JP3638706B2 - 鋼の連続鋳造用モールドパウダー - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼の連続鋳造においてモールド内に添加して使用される、鋼の連続鋳造用モールドパウダーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼の連続鋳造用モールドパウダーは、ポルトランドセメント、合成珪酸カルシウム、ウォラストナイト、黄リンスラグなどを主原料とし、必要に応じシリカ質原料を加え、更にはソーダ灰、蛍石、フッ素化合物、アルカリ金属化合物や炭酸塩と、溶融速度調整剤として炭素質原料を添加したものが一般的である。
【０００３】
モールドパウダーは、モールド内の溶鋼表面に添加され、種々の役割を果たしながら消費される。主な役割としては、▲１▼モールドと凝固シェルの潤滑、▲２▼溶鋼から浮上する介在物の溶解及び吸収、▲３▼溶鋼の保温、▲４▼抜熱速度のコントロールなどが主要な役割である。
【０００４】
▲１▼及び▲２▼は、モールドパウダーの軟化点、粘度などを調整することが重要であり、化学組成の選定が肝要である。▲３▼については主に炭素質原料によって調整される溶融速度やかさ比重、拡がり性などの粉体特性が重要とされている。▲４▼については、凝固温度などを調整することが必要で、化学組成の選定が肝要である。
【０００５】
我が国における連続鋳造技術の進歩には目覚ましいものがあり、更に発展し続けている。また、ＨＣＲ、ＨＤＲ比率の向上、高速鋳造などが積極的に進められている。従って、鋳片品質や操業安定性に多大な影響を与えるモールドパウダーに対する要求も一段と厳しくなっており、必要とされるモールドパウダーも多種多様になっているのが現状である。
【０００６】
従来使用されているモールドパウダーは、基材原料として、ポルトランドセメント、リンスラグ、合成スラグ、ウォラストナイトなとが使用され、溶融調整剤としてＮａ2ＣＯ3、Ｌｉ2ＣＯ3、ＭｇＣＯ3、ＣａＣＯ3、ＳｒＣＯ3、ＭｎＣＯ3、ＢａＣＯ3などの炭酸塩や、更には、ＮａＦ、Ｎａ3ＡｌＦ6、蛍石、ＭｇＦ2、ＬｉＦ、硼砂、スポジュメンなどを使用し、溶融速度調整剤として炭素質原料を添加しているのが一般的である。
【０００７】
一方、基材原料に合成珪酸カルシウムを使用したタイプ(セミプリメルトタイプ)や炭素粉を除いたモールドパウダーを予め溶解し、適切な粒度に粉砕し、その後に炭素粉を添加する完全溶融型モールドパウダー(プリメルトタイプ)も使用されている。
【０００８】
しかしながら、近年、高速鋳造化は著しく、スラブ連鋳においても１.５ｍ／分以上の高速鋳造が実施されている。このような条件下で安定に使用されるモールドパウダーは周知の通り適当な粘度と凝固温度に調整する必要がある。
【０００９】
また、近年、特に鋼の高品質化の要求は著しく、これらの厳格な鋼の連鋳化に際し、介在物起因の欠陥がしばしば大きな問題となっている。
【００１０】
この介在物起源は、主に脱酸生成物であるＡｌ2Ｏ3やモールドパウダーが主体であり、鋼の高品質化には溶鋼の高清浄化とパウダー性介在物の低減が極めて重要なことは周知の通りである。
【００１１】
溶鋼の高清浄化については、精錬方法や設備等の改善の手段を講じているが、パウダー性介在物を低減させるためには、モールドパウダーの粘度を高粘度化したり、高表(界)面張力化する手段が一般的であるが、その手段を講じることで、モールドと凝固シェルとの潤滑性が低下したり、抜熱が不均一になり、鋳片表面割れが発生する場合や、安定操業が損なわれることがあり、これらの手段を講じたモールドパウダーだけでは、好ましいモールドパウダーは得られない。
【００１２】
一方、高Ａｌ鋼を対象としたＳｉＯ2添加量の低いモールドパウダーが、例えば特公昭63−56019号公報、特開平３−77753号公報に開示されている。しかし、これらの公報に開示されている組成に調合したモールドパウダーを実機で使用すると、高融点原料と、低融点原料や溶融調整剤との温度差が大きいため、低融点原料や溶融調整剤が先に軟化溶融し、溶融スラグ層の化学成分が不均一になり、そのため不均一流入するだけでなく、鋳片品質を極端に劣化させる。更には、ブレークアウトを感知させるため、鋳型銅板に熱電対を設置しているが、この熱電対温度が大きくばらつき、ブレークアウト警報の誤作動を招き、安定した操業ができない問題も存在し、また、上述のような厳格な鋼種には適用できない。
【００１３】
従って、本発明の目的は、鋼品質を大幅に改善でき、且つ操業安定性にも寄与できる鋼の連続鋳造用モールドパウダーを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解消するために種々検討を重ねた結果、パウダー性介在物の発生メカニズムを明らかにし、上述のごとき欠点をすべて克服できることを見出した。
【００１５】
本発明に係る鋼の連続鋳造用モールドパウダーは、必須成分として、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３とを合計量として７０重量％以上（ただし、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３重量比が５．０以下）、Ｆを１０重量％以下、ＭｇＯを１０重量％以下及びアルカリ金属酸化物を１０重量％以下の割合で含有してなり且つ不可避不純物として酸化鉄が０．５重量％以下の化学組成を有し、且つ原料配合物を溶融、冷却、粉砕することにより得られた合成基材原料を少なくとも４５重量％含有してなり、且つモールドパウダーのＳｉＯ２含量が１５重量％以下、Ｆ含量が１５重量％以下、ＭｇＯ含量が１５重量％以下で、遊離炭素が実質上不在であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る鋼の連続鋳造用モールドパウダーは、必須成分として、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３とを合計量として５５重量％以上（ただし、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３重量比が５．０以下）、ＳｉＯ２を１５重量％以下、Ｆを１０重量％以下、ＭｇＯを１０重量％以下及びアルカリ金属酸化物を１０重量％以下の割合で含有してなり且つ不可避不純物としての酸化鉄が０．５重量％以下の化学組成を有し、且つ原料配合物を溶融、冷却、粉砕することにより得られた合成基材原料を少なくとも４５重量％含有してなり、且つモールドパウダーのＳｉＯ２含量が１５重量％以下、Ｆ含量が１５重量％以下、ＭｇＯ含量が１５重量％以下で、遊離炭素が実質上不在であることを特徴とする。
【００１７】
更に、本発明に係る鋼の連続鋳造用モールドパウダーは、必須成分として、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３とを合計量として７０重量％以上（ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３重量比が５．０以下）、Ｆを１０重量％以下、ＭｇＯを１０重量％以下及びアルカリ金属酸化物を１０重量％以下の割合で含有してなり且つ不可避不純物としての酸化鉄が０．５重量％以下の化学組成を有し、且つ原料配合物を溶融、冷却、粉砕することにより得られる合成基材原料を少なくとも４５重量％含有してなり、且つモールドパウダーのＳｉＯ２含量が１５重量％以下、Ｆ含量が１５重量％以下、ＭｇＯ含量が１５重量％以下、遊離炭素含量が１．０重量％以下であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る鋼の連続鋳造用モールドパウダーは、必須成分として、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３とを合計量として５５重量％以上（ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３重量比が５．０以下）、ＳｉＯ２を１５重量％以下、Ｆを１０重量％以下、ＭｇＯを１０重量％以下及びアルカリ金属酸化物を１０重量％以下の割合で含有してなり且つ不可避不純物としての酸化鉄が０．５重量％以下の化学組成を有し、且つ原料配合物を溶融、冷却、粉砕することにより得られた合成基材原料を少なくとも４５重量％含有してなり、且つモールドパウダーのＳｉＯ２含量が１５重量％以下、Ｆ含量が１５重量％以下、ＭｇＯ含量が１５重量％以下、遊離炭素含量が１．０重量％以下であることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、種々の研究を重ねた結果、以下の知見を得た。
上記パウダー性介在物は、モールド内で生成する粒鉄が溶鋼中に落下する際に生じる。悪影響を及ぼすこの粒鉄は、モールド内で次のように反応して生成する：
（ａ）モールドパウダーが溶融し、形成された溶融スラグ層と溶鋼界面で溶鋼が酸化される；
（ｂ）生成した酸化鉄はスラグ中に侵入し、溶融層と焼結層(反応層)界面に拡散移動する；
（ｃ）拡散移動した酸化鉄は、反応層もしくは焼結層中の未反応の炭素により還元され、再び溶鋼中に落下する；
（ｄ）落下する際、介在物キャリアーとなって、パウダー性介在物の発生を促進させる。
【００２０】
この粒鉄の生成を抑制させるためには、まず、モールド内で溶鋼の酸化を防止することと、炭素と還元反応を起こさせないこと、更にはモールドパウダー中に不可避不純物として存在する酸化鉄の含有量を０.５重量％以下にすることが重要である。
【００２１】
溶鋼を酸化する要因は、モールドパウダーを構成する炭酸塩が分解する際に生成するＣＯ2ガスや、モールドパウダー中の炭素質原料が酸化する際に生成するＣＯガスの一部が溶融スラグ層に溶解し、これらのガス成分とＦｅが反応して酸化される。更には、モールドパウダー中に含まれる酸化鉄でも同様に溶鋼を酸化する。即ち、炭酸塩や酸化鉄、更には、炭素質原料を含有させないことで、溶鋼の酸化を防止できる。また、モールドパウダー中の遊離炭素含量を１.０重量％以下とすることで、炭素が速やかにかつ完全に酸化するため、炭素との還元反応が起こらず、酸化鉄はそのままスラグ中に溶解する。そのことで、粒鉄が落下する際に、溶融層を形成している溶融スラグも溶鋼中に落下させることがなく、パウダー性介在物の低減に貢献できる。
【００２２】
更には、鋼中のＡｌとモールドパウダー中のＳｉＯ2が反応し、鋼中のＡｌと酸素の平衡が崩れ、その結果、溶鋼を酸化し、上述のごとく粒鉄の生成が促進される。即ち、粒鉄の生成を抑制するためには、モールドパウダー中の炭酸塩原料の使用量並びにＳｉＯ2含量をできるだけ少なくすることが好ましい。
【００２３】
本発明のモールドパウダーは、上記知見に基づきなされたものであり、その要旨とするところは、（１）必須成分として、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３とを合計量として７０重量％以上（ただし、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３重量比が５．０以下）、Ｆを１０重量％以下、ＭｇＯを１０重量％以下、Ｆを１０重量％以下、ＭｇＯを１０重量％以下及びアルカリ金属酸化物を１０重量％以下の割合で含有してなり且つ不可避不純物としての酸化鉄が０．５重量％以下の化学組成を有し、且つ原料配合物を溶融、冷却、粉砕することにより得られた合成基材原料を少なくとも４５重量％使用すること；（２）モールドパウダー中のＳｉＯ２含量を１５重量％以下とすること；（３）モールドパウダー中の遊離炭素を実質上不在とすること；（４）モールドパウダー中のＦ含量を１５重量％以下とすること；（５）モールドパウダー中のＭｇＯ含量を１５重量％以下とすること、にある。
【００２４】
上記知見からも明らかなように、モールドパウダー中のＳｉＯ2含量を低減させる必要がある。しかし、周知のようにＳｉＯ2は網目形成酸化物であり、ＳｉＯ2に代わる網目形成酸化物が必要となり、本発明のモールドパウダーにおいては、網目形成酸化物としてＡｌ2Ｏ3を使用する。
【００２５】
また、上述のように、モールドパウダーを構成する高融点原料と低融点原料や溶融調整剤の間の融点の幅が大きければ、低融点原料や溶融調整剤が先に軟化溶融して不均一溶融を呈するため好ましくなく、そのため、ＣａＯ、Ａｌ2Ｏ3を予め溶解したものを合成基材原料として使用すれば、この問題は解決できる。
【００２６】
合成基材原料を構成するＣａＯとＡｌ2Ｏ3の合計量は７０重量％以上、７１〜９５重量％であることが好ましい。ＣａＯとＡｌ2Ｏ3の合計量が７０重量％未満であると、他成分の含量が過剰になりすぎ、合成基材原料製造時の炉内でスラグが不均一になり、成分のばらつきが大きくなるだけでなく、モールドパウダー使用時に、不均一溶融を助長することになり好ましくない。
【００２７】
また、合成基材原料のＣａＯとＡｌ2Ｏ3の重量比を５.０以下に設定することにより、モールドパウダーにＡｌ2Ｏ3原料、特に微細Ａｌ2Ｏ3を使用することができ、それによって、鋳造条件に適したかさ比重や安息角などの粉体特性を容易に調整できる利点がある。なお、合成基材原料のＣａＯとＡｌ2Ｏ3の重量比が５.０を超えると、モールドパウダーに過剰量のＡｌ2Ｏ3原料を使用する必要が生じ、それによって、かさ比重が小さくなり、作業環境が悪くなるだけでなく、実機使用時のモールド内で、モールドパウダー中のＡｌ2Ｏ3原料が偏析し易くなり、逆に、不均一溶融を助長することもある。また、合成基材原料を製造する際に、非晶質になりにくいため、合成基材原料のＣａＯとＡｌ2Ｏ3の重量比は５.０以下、好ましくは１〜４.５とするのが良い。
【００２８】
なお、該合成基材原料において、必須成分であるＡｌ2Ｏ3を１５重量％までのＳｉＯ2に置換することもできる。この場合、ＳｉＯ2含量が多くなれば、合成基材原料の融点が低下して製造上は有利であるが、ＳｉＯ2が過剰に存在すると必然的にモールドパウダーの化学組成としてのＳｉＯ2含量が増加し、溶鋼の酸化や、溶鋼中のＡｌとの反応を促進してしまうため、合成基材原料中にＳｉＯ2が存在する場合、ＳｉＯ2含量は１５重量％以下である。なお、ＳｉＯ2が上限の１５重量％の量で存在する場合、合成基材原料を構成するＣａＯとＡｌ2Ｏ3の合計量はＳｉＯ2の含量に共なって低下し、従って、５５重量％以上含有していれば特に問題はない。
【００２９】
更に、本発明のモールドパウダーに使用する合成基材原料を製造する際に、ＣａＯ成分とＡｌ2Ｏ3成分(場合によりＳｉＯ2成分)のみでは、融点が高くなり、溶融温度が高くなりすぎ、製造が困難であるため、Ｆ含有化合物、ＭｇＯ質原料、アルカリ金属酸化物等を添加して融点を下げることができる。
【００３０】
合成基材原料中のＦ含量は１０重量％以下が好ましい。合成基材原料中のＦ含量が１０重量％を超えると、合成基材原料を製造する際に、炉壁の損傷が大きくなるだけでなく、蒸発が著しくなり、合成基材原料の化学組成のばらつきが大きくなるために好ましくない。
【００３１】
また、合成基材原料中のＭｇＯ含量は１０重量％以下、より好ましくは０．５〜７重量％が良い。合成基材原料中のＭｇＯ含量が多くなると、合成基材原料を溶融冷却後、結晶が晶出し易くなる。
【００３２】
更に、合成基材原料中のアルカリ金属酸化物含量は１０重量％以下、より好ましくは４〜１０重量％が良い。アルカリ金属酸化物の含有量が多くなると、Ｆと同様に合成基材原料を製造する際に炉壁の損傷が大きくなることがあり、また、溶融時に比重差からスラグが層分離し、均一なスラグが得られ難くなるために好ましくない。ここで、アルカリ金属酸化物としては、Ｎａ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ、Ｋ2Ｏ等を例示することができる。なお、合成基材原料がアルカリ金属酸化物を含有することにより、モールドパウダーを製造する際に、後述するような溶融調整剤の添加量を低減でき、モールドパウダーのよりスムーズな溶融を提供することができる。なお、合成基材原料へ配合するアルカリ金属酸化物原料としては、上述のようなアルカリ金属酸化物またはＮａ2ＣＯ3、Ｌｉ2ＣＯ3、Ｋ2ＣＯ3等の炭酸塩等を使用することができる。
【００３３】
また、前記合成基材原料は、必要に応じてＳｒＯ質原料やＭｎＯ質原料を使用することもできる。ＳｒＯ質原料やＭｎＯ質原料をモールドパウダーへ配合することにより、また、ＳｒＯ質原料やＭｎＯ質原料を使用すれば、モールドパウダーが溶融し、モールド−凝固シェル間に流入し、順次スラグフィルムを形成する際、ガラス化が促進できたり、パウダーの凝固温度を調整できる点でも有効である。しかし、合成基材原料中のＳｒＯ含量が３重量％を超えとガラス化を著しく促進し、場合によっては抜熱が不均一になり、鋳片に割れが発生するため、ＳｒＯ含量は３重量％以下とすることが好ましい。また、モールドパウダー中のＭｎＯ含量が１重量％を超えと、ＭｎＯは溶鋼を酸化し、粒鉄の生成を促進するので、ＭｎＯ含量は１重量％以下とすることが好ましい。従って、合成基材原料に由来するＳｒＯや、ＭｎＯとの合計量が上述のような範囲内でＳｒＯ質原料やＭｎＯ質原料を使用することができる。
【００３４】
更に、合成基材原料に不可避不純物として存在する酸化鉄の含量は極力少ない方が良い。即ち、合成基材原料中の酸化鉄含量が多いと、溶鋼の酸化によって粒鉄が生成することがあるが、合成基材原料中の酸化鉄含量が１.０重量％以下であれば、後述するモールドパウダー中の遊離炭素含量を１.０重量％以下とすることにより反応が起こりにくくなるが、モールドパウダー製造時にミキサーなどからスケールのような不純物として酸化鉄が混入する場合も考えられ、合成基材原料中の酸化鉄含量は０.５重量％以下とすることが望ましく、更に、実質上酸化鉄が不在であることが好ましくい。
【００３５】
本発明に使用する合成基材原料は、上述のような化学組成となるように原料を所定割合で混合し、例えば電気炉などの溶融加熱炉で例えば１４００℃以上の温度で溶解し、水砕急冷し、次に、１００℃以上の温度に加熱乾燥し、ボールミルなどのような粉砕機を使用して１００μｍ以下が５０％以上になるように粉砕することにより得ることができる。
【００３６】
このようにして得られる合成基材原料は非晶質の溶融水砕物であるため、成分が均一で酸化鉄含有量が少なく、水和性鉱物も少ないため、造粒も比較的容易にできる利点がある。
【００３７】
なお、従来から、炭素質原料を除く成分の全てを予め溶融粉砕するプリメルトタイプの技術があるが、完全にプリメルトすると、かさ比重、拡がり性などの粉体特性の調整が困難になるだけでなく、コストも非常に高くなるといった欠点がある。そこで、前記合成基材原料のように、モールドパウダーに使用する原料の一部を予め溶解し、適正な粒度に粉砕するセミプリメルトタイプで、合成基材原料を使用することが望ましい。また、セミプリメルトすることにより、不可避不純物としての酸化鉄含量が極めて低い合成基材原料を使用できるという効果もある。
【００３８】
次に、本発明のモールドパウダーの化学組成について記載する。
本発明のモールドパウダーは、上記合成基材原料を少なくとも４５重量％使用することを特徴とするものであり、それによって、合成基材原料の不可避不純物である酸化鉄含量を０.５重量％以下、好ましくは実質上不在な状態にとすることができるため、モールドパウダー全体の酸化鉄含量を０.５重量％以下に容易に調整でき、酸化鉄に付随する問題点を解決することができる。
【００３９】
なお、モールドパウダー中のＣａＯとＡｌ2Ｏ3の含量は、それぞれＣａＯ１０〜６５重量％、好ましくは１５〜６２重量％の範囲内であり、Ａｌ2Ｏ3１０〜５０重量％、好ましくは１２〜４５重量％の範囲内にある。また、モールドパウダーのＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3重量比は５.５以下とすることが好ましい。ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3重量比が５.５を超えると、融点が高くなりすぎ、モールドパウダーとしては不適当になるが、ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3重量比が５.５以下であれば、該合成基材原料と他の原料例えば溶融調整剤と組み合わせることで適正な融点に調整することができる。モールドパウダーのＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3重量比を５.５以下とすることで、低粘性にも調整できるだけでなく、凝固温度の調整がより容易になり、適正なモールドパウダー物性値を得ることができる。
【００４０】
また、アルミキルド鋼を鋳造する際、モールドパウダー中のＳｉＯ2と溶鋼中のＡｌなどとが反応し、モールドパウダーの組成変動が生ずる。モールドパウダーの組成変動が生じれば、初期設定した粘度や凝固温度が変化し、目的とする効果が発揮できないだけでなく、操業が不安定となったり鋼品質が低下するという欠点が生じてしまう。
【００４１】
しかし、本発明のモールドパウダーの組成は、合成基材原料を使用することで、モールドパウダー自体のＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3重量比を５.５以下とし、更に、ＳｉＯ2含量を１５重量％以下とすることができ、それによってＳｉＯ2の活量が小さく、且つＡｌ2Ｏ3の活量が大きくなり、上述のように反応が抑制され、モールドパウダーの組成変動を防止できる。なお、モールドパウダー中のＳｉＯ2含量が１５重量％を超えるとＳｉＯ2の活量が大きくなり、溶鋼中のＡｌと反応し易くなるだけでなく、Ｐｂ、Ｔｉのような元素が添加される鋼には適用できないという欠点が生まれる。
【００４２】
また、前記合成基材原料は、１０重量％以下のアルカリ金属酸化物を含有しており、それによって、モールドパウダーに、Ｎａ2ＣＯ3、Ｌｉ2Ｏ3、Ｋ2ＣＯ3、ＣａＣＯ3、ＭｎＣＯ3、ＢａＣＯ3、ＳｒＣＯ3などのような炭酸塩の使用量を低減できる。そのため炭酸塩が分解する際に生ずるＣＯ2ガスによって溶鋼が酸化されず、パウダー性介在物の発生を抑制することができる。
【００４３】
なお、本発明に使用するモールドパウダーには、溶融調整剤として、上述のような炭酸塩を除く例えばＮａＦ、Ｎａ3ＡｌＦ6、Ｂ2Ｏ3、蛍石、ＭｇＦ2、ＬｉＦ、硼砂、スポジュメンなどを配合することができる。溶融調整剤の配合割合は３〜４０重量％、好ましくは５〜２５重量％である。ただし、溶融調整剤としてＢ2Ｏ3を使用する場合は、５重量％を超えると溶鋼中に入り、鋼を汚染し、鋼の物性を変化させるため５重量％以下の量での使用が好ましい。ここで、溶融調整剤の配合割合が３重量％未満であると、モールドパウダーの軟化点が著しく高くなり、スムーズに溶融しないために好ましくなく、また、該配合割合が４０重量％を超えると滓化が著しくなり、調整が困難になるために好ましくない。
【００４４】
また、前記合成基材原料は、アルカリ金属酸化物を１０重量％以下の範囲で含有しており、このアルカリ金属酸化物がモールドパウダーにアルカリ金属酸化物を提供することとなり、それによってモールドパウダーの粘度や軟化点、凝固温度を容易に調整することができる。モールドパウダーのアルカリ金属酸化物としては、Ｎａ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ、Ｋ2Ｏが有効であるが、高温時での蒸発と溶融スラグの均一性からＮａ2ＯとＬｉ2Ｏの含量はそれぞれ１０重量％以下が好ましく、Ｋ2Ｏの含量５重量％以下であることが好ましい。
【００４５】
なお、合成基材原料や溶融調整剤に由来するモールドパウダー中のアルカリ金属酸化物含量は２５重量％以下、好ましくは３〜２０重量％の範囲内である。ここで、アルカリ金属酸化物含量が２５重量％を超えると、表面張力が著しく低下し、スラグフィルムを形成した際にフィルムの切断が起こり易くなり好ましくない。
【００４６】
また、合成基材原料や溶融調整剤に由来するモールドパウダー中のＦ含量は１５重量％以下、好ましくは１．０〜１５重量％の範囲内である。ここで、Ｆ含量が１５重量％を超えると、浸漬ノズルの溶損が著しくなるために好ましくない。
【００４７】
更に、モールドパウダーへのＭｇＯ質原料の添加も有効であり、モールドパウダーの物性値を設定する上で必要に応じて添加できる。しかし、モールドパウダーの化学組成としてＭｇＯが１５重量％を超えると、モールドパウダー自体の凝固温度が高くなり、結晶化傾向も著しく強くなり、潤滑性が阻害され易くなるため、合成基材原料に由来するＭｇＯとの合計量で、１５重量％以下とすることが好ましい。
【００４８】
更に、粒鉄の生成の点から、モールドパウダー中の遊離炭素含量は１.０重量％以下であることが好ましい。モールドパウダー中の遊離炭素含量が１.０重量％以下であれば、上述の反応は起こらない。従って、モールドパウダーには、溶融調整剤として遊離炭素含量が１.０重量％以下となるような範囲内で炭素質原料を添加することもできる。
【００４９】
また、本発明のモールドパウダーにはＳｉＯ2質原料を添加することもできるが、モールドパウダーのＳｉＯ2含量、即ち、合成基材原料に由来するＳｉＯ2と、モールドパウダーへ配合されるＳｉＯ2質原料の合計量が１５重量％以下、より好ましくは１２重量％以下の範囲となるような量でＳｉＯ2質原料を使用することが必須である。
【００５０】
更に、本発明のモールドパウダーにはＡｌ2Ｏ3質原料を添加することもできる。ここで、Ａｌ2Ｏ3質原料は、上述した理由からモールドパウダーへ配合する方が好ましいが、前記溶融調整剤の配合量が１０重量％以下の場合には使用しなくても良い。Ａｌ2Ｏ3原料の粒度は、粉体の流動性、保温性を目的とするかさ比重等になるように自由に選ぶことができ、かさ比重を小さくする場合には極力小さいものを用いることが好ましい。なお、Ａｌ2Ｏ3質原料の配合量は、４０重量％以下の範囲が好ましく、且つ合成基材原料に由来するＡｌ2Ｏ3との合計量が前述の範囲内となり、且つモールドパウダーのＣａＯとＡｌ2Ｏ3の重量比の規定を満たす範囲内とすることが肝要である。
【００５１】
更に、本発明のモールドパウダーには、モールドパウダーの保温性を向上し、溶融速度を調整するために、必要に応じて、金属成分を添加することもできる。しかし、５重量％を超える金属成分を使用すると、酸化剤としてのＦｅＯやＮａ2ＣＯ3などを添加しないため、溶融速度が著しく遅くなるだけでなく、金属が未酸化となり、この金属元素が溶鋼を汚染し、清浄度の高い鋼を製造することができなくなるため、５重量％以下の量で使用することが好ましい。
【００５２】
金属成分としては種々の金属を使用することができるが、上述のようにＦｅ系合金を使用すると、酸化した際に酸化鉄が生成されるために好ましくなく、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、カルシウム、スカンジウム、バナジウム、クロム、ニッケル、ストロンチウム、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、バリウム、ランタン、セリウム、セシウム等及びこれらの合金等を例示することができる。
【００５３】
本発明によるモールドパウダーは、上述のような化学組成になるように合成基材原料並びに他の原料を配合した後、ミキサーで均一に混合することにより得られる。また、原料混合物に液体と必要に応じて有機若しくは無機バインダーを添加し、押出造粒、撹拌造粒、転動造粒、流動造粒、噴霧造粒などの方法で造粒した顆粒状にして使用することができる。
【００５４】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明のモールドパウダーを更に説明する。
実施例
合成基材原料の調製：
所定の配合割合にて、原料混合物を調製し、電気炉にて１４００℃の温度で２時間加熱することによりで溶解し、次に、得られた溶融物を水砕急冷し、次に、１１０℃の温度で加熱乾燥し、ボールミルを使用して１００μｍ以下が５０％以上になるように粉砕することにより合成基材原料１〜７を得た。得られた合成基材原料１〜７の化学組成を表１に併記する。なお、表１中のＦｅ2Ｏ3は、不可避不純物として混入したものである。
【００５５】
【表１】
【００５６】
モールドパウダーの調製：
以下の表２に記載する配合割合にて、合成基材原料並びに他の原料を配合して本発明品並びに比較品のモールドパウダーを得た。なお、本発明品２は、粉末原料混合物を加水混練し、押出造粒機によって柱状(平均直径１ｍｍ、平均高さ３ｍｍ)に造粒した顆粒品であり、本発明品４及び比較品３は、粉末原料混合物に水及びバインダー(有機バインダー)を添加して撹拌造粒した顆粒品である。また、その他は粉末原料混合物をＶ型ミキサーにて混合した粉末品である。
得られたモールドパウダーの化学組成を表２に併記する。
【００５７】
【表２】
【００５８】
表２中、合成珪酸カルシウムは、ＣａＯ／ＳｉＯ2重量比１.１０のものである。
【００５９】
次に、得られたモールドパウダーをそれぞれ５〜１０チャージ使用し、得られた鋳片をスカーフし、表面割れを確認し、更に、冷延後のコイルで介在物を確認したものである。また、操業安定度は鋳型銅板の熱電対温度を測定し、評価した結果である。
【００６０】
【発明の効果】
本発明のモールドパウダーは、必須成分として合成基材原料を使用することにより、鋼品質の大幅な改善だけではなく、操業の安定性にも効果を奏するものである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼の連続鋳造においてモールド内に添加して使用される、鋼の連続鋳造用モールドパウダーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼の連続鋳造用モールドパウダーは、ポルトランドセメント、合成珪酸カルシウム、ウォラストナイト、黄リンスラグなどを主原料とし、必要に応じシリカ質原料を加え、更にはソーダ灰、蛍石、フッ素化合物、アルカリ金属化合物や炭酸塩と、溶融速度調整剤として炭素質原料を添加したものが一般的である。
【０００３】
モールドパウダーは、モールド内の溶鋼表面に添加され、種々の役割を果たしながら消費される。主な役割としては、▲１▼モールドと凝固シェルの潤滑、▲２▼溶鋼から浮上する介在物の溶解及び吸収、▲３▼溶鋼の保温、▲４▼抜熱速度のコントロールなどが主要な役割である。
【０００４】
▲１▼及び▲２▼は、モールドパウダーの軟化点、粘度などを調整することが重要であり、化学組成の選定が肝要である。▲３▼については主に炭素質原料によって調整される溶融速度やかさ比重、拡がり性などの粉体特性が重要とされている。▲４▼については、凝固温度などを調整することが必要で、化学組成の選定が肝要である。
【０００５】
我が国における連続鋳造技術の進歩には目覚ましいものがあり、更に発展し続けている。また、ＨＣＲ、ＨＤＲ比率の向上、高速鋳造などが積極的に進められている。従って、鋳片品質や操業安定性に多大な影響を与えるモールドパウダーに対する要求も一段と厳しくなっており、必要とされるモールドパウダーも多種多様になっているのが現状である。
【０００６】
従来使用されているモールドパウダーは、基材原料として、ポルトランドセメント、リンスラグ、合成スラグ、ウォラストナイトなとが使用され、溶融調整剤としてＮａ2ＣＯ3、Ｌｉ2ＣＯ3、ＭｇＣＯ3、ＣａＣＯ3、ＳｒＣＯ3、ＭｎＣＯ3、ＢａＣＯ3などの炭酸塩や、更には、ＮａＦ、Ｎａ3ＡｌＦ6、蛍石、ＭｇＦ2、ＬｉＦ、硼砂、スポジュメンなどを使用し、溶融速度調整剤として炭素質原料を添加しているのが一般的である。
【０００７】
一方、基材原料に合成珪酸カルシウムを使用したタイプ(セミプリメルトタイプ)や炭素粉を除いたモールドパウダーを予め溶解し、適切な粒度に粉砕し、その後に炭素粉を添加する完全溶融型モールドパウダー(プリメルトタイプ)も使用されている。
【０００８】
しかしながら、近年、高速鋳造化は著しく、スラブ連鋳においても１.５ｍ／分以上の高速鋳造が実施されている。このような条件下で安定に使用されるモールドパウダーは周知の通り適当な粘度と凝固温度に調整する必要がある。
【０００９】
また、近年、特に鋼の高品質化の要求は著しく、これらの厳格な鋼の連鋳化に際し、介在物起因の欠陥がしばしば大きな問題となっている。
【００１０】
この介在物起源は、主に脱酸生成物であるＡｌ2Ｏ3やモールドパウダーが主体であり、鋼の高品質化には溶鋼の高清浄化とパウダー性介在物の低減が極めて重要なことは周知の通りである。
【００１１】
溶鋼の高清浄化については、精錬方法や設備等の改善の手段を講じているが、パウダー性介在物を低減させるためには、モールドパウダーの粘度を高粘度化したり、高表(界)面張力化する手段が一般的であるが、その手段を講じることで、モールドと凝固シェルとの潤滑性が低下したり、抜熱が不均一になり、鋳片表面割れが発生する場合や、安定操業が損なわれることがあり、これらの手段を講じたモールドパウダーだけでは、好ましいモールドパウダーは得られない。
【００１２】
一方、高Ａｌ鋼を対象としたＳｉＯ2添加量の低いモールドパウダーが、例えば特公昭63−56019号公報、特開平３−77753号公報に開示されている。しかし、これらの公報に開示されている組成に調合したモールドパウダーを実機で使用すると、高融点原料と、低融点原料や溶融調整剤との温度差が大きいため、低融点原料や溶融調整剤が先に軟化溶融し、溶融スラグ層の化学成分が不均一になり、そのため不均一流入するだけでなく、鋳片品質を極端に劣化させる。更には、ブレークアウトを感知させるため、鋳型銅板に熱電対を設置しているが、この熱電対温度が大きくばらつき、ブレークアウト警報の誤作動を招き、安定した操業ができない問題も存在し、また、上述のような厳格な鋼種には適用できない。
【００１３】
従って、本発明の目的は、鋼品質を大幅に改善でき、且つ操業安定性にも寄与できる鋼の連続鋳造用モールドパウダーを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解消するために種々検討を重ねた結果、パウダー性介在物の発生メカニズムを明らかにし、上述のごとき欠点をすべて克服できることを見出した。
【００１５】
本発明に係る鋼の連続鋳造用モールドパウダーは、必須成分として、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３とを合計量として７０重量％以上（ただし、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３重量比が５．０以下）、Ｆを１０重量％以下、ＭｇＯを１０重量％以下及びアルカリ金属酸化物を１０重量％以下の割合で含有してなり且つ不可避不純物として酸化鉄が０．５重量％以下の化学組成を有し、且つ原料配合物を溶融、冷却、粉砕することにより得られた合成基材原料を少なくとも４５重量％含有してなり、且つモールドパウダーのＳｉＯ２含量が１５重量％以下、Ｆ含量が１５重量％以下、ＭｇＯ含量が１５重量％以下で、遊離炭素が実質上不在であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る鋼の連続鋳造用モールドパウダーは、必須成分として、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３とを合計量として５５重量％以上（ただし、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３重量比が５．０以下）、ＳｉＯ２を１５重量％以下、Ｆを１０重量％以下、ＭｇＯを１０重量％以下及びアルカリ金属酸化物を１０重量％以下の割合で含有してなり且つ不可避不純物としての酸化鉄が０．５重量％以下の化学組成を有し、且つ原料配合物を溶融、冷却、粉砕することにより得られた合成基材原料を少なくとも４５重量％含有してなり、且つモールドパウダーのＳｉＯ２含量が１５重量％以下、Ｆ含量が１５重量％以下、ＭｇＯ含量が１５重量％以下で、遊離炭素が実質上不在であることを特徴とする。
【００１７】
更に、本発明に係る鋼の連続鋳造用モールドパウダーは、必須成分として、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３とを合計量として７０重量％以上（ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３重量比が５．０以下）、Ｆを１０重量％以下、ＭｇＯを１０重量％以下及びアルカリ金属酸化物を１０重量％以下の割合で含有してなり且つ不可避不純物としての酸化鉄が０．５重量％以下の化学組成を有し、且つ原料配合物を溶融、冷却、粉砕することにより得られる合成基材原料を少なくとも４５重量％含有してなり、且つモールドパウダーのＳｉＯ２含量が１５重量％以下、Ｆ含量が１５重量％以下、ＭｇＯ含量が１５重量％以下、遊離炭素含量が１．０重量％以下であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る鋼の連続鋳造用モールドパウダーは、必須成分として、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３とを合計量として５５重量％以上（ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３重量比が５．０以下）、ＳｉＯ２を１５重量％以下、Ｆを１０重量％以下、ＭｇＯを１０重量％以下及びアルカリ金属酸化物を１０重量％以下の割合で含有してなり且つ不可避不純物としての酸化鉄が０．５重量％以下の化学組成を有し、且つ原料配合物を溶融、冷却、粉砕することにより得られた合成基材原料を少なくとも４５重量％含有してなり、且つモールドパウダーのＳｉＯ２含量が１５重量％以下、Ｆ含量が１５重量％以下、ＭｇＯ含量が１５重量％以下、遊離炭素含量が１．０重量％以下であることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、種々の研究を重ねた結果、以下の知見を得た。
上記パウダー性介在物は、モールド内で生成する粒鉄が溶鋼中に落下する際に生じる。悪影響を及ぼすこの粒鉄は、モールド内で次のように反応して生成する：
（ａ）モールドパウダーが溶融し、形成された溶融スラグ層と溶鋼界面で溶鋼が酸化される；
（ｂ）生成した酸化鉄はスラグ中に侵入し、溶融層と焼結層(反応層)界面に拡散移動する；
（ｃ）拡散移動した酸化鉄は、反応層もしくは焼結層中の未反応の炭素により還元され、再び溶鋼中に落下する；
（ｄ）落下する際、介在物キャリアーとなって、パウダー性介在物の発生を促進させる。
【００２０】
この粒鉄の生成を抑制させるためには、まず、モールド内で溶鋼の酸化を防止することと、炭素と還元反応を起こさせないこと、更にはモールドパウダー中に不可避不純物として存在する酸化鉄の含有量を０.５重量％以下にすることが重要である。
【００２１】
溶鋼を酸化する要因は、モールドパウダーを構成する炭酸塩が分解する際に生成するＣＯ2ガスや、モールドパウダー中の炭素質原料が酸化する際に生成するＣＯガスの一部が溶融スラグ層に溶解し、これらのガス成分とＦｅが反応して酸化される。更には、モールドパウダー中に含まれる酸化鉄でも同様に溶鋼を酸化する。即ち、炭酸塩や酸化鉄、更には、炭素質原料を含有させないことで、溶鋼の酸化を防止できる。また、モールドパウダー中の遊離炭素含量を１.０重量％以下とすることで、炭素が速やかにかつ完全に酸化するため、炭素との還元反応が起こらず、酸化鉄はそのままスラグ中に溶解する。そのことで、粒鉄が落下する際に、溶融層を形成している溶融スラグも溶鋼中に落下させることがなく、パウダー性介在物の低減に貢献できる。
【００２２】
更には、鋼中のＡｌとモールドパウダー中のＳｉＯ2が反応し、鋼中のＡｌと酸素の平衡が崩れ、その結果、溶鋼を酸化し、上述のごとく粒鉄の生成が促進される。即ち、粒鉄の生成を抑制するためには、モールドパウダー中の炭酸塩原料の使用量並びにＳｉＯ2含量をできるだけ少なくすることが好ましい。
【００２３】
本発明のモールドパウダーは、上記知見に基づきなされたものであり、その要旨とするところは、（１）必須成分として、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３とを合計量として７０重量％以上（ただし、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３重量比が５．０以下）、Ｆを１０重量％以下、ＭｇＯを１０重量％以下、Ｆを１０重量％以下、ＭｇＯを１０重量％以下及びアルカリ金属酸化物を１０重量％以下の割合で含有してなり且つ不可避不純物としての酸化鉄が０．５重量％以下の化学組成を有し、且つ原料配合物を溶融、冷却、粉砕することにより得られた合成基材原料を少なくとも４５重量％使用すること；（２）モールドパウダー中のＳｉＯ２含量を１５重量％以下とすること；（３）モールドパウダー中の遊離炭素を実質上不在とすること；（４）モールドパウダー中のＦ含量を１５重量％以下とすること；（５）モールドパウダー中のＭｇＯ含量を１５重量％以下とすること、にある。
【００２４】
上記知見からも明らかなように、モールドパウダー中のＳｉＯ2含量を低減させる必要がある。しかし、周知のようにＳｉＯ2は網目形成酸化物であり、ＳｉＯ2に代わる網目形成酸化物が必要となり、本発明のモールドパウダーにおいては、網目形成酸化物としてＡｌ2Ｏ3を使用する。
【００２５】
また、上述のように、モールドパウダーを構成する高融点原料と低融点原料や溶融調整剤の間の融点の幅が大きければ、低融点原料や溶融調整剤が先に軟化溶融して不均一溶融を呈するため好ましくなく、そのため、ＣａＯ、Ａｌ2Ｏ3を予め溶解したものを合成基材原料として使用すれば、この問題は解決できる。
【００２６】
合成基材原料を構成するＣａＯとＡｌ2Ｏ3の合計量は７０重量％以上、７１〜９５重量％であることが好ましい。ＣａＯとＡｌ2Ｏ3の合計量が７０重量％未満であると、他成分の含量が過剰になりすぎ、合成基材原料製造時の炉内でスラグが不均一になり、成分のばらつきが大きくなるだけでなく、モールドパウダー使用時に、不均一溶融を助長することになり好ましくない。
【００２７】
また、合成基材原料のＣａＯとＡｌ2Ｏ3の重量比を５.０以下に設定することにより、モールドパウダーにＡｌ2Ｏ3原料、特に微細Ａｌ2Ｏ3を使用することができ、それによって、鋳造条件に適したかさ比重や安息角などの粉体特性を容易に調整できる利点がある。なお、合成基材原料のＣａＯとＡｌ2Ｏ3の重量比が５.０を超えると、モールドパウダーに過剰量のＡｌ2Ｏ3原料を使用する必要が生じ、それによって、かさ比重が小さくなり、作業環境が悪くなるだけでなく、実機使用時のモールド内で、モールドパウダー中のＡｌ2Ｏ3原料が偏析し易くなり、逆に、不均一溶融を助長することもある。また、合成基材原料を製造する際に、非晶質になりにくいため、合成基材原料のＣａＯとＡｌ2Ｏ3の重量比は５.０以下、好ましくは１〜４.５とするのが良い。
【００２８】
なお、該合成基材原料において、必須成分であるＡｌ2Ｏ3を１５重量％までのＳｉＯ2に置換することもできる。この場合、ＳｉＯ2含量が多くなれば、合成基材原料の融点が低下して製造上は有利であるが、ＳｉＯ2が過剰に存在すると必然的にモールドパウダーの化学組成としてのＳｉＯ2含量が増加し、溶鋼の酸化や、溶鋼中のＡｌとの反応を促進してしまうため、合成基材原料中にＳｉＯ2が存在する場合、ＳｉＯ2含量は１５重量％以下である。なお、ＳｉＯ2が上限の１５重量％の量で存在する場合、合成基材原料を構成するＣａＯとＡｌ2Ｏ3の合計量はＳｉＯ2の含量に共なって低下し、従って、５５重量％以上含有していれば特に問題はない。
【００２９】
更に、本発明のモールドパウダーに使用する合成基材原料を製造する際に、ＣａＯ成分とＡｌ2Ｏ3成分(場合によりＳｉＯ2成分)のみでは、融点が高くなり、溶融温度が高くなりすぎ、製造が困難であるため、Ｆ含有化合物、ＭｇＯ質原料、アルカリ金属酸化物等を添加して融点を下げることができる。
【００３０】
合成基材原料中のＦ含量は１０重量％以下が好ましい。合成基材原料中のＦ含量が１０重量％を超えると、合成基材原料を製造する際に、炉壁の損傷が大きくなるだけでなく、蒸発が著しくなり、合成基材原料の化学組成のばらつきが大きくなるために好ましくない。
【００３１】
また、合成基材原料中のＭｇＯ含量は１０重量％以下、より好ましくは０．５〜７重量％が良い。合成基材原料中のＭｇＯ含量が多くなると、合成基材原料を溶融冷却後、結晶が晶出し易くなる。
【００３２】
更に、合成基材原料中のアルカリ金属酸化物含量は１０重量％以下、より好ましくは４〜１０重量％が良い。アルカリ金属酸化物の含有量が多くなると、Ｆと同様に合成基材原料を製造する際に炉壁の損傷が大きくなることがあり、また、溶融時に比重差からスラグが層分離し、均一なスラグが得られ難くなるために好ましくない。ここで、アルカリ金属酸化物としては、Ｎａ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ、Ｋ2Ｏ等を例示することができる。なお、合成基材原料がアルカリ金属酸化物を含有することにより、モールドパウダーを製造する際に、後述するような溶融調整剤の添加量を低減でき、モールドパウダーのよりスムーズな溶融を提供することができる。なお、合成基材原料へ配合するアルカリ金属酸化物原料としては、上述のようなアルカリ金属酸化物またはＮａ2ＣＯ3、Ｌｉ2ＣＯ3、Ｋ2ＣＯ3等の炭酸塩等を使用することができる。
【００３３】
また、前記合成基材原料は、必要に応じてＳｒＯ質原料やＭｎＯ質原料を使用することもできる。ＳｒＯ質原料やＭｎＯ質原料をモールドパウダーへ配合することにより、また、ＳｒＯ質原料やＭｎＯ質原料を使用すれば、モールドパウダーが溶融し、モールド−凝固シェル間に流入し、順次スラグフィルムを形成する際、ガラス化が促進できたり、パウダーの凝固温度を調整できる点でも有効である。しかし、合成基材原料中のＳｒＯ含量が３重量％を超えとガラス化を著しく促進し、場合によっては抜熱が不均一になり、鋳片に割れが発生するため、ＳｒＯ含量は３重量％以下とすることが好ましい。また、モールドパウダー中のＭｎＯ含量が１重量％を超えと、ＭｎＯは溶鋼を酸化し、粒鉄の生成を促進するので、ＭｎＯ含量は１重量％以下とすることが好ましい。従って、合成基材原料に由来するＳｒＯや、ＭｎＯとの合計量が上述のような範囲内でＳｒＯ質原料やＭｎＯ質原料を使用することができる。
【００３４】
更に、合成基材原料に不可避不純物として存在する酸化鉄の含量は極力少ない方が良い。即ち、合成基材原料中の酸化鉄含量が多いと、溶鋼の酸化によって粒鉄が生成することがあるが、合成基材原料中の酸化鉄含量が１.０重量％以下であれば、後述するモールドパウダー中の遊離炭素含量を１.０重量％以下とすることにより反応が起こりにくくなるが、モールドパウダー製造時にミキサーなどからスケールのような不純物として酸化鉄が混入する場合も考えられ、合成基材原料中の酸化鉄含量は０.５重量％以下とすることが望ましく、更に、実質上酸化鉄が不在であることが好ましくい。
【００３５】
本発明に使用する合成基材原料は、上述のような化学組成となるように原料を所定割合で混合し、例えば電気炉などの溶融加熱炉で例えば１４００℃以上の温度で溶解し、水砕急冷し、次に、１００℃以上の温度に加熱乾燥し、ボールミルなどのような粉砕機を使用して１００μｍ以下が５０％以上になるように粉砕することにより得ることができる。
【００３６】
このようにして得られる合成基材原料は非晶質の溶融水砕物であるため、成分が均一で酸化鉄含有量が少なく、水和性鉱物も少ないため、造粒も比較的容易にできる利点がある。
【００３７】
なお、従来から、炭素質原料を除く成分の全てを予め溶融粉砕するプリメルトタイプの技術があるが、完全にプリメルトすると、かさ比重、拡がり性などの粉体特性の調整が困難になるだけでなく、コストも非常に高くなるといった欠点がある。そこで、前記合成基材原料のように、モールドパウダーに使用する原料の一部を予め溶解し、適正な粒度に粉砕するセミプリメルトタイプで、合成基材原料を使用することが望ましい。また、セミプリメルトすることにより、不可避不純物としての酸化鉄含量が極めて低い合成基材原料を使用できるという効果もある。
【００３８】
次に、本発明のモールドパウダーの化学組成について記載する。
本発明のモールドパウダーは、上記合成基材原料を少なくとも４５重量％使用することを特徴とするものであり、それによって、合成基材原料の不可避不純物である酸化鉄含量を０.５重量％以下、好ましくは実質上不在な状態にとすることができるため、モールドパウダー全体の酸化鉄含量を０.５重量％以下に容易に調整でき、酸化鉄に付随する問題点を解決することができる。
【００３９】
なお、モールドパウダー中のＣａＯとＡｌ2Ｏ3の含量は、それぞれＣａＯ１０〜６５重量％、好ましくは１５〜６２重量％の範囲内であり、Ａｌ2Ｏ3１０〜５０重量％、好ましくは１２〜４５重量％の範囲内にある。また、モールドパウダーのＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3重量比は５.５以下とすることが好ましい。ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3重量比が５.５を超えると、融点が高くなりすぎ、モールドパウダーとしては不適当になるが、ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3重量比が５.５以下であれば、該合成基材原料と他の原料例えば溶融調整剤と組み合わせることで適正な融点に調整することができる。モールドパウダーのＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3重量比を５.５以下とすることで、低粘性にも調整できるだけでなく、凝固温度の調整がより容易になり、適正なモールドパウダー物性値を得ることができる。
【００４０】
また、アルミキルド鋼を鋳造する際、モールドパウダー中のＳｉＯ2と溶鋼中のＡｌなどとが反応し、モールドパウダーの組成変動が生ずる。モールドパウダーの組成変動が生じれば、初期設定した粘度や凝固温度が変化し、目的とする効果が発揮できないだけでなく、操業が不安定となったり鋼品質が低下するという欠点が生じてしまう。
【００４１】
しかし、本発明のモールドパウダーの組成は、合成基材原料を使用することで、モールドパウダー自体のＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3重量比を５.５以下とし、更に、ＳｉＯ2含量を１５重量％以下とすることができ、それによってＳｉＯ2の活量が小さく、且つＡｌ2Ｏ3の活量が大きくなり、上述のように反応が抑制され、モールドパウダーの組成変動を防止できる。なお、モールドパウダー中のＳｉＯ2含量が１５重量％を超えるとＳｉＯ2の活量が大きくなり、溶鋼中のＡｌと反応し易くなるだけでなく、Ｐｂ、Ｔｉのような元素が添加される鋼には適用できないという欠点が生まれる。
【００４２】
また、前記合成基材原料は、１０重量％以下のアルカリ金属酸化物を含有しており、それによって、モールドパウダーに、Ｎａ2ＣＯ3、Ｌｉ2Ｏ3、Ｋ2ＣＯ3、ＣａＣＯ3、ＭｎＣＯ3、ＢａＣＯ3、ＳｒＣＯ3などのような炭酸塩の使用量を低減できる。そのため炭酸塩が分解する際に生ずるＣＯ2ガスによって溶鋼が酸化されず、パウダー性介在物の発生を抑制することができる。
【００４３】
なお、本発明に使用するモールドパウダーには、溶融調整剤として、上述のような炭酸塩を除く例えばＮａＦ、Ｎａ3ＡｌＦ6、Ｂ2Ｏ3、蛍石、ＭｇＦ2、ＬｉＦ、硼砂、スポジュメンなどを配合することができる。溶融調整剤の配合割合は３〜４０重量％、好ましくは５〜２５重量％である。ただし、溶融調整剤としてＢ2Ｏ3を使用する場合は、５重量％を超えると溶鋼中に入り、鋼を汚染し、鋼の物性を変化させるため５重量％以下の量での使用が好ましい。ここで、溶融調整剤の配合割合が３重量％未満であると、モールドパウダーの軟化点が著しく高くなり、スムーズに溶融しないために好ましくなく、また、該配合割合が４０重量％を超えると滓化が著しくなり、調整が困難になるために好ましくない。
【００４４】
また、前記合成基材原料は、アルカリ金属酸化物を１０重量％以下の範囲で含有しており、このアルカリ金属酸化物がモールドパウダーにアルカリ金属酸化物を提供することとなり、それによってモールドパウダーの粘度や軟化点、凝固温度を容易に調整することができる。モールドパウダーのアルカリ金属酸化物としては、Ｎａ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ、Ｋ2Ｏが有効であるが、高温時での蒸発と溶融スラグの均一性からＮａ2ＯとＬｉ2Ｏの含量はそれぞれ１０重量％以下が好ましく、Ｋ2Ｏの含量５重量％以下であることが好ましい。
【００４５】
なお、合成基材原料や溶融調整剤に由来するモールドパウダー中のアルカリ金属酸化物含量は２５重量％以下、好ましくは３〜２０重量％の範囲内である。ここで、アルカリ金属酸化物含量が２５重量％を超えると、表面張力が著しく低下し、スラグフィルムを形成した際にフィルムの切断が起こり易くなり好ましくない。
【００４６】
また、合成基材原料や溶融調整剤に由来するモールドパウダー中のＦ含量は１５重量％以下、好ましくは１．０〜１５重量％の範囲内である。ここで、Ｆ含量が１５重量％を超えると、浸漬ノズルの溶損が著しくなるために好ましくない。
【００４７】
更に、モールドパウダーへのＭｇＯ質原料の添加も有効であり、モールドパウダーの物性値を設定する上で必要に応じて添加できる。しかし、モールドパウダーの化学組成としてＭｇＯが１５重量％を超えると、モールドパウダー自体の凝固温度が高くなり、結晶化傾向も著しく強くなり、潤滑性が阻害され易くなるため、合成基材原料に由来するＭｇＯとの合計量で、１５重量％以下とすることが好ましい。
【００４８】
更に、粒鉄の生成の点から、モールドパウダー中の遊離炭素含量は１.０重量％以下であることが好ましい。モールドパウダー中の遊離炭素含量が１.０重量％以下であれば、上述の反応は起こらない。従って、モールドパウダーには、溶融調整剤として遊離炭素含量が１.０重量％以下となるような範囲内で炭素質原料を添加することもできる。
【００４９】
また、本発明のモールドパウダーにはＳｉＯ2質原料を添加することもできるが、モールドパウダーのＳｉＯ2含量、即ち、合成基材原料に由来するＳｉＯ2と、モールドパウダーへ配合されるＳｉＯ2質原料の合計量が１５重量％以下、より好ましくは１２重量％以下の範囲となるような量でＳｉＯ2質原料を使用することが必須である。
【００５０】
更に、本発明のモールドパウダーにはＡｌ2Ｏ3質原料を添加することもできる。ここで、Ａｌ2Ｏ3質原料は、上述した理由からモールドパウダーへ配合する方が好ましいが、前記溶融調整剤の配合量が１０重量％以下の場合には使用しなくても良い。Ａｌ2Ｏ3原料の粒度は、粉体の流動性、保温性を目的とするかさ比重等になるように自由に選ぶことができ、かさ比重を小さくする場合には極力小さいものを用いることが好ましい。なお、Ａｌ2Ｏ3質原料の配合量は、４０重量％以下の範囲が好ましく、且つ合成基材原料に由来するＡｌ2Ｏ3との合計量が前述の範囲内となり、且つモールドパウダーのＣａＯとＡｌ2Ｏ3の重量比の規定を満たす範囲内とすることが肝要である。
【００５１】
更に、本発明のモールドパウダーには、モールドパウダーの保温性を向上し、溶融速度を調整するために、必要に応じて、金属成分を添加することもできる。しかし、５重量％を超える金属成分を使用すると、酸化剤としてのＦｅＯやＮａ2ＣＯ3などを添加しないため、溶融速度が著しく遅くなるだけでなく、金属が未酸化となり、この金属元素が溶鋼を汚染し、清浄度の高い鋼を製造することができなくなるため、５重量％以下の量で使用することが好ましい。
【００５２】
金属成分としては種々の金属を使用することができるが、上述のようにＦｅ系合金を使用すると、酸化した際に酸化鉄が生成されるために好ましくなく、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、カルシウム、スカンジウム、バナジウム、クロム、ニッケル、ストロンチウム、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、バリウム、ランタン、セリウム、セシウム等及びこれらの合金等を例示することができる。
【００５３】
本発明によるモールドパウダーは、上述のような化学組成になるように合成基材原料並びに他の原料を配合した後、ミキサーで均一に混合することにより得られる。また、原料混合物に液体と必要に応じて有機若しくは無機バインダーを添加し、押出造粒、撹拌造粒、転動造粒、流動造粒、噴霧造粒などの方法で造粒した顆粒状にして使用することができる。
【００５４】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明のモールドパウダーを更に説明する。
実施例
合成基材原料の調製：
所定の配合割合にて、原料混合物を調製し、電気炉にて１４００℃の温度で２時間加熱することによりで溶解し、次に、得られた溶融物を水砕急冷し、次に、１１０℃の温度で加熱乾燥し、ボールミルを使用して１００μｍ以下が５０％以上になるように粉砕することにより合成基材原料１〜７を得た。得られた合成基材原料１〜７の化学組成を表１に併記する。なお、表１中のＦｅ2Ｏ3は、不可避不純物として混入したものである。
【００５５】
【表１】
モールドパウダーの調製：
以下の表２に記載する配合割合にて、合成基材原料並びに他の原料を配合して本発明品並びに比較品のモールドパウダーを得た。なお、本発明品２は、粉末原料混合物を加水混練し、押出造粒機によって柱状(平均直径１ｍｍ、平均高さ３ｍｍ)に造粒した顆粒品であり、本発明品４及び比較品３は、粉末原料混合物に水及びバインダー(有機バインダー)を添加して撹拌造粒した顆粒品である。また、その他は粉末原料混合物をＶ型ミキサーにて混合した粉末品である。
得られたモールドパウダーの化学組成を表２に併記する。
【００５７】
【表２】
表２中、合成珪酸カルシウムは、ＣａＯ／ＳｉＯ2重量比１.１０のものである。
【００５９】
次に、得られたモールドパウダーをそれぞれ５〜１０チャージ使用し、得られた鋳片をスカーフし、表面割れを確認し、更に、冷延後のコイルで介在物を確認したものである。また、操業安定度は鋳型銅板の熱電対温度を測定し、評価した結果である。
【００６０】
【発明の効果】
本発明のモールドパウダーは、必須成分として合成基材原料を使用することにより、鋼品質の大幅な改善だけではなく、操業の安定性にも効果を奏するものである。
Claims (4)
- 必須成分として、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３とを合計量として７０重量％以上（ただし、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３重量比が５．０以下）、Ｆを１０重量％以下、ＭｇＯを１０重量％以下及びアルカリ金属酸化物を１０重量％以下の割合で含有してなり且つ不可避不純物として酸化鉄が０．５重量％以下の化学組成を有し、且つ原料配合物を溶融、冷却、粉砕することにより得られた合成基材原料を少なくとも４５重量％含有してなり、且つモールドパウダーのＳｉＯ２含量が１５重量％以下、Ｆ含量が１５重量％以下、ＭｇＯ含量が１５重量％以下で、遊離炭素が実質上不在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ー。
- 必須成分として、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３とを合計量として５５重量％以上（ただし、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３重量比が５．０以下）、ＳｉＯ２を１５重量％以下、Ｆを１０重量％以下、ＭｇＯを１０重量％以下及びアルカリ金属酸化物を１０重量％以下の割合で含有してなり且つ不可避不純物としての酸化鉄が０．５重量％以下の化学組成を有し、且つ原料配合物を溶融、冷却、粉砕することにより得られた合成基材原料を少なくとも４５重量％含有してなり、且つモールドパウダーのＳｉＯ２含量が１５重量％以下、Ｆ含量が１５重量％以下、ＭｇＯ含量が１５重量％以下で、遊離炭素が実質上不在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ー。
- 必須成分として、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３とを合計量として７０重量％以上（ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３重量比が５．０以下）、Ｆを１０重量％以下、ＭｇＯを１０重量％以下及びアルカリ金属酸化物を１０重量％以下の割合で含有してなり且つ不可避不純物としての酸化鉄が０．５重量％以下の化学組成を有し、且つ原料配合物を溶融、冷却、粉砕することにより得られる合成基材原料を少なくとも４５重量％含有してなり、且つモールドパウダーのＳｉＯ２含量が１５重量％以下、Ｆ含量が１５重量％以下、ＭｇＯ含量が１５重量％以下、遊離炭素含量が１．０重量％以下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ー。
- 必須成分として、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３とを合計量として５５重量％以上（ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３重量比が５．０以下）、ＳｉＯ２を１５重量％以下、Ｆを１０重量％以下、ＭｇＯを１０重量％以下及びアルカリ金属酸化物を１０重量％以下の割合で含有してなり且つ不可避不純物としての酸化鉄が０．５重量％以下の化学組成を有し、且つ原料配合物を溶融、冷却、粉砕することにより得られた合成基材原料を少なくとも４５重量％含有してなり、且つモールドパウダーのＳｉＯ２含量が１５重量％以下、Ｆ含量が１５重量％以下、ＭｇＯ含量が１５重量％以下、遊離炭素含量が１．０重量％以下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ー。
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