(57)【要約】【課題】環境汚染が小さくしつつ、鋳型内湯面の保温性を高める。【解決手段】膨張性黒鉛を配合した顆粒状のモールドパウダーである。加熱時に顆粒状のモールドパウダーが熱崩壊し、熱崩壊後に膨張性黒鉛を含む炭素を完全燃焼させた後の嵩比重が、炭素原料を除く原料粉末の混合体の嵩比重よりも小さく、かつ０．６５g／cc以下である。【効果】鋼等の溶融金属の連続鋳造に際し、環境汚染が小さいこと、ならびに鋳型内湯面の保温性が高いこと、を両立することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
膨張性黒鉛を配合した顆粒状のモールドパウダーであって、
加熱時に顆粒状のモールドパウダーが熱崩壊し、
熱崩壊後に膨張性黒鉛を含む炭素を完全燃焼させた後の嵩比重が、炭素原料を除く原料粉末の混合体の嵩比重よりも小さく、かつ０．６５g／cc以下であることを特徴とする溶融金属の連続鋳造に用いるモールドパウダー。
【請求項２】
顆粒成形用のバインダの含有量が１．５〜５．０質量％であり、
前記膨張性黒鉛の含有量が１．５〜４．０質量％であることを特徴とする請求項１に記載の溶融金属の連続鋳造に用いるモールドパウダー。
【請求項３】
アルカリ金属酸化物であるＮａ2Ｏ、Ｋ2ＯおよびＬｉ2Ｏの合計含有量が７質量％以下、
炭酸塩の合計含有量が１０質量％未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融金属の連続鋳造に用いるモールドパウダー。
【請求項４】
カーボンブラックの含有量が０．８質量％以下、または含有していないことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の溶融金属の連続鋳造に用いるモールドパウダー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼等の溶融金属の連続鋳造に用いるモールドパウダーに関するもので、環境汚染が小さいことと鋳型内湯面の保温性が高いことを両立するモールドパウダーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼等の溶融金属の連続鋳造用モールドパウダーは、粉末もしくは顆粒状であり、この生パウダーが鋳型内に添加されると、湯面上で溶融して厚さ数mm〜十数mmの溶融層を形成する。溶融したモールドパウダーは、鋳型と鋳片（凝固シェル）との間に流入し、パウダーフィルムを形成する。このうち、鋳型側のパウダーフィルムは冷やされて凝固し、結晶を晶出もしくは析出しつつ、鋳造の進行に伴って鋳型下方へ移動し、やがて下端から排出される。
【０００３】
これら各過程において、モールドパウダーは様々な役割を果たす。その中で、生パウダー層が担う重要な役割に、湯面の保温がある。
モールドパウダーは、その粒形状が、粉末であるものと顆粒であるものに大別される。一般に、特許文献１で開示されたような、粉末品は、嵩比重を小さくできるので保温性の点で有利である反面、表面の粉末層が粉塵となって飛散しやすく環境汚染を引き起こしやすい。他方、顆粒品は、嵩比重を小さくすることが困難で保温性に劣る反面、粉塵の飛散は少なく環境汚染が小さい点で優れている。
【特許文献１】特開２００４−９８０９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
つまり、従来のモールドパウダーでは、環境汚染が小さいことと鋳型内湯面の保温性に優れていることの２点を両立することが困難であった。従って、近年、作業環境の改善が重要視される中で、顆粒品を適用する場合が増えつつある。しかしながら、顆粒品を適用した場合は、その保温性の悪さに起因する操業や品質上の問題を誘発することが多いので、粉塵が少なくかつ保温性に優れたモールドパウダーが求められていた。
【０００５】
本発明が解決しようとする問題点は、粉塵の飛散が少なく環境汚染が小さいように顆粒のモールドパウダーを使用した場合には、保温性の悪さに起因する操業や品質上の問題を誘発することが多いという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記の問題を解消し、環境汚染を小さくし、かつ鋳型内湯面の保温性に優れるような顆粒のモールドパウダーについて調査・研究した結果、成されたものである。
【０００７】
すなわち、本発明の溶融金属の連続鋳造に用いるモールドパウダーは、
膨張性黒鉛を配合した顆粒状のモールドパウダーであって、
加熱時に顆粒状のモールドパウダーが熱崩壊し、
熱崩壊後に膨張性黒鉛を含む炭素を完全燃焼させた後の嵩比重が、炭素原料を除く原料粉末の混合体の嵩比重よりも小さく、かつ０．６５g／cc以下であることを最も主要な特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、鋼等の溶融金属の連続鋳造において、環境汚染が小さいことと、鋳型内湯面の保温性が高いこと、を両立することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態と共に最良の形態について、詳細に説明する。
発明者は、顆粒状のモールドパウダーに膨張性黒鉛を加えて、鋳型内で加熱された際に粉末状に熱崩壊させる、いわゆる熱崩壊型の顆粒モールドパウダーにおいて、バインダを多く配合して顆粒の粉化を抑制した上で、膨張性黒鉛の配合量を増加すれば、熱崩壊後に非常に軽い発泡粒状の粉末が得られることを見出した。
【００１０】
この発泡粒状の粉末の嵩比重は、膨張性黒鉛を含む炭素を燃焼させた後も、炭素原料を除く原料粉末を混合したものの嵩比重よりも小さかった。このことは、すなわち、膨張性黒鉛が熱膨張する際に、発泡状の作用が生じて、気孔率の高い粉状の焼結体を形成したことを表している。発明者は、顕微鏡を用いた観察等によって、熱崩壊後に生じる発泡粒状の粉末が、上記のような粉状焼結体であることを確認した。
【００１１】
すなわち、本願の請求項１に係る発明は、
膨張性黒鉛を配合した顆粒状のモールドパウダーであって、
加熱時に顆粒状のモールドパウダーが熱崩壊し、
熱崩壊後に膨張性黒鉛を含む炭素を完全燃焼させた後の嵩比重が、炭素原料を除く原料粉末の混合体の嵩比重よりも小さく、かつ０．６５g／cc以下であることを特徴とするものである。
【００１２】
この本願の請求項１に係る発明では、本願発明の基本事項である膨張性黒鉛を配合することと、熱崩壊後に炭素を完全燃焼させた後の嵩比重を規定している。
【００１３】
ここで、膨張性黒鉛とは、黒鉛の積層構造間に硫酸等の酸を含浸させた黒鉛であり、加熱によって酸が揮発する際に積層構造間隙が広がり、数十倍〜数百倍膨張する特性を有するものである。
【００１４】
また、熱崩壊後に膨張性黒鉛を含む炭素を完全燃焼させた後の嵩比重とは、８００℃の大気雰囲気炉内で、モールドパウダーを４５分間加熱して、顆粒を熱崩壊させるとともに、熱崩壊後の膨張性黒鉛および他の炭素を完全燃焼させた後に室温まで冷却し、外径が５０mmの円筒容器内に１００ccの試料を振動を加えることなく充填した際の重量から求められる比重である。
【００１５】
一般の粉末状モールドパウダーの嵩比重は、０．６〜１．０g／cc程度であることから、請求項１で規定した嵩比重０．６５g／cc以下とは、粉末品の中でも特に軽く保温性が良いモールドパウダーに相当する。本発明では、熱崩壊後の嵩比重は、０．６０g／cc以下であるとさらに好ましい。本発明の０．６５g／cc以下、もしくは０．６０g／cc以下という嵩比重は、炭素を除いた原料粉末の混合体よりも小さい（軽い）値であることが大きな特徴である。
【００１６】
以上の本発明の請求項１に規定する要件を満たすモールドパウダーは、鋳型内に搬送されるまでは顆粒形状を保つので粉塵の発生が少なくなる。また、鋳型内では非常に軽く保温性の良い粉末となるので、保温性に優れる。すなわち、本発明では、環境汚染の小ささと、優れた保温性という二つの要求を、高次元で満たすことができるのである。
【００１７】
また、本願の請求項２に係る発明は、
本願の請求項１に係る発明において、
顆粒成形用のバインダの含有量が１．５〜５．０質量％で、
前記膨張性黒鉛の含有量が１．５〜４．０質量％としたことを特徴とするものである。
【００１８】
発明者の研究によれば、顆粒成形用のバインダが１．５質量％未満の場合には、鋳型内に供給される際に壊れて粉化する顆粒が増えることが分かった。発明者は、顆粒が粉化してしまうと、熱崩壊後に軽い粉末とならないことを知見し、本願の請求項１に係る発明の効果をより発揮させるための条件として、バインダの含有量は１．５質量％以上が必要であることを見出した。
【００１９】
一方、バインダの含有量が５．０質量％を超えると、顆粒成形前のスラリーの粘度が高くなりすぎて成形性が悪化するので好ましくない。発明者の実験によれば、鋳型内における粉化率を粒径０．２１mm未満の粒子の重量割合と定義した場合、粉化率を２５％以下、より好ましくは２０％以下に抑制できれば、熱崩壊後に小さな嵩比重の粉末が得られた。
【００２０】
また、熱膨張作用によって軽い粉末を得るには、膨張性黒鉛を１．５質量％以上含有させることが必要である。一方、膨張性黒鉛の含有量が４．０質量％を超えると、モールドパウダーの滓化・溶融が遅くなる問題が生じるし、高コストとなるので好ましくない。
【００２１】
また、本願の請求項３に係る発明は、
本願の請求項１又は２に係る発明において、
アルカリ金属酸化物であるＮａ2Ｏ、Ｋ2ＯおよびＬｉ2Ｏの合計含有量を７質量％以下、
炭酸塩の合計含有量を１０質量％未満としたことを特徴とするものである。
【００２２】
発明者は、環境汚染の防止と保温性の確保を両立して実現するのに有効な鋳型内でのモールドパウダー未溶融層の形態は、上部が顆粒層、下部が粉末層という層状の形態が安定して保たれることであることに思い至った。そして、アルカリ金属酸化物であるＮａ2Ｏ、Ｋ2ＯおよびＬｉ2Ｏの合計含有量が７質量％より多くなると粉末層の焼結が進みやすく安定した粉末層の形成が阻害されること、および炭酸塩が１０質量％以上になると、下部の粉末層が上部に吹き上がって安定した２層状態が保たれなくなることを見出し、上記の請求項３に係る発明を成立させた。
【００２３】
アルカリ金属酸化物であるＮａ2Ｏ、Ｋ2ＯおよびＬｉ2Ｏの合計含有量は、３質量％以下であるとさらに好ましい。前記アルカリ金属酸化物は含有しなくても良いが、含有を意図しない場合にも、通常は不純分として０．５〜２質量％程度は含有される。
【００２４】
また、炭酸塩は配合しなくても良いが、撹拌作用による焼結防止効果が期待できるので、２質量％以上含有するのが好ましい。より好ましい上限値は７質量％である。なお、炭酸塩としては、炭酸ナトリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、等が用いられる。
【００２５】
また、本願の請求項４に係る発明は、
本願の請求項１〜３の何れかに係る発明において、
カーボンブラックの含有量が０．８質量％以下、または含有していないことを特徴とするものである。
【００２６】
カーボンブラックは、滓化・溶融を抑制する作用が安定して強いので、モールドパウダーには、通常１〜３質量％程度が添加される。このカーボンブラックは、微粉末ゆえに環境汚染作用が強い。
【００２７】
しかしながら、本発明のモールドパウダーは、熱発泡によって生じる非常に軽い粉末層が高い断熱作用を有することから、カーボンブラック量が少なくても、滓化・溶融が適度に抑制される。さらに、本発明のモールドパウダーは、アルカリ金属酸化物が少ないので、溶融速度を下げて少ないカーボンブラック量での滓化・溶融制御が可能となる。
【００２８】
従って、本発明では、カーボンブラックの含有量が０．８質量％以下、もしくはカーボンブラックを含有しない環境に優しいモールドパウダーができる。カーボンブラック含有量上限値のより好ましい値は０．５質量％である。
【００２９】
なお、本発明に似た従来の発明に、特許第３１２８４９６号公報に記載のモールドパウダーがある。特許第３１２８４９６号の請求項６は、膨張黒鉛を配合した顆粒状モールドパウダーである点で、本発明に類似している。
【００３０】
しかしながら、特許第３１２８４９６号には、保温性にとって重要な嵩比重や、顆粒の熱崩壊後嵩比重にとって重要なバインダ含有量についての記述が無く、環境汚染と保温性という観点での改善作用が明らかではない。
【００３１】
さらに特許第３１２８４９６号の実施例は全て、アルカリ金属酸化物の含有量が多いので、鋳型内において顆粒層下方の粉末層が焼結しやすく、保温性に劣るとともに、カーボンブラック低減時の溶融・滓化制御に難があると推定される。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明の効果を確認するために行った実施結果について説明する。
一般にモールドパウダーの化学組成は、ＣａＯおよびＳｉＯ2を主成分とし、ＣａＯとＳｉＯ2とを合わせて６０〜８０質量％程度含有し、ＣａＯとＳｉＯ2との比率ＣａＯ／ＳｉＯ2（塩基度）が０．６〜１．８程度の範囲にある。
【００３３】
そして、他に凝固温度や粘度あるいは結晶化等の調整剤として、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｎａ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ、Ｂ2Ｏ3、Ｆ等を含有し、これら基材に、さらに滓化（溶融）速度調整を目的にカーボン等の骨材が数質量％添加されている。
【００３４】
顆粒品の場合には、これらを水で練ったスラリーにバインダ（糊）を加えて顆粒状に成形される。バインダとしては、ＣＭＣ（カルボキシル・メチル・セルロース）が広く用いられている。
【００３５】
上記に示した一般的な組成のモールドパウダーにおける、本発明の具体的な実施例および比較例を下記表１に示す。
【００３６】
【表１】
2008043987.tif 000002
【００３７】
表１のＡおよびＢは、本願の請求項１〜４を全て満たす実施例である。
これらは、常温における粒形状が顆粒（俵形状の押出成型顆粒）であり、かつ十分な量のバインダを含有しているので顆粒の粒子が強固で壊れ難い。したがって、鋳型内に散布されるまでの段階では粉塵をほとんど出すことがない。さらにアルカリ金属酸化物含有量が少なく、かつ炭酸塩の含有量が少ないので、鋳型内で上部の顆粒層と下部の粉末層とが安定して形成され鋳型内においても粉塵発生が少ない。また、微細粒のカーボンブラックを含有していないので、発生した粉塵の浮遊時間が短い。これらの特性により、実施例Ａおよび実施例Ｂは、環境汚染が非常に少ないモールドパウダーである。
【００３８】
同時に実施例Ａおよび実施例Ｂは、熱崩壊後の嵩比重（ラボ測定値）が０．６５以下と、鋳型内の溶鋼湯面近傍では非常に軽い粉末粒子となるので、湯面の保温性に優れている。このように軽い粉末粒子となるのは、十分な量の膨張性黒鉛を含有していることによる。
【００３９】
また、実施例Ａおよび実施例Ｂは、バインダが十分に含有されているので実際の鋳型内においても熱崩壊前に顆粒形状が保たれる割合が多い。したがって、実際の鋳型内においても上記ラボ測定値と同等の熱崩壊後の嵩比重が得られる。
【００４０】
さらに、実施例Ａおよび実施例Ｂは、アルカリ金属酸化物含有量と炭酸塩含有量が少ないので、鋳型内で上部の顆粒層と下部の粉末層とが安定して形成され、保温性に優れる。
なお、実施例Ｂは、バインダ含有量が請求項２で規定する上限に近い４質量％と多かったので、顆粒成形前のスラリーの流動性がやや悪く、顆粒の成形性にやや難があった。
【００４１】
表１のＣは、本願の請求項１および４を満たす実施例である。
実施例Ｃは、常温における粒形状が顆粒であるので、鋳型内に散布されるまでの段階での粉塵発生量が少ない。ただしバインダの含有量が１質量％と、１．５質量％を下回ってやや少ないので、顆粒の粒子が鋳型内散布までに粉化してしまう割合が、実施例Ａや実施例Ｂに比べるとやや多かった。
【００４２】
実施例Ｃは、炭酸塩含有量が上限値である１０質量％を超え、１３質量％と多いので、鋳型内での粉塵発生がやや目立った。また実施例Ｃは、微細粒のカーボンブラックを含有していないので、発生した粉塵の浮遊時間が短い。これら特性により、実施例Ｃは、実施例Ａや実施例Ｂに比べると劣るものの、環境汚染が少ないモールドパウダーであることが分かる。
【００４３】
同時に実施例Ｃは、熱崩壊後の嵩比重（ラボ測定値）が０．６５以下と、鋳型内の溶鋼湯面近傍では非常に軽い粉末粒子となるので、湯面の保温性に優れている。このように軽い粉末粒子となるのは、十分な量の膨張性黒鉛を含有していることによる。
【００４４】
しかしながら、実施例Ｃは、バインダ含有量が１質量％と、下限値の１．５質量％を下回ってやや少ないので、顆粒の粒子が鋳型内散布までに粉化してしまう割合が、実施例Ａや実施例Ｂに比べるとやや多かった。顆粒の粒子が粉化した場合には熱崩壊後の嵩比重がラボ測定値ほどは小さくならないので、実施例Ｃが実機に適用された場合の保温性は、実施例Ａや実施例Ｂに比べるとやや劣った。
【００４５】
表１のＤは、本願の請求項を満たさない比較例である。
比較例Ｄは、膨張性黒鉛を含有しない従来型の顆粒（俵形状の押出成型顆粒）のモールドパウダーであり、環境汚染は小さいものの、嵩比重が大きいので保温性に劣る。
【００４６】
表１のＥも、本願の請求項を満たさない比較例である。
比較例Ｅは、従来型の粉末のモールドパウダーであり、嵩比重が比較的小さいので保温性には優れるものの、環境汚染が大きいのが難点である。また比較例Ｅの嵩比重は、粉末のモールドパウダーとしては小さい部類に属するが、本発明の実施例Ａ〜実施例Ｃの嵩比重ほどは小さくない。このことは、本発明に言う熱崩壊が、単に顆粒状に成形されたものが崩壊する現象を指すのではなく、発泡状の粒形態変化を伴いながら崩壊することによって元の粉末原料混合品よりも嵩比重の小さい発泡粒状の粉末に崩壊する現象を指すことを裏付ける。この発泡状の粒形態変化は、膨張性黒鉛が膨張する際に放出されるガスが引き起こしていると推定される。
【００４７】
次に、表１の実施例Ａおよび比較例Ｅを、具体的に連続鋳造に適用した事例を挙げて説明する。
実施例Ａおよび比較例Ｅは、下記表２に示した化学組成（溶融後のスラグ組成であり、炭素は含まない）に配合され、連続鋳造に供された。鋳造条件は、鋳型サイズは３００×４００mm、鋳造速度は０．５m／minとし、炭素濃度が０．１０質量％のＡｌ−Ｓｉキルド普通鋼を鋳造した。
【００４８】
【表２】
2008043987.tif 000003
【００４９】
同じ取鍋からの溶鋼を異なるストランドに分岐して鋳造し、両モールドパウダーをそれぞれ異なるストランドに供給して、鋳片品質への影響を調べた。
鋳片品質の評価は、長手方向に４００mmの鋳片サンプルを採取し、その表面を塩酸を用いて酸洗し、表面に観察される直径１mm以上のピンホール数をカウントする方法によった。
【００５０】
その結果、実施例Ａを用いて鋳造した鋳片表面のピンホール数は、比較例Ｅを用いた場合のピンホール数を１００とした場合に、２８にまで低減した。これは、本発明によるモールドパウダーの保温性向上効果の現れと考えられる。さらに、実施例Ａは、比較例Ｅに比べて、鋳造中に発生する粉塵が少なく、環境汚染が小さいことが確認された。
【００５１】
本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範囲内で、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、実施例に示したような鋼の連続鋳造のみならず純Ｎｉ等の連続鋳造にも適用できる。