專利名稱：鋼連鑄結(jié)晶器助熔劑、評價方法及試驗用鑄模、連鑄方法
技術領域：
本發(fā)明涉及結(jié)晶器助熔劑及連續(xù)鑄造方法，用本發(fā)明，在連續(xù)鑄造時的鑄片凝固過程中收縮量大的〔C〕:0.06～0.20重量％的中碳鋼、SUS420(即馬氏體系不銹鋼、例如13％Cr不銹鋼)和SUS304(即奧氏體系不銹鋼、例如13％Cr8％Ni不銹鋼)的連續(xù)鑄造中，能得到表面無裂紋(橫裂紋、縱裂紋)的表面性狀好、無缺陷的鑄片。
本發(fā)明還涉及對在上述鋼的連續(xù)鑄造時添加到鑄模內(nèi)的結(jié)晶器助熔劑預先進行評價的方法及用于該評價的觀察試驗用鑄模。
現(xiàn)有技術中，在鋼的連續(xù)鑄造時，添加到鑄模內(nèi)的結(jié)晶器助熔劑具有各種作用。即，①對被鑄造的鋼水表面保溫。②防止鑄模內(nèi)鋼水表面氧化及迅速溶解浮起的雜物。③有助于鑄模與鑄片間的潤滑。④控制鑄片最適當?shù)纳崃康取?br> 由于助熔劑的這些作用，可以使鑄片的表面無缺陷，形成美麗的鑄件表面，尤其是為了確保連續(xù)鑄造操作中澆鑄作業(yè)的穩(wěn)定性和提高鑄片的成品率，結(jié)晶器助熔劑是不可缺少的。
結(jié)晶器助熔劑通常是粉狀或顆粒狀，其成分一般以CaO、SiO2為主，其它還包括Al2O3、堿土類金屬和堿金屬的化合物(氧化物、碳酸鹽、氟化物等)。為了調(diào)節(jié)熔融溫度、粘度等，還添加用于調(diào)節(jié)熔融速度的碳。顆粒狀的助熔劑，用有機、無機質(zhì)的粘接劑等保持一定的形狀。
最近，在上述④的作用中，在鋼的碳含量約為0.1重量％(一般是0.06～0.20％)的中碳鋼的連續(xù)鑄造時，在凝固過程中，隨著包含包晶反應的δ→γ變態(tài)而產(chǎn)生急劇的凝固收縮，鑄片離開鑄模而產(chǎn)生局部凝固，這是表面出現(xiàn)裂紋的原因。為了防止這一現(xiàn)象，應控制鑄模的散熱量，降低熱流束，使其緩冷卻。
作為緩冷卻的方法，在日本專利公報特開平7-214263號中，是添加ZrO、TiO2、CeO2，將CaO/SiO2設定得低，控制結(jié)晶化度不要過高。在特開平7-164120號中，是添加Cr金屬或其化合物粉末，這樣，可提高結(jié)晶器助熔劑的凝固時的結(jié)晶析出開始溫度，并且可以使結(jié)晶析出開始溫度不拘于冷卻速度地保持一定(如果固體助熔劑的厚度一定，則具有一定的散熱)，使其緩冷卻并能均勻冷卻，可防止表面裂紋。
但是，在中碳鋼(C:0.06～0.20重量％)中，即使采用上述公知的方法，在特開平7-214263號中，由于冷卻速度不一定，所以要得到一定的結(jié)晶化率是很困難的。例如，由于鑄模內(nèi)的鋼水面高度、鑄造速度等的變動而不能完全防止表面裂紋。
另外，在特開平7-164120號中，雖然具有結(jié)晶程度高且均勻冷卻速度的功能，但是由于結(jié)晶開始溫度變高，整個鑄模內(nèi)面的潤滑性減低，完整殼體的形成延遲，產(chǎn)生約束，有斷裂的危險，所以上述現(xiàn)有技術不能完全解決問題。
另外，由于不能固定結(jié)晶器助熔劑中的S，所以，需要象特開昭63-61108號中那樣對S的限制，由此提高成本。
下面說明現(xiàn)有的結(jié)晶器助熔劑的熔融試驗方法。
結(jié)晶器助熔劑的粒度分布、松裝比重等的粉末或顆粒狀態(tài)的特性、粘度、熔融狀態(tài)、尤其是鑄造時鑄片與鑄模之間的膜狀結(jié)晶器助熔劑的凝固特性的如何，即，結(jié)晶器助熔劑在凝固狀態(tài)是結(jié)晶質(zhì)還是非結(jié)晶質(zhì)、以及結(jié)晶是柱狀晶體還是等軸晶體、是粗大還是微小等，對鑄片表面性狀的好壞有很大影響。
因此，在實際使用時，必須測定上述各特性、正確掌握它們。
上述各特性中，粉末或顆粒狀態(tài)時的粒度分布、松裝比重等可以容易地測定，熔融狀態(tài)時的重要物性即粘度的測定也比較容易進行。
如何準確掌握熔融過程中的狀況，至今還沒有很好的方法?，F(xiàn)有技術中采用的方法是，把結(jié)晶器助熔劑的粉末成型為三角錐形或圓柱形，在加熱爐內(nèi)將其加熱并觀察其熔融狀況。
但是，該方法即使能測定熔融速度及熔融量等，也很難掌握結(jié)晶器助熔劑的熔融狀態(tài)。在實際操作時向鑄模內(nèi)添加后的狀況與該方法中的狀況大不相同，因此，不能觀察到結(jié)晶器助熔劑的微妙的熔融狀態(tài)。另外，由于試料是三角錐形或圓柱形的立體形狀，不能進行平面的廣泛視野的觀察。
特開昭53-70040號揭示的方法，是把結(jié)晶器助熔劑放入坩堝內(nèi)，從一個方向加熱預定時間后使其冷卻，將坩堝縱向切斷，觀察添加劑的熔融狀態(tài)。
但是，這種方法，在結(jié)晶器助熔劑的表面層完全熔融后，熱能從表面層傳遞到位于表面層內(nèi)層的、熱能的供給量少于表面層(在同一時間內(nèi))的內(nèi)層的結(jié)晶器助熔劑上，即使能測定該層結(jié)晶器助熔劑是否依次熔融，但是，在同一熱能均勻供給的表面層中，在該表面層的熔融初期階段，在表面層上的熔融部分與未熔融部分以怎樣的比例和分布模式存在、這些是結(jié)晶質(zhì)還是非結(jié)晶質(zhì)、表面層以怎樣的過程進行熔融等熔融過程中的狀況不能得知。
另外，在特開平7-204810號中，揭示了熔融結(jié)晶器助熔劑的結(jié)晶化率測定方法，但這是在特定條件下用簡單的測定式對結(jié)晶化的結(jié)晶器助熔劑進行結(jié)晶化率的測定，不能對所有的結(jié)晶器助熔劑進行正確地評價。例如，沒有觀察結(jié)晶構(gòu)造、結(jié)晶粒徑等的結(jié)晶狀態(tài)。
本發(fā)明者從結(jié)晶器助熔劑的融渣中，對產(chǎn)生結(jié)晶凝固時的結(jié)晶的發(fā)生及其生長的各種要素進行了調(diào)查，例如對多種添加物的影響、特別是結(jié)晶析出開始溫度及結(jié)晶核發(fā)生量及其大小、以及成為矩陣的玻璃相的殘量進行了調(diào)查，同時也進行了鑄造評價。
其結(jié)果，現(xiàn)有的結(jié)晶器助熔劑(例如特開平7-164120、特開平7-214263)中，確實能防止鑄片的縱裂紋產(chǎn)生，但是，根據(jù)來自設置在鑄模內(nèi)的熱電耦的溫度信息，在鋼水面有些變動或融渣結(jié)塊(即，熔融結(jié)晶器助熔劑的一部分因鑄模的冷卻能而附著凝固堆積在熔融結(jié)晶器助熔劑的薄膜形成開始部的上部、鑄模壁面上的結(jié)塊)多時，會產(chǎn)生溫度混亂，不能在鑄片上形成均勻的凝固殼，由此會發(fā)出斷裂的警報，甚至因鑄片表面凝固殼的破斷而引起斷裂。
如前所述，在現(xiàn)有技術的方法中，由于不能正確觀察結(jié)晶器助熔劑的熔融狀態(tài)，所以，不能得到熔融狀態(tài)的觀察結(jié)果與鑄片表面性狀良否之間的關系。
通常，結(jié)晶器助熔劑的特性不同，對鑄片表面性狀良否的影響也不相同。這起因于結(jié)晶器助熔劑的熔融狀態(tài)。因此，為了并清楚究竟怎樣的狀況才是最合適的，需要從如何掌握結(jié)晶器助熔劑的熔融狀態(tài)，如何進行熔融試驗方法的觀點確立合適的熔融試驗方法。
這是因為，如果確立了結(jié)晶器助熔劑的熔融試驗方法，能確認與實際的鑄模和鑄片間的熔融狀態(tài)近似的狀況，則可以選擇使用最適合于所鑄造鋼種的助熔劑。
另外，即使采用特定的結(jié)晶器助熔劑，只要在粘度與連續(xù)鑄造速度之間保持恰當關系的狀態(tài)下進行鑄造，就能解決上述問題。
本發(fā)明對上述問題進行了研究，其目的在于提供一種連續(xù)鑄造用的結(jié)晶器助熔劑，用該助熔劑能穩(wěn)定地進行較容易產(chǎn)生縱裂紋的包晶域的中碳鋼、SUS420、SUS304的鑄造，并且能防止鑄片表面的裂紋缺陷。
本發(fā)明的另一目的是提供一種能簡便而正確地觀察結(jié)晶器助熔劑的熔融狀態(tài)的、結(jié)晶器助熔劑的熔融試驗方法及用于該熔融試驗的鑄模。
為了解決上述問題，本發(fā)明采用以下解決方案。
(1)鋼的連續(xù)鑄造用結(jié)晶器助熔劑，其特征在于，用特定的結(jié)晶器助熔劑評價方法得到的試料縱斷面內(nèi)的結(jié)晶粒子直徑為0.1～9.0mm，該直徑的粒子占試料全斷面的比例為70％以上。
(2)為了達到(1)項所述的試料斷面狀態(tài)，適當配制具有使結(jié)晶粒微細化作用的金屬或者其化合物粉末。
(3)如(2)項所述的鋼的連續(xù)鑄造用結(jié)晶器助熔劑，其特征在于，配制于結(jié)晶器助熔劑中的、用于使結(jié)晶粒微細化的金屬或其化合物粉末的配合比例是0.2～5.0重量％。
(4)如(2)項所述的鋼的連續(xù)鑄造用結(jié)晶器助熔劑，其特征在于，配制于結(jié)晶器助熔劑中的、用于使結(jié)晶粒微細化的金屬或其化合物粉末的粒徑為0.4μm～100μm。
(5)如(2)項所述的鋼的連續(xù)鑄造用結(jié)晶器助熔劑，其特征在于，配制于結(jié)晶器助熔劑中的、用于使結(jié)晶粒微細化的金屬或其化合物是Mn或Mn化合物。
(6)如(5)項所述的鋼的連續(xù)鑄造用結(jié)晶器助熔劑，其特征在于，上述Mn化合物是Fe-Mn、Si-Mn、MnO、Mn2O3、Mn3O4、MnCO3和MnSO4。
(7)結(jié)晶器助熔劑的評價方法，其特征在于，將結(jié)晶器助熔劑裝入石墨坩堝，將該石墨坩堝加熱預定時間，使結(jié)晶器助熔劑均勻融解后，從石墨坩堝中取出熔融的結(jié)晶器助熔劑，將其注入預先準備好的具有預定形狀的鑄模內(nèi)，制作結(jié)晶器助熔劑的冷卻試料，縱切該試料觀察其斷面，對熔融的結(jié)晶器助熔劑凝固時的結(jié)晶生成量和大小、以及成為矩陣狀的玻璃相進行評價。
(8)如(7)項所述的結(jié)晶器助熔劑的評價方法，其特征在于，將結(jié)晶器助熔劑裝入石墨坩堝后，加熱該石墨坩堝，在15分鐘內(nèi)將結(jié)晶器助熔劑均勻熔解，然后從石墨坩堝中取出熔融的結(jié)晶器助熔劑，以1400～1450℃的溫度在2秒鐘內(nèi)將其注入預先準備好的具有一定形狀的傾斜冷卻鑄模內(nèi)，制作結(jié)晶器助熔劑的冷卻試料，縱切該試料觀察其斷面，進行結(jié)晶器助熔劑的評價。
(9)用于(7)所述評價方法的觀察試驗用鑄模，其特征在于，將熔融的結(jié)晶器助熔劑注入沿高度方向熱容量傾斜的鑄模內(nèi)，使其傾斜冷卻。
(10)凝固過程中收縮量大的鋼的連續(xù)鑄造方法，其特征在于，采用權利要求1所述的結(jié)晶器助熔劑進行鑄造，在鑄造速度(V)為1.2m/min以上的鑄造時，添加到鑄模內(nèi)的鑄模熔劑的凝固溫度在1050～1300℃范圍內(nèi)，其粘度(η)與鑄造速度(V)的關系滿足(1)η×V≤4式中，η=粘度(poise at 1300℃)V=鑄造速度(m/min)。
(11)如(10)所述的凝固過程中收縮量大的鋼的連續(xù)鑄造方法，其特征在于，凝固過程中收縮量大的鋼，是中碳鋼、SUS420和SUS304。
圖1是表示本發(fā)明的結(jié)晶器助熔劑評價中所用的鑄模形狀與尺寸的立體圖。
圖2是表示本發(fā)明結(jié)晶器助熔劑的熔融方法概要的圖。
圖3(a)(b)是表示本發(fā)明的熔融試驗爐的操作狀態(tài)的圖。
圖4(a)～(d)是表示本發(fā)明中所用的鑄模的立體圖。
圖5(a)(b)是表示本發(fā)明中所用其它鑄模的立體圖。
圖6是表示本發(fā)明中所用冷卻鑄模的立體圖。
圖7(a)～(f)是用本發(fā)明的熔融試驗得到的試料的凝固組織的概要圖。
下面，參照


本發(fā)明的實施例。
往鑄模內(nèi)添加結(jié)晶器助熔劑時，結(jié)晶器助熔劑流入鑄模與鑄片之間，被鑄模冷卻。因此，流入的結(jié)晶器助熔劑在鑄模側(cè)凝固，成為固體的膜狀并與鑄模相接，在鑄片側(cè)由于高溫凝固殼的作用，成為熔融的液體狀態(tài)的薄膜。
鑄片產(chǎn)生縱裂紋的主要原因是緣于該固體膜與熔融膜的厚度偏差，由于該偏差，從鑄片向鑄模的散熱不均勻，在散熱大的局部，凝固收縮集中，在鑄模內(nèi)的彎月面下部離開鑄模，該部分引起凝固延遲，應力集中于此處，隨著離開鑄模的部分的凹入而產(chǎn)生縱裂紋。
因此，為了進行鑄片的緩冷卻，通常采用提高結(jié)晶器助熔劑的凝固溫度，加厚凝固膜厚度的方法來實現(xiàn)緩冷卻，或者，對結(jié)晶器助熔劑進行預熔融處理，使其均質(zhì)化，以防止鑄片產(chǎn)生縱裂紋。
但是，如果提高結(jié)晶器助熔劑的凝固溫度，與鑄模相接的鋼水面上，結(jié)晶器助熔劑凝固后的上述融渣結(jié)塊過大，導致操作性惡化。另外，由于鋼水面變動，該大的融渣在彎月面形成厚的融渣膜，該部分冷卻過緩，充分凝固的殼的形成被抑制，在鑄模的正下面經(jīng)受不住鋼水的靜壓，有時引起斷裂，這是斷裂產(chǎn)生的原因之一。
因此，本發(fā)明者將熔融的助熔劑流入圖1所示的鐵制鑄模內(nèi)，調(diào)查其凝固組織，對熔融的結(jié)晶器助熔劑在凝固時的結(jié)晶析出溫度和結(jié)晶生成數(shù)目及大小進行了研究。圖中，材質(zhì)SS41表示一般構(gòu)造用的軋鋼。
結(jié)晶器助熔劑的熔融方法采用圖2所示的一般馬弗爐，其操作如圖3的(a)和(b)所示。
將一定量的結(jié)晶器助熔劑1(除去了1g.loss(灼燒損失)部分的助熔劑成分)從上部石墨坩堝2的上方裝入。這時上部石墨坩堝2處于下降狀態(tài)，位于下部石墨坩堝3中心部的止擋件5關閉著，由于上部石墨坩堝2是加熱狀態(tài)，被裝入的助熔劑1的一部分一邊熔解一邊流下到下部坩堝3內(nèi)(圖3a)，將坩堝3內(nèi)的助熔劑均勻熔融。如圖2所示，在下部石墨坩堝3的外周，設有用于加熱該坩堝的發(fā)熱體9。
結(jié)晶器助熔劑1經(jīng)過一定的均勻熔融保持時間后，通過將上部坩堝2上升，止擋件5也同時上升，瞬時地使助熔劑1從下部石墨坩堝3的取出口4流出(圖3b)，如圖2所示，在一定的條件下，通過中間管咀6注入位于下方的鑄模7內(nèi)，注入了鑄模的熔融助熔劑被冷卻，成為結(jié)晶器助熔劑的凝固試料。
從鑄模7中取出已冷卻凝固了的結(jié)晶器助熔劑，將該試料沿縱方向切斷，用肉眼觀察其切斷面。
為了確認本發(fā)明的效果，對具有表1所示成分和物性的結(jié)晶器助熔劑，用圖2、圖3所示溶解方法將熔融結(jié)晶器助熔劑溶解后，注入圖1所示鑄模，取出冷卻后的試料，將該試料沿縱向切斷，觀察其斷面。圖7表示繪制的該試料凝固組織的草圖。熔融試驗條件全部相同。
圖7中的(a)～(f)與表1的結(jié)晶器助熔劑A～F對應。
表1
注(1)粘度=(at 1300℃)(2)F-是CaF、NaF等添加物中的F的含量。另外，Ca作為CaO量換算，Na作為Na2O量換算。
如圖7所示，(a)、(b)，是玻璃化度高、具有高潤滑性的結(jié)晶器助熔劑，凝固溫度無論是高還是低都容易玻化。
(c)、(d)是結(jié)晶性高、緩冷卻的結(jié)晶器助熔劑，其質(zhì)量雖然好，但是由于其結(jié)晶性(柱狀晶)高，潤滑性差，產(chǎn)生約束性的斷裂警報較多，而且其結(jié)晶性大，融渣結(jié)塊的產(chǎn)生也大，操作性差，產(chǎn)生故障的情形較多。
(e)、(f)克服了上述(a)～(d)的缺點，其作用是防止在(c)和(d)可見到的9mm超柱狀結(jié)晶或者粒狀晶的肥大，熔融的結(jié)晶器助熔劑在凝固時結(jié)晶不生長得很大，而變得微細化，從而其結(jié)晶化的散熱比(c)、(d)低，并且能得到高潤滑性。
從上述結(jié)晶器助熔劑的熔融凝固試料的切斷面觀察結(jié)果可知，圖7中的(a)、(b)斷面的結(jié)晶器助熔劑，適用于一般的裂紋感受性少的低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼、高碳鋼或SUS430(鐵氧體不銹鋼、例如17％Cr不銹鋼)等。
圖7中的(c)、(d)斷面的結(jié)晶器助熔劑，一般用于中碳鋼、SUS420、凝固收縮大的SUS304等，但存在上述的問題具有如圖7中的(e)、(f)所示的等軸結(jié)晶粒并且微細化的特定斷面，它用于中碳鋼、SUS420、SUS304等時不發(fā)生問題，是最適合的，這已被判明。因此，根據(jù)該結(jié)果，作為中碳鋼等的連續(xù)鑄造用結(jié)晶器助熔劑，可采用上述(e)、(f)斷面的助熔劑。
如前所述，本發(fā)明者在結(jié)晶器助熔劑的評價試驗中得出這樣的見解作為結(jié)晶器助熔劑特性值之一的、熔融的結(jié)晶器助熔劑凝固時的結(jié)晶析出溫度和結(jié)晶生成數(shù)目及粒度是決定結(jié)晶器助熔劑良否的重要因素。
從圖7可知，不同的結(jié)晶器助熔劑特性，在評價試驗中得到的凝固組織的結(jié)晶粒的產(chǎn)生有很大差異，用該差異可進行結(jié)晶器助熔劑的評價?？梢愿鶕?jù)該評價，將各種結(jié)晶器助熔劑用于適合于它的鋼種，另外，也可以通過選擇或成分的組配等作出適合于鋼種的結(jié)晶器助熔劑。
如前所述地將作為的試料沿長度方向中央部縱切斷，觀察其切斷面。根據(jù)該觀察結(jié)果，具有0.1～9.0mm粒徑的結(jié)晶占全斷面積70％以上的，可作為本發(fā)明的結(jié)晶器助熔劑。
為了滿足上述凝固斷面粒徑，在結(jié)晶器助熔劑成分中除了通常含有的各種成分外，最好適當配有使斷面結(jié)晶粒微細化作用的金屬或者其化合物粉末。該金屬例如可以是Mn，也可以是其化合物。
為了發(fā)揮效果，其添加量最少應為0.2wt％，最多為5.0wt％，如果該粒子直徑大，則在配合時不容易混合均勻及不容易完全溶解，得不到熔融狀態(tài)的均勻結(jié)晶，引起不均勻冷卻及潤滑不良，所以，其粒徑為0.4μm以上即可，最多不超過100μm。
添加這些添加物能固定結(jié)晶器助熔劑中的S，所以，不必象上述特開昭63-81103那樣對S的限制，能提供低成本的結(jié)晶器助熔劑。從現(xiàn)有技術方面看，這是一個驚人的發(fā)明。而且，只需極少的添加量便能發(fā)揮充分的特性。無論何種形狀(粉末、擠出顆粒、球形)都沒有問題，但為了使融渣最少，最好做成中空顆粒狀。
本發(fā)明中的結(jié)晶器助熔劑的評價試驗，是在特定的條件下，對已冷卻凝固的試料斷面進行觀察，判斷結(jié)晶器助熔劑的良否。從結(jié)晶器助熔劑的熔融到注入鑄模，在鑄模的特定等評價試驗中，必須得到有再現(xiàn)性的結(jié)果。
作為上述特定條件，是熔融結(jié)晶器助熔劑的溶解時間和注入時溫度，例如用圖2所示的溶解裝置，在15分鐘內(nèi)進行溶解，注入鑄模時的溫度在1400～1450℃范圍內(nèi)，在2秒以內(nèi)完成注入。
從鑄模7中取出已冷卻凝固的結(jié)晶器助熔劑，沿縱方向切斷該試料，用肉眼觀察其切斷面的組織，看結(jié)晶粒的發(fā)生狀態(tài)，掌握結(jié)晶器助熔劑處于何種狀態(tài)，進行評價，判斷是否適合于鑄造的鋼種。在向鑄模注入時，考慮熔融結(jié)晶器助熔劑的冷卻，必須盡可能迅速地處理。對于每個結(jié)晶器助熔劑試料，如果該時間不同，則會影響凝固后的結(jié)晶粒發(fā)生狀況，在試料比較中產(chǎn)生大的誤差，失去了比較的意義，會產(chǎn)生評價的偏差，甚至于成為無意義的評價。
本發(fā)明中使用的評價用鑄模，例如是具有圖1所示尺寸的鑄模，鑄模的材質(zhì)應具有高的熱傳導率，用該鑄模能得到沿著鑄模整個高度的完整試料。
本發(fā)明中使用的評價用鑄模具有非常重要的意義，它影響結(jié)晶器助熔劑的正確評價，所以，必須是使添加到連續(xù)鑄造用鑄模中的結(jié)晶器助熔劑在鑄模與鑄片之間成為膜狀、并能發(fā)揮潤滑劑作用的鑄模。
如前所述，本發(fā)明基于這樣的見解，即，使熔融的結(jié)晶器助熔劑冷卻，在其冷卻過程中生成結(jié)晶的狀態(tài)影響鑄片的表面性狀。所以，適合于測定熔融結(jié)晶器助熔劑結(jié)晶化率的評價用鑄模，必須具有能進行傾斜冷卻的形狀。
本發(fā)明者對適合于傾斜冷卻的鑄模作了各種研究，其結(jié)果開發(fā)出本發(fā)明的鑄模。
所謂傾斜冷卻，是指在高度方向冷卻量傾斜的冷卻。已往的冷卻，只評價結(jié)晶域的高度比率，本發(fā)明的傾斜冷卻，要評價結(jié)晶構(gòu)造(例如柱狀晶、等軸晶等)、結(jié)晶粒徑和結(jié)晶面積率這樣三方面。
從形狀方面看本發(fā)明的評價用鑄模，為了實現(xiàn)傾斜冷卻，由受驟冷的部分與受漸冷的部分相連成一體的鑄模壁構(gòu)成，鑄模壁的溫度差(熱容量差)在高度方向必須連續(xù)變化。作成該構(gòu)造可以有各種形式，本發(fā)明者為了恰當?shù)乇硎纠鋮s后的試料的結(jié)晶化率，并且從容易掌握試料的觀點考慮，所用鑄模的一種形狀如圖4所示。
圖4a表示在圓柱形鑄模中央部穿設著倒圓錐形孔的鑄形構(gòu)造，將熔融結(jié)晶器助熔劑注入鑄模內(nèi)，下部被驟冷，越往上部漸漸冷。用這種形狀的鑄模得到的試料，為了觀察其縱斷面結(jié)晶狀態(tài)而將其切斷時，可從通過圓錐底面部中心的任何位置切斷，所以很方便。
圖4b表示穿設著倒立角錐形孔的鑄模構(gòu)造。與圖4a同樣地，越往上部漸漸被冷卻。在采取縱斷面試料時，可通過錐底面對角線中心切斷。
圖4c表示穿設著倒三角形槽的鑄模構(gòu)造，在采取試料時，將略中央部縱切觀察其斷面。上述圖4a、4b、4c所示的鑄模中，在采取試料時，將鑄模上、下倒置旋轉(zhuǎn)，可容易地從鑄模中取出試料。
圖4d表示的是將圖4c所示鑄模的兩側(cè)可裝卸的情況。
圖5a、圖5b是鑄模構(gòu)造的變形例，在倒圓(角)錐臺鑄模中央部穿設著圓(角)孔，用于形成圓柱形、角柱形的試料。用這種鑄?？蛇M行沿鑄?？v方向的熱容量不同的傾斜冷卻。
也可以把鑄模作成為有底鑄模，有底鑄模在操作方面有以下優(yōu)點。即，把鑄模做成為無底狀，放置在底盤11上，注入熔融的結(jié)晶器助熔劑制作試料，取出試料時，只要把底盤11取下后，從鑄模上部往下擠壓試料，便能容易地取出。試料的切斷與上述同樣地，沿底面或上面中央部切斷即可。
圖4、圖5中表示的試料形狀是角錐形或角柱形，這意味著可以是除了三角形外的多角形。
如圖6所示，為了避免鑄模受外氣的溫度影響，在鑄模上配設有冷卻鑄模自身的水冷裝置10，這對于再現(xiàn)性是有效的。
鑄模的材質(zhì)并無特別限定，可以用鐵、銅等金屬制，也可以用陶器、瓷器制，但從與連續(xù)鑄造的鑄片有類似性的觀點出發(fā)，用鋼鐵較容易制作。
下面，為了確認本發(fā)明結(jié)晶器助熔劑的效果，對實施例和比較例，用連續(xù)鑄造機進行了鑄片的鑄造試驗。
表2和表3中，表示實施例和比較例中所使用的結(jié)晶器助熔劑的化學成分值和物性值。表4和表5中，表示采用該助熔劑的連續(xù)鑄造中的操作條件、使用時的操作性、鑄片的表面性狀及使用結(jié)果的綜合評價。
實施例1～19是采用本發(fā)明的結(jié)晶器助熔劑，比較例20～23是采用本發(fā)明以外的結(jié)晶器助熔劑。
采用各種形態(tài)的原料。即，如表2、3的原料型式欄所示，示出了A、B、C、D4種型式，其區(qū)別如下。
A預熔融原料只使用溶解了粉末原料(預熔融)的原料。
B硅鈣人工硅酸鈣原料。由于不含有助熔劑，用后添加方法增多助熔劑添加量。雖然原料便宜，但是S含量高。因此，避免用于中碳鋼。本發(fā)明中，將有害的S以MnS形式固定，所以，可使用該原料。
C一部分預熔融原料+助熔劑把溶解了粉末原料的原料與助熔劑混合的型式。
D硅灰石+助熔劑能把天然出產(chǎn)的CaO·SiO2作為中碳系粉末原料使用的型式。
連續(xù)鑄造的鋼，實施例1～5和9～19中采用中碳鋼(C:0.1％)，實施例6、7中采用SUS304，實施例8中采用SUS420。比較例20～23中采用中碳鋼(C:0.1％)。
從表4和表5的結(jié)果可知，本發(fā)明的結(jié)晶器助熔劑，操作性良好且得到的鑄片上不產(chǎn)生裂紋，即使S含量高也無任何不良影響。
而比較例20～23中，由于結(jié)晶器助熔劑的試料斷面性狀不象本發(fā)明那樣地結(jié)晶粒被微細化，其結(jié)果，鑄片的表面性狀惡化，也產(chǎn)生裂紋，不合格品多，需要對鑄片進行修整，切斷裂紋產(chǎn)生部等的處理。
下面，說明本發(fā)明的連續(xù)鑄造方法的實施例。
實施例中所用鋼的成分如表6所示。所使用的結(jié)晶器助熔劑的成分和物性如表2和表3所示。在表4和表5中，示出了連續(xù)鑄造的操作條件和使用時的操作性、鑄片的表面性狀及使用結(jié)果的綜合評價。
鑄造的板的尺寸為250×1000mm，鋼坯尺寸為160×160mm。鑄造速度均為1.6m/min以上，滿足本發(fā)明范圍。
表2中，實施例1、2、5、9、11和12是在中碳鋼板的高速鑄造中，含有0.2％和0.5％MnO(換算值)者，其結(jié)果是，質(zhì)量和操作性均良好。實施例10是在中碳鋼板的高速鑄造中，含有1.0％MnO(換算值)者，其結(jié)果是，即使S含量高，質(zhì)量和操作性也均良好。
實施例3、4是在中碳鋼板的鑄造中，含有1.0％和2.0％MnO(換算值)者，其結(jié)果是，質(zhì)量和操作性均良好，實施例3雖然S含量高但結(jié)果也良好。
實施例6、7是在SUS304鋼坯和板的高速鑄造中，含1.0％MnO(換算值)者，實施例8是在SUS420板的高速鑄造中，含1.0％MnO(換算值)者，其結(jié)果是，質(zhì)量和操作性均良好。
如實施例13～18所示，即使原料的一部分是預熔融+助熔劑型，也能得到足夠好的結(jié)果。如實施例19所示，不以預熔融原料作基礎，而采用天然硅灰石，雖然其質(zhì)量不完全滿足要求，但也得到足夠好的結(jié)果。
而不含有MnO的本發(fā)明范圍外的比較例20～23，無論是板、鋼坯，在鑄片表面都發(fā)生了縱裂紋，需要鑄片的修整、裂紋部分的切斷等的后處理，不滿足要求。
作為其它的物性，實施了凝固溫度為1050～1300℃的試驗，其結(jié)果是，即使在鑄模側(cè)凝固，在鑄片側(cè)仍保持流動性，具有充分的潤滑功能，未發(fā)生斷裂等問題，能進行穩(wěn)定的操作。
本發(fā)明中，是以在高速鑄造中保持良好的鑄片表面性狀為目的，所以，以連續(xù)鑄造速度為1.2m/min以上的拉伸鑄片為對象。
本發(fā)明者，將各種η、V、凝固溫度作大的變動進行了鑄造試驗，結(jié)果，在鑄造速度與結(jié)晶器助熔劑的粘度之間，必須滿足一定的關系式。其范圍如下式(1)表示。
η×V≤4(1)式中，η=粘度(poise at 1300℃)V=鑄造速度(m/min)。
如果超過此值，則不容易防止鑄片的表面裂紋，有損于鑄片的表面性狀。
表2

注1)原料類型=A預熔融原料，B硅鈣原料，C一部分預熔融原料+助熔劑，D硅灰石+助熔劑注2)粘度=(at 1300℃),3)斷面性狀=圖4中的分類，4)占有率=結(jié)晶率占試料斷面的比例，5)F-是使用了CaF2、NaF者。
表3
<
注1)原料類型=A預熔融原料，B硅鈣原料，C一部分預熔融原料+助熔劑，D硅灰石+助熔劑注2)粘度=(at 1300℃),3)斷面性狀=圖4中的分類，4)占有率=結(jié)晶率占試料斷面的比例，5)F-是使用了CaF2、NaF者。
表4
注5)評價=◎；最好、○；好、△；一般、×；不好
表5
注5)評價=◎；最好、○；好、△；一般、×；不好表6
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)鑄造用結(jié)晶器助熔劑及連續(xù)鑄造方法，可提高流入鑄模與鑄片間的結(jié)晶器助熔劑凝固時被微細化了的結(jié)晶粒的結(jié)晶化率，能實現(xiàn)鑄模內(nèi)的緩冷卻化和局部熱流束的變動減少，能穩(wěn)定地連續(xù)鑄造高質(zhì)量的鋼。
另外，根據(jù)本發(fā)明，可用簡便的方法進行結(jié)晶器助熔劑的評價，在該評價中使用適當?shù)脑u價用鑄模，可準確地觀察結(jié)晶器助熔劑的熔融狀態(tài)，并且在使用前能正確地評價結(jié)晶器助熔劑的特性，所以，能制造出具有平滑美麗鑄件表面的質(zhì)量良好的鑄片。
權利要求
1．鋼的連續(xù)鑄造用結(jié)晶器助熔劑，其特征在于，用特定的結(jié)晶器助熔劑評價方法得到的試料縱斷面內(nèi)的結(jié)晶粒子直徑為0.1～9.0mm，該直徑的粒子占試料全斷面的比例為70％以上。
2．鋼的連續(xù)鑄造用結(jié)晶器助熔劑，其特征在于，為了達到權利要求1所述的試料斷面狀態(tài)，它是將具有使結(jié)晶粒微細化作用的金屬或者其化合物粉末適當配合而成。
3．如權利要求2所述的鋼的連續(xù)鑄造用結(jié)晶器助熔劑，其特征在于，為使結(jié)晶粒微細化而配制于結(jié)晶器助熔劑中的金屬或其化合物粉末的配合比例是0.2～5.0重量％。
4．權利要求2所述的鋼的連續(xù)鑄造用結(jié)晶器助熔劑，其特征在于，為使結(jié)晶粒微細化而配制于結(jié)晶器助熔劑中的金屬或其化合物粉末的粒徑為0.4μm～100μm。
5．如權利要求2所述的鋼的連續(xù)鑄造用結(jié)晶器助熔劑，其特征在于，為使結(jié)晶粒微細化而配制于結(jié)晶器助熔劑中的金屬或其化合物是Mn或Mn化合物。
6．如權利要求5所述的鋼的連續(xù)鑄造用結(jié)晶器助熔劑，其特征在于，上述Mn化合物是Fe-Mn、Si-Mn、MnO、Mn2O3、Mn3O4、MnCO3和MnSO4。
7．結(jié)晶器助熔劑的評價方法，其特征在于，將結(jié)晶器助熔劑裝入石墨坩堝，將該石墨坩堝加熱預定時間，使結(jié)晶器助熔劑均勻融解后，從石墨坩堝中取出熔融的結(jié)晶器助熔劑，將其注入預先準備好的具有預定形狀的鑄模內(nèi)，制作結(jié)晶器助熔劑的冷卻試料，縱切該試料觀察其斷面，對熔融的結(jié)晶器助熔劑凝固時的結(jié)晶生成量和大小，以及成為基體(マトリツクス)的玻璃相(ガラス相)進行評價。
8．如權利要求7所述的結(jié)晶器助熔劑的評價方法，其特征在于，將結(jié)晶器助熔劑裝入石墨坩堝后，加熱該石墨坩堝，在15分鐘內(nèi)將結(jié)晶器助熔劑均勻熔解，然后從石墨坩堝中取出熔融的結(jié)晶器助熔劑，以1400-1450℃的溫度在2秒鐘內(nèi)將其注入預先準備好的具有設定形狀的傾斜冷卻鑄模內(nèi)，制作結(jié)晶器助熔劑的冷卻試料，縱切該試料觀察其斷面，進行結(jié)晶器助熔劑的評價。
9．用于權利要求7所述評價方法的觀察試驗用鑄模，其特征在于，將熔融的結(jié)晶器助熔劑注入沿高度方向熱容量傾斜的鑄模內(nèi)，使其傾斜冷卻。
10．凝固過程中收縮量大的鋼的連續(xù)鑄造方法，其特征在于，采用權利要求1所述的結(jié)晶器助熔劑進行鑄造，在鑄造速度(V)為1.2m/min以上的鑄造時，添加到鑄模內(nèi)的結(jié)晶器助熔劑的凝固溫度在1050～1300℃范圍內(nèi)，其粘度(η)與鑄造速度(V)的關系滿足(1)η×V≤4(1)式中，η=粘度(poise at 1300℃)V=鑄造速度(m/min)。
11．如權利要求10所述的凝固過程中收縮量大的鋼的連續(xù)鑄造方法，其特征在于，凝固過程中收縮量大的鋼，是中碳鋼、SUS420和SUS304。
全文摘要
本發(fā)明提供在中碳鋼、SUS420、SUS的連續(xù)鑄造中,能得到表面無裂紋的表面性狀好、無缺陷鑄片的結(jié)晶器助熔劑、其評價方法及評價用鑄模、連續(xù)鑄造方法。本發(fā)明的結(jié)晶器助熔劑,能再現(xiàn)流入鑄模與鑄片之間的結(jié)晶器助熔劑凝固時的微細結(jié)晶和高結(jié)晶率。本發(fā)明的方法能實現(xiàn)結(jié)晶器助熔劑在鑄模內(nèi)緩冷卻化并減少局部的熱流束的變動。本發(fā)明的評價方法和評價用鑄模,能準確觀察結(jié)晶器助熔劑的熔融狀態(tài),找出觀察結(jié)果與鑄片表面性狀良否的相互關系。
文檔編號B22D11/00GK1219447SQ9712539
公開日1999年6月16日 申請日期1997年12月12日 優(yōu)先權日1997年12月12日
發(fā)明者松尾晶, 松山利雄, 益尾典良, 谷口秀久 申請人:日鐵建材工業(yè)株式會社