技術 連続鋳造用モールドフラックス及び鋼の連続鋳造方法

0001

本発明は、鋼を連続鋳造する際に鋳型内に供給される連続鋳造用モールドフラックス、及びこの連続鋳造用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ものである。

0002

鋼の連続鋳造を行う際には、鋳型内の溶鋼湯面上に連続鋳造用モールドフラックス（以下、「モールドフラックス」と記載する場合がある）が添加される。このモールドフラックスは、鋳型内の溶鋼表面において溶融して鋳型壁と凝固殻との間に流入する。
そして、モールドフラックスは、鋳型壁と凝固殻との間でフラックスフィルムを形成し、鋳型と凝固殻の間で潤滑作用を奏する。
また、このフラックスフィルム中の結晶化を促進すると、輻射伝熱の抑制により、フラックスフィルム中の伝熱抵抗が増大し、鋳型内の溶鋼が緩冷却化されることになり、凝固により生成する凝固殻の厚みを均一に成長させることが可能となる。これにより、鋳片の表面割れを抑制することができる。

0003

上述のモールドフラックスは、一般的にＳｉＯ２、ＣａＯ，アルカリ金属酸化物、Ｆを主成分としており、この組成中に生じる主な結晶相はｃｕｓｐｉｄｉｎｅ（Ｃａ４Ｓｉ２Ｏ７Ｆ２）である。このｃｕｓｐｉｄｉｎｅ（Ｃａ４Ｓｉ２Ｏ７Ｆ２）の結晶化を促進させることが、凝固殻の均一成長及び鋳片表面割れの防止に有効となる。ここで、ｃｕｓｐｉｄｉｎｅ（Ｃａ４Ｓｉ２Ｏ７Ｆ２）の結晶化を促進させるためには、ＣａＯ、ＳｉＯ２等の濃度を適正化する必要がある。
ここで、例えば特許文献１−３には、フラックスフィルム中の結晶化を促進するために組成を規定したモールドフラックスが提案されている。

0004

特開２００６−２４７７１２号公報
特開２００６−２８９３８３号公報
特開２０１７−０１３０８２号公報

0005

ところで、モールドフラックスに含まれるアルカリ金属酸化物は、溶鋼中のＡｌと酸化還元反応し、鋳型内の溶鋼表面にＡｌ２Ｏ３の非金属介在物を生成させるおそれがある。また、酸化還元反応が起こっている界面は張力が低下するため、溶鋼表面上の溶融フラックスが溶鋼中に巻き込まれやすくなる。溶鋼中に巻き込まれた溶融フラックスは、非金属介在物となる。このため、溶鋼の清浄度が低下し、介在物に起因して圧延時にスリバー疵が発生しやすくなるといった問題があった。
上述した特許文献１−３に記載されたモールドフラックスにおいては、溶鋼中の非金属介在物については何ら考慮されていないため、溶鋼の清浄度を向上させることはできなかった。

0006

本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、モールドフィルム中の結晶化を促進させることができるとともに、溶鋼の清浄度の低下を抑制することができ、鋳片表面割れおよび介在物に起因する圧延時のスリバー疵の発生を抑制することが可能な連続鋳造用モールドフラックス、及び、鋼の連続鋳造方法を提供することを目的としている。

0007

上記課題を解決するために、本発明者らが鋭意検討した結果、モールドフラックスに主に含まれるアルカリ金属酸化物であるＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏを比較すると、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏは、Ｌｉ２Ｏに比べて、溶鋼中のＡｌと酸化還元反応しやすく、溶鋼の清浄度が低下するとの知見を得た。
また、溶融したモールドフラックス中において、Ｆイオンはアルカリ金属酸化物イオンとの親和性が強いため、Ｆはアルカリ金属とフッ化物を構成していると考えられ、過剰なＦがＣａとフッ化物を構成していると考えられる。このため、モールドフラックス組成をＣａＯ−ＳｉＯ２−ＣａＦ２−（ＬｉＦ＋ＮａＦ＋ＫＦ）系の組成であると考えることが適切であるとの知見を得た。

0008

本発明は、上述の知見に基づいてなされたものであって、本発明に係る連続鋳造用モールドフラックスは、質量比で、ＣａＯを２５％以上６０％以下の範囲内、ＳｉＯ２を１５％以上４５％以下の範囲内、アルカリ金属酸化物の一種以上を０％以上２０％以下の範囲内、Ｆを５％以上２５％以下の範囲内で含有し、その他の成分の合計濃度が２％以上１０％以下の範囲内とされ、含まれる各元素又は各化合物Ｍの含有量（質量％）をＷＭと表記した場合において、ＳｉＯ２、ＣａＯ、アルカリ金属酸化物、Ｆの含有量が、以下の（１）〜（３）式を満足し、アルカリ金属酸化物であるＮａ２Ｏ及びＫ２Ｏの含有量が、それぞれ１．０％未満とされていることを特徴としている。
（１）式：０．９０≦ｆ（１）＝（ＣａＯ）ｈ／（ＳｉＯ２）ｈ≦１．９０
（２）式：０．１０≦ｆ（２）＝（ＣａＦ２）ｈ／｛（ＣａＯ）ｈ＋（ＳｉＯ２）ｈ＋（ＣａＦ２）ｈ｝≦０．４０
（３）式：０．００≦ｆ（３）＝｛（アルカリ金属の弗化物）ｈ＋（Ａｌ２Ｏ３）ｈ｝／｛（ＣａＯ）ｈ＋（ＳｉＯ２）ｈ＋（アルカリ金属の弗化物）ｈ＋（Ａｌ２Ｏ３）ｈ｝≦０．４０
ここで、
（ＳｉＯ２）ｈ＝ＷＳｉＯ２
（Ａｌ２Ｏ３）ｈ＝ＷＡｌ２Ｏ３
（ＣａＦ２）ｈ＝（ＷＦ−ＷＬｉ２Ｏ×１．２７−ＷＮａ２Ｏ×０．６１３−ＷＫ２Ｏ×０．４０３）×２．０５
（ＣａＯ）ｈ＝（ＷＣａＯ−（ＣａＦ２）ｈ×０．７１８）
（アルカリ金属の弗化物）ｈ＝ＷＬｉ２Ｏ×１．７４＋ＷＮａ２Ｏ×１．３５＋ＷＫ２Ｏ×１．２３

0009

この構成の連続鋳造用モールドフラックスによれば、アルカリ金属酸化物であるＮａ２Ｏ及びＫ２Ｏの含有量が、それぞれ１．０％未満とされているので、溶鋼中のＡｌと酸化還元反応しやすいＮａ２Ｏ及びＫ２Ｏの含有量が少なく、溶鋼中のＡｌと酸化還元反応してＡｌ２Ｏ３の非金属介在物が生成することを抑制できる。また、酸化還元反応が抑制されることで、界面の張力低下による溶融フラックスの巻き込みも抑制することができる。よって、溶鋼の清浄度の低下を抑制でき、介在物に起因する圧延時のスリバー疵の発生を抑制することができる。

0010

また、ＳｉＯ２、ＣａＯ、アルカリ金属酸化物、Ｆの含有量が、以下の（１）〜（３）式を満足しているので、溶融したモールドフラックス中においてｃｕｓｐｉｄｉｎｅ（Ｃａ４Ｓｉ２Ｏ７Ｆ２）の結晶化を促進させることができ、鋳型内の溶鋼が緩冷却化されることになり、凝固により生成する凝固殻の厚みを均一に成長させることが可能となる。これにより、鋳片の表面割れを抑制することができる。なお、本発明においては、上述のように、アルカリ金属酸化物であるＮａ２Ｏ及びＫ２Ｏの含有量を制限しているので、アルカリ金属酸化物としてはＬｉ２Ｏが主体となる。

0011

本発明に係る鋼の連続鋳造方法は、上述の連続鋳造用モールドフラックスを鋳型内に供給することを特徴としている。
この構成の鋼の連続鋳造方法においては、溶鋼に含まれるＡｌと連続鋳造用モールドフラックスに含まれるＮａ２Ｏ及びＫ２Ｏとの酸化還元反応によってＡｌ２Ｏ３の非金属介在物が生成することを抑制できるとともに、溶融モールドフラックスの巻き込みを抑制でき、介在物の少ない鋳片を得ることができる。
また、溶融したモールドフラックス中においてｃｕｓｐｉｄｉｎｅ（Ｃａ４Ｓｉ２Ｏ７Ｆ２）の結晶化が促進され、鋳型内の溶鋼が緩冷却化されることになり、凝固により生成する凝固殻の厚みを均一に成長させることが可能となる。これにより、鋳片の表面割れを抑制することができる。

0012

上述のように、本発明によれば、フラックスフィルム中の結晶化を促進させることができるとともに、溶鋼の清浄度の低下を抑制することができ、鋳片表面割れおよび介在物に起因する圧延時のスリバー疵の発生を抑制することが可能な連続鋳造用モールドフラックス、及び、鋼の連続鋳造方法を提供することが可能となる。

0013

以下に、本発明の実施形態である連続鋳造用モールドフラックス及び鋼の連続鋳造方法について説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
本実施形態である連続鋳造用モールドフラックスは、質量比で、ＣａＯを２５％以上６０％以下の範囲内、ＳｉＯ２を１５％以上４５％以下の範囲内、アルカリ金属酸化物の一種以上を０％以上２０％以下の範囲内、Ｆを５％以上２５％以下の範囲内で含有し、その他の成分の合計濃度が２％以上１０％以下の範囲内とされ、アルカリ金属酸化物であるＮａ２Ｏ及びＫ２Ｏの含有量が、それぞれ１．０％未満とされている。なお、本実施形態におけるモールドフラックスにおいては、溶融速度を調整するために。骨材としてＣ（炭素）が配合されることもある。
ここで、「その他の成分」とは、配合成分に含まれるＦｅ２Ｏ３等の不純物であり、上述のように意図的に添加する「Ｃ」等は含まないものである。

0014

さらに、本実施形態である連続鋳造用モールドフラックスにおいては、連続鋳造用モールドフラックスに含まれる各元素又は各化合物Ｍの含有量（質量％）をＷＭと表記した場合において、主成分であるＳｉＯ２、ＣａＯ、アルカリ金属酸化物、Ｆの含有量が、以下の（１）〜（３）式を満足する。
（１）式：０．９０≦ｆ（１）＝（ＣａＯ）ｈ／（ＳｉＯ２）ｈ≦１．９０
（２）式：０．１０≦ｆ（２）＝（ＣａＦ２）ｈ／｛（ＣａＯ）ｈ＋（ＳｉＯ２）ｈ＋（ＣａＦ２）ｈ｝≦０．４０
（３）式：０．００≦ｆ（３）＝｛（アルカリ金属の弗化物）ｈ＋（Ａｌ２Ｏ３）ｈ｝／｛（ＣａＯ）ｈ＋（ＳｉＯ２）ｈ＋（アルカリ金属の弗化物）ｈ＋（Ａｌ２Ｏ３）ｈ｝≦０．４０
ここで、
（ＳｉＯ２）ｈ＝ＷＳｉＯ２
（Ａｌ２Ｏ３）ｈ＝ＷＡｌ２Ｏ３
（ＣａＦ２）ｈ＝（ＷＦ−ＷＬｉ２Ｏ×１．２７−ＷＮａ２Ｏ×０．６１３−ＷＫ２Ｏ×０．４０３）×２．０５
（ＣａＯ）ｈ＝（ＷＣａＯ−（ＣａＦ２）ｈ×０．７１８）
（アルカリ金属の弗化物）ｈ＝ＷＬｉ２Ｏ×１．７４＋ＷＮａ２Ｏ×１．３５＋ＷＫ２Ｏ×１．２３

0015

ここで、上述の（１）式は、連続鋳造用モールドフラックスの組成におけるＣａＯ／ＳｉＯ２の濃度比を、ｃｕｓｐｉｄｉｎｅ（Ｃａ４Ｓｉ２Ｏ７Ｆ２）における質量濃度比に近似するように規定したものである。すなわち、ｃｕｓｐｉｄｉｎｅ（Ｃａ４Ｓｉ２Ｏ７Ｆ２）の組成におけるＣａＯ／ＳｉＯ２の質量濃度比が（５６×３）／（６０×２）＝１．４であることから、モールドフラックスの組成におけるＣａＯ／ＳｉＯ２の濃度比を、１．４を中央値とした上記範囲内に規定しているのである。
（２）式及び（３）式についても、（１）式と同様に、連続鋳造用モールドフラックスの組成が、ｃｕｓｐｉｄｉｎｅ（Ｃａ４Ｓｉ２Ｏ７Ｆ２）の組成に近似するようにそれぞれ規定したものである。

0016

なお、上述の（１）〜（３）式で用いられる（ＣａＯ）ｈ，（アルカリ金属の弗化物）ｈ及び（ＣａＦ２）ｈについて、Ｌｉ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏの質量濃度を用いて規定している理由を以下に示す。
連続鋳造用モールドフラックスが溶融した状態の構造は、一般的にイオンの集合体であると考えられる。すなわち、ＣａＦ２やＣａＯ等の化合物原料を配合してモールドフラックスを製造しても、溶融状態では、Ｃａ２＋，Ｆ−，Ｏ２−の各イオンになっていると考えられる。

0017

イオン集合体の状態におけるイオン間の親和性を考慮すると、Ｆイオンは、Ｃａイオンよりも、Ｌｉイオン、Ｎａイオン及びＫイオンに対して、より強い親和性を有しているため、モールドフラックスが溶融した状態では、ＣａＦ２とＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏとが反応し、ＣａＯが生成することになる。
したがって、弗化物の状態を定量的に把握する場合には、以下の２点を考慮することで精度が向上することになる。
＜１＞モールドフラックス中のＦは、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋと優先的に化合する。
＜２＞ Ｌｉ，Ｎａ，Ｋと化合した後に残存したＦがＣａと化合する。
以上のことから、上述の（１）〜（３）式においては、Ｌｉ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏの質量濃度を用いて、それぞれの化合物の質量濃度を規定している。

0018

そして、本実施形態である連続鋳造用モールドフラックスにおいては、アルカリ金属酸化物であるＮａ２Ｏ及びＫ２Ｏの含有量がそれぞれ１．０％未満に制限されており、アルカリ金属酸化物として主にＬｉ２Ｏを含有している。
Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏは、Ｌｉ２Ｏに比べて、溶鋼中のＡｌと酸化還元反応しやすく、Ａｌ２Ｏ３の非金属介在物が生成しやすくなる。また、酸化還元反応によって界面の張力が低下し、溶融フラックスが巻き込まれやすくなる。
このため、本実施形態である連続鋳造用モールドフラックスにおいては、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの含有量を、質量比でそれぞれ１．０％未満に制限している。なお、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの含有量は、質量比でそれぞれ０．５％未満とすることが好ましい。

0019

そして、本実施形態である鋼の連続鋳造方法においては、上述した本実施形態である連続鋳造用モールドフラックスを用いる。なお、本実施形態で対象となる鋼は、亜包晶鋼である。
ここで、鋳型内の溶鋼の上に形成されるモールドフラックスの溶融層厚さが５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲内となるように、本実施形態である連続鋳造用モールドフラックスを添加する。

0020

以上のような構成とされた本実施形態である連続鋳造用モールドフラックス及び鋼の連続鋳造方法によれば、アルカリ金属酸化物であるＮａ２Ｏ及びＫ２Ｏの含有量が、それぞれ１．０％未満とされているので、溶鋼中のＡｌと酸化還元反応しやすいＮａ２Ｏ及びＫ２Ｏの含有量が少なく、溶鋼中のＡｌと酸化還元反応してＡｌ２Ｏ３の非金属介在物が生成することを抑制できる。また、酸化還元反応が抑制されることで、界面の張力低下による溶融フラックスの巻き込みも抑制することができる。よって、溶鋼の清浄度の低下を抑制でき、介在物に起因する圧延時のスリバー疵の発生を抑制することができる。

0021

また、実施形態である連続鋳造用モールドフラックスにおいては、ＳｉＯ２、ＣａＯ、アルカリ金属酸化物、Ｆの含有量が、以下の（１）〜（３）式を満足しているので、溶融したモールドフラックス中においてｃｕｓｐｉｄｉｎｅ（Ｃａ４Ｓｉ２Ｏ７Ｆ２）の結晶化を促進させることができ、鋳型内の溶鋼が緩冷却化されることになり、凝固により生成する凝固殻の厚みを均一に成長させることが可能となる。これにより、鋳片の表面割れを抑制することができる。

0022

なお、ＣａＯの含有量は４５％以上５５％以下の範囲内とすることが好ましく、ＳｉＯ２の含有量は２０％以上３５％以下の範囲内とすることが好ましく、アルカリ金属酸化物の一種以上の含有量を合計で０．１％以上１０％以下の範囲内とすることが好ましく、Ｆの含有量を５％以上１５％以下の範囲内とすることが好ましい。
また、モールドフラックスの組成をさらにｃｕｓｐｉｄｉｎｅの組成に近似させるためには、ｆ（１）が、１．１０≦ｆ（１）≦１．７０の範囲であることが好ましく、ｆ（２）が、０．１５≦ｆ（２）≦０．３０の範囲であることが好ましく、ｆ（３）が、０．０２≦ｆ（３）≦０．２０の範囲であることが好ましい。

0023

以上、本発明の実施形態である連続鋳造用モールドフラックス及び鋼の連続鋳造方法について具体的に説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

0024

以下に、本発明の効果を確認すべく実施した実験結果について説明する。
表１に示す組成の亜包晶鋼を、垂直曲げ型連続鋳造機（以下、連鋳機）により鋳造して、熱間圧延用素材のスラブを製造した。連鋳機は２つのストランドから構成され、各ストランドの鋳型は、厚みを２５０ｍｍ、幅を１４５０ｍｍ、長さ１１００ｍｍとした。
鋳型には、電磁ブレーキを適用した。電磁ブレーキのためのコイル鉄芯の中心を幅中央および、溶鋼表面の高さから下方６００ｍｍの高さに配置した。この電磁ブレーキの強度を４０００Ｇとした。

0025

溶鋼を鋳型内へ供給する浸漬ノズルには、円筒二孔型を用いて、その二孔の吐出角度を４５°とした。また、溶鋼表面から吐出孔上端までの距離を３１０ｍｍとした。
引き抜き時の潤滑性を得るために鋳型を振動させており、鋳型振動のストロークを６ｍｍとした。
鋳造中、溶鋼表面の高さを鋳型上端から８０ｍｍの位置に一定に制御しながら溶鋼を供給し、鋳造速度は設定値を１．３ｍ／ｍｉｎとした。
そして、連続鋳造用モールドフラックスとして、表２に示すものを用いた。

0026

１回の鋳造あたりに取鍋１杯３２０ｔｏｎの溶鋼を供して、長さ７０００ｍｍのスラブを各ストランドから８本、合計１６本鋳造した。そして、ストランドごとに、連続鋳造用モールドフラックスを使い分け、鋳造結果を比較した。

0027

スラブ品質は、スラブの表面割れの個数によって評価した。スラブの表面割れは、スラブの両短辺面および両長辺面に生じる個数を目視により計測した。１６本のスラブで割れ個数を計測し、スラブ１本当たりの割れ個数を算出した。

0028

また、鋳型の溶鋼表面から下方３００ｍｍの位置において、両短辺面の各１か所および、両長辺面の各３か所、全８個所において鋳型銅板中に埋設した熱電対により、鋳造中の鋳型温度を計測し、８個所全部の平均値を評価した。評価結果を表３に示す。

0029

スリバー疵は、スラブを熱間圧延して熱延コイルを得て、この熱延コイルの酸洗した表面を観察し、スリバー疵の長さの総和をコイル長さに対する比率（百分率）として評価した。評価結果を表３に示す。

0030

0031

0032

0033

本発明の実施例１〜６は、いずれも鋳片表面割れの発生はなかった。スリバー疵の発生率は０．３％以下であった。また、鋳型温度も比較的低く、鋳型内において緩冷却化されていることが確認された。

0034

これに対して、Ｎａ２Ｏの含有量が７．５％とされた比較例１、及び、Ｋ２Ｏの含有量が１２．５％とされた比較例２では、鋳片表面割れの発生はなかったが、スリバー疵の発生率が０．４％となった。Ｎａ２Ｏ及び、Ｋ２Ｏが溶鋼中のＡｌと酸化反応し、非金属介在物が生成するとともに溶融モールドフラックスの巻き込みが発生し、溶鋼の清浄度が低下したためと推測される。

0035

（１）〜（３）式を満足しない比較例３〜７では、鋳片表面割れが発生した。モールドフィルム中における結晶化が不十分だったためと推測される。
なお、比較例４においては、鋳型温度変動が大きく、ブレイクアウト予知システムが鋳造中に１回作動した。
また、比較例６，７においては、鋳造後の浸漬ノズルの外観を観察した結果、モールドフラックスの溶融層と接する部分の溶損が大きく、多連鋳が困難であると判断された。

0036

以上のことから、本発明によれば、結晶化を促進させることができるとともに、溶鋼の清浄度の低下を抑制することができ、鋳片表面割れおよび介在物に起因する圧延時のスリバー疵の発生を抑制することが可能な連続鋳造用モールドフラックス、及び、鋼の連続鋳造方法を提供可能であることが確認された。