JP3463532B2 - 鋼の連続鋳造用モールドパウダ - Google Patents

鋼の連続鋳造用モールドパウダ

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋳型内に投入する
モールドパウダに関し、特に表面に発生する気泡性欠陥
の少ない高品質な鋳片を得ることを可能とする連続鋳造
用モールドパウダに関する。
【0002】
【従来の技術】鋼の連続鋳造において、浸漬ノズルから
鋳型内へ供給された溶鋼表面にモールドパウダを投入す
る。通常、このモールドパウダは複数種類の酸化物や炭
素剤等の粉体を混合したものが使用される。
【0003】鋳型内に投入されたモールドパウダは、以
下に挙げる役割を担う。 (1) 溶鋼の保温および酸化防止、(2) 溶鋼中の気泡およ
び介在物の吸収、(3)鋳型内壁と凝固殻との潤滑性の確
保、(4) 鋳型内壁と凝固殻との間隙の熱伝導度の調整。
【0004】上記の役割を達成するために、鋳造条件に
応じてモールドパウダの成分組成が検討され、融点、溶
融時の粘度および熱伝導度、等の特性が適正に調整され
る。
【0005】従来のモールドパウダは、CaO、SiO
2 、およびCaF2 を基材とし、その他にNa2 O等を
若干含有し、SiO2 濃度が20〜40重量%で、塩基
度が0.8〜1.3の範囲に調整されたものが一般的で
ある。 ここで、塩基度は、下記の(1) 式で定義される
T.CaOのSiO2 に対する重量濃度比、すなわち
T.CaO/SiO2 で表される。
【0006】 T.CaO=CaO+CaF2 ×(56/78) (1) 上記従来のモールドパウダに対して、基材成分としてS
iO2 濃度を低下したまたは含まないモールドパウダが
提案されている。
【0007】すなわち、特開昭57−184563号公
報には、アルミキルド鋼を鋳造する際において、溶鋼中
のAlの酸化の抑制、また、溶鋼中のAl2 3 系非金
属介在物を吸収して、浸漬ノズル詰まりを防止すること
を目的に、Al2 3 −CaOを主体とし、SiO2
度を7.0重量%以下に低下させたモールドパウダが提
示されている。
【0008】また、特開昭60−133956号公報に
は、浸漬ノズル詰まりの防止を目的に、Al2 3 、C
aOおよびMgOを基材としSiO2 を含有しないモー
ルドパウダが提示されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】SiO2 を20〜40
重量%含有する従来のモールドパウダを使用して、Mn
を0.5重量%程度以上含有する鋼(以下、高Mn鋼と
いう)を連続鋳造する場合、鋳型内のメニスカス近傍に
おいて発生したCO気泡が凝固殻に捕捉され、鋳片表層
の欠陥となることがある。特に、モールドパウダが溶融
スラグとなって鋳型内壁と凝固殻との間隙に流入する
際、未溶融のモールドパウダが巻き込まれた場合に発生
することが多い。
【0010】このCO気泡性欠陥は、鋳造条件によって
も生成しやすくなることがある。例えば、円形断面の鋳
型を用いて溶鋼を電磁攪拌しながら鋳造する場合、溶鋼
が鋳型内を回転して湯面がすり鉢状になるため、湯面上
に添加されたモールドパウダおよび溶融スラグは鋳型の
中央部に集まり、鋳型内壁付近は溶融スラグ厚さが薄く
なる。このとき、鋳型内壁と凝固殻との間隙に、溶融ス
ラグとともに未溶融のモールドパウダが巻き込まれやす
くなる。
【0011】上記CO気泡の発生は、以下に示す一連の
化学反応によって起こると考えられる。すなわち、溶鋼
中のMnと、巻き込まれたモールドパウダまたは溶融ス
ラグ中のSiO2 とが下記の(2) 式で表される酸化還元
反応を起こし、MnOが生じる。
【0012】 2Mn+SiO2 =2MnO+Si (2) 次に、生成したMnOと、モールドパウダまたは溶鋼中
のCとが下記の(3) 式で表される酸化還元反応を起こ
し、COが発生し気泡を形成する。
【0013】 MnO+C=Mn+CO (3) したがって、気泡性欠陥を低減するためには、このCO
気泡の発生を抑制することが重要である。
【0014】上式から明らかなように、モールドパウダ
中のSiO2 濃度を低下させることができれば、CO気
泡の発生の抑制が可能であると考えられる。しかし、従
来のSiO2 濃度を低下させたモールドパウダでは、問
題があることが判った。すなわち、特開昭60−133
956号公報および特開昭57−184563号公報に
記載されたモールドパウダは、融点が1200℃以上と
高くなるため、鋳造条件が制約される。例えば2.0m
/分以上の高速連続鋳造には、鋳型内壁と凝固シェルと
の間の潤滑性が悪化し、使用できなかった。
【0015】本発明の目的は、鋳型内壁と凝固シェルと
の間の高い潤滑性を維持しながら、気泡性欠陥の発生を
抑制することができるモールドパウダを提供することに
ある。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、種々の組
成のモールドパウダについて調査検討を重ね、以下の知
見を得た。
【0017】(a) 溶鋼中のMnの酸化抑制を目的とし
て、モールドパウダ中のSiO2 濃度を15重量%以下
に低減し、Na 2 OおよびK 2 Oの濃度が総量で1.0
重量%未満とすることにより、CO気泡性欠陥の発生を
効果的に抑制することができる。
【0018】(b) Fを適正量配合することにより、モー
ルドパウダの融点上昇を抑制しつつ、モールドパウダ中
のSiO2 濃度を低減することができる。
【0019】
【0020】本発明は、上記知見に基づくもので、その
要旨は下記(1) および(2) のとおりである。 (1) CaO、Al2 3 およびFを含有し、SiO2
濃度が15重量%以下で、Na 2 OおよびK 2 Oの濃度
が総量で1.0重量%未満で、下記に示すT.CaOの
SiO2 に対する重量濃度比が4.0以上であることを
特徴とする鋼の連続鋳造用モールドパウダ。
【0021】T.CaO=CaO+CaF2 ×(56/
78) (2) 前記Fの濃度が5重量%以上、30重量%以下であ
ることを特徴とする(1) 項に記載の鋼の連続鋳造用モー
ルドパウダ
【0022】
【発明の実施の形態】CaO−SiO2 −CaF2 を基
材とした従来のモールドパウダにおいてSiO2 濃度を
低減した場合には、モールドパウダの融点が上昇し、鋳
型内壁と凝固シェルとの間の潤滑が不良になる。したが
って、上記組成の従来のモールドパウダでは、SiO2
の濃度を20重量%程度以下に低減することは困難であ
る。そこで、Al2 3 を配合するとともにF濃度を増
加することにより、SiO2 濃度の低減に伴う融点上昇
の抑制の可能性を追求した。
【0023】図1は、Al2 3 −CaO−SiO2
純三元系における等液相線図(出典:Schackenatlas 、
1981、57頁、図59)である。同図より、CaO/S
iO2 =4.0の線1、SiO2 =0重量%の線2、C
aO/Al2 3 =2.0の線3およびCaO/Al2
3 =0.7の線4で囲まれた図中に斜線部で示す領域
で融点が低いことが判る。
【0024】Al2 3 −CaO−SiO2 の純三元系
では、上記の領域で融点が低くなるが、この組成にCa
2 等の他の成分を添加することにより融点を低くする
ことができる。したがって、図1に示す領域において、
Al2 3 濃度を下げCaO/Al2 3 =を2.0よ
り大きくしてもよい。
【0025】次に、上記の領域の組成で、F濃度を変化
させて融点に及ぼす影響を検討した。後述する実施例に
示すように、F濃度が5重量%以上、30重量%以下で
融点が低下することが判った。
【0026】次に、CaO、Al2 3 およびFを基材
とするモールドパウダで、モールドパウダ中のSiO2
濃度を変化させて、溶融スラグ中のMn濃度の増加量を
調査した。
【0027】図2は、モールドパウダ中のSiO2 濃度
と溶融スラグ中のMnO濃度増加量との関係を示すグラ
フである。ここで、溶融スラグ中のMnO濃度増加量
は、鋳型直下で排出されるスラグフィルムを回収してM
nO濃度を測定し、添加前のモールドパウダ中のMnO
濃度からの増加分として算出した。
【0028】図2に示すように、SiO2 濃度の減少と
ともにMnO濃度増加量は減少し、その傾向はSiO2
濃度が15重量%以下の範囲で特に顕著になった。すな
わち、モールドパウダ中のSiO2 濃度を15重量%以
下とすると、CO気泡の発生の原因であるMnの酸化を
効果的に抑制できることが判った。本発明は、以上の基
礎検討に基づきなされた。
【0029】ここで、本発明は、CaO、Al2 3
よびFを含有し、SiO2 の濃度が15重量%以下で、
T.CaOのSiO2 に対する重量濃度比が4.0以上
であることを特徴とするモールドパウダである。好まし
くは、SiO2 の濃度が5重量%以下である。また、前
記T.CaOのAl2 3 に対する重量濃度比は、0.
7以上、2.0以下であることが望ましい。
【0030】CaOは、溶鋼中のMnの酸化を抑制する
ために配合し、同時に配合するAl2 3 との重量濃度
比を調整することにより溶融スラグの融点および粘度を
調整する。CaOおよびAl2 3 は、純粋な状態では
融点が2000℃以上と非常に高いが、両者を配合し、
CaOのAl2 3 に対する重量濃度比を1.0程度と
すると融点は極小となる。また、CaO濃度が高くなる
と粘度は低下し、Al2 3 濃度が高くなると粘度は増
大する。SiO2 は、可及的小とし、性質上ゼロとして
もよい。SiO2 の濃度が15重量%より高く、T.C
aOのSiO2 に対する重量濃度比が4.0未満では、
Mnの酸化抑制効果が不充分となる。
【0031】本発明の好適態様のモールドパウダは、F
の濃度が5重量%以上、30重量%以下である。前述し
たように、F濃度の増加は融点の低下に有効であるが、
5重量%未満では、融点の低下が少なく、30重量%を
越すと、融点の増加や浸漬ノズルが溶損し易くなる、等
の問題がある。
【0032】次に、本発明において、モールドパウダ中
のNa2 OおよびK2 Oの濃度が総量で1.0重量%未
満とした理由を説明する。Na2 OおよびK2 Oがモー
ルドパウダ中に存在すると、SiO2 の作用と同様に、
それらが溶鋼中のMnの酸化剤となり、CO気泡が発生
する。したがって、Na2 OおよびK2 Oの濃度を下げ
ることがCO気泡の発生の抑制に効果的である。後述す
る実施例に示すように、Na2 OおよびK2 Oの濃度が
総量で1.0重量%以上では、CO気泡の発生の抑制効
果が減少する。
【0033】上記のように、T.CaO/SiO2
4.0以上で、SiO2 の濃度が15重量%以下で、F
の濃度が5重量%以上、30重量%以下で、Na2 Oお
よびK2 Oの濃度が総量で1.0重量%未満であること
が本発明にかかるモールドパウダの特徴であるが、その
他の成分は従来のままでよく、その配合割合は鋳造条件
によって決定される。例えば、下記の組成例が例示され
る。
【0034】CaO(重量%):25〜45、 SiO
2 (重量%):0〜15、Al2 3 (重量%):20
〜35、F(重量%):5〜30、MgO(重量%):
0.1〜10.0、Na2 O(重量%):0.1〜1.
0、C(重量%):0.5〜5.0。
【0035】なお、本発明のモールドパウダを製造する
際に使用する原料は、一般に使用されているもので構わ
ない。すなわち、CaOの原料としては生石灰や石灰
石、Al2 3 の原料としてはアルミナ、Fの原料とし
ては蛍石、SiO2 の原料としては珪砂や珪藻土が一般
的であり、これらを用いるのが良い。
【0036】
【実施例】湾曲型連続鋳造機を用いて、表1に示す化学
成分の炭素鋼を2.0m/minの鋳造速度で連続鋳造
し、断面直径が225mmの丸棒鋳片を製造した。
【0037】
【表1】
【0038】その際、表2に示す21種類の組成のモー
ルドパウダを作成して鋳造をおこない、鋳片表面に発生
する気泡性欠陥を調査した。なお、モールドパウダの組
成は、T.CaO/Al2 3 が1.1〜1.7、Si
2 濃度が1.2〜37.6重量%、T.CaO/Si
2 が0.9〜34.8の範囲で調整し、さらに、F濃
度、Na2 O濃度を変化させた。
【0039】
【表2】
【0040】表3に、モールドパウダの融点、モールド
パウダ消費量(以下、パウダ消費量という)および鋳片
表面の気泡性欠陥発生指数を示す。ここで、パウダ消費
量は、鋳型出口端で鋳片に付着した残存パウダ量を測定
し、鋳片単位面積当たりのパウダ消費量を求めた。ま
た、鋳片表面の気泡性欠陥発生指数は、鋳片単位表面積
当たりの気泡性欠陥個数で表した。
【0041】
【表3】
【0042】表3に示すように、比較例(A)1〜13
は、気泡性欠陥の発生が少なく鋳片表面品質は良好で、
融点も1162〜1252℃の間にあり、鋳型内壁と鋳
片間の潤滑性も良好であり、また、パウダ消費量も通常
と変わらず問題はなかった。特に、T.CaO/SiO
2 が高くN2 Oの濃度を1.0重量%未満に低減した
本発明例1と2は、気泡性欠陥の発生が極めて少なく良
好であった。
【0043】一方、比較例(B)1〜3は、気泡性欠陥
の発生が多く、鋳片表面品質が不良であり、比較例
(B)4と5は、融点が1300℃以上と高温で、潤滑
性の点から鋳造不可となった。
【0044】
【発明の効果】本発明により、気泡性欠陥の発生が抑制
され、表面品質の良好な鋳片が得られる。さらに、高速
連続鋳造において、鋳型内壁と凝固シェルとの間の高潤
滑性が維持される。
【図面の簡単な説明】
【図1】Al2 3 −CaO−SiO2 の三元系におけ
る等液相線図である。
【図2】モールドパウダ中のSiO2 濃度と溶融スラグ
中のMnO濃度増加量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 CaO/SiO2 =4.0の線 2 SiO2 =0重量%の線 3 CaO/Al2 3 =2.0の線 4 CaO/Al2 3 =0.7の線
フロントページの続き (72)発明者 塚口 友一 和歌山市湊1850番地 住友金属工業株式 会社和歌山製鉄所内 (56)参考文献 特開 平9−85404(JP,A) 特開 平1−180764(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22D 11/108

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CaO、Al2 3 およびFを含有し、
    SiO2 の濃度が15重量%以下で、Na 2 OおよびK
    2 Oの濃度が総量で1.0重量%未満で、下記に示す
    T.CaOのSiO2 に対する重量濃度比が4.0以上
    であることを特徴とする鋼の連続鋳造用モールドパウ
    ダ。 T.CaO=CaO+CaF2 ×(56/78)
  2. 【請求項2】 前記Fの濃度が5重量%以上、30重量
    %以下であることを特徴とする請求項1に記載の鋼の連
    続鋳造用モールドパウダ。
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