JP7200594B2

JP7200594B2 - 極低炭鋼の連続鋳造用モールドパウダーおよび連続鋳造方法

Info

Publication number: JP7200594B2
Application number: JP2018196460A
Authority: JP
Inventors: 正嗣石橋; 政樹長嶋
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2018-10-18
Filing date: 2018-10-18
Publication date: 2023-01-10
Anticipated expiration: 2038-10-18
Also published as: JP2020062665A

Description

本願は、Ｃ含有量が０．００３０質量％以下である極低炭鋼の連続鋳造に用いられるモールドパウダー、および、これを用いる連続鋳造方法等を開示する。

極低炭素鋼のスラブ鋳片が熱間圧延されてコイルになる際、スラブ鋳片の表層に非金属介在物が存在していると、コイル表面に疵が生じ、それが品質上の問題となる。この非金属介在物としては、アルミナを主とした脱酸生成物のほか、連続鋳造時に鋳型内へと供給されるモールドパウダーが溶鋼中に巻き込まれることによって生じるものもある。また、熱間圧延時に酸化スケールを剥離しそこなった場合にも、コイル表面の疵の原因となる。

連続鋳造操業においては、局所的な湯面変動や鋳型内に注入された溶鋼の注入流によって形成される溶鋼流動が、パウダーと溶鋼との界面を擾乱することにより、溶融したパウダーが溶鋼中に巻き込まれる場合がある。このようにして溶鋼中に巻き込まれたパウダーは、欠陥の一因になるため、溶鋼中に巻き込まれ難いパウダーを開発することが望まれている。

連続鋳造用モールドパウダーに関する技術として、例えば特許文献１には、Ａｌ、Ｔｉの少なくとも一方を含有する鋼を連続鋳造するための連続鋳造用モールドパウダーであって、１５５０℃におけるＳｉＯ_２の活量が０．４以下である、鋼の連続鋳造用モールドパウダーが開示されている。

特開２００６－１７５４７２号公報

特許文献１に記載の技術では、１５５０℃におけるＳｉＯ_２の活量が０．４以下なので、パウダーの物性値を安定化させることが可能になると考えられる。しかしながら、この技術ではパウダーの粘度が不足しているため、溶鋼中へのパウダーの巻き込みを防止し難いという問題があった。

本願は、溶鋼中への巻き込みを抑制することが可能な、極低炭鋼の連続鋳造用モールドパウダー、および、これを用いる連続鋳造方法等を開示する。

パウダーの溶鋼中への巻き込みは、溶鋼の流動（せん断応力）が、溶融したパウダーと溶鋼との間の張力を超えた場合に発生するため、適切な粘度のパウダーを添加することにより、溶鋼中へのパウダー巻き込みを抑制することが可能になると考えられる。そこで、本発明者らは、Ｃ含有量が０．００３０質量％以下である極低炭鋼の連続鋳造時に様々な粘度のパウダーを用いる試験を行うことにより、パウダーの粘度とコイル表面における疵（以下において、単に「表面疵」と称することがある。）の発生との関係について調査した。その結果、パウダーの粘度を所定の範囲にすることにより、表面疵の発生を抑制できることを知見した。さらに、本発明者らは、表面疵の発生率を鋳造初期から末期まで確認した結果、パウダーの物性が変化した鋳造末期で発生率が高いことを知見した。それゆえ、表面疵を抑制するためには鋳造中におけるパウダーの物性変化を抑制することが有効である。本発明者らは、鋭意検討の結果、鋳型へと添加する前のパウダーの組成を最適化することにより、鋳型へと添加された後のパウダーの物性変化を抑制できることを知見した。

本発明の第１の態様は、Ｃ含有量が０．００３０質量％以下である極低炭鋼の連続鋳造に用いられるモールドパウダーであって、Ａｌ_２Ｏ_３に対するＳｉＯ_２の質量濃度比ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３が１．０未満であり、ＳｉＯ_２に対するＣａＯの質量濃度比ＣａＯ／ＳｉＯ_２が０．９～１．５であり、ＣａＯを３０質量％以上含み、凝固温度が１０００～１２００℃であり、１３００℃における粘度が１．０～２．０Ｐａ・ｓである、極低炭鋼の連続鋳造用モールドパウダーである。

ここで、「Ａｌ_２Ｏ_３に対するＳｉＯ_２の質量濃度比」とは、モールドパウダーに含まれるＡｌ_２Ｏ_３の質量濃度／モールドパウダーに含まれるＳｉＯ_２の質量濃度で表わされる比を意味する。また、「ＳｉＯ_２に対するＣａＯの質量濃度比」とは、モールドパウダーに含まれるＳｉＯ_２の質量濃度／モールドパウダーに含まれるＣａＯの質量濃度で表わされる比を意味する。

また、上記本発明の第１の態様において、さらに、ＭｇＯを０．０１質量％以上０．１質量％以下含むことが好ましい。

また、上記本発明の第１の態様において、さらに、Ｆを０．０１質量％以上４質量％以下含むことが好ましい。

また、上記本発明の第１の態様において、さらに、Ｂ_２Ｏ_３を０．０１質量％以上６質量％以下含むことが好ましい。

本発明の第２の態様は、上記本発明の第１の態様にかかる極低炭鋼の連続鋳造用モールドパウダーを用いる、極低炭鋼の連続鋳造方法である。

また、上記本発明の第２の態様において、鋳造速度が０．５～１．２ｍ／ｍｉｎであることが好ましい。

本発明によれば、溶鋼中への巻き込みを抑制することが可能な、極低炭鋼の連続鋳造用モールドパウダー、および、これを用いる連続鋳造方法を提供することができる。溶鋼中へのパウダーの巻き込みを抑制することにより、表面疵の発生を抑制することができ、取り除かれる表面疵発生部位を低減することができるので、極低炭鋼の歩留まりを向上させることが可能になる。

一実施形態に係る本発明のモールドフラックスおよび連続鋳造方法を説明する図である。ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３比と表面疵との関係を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す形態は本発明の例であり、本発明は以下に示す形態に限定されない。

図１は本発明の実施形態の一例を説明する図である。図１に示したように、本発明のパウダー１は、浸漬ノズル２を介して鋳型３へと注入された溶鋼４の表面に供給される。このようにして供給されたパウダー１は、溶鋼４からの熱供給により溶融する。不図示の冷却手段によって冷却されている鋳型３側から冷却されることによって形成された凝固殻５は、ロール６を用いて鋳型３の下方へと引き抜かれ、冷却水７によって冷却される。本発明の連続鋳造方法では、このようにして、Ｃ含有量が０．００３０質量％以下である極低炭鋼を連続鋳造する。

本発明の極低炭鋼の連続鋳造用モールドパウダーおよび連続鋳造方法について、上記の様に規定した理由および好ましい態様を、以下に説明する。

１．極低炭鋼の連続鋳造用モールドパウダー
本発明の極低炭鋼の連続鋳造用モールドパウダーは、Ａｌ_２Ｏ_３に対するＳｉＯ_２の質量濃度比ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３が１．０未満であり、ＳｉＯ_２に対するＣａＯの質量濃度比ＣａＯ／ＳｉＯ_２が０．９～１．５であり、ＣａＯを３０質量％以上含み、凝固温度が１０００～１２００℃であり、１３００℃における粘度が１．０～２．０Ｐａ・ｓである、Ｃ含有量が０．００３０質量％以下である極低炭鋼の連続鋳造に用いられるモールドパウダーである。また、本発明の極低炭鋼の連続鋳造用モールドパウダーは、さらに、ＭｇＯを０．１質量％以下、Ｆを４質量％以下、Ｂ_２Ｏ_３を６質量％以下含有することが好ましい。これらの要件を満たす本発明のパウダーによれば、溶鋼中へのパウダー巻き込みを抑制することができる。

１．１．使用対象鋼の化学組成
連続鋳造時に本発明のパウダーが用いられる、極低炭鋼の炭素含有量は、０．００３０質量％以下とする。これは、鋼板の加工性を確保するためである。連続鋳造時に本発明のパウダーが用いられる極低炭鋼の炭素含有量の下限値は特に限定されないが、成品製造という観点から、炭素含有量は０．０００１質量％以上とすることが好ましい。

１．２．パウダーの化学組成
本技術分野において、モールドパウダーの化学組成を表記する場合、モールドパウダー中に種々の化合物として存在しているＣａを酸化物（ＣａＯ）に換算して表記するのが技術常識である。同様に、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｂａ等のモールドパウダーが溶融した状態で陽イオンとなり得る元素はすべて酸化物として取り扱う。一方、Ｆ、Ｃｌ等の陰イオンとなる元素は単体の元素として取り扱う（「第５版鉄鋼便覧第１巻製銑・製鋼（一般社団法人日本鉄鋼協会）」の第４１８頁左欄第２０～２７行目等を参照）。本発明のパウダーについてもこの技術常識に則って化学組成が規定される。

１．２．１．質量濃度比ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３
鋳造中におけるパウダーの物性変化の抑制とパウダーの高粘度化とを両立するために、パウダーに含まれるＳｉＯ_２の質量濃度／パウダーに含まれるＡｌ_２Ｏ_３の質量濃度で表わされる比ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３を、１．０未満にする。比ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３は小さいほど好ましく、下限値は特に限定されないが、鋳造中のパウダー物性維持という観点から、比ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３は０．０１以上とすることが好ましい。

１．２．２．質量濃度比ＣａＯ／ＳｉＯ_２
鋳造中に反応するＳｉＯ_２を減らして鋳造中におけるパウダーの物性変化を抑制するために、パウダーに含まれるＳｉＯ_２の質量濃度／パウダーに含まれるＣａＯの質量濃度で表わされる比ＣａＯ／ＳｉＯ_２を、０．９以上にする。また、初期パウダー物性の確保という観点から、比ＣａＯ／ＳｉＯ_２を１．５未満にする。

１．２．３．ＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３
パウダー中のＳｉと鋼中のＡｌとの反応を抑制することによって、パウダーの物性変化を抑制しやすくするために、パウダー中のＳｉＯ_２含有量を３０質量％未満にすることが好ましい。一方、鋳造中のパウダー物性維持観点から、パウダー中のＳｉＯ_２含有量は０．０１質量％以上にすることが好ましい。
また、鋳造前のパウダーの粘度を高めやすくするために、パウダー中のＡｌ_２Ｏ_３含有量を１５質量％以上にすることが好ましい。一方、パウダーの初期物性安定化という観点から、パウダー中のＡｌ_２Ｏ_３含有量は３０質量％以下にすることが好ましい。

１．２．４．ＣａＯ
鋳型と凝固殻との間の潤滑剤としての機能を確保するために、パウダー中のＣａＯ含有量は３０質量％以上にする。一方、パウダーの初期物性確保という観点から、パウダー中のＣａＯ含有量は４５質量％以下にすることが好ましい。

１．２．５．ＭｇＯ
鋳型と凝固殻との間の潤滑剤としての機能を確保するために、パウダー中のＭｇＯ含有量は０．１質量％以下にすることが好ましい。一方、鋳造中のパウダー物性維持という観点から、パウダー中のＭｇＯ含有量は０．０１質量％以上にすることが好ましい。

１．２．６．Ｆ
鋳型と凝固殻との間の潤滑剤としての機能を確保するために、パウダー中のＦ含有量は４質量％以下にすることが好ましい。一方、鋳造中のパウダー物性維持という観点から、パウダー中のＦ含有量は０．０１質量％以上にすることが好ましい。

１．２．７．Ｂ_２Ｏ_３
鋳型と凝固殻との間の潤滑剤としての機能を確保するために、パウダー中のＢ_２Ｏ_３含有量は６質量％以下にすることが好ましい。一方、鋳造中のパウダー物性維持という観点から、パウダー中のＢ_２Ｏ_３含有量は０．０１質量％以上にすることが好ましい。

１．３．凝固温度
鋳造後のスラブ鋳片とパウダーとの剥離性を確保するために、パウダーの凝固温度は１０００℃以上にする。また、鋳型と凝固殻との間の潤滑剤としての機能を確保することにより鋳造を安定化させるために、パウダーの凝固温度は１２００℃以下にする。

１．４．粘度
鋳造中における溶鋼へのパウダーの巻き込みを防止するために、１３００℃における粘度を１．０Ｐａ・ｓ以上にする。また、鋳造中における溶鋼へのパウダーの巻き込み防止と操業性とを両立するために、１３００℃における粘度を２．０Ｐａ・ｓ以下にする。なお、１３００℃における粘度を規定するのは、鋳造中における鋳型と溶鋼との間の温度が１３００℃だからである。

２．極低炭鋼の連続鋳造方法
本発明の極低炭鋼の連続鋳造方法は、Ｃ含有量が０．００３０質量％以下である極低炭鋼を対象とする。そして、モールドパウダーとして、上述の本発明のパウダーを用いる。これにより、溶鋼中へのパウダー巻き込みを抑制でき、且つ、鋳造中におけるパウダーの物性変化を抑制できるので、表面疵が抑制された極低炭鋼を製造することができる。

また、本発明の連続鋳造方法において、鋳造中の鋳片表面品位の確保という観点から、鋳造速度は０．５ｍ／ｍｉｎ以上にすることが好ましい。一方、鋳造中の製造安定化という観点から、鋳造速度は１．２ｍ／ｍｉｎ以下にすることが好ましい。

実施例を参照しつつ、本発明についてさらに説明を続ける。

本発明のパウダーおよび連続鋳造方法の効果を確認するため、Ｃ含有量が０．００２５質量％である極低炭鋼の連続鋳造試験を行い、その結果を評価した。
本試験では、溶鋼１１０～６６０ｔｏｎから、鋳型内の溶鋼上へモールドパウダーを供給しつつスラブを連続鋳造した。その際、引抜き速度は０．９ｍ／ｍｉｎとし、スラブの寸法は、幅１０００～１８００ｍｍ、厚み２５０ｍｍ、長さ５～１０ｍｍであった。

本試験に用いたモールドパウダーの化学組成（質量％）、凝固点（℃）、および、１３００℃における粘度（Ｐａ・ｓ）とともに、パウダー性欠陥の有無を表１に示す。なお、表１に示した化学組成は、鋳型へと添加する前のパウダーの化学組成である。粘度は１３００℃における粘度であり、消費量（ｋｇ／ｔ）は鋼板１ｔ鋳造する際に消費したパウダー質量である。また、パウダー性欠陥「無」とは、圧延工程で鋼板表面にパウダーが付着して発生するパウダー性の欠陥が発生しなかったことを意味し、パウダー性欠陥「有」とは、圧延工程で鋼板表面にパウダーが付着して発生するパウダー性の欠陥が発生したことを意味する。
また、パウダー組成のＣａＯ／ＳｉＯ_２比が０．９～１．５、ＣａＯを３０質量％以上含み、さらにＭｇＯを０．１質量％以下、Ｆを３．０質量％以下、Ｂ_２Ｏ_３を５質量％以下含み、１３００℃における粘度が１．０～２．０Ｐａ・ｓ、凝固温度が１０００～１２００℃であるベース成分に対して、ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３比が０．５～１．５となるように調整した場合の、ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３比と巻き込み指数との関係を図２に示す。ここで、「巻き込み指数」とは、鋳造中のパウダー物性値から換算される指数である。巻き込み指数が１０以上の場合に鋼板表面で発生するヘゲ疵の発生が顕著となる。

図２に示したように、ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３比が１．０未満のときに、巻き込み指数が１０以上になった。したがって、ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３比を１．０未満にすることにより、表面疵を抑制することが可能になると考えられる。

また、表１に示したように、実施例は比較例に比べ表面疵の発生は低位であった。これは鋳造中のパウダーの物性が安定化したことに加えて鋳造初期から末期にかけて粘度を高く維持できたためであった。

１…極低炭鋼の連続鋳造用モールドパウダー
２…浸漬ノズル
３…鋳型
４…溶鋼
５…凝固殻
６…ロール
７…冷却水

Claims

Ｃ含有量が０．００３０質量％以下である極低炭鋼の連続鋳造に用いられるモールドパウダーであって、
Ａｌ_２Ｏ_３に対するＳｉＯ_２の質量濃度比ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３が１．０未満であり、
ＳｉＯ_２に対するＣａＯの質量濃度比ＣａＯ／ＳｉＯ_２が０．９～１．５であり、
ＣａＯを３０質量％以上含み、
凝固温度が１０００～１２００℃であり、
１３００℃における粘度が１．０～２．０Ｐａ・ｓである、
極低炭鋼の連続鋳造用モールドパウダー。
さらに、ＭｇＯを０．０１質量％以上０．１質量％以下含む、
請求項１に記載の極低炭鋼の連続鋳造用モールドパウダー。
さらに、Ｆを０．０１質量％以上４質量％以下含む、
請求項１または２に記載の極低炭鋼の連続鋳造用モールドパウダー。
さらに、Ｂ_２Ｏ_３を０．０１質量％以上６質量％以下含む、
請求項１～３のいずれか１項に記載の極低炭鋼の連続鋳造用モールドパウダー。
請求項１～４のいずれか１項に記載の極低炭鋼の連続鋳造用モールドパウダーを用いる、
極低炭鋼の連続鋳造方法。
鋳造速度が０．５～１．２ｍ／ｍｉｎである、
請求項５に記載の極低炭鋼の連続鋳造方法。