Development of crystallization controlled mold flux for continuous casting of steel

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25820376
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 渡邊 玄 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (70361780)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 連続鋳造用フラックス / 結晶化 / カスピダイン / CCT図 / デンドライトアームスペーシング

Outline of Annual Research Achievements

鋼の連続鋳造工程において伝熱を支配する因子であるモールドフラックスの結晶化，特にカスピダイン(3CaO.2SiO2.CaF2)結晶の組織形成機構を明らかにするため，ホットサーモカップル法によりモールドフラックスの結晶化の評価を行なった。モールドフラックスの成分系はSiF4蒸気の揮発により組成変動を起こし，正確な評価を行うことは困難である。本研究では装置の改良により系内に予めSiF4蒸気を充満させ，組成変動を抑えた条件下での実験を可能にした。
実用フラックスと合成スラグにおけるTTT図を作成した。特にフラックス添加元素において最も重要なアルカリ金属がカスピダインの結晶化に及ぼす影響を評価した。融点近傍の高温域では状態図に従った晶出が起こるが，低温域においてはカスピダインが優先的に析出するため，高温域と低温域で異なるCカーブを描く。アルカリ金属酸化物は結晶化速度，結晶化量に影響を及ぼし，結晶化量を増やす効果はK2O>Na2O＞Li2Oであるが，結晶化速度を上昇させる効果はLi2O>Na2O>K2Oである。アルカリ金属酸化物はFとの親和性が高いため，過剰な添加はカスピダインを不安定化させ結晶化量を減らしてしまう。混合添加により各成分の活量上昇を抑えることができるが，Na2O以外の成分は結晶化量あるいは速度に及ぼす負の影響が強すぎるため，実機フラックス設計においてはNa2O添加を中心とし，他成分を少量添加するに留めた方が良い。
鋳型内での結晶化に近づけるため，連続冷却過程における結晶化挙動の評価も行った。カスピダインは融液からデンドライト状結晶を形成するが，2次のデンドライトアーム間隔は岡本の式で表される通り，冷却速度の-1/2状に比例する。しかしながらスラグの光学特性に影響を与えるデンドライト全体の太さに関しては本研究では相関を得ることはできなかったため，引き続き研究が必要である。