JPH0825009A

JPH0825009A - 鋼の連続鋳造用パウダー

Info

Publication number: JPH0825009A
Application number: JP17968394A
Authority: JP
Inventors: Keiji Watanabe; 圭児渡辺; Tatsuto Takahashi; 達人高橋; Hideji Yamamoto; 秀治山本
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1994-07-08
Filing date: 1994-07-08
Publication date: 1996-01-30

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、鋼の連続鋳造にさいして、鋳型内
に添加されるパウダーであって、鋳片の表面疵を大幅に
減少できるパウダーに関する。【構成】下記の成分（成分はｗｔ％である）を有する
鋼の連続鋳造用パウダーである。（ａ）珪酸カルシュウムを主成分とするの粉末であっ
て、その粒子内部に粒径５μｍ以下の炭素粉末を0.001
〜10％含有している第１基材を60〜100 ％と、（ｂ）前
記珪酸カルシュウムの物性を調整する物性調整剤を0 〜
40％と、（ｃ）溶融速度調整剤としての炭素を0.5 〜7
％を含有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼の連続鋳造において
鋳型（モールド）内に添加して使用される鋼の連続鋳造
用パウダー（以下単にパウダーという）に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来から、鋼の連続鋳造に使用されるパ
ウダーには以下に示すような特性が要求されている。鋳型内の溶鋼面に添加されたパウダーは、溶鋼面に接
した溶融層（以下溶融層という）とその上の未溶融層を
形成し、溶鋼面を被覆することにより、空気による溶鋼
酸化を防止し保温効果を持つこと。溶融したパウダーはモールドと凝固シェルとの間に入
って潤滑剤として消費されるため、常に適当量供給され
るが、この際、消費速度とバランスを保ちながら適正な
溶融層厚みとなる溶融速度を有すること。

【０００３】溶融層が溶鋼中より浮上した非金属介在
物の吸収能を有し、この非金属介在物を吸収しても、そ
の物性（粘性, 溶融温度等) の変化が小さいこと。溶融したパウダーはモールドと凝固シェル間に流れこ
み、均一な溶融パウダーフィルムを形成し、潤滑作用が
あること。溶融層は適度の粘性、表面張力を持ち、溶鋼へ巻き込
まれないこと。

【０００４】上記の内で、特に溶鋼への溶融層の巻込み
（以後パウダーの巻込みという）は鋳造速度が1.5 m/mi
n よりも大きくなるような高速鋳造で多発するが、中・
低速鋳造でもブリキ材、自動車用鋼板材等の品質要求が
厳格な鋼種において問題となることがある。このパウダ
ーの巻込み防止のため、特公平4-40103 のように高粘
性, 高表面張力のパウダーが開発されてきた。しかしな
がら、近年更なる高速鋳造化や更なる品質の向上が要求
されているため、パウダーのより一層の高粘性,高表面
張力化が指向されている。

【０００５】通常、連続鋳造用パウダーはSiO₂、CaO 、
Al₂O₃ 、Fe₂O₃ 、MgO 、MnO 、BaO、B₂O₃等の酸化物を
基材とし、その他に物性調整剤としてNa₂O、K₂O 、Li₂O
等の金属酸化物、NaF 、KF、LiF 、CaF₂、MgF₂、AlF₃、
Na₃AlF₆ 等の弗化物、及びこれらの金属の炭酸化物、硝
酸化物が添加されている。

【０００６】上記パウダーの基材としては、電気炉やキ
ュポラで溶解された珪酸カルシウムのプリメルト基材、
また既存の基材として、高炉滓、ガラス粉末、ポルトラ
ンドセメント、フライアッシュ、あるいは、天然のもの
として玄武岩、ワラストナイト、シラス等がある。これ
らの基材に添加され成分、物性を調整するための副原料
としては、フッ化ナトリウム、氷晶石、炭酸ソーダ、炭
酸リチウム、蛍石、及び主成分の成分調整用としては、
SiO₂源としてガラス粉、珪藻土等、 CaO源としては炭酸
カルシウム、蛍石等が添加される。

【０００７】また、パウダーには、溶融速度調整剤とし
て、カーボンブラック、天然及び人造黒鉛、コークス
粉、石炭粉等の炭素質、あるいは、窒化硼素等の窒化物
が配合されている。従来、炭素質粉として平均粒径約30
ｎｍである超微粉のカーボンブラック、約40μｍのコー
クス粉、約100 μｍの木粉が使用されている。そしてパ
ウダーの形状は粉状のもの、あるいはバインダーを添加
し顆粒状にしたものが一般的である。

【０００８】従来パウダーの粘性を変化させる方法とし
ては、副原料として添加されるF 、Na分を増減させて行
うことが一般的であった。即ち、パウダーの粘性は特に
これらの含有量に反比例し、高粘性パウダーはF 、Na含
有量を低減することが一般的に行われていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来パウダー
の粘性を変化させ、パウダーの巻込みを防止するために
F 、Na含有量を変え、組成を変更して高粘性とすると、
例えば溶融点等が変化し、目的に合ったパウダーを作成
することは不可能であった。本発明はパウダーの基本的
な特性である組成を変化させずに、高粘性化を達成し、
パウダー巻き込みの無い高品位の製品を得ることのでき
るパウダーを提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは各種実験検
討を重ね、実操業でのパウダー流れ込み条件を研究した
結果、従来並の軟化温度を確保したまま高粘性を有する
パウダーを製造することができるとの知見し得た。本発
明はこの知見に基づきなされたものである。

【００１１】（１）請求項１の発明は、下記の成分（成
分はｗｔ％である）を有する鋼の連続鋳造用パウダー。（ａ）珪酸カルシュウムを主成分とするの粉末であっ
て、その粒子内部に粒径５μｍ以下の炭素粉末を0.001
〜10％含有している第１基材を60〜100 ％と、（ｂ）前
記珪酸カルシュウムの物性を調整する物性調整剤を0 〜
40％と、（ｃ）溶融速度調整剤としての炭素を0.5 〜7
％を含有している。

【００１２】（２）請求項２の発明は、前記第１基材の
珪酸カルシュウムを主成分とする粉末が、下記の成分組
成（成分はｗｔ％である）である請求項１記載の鋼の連
続鋳造用パウダー。ＣａＯ：20〜50％、ＳｉＯ₂：20〜45％、Ａｌ
₂Ｏ₃：0.5 〜10％、ＭｇＯ：0.5 〜20％、Ｎａ
₂Ｏ：1 〜20％、Ｆ：2 〜20％。

【００１３】（３）請求項３の発明は、前記物性調整剤
がアルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物、フッ
化物、または炭酸塩の何れか１種以上である請求項１ま
たは請求項２記載の鋼の連続鋳造用パウダー。

【００１４】

【作用】前述のようにパウダーを用いた連続鋳造法では
パウダーの巻込みが大きな問題となる。パウダーの潤滑
性や保温性を確保しながら、その巻込みを防止しするた
め種々検討を行った結果、適当な粒度の炭素を溶融パウ
ダー中に分散させることによりパウダーの粘性を高くす
るさせることに成功したものである。以下にその作用に
ついて説明する。

【００１５】連続鋳造用パウダーが溶鋼面で溶融して生
成する溶融層は、珪酸塩融体( 溶融珪酸塩) であり、そ
の化学的には種々のイオン、錯イオンからなるイオン性
融体である。溶融層中では、イオン結合性の高いアルカ
リ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物などが単純に金
属陽イオンと酸素イオンとなるが、SiO₂のように共有結
合性が高く、結合力も大きいものは単純にイオンとはな
らず、SiO₄ ^4-、Si₂O₇ ^6-等の錯イオンとなって存在して
いる。また、フッ化物は、金属陽イオンと F^-イオンし
て存在する。

【００１６】パウダーに添加される炭素質は存在形態は
種々異なるが、炭素原子同士の共有結合がほぼ100 ％を
占め、そのため炭素質が溶融層中に存在した場合もイオ
ンにはならない。従って、一度溶融層中に取り込まれる
と、溶融パウダーとの密度差により浮上分離するか、溶
融層中を外部から拡散して来る酸素と反応してＣＯガス
として除去されない限り、溶融層中に残存することにな
る。

【００１７】しかし実操業においては、溶鋼上のパウダ
ーは溶融層と断熱性の粉末層で完全にカバーされた溶融
層−粉末層の二層を形成しており、そして従来のパウダ
ーは図1(a)、(b) に示されるように、炭素質は基材中に
は存在せず基材に対して単純混合しているために粉末層
部で容易に酸化脱炭され、溶融層には炭素はほとんど含
有されていない。

【００１８】本発明パウダーは、図1(c)に示したよう
に、珪酸カルシュウムを主成分とした基材中に炭素が分
散している第１基材を主成分とする。この第１基材の作
成法は次の様なものである。

【００１９】ＣａＯ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯを
含有するライム、珪石、ボーキサイト、マグネシヤ等の
原料を例えば電気炉で溶解し、珪酸カルシュウムを主成
分とするプリメルト材を溶製し、破砕後、乾燥して１０
μｍ以下の微粉末とする。この微粉末に、物性調整材と
して、螢石、炭酸ソーダ等を添加し、更に水、アルコー
ル等を使用してスラリーとし、平均粒径約30ｎｍのカー
ボンブラックのような微細な炭素を添加し、スプレード
ライヤーなどの手法で乾燥して、顆粒とする。

【００２０】顆粒の成分組成（ｗｔ％）は下記の通りで
ある。ＣａＯ：20〜50％、ＳｉＯ₂：20〜45％、Ａｌ
₂Ｏ₃：0.5 〜10％、ＭｇＯ：0.5 〜20％、Ｎａ
₂Ｏ：1 〜20％、Ｆ：2 〜20％炭素：0.001 〜10％

【００２１】上記顆粒を再度１０μｍ以下の微粉末とし
たもを第１基材とし、これを６０〜１００％、カーボン
ブラック等の炭素0.5 〜７％、物性調整材としてアルカ
リ金属またはアルカリ土類金属の酸化物、フッ化物、ま
たは炭酸塩の何れか１種以上を0 〜40％を配合し本発明
に係る連続鋳造用パウダーを製造する。

【００２２】この様な配合の理由は、第１に前述の様な
パウダーに必要な特性を付与するためであり、第２に後
述するようにパウダーを鋳型内溶鋼の添加した際、約13
00℃で溶融層を形成し、かつ、溶鋼上での溶融層中に粒
径５μｍ以下の炭素が0.001〜６％含有される鋼の連続
鋳造用パウダーとすることで、鋳片の表面疵を大幅に減
少することが可能となるからである。

【００２３】そこで、上記第１基材を６０％配合した場
合でも、溶鋼上での溶融層中に炭素が少なくとも６％残
存するように、第１基材の炭素配合量を前述の通り１０
％とした。このようなパウダーを溶鋼上に添加すると、
溶融層−粉末層の二層のうち粉末層では、脱炭は基材の
表面近傍だけで生じ、基材内部の炭素は残留することに
なる。パウダーの溶融速度は基材表面近傍の炭素または
単純に混合により添加された炭素により調整される。そ
の後、粉末部のパウダーは溶融する。

【００２４】鋳造条件により多少異なるが、溶融層は5
〜30分間程度溶鋼上に滞留しており、この間溶融層中の
炭素は徐々には酸化により減少することになる。ところ
が、溶融層中に残留した炭素は微細なため浮上せず、周
囲は酸化物の基材で囲まれているので、その酸化速度は
小さく、モールドと溶鋼の凝固シェル間に流れ込む時点
においても基材内部の炭素の大部分はそのまま残留する
ことになる。この炭素を含有する溶融層は固液混合流体
であるため、その粘性は炭素が含有されていない溶融層
に比較しその含有量により0.1 〜5 poise 高くなる。

【００２５】本発明パウダーはパウダー基材に炭素を強
制分散した部分を有するから、粘性以外の基本的な性能
（表面張力、結晶化温度) は基材の持つそれと同じであ
る。また、溶融速度制御用に用いられている炭素添加は
従来通りなされているので、炭素の基材への分散による
溶融速度への悪影響は無い。このようにして、基材に炭
素を強制分散することで、溶解時においても炭素が分散
した状態を維持することが可能となり、他の特性は変化
させずにパウダーの粘性を制御し鋳片の表面疵は大幅に
減少させることが可能になる。

【００２６】ここでいう粘性は1500℃におけるものであ
る。一般に粘性は、1300℃での測定値が従来用いられて
きているが、これはメニスカス直上の溶融パウダーフィ
ルムの平均温度が1300℃であることと、測定が比較的容
易で測定値が安定していることから広く行われてきた
が、モールド内溶鋼湯面上の溶融層は1500℃であり、溶
鋼湯面上での溶融層からのパウダー巻込みを物性面から
検討するには1500℃における測定がより望ましいからで
ある。

【００２７】次に溶融パウダー中の炭素粒子の大きさ、
含有量の限定理由及びその作用について述べる。本発明
においては溶融層中に炭素粒子が均一に分散しているこ
とが望ましい。ところが、溶融層中に５μｍ以上の炭素
が存在すると、炭素粒子への浮力が無視できなくなり、
溶融層から浮上分離するといった現象が生じる。従っ
て、溶融層中の炭素粒子径は５μｍ以下とすることが望
ましい。

【００２８】溶融層中の炭素含有量はその粘性に多大な
作用を与える。炭素量が0.001 ％(10ppm) 以下であれ
ば、炭素無添加のものとほとんど同じ粘性となり炭素に
よる粘性低下効果は期待できない。また、炭素量が６％
を超えると、そのパウダーがモールドと凝固シェル間に
入り、凝固シェルに接触した場合、凝固シェルに炭素が
浸炭し、凝固シェルの融点を低下させ、これによるブレ
ークアウトを引き起すことが考えられる。従って溶融層
中の炭素の含有量は0.001 〜６％とすることが望まし
い。

【００２９】以上のように溶鋼上での溶融層中に５μｍ
以下の炭素が0.001 〜６％含有される鋼の連続鋳造用パ
ウダーとすることで、他の物性を変化させることなく溶
融したパウダーの粘性を任意に増大させることができ
る。これにより、鋳片の表面疵を大幅に減少することが
可能となる。

【００３０】

【実施例】塩基度(CaO/SiO₂、重量比）が1.15になるよ
うに、珪石、石灰、ボーキサイト、マグネシア、螢石を
電気炉を用い溶解し、十分に脱ガスさせた後、水砕し、
乾燥して製造した珪酸カルシウム基材を10μｍ以下に微
粉砕し、これに平均粒径30ｎｍのカーボンブラックを添
加し、湿式混合し、スプレードライヤーにより平均外径
100 μｍの顆粒にした。カーボンブラックの添加量は0.
001 〜10％の範囲である。

【００３１】この顆粒を再度10μｍ以下に粉砕し、炭素
が均一に基材粉内分散した珪酸カルシウム基材を作成し
た。この炭素が均一に分散した第１基材を 60 〜100 ％
配合し、更に、物性調整剤として珪藻土、炭酸カルシウ
ム、螢石炭酸ソーダの副原料、及び溶融速度調整剤とし
てカーボンブラックと人造黒鉛粉の30ｎｍから100 μｍ
の炭素質粉を添加混合し、表１から表３に示す配合を有
する連続鋳造用パウダーを作成した。

【００３２】製造したパウダーは極低炭素鋼スラブ用パ
ウダー、低炭素鋼スラブ用パウダー、中炭素鋼ビレット
用パウダーの３種類に大別され、各用途ではパウダーの
基材である炭素量及び溶融速度調整剤の炭素量のみ変
え、主要成分組成を同一としたものである。

【００３３】一方、比較用として塩基度(CaO/SiO2 、重
量比) が1.15になるように、珪石、石灰、ボーキサイ
ト、マグネシア、螢石を電気炉を用い溶解し、十分に脱
ガスさせた後、水砕し、乾燥して製造した珪酸カルシウ
ム基材に、物性調整剤として珪藻土、炭酸カルシウム、
螢石炭酸ソーダの副原料、及び溶融速度調整剤としてカ
ーボンブラックと人造黒鉛粉の30ｎｍから100 μｍの炭
素質粉を添加混合して３種類のパウダーを作成した。こ
れら比較用パウダーは基材にカーボンブラックを含まな
いことと溶融速度調整剤としての炭素量が異なることを
除けば、本発明による極低炭素鋼スラブ用パウダー、低
炭素鋼スラブ用パウダー、中炭素鋼ビレット用パウダー
と同一組成である。

【００３４】本発明になるパウダーと比較パウダーを使
用し、スラブ連続鋳造機（鋳型寸法２２０×２０００ｍ
ｍ）において極低炭素鋼と低炭素鋼を鋳造し、さらに、
ビレット連続鋳造機（２２０×２２０ｍｍ）において中
炭素鋼を鋳造し、それぞれ目視により鋳造中でのパウダ
ーの溶融特性調査、又鋳造中にパウダーの溶融層をモー
ルド内からサンプリングし、溶融層中の炭素の含有量の
分析と溶融層の粘性（1500℃) を白金引き上げ法で測定
するとともに、鋳造した鋳片を調査した。

【００３５】測定結果および調査結果を表１、表２、表
３に示す。尚、表中の炭素量は最終的に製造するパウダ
ーを100 重量％とした時の対象成分の量で、炭酸塩等か
ら不可避的に入る炭素質分は対象外としている。又、パ
ウダーの溶融特性指数、鋳片への浸炭、加炭指数、鋳片
清浄度指数は以下のように定義した。

【００３６】パウダーの溶融特性指数；パウダーの溶融
特性評価を５段階表示し、通常の溶融特性を３とし、数
が少ないほど溶融特性が悪化し、数字が大きい程向上す
る。鋳片への浸炭、加炭指数；加炭度を５段階表示し、加炭
がない場合を５とし、数が少ないほど加炭度が悪化す
る。鋳片清浄度指数；清浄度を５段階表示し、現状
の清浄度を３とし、数が少ないほど清浄度が悪化し、数
字が大きい程清浄度が向上する。

【００３７】表１において比較例１、２に示すパウダー
は全炭素量は異なるが、炭素分を単純混合したものであ
り、従って溶融層中に炭素は含有されず、溶融層の粘性
は比較例１、２とも0.5poiseであった。これに対して基
材中に炭素分を分散させた実施例１、２、３について
は、比較例と主成分が同じ組成であるにもかかわらず、
溶融層の粘性は高く、鋳片の清浄度も良好であった。

【００３８】また、予め基材に添加した炭素量の多いも
のほど溶融層中の炭素量は多く、溶融層中の炭素含有量
が多いほど、粘性は高く、且つ鋳片の清浄度は良好とな
る。浸炭による影響は実施例１、２、３においては認め
られなかったが、全炭素量が4.5 ％の比較例２において
は浸炭されることが確認できた。パウダーの溶融特性は
基材に添加した炭素量にも僅か影響するが、ほとんどは
溶融制御のために添加した炭素量に依存していた。

【００３９】又、表２、表３に記したように、別の実施
例に関しても同様な効果が認められた。図２に極低炭素
鋼用パウダーの溶融層中パウダーの炭素含有量と1500℃
における粘性との関係を示したが、前述のとおり、パウ
ダーの炭素含有量が高くなるとその粘性が高くなってい
ることが明らかであった。以上のように、実施例に示し
たパウダーは、いずれも通常のパウダーと同じ条件で鋳
造が可能であり、浸炭の影響もなくかつ鋳片清浄性も極
めて良好で表面キズや非酸化物系介在物の極めて少ない
鋳片を得ることができた。

【表１】

【表２】

【表３】

【発明の効果】本発明に係るパウダーは、その基本的な
特性である組成を変化させずに、高粘性化を達成し、パ
ウダー巻き込みの無い高品位の鋳片を得ることのできる
パウダーを提供するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパウダー基材中の炭素質粉の混合状態
を、従来のパウダー基材中の炭素質粉の混合状態とを比
較して示した概念図である。

【図２】1500℃における本発明に係る極低炭素鋼用パウ
ダーの溶融層における炭素含有量と粘性との関係を示す
図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記の成分（成分はｗｔ％である）を有
する鋼の連続鋳造用パウダー。（ａ）珪酸カルシュウムを主成分とするの粉末であっ
て、その粒子内部に粒径５μｍ以下の炭素粉末を0.001
〜10％含有している第１基材を60〜100 ％と、（ｂ）前
記珪酸カルシュウムの物性を調整する物性調整剤を0 〜
40％と、（ｃ）溶融速度調整剤としての炭素を0.5 〜7
％を含有している。
【請求項２】前記第１基材の珪酸カルシュウムを主成
分とする粉末が、下記の成分組成（成分はｗｔ％であ
る）である請求項１記載の鋼の連続鋳造用パウダー。ＣａＯ：20〜50％、ＳｉＯ₂：20〜45％、Ａｌ₂Ｏ₃：0.5 〜10％、ＭｇＯ：0.5 〜20％、Ｎａ₂Ｏ：1 〜20％、Ｆ：2 〜20％。
【請求項３】前記物性調整剤がアルカリ金属またはア
ルカリ土類金属の酸化物、フッ化物、または炭酸塩の何
れか１種以上である請求項１または請求項２記載の鋼の
連続鋳造用パウダー。