(57)【要約】【課題】溶融スラグ中のＡｌ２Ｏ３及びＭｎＯの量が増加し、ＳｉＯ２の量が減少した場合でも、凝固温度の低下を抑制できるモールドパウダーを提供すること。【解決手段】本発明の一態様は、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３及びＦを含有し、Ｌｉ２Ｏの含有量が０．５質量％以上９．５質量％以下、Ｎａ２Ｏの含有量が４．５質量％以上１２．０質量％以下、Ａｌ２Ｏ３の含有量が１．５質量％以上５．０質量％以下、Ｆの含有量が９．５質量％以上１３．０質量％以下、ＳｉＯ２に対するＣａＯの含有量の比（ＣａＯ／ＳｉＯ２）が１．１５以上１．６５以下、Ｎａ２Ｏに対するＬｉ２Ｏの含有量の比（Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ）が０．０４を超え１．９６以下である、モールドパウダーである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３及びＦを含有し、
Ｌｉ２Ｏの含有量が０．５質量％以上９．５質量％以下、Ｎａ２Ｏの含有量が４．５質量％以上１２．０質量％以下、Ａｌ２Ｏ３の含有量が１．５質量％以上５．０質量％以下、Ｆの含有量が９．５質量％以上１３．０質量％以下、ＳｉＯ２に対するＣａＯの含有量の比（ＣａＯ／ＳｉＯ２）が１．１５以上１．６５以下、Ｎａ２Ｏに対するＬｉ２Ｏの含有量の比（Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ）が０．０４を超え１．９６以下である、モールドパウダー。
【請求項２】
前記Ｎａ２Ｏに対するＬｉ２Ｏの含有量の比（Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ）が０．０９以上０．６８以下である、請求項１に記載のモールドパウダー。
【請求項３】
前記ＳｉＯ２に対するＣａＯの含有量の比（ＣａＯ／ＳｉＯ２）が１．２３以上１．４０以下である、請求項１又は２に記載のモールドパウダー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モールドパウダーに関する。
【背景技術】
【０００２】
モールドパウダーは、連続鋳造の鋳型内に投入され、溶鋼の熱で溶けて溶融スラグとなり、凝固した鋼と鋳型との隙間に流入して、潤滑及び抜熱制御の役割を果たす。抜熱制御の役割は重要であり、例えば特許文献１によれば、炭素含有量が０．０８〜０．２０％である鋼の連続鋳造においては、不均一凝固が生じやすいため鋳片に縦割れが生じやすく、これを防止するためには鋳型／鋳片（凝固シェル）間の伝熱を遅くする、いわゆる「緩冷却」が有効である。この緩冷却を実現するための有効な方法として、結晶析出温度の高いモールドパウダーを用いること、その中でも、Cuspidine（３ＣａＯ・２ＳｉＯ２・ＣａＦ２）が析出しやすいような組成を有するモールドパウダーを用いることが一般的に知られている。
【０００３】
しかし、溶融スラグと溶鋼との界面では、溶鋼中の金属（主にＡｌ及びＭｎ）による溶融スラグ中のＳｉＯ２の還元反応（４Ａｌ＋３ＳｉＯ２→３Ｓｉ＋２Ａｌ２Ｏ３、２Ｍｎ＋ＳｉＯ２→２ＭｎＯ＋Ｓｉ）や、溶鋼中のＡｌの酸化により生成したＡｌ２Ｏ３の溶融スラグへの吸着が発生するため、これにより、溶融スラグの組成が初期のモールドパウダー（溶融スラグ）の組成から変化する。このように溶融スラグの組成が変化すると、意図したCuspidineの析出が生じにくくなるため、溶融スラグの粘度の上昇や凝固温度の低下が起こる。これら物性の変化は、モールドパウダーの不均一流入や鋳型内流入後に形成されるパウダーフィルムの厚みの不均一を引き起こし、結果として、ブレークアウト検知などの操業異常や、鋳片表面の縦割れなどの品質異常が発生するおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２２５１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のような事情に鑑みて、本発明者は、上記のＳｉＯ２の還元反応やＡｌ２Ｏ３の吸着に伴う溶融スラグの物性変化のうち、凝固温度の低下に着目し、ＳｉＯ２の還元反応やＡｌ２Ｏ３の吸着が生じた場合でも、溶融スラグの凝固温度の低下を最小限にとどめることが可能なモールドパウダーの組成を検討した。
【０００６】
すなわち、本発明は、溶融スラグ中のＡｌ２Ｏ３及びＭｎＯの量が増加し、ＳｉＯ２の量が減少した場合でも、凝固温度の低下を抑制でき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】
【０００７】
本発明者が、Cuspidineが析出しやすいようなモールドパウダーの組成について、溶融スラグ中のＡｌ２Ｏ３及びＭｎＯの増加及びＳｉＯ２の減少も加味して検討した結果、特にＮａ２Ｏに対するＬｉ２Ｏの含有量の比（Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ）を所定の範囲とすることにより、溶融スラグの凝固温度の低下を抑制できることを見出した。
【０００８】
すなわち、本発明の一態様は、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３及びＦを含有し、Ｌｉ２Ｏの含有量が０．５質量％以上９．５質量％以下、Ｎａ２Ｏの含有量が４．５質量％以上１２．０質量％以下、Ａｌ２Ｏ３の含有量が１．５質量％以上５．０質量％以下、Ｆの含有量が９．５質量％以上１３．０質量％以下、ＳｉＯ２に対するＣａＯの含有量の比（ＣａＯ／ＳｉＯ２）が１．１５以上１．６５以下、Ｎａ２Ｏに対するＬｉ２Ｏの含有量の比（Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ）が０．０４を超え１．９６以下である、モールドパウダーである。
【０００９】
Ｎａ２Ｏに対するＬｉ２Ｏの含有量の比（Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ）は、０．１０以上０．６７以下であってもよい。ＳｉＯ２に対するＣａＯの含有量の比（ＣａＯ／ＳｉＯ２）は、１．２３以上１．４０以下であってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、溶融スラグ中のＡｌ２Ｏ３及びＭｎＯの量が増加し、ＳｉＯ２の量が減少した場合でも、凝固温度の低下を抑制できるモールドパウダーを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏと凝固温度の低下（ΔＢＰ）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
一実施形態に係るモールドパウダーは、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３及びＦを含有する。このモールドパウダーは、Cuspidine（３ＣａＯ・２ＳｉＯ２・ＣａＦ２）が析出しやすいような組成を有している。具体的には、Ｌｉ２Ｏの含有量が０．５質量％以上９．５質量％以下であり、Ｎａ２Ｏの含有量が４．５質量％以上１２．０質量％以下であり、Ａｌ２Ｏ３の含有量が１．５質量％以上５．０質量％以下であり、Ｆの含有量が９．５質量％以上１３．０質量％以下であり、ＳｉＯ２に対するＣａＯの含有量の比（ＣａＯ／ＳｉＯ２）が１．１５以上１．６５以下である。なお、本明細書中、特に断らない限り、各成分の含有量は、モールドパウダー全量を基準とした含有量（質量％）である。
【００１４】
ＣａＯの含有量は、３０質量％以上、３５質量％以上、又は４１質量％以上であってよく、５５質量％以下、５２質量％以下、又は４９質量％以下であってよい。
【００１５】
ＳｉＯ２の含有量は、２０質量％以上、２５質量％以上、又は３３質量％以上であってよく、５０質量％以下、４５質量％以下、又は３６質量％以下であってよい。
【００１６】
ＳｉＯ２に対するＣａＯの含有量の比（ＣａＯ／ＳｉＯ２）は、溶融スラグの凝固温度の低下を更に抑制する観点から、好ましくは、１．１７以上、１．１８以上、１．１９以上、１．２０以上、１．２１以上、１．２２以上、又は１．２３以上であり、好ましくは、１．６１以下、１．５５以下、１．５０以下、１．４５以下、又は１．４０以下である。
【００１７】
ＬｉＯ２の含有量は、溶融スラグの凝固温度の低下を更に抑制する観点から、好ましくは、０．６質量％以上、０．７質量％以上、０．８質量％以上、又は０．９質量％以上であり、好ましくは、９．２質量％以下、８．０質量％以下、７．０質量％以下、６．０質量％以下、５．０質量％以下、４．０質量％以下、又は３．０質量％以下である。
【００１８】
Ｎａ２Ｏの含有量は、４．５質量％以上、６．５質量％以上、又は７．５質量％以上であってもよく、１１．６質量％以下、１０．０質量％以下、又は９．３質量％以下であってもよい。
【００１９】
Ａｌ２Ｏ３の含有量は、１．５質量％以上、１．７質量％以上、又は２．０質量％以上であってもよく、４．９質量％以下、３．０質量％以下、又は２．０質量％以下であってもよい。
【００２０】
Ｆの含有量は、９．７質量％以上又は１０．０質量％以上であってもよく、１２．９質量％以下であってもよい。
【００２１】
以上のようなCuspidineが析出しやすい組成を有するモールドパウダーにおいて、溶融スラグの凝固温度の低下を抑制する観点から、Ｎａ２Ｏに対するＬｉ２Ｏの含有量の比（Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ）は、０．０４を超え１．９６以下である。Ｎａ２Ｏに対するＬｉ２Ｏの含有量の比（Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ）は、溶融スラグの凝固温度の低下を更に抑制する観点から、好ましくは、０．０４３以上、０．０５以上、０．０６以上、０．０７以上、０．０８以上、又は０．０９以上であり、好ましくは、１．９６以下、１．６０以下、１．４以下、１．２０以下、１．００以下、０．９０以下、０．８０以下、０．７０以下、又は０．６８以下である。
【００２２】
モールドパウダーは、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３及びＦに加えて、その他の成分を更に含有してもよい。その他の成分は、例えば、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＭｎＯ等であってよい。
【００２３】
Ｆｅ２Ｏ３の含有量は、０．０質量％以上、０．２質量％以上、又は０．３質量％以上であってよく、１．５質量％以下、１．２質量％以下、又は０．９質量％以下であってよい。
【００２４】
ＭｇＯの含有量は、０．０質量％以上、０．２質量％以上、又は０．４質量％以上であってよく、１．１質量％以下、０．９質量％以下、又は０．７質量％以下であってよい。
【００２５】
ＭｎＯの含有量は、０．０質量％以上、０．５質量％以上、又は１．０質量％以上であってよく、３．０質量％以下、２．５質量％以下、又は２．０質量％以下であってよい。
【００２６】
モールドパウダーの１３００℃における粘度（η）は、０．３Ｐｏｉｓｅ以上、０．４Ｐｏｉｓｅ以上、０．５Ｐｏｉｓｅ以上、又は０．６Ｐｏｉｓｅ以上であってよく、１．１Ｐｏｉｓｅ以下、１．０Ｐｏｉｓｅ以下、又は０．９Ｐｏｉｓｅ以下であってよい。モールドパウダーの１３００℃における粘度は、以下の手順に従って回転円筒法により測定されたモールドパウダーの粘度を意味する。
まず、測定対象のモールドパウダーをルツボに装入し、１４００℃で完全に溶融させる。その後、縦型環状炉（エレマ炉）に入れ、Ｅ形粘度計のローターを溶融パウダー中に浸漬し、１３００℃で３０分間安定させる。次いで、ローターを回転させ、粘性抵抗によるトルクを測定し、粘度を求める。なお、Ｅ形粘度計は、事前に標準粘度計にて較正しておく。
【００２７】
モールドパウダーの凝固温度（ＢＰ）は、１０５０℃以上、１１００℃以上、１１２０℃以上、１１４０℃以上、又は１１６０℃以上であってよく、１２４０℃以下、１２３０℃以下、１２２０℃以下、又は１２１０℃以下であってよい。モールドパウダーの凝固温度は、以下の手順に従って測定された凝固温度を意味する。
上述したモールドパウダーの１３００℃における粘度の測定において、縦型環状炉の温度を１３００℃から徐々に下げながら、モールドパウダーの粘度を連続測定する。このとき、モールドパウダーの粘度は温度が下がるに従って漸次大きくなっていくが、この粘度が急激に大きくなる温度を凝固温度とする。
【００２８】
以上のようなモールドパウダーは、Ａｌ２Ｏ３及びＭｎＯの量が増加し、ＳｉＯ２の量が減少した場合でも、凝固温度の低下を抑制できる。より具体的には、ＳｉＯ２の還元反応及びＡｌ２Ｏ３の吸着に伴うモールドパウダー（溶融スラグ）の組成変化（変質）を想定した場合に、初期（変質前）のモールドパウダー（溶融スラグ）の凝固温度（ＢＰ１）と、変質後のモールドパウダー（溶融スラグ）の凝固温度（ＢＰ２）との差（ΔＢＰ＝ＢＰ２−ＢＰ１）は、−１００℃＜ΔＢＰ＜１００℃、−９０℃＜ΔＢＰ＜９０℃、−８０℃＜ΔＢＰ＜８０℃、−７０℃＜ΔＢＰ＜７０℃、−６０℃＜ΔＢＰ＜６０℃、−５０℃≦ΔＢＰ≦５０℃、又は−４０℃≦ΔＢＰ≦４０℃を満たし得る。
【００２９】
なお、変質後のモールドパウダー（溶融スラグ）の組成については、仮想的に、Ａｌ２Ｏ３の含有量が初期のモールドパウダーから１０．０質量％増加し、このうち、４質量％はＳｉＯ２の還元反応（４Ａｌ＋３ＳｉＯ２→３Ｓｉ＋２Ａｌ２Ｏ３）により増加したものであり、残りの６質量％は溶鋼中のＡｌの酸化により増加したものとする。また、ＭｎＯの含有量は初期のモールドパウダーから２．０質量％増加するものとし、すべてがＳｉＯ２の還元反応（２Ｍｎ＋ＳｉＯ２→２ＭｎＯ＋Ｓｉ）に起因するものと仮定する。ただし、初期のモールドパウダーがＭｎＯを含んでいる場合は、２．０質量％から当該含有量を差し引いた分の量が反応するものと仮定する。
【００３０】
本実施形態に係るモールドパウダーにおいて、Ａｌ２Ｏ３及びＭｎＯの量が増加し、ＳｉＯ２の量が減少した場合でも、凝固温度の低下を抑制できる理由を本発明者は以下のとおり推察している。すなわち、Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏを所定の範囲に調整することで、Cuspidineの析出を阻害するような元素の量を少なくすることができたためであると考えられる。一般的に、Cupidineの析出を意図する場合、Ｎａ２ＯやＡｌ２Ｏ３などのCuspidine組成と関係のない元素を加えると、凝固温度は低下する傾向にある。逆にいえば、初期の溶融スラグと変質後のスラグの組成をできるだけCuspidineに近い状態に維持できれば、変質に伴う凝固温度の低下（変化）を抑えることが可能だと考えられる。ここでＮａ２Ｏ及びＬｉ２Ｏの粘度低減効果について考えると、その効果はＬｉ２Ｏのほうが大きく、Ｎａ２Ｏよりも少量で粘度調整が可能である。つまり、Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏの比を大きくすることにより、所望の粘度低減効果を得つつ、Cuspidine組成に関係のないＮａ２Ｏを少量に抑えられるので、変質後の溶融スラグの凝固温度は低下しにくくなると考えられる。ただし、Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏの比が大きすぎると、ＬｉＡｌＯ３の結晶がCuspidineよりも優先して析出するため、そもそもCuspidineの析出が生じにくくなってしまう。この場合、溶融スラグの変質に伴って、例えば凝固温度の大幅な上昇が生じてしまう。
【００３１】
本実施形態に係るモールドパウダーは、鋼の連続鋳造用モールドパウダーとして好適に用いられる。このモールドパウダーは、Ａｌ２Ｏ３及びＭｎＯの量が増加し、ＳｉＯ２の量が減少した場合でも、凝固温度の低下を抑制できるので、連続鋳造において、ブレークアウト検知や鋳片表面の縦割れの発生を抑制できる。このモールドパウダーは、鋳片表面の縦割れが生じやすい中炭素鋼（炭素含有量が例えば０．０８〜０．２０質量％である鋼）の連続鋳造用モールドパウダーとして特に好適に用いられる。
【実施例】
【００３２】
以下、実施例に基づいて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００３３】
表１に示す組成を有するモールドパウダーＮｏ．１〜１５を用意した。これらの初期（変質前）モールドパウダーについて、１３００℃の炉内で回転円筒法により粘度を測定した。続いて、炉内の温度を１３００℃から徐々に低下させながらモールドパウダーの粘度を測定し、粘度計がトルクオーバーして粘度が測定不能となった温度を凝固温度ＢＰ１として記録した。測定結果を表１に示す。
【００３４】
変質後モールドパウダーについては、仮想的に、Ａｌ２Ｏ３の含有量が初期（変質前）モールドパウダーから１０．０質量％増加し、このうち、４質量％はＳｉＯ２の還元反応（４Ａｌ＋３ＳｉＯ２→３Ｓｉ＋２Ａｌ２Ｏ３）により増加したものであり、残りの６質量％は溶鋼中のＡｌの酸化により増加したものとした。また、ＭｎＯの含有量は初期（変質前）モールドパウダーから２．０質量％増加するものとし、すべてがＳｉＯ２の還元反応（２Ｍｎ＋ＳｉＯ２→２ＭｎＯ＋Ｓｉ）に起因するものと仮定した。ただし、初期（変質前）モールドパウダーがＭｎＯを含んでいる場合は、２．０質量％から当該含有量を差し引いた分の量が反応するものと仮定した。このような仮定に基づき、初期（変質前）モールドパウダーＮｏ．１〜１５に対応する変質後モールドパウダーとして、表１に示す組成を有するモールドパウダーＮｏ．１〜１５を用意した。これらの変質後モールドパウダーについて、上記と同様にして１３００℃における粘度及び凝固温度ＢＰ２を測定した。測定結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
各モールドパウダーについて、初期（変質前）モールドパウダーの凝固温度ＢＰ１と、変質後モールドパウダーの凝固温度ＢＰ２との差ΔＢＰ（＝ＢＰ２−ＢＰ１）を求めた。初期（変質前）モールドパウダーにおけるＮａ２Ｏに対するＬｉ２Ｏの含有量の比（Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ）とΔＢＰ（℃）との関係を図１に示す。
【図１】
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