JP4725133B2 - 鋼の連続鋳造用モールドパウダー - Google Patents

Description

本発明は、鋼の連続鋳造において鋳型内に添加して使用される連続鋳造用モールドパウダーに関し、特に、鋳片引き抜き速度が２．０ｍ／分以上の高速鋳造に好適な連続鋳造用モールドパウダーに関するものである。

鋼の連続鋳造において、鋳型内の溶鋼上に添加して使用される連続鋳造用モールドパウダーには、以下のような特性が要求されている。

即ち、（１）モールドパウダーで鋳型内の溶鋼湯面を被覆することにより、空気による溶鋼の酸化を防止すると同時に溶鋼の温度低下を防止する効果を有すること、（２）溶融したモールドパウダーは、鋳型と凝固シェルとの間に流れ込んで均一なパウダーフィルムを形成し、両者の間で潤滑作用があること、（３）溶融したモールドパウダーは、鋳型と凝固シェルとの間に流入して潤滑剤として機能するため、常に、適当量供給される必要があり、そのため、消費速度に見合った且つ適正な溶融層の厚みを確保する溶融速度を有すること、（４）モールドパウダーの溶融層が溶鋼中から浮上・分離してくる非金属介在物を吸収した際に、その物性値（粘度、溶融速度）の変化が小さいこと、（５）モールドパウダーの溶鋼中への巻き込みを防止するため、溶融したモールドパウダーは適度な粘度を有すること、である。

これらの特性は何れも重要であるが、特に高速鋳造時には、溶鋼中へのモールドパウダーの巻き込みが問題となることが多く、その対策が採られてきた。例えば特許文献１には、１４００℃における純鉄との接触角を６０度以上とした、溶鋼中に巻き込まれ難いモールドパウダーが開示されている。尚、ブリキ材や自動車用薄鋼板などの品質が厳格な鋼では、中速鋳造時や低速鋳造時でも溶鋼中へのモールドパウダーの巻き込みは問題であり、特許文献１はこれらの対策としても提案されている。
特開２００４−３５１４８２号公報

ところで、近年の連続鋳造技術の向上は著しく、鋳片の断面積が大きいスラブ連続鋳造機でも鋳片引き抜き速度を２．０ｍ／分以上とする操業が大半を占めるようになってきた。このように鋳片引き抜き速度が高速化されると、鋳片引き抜き速度が遅かった場合にはほとんど問題にならなかった現象が新たな問題として出現する。この問題の１つにバルジング性湯面変動がある。

鋳型から引き抜かれた凝固シェルは、鋳片支持ロールで支持されながら下方に引き抜かれるが、凝固シェルには溶鋼静圧が作用することから、凝固シェルは隣り合う鋳片支持ロールの間で膨らみ（この膨らむことを「バルジング」という）、そして鋳片支持ロールで矯正されて元の厚みに戻る。このバルジングが同じ状態で維持されれば、凝固シェル内の未凝固層（溶鋼）はバランスが取れているので鋳型内湯面位置は変動しないが、バルジングが大きくなったり、小さくなったりする、或いは、鋳片支持ロールで矯正されても元の厚みに戻らなかったりすると、溶鋼はあたかも下流側に引き抜かれる或いは鋳片から押し戻されると同様の挙動を示し、鋳型内の溶鋼湯面は大きく変動する。このようにして生ずる鋳型内の湯面変動をバルジング性湯面変動と称している。

鋳片引き抜き速度が高速化されると、凝固シェル厚みが薄くなり、これに伴ってバルジングが大きくなることが、高速鋳造下でバルジング性湯面変動が激しくなる原因である。バルジング性湯面変動が発生すると、モールドパウダーの巻き込みが発生し、これを除去するために鋳片の表面手入れを実施する、或いは、バルジング性湯面変動を抑えるために鋳片引き抜き速度を減速する、などを余儀なくされる。

鋳型から引き抜かれた鋳片は、二次冷却帯に設置される水スプレーノズルやエアーミストスプレーノズルによって冷却されるが、鋳片表面にモールドパウダーが付着した場合と付着していない場合とで、冷却効率に差が生ずる。つまり、鋳片表面にモールドパウダーが付着していない方が冷却効率は良く、凝固シェル厚みは厚くなる。バルジング性湯面変動を抑制するには、鋳片への付着量の少ないモールドパウダー、換言すれば、鋳片からの剥離性の良いモールドパウダーが望ましい。しかしながら、従来、モールドパウダーに要求される特性は、前述した５つの特性が主体であり、鋳片表面からの剥離性については検討されておらず、鋳片表面からの剥離性に優れるモールドパウダーは提案されていないのが実情である。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、二次冷却帯における鋳片の冷却能を高めることを可能とする、鋳片表面からの剥離性に優れる、鋼の連続鋳造用モールドパウダーを提供することである。

上記課題を解決するための第１の発明に係る鋼の連続鋳造用モールドパウダーは、Ｃ：０．０２〜０．０５質量％（但し、０．０５質量％を除く）、Ｓｉ：０．１質量％以下、Ｍｎ：０．０５〜０．３質量％、Ｐ：０．００２〜０．０３５質量％、Ｓ：０．００５〜０．０１５質量％、sol.Ａｌ：０．０２〜０．０５質量％を含有する低炭素アルミキルド鋼の連続鋳造に使用される、少なくともＳｉＯ₂ 、ＣａＯ、及びＮａ₂ Ｏを含有し、二次冷却帯においては鋳片表面からの剥離性に優れ、二次冷却帯での鋳片の冷却能を高めることが可能な、鋼の連続鋳造用モールドパウダーであって、モールドパウダーのＳｉＯ₂含有量とＮａ₂ Ｏ含有量との関係が、下記の（１）式を満たす範囲であり、且つ、モールドパウダーの塩基度とＮａ₂ Ｏ含有量との関係が、下記の（２）式を満たす範囲であることを特徴とするものである。但し、（１）式及び（２）式において、［％Ｎａ₂Ｏ］はモールドパウダーのＮａ₂ Ｏ含有量（質量％）、［％ＳｉＯ₂ ］はモールドパウダーのＳｉＯ₂含有量（質量％）、ＣａＯ／ＳｉＯ₂ はモールドパウダーの塩基度である。

第２の発明に係る鋼の連続鋳造用モールドパウダーは、第１の発明において、前記モールドパウダーは、鋳片引き抜き速度が２．０ｍ／分以上の高速鋳造時に使用するモールドパウダーであることを特徴とするものである。

本発明に係るモールドパウダーを使用して溶鋼を連続鋳造することで、溶融して鋳型と凝固シェルとの間隙に流入したモールドパウダーは、鋳型内では鋳片表面に付着していたとしても、鋳型直下においては鋳片表面から迅速に剥離する。これにより、二次冷却の冷却能が向上して鋳片の凝固シェル厚みが増大し、鋳片のバルジング量が低減され、バルジング性湯面変動が減少する。その結果、鋳片引き抜き速度が２．０ｍ／分以上の高速鋳造であってもモールドパウダーの巻き込みのない高品質の鋳片を安定して製造することが可能となり、工業上有益な効果がもたらされる。

以下、本発明について具体的に説明する。

鋼の連続鋳造において鋳型内に添加して使用されるモールドパウダーは、通常、ＣａＯ、ＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＭｇＯ、ＭｎＯなどの酸化物を基材とし、これら基材に、基材の物性を調整するための物性調整材として、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂ Ｏ、ＣａＦ₂ 、ＭｇＦ₂ 、Ｌｉ₂ ＣＯ₃、氷晶石などのアルカリ金属或いはアルカリ土類金属の酸化物、弗化物、または炭酸化物と、必要に応じて基材の主成分であるＣａＯ、ＳｉＯ₂ の成分調整材である石灰石や珪藻土と、溶融速度調整材であるカーボンブラック、人造黒鉛などの炭素物質と、が添加され構成されている。基材としては、高炉滓、ガラス粉末、ポルトランドセメントや、天然の玄武岩やシラス、また、電気炉及びキュポラなどで溶融されて製造される珪酸カルシウムなどが使用されている。

このような成分組成のモールドパウダーにおいて、鋳片表面からの剥離性と化学成分組成との関係を調査した。化学成分としては、モールドパウダーの主成分であるＣａＯ及びＳｉＯ₂ と、物性調整材として一般的に使用されているＮａ₂ Ｏとを選択し、これら成分を変化させて、鋳片表面からの剥離性を調査した。

剥離性は、溶融させて１３００℃に保持したモールドパウダーを鉄製矩形容器内に流し込み、溶融したモールドパウダーが固化完了する前に矩形容器を解体し、矩形容器壁面へのモールドパウダーの付着した面積率で評価した。付着した面積率が５０％未満の場合を、剥離性に優れると評価し、逆に、付着した面積率が５０％以上の場合を、剥離性が悪いと評価した。尚、剥離性は、鉄及びモールドパウダーにおける熱収縮率及び熱伝達率の差などに依存するものと推定される。

図１及び図２に試験結果を示す。図１は、モールドパウダーのＳｉＯ₂ 含有量（質量％）及びＮａ₂ Ｏ含有量（質量％）と剥離性との関係を示す図であり、図２は、モールドパウダーの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）及びＮａ₂ Ｏ含有量（質量％）と剥離性との関係を示す図である。

図１に示すように、剥離性はＳｉＯ₂ 含有量が多くなっても、また、Ｎａ₂ Ｏ含有量が多くなっても、悪くなり、ＳｉＯ₂含有量及びＮａ₂ Ｏ含有量が或る所定の範囲である場合のみ、剥離性が良くなることが分かった。即ち、モールドパウダー中のＳｉＯ₂含有量とＮａ₂ Ｏ含有量とが下記の（１）式の範囲であるときに、剥離性が良くなることが分かった。

また、モールドパウダーの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂ ）とＮａ₂ Ｏ含有量との関係では、図２に示すように、Ｎａ₂Ｏ含有量に応じて塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂ ）が或る所定の範囲であるときにのみ、剥離性が良くなることが分かった。即ち、モールドパウダーの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）とＮａ₂ Ｏ含有量とが下記の（２）式の範囲であるときに、剥離性が良くなることが分かった。

即ち、剥離性に優れたモールドパウダーとしては、モールドパウダー中のＣａＯ含有量、ＳｉＯ₂ 含有量及びＮａ₂ Ｏ含有量が、（１）式及び（２）式を同時に満足する必要のあることを見出した。

（１）式及び（２）式の関係を満足する限り、ＣａＯ含有量、ＳｉＯ₂ 含有量及びＮａ₂ Ｏ含有量の絶対値は特に規定する必要はなく、例えば、ＣａＯ：２５〜５０質量％、ＳｉＯ₂：２５〜５０質量％、Ｎａ₂ Ｏ：２〜１５質量％の範囲で（１）式及び（２）式の関係を満足するようにすればよい。

その他の成分として、適宜、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＣａＦ₂ 、Ｌｉ₂Ｏなどを配合し、更に、カーボンブラックや黒鉛粉などの溶融速度調整剤を１〜５質量％となるように配合して、本発明のモールドパウダーとする。

このモールドパウダーを使用して溶鋼を連続鋳造する。鋳片引き抜き速度は、特に規定する必要はないが、バルジング性湯面変動が激しくなる、２．０ｍ／分以上の引き抜き速度の場合に本発明の効果が顕著になるので、鋳片引き抜き速度が２．０ｍ／分以上の場合に、本発明のモールドパウダーを使用することが好ましい。

本発明のモールドパウダーを使用して鋳造することで、溶融して鋳型と凝固シェルとの間隙に流入したモールドパウダーは、鋳型内では鋳片表面に付着していたとしても、鋳型直下においては鋳片表面から迅速に剥離する。これにより、鋳型直下以降の二次冷却帯に設置された水スプレーノズル或いはエアーミストスプレーノズルから噴霧されるスプレー水は鋳片表面に直接衝突するので、冷却能が向上して鋳片の凝固シェル厚みが増大し、鋳片のバルジング量が低減され、バルジング性湯面変動が減少する。その結果、鋳片引き抜き速度が２．０ｍ／分以上の高速鋳造であってもモールドパウダーの巻き込みのない高品質の鋳片を安定して製造することが可能となる。

２ストランドの垂直曲げ型スラブ連続鋳造機において、表１に示す組成の２種類のモールドパウダーを用いて、厚み２５０ｍｍ、幅１３５０ｍｍ、Ｃ：０．０２〜０．０５質量％、Ｓｉ：０．１質量％以下、Ｍｎ：０．０５〜０．３質量％、Ｐ：０．００２〜０．０３５質量％、Ｓ：０．００５〜０．０１５質量％、sol.Ａｌ：０．０２〜０．０５質量％の組成の低炭素アルミキルド鋼のスラブ鋳片を鋳片引抜き速度２．５ｍ／分で鋳造した。

表１に示すモールドパウダーＡは、前述した（１）式及び（２）式を満足しておらず、本発明の範囲外のモールドパウダーである。これに対してモールドパウダーＢは、前述した（１）式及び（２）式を満足しており、本発明のモールドパウダーである。これらのモールドパウダーを６チャージの連続連続鋳造（連々鋳）で、チャージ毎にストランドを変更して使用し、そのときの湯面変動を調査した。ストランドを交互に変更することで、仮に湯面変動に及ぼすストランド特有の外乱があったとしても、外乱は双方のモールドパウダーに均等に影響するので、データ処理ではこの外乱を排除することができる。

図３に調査結果を示す。図３に示すように、モールドパウダーＢでは、平均湯面変動量は約７ｍｍであり、目標とする１０ｍｍ以下の湯面変動量を確保することができた。これに対して、モールドパウダーＡでは、平均湯面変動量は約１５ｍｍであり、従って、本発明のモールドパウダーを使用することで、バルジング性湯面変動を低減可能であることが確認できた。

モールドパウダーのＳｉＯ₂ 含有量及びＮａ₂ Ｏ含有量と剥離性との関係を示す図である。 モールドパウダーの塩基度及びＮａ₂ Ｏ含有量と剥離性との関係を示す図である。 実施例１における調査結果を示す図である。

Claims (2)

1. Ｃ：０．０２〜０．０５質量％（但し、０．０５質量％を除く）、Ｓｉ：０．１質量％以下、Ｍｎ：０．０５〜０．３質量％、Ｐ：０．００２〜０．０３５質量％、Ｓ：０．００５〜０．０１５質量％、sol.Ａｌ：０．０２〜０．０５質量％を含有する低炭素アルミキルド鋼の連続鋳造に使用される、少なくともＳｉＯ₂ 、ＣａＯ、及びＮａ₂ Ｏを含有し、二次冷却帯においては鋳片表面からの剥離性に優れ、二次冷却帯での鋳片の冷却能を高めることが可能な、鋼の連続鋳造用モールドパウダーであって、モールドパウダーのＳｉＯ₂含有量とＮａ₂ Ｏ含有量との関係が、下記の（１）式を満たす範囲であり、且つ、モールドパウダーの塩基度とＮａ₂ Ｏ含有量との関係が、下記の（２）式を満たす範囲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。
   0.65×[%Na₂O]+25≦[%SiO₂]≦2.08×[%Na₂O]+25…(1)
   -0.078×[%Na₂O]+1.4≦CaO/SiO₂≦-0.077×[%Na₂O]+1.8…(2)
   但し、（１）式及び（２）式において、［％Ｎａ₂ Ｏ］はモールドパウダーのＮａ₂ Ｏ含有量（質量％）、［％ＳｉＯ₂ ］はモールドパウダーのＳｉＯ₂含有量（質量％）、ＣａＯ／ＳｉＯ₂ はモールドパウダーの塩基度である。
2. 前記モールドパウダーは、鋳片引き抜き速度が２．０ｍ／分以上の高速鋳造時に使用するモールドパウダー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ー。

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