JPH084886B2 - 鋼の連続鋳造用湯面保護剤 - Google Patents

鋼の連続鋳造用湯面保護剤

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JPH084886B2
JPH084886B2 JP29892887A JP29892887A JPH084886B2 JP H084886 B2 JPH084886 B2 JP H084886B2 JP 29892887 A JP29892887 A JP 29892887A JP 29892887 A JP29892887 A JP 29892887A JP H084886 B2 JPH084886 B2 JP H084886B2
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    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10Supplying or treating molten metal
    • B22D11/11Treating the molten metal
    • B22D11/111Treating the molten metal by using protecting powders

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は鋼の連続鋳造において鋳型内に添加して使用
される湯面保護剤に関するものである。
(従来の技術) 湯面保護剤に要求される特性は次のようなものであ
る。
〔1〕 溶鋼面を湯面保護剤の溶融したスラグ層とその
上の未溶融層とで完全に被覆して溶鋼の空気酸化を防止
し、保温効果をもつこと。
〔2〕 湯面保護剤の溶融したスラグは鋳型と鋳片との
間に流入して潤滑消費されるため常に適当量が供給され
る必要があること。そのためには消費速度に合つた適切
な溶融速度を有し、かつ溶鋼面上に一定厚みのスラグ層
を形成し、その上に未溶融の湯面保護剤層が存在するこ
と。
〔3〕 溶融したスラグは溶鋼中より浮上した非金属介
在物を溶解吸収し、ノロカミとなるのを防止すること。
〔4〕 鋳型と鋳片間に流入したスラグフイルムはガラ
ス性を保持して均一なフイルムを形成し潤滑作用を行う
こと。
以上の特性を確保するため一般的に湯面保護剤はSi
O2,CaO,Al2O3,Fe2O3,MnO,MgO,BaO等の酸化物を母材と
し、その他に物性調整剤としてNa2O,K2O,Li2O等の金属
酸化物、NaF,KF,LiF,CaF2,MgF2,AlF3,Na3AlF6等の金属
弗化物(これらの弗化物のうち、炭酸塩、硝酸塩として
添加されるものもある)及びB5+等の粘度・融点調整剤
が添加される。
さらに消費速度に合つた溶融スラグ層を形成させるた
めに、溶融速度調整剤として炭素分が使用される。炭素
分としては、湯面保護剤に通常使用されているコーク
ス、カーボンブラック、天然黒鉛、人造黒鉛等の粉末又
は顆粒品を指すものである。
湯面保護剤の成分としては一般的に、SiO220〜45wt.
%(wt.%を%と示す)、CaO20〜45%、Al2O30.5〜10
%、Na2O1〜20%、F-5〜15%、C1〜10%である。分析
上、弗化物は酸化物とF-に、炭酸塩は酸化物とCで表記
される。また、物性としては、1300℃の粘度で0.5〜15p
oise、融点で800〜1200℃のものが使用されている。
(発明が解決しようとする問題点) 現在一般に使用されている湯面保護剤は前述したよう
に溶融したスラグが潤滑消費されるので、消費速度に合
つた溶融スラグを供給するために炭素分を1〜10%添加
している。炭素分の溶融速度調節機構としては、スラグ
粒子間にスラグと反応しにくい炭素分が介在してスラグ
粒子どうしの接触による凝集を防止することにより溶融
速度を調節し、スラグ層を一定に保つものと考えられ
る。しかしながら、この溶融速度調節に使用されている
炭素分は、連続鋳造時に鋳片表面又は内部の浸炭・加
炭、あるいはピンホール等の鋳片表面欠陥の原因となつ
ている。製品においてもこれらの欠陥は残存し、特に低
炭素ステンレス鋼、極低炭素鋼、電磁鋼、極低炭高酸素
鋼の品質及び歩留の著しい低下を招いている。しかして
炭素含有量が鋳片へ浸炭に及ぼす影響を調査した試験結
果によれば浸炭を起さない炭素量の限界は原料からの不
可避的に混入される炭素分を含め全量で1%より若干高
い値であつた。そこでこれらの品質及び歩留の低下を少
なくする目的で炭素分の添加を1%以下にした湯面保護
剤について試験を行つたところスラグ層とその上の未溶
融層とを一定に保持することができず、急激に溶解して
しまつた。そのため溶融スラグ表面の冷却により焼結し
たスラグが溶鋼に捲き込まれ、肌荒れ等の鋳片表面欠陥
の原因となるとともに溶融スラグ属厚の過大化のために
部分的過剰流入が起こり、均一なスラグフイルムができ
ず鋳片の冷却が不均一となり、ブレークアウト(以下B.
O.という)の原因となる。従つて従来の湯面保護剤にお
いては、溶融速度調整の点から炭素量を1%以下にはで
きない実情にあつた。
一方溶融速度調節剤としての炭素の代替として窒化硼
素を添加する方法(特開昭51−147432号公報)、窒化硼
素と粉末還元剤を添加する方法(特開昭52−57028号公
報)、SiN3,MnN,Cr2N等の窒化物を添加する方法(特開
昭52−57030号公報)が報告されているが、これらは調
節機能が不十分であり、連続鋳造において溶融スラグ層
厚が過大となり易く、かつ溶融スラグの性状が焼結状に
なるため捲き込みによる肌荒れの原因となり易い。その
他に、炭酸塩、亜硝酸塩等の吸熱又はガス発生物質を添
加して溶融速度を調節する方法(特開昭50−62131号公
報)が報告されているが、これら単独では調節機能は非
常に小さく、溶融スラグ層厚を一定に保持することがで
きず肌荒れ、B.O.の原因となるとともに、炭酸塩の使用
においては、炭酸塩中の炭素による鋼への浸炭、亜硝酸
塩の使用においては硝酸塩中の窒素による鋼への浸窒が
問題となる。
以上のように、従来の湯面保護剤の溶融速度の調節方
法は母材間に第三物質を介在させて凝集を防止するか又
はガス発生物質を添加して吸熱及びガスでの熱絶縁をし
て溶融速度を調節するものである。
本発明は、従来技術の問題点を解決すべく溶融速度調
整剤である炭素分をまつたく使用しないか又は、鋼品質
に問題を起さない範囲で炭素分を1.0%以下使用する湯
面保護剤を提供するものである。
(問題点を解決するための手段) 本発明は、湯面保護の母材の主成分としてダイカルシ
ウムシリケート(2CaO・SiO2)を35〜90wt.%配合する
ことにより、母材機能の他に溶融速度調節機能も同様に
持つことを見出したことにより、その湯面保護剤は、 (1) ダイカルシウムシリケート(2CaO・SiO2)を全
配合中に35〜90wt.%含有する母材と物性調整剤から成
り、粘度が1300℃で3poise以上にしたことを特徴とする
低炭素鋼用連続鋳造用湯面保護剤。
(2) ダイカルシウムシリケート(2CaO・SiO2)を全
配合中に35〜90wt.%含有する母材と物性調整剤から成
り、溶融速度調整剤として粘度が1300℃で3poise以上に
おいて、炭素分の量をC≦1.0wt.%添加したことを特徴
とする低炭素鋼用連続鋳造用湯面保護剤。
(3) ダイカルシウムシリケート(2CaO・SiO2)を全
配合中に35〜90wt.%含有する母材と物性調整剤から成
り、溶融速度調整剤として粘度が1300℃で3poise未満に
おいて、炭素分の量を0.2<C≦1.0wt.%添加したこと
を特徴とする低炭素鋼用連続鋳造用湯面保護剤である。
以下に本発明を詳細に説明する。
まず各種主母材を使用した場合の溶融速度の調査を行
つた。調査方法は中周波炉を使用し、1530℃の溶鋼上に
以下のサンプル40gr.を投入して完全に溶融するまでの
時間を測定した。使用した主母材物質としてはダイカル
シウムシリケート、ケイ酸カルシウム、トライカルシウ
ムシリケート、ウオラストナイト、溶融基材の5種類で
ある。ここで使用主母材について説明する。ダイカルシ
ウムシリケートとは2CaO・SiO2の結晶構造を有する物質
であり、天然又は金属精錬工程で生成するスラグで、他
成分としてMgO,Al2O3等を数%含有するものである。ケ
イ酸カルシウムとはCaO/SiO2=1〜1.2の非晶質構造の
物質であり、黄りん製造時に生成するスラグで他成分と
して、F-,Al2O3等を数%含有する。
トライカルシウムシリケート(3CaO・SiO2)として
は、3CaO・SiO2約50%、2CaO・SiO2約25%、他に3CaO・
Al2O3、4CaO・Al2O3・Fe2O3の結晶構造を有し、焼成に
よつて製造される普通ポルトランドセメントを使用し
た。
ウオラストナイトとはCaO・SiO2の結晶構造を有する
物質であり天然又は焼成して製造され、他成分としては
Al2O3,Fe2O3等を数%含有するものである。
溶融基材は1300℃での粘度が5poiseであるところの溶
融処理をして製造したCaO−Al2O3−MgO−SiO2−F系の
非晶質の物質であり、CaO/SiO2=0.9〜1.1である。
以上の物質を主母材として使用し、物性調整剤を添加
して粘度が1300℃で3.2poiseになるよう物性を調整し溶
融速度を測定した。このときの配合を第1表に示す。溶
融速度の測定結果を第1図に示す。
この測定結果から、ダイカルシウムシリケートを主母
材として使用したものは他物質を主母材として使用した
ものと比較して溶融速度が十分に遅く調節されており、
実際での鋳造においても従来の無炭素及び低炭素湯面保
護剤の欠点であつた溶鋼上での急激な溶融によるスラグ
層厚の過大化を防止することができる。ダイカルシウム
シリケートの溶融速度が遅い理由は、温度によりα,
α′,β,γ等の結晶構造の変態が存在すること及び比
熱差等によるものであると考えられる。
第1表中のCaO−SiO2系原料としてはCaO,SiO2を主成
分とするものであればよく、他成分としてAl2O3,MgO,Fe
2O3等を含有していてもよい。例えば珪酸カルシウム、
セメント、ウオラストナイト、SiO2−Al2O3−CaO−Na2O
系のガラス粉、クリストバライト、フライアツシユ、シ
リカ粉等である。
次にダイカルシウムシリケートの含有率を変化させ粘
度を1300℃で3.2poiseになるよう調整し前記同様の測定
法で溶融速度を調査した。このときのダイカルシウムシ
リケートの含有率と配合を第2表に、溶融速度測定結果
を第2図に示す。
第2図の測定結果から、ダイカルシウムシリケートの
含有率が30%では溶融速度が急速に上昇してくるので、
溶融速度を十分に遅く調節するためには好ましくは35%
以上にする必要がある。また、ダイカルシウムシリケー
トの含有率が90%以上では、物性調整剤の配合量が少な
くなり、湯面保護剤として使用可能な粘度、融点を得る
ことができないので上限は90%程度が限度である。
以上の知見をもとに、試験鋳造を行つた。このとき炭
素分を添加した湯面保護剤についても同時に試験鋳造を
行つた。鋳造条件はサイズ250×1250mm、鋼種極低炭高
酸素鋼、鋳造速度1.2m/minである。使用した湯面保護剤
の配合は粘度および炭素分を変化させた。またその結果
鋳片手入面積率および浸炭にどのように影響を及ぼすか
を第3表に示す。
第3図に鋳造時の溶融スラグ層厚の経時変化を示す。
この試験鋳造の結果、1300℃の粘度で3poise以上の湯面
保護剤(K,L)は炭素分を添加しなくても溶融スラグ層
厚は安定しているので作業上支障はなく、鋳片表面品質
も良好であつた。1300℃の粘度で2.5poiseのものMは鋳
造時間とともに溶融スラグ層厚が安定せずに上昇するた
め、溶融したスラグ上にスラグ層厚がさらに厚くならな
いようにするために未溶融の湯面保護剤を投入すること
ができず、赤化状態となり、溶鋼からの放熱が大きくな
る。その結果、溶鋼面の保温が不十分となり表面欠陥を
生じ易くするとともに、鋳型近辺が放熱で高温となり作
業環境が悪化した。炭素分をトータルカーボン量で3%
添加したものNは溶融スラグ層厚は薄くなり鋼片表面品
質は、浸炭・ピンホールの発生により全面手入れとなつ
ている。しかし炭素分を1%添加したもの(O)は、溶
融スラグ層厚は安定し、鋳片表面品質も良好で、浸炭も
なかつた。
これらの結果を基に以下の点が分かつた。即ち溶融ス
ラグ層厚を安定させ、良好な鋳片品質を得るためには、
主母材としてダイカルシウムシリケートを全配合中で35
〜90wt.%配合し、溶融速度調整剤として、粘度が1300
℃で3poise以上の場合、炭素分を必ずしも添加する必要
がないが、若し添加する場合は炭素分をトータルカーボ
ン量で0.2<C≦1.0wt.%の範囲であれば鋼質に悪影響
を及ぼさず、しかも湯面保護剤の溶融速度の調整がし易
い。この場合、1.0%より多くては鋼質に悪影響が出は
じめ、0.2%以下では溶融速度調整機能が少くなる。
また、0.2%までは他の素材から不可避的に入り得る
ので本件発明のものは、0.2%以下のものを除外するも
のではない。
粘度が3poise未満の場合、炭素分を0.2<C≦1.0wt.
%添加する。1.0%より多くでは鋼質に悪影響が出はじ
め、0.2%以下では溶融速度調整機能が少くなるためで
ある。
(実施例) 第4表に示す成分、物性、使用母材の湯面保護剤を試
作しスラグ連鋳機にて実鋳造を実施した。
鋳造条件はサイズ250×1250mm鋼種極低炭高酸素鋼、
鋳造速度1.3m/minである。
鋳造時の作業性および鋳片の浸炭有無調査結果を第4
表に併記した。
第4図は実鋳造時の溶融スラグ層厚の経時変化であ
る。図中の湯面保護剤P,Q,R,S,T,U,V,W,Yはダイカルシ
ウムシリケートを主母材として使用したものであり、X
は珪酸カルシウムを主母材として使用したものである。
同一粘度(3.2poise)であるQ,R,S,T,X,Yを比較すると
明らかにダイカルシウムシリケートを主母材として35%
以上使用したQ,R,S,Tは溶融スラグ層厚が安定してお
り、珪酸カルシウムを主母材として使用したXは溶融ス
ラグ層厚が安定せず大きく上昇している。ダイカルシウ
ムシリケートを主母材とした3poise以上の粘度のものは
カーボン無添加でも溶融スラグ層厚は安定しているが、
一方、3poise未満のものはトータルカーボン量1%以下
の添加で適正溶融スラグ層厚が得られ、浸炭も無かつ
た。
本発明品P,Q,R,S,T,U,Vは溶融したスラグ層の上に未
溶融の湯面保護剤が存在してかつ溶融速度が調節されて
いるために、未溶融の湯面保護剤により溶鋼面からの高
熱の放射がなくなり作業環境上も極めて良好である。こ
の中でNa+(ナトリウムイオン)を4%以下に低減し
た、S,T,Vはダイカルとの組合により溶融速度調整機能
が高められ、配合し易く、鋳造性、浸炭ともに問題なか
つた。Vのものは特に高速鋳造に適している。
比較例のX,Yは溶融スラグ層厚が安定せず上昇してい
くため、溶融スラグ上面への湯面保護剤の投入を少なく
して赤化状態とし過大な厚さになるのを防止しなければ
ならずそのため溶鋼面からの高熱の放射により、作業環
境が極めて悪化した。又比較例Wは、作業性には問題な
かつたが、鋳片への浸炭が大であつた。
第5図は鋳片表面品質結果である。
ダイカルシウムシリケートを主母材としたP,Q,R,S,T,
U,V,W,Yの中でP,Q,R,S,T,U,Vは手入面積率が非常に少な
く良好な結果となつているが、Wは炭素分を大量に含有
するためピンホール等による表面欠陥の発生が多く全面
手入となつた。またYはダイカルシウムシリケートが少
いためやはり手入面積が若干増えている。珪酸カルシウ
ムを主母材としたXは欠陥が多く発生し鋳片表面手入面
積率が高くなつている。
従つて、主母材としてダイカルシウムシリケートを使
用し、本発明の湯面保護剤を使用することにより、表面
欠陥が少なくかつ作業環境上も良好な極低炭高酸素鋼の
連続鋳造を可能ならしめることができた。
(発明の効果) 以上述べたように本発明の湯面保護剤は主母材として
ダイカルを35〜90wt.%使用することにより溶融速度調
整材である炭素分をトータルカーボン量で1.0wt.%以下
とすることが出来それにより、鋼質に悪影響を及ぼさ
ず、しかも作業性の良いという優れた効果を示す。
【図面の簡単な説明】
第1図は各種主母材を使用したときの溶融速度調査結
果、第2図はダイカルシウムシリケートの含有差による
溶融速度調査結果、第3図はダイカルシウムシリケート
を主母材とし粘度を変化させたときの溶融スラグ層厚の
変化、第4図は実鋳造における溶融スラグ層厚の変化
(本発明品と比較例)、第5図は実鋳造における鋳片表
面品質結果(本発明品と比較例)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 正廣 大分県中津市中央町2―6―42 (72)発明者 鈴木 正治 福岡県北九州市小倉南区下貫2―11―3

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ダイカルシウムシリケート(2CaO・SiO2
    を全配合中に35〜90wt.%含有する母材と物性調整剤か
    ら成り、粘度が1300℃で3poise以上にしたことを特徴と
    する低炭素鋼用連続鋳造用湯面保護剤。
  2. 【請求項2】ダイカルシウムシリケート(2CaO・SiO2
    を全配合中に35〜90wt.%含有する母材と物性調整剤か
    ら成り、溶融速度調整剤として粘度が1300℃で3poise以
    上において、炭素分の量をC≦1.0wt.%添加したことを
    特徴とする低炭素鋼用連続鋳造用湯面保護剤。
  3. 【請求項3】ダイカルシウムシリケート(2CaO・SiO2
    を全配合中に35〜90wt.%含有する母材と物性調整材か
    ら成り、溶融速度調整剤として粘度が1300℃で3poise未
    満において、炭素分の量を0.2<C≦1.0wt.%添加した
    ことを特徴とする低炭素鋼用連続鋳造用湯面保護剤。
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