JP2005305456A - 鋼の連続鋳造用パウダーおよびそれを用いた鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 鋳片表面の縦割れ疵の発生を防止し、且つひきつれ疵の発生や拘束性ブレークアウトの発生を防止することができる鋼の連続鋳造用パウダーと鋼の連続鋳造方法を提供する。
【解決手段】 ＣａＯとＳｉＯ_２とを含有し、（ＣａＯの質量）／（ＳｉＯ_２の質量）が０．８〜１．６で、且つＣｅ酸化物、Ｌａ酸化物もしくはＮｄ酸化物の１種または２種以上を合計で１〜２５質量％含有し、さらに凝固温度が８００〜１３００℃であることを特徴とする鋼の連続鋳造用パウダーの製造方法である。この製造方法により作製された鋼の連続鋳造用パウダーを鋼の連続鋳造に用いることにより、鋼片に縦割れ疵およびひきつれ疵が発生することを防止でき、さらに拘束性ブレークアウトが発生することを防止できる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、鋼の連続鋳造用パウダーおよびその連続鋳造用パウダーを用いる鋼の連続鋳造方法に関するものである。

鋼の連続鋳造においては、溶鋼の保温、溶鋼の酸化防止および鋳型と凝固シェル間の伝熱制御媒体として、連続鋳造用パウダーが用いられている。連続鋳造用パウダーの物性は、鋳片の品質を決定する重要な要因であり、特に鋳片表面の縦割れ疵の発生を防止するという観点からは、以下の知見が既に得られている。連続鋳造用パウダーの凝固温度を高くし、鋳型表面に伝熱抵抗の大きい連続鋳造用パウダーの固着層を厚く形成させると、初期凝固シェルの成長は緩やかになり、鋳片表面における縦割れ疵の発生を防止できる。しかし、凝固温度の高い連続鋳造用パウダーは流動性が不十分なために、鋳型と凝固シェルの隙間への流入が不均一となり、特に高速鋳造の場合に鋳型と凝固シェルとの間の不十分な潤滑に起因するひきつれ疵が発生し易く、激しい場合には拘束性ブレークアウトの原因となる。

一方、特許文献１には、軟化点が９００℃以下の連続鋳造用パウダーを用いることにより、鋳型と凝固シェルの隙間に均一に連続鋳造用パウダーを流入させて、鋳型と凝固シェル間の潤滑を円滑にし、ブレークアウトを防止することが記載されている。しかし、この連続鋳造用パウダーでは固着層が薄く伝熱抑制の効果が小さいため、鋳片表面に縦割れ疵が発生する。
特開昭６０−３３８６１号公報

従来の連続鋳造用パウダーでは、鋳型と凝固シェル間の潤滑性は連続鋳造パウダーの凝固温度を下げることにより制御してきた。また反対に、凝固シェルの緩冷却化は連続鋳造用パウダーの凝固温度を上げることにより制御してきた。しかし、鋳型と凝固シェルとの間の潤滑性と凝固シェルの緩冷却化の機能とは、連続鋳造用パウダーの凝固速度からみて相反する方向であり、縦割れ疵の発生を防止するものはひきつれ疵の発生やブレークアウトが発生し易く、ひきつれ疵の発生やブレークアウトの発生を防止するものは縦割れ疵が発生し易いという問題がある。

本発明は、従来の連続鋳造用パウダーにおけるこれら相反する問題点を解決するものである。即ち、本発明は鋳型と凝固シェル間の伝熱を抑制し、凝固シェルの緩冷却化効果を十分に有するために鋳片表面の縦割れ疵の発生を防止し、かつ鋳型と凝固シェルの隙間に均一に流入し、鋳型と凝固シェル間の十分な潤滑性が得られるためにひきつれ疵の発生や拘束性ブレークアウトの発生を防止することができる鋼の連続鋳造用パウダーと鋼の連続鋳造方法を提供することを目的としている。

本発明者らは、鋳型と凝固シェル間の潤滑性と凝固シェルの緩冷却化の機能を同時に満足させるために、凝固シェルの緩冷却化機能を連続鋳造用パウダーの凝固温度以外の物性で代替する方法について詳細な検討を行ってきた。その結果、連続鋳造用パウダーが鋳型と凝固シェルとの間に流入し凝固する際に、鋳型側の連続鋳造用パウダーの組織を積極的に結晶化し、鋳型側の連続鋳造用パウダー表面に凹凸を形成させ、鋳型と連続鋳造用パウダー間の伝熱抵抗を大きくすることにより、凝固シェルを緩冷却化できる新しい連続鋳造用パウダーを発明した。

即ち、本発明は、以下の構成を要旨とする。
（１）ＣａＯとＳｉＯ_２とを含有し、（ＣａＯの質量）／（ＳｉＯ_２の質量）が０．８〜１．６で、且つＣｅ酸化物、Ｌａ酸化物またはＮｄ酸化物の１種または２種以上を合計で１〜２５質量％含有し、さらに凝固温度が８００〜１３００℃であることを特徴とする鋼の連続鋳造用パウダー、
（２）実質的にＣｅ酸化物、Ｌａ酸化物およびＮｄ酸化物を含有しない汎用の連続鋳造用パウダーに、Ｃｅ酸化物、Ｌａ酸化物もしくはＮｄ酸化物の１種または２種以上を混合することにより、Ｃｅ酸化物、Ｌａ酸化物およびＮｄ酸化物の合計含有率が１〜２５質量％に調整されてなることを特徴とする（１）の連続鋳造用パウダー、
（３）（１）または（２）に記載の連続鋳造用パウダーを用いて連続鋳造を行うことを特徴とする鋼の連続鋳造方法である。

本発明によると、鋼の通常の連続鋳造においても、また高速の連続鋳造においても、鋳片表面のひきつれ疵の発生や拘束性ブレークアウトの発生を防止すると共に、鋳片表面の縦割れ疵の発生も防止することができる。

本発明者らは、連続鋳造用パウダーを積極的に結晶化し、凝固シェルの緩冷却化を促進するために必要な添加物を詳細に検討した結果、Ｃｅ酸化物、Ｌａ酸化物またはＮｄ酸化物を連続鋳造用パウダーに添加すると、連続鋳造用パウダーの結晶化が促進されることを見いだした。本発明は、これら知見に基づき、連続鋳造用パウダーへのＣｅ酸化物、Ｌａ酸化物またはＮｄ酸化物の添加量に詳細な検討を加えて、完成させたものである。

連続鋳造用パウダーを結晶化し、凝固シェルの緩冷却化を促進するために必要なＣｅ酸化物、Ｌａ酸化物またはＮｄ酸化物の添加量を調査するために、成分５質量％トータルＣ−３４質量％ＳｉＯ_２−８質量％Ａｌ_２Ｏ_２−３４質量％ＣａＯ−９質量％Ｎａ_２Ｏ−１０質量％Ｆ（（ＣａＯの質量）／（ＳｉＯ_２の質量）＝１．０）、凝固温度１１００℃の低凝固温度を有する連続鋳造用パウダーにＣｅ酸化物、Ｌａ酸化物もしくはＮｄ酸化物のいずれか１種、または２種以上を添加した各種の試験用連続鋳造用パウダーを作成した。溶解炉で炭素濃度０．１質量％の中炭素鋼成分の溶鋼２００ｋｇを１５７０℃で溶解し、湯面上に先に準備したＣｅ酸化物、Ｌａ酸化物またはＮｄ酸化物を含有した試験用連続鋳造用パウダーを添加した。凝固シェルの冷却速度を測定するために、鋳型中央部で鋳型表面から５ｍｍ外側の位置に熱電対を設置した横８０ｍｍ×縦１２０ｍｍ×厚み２０ｍｍの銅製鋳型を溶鋼中に５秒間浸漬させ、凝固シェルを形成させた。この凝固シェルが付着した鋳型を、熱電対設置位置を含む縦断面で切断し、鋳型と凝固シェル間に流入した連続鋳造用パウダーのパウダー厚みを測定すると共に、パウダーの凝固組織および鋳型側に形成されたパウダーの表面の凹凸を電子顕微鏡で調査した。また、Ｃｅ酸化物、Ｌａ酸化物またはＮｄ酸化物を添加した試験用連続鋳造用パウダーについて、凝固温度の測定も実施した。

熱電対の温度変化から凝固シェルの冷却速度を求め、その時のパウダーの結晶化率（結晶化層の厚みを連続鋳造用パウダーの全厚で除した値）との関係を整理したものを、図１に示す。なお、冷却速度は、結晶化層が生成しないＣｅ酸化物、Ｌａ酸化物およびＮｄ酸化物のいずれも含有しない連続鋳造用パウダーで得られた冷却速度を１として無次元化した。電子顕微鏡写真から測定した鋳型側における連続鋳造用パウダー表面の粗度（パウダー表面凹凸の最大と最小の差分）と連続鋳造用パウダーの結晶化率との関係も図１に併記した。連続鋳造用パウダーの結晶化率が高くなるにつれて、凝固シェルの冷却速度は低下し、特に連続鋳造用パウダーの全厚が結晶化すると凝固シェルの冷却速度を３０％程度低減できる。また、鋳型側における連続鋳造用パウダー表面の粗度は連続鋳造用パウダーの結晶化率が高くなるにつれて大きくなっている。以上の結果から、連続鋳造用パウダーを結晶化することにより、鋳型側のパウダー表面に凹凸が形成され、鋳型−連続鋳造用パウダー間の伝熱抵抗が増大する結果、凝固シェルが緩冷却化できることを見いだした。

図２に、連続鋳造用パウダーの結晶化率と連続鋳造用パウダーの凝固温度に及ぼすＣｅ酸化物、Ｌａ酸化物、Ｎｄ酸化物の合計含有率の影響を示す。従来の低凝固温度の連続鋳造用パウダーでは結晶層は生成しないが、Ｃｅ酸化物、Ｌａ酸化物もしくはＮｄ酸化物の何れか１種または２種以上を添加すると結晶化率は高くなり、Ｃｅ酸化物、Ｌａ酸化物またはＮｄ酸化物の合計含有率が１質量％以上になると連続鋳造パウダーの全厚が結晶化する。

Ｃｅ酸化物、Ｌａ酸化物またはＮｄ酸化物の添加で連続鋳造用パウダーの結晶化が促進される原因は、Ｃｅ酸化物、Ｌａ酸化物またはＮｄ酸化物が連続鋳造用パウダー中に微細に分散して存在し、連続鋳造用パウダーが凝固する際にこれらのＣｅ酸化物、Ｌａ酸化物またはＮｄ酸化物の粒子が結晶の生成核となり、結晶化を促進するためと推定される。

また、連続鋳造用パウダーの凝固温度はＣｅ酸化物、Ｌａ酸化物またはＮｄ酸化物の合計含有率が１５質量％以下であれば殆ど変化しないが、１５質量％を超えると徐々に増加する傾向を示す。連続鋳造用パウダーの凝固温度が１３００℃より高くなると鋳型と凝固シェル間の潤滑性が低下することを考慮した上で、連続鋳造用パウダーの全厚を結晶化させ凝固シェルの緩冷却効果を十分に享受するためには、パウダーの凝固温度１３００℃に対応する合計含有率２５質量％を上限とする方が好ましい。したがって、連続鋳造用パウダー中のＣｅ酸化物、Ｌａ酸化物またはＮｄ酸化物の合計含有率を１〜２５質量％に調整することが望ましい。

連続鋳造用パウダーの基本特性を左右する（ＣａＯの質量）／（ＳｉＯ_２の質量）は、０．８〜１．６の範囲に規定する必要がある。以降、（ＣａＯの質量）／（ＳｉＯ_２の質量）は、単に、ＣａＯ／ＳｉＯ_２と記載する。これは、ＣａＯ／ＳｉＯ_２が０．８未満では連続鋳造用パウダーが結晶化し難く、Ｃｅ酸化物、Ｌａ酸化物、Ｎｄ酸化物添加の効果が十分に得られなくなる虞があるためである。またＣａＯ／ＳｉＯ_２が１．６超では凝固温度が高くなり連続鋳造用パウダーの流動性が低下する虞があるためである。

連続鋳造用パウダーの凝固温度は８００〜１３００℃の範囲にすることが好ましく、８００℃未満では連続鋳造用パウダーのガラス性が強くなり過ぎ、Ｃｅ酸化物、Ｌａ酸化物またはＮｄ酸化物の結晶化効果が得られ難い。１３００℃超では連続鋳造用パウダーの流動性が低下するため高速鋳造時に潤滑性が確保できなくなるためである。

なお、凝固温度は、ＣａＯ／ＳｉＯ_２を前述した規定の範囲内で変更することで調整できる。或いは、ＣａＦ_２やＮａ_２Ｏ等の凝固温度低下物質を添加することでも調整できる。

また、本発明成分の連続鋳造用パウダーは、実質的にＣｅ酸化物、Ｌａ酸化物およびＮｄ酸化物を含有しない汎用の連続鋳造用パウダーに、Ｃｅ酸化物、Ｌａ酸化物またはＮｄ酸化物を単に混合することによって得ることもできる。この場合の、Ｃｅ酸化物、Ｌａ酸化物またはＮｄ酸化物の合計含有率も、Ｃｅ酸化物、Ｌａ酸化物またはＮｄ酸化物の一種または２種以上を混合することにより、それらの合計含有率を１〜２５質量％に調整することが望ましい。

以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明について説明する。

本発明者らは、表１に示す成分、分析の連続鋳造用パウダーを試作し、これを用いて鋳片サイズ２５０ｍｍ（厚み）×１８３０ｍｍ（幅）、炭素含有率０．１質量％の中炭素鋼鋳片を鋳造速度１．８ｍ／ｍｉｎで鋳造した。鋳片品質については、鋳造後の鋳片を検査ラインで目視観察し、１スラブ当たりに発生した縦割疵およびひきつれ疵の発生個数を評価した。その結果を表１に併記した。

表１に示す如く、実施例では、凝固温度が８００〜１３００℃、ＣａＯ／ＳｉＯ_２が０．８〜１．６で、且つＣｅ酸化物、Ｌａ酸化物またはＮｄ酸化物の合計含有率を１〜１５質量％含有した連続鋳造用パウダーを用いて鋳片を鋳造することにより、鋳型と凝固シェル間に連続鋳造用パウダーが均一に流入し、且つ凝固シェルが緩冷却化されたため、ひきつれ疵と縦割れ疵の発生を同時に防止することができた。

これに対し、比較例１はＣａＯ／ＳｉＯ_２は１．０、凝固温度が１１００℃の従来の低凝固温度の連続鋳造用パウダーであり、Ｃｅ酸化物、Ｌａ酸化物およびＮｄ酸化物が含まれていないため、凝固シェルの緩冷却化効果が得られず、縦割れ疵が発生した。比較例２は、ＣａＯ／ＳｉＯ_２が１．３５であり、凝固温度が１３１０℃の従来の高凝固温度の連続鋳造用パウダーであり、Ｃｅ酸化物、Ｌａ酸化物およびＮｄ酸化物が含まれていないため、縦割れ疵は発生しなかったが、鋳型と凝固シェル間に連続鋳造用パウダーが均一に流入せず、ひきつれ疵が発生した。

は凝固シェルの冷却速度と連続鋳造用パウダー表面の粗度に及ぼすパウダー結晶化率の影響を示す図である。 連続鋳造用パウダーの結晶化率と凝固温度に及ぼすＣｅ酸化物、Ｌａ酸化物、Ｎｄ酸化物の合計含有率の影響を示す図である。

Claims (3)

1. ＣａＯとＳｉＯ_２とを含有し、（ＣａＯの質量）／（ＳｉＯ_２の質量）が０．８〜１．６で、且つＣｅ酸化物、Ｌａ酸化物またはＮｄ酸化物の１種または２種以上を合計で１〜２５質量％含有し、さらに凝固温度が８００〜１３００℃であることを特徴とする鋼の連続鋳造用パウダー。
2. 実質的にＣｅ酸化物、Ｌａ酸化物およびＮｄ酸化物を含有しない汎用の連続鋳造用パウダーに、Ｃｅ酸化物、Ｌａ酸化物もしくはＮｄ酸化物の１種または２種以上を混合することにより、Ｃｅ酸化物、Ｌａ酸化物およびＮｄ酸化物の合計含有率が１〜２５質量％に調整されてなることを特徴とする請求項１記載の鋼の連続鋳造用パウダー。
3. 請求項１または２のいずれか１項記載の連続鋳造用パウダーを用いて連続鋳造を行うことを特徴とする鋼の連続鋳造方法。

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