JP4486526B2

JP4486526B2 - 溶鋼表面保温材とそれを用いた鋼の連続鋳造方法

Info

Publication number: JP4486526B2
Application number: JP2005060578A
Authority: JP
Inventors: 勝浩笹井; 玲洋松澤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2005-03-04
Filing date: 2005-03-04
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2025-03-04
Also published as: JP2006239755A

Description

本発明は、連続鋳造用タンディッシュや取鍋などにより溶鋼を移送、又は精錬処理を行う際に、溶鋼の断熱・保温あるいは空気酸化防止を目的として溶鋼表面を被覆する溶鋼表面保温材およびそれを用いた連続鋳造方法に関するものである。

連続鋳造用タンディッシュや取鍋などにより溶鋼を移送、又は精錬処理を行う際、保温材を用いて溶鋼表面を被覆し溶鋼からの熱放散と外気の溶鋼への侵入を防止している。従来から保温材として、籾殻を蒸し焼きにした焼籾が主に用いられ、その主成分はＳｉＯ_２とＣである。ＳｉＯ_２は熱伝導率が低く保温効果に、Ｃは酸素をＣＯガスに変えるため酸素の遮断効果に優れている。このため、焼籾は保温効果及び空気遮断効果を有し、しかも安価であることを特徴とする保温材である。しかしながら、加工性向上の目的から鋼板中のＣ濃度を極力低下させた、例えばＣ濃度が５０ｐｐｍ以下の極低炭素鋼において焼籾を保温材として用いると、保温材中のＣ成分が溶鋼中にピックアップされ、鋼材の特性を低下させる欠点が知られている。また、保温材中のＳｉＯ_２成分は溶鋼中のＡｌと反応してＡｌ_２Ｏ_３系の介在物を生成するため、表面欠陥を増大させるおそれがある。従来、焼籾のこれらの欠点を解決するため、Ｃ及びＳｉＯ_２成分の少ない保温材として、例えば特許文献１に記載されているように、ＭｇＯ系の保温材が使用されている。また、ＭｇＯ自体は熱伝導率が高いため、これに断熱性を付与した発泡ＭｇＯの製造方法についても種々検討されており、特許文献２等に記載されている。
特公平３−４８１５２号公報特公昭４８−７４８５号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２のようなＭｇＯを主成分とする保温材は融点が高く、鋼の連続鋳造の使用温度では主に粉末或いは焼結状の固相として存在しているため、溶鋼表面の均一な被覆状態が得られず、外気と溶鋼との反応によりＡｌ_２Ｏ_３系介在物を生成する。これに対し、ＭｇＯの一部をＳｉＯ_２、Ｎａ_２Ｏ、或いはＣａＦ_２等の低融点化材に置き換えて保温材を溶融させ、溶鋼表面を均一に被覆する方法が考えられるが、この場合ＳｉＯ_２やＮａ_２Ｏは溶鋼中のＡｌと反応してＡｌ_２Ｏ_３系介在物を生成し、ＣａＦ_２はタンディッシュ耐火物を溶損させることにより耐火物起因の介在物を増大させる。

これらの問題を鑑み、本発明は空気酸化と保温材の反応に起因する溶鋼汚染を防止できる保温材と、清浄性の優れた鋳片を得るための連続鋳造方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を要旨とする。即ち、
（１）溶鋼表面保温材において、ＳｉＯ_２含有率が１０質量％以下であり、ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３質量比が０．５〜２．０であり、且つＴｉＯ_２を５〜３０質量％含有していることを特徴とする溶鋼表面保温材である。

（２）鋼の連続鋳造方法において（１）記載の溶鋼表面保温材をタンディッシュ内の溶鋼表面上に添加することを特徴とする鋼の連続鋳造方法である。

本発明の溶鋼表面保温材を用いた連続鋳造方法によれば溶鋼の汚染は軽減され、鋳造品質は極めて向上する。また、耐火物の溶損もなく、保温材の排滓性も向上するため、操業面でも有効な連続鋳造方法を提供できる。

溶鋼表面を被覆する保温材として満足すべき条件は、溶鋼の保温性を確保した上で、空気酸化と保温材の反応に起因する溶鋼の汚染を確実に防止することである。本発明者らはこれら基本条件を満足すべく保温材の検討を進めた結果、保温材と溶鋼との反応を防止するためには低ＳｉＯ_２化が有効であり、空気酸化を抑制するためにはＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３の質量比を適正化した上でＴｉＯ_２を少量含有させることが有効であることを見いだした。

保温材中のＳｉＯ_２は下記式１と式２とに示すように溶鋼中のＡｌやＴｉと反応するため、保温材の低ＳｉＯ_２化はＡｌ_２Ｏ_３系介在物やチタニア系介在物の生成防止の効果を有する。

保温材中のＳｉＯ_２含有率が１０質量％以下になると、上記式１および式２の反応速度は急速に低下し、実質的に生成するＡｌ_２Ｏ_３系介在物やチタニア系介在物が減少するため、ＳｉＯ_２含有率を１０質量％以下にする必要がある。ＳｉＯ_２を全く含まなければ、式１および式２の反応は起こらないので、ＳｉＯ_２の下限値は０質量％を含む。

また、タンディッシュ内溶鋼の空気酸化を防止するためには、保温材を低融点化すると共に、粘性も低下させ、溶鋼表面を保温材で均一に被覆し、溶鋼中への空気の侵入を遮断することが重要である。保温材を低融点化するためには、ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３質量比を０．５〜２．０の範囲にする必要があり、ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３質量比が０．５未満または２．０超では保温材の溶融温度が鋼の融点１５３６℃以上となり溶融しないためである。なお、保温材の溶融温度は、直径１０ｍｍ×高さ１０ｍｍの保温材タブレットを加熱炉中で昇温し、保温材タブレットの高さが１／２になった際の温度とする。さらに、ＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３とを主成分とする保温材中にＴｉＯ_２を添加すると保温材の粘性が低下し、より溶鋼表面に広がり易く、均一な保温材被覆による確実な空気遮断が可能となる。尚、本発明では「主成分」とは５０質量％以上含まれていることをいう。

ＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３とを主成分とする保温材へのＴｉＯ_２の好ましい添加範囲は２．０〜３０質量％である。ＴｉＯ_２の含有率が２質量％未満ではＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系保温材の粘性が低下し難く、反対に３０質量％超では溶鋼中のＡｌとＴｉＯ_２が反応してＡｌ_２Ｏ_３系介在物を少量ではあるが生成するおそれがある。しかし、本発明の保温材をＴｉ脱酸溶鋼で使用する場合には、保温材中ＴｉＯ_２と溶鋼中Ｔｉとの反応は起こらないため、ＴｉＯ_２含有率の上限は考慮しなくて良い。

保温材の基本組成は以上に述べた通りであるが、本発明品の機能を低下させない範囲であれば、ＭｇＯ、ＺｒＯ_２等の他の酸化物やＣａＣｌ_２等の非酸化物を添加することも可能である。

本発明の保温材をタンディッシュ内の溶鋼表面上に添加して鋼の連続鋳造を行うと、空気酸化と、保温材と溶鋼との反応に起因する溶鋼汚染を防止でき、その上で耐火物の溶損も生じにくい。また、従来のようにＣａＦ_２を添加して低融点化する必要もなく、ＣａＦ_２によるタンディッシュ耐火物の急激な溶損も防止できる。さらに、本発明の保温材は液相で低粘性であるため、熱間でタンディッシュを繰り返し使用する場合にも、保温材の排滓性が非常に向上するといった利点もある。

以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明について説明するが本発明はこれに限定されない。

（実施例１）
３質量％ＳｉＯ_２、３２質量％ＣａＯ、６０質量％Ａｌ_２Ｏ_３、５質量％ＴｉＯ_２の保温材４００ｋｇを容量６０ｔのタンディッシュに添加し、炭素濃度０．０４質量％の低炭素アルミキルド鋼を４００分間鋳造した。なお、タンディッシュ内の溶鋼温度は１５５８℃であった。鋳造寸法は、厚み２４５ｍｍ×幅１５００ｍｍで、８５００ｍｍの長さに切断して１コイル単位とした。このスラブを常法により熱間圧延、冷間圧延し、最終的に厚み０．７ｍｍ×幅１５００ｍｍコイルの冷延鋼板とした。保温材の空気酸化防止効果及び汚染防止効果はタンディッシュ入側と出側の溶鋼中の全酸素濃度の上昇量及び冷延鋼板に発生した表面欠陥の発生個数により評価した。本発明の保温材により空気酸化と保温材による溶鋼汚染が防止され、且つ耐火物の溶損も抑制された結果、タンディッシュ入側と出側の全酸素濃度は０．００３４質量％と０．００３２質量％で全酸素濃度の上昇及び表面欠陥の発生はなかった。

（実施例２）
２質量％ＳｉＯ_２、４８質量％ＣａＯ、２５質量％Ａｌ_２Ｏ_３、２５質量％ＴｉＯ_２の保温材４００ｋｇを容量６０ｔのタンディッシュに添加し、炭素濃度０．００３質量％の極低炭素チタンキルド鋼を４００分間鋳造した。なお、タンディッシュ内の溶鋼温度は１５６０℃である。鋳造寸法は、厚み２４５ｍｍ×幅１５００ｍｍで、８５００ｍｍの長さに切断して１コイル単位とした。このスラブを常法により熱間圧延、冷間圧延し、最終的に厚み０．７ｍｍ×幅１５００ｍｍコイルの冷延鋼板とした。本発明の保温材により空気酸化と保温材による溶鋼汚染が防止され、且つ耐火物の溶損も抑制された結果、タンディッシュ入側と出側の溶鋼中の全酸素濃度は０．００３４質量％と０．００３３質量％で全酸素濃度の上昇及び表面欠陥の発生はなかった。

（比較例１）
１００質量％ＭｇＯの保温材４００ｋｇを容量６０ｔのタンディッシュに添加し、炭素濃度０．０４質量％の低炭素アルミキルド鋼を４００分間鋳造した。鋳造寸法は、厚み２４５ｍｍ×幅１５００ｍｍで、８５００ｍｍの長さに切断して１コイル単位とした。このスラブを常法により熱間圧延、冷間圧延し、最終的に厚み０．７ｍｍ×幅１５００ｍｍコイルの冷延鋼板とした。ＭｇＯ系の従来保温材を使用したため、保温材層を通して酸素が侵入し、溶鋼の再酸化が生じた結果、タンディッシュ入側から出側にかけて溶鋼中の全酸素濃度が０．００３６質量％から０．００６１質量％まで上昇し、表面欠陥が平均で６個／コイル発生した。

（比較例２）
２０質量％ＳｉＯ_２、８０質量％ＭｇＯの保温材４００ｋｇを容量６０ｔのタンディッシュに添加し、炭素濃度０．００２８質量％の極低炭素アルミキルド鋼を４００分間鋳造した。鋳造寸法は、厚み２４５ｍｍ×幅１５００ｍｍで、８５００ｍｍの長さに切断して１コイル単位とした。このスラブを常法により熱間圧延、冷間圧延し、最終的に厚み０．７ｍｍ×幅１５００ｍｍコイルの冷延鋼板とした。ＳｉＯ_２を含有するＭｇＯ系の従来保温材を使用したため、空気による溶鋼の再酸化と保温材中ＳｉＯ_２と溶鋼との反応により溶鋼汚染が生じた結果、タンディッシュ入側から出側にかけて溶鋼中の全酸素濃度が０．００３質量％から０．００６質量％まで上昇し、表面欠陥が平均で８個／コイル発生した。

（比較例３）
１６質量％ＳｉＯ_２、５８質量％ＣａＯ、２６質量Ａｌ_２Ｏ_３の保温材４００ｋｇを容量６０ｔのタンディッシュに添加し、炭素濃度０．００２８質量％の極低炭素アルミキルド鋼を４００分間鋳造した。鋳造寸法は、厚み２４５ｍｍ×幅１５００ｍｍで、８５００ｍｍの長さに切断して１コイル単位とした。このスラブを常法により熱間圧延、冷間圧延し、最終的に厚み０．７ｍｍ×幅１５００ｍｍコイルの冷延鋼板とした。ＳｉＯ_２を多く含有する高ＣａＯ−低Ａｌ_２Ｏ_３系の保温材を使用したため、空気による溶鋼の再酸化と保温材中ＳｉＯ_２と溶鋼との反応により溶鋼汚染が生じた結果、タンディッシュ入側から出側にかけて溶鋼中の全酸素濃度が０．００３２質量％から０．００６３質量％まで上昇し、表面欠陥が平均で８．３個／コイル発生した。

Claims

溶鋼表面保温材において、ＳｉＯ_２含有率が１０質量％以下であり、ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３質量比が０．５〜２．０であり、且つＴｉＯ_２を５〜３０質量％含有していることを特徴とする溶鋼表面保温材。
鋼の連続鋳造方法において請求項１記載の溶鋼表面保温材をタンディッシュ内の溶鋼表面上に添加することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。