JPH0741383B2 - 連続鋳造用モールドパウダー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼の連続鋳造用モール
ドパウダーに関し、特に、極低炭素鋼、ステンレス鋼の
連続鋳造時に浸炭の少ない連続鋳造用モールドパウダー
に関する。

【０００２】鋼の連続鋳造においては、モールド内にお
いてモールドパウダーが添加される。浸漬ノズルを介し
てモールド内に注入された溶鋼表面上に添加されたモー
ルドパウダーは、溶鋼からの受熱により溶鋼表面より溶
融スラグ層、未溶融の原パウダー層の層状構造を形成
し、種々の役割を果たしながら消費される。特に、モ
ールドと凝固シェルとの潤滑作用、溶鋼中から浮上す
る介在物の溶解、吸収作用、溶鋼の保温作用が重要な
役割である。

【０００３】近年、鋼の連続鋳造の進歩は目覚ましく、
鋳片品質や操業安定度に大きく影響するモールドパウダ
ーに対する要求も一段と厳しいものがあり、モールドパ
ウダーは各種鋼成分、各種鋳造条件に適合するように品
質設計がなされている。上記の特性を確保するため、一
般的なモールドパウダーには、ポルトランドセメント、
黄リンスラグ、高炉スラグ、ウォラストナイト、ダイカ
ルシウムシリケート、合成珪酸カルシウムなどを主原料
として、必要に応じて塩基度や嵩比重などの粉体特性調
整のためシリカ質原料を加え、更に、蛍石、氷晶石、硼
砂、フッ化マグネシウムなどの弗化物、炭酸ナトリウ
ム、炭酸バリウムなどの炭酸塩といった軟化点、粘度等
の溶融特性調整材としてのフラックス原料、溶融速度調
整材としての炭素質原料などを混合した混合タイプや、
炭素質原料を除く成分の全部を予め溶融水砕したプリメ
ルトタイプ、一部を予め溶融水砕したセミプリメルトタ
イプがある。また、一部金属や合金原料を使用したタイ
プもある。更に、形状的には、粉末原料を混合した粉末
タイプと更に種々の方法で造粒した顆粒タイプがある。

【０００４】近年、自動車用を中心として需要が急増し
ている極低炭素鋼の連続鋳造において、モールドパウダ
ーは溶鋼の保温作用に優れるだけでなく、パウダー中の
炭素質原料に起因する溶鋼の浸炭を生じさせないことが
極めて重要になってきている。

【０００５】パウダー中の炭素質原料に起因する溶鋼の
浸炭を防止する方法としては、パウダー中のカーボン質
原料の使用量を極力抑えるとの発想から、代替の溶融速
度調整材としてＳｉ₃Ｎ₄、ＴｉＮ、ＳｉＣなどの窒化
物、炭化物または金属などが提案され、また、２ＣａＯ
・ＳｉＯ₂を用いる方法も提案されている。これらの溶
融速度調整材を併用することによりカーボン質原料の使
用量の少ない極低炭素鋼用モールドパウダーが開示され
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の炭素質原料の使
用量の少ない極低炭素鋼用モールドパウダーは、浸炭の
低減にはある程度の効果はあるものの、保温性の低下や
滓化不良等の問題を引き起こし、実用的とは言い難い。
なぜなら、カーボン質原料は滓化溶融速度調整材として
の役割を果たすだけでなく、未溶融の原パウダー層内に
おいては、種々の原料相互の焼結抑制材として寄与し、
低熱伝導の層を維持するとともに、酸化時の発熱反応に
より溶鋼の保温性に果たす役割大であり、上記のモール
ドパウダーは、これらの役割を十分果たせないためであ
る。

【０００７】また、浸炭についても、モールド内の湯面
変動が大きい場合、原パウダー層と溶鋼との接触により
起こる浸炭の低減についてはカーボン質原料の使用量が
少ないことが接触機会の減少につながるため効果を挙げ
ていたが、湯面制御技術が進歩した現在では、この湯面
変動起因の浸炭は余り大きな問題ではなく、湯面の安定
した定常鋳造時に起こる浸炭の低減が特に重要である。
すなわち、炭素質原料使用量低減だけでは、浸炭の根本
的な解決にはなっていないのが現状である。

【０００８】極低炭素鋼用モールドパウダーとしては、
浸炭を起こさず、かつ保温性、滓化性状に優れることが
必要不可欠であり、実用的な完成品はないのが現状であ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために種々検討を重ねた結果、浸炭のメカニ
ズムを明らかにし、上述のごとき従来の極低炭素鋼用モ
ールドパウダーの欠点をすべて克服できることを見出し
た。

【００１０】本発明に係る連続鋳造用モールドパウダー
は、比表面積９５ＢＥＴ−ｍ²／ｇ以上で、かつｐＨ８
未満のカーボンブラック６０重量％以上を含むカーボン
質原料を０.５〜５重量％、カーボンの燃焼促進剤とし
て炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、硝酸ナトリウ
ム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、硝酸カリウム、
炭酸リチウムの１種または２種以上を３〜３５重量％含
有し、燃焼促進剤とカーボン質原料の配合比が重量比で
５.０以上であることを特徴とする。

【００１１】また、本発明の他の実施態様に係る連続鋳
造用モールドパウダーは、比表面積９５ＢＥＴ−ｍ²／
ｇ以上で、かつｐＨ８未満のカーボンブラック６０重量
％以上を含むカーボン質原料を０.５〜５重量％、カー
ボンの燃焼促進剤として炭酸ナトリウム、炭酸水素ナト
リウム、硝酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリ
ウム、硝酸カリウム、炭酸リチウムの１種または２種以
上を３〜３５重量％並びにシリカ含有量６０重量％以上
のシリカ質原料を１０重量％未満含有し、燃焼促進剤と
シリカ質原料の配合比が重量比で１.５以上、燃焼促進
剤とカーボン質原料の配合比が重量比で５.０以上であ
ることを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明者等は種々の研究、検討を行った結果、
以下の知見を得た：実際の鋳片の浸炭状況を調べる
と、浸炭は極表層部(〜２ｍｍ)で著しい。従って、従来
から言われているように、モールド内全面で浸炭が進ん
でいるのではなく、浸炭は主としてメニスカス近傍で起
こっていると考えられる；浸炭のメカニズムを明らか
にするために、溶融パウダースラグ層、スラグフィルム
中のカーボンの挙動を検討した結果、従来カーボンがな
いとされていた溶融パウダースラグ層、スラグフィルム
内にも２００〜９００ｐｐｍ程度のカーボンが存在する
ことが判明した；極低炭素鋼と実機でサンプリングし
たパウダースラグ、スラグフィルムとを接触させて加熱
すると、パウダースラグ、スラグフィルム中のカーボン
量が極僅かにも拘わらず浸炭が起こる；従って、モー
ルドパウダーがモールド内で溶融するときに、カーボン
質原料が溶融パウダースラグ層中に残存し、このカーボ
ンがメニスカス近傍で溶鋼や鋼の初期凝固シェルと接触
して浸炭が起こると考えられる；各種カーボン質原料
の極低炭素鋼への浸炭速度を調査検討した結果、木炭及
びカーボンブラックが最も遅いことが判明した。

【００１３】すなわち、湯面の安定した定常鋳造時に起
こる浸炭は、このパウダースラグやスラグフィルムを介
して起こることが明らかとなった。浸炭を根本的に解決
するためには、この浸炭を防止する必要がある。そのた
めには、モールド内でパウダーが溶融する際に、カーボ
ン質原料を完全燃焼させてパウダースラグやスラグフィ
ルム中にカーボンを残さないこと、また、残存しても溶
鋼や鋼の初期凝固シェルと接触したときの浸炭の速度が
遅いことが極めて重要である。

【００１４】本発明の連続鋳造用モールドパウダーは上
記の知見を基になされたものである。すなわち、カーボ
ン質原料として比表面積９５ＢＥＴ−ｍ²／ｇ以上で、
かつｐＨ８未満のカーボンブラックを使用し、完全燃焼
させるために燃焼促進剤を用いる。カーボンブラックの
選定理由は鋼への浸炭速度が遅いためであり、カーボン
ブラックとしては反応性に富み、分散性に優れる比表面
積９５ＢＥＴ−ｍ²／ｇ以上で、かつｐＨ８未満のカー
ボンブラックの使用が望ましい。比表面積９５ＢＥＴ−
ｍ²／ｇ未満だと、反応性が不十分で、完全燃焼が難し
く好ましくない。また、ｐＨ８以上では分散性が不十分
で凝集物を残し易く、完全燃焼の障害となり易く好まし
くない。ただし、カーボン質原料として比表面積９５Ｂ
ＥＴ−ｍ²／ｇ以上で、かつｐＨ８未満のカーボンブラ
ックを６０重量％以上用いれば、４０重量％未満の範囲
で他のカーボンブラック及び木炭も使用可能である。カ
ーボン質原料の使用量としては０.５〜５重量％が望ま
しい。該使用量が０.５重量％未満であれば、滓化速度
の調整が困難となり、また、５重量％を超えると完全燃
焼が難しく好ましくない。

【００１５】カーボンの燃焼促進剤として炭酸ナトリウ
ム、炭酸水素ナトリウム、硝酸ナトリウム、炭酸カリウ
ム、炭酸水素カリウム、硝酸カリウム、炭酸リチウムの
１種または２種以上を使用することによりカーボンを安
定に、かつ完全燃焼させることができる。炭酸ナトリウ
ムを例にとると下記の反応が進行し、カーボンの酸化燃
焼が促進される：

【００１６】

【化１】 Ｎａ₂ＣＯ₃＋２Ｃ→２Ｎａ↑＋３ＣＯ・・・・・(1)

【００１７】更に、(1)式で生じたＮａガスが未溶融の
原パウダー層中の酸素と反応して酸化燃焼する。このた
め発熱反応熱が得られるのに加え、炭酸塩の分解に伴う
吸熱反応が起こらないため溶鋼の保温性の点からも極め
て有効である。炭酸塩の使用が保温性の低下につながら
ないのである。

【００１８】燃焼促進剤の使用量は３〜３５重量％が望
ましい。３重量％未満では効果がなく、３５重量％を超
えるとガス発生量が多くなりすぎ、作業性が低下するた
め好ましくない。更に、燃焼促進剤とカーボン質原料の
配合比が重量比で５.０以上であることが重要である。
この重量比が５.０未満であると、カーボンの燃焼が十
分進まず、未燃焼のカーボンが残り易く好ましくない。

【００１９】更に、モールドパウダーの塩基度や嵩比重
などの粉体特性調整のために使用されるシリカ質原料と
の関係も重要である。例えば製鉄研究第２９９号(１９
７０年)第５２〜６０頁に記載されているように、Ｓｉ
Ｏ₂がＮａ₂ＣＯ₃の分解を促進することが知られてい
る。そこで、カーボンと燃焼促進剤の反応に及ぼすシリ
カ質原料の影響について調査した。その結果、ＳｉＯ₂
が多量に存在すると、カーボンと燃焼促進剤の反応が円
滑に進まず、燃焼促進剤の分解が優先的に進んでしまう
ため好ましくない。シリカ質原料を添加配合する場合に
は、シリカ含有量６０重量％以上のシリカ質原料を１０
重量％未満に限定する必要がある。シリカ質原料として
はパーライト、フライアッシュ、珪砂、長石、珪石、珪
藻土、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、ガラス粉など通
常モールドパウダーに使用される原料が使用できる。な
お、燃焼促進剤とシリカ質原料の配合比が重量比で１.
５以上であることが重要である。この重量比が１.５未
満であると、燃焼促進剤のシリカによる分解が優先的に
進み易く、燃焼促進剤とカーボンとの反応が不充分とな
り、未燃焼のカーボンが残り易く好ましくない。

【００２０】なお、本発明の連続鋳造用モールドパウダ
ーは主原料（基材原料）、シリカ質原料、フラックス原
料、燃焼促進剤、カーボン質原料、その他の原料（酸化
物、金属、合金）など前述の粉末原料を混合した粉末状
または押出造粒、撹拌造粒、流動造粒、転動造粒、噴霧
造粒などの方法で造粒した顆粒状にて使用することがで
きる。造粒に際しては、必要に応じて有機質、無機質の
バインダーを使用することができる。

【００２１】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明の連続鋳造用モ
ールドパウダーを更に説明する。 実施例 以下の表１に本発明品及び比較品の配合及び実機での使
用結果を記載する。表１中、本発明品Ｎo.４は粉末原料
混合物を加水混練し、押出造粒機によって柱状に造粒し
た顆粒品であり、その他は粉末配合物をＶ型ミキサーに
て混合した粉末品である。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】表１中、カーボンブラックＡは比表面積１
０５ＢＥＴ−ｍ²／ｇ、ｐＨ＝６のものであり、カーボ
ンブラックＢは比表面積１３０ＢＥＴ−ｍ²／ｇ、ｐＨ
＝３のものであり、カーボンブラックＣは比表面積８５
ＢＥＴ−ｍ²／ｇ、ｐＨ＝８のものである。比表面積はB
runauer−Emmett−Teller法にて測定した値である。

【００２５】

【発明の効果】以上のごとく、本発明の連続鋳造用モー
ルドパウダーは、浸炭低減対策である炭素質原料の使用
量低減だけでは解決できなかった浸炭の問題に対し、浸
炭機構を明らかにし、根本的な解決を実現したものであ
り、極低炭素鋼やステンレス鋼等用のモールドパウダー
として有効である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 比表面積９５ＢＥＴ−ｍ²／ｇ以上で、
   かつｐＨ８未満のカーボンブラック６０重量％以上を含
   むカーボン質原料を０.５〜５重量％、カーボンの燃焼
   促進剤として炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、硝
   酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、硝酸
   カリウム、炭酸リチウムの１種または２種以上を３〜３
   ５重量％含有し、燃焼促進剤とカーボン質原料の配合比
   が重量比で５.０以上であることを特徴とする連続鋳造
   用モールドパウダー。
2. 【請求項２】 比表面積９５ＢＥＴ−ｍ²／ｇ以上で、
   かつｐＨ８未満のカーボンブラック６０重量％以上を含
   むカーボン質原料を０.５〜５重量％、カーボンの燃焼
   促進剤として炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、硝
   酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、硝酸
   カリウム、炭酸リチウムの１種または２種以上を３〜３
   ５重量％並びにシリカ含有量６０重量％以上のシリカ質
   原料を１０重量％未満含有し、燃焼促進剤とシリカ質原
   料の配合比が重量比で１.５以上、燃焼促進剤とカーボ
   ン質原料の配合比が重量比で５.０以上であることを特
   徴とする連続鋳造用モールドパウダー。