(57)【要約】【課題】従来の評価基準とは異なる特性に基づく連続鋳造用モールドパウダーであって、溶鋼中に巻き込まれ難く、高品位の鋳片を鋳造することができる、鋼の連続鋳造用モールドパウダーを提供する。【解決手段】上記課題は、１４００℃における純鉄との接触角が６０度以上である、鋼の連続鋳造用モールドパウダーによって解決される。その際に、この連続鋳造用モールドパウダーに、Ｎを、２質量％以下の範囲内で含有させること、及び、Ｂ２  Ｏ３  を、０．１〜１０質量％の範囲内で含有させることが好ましい。【選択図】            図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１４００℃における純鉄との接触角が６０度以上であることを特徴とする、鋼の連続鋳造用モールドパウダー。
【請求項２】
Ｎを、２質量％以下の範囲内で含有することを特徴とする、請求項１に記載の鋼の連続鋳造用モールドパウダー。
【請求項３】
Ｂ２  Ｏ３  を、０．１〜１０質量％の範囲内で含有することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の鋼の連続鋳造用モールドパウダー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼の連続鋳造において鋳型内に添加して使用される連続鋳造用モールドパウダーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼の連続鋳造に使用される連続鋳造用モールドパウダーには、以下のような特性が要求されている。
【０００３】
即ち、（１）鋳型内の溶鋼湯面を、モールドパウダーが溶融して形成される溶融層と、この溶融層上の未溶融層とで被覆することによって、空気による溶鋼の酸化を防止すると同時に溶鋼の温度低下を防止する効果を有すること、（２）溶融したモールドパウダーは、鋳型と凝固シェルとの間に流入して潤滑剤として機能するため、常に、適当量供給される必要があり、そのため、消費速度に見合った、且つ適正な溶融層の厚みを確保する溶融速度を有すること、（３）モールドパウダーの溶融層が溶鋼中から浮上・分離してくる非金属介在物を吸収した際に、その物性値（粘度、溶融速度）の変化が小さいこと、（４）溶融したモールドパウダーは、鋳型と凝固シェルとの間に流れ込んで均一なパウダーフィルムを形成し、両者の間で潤滑作用があること、（５）モールドパウダーの溶鋼中への巻き込みを防止するため、溶融したモールドパウダーは適度な粘度を有すること、である。
【０００４】
これらの特性の中で、特に溶鋼中へのモールドパウダーの巻き込みは、高速鋳造時に問題となることが多く、又、中速鋳造時や低速鋳造時でもブリキ材や自動車用薄鋼板等の品質が厳格な鋼に対しては問題となることが多い。
【０００５】
このモールドパウダーの巻き込みを防止するために、従来、モールドパウダーを高粘度化することが行われてきた（例えば、特許文献１参照）。しかし、モールドパウダーを高粘度化すると、鋳型と凝固シェルとの間へのモールドパウダーの流れ込み量が減少し、潤滑不良を起こし、鋳型と凝固シェルとの焼き付きによる、所謂“拘束性ブレークアウト”の発生頻度が高くなる。そのため、モールドパウダーの高粘度化には自ずと限界がある。
【０００６】
そこで、最近では粘度を変化させずに溶鋼に対する界面張力のみを増大させたモールドパウダーも開発されている（例えば、特許文献２参照）。尚、特許文献２では、溶鋼に対する界面張力の測定方法として、Ｘ線を利用して観察した溶融モールドパウダー中の溶鋼の形状に基づいて、モールドパウダー／溶鋼間の界面張力を評価している（静滴法）。この方法を用いる理由は、モールドパウダー中の溶鋼の形状を光学的には確認できないためであるが、この評価方法では、２種の液相間の界面張力を測定する方法であるため、測定する鋼の融点以上に温度を上げて測定する必要がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭６２−２３８０５３号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開２０００−７１０５１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、更なる高速鋳造化や品質の厳格化が要求されており、従来のモールドパウダーでは、この要求に対して十分に対処することができない。又、モールドパウダー／溶鋼間の界面張力を測定するためには、Ｘ線を用いた特殊な装置が必要であると共に、鋼の凝固温度以上の高温で行う必要があり、このような界面張力の測定には技術的な困難が伴い、モールドパウダーの速やかな開発を妨げる要因にもなっている。
【００１０】
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、従来の評価基準とは異なる特性に基づく連続鋳造用モールドパウダーであって、溶鋼中に巻き込まれ難く、高品位の鋳片を鋳造することができる、鋼の連続鋳造用モールドパウダーを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、各種実験及び検討を重ねた結果、光学的な測定が可能であるために測定が極めて容易である、モールドパウダーと純鉄との間の接触角が、モールドパウダーの溶鋼中への巻き込み性と明確な相関のあることを知見した。即ち、溶融状態のモールドパウダーと純鉄との１４００℃における接触角が６０度以上であるモールドパウダーを用いた場合には、溶鋼中へのモールドパウダーの巻き込みが抑制されることを見出した。
【００１２】
本発明は、この知見に基づいてなされたもので、第１の発明に係る鋼の連続鋳造用モールドパウダーは、１４００℃における純鉄との接触角が６０度以上であることを特徴とするものである。
【００１３】
第２の発明に係る鋼の連続鋳造用モールドパウダーは、第１の発明において、Ｎを、２質量％以下の範囲内で含有することを特徴とするものである。
【００１４】
第３の発明に係る鋼の連続鋳造用モールドパウダーは、第１又は第２の発明において、Ｂ２  Ｏ３  を、０．１〜１０質量％の範囲内で含有することを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について具体的に説明する。前述のように、モールドパウダーを用いた鋼の連続鋳造では、モールドパウダーの巻き込みが大きな問題となる。そこで、この巻き込みを防止すべく、モールドパウダーと純鉄との間の接触角と、モールドパウダーの溶鋼中への巻き込み性との関係について調査した。尚、モールドパウダーと純鉄との間の接触角は、図１に示すαで定義した。図１において、１は溶融状態のモールドパウダー、２は平滑な面を有する純鉄である。
【００１６】
数種類の組成のモールドパウダーを準備し、モールドパウダー１と純鉄２との接触角αを１１００〜１４００℃の範囲で測定した。接触角測定用の純鉄２としては、トータル酸素含有量が５０ｐｐｍ以下である純鉄を用いた。この純鉄を用いた理由は、純鉄中の酸素含有量は接触角に大きな影響を与えることが考えられ、トータル酸素含有量が５０ｐｐｍ以下であれば、この影響を無視できるからである。ここで、トータル酸素含有量とは、鉄中に固溶して存在する酸素と、酸化物として存在する酸素とを合計した酸素含有量である。
【００１７】
接触角αの測定は、高温顕微鏡を用いて、純鉄２の平滑面上に存在する溶融したモールドパウダー１の形状から測定することができるので、光学的な観察が可能であることと、溶融状態のモールドパウダーと固体状態の純鉄との間の測定であるので、前述した界面張力を測定するための静滴法に比べて低温で測定が可能であると云う二つの利点がある。即ち、接触角に基づいて判定することで、試作したモールドパウダーの適否を迅速に判定することができる。
【００１８】
これらのモールドパウダーを用いて実機連続鋳造機で溶鋼を連続鋳造し、鋳造された鋳片中のモールドパウダー性非金属介在物の量を調査した。その結果、１４００℃におけるモールドパウダーと純鉄との間の接触角が６０度以上のモールドパウダーでは、モールドパウダーの溶鋼中への巻き込みを極めて少なくすることが可能であることを見出した。接触角の測定温度が低い場合には、モールドパウダー間で接触角の差が少なく、特性を判別し難いが、１４００℃の場合には、モールドパウダー間で接触角の差が顕著になり、モールドパウダーの適否の判定を容易に行うことができる。
【００１９】
このような特性を有するモールドパウダーの組成は、ＣａＯ：３０〜４５質量％、ＳｉＯ２  ：３０〜５０質量％、Ａｌ２  Ｏ３  ：２〜８質量％、Ｆ：２〜８質量％、Ｌｉ２  Ｏ：０．５〜５質量％、カーボンブラックや黒鉛粉等の溶融速度調整剤：１〜５質量％の組成に、更に、Ｎを２％未満、若しくは、Ｂ２  Ｏ３  を０．１〜１０質量％含有させることが望ましいが、この範囲に限定されるものではなく、例えばＮａ２  ＯやＫ２  Ｏ等を含有させてもよい。Ｎ及びＢ２  Ｏ３  は接触角を増大させるための成分である。
【００２０】
鋼の連続鋳造用モールドパウダーは、通常、ＣａＯ、ＳｉＯ２  、Ａｌ２  Ｏ３  、ＭｇＯ、ＭｎＯ等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物性調整剤として、Ｎａ２  Ｏ、Ｋ２  Ｏ、ＣａＦ２  、ＭｇＦ２  、Ｌｉ２  ＣＯ３  、氷晶石、等のアルカリ金属又はアルカリ土類金属の酸化物や弗化物又は炭酸化物と、基材の主成分であるＣａＯ、ＳｉＯ２  の成分調整剤である炭酸カルシウムや珪藻土と、溶融速度調整剤であるカーボンブラック、人造黒鉛等の炭素物質と、が添加され構成されている。基材としては、通常、高炉滓、ガラス粉末、ポルトランドセメントや、天然の玄武岩やシラス、又、電気炉、キュポラ等で溶解されて製造される珪酸カルシウム等が使用される。
【００２１】
上記Ｎ源としてＳｉ３  Ｎ４  やＡｌＮ等を用い、基材及び物性調整剤と混合して所定の組成のモールドパウダーを製造してもよいが、特に珪酸カルシウム等の一旦溶解された基材（「プリメルト基材」と呼ぶ）にＮを含有させ、その基材をモールドパウダー原料の少なくとも一部分として用いることが好ましい。
【００２２】
プリメルト基材中にＮを含有させる方法としては、例えば、基材をプリメルトする際に、ＡｌＮ等を固体の状態で添加して溶解させるか又はＮを含有する気体を吹き込む方法があるが、これらに限定されるものではない。このようにパウダー原料の少なくとも一部としてＮを含むプリメルト基材を用いることにより、均質なモールドパウダーを得ること、即ち、巻き込み量の少ないモールドパウダーを製造することができる。又、Ｓｉ３  Ｎ４  やＡｌＮ等を単に基材等の他の原料と混合しただけでは、鋳型内でＳｉ３  Ｎ４  やＡｌＮ等が溶解せずに残存する恐れがあるが、Ｎを含有するプリメルト基材を用いた場合にはそのような問題が生じ難い。この場合、モールドパウダー中のＮが、全てプリメルト基材中に含まれていても、又、プリメルト基材中に一部含まれていても、どちらでもよい。
【００２３】
Ｂ２  Ｏ３  も、Ｎと同様にプリメルト基材に含有させることが好ましい。プリメルト基材中にＢ２  Ｏ３  を含有させる方法としては、基材をプリメルトする際に、Ｂ２  Ｏ３  等の固体状態のＢ含有物資を添加して溶解すればよい。
【００２４】
一般的にモールドパウダーは、その粘度が剪断速度に依存性を示さないニュートン流体であることが多いが、Ｎ又はＢ２  Ｏ３  を上記の範囲内で含有させることで、モールドパウダーは、粘度が剪断速度に依存する非ニュートン流体となる。即ち、鋳造中、オッシレーションと呼ばれる振動を繰り返している鋳型と接触している部位では、鋳型振動による剪断速度に起因してモールドパウダーの粘度が低くなり、鋳型と凝固シェルとの間へのモールドパウダーの流入量が確保され、鋳型と凝固シェルとの焼き付きによる拘束性ブレークアウトが防止され、一方、鋳型内溶鋼湯面上のモールドパウダーに働く剪断力は溶鋼湯面の溶鋼流速に起因する剪断力であるため、剪断速度が遅く、高い粘度が保持されるため、モールドパウダーの溶鋼中への巻き込みが防止される。即ち、モールドパウダー中にＮ又はＢ２  Ｏ３  を上記の範囲内で含有させることで、溶鋼中へのモールドパウダーの巻き込み防止と、鋳型と凝固シェルとの円滑な潤滑とを、同時に達成することが可能となる。
【００２５】
【実施例】
垂直曲げ型スラブ連続鋳造機において、表１に示す組成及び物性を有する４種類（実施例１〜３、比較例）のモールドパウダーを用いて、厚み２５０ｍｍ、幅１３５０ｍｍで、Ｃ：０．００１〜０．００２５質量％、Ｓｉ：０．１質量％以下、Ｍｎ：０．０５〜０．３質量％、Ｐ：０．００２〜０．０３５質量％、Ｓ：０．００５〜０．０１５質量％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０２〜０．０５質量％の組成の極低炭素スラブ鋳片を鋳片引抜き速度２．０ｍ／ｍｉｎで鋳造した。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
表１に示すように、実施例１〜３のモールドパウダーは、１４００℃における純鉄との接触角がそれぞれ６５度、６９度、６１度であり、本発明の範囲内の特性を備えている。これに対して比較例のモールドパウダーは、１４００℃における純鉄との接触角が５６度であり、本発明の範囲外のモールドパウダーである。試験はストランド差を考慮して、同一ストランドで行った。又、粘度がモールドパウダーの巻き込み量に与える影響を排除するため、各モールドパウダーの１３００℃における粘度を８．０〜８．５ｐｏｉｓｅ  に調整した。試験に用いた実施例１〜３及び比較例のモールドパウダーの１１００℃、１２００℃、１３００℃及び１４００℃における純鉄との接触角の測定結果を図２に示す。
【００２８】
実機試験で得られた鋳片の１／２幅、１／４幅、１／８幅の各位置において、鋳片表面から深さ５０ｍｍの位置から、５０ｍｍ×５０ｍｍ×１０ｍｍのサンプルを２個ずつ切り出し、このサンプルを酸に浸漬させて溶解し、溶け残ったモールドパウダー起因の介在物の個数をカウントすることによって、モールドパウダーの巻き込み量を評価した。モールドパウダーの巻き込み量は、サンプル１００ｇ当たりのモールドパウダー起因の介在物個数で評価した。このようにして得られたモールドパウダー巻き込み量の測定結果を、前述した表１及び図３に示す。鋳片品質上から、モールドパウダー巻き込み量の合格値を５個／１００ｇ以下とした。
【００２９】
表１及び図３に示すように、比較例のモールドパウダーにおいては、モールドパウダー巻き込み量は３０個／１００ｇと多く、品質合格値を達成することができなかった。これに対して、本発明の条件を満たす実施例１〜３のモールドパウダーでは、モールドパウダー巻き込み量は２〜４個／１００ｇと少なく、清浄な鋳片が得られた。
【００３０】
この結果から、モールドパウダーと純鉄との間の接触角が、モールドパウダー巻き込み量に多大な影響を与えることが確認できた。又、Ｂ２  Ｏ３  の添加量を増加して接触角を増大させることで、更なるモールドパウダー巻き込み量の低減が図れることが分かった。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るモールドパウダーによれば、溶鋼中に巻き込まれ難く、高品位の鋳片を安定して鋳造することができ、工業上有益な効果がもたらされる。又、簡便な方法で測定可能な接触角に基づいて巻き込み性を評価するため、適否の判定が容易となり、巻き込み防止性能に優れたモールドパウダーを迅速に設計することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】接触角の定義を模式的に示す図である。
【図２】実施例１〜３及び比較例のモールドパウダーと純鉄との間の接触角の測定結果を示す図である。
【図３】モールドパウダーの巻き込み量と接触角との関係を示す図である。
【符号の説明】
１  モールドパウダー
２  純鉄
【図１】
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【図２】
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【図３】
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