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1. WO2005032745 - 鋼の連続鋳造用粉末状モールドパウダー

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[ JA ]
明 細書

鋼の連続铸造用粉末状モールドパウダー

技術分野

[0001] 本発明は、鋼の連続铸造において、铸型内溶鋼表面上に供給される鋼の連続铸 造用粉末状モールドパウダーに関する。

背景技術

[0002] 鋼の連続铸造において、モールドパウダーは铸型内の溶鋼表面上に添加され、溶 鋼力ゝら熱を受けて滓ィ匕溶融し、溶融スラグ層を形成し、順次铸型と铸片との隙間に流 入し消費される。この間のモールドパウダーの主な役割としては(1)铸型と铸片間の 潤滑、(2)溶鋼カゝら浮上する介在物の吸収、(3)溶鋼の再酸化防止と保温、(4)凝固 シェル力铸型への抜熱速度コントロールなどである。

[0003] モールドパウダーの化学組成は、一般に SiO 2、 CaOを主成分とし、 Al 2 O 3、 MgO、

BaO、 SrO、 Li 20、 Na 20、 F、 MnO、 B 2 O 3、 C等の各成分から構成されている。原 料は、主原料、シリカ原料、フラックス原料、炭素質原料等から構成される。ここで、主 原料としては、例えばポルトランドセメント、合成珪酸カルシウム、ウォラストナイト、高 炉スラグ、黄リンスラグ、ダイカルシウムシリケート(2CaO . SiO 2 )等が用いられる。シリ 力原料は、塩基度 (CaOZSiO 2質量比)や嵩比重などの粉体特性調整のためにカロ えられ、例えばガラス、珪石、珪藻土などがある。フラックス原料は、軟化点、粘度等 の溶融特性調整剤としての役割があり、例えば蛍石、氷晶石、ほう砂、フッ化ナトリウ ム、フッ化マグネシウムなどのフッ化物、炭酸ナトリウム、炭酸リチウム、炭酸マンガン 、炭酸バリウム等の炭酸塩等が用いられる。炭素質原料は、溶融速度調整剤、発熱 剤としての役割があり、例えばカーボンブラック、コータス、黒鉛、酸処理黒鉛等が用 いられる。

[0004] また、連続铸造用モールドパウダーの形態は、粉末と顆粒に分類できる。顆粒状モ 一ルドパウダーは発塵が少ないという利点がある。一方で、連続铸造の操業安定性 と、得られる鋼の高品質ィ匕のためには、溶鋼の保温性に優れ、溶融性状も良い粉末 状モールドパウダーの方が適して、る。

[0005] 粉末状モールドパウダーには、焼結防止と溶融速度調整のため、通常カーボンブ ラックが 1質量%以上添加されている。その一方でカーボンブラックの添カ卩は後述す るように操業上や作業環境上好ましくない面があり、その添加量を極力抑えたモール ドパウダ一も開発されている。例えば、特許文献 1には、基材原料に、カーボンブラッ クを 0. 7mass%以下配合するとともに、カーボンブラック以外の顔料を 0. 5mass% 以上配合し、かつパウダー粒の中空で可及的に球状となしたことを特徴とする連続 铸造用着色パウダー(請求項 1);基材原料に、カーボンブラックを 0. 7masS%以下 配合するとともに、カーボンブラック以外の顔料を 0. 5mass%以上配合し、かつ基材 原料中のフッ化ソーダ (NaF)、氷晶石(3NaF-AlF 3 )、ソーダ灰(Na 2 CO 3 )の合計 力 mSaa%以下であることを特徴とする連続铸造用着色パウダー (請求項 2)が開示 されている。

[0006] また、特許文献 2には、(1)耐火性の金属酸ィ匕物と溶剤とから成る焼結又は溶融さ れた組成物と、 (2)セルロース系材料とから成ることを特徴とする鉄系金属の铸造用 粉末フラックスが開示されている。

[0007] 更に、特許文献 3には、金属酸ィ匕物を主としてなり、このほかにアルカリ金属および アルカリ土類金属の弗化物、アルカリ金属の酸化物および炭酸塩のうち 1種以上を 含有してなる鋼の連続铸造用铸型添加剤の基材に、溶融速度調整剤として 100メッ シュ以下の炭素質粉 0. 5— 5wt% (質量%)と 100メッシュ以下の有機質繊維質物 質 0. 1— 4wt% (質量%)を配合してなることを特徴とする鋼の連続铸造用铸型添カロ 剤が開示されている。

[0008] また、非特許文献 1には、铸型内溶融層厚みを均一化するために、セルロースを添 カロして溶融速度を高めたモールドパウダーが報告されている。

[0009] 特許文献 1 :特開平 8— 25007号公報特許請求の範囲

特許文献 2 :特開昭 56-89372号公報特許請求の範囲

特許文献 3 :特開昭 59— 27759号公報特許請求の範囲

非特許文献 1:新日鉄技報第 377号(2002) 55— 58頁「304オーステナイト系ステ ンレス鋼連続铸造铸片の表層品位向上技術の開発」

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0010] 従来の粉末状モールドパウダーには、溶融速度制御、溶融性状維持のためカーボ ンブラックが通常 1. 0質量%以上添加されている。カーボンブラックがモールドパゥ ダ一の焼結防止と溶融速度調整に大きな効果をもつのは次のような理由である。力 一ボンブラックは強力な付着性と分散性によって、粉末状モールドパウダーを構成す る全ての原料粒子の表面を完全に被覆する。また、カーボンブラックはスラグに濡れ 難い特性をもっているので、粉末状モールドパウダーが熱を受けた時、軟化溶融す る温度になるまで、原料粒子同士が直接接触するのをカーボンブラックが防ぐことに より、原料粒子間の融着を抑え、焼結と溶融の進行を遅らせることができる。

[0011] 粉末状モールドパウダー中にカーボンブラックが過剰に存在すると、溶鋼湯面が静 かな時はモールドパウダーは下方向力順次スムーズに溶融する力溶鋼内力ガ スの浮上が多!、時など溶鋼表面が暴れるような場合には、未溶融の粉末状モールド パウダーが熱を受けて赤くなつて流動する。このような現象を赤熱と呼ぶ。赤熱現象 が起こるのは、カーボンブラックがモールドパウダー原料粒子表面を過剰に被覆して いるため、軟ィ匕溶融温度まで加熱されても原料粒子間の融着が全く起こらないため 原料粒子が流動し易くなるためである。赤熱現象が起こると、流動するモールドバウ ダ一が熱媒体となって溶鋼表面力の熱放散が大きくなり、本来保温が重要な溶鋼 表面を冷やしてしまい、铸片品質の悪ィ匕の問題や、場合によってはブレークアウトの 原因となる。また、赤熱現象が起こると、粉末状モールドパウダーも冷えてしまい滓ィ匕 溶融が遅れて、適正な溶融層厚みの確保が困難となる。するとモールドと凝固シェル 間に流入するスラグが途切れ、ブレークアウトを起こし易くなる問題もある。このように 、カーボンブラック量が過剰であると、溶鋼の湯面活性状態によって滓ィ匕溶融性状が 大幅に変化してしまい、製品欠陥の原因となったり、操業安定性を損なう欠点がある

[0012] 逆に、粉末状モールドパウダー中にカーボンブラックが少ないと、原料粒子同士が 直接接触するため融点以下の比較的低温から融着し、焼結を起こし易ぐ溶融も早く なり過ぎる問題が発生する。モールドパウダーが焼結すると、铸型周辺にスラグベア 一と呼ばれる焼結物の固まりが発生し、铸型と凝固シェル間へのパウダースラグの流 入を阻害し、凝固シェルの潤滑不良を生じ、場合によってはブレークアウトを起こす。 また、モールドパウダーの溶融が早くなり過ぎると、溶融したパウダースラグが铸型と 凝固シェル間へ流入する速度とのバランスが崩れ、溶融スラグ層が厚くなり過ぎたり する問題がある。溶融スラグ層が厚くなり過ぎると、溶融性状の悪化や、保温性の悪 ィ匕、モールドパウダー組成変動の増大などによって、操業安定性と製品品質への悪 影響が大きい。

[0013] このように、カーボンブラックの添加量は粉末状モールドパウダーの溶融性状に及 ぼす影響が大きぐ従来の粉末状モールドパウダーは操業条件の変化への追従性 を高めるのが困難な状況にある。

[0014] 更に、カーボンブラックは同一の添加量でも製造時の混合状態によって溶融性状 が大幅に変化してしまう。即ち、混合状態が悪いとカーボンブラックはモールドパウダ 一原料粒子表面を均一にコーティングしないために、溶融むらを起こしたり、期待し た溶融速度よりも早くなつたりする。一方、混合状態が良過ぎると、赤熱現象を起こし 易くなる。このように、カーボンブラックが添加された粉末状モールドパウダーは製造 時の条件設定が難しい問題がある。

[0015] それでも、従来の殆ど全ての粉末状モールドパウダーには、溶融速度制御、溶融 性状維持のため、カーボンブラックが通常 1. 0質量%以上添加されており、粉末状 モールドパウダーの色調は当然のことながら黒色である。黒色の粉末状モールドパゥ ダ一は発塵による汚れが目立ち、装置、着衣、皮膚などに付着すると汚れが落ち難 い問題がある。また、殆ど全ての粉末状モールドパウダーは黒色であるため製品(品 質)毎に色の差が無ぐ見た目での製品(品質)の判別がつき難い欠点もある。その ため、作業者による粉末状モールドパウダーの投入間違いがあっても気付かずにトラ ブルの原因となる可能性もある。粉末状モールドパウダーの製品(品質)毎に色が異 なればモールドパウダーの投入間違いも起こり難くなると考えられる。

[0016] 次に、特許文献 1に記載されている連続铸造用着色パウダーは、その形態を中空 顆粒に限定したり、粉末状モールドパウダーの場合は低融点原料であるフッ化ナトリ ゥム、氷晶石、炭酸ナトリウムの総量に制限を設けて溶融性状の悪ィ匕を防ぐものであ る。し力しながら、特許文献 1では実質的にカーボンブラックを 0. 7質量%以下の量 でしか配合していないために、フッ化ナトリウム、氷晶石、炭酸ナトリウムの総量に制 限を設けただけでは滓ィ匕溶融速度を調整することは困難であり、また、溶融性状の 悪ィ匕を防ぐことも困難であるなど、不完全なものである。

[0017] また、特許文献 2は、鉄系金属の铸造用粉末フラックス (モールドパウダー)にクリン カー生成を抑制することを目的としてセルロース系材料を添加することを開示するも のであるが、元素状炭素を含まないため、セルロース系材料が燃焼すること、及び燃 焼によって生じた炭化物の酸ィ匕が早くなり過ぎるのでモールドパウダーの溶融も早く なり、焼結物も発生し易くなる問題がある。

[0018] 更に、特許文献 3は、炭素質粉と有機質繊維質物質を添加したモールドパウダーを 開示するものであるが、炭素質粉と有機質繊維質物質を併用する目的は、溶融スラ グ層を均一に保って浸炭を防止することにある。また、特許文献 3には、カーボンブラ ックの配合量についての記述は無ぐ実施例において、粉末状モールドパウダーの 場合には、カーボンブラックが 2. 0質量%も添加されているため、赤熱現象を起こし 易ぐ色調も黒色である。なお、カーボンブラックが不在のものは、顆粒状モールドパ ウダ一のみである。

[0019] また、非特許文献 1に使用されているモールドパウダーにおいて、セルロースを使 用しても、モールドパウダーの溶融速度を高めるのは不可能である。

[0020] 従って、本発明の目的は、鋼の連続铸造用粉末状モールドパウダーの溶融性状に ついて、スラグベア一や焼結物が発生することなぐ適正な溶融速度を保つと同時に 、溶鋼湯面が活性な時でも赤熱現象が起こらないようにすることができ、更に、色調を 黒色でなくすることによって発塵による汚れを防止し、黒色以外の任意の色に着色す ることによって製品毎の見分けを付き易くすることができる鋼の連続铸造用粉末状モ 一ルドパウダーを提供することにある。

課題を解決するための手段

[0021] 即ち、本発明は、鋼の連続铸造用モールドパウダーにおいて、炭素質原料として力 一ボンブラックを 0. 5質量%以下(ゼロを含む)、カーボンブラック以外の炭素粉を 0. 5— 20質量%、及び炭水化物粉を 0. 1-7. 0質量%含有することを特徴とする鋼の 連続铸造用粉末状モールドパウダーを提供することにある。

[0022] また、本発明の鋼の連続铸造用粉末状モールドパウダーは、カーボンブラック以外 の炭素粉の少なくとも一部または全部として酸処理黒鉛を 0. 1-8. 0質量%含有す ることを特徴とするちのである。

[0023] 更に、本発明の鋼の連続铸造用粉末状モールドパウダーは、顔料を 0. 3-7. 0質 量%含有することを特徴とする。

発明の効果

[0024] 本発明の鋼の連続铸造用粉末状モールドパウダーによれば、黒色以外の色調で あるために発塵による汚れが目立たなぐ作業環境を改善することができ、また、溶融 面からは、溶鋼湯面が活性な時にも赤熱現象が発生することなぐスムーズに溶融す ると、う効果を奏するものである。

発明を実施するための最良の形態

[0025] 鋼の連続铸造用粉末状モールドパウダー中のカーボンブラックが多過ぎることによ る弊害を取り除くため、カーボンブラックの添加量を少なくする場合に、モールドパゥ ダ一が熱を受けた後にモールドパウダー粒子間の融着を防ぐ物質を添加すれば良 い。本発明者らは種々の検討を行なった結果、カーボンブラック代替原料として、炭 水化物類を使用することを見出した。連続铸造用粉末状モールドパウダー中に分散 した炭水化物粉はそれ自身がモールドパウダー原料粒子間に分散し融着を防止す ると共に、使用中に熱を受けると炭化してモールドパウダー原料粒子表面をコーティ ングし、モールドパウダー原料粒子間の融着を防止することができる。

[0026] しかし、炭素粉不在で、炭水化物粉を単独で使用すると、炭水化物が完全燃焼し 易ぐ炭化物が生成され難くいので、モールドパウダー原料粒子の融着を防止でき ずに、粉末状モールドパウダーの溶融を遅く制御することはできない。そこで、炭水 化物粉と同時に炭素粉を添加することによって、炭水化物粉を不完全燃焼させて炭 化物を生成し、モールドパウダー原料粒子をコーティングすることにより、焼結防止と 溶融速度の制御が可能となった。更に、炭素粉の中でも、酸処理黒鉛は加熱される と自身が膨張してモールドパウダー中の各原料粒子が融着するのを防止して、焼結 を起こり難くする効果が大き、ので添加することが好ま、。

[0027] 本発明の鋼の連続铸造用粉末状モールドパウダーにおいて、カーボンブラックの 代替原料として添加される炭水化物粉は、主成分が炭水化物であれば特に限定は 無ぐ米、小麦、大豆、とうもろこし、芋などの穀物類、根葉類をそのまま粉砕し粉末状 にしたものや、澱粉粉、セルロース粉等のように穀物類、根葉類を加工したもの、古 紙粉、木材チップ粉砕粉を使用することができる。炭水化物粉のなかでも、小麦粉、 片栗粉、澱粉粉、カルボキシメチルセルロース (CMC)が入手し易ぐ粉末粒度も良 好であり望ましい。

[0028] ここで、炭水化物粉の配合量は、 0. 1-7. 0質量%、好ましくは 0. 3-4. 0質量% の範囲内である。炭水化物粉は、それ自身がモールドパウダー原料粒子間に分散し 融着を防止すると共に、使用中に熱を受けると炭化してモールドパウダー原料粒子 表面をコーティングし、モールドパウダー原料粒子間の融着を防止する働きがある。 従って、炭水化物粉の配合量が 0. 1質量%未満であると、鋼の連続铸造用モールド ノウダ一の溶融速度の制御と焼結の防止が困難であるために好ましくない。また。炭 水化物粉の配合量が 7. 0質量%を超えると、溶融性状は良好であるものの、溶融が 遅くなり過ぎることがあるために好ましくない。炭水化物粉の粒度は、微粉の方が分 散し易ぐモールドパウダー原料粒子をコーティングする効果が高ぐモールドパウダ 一原料粒子相互の融着を防止し易くなるので好ましい。即ち、炭水化物粉の粒度は 、好ましくは 100メッシュ以下であり、より好ましくは 150メッシュ以下である。

[0029] 本発明の鋼の連続铸造用粉末状モールドパウダーにおいて、カーボンブラックの 添加量は、 0. 5質量%以下が好ましぐより好ましくは 0. 3質量%以下であり、更に 好ましくは 0. 1質量%以下であり、カーボンブラックが不含であることが最適である。 カーボンブラックを多量に添加すると、铸型内で湯面が活性な時に赤熱現象を起こし 易くなるため好ましくない。また、カーボンブラックを炭水化物粉と同時に添加すると、 モールドパウダーの局所的な溶融速度のムラを生じ、溶融性状の悪化が認められる 。これは、カーボンブラックによって炭水化物の分散性が悪くなるためと考えられるた め、カーボンブラックの添力卩量は少ない方が好ましい。更に、カーボンブラックの添カロ 量が多くなると、モールドパウダーの色調が黒くなるために好ましくない。カーボンブ ラックの添加量が 0. 5質量%を超えると、赤熱現象を起こしたり、溶融性状が悪化し たり、色調が黒くなるために好ましくない。

[0030] 本発明の鋼の連続铸造用粉末状モールドパウダーには、カーボンブラック以外の 炭素粉を添加する。カーボンブラック以外の炭素粉としては、例えばコータス、黒鉛、 酸処理黒鈴等の 1種または 2種以上を使用することができる。ここで、カーボンブラッ ク以外の炭素粉の合計添加量は 0. 5— 20質量%、好ましくは 1. 0— 10質量%の範 囲内である。なお、カーボンブラック以外の炭素粉の合計添加量が 0. 5質量%未満 であると、炭水化物粉の燃焼が早くなり過ぎるため、粉末状モールドパウダーの溶融 速度が早くなり過ぎ、焼結が起こり易くなるために好ましくない。また、カーボンブラッ ク以外の炭素粉の添加量が 20質量%を超えると、粉末状モールドパウダーの溶融 速度が遅くなり過ぎるために好ましくない。また、得られる粉末状モールドパウダーの 色調が黒色となるために好ましくな、。

[0031] 本発明の鋼の連続铸造用粉末状モールドパウダーには、添加するカーボンブラッ ク以外の炭素粉の少なくとも一部または全部として酸処理黒鉛を使用することが好ま しい。酸処理黒鉛の添加量は 0. 1-8. 0質量%が好ましぐより好ましくは 0. 3-3. 0質量%の範囲内である。酸処理黒鉛の添加量が 0. 1質量%未満では粉末状モー ルドパウダーの焼結防止効果が小さぐ添加効果が発現しない。また、酸処理黒鉛の 添加量が 8. 0質量%を超えると、膨張に伴う発塵が著しく多くなるために好ましくない 。なお、酸処理黒鉛の粒度はある程度の膨張量を得るために、過度に小さくしない方 が好ましぐ例えば 325— 10メッシュの粒度範囲にあるものを使用することが好ましい 。また、コータスや黒鉛の粒度は小さい方が添加効果が大きいため、例えば 100メッ シュ以下、好ましくは 150メッシュ以下の粒度にあるものを使用することが好ましい。

[0032] なお、本発明の鋼の連続铸造用粉末状モールドパウダーは、嵩比重が 1. 0以下、 好ましくは 0. 9以下にあることが好ましい。粉末状モールドパウダーの嵩比重が 1. 0 を超えると、原料粒子同士が接触し易くなるため、溶融性状を良好に維持することが できなヽために好ましくな!、。

[0033] また、本発明の連続铸造用粉末状モールドパウダーには、顔料を添加して適宜所 望の色調とすることもできる。ここで、顔料の配合量は、 0. 3質量%以上である。顔料 の配合量が、 0. 3質量%未満では、顔料の添加効果が発揮されないために好ましく ない。また、顔料の配合量の上限は、配合する顔料によって異なるが、概ね 7質量% 程度である。顔料の配合量が 7質量%を超えると、鋼の連続铸造用粉末状モールド ノウダ一を構成する他の成分に影響を及ぼすことがあるため好ましくな、。顔料の配 合量は、好ましくは 0. 5— 5質量%の範囲内である。なお、顔料を適宜選定すること により、鋼の連続铸造用粉末状モールドパウダーの色調を赤、青、黄、緑、紫等の所 望の色調に着色することができる。ここで、顔料としては有機顔料または無機顔料を 使用することができるが、少量で着色力の強い有機顔料がより好ましい。ここで、無機 系顔料としては例えばベンガラ、アンバー、イェローオーカ一等を例示でき、また、有 機顔料としてはァザリンレーキ、フタロシアニングリーン、フタロシアニンブルー、ダリ -ッシユイエロー等を例示できる。

[0034] なお、本発明の鋼の連続铸造用粉末状モールドパウダーを構成する上記以外の 原料は特に限定されるものではなぐ慣用の主原料、シリカ原料、フラックス原料等か ら構成することができる。ここで、主原料としては、例えばポルトランドセメント、合成珪 酸カルシウム、ウォラストナイト、高炉スラグ、黄リンスラグ、ダイカルシウムシリケート(2 CaO-SiO 2 )等を挙げることができる。また、シリカ原料は、塩基度(CaOZSiO 2質量 比)や嵩比重などの粉体特性調整のために加えられる。フラックス原料は、軟化点、 粘度等の溶融特性調整剤としての役割があり、例えば蛍石、氷晶石、ほう砂、フツイ匕 マグネシウムなどのフッ化物、炭酸ナトリウム、炭酸リチウム、炭酸マンガン、炭酸バリ ゥム等の炭酸塩等が用いられる。なお、これらの原料の配合量は、特に限定されるも のではないが、例えば主原料 98— 40質量%、好ましくは 80— 50質量%、シリカ原 料 0— 40質量%、好ましくは 3— 20質量%、フラックス原料 0— 40質量%、好ましくは 3— 30質量%の範囲内である。

[0035] また、本発明の鋼の連続铸造用粉末状モールドパウダーの塩基度 (CaOZSiO 2質 量比)は、特に限定されるものではなぐ 0. 3から 2. 5までの全ての塩基度をもつモ 一ルドパウダーに対応可能である。

実施例

[0036] 以下に、実施例を挙げて本発明の連続铸造用粉末状モールドパウダーを更に説 明する。 CaOZSiO 2質量比 =0. 88であり、 1300°Cでの溶融スラグ粘度 4ボイズ の特性をもった連続铸造用粉末状モールドパウダーをベースとして、表 1に記載する

本発明品と比較品の連続铸造用粉末状モールドパウダーを作製した。なお、炭水化 物粉、炭素及び顔料を除く基材原料のうち、主原料として合成珪酸カルシウムを 69 質量%、シリカ原料を 9質量%、フラックス原料としてのフッ化ナトリウム、フッ化カルシ ゥム、炭酸ナトリウム及び炭酸リチウムと、アルミナ及びマグネシアを合計で 22質量% 配合した。得られた粉末状モールドパウダーの嵩比重は、 0. 71-0. 73の範囲内で めつに。

得られた粉末状モールドパウダーを用いて実際に铸造テストを行った。铸造条件は 、鋼種:低炭素鋼、モールドサイズ: 210 X 1500mm、铸造速度: 1. 4mZ分であつ た。铸造テストで得られた結果を表 1に併記する。

なお、溶融性状は、目視による観察と、ベア一の発生状況力総合的に判断して評 価したものである。溶融速度は、溶融層厚みを測定し、安定して一定量が確保されて V、る力から評価したものである。作業環境はモールドパウダーが付着した時の汚れ具 合力 評価したものである。製品品質は、得られた铸片の割れ、介在物の状況から評 価したものである。

得られた結果を表 1に併記する。

[表 1]


なお、表 1中、炭水化物粉、タス及び黒鉛粉は、粒度 150メッシュアンダーのも のを使用した。また、酸処理黒鉛は、粒度 65メッシュアンダーのものを使用した。