(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ濃度が０．２０質量以上０．５０質量％未満の中炭素鋼の連続鋳造で用いられるＣａＯおよびＳｉＯ2を主成分とする連続鋳造用モールドパウダーであって、
上記ＣａＯおよびＳｉＯ2の質量比であるＣａＯ／ＳｉＯ2の値が０．７〜１．１であり、さらにＳｒＯ濃度が４〜１５質量％、Ｆ濃度が３質量％以下、Ａｌ2Ｏ3濃度が６質量％以下、ＭｇＯ濃度が１〜１０質量％、Ｎａ2Ｏ濃度が５〜１５質量％およびＬｉ2Ｏ濃度が３質量％以下であり、
ＢａＯおよびＢ2Ｏ3を含有せず、
凝固温度が１０００〜１１７０℃、粘度が７．０ｐｏｉｓｅ以下であることを特徴とする連続鋳造用モールドパウダー。
【請求項２】
Ｃ濃度が０．５０質量％以上の高炭素鋼の連続鋳造で用いられるＣａＯおよびＳｉＯ2を主成分とする連続鋳造用モールドパウダーであって、
上記ＣａＯおよびＳｉＯ2の質量比であるＣａＯ／ＳｉＯ2の値が０．７〜１．１であり、さらにＳｒＯ濃度が４〜１５質量％、Ｆ濃度が３質量％以下、Ａｌ2Ｏ3濃度が６質量％以下、ＭｇＯ濃度が１〜１０質量％、Ｎａ2Ｏ濃度が５〜１５質量％およびＬｉ2Ｏ濃度が３質量％以下であり、
ＢａＯおよびＢ2Ｏ3を含有せず、
凝固温度が９５０〜１１５０℃、粘度が５．０ｐｏｉｓｅ以下であることを特徴とする連続鋳造用モールドパウダー。
【請求項３】
Ｃ濃度が０．２０質量％以上０．５０質量％未満の中炭素鋼を鋳造する際に、請求項１に記載のモールドパウダーを使用することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【請求項４】
Ｃ濃度が０．５０質量％以上の高炭素鋼を鋳造する際に、請求項２に記載のモールドパウダーを使用することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼の連続鋳造機で使用するモールドパウダーおよびこれを用いる鋼の連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼の連続鋳造において、鋳型内に添加された連続鋳造用モールドパウダーは、溶鋼から熱を受けて滓化溶融し、溶鋼表面上に溶融スラグ層を形成する。この溶融したモールドパウダーは、鋳型と鋳片の凝固シェルとの間に流入し、消費される。
【０００３】
この連続鋳造用モールドパウダーの主な役割、機能としては、（１）鋳型と凝固シェル間の潤滑、（２）溶鋼から浮上する介在物の吸収、（３）溶鋼の再酸化防止と保温、（４）凝固シェルから鋳型への抜熱のコントロールなどが挙げられる。
【０００４】
通常、モールドパウダーは、上記機能を複数併せ持つため、ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏなどの酸化物を主要成分とするとともに、融点および粘度を低下させるため、ＮａＦ、ＬｉＦなどのフッ化物を含有させるのが一般的である。
【０００５】
フッ化物はモールドパウダーの融点および粘度を調整するために添加される成分である。このフッ化物の添加によってモールドパウダーは鋳型内の溶鋼上で融解しやすくなり、鋳型と鋳片の凝固シェルとの間に円滑に流入し、潤滑剤としての効果を発揮する。また、フッ化物の添加により、モールドパウダーの介在物吸収能が向上し、溶鋼の清浄度が向上する。
【０００６】
一方、モールドパウダーがフッ化物を含有すると、浸漬ノズルのパウダーライン（溶融モールドパウダーと接する部分）の溶損が助長される。また、鋳型と凝固シェルとの間に流入した溶融モールドパウダーは、鋳片の表面に付着し、２次冷却帯でスプレーされる冷却水に溶解し、強酸であるフッ酸となる。このフッ酸は、連続鋳造機やその付帯設備の腐食を招く。そこで、従来から、モールドパウダー中のフッ素（以下、「Ｆ」と記載する）の含有量を低減させる検討がなされてきた。
【０００７】
Ｆ含有量の少ないモールドパウダーとして、これまでに下記のようなものが提案されている。
【０００８】
特許文献１には、ＣａＯ／ＳｉＯ2重量比が１．１〜１．８で、ＣａＯ／Ｆ重量比が９〜４０であることを特徴とする連続鋳造用鋳型添加剤が開示されている。また、特許文献２には、（ＣａＯ＋Ｎａ2Ｏ＋ＭｇＯ）／Ｆで示される重量比が１０以上となるようにＦ含有量を制御したモールドパウダーが開示されている。しかし、これらのモールドパウダーは、いずれも実際に使用すると、潤滑性が悪く、介在物の吸収が十分にできないという問題がある。
【０００９】
特許文献３には、ＢａＯ、Ｂ2Ｏ3を添加する低Ｆ含有量（Ｆ濃度が２重量％以下）のモールドパウダーが提案されている。しかし、ＢａＳＯ3以外のバリウム化合物の単体は、人体に影響があり、劇物として指定されているため、使用する場合には他の成分と溶融させてガラス化することが必要である。このため、特許文献３で提案されているモールドパウダーは、材料の管理や材料コストの面で問題がある。また、Ｂ2Ｏ3に含まれるＢは、鋼の焼入れ性を上昇させるという問題がある。
【００１０】
特許文献４には、ＣａＯ、ＳｉＯ2、ＭｇＯを主成分とするモールドパウダーが提案されている。しかし、このモールドパウダーは、介在物の吸収能が不十分であり、溶鋼からＡｌ2Ｏ3が取り込まれた場合には、高凝固温度の結晶が析出し、潤滑不良となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平５−２６９５６０号公報
【特許文献２】特開平１０−１５６４９号公報
【特許文献３】特開２００１−２０５４０２号公報
【特許文献４】特開２００２−９６１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述のように、従来提案された低Ｆ含有量のモールドパウダーにはそれぞれ問題があった。また、Ｆは、モールドパウダーの物性値のひとつである凝固温度を低下させる役割が大きいため、低Ｆ含有量のモールドパウダーは、凝固温度が高い傾向にあり、粘度が高く潤滑性が悪いという問題、および介在物の吸収能が低いという問題があった。そして、従来は、低Ｆ含有量のモールドパウダーに、ＢａＯやＢ2Ｏ3などを添加しないでこれらの特性を両立させることは困難であった。
【００１３】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、Ｆ含有量を低減させても、ＢａＯやＢ2Ｏ3などを添加することなく、適正な凝固温度、粘度を確保しつつ、介在物の吸収能の確保および浸漬ノズルのパウダーラインの溶損の低減を両立し、さらに、Ｆ含有量の低減により連続鋳造機やその付帯設備の腐食を低減することを可能とする、従来のＦ含有モールドパウダーに匹敵する性能を具備するモールドパウダーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明者らは、モールドパウダーの組成について検討し、ストロンチウム（Ｓｒ）およびＭｇＯを添加することにより、Ｆ含有量を低減させても、ＢａＯやＢ2Ｏ3などを添加することなく、上記諸特性を具備することを見出した。
【００１５】
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、下記（１）、（２）の連続鋳造用モールドパウダーおよび（３）、（４）の鋼の連続鋳造方法を要旨とする。
【００１６】
（１）Ｃ濃度が０．２０質量以上０．５０質量％未満の中炭素鋼の連続鋳造で用いられるＣａＯおよびＳｉＯ2を主成分とする連続鋳造用モールドパウダーであって、上記ＣａＯおよびＳｉＯ2の質量比であるＣａＯ／ＳｉＯ2の値が０．７〜１．１であり、さらにＳｒＯ濃度が４〜１５質量％、Ｆ濃度が３質量％以下、Ａｌ2Ｏ3濃度が６質量％以下、ＭｇＯ濃度が１〜１０質量％、Ｎａ2Ｏ濃度が５〜１５質量％およびＬｉ2Ｏ濃度が３質量％以下であり、ＢａＯおよびＢ2Ｏ3を含有せず、凝固温度が９５０〜１１５０℃、粘度が５．０ｐｏｉｓｅ以下である連続鋳造用モールドパウダー。
（２）Ｃ濃度が０．５０質量％以上の高炭素鋼の連続鋳造で用いられるＣａＯおよびＳｉＯ2を主成分とする連続鋳造用モールドパウダーであって、上記ＣａＯおよびＳｉＯ2の質量比であるＣａＯ／ＳｉＯ2の値が０．７〜１．１であり、さらにＳｒＯ濃度が４〜１５質量％、Ｆ濃度が３質量％以下、Ａｌ2Ｏ3濃度が６質量％以下、ＭｇＯ濃度が１〜１０質量％、Ｎａ2Ｏ濃度が５〜１５質量％およびＬｉ2Ｏ濃度が３質量％以下であり、ＢａＯおよびＢ2Ｏ3を含有せず、凝固温度が９５０〜１１５０℃、粘度が５．０ｐｏｉｓｅ以下である連続鋳造用モールドパウダー。
【００１７】
（３）Ｃ濃度が０．２０質量％以上０．５０質量％未満の中炭素鋼を鋳造する際に、前記（１）に記載のモールドパウダーを使用することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
（４）Ｃ濃度が０．５０質量％以上の高炭素鋼を鋳造する際に、前記（２）に記載のモールドパウダーを使用することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【００１８】
本明細書の記載において、鋼やモールドフラックスの成分組成および濃度（含有率）を表す「質量％」を、単に「％」とも表記する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の連続鋳造用モールドパウダーは、Ｆ含有量が少ないにもかかわらず、ＢａＯやＢ2Ｏ3などを添加することなく、適正な凝固温度、粘度を確保しつつ介在物の吸収能の確保および浸漬ノズルのパウダーラインの溶損の低減を両立し、さらに、連続鋳造機やその付帯設備の腐食を低減可能であり、従来のＦ含有モールドパウダーに匹敵する性能を具備する。また、本発明の鋼の連続鋳造方法によれば、浸漬ノズルのパウダーラインの溶損の低減や連続鋳造機の腐食の低減が可能であるため、鋼の連続鋳造を長期間にわたって安定して行うことができる。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の連続鋳造用モールドパウダーの組成の範囲等およびその限定理由について説明する。
【００２１】
１．モールドパウダーの組成範囲および凝固温度等
本発明の連続鋳造用モールドパウダーは、ＣａＯおよびＳｉＯ2を主成分とし、ＣａＯおよびＳｉＯ2の質量比であるＣａＯ／ＳｉＯ2の値が０．７〜１．１であり、さらにＳｒＯ濃度が４〜１５％、Ｆ濃度が３％以下、Ａｌ2Ｏ3濃度が６％以下、ＭｇＯ濃度が１〜１０％、Ｎａ2Ｏ濃度が５〜１５％およびＬｉ2Ｏ濃度が３％以下である。
【００２２】
その他の任意成分として、従来の連続鋳造用モールドパウダーと同様に、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物を適宜加えることは何ら差し支えない。また、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の炭酸塩を添加しても構わない。
【００２３】
モールドパウダーの凝固温度および粘度は、鋳造する鋼種によって適正範囲が異なる。本発明の連続鋳造用モールドパウダーの場合、中炭素鋼（Ｃ：０．２０％以上０．５０％未満）では、凝固温度は１０００〜１１７０℃、粘度は７．０ｐｏｉｓｅ以下が望ましい。高炭素鋼（Ｃ：０．５０％以上）では、凝固温度は９５０〜１１５０℃、粘度は５．０ｐｏｉｓｅ以下が望ましい。
【００２４】
２．モールドパウダーの組成範囲および凝固温度等の限定理由
ＣａＯ／ＳｉＯ2：０．７〜１．１
ＣａＯおよびＳｉＯ2の質量比であるＣａＯ／ＳｉＯ2の値が０．７未満であると、介在物の吸収能が著しく低下する。一方、この値が１．１を超えて大きいと、Ｔｉ添加鋼の鋳造時に潤滑不良が発生し、幅広い鋼種への適用が困難である。そのため、この値を０．７〜１．１とした。
【００２５】
ＳｒＯ：４〜１５％
一般にＳｒＯは、炭酸Ｓｒまたはフッ化Ｓｒを原料として添加することにより、モールドパウダー中に生成させる。しかし、モールドパウダーの低Ｆ化を行う場合にはフッ化Ｓｒを使用できないため、炭酸Ｓｒを使用する。炭酸Ｓｒは、大量に使用するとＣＯ2ガスが発生し、モールドパウダーの溶融が不安定となる。そのため、炭酸Ｓｒの使用量を制限し、ＳｒＯ濃度は１５％以下とした。また、ＳｒＯ濃度が４％未満では、ＺｒＯ2の溶解能を低下させる効果および介在物の溶解能を増加させる効果が得られない。これらの理由から、ＳｒＯ濃度を４％〜１５％とした。
【００２６】
Ｆ：３％以下
Ｆ濃度が３％を超えて高いと、Ｆが２次冷却帯でスプレーされる冷却水に溶解して生成した強酸であるフッ酸の影響によって、連続鋳造機やその付帯設備の腐食が著しく進行する。また、浸漬ノズルのパウダーラインの溶損も大きくなる。そのため、Ｆ濃度を３％以下とした。
【００２７】
Ａｌ2Ｏ3：６％以下
Ａｌ2Ｏ3濃度が６％を超えて高くなると、モールドパウダーの粘度が上昇し、潤滑不良が発生する。また、介在物の吸収能が低下し、この点でも好ましくない。そのため、Ａｌ2Ｏ3濃度を６％以下とした。
【００２８】
ＭｇＯ：１〜１０％
ＭｇＯはＦと同様に、モールドパウダーの凝固温度および粘度を低下させる効果を有する有効な物質である。ＭｇＯ濃度が１％未満では、モールドパウダーの凝固温度と粘度を低下させることができない。また、ＺｒＯ2の溶解能を低下させることもできない。一方、ＭｇＯ濃度が１０％を超えて高くなると、Ａｌ2Ｏ3がピックアップしたときに高凝固温度の結晶が生成し、潤滑不良が発生するため、好ましくない。そのため、ＭｇＯ濃度を１〜１０％とした。
【００２９】
Ｎａ2Ｏ：５〜１５％
Ｎａ2Ｏは、モールドパウダーの凝固温度と粘度を低下させる効果を有する。しかし、Ｎａ2Ｏ濃度が５％未満では、モールドパウダーの凝固温度の調整ができない。一方、Ｎａ2Ｏ濃度が１５％を超えて高くなると、浸漬ノズルの溶損の問題を生じるとともに、モールドパウダーが焼結しやすくなり、不均一溶融を招く。そのため、Ｎａ2Ｏ濃度を５〜１５％とした。
【００３０】
Ｌｉ2Ｏ：３％以下
Ｌｉ2Ｏは、モールドパウダーの凝固温度と粘度を低下させる効果を有する。しかし、Ｌｉ2Ｏ濃度が３％を超えて高くなると、ＺｒＯ2の溶解能が増加し、浸漬ノズルの溶損の問題を生じる。また、モールドパウダーの結晶化温度が低下し、連続鋳造時の溶鋼の緩冷却効果が得られず、良好な鋳片が得られない。そのため、Ｌｉ2Ｏ濃度を３％以下とした。
【００３１】
中炭素鋼用の凝固温度：１０００〜１１７０℃、粘度：７．０ｐｏｉｓｅ以下
中炭素鋼を鋳造する場合に使用するモールドパウダーは、凝固温度が１０００℃未満では溶鋼の緩冷却効果が得られず、１１７０℃を超えて高いと潤滑不良が発生する。そのため、中炭素鋼を鋳造する場合に使用するモールドパウダーの望ましい凝固温度を１０００〜１１７０℃とした。また、このモールドパウダーの望ましい粘度を７．０ｐｏｉｓｅ以下としたのは、７．０ｐｏｉｓｅを超えて高いと潤滑不良が発生するためである。
【００３２】
高炭素鋼用の凝固温度：９５０〜１１５０℃、粘度：５．０ｐｏｉｓｅ以下
高炭素鋼を鋳造する場合に使用するモールドパウダーは、凝固温度が９５０℃未満では溶鋼の緩冷却効果が得られず、１１５０℃を超えて高いと潤滑不良が発生する。そのため、中炭素鋼を鋳造する場合に使用するモールドパウダーの望ましい凝固温度を９５０〜１１５０℃とした。また、このモールドパウダーの望ましい粘度を５．０ｐｏｉｓｅ以下としたのは、５．０ｐｏｉｓｅを超えて高いと潤滑不良が発生するためである。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明の効果を確認するために行った試験について説明する。
【００３４】
１．概要
連続鋳造において使用される中炭素鋼用および高炭素鋼用の２種類のモールドパウダーについて、介在物の吸収能、および浸漬ノズルのパウダーラインの溶損の評価を行った。
【００３５】
２．モールドパウダーの性状
表１に本試験に用いたモールドパウダーの組成を示す。モールドパウダーＡ、Ｂは中炭素鋼用、モールドパウダーＣ、Ｄは高炭素鋼用のモールドパウダーである。モールドパウダーＡ、Ｃは本発明例であり、本発明で規定する条件を満足する。モールドパウダーＢ、Ｄは比較例であり、本発明で規定するＳｒＯを含有していない一般的なモールドパウダーである。
【００３６】
【表１】
0005471149.tif 000002
【００３７】
３．介在物の吸収能
表１に示すモールドパウダーＡ〜Ｄについて、介在物の吸収能の評価を行った。溶鋼中の介在物の組成の主たるものはＡｌ2Ｏ3であるため、介在物の吸収能の評価指標は、モールドパウダーへのＡｌ2Ｏ3の溶解率とした。評価方法を以下に示す。
【００３８】
３−１．評価方法
モールドパウダーを焼成・脱炭し、電気炉で１３００℃に加熱して溶解させ、プリメルトスラグを準備した。白金製坩堝（容量１００ｍｌ）に、測定対象とするプリメルトスラグを５０ｇ入れ、蓋をして、電気炉で１４００℃に加熱して溶解させた。
【００３９】
スラグが溶解した後、初期重量をあらかじめ秤量しておいたＡｌ2Ｏ3ボール（塊状に成型したＡｌ2Ｏ3）を溶融スラグ中に入れ、所定の時間（６０分）で取り出した。取り出したＡｌ2Ｏ3ボールを冷却後、塩酸水溶液に入れ、付着しているスラグを溶解除去し、乾燥後、秤量した。そして、初期重量（測定前Ａｌ2Ｏ3重量）と、初期重量から乾燥後の重量を減じた重量差（ΔＡｌ2Ｏ3重量）とを用いて、Ａｌ2Ｏ3の溶解率を算出した。このＡｌ2Ｏ3の溶解率に基づいて、Ａｌ2Ｏ3の溶解能を比較、評価した。Ａｌ2Ｏ3の溶解率（Ａｌ2Ｏ3溶解率）は、下記（１）式によって算出した。
Ａｌ2Ｏ3溶解率（％）＝ΔＡｌ2Ｏ3重量／測定前Ａｌ2Ｏ3重量×１００  …（１）
【００４０】
３−２．評価結果
Ａｌ2Ｏ3溶解率の測定結果を表２に示す。中炭素鋼用モールドパウダー、高炭素鋼用モールドパウダーのいずれにおいても本発明で規定する条件を満足するモールドパウダーＡ、Ｃでは、比較例であるモールドパウダーＢ、ＤよりもＦ含有量が低下したにもかかわらず、Ａｌ2Ｏ3溶解率すなわち介在物の吸収能の低下はなく、モールドパウダーＢ、Ｄと同等以上のＡｌ2Ｏ3溶解率が確保可能であることを確認した。
【００４１】
【表２】
0005471149.tif 000003
【００４２】
４．パウダーラインの溶損評価
次に前記表１に示すモールドパウダーＡ〜Ｄを用いて、連続鋳造を行い、パウダーラインの溶損の評価を行った。パウダーラインの溶損の評価指標は、パウダーラインの厚み減少速度とした。
【００４３】
４−１．評価方法
垂直曲型連続鋳造機において、前記表１に示すモールドパウダーを用いて３００ｍｍ×４００ｍｍの矩形鋳片を鋳造した。鋳造した鋼種は、中炭素鋼および高炭素鋼であり、表３に組成を示す。鋳造速度は０．４５〜０．８０ｍ／ｍｉｎとし、鋳造時間（パウダーライン使用時間）は１２０分とした。そして、鋳造前に測定した浸漬ノズルのパウダーラインの厚み（パウダーライン初期厚み）と鋳造後に測定した厚み（パウダーライン使用後厚み）とパウダーライン使用時間から、パウダーラインの厚み減少速度を算出し、パウダーラインの溶損を評価した。パウダーラインの厚み減少速度は、下記（２）式によって算出した。
パウダーライン厚み減少速度（ｍｍ／分）＝（パウダーライン初期厚み（ｍｍ）−パウダーライン使用後厚み（ｍｍ））／パウダーライン使用時間（分）  …（２）
【００４４】
【表３】
0005471149.tif 000004
【００４５】
４−２．評価結果
パウダーライン厚み減少速度の測定結果を表４に示す。中炭素鋼用モールドパウダー、高炭素鋼用モールドパウダーのいずれにおいても本発明で規定する条件を満足するモールドパウダーＡ、Ｃでは、比較例であるモールドパウダーＢ、ＤよりもＦ含有量が低下した結果、パウダーライン厚み減少速度は、モールドパウダーＢ、Ｄに比べて低下することを確認した。
【００４６】
【表４】
0005471149.tif 000005
【００４７】
以上の結果から、介在物の吸収能の確保および浸漬ノズルのパウダーラインの溶損低減の両立が可能であることを確認した。
【００４８】
５．連続鋳造機の腐食への影響
さらに、本発明のモールドパウダーの、連続鋳造機の腐食への影響を評価する目的で、連続鋳造機内で鋳片に噴射された２次冷却スプレー水の垂れ水を採取し、Ｆ濃度を調査した。その結果を表５に、スプレー水の垂れ水中のＦ濃度指数として示す。表５におけるＦ濃度指数は、スプレー水の垂れ水中のＦ濃度がもっとも高い、モールドパウダーＤを使用した場合のスプレー水の垂れ水中のＦ濃度を１００とした数値とした。
【００４９】
【表５】
0005471149.tif 000006
【００５０】
表５に示すように、中炭素鋼用モールドパウダー、高炭素鋼用モールドパウダーのいずれにおいても本発明で規定する条件を満足するモールドパウダーＡ、Ｃでは、比較例であるモールドパウダーＢ、ＤよりもＦ含有量が低下した結果、スプレー水の垂れ水中のＦ濃度は、モールドパウダーＢ、Ｄに比べて低下することを確認した。すなわち、本発明のモールドパウダーは、比較例のモールドパウダーと比較して、連続鋳造機の腐食への影響が小さいと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の連続鋳造用モールドパウダーは、Ｆ含有量が少ないにもかかわらず、ＢａＯやＢ2Ｏ3などを添加することなく、適正な凝固温度、粘度を確保しつつ介在物の吸収能の確保および浸漬ノズルのパウダーラインの溶損の低減を両立し、さらに、連続鋳造機やその付帯設備の腐食を低減可能であり、従来のＦ含有モールドパウダーに匹敵する性能を具備する。また、本発明の鋼の連続鋳造方法によれば、浸漬ノズルのパウダーラインの溶損の低減や連続鋳造機の腐食の低減が可能であるため、鋼の連続鋳造を長期間にわたって安定して行うことができる。したがって、本発明は、幅広い鋼種、鋳造条件の鋳片の連続鋳造に適用できる。