JP5078747B2

JP5078747B2 - 鋼の連続鋳造方法

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Publication number: JP5078747B2
Application number: JP2008134751A
Authority: JP
Inventors: 康英大塲
Original assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Current assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Priority date: 2008-05-22
Filing date: 2008-05-22
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2028-05-22
Also published as: JP2009279619A

Description

この発明は、鋼の連続鋳造用の鋳型内の溶鋼表面に添加するモールドパウダーを使用した連続鋳造方法に関し、特に連続鋳造の際の初期凝固時の割疵の発生を防止するモールドパウダーを使用した鋼の連続鋳造方法に関する。

通常、連続鋳造における鋳型内の溶鋼のメニスカスから流入したモールドパウダー（スラグと称することがある。）フィルム（すなわち、スラグフィルム）は、鋳片の初期凝固シェルの緩冷却化のために、結晶の晶出が必要とされている。この結晶の晶出性を高めるためには、モールドパウダーを高塩基度化することが効果的である。ところで、この高塩基度化とは、ＣａＯ／ＳｉＯ₂において網目修飾酸化物（ネットワークモディファイヤー）であるＣａＯの割合を高めることである。したがって、このＣａＯの割合を高めると、ＣａＯによってガラス性の網目構造が分断され、結晶が晶出しやすくなる。

これらの高塩基度化としてＣａＯの割合を高めて質量％のＴ．ＣａＯ／ＳｉＯ₂（以下、「Ｃ／Ｓ」という。）における比を０．９〜１．３程度に大きくしてモールドパウダーのフィルム中に結晶を晶出させて、鋳型内の凝固殻（以下、「凝固シェル」という）の冷却速度を均一にし、かつ緩冷却することが既に提案され記載されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。しかし、高Ｃ／Ｓとした結晶晶出性の高いモールドパウダーでは引抜き中の凝固シェルがブレークアウトしやすくなり、鋳造安定性の面で課題が残る。

一方、連続鋳造における鋳造安定性のため、モールドパウダーによる潤滑効果の不足分を、鋳型銅板に溝を加工してモールドパウダーとは別の潤滑補助剤を流し込こむことにより、補完する方法がある。しかし、この方法は鋳型銅板の溝加工が必要なため、大幅なコストアップを招く。さらに、鋳造安定性の向上のため、鋳型の表面に予めフラックス層を溶射により固着する方法がある。しかし、フラックス層の溶射固着処理のためにコストアップを招くとうえに溶射固着したフラックス層の耐久性に課題が残る。

ところで、Ｆ（フッ素）は凝固点の調整および適度の結晶晶出を目的とした潤滑剤などとしてモールドパウダーに含有される。すなわち凝固シェルから抜熱のコントロールのためにモールドパウダーの中のＦの含有量を高めた組成とすることが一般的である。しかし、鋳型下で２次冷却水と接触して際に、潤滑剤に含有するＦが水と反応してＨＦ（フッ酸）を生成し、冷却水のｐＨを下げ、設備周辺の金属製構造物を腐蝕させる問題がある。さらにＦは環境面から排水中の濃度が記載されている問題がある。そこでモールドパウダーにおいてＦのフリー化が図られている（例えば、特許文献３、特許文献４及び特許文献５参照。）。

特開平５−１５９５５号公報特許第３６１０８８５号公報ＷＯ００／３３９２号公報特開２００７−１６７８６８号公報特開２００６−７３１６号公報

本発明が解決しようとする課題は、連続鋳造において、（１）鋳片に発生する割疵を防止し、（２）鋳造の安定性を向上して引抜き中の鋳片の凝固シェルのブレークアウトを防止するなど、品質、生産性およびコストメリットなどの点から満足できるモールドパウダーを用いた鋼の連続鋳造方法を提供することである。

発明者は、鋭意研究したところ、上記の（１）鋳片に発生する割疵を防止するためには、初期凝固の均一化、さらに鋳型内の熱流束の低減のために初期凝固シェルの緩冷却化および鋳型銅板と初期凝固シェル間のスラグフィルムが結晶化しやすいモールドパウダーとすることであり、このためにはモールドパウダーの高Ｃ／Ｓ化および高凝固温度化が重要であることを見出し、さらに、上記の（２）鋳造安定性を向上して鋳片凝固シェルのブレークアウトを防止するためには、鋳型と初期凝固シェル間の潤滑性の向上、スラグフィルムの結晶晶出性の低減とスラグベアの生成の防止、モールドパウダーの低Ｃ／Ｓ化および低凝固温度化が重要であることを見出たものである。すなわち、スラグフィルムを網目構造がなるべく分断されていない低塩基度の組成とすると、上記の（２）におけるスラグフィルムの結晶が晶出しにくくなる。一方、これに反し、ＣａＯ／ＳｉＯ₂において網目修飾酸化物（ネットワークモディファイヤー）であるＣａＯの割合を高めて高塩基度化すると、ＣａＯによってガラス性の網目構造が分断されて結晶が晶出しやすくなる。

そこで、上記（１）の鋳片の割疵の防止と（２）の鋳造安定性の向上による凝固シェルのブレークアウトの防止の両方を満足するためには、モールドパウダー特性に対して矛盾するこれらの（１）および（２）の要求の妥協点を探す必要がある。ところで、通常、連続鋳造中には１種類のモールドパウダーしか用いないため、１種類のモールドパウダーでこれらの（１）と（２）の役割を担っている。

本発明では、２種類のモールドパウダーを使い分けることによって、それぞれのモールドパウダーで役割分担し、（１）の鋳片の割疵の防止と（２）の鋳造安定性の効果を高めることを狙いとする方法である。

すなわち、上記の課題を解決するための本発明の手段は、緩冷却特性に優れ結晶晶出性の高い下記の連続鋳造用モールドパウダーＡを用いて連続鋳造を開始し、固着フィルム層を形成した後、さらに、潤滑性に優れガラス性の高い下記の連続鋳造用モールドパウダーＢに切り替えて鋳造を継続することを特徴とする連続鋳造方法である。このうち、連続鋳造用モールドパウダーＡは、溶融スラグの化学組成のうち、総Ｃａ量をＣａＯ量に換算したＴ・ＣａＯ質量％とＳｉＯ₂質量％の比（Ｔ・ＣａＯ）／（ＳｉＯ₂）の値が０．８〜２．０、フッ素含有量が３．５〜１０質量％、１３００℃における粘度が０．４〜３Ｐａ・ｓである。さらに、連続鋳造用モールドパウダーＢは、溶融スラグの化学組成のうち、総Ｃａ量をＣａＯ量に換算したＴ・ＣａＯ質量％とＳｉＯ₂質量％の比（Ｔ・ＣａＯ）／（ＳｉＯ₂）の値が０．２５〜０．８、１３００℃における粘度が０．２〜１．５Ｐａ・ｓである。

本発明の手段の連続鋳造用のモールドパウダーを使用することで、鋳片の割疵である表面疵が少なく品質良好で、さらに鋳造安定性が高く、凝固シェルにブレークアウトを生起することなく連続鋳造片を得ることができ、その結果、モールドパウダー中のフッ素使用量を大幅に低減することができて耐火物のフッ素の浸食による溶損が減少でき、かつ、フッ素による水質汚染などの環境汚染の少ない連続鋳造が実施できるなど、本発明は従来にない優れた効果を奏するものである。

以下に図面および表を参照して本発明の実施の形態について説明する。この本発明の方法が適応しうる鋼種と製造工程について説明する。先ず、鋼種としては、０．１〜１％Ｃ程度の普通鋼や、例えばＳ１０ＣやＳ５０Ｃ等の機械構造用炭素鋼、ＳＭｎ４２０、ＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４３５、ＳＮＣＭ４２０などの機械構造用合金鋼や、さらにはこれらの機械構造用鋼にＰｂ、Ｖ、Ｎｂなどを含有する例えばＳＣＭ４１５ＬやＳ５０ＣにＶを添加した鋼などの高割れ感受性の鋼に適用でき、その効果が大である。これらの鋼種における製造工程としては、先ず、結晶晶出性の高い高塩基性のモールドパウダーＡで鋳造を開始することで、鋳型内の溶鋼のメニスカスの近傍の表面に結晶の晶出したスラグフィルム層を形成し、このスラグフィルムの結晶を晶出させた固着層でメニスカス近傍の溶鋼の冷却の均一化を図る。これらが達成されると、次いで、潤滑特性を重視したガラス性の高いモールドパウダーＢに切り替えて連続鋳造を確保し、表面欠陥の少ない高品質の鋳片を引抜き中にブレークアウトすることなく形成する。

そこで、本発明におけるモールドパウダーの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）について説明する。先ず、モールドパウダーの塩基度はモールドパウダーＡ、モールドパウダーＢのそれぞれについて結晶化特性の指標として範囲を設定した。これらにおいて、結晶が晶出しやすいものはモールドパウダーＡとして適しており、結晶が晶出しにくく非晶質の潤滑層を形成しやすいものは、モールドパウダーＢとして適している。

ところで、モールドパウダー成分のフッ素は、スラグフィルム中に晶出する主結晶であるカスピダイン（Ｃｕｓｐｉｄｉｎｅ、３ＣａＯ・２ＳｉＯ₂・ＣａＦ₂）を構成する重要な元素である。したがって、図１に示すように、溶鋼表面の固着層の結晶晶出を重視するモールドパウダーＡは必ずフッ素を含有しなければならない。フッ素が少なすぎると晶出特性が低下するので問題である。多すぎると粘度が下がりすぎることと、環境面（水質汚染）や耐火物の溶損（フッ素が多いと浸食反応速度が高くなる）で問題である。一方、モールドパウダーＢは結晶の晶出を考えなくて良いので、フッ素添加の必要はない。なお、図１はスラグフィルムの断面を模式的に示すスラグフィルムの断面図を示し、図１において鋳型銅板側である左側の白っぽい部分はモールドパウダーＡからカスピダインを晶出した結晶質の固着層で、凝固シェル側である右側の黒っぽい部分はモールドパウダーＢからなる非晶質の潤滑層である。この非晶質の部分の厚みは１〜２ｍｍ程度であるが、その厚みの大部分は鋳型銅板による強冷却を受けて固着したままとなっており、液体潤滑して鋳片に引きずられて一緒に鋳造方向の下方に降下していく厚みは、鋳片側の１００μｍ程度である。

モールドパウダーの粘度はスラグフィルムの厚みへの影響が大きい。粘度が高いほど凝固シェル−銅板間へのスラグフィルムの流入層の厚みが大きくなる。粘度が低すぎるとスラグフィルムの厚みが薄くなり、鋳型表面の固着層も薄くなるため、モールドパウダーをモールドパウダーＡからモールドパウダーＢに切り替えた後に、固着層が浸食されたり脱落して無くなってしまったりする問題が起こる。一方、粘度が高すぎると、凝固シェル表面と接するスラグフィルムの粘度が高いことによる凝固シェルに働く摩擦が大きくなり、潤滑性が低下するために安定鋳造が困難となる。

実施例として、ＪＩＳ規定のＳＣｒ４２０Ｌ鋼を、表１のパウダー組成および物性値にモールドパウダーＡとして示すモールドパウダー１〜５のいずれか１種を用いて、鋳造速度０．５０ｍ／ｍｉｎで連続鋳造を開始し、１０分経過後に表１にモールドパウダーＢとして示すもールドパウダー１０〜１４のいずれか１種に切り替え継続して、連続鋳造を行って鋳片を得た。この場合、得られた鋳片には、表面の割疵である鋳片疵の発生は無く、図２の縦軸にモールドパウダー（Ｂ）として使用した場合のパウダー番号を、横軸にモールドパウダー（Ａ）として使用した場合のパウダー番号を付して示す鋳片疵と鋳造安定性の領域をパターン化したグラフ、に示すように、鋳片疵の評価は〇であり、さらに鋳型銅板の測温によるブレークアウト予知シグナルの検出頻度から評価した鋳造安定性の評価も〇であった。なお、表１の粘度は１３００℃の値である。

なお、図２は、上記の実施例の他に比較例を示したものであり、図２では、モールドパウダーＡとしてパウダー１〜５、パウダー６〜９、パウダー１０〜１４、パウダー１５〜１８をそれぞれ使用して鋳造を開始し、１０分経過後にモールドパウダーＢとしてパウダー１〜５、パウダー６〜９、パウダー１０〜１４、パウダー１５〜１８をそれぞれ使用して連続鋳造して鋳片を得た。それらの結果を、疵取り手入れの程度で鋳片疵を評価して、〇で発生疵なし、△で発生疵あるが手入れすれば使用可能、×で屑落とし処置を必要とする大きな疵発生ありを示し、さらに、鋳型銅板の測温によるブレークアウト予知シグナルの検出頻度から鋳造安定性を評価して、〇でブレークアウトの予知の検出なし、△で検出頻度５％未満、×で検出頻度５％以上を示した。図２において、鋳片疵および鋳造安定性の両者共に〇であったのは、上記したように、モールドパウダーＡとして表１に示すパウダー１〜５のいずれか１種を用い、続いてモールドパウダーＢとして表１に示すパウダー１０〜１４のいずれか１種に切り替えて使用する実施例のもののみであった。

上記の実施例はＪＩＳ規定のＳＣｒ４２０Ｌ鋼の連続鋳造におけるものであるが、本願の発明に係るモールドパウダーによる方法は、上記のＳＣｒ４２０Ｌ鋼以外に、０．１〜１％Ｃ程度の、例えばＪＩＳ規格のＳ１０ＣやＳ５０Ｃなどの普通鋼やその他の機械構造用炭素鋼や、ＳＭｎ４２０、ＳＣＭ４３５、ＳＮＣＭ４２０などの機械構造用合金鋼に、Ｐｂ、Ｖなどを添加して有する鋼などの高割れ感受性の鋼の連続鋳造にも適用できる。

さらに、他の実施例として、０．１〜１％Ｃ程度の、例えばＪＩＳ規格のＳ１０ＣやＳ５０Ｃなどの普通鋼やその他の機械構造用炭素鋼や、ＳＭｎ４２０、ＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４３５、ＳＮＣＭ４２０などの機械構造用合金鋼からなる鋼、この場合は上記の実施例１の場合とことなりＰｂ、Ｖ、Ｎｂなどを含有しない鋼の連続鋳造にも適用できる。この実施例２の縦軸にモールドパウダー（Ｂ）として使用した場合のパウダー番号を、横軸にモールドパウダー（Ａ）として使用した場合のパウダー番号を付して示す鋳片疵と鋳造安定性の領域をパターン化したグラフを図３に示す。この図３に示すように、Ｐｂ、Ｖ、Ｎｂなどを含有しない鋼であっても、モールドパウダーＡとしてパウダー１〜５、パウダー６〜９、パウダー１０〜１４、パウダー１５〜１８をそれぞれ使用して鋳造を開始し、１０分経過後にモールドパウダーＢとしてパウダー１〜５、パウダー６〜９、パウダー１０〜１４、パウダー１５〜１８をそれぞれ使用して連続鋳造して鋳片を得た。それらの結果を、疵取り手入れの程度で鋳片疵を評価して、〇で発生疵なし、△で発生疵あるが手入れすれば使用可能、×で屑落とし処置を必要とする大きな疵発生ありを示し、さらに、鋳型銅板の測温によるブレークアウト予知シグナルの検出頻度から鋳造安定性を評価して、〇でブレークアウトの予知の検出なし、△で検出頻度５％未満、×で検出頻度５％以上を示した。

図３において、鋳片疵および鋳造安定性の両者共に〇であったのは、モールドパウダーＡとして表１に示すパウダー１〜５のいずれか１種を用い、続いてモールドパウダーＢとして表１に示すパウダー１０〜１４のいずれか１種に切り替えて使用する実施例のもののみであった。図２と異なり、図３においては、パウダーＡがパウダーＮｏ．１〜５でパウダーＢがパウダーＮｏ．１〜５のものは鋳片疵が〇となり、さらにパウダーＡがパウダーＮｏ．１〜５でパウダーＢがパウダーＮｏ．１０〜１４のものは鋳造安定性が〇となりやや改善されている。これは、図３はＰｂやＶを含有しない鋼種を対象とした結果であり、図２はＰｂやＶを含有する鋼種を対象とした結果のためである。一般的に、ＰｂやＶを含有する鋼種は、含有しない鋼種に比較して表面疵が発生しやすく、鋳造安定性も劣る傾向がある。

以上実施例１および実施例２に示すように、本発明では、モールドパウダー中のフッ素使用量を大幅に低減することができ、耐火物のフッ素の浸食による溶損が減少でき、さらにフッ素の使用による水質汚染などの環境汚染を少なくして連続鋳造が実施できた。

鋳型銅板側とシェル側の間のスラグフィルムの断面を示す模式図である。実施例１の鋳片疵と鋳造安定性の領域をパターン化したグラフである。実施例２の鋳片疵と鋳造安定性の領域をパターン化したグラフである。

符号の説明

１固着層（結晶質）
２潤滑層（非晶質）
３鋳造方向
４鋳型銅板側
５シェル側

Claims

溶融状態からシェル−モールド銅板間に流入して銅板に固着する過程で結晶を晶出する連続鋳造用モールドパウダー（Ａ）にて連続鋳造を開始し、モールドパウダー（Ａ）にてモールドと鋳片の界面に固着フィルム層を形成後、連続鋳造鋳型内での冷却条件による冷却過程では結晶を晶出しない連続鋳造用モールドパウダー（Ｂ）に切り替えて鋳造を継続することを特徴とする連続鋳造方法。
請求項１に記載した連続鋳造用モールドパウダーが、モールドパウダー（Ａ）は、溶融スラグの化学組成のうち、総Ｃａ量をＣａＯ量に換算したＴ・ＣａＯ質量％とＳｉＯ₂質量％の比（Ｔ・ＣａＯ）／（ＳｉＯ₂）の値が０．８〜２．０、フッ素含有量が３．５〜１０質量％、１３００℃における粘度が０．４〜３Ｐａ・ｓであり、一方、モールドパウダー（Ｂ）は、溶融スラグの化学組成のうち、総Ｃａ量をＣａＯ量に換算したＴ・ＣａＯ質量％とＳｉＯ₂質量％の比（Ｔ・ＣａＯ）／（ＳｉＯ₂）の値が０．２５〜０．８、１３００℃における粘度が０．２〜１．５Ｐａ・ｓであることを特徴とする連続鋳造方法。