JP4786252B2 - 溶鋼保温剤 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造用タンディッシュや取鍋などにより溶鋼を移送、又は精錬処理を行う際に、断熱・保温あるいは空気酸化防止を目的として溶鋼表面を被覆する溶鋼保温剤に関するものである。

溶鋼保温剤として従来用いられている焼籾は、SiO₂とCを主成分としている。この保温材を利用した場合、極低炭素鋼では、Cのピックアップにより鋼材の特性が低下する問題があった。また、SiO₂は溶鋼中のAlと反応してAl₂O₃系の介在物を生成するため、製品の表面欠陥が増大するという問題もあった。

そこで、CおよびSiO₂の少ない保温剤として、特許文献１に開示された溶鋼保温剤が開発され、実用化されている。これはCaOとAl₂O₃の含有率をCaO/Al₂O₃で0.5〜1.0とし、且つMgO含有率を5％以上30％未満、SiO₂ 含有率を10％以下にしたことを特徴とする溶鋼表面保温剤である。

しかし、特許文献１に開示された溶鋼保温剤を含め一般に用いられている溶鋼保温剤は、融点の高いMgO、Al₂O₃、CaOをそれぞれ混合して製造されているため、固相拡散律速となり、溶融速度が遅い。そのため、溶鋼表面で固液共存の状態で凝結、焼結状態となる。その結果、溶鋼表面の均一な被覆状態が得られず、露出した溶鋼と外気との反応によりAl₂O₃系介在物を生成する。

また、タンディッシュではモールド内への溶鋼供給を制御するためにストッパーを使用しているが、該保温剤は強固なスラグ層を形成するため、ストッパー制御が困難となり、場合によってはストッパーの折損に至る。現状では、この事態を防止するため、ストッパー周囲の溶鋼には焼籾を主体とする保温剤を適用しており、この部分でSiO₂と溶鋼中Alの反応によりAl₂O₃が生成し、溶鋼の汚染が問題となる。
特開平06-170508号公報

本発明は、溶鋼表面で速やかに溶融し、溶鋼表面を均一に被覆して溶鋼の再酸化を防止することができる溶鋼保温剤を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の溶鋼保温材は、融点が溶鋼温度より低い原料と融点が溶鋼温度よりも高い原料を、各々少なくとも一種類以上、混合配合した溶鋼保温剤であって、融点が溶鋼温度より低い原料として、Al ₂ O ₃ 、CaO、MgO、SiO ₂ のうち少なくとも二種類以上からなる複合酸化物を用い、融点が溶鋼温度より高い原料として、Al ₂ O ₃ 、CaO、MgO、SiO ₂ のうち少なくとも一種の酸化物、または、Al ₂ O ₃ 、CaO、MgO、SiO ₂ のうち少なくとも二種類以上からなる複合酸化物を用い、かつ混合配合された溶鋼保温剤全体の平均組成が、CaO/Al ₂ O ₃ =0.5〜2.0であり、MgO＝5〜30％、SiO ₂ 含有量を10％未満としたことを特徴とするものである。また、上記の溶鋼保温剤の上層に、固体の保温剤を堆積させることにより上下二層構造とすることが好ましく、上層に堆積される固体の保温剤全体の平均組成が、下層の溶鋼保温剤全体の平均組成と同じであり、かつ上層に堆積される固体の保温剤の融点が溶鋼温度よりも高い原料からなるものであることが好ましい。なおここで平均組成とは、混合配合された原料それぞれの化学組成を配合重量により加重平均したものを意味する。

本発明の溶鋼保温材は、融点が溶鋼温度より低い原料と融点が溶鋼温度よりも高い原料を、各々少なくとも一種類以上配合したものであるから、融点が溶鋼温度より低い原料が種釉となって速やかに溶融が開始され、溶鋼表面を均一に被覆する。このため、極低炭素鋼の連続鋳造において、タンディッシュにおける大気からの酸素汚染、再酸化によるAl₂O₃系介在物の増加を防止することを可能とするものであり、製品欠陥を減少して歩留まりを向上するとともに、品質を高めることが出来るため、経済的効果は大きい。また、液体の溶鋼保温剤の上層に固体の保温剤を堆積させて二層構造とすると、溶鋼からの放熱をより確実に低減することができる。このためタンディッシュ内の溶鋼温度を低めに設定することができ、耐火物の溶損や介在物発生をより一層抑制することが可能となる。

発明者らは、保温材の溶融速度を早くするための方法を検討し、上記したように原料として少なくとも一種は、溶鋼温度よりも低融点の物質を用いることにより、溶融初期に融液を生成させ、速やかな溶融が可能になることを見出した。なお、融点とは、物質の温度を上昇させたときに溶融を始める温度であり、多元系物質の場合には固相線温度に相当する。液相の保温剤は、タンディッシュ表面を均一に被覆するため、大気からの溶鋼汚染を防止できる。また、ストッパー制御に対しても悪影響を与えない。

溶鋼温度よりも低融点の原料は、初期に融液を生成することにより、高融点の物質の拡散を促進して溶融速度を大きくする効果がある。溶鋼温度よりも低融点の原料に対して溶鋼温度よりも高融点原料の割合が70％を超えると、高融点原料の拡散が十分に促進されず、溶融速度を上げられないばかりか、最終的に固液共存で粘性の高い保温剤となり、タンディッシュでの拡がり性が悪くなってしまう。従って、溶鋼温度よりも低融点原料の割合を30質量パーセント以上とすることが好ましい。

溶鋼温度よりも低融点の原料を使用しても、平均組成での融点が溶鋼温度よりも高い場合には、完全な溶融状態に至らず、タンディッシュでの拡がり性が悪くなる。従って、保温剤の平均組成での融点は溶鋼温度よりも低いことが好ましい。

完全に溶融した保温剤を使用した場合、タンディッシュやストッパーなどの耐火物の溶損が問題となる場合がある。そこで、タンディッシュのコーティング材に用いられているマグネシアを含む原料を用いることにより、タンディッシュの溶損を防止することが出来る。含有するマグネシアの量が5％よりも少ない場合には、タンディッシュのコーティング材の溶損速度が速くなり、操業に支障をきたすことが知られている。また、含有するマグネシアの割合が30%よりも高い場合には、保温材の液相率が低下し、溶鋼を均一に被覆することが出来なくなる。また、固液共存相が強固なスラグ層を形成し、ストッパーの制御性悪化も懸念される。従って、マグネシアの含有率を5％以上30％未満に限定することが好ましい。

本発明の溶鋼保温材は、平均組成がCaO/Al₂O₃=0.5〜2.0であり、MgO＝5〜30％、SiO₂含有量を10％未満とすることが好ましい。CaO/Al₂O₃=0.5〜2.0の範囲で溶鋼保温材の融点が極小となるためである。またSiO₂含有量が10％を越えると溶鋼保温材の融点が上昇するうえ、Al₂O₃系の介在物を生成し、製品の表面欠陥が増大する。MgOの含有量については上記したとおりである。

上記した溶鋼温度よりも低融点の原料としては、融点が1400℃〜1500℃であるAl₂O₃-CaO、Al₂O₃-SiO₂、CaO-SiO₂、MgO-SiO₂、Al₂O₃-CaO-MgO、Al₂O₃-CaO-SiO₂、CaO-MgO-SiO₂、Al₂O₃-CaO-MgO-SiO₂などの複合酸化物を用いることができる。この複合酸化物としては、生石灰とアルミナを予備溶融した後に粉砕したもの、または生石灰とボーキサイトを予備溶融した後に粉砕したアルミナセメント等、任意の多元系融体を凝固した固体を使用することが出来る。また、溶鋼温度よりも高融点の原料としては、マグネサイトを焼成して製造したMgOや、電融品MgO、あるいは生石灰など、いずれも好適に利用することが出来る。

本発明の保温剤は、保温性の強化を目的として、更に別の保温剤を上に重ねて、二層にして使用することが出来る。この場合、上記の配合比は、下層に使用した保温剤の配合を示すものである。別の保温剤としては例えば固体の保温剤を使用し、上層に堆積させることにより上下二層構造とすることができる。液体の溶鋼保温剤の上層に固体の保温剤を堆積させて二層構造とすると、溶鋼からの放熱をより確実に低減することができる。この場合、上層に堆積される固体の保温剤としては、下層の溶鋼保温剤と平均組成が同等で、融点が溶鋼温度よりも高い原料からなるものであることが好ましい。このように下層の溶鋼保温剤と平均組成が同等のものを用いれば、化学反応により組成が変化し、溶鋼の被覆性や保温性が低下することがない。

保温剤の粒度は、200μm程度の物が好適であるが、タンディッシュでの拡がり性は速やかに溶融することにより得られるので、どのような粒度のものでも好適に使用することが出来る。

なお、連続鋳造用タンディッシュや取鍋などにおける溶鋼の温度は1550℃〜1650℃であるから、溶鋼温度よりも低融点の原料としては、上記の複合酸化物のほかに、融点が450℃であるB₂O₃、融点が1132℃であるNa₂O、融点が990℃であるリチウムシリケートなどを用いることができる。

本発明の保温剤は、容器内溶鋼の保温剤として好適に使用することが出来る。容器としては、連続鋳造用タンディッシュ、取鍋などに用いることが出来る。

1チャージ280tの溶鋼を溶銑予備処理、転炉脱炭処理、RHによる脱ガス処理を行い、極低炭素鋼を溶製した。これを、容量60tのタンディッシュを用いて連続鋳造法により鋳片を製造した。鋳造は、15チャージ分の溶鋼を連続して行った。本発明、あるいは比較例の保温材は、タンディッシュ内の溶鋼の保温に用いた。保温材は、実施例、比較例の場合ともにタンディッシュに対して500kgを添加した。一枚の鋳片は、厚み250mm、長さ8500mm、幅1500mmである。鋳片は、通常用いられる熱間圧延、冷間圧延工程を経て厚さ0.7mm、幅1500mmの冷延鋼板にした。

実施例では、いずれの場合も保温材は速やかに溶融してタンディッシュ表面を均一に被覆したため、溶鋼と大気の接触によるアルミナ系介在物の生成が抑えられた。その結果、製品の表面欠陥は低位に抑えられた。一方、比較例では、保温材の平均組成での融点が溶鋼温度より低くても、原料の融点が高いために鋳造中には溶融せず、固液共存状態のままであったため、大気が溶鋼に接触してアルミナ系介在物が生成し、結果として製品の表面欠陥が増加した。なお、表１〜表４に実施例と比較例のデータを示す。レイアウトの都合上４つの表に分割したが、表２は表１の続きであり、表３は表２の続きであり、表４は表３の続きである。

表４中の※１ ΔT.Oは、タンディッシュ入側溶鋼中の全酸素量に対するタンディッシュ出側溶鋼中の全酸素量の上昇量である。
表４中の※２ 欠陥発生個数は、鋳片一枚から製造される冷延鋼板に存在する酸化物系介在物による欠陥の個数である。
表４中の※３ ΔＴ（ＴＤ）は、タンディッシュ注入点近傍と、タンディッシュストッパー近傍の溶鋼温度の差、すなわちタンディッシュ入側から出側までの温度低下を示す。

Claims (3)

1. 融点が溶鋼温度より低い原料と融点が溶鋼温度よりも高い原料を、各々少なくとも一種類以上、混合配合した溶鋼保温剤であって、
   融点が溶鋼温度より低い原料として、Al ₂ O ₃ 、CaO、MgO、SiO ₂ のうち少なくとも二種類以上からなる複合酸化物を用い、融点が溶鋼温度より高い原料として、Al ₂ O ₃ 、CaO、MgO、SiO ₂ のうち少なくとも一種の酸化物、または、Al ₂ O ₃ 、CaO、MgO、SiO ₂ のうち少なくとも二種類以上からなる複合酸化物を用い、かつ混合配合された溶鋼保温剤全体の平均組成が、CaO/Al ₂ O ₃ =0.5〜2.0であり、MgO＝5〜30％、SiO ₂ 含有量を10％未満としたことを特徴とする溶鋼保温剤。
2. 請求項１に記載の溶鋼保温剤の上層に、固体の保温剤を堆積させることにより上下二層構造としたことを特徴とする溶鋼保温剤。
3. 上層に堆積される固体の保温剤全体の平均組成が、下層の溶鋼保温剤全体の平均組成と同じであり、かつ上層に堆積される固体の保温剤の融点が溶鋼温度よりも高い原料からなるものであることを特徴とする請求項２に記載の溶鋼保温剤。