の形態のものを用い
た。すなわち、表2,3の原料タイプの欄に示すように
A,B,C,Dの4タイプを示したが、その区別は次の
通りである。
る。 B:珪カル 人工珪酸カルシウム原料。フラックスを含有していない
ため、後添加でフラックス添加量が多くなる。しかし、
安価に原料を入手することができるが、含有Sが高い傾
向にある。このため、中炭素鋼への適用は避けられてき
た。今回の特許では、有害なSをMnSのかたちで固定
することにより、この原料も使用可能とすることができ
る。 C:一部プリメル原料+フラックス 粉末原料を溶解した原料とフラックスとを混合したタイ
プ D:珪灰石(ケイカイセキ)+フラックス 天然に産出するCaO・SiO2 源を中炭系のパウダー
原料として使用可能とするもの。
び9〜19は中炭素鋼(C:0.1%)を、実施例6.
7はSUS304、実施例8はSUS420を用いた。
一方、比較例の20〜23は何れも中炭素鋼を用いた。
および表5の評価結果から明らかなように、本発明モー
ルドフラックスによるものは操業性が良好で得られた鋳
片には割れの発生は見られなく、またSが高くともなん
ら支障なく優れた結果が得られた。これに対し、比較例
20〜23ではモールドフラックスの試料断面性状が本
発明のごとく結晶粒が微細化されていないため、何れの
結果においても鋳片の表面性状が悪く、割れの発生もみ
られ、不良品が多発し鋳片の手入れ、割れ発生部の切断
等の処理を必要とした。
用モールドパウダーによれば、鋳型と鋳片間に流入した
モールドパウダーが凝固する際の結晶化率を高くするこ
とができ、モールド内の緩冷却化と局部的熱流束の変動
低下を実現でき、高品質の鋼を安定して連続鋳造するこ
とが可能となった。
型の形状と寸法を示した斜視図
要を示した図
Claims (5)
- 【請求項1】 鋼の連続鋳造用モールドフラックスをる
つぼ内で溶融し、溶融したモールドフラックスを、横断
面が下部になるに従って小さくなる内部形状の鋳型に1
400℃〜1450℃の温度で2秒以内に注入して凝固
させ、この凝固片の縦断面を観察したとき、前記縦断面
での結晶が等軸であり、かつ結晶粒子径が0.1〜9.
0mmの結晶粒が前記縦断面の面積に対して占める割合
が70%以上であることを特徴とする鋼の連続鋳造用モ
ールドフラックス。 - 【請求項2】 請求項1記載の縦断面の状態を達成させ
るために、結晶粒を微細化させる作用をもつ金属、また
はその化合物の粉末を配合したことを特徴とする鋼の連
続鋳造用モールドフラックス。 - 【請求項3】 結晶粒を微細化させるためにモールドフ
ラックス中に配合する金属、またはその化合物はMnま
たはMn化合物であることを特徴とする請求項2記載の
鋼の連続鋳造用モールドフラックス。 - 【請求項4】 結晶粒を微細化させるためにモールドフ
ラックス中に配合する金属、またはその化合物の粉末配
合割合は0.2〜5.0重量%であることを特徴とする
請求項2または3記載の鋼の連続鋳造用モールドフラッ
クス。 - 【請求項5】 結晶粒を微細化させるためにモールドフ
ラックス中に配合する金属、またはその化合物の粉末粒
子径は100μm以下であることを特徴とする請求項2
から4のいずれかに記載の鋼の連続鋳造用モールドフラ
ックス。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23578596A JP3256147B2 (ja) | 1996-08-20 | 1996-08-20 | 鋼の連続鋳造用モールドフラックス |
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