JP6875648B2

JP6875648B2 - モールドパウダー

Info

Publication number: JP6875648B2
Application number: JP2019192884A
Authority: JP
Inventors: 枝里香中谷; 正典岡田
Original assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Current assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Priority date: 2019-10-23
Filing date: 2019-10-23
Publication date: 2021-05-26
Anticipated expiration: 2039-10-23
Also published as: JP2021065906A

Description

本開示は、鋼の連続鋳造に好適なモールドパウダーに関する。

鋼の連続鋳造とは、溶鋼を連続鋳造機のモールドに流し込んで冷却、凝固させながら、凝固したシェル（凝固シェル）をモールドの下方向に引き抜くことを連続的に行うことにより、鋼を連続的に鋳造することをいう。モールド内の溶鋼の表面には、粉末状又は顆粒状のモールドパウダーが投入される。モールドパウダーは溶鋼の熱によって溶融し（以下、溶融状態のモールドパウダーを「溶融スラグ」とよぶ。）、溶融スラグは凝固シェルとモールドの間に流入して消費される。この間のモールドパウダーの主な役割は（１）溶鋼表面の保温及び酸化防止、（２）溶鋼から浮上する非金属介在物の吸収及び溶鋼の清浄化、（３）凝固シェルとモールドの間の潤滑の保持、（４）凝固シェルからモールドへの熱流束の制御等である。

溶融スラグが凝固シェルとモールドの間に流入する駆動力は、モールドのオシレーション（振動）、凝固シェルの引き抜きによる引き込み及び溶融スラグの自重であるが、高品質な鋳片の連続鋳造の安定操業に資するには、特に、以下の要件１〜３を高度に調和させる必要がある。
（要件１）凝固シェルとモールドの間の潤滑を保つこと
（要件２）粘度と界面張力を適切に保ち、溶鋼に巻き込まれないこと
（要件３）凝固シェルからモールドへの熱流束を制御し、適切な冷却速度を保つこと

特許文献１には、モールドパウダーは高粘度であっても、低表面張力にすることでモールドとシェル間の隙間に流入しやすくなること、Ｋ_２Ｏが表面張力を大きく低下させる効果があること、鋼の連続鋳造用モールドパウダーにＫ_２Ｏを配合することにより、高粘度と低表面張力を両立できることが記載されている。

Ｋ_２Ｏ原料（カリウム原料）としては、炭酸カリウム（Ｋ_２ＣＯ_３）、カリウム長石（ＫＡｌＳｉ_３Ｏ_８）、硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）、フッ化カリウム（ＫＦ）等が知られている。

特開２０１９−０６９４６２号公報

炭酸カリウムは安価、安全であり、また、高純度品を得やすい点で好適である。しかし、炭酸カリウムは潮解性を有し、空気中の水分を吸収して液状化する。その結果、炭酸カリウムを含むモールドパウダーは、製造過程で原料ホッパー、ミキサー又は輸送経路等に付着するという問題がある。また、水を添加して造粒されると、乾燥工程で乾燥しにくいという問題がある。保管中に水分を吸収しやすいという問題もある。さらに、吸湿した炭酸カリウムを含むモールドパウダーが溶鋼の表面に投入されると、吸湿した炭酸カリウムの脱水吸熱反応によりモールドパウダーの溶融性状を悪化させるとともに、溶鋼の表面を冷やし、鋼の品質に悪影響を与えるという問題もある。炭酸カリウムは強力な酸化剤であるため、溶鋼の表面に投入されると溶鋼を再酸化するという問題もある。

カリウム長石は吸湿性を有しない点で好適である。しかし、カリウム長石はＫ_２Ｏの含有量が少なく、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が多いため、Ｋ_２Ｏの必要量を確保するために多くのカリウム長石を添加すると、高Ａｌ_２Ｏ_３のモールドパウダーしか設計できないという問題がある。

硝酸カリウムも吸湿性を有しない点で好適である。しかし、モールドパウダーの原料としては融点が低すぎること、強力な酸化作用もあることから、硝酸カリウムを含むモールドパウダーが溶鋼の表面に投入されると、激しく反応してモールドパウダーの溶融性状を悪化させるとともに、炭酸カリウムと同様、溶鋼を再酸化するという問題がある。

フッ化カリウムは酸素を含まないため、溶鋼の表面に投入されても溶鋼を再酸化させない点で好適である。しかし、フッ化カリウムは潮解性を有し、空気中の水分を吸収して液状化する。その結果、フッ化カリウムを含むモールドパウダーは、炭酸カリウムと同様、製造過程でミキサー等に付着したり、溶鋼の表面に投入されると溶融性状を悪化させ、鋼の品質に悪影響を与えるという問題がある。

本開示は上記実状を鑑みてなされたものであり、その目的は、カリウム原料が吸湿性を有せず、また、溶鋼の表面に投入される際にモールドパウダーの溶融性状を悪化させないとともに、溶鋼を再酸化させないため、安定した鋼の連続鋳造が可能なモールドパウダーを提供することである。

（１）本開示の態様は、副成分としてカリウム原料を含み、カリウム原料がフッ化アルミニウムカリウム錯塩を含むことを特徴とするモールドパウダーに関する。フッ化アルミニウムカリウム錯塩は吸湿性を有しない。したがって、副成分としてカリウム原料を含み、カリウム原料がフッ化アルミニウムカリウム錯塩を含むモールドパウダーは、製造過程や保管中の吸湿の問題を生じにくい。さらに、フッ化アルミニウムカリウム錯塩は分子式がＡｌＦ_ｎＫ_{（ｎ−３）}（ｎ＝４，５，６）で表され、酸素を含まないため、溶鋼表面に投入される際にモールドパウダーの溶融性状を悪化させないとともに、溶鋼を再酸化させない。また、フッ化アルミニウムカリウム錯塩は他のカリウム原料よりも比較的Ｋ_２Ｏの含有量が多く、Ｋ_２Ｏの含有量に対してＡｌ_２Ｏ_３の含有量が少ない。したがって、比較的Ａｌ_２Ｏ_３が少ないモールドパウダーの設計も容易である。以上より、このモールドパウダーを用いると安定した鋼の連続鋳造が可能である。なお、モールドパウダーの設計は一般に酸化物で行うため、酸化物以外の成分は酸化物に換算する。以下、同様。

（２）本開示の態様では、カリウム原料はフッ化アルミニウムカリウム錯塩からなることが好ましい。カリウム原料がフッ化アルミニウムカリウム錯塩からなるため、吸湿性を有せず、製造過程や保管中の吸湿の問題がさらに生じにくい。また、比較的Ｋ_２Ｏの含有量がさらに多く、かつ、Ｋ_２Ｏの含有量に対してＡｌ_２Ｏ_３の含有量がさらに少ない。したがって、比較的Ａｌ_２Ｏ_３がさらに少ないモールドパウダーの設計が容易である。このモールドパウダーを用いると、さらに安定した鋼の連続鋳造が可能である。

以下、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本開示の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成のすべてが本開示の解決手段として必須であるとは限らない。

本実施形態のモールドパウダーは、副成分としてカリウム原料を含み、カリウム原料がフッ化アルミニウムカリウム錯塩を含む。

＜主成分＞
モールドパウダーは一般に主成分としてＳｉＯ_２とＣａＯを含む。主成分の原料としては、一般にモールドパウダーに用いられるものであれば特に制限はなく、ＣａＯ−ＳｉＯ_２基材原料やシリカ原料を用いることができる。ＣａＯ−ＳｉＯ_２基材原料としては、例えば、ポルトランドセメント、石灰石、生石灰、合成珪酸カルシウム、ウォラストナイト、リンスラグ、高炉スラグ、ダイカルシウムシリケート、炭酸カルシウム等のセメント類等を用いることができる。シリカ原料としては、例えば、珪砂、長石、珪石、珪藻土、パーライト、フライアッシュ、ガラス粉、シリカフューム、シリカフラワー等を用いることができる。

ＣａＯのＳｉＯ_２に対する質量比（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）は、一般にモールドパウダーに用いられるものであれば特に制限はない。

＜副成分＞
副成分として含まれるフッ化アルミニウムカリウム錯塩は吸湿性を有しない。したがって、フッ化アルミニウムカリウム錯塩を副成分として含むモールドパウダーは製造過程や保管中に吸湿の問題を生じにくい。さらに、フッ化アルミニウムカリウム錯塩は分子式がＡｌＦ_ｎＫ_{（ｎ−３）}（ｎ＝４，５，６）で表され、酸素を含まないため、溶鋼表面に投入される際にモールドパウダーの溶融性状を悪化させないとともに、溶鋼を再酸化させない。また、フッ化アルミニウムカリウム錯塩は他のカリウム原料よりも比較的Ｋ_２Ｏの含有量が多く、Ｋ_２Ｏの含有量に対してＡｌ_２Ｏ_３の含有量が少ない。したがって、比較的Ａｌ_２Ｏ_３が少ないモールドパウダーの設計も容易である。以上より、このモールドパウダーを用いると安定した鋼の連続鋳造が可能である。

カリウム原料はフッ化アルミニウムカリウム錯塩からなることが好ましい。カリウム原料がフッ化アルミニウムカリウム錯塩からなるため、吸湿性を有せず、製造過程や保管中の吸湿の問題がさらに生じにくい。また、比較的Ｋ_２Ｏの含有量がさらに多く、かつ、Ｋ_２Ｏの含有量に対してＡｌ_２Ｏ_３の含有量がさらに少ない。したがって、比較的Ａｌ_２Ｏ_３がさらに少ないモールドパウダーの設計が容易である。このモールドパウダーを用いると、さらに安定した鋼の連続鋳造が可能である。

フッ化アルミニウムカリウム錯塩はＡｌＦ_ｎＫ_{（ｎ−３）}（ｎ＝４，５，６）からなる群から選ばれる１種又は２種以上であってもよい。フッ化アルミニウムカリウム錯塩としては、市販のカリウム氷晶石（ＡｌＦ_６Ｋ_３）や四フッ化アルミン酸カリウム（ＡｌＦ_４Ｋ）を用いることができる。

モールドパウダーは副成分としてカリウム原料以外の、一般にモールドパウダーに用いられるもの、例えば、フラックス原料、炭素原料及び／又はその他の原料を含んでもよい。フラックス原料は、軟化点、粘度及び／又は結晶化温度を調整する役割を有し、例えば、フッ化ナトリウム、フッ化リチウム、氷晶石、蛍石（フッ化カルシウム）、フッ化マグネシウム等の弗化物、炭酸ナトリウム、炭酸リチウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩、ホウ酸、ホウ砂、コレマナイト等を用いることができる。炭素原料は、モールドパウダーの滓化速度を調整する役割を有し、例えば、コークス、グラファイト、カーボンブラック等を用いることができる。その他の原料としては、マグネシア、アルミナ等を用いることができる。モールドパウダーは不可避成分として微量のＦｅ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＭｎＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５、Ｓ等を含んでもよい。

モールドパウダーの形態は一般にモールドパウダーに用いられるものであれば特に制限はなく、例えば、粉末、押し出し成形顆粒、中空スプレー顆粒、撹拌造粒等を用いることができる。

以下、本開示の実施例について詳細に説明する。

［実験方法］
主成分としてＳｉＯ_２とＣａＯを含み、副成分としてカリウム原料を含むモールドパウダーを用いた。用いたカリウム原料を表１に示す。実施例１〜２はカリウム氷晶石（ＡｌＦ_６Ｋ_３）、実施例３〜４は四フッ化アルミン酸カリウム（ＡｌＦ_４Ｋ）、実施例５〜６は両者の混合物、比較例１は炭酸カリウム（Ｋ_２ＣＯ_３）、比較例２は硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）を用いた。

［評価方法］
実施例及び比較例のモールドパウダーについて、吸湿性及び溶融性状を評価した。

モールドパウダーの吸湿性は、加熱乾燥式水分計で判定した。モールドパウダーを常温、大気中で３日間放置し、水分が０．５％以下であれば良好（◎）、０．５％超１．０％以下であれば可（○）、１．０％超であれば不可（×）と評価した。

モールドパウダーの溶融性状は、高周波誘導炉で１５００℃に加熱した溶鉄の上に投入して確認した。モールドパウダーが円滑に溶融して溶融スラグが生成されれば良好（◎）、溶融過程で焼結や溶融スラグの粘り等が発生して溶融性状が悪ければ不可（×）と評価した。

総合評価は、吸湿性及び溶融性状がいずれも良好（◎）又は可（○）であれば良好（◎）、１つでも不可（×）があれば不可（×）と評価した。

［評価結果］
実施例及び比較例の評価結果を表２に示す。

カリウム原料としてフッ化アルミニウムカリウム錯塩を用いた実施例１〜６は、吸湿性は良好（◎）で吸湿は生じず、溶融性状も非常に良好（◎）で、総合評価も良好（◎）であった。したがって、実施例１〜６は安定した鋼の連続鋳造が可能である。一方、炭酸カリウムを用いた比較例１は吸湿が著しく、吸湿性は不可（×）、また、半溶融部で粘りが発生して溶融が著しく遅くなり、溶融性状は不可（×）、総合評価も不可（×）であった。硝酸カリウムを用いた比較例２は吸湿がなく、吸湿性は良好（◎）であったが、硝酸カリウムの融点が低すぎるとともに反応が激しく、溶融性状は不可（×）、総合評価も不可（×）であった。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本開示の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例はすべて本開示の範囲に含まれる。例えば、明細書において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語とともに記載された用語は、明細書のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えられることができる。また、本実施形態の製造装置等の構成及び動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形が可能である。

Claims

主成分としてＳｉＯ _２とＣａＯを含み、
副成分としてカリウム原料を含み、
前記カリウム原料がフッ化アルミニウムカリウム錯塩を含むことを特徴とするモールドパウダー。
請求項１に記載のモールドパウダーであって、
前記カリウム原料がフッ化アルミニウムカリウム錯塩からなることを特徴とするモールドパウダー。