JP5168104B2

JP5168104B2 - 連続鋳造用モールドフラックス

Info

Publication number: JP5168104B2
Application number: JP2008299333A
Authority: JP
Inventors: 友一塚口
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2008-11-25
Filing date: 2008-11-25
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2028-11-25
Also published as: JP2010125457A

Description

本発明は、鋼等の連続鋳造において、溶融金属中に巻き込まれにくく、かつ環境汚染物質であるフッ素の含有量が少ないモールドフラックスに関するものである。

鋳型内に添加されたモールドフラックスは、溶融して厚さ数mm〜十数mmの溶融層を形成する。溶融したモールドフラックスは、鋳型と鋳片（凝固シェル）との間に流入し、フラックスフィルムを形成する。鋳型側のフラックスフィルムは冷やされて凝固し、結晶を晶出もしくは析出（以下、晶／析出と略す。）する。このようにして形成された結晶層は、輻射伝熱を遮蔽する等の作用により必要な緩冷却効果を発揮する。

従来、フラックスフィルム中に晶／析出する結晶として、最も一般的なカスピダイン（Cuspidine：３CaO・２SiO₂・CaF₂）やアケルマナイト（２CaO・MgO・２SiO₂）、アケルマナイトとゲーレナイト（２CaO・Al₂O₃・SiO₂）の全率固溶体メリライトなどが知られている。

これら結晶の中で、アケルマナイトやメリライトは、発明者らによる発明である特許文献１、２に開示されているように、フッ素を含まない有用な結晶である。
特開２００３−２２５７４４号公報特開２００５−４０８３５号公報

モールドフラックスはフッ素を含まない組成であっても結晶化するので、晶／析出する結晶がフッ素を含まない場合、環境汚染物質であるフッ素の含有量が少ないモールドフラックスをつくることができる。

しかしながら、フッ素はモールドフラックスの物性値のひとつである凝固温度（結晶化開始温度）を低下させる役割が大きいので、フッ素含有量が少ないモールドフラックスは凝固温度が高くなりがちで潤滑性が悪いという問題があった。

特に、メリライト結晶が晶／析出するモールドフラックスにおいては、塩基度（CaO／SiO₂）を上げてモールドフラックスの巻き込みを抑制しようとすると、フッ素濃度を高めないと凝固温度が高くなりがちで潤滑性が悪化する。

すなわち、従来の技術では、低フッ素濃度と高塩基度および潤滑性の３つを同時に満足することが難しかった。

本発明が解決しようとする問題点は、従来の技術では、低フッ素濃度と高塩基度および潤滑性の３つを同時に満足することが難しかったという点である。

本発明の連続鋳造用モールドフラックスは、
低フッ素濃度と高塩基度および潤滑性の３つを同時に満足するために
一旦溶融後凝固したモールドフラックス中に晶／析出する主たる結晶が、ゲーレナイトとアケルマナイトとの全率固溶体メリライトであり、かつメリライトに含まれるカルシウムの一部がストロンチウムに置き代わっていることで潤滑性を改善したことを最も主要な特徴としている。

本発明によれば、低フッ素濃度と高塩基度および潤滑性の３つを同時に満足させることで、環境汚染が小さく、溶鋼中に巻き込まれにくいモールドフラックスを得ることができ、幅広い鋳造条件に適用することができる。

以下、本発明を実施するための形態と共に最良の形態について、詳細に説明する。
本発明は、メリライト結晶系モールドフラックスにおいて、低フッ素濃度と高塩基度および潤滑性の３つを同時に満足し、環境汚染が小さく、溶鋼中に巻き込まれにくいモールドフラックスの幅広い鋳造条件への適用について調査・研究の結果完成したものである。

すなわち、本発明の連続鋳造用モールドフラックスは、
一旦溶融後凝固したモールドフラックス中に晶／析出する主たる結晶が、ゲーレナイトとアケルマナイトとの全率固溶体メリライトであり、かつメリライトに含まれるカルシウムの一部がストロンチウムに置き代わっていることで潤滑性を改善したことを特徴とするものである。

本発明において、「一旦溶融後凝固したモールドフラックス中に晶／析出する主たる結晶」とは、１３００℃〜１４００℃で一旦溶融した後、１〜２０℃／分の冷却速度で凝固した時に、最も多く晶／析出する結晶を言う。主たる結晶の定義は、前記凝固フラックスをＸ線回折解析に供した際のピーク強度が他の結晶の１．５倍以上ある結晶を言う。

ここで、主たる結晶がメリライトであるとき、低フッ素濃度かつ高塩基度という特性を、結晶化を阻害することなく得ることができる。さらに、メリライトに含まれるカルシウムの一部が同族元素であるストロンチウム（Sr）に置き代わることによって結晶化が抑制され、前記の特性を保持したまま潤滑性を改善することができる。

「カルシウムの一部がストロンチウムに置き代わる」とは、メリライトとしての結晶構造を維持したまま元素が置き代わることをいう。従って、Ｘ線回折パターンはゲーレナイトあるいはアケルマナイトとほとんど同じであるが、厳密に評価すると、例えばCaSrAl₂SiO₇（ゲーレナイトのCaひとつがSrに置き代わった結晶）に近いと判断される回折パターンが現れる。

本発明の連続鋳造用モールドフラックスにおける前記作用の確実性を高めるためには、SrO濃度が２〜１５mass％で、atomic％で計算した（CaO＋SrO）／SiO₂の値が０．８〜２．０、凝固温度が９５０〜１３５０℃、１３００℃における粘度が２〜２０poiseとすることが望ましい。

SrO濃度を２〜１５mass%とするのは、２mass%未満では凝固温度の降下作用が不十分だからである。一方、１５mass%を超えると凝固温度が逆に上昇する傾向に転じるからである。SrO濃度のより好ましい範囲は３〜７mass%である。

atomic％で計算した（CaO+SrO）／SiO₂の値を０．８〜２．０とするのは、この値が０．８未満であると低級酸化物であるSiO₂の活量が高くなって溶鋼に巻き込まれやすくなるからである。また、この値が２．０を超えると、凝固温度が高くなりすぎて潤滑性が悪化してしまうからである。atomic％で計算した（CaO+SrO）／SiO₂の値は、０．９５〜１．５であるとさらに好ましい。

凝固温度を９５０〜１３５０℃とするのは、凝固温度が９５０℃未満では鋳型内緩冷却に必要な結晶の晶／析出が不十分となるからである。また、凝固温度が１３５０℃を超えると、鋳型内の潤滑性が悪化するからである。凝固温度のより好ましい範囲は、１０２０〜１２６０℃である。

１３００℃における粘度を２〜２０poiseとするのは、前記粘度が２poise未満ではモールドフラックスの巻き込みが増えるからである。一方、２０poiseを超えると潤滑性が悪化するとともに、フラックスの結晶化速度が低下するからである。

また、本発明の連続鋳造用モールドフラックスにおける前記作用の確実性を高めるためには、CaO、SiO₂、SrO、Al₂O₃、MgOを除く成分の濃度和が２０mass%未満で、（K₂O＋Na₂O＋Li₂O）で表される濃度和が８mass%未満、F濃度が７mass%未満、（Al₂O₃＋MgO）で表される濃度和が６〜３０mass%とすることがより望ましい。

CaO、SiO₂、SrO、Al₂O₃、MgOを除く成分の濃度和を２０mass％未満とするのは、この濃度和が２０mass％以上になると、結晶を構成しない成分が増加して、結晶化が不安定になるからである。

また、（K₂O＋Na₂O＋Li₂O）で表される濃度和を８mass％未満とするのは、これらアルカリ金属酸化物の濃度和が８mass％以上になると、鋳型内のモールドフラックスが焼結しやすくなって不均一溶融を招くからである。この濃度和のより好ましい範囲は５mass％未満である。この濃度和の下限値は特には規定しないが、原料に含まれる不純分である０．３〜１．５mass％程度が実質的な下限値となる。

また、F濃度を７mass％未満とするのは、F濃度が大きくなると、環境汚染程度が悪化し、７mass％以上になると結晶としてカスピダインが析出しやすくなって、Sr入りメリライトの析出が不安定となるからである。F濃度の下限値は特に定めないが、凝固温度を調整する上で通常は１mass％以上添加するので、１mass％が実質的な下限値である。F濃度のより好ましい範囲は、２〜５mass％である。

また、（Al₂O₃+MgO）で表される濃度和を６〜３０mass％とするのは、この濃度和が６mass％未満ではSr入りメリライトが析出しにくくなるからである。一方、３０mass％を超えると凝固温度が高くなりすぎるからである。この濃度和のより好ましい範囲は、９〜２０mass％である。

また、本発明の連続鋳造用モールドフラックスにおける前記作用の確実性を高めるためには、B₂O₃を０．２〜５mass%含有させることがより望ましい。

B₂O₃を０．２〜５mass％含有させるのは、B₂O₃を適量含有させることによって、凝固温度が低下し潤滑性が高まるからである。B₂O₃の含有量が０．２mass％未満では、潤滑性の改善効果が認められず、５mass％を超えて添加すると、溶融フラックスの表面張力が低下して溶鋼中に巻き込まれやすくなったり、鋳片表層部にBが入って割れ性欠陥が発生しやすくなるからである。B₂O₃含有量のより好ましい範囲は、０．３〜３mass％である。

以下、本発明の効果を確認するために行った実施結果について説明する。
本発明の実施例および比較例を下記表１に示す。

表１中のＡ〜Ｃは、本発明の実施例である。ＡおよびＢは、請求項１〜３を満たす実施例であり、Ｃはさらに請求項４を満たす実施例である。

請求項１〜３の要件を満たす実施例ＡおよびＢは、連続鋳造に用いた際に、溶鋼中に巻き込まれにくい特性を有するとともにＦ濃度が低いので、環境汚染や連続鋳造機の腐食が小さく、かつ潤滑性に優れていた。特に（CaO＋SrO）／SiO₂の値が大きな実施例Ａは、溶鋼中に巻き込まれにくい特性において優れている。

実施例Ｃは、請求項１〜３に加え、さらに請求項４を満たす実施例である。実施例Ｃは、B₂O₃を除いて実施例Ｂと同等の組成であるが、添加したB₂O₃が凝固温度を下げて潤滑性を改善しているので、鋳型内で焼き付きやすい鋼種の連続鋳造に適する。

一方、表１中のＤ〜Ｆは、本発明の請求項１及び請求項２〜４の何れかの要件を満たさない比較例である。比較例ＤおよびＥは、それぞれ実施例ＡおよびＢと凝固温度が近く、何れもストロンチウムを含まないメリライトが主な結晶相となるモールドフラックスである。

比較例Ｄと実施例Ａ、比較例Ｅと実施例Ｂは、それぞれ凝固温度は近いものの、比較例ＤおよびＥはメリライト結晶中にストロンチウムを含まないので潤滑性において劣っている。

例えば、比較例Ｅと実施例Ｂは、atomic％で計算した（CaO＋SrO）／SiO₂の値はともに１．０５であり、凝固温度、粘度ともに同等である。これらモールドフラックスを完全に溶融した後、５℃／分の速度で冷却した試料をＸ線回折によって調査し、結晶の回折ピーク高さを結晶化の指標として以下に示した。

比較例Ｅ：メリライト＝８、カスピダイン＝５
実施例B：Sr入りメリライト＝８、カスピダイン＝３

比較例Ｅ、実施例Ｂともに主な結晶はメリライトあるいはSr入りメリライトであり、その回折ピーク強度も同等であった。しかしながら、その他の結晶は、比較例Ｅでは、比較的高い強度でカスピダインが検出されたのに対し、実施例Ｂでは、カスピダインの回折ピーク強度が低下した。その結果、実施例Ｂでは、結晶を構成しないガラス相の割合が高まり、潤滑性が改善された。

また、比較例Ｆはカスピダインを主な結晶として晶／析出するモールドフラックスであり、Ｆ濃度が高いので環境汚染や連続鋳造機の腐食が大きくなる。また、粘度が低いので溶鋼中に巻き込まれやすくなる。

本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

Claims

一旦溶融後凝固したモールドフラックス中に晶出若しくは析出する主たる結晶が、ゲーレナイト（Gehlenite）とアケルマナイト（Akermanite）との全率固溶体メリライト（Melilite）であり、かつメリライトに含まれるカルシウムの一部がストロンチウムに置き代わっていることで潤滑性を改善したことを特徴とする連続鋳造用モールドフラックス。
SrO濃度が２〜１５mass％で、atomic％で計算した（CaO＋SrO）／SiO₂の値が０．８〜２．０、凝固温度が９５０〜１３５０℃、１３００℃における粘度が２〜２０poiseであることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造用モールドフラックス。
CaO、SiO₂、SrO、Al₂O₃、MgOを除く成分の濃度和が２０mass%未満であり、（K₂O＋Na₂O＋Li₂O）で表される濃度和が８mass%未満、F濃度が７mass%未満、（Al₂O₃＋MgO）で表される濃度和が６〜３０mass%であることを特徴とする請求項１又は２に記載の連続鋳造用モールドフラックス。
B₂O₃を０．２〜５mass%含有していることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の連続鋳造用モールドフラックス。