JP5943539B2

JP5943539B2 - 鋼の連続鋳造用フロントパウダー

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Publication number: JP5943539B2
Application number: JP2010171180A
Authority: JP
Inventors: 康英大塲
Original assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Current assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Priority date: 2010-07-29
Filing date: 2010-07-29
Publication date: 2016-07-05
Anticipated expiration: 2030-07-29
Also published as: JP2012030247A

Description

本発明は鋼の連続鋳造における連々鋳の開始時の鋳造初期に鋳型に使用するモールドパウダーであるフロントパウダーに関し、特に鋳込み初期にモールドパウダーの溶融層を迅速に生成させて溶鋼を外気から遮断するとともに、鋳型銅板と初期凝固シェルとの間の潤滑性を確保するために使用するフロントパウダーで、特に溶鋼汚染などの問題があるＣａ−Ｓｉ合金やＡｌ−Ｍｇ合金粉末などの金属発熱材や過マンガン酸カリウムなどの低級酸化物酸化剤を一切使用しないフロントパウダーに関する。

従来の鋼の連続鋳造による連々鋳の開始時の鋳造初期に使用するモールドパウダーであるフロントパウダーは、滓化性の観点から遊離炭素すなわちフリーカーボン（以下、「Ｆ．Ｃ．」とも記載する。）を殆ど含有しないものである。このものは鋳造初期の安定操業を確保するために、図２に示すように、パウダー基材に金属発熱剤や低級酸化物酸化剤を加えたもので、不可避的な遊離炭素が１．０重量％以下であり（例えば、特許文献１参照。）、これらのＣａ−Ｓｉ合金粉末やＡｌ−Ｍｇ合金粉末などの金属発熱材や低級酸化物酸化剤は、モールド中で燃焼後にパウダー基材と一緒に溶融した。

しかし、上記したようなフリーカーボンを殆ど含有しないフロントパウダーでは、フリーカーボンによる燃焼発熱が得られないので、代わりにＣａ−Ｓｉ合金などの金属発熱材やＫＭｎＯ₄やＦｅ₂Ｏ₃などの低級酸化物酸化剤（例えば、特許文献２、特許文献３参照。）を添加した発熱型パウダーが主流で使用されている。

上記したように、連続鋳造の際のモールド内の初期の保温性を図る観点から、フロントパウダーには金属発熱材を使用している。しかしながら、発熱型モールドパウダーの場合、発熱剤が急激な反応を起こし、発熱効果の持続性がなく、連続的な保温効果が得られず、鋳片表面品質の飛躍的改善は望めない。また発熱型モールドパウダーに酸化源として含まれるＦｅ₂Ｏ₃や酸化反応生成物であるＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂などの酸化物も介在物として鋳片内部品質を悪化させているなど、溶鋼汚染などの点で発熱型モールドパウダーに問題あることが指摘されている（例えば、特許文献４参照。）。

特許第３２３８０７３号公報（特開平１０−５９５３号公報）特許第２９７３８４５号公報特開平２−２２０７４９公報特開平４−１４３０５２号公報特開平９−２２５６０６号公報特開平３−１６９４６７号公報特開２００８−１０５０５２号公報特開平４−１０５７５７号公報特開平９−８５４０３号公報特開平１０−３４３０１号公報

本発明では、溶鋼汚染などの点で問題となるＣａ−Ｓｉ合金やＡｌ−Ｍｇ合金粉末などの金属発熱材や過マンガン酸カリウムなどの低級酸化物酸化剤を一切使用しない連々鋳の開始時の鋳造初期に使用するモールドパウダーであるフロントパウダーを提供することである。

従来、定常状態で使用する通常のモールドパウダーと同様に、連続鋳造の連々鋳の開始時の鋳造初期に使用するモールドパウダーあるフロントパウダー１として、フリーカーボン２のみを添加したフロントパウダー１は使用されていなかった。その理由は、燃焼発熱のために必要なフリーカーボン２の量とフロントパウダー１としての適正な滓化性との関係が正確に評価できていなかったからである。そこで、発明者は燃焼発熱のために必要なフリーカーボン２の量とフロントパウダー１としての適正な滓化性との関係について鋭意考究したところ、フリーカーボン２の量を増やすと発熱量が増えるが、滓化性は低下して滓化しにくくなることを見出し、次の二つの事項が、連続鋳造における連々鋳で、極めて大切な事項であるという知見を得た。

第１の事項は、連々鋳の開始時の鋳造初期に生じる不沈塊状物であるデッケルによる鋼の品質低下を防止するために、従来、図２に模式的に示す、モールドに添加されていたＣａ−Ｓｉ合金やＡｌ−Ｍｇ合金などの金属発熱材やＫＭｎＯ₄やＦｅ₂Ｏ₃などの低級酸化物酸化剤４に代えて、モールド内における、図１に模式的に示す、フロントパウダー１としてフリーカーボン２をモールドに添加することで、フリーカーボン２による燃焼発熱によってモールド内の保温を図る。この場合、フリーカーボン２による燃焼発熱によって図る保温は、フロントパウダー１に続いて定常状態で添加する通常のモールドパウダーの燃焼発熱によって図る保温と同様である。

第２の事項は、スラグ化率試験によって、フロントパウダー１のスラグ化率すなわち滓化性を評価することである。この滓化性を評価によって、フロントパウダー１としての適正な滓化性を設計することができ、その結果、適正な滓化性を有するフロントパウダー１を得ることができる。

これらの知見に基づく、上記の課題を解決するための本発明の手段は、請求項１の発明では、炭素含有量が、質量％で、０．１〜１．５％である鋼を連続鋳造する際の連々鋳の開始時の鋳造初期に使用するフロントパウダーとしてのモールドパウダーである。このフロントパウダー１はＳｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｌｉの酸化物系化合物およびＦを有する化合物からなるパウダー基材３と、フリーカーボン２の混合体からなり、パウダー基材３の質量部を１００部とするとき、フリーカーボン２の質量部は２〜８部であり、金属発熱材や低級酸化物酸化剤４を一切使用せず、質量１５０ｇのフロントパウダー１を１３００℃で５分間保持した場合の下記の（１）式で示すスラグ化率が４０〜９０％であり、１３００℃における粘度が０．１〜５．０Ｐａ・ｓであることを特徴とする鋼の連続鋳造における連々鋳用のフロントパウダー１である。
スラグ化率（％）＝｛（滓化したフロントパウダーの質量部）／（滓化したフロントパウダーと未滓化のフロントパウダーの混合物の質量部）｝×１００・・・（１）

上記の粘度が０．１Ｐａ・ｓ未満では、粘度が低すぎて鋳造開始時に溶融パウダーが潤滑膜を均一に生成しにくく、潤滑性が不十分となる。粘度が５．０Ｐａ・ｓよりも高すぎると流動性が低く、鋳造開始時の潤滑性が不十分となる。

本発明の手段のフロントパウダーを鋼の連続鋳造における連々鋳の開始時の鋳造初期のモールドパウダーとして使用することで、フロントパウダーの溶融層を連々鋳初期に迅速に生成させてモールド中の溶鋼を外気から遮断するとともに、モールドの銅板と溶鋼の初期凝固シェルとの間の潤滑性を確保し、かつ初期鋳造材の清浄度の悪化を防止することにより、表面性状の優れた連々鋳初期の鋳片を得ることができる。

本発明のフロントパウダーのフリーカーボンとパウダー基材の割合を示す模式図である。従来のフロントパウダーの金属発熱剤や低級酸化物酸化剤とパウダー基材の割合を示す模式図である。

本発明の実施の形態について、以下に説明する。この実施の形態では、連続鋳造における連々鋳によって、炭素含有量が質量％で０．１〜１．５％である種々の鋼を製造するに当たって、それらの溶鋼の連々鋳の開始時の鋳造初期に使用するフロントパウダー１であるモールドパウダーをモールド中に投入してフロントパウダー１の溶融層を生成した。この生成したフロントパウダー１の溶融層によりモールド中の溶鋼を外気から遮断し、また、モールドと溶鋼の凝固シェルとの間の潤滑性を確保し、さらに、初期鋳造材の清浄度の悪化を防止した。使用したフロントパウダー１はパウダー基材３およびフリーカーボン２の混合体からなるモールドパウダーである。

上記のフロントパウダー１を形成しているパウダー基材３およびフリーカーボン２の混合体について説明すると、パウダー基材３はＳｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｌｉの酸化物系化合物およびフッ化物系化合物（以後、フッ化物系化合物を「Ｆ化合物」という。）からなり、このパウダー基材３を質量部で１００部とするとき、パウダー基材３の２〜８部望ましくは３〜６部に相当する質量部のフリーカーボン２を、このパウダー基材３に対して加えた混合体からフロントパウダー１はなっている。このフロントパウダー１は、１３００℃における粘度が０．１〜５．０Ｐａ・ｓを有するものである。また、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｌｉの酸化物系化合物としては、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ₂Ｏ＋Ｌｉ₂Ｏであり、Ｆ化合物としては、スラグ融剤であるＣａＦ₂からなる螢石またはＮａＦからなるフッ化ソーダなどである。これらの化合物の配合比率は特に限定するものではないが、代表的な化合物の配合比率はおよそＳｉＯ₂：３５〜６０部、Ａｌ₂Ｏ₃：２〜１５部、ＣａＯ：２５〜３５部、ＭｇＯ：≦１０部、Ｎａ₂Ｏ＋Ｌｉ₂Ｏ：２〜２０部であり、Ｆ化合物としてはＣａＦ₂：５〜１５部、ＮａＦ≦１０部で構成される。

ところで、フロントパウダー１の１３００℃における粘度が０．１Ｐａ・ｓ未満では、粘度が低すぎて連々鋳の鋳造開始時に溶融パウダーがモールドと溶鋼の凝固層との間に潤滑膜を均一に生成しにくく、このために潤滑性が不十分となる。一方、１３００℃における粘度が５．０Ｐａ・ｓよりも高くなると流動性が低くなりすぎ、連々鋳の鋳造開始時の潤滑性が十分に得られないこととなる。

さらに、この鋼の連々鋳用のフロントパウダー１では、１３００℃に加熱して５分間保持して冷却することによって得られる下記の（１）式に示すスラグ化率は４０〜９０％であり、望ましいスラグ化率は５０〜８０％である。

スラグ化率（％）＝｛（滓化したフロントパウダーの質量）／（滓化したフロントパウダーと未滓化のフロントパウダーの混合物の質量）｝×１００・・・（１）

すなわち、上記の（１）式に示すスラグ化率（％）は、１３００℃に加熱し５分間保持して冷却することによって得た滓化したフロントパウダーと未滓化のフロントパウダーの混合物の質量中に占める滓化したフロントパウダー１の質量の比率を百分率で示した値である。

このスラグ化率を求める試験に当たっては、滓化のためにフロントパウダー１を加熱するが、この加熱条件は１３００℃へ加熱し、この温度に５分間保持する１条件である。さらに、上述の条件でフロントパウダー１を加熱すると滓化して融液となり、この融液が冷却後に塊となるので篩の上に残ることとなる。一方、試験後も未滓化のパウダーは粒径が変わらないので、篩を通過する。この現象を利用して、ＪＩＳＺ８８０１の呼び寸法６００μｍの篩にて滓化したフロントパウダーと未滓化のフロントパウダーを篩別することにより、滓化したフロントパウダーを篩上とし、滓化しなかったすなわち未滓化のフロントパウダーを篩下とし、それらの質量をそれぞれ測定して求め、これらの求めた質量を上記のスラグ化率の（１）式に適用することによりスラグ化率が得られる。

スラグ化率が４０％未満のフロントパウダー１では、フロントパウダーとしての滓化性が不十分で溶融しにくい。スラグ化率が９０％を超えるフロントパウダー１では、フリーカーボンによるフロントパウダー粒子の被覆が不十分であるために、焼結するなどの不具合が生じる恐れがある。

フロントパウダー１のスラグ化率の試験方法は、本出願人の他の出願に係る特開２００８−２４６５００号公報に記載の方法と同様の方法により実施できる。

その方法は、先ず、厚さ１ｍｍの鉄板を加工して、幅８０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、深さ２５ｍｍである鉄製の容器を作製する。この鉄製の容器にフロントパウダーを１５０ｇ秤量して装入する。これを平らにして溶解させる炉としてマッフル炉を使用し、上記のフロントパウダーを装入した鉄製の容器を１５７３Ｋに設定したマッフル炉中に装入し、５分間保持し、フロントパウダーを溶解させた後、鉄製の容器ごと取り出して自然冷却する。

冷却した鉄製の容器からフロントパウダーを全て取り出し、滓化分と未滓化分とを分離するためにボールミルで１０分間処理する。処理後、滓化したフロントパウダーと未滓化のフロントパウダーの混合物をＪＩＳＺ８８０１の呼び寸法６００μｍの網目の篩にて篩別する。この篩別により網目上に残った篩上を滓化したフロントパウダーとし、その質量を測定する。一方、網目を通過した篩下を滓化していないすなわち未滓化のフロントパウダーとし、その質量を測定する。

これらの測定により得られたそれぞれの質量を次のスラグ化率の（１）式に適用して、滓化したフロントパウダーの質量部を、滓化したフロントパウダーと未滓化のフロントパウダーの全質量部で除することによって、すなわち加熱に用いた元のフロントパウダーの全質量部で除することによって、スラグ化率を算出する。

スラグ化率（％）＝｛（滓化したフロントパウダーの質量部）／（滓化したフロントパウダーと未滓化のフロントパウダーの混合物の質量部）｝×１００・・・（１）
すなわち、スラグ化率（％）＝｛（滓化したフロントパウダーの質量）／（元のフロントパウダーの全質量）｝×１００……（１）である。

ここで、本発明の実施の形態である発明例１〜７と比較例１〜７により、フロントパウダーの組成、並びに、１３００℃で５分間保持した場合における粘度、スラグ化率、および、連々鋳の開始時の鋳造初期の鋳片の表面性状を表１に示す。表１において、Ｆ．Ｃ．はフリーカーボンを示し、連々鋳の開始初期の鋳片すなわち連々初期鋳片の表面性状における、◎は操業異常なく鋳片の表面性状が優秀であること、○は鋳片の表面性状が良好であること、△および×は鋳片表面に欠陥を発生すること、××は操業異常による鋳片焼き付きなどのあることをそれぞれ示している。この場合、表１において、パウダー基材は滓化後のパウダー融液組成が１００部となるように示している。一方、パウダー組成における．Ｆ．Ｃ．は燃焼して消失し、パウダー基材の滓化後のパウダー融液組成に影響しない。そこで、パウダー基材の滓化後のパウダー融液組成を質量で１００部とするとき、この滓化後のパウダー融液組成に対して混合するＦ．Ｃ．の質量部で示している。なお、本発明では、表１の下部に記載するように、表１におけるＦはパウダー原料におけるＦ化合物、例えばＣａＦ₂、ＮａＦ、ＡｌＦ₃などのＦを有する化合物の合計量である。

ＪＩＳに規定するＳＣｒ４２０鋼の連々鋳の開始時の鋳造初期に、図１に模式的に示す、表１の発明例４に示すフロントパウダー１（Ｆで示すＦ化合物：６．０部と、ＳｉＯ₂：４６．４部、Ａｌ₂Ｏ₃：１１．２部、ＣａＯ：２７．９部、ＭｇＯ：５．３部、Ｎａ₂Ｏ＋Ｌｉ₂Ｏ：３．１部の酸化物からなるパウダー基材３と、質量部でパウダー基材１００部に対して混合するフリーカーボン２であるＦ．Ｃ．２．５部との混合物からなり、粘度１．１Ｐａ・ｓ、スラグ化率６０％）８ｋｇを鋳型に投入して鋳造を開始した。この発明例４のフロントパウダー１は、スラグ化率が６０％であるので、フロントパウダー１に必要な滓化性を有するための条件であるスラグ化率４０〜９０％を満足しており、パウダー基材１００部に対して混合するＦ．Ｃ．が２．５部であるので、フロントパウダー１に必要な燃焼発熱による保温性を有するための条件であるＦ．Ｃ．２〜８部を満足しており、さらに、粘度が１．１Ｐａ・ｓであるので、フロントパウダー１に必要な潤滑性を有するための条件である粘度０．１〜５．０Ｐａ・ｓを満足している。その後、連々鋳の定常化にあわせて、上記の鋳造初期のフロントパウダーに代えて、ＳＣｒ４２０鋼用の定常時のモールドパウダーである本体パウダー（Ｆで示すＦ化合物：６．０部、ＳｉＯ₂：４６．４部、Ａｌ₂Ｏ₃：１１．２部、ＣａＯ：２７．９部、ＭｇＯ：５．３部、Ｎａ₂Ｏ＋Ｌｉ₂Ｏ：３．１部からなるパウダー基材、パウダー基材１００部に対して混合するＦ．Ｃ．：５．４部、粘度１．１Ｐａ・ｓ、スラグ化率３３％）を用いて連々鋳を継続し、鋳片を得た。これらの鋳片は連々鋳初期の鋳片においても表面性状の優れたもので、連々鋳が定常化してから得られた鋳片と変わることの無い、表面性状は◎で優れたものであった。この鋳片表面性状は、鋳造後放出して冷塊とした鋳片を対象に、磁粉探傷およびグラインダー研削によって鋳片疵の程度を評価した。

１フロントパウダー
２フリーカーボン
３パウダー基材
４金属発熱材や低級酸化物酸化剤

Claims

炭素含有量が、質量％で、０．１〜１．５％である鋼を連続鋳造する際の連々鋳の開始時の鋳造初期に使用するフロントパウダーとしてのモールドパウダーで、このフロントパウダーはＳｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｌｉの酸化物系化合物およびＦを有する化合物からなるパウダー基材と、フリーカーボンの混合体からなり、パウダー基材の質量部を１００部とするとき、フリーカーボンの質量部は２〜８部であり、金属発熱材や低級酸化物酸化剤を一切使用せず、質量１５０ｇのフロントパウダーを１３００℃で５分間保持した場合の下記の（１）式で示すスラグ化率が４０〜９０％であり、１３００℃における粘度が０．１〜５．０Ｐａ・ｓであることを特徴とする鋼の連続鋳造における連々鋳用のフロントパウダー。
スラグ化率（％）＝｛（滓化したフロントパウダーの質量部）／（滓化したフロントパウダーと未滓化のフロントパウダーの混合物の質量部）｝×１００・・・（１）