JP6528618B2

JP6528618B2 - 鋼の連続鋳造用パウダーおよび鋼の連続鋳造方法

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Publication number: JP6528618B2
Application number: JP2015177060A
Authority: JP
Inventors: 溝口　利明; 利明溝口; 上島　良之; 良之上島
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2015-09-08
Filing date: 2015-09-08
Publication date: 2019-06-12
Anticipated expiration: 2035-09-08
Also published as: JP2017051971A

Description

本発明は、鋼の連続鋳造用パウダーおよび鋼の連続鋳造方法に関する。

鋼の連続鋳造においては、鋳型内の溶鋼表面に連続鋳造用パウダーを投入する。投入された連続鋳造用パウダーは、溶融して鋳型と凝固シェルとの間に流入する。流入したパウダーは、鋳型と凝固シェルとの間の潤滑剤として機能すると共に、鋳型と凝固シェルとの間の伝熱媒体としても機能する。

溶鋼への水素の溶解度は大きいが、凝固シェルへの水素の溶解度は小さい。従って、溶鋼中の水素含有率が高い場合には、凝固シェルから鋳型側に水素が吐き出され、鋳型と凝固シェルとの間のパウダー内に気泡として蓄積される。この気泡が溶鋼と鋳型との間の伝熱抵抗となって抜熱不良が生じ、ブレークアウトが発生しやすくなる。

この抜熱不良の問題を解決するために、連続鋳造前の溶鋼を脱ガス処理して溶鋼中の水素含有率を低くする方法が従来から用いられてきた。

また、溶鋼内の水素を連続鋳造用パウダーに吸収させて抜熱不良の問題を解決する方法が提案されている（特許文献１参照）。

特許第４１０２３２３号公報

しかしながら、本発明者が鋭意研究した結果、特許文献１は、水素を吸収する能力の高い連続鋳造用パウダーを開示するに止まっており、水素を吸収する能力が高いだけでなく、水素を効率よく吸収する組成の連続鋳造用パウダーを使用することがより望ましいという知見を得た。

本発明の主な目的は、水素を効率よく吸収して抜熱不良を防止または抑制して安定した連続鋳造ができる鋼の連続鋳造用パウダーおよび当該パウダーを使用した鋼の連続鋳造方法を提供することにある。

本発明の一態様によれば、
（１）ＣａＯおよびＳｉＯ_２を主成分とし、Ｆｅ_２Ｏ_３を０．２〜３質量％含有、ＭｎＯ_２を０．２〜３質量％含有、またはＦｅ_２Ｏ_３およびＭｎＯ_２の両方を０．２〜３質量％含有し、Ｆｅ_２Ｏ_３またはＭｎＯ_２と発熱反応を起こす発熱材を０質量％〜０．１質量％含有する鋼の連続鋳造用パウダーが提供される。

（２）（１）の鋼の連続鋳造用パウダーであって、好ましくは、前記発熱材は、Ｃａ、Ａｌ、ＳｉおよびＭｇからなる群より選択される少なくとも一つの元素またはＣａ、Ａｌ、ＳｉおよびＭｇからなる群より選択される少なくとも２つの元素の合金である。

（３）（１）または（２）の鋼の連続鋳造用パウダーであって、好ましくは、ＣａＯの質量含有率とＳｉＯ_２の質量含有率との比が１．２５〜１．８である。

（４）（１）から（３）までのいずれかの鋼の連続鋳造用パウダーであって、好ましくは、Ｆｅ_２Ｏ_３およびＭｎＯ_２の粒径が４５〜２１２μｍである。

（５）（１）から（４）までのいずれかの鋼の連続鋳造用パウダーであって、好ましくは、１３００℃における粘度が０．０５〜０．２パスカル秒である。

（６）（１）から（５）までのいずれかの鋼の連続鋳造用パウダーであって、好ましくは、凝固温度が１２００〜１２７０℃である。

本発明の他の態様によれば、
（７）（１）〜（６）のいずれかのパウダーを使用して鋼の連続鋳造を行う鋼の連続鋳造方法が提供される。

（８）（７）の鋼の連続鋳造方法であって、好ましくは、溶鋼中の水素濃度が７質量ｐｐｍ以上である。

（９）（７）または（８）の鋼の連続鋳造方法であって、好ましくは、鋳造速度が１．０〜２．５ｍ／ｍｉｎである。

本発明によれば、水素を効率よく吸収して抜熱不良を防止または抑制して安定した連続鋳造ができる鋼の連続鋳造用パウダーおよび当該パウダーを使用した鋼の連続鋳造方法が提供される。

図１は、本発明の好ましい実施の形態の鋼の連続鋳造方法を説明するための概略縦断面図である。

以下、好ましい実施の形態について説明する。

図１を参照すれば、連続鋳造用の鋳型６内に溶鋼１を流し込むと、凝固シェル２が形成され、鋳型６と凝固シェル２との間には隙間７が形成される。隙間７には、溶鋼１の表面上に添加され溶融した連続鋳造用パウダー５が流れ込み、鋳型６と接触した部分は固まってパウダー固層４となり、パウダー固層４と凝固シェル２の間には、溶融した連続鋳造用パウダー５からなる液体のパウダー溶融フィルム３が形成される。パウダー溶融フィルム３は、鋳型６と凝固シェル２との間の潤滑剤として機能する。また、鋳型６と凝固シェル２との間の連続鋳造用パウダー５は、鋳型６と凝固シェル２との間の伝熱媒体としても機能する。

実施の形態の連続鋳造用パウダー５は、ＣａＯおよびＳｉＯ_２を主成分とし、Ｆｅ_２Ｏ_３を０．２〜３質量％含有、ＭｎＯ_２を０．２〜３質量％含有、またはＦｅ_２Ｏ_３およびＭｎＯ_２の両方を０．２〜３質量％含有し、Ｆｅ_２Ｏ_３またはＭｎＯ_２と発熱反応を起こす発熱材を０質量％〜０．１質量％含有している。

溶鋼１への水素の溶解度は大きいが、凝固シェル２への水素の溶解度は小さい。従って、溶鋼１中に溶解していた水素は、溶鋼１が凝固して凝固シェル２となると、凝固シェル２からパウダー溶融フィルム３中に吐き出される。連続鋳造用パウダー５は、Ｆｅ_２Ｏ_３およびＭｎＯ_２の少なくとも一方を含有しているので、パウダー溶融フィルム３中に吐き出された水素（Ｈ）は、式（１）または（２）に示すように、ＯＨ⁻となって、パウダー溶融フィルム３中に吸収される。
１２Ｈ＋２（Ｆｅ_２Ｏ_３）＋６（Ｏ^２−）＝１２（ＯＨ⁻）＋４Ｆｅ（１）
４Ｈ＋（ＭｎＯ_２）＋２（Ｏ^２−）＝４（ＯＨ⁻）＋Ｍｎ（２）

Ｆｅ_２Ｏ_３およびＭｎＯ_２は、溶鋼中に溶解していた水素（Ｈ）との反応を促進して、パウダー溶融フィルム３への水素（Ｈ）の吸収を促進する補助剤として機能する。

Ｆｅ_２Ｏ_３およびＭｎＯ_２が存在しないと、式（３）に示すように、水素（Ｈ）は水素ガスとなり、パウダー溶融フィルム３に吸収されず、気泡となって存在する。
２Ｈ＝Ｈ_２（ｇ）（３）
その結果、水素ガスの気泡は、鋳型６と溶鋼１との間の伝熱抵抗となって鋳型６が溶鋼１から熱を奪いにくくなって抜熱不良が生じ、ブレークアウトが発生しやすくなる。

連続鋳造後に、ＯＨ⁻を含むパウダー溶融フィルム３を採取し、加熱して、パウダー溶融フィルム３から放出されるガスを解析すると、水蒸気が観測される。パウダー溶融フィルム３を加熱すると、取り込まれたＯＨ⁻が水蒸気として放出される。

連続鋳造用パウダー５は、Ｆｅ_２Ｏ_３を０．２〜３質量％含有するか、ＭｎＯ_２を０．２〜３質量％含有するか、またはＦｅ_２Ｏ_３およびＭｎＯ_２の両方を合わせて０．２〜３質量％含有することが好ましい。Ｆｅ_２Ｏ_３が０．２質量％未満、ＭｎＯ_２が０．２質量％未満、またはＦｅ_２Ｏ_３およびＭｎＯ_２の両方を合わせて０．２質量％未満だと水素（Ｈ）がパウダー溶融フィルム３に吸収されきれず、気泡が生成するため、抜熱不良によるブレークアウトが発生しやすくなる。一方、鋼中にはＡｌが必ず含まれており、Ｆｅ_２Ｏ_３やＭｎＯ_２が存在すると、Ａｌと反応してＡｌ_２Ｏ_３を形成する。連続鋳造用パウダー５が、Ｆｅ_２Ｏ_３を３質量％を超えて、ＭｎＯ_２を３質量％を超えて、またはＦｅ_２Ｏ_３およびＭｎＯ_２の両方を合わせて３質量％を超えて含有していると、溶鋼中のＡｌ_２Ｏ_３が増加して、鋼板の表面にＡｌ_２Ｏ_３性の欠陥が増加して好ましくない。

連続鋳造用パウダー５は、Ｆｅ_２Ｏ_３またはＭｎＯ_２と発熱反応を起こす発熱材を０質量％〜０．１質量％含有していることが好ましい。実施の形態では、Ｆｅ_２Ｏ_３またはＭｎＯ_２は、発熱のための助燃材として使用していないので、Ｆｅ_２Ｏ_３またはＭｎＯ_２と発熱反応を起こす発熱材は添加しないことが好ましい。従ってＦｅ_２Ｏ_３またはＭｎＯ_２と発熱反応を起こす発熱材は０質量％含有することが好ましい。Ｆｅ_２Ｏ_３またはＭｎＯ_２と発熱反応を起こす発熱材は０．１質量％以下含有されている場合には、連続鋳造用パウダー５は発熱して保温する効果はほとんどない。Ｆｅ_２Ｏ_３またはＭｎＯ_２と発熱反応を起こす発熱材の含有量は、０．０１質量％以下であることがより好ましい。

Ｆｅ_２Ｏ_３またはＭｎＯ_２と発熱反応を起こす発熱材は、好ましくは、Ｃａ、Ａｌ、ＳｉおよびＭｇからなる群より選択される少なくとも一つの元素またはＣａ、Ａｌ、ＳｉおよびＭｇからなる群より選択される少なくとも２つの元素の合金である。発熱材は、Ｃａ、Ａｌ、ＳｉおよびＭｇのうちのいずれか一つでもよく、Ｃａ、Ａｌ、ＳｉおよびＭｇのうちの２つ以上を含んでいてもよく、Ｃａ、Ａｌ、ＳｉおよびＭｇのうちの任意の２つの元素の合金、Ｃａ、Ａｌ、ＳｉおよびＭｇのうちの任意の３つの元素の合金、Ｃａ、Ａｌ、ＳｉおよびＭｇの合金でもよい。

連続鋳造用パウダー５は、ＣａＯの質量含有率とＳｉＯ_２の質量含有率との比（ＣａＯの質量含有率／ＳｉＯ_２の質量含有率）、すなわち塩基度が１．２５〜１．８であることが好ましい。塩基度がこの範囲であると、高い水素吸収能の連続鋳造用パウダー５が得られる。

連続鋳造用パウダー５は、Ｆｅ_２Ｏ_３およびＭｎＯ_２の粒径が４５〜２１２μｍであることが好ましい。粒径がこの範囲であると、Ｆｅ_２Ｏ_３およびＭｎＯ_２が連続鋳造用パウダー５中に均一に分散して、均一に溶解する。

連続鋳造用パウダー５は、１３００℃における粘度が０．０５〜０．２パスカル秒（Ｐａ・ｓ）（０．５〜２．０ポアズ）であることが好ましい。粘度が０．０５パスカル秒未満だと溶鋼メニスカス８で溶融した連続鋳造用パウダー５の巻込みが発生して、表面欠陥に繋がる。一方、０．２パスカル秒を超えると溶融した連続鋳造用パウダー５の隙間７への流入不足が発生して、鋳型６と凝固シェル２が溶着して発生する拘束性ブレークアウトが発生しやすくなる。

連続鋳造用パウダー５は、凝固温度が１２００〜１２７０℃であることが好ましい。凝固温度が１２００℃未満であると連続鋳造用パウダー５がガラス化しやすくなり、一般的に知られる結晶化による緩冷却効果が得られず表面割れが発生し、また、凝固温度１２７０℃を超えると、溶融した連続鋳造用パウダー５の隙間７への流入不足が発生して、鋳型６と凝固シェル２が溶着して発生する拘束性ブレークアウト検知が頻発する。凝固温度は、連続鋳造用パウダー５を一定冷速で冷却後、結晶析出により粘度が急に増大する温度である。

連続鋳造用パウダー５を使用して鋼の連続鋳造を行う鋼の連続鋳造方法は、溶鋼中の水素濃度が７質量ｐｐｍ以上である場合に、溶鋼中の水素を連続鋳造用パウダー５に効果的に吸収させることができる。

連続鋳造用パウダー５を使用して鋼の連続鋳造を行う鋼の連続鋳造方法では、生産性を低下させることなく鋳造するためには鋳造速度が１．０〜２．５ｍ／ｍｉｎであることが好ましい。実施の形態の連続鋳造用パウダー５は溶鋼中の水素を効率よく吸収するので、鋳造速度を大きくしてパウダー溶融フィルム３の厚さが小さくなっても、溶鋼中の水素を効率よく吸収して、ブレークアウトを防止できる。従って、鋳造速度を比較的大きくしてもブレークアウトなく鋼の連続鋳造を行うことができる。鋳造速度が１．０〜２．５ｍ／ｍｉｎの範囲で鋼の連続鋳造を行うと、ブレークアウトすることなく、しかも生産性が高く鋼の連続鋳造を行うことができる。鋳造速度が２．５ｍ／ｍｉｎを超えると、溶融した連続鋳造用パウダー５の隙間７への流入不足が発生して、鋳型６と凝固シェル２が溶着して発生する拘束性ブレークアウト検知が頻発した。

連続鋳造用パウダーおよびそれを使用した連続鋳造方法の効果を確認するために、下記のとおりの試験を行った。その結果を表１、表２に示す。

表１、表２に示す組成、塩基度、粒径、粘度、凝固温度の連続鋳造用パウダーを使用して、３００ｔ／チャージの転炉から出鋼され、脱ガス処理工程を経ず二次精錬され、表１、表２に示す水素濃度の溶鋼を、幅９００〜１６００ｍｍ、厚さ２５０ｍｍの鋳型内にて、表１、表２に示す鋳造速度で連続鋳造し、ブレークアウトの有無を判定した。

Ｆｅ_２Ｏ_３とＭｎＯ_２の粒径はＪＩＳ規格の篩を使って所望の範囲内とした。連続鋳造用パウダーの粘度は１３００℃において回転粘度計を使って測定した。同様に連続鋳造用パウダーの凝固温度は回転粘度計を使って連続冷却中に急激に粘度が増加する温度とした。溶鋼中水素濃度は、石英管サンプラーで鋳型上方から吸引した溶鋼を水冷して、５分以内にLeco社製水素分析装置で測定した。但しこの方法では採取後の水素の散逸により、実際の水素値の１/２になることが分かっているため、測定値を２倍した値を溶鋼中水素濃度とした。ブレークアウト検知の有無は、鋳型内に埋め込んだ熱電対によって得られる鋳造方向の温度変化を鋳造中にモニタリングして、鋳造方向の温度勾配が経験に基づく閾値以上になった時に、「検知有」と判断した。

表１、表２から、Ｆｅ_２Ｏ_３またはＭｎＯ_２を含有し、発熱材を含有しなかった連続鋳造用パウダーを使用した試験番号１〜２４のものは、ブレークアウトは起こらず、抜熱不良が防止できていたが、Ｆｅ_２Ｏ_３またはＭｎＯ_２を含有しなかった連続鋳造用パウダーを使用した試験番号２５〜２７のものでは、発熱材の有無に拘わらず、ブレークアウトは発生しなかったが、ブレークアウトを検知した時点で鋳造速度を下げることにより、生産性を大幅に低下させながら鋳造した。Ｆｅ_２Ｏ_３またはＭｎＯ_２を合計で３％を超えて含有した試験番号２８〜３０のものは、溶鋼中のＡｌと反応して多量のＡｌ_２Ｏ_３が生成したため、表面品位が劣位であった。Ｆｅ_２Ｏ_３またはＭｎＯ_２を含有し、発熱材が本発明を超えて含有する試験番号３１、３２は、水素が反応する前にＦｅ_２Ｏ_３またはＭｎＯ_２と発熱材が優先して反応した結果、水素が十分に吸収されず、ブレークアウト検知が発生した。Ｆｅ_２Ｏ_３またはＭｎＯ_２の粒径が本発明の範囲外であった試験番号３３、３４のものは、粒径が大きすぎても小さすぎても、使用前の粉末パウダー内で偏在してしまい、安定して十分な水素吸収が得られず、ブレークアウト検知が発生した。Ｆｅ_２Ｏ_３またはＭｎＯ_２を含有し、０．０５パスカル秒未満であった試験番号３５は、溶鋼メニスカス８で溶融した連続鋳造用パウダー５の巻込みが発生して、表面欠陥が発生した。一方、０．２パスカル秒を超えた試験番号３６では溶融した連続鋳造用パウダー５の隙間７への流入不足が発生して、鋳型６と凝固シェル２が溶着して発生する拘束性ブレークアウト検知が頻発した。Ｆｅ_２Ｏ_３またはＭｎＯ_２を含有し、凝固温度が低かった試験番号３７では、緩冷却効果が得られず表面割れが発生し、凝固温度が高かった試験番号３８では、鋳型６と凝固シェル２が溶着して発生する拘束性ブレークアウト検知が頻発した。鋳造速度が２．５ｍ／ｍｉｎを超えた試験番号３９では、水素吸収性の問題とは別に、溶融した連続鋳造用パウダー５の隙間７への流入不足が発生するため、鋳型６と凝固シェル２が溶着して発生する拘束性ブレークアウト検知が頻発した。

以上、本発明の種々の典型的な実施の形態および実施例を説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態および実施例に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。

１溶鋼
２凝固シェル
３パウダー溶融フィルム
４パウダー固層
５連続鋳造用パウダー
６鋳型
７隙間
８溶鋼メニスカス

Claims

ＣａＯおよびＳｉＯ_２を主成分とし、Ｆｅ_２Ｏ_３を０．２〜３質量％含有、ＭｎＯ_２を０．２〜３質量％含有、またはＦｅ_２Ｏ_３およびＭｎＯ_２の両方を０．２〜３質量％含有し、Ｆｅ_２Ｏ_３またはＭｎＯ_２と発熱反応を起こす発熱材を０質量％超え０．１質量％以下含有し、
前記発熱材は、Ｃａ、Ａｌ、ＳｉおよびＭｇからなる群より選択される少なくとも一つの元素またはＣａ、Ａｌ、ＳｉおよびＭｇからなる群より選択される少なくとも２つの元素の合金である鋼の連続鋳造用パウダー。
ＣａＯおよびＳｉＯ _２を主成分とし、ＭｎＯ _２を０．２〜３質量％含有、またはＦｅ _２Ｏ _３およびＭｎＯ _２の両方を０．２〜３質量％含有し、Ｆｅ _２Ｏ _３またはＭｎＯ _２と発熱反応を起こす発熱材を０質量％〜０．１質量％含有し、
前記発熱材は、Ｃａ、Ａｌ、ＳｉおよびＭｇからなる群より選択される少なくとも一つの元素またはＣａ、Ａｌ、ＳｉおよびＭｇからなる群より選択される少なくとも２つの元素の合金である鋼の連続鋳造用パウダー。
ＣａＯの質量含有率とＳｉＯ_２の質量含有率との比が１．２５〜１．８である請求項１または２記載の鋼の連続鋳造用パウダー。
Ｆｅ_２Ｏ_３およびＭｎＯ_２の粒径が４５〜２１２μｍである請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の鋼の連続鋳造用パウダー。
１３００℃における粘度が０．０５〜０．２パスカル秒である請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の鋼の連続鋳造用パウダー。
凝固温度が１２００〜１２７０℃である請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の鋼の連続鋳造用パウダー。
請求項１〜６のいずれかのパウダーを使用して鋼の連続鋳造を行う鋼の連続鋳造方法。
溶鋼中の水素濃度が７質量ｐｐｍ以上である請求項７記載の鋼の連続鋳造方法。
鋳造速度が１．０〜２．５ｍ／ｍｉｎである請求項７または８記載の鋼の連続鋳造方法。