JP3256146B2 - モールドフラックスの溶融試験方法および観察試料採取用鋳型 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼の連続鋳造時に
鋳型内に添加するモールドフラックスを評価するため
の、モールドフラックスの溶融試験方法およびその試験
に用いられる観察試料採取用鋳型に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、鋼の連続鋳造時に鋳型内に添加
するモールドフラックスは種々の役割を担っている。す
なわち、鋳造される溶鋼表面を保温すること、鋳型
内溶鋼表面の酸化防止および浮上する介在物を迅速溶解
すること、鋳型と鋳片間の潤滑をつかさどること、
鋳片より最適な抜熱量をコントロールすることなどの働
きを課せられている。

【０００３】モールドフラックスのこれらの作用によっ
て鋳片の表面欠陥をなくし、美麗な鋳肌を形成できる効
果を有し、特に連続鋳造操業の鋳込作業の安定性の確保
と鋳片鋳造歩留り向上を図るためには必要不可欠なもの
である。

【０００４】モールドフラックスは、通常粉体あるいは
顆粒状であり、その成分は一般にＣａＯ，ＳｉＯ₂ を主
成分とし、他にＡｌ₂ Ｏ₃ 、アルカリ土類金属およびア
ルカリ金属の化合物（酸化物、炭酸塩、弗化物等）を加
えてなるものであり、溶融温度、粘度等を調整し、さら
に、溶融速度を調整するためにカーボンを添加してフラ
ックス組成が構成されており、顆粒状の場合は、有機、
無機質のバインダー等が用いられ一定の形状を保持して
いる。

【０００５】ここにおいて、モールドフラックスの粒度
分布、嵩比重等の粉末または顆粒状態における特性や、
粘度、溶融状態、特に鋳造時に鋳片とモールドと間のフ
ィルム状モールドフラックスの凝固特性の如何、すなわ
ち、モールドフラックスが凝固状態において結晶質か非
晶質か、また、結晶が柱状晶か等軸晶か、さらには粗大
か微細かなどで、鋳片の表面性状の良否に大きく影響を
及ぼすものである。従って、実際の使用に当っては、前
記各特性を測定してその正確な把握を行なっておく必要
がある。

【０００６】前記各特性のうち、粉末または顆粒状態に
おける粒度分布や嵩比重は容易に測定でき、また溶融状
態における重要な物性である粘度の測定も比較的容易に
行なえる。一方、溶融過程における挙動を確実に把握す
る方法としては未だ適確な方法が確立されておらず、従
来においてはモールドフラックスの粉末を三角錐形状ま
たは円柱状に成型し、これを加熱炉内で加熱して溶融状
況を観察するという方法が採られていた。

【０００７】しかしながら、かかる方法では溶融速度や
溶融量を測定し得ても、モールドフラックスの溶融状態
の正確な把握は困難であった。それは、実際の操業時に
鋳型内に添加される場合とでその状況にかなりの相違が
生じ、そのためモールドフラックスの微妙な溶融状態で
の違いを見い出すことが困難視されていた。また、試料
が三角錐形状または円柱状という立体的形態となってい
るため平面的に広い視野での観察が不可能であった。

【０００８】また、特開昭５３−７００４０号によって
モールドフラックスをルツボ内に入れて一方向より所定
時間加熱して冷却した後、ルツボを縦に切断して添加剤
の溶融状態を観察する方法も知られている。

【０００９】しかしながら、この方法ではモールドフラ
ックスの表面層が完全に溶融した後に、表面層よりも内
層に位置し、表面層よりも熱エネルギーの供給量の少な
い（同一時間において）内層に位置するモールドフラッ
クスに表面層から熱エネルギーが伝達されて、層に位置
するモールドフラックスが順次均一に溶融するか否かを
測定することはできても、同一の熱エネルギーが均一に
供給される表面層において、該表面層の溶融初期の段階
で表面層に溶融部分と未溶融部分とがどのような割合、
分布パターンをもって存在するか、またこれらが結晶質
であるか非晶質であるかを測定し、表面層がどのような
過程で溶融して行くかという溶融過程における挙動に対
する知見を得ることはできなかった。

【００１０】さらに、特開平７−２０４８１０号の一部
に溶融モールドフラックスにおける結晶化率の測定方法
が開示されているが、これは特定条件下で結晶化される
モールドフラックスについての簡便な測定式による結晶
化率の測定で全てのモールドフラックスを適正に評価す
るものとは言い難いものである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように従来法では
モールドフラックスの溶融状態の正確な観察ができない
ことから、溶融状態の観察結果と、鋳片の表面性状の良
否との間で相互の関係を見い出すことはできなかった。

【００１２】一般にモールドフラックスの特性の違いに
より鋳片の表面性状の良否に及ぼす影響は異なる。これ
はモールドフラックスの溶融状態に起因しているものと
考えられ、従って具体的にどのような挙動が最適である
かについて適正な知見を得るためには、前記モールドフ
ラックスの溶融状態をいかにして把握すればよいか、そ
のための溶融試験方法はどうあるべきかとの観点から適
切な溶融試験方法の確立が強く要望されていた。

【００１３】これはモールドフラックスの溶融試験方法
が確立され、実際の鋳型と鋳片間での溶融状態と近似し
た様子が確認できれば、鋳造すべき種々の鋼種に最適な
モールドフラックスを選択使用することができるためで
ある。上記理由により本発明は簡便にして、しかもモー
ルドフラックスの溶融状態を正確に観察することができ
るモールドフラックスの溶融試験方法およびその溶融試
験に用いられ鋳型を提供することを目的とするものであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたもので、下記手段を要旨とするもの
である。 （１） モールドフラックスを黒鉛ルツボへ装入し、該
黒鉛ルツボを所定時間加熱して、モールドフラックスを
均一に溶解せしめ、その後溶融したモールドフラックス
を黒鉛ルツボより抽出し、予め用意した内部形状が逆円
錐形または逆角錐形を有する傾斜冷却鋳型に注入して、
モールドフラックスの冷却試料を作り、該試料を縦断し
てその断面を観察し、モールドフラックスの評価を行う
ことを特徴とするモールドフラックスの溶融試験方法。

【００１５】（２） モールドフラックスを黒鉛ルツボ
へ装入し、該黒鉛ルツボを所定時間加熱して、モールド
フラックスを均一に溶解せしめ、その後溶融したモール
ドフラックスを黒鉛ルツボより抽出し、予め用意した内
部形状が円柱形または角柱形を有する傾斜冷却鋳型に注
入して、モールドフラックスの冷却試料を作り、該試料
を縦断してその断面を観察し、モールドフラックスの評
価を行うことを特徴とするモールドフラックスの溶融試
験方法。

【００１６】（３） （１）または（２）のモールドフラックスの溶
融試験方法に用いる鋳型において、鋳型の熱容量が縦方
向において異なることにより傾斜冷却作用を有するもの
であることを特徴とする鋳型。 （４） （１）または（２）のモールドフラックスの溶
融試験方法に用いる鋳型において、 鋳型に冷却設備を配
設したことを特徴とする鋳型。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明者らはモールドフラックス
の溶融試験において、モールドフラックスの特性値の一
つである溶融したモールドフラックスが凝固する時の結
晶析出温度と、結晶の発生数および粒度がモールドフラ
ックスの良否を決める大きな要因であることの知見を得
た。そこで、上記結晶析出温度と結晶数および粒度を実
際の鋳型内に添加されたモールドフラックスが鋳型と鋳
片間でフィルム状に存在したときに、その状態を再現性
よく実現できる試験装置として図１に示すようなモール
ドフラックス溶融試験装置を採用し、その操作を図２
（ａ）と（ｂ）に示した。

【００１８】モールドフラックスを溶解するための炉と
しては、マッフル炉が一般的で、定量のモールドフラッ
クス１（Ｉｇ．ｌｏｓｓを除いたフラックス成分）を上
部黒鉛ルツボ２の上方から装入する。この時上部黒鉛ル
ツボ２は下降した状態にあり、下部黒鉛ルツボ３の中心
部に位置するストッパー５は閉じており、装入されたフ
ラックス１は上部黒鉛ルツボ２が加熱状態にあるため、
その一部は溶解されながら下部ルツボ３に流下し（図２
−ａ）、ルツボ３内のフラックスを均等に溶融する。な
お、下部黒鉛ルツボ３にはその外周に該ルツボを加熱す
るための発熱体９が設置されている。

【００１９】モールドフラックス１は一定の均一溶融保
持時間を経た後、上部ルツボ２を上昇することによりス
トッパー５も同時に上昇し、瞬時に下部黒鉛ルツボ３の
抽出口４より流出させ（図２−ｂ）、中間ノズル６を介
して下方に位置する鋳型７に一定条件下で正確に注入さ
れるようになっており、鋳型に注入された溶融フラック
スは冷却され、モールドフラックスの凝固試料となる。

【００２０】冷却凝固したモールドフラックスは鋳型７
より取り出され、該試料を縦方向に切断し、その切断面
を肉眼によりその組織を観察し、結晶粒の発生状態をみ
て、モールドフラックスがどのような状態にあるかを把
握し、評価を行い、鋳造鋼種への適正の有無を判断す
る。

【００２１】ここで、鋳型７への注入に当っては溶融モ
ールドフラックスの冷却を考慮し、できるだけ迅速に処
理しなければならない。モールドフラックスの各試料毎
にこの時間が異なると凝固後の結晶粒の発生状況に影響
を及ぼし、試料同士の比較に大きな誤差が生じ、比較の
意味が薄くなり、評価のばらつき、強いては無意味な評
価となる恐れがある。

【００２２】また、本発明に使用される鋳型は非常に重
要な意味を持ち、モールドフラックスの適正な評価を左
右するので、鋳型に添加したモールドフラックスが鋳型
と鋼片間でフィルム状となり、潤滑剤としての効用を発
揮する状態を適確に把握できるのに適した試料採取用鋳
型でなければならない。

【００２３】前述のように、本発明においては溶融した
モールドフラックスを冷却し、その冷却過程において生
成する結晶の状態如何が鋳片の表面性状を左右するとの
知見が得られているので、溶融モールドフラックスの結
晶化率を測定するのに適した鋳型としては、傾斜冷却が
行なわれるような形状を有する必要がある。そこで、本
発明者らは傾斜冷却に適した鋳型について種々の検討を
重ねた結果、本発明鋳型を開発するに至ったものであ
る。

【００２４】本発明鋳型を形状の点からみると、急冷を
受ける部分と徐冷を受ける部分が連続して一体的な鋳型
壁によって構成され、鋳型壁の温度差（熱容量差）が連
続的に変化する構造でなければならない。このような構
造をとるものとしては種々の構造が考えられるが、本発
明者らは冷却後の試料が目的とする結晶化率を適確に表
わし、且つ試料のハンドリングが容易であるとの観点か
ら追求したもので、その鋳型の形状の１例を図３に示
す。

【００２５】図３−ａは円柱形の鋳型の中央部に逆円錐
形の孔を穿った形状を有するもので、鋳型に溶融モール
ドフラックスを注入することによって下部は急冷され、
上部に行くに従って徐冷される。このような形状の鋳型
から得られる試料では縦断面の結晶状態を観察する試料
切断時に、円錐底面部の中心を通るどこの位置からでも
切断することができるので好都合である。

【００２６】図３−ｂは逆角錐形の孔を穿った鋳型形状
を示したもので、図３−ａと同様に上部に行くに従い徐
冷される。縦断面試料の採取に当っては円錐底面の対角
線上の中心を通る線で切断すればよい。前記の図３−
ａ、図３−ｂの鋳型においては、試料の採取に当たって
鋳型の上、下を逆回転させることによって、簡単に鋳型
より試料を取り出すことができる。

【００２７】変形例としては図４に示すように試料を円
柱形、角柱形とするために截頭逆円（角）錐形の鋳型中
央部に円（角）形の孔を穿ち、鋳型の縦方向での熱容量
の違いで傾斜冷却を行うことも考えられる。この場合は
鋳型を有底鋳型とすることも可能であるが、取扱の点か
らは鋳型を無底とし定盤１１の上に載置し、溶融モール
ドフラックスを注入して試料を作れば、試料を取り出す
場合に定盤１１を取り外した後、鋳型の上部から試料を
押し下げることにより容易に取出し得る利点がある。試
料の切断は上記したものと同様、底面または上面の中央
部を通る線で切り出せばよい。

【００２８】前記図３，４において試料の形状を角錐ま
たは角柱と表現したが、これは三角を除いた多角を意味
し、鋳型作成上からは四角が最も好ましい形状である。
また、図５に示したように鋳型が外気からの温度影響を
避けるために、鋳型自体を冷却する水冷装置１０を鋳型
に配設することも考えられ、再現性の点からは有効であ
る。

【００２９】鋳型の材質については特に限定されず、
鉄、銅等の金属製でも或いは陶器、磁器製でもよいが通
常の連続鋳造鋳片との類似性から鉄鋼製が製作面からみ
て容易である。

【００３０】

【表１】

【００３１】本発明の効果を確認するために表１に示す
組成および物性を有するモールドフラックスについて、
図１、２に示す溶解方法で溶融モールドフラックスを溶
解し、図３（ｂ）に示す鋳型に注入し、冷却後試料を取
り出してその試料を縦に切断し、その断面の観察を行っ
た。該試料の凝固組織をスケッチした概要を図６に示
す。勿論溶融試験条件は全て同一条件である。

【００３２】図６に示される（ａ）〜（ｆ）は表１のモ
ールドフラックスＡ〜Ｆと対応している。図６に示した
ように、（ａ）（ｂ）のものは、ガラス化度が高く、高
潤滑性を持つモールドフラックスであり、凝固温度が高
くても低くてもガラス化し易い。

【００３３】また、（ｃ）（ｄ）は結晶性が高く、緩冷
却となるもので品質は優れているが、その結晶性（柱状
晶）が高いが由に、潤滑不良となって拘束性のブレーク
アウト警報を発生する場合が多く、かつその結晶性が大
きく、スラグベアの発生も大きくなり、操業性不良によ
るトラブルの発生する場合が多い。

【００３４】さらに（ｅ）（ｆ）は、前記（ａ）〜
（ｄ）のもつ欠点を改善したもので、その作用は（ｃ）
（ｄ）に見られる柱状晶結晶、または、粒状晶の肥大を
防止し、溶融したモールドフラックスが凝固する時に結
晶を大きく成長させず、微細化させることにより、結晶
化による抜熱低下および高潤滑性を得ることができるも
のである。

【００３５】図６から明らかなように、モールドフラッ
クスの特性によって溶融試験で得られる凝固組織の結晶
粒の発生に大きな差がみられ、この差によってモールド
フラックスの評価を行うことができる。さらに、この評
価に基づいて各種のモールドフラックスをこれに適した
鋼種に使用すればよく、また逆に鋼種に適したモールド
フラックスを選定または成分組成の配合等により作り出
すことも可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、モ
ールドフラックスの溶融試験を簡便な方法で行うことが
でき、さらにそれに適した鋳型を用いることにより、モ
ールドフラックスの溶融状態の正確な観察を行なうこと
ができる効果を有し、かかる溶融状態の正確な観察が可
能となることによって、溶融状態の観察結果と鋳片の表
面性状の良否との相関関係を見い出すことができるもの
であり、平滑美麗な鋳肌を有する品質良好な鋳片を製造
するのに貢献するところ大なるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のモールドフラックスの溶融試験法の概
要を示した図

【図２】溶融試験炉の操作状況を示した図

【図３】本発明に用いる鋳型の例を示す斜視図

【図４】本発明に用いる鋳型の他の例を示す斜視図

【図５】本発明に用いる冷却鋳型の一例を示す斜視図

【図６】本発明によって得られた試料の凝固組織の概要
図

【符号の説明】

１ モールドフラックス ２ 上部黒鉛ルツボ ３ 下部黒鉛ルツボ ４ 抽出口 ５ ストッパー ６ 中間ノズル ７ 鋳型 ９ 発熱体 １０ 水冷装置 １１ 定盤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷口 秀久 福岡県豊前市大字八屋2544−６ 日鐵建 材工業株式会社 豊前製造所内 (56)参考文献 特開 平７−204810（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−164120（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−58104（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/108 B22D 11/07 G01N 33/20 C21C 7/076

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モールドフラックスを黒鉛ルツボへ装入
   し、該黒鉛ルツボを所定時間加熱して、モールドフラッ
   クスを均一に溶解せしめ、その後溶融したモールドフラ
   ックスを黒鉛ルツボより抽出し、予め用意した内部形状
   が逆円錐形または逆角錐形を有する傾斜冷却鋳型に注入
   して、モールドフラックスの冷却試料を作り、該試料を
   縦断してその断面を観察し、モールドフラックスの評価
   を行うことを特徴とするモールドフラックスの溶融試験
   方法。
2. 【請求項２】 モールドフラックスを黒鉛ルツボへ装入
   し、該黒鉛ルツボを所定時間加熱して、モールドフラッ
   クスを均一に溶解せしめ、その後溶融したモールドフラ
   ックスを黒鉛ルツボより抽出し、予め用意した内部形状
   が円柱形または角柱形を有する傾斜冷却鋳型に注入し
   て、モールドフラックスの冷却試料を作り、該試料を縦
   断してその断面を観察し、モールドフラックスの評価を
   行うことを特徴とするモールドフラックスの溶融試験方
   法。
3. 【請求項３】 請求項１または２のモールドフラックス
   の溶融試験方法に用いる鋳型において、鋳型の熱容量が
   縦方向において異なることにより傾斜冷却作用を有する
   ものであることを特徴とする鋳型。
4. 【請求項４】 請求項１または２のモールドフラックス
   の溶融試験方法に用いる鋳型において、鋳型に冷却設備
   を配設したことを特徴とする鋳型。