特許 6553654 鋳造粉末、鋳造スラグおよび鋼の鋳造方法

(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】6553654

(24)【登録日】2019年7月12日

(45)【発行日】2019年7月31日

(54)【発明の名称】鋳造粉末、鋳造スラグおよび鋼の鋳造方法

(51)【国際特許分類】

   B22D 11/108 20060101AFI20190722BHJP

   B22D 11/111 20060101ALI20190722BHJP

   C22C 38/00 20060101ALI20190722BHJP

   C22C 38/06 20060101ALI20190722BHJP

   C22C 38/14 20060101ALI20190722BHJP

【ＦＩ】

   B22D11/108 F

   B22D11/111

   C22C38/00 301A

   C22C38/06

   C22C38/14

   C22C38/00 302A

【請求項の数】19

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2016-574905(P2016-574905)

(86)(22)【出願日】2015年6月18日

(65)【公表番号】特表2017-528321(P2017-528321A)

(43)【公表日】2017年9月28日

(86)【国際出願番号】EP2015063749

(87)【国際公開番号】WO2015197470

(87)【国際公開日】20151230

【審査請求日】2018年6月13日

(31)【優先権主張番号】102014108843.3

(32)【優先日】2014年6月24日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】510041496

【氏名又は名称】ティッセンクルップ スチール ヨーロッパ アクチェンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＴｈｙｓｓｅｎＫｒｕｐｐ Ｓｔｅｅｌ Ｅｕｒｏｐｅ ＡＧ

(73)【特許権者】

【識別番号】501186597

【氏名又は名称】ティッセンクルップ アクチェンゲゼルシャフト

(74)【代理人】

【識別番号】100114188

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100119253

【弁理士】

【氏名又は名称】金山 賢教

(74)【代理人】

【識別番号】100124855

【弁理士】

【氏名又は名称】坪倉 道明

(74)【代理人】

【識別番号】100129713

【弁理士】

【氏名又は名称】重森 一輝

(74)【代理人】

【識別番号】100137213

【弁理士】

【氏名又は名称】安藤 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100143823

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 英彦

(74)【代理人】

【識別番号】100151448

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 孝博

(74)【代理人】

【識別番号】100183519

【弁理士】

【氏名又は名称】櫻田 芳恵

(74)【代理人】

【識別番号】100196483

【弁理士】

【氏名又は名称】川嵜 洋祐

(74)【代理人】

【識別番号】100203035

【弁理士】

【氏名又は名称】五味渕 琢也

(74)【代理人】

【識別番号】100185959

【弁理士】

【氏名又は名称】今藤 敏和

(74)【代理人】

【識別番号】100160749

【弁理士】

【氏名又は名称】飯野 陽一

(74)【代理人】

【識別番号】100160255

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 祐輔

(74)【代理人】

【識別番号】100202267

【弁理士】

【氏名又は名称】森山 正浩

(74)【代理人】

【識別番号】100146318

【弁理士】

【氏名又は名称】岩瀬 吉和

(74)【代理人】

【識別番号】100127812

【弁理士】

【氏名又は名称】城山 康文

(72)【発明者】

【氏名】バリシェフ，エフゲニー

(72)【発明者】

【氏名】ドレスラー，マティアス

(72)【発明者】

【氏名】ルドニツキ，ジェニー

【審査官】 坂本 薫昭

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−３４６７０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２５３８０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０８５４０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２２Ｄ １１／１０８

Ｂ２２Ｄ １１／１１１

Ｃ２１Ｃ ７／０７６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

揮発性成分を除く構成成分
４０〜６０重量％の予備融解されたカルシウムアルミネート、
１０〜３０重量％のフッ化物含有構成成分、
３〜６．５重量％のＳｉＯ_２、
５〜１５重量％のＮａ_２Ｏ、
２〜５．５重量％のＬｉ_２Ｏ、
≦１０．５重量％のＡｌ_２Ｏ_３、および
≦１５重量％の炭素
を含み、
前記予備融解されたカルシウムアルミネート中のＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３との比が、０．６〜１．１の範囲である、鋳造粉末。

【請求項2】

構成成分
≦５．０重量％のＴｉＯ_２、
≦５．０重量％のＭｇＯ、
≦３．０重量％のＭｎＯ、
≦１．０重量％のＦｅ_２Ｏ_３、および
≦１．０重量％のＦｅＯ
の１つ以上を含む、請求項１に記載の鋳造粉末。

【請求項3】

構成成分
４０〜６０重量％の前記予備融解されたカルシウムアルミネート、
１５〜２５重量％のフッ化物含有構成成分、
３〜６重量％のＳｉＯ_２、
７〜１２重量％のＮａ_２Ｏ、
２〜５．５重量％のＬｉ_２Ｏ、
≦１０重量％のＡｌ_２Ｏ_３、
≦１５重量％の炭素、
≦３．０重量％のＴｉＯ_２、
≦１．０重量％のＭｇＯ、
≦１．０重量％のＭｎＯ、
≦１．０重量％のＦｅ_２Ｏ_３、および
≦１．０重量％のＦｅＯ
を含む、請求項１または２に記載の鋳造粉末。

【請求項4】

前記フッ化物含有構成成分がＣａＦ_２である、請求項１から３のいずれかに記載の鋳造粉末。

【請求項5】

前記ＳｉＯ_２含有量が、≦６重量％、好ましくは≦５．５重量％、より好ましくは≦５重量％である、請求項１から４のいずれかに記載の鋳造粉末。

【請求項6】

前記ＴｉＯ_２含有量が１．５〜３重量％である、請求項１から５のいずれかに記載の鋳造粉末。

【請求項7】

前記ＳｉＯ_２含有量が３〜５重量％であり、前記ＴｉＯ_２含有量が１．５〜３重量％である、請求項１から６のいずれかに記載の鋳造粉末。

【請求項8】

構成成分
３０〜５０重量％のＣａＯ、
２０〜４５重量％のＡｌ_２Ｏ_３、
７〜１５重量％のＦ⁻（フッ素イオン）、
３〜６．５重量％のＳｉＯ_２、
５〜１５重量％のＮａ_２Ｏ、および
２〜５％のＬｉ_２Ｏ
を含み、
構成成分
≦５．０重量％のＴｉＯ_２、
≦５．０重量％のＭｇＯ、
≦３．０重量％のＭｎＯ、および
≦２．０重量％のＦｅＯ
の１つ以上をさらに含む鋳造スラグ。

【請求項9】

構成成分
３３〜４８重量％のＣａＯ、
２３〜４３重量％のＡｌ_２Ｏ_３、
８〜１３重量％のＦ⁻（フッ素イオン）、
３〜６．５重量％のＳｉＯ_２、
７〜１２重量％のＮａ_２Ｏ、
２〜５重量％のＬｉ_２Ｏ、
≦３重量％のＴｉＯ_２、
≦１．５重量％のＭｇＯ、
≦１．０重量％のＭｎＯ、および
≦１重量％のＦｅＯ
を含む、請求項８に記載の鋳造スラグ。

【請求項10】

前記フッ素イオン含有量がＣａＦ_２によって調整される、請求項８または９に記載の鋳造スラグ。

【請求項11】

前記ＳｉＯ_２含有量が、≦６重量％、好ましくは≦５．５重量％、より好ましくは≦５重量％である、請求項８から１０のいずれかに記載の鋳造スラグ。

【請求項12】

前記ＴｉＯ_２含有量が１．５〜３重量％である、請求項８から１１のいずれかに記載の鋳造スラグ。

【請求項13】

前記ＳｉＯ_２含有量が３〜５重量％であり、前記ＴｉＯ_２含有量が１．５〜３重量％である、請求項８から１２のいずれかに記載の鋳造スラグ。

【請求項14】

請求項１から７のいずれかに記載の鋳造粉末または請求項８から１３のいずれかに記載の鋳造スラグを用いた、鋼の鋳造方法。

【請求項15】

前記方法が、連続鋳造方法である、請求項１４に記載の鋼の鋳造方法。

【請求項16】

≧１重量％、好ましくは≧１．５重量％、より好ましくは≧３．０重量％、非常に好ましくは≧５．０重量％のアルミニウム含有量を有する鋼の鋳造のための、請求項１４または１５に記載の鋼の鋳造方法。

【請求項17】

≧１５重量％、好ましくは≧１７．５重量％、より好ましくは≧２０重量％のマンガン含有量を有する鋼の鋳造のための、請求項１４から１６のいずれかに記載の鋼の鋳造方法。

【請求項18】

≧０．２重量％、好ましくは≧０．５重量％のチタン含有量を有する鋼の鋳造のための、請求項１４から１７のいずれかに記載の鋼の鋳造方法。

【請求項19】

≧１重量％、好ましくは≧１．５重量％、より好ましくは≧３．０重量％、非常に好ま
しくは≧５．０重量％のアルミニウム含有量および≧０．２重量％のチタン含有量を有す
る鋼の鋳造のための、請求項１８に記載の鋼の鋳造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鋳造粉末、鋳造スラグおよび鋼の鋳造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

鋼の鋳造において、鋳造粉末は、鋳造モールドに位置する溶融鋼の表面に連続的に適用される。ここで、この粉末は、熱によって溶融されて、スラグ層を形成し、これが鋳造モールドと鋼の凝固シェルとの間のギャップに連続的に流れ、この結果消費される。鋳造粉末および／または得られたスラグの最も重要な機能は、鋳造モールドと凝固シェルとの間の潤滑、硬化鋼からの熱の除去に対する制御、脱酸生成物の調整、再酸化の防止、および溶融鋼の断熱の機能である。

【0003】

鋼の連続鋳造のための典型的な鋳造粉末は、ケイ酸カルシウムを基礎として含み、慣習的に多量の二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）および同様に他の容易に還元可能な構成成分、例えば酸化マンガン（ＭｎＯ）および酸化鉄（ＦｅＯ）を含み、そのためアルミニウム合金化シートの鋳造の間、鋳造スラグの酸化アルミニウム含有量は、鋼中のアルミニウム（Ａｌ）と二酸化ケイ素および同様に鋳造スラグ中の酸化マンガンおよび酸化鉄との間の化学反応により急激に増大する。

【0004】

４Ａｌ＋３ＳｉＯ_２←→２Ａｌ_２Ｏ_３＋３Ｓｉ
２Ａｌ＋３ＭｎＯ←→Ａｌ_２Ｏ_３＋３Ｍｎ
２Ａｌ＋３ＦｅＯ←→Ａｌ_２Ｏ_３＋３Ｆｅ。

【0005】

Ａｌキルド鋼の鋳造において酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３、アルミナとも称される）の典型的な吸収は約２〜４重量％である。鋼中のより高いアルミニウム含有量では、鋳造スラグ中のＡｌ_２Ｏ_３吸収が増大する。例えば、約１．２〜１．５重量％のＡｌ含有量を有するＴＲＩＰ鋼の製造において、鋳造スラグ中のＡｌ_２Ｏ_３濃度は、約３５〜４０重量％に上昇する。

【0006】

鋳造スラグのＳｉＯ_２含有量は、二酸化ケイ素がアルミニウムによって還元されるので、対応して低減する。概して、これは鋳造スラグの特性を変更する。例えばＡｌ_２Ｏ_３の吸収および関連するＳｉＯ_２フラクションの低減の観点から、鋳造スラグの塩基性、粘度および結晶化傾向が増大し、結果として潤滑効果に損傷をきたす。概して、鋳造スラグを非晶質に凝固することは、結晶形態において凝固する鋳造スラグより良好な潤滑効果を有する。先行技術において、ケイ酸カルシウムに基づくスラグシステムが慣習的に使用される。これらのケイ酸カルシウム系スラグシステムは、鋼のアルミニウムフラクションが高過ぎない限り、すなわち特に＜１重量％である限り、通常、主に非晶質である凝固を有する。しかし、溶融物中のＡｌ含有量が高くなる場合、ケイ酸カルシウム系スラグシステムの凝固は主に結晶性である。

【0007】

同時に高いマンガン含有量を有する（例えばＭｎ含有量≧１５重量％およびＡｌ含有量≧１重量％を有する）アルミニウム合金化鋼の鋳造において、鋳造プロセスに対する追加の複雑性は、これらの鋼の液相線温度が、高いＭｎ含有量のために、例えばＴＲＩＰ鋼の液相線温度よりも約１００℃低い。これは、高いＡｌ−Ｍｎ含有量を有する鋼について、鋳造スラグの溶融および結晶化温度は、同様に、高いＡｌ含有量の他の鋼よりも約１００℃低くなければならないことを意味する。そうでなければ鋳造スラグは、鋳造モールドの下半分において完全に結晶化する場合があり、それによってその潤滑効果が失われる。

【0008】

Ａｌ合金化鋼の鋳造の間に鋳造スラグの特性における上記で記載された変化のために、スラグは、適切にまたは全くその機能を満たすことがもはやできないことが多い。したがって高いアルミニウム含有量またはアルミニウムおよびマンガン含有量を有する鋼は特に、先行技術から既知の鋳造粉末に関して操作上確実な方法で製造することはできない。

【0009】

国際公開第２０１１／０９０２１８号パンフレットから鋼の鋳造のための鋳造粉末組成は既知であるが、１５〜３０重量％の高いＳｉＯ_２含有量の観点から、高いアルミニウム含有量を有する鋼の鋳造において使用するのに特に不向きである。同じことはまた、国際公開第２００７／１４８９３９号パンフレットから既知の鋳造粉末および鋼の鋳造におけるそれらの使用にもあてはまる。特開昭５７−１８４５６３号公報には、比較的低いＳｉＯ_２含有量を有する溶融金属をコーティングするための粉末が開示されている。しかしその化学組成のために、この粉末から得られたスラグは、必要な機能上の品質、例えば潤滑効果および熱移動を、例えば特に高いＡｌ−Ｍｎ鋼については確実にできない。経験から、特開昭５７−１８４５６３号公報に開示される鋳造粉末から得られる鋳造スラグは、操作上関連する範囲において過剰に高い結晶化温度および過剰に高い粘度を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】国際公開第２０１１／０９０２１８号パンフレット

【特許文献2】国際公開第２００７／１４８９３９号パンフレット

【特許文献3】特開昭５７−１８４５６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

したがって、≧１重量％の高いアルミニウム含有量、および選択的に≧１５重量％の高いマンガン含有量、さらに選択的に≧０．２重量％のチタン含有量を有する鋼の製造を可能にする、鋳造粉末および鋳造スラグを提供することが本発明の目的である。本発明のさらなる目的は、鋼の鋳造方法、より詳細にはこの鋳造粉末または鋳造スラグを用いて鋼の連続鋳造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

この目的は、説明および特許請求の範囲の主題によって達成される。

【0013】

第１の態様において、本発明は、以下の構成成分を含む鋳造スラグに関する：
３０〜５０重量％のＣａＯ；
２０〜４５重量％のＡｌ_２Ｏ_３；
７〜１５重量％のＦ⁻（フッ素イオン）；
５〜１５重量％のＮａ_２Ｏ；
３〜６．５重量％のＳｉＯ_２；
２〜５％重量％のＬｉ_２Ｏ。

【0014】

この鋳造スラグは、ＣａＯおよびＡｌ_２Ｏ_３構成成分を、特に予備融解されたカルシウムアルミネートの形態において含む鋳造粉末から得られる。本質的に予備融解とは、本発明の意味において、カルシウムアルミネートは＞５０％、好ましくは＞６０％、より好ましくは＞７０％、非常に好ましくは＞８０％、最も好ましくは＞９０％で、１００％まで予備融解されることを意味する。

【0015】

さらに、鋳造粉末は、フッ化物含有構成成分、好ましくはＣａＦ_２、ＳｉＯ_２（同様にＣａＳｉＯ_３の形態であってもよい）、Ｎａ_２Ｏ（Ｎａ_２ＣＯ_３の形態であってもよい）、Ｌｉ_２Ｏ（Ｌｉ_２ＣＯ_３の形態であってもよい）を含む（およびさらにＡｌ_２Ｏ_３を含んでいてもよい）。

【0016】

この鋳造粉末はまた、例えば加熱時に脱ガスされる揮発性成分、例えば水またはＣＯ_２を含んでいてもよい。

【0017】

したがってさらなる態様において、本発明は、以下の構成成分を含む鋳造粉末に関する：
４０〜６０重量％の予備融解カルシウムアルミネート；
１０〜３０重量％フッ化物含有構成成分、好ましくはＣａＦ_２；
３〜６．５重量％のＳｉＯ_２；
５〜１５重量％のＮａ_２Ｏ；
２〜５．５重量％のＬｉ_２Ｏ；
≦１０．５重量％のＡｌ_２Ｏ_３；
≦１５重量％の炭素。

【0018】

予備融解カルシウムアルミネート中のＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３との比が約４０／６０（２：３）〜約５０／５０（１：１）の範囲にあることが、所望の鋳造スラグ組成を達成し、必須の鋳造スラグ特性、例えば粘度を得るために重要である。予備融解カルシウムアルミネート中のＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３との比は、そうでなければカルシウムアルミネートの液相線温度が高過ぎ、鋳造粉末の構成要素としてのカルシウムアルミネートが溶融し、したがって鋳造粉末は十分溶融されないので、顕著に０．６未満または顕著に１．０超過となるべきではない。比は、好ましくは０．６〜１．１、より好ましくは０．６５〜１．０５、非常に好ましくは０．７〜１または０．７〜０．９である。

【0019】

さらに、カルシウムアルミネートは鋳造粉末において予備融解形態であることが重要である。カルシウムアルミネートの好ましい組成は、実質的に共晶組成であり、これは結果として、鋳造粉末のより迅速な溶融、およびさらにこの鋳造粉末から得られた鋳造スラグでは低い結晶化傾向をもたらし、それによって操作上の信頼性を上げる。予備融解カルシウムアルミネートの使用に対する別の理由は、ＣａＯ添加の容易な取扱いにある。生石灰（ＣａＯ）の使用では、生石灰は高度に吸湿性であり、湿分を吸収することによってその重量を変更し得るので、鋳造粉末を製造することがより困難である。これは、鋳造粉末または鋳造スラグ組成においてＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３比のシフトを導く場合があり、その特性が損なわれ得る。

【0020】

ケイ素は、非晶質状態を安定化することに寄与し、鋳造スラグの非晶質凝固を促進する。鋳造粉末におけるＳｉＯ_２フラクションは、そうでなければ得られた鋳造スラグの非晶質フラクションが６０％未満であるので、３重量％未満になるべきではない。鋳造粉末中のＳｉＯ_２フラクションは、そうでなければＳｉＯ_２の追加のフラクションが鋼溶融物に存在するアルミニウムと反応するので、６．５重量％を超えるべきではない。遊離酸素は、アルミニウムと結合し、こうしてスラグは、追加的にＡｌ_２Ｏ_３を構成する。スラグシステムは、もはや化学的に安定ではなくなり、この場合もはやＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３との目標最適比ではないことを意味する。

【0021】

鋳造粉末中のフッ化物含有構成成分は、Ｎａ_２ＯおよびＬｉ_２Ｏは、凝固温度に影響し、さらに得られた鋳造スラグの結晶化挙動に影響する。そうでなければ凝固温度が上昇し、結晶形態で凝固するスラグのフラクションが増大することになるので、フッ化物含有構成成分のフラクションは１０重量％未満になるべきではなく、Ｎａ_２Ｏのフラクションは５重量％未満になるべきではなく、Ｌｉ_２Ｏのフラクションは２重量％未満になるべきではない。この文脈においてＬｉ_２Ｏの影響はＮａ_２Ｏの場合を超えるので、Ｌｉ_２Ｏが少量でのみ混合されなければならない。しかし、Ｎａ_２Ｏと比較して、Ｌｉ_２Ｏは非常に高価であるので、コストの理由からＬｉ_２Ｏの効果はＮａ_２Ｏを用いて可能である限り補われる。

【0022】

そうでなければ凝固温度は低過ぎ、鋳造スラグの粘度が低過ぎることになるので、フッ化物含有構成成分のフラクションは、３０重量％を超えるべきではなく、Ｎａ_２Ｏのフラクションは１５重量％を超えるべきではなく、Ｌｉ_２Ｏのフラクションは５．５重量％を超えるべきではない。低粘度鋳造スラグは鋼表面から流れ落ち、これはスラグの潤滑効果が、鋼ストランドシェルとモールド壁との間の接触領域の全体にわたってもはや提供されないことを意味する。これは、依然として薄いストランドシェルの破壊を導き得、ストランド破壊の結果として製造損失を導く。さらに、不完全に形成されたスラグ膜は、不均一な徐熱条件を導き、したがってこれは結果として、ストランドシェル内の熱応力をもたらし、したがってストランド破壊と同様の可能性がある。

【0023】

予備融解カルシウムアルミネート内で結合したＡｌ_２Ｏ_３に加えてさらにＡｌ_２Ｏ_３を鋳造粉末に添加できる。追加のＡｌ_２Ｏ_３は、カルシウム含有構成要素のレベル、特にＣａＦ_２のレベルが相対的に高い場合に、カルシウム含有構成成分、特にＣａＦ_２の添加がカルシウムアルミネートによって導入されるＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３との初期比をシフトさせるので、ＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３との比を約０．６〜約１．０の目標最適範囲内に維持するために、鋳造粉末に添加される。追加のＡｌ_２Ｏ_３のフラクションは、ＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３との比がＡｌ_２Ｏ_３に有利になるように強くシフトし過ぎないように（したがってこれは鋳造スラグの形成および機能性について負の結果を有し得る）、１０．５重量％を超えるべきではない。追加のＡｌ_２Ｏ_３の添加時に、鋳造粉末において０．７〜０．９のＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３との比が、特に有利であることが証明されている。

【0024】

炭素を、鋳造粉末の溶融を加速するために鋳造粉末に添加できる。鋳造粉末の炭素含有量は、鋼溶融物の炭化を防止するために、１５重量％を超えるべきではない。炭素は、鋳造粉末において、好ましくは４〜１０重量％、より好ましくは５〜７重量％で存在してもよい。この炭素は、当業者に既知の慣習的な形態、例えばカーボンブラック、グラファイト、またはコークダストの形態で使用されてもよい。

【0025】

当業者は、本発明の鋳造粉末が、厳密に粉末形態である必要はないが、代わりに少なくとも一部またはさらには完全に、別の形態、例えば顆粒の形態または中空ビーズの形態（およびさらには液体の形態であってもよい）で存在してもよいことを理解する。

【0026】

凝固時、本発明の鋳造スラグは、実質的に非晶質の構造を有するはずである、すなわち鋳造スラグ中の非晶質フラクションは、少なくとも６０％、好ましくは少なくとも７０％、より好ましくは少なくとも８０％であるはずである。特に良好な特性は、少なくとも９０％の非晶質フラクションを有するスラグによって保持される。高い非晶質フラクションは、良好な潤滑特性および均一な熱伝導を維持するために重要である。

【0027】

本発明の鋳造スラグは、これらの鋳造スラグがＡｌ含有量≧１重量％を有する鋼を用いても化学的に安定であるので、特に、Ａｌ含有量≧１重量％を有する鋼の製造に有利である。化学的に安定とは、鋳造過程のスラグが鋼溶融物中に溶解したアルミニウムと反応せず、その化学組成が実質的に変化しないままであることを意味する。これにより、操作の信頼性および製品の品質を向上させる。

【0028】

例えば≧１５重量％の高マンガン含有量をさらに有する鋼を用いると、高い操作の信頼性も、本発明の鋳造スラグを用いて達成できる。Ｍｎ含有量≧１５重量％を有する鋼は、低いＭｎ含有量の鋼よりも相当低い液相線温度を有する。Ｍｎ含有量≧１５重量％を有する鋼に典型的な液相線温度は、１４００〜１４３０℃である。

【0029】

例えばＡｌ含有量≧１重量％および≧０．２重量％の追加の高チタン含有量を有する鋼は、化学的に活性な元素としてＡｌだけでなく、化学的に活性な元素としてＴｉも相当高い割合で存在するので、操作上での問題がある。こうした鋼を製造するために使用される鋳造スラグは、ＡｌおよびＴｉに関して良好な化学的安定性を示さなければならない。これは、本発明の鋳造スラグにあてはまる。

【0030】

チタンは化学的に活性な元素であり、ＳｉまたはＭｎに結合した酸素と結合することによって、スラグからＳｉまたはＭｎを浸出し得る。二酸化チタン含有量が高い場合、チタンカルシウムオキシド化合物（ＴｉＯ_２−ＣａＯ）が形成する場合があり、鋳造スラグの結晶性凝固を促進する。この問題を防止するために、こうした構成要素、例えば酸化マンガンおよび酸化鉄を本発明の鋳造粉末に加えないことが有利である。したがってこれらの構成成分は、意図的には添加されないが、本発明の鋳造粉末において、ひいては本発明の鋳造スラグにおいて所望でない付随元素として存在し得る。

【0031】

本発明の鋳造スラグ組成はさらに、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物または遷移金属酸化物を含んでいてもよい。したがって本発明の鋳造スラグ組成は、以下の構成成分の１つ以上を含む：
≦５．０重量％のＴｉＯ_２；
≦５．０重量％のＭｇＯ；
≦３．０重量％のＭｎＯ；
≦２．０重量％のＦｅＯ。

【0032】

したがって関連して好ましい鋳造粉末組成はさらに、以下の構成成分の１つ以上を含む：
≦５．０重量％のＴｉＯ_２；
≦５．０重量％のＭｇＯ；
≦３．０重量％のＭｎＯ；
≦１．０重量％のＦｅ_２Ｏ_３；
≦１．０重量％のＦｅＯ。

【0033】

ＴｉＯ_２は、本発明の鋳造粉末に添加されてもよい。しかし、鋳造粉末中のＴｉＯ_２のフラクションは、この数字を超えるＴｉＯ_２のフラクションが鋼溶融物中に存在するアルミニウムと反応し得るので、５．０重量％を超えるべきではない。遊離酸素は、アルミニウムと結合し、スラグは追加的にＡｌ_２Ｏ_３を吸収する。スラグシステムは、もはや化学的に安定ではなくなり、すなわちこの場合もはやＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３との目標最適比はあてはまらない。さらに、＞５重量％のＴｉＯ_２フラクションにおいて、元素形態のチタンは、鋼溶融物に移動し、その化学組成を不必要に変更し得る。

【0034】

ＭｇＯ、ＭｎＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、およびＦｅＯは、鋳造粉末中に付随元素として存在し得るが、鋳造スラグ特性を調整するためには意図的に添加されない。

【0035】

１つの好ましい実施形態において、本発明の鋳造スラグは、以下の構成成分を含む：
３３〜４８重量％のＣａＯ；
２３〜４３重量％のＡｌ_２Ｏ_３；
７〜１３重量％のＦ⁻（フッ素イオン）；
３〜６．５重量％のＳｉＯ_２；
７〜１２重量％のＮａ_２Ｏ；
２〜５重量％のＬｉ_２Ｏ；
≦３重量％のＴｉＯ_２；
≦１．５重量％のＭｇＯ；
≦１．０重量％のＭｎＯ；
≦１重量％のＦｅＯ。

【0036】

関連する好ましい鋳造粉末組成は、揮発性成分を含まず計算されて、以下の構成成分を含む：
４０〜６０重量％の予備融解カルシウムアルミネート；
１５〜３０重量％のフッ化物含有構成成分、好ましくはＣａＦ_２；
３〜６重量％のＳｉＯ_２；
７〜１２重量％のＮａ_２Ｏ；
２〜５．５重量％のＬｉ_２Ｏ；
≦１０．５重量％のＡｌ_２Ｏ_３；
≦１５重量％の炭素；
≦３．０重量％のＴｉＯ_２；
≦１．０重量％のＭｇＯ；
≦１．０重量％のＭｎＯ；
≦１．０重量％のＦｅ_２Ｏ_３；
≦１．０重量％のＦｅＯ。

【0037】

鋳造スラグおよび鋳造粉末の上述の組成について記述される重量数字は、いずれの場合も、鋳造スラグ組成または鋳造粉末組成のそれぞれの構成成分の総合計に基づく。

【0038】

本発明の鋳造スラグおよび鋳造粉末組成中のフッ素イオンおよびフッ化物含有構成成分は、慣習的なフッ化物の形態において、いずれの場合も添加されてもよく、例としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属および／または遷移金属のフッ化物、より詳細にはＣａＦ_２、ＭｇＦ_２、ＮａＦ、ＬｉＦおよびこれらフッ化物の２つ以上の混合物からなる群から選択されるフッ化物の形態である。

【0039】

本発明の鋳造スラグおよび鋳造粉末の実施形態において、いずれの場合も、フッ素イオンおよび／またはフッ化物含有構成成分のフラクションはＣａＦ_２（蛍石とも称される）から生じることが特に好ましい。

【0040】

構成成分カルシウムアルミネート（ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３）およびＣａＦ_２を含む鋳造粉末の組成は、得られた鋳造スラグの特性の一貫性、特に同様にＡｌ合金化鋼の製造の操作の信頼性を改善するために特に有利であることが明らかである。この三元ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＣａＦ_２混合物の構成成分は、鋼に存在するアルミニウムとの反応に関与せず、鋳造の間に得られた鋳造スラグの一貫した特性のように、こうして鋳造粉末の化学的安定性が確実になる。

【0041】

使用された鋳造粉末の明確な組成は変動してもよく、こうして優勢な条件に、例えば鋼の組成にまたは鋳造プロセスのタイプにさらに適合されてもよい。

【0042】

原理上、鋳造粉末添加剤として三酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）を用いることも可能である。粉末またはスラグに存在する三酸化ホウ素は、以下の反応式にしたがって、鋼に存在するアルミニウムによって還元され得る：
２Ａｌ＋Ｂ_２Ｏ_３←→Ａｌ_２Ｏ_３＋２Ｂ
還元されたホウ素は、所望ではない付随の元素として溶融物に混入され得る。これを防止するために、ホウ素は、好ましくは本明細書に記載された鋳造粉末および鋳造スラグ組成から取り除かれる。

【0043】

機能特性、例えば鋼とモールドとの間の鋳造ギャップ中の潤滑特性を最適化するために、例えば鋳造スラグの組成は、鋳造される鋼の等級の液相線温度に適合させてもよい。これは、例えば鋳造粉末中のフラックスの規定含有量、例えば酸化ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ）および／または酸化リチウム（Ｌｉ_２Ｏ）および／またはフッ化物含有構成成分の量を設定することによって行われる。

【0044】

高い液相線温度、例えば１５００〜１５３０℃を有する鋼等級の鋳造において、例えば５〜１１重量％のＮａ_２Ｏ含有量、約２〜３重量％のＬｉ_２Ｏ含有量、および８〜１０．５重量％のＦ⁻含有量が鋳造スラグに設定されてもよく、Ｎａ_２Ｏ、Ｌｉ_２Ｏ、およびＦ⁻の総合計が好ましくは＜２５重量％である。Ｎａ_２Ｏ、Ｌｉ_２ＯおよびＦ⁻の総合計は、スラグの粘度が低くなり過ぎるのを防止するために、＜２５重量％となるべきである。

【0045】

したがってさらなる態様において、本発明は、以下の構成成分を含む、高い液相線温度を有する鋼の鋳造スラグ組成に関する：
３０〜５０重量％のＣａＯ；
２０〜４５重量％のＡｌ_２Ｏ_３；
８〜１０．５重量％のＦ⁻（フッ素イオン）；
３〜６．５重量％のＳｉＯ_２；
５〜１１重量％のＮａ_２Ｏ；
２〜３重量％のＬｉ_２Ｏ；
≦３重量％のＴｉＯ_２；
≦５重量％のＭｇＯ；
≦３重量％のＭｎＯ；
≦２重量％のＦｅＯ。

【0046】

関連する鋳造粉末組成は、揮発性成分を含まず計算されて、以下の構成要素を含む：
４０〜６０重量％の予備融解カルシウムアルミネート；
１０〜３０重量％のフッ化物含有構成成分、好ましくはＣａＦ_２；
３〜６．５重量％のＳｉＯ_２；
５〜１１重量％のＮａ_２Ｏ；
２〜３重量％のＬｉ_２Ｏ；
≦１０．５重量％のＡｌ_２Ｏ_３；
≦１５重量％の炭素；
≦３．０重量％のＴｉＯ_２；
≦５．０重量％のＭｇＯ；
≦３．０重量％のＭｎＯ；
≦１．０重量％のＦｅ_２Ｏ_３；
≦１．０重量％のＦｅＯ。

【0047】

１つの好ましい実施形態において、高い液相線温度を有する鋼の鋳造スラグ組成は以下の構成成分を含む：
３３〜４８重量％のＣａＯ；
２３〜４３重量％のＡｌ_２Ｏ_３；
８〜１０．５重量％のＦ⁻（フッ素イオン）；
３〜５重量％のＳｉＯ_２；
５〜１１重量％のＮａ_２Ｏ；
２〜３重量％のＬｉ_２Ｏ；
≦３重量％のＴｉＯ_２；
≦１．５重量％のＭｇＯ；
≦１．０重量％のＭｎＯ；
≦１．０重量％のＦｅＯ。

【0048】

関連した好ましい鋳造粉末組成は、揮発性成分を含まずに計算されて、以下を含む：
４０〜６０重量％の予備融解カルシウムアルミネート；
１０〜２５重量％のフッ化物含有構成成分、好ましくはＣａＦ_２の形態；
３〜５重量％のＳｉＯ_２；
５〜１１重量％のＮａ_２Ｏ；
２〜３重量％のＬｉ_２Ｏ；
≦８重量％のＡｌ_２Ｏ_３；
≦５重量％の炭素；
≦３．０重量％のＴｉＯ_２；
≦１．０重量％のＭｇＯ；
≦１．０重量％のＭｎＯ；
≦１．０重量％のＦｅ_２Ｏ_３；
≦１．０重量％のＦｅＯ。

【0049】

低い液相線温度、例えば１４００〜１４３０℃を有する鋼について、特に想定された鋳造スラグは、９〜１５重量％のＮａ_２Ｏ含有量、４〜５重量％のＬｉ_２Ｏ含有量、および１２．５〜１５重量％のＦ⁻含有量を有し、Ｎａ_２Ｏ、Ｌｉ_２ＯおよびＦ⁻の総合計は≧２５重量％である。ここで、相対的に高いフラックス含有量を有する場合に関して、測定された粘度は、低温方向に約１００℃シフトする（図２）。

【0050】

したがってさらなる態様において、本発明は、以下の構成成分を含む、低い液相線温度を有する鋼の鋳造スラグ組成に関する：
３０〜５０重量％のＣａＯ；
２０〜４５重量％のＡｌ_２Ｏ_３；
１２．５〜１５重量％のＦ⁻（フッ素イオン）；
３〜６．５重量％のＳｉＯ_２；
９〜１５重量％のＮａ_２Ｏ；
４〜５重量％のＬｉ_２Ｏ；
≦３重量％のＴｉＯ_２；
≦５重量％のＭｇＯ；
≦３重量％のＭｎＯ；
≦２重量％のＦｅＯ。

【0051】

関連した鋳造粉末は、揮発性成分を含まずに計算されて、以下の構成成分を含む組成を有する：
４０〜６０重量％の予備融解カルシウムアルミネート；
１５〜３０重量％のフッ化物含有構成成分、好ましくはＣａＦ_２の形態；
３〜６．５重量％のＳｉＯ_２；
９〜１５重量％のＮａ_２Ｏ；
３〜５重量％のＬｉ_２Ｏ；
≦１０重量％のＡｌ_２Ｏ_３；
≦１５重量％の炭素；
≦３重量％のＴｉＯ_２；
≦５重量％のＭｇＯ；
≦３重量％のＭｎＯ；
≦１重量％のＦｅ_２Ｏ_３；
≦１重量％のＦｅＯ。

【0052】

１つの好ましい実施形態において、低い液相温度を有する鋼のための本発明の鋳造スラグ組成は以下の構成成分を含む：
３３〜４８重量％のＣａＯ；
２３〜４３重量％のＡｌ_２Ｏ_３；
１２．５〜１５重量％のＦ⁻（フッ素イオン）；
３〜５重量％のＳｉＯ_２；
１１〜１５重量％のＮａ_２Ｏ；
３〜５重量％のＬｉ_２Ｏ；
≦３重量％のＴｉＯ_２；
≦１．５重量％のＭｇＯ；
≦１重量％のＭｎＯ；
≦１重量％のＦｅＯ。

【0053】

関連した好ましい鋳造粉末組成は、揮発性成分を含まずに計算されて、以下を含む：
４０〜６０重量％の予備融解カルシウムアルミネート；
１５〜３０重量％のフッ化物含有構成成分、好ましくはＣａＦ_２の形態；
３〜５重量％のＳｉＯ_２；
１１〜１５重量％のＮａ_２Ｏ；
３〜５重量％のＬｉ_２Ｏ；
≦１０重量％のＡｌ_２Ｏ_３；
≦１５重量％の炭素；
≦３．０重量％のＴｉＯ_２；
≦１．５重量％のＭｇＯ；
≦１．０重量％のＭｎＯ；
≦１．０重量％のＦｅ_２Ｏ_３；
≦１．０重量％のＦｅＯ。

【0054】

鋳造スラグの別の重要な特性は、それらの熱伝導率である。鋳造ギャップ内において、この伝導率は、鋼からモールドへの熱の移動を決定する。熱伝導率は、鋳造スラグの結晶化挙動によって主に影響を受ける。ここで、鋳造スラグは非晶質または結晶性凝固を行うかどうかが重要である。ケイ酸カルシウムに基づく典型的な鋳造スラグは、主に非晶質凝固を有し、または迅速に冷却される場合に非晶質および結晶性構成要素を形成する。鋳造スラグの非晶質フラクションは、潤滑特性に有利であり、より大きな熱移動を確実にする。

【0055】

包晶凝固を示す鋼の鋳造において、より低い熱移動は、縦方向クラックを防止するために所望される。この低い熱移動は、非晶質／結晶性比および鋳造スラグの関連熱伝導率が鋼の等級に適合される場合に、相対的に高い結晶性フラクションを有する鋳造スラグの使用を含む方法によって達成できる。したがって適合は、フラックス（Ｎａ_２Ｏ、Ｌｉ_２Ｏ、Ｆ⁻）の量を通して可能になる。フラックスの高いフラクションは、同時に鋳造スラグにおいてより高い非晶質フラクションを導く。

【0056】

６．５重量％以下のＳｉＯ_２の添加により、鋳造スラグにおいて過剰な非晶質フラクションを防止する。

【0057】

したがって本発明の好ましい実施形態において、上記で同定される組成において、ＳｉＯ_２構成成分の量は、≦６重量％、好ましくは≦５．５重量％、より好ましくは≦５重量％である。

【0058】

相対的に低いＴｉＯ_２含有量を供給することによりさらに、上記で同定される鋳造粉末組成のＳｉＯ_２含有量を低減できる。同様にＴｉＯ_２は、鋳造スラグの非晶質フラクションの形成の利益をもたらし、さらに鋼に存在するＡｌとの反応に関してＳｉＯ_２よりも熱力学的により安定である。鋳造スラグの粘度は、ＳｉＯ_２の低減および同時にＴｉＯ_２の添加時に変化しないままである（図３）。

【0059】

したがってさらなる態様において、本発明は、以下の構成成分を有する鋳造スラグ組成に関する：
３０〜５０重量％のＣａＯ；
２０〜４５重量％のＡｌ_２Ｏ_３；
８〜１５重量％のＦ⁻（フッ素イオン）；
３〜５重量％のＳｉＯ_２；
５〜１５重量％のＮａ_２Ｏ；
２〜５重量％のＬｉ_２Ｏ；
１．５〜５重量％のＴｉＯ_２；
≦５重量％のＭｇＯ；
≦３重量％のＭｎＯ；
≦２重量％のＦｅＯ。

【0060】

関連する鋳造粉末は、揮発性成分を含まずに計算されて、以下の構成成分を含む組成を有する：
４０〜６０重量％の予備融解カルシウムアルミネート；
１０〜３０重量％のフッ化物含有構成成分、好ましくはＣａＦ_２の形態；
３〜５重量％のＳｉＯ_２；
５〜１５重量％のＮａ_２Ｏ；
２〜５重量％のＬｉ_２Ｏ；
≦１０重量％のＡｌ_２Ｏ_３；
≦１５重量％の炭素；
１．５〜５重量％のＴｉＯ_２；
≦５重量％のＭｇＯ；
≦３重量％のＭｎＯ；
≦１重量％のＦｅ_２Ｏ_３；
≦１重量％のＦｅＯ。

【0061】

１つの好ましい実施形態において、本発明の鋳造スラグ組成は、以下の構成成分を含む：
３３〜４８重量％のＣａＯ；
２３〜４３重量％のＡｌ_２Ｏ_３；
８〜１３重量％のＦ⁻（フッ素イオン）；
３〜４重量％のＳｉＯ_２；
８〜１３重量％のＮａ_２Ｏ；
３〜５重量％のＬｉ_２Ｏ；
１．５〜３重量％のＴｉＯ_２；
≦１．５重量％のＭｇＯ；
≦１重量％のＭｎＯ；
≦１重量％のＦｅＯ。

【0062】

関連する好ましい鋳造粉末は、揮発性成分を含まずに計算されて、以下の構成成分を含む組成を有する：
５０〜６０重量％の予備融解カルシウムアルミネート；
１５〜２５重量％フッ化物含有構成成分、好ましくはＣａＦ_２の形態；
３〜４重量％のＳｉＯ_２；
８〜１３重量％のＮａ_２Ｏ；
３〜５重量％のＬｉ_２Ｏ；
≦１０重量％のＡｌ_２Ｏ_３；
≦１５重量％の炭素；
１．５〜３重量％のＴｉＯ_２；
≦１．５重量％のＭｇＯ；
≦１．０重量％のＭｎＯ；
≦１重量％のＦｅ_２Ｏ_３；
≦１重量％のＦｅＯ。

【0063】

本発明の鋳造スラグの際立った特徴は、それらが鋼中のアルミニウムフラクションに対して反応性を有していないまたは非常にわずかにのみ反応性を有し、それによって鋳造可能な鋼等級の範囲を拡張し、高いフラクションのアルミニウムまたは高いフラクションのアルミニウムおよびマンガンを有する鋼であっても信頼性の高い製造を可能にすることである。これはまた、最終的に、これらの鋳造粉末を用いて得られる鋼の製品の品質における改善をもたらす。

【0064】

本発明のさらなる態様は、上記で記載されるような鋳造粉末を用いた鋼の鋳造方法に関する。

【0065】

本発明の鋳造粉末と関連して上記で記載された好ましい実施形態はすべて同様に、鋼の鋳造のための本発明の方法に準じて有効であり、したがってこの点において繰り返さない。

【0066】

鋼の鋳造方法は、好ましくは連続操作によって、より詳細には連続鋳造方法にしたがって行われる。

【0067】

１つの好ましい実施形態において、本発明は、≧１重量％、好ましくは≧１．５重量％、より好ましくは≧３．０重量％、非常に好ましくは≧５．０重量％のアルミニウム含有量を有する鋼の鋳造のための本発明の方法に関する。

【0068】

さらに好ましい実施形態において、本発明は、≧１５重量％、好ましくは≧１７．５重量％、より好ましくは≧２０重量％のマンガン含有量を有する鋼の鋳造のための本発明の方法に関する。

【0069】

別の好ましい実施形態において、本発明は、≧０．２重量％、好ましくは≧０．５重量％のチタン含有量を有する鋼の鋳造のための本発明の方法に関する。

【0070】

１つの好ましい実施形態において、本発明は、≧１重量％、好ましくは≧１．５重量％、より好ましくは≧３．０重量％、非常に好ましくは≧５．０重量％のアルミニウム含有量を有し、≧１５重量％、好ましくは≧１７．５重量％、より好ましくは≧２０重量％のマンガン含有量を有していてもよく、および≧０．２重量％、好ましくは≧０．５重量％のチタン含有量を有していてもよい鋼の鋳造のための本発明の方法に関する。

【図面の簡単な説明】

【0071】

【図1】構成成分ＣａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、およびＣａＦ_２の有利な組成を示す。

【図2】Ｂａｈｒからの高温回転粘度計を用いて測定された、異なるフラックス含有量に関する温度の関数としての多くの鋳造スラグの粘度を示す。

【図3】ＳｉＯ_２フラクションの低減およびＴｉＯ_２フラクションの増大における多数の鋳造スラグの測定粘度を示す（約５重量％のＳｉＯ_２を有するＰｒ．９およびＰｒ．２５；約４重量％のＳｉＯ_２および約２重量％のＴｉＯ_２を有するＰｒ．４２およびＰｒ．４４）。

【発明を実施するための形態】

【0072】

本発明は、実施例により以下で説明される。説明は単に例であり、本発明の一般概念を制限しない。

【0073】

［実施例］
表１に示される組成を有する種々の鋳造粉末を調査した。Ｃ含有サンプルＰｒ．５、１９、３２、４０、および４４は、６００℃で８時間プレ焼成され、アルゴン雰囲気下で１５００℃にて溶融させた。Ｃを含まないサンプルはプレ焼成されず、代わりにアルゴン雰囲気下で１５００℃にて直接溶融された。溶融された後、サンプルはそれぞれ１５００℃で１５分間維持され、続いて鋼基材上に鋳造され、これを冷却のために空気中で室温に置いた。冷却されたサンプルは、１５ｍｍまでの厚さを有し、これはサンプル表面にわたって変動した。後続の調査のために、位置は、凝固したスラグ層が５〜７ｍｍ厚さである位置を選択した。これらの位置において、サンプル断面の非晶質および／または結晶性凝固を伴うフラクションは、光学顕微鏡により決定した。

【0074】

表２は、得られたスラグの化学組成およびさらに非晶質フラクションを示す。鋳造粉末および鋳造スラグの化学組成は、Ｘ線蛍光方法によっていずれの場合もサンプル上で３回決定した。フッ素イオンの含有量は、ＤＩＮ５１７２３およびＤＩＮ５１７２７に従う水素化熱分解と、後続のＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ１０３０４に従うイオンクロマトグラフィによって決定した。Ｎａ_２Ｏ濃度は、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ１１８８５に従うＩＣＰＯＳ測定による適切なサンプル調製後に決定した。

【0075】

さらに、サンプル３１、４０および４８の組成を有する鋳造粉末サンプルは選択された溶融物と接触させ、１４５０℃〜１５５０℃にて１５分間アルゴン雰囲気下で保持した（表３参照）。スラグおよび溶融物を次いで別個に鋳造し、それぞれ分析した。関連した液相線温度は、示差熱分析（ＤＴＡ）によって決定した。生じた鋳造スラグ組成および非晶質鋳造スラグのフラクションは、表２においてサンプル３１、４０、および４８についての結果と同一である。したがって、先に分析された鋳造スラグシステムはまた、鋼溶融物と接触した状態も表すことを示した。

【0076】

したがって、表１に示されるような本発明の鋳造粉末組成は、所望の鋳造スラグの製造に顕著に好適である。

【表1】

【表2】

【0077】

スラグサンプル２６は、関連する鋳造粉末サンプルに対して能動的に添加された二酸化ケイ素はないにもかかわらず、０．７重量％の二酸化ケイ素を含有する。この理由は、少量の二酸化ケイ素が溶融炉およびるつぼに使用された耐火性材料中にあり、実験の間に溶融鋳造スラグ中に拡散し得たためである。

【表3】

【図1】

【図2】

【図3】