(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型内の湯口を溶鋼を通過した後のこの溶鋼の浴面の温度である鋳型内溶鋼温度における、Ｒｉｂｏｕｄの式によって推算される粘度Ｘ（Ｐａ・ｓ）と、椀型でありその内径が３５０ｍｍでありその高さが３００ｍｍである磁製るつぼに、常温下（２３℃）において３ｇの粉末状の被覆剤が投入され、このるつぼが１３００℃の縦型炉に投入されたとき、投入時から被覆剤が完全に溶融するまでの時間である滓化時間Ｙ（分）とが、下記数式（Ａ）から（Ｃ）を満たし、
Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ及びＮａからなる群から選択された２以上の元素を含む金属酸化物と、フリーカーボンとを含有しており、
上記金属酸化物の含有率が６０質量％以上であり、
上記フリーカーボンの含有率が１０質量％以上２５質量％以下であり、
上記フリーカーボンが、その粒子径が１００ｎｍ未満である微粒カーボンとその粒子径が１００ｎｍ以上である粗粒カーボンとからなり、
上記微粒カーボンの含有率が１．０質量％以上５．０質量％以下である下注ぎ造塊法のための被覆剤。
Ｙ ≧ −１６・Ｌｎ（Ｘ） ＋ ４４．９      （Ａ）
Ｙ ≦ −１６・Ｌｎ（Ｘ） ＋ ６７．３      （Ｂ）
１０ ≦ Ｙ ≦ ３０      （Ｃ）
【請求項２】
その溶融温度が１１００℃以上１３００℃以下である請求項１に記載の被覆剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶鋼から鋼塊を得るためのいわゆる下注ぎ造塊法において、この溶鋼を被覆する目的で使用される被覆剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材の製造の一例では、鋼塊が分塊圧延に供される。この鋼塊は、溶鋼の鋳造によって得られる。鋳造方法の１つとして、下注ぎ造塊法が知られている。下注ぎ造塊法では、鋳型内に、この鋳型の下方から溶鋼が注入される。注入の進行により、溶鋼の浴面が徐々に上昇する。浴面が所定の高さに達した段階で、注入が停止される。その後にこの溶鋼が冷却され、鋼塊が得られる。
【０００３】
鋳造の途中では、鋳型のキャビティ面に近い部分の鋼は凝固しており、残余の部分の鋼は溶融状態である。凝固した部分は、シェルと称される。シェルは、徐々に成長する。
【０００４】
下注ぎ造塊法では、溶鋼の鋳型への注入中、溶融した被覆剤で溶鋼の浴面が覆われる。この被覆剤は、浴面と大気との間に位置する。被覆剤が存在するので、浴面は大気と接触しない。被覆剤により、大気に起因する溶鋼の清浄度低下が抑制される。
【０００５】
浴面の上昇に伴い、シェルと鋳型との間に、溶融した被覆剤が徐々に流入する。流入した被覆剤は、シェルと鋳型との間の潤滑に寄与する。
【０００６】
下注ぎ造塊法に適した被覆剤の一例が、特開２０１３−１０３２５５公報に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１０３２５５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
シェルと鋳型との間への、被覆剤の過剰な流入は、不均一流入の一因である。不均一流入が生じた場合、鋼塊の表面に筋状の凹みが発生する。一方、被覆剤の流入が不足である場合、潤滑不良が生じる。潤滑不良は、鋼塊の表面に円形の凹みを発生させる。これらの凹みを有する鋼塊が塑性加工に供されると、凹みが割れを招来する。凹みが手入れされれば割れは抑制されるが、この手入れには手間がかかる。
【０００９】
流入量が適切である造塊により、高品質な鋼塊が得られうる。しかし、従来の被覆剤では、流入量の適正値への制御は、容易ではない。
【００１０】
本発明の目的は、高品質な鋼塊の鋳造に寄与しうる、下注ぎ造塊法のための被覆剤の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る下注ぎ造塊法のための被覆剤では、鋳型内溶鋼温度における粘度Ｘ（Ｐａ・ｓ）と、滓化時間Ｙ（分）とが、下記数式（Ａ）から（Ｃ）を満たす。
Ｙ ≧ −１６・Ｌｎ（Ｘ） ＋ ４４．９      （Ａ）
Ｙ ≦ −１６・Ｌｎ（Ｘ） ＋ ６７．３      （Ｂ）
１０ ≦ Ｙ ≦ ３０      （Ｃ）
【００１２】
被覆剤は、金属酸化物を含有しうる。好ましくは、この金属酸化物は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ及びＮａからなる群から選択された２以上の元素を含む。
【００１３】
好ましくは、被覆剤は、フリーカーボンを含有する。好ましくは、被覆剤におけるフリーカーボンの含有率は、１０質量％以上２５質量％以下である。
【００１４】
好ましくは、フリーカーボンは、微粒カーボンを含む。好ましくは、被覆剤における微粒カーボンの含有率は、１．０質量％以上である。
【００１５】
好ましくは、被覆剤の溶融温度は、１１００℃以上１３００℃以下である。
【００１６】
本発明に係る鋼材製造方法は、
鋳型内溶鋼温度における粘度Ｘ（Ｐａ・ｓ）と滓化時間Ｙ（分）とが下記数式（Ａ）から（Ｃ）を満たす被覆剤を、鋳型内に保持する工程、
上記鋳型内にこの鋳型の下から溶鋼を注ぎ、この溶鋼の浴面を上記被覆剤によって覆う工程、
上記溶鋼を冷却し、鋼塊を得る工程、
及び
上記鋼塊に塑性加工を施す工程
を含む。
Ｙ ≧ −１６・Ｌｎ（Ｘ） ＋ ４４．９      （Ａ）
Ｙ ≦ −１６・Ｌｎ（Ｘ） ＋ ６７．３      （Ｂ）
１０ ≦ Ｙ ≦ ３０      （Ｃ）
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る被覆剤では、シェルと鋳型との間への流入量が適切である。この被覆剤が用いられた造塊では、鋼塊の表面に凹みが生じにくい。この鋼塊は、高品質である。この鋼塊から得られた鋼材も、高品質である。本発明に係る鋼材製造方法では、高品質な鋼材が容易に得られうる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る鋼材製造方法のための装置が示された断面図である。
【図２】図２は、図１の装置の一部が示された拡大図である。
【図３】図３は、図１の装置の一部が示された拡大図である。
【図４】図４は、図１の装置の一部が示された拡大図である。
【図５】図５は、図１の装置の一部が示された拡大図である。
【図６】図６は、実施例及び比較例に係る被覆剤のＬｎ（Ｘ）及びＹが示されたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。
【００２０】
図１に示された装置２は、注入管４、鋳型６及び定盤８を備えている。注入管４は、定盤８の上で起立している。鋳型６は、定盤８の上に置かれている。定盤８は、注入管４と鋳型６とを連結している。
【００２１】
注入管４は、鉛直方向に延在している。注入管４は、その上端に開口１０を有している。さらにこの注入管４は、第一湯道１２を有している。第一湯道１２は、注入管４の上端（すなわち開口１０）から下端１４にまで至っている。
【００２２】
鋳型６は、側壁１６と底部１８とを有している。側壁１６の形状は、円錐台状である。側壁１６は、上方ほど内径が大きくなる形状を有している。底部１８は、その中心に湯口２０を有している。
【００２３】
定盤８は、第二湯道２２を有している。第二湯道２２は、水平方向に延在している。第二湯道２２は、第一湯道１２と連通している。第二湯道２２はさらに、湯口２０と連通している。図示されていないが、この装置２は、複数の鋳型６を有している。それぞれの鋳型６の湯口２０と第一湯道１２とを、第二湯道２２が連通している。
【００２４】
この装置２で鋼塊が製造されるとき、まず、取鍋３３の中の溶鋼が、開口１０から、注入管４に注入される。この溶鋼は自重で第一湯道１２を下降し、第二湯道２２へと至る。取鍋３３からの注入管４への溶鋼の注入が継続されることにより、溶鋼は、湯口２０から鋳型６の中へ注がれる。換言すれば、溶鋼は鋳型６に、下から注がれる。
【００２５】
図２に示されるように、湯口２０の近くには、袋２４が保持されている。この袋２４には、粉末状の被覆剤が充填されている。湯口２０からの溶鋼２６の注ぎが継続されると、溶鋼２６が袋２４に接触し、袋２４が溶融する。溶融により、被覆剤が溶鋼２６の浴面（上面）に広がる。この被覆剤が溶融し、図３に示されるように、浴面２８が被覆剤３０で覆われる。
【００２６】
湯口２０からの溶鋼２６の注ぎがさらに継続されると、図４に示されるように、浴面２８がさらに上昇する。溶鋼２６のうち側壁１６に近い部分は、熱が鋳型６に奪われるので、優先的に冷却されて凝固し、シェル３２を形成する。
【００２７】
図５に示されるような所定の位置に浴面２８が到達した段階で、溶鋼２６の鋳型６への注ぎが終了する。図５では、シェル３２は、図４に示された段階に比べて成長している。その後も溶鋼２６の凝固が進行し、鋼塊が得られる。この鋼塊に塑性加工が施され、鋼材が得られる。塑性加工の例として、鍛伸及び圧延が挙げられる。
【００２８】
図３に示された段階から図５に示された段階まで、浴面２８は被覆剤３０に覆われ続ける。浴面２８は大気と接触しない。この被覆剤３０により、大気に起因する溶鋼２６の清浄度低下が抑制される。
【００２９】
浴面２８の上昇に伴い、シェル３２と鋳型６との間に、溶融した被覆剤３０が徐々に流入する。流入した被覆剤３０は、シェル３２と鋳型６との間の潤滑に寄与する。
【００３０】
図６のグラフにおいて横軸は、粘度Ｘ（Ｐａ・ｓ）の自然対数Ｌｎ（Ｘ）である。Ｘは、溶融した被覆剤３０の粘度である。Ｘは、鋳型内溶鋼温度における被覆剤３０の粘度である。鋳型内溶鋼温度は、溶鋼２６が鋳型１６に注入される時点での、この溶鋼２６の温度である。換言すれば、鋳型内溶鋼温度は、溶鋼２６が湯口２０を通過した後における、この浴面２８の温度である。粘度Ｘは、下記の数式（１）によって推算される。この数式（１）は、Ｒｉｂｏｕｄの式と称される。
【００３１】
【数１】
0006609139.tif 000002
【００３２】
上記数式（１）におけるＡＲは、下記数式（２）によって算出される。
【００３３】
【数２】
0006609139.tif 000003
【００３４】
上記数式（１）におけるＢＲは、下記数式（３）によって算出される。
【００３５】
【数３】
0006609139.tif 000004
【００３６】
上記数式（２）及び（３）において、Ｘ’Ｃａｏ’は、下記数式（４）によって算出される。
【００３７】
【数４】
0006609139.tif 000005
【００３８】
上記数式（２）及び（３）において、Ｘ’Ｎａ２０’は、下記数式（５）によって算出される。
【００３９】
【数５】
0006609139.tif 000006
【００４０】
Ｒｉｂｏｕｄの式では、下記の４つのカテゴリーが用いられる。
Ｘ’Ｃａｏ’
Ｘ’ＣａＦ２’
Ｘ’Ｎａ２０’
Ｘ’Ａｌ２Ｏ３’
それぞれのカテゴリーは、モル分率を表す。Ｒｉｂｏｕｄの式により、精度よく粘度Ｘが求められる。
【００４１】
図６のグラフにおいて縦軸は、被覆剤３０の滓化時間Ｙ（分）である。滓化時間Ｙの測定では、常温下（２３℃）において、３ｇの粉末状の被覆剤３０が、磁性るつぼに投入される。このるつぼはお椀型であり、その内径は３５０ｍｍであり、その高さは３００ｍｍである。このるつぼが、１３００℃の縦型炉に投入される。投入時から、被覆剤３０が完全に溶融するまでの時間が、滓化時間Ｙである。
【００４２】
図６における直線Ｌ１は、下記数式で表される。
Ｙ ＝ −１６・Ｌｎ（Ｘ） ＋ ４４．９
【００４３】
図６における直線Ｌ２は、下記数式で表される。
Ｙ ＝ −１６・Ｌｎ（Ｘ） ＋ ６７．３
【００４４】
図６における直線Ｌ３は、下記数式で表される。
Ｙ ＝ １０
【００４５】
図６における直線Ｌ４は、下記数式で表される。
Ｙ ＝ ３０
【００４６】
図６において、直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４で囲まれたゾーンＺは、下記数式（Ａ）から（Ｃ）を満たす。
Ｙ ≧ −１６・Ｌｎ（Ｘ） ＋ ４４．９      （Ａ）
Ｙ ≦ −１６・Ｌｎ（Ｘ） ＋ ６７．３      （Ｂ）
１０ ≦ Ｙ ≦ ３０      （Ｃ）
後述されるように、ゾーンＺに含まれる被覆剤３０が用いられた造塊では、高品質な鋼塊が得られる。
【００４７】
上記数式（Ａ）を満たす被覆剤３０は、鋳型６とシェル３２との間に、過剰には流入しない。この被覆剤３０では、不均一流入は生じにくい。この被覆剤３０が用いられた造塊では、鋼塊の表面（側面）に凹みが生じにくい。この鋼塊は、高品質である。この鋼塊から、高品質な鋼材が、容易に得られうる。この観点から、被覆剤３０が下記数式（Ｄ）を満たすことが好ましい。
Ｙ ≧ −１６・Ｌｎ（Ｘ） ＋ ５０．１      （Ｄ）
【００４８】
上記数式（Ｂ）を満たす被覆剤３０は、鋳型６とシェル３２との間に十分に流入する。この被覆剤３０では、潤滑不良は生じにくい。この被覆剤３０が用いられた造塊では、鋼塊の表面（側面）に凹みが生じにくい。この鋼塊は、高品質である。この鋼塊から、高品質な鋼材が、容易に得られうる。この観点から、被覆剤３０が下記数式（Ｅ）を満たすことが好ましい。
Ｙ ≦ −１６・Ｌｎ（Ｘ） ＋ ６０．４      （Ｅ）
【００４９】
本発明に係る被覆剤３０は、上記数式（Ｃ）を満たす。換言すれば、この被覆剤３０の滓化時間Ｙは１０分以上である。この被覆剤３０は、鋳型６とシェル３２との間に、過剰には流入しない。この被覆剤３０では、不均一流入は生じにくい。この被覆剤３０が用いられた造塊では、鋼塊に凹みが生じにくい。この鋼塊は、高品質である。この鋼塊から、高品質な鋼材が、容易に得られうる。この観点から、滓化時間Ｙは１２分以上がより好ましく、１４．８分以上が特に好ましい。
【００５０】
本発明に係る被覆剤３０は、上記数式（Ｃ）を満たす。換言すれば、この被覆剤３０の滓化時間Ｙは３０分以下である。この被覆剤３０は、鋳型６とシェル３２との間に十分に流入する。この被覆剤３０では、潤滑不良は生じにくい。この被覆剤３０が用いられた造塊では、鋼塊に凹みが生じにくい。この鋼塊は、高品質である。この鋼塊から、高品質な鋼材が、容易に得られうる。この観点から、滓化時間Ｙは２７分以下がより好ましく、２５．０分以下が特に好ましい。
【００５１】
被覆剤３０の不均一流入が生じにくいとの観点から、粘度Ｘは２．０Ｐａ・ｓが好ましく、３．１Ｐａ・ｓがより好ましく、５．４Ｐａ・ｓが特に好ましい。潤滑不良が生じにくいとの観点から、粘度Ｘは４０Ｐａ・ｓ以下が好ましく、３１．７Ｐａ・ｓがより好ましく、１６．１Ｐａ・ｓが特に好ましい。
【００５２】
この被覆剤３０は、金属酸化物を含有している。この金属酸化物は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ及びＮａからなる群から選択された２以上の元素を含む。換言すれば、被覆剤３０は、Ｓｉの酸化物、Ａｌの酸化物、Ｃａの酸化物、Ｍｇの酸化物又はＮａの酸化物を含む。これらの酸化物を含む被覆剤３０は、適切な温度で溶融し、適切な粘度Ｘを呈する。被覆剤３０におけるＳｉの酸化物、Ａｌの酸化物、Ｃａの酸化物、Ｍｇの酸化物及びＮａの酸化物の合計量は、６０質量％以上が好ましく、７０質量％以上が特に好ましい。好ましくは、被覆剤３０は、２以上の酸化物を含む。
【００５３】
好ましくは、被覆剤３０は、フリーカーボンを含む。フリーカーボンは、粉末の段階で、金属から遊離している。フリーカーボンは、粉末の段階で、金属に固溶しておらず、かつ金属と結合していない。フリーカーボンを含む被覆剤３０の滓化時間Ｙは、十分に大きい。この被覆剤３０では、不均一流入は生じにくい。フリーカーボンは、燃焼により発熱する。この発熱により、浴面２８の付近の溶鋼２６が保温される。この保温によっても、不均一流入が抑制される。これらの観点から、被覆剤３０におけるフリーカーボンの含有率は１０質量％以上が好ましく、１３質量％以上が特に好ましい。
【００５４】
フリーカーボンの含有率は、２５質量％以下が好ましい。含有率が２５質量％以下である被覆剤３０では、潤滑不良が生じにくい。この観点から、この含有率は２１質量％以下が特に好ましい。
【００５５】
好ましくは、フリーカーボンは、微粒カーボンを含む。微粒カーボンは、その粒子径が１００ｎｍ未満であるカーボンである。
【００５６】
微粒カーボンは、金属酸化物の粒子同士の間に介在し、この粒子同士の接触を抑制する。従ってこの微粒カーボンは、粒子同士が焼結状態となることを抑制する。この観点から、被覆剤３０における微粒カーボンの含有率は１．０質量％以上が好ましく、１．５質量％以下が特に好ましい。微粒カーボンの飛散に起因した作業環境悪化が生じにくいとの観点から、微粒カーボンの含有率は５．０質量％以下が好ましい。
【００５７】
フリーカーボンとして、微粒カーボンと共に、粗粒カーボンが用いられてもよい。粗粒カーボンは、その粒子径が１００ｎｍ以上であるカーボンである。粗粒カーボンの比表面積は、３４００ｃｍ２／ｇ程度である。
【００５８】
被覆剤３０の溶融温度は、１１００℃以上１３００℃以下が好ましい。溶融温度が１１００℃以上である被覆剤３０は、鋳型６とシェル３２との間に、過剰には流入しない。この被覆剤３０では、不均一流入は生じにくい。この被覆剤３０が用いられた造塊では、鋼塊に凹みが生じにくい。この鋼塊は、高品質である。この観点から、溶融温度は１１５０℃以上がより好ましく、１１８０℃以上が特に好ましい。溶融温度が１３００℃以下である被覆剤３０は、鋳型６とシェル３２との間に十分に流入する。この被覆剤３０では、潤滑不良は生じにくい。この被覆剤３０が用いられた造塊では、鋼塊に凹みが生じにくい。この鋼塊は、高品質である。この観点から、溶融温度は１２８０℃以下がより好ましく、１２６０℃以下が特に好ましい。
【００５９】
溶融温度の測定のための試料は、溶融した被覆剤から、鋳造法により得られる。この試料の形状は、円柱である。この円柱の、底面の直径は１０ｍｍであり、高さは１０ｍｍである。この試料が、十分に温度が低い炉に投入される。この炉の温度が、１０℃／分の速度で昇温される。表面張力により試料の形状が半球状になった時点の炉の温度が、溶融温度である。
【実施例】
【００６０】
以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。
【００６１】
［実施例１］
粘度Ｘが５．４Ｐａ・ｓであり、滓化時間Ｙが２３．２分である被覆剤を準備した。この被覆剤は、２０質量％のフリーカーボンを含んでいる。フリーカーボンの残部は、金属酸化物である。微粒カーボン（カーボンブラック）の含有率は、２．０質量％である。３ｋｇの被覆剤を、袋に充填した。この袋を用い、図１から５に示される装置により、鋼塊を得た。
【００６２】
［実施例２−８及び比較例１−６］
下記の表１に示される被覆剤を用いた他は実施例１と同様にして、鋼塊を得た。
【００６３】
［評価］
鋼塊の表面を目視で観察し、下記の基準に基づいて格付けを行った。
Ａ：凹みの数がゼロ
Ｂ：凹みの数が１以上５以下
Ｃ：凹みの数が６以上
この結果が、下記の表１に示されている。なお、表１において下線が付された部分は、本願請求項で規定された範囲を外れた部分である。
【００６４】
【表１】
0006609139.tif 000007
【００６５】
表１に示されるように、実施例の製造方法では、比較例の製造方法に比べて、高品質な鋼塊が得られる。この評価結果から、本発明の優位性は明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上説明された被覆剤は、様々な鋼種の造塊に用いられ得る。
【符号の説明】
【００６７】
４・・・注入管
６・・・鋳型
１０・・・開口
１２・・・第一湯道
１６・・・側壁
２０・・・湯口
２２・・・第二湯道
２４・・・袋
２６・・・溶鋼
２８・・・浴面
３０・・・被覆剤
３２・・・シェル
【図１】
0006609139.tif 000008
【図２】
0006609139.tif 000009
【図３】
0006609139.tif 000010
【図４】
0006609139.tif 000011
【図５】
0006609139.tif 000012
【図６】
0006609139.tif 000013