特許第5835153号(P5835153)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特許5835153鋼の連続鋳造用モールドフラックスおよび連続鋳造方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5835153
(24)【登録日】2015年11月13日
(45)【発行日】2015年12月24日
(54)【発明の名称】鋼の連続鋳造用モールドフラックスおよび連続鋳造方法
(51)【国際特許分類】
   B22D 11/108 20060101AFI20151203BHJP
【FI】
   B22D11/108 F
【請求項の数】2
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2012-181847(P2012-181847)
(22)【出願日】2012年8月20日
(65)【公開番号】特開2014-36996(P2014-36996A)
(43)【公開日】2014年2月27日
【審査請求日】2014年8月11日
(73)【特許権者】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】新日鐵住金株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100129838
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 典輝
(74)【代理人】
【識別番号】100101203
【弁理士】
【氏名又は名称】山下 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100104499
【弁理士】
【氏名又は名称】岸本 達人
(72)【発明者】
【氏名】花尾 方史
(72)【発明者】
【氏名】岡田 光
(72)【発明者】
【氏名】石川 瑛
【審査官】 川崎 良平
(56)【参考文献】
【文献】 特開2010−042425(JP,A)
【文献】 特開2005−186124(JP,A)
【文献】 特開2011−218411(JP,A)
【文献】 米国特許第06315809(US,B1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B22D 11/108
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
CaOおよびSiOを主成分として含み、前記CaOの前記SiOに対する質量濃度比(CaO/SiO)が1.3以上2.0以下であり、
質量%以上15質量%以下含み、
Fを2質量%以上15質量%以下含み、
下記(1)式で定義される光学塩基度が0.66以上0.80以下である、
極低炭素または低炭素鋼の連続鋳造用モールドフラックス。
【数1】
ただし、上記(1)式において、nは酸化物である成分iの1分子中に存在する酸素原子の個数、Xは前記成分iのモル分率、Λは前記成分iの光学塩基度である。
【請求項2】
請求項1に記載の鋼の連続鋳造用モールドフラックスを用いる、極低炭素または低炭素鋼の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、良好な表面品質を有する極低炭素鋼または低炭素鋼のスラブを得るためのモールドフラックス、および該モールドフラックスを用いた鋼の連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
極低炭素鋼および低炭素鋼のスラブが熱間圧延されてコイルになる際、スラブ表層に非金属介在物が存在すると、コイル表面に疵が生じ、それが品質上の問題となる。この非金属介在物としては、アルミナを主とした脱酸生成物の外、連続鋳造に用いる鋳型内に潤滑剤として供給されるモールドフラックスが溶鋼中に巻き込まれることによって生じるものもある。また、熱間圧延時に酸化スケール(以降、「スケール」と略記することがある。)を剥離しそこなった場合、これも同様にコイル表面の疵の原因となる。
【0003】
鋳型内におけるモールドフラックス(以降、「フラックス」と略記することがある。)の溶鋼への巻き込みを防止するためには、鋳型内の溶鋼流動を安定させる外、溶融したフラックス(以降、「溶融フラックス」と略記することがある。)の物性を調整することが有効である。一般には、溶融したフラックスの密度を下げ、粘度または表面張力(溶鋼との界面張力)を上昇させることが有効であると知られている。
【0004】
熱間圧延工程でスラブからスケールを剥離させるためには、スラブに高圧力でスプレーを吹き付けることが考えられる。また、連続鋳造で用いるフラックスにより、スラブからスケールを剥離しやすくすることもできる。例えば下記特許文献1に開示されているように、フラックス中にB(酸化硼素)を添加すると、スラブの表面に付着したフラックスがスケールの融点を低下させることにより、スラブからスケールを剥離しやすくなる。また、下記特許文献2には、フラックス中に所定量のS(硫黄)を添加することによってスラブの表面にSを濃化させ、S濃度が高いスラブ表面が剥がれることによってスラブの表面欠陥を低減する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2007−105763号公報
【特許文献2】特開平2−30356号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、BあるいはSをフラックスに添加すると、いずれの場合も、フラックスの溶鋼への巻き込みが増大するという問題が起こる。
【0007】
そこで、本発明は、溶鋼に巻き込まれにくく、スラブからスケールを剥離させやすくすることができるモールドフラックス、および該モールドフラックスを用いた鋼の連続鋳造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
スラブからスケールを剥離させやすくすることを目的とした、モールドフラックス中にBを添加する従来の発明において、モールドフラックスの主成分であるCaOのSiOに対する質量濃度比(以降、「塩基度」ということがある。)は、いずれも0.3〜1.3程度であった(例えば、特開昭64−75157号公報、特開2007−105763号公報参照。)。また、Bも酸性の酸化物成分であり、Bをフラックスに添加することにより、フラックスの組成は、益々酸性の性質が強くなる。フラックスの酸性の性質が強くなるにつれて、溶融フラックスと溶鋼との界面張力が低下し、溶融フラックスが溶鋼中へ巻き込まれやすくなる。このことが、フラックスにBを添加することによってフラックスが溶鋼へ巻き込まれやすくなる理由である。
【0009】
そこで、フラックスにBを添加しても、フラックスが溶鋼に巻き込まれることを抑制できる方法について、検討を試みた。その結果、フラックスにBを5質量%以上添加し、塩基度を1.3以上に上昇させることで、フラックスが溶鋼に巻き込まれることを抑制しながら、スラブからスケールを剥離させやすくすることができることを知見した。本発明は当該知見に基づいてなされたものである。
【0010】
本発明の第1の態様は、CaOおよびSiOを主成分として含み、CaOのSiOに対する質量濃度比(CaO/SiO)が1.3以上2.0以下であり、Bを5質量%以上15質量%含み、Fを2質量%以上15質量%以下含み、下記(1)式で定義される光学塩基度が0.66以上0.80以下である、鋼の連続鋳造用モールドフラックスである。
【0011】
【数1】
ただし、上記(1)式において、nは酸化物である成分iの1分子中に存在する酸素原子の個数、Xは前記成分iのモル分率、Λは前記成分iの光学塩基度である。
【0012】
本発明において「主成分」とは、モールドフラックス全量(100質量%)に対して65質量%以上の成分を意味する。すなわち、「CaOおよびSiOを主成分として含み」とは、CaOおよびSiOの合計含有量がモールドフラックス全量(100質量%)に対して65質量%以上であることを意味する。また、「CaOのSiOに対する質量濃度比」とは、モールドフラックスに含まれるCaOの質量濃度/モールドフラックスに含まれるSiOの質量濃度で表わされる比を意味する。
【0013】
本発明の第2の態様は、上記本発明の第1の態様にかかる鋼の連続鋳造用モールドフラックスを用いる、鋼の連続鋳造方法である。
【発明の効果】
【0014】
本発明のモールドフラックスは、溶鋼へ巻き込まれにくく、スラブからスケールを剥離させやすくすることができる。よって、スラブを圧延して作るコイルの表面に疵が発生することを抑制できる。
【0015】
また、本発明の鋼の連続鋳造方法によれば、本発明のモールドフラックスを用いることによって、スラブの製造時にモールドフラックスが溶鋼へ巻き込まれにくく、スラブからスケールを剥離させやすくすることができる。よって、スラブを圧延して作るコイルの表面に疵が発生することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1】モールドフラックスの光学塩基度と、モールドフラックスの溶鋼への巻き込みに起因した介在物の個数と、の関係を示した図である。
図2】モールドフラックス中のBの質量濃度と、スラブ表面とスラブの内部との平均的なB濃度の比率と、の関係を示した図である。
図3】様々な塩基度のモールドフラックスについて、モールドフラックス中のB濃度に対する光学塩基度の変化を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
本発明の上記した作用および利得は、以下に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明がこれらの形態に限定されるものではない。
【0018】
本発明にかかる鋼の連続鋳造用モールドフラックス(以降、「本発明のフラックス」と略記することがある。)は、CaOおよびSiOを主成分として含む。本発明のモールドフラックスに含まれるCaOおよびSiOは、セメントまたは珪砂、珪藻土、高炉スラグ、珪灰石等の複数種類を配合することによって、所望の濃度に調整することができる。
【0019】
CaOおよびSiOの合計含有量は、本発明のフラックス全量(100質量%)を基準として65質量%以上、望ましくは70質量%以上である。CaOおよびSiOの合計含有量を当該範囲とすることによって、フラックスの塩基度による組成および物性の調整が容易になる。
【0020】
また、本発明のフラックス全量(100質量%)に対するSiOの含有量は、30質量%未満であることが好ましい。SiO濃度を30質量%未満にすることにより、溶鋼中のAlやMnとの酸化還元反応を抑制し、溶鋼の清浄性を維持する効果を奏する。
【0021】
また、CaOのSiOに対する質量濃度比(CaO/SiO)である塩基度は、1.3以上2.0以下、好ましくは1.3以上1.7以下の範囲内に調整する。フラックスの上記塩基度が上記範囲より低い場合は、フラックスの塩基性が確保できず、溶鋼に巻き込まれるフラックスの量が増加する。一方、フラックスの上記塩基度が上記範囲よりも高い場合は、鋳型内でフラックスの結晶化が過度に進行し、鋳型銅板の温度変動が大きくなるなどの弊害が生じる虞がある。
【0022】
本発明のフラックスは、さらにBを含む。これは、フラックスにBを添加することにより、鋳型内での還元反応が起こって溶鋼の表面付近にBが移行する。Bが移行した溶鋼の表面付近はメニスカスにおいて凝固し、凝固殻表面付近、最終的にはスラブの表面付近にBが濃化する。スラブの表面付近に濃化したBは、後に酸化されて再度Bとなり、スラブの表面に生成したスケール中に移行する。スケール中に移行したBは該スケールの融点を低下させ、スラブから該スケールを剥離しやすくさせる効果を奏する。
【0023】
の含有量は、本発明のフラックス全量(100質量%)を基準として、5質量%以上15質量%以下である。Bの含有量が5質量%より低いと、スラブ表面のB濃度が上昇しにくい。一方、Bの含有量が15質量%を超えると、フラックスの塩基性が損なわれ、溶鋼に巻き込まれるフラックスの量が増加する。
【0024】
フラックスの上記塩基度を一定値に維持したとしても、フラックスにBを添加すると、Bの酸性酸化物としての性質から、フラックスの実質的な塩基性の性質は弱くなる。B等のフラックスの構成成分がフラックスの塩基性の性質に与える影響を全般的に考慮するためには、下記(1)式で定義される光学塩基度(Slag Atlas 2nd edition: Verlag Stahneisen GmbH,(1995),p9参照。)を指標として用いることが好ましい。フラックスの性質を評価する指標に光学塩基度を用いることによって、スラグの酸性へのなり具合について、Bだけでなくフラックスを構成するその他の成分による影響も考慮することができる。
【0025】
【数2】
ただし、上記(1)式において、nは酸化物である成分iの1分子中に存在する酸素原子の個数、Xは成分iのモル分率、Λは成分iの光学塩基度である。
【0026】
モールドフラックス組成の光学塩基度を上昇させると、フラックスの塩基性がより強くなり、鋳型内におけるフラックスと溶鋼との界面張力が上昇して、溶鋼に巻き込まれるフラックスの量が減少する。本発明のフラックスの光学塩基度は、0.66以上0.80以下であることが好ましい。光学塩基度を0.66以上とすることによって、フラックスの溶鋼への巻き込みを防止する効果を得やすい。一方、光学塩基度を0.80以下とすることによって、モールドフラックスの溶融温度あるいは凝固点が高くなりすぎることを防止できる。
【0027】
モールドフラックスの光学塩基度とスラブ表面の清浄性について、実験的な調査を実施した。厚み100mm、幅800mmの極低炭素鋼スラブを速度1.8m/minで鋳造し、得られたスラブの表面から、厚み10mm、幅50mmの範囲で重量1kg分のサンプルを切断し、その中に含まれる、モールドフラックスの巻き込みに起因した介在物の個数を調査した。介在物の個数は上記サンプルを酸溶解法により溶解した残渣中の介在物を目視でカウントし、サンプル重量で除して単位重量当たりの介在物個数を求めた。その時に使用したモールドフラックスの光学塩基度との関係を図1に示した。
【0028】
図1に示したように、スラブ表面の清浄性に対して実用上問題ない単位重量当たりの介在物個数が30個/kgモールドフラックスの光学塩基度の範囲として、0.66以上が望ましいことがわかった。
【0029】
また、モールドフラックス中へBを添加すると、これが鋳型内で還元されることにより、スラブ表面にBが濃化する。スラブ表面から厚み3mmの範囲におけるB濃度の最高値を分析して、フラブ表面から厚み3mmより内部の平均的なB濃度に対する比率を鋳片表面のB濃度比(−)と定義して評価した。その結果を図2に示した。
【0030】
図2に示したように、スラブ表面にBを濃化させるためには、モールドフラックス中に5質量%以上のBを添加する必要があることがわかった。
【0031】
図3には、モールドフラックス中のB濃度に対して、各塩基度の場合における光学塩基度の変化を示した。図1および図2から得られた好適な組成範囲を図3から読み取ると、B濃度が5質量%以上、且つ光学塩基度が0.66以上である範囲に含まれるのは、塩基度が1.1から1.4の場合である。ただし、塩基度が1.1の場合は上記範囲に含まれる部分が僅かであり、塩基度は約1.3以上であることが好ましいとわかる。即ち、塩基度1.3以上、B濃度5質量%以上とした場合、フラックスが溶鋼へ巻き込まれにくく、スラブからスケールを剥離させやすくすることができるとわかる。
【0032】
本発明のフラックスは、上述したCaO、SiOおよびBに加えて、さらにFを含むことが好ましい。Fは、CaF(蛍石)の形で本発明のフラックスに添加することが好ましい。また、NaFやLiFを用いて添加してもよい。CaFとしてFを添加した場合、その中に含まれるCaは酸化物として扱い、塩基度を算出する際は上記のCaOと合わせることとする。
【0033】
Fは、鋳型と凝固殻との間隙にモールドフラックスが流入して形成するフィルムの結晶化を促し、凝固殻の冷却状態を安定にさせる効果を奏する。Fの含有量は、本発明のフラックス全量(100質量%)を基準として、2質量%以上15質量%以下であることが好ましい。Fの含有量が2質量%以上とすることによって、Fを添加することによる上記効果を得やすい。一方、Fの含有量が15質量%以下とすることによって、溶鋼に浸漬された浸漬ノズルの溶損が速くなるという事態を防止しやすくなる。
【0034】
また、本発明のフラックスには、その他の成分として、Al、MgO、NaO、MnO、TiO等を必要に応じて添加することができる。通常、これらの成分の合計濃度は、発明のフラックス全量(100質量%)を基準として30質量%以下である。
【0035】
本発明のフラックスを鋳型と凝固殻との間の潤滑剤として機能させる観点から、本発明のフラックスの溶融時の粘度と凝固点は、適切な範囲内に調整されることが望ましい。
【0036】
例えば、本発明のフラックスの1300℃における粘度としては、0.1poise以上10poise以下の範囲内に調整するのが望ましい。本発明のフラックスの組成を考えると、1300℃における粘度を0.1poise未満に調整することは実質的に困難であり、10poise以上に高めると、例えば2.0m/minより高い鋳造速度で鋳造する場合、潤滑性が十分に維持できなくなる虞がある。
【0037】
また、本発明のフラックスの凝固点は、粘度および鋳造する鋼種およびを勘案して調整するのが良い。本発明のフラックスの凝固点は、例えば900℃以上1300℃以下の範囲内で調整することが好ましい。炭素濃度0.08質量%以上0.16質量%以下の亜包晶鋼を鋳造する場合には、フラブ表面の縦割れを防止する観点から、本発明のフラックスの凝固点を1200℃以上に高めることが好ましい。
【実施例】
【0038】
以下、実施例および比較例により本発明についてさらに説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【0039】
表1に示す組成のモールドフラックスを使用して、表2に示す組成の極低炭素鋼300tonを鋳造速度1.4m/minで連続鋳造し、幅1450mm、厚み270mmのスラブを得た。なお、スラブは1種のモールドフラックスにつき15枚ずつ鋳造した。
【0040】
【表1】
【0041】
【表2】
【0042】
本発明のモールドフラックス(実施例1)は、Bを9質量%含有し、塩基度が1.4、光学塩基度が0.67であった。実施例1のモールドフラックスにおける光学塩基度Λの計算例を表3に示した。表3に示したように、光学塩基度Λは、各酸化物(成分i)の1分子中に存在する酸素原子の個数n、成分iのモル分率X、成分iの光学塩基度Λより、式(1)を使って求めることができる。
【0043】
【表3】
【0044】
比較例2は塩基度が1.0と低く、それに応じて光学塩基度も0.64と低くなった。比較例3は塩基度が1.4と実施例1と同等であるものの、B濃度が20質量%と高く、これに起因して光学塩基度は0.63となった。
【0045】
上記実施例1および比較例1〜4にかかるモールドフラックスを使用して鋳造したスラブの品質を以下のように比較した。スラブの品質は、スラブを圧延して作ったコイルの表面に発生した疵に基づいて評価した。具体的には、コイル全体の質量に対する、表面に疵が発生している部分の質量の比(表面に疵が発生している部分の質量/コイル全体の質量)を「スラブの不良率」として評価した。ここで、「表面に疵が発生している部分の質量」とは、スラブの長手方向に見て、表面に疵が発生している部分を含む長さ範囲の質量を意味する。スラブの不良率の評価結果を表4に示した。
【0046】
【表4】
【0047】
表4からわかるように、実施例1においては、スラブの不良率が1.4%と比較的低い値であった。なお、疵発生の主な原因は、精錬時に生じる脱酸生成物(アルミナ)が主体であった。これに対して、比較例1〜比較例3では、不良率が1.8〜2.8%と高くなった。比較例1においては、Bの添加が無く、スケールに起因した疵が主に発生した。比較例2および比較例3では、光学塩基度が低く、フラックスの巻き込みが増えた。
【0048】
このように本発明のモールドフラックスは、溶鋼に巻き込まれにくく、スラブからスケールを剥離させやすくすることができることがわかった。
図1
図2
図3