JPH084876B2 - ステンレス鋼の連続鋳造における初期鋳造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ステンレス鋼の連続鋳造の初期段階で得ら
れる鋳片の品質を、特定の初期用モールドパウダーの使
用とその投入方法により改善することの出来るステンレ
ス鋼の連続鋳造における初期鋳造方法に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

連続鋳造は、内側壁面が型面を形成する筒状の鋳型
（モールド）内に挿入した浸漬ノズルから溶鋼を注入し
ながら、モールドパウダーを鋳型内の溶鋼上部表面に投
入して鋳片を鋳型の下方から引き出す方法である。この
場合、モールドパウダーは、次のような種々な作用、す
なわち鋳型の内側壁面と溶鋼の凝固シエルとの間の潤滑
作用，鋳型内の溶鋼上部表面の保温作用，溶鋼中に混在
する非金属介在物の吸収・吸着作用，溶鋼が冷却収縮し
て鋳型内側壁面との間に生じた間隙を埋めて冷却の低下
を防止する冷却補助作用等の諸作用をさせるために使用
されている。

このような連続鋳造における鋳造初期に得られる鋳片
の先端から数ｍ以内の鋳片は、冷却された鋳型内へ溶鋼
が始めて流し込まれて製造された部分であることから、
後続の安定期の鋳片よりも内部品質及び外観が劣ること
はよく知られており、特にステンレス鋼においてその傾
向は顕著である。すなわち連続鋳造初期においては鋳型
内の溶鋼温度が安定期に比較し極端に低下するため、デ
ツケル（不純物とメタルが集積凝固したもの）が発生し
たり、巻き込まれたモールドパウダーの浮上が阻害され
たりする。またモールドパウダーの未滓化（半溶融状
態）や不均一冷却その他の要因により、鋳型と凝固シエ
ル間にモールドパウダーが不均一にまた不連続に流入し
てパウダー噛込みを生じたり、デイプレツシヨン（凹
み）欠陥が生じ易いのである。

この連続鋳造初期の鋳片の品質不良部分は、通常鋳片
の状態でこれを切り取つて屑化しているが、特に製造原
価の高いステンレス鋼の場合、前記品質不良部分を少し
でも短くして屑化量を少なくし製造歩留を向上させるこ
とが強く要請されている。

そこで、従来からステンレス鋼の連続鋳造初期の鋳片
の品質不良を改善するために、連続鋳造初期段階で実施
する次のような方策が提案，実施されている。

（１）初期用モールドパウダーとしてより低溶融点，底
粘性値のものを使用する方法。

（２）モールドパウダーをルツボ等で溶融し、溶融状態
で鋳型内へ投入する方法。

前記（１）及び（２）の方策によると、連続鋳造初期
におけるモールドパウダーの溶融層が低温においても或
る程度厚く確保されることにより、鋳型の内側壁面と凝
固シエルとの間に流れ込むモールドパウダーの量が多く
なり、外観的には鋳造表面の改善効果が認められた。し
かしながら、鋳片内部の品質には低温による影響の方が
強く残つており、例えば鋳片の非金属大形介在物調査に
おいても殆どその改善効果は認められていない。

（３）不活性ガスにより鋳造内溶鋼表面をシールする方
法。

この方策は連続鋳造前の溶鋼の酸化進行を防止しよう
とする方策であるが、鋳型の上方が開放されていること
によるシールの困難性に作業の煩雑性も加わり、実操業
においては殆ど役立つていない。

（４）初期用モールドパウダーの投入タイミングを可逆
的に遅らせることによるモールドパウダーの巻込みを防
止する方法。

連続鋳造初期鋳片の品質不良の内容の一つは鋳片内部
の非金属大型介在物の存在である。そしてこの非金属大
型介在物生成の主原因は、浸漬ノズルから溶鋼を鋳型内
に注入し始めてから未だ湯面が充分に上昇しないうちに
最初のモールドパウダーを投入してこれが溶融して表面
に浮かぶ間もなく巻き込まれて鋳片中に混入して引き出
されることにある。従つて最初のモールドパウダーを投
入する時の鋳型内の湯面レベルが上昇していればいる
程、非金属大型介在物は減少し著しい改善効果が認めら
れるのである。しかしながらこの投入タイミングは、溶
鋼の湯面レベルが鋳型内に挿入された浸漬ノズルの溶鋼
噴出口より上側に設定される定常位置に達してからでは
遅きに失して鋳型内部のみならず外観的にも品質不良と
なるので、それ以前であつて且つ出来るだけ遅いタイミ
ングで投入するということが望ましいのである。しかし
湯面レベルの上昇速度が早く且つバラツクことや作業者
の個人差等が加わつて、この投入作業を常に適切なタイ
ミングで実施することは非常に困難であるのが現状であ
る。

（５）発熱性モールドパウダーを使用する方法。

この方策は、前記（１）〜（４）の方策がいずれも満
足な改善効果を得られなかつたことに対して、これらに
代わる改善手段として実施されるようになつた。

連続鋳造開始時の鋳型内に注入された溶鋼の低温化及
びそれによる最初に投入したモールドパウダーの溶融不
充分を補うために、すなわちモールドパウダーとしてCa
−Si等の金属分を含んでいる発熱性のものを使用するこ
とによつて、鋳造初期鋳片の品質に内部的にも外観的に
も改善効果が得られるのである。しかしながら、ただ単
に発熱性であれば効果があるというものではなく、また
発熱性であるが故にモールドパウダーの溶融速度も速い
ので、しばしば溶鋼の湯面レベルが低いうちに溶融スラ
グとなつて溶鋼中に混入し鋳片−鋳型間に不均一にまた
不連続に流入してスラグ噛込みやデイプレツシヨンの多
い不均一シエルを形成したり、時にはそれが異常に発達
してシエル破断という事態になる恐れがある欠点があ
り、そしてそのような異常を起こさせずに実施出来る初
期用モールドパウダーの発熱量やその使用方法について
は少しも明らかにされていなかつたのである。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は前記従来技術の欠点を解消し、発熱性のモー
ルドパウダーを初期用モールドパウダーとして使用して
ステンレス鋼の連続鋳造を開始するときに常に安定して
鋳片の内部的にも外観的にも良好な品質の鋳造初期鋳片
が得られその品質不良部を少しでも短くして屑化量を少
なくし製品歩留を向上させることが出来るように、初期
用モールドパウダーの特性及びその特性に適する使用量
を定めて初期鋳造方法を構成することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らはモールドパウダーとして代表的なAl₂O₃
−SiO₂−CaO系の無機粉末に発熱剤及び酸化剤を組み合
わせ、更に低溶融点調整剤を組み合わせた多種の発熱性
モールドパウダーを調整して、これをステンレス鋼の連
続鋳造の初期用モールドパウダーとして長期間に亘り試
用し、その効果と発熱性パウダーの特性（成分，発熱
量，溶融点等），投入量及び投入タイミングとの関係に
ついて検討した。その結果、次のような知見を得た。

すなわち、発熱量を確保しようとして発熱性のモール
ドパウダーを大量に投入すれば、パウダーの溶融層の厚
さが厚くなつて溶鋼へのモールドパウダーの部分的な過
剰流入によつて却つて初期鋳片が外観的に悪化し、溶融
速度が大き過ぎても同様な状態となる。逆に投入量が少
ないと溶鋼上部表面をカバー出来ず、保温効果が期待出
来ない。初期用モールドパウダーに前記した鋳型面との
潤滑作用，湯面の保温作用等の本来の作用を持たせ且つ
前記した諸欠点をなくして安定して初期鋳造を実施する
ことは、初期用モールドパウダーの投入量とその溶融速
度に密接に関連する発熱量及び溶融点とが相互に均衝の
とれた特定の範囲で可能であり、そしてこれにはパウダ
ーの塩基度（CaO/SiO₂）も特定の範囲にあることを必要
としている。また、投入タイミングについては、初期用
モールドパウダーの特性が前記特定の範囲にあるものを
使用する限り、極端な早期投入例えば湯面が浸漬ノズル
吐出口に達しないうちの投入を除いて、投入時期に拘わ
らず殆ど初期鋳片の品質に差は認められない。そして、
この初期鋳片の品質の差は鋳型内の溶鋼上部表面に散布
投入されるモールドパウダーの溶融状態の良否等、目視
観察によるその安定性からおよそ予測出来ることが判つ
た。

本発明らはこのような知見に基づいて更に試用を繰り
返し、前記特性の特定範囲を確認して本発明を完成した
のである。

以下に、本発明に係るステンレス鋼の連続鋳造におけ
る初期鋳造方法を詳細に説明する。

本発明において使用する初期用モールドパウダーは、
その主成分としてAl₂O₃−SiO₂−CaO系の無機粉末を用
い、これに低溶融点調整剤，発熱剤及び酸化剤を添加し
て下記の特性を有するように調製して得る。

（イ）溶融点:900〜1,100℃ （ロ）発熱量:400Kcal/Kg以上 （ハ）塩基度（CaO/SiO₂:0.7〜1.1。

Al₂O₃−SiO₂−CaO系の無機粉末はポルトランドセメン
トやフライアツシユなどから得られ、通常のモールドパ
ウダーとしても使用されるものである。その組成例とし
てAl₂O₃が10％（重量％、以下同じ）、SiO₂が43％、CaO
が47％のものが示される。

この初期用モールドパウダーは溶融温度が高い（上記
組成例の場合は1400℃）ので、前記溶融温度となるよう
に低溶融点調整剤としてNa₂O,F,MgO,Fe₂O₃，B₂O₅,BaOの
うちの１種以上を添加する。

また、前記発熱量の発熱性を持つように、発熱剤とし
てＣ及びCa−Si（カルシウムシリコン）のうちの少なく
ともCa−Siを含有させると共に、この発熱剤を発熱させ
る酸化剤としてKMnO₄，Fe₂O₃,MnOのうちの１種以上を添
加する。

塩基度は主としてAl₂O₃−SiO₂−CaO系の無機粉末で定
まるから、発熱剤として含有させるCa−Si中のCa分やSi
分を予め考慮して上記無機粉末を選定すれば良い。

このようにして調整した初期用モールドパウダーを次
に例示する。

この表中に示す塩基度の値は無機粉末のCaO/SiO₂（重
量比）を示すが、発熱剤として含有されるCa−SiのCa分
やSi分が酸化されて生成するCaO,SiO₂量によつて変化す
るものである。しかし、初期用モールドパウダーの塩基
度としてはこのようなCaO,SiO₂量の変化分も含めて0.7
〜1.1の範囲にある。

このような初期用モールドパウダーが得られたら、常
怯に従つてステンレス溶鋼を浸漬ノズルから鋳型内に注
入し、湯面が或る程度（例えば浸潰ノズルの吐出口以上
に）上昇したとき、前記の初期用モールドパウダーを湯
面すなわち鋳型内の溶鋼上部表面の表面積１cm²当り２
〜4gの割合で出来るだけ均一に散布投入し、湯面が所定
レベルに達すると共に鋳型の下端からダミーバーを引き
抜いて連続鋳造を開始する。これがすなわち初期鋳造で
ある。この初期鋳造に引き続く安定期に投入されるモー
ルドパウダーとしては、通常に市販されているモールド
パウダーを使用すれば良い。

本発明において使用する初期用モールドパウダーの発
熱量，溶融点及び塩基度の各特性の限定値の意義は、各
特性について独立に存在せず、本発明の課題を達成させ
るために必要な相互の均衡として成立するものである
が、１つの特性について他の特性を固定して説明すると
次のようである。発熱量が400Kcal/Kg未満では鋳型に最
初に注入され冷却された低温の溶鋼に接した初期用モー
ルドパウダーの溶融不充分を補うことが出来ない。溶融
点が1100℃を超える場合は初期用モールドパウダーが溶
融不充分な状態のままであり、900℃未満の場合は逆に
投入後直ちに溶融して溶鋼中に混入したり鋳型内側壁面
間に不規則に流入し易いので、投入タイミングの厳格さ
を必要とするようになる。塩基度（CaO/SiO₂）が0.7未
満又は1.1を超える場合にはモールドパウダーの主要成
分（CaO重量％，SiO₂重量％）が大きく変化するので組
成が大きく変わってしまい、モールドパウダーの溶融点
及びその粘性を大きく変えるので好ましくない。しかも
初期用モールドパウダーとしての潤滑，介在物の吸収・
吸着，冷却補助作用が充分なされなくなるのである。ま
た投入量が2g/cm²未満の場合には初期用モールドパウダ
ーによつて湯面をカバーし切れず、湯面の保温，非金属
介在物の吸収・吸着等のモールドパウダーの本来の作用
が不充分となり、4g/cm²を超えると溶融モールドパウダ
ーの溶鋼への部分的過剰流入が起こり易くなる。

本発明の鋳造対象はステンレス鋼であるが、その中で
も特にSUS304及びTi入りステンレス鋼例えばSUS409,SUS
321,SUS631等には効果が顕著である。

〔実施例、比較例〕

本発明に係るステンレス鋼の連続鋳造における初期鋳
造方法を実施例，比較例により更に具体的に説明する。

前記例示と同様にAl₂O₃−SiO₂−CaO系の無機粉末に低
溶融点調整剤，発熱剤及び塩基度について種々な初期用
モールドパウダーを調製した。この他、従来の初期用モ
ールドパウダーも用意した。これらを第２表に示す。

ステンレス鋼の連続鋳造を行うに当り、その開始に前
記各初期用モールドパウダーを使用して初期鋳造を実施
した。鋳造対象のステンレス鋼鋼種は、SUS304,SUS430
及びSUS410であつた。また鋳型の上方から挿入した浸潰
ノズルから溶鋼を鋳型内に注入してゆくときの湯面レベ
ルは、ノズル吐出口を過ぎてから約150cmのところまで
上昇して定常の湯面レベルをなつた。初期鋳造における
初期用モールドパウダーの投入量（g/cm²）は種々の量
とし、また投入タイミングとして上昇する湯面レベルの
種々な位置を採つた。初期用モールドパウダーを投入
し、鋳型から鋳片を引き出し始めて湯面レベルが定常状
態となつたとき、引き続いて通常のモールドパウダーと
して低溶融点調整剤，発熱剤，酸化剤を格別意識的に加
えたものでなく且つ塩基度が0.7〜1.2の範囲の一般的市
販品を投入していつた。

得られた各初期鋳片（先端から約5cm）について、そ
の内部及び外観の品質を調べた。品質項目，調査方法及
び評価基準は次の通りである。

（ｉ）ディプレツシヨン 調査方法：鋳造された初期鋳片の先端から鋳片表裏面の
外観を目視観察する。

評価基準：初期鋳片の先端からディプレツシヨンが発生
している長さ（ｍ）を以て表示する。

良否の境界は一般的には1.5〜2.0m程度である。

（ii）大型介在物 調査方法：初期鋳片の先端から300mmの位置，700mm
の位置，1200mmの位置でそれぞれ鋳片（厚み×幅）×
100mm長さの鋳片を切り出し、これを1/2幅に切断して鋳
片サンプルを得る。このい1/2幅の鋳片サンプルの鋳片
表面及び断面をシエーパ研削した後、更にバフ研摩して
鏡面となし、大型介在物調査用の鋳片サンプルを完成す
る。この鏡面をそれぞれ肉眼若しくは拡大鏡を用いて倍
率100倍程度で検鏡して、例えば25μｍ以上の大型非金
属介在物の個数を所定要領（位置，視野寸法や視野数，
平均化）によりカウントする。そしてカウントされた個
数に応じて10ランクにランク別けし、最も望ましい最小
を１ランク，最多を10ランクとして評価する。

評価基準：良否の境界は、１〜２ランクが良であり、３
〜10ランクが品質不良部として切り取られた屑化され
る。

（iii）投入モールドパウダーの溶融状態の安定性 調査方法：鋳型内の溶鋼上部表面の初期投入されたモー
ルドパウダーの溶融状態を目視観察する。

評価基準：この溶融状態が良好，やや不安定，不安定，
非常に不安定ランク別けし、良否の境界は勿論良好状態
のみが良である。

さて、以上に説明した品質項目、調査方法及び表か基
準に基づいて得られた結果を第３表に示す。

第３表から、本発明方法によりステンレス鋼の連続鋳
造における初期鋳造を実施するときは、従来の初期用モ
ールドパウダーを使用した場合と比べて初期鋳片表面に
発生するデイプレツシヨン欠陥の発生している長さは短
くなり、大型非金属介在物も飛躍的に減少して鋳片内部
の品質も著しく改善されていることが判る。そして本発
明方法に使用する初期用モールドパウダーの３つの特性
すなわち溶融点，発熱量及び塩基度，それに投入量のい
ずれの１つでも本発明で規定する条件を欠く場合は、改
善効果が認められないが、前記条件を満足するときは投
入タイミングにかなりな許容範囲があり、作業ミスの起
り難いことが判る。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く、本発明に係るステンレス鋼の連続
鋳造における初期鋳造方法は、ステンレス鋼の連続鋳造
で使用する初期用モールドパウダーをその主成分とする
Al₂O₃−SiO₂−CaO系の無機粉末に低溶融点調整剤，発熱
剤及び酸化剤を添加して発熱量，溶融点及び塩基度が相
互に均衡のとれた特定範囲にあるように調整し、これを
湯面に対し２〜4g/cm²に限定した投入するように構成し
たことにより、投入タイミングを厳格に図らないで投入
しても、常に安定して定常状態の鋳片とほぼ同水準の品
質の鋳造初期鋳片を得ることが可能をなつた。また、安
定して定常状態の鋳片を得るために、鋳造初期段階で溶
鋼の湯面に発生するデツケルを除去することも非常に少
なくなつた。

従つて以下のような利益が得られる。

（１）初期鋳片の不良部分の切断長が短くなつたことに
よる歩留の向上。

（２）初期鋳片の外観品質向上のために実施される疵取
りにおける疵取歩留の向上。

（３）初期鋳片の品質不良を原因とする欠陥コイルの減
少。

（４）鋳造初期における操業の安定化。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内側壁面が型面を形成する筒状の鋳型内に
   挿入した浸漬ノズルからステンレス溶鋼を注入しながら
   モールドパウダーを鋳型内上部に投入して鋳片を鋳型の
   下方から引き出す連続鋳造を最初に初期用モールドパウ
   ダーを使用して開始するに際し、初期用モールドパウダ
   ーとして、Al₂O₃−SiO₂−CaO系の無機粉末に低溶融点調
   整剤としてNa₂O,F,MgO,Fe₂O₃，B₂O₅及びBaOの１種以上
   を、発熱剤としてＣ及びCa−Siの少なくともCa−Siを、
   該発熱剤を発熱させる酸化剤としてKMnO₄，Fe₂O₃及びMn
   Oの１種以上を添加して下記の特性 （イ）溶融点:900〜1,100℃ （ロ）発熱量:400Kcal/Kg以上 （ハ）塩基度（CaO/SiO₂:0.7〜1.1 を有するパウダーを調整し、この初期用モールドパウダ
   ーを鋳型内の溶鋼上部表面の表面積１cm²当り２〜4g投
   入することを特徴とするステンレス鋼の連続鋳造におけ
   る初期鋳造方法。