JP2001179408A - モールドパウダおよび連続鋳造方法 - Google Patents
モールドパウダおよび連続鋳造方法Info
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Abstract
面品質の良好な鋳片を得ることができるモールドパウダ
の提供。 【解決手段】図(a)で示すように、質量%比(Ca
O)h /(SiO2)h が0.9〜1.9、(CaF2 )h の
(CaO)h 、(SiO2 )h および(CaF2 )h の
合計に対する質量%の比が0〜0.4であり、図(b)に示
すように(アルカリ金属の弗化物)h の(CaO)h 、
(SiO2 )h 、および(アルカリ金属の弗化物)h の
合計に対する質量%の比が0.05〜0.25のパウダ。ここ
で、(CaO)h=(WCaO−(CaF2)h×0.718)、
(SiO2)h=WSiO2、(CaF2)h=(WF−WLi2O
×1.27−WNa2O×0.613−WK2O×0.403)×2.05、(ア
ルカリ金属の弗化物)h =WLi2O×1.74+WNa2O×1.35
+WK2O ×1.23
Description
る場合に、表面品質が良好な鋳片を得ることが可能な連
続鋳造用モールドパウダに関する。
ダでは、原料中の元素、たとえば、Caは珪酸塩、炭酸
塩、弗化物、アルミナ等との複合酸化物等、様々な化合
物として存在している。ただし、モールドパウダの化学
組成を表示する際には、種々の化合物として存在してい
るCaの全量を酸化物(CaO)に換算するのが通例で
ある。同様に、Si、Al、Mg、Li、Na、K、M
n、Zr、Ba等の溶融スラグ中(モールドパウダが溶
融したもの)で陽イオンとなる元素はすべて酸化物とし
て取り扱い、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のが通例である。
性質を表すための一般的な指標であり、Caの全量を換
算したCaOのSiO2 に対する質量%の比、すなわ
ち、CaO/SiO2 として表されることが多い。一般
的なモールドパウダの塩基度の範囲は0.8〜1.3程
度であり、この範囲内で塩基度を高めると、溶融スラグ
が凝固する際、結晶が析出しやすくなる。前述の塩基度
の範囲内では、3CaO・2SiO2 ・CaF2 の化学
組成を有する結晶(カスピディン)が主として析出す
る。
き、かつ結晶の析出量の多いモールドパウダを用いた場
合に、表面に縦割れのない、良好な表面品質の鋳片が得
られる。これは、以下に示すモールドパウダの効果によ
る。
ールドパウダは、溶鋼からの受熱により溶融スラグとな
る。この溶融スラグは、鋳型内壁と凝固殻との間隙に流
入し、鋳型内壁に沿ってスラグフィルムを形成する。こ
のスラグフィルムは鋳型により冷却されて、スラグフィ
ルム中に凝固層が形成される。この凝固層中に結晶が析
出すると、スラグフィルムの伝熱抵抗が増大し、凝固殻
の冷却速度が緩やか(緩冷却)になる。緩冷却された凝
固殻は均一に生成および成長するので、鋳片表面に縦割
れが発生するのが防止される。
上のため、2〜3m/分程度またはそれ以上の鋳造速度
での鋳造が指向されている。ただし、鋳造速度の増加と
ともに、鋳片表面に縦割れが発生しやすくなる。鋳片表
面に縦割れが発生すると、鋳造速度を低下させたり、鋳
片表面を手入れしたりすることから、生産性が低下す
る。そのため、鋳片表面の縦割れの発生を効果的に防止
できる対策が望まれている。
述の鋳型内壁と凝固殻との間隙に流入した溶融スラグの
スラグフィルムの凝固層中に結晶を多く析出させる具体
的な方法として、これまで多くの方法が提案されてい
る。
には、塩基度を1.2〜1.6とし、MgO含有率を
1.5質量%以下にすることにより、結晶析出を促進さ
せる方法が開示されている。また、特開平10−216
907号公報には、塩基度を1.6〜2.5に高めるこ
とにより、カスピディンとは異なる結晶を析出させる方
法が開示されている。
の凝固点は一般的に高い。凝固点が高くなると、鋳型内
壁と凝固殻との間隙に流入する溶融スラグが減少するの
で、鋳型内壁と凝固殻との間の潤滑が悪くなる。そこ
で、前述の特開平8−141713号公報および特開平
10−216907号公報で提案された塩基度の高いモ
ールドパウダには、鋳型内壁と凝固殻との間の潤滑性確
保を目的に、Na2 O、Li2 O、F等が添加され、凝
固点の低下が図られている。その際、凝固点は1000
〜1250℃の範囲に調整されている。
を高速で鋳造する場合に、必ずしも鋳片表面の縦割れの
発生の防止効果を十分に得ることができない場合があ
る。たとえば、モールドパウダの塩基度を1.3と高く
しても、Na2 O、Li2 O、F等の含有率によって
は、鋳片表面に縦割れが発生する場合がある。カスピデ
ィンの結晶の析出量がNa2 O、Li2 O、F等の含有
率によって変化するからである。
鋳造する場合に、表面に縦割れの発生がなく、表面品質
の良好な鋳片を得ることができる連続鋳造用モールドパ
ウダを提供することを目的とする。
(1)に示すモールドパウダ、および(2)に示す連続
鋳造方法にある。
物を基本成分とし、0〜10質量%のZrO2 を含み、
かつ、下記(a)、(b)および(c)式を満足する連
続鋳造用モールドパウダ。
WK2O :モールドパウダ中のCaO、SiO2 、F、L
i2 O、Na2 OおよびK2 Oの含有率(質量%)。
ルドパウダを用い、C含有率が0.065〜0.18質
量%の鋼を、鋳造速度2m/分以上の速度で鋳造する鋼
の連続鋳造方法。
の知見に基づいての対策を採ることにより解決した。
a2 O、Li2 O、F等の含有率によって、カスピディ
ンなどの結晶の析出量が変化する。鋳片表面の縦割れの
発生防止に効果的なカスピディンの析出を促進すること
が可能なモールドパウダの組成は、次のような方法で推
定できる。
などのアルカリ金属との親和性が強いので、CaO、S
iO2 およびフッ素化合物を基本成分とするモールドパ
ウダ中に、Na2 O、Li2 O、K2 Oが存在する場合
には、溶融状態で、下記(い)〜(は)式で表される反
応が起こると考えることができる。
化合物を基本成分とし、Na2 Oが配合されているモー
ルドパウダの場合には、溶融状態におけるCaF2 およ
びNa2 Oは、上記(ろ)式の反応を考慮して、CaO
およびNaFとして取り扱うべきである。Li2 OやK
2 Oを含む場合も同様に取り扱うべきである。
Na2 OおよびK2 Oを、上述のように取り扱うことに
よって、スラグフィルムの凝固層中でのカスピディンの
結晶の析出のしやすさを的確に推定できる。
表される(CaO)h 、(SiO2)h 、および(Ca
F2 )h を用いてモールドパウダまたは溶融スラグの組
成を決定する。
は、(CaO)h の(SiO2 )h に対する質量%の比
(CaO)h /(SiO2 )h として規定するf(1)
を0.9〜1.9、(CaF2 )h の(CaO)h 、
(SiO2 )h および(CaF2)h の合計に対する質
量%の比として規定するf(2)を0〜0.4とする。
さらに、(アルカリ金属の弗化物)h の(CaO)h 、
(SiO2 )h および(アルカリ金属の弗化物)h の合
計に対する質量%の比として規定するf(3)を0.0
5〜0.25とする。
(SiO2 )h 、(CaF2 )h の三元系状態図、およ
び(CaO)h 、(SiO2 )h 、(NaF)h の三元
系状態図で示すと、後述する図1中、および図2中に斜
線部で示す領域となる。これらの斜線部で示される組成
範囲は、3CaO・2SiO2 ・CaF2 で表されるカ
スピディンが析出しやすい領域である。
カリ金属とFとの親和性を考慮した上で、3CaO・2
SiO2 ・CaF2 の化学組成であるカスピディンの析
出を促進させることができるように化学組成を選択した
モールドパウダである。
選択方法を、アルカリ金属の酸化物としてNa2 Oを配
合する場合を例にして、以下に示す。
(質量%)から、前述の(ろ)式に基づいて、溶融スラ
グ中に存在し得るNaFの最大の含有率(NaF)
h (質量%)を求める。
る場合、過剰のFがCaF2として存在するとして、溶
融スラグ中のCaF2 含有率を前述の(C)式に基づい
て、(CaF2 )h (質量%)として求める。この際、
この例ではLi2 OおよびK2 Oを配合しないので、W
Li2OおよびWK2O の値は零とする。
れる全CaO含有率からCaF2 として存在するCa分
を除外した純粋なCaO分としての溶融スラグ中のCa
O含有率を、前述の(A)式に基づいて、(CaO)h
(質量%)として求める。
の(B)式に基づいて(SiO2 )h (質量%)として
求める。
(CaO)h 、(SiO2 )h および(CaF2 )h か
ら、(CaO)h の(SiO2 )h に対する質量%の比
(CaO)h /(SiO2 )h が0.9〜1.9、さら
に、(CaF2 )h の(CaO)h 、(SiO2 )h お
よび(CaF2 )h の合計に対する質量%の比が0〜
0.4、(NaF)h の(CaO)h 、(SiO2 )
h および(NaF)h の合計に対する質量%の比が
0.05〜0.25となるように、モールドパウダに配
合するCaO、SiO2 、CaF2 、Na2 Oなどの割
合を求める。
化学組成の範囲を説明するための(CaO)h −(Si
O2 )h −(CaF2 )h の三元系状態図である。ま
た、図1(b)は(CaO)h −(SiO2 )h −(N
aF)h の三元系状態図である。
に、質量%の比(CaO)h /(SiO2 )h として規
定するf(1)が0.9〜1.9、(CaF2 )h の
(CaO)h 、(SiO2 )h および(CaF2 )h の
合計に対する質量%の比として規定するf(2)が0〜
0.4、(アルカリ金属の弗化物)h の(CaO)h 、
(SiO2 )h および(アルカリ金属の弗化物)h の合
計に対する質量%の比として規定するf(3)が0.0
5〜0.25の範囲の本発明のパウダの化学組成範囲
は、図1(a)中および図1(b)中に斜線で示す領域
の範囲である。
aO)h /(SiO2)hが0.9の境界線(CaO・
SiO2 と(CaF2 )h とを結んだ直線)、比(Ca
O)h /(SiO2 )h が1.9の境界線(2CaO
・SiO2 と(CaF2 )hとを結んだ直線)、CaO
・SiO2 と2CaO・SiO2 とを結んだ直線、
(CaF2 )h 含有率が40%の直線とで囲まれた領
域である。また、図1(b)においては、比(CaO)
h /(SiO2)hが0.9の境界線(CaO・SiO
2 と(NaF)h とを結んだ直線)、比(CaO)h /
(SiO2 )h が1.9の境界線(2CaO・SiO
2 と(NaF)h とを結んだ直線)、(NaF)h 含有
率が5%の直線、(NaF)h 含有率が25%の直線
とで囲まれた領域である。これらの斜線部で示される
組成範囲は、3CaO・2SiO2・CaF2 で表されるカ
スピディンが析出しやすい領域である。
やすい溶融スラグの実質的な化学組成として、たとえば
CaOの換算量(CaO)h などの含有率を用いている
ので、図1(a)および図1(b)を前述のとおり、そ
れぞれの換算量で描いた。
Oのアルカリ金属の酸化物を配合する場合には、Na2
Oと同様にして、モールドパウダの化学組成を選択でき
る。
(D)式における係数の意味について、以下に記載す
る。
量)/(CaF2 の分子量) (C)式中の1.27=2×(Fの原子量)/(Li2
Oの分子量) (C)式中の0.613=2×(Fの原子量)/(Na
2 Oの分子量) (C)式中の0.403=2×(Fの原子量)/(K2
Oの分子量) (C)式中の2.05=(CaF2 の分子量)/(2×
(Fの原子量) (D)式中の1.74=2×(LiFの分子量)/(L
i2 Oの分子量) (D)式中の1.35=2×(NaFの分子量)/(N
a2 Oの分子量) (D)式中の1.23=2×(KFの分子量)/(K2
Oの分子量) これらの係数はいずれも、(い)〜(は)式の化学反応
式における、反応系物質と生成系物質との化学量論的な
バランスにより導出されたものである。
(CaO)h /(SiO2 )h として規定するf(1)
は0.9〜1.9とする。このf(1)が0.9未満、
または1.9を超えると、溶融スラグのスラグフィルム
に析出するカスピディンの結晶の析出量は少なくなる。
質量%の比(CaO)h /(SiO2 )h が1.1〜
1.7であるのがより好ましい。
2 )h および(CaF2 )h の合計に対する質量%の比
として規定するf(2)は0〜0.4とする。このf
(2)が0.4を超えると、スラグフィルムに析出する
カスピディンの結晶の析出量が少なくなる。このf
(2)は0.05〜0.3であるのがより好ましい。
は、f(1)が1.4、かつf(2)が0.2の場合に
特に顕著になる。
h 、(SiO2 )h 、および(アルカリ金属の弗化物)
h の合計に対する質量%の比として規定するf(3)は
0.05〜0.25とする。このf(3)が0.05未
満、または0.25を超えると、スラグフィルムに析出
するカスピディンの結晶の析出量が少なくなる。このf
(3)は0.10〜0.20であるのがより好ましい。
率は0〜10質量%とする。本発明のモールドパウダ
は、ZrO2 を含有しなくても、結晶の析出は顕著であ
る。必要に応じてZrO2 を添加することにより、結晶
の析出がさらに促進されるので、凝固殻の緩冷却効果を
得ることができる。この場合、ZrO2 の含有率は0.
5〜10質量%であることが望ましい。0.5%未満で
は、結晶析出促進の効果が小さく、10%を超えると、
溶融スラグの凝固点が過度に高くなる。
に、Al2 O3 、MgO、TiO2、MnO、B2 O3
等などを必要に応じて配合してもよい。
の溶融速度を調整する添加剤として有効であり、必要に
より配合すればよい。その効果を得るためには、含有率
は1%以上とするのが望ましい。一方、Cの含有率が1
0%を超えると、パウダの溶融速度が過度に遅くなる。
用する原料は、一般的に使用されているモールドパウダ
の原料で構わない。CaO原料として生石灰、石灰石、
セメント、SiO2 原料としては、珪砂、軽藻土、Ca
F2 原料としては、蛍石、さらにNa2 O原料として
は、ソーダ灰、炭酸ナトリウムなどが挙げられる。Li
2 O原料としては、炭酸リチウム、弗化リチウム、K2
O原料としては、炭酸カリウム、弗化カリウムなどがあ
る。
が望ましい。なお、これらの原料にはAl2 O3 、Mg
O、Fe2 O3 等の酸化物が含有されており、モールド
パウダにも不可避的に含まれるようになるが、これらの
不純物が存在しても、とくに差し支えない。
ダを用い、C含有率が0.065〜0.18質量%の鋼
を、鋳造速度2m/分以上の速度で鋳造する。包晶鋼を
含むC含有率が0.065〜0.18質量%の鋼を鋳造
する際に、鋳片表面に縦割れが発生しやすい。また、鋳
造速度が2m/分以上になると、鋳片表面に縦割れが発
生しやすい。本発明の方法では、本発明のモールドパウ
ダを用いることによって、鋳片表面に縦割れが発生する
のを防止する。
mm、幅1000mmの鋳片を連続鋳造試験を実施し
た。各試験では、速度3m/分で、表1に示す化学組成
の包晶鋼である中炭素鋼の1ヒート80tonの溶鋼を
それぞれ鋳造した。
ランドセメント、珪砂、蛍石、ソーダ灰などの原料を配
合し、CaO、SiO2 、CaF2 、Na2 Oを基本成
分とし、Cを配合した。一部の試験では、ジルコンサン
ドによりZrO2 を含有させた。また、Al2 O3 、M
gO等の不純物量は5質量%未満である。
料をX線回折試験に供し、析出する結晶の種類を同定し
た。その結果、析出する主な結晶がカスピディンである
と認められたものについて、鋳造試験に使用した。
を調査した。縦割れの発生程度は評価○、△、×で表示
した。鋳片の長さ1mあたりの鋳片表面の縦割れの発生
長さの合計値が、評価○は200mm未満、評価△は2
00〜500mm、評価×は500mm以上である。評
価×の鋳片は、そのまま圧延すると製品品質上問題とな
るが、評価○および評価△の鋳片は、そのまま圧延して
も実用上支障はない。試験に用いたモールドパウダ、試
験条件および試験結果を表2に示す。
本発明で規定する条件の範囲内のモールドパウダを用い
た。得られた鋳片表面には縦割れはほとんど発生しなか
った。とくに、質量%の比(CaO)h /(SiO2 )
が1.4であるモールドパウダを用いた試験No.5で
は、鋳片表面に縦割れは発生せず良好な表面品質の鋳片
が得られた。質量%の比(CaO)h /(SiO2 )が
0.99とやや小さい値のモールドパウダを用いた試験
No.1では、縦割れの評価は△で、縦割れが若干発生
したが、そのまま圧延しても問題となる割れではなかっ
た。いずれのモールドパウダにおいても、予備試験の溶
融凝固試料中、および鋳造中に鋳型下方で回収されたス
ラグフィルム中には、カスピディンを主体とする結晶が
析出していた。
は、質量%の比(CaO)h /(SiO2 )、または質
量%の比(CaO)h /(SiO2 )と(アルカリ金属
の弗化物)h の(CaO)h 、(SiO2 )h 、および
(アルカリ金属の弗化物)hの合計に対する質量%の比
とが、それぞれ本発明で規定する条件の範囲より小さい
値の条件で試験した。いずれの試験でも、凝固殻の緩冷
却効果が小さいため、鋳片表面の縦割れの発生程度は、
評価×で著しい縦割れが発生していた。
は、質量%の比(CaO)h /(SiO2 )、(CaF
2 )h の(CaO)h 、(SiO2 )h および(CaF
2 )hの合計に対する質量%の比、または(アルカリ金
属の弗化物)h の(CaO)h、(SiO2 )h 、およ
び(アルカリ金属の弗化物)h の合計に対する質量%の
比が、それぞれ本発明で規定する条件の範囲から外れた
モールドパウダを用いる予定であった。しかし、いずれ
のモールドパウダにも、予備試験の溶融凝固試料中に
は、カスピディンの結晶の析出がなく、カスピディン以
外の結晶が多く析出した。そのため、これらのモールド
パウダを用いた鋳造試験は行わなかった。
より、鋼を高速で鋳造する場合に鋳片表面に縦割れの発
生がなく、表面品質の良好な鋳片を得ることができる。
明するための(CaO)h −(SiO2 )h −(CaF
2 )h および(CaO)h −(SiO2 )h −(Na
F)h の三元元系状態図である。
Claims (2)
- 【請求項1】CaO、SiO2 およびフッ素化合物を基
本成分とし、0〜10質量%のZrO2 を含み、かつ、
下記(a)、(b)および(c)式を満足することを特
徴とする連続鋳造用モールドパウダ。 0.9≦f(1)≦1.9 ・・・(a) 0≦f(2)≦0.4 ・・・(b) 0.05≦f(3)≦0.25 ・・・(c) f(1)=(CaO)h /(SiO2 )h ・・・(イ) f(2)=(CaF2 )h/((CaO)h+(SiO2 )h +(CaF2 )h) ・・・(ロ) f(3)=(アルカリ金属の弗化物)h /((CaO)h +(SiO2 )h+(アルカリ金属の弗化物)h)・・・(ハ) (CaO)h =(WCaO−(CaF2 )h×0.718) ・・・(A) (SiO2)h= WSiO2 ・・・(B) (CaF2)h=(WF−WLi2O×1.27−WNa2O×0.613 −WK2O ×0.403)×2.05 ・・・(C) (アルカリ金属の弗化物)h=WLi2O×1.74+WNa2O× 1.35+WK2O ×1.23 ・・・(D) ここで、WCaO 、WSiO2、WF 、WLi2O、WNa2Oおよび
WK2O :モールドパウダ中のCaO、SiO2 、F、L
i2 O、Na2 OおよびK2 Oの含有率(質量%) - 【請求項2】請求項1に記載の連続鋳造用モールドパウ
ダを用い、C含有率が0.065〜0.18質量%の鋼
を、鋳造速度2m/分以上の速度で鋳造することを特徴
とする鋼の連続鋳造方法。
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