JP5226415B2 - 鋼の連続鋳造用パウダー - Google Patents
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Description
本発明は鋼の連続鋳造において鋳型内に添加して使用する連続鋳造用パウダーに関し、特に炭素量０．０８〜０．４０質量％の中炭素鋼を鋳造するのに適したものを提供する。
溶鋼の連続鋳造においては粉末または顆粒状態のパウダーが鋳型内の湯面に散布される。このパウダーは溶鋼表面で溶解してスラグの溶融層を形成し、溶鋼の保温、酸化防止および非金属介在物の吸収を行なうとともに、鋼の凝固シェルと鋳型との間に流れ込んで潤滑作用を行なう。
このような連続鋳造用パウダーの一般的な成分はたとえば、ＳｉＯ２：２０〜４５質量％（以下、％という）、ＣａＯ：２５〜４５％、Ａｌ２Ｏ３：１〜１５％に、溶融温度と粘度の調整のためにＮａ２Ｏ：０．５〜２０％、Ｆ：５〜２０％を加えており、さらに溶融速度を調整するためにＣを０．５〜１０％添加している。そしてこれにより溶融温度を９５０〜１２００℃、粘度を０．５〜１５ｐｏｉｓｅ程度にしている。
上記各成分のうちでも、ＳｉＯ２とＣａＯは特に分量が多いものであり、ＣａＯ／ＳｉＯ２である塩基度はパウダーの特性を決める指標の一つとなっている。上記ＳｉＯ２の配合原料としてはシリカ粉末、珪石粉末などのＳｉＯ２原料が使用でき、またＣａＯの配合原料としては天然炭酸カルシウム、合成炭酸カルシウム、蛍石などが使用できる。さらに上記のようなＣａＯやＳｉＯ２をそれぞれを単独に含有する原料の他に、両方含有する原料も多く使用されている。そのような両方含有する原料としては、たとえば合成カルシウムシリケート（ＣａＯ・ＳｉＯ２）、合成ダイカルシウムシリケート（２ＣａＯ・ＳｉＯ２）、ポルトランドセメント（３ＣａＯ・ＳｉＯ２）などがある。
さらにＣａＯとＳｉＯ２の両方を含有する原料として、天然鉱物であるウォラストナイト（珪灰石、ＣａＯ・ＳｉＯ２）がある。ウォラストナイトは石灰岩が花崗岩との接触により変性を受けて生成した鉱物で、石灰岩地帯などで産出するものである。連続鋳造用パウダーの特許明細書において、実施例における原料成分の１つとしてウォラストナイトが記載されているのを見ることがあるが、ウォラストナイトをパウダーの成分として積極的に利用することを記載した文献は少ない。
ウォラストナイトを特許請求の範囲に含むものとして特開２００４−１３６３６０号公報（特許文献１）があり、これにおいてはＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が１．８以上の連続鋳造用パウダーにおいてポルトランドセメントおよびウォラストナイトを含有することが発明の構成の１つとなっている。特許文献１の発明は凝固スラグの高結晶化特性を得るためにＣａＯ／ＳｉＯ２質量比を１．８以上とするものであるが、ポルトランドセメントとウォラストナイトを併用し、特にこれら合計で３５％以上とすることによりパウダーが溶融時に焼結することなく、良好な溶融特性を得ることができるとしている。
また特開平７−１７８５２０号公報（特許文献２）には、基材原料として平均長さが４５〜５００μｍ、平均繊維径が５〜６５μｍでアスペクト比が７〜１００の範囲にある針状珪酸カルシウムを１０〜９０％含有する連続鋳造用パウダーの発明が記載されている。特許文献２の発明はこのような針状珪酸カルシウムを使用することにより、パウダー内に適度の空隙が生じてパウダーの断熱性が向上し、溶融速度を適度にすることができるとしている。
ここで特許文献２の発明の詳細な説明には上記の針状珪酸カルシウムの具体例として、天然鉱物のウォラストナイトの特殊粉砕物が適当であると記載されている。しかし本発明者らの知見によると、天然鉱物のウォラストナイトであれば上記のような大きなアスペクト比を有するのが一般的という訳ではない。しかしながら特許文献２にはこのような大きなアスペクト比のウォラストナイトの産地については記載がなく、また上記の特殊粉砕物なるものを得るための粉砕方法について特段の説明はない。
特開２００４−１３６３６０号公報
特開平７−１７８５２０号公報
天然鉱物のウォラストナイトはＣａＯとＳｉＯ２の両方を含有する原料として合成珪酸カルシウムなどより安価であり、これを連続鋳造用パウダーの主原料として使用すればコストを低減することができ、天然物なので省エネルギーにもなる。しかしＣａＯ／ＳｉＯ２＝１．１〜２．０の連続鋳造用パウダーを製造するに際して、ＣａＯ−ＳｉＯ２系の配合原料としてウォラストナイトを主原料とし、これにＣａＯ／ＳｉＯ２比を増加するための配合原料を加えたものを製造したところ、モールドパウダーの使用時にノズルの周りに閃光が発生する問題が生じた。本発明は上記のような閃光発生の問題が無い連続鋳造用パウダーを提供することを課題とする。
本発明は前記課題を課題を解決するものであって、質量比でＣａＯおよびＳｉＯ２をＣａＯ／ＳｉＯ２＝１．１〜２．０の範囲で含有する連続鋳造用パウダーにおいて、配合原料として天然鉱物のウォラストナイトを２０〜７０％使用し、さらにＣａＯ／ＳｉＯ２をウォラストナイトより大きくする配合原料を加えることによりＣａＯ／ＳｉＯ２を前記の範囲に調整するに際し、ポルトランドセメントを５％以下、炭酸カルシウムを１３％以下としたことを特徴とする連続鋳造用パウダーである。ここにおいて、上記の連続鋳造用パウダーは炭素量０．０８〜０．４０％の中炭素鋼を鋳造するためのものであること、また鋳造速度が鋳造量にして４ｔ／分以上で鋳造するためのものであることも特徴とする。また上記の連続鋳造用パウダーは化学成分が、ＳｉＯ２：２０〜３５％、ＣａＯ：３０〜５０％、Ａｌ２Ｏ３：３〜１５％、Ｎａ２Ｏ：１〜２０％、Ｆ：２〜１５％、Ｃ：１〜１０％であることも特徴とする。
本発明の連続鋳造用パウダーは、ＣａＯとＳｉＯ２の成分のための主原料としてウォラストナイトを使用しているのにもかかわらず、モールドパウダーの使用時にノズルの周りに閃光が発生することがない。このため中炭素鋼を連続鋳造するのに適したＣａＯ／ＳｉＯ２の範囲の連続鋳造用パウダーを低コストで製造できる。
本発明が対象とする連続鋳造用パウダーは炭素量０．０８〜０．４０％の中炭素鋼を鋳造する場合に使用することを主目的としている。中炭素鋼の連続鋳造においては割れが発生し易いので鋳片を緩冷却する必要があり、ＣａＯ／ＳｉＯ２＝１．１〜２．０を要する。
本発明の連続鋳造用パウダーにおいては上記の理由でＣａＯおよびＳｉＯ２をＣａＯ／ＳｉＯ２＝１．１〜２．０の範囲で含有するが、ＣａＯとＳｉＯ２の成分のための主原料として天然鉱物のウォラストナイトを使用する。ウォラストナイトはＣａＯ・ＳｉＯ２の化学組成を有し、塊状または針状の結晶として産出するものである。上記組成からウォラストナイトのＣａＯ／ＳｉＯ２の理論値は０．９３となるので、ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．１〜２．０の本発明の範囲にするためにはＣａＯ成分を追加する必要がある。
本発明において主原料であるウォラストナイトの配合割合は２０〜７０％とする。２０％未満では主原料としてウォラストナイトを使用して原料コストを削減するという本発明の効果が不充分となる。特に好ましくはウォラストナイトの配合割合を３０％以上とする。一方、７０％を超えるとＣａＯ／ＳｉＯ２の調整のための成分や、粘度調整のための成分など他の成分の添加が困難になる。
このような配合成分であるウォラストナイトに対し、ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．１〜２．０の本発明の範囲にするために、ＣａＯ／ＳｉＯ２をウォラストナイトより大きくする原料を配合する必要がある。このような配合原料としては、合成ダイカルシウムシリケート（２ＣａＯ・ＳｉＯ２）、ポルトランドセメント（３ＣａＯ・ＳｉＯ２）、合成炭酸カルシウム、天然炭酸カルシウム、生石灰、蛍石などがある。
ところで上記のような組成の連続鋳造用パウダーを使用して鋳造をしたところ、ノズルの周りに閃光が発生する問題が生じた。このような閃光はタンディッシュ内の溶鋼に浸漬されたノズルにおけるフラックスとの界面部分から頻繁に発生するものであり、作業者の湯面監視を不可能にする。また湯面保温性低下により鋳片の品質悪化を引き起こすこともある。そこで本発明者らは連続鋳造のさいにノズルの周りに閃光が発生するのに関係するパウダーの成分や操業条件などの要因について調べた。
その結果、パウダーの成分としてはウォラストナイトの分量が２０％以上のときに、ポルトランドセメントが５％を超えた場合または炭酸カルシウムが１３％を超えた場合に閃光が発生することが判明した。ここで炭酸カルシウムは合成炭酸カルシウムと石灰石などの天然炭酸カルシウムの両方が該当する。一方、ＣａＯ／ＳｉＯ２をウォラストナイトより大きくする原料のうちで、合成ダイカルシウムシリケート、蛍石や生石灰などは閃光発生の問題が無いことが判明した。したがって閃光発生を防止するにはこれらの原料を使用するか、ポルトランドセメントは５％以下、炭酸カルシウムは１３％以下の範囲で使用すれば良い。なおポルトランドセメントと炭酸カルシウムの両方を配合する場合でも、それぞれが上記範囲内であれば閃光発生の問題はない。
また閃光が発生するのに関係する操業条件としては、鋳造速度が鋳造量にして４ｔ／分以上の場合に閃光が発生することが判明した。したがって上記のようにポルトランドセメントと炭酸カルシウムの添加量を制限する必要があるのは、鋳造量が４ｔ／分以上で操業する場合だけとなるが、鋳造量が４ｔ／分未満の場合にもポルトランドセメントと炭酸カルシウムの添加量を制限したパウダーを使用することは当然に差し支えない。なお閃光発生の原因については不明であるが、鋳造速度が大きいときにはタンディッシュのノズルを通過する溶鋼の量が多くなるためノズルの温度が高くなり、パウダーの溶融過程でＣａ成分による何らかの影響でＮａが炭素成分などで還元され、燃焼反応したものと考えられる。
連続鋳造用パウダーとしては上記のようなＣａＯ−ＳｉＯ２系の成分の他に、溶融温度、粘度、溶融速度などを調整するためにさらにＡｌ２Ｏ３、Ｎａ化合物、弗化物、炭素粉などが添加される。本発明の連続鋳造用パウダーとして好ましい化学成分の範囲としては、ＳｉＯ２：２０〜３５％、ＣａＯ：３０〜５０％、Ａｌ２Ｏ３：３〜１５％、Ｎａ２Ｏ：１〜２０％、Ｆ：２〜１５％、Ｃ：１〜１０％が適当である。これらの成分範囲のとき好ましい溶融温度、凝固温度、溶融スラグの粘度などの物性が得られる。なおさらに粘度などの調整のために必要に応じてＬｉ２Ｏ、Ｂ２Ｏ３、ＳｒＯ、ＭｎＯ等の金属酸化物を添加することもできる。
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
ＣａＯおよびＳｉＯ２の配合原料として基本成分に天然鉱物のウォラストナイトを使用し、これに各種のＣａＯ−ＳｉＯ２系の原料を配合して中炭素鋼を連続鋳造するためのパウダーとしてＣａＯ／ＳｉＯ２が１．１〜２．０の範囲のものを各種試作した。表１にＣａＯ−ＳｉＯ２系の原料の配合と、パウダー全体の化学成分およびＣａＯ／ＳｉＯ２を示す。またこれらのパウダーの粘度と凝固温度も表１にあわせて示している。
ＣａＯおよびＳｉＯ２の配合原料として基本成分に天然鉱物のウォラストナイトを使用し、これに各種のＣａＯ−ＳｉＯ２系の原料を配合して中炭素鋼を連続鋳造するためのパウダーとしてＣａＯ／ＳｉＯ２が１．１〜２．０の範囲のものを各種試作した。表１にＣａＯ−ＳｉＯ２系の原料の配合と、パウダー全体の化学成分およびＣａＯ／ＳｉＯ２を示す。またこれらのパウダーの粘度と凝固温度も表１にあわせて示している。
これらのパウダーを使用して６．３ｔ／分の鋳造速度で連続鋳造を行ない、閃光発生の有無を調べた。その結果も表１に示すが、○印は閃光発生が見られなかったもの、×は閃光が発生したものである。パウダー記号Ａ〜Ｅは本発明のもので、ポルトランドセメントを５％以下、また炭酸カルシウムを１３％以下としている。これらのパウダーを使用した場合にはいずれも閃光の発生はなく、円滑な鋳造作業ができた。
これに対して比較例である記号Ｆのパウダーは、化学成分が本発明例である記号Ａに対応するものであって、ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．１０と本発明の範囲内では低いものである。ＣａＯ／ＳｉＯ２比がウォラストナイトより大きな配合原料としては、記号Ａ、記号Ｆのどちらのパウダーもポルトランドセメントと炭酸カルシウムを使用しているが、記号Ｆのパウダーではポルトランドセメントの配合割合が５％を超えたため、鋳造中に閃光が発生した。
また比較例である記号Ｇのパウダーは、化学成分は本発明例である記号Ｂに対応するものであって、ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．２７となっている。ＣａＯ−ＳｉＯ２系の原料としては記号Ｂ、記号Ｇのどちらのパウダーもポルトランドセメントと炭酸カルシウムを使用しているが、記号Ｇのパウダーではポルトランドセメントの配合割合が５％を超えたため、鋳造中に閃光が発生した。
また比較例である記号Ｈのパウダーは、化学成分は本発明例である記号Ｃに対応するものであって、ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．３４となっている。本発明のパウダーである記号Ｃではポルトランドセメントと炭酸カルシウムのどちらも使用しなかったが、記号Ｈのパウダーではポルトランドセメントの配合割合が５％を超えたため、鋳造中に閃光が発生した。
また比較例である記号Ｉのパウダーは、化学成分は本発明例である記号Ｄに対応するものであって、ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．７０と本発明の範囲内でやや高いものである。ＣａＯ−ＳｉＯ２系の原料としては記号Ｄ、記号Ｉのどちらのパウダーも、合成ダイカルシウムシリケートおよび蛍石の他にポルトランドセメントおよび炭酸カルシウムを使用しているが、記号Ｉのパウダーでは炭酸カルシウムの配合割合が１３％を超えたため、鋳造中に閃光が発生した。
また比較例である記号Ｊのパウダーは、化学成分は本発明例である記号Ｅに対応するものであって、ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．９１と本発明の範囲内で高いものである。ＣａＯ−ＳｉＯ２系の原料としては記号Ｅ、記号Ｊのどちらのパウダーも、合成ダイカルシウムシリケートおよび蛍石の他にポルトランドセメントおよび炭酸カルシウムを使用しているが、記号Ｉのパウダーではポルトランドセメントの配合割合が５％を超え、さらに炭酸カルシウムの配合割合も１３％を超えたため、鋳造中に閃光が発生した。
Claims (4)
- 質量比でＣａＯおよびＳｉＯ２をＣａＯ／ＳｉＯ２＝１．１〜２．０の範囲で含有する連続鋳造用パウダーにおいて、配合原料として天然鉱物のウォラストナイトを２０〜７０質量％使用し、さらにＣａＯ／ＳｉＯ２をウォラストナイトより大きくする配合原料を加えることによりＣａＯ／ＳｉＯ２を前記の範囲に調整するに際し、ポルトランドセメントを５質量％以下、炭酸カルシウムを１３質量％以下としたことを特徴とする連続鋳造用パウダー。
- 炭素量０．０８〜０．４０質量％の中炭素鋼を鋳造するためのものであることを特徴とする請求項１記載の連続鋳造用パウダー。
- 鋳造速度が鋳造量にして４ｔ／分以上で鋳造するためのものであることを特徴とする請求項１または２記載の連続鋳造用パウダー。
- 化学成分が、質量％で、ＳｉＯ２：２０〜３５％、ＣａＯ：３０〜５０％、Ａｌ２Ｏ３：３〜１５％、Ｎａ２Ｏ：１〜２０％、Ｆ：２〜１５％、Ｃ：１〜１０％であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の連続鋳造用パウダー。
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