(57)【要約】【課題】  モールドパウダーの流入不良や不均一流入に起因する拘束性ブレークアウトを抑制すると同時に、凝固シェルのバルジングに起因するバルジング性湯面変動を抑制して、炭素含有量が０．０７質量％以下の炭素鋼及び極低炭素鋼を２．５ｍ／ｍｉｎ以上の鋳造速度で安定してスラブ鋳片に鋳造する。【解決手段】  塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ2）が１．０以上１．２未満であるモールドパウダーを用いて、炭素含有量が０．０７質量％以下の炭素鋼及び極低炭素鋼を２．５ｍ／ｍｉｎ以上の鋳造速度でスラブ鋳片に鋳造する。【選択図】            なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ2）が１．０以上１．２未満であるモールドパウダーを用いて、炭素含有量が０．０７質量％以下の炭素鋼及び極低炭素鋼を２．５ｍ／ｍｉｎ以上の鋳造速度でスラブ鋳片に鋳造することを特徴とする、鋼の連続鋳造方法。
【請求項２】
前記モールドパウダーの凝固温度は、１０７０℃以上１１１０℃以下であることを特徴とする、請求項１に記載の鋼の連続鋳造方法。
【請求項３】
前記モールドパウダーは、Ｌｉ2Ｏ及びＮａ2Ｏを、「Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ」で４質量％を超え８質量％以下含有することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の鋼の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素含有量が０．０７質量％以下の炭素鋼及び極低炭素鋼を２．５ｍ／ｍｉｎ以上の鋳造速度でスラブ鋳片に鋳造する連続鋳造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼の連続鋳造では、空気による鋳型内溶鋼の酸化防止剤、凝固シェルと鋳型との潤滑剤、鋳型内溶鋼の保温剤などとして、鋳型内溶鋼湯面上にモールドパウダーが添加されている。このモールドパウダーは、ＳｉＯ2、ＣａＯ、Ｎａ2Ｏ、ＣａＦ2、ＮａＦ、Ａｌ2Ｏ3、Ｃなどで構成されており、鋳造速度に応じて粘度や軟化点が調整されている。
【０００３】
近年、生産性向上及びエネルギーコスト削減などの目的のために、連続鋳造機によって鋳造された高温の鋳片を次工程の熱間圧延工程に直送し、高温の鋳片を直接熱間圧延するか、あるいは、鋳片のコーナー部を加熱・昇温した後に熱間圧延するか、または、高温の鋳片を加熱炉に装入して表面温度を中心温度と同じにする程度の加熱を行った後に熱間圧延する、いわゆる「直送圧延法」が実施されている。
【０００４】
この直送圧延では、鋳造後の鋳片の温度を高める必要があることから、連続鋳造機での鋳造速度は２．５ｍ／ｍｉｎを超える高速鋳造が必須となる。鋳造速度が２．５ｍ／ｍｉｎ以上の高速鋳造では、鋳片の単位表面積あたりのモールドパウダーの消費量が減少し、モールドパウダーの流入不良や不均一流入による、鋳型と凝固シェルとの焼き付きに起因して、ブレークアウト（「拘束性ブレークアウト」と呼ぶ）が発生しやすくなる。このブレークアウトを防止するためには、鋳型と凝固シェルとの間隙へモールドパウダーを安定して流入させる技術が必要であり、幾つかの提案がなされている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、モールドパウダー中の炭酸塩濃度がＣＯ2濃度に換算して４〜１５質量％であって、１３００℃における粘度が０．１Pa・s未満、融点が１０００℃以上であり、「（ＣａＯ＋０．７１８×ＣａＦ2）／ＳｉＯ2」が０．９〜１．３である、２ｍ／ｍｉｎを超える高速鋳造に適するモールドパウダーが提案されている。
【０００６】
また、特許文献２には、ＣａＯ／ＳｉＯ2＝０．８〜１．３の範囲で、Ａｌ2Ｏ3；２〜１０質量％、Ｎａ2Ｏ；４質量％以下、Ｌｉ2Ｏ；４質量％以下で、かつ（Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）が４質量％以下、フッ化アルミニウム５質量％未満かつＦ-を含有し、炭素粉が０．２〜６．０質量％とするモールドパウダーであり、その物性が１４００℃にて溶融した後、冷却した際に結晶化率が１０％以下で、凝固温度が１０７０℃以上であるモールドパウダーを用い、且つ、モールドパウダーのＣａＯ／ＳｉＯ2と、モールドパウダーの１３００℃における粘度と、鋳造速度との関係を特定した連続鋳造方法が提案されている。
【０００７】
ところで、鋳造速度が２．５ｍ／ｍｉｎ以上のスラブの連続鋳造では、鋳片の断面積が大きい上に、二次冷却帯における凝固シェル厚が薄くなることから、バルジング性の湯面変動が起こりやすくなるという問題点が更に発生する。ここで、バルジング性の湯面変動とは、以下のとおりである。すなわち、鋳型から引き抜かれた凝固シェルは、鋳片支持ロールで支持されながら下方に引き抜かれるが、凝固シェルには溶鋼静圧が作用することから、凝固シェルは隣り合う鋳片支持ロールの間で膨らみ（この膨らむことを「バルジング」という）、そして鋳片支持ロールで矯正されて元の厚みに戻る。このバルジングが同じ状態で維持されれば、凝固シェル内の未凝固層（溶鋼）はバランスが取れているので鋳型内湯面位置は変動しないが、バルジングが大きくなったり、小さくなったり、あるいは、鋳片支持ロールで矯正されても元の厚みに戻らなかったりすると、未凝固層はあたかも下流側に引き抜かれる、あるいは鋳片内部から押し戻されると同様の挙動を示し、鋳型内の溶鋼湯面は大きく変動する。このようにして生ずる鋳型内の湯面変動をバルジング性湯面変動と称している。
【０００８】
バルジング性湯面変動を防止するためには、二次冷却帯における冷却能を高めることが必要であり、この観点から、鋳片表面からの剥離性に優れるモールドパウダーが必要となる。これは、鋳片表面にモールドパウダーが付着してしない方が二次冷却帯における冷却効率は良く、凝固シェル厚みは厚くなり、凝固シェルのバルジングが抑制されるからである。
【０００９】
また、極低炭素鋼の場合には、その硬度が低いために、スラブ表面に付着したモールドパウダーが剥離しない場合、鋳片支持ロールによって表層下０．５〜１．５ｍｍまで押し付けられ、これが圧延後の薄鋼板製品における表面欠陥の原因になる。従って、薄鋼板製品の表面品質改善のためにも、剥離性に優れるモールドパウダーが必要になる。
【００１０】
剥離性に優れるモールドパウダーとして、特許文献３には、少なくともＳｉＯ2、ＣａＯ、及びＮａ2Ｏを含有するモールドパウダーであって、モールドパウダーのＳｉＯ2含有量とＮａ2Ｏ含有量との関係が、「0.65×[%Na2O]+25≦[%SiO2]≦2.08×[%Na2O]+25」の関係を満たす範囲であり、且つ、モールドパウダーの塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ2）とＮａ2Ｏ含有量との関係が、「-0.078×[%Na2O]+1.4≦CaO/SiO2≦-0.077×[%Na2O]+1.8」の関係を満たす範囲である、２ｍ／ｍｉｎを超える高速鋳造に適する、剥離性に優れたモールドパウダーが提案されている。
【特許文献１】特開平５−１５９５５号公報
【特許文献２】特開平７−２０４８１０号公報
【特許文献３】特開２００６−２３９７２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記説明のように、スラブ鋳片を２．５ｍ／ｍｉｎ以上の鋳造速度で鋳造する場合には、流入不良や不均一流入を起こさず且つ鋳片表面からの剥離性に優れたモールドパウダーを使用することが重要となる。本発明者らは、流入不良や不均一流入を起こさず且つ鋳片表面からの剥離性に優れたモールドパウダーを開発する過程において、この目的を達成するためには、少なくともモールドパウダーの塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ2）を特定の限られた範囲に調整する必要のあることを知見した。
【００１２】
この観点から、上記従来技術を検証すると、特許文献１〜３は、ともにモールドパウダーの塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ2）の範囲が広すぎて、安定して上記双方の特性を得ることはできない。
【００１３】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、モールドパウダーの流入不良や不均一流入に起因する拘束性ブレークアウトを抑制すると同時に、凝固シェルのバルジングに起因するバルジング性湯面変動を抑制して、炭素含有量が０．０７質量％以下の炭素鋼及び極低炭素鋼を２．５ｍ／ｍｉｎ以上の鋳造速度で安定してスラブ鋳片に鋳造するための、鋼の連続鋳造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するための第１の発明に係る鋼の連続鋳造方法は、塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ2）が１．０以上１．２未満であるモールドパウダーを用いて、炭素含有量が０．０７質量％以下の炭素鋼及び極低炭素鋼を２．５ｍ／ｍｉｎ以上の鋳造速度でスラブ鋳片に鋳造することを特徴とするものである。
【００１５】
第２の発明に係る鋼の連続鋳造方法は、第１の発明において、前記モールドパウダーの凝固温度は、１０７０℃以上１１１０℃以下であることを特徴とするものである。
【００１６】
第３の発明に係る鋼の連続鋳造方法は、第１または第２の発明において、前記モールドパウダーは、Ｌｉ2Ｏ及びＮａ2Ｏを、「Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ」で４質量％を超え８質量％以下含有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、炭素含有量が０．０７質量％以下の炭素鋼及び極低炭素鋼を２．５ｍ／ｍｉｎ以上の鋳造速度でスラブ鋳片に連続鋳造するにあたり、塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ2）が、冷却過程での結晶化が抑制されてガラス質となりやすい１．２未満であり、一方、鋳片表面からの剥離性に優れる１．０以上の範囲のモールドパウダーを用いて鋳造するので、モールドパウダーの不均一流入が抑制されるとともに鋳型内での冷却が促進され、鋳型内における凝固シェル厚みが増大する効果も相まって拘束性ブレークアウトが抑制されると同時に、二次冷却帯においては冷却水の衝突圧力及び鋳片支持ロールによる接触圧力により、鋳片表面に付着したモールドパウダーが迅速に剥離し、凝固シェル厚みが増大することによってバルジング性湯面変動が抑制され、安定した高速鋳造が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を具体的に説明する。
【００１９】
本発明では、炭素含有量が０．０７質量％以下の炭素鋼及び極低炭素鋼を２．５ｍ／ｍｉｎ以上の鋳造速度でスラブ鋳片に連続鋳造する際に、塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ2）が１・０以上１．２未満のモールドパウダーを使用する。
【００２０】
２．５ｍ／ｍｉｎ以上の鋳造速度では、鋳片の単位表面積あたりのモールドパウダーの消費量が減少し、モールドパウダーの流入不良や不均一流入による、鋳型と凝固シェルとの焼き付きに起因して、拘束性ブレークアウトが発生しやすくなる。この拘束性ブレークアウトを防止するためには、鋳型と凝固シェルとの間隙へモールドパウダーを安定して流入させる技術が必要である。
【００２１】
冷却過程で結晶化しやすいモールドパウダーは、結晶層が厚く、鋳型と凝固シェルとの潤滑性が低下することから、２．５ｍ／ｍｉｎ以上の鋳造速度で使用するには不適である。モールドパウダーの結晶化は、そのモールドパウダーの塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ2）と相関関係があることが知られている。つまり、塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ2）が高くなるほど、結晶化しやすくなる。
【００２２】
本発明者らは、種々試験を実施した結果、塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ2）が１．２未満であれば、冷却過程での結晶化が抑制されて、モールドパウダーはガラス化するとの知見が得られた。モールドパウダーがガラス化することで、鋳型と凝固シェルとの潤滑性が確保され、鋳型と凝固シェルとの焼き付きが防止される。
【００２３】
モールドパウダーがガラス化することによる付随効果として、凝固シェルから鋳型への抜熱量が増大する。これは、結晶化するモールドパウダーでは、冷却固化時の結晶化に際して結晶間に気孔が生じ、気孔の影響により、鋳型と凝固シェルとの間隙に存在するパウダーフィルム層の熱伝達率が低下するのに対し、ガラス化するモールドパウダーでは、気孔が発生せず、パウダーフィルム層の熱伝達率が低下しないことによるものである。
【００２４】
図１は、塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ2）が１．３９のモールドパウダーと１．１６のモールドパウダーとで、鋳型内の抜熱量を比較して示す図である。図１からも明らかなように、塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ2）を１．３９から１．１６に下げることで、潤滑性向上及び均一流入化により、抜熱量が１４％程度増加することが分かる。これにより鋳型内における凝固シェル厚が確保される。
【００２５】
このように、モールドパウダーの塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ2）を１．２未満とすることで、モールドパウダーの結晶化が抑えられ且つ鋳型内の抜熱が向上することから、本発明では、使用するモールドパウダーの塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ2）を１．２未満に限定した。
【００２６】
一方、本発明で使用するモールドパウダーは、バルジング性湯面変動を防止する、更には、極低炭素鋼の場合には表面品質改善の観点から、剥離性に優れることが必要である。そこで、モールドパウダーの塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ2）と剥離性との関係について、オフライン実験により検討した。
【００２７】
このオフライン実験は、幅２０ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚み３ｍｍの鋼試料にモールドパウダーを載せ、この鋼試料を加熱炉に装入し、加熱炉で加熱してモールドパウダーを溶融させ、その後、鋼試料を水中に急冷し、急冷後の鋼試料表面でのモールドパウダーの付着状況から、剥離性を評価・判定するという方法である。
【００２８】
図２に、オフライン実験における鋼試料の温度履歴を示す。先ず、その表面にモールドパウダーを載せた鋼試料を加熱炉に装入し、Ａｒガス雰囲気（無酸化雰囲気）で常温から１３００℃に昇温してモールドパウダーを溶融させ、溶融した後、１１００℃に降温する。１１００℃に到達した後、加湿空気（露点：５０℃）を３分間導入し、スケールを生成させ、パウダーフィルム層とスケール層との混合層を生成させる。加湿空気雰囲気で３分間保持した後、加熱炉内をＡｒガス雰囲気に切り替え、鋼試料を加熱炉から取り出して水槽中に浸漬させて急冷する。水冷後の鋼試料断面観察を行い、パウダーフィルム層、または、パウダーフィルム層とスケール層との混合層の剥離状況を調査した。
【００２９】
図３に、モールドパウダーの塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ2）とパウダーフィルム層の剥離性との関係を示し、図４に、パウダーフィルム層の剥離機構の模式図を示す。図４において、符号１は鋼鋳片（地鉄）、２はパウダーフィルム層、３はスケール層である。図３に示すように、モールドパウダーの塩基度の上昇によりパウダーフィルム層の付着面積率は低減することが分かる。これは、図４に示すように、塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ2）の上昇によりＦｅＯの溶解度が減少し、鋼鋳片１とパウダーフィルム層２との間にもスケール層３が生成し、パウダーフィルム層２と鋼鋳片１との間の反応（固着力）が低減し、パウダーフィルム層２の剥離性が良好となるからである。
【００３０】
このように、モールドパウダーの剥離性は塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ2）の上昇に伴って向上し、塩基度が１．０以上で剥離性に優れることが分かった。すなわち、モールドパウダーの剥離性からは、塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ2）が１．０以上のモールドパウダーを使用する必要のあることが分かった。
【００３１】
従って、上記の検討結果から、本発明では、使用するモールドパウダーの塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ2）を１．０以上１．２未満に限定した。
【００３２】
また、２．５ｍ／ｍｉｎ以上の高速鋳造においては、モールドパウダーは鋳型内に投入された後、早期に溶融することが必要である。モールドパウダーの凝固温度（結晶化温度）が高いと、モールドパウダーの溶融速度（滓化速度）が低下するので、この観点から、モールドパウダーの凝固温度は１０７０℃以上１１１０℃以下であることが好ましい。１０７０℃未満の場合には、溶融速度が速くなりすぎ、モールドパウダーの保温効果が損なわれる恐れがある。
【００３３】
モールドパウダーは、通常、ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＭｎＯなどの酸化物を基材とし、これら基材に、基材の物性を調整するための物性調整剤として、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＣａＦ2、ＭｇＦ2、Ｌｉ2Ｏなどのアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の酸化物、弗化物、または炭酸化物が添加されている。モールドパウダーの溶融速度はこれらの物性調整剤によっても影響される。本発明で使用するモールドパウダーとしては、滓化性を確保する観点から、Ｌｉ2Ｏ及びＮａ2Ｏを、「Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ」で４質量％を超え８質量％以下含有することが好ましい。「Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ」が４質量％以下では滓化性の向上は期待できず、一方、８質量％を超えても滓化性促進の効果は飽和し、それ以上の添加は必要としない。
【００３４】
以上説明したように、本発明によれば、炭素含有量が０．０７質量％以下の炭素鋼及び極低炭素鋼を２．５ｍ／ｍｉｎ以上の鋳造速度でスラブ鋳片に連続鋳造するにあたり、塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ2）が、冷却過程での結晶化が抑制されてガラス質となりやすい１．２未満であり、一方、鋳片表面からの剥離性に優れる１．０以上の範囲のモールドパウダーを用いて鋳造するので、モールドパウダーの不均一流入が抑制されるとともに鋳型内での冷却が促進され、鋳型内における凝固シェル厚みが増大する効果も相まって拘束性ブレークアウトが抑制され、同時に、二次冷却帯においては冷却水の衝突圧力及び鋳片支持ロールによる接触圧力により、鋳片表面に付着したモールドパウダーが迅速に剥離し、バルジング性湯面変動が抑制され、安定した高速鋳造が実現される。
【００３５】
また、モールドパウダーの剥離性が良いことから、極低炭素鋼の場合には、スラブ表面に付着したモールドパウダーに起因する表面欠陥も防止され、表面品質に優れた薄鋼板製品の製造が可能になる。
【実施例１】
【００３６】
機長が４５ｍである、２ストランドの垂直曲げ型スラブ連続鋳造機を用い、炭素含有量が０．０３質量％〜０．０５質量％の低炭素鋼を、モールドパウダーの塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ2）及び「Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ」含有量を変化させて試験鋳造した。定常域での鋳造速度は２．７ｍ／ｍｉｎとし、鋳片のサイズは、厚み２２０ｍｍ、幅１０００ｍｍに固定した。
【００３７】
この試験鋳造において、鋳型の上下振動の負荷抵抗からモールドパウダーによる潤滑性を評価し、二次冷却帯における鋳片表面温度の測定結果並びにバルジング性湯面変動の発生状況からモールドパウダーの剥離性を評価し、また、鋳型内モールドパウダーの溶融層厚みの測定からモールドパウダーの滓化性を評価した。表１に操業条件及び評価結果を示す。尚、表１の備考欄には、本発明の範囲の試験には「本発明例」と表示し、それ以外の試験には「比較例」と表示している。
【００３８】
【表１】
2010099689.tif 000002
【００３９】
表１に示すように、塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ2）が１．０以上１．２未満の範囲のモールドパウダーを使用したときには、モールドパウダーの潤滑性及び剥離性は良好であり、安定した高速鋳造が可能であった。但し、試験Ｎo.７では、モールドパウダーの「Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ」含有量が本発明の好ましい範囲から若干低く、その他の試験に比較してモールドパウダーの滓化性がやや低下した。
【００４０】
これに対して、塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ2）が０．９のモールドパウダーを使用した試験Ｎo.９では、モールドパウダーの剥離性が良くなく、バルジング性湯面変動が発生し、バルジング性湯面変動が収まるまで鋳造速度を減速せざるを得ず、また、塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ2）が１．３のモールドパウダーを使用した試験Ｎo.１０では、モールドパウダーの潤滑性が良くなく、ブレークアウト予知装置による予知警報が作動し、そのたびに鋳造速度を減速せざるを得ず、試験Ｎo.９，１０ともに、安定した高速鋳造は不可能であった。
【実施例２】
【００４１】
機長が４５ｍである、２ストランドの垂直曲げ型スラブ連続鋳造機を用い、炭素含有量が０．０７質量％以下の低炭素鋼及び極低炭素鋼を、表２に示す組成及び物性のモールドパウダーを用いて、厚み２２０ｍｍ、幅８５０〜１９００ｍｍのスラブ鋳片に、定常域の鋳造速度を３．０ｍ／ｍｉｎとして鋳造した。尚、モールドパウダーには、Ｆ、ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3、Ｃが含有されるが、その含有量は凝固温度などにより決定される。
【００４２】
【表２】
2010099689.tif 000003
【００４３】
その結果、１ヶ月間の平均で約４２万トンの鋼鋳片を、拘束性ブレークアウトを発生することなく、且つ、バルジング性湯面変動が抑制され、鋳型内の平均湯面変動量は約７ｍｍであり、目標とする１０ｍｍ以下の湯面変動量を確保して、安定して鋳造することができた。
【００４４】
これに対して、塩基度が１．３９のモールドパウダーを使用した場合には拘束性ブレークアウトが多発し、一方、塩基度が０．９５のモールドパウダーを使用した場合には鋳型内の平均湯面変動量が１０ｍｍを超え、何れも安定した操業は不可能であった。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ2）の異なるモールドパウダーで、鋳型内の抜熱量を比較して示す図である。
【図２】剥離性を調査したオフライン実験における鋼試料の温度履歴を示す図である。
【図３】モールドパウダーの塩基度とパウダーフィルム層の剥離性との関係を示す図である。
【図４】パウダーフィルム層の剥離機構を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  鋼鋳片
２  パウダーフィルム層
３  スケール層
【図１】
2010099689.tif 000004
【図２】
2010099689.tif 000005
【図３】
2010099689.tif 000006
【図４】
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