(57)【要約】【課題】下注ぎ造塊法で鋼塊を製造するに際して、鋼塊押湯部において早期で安定的に発熱することで、介在物欠陥の発生起因となるシャワリングを防止して、鋼塊歩留並びに鋼塊品質の向上させることができる保温ボードを提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、溶鋼１０を下方から鋳型５に注入する下注ぎ造塊法によって鋼塊１１を製造するに際して、溶鋼１０の注入中乃至は注入完了後に鋳型５の鋼塊押湯部１２上に載置して保温する保温ボードにおいて、保温ボードは、組成が金属Al(Met.Al):45%(質量%、以下同様)以上50%以下、Al2O3:5%以上15%以下、SiO2:2%以上8%以下、酸化鉄:8%以上16%以下、C:6%以上12%以下とされ且つ、残部が有機物のバインダーで構成されていて、金属Alに関し、100μm以下の粒度を有するものが95%以上含有されていて、保温ボードの発熱量は、4000kcal/g以上5000kcal/g以下とされている。【選択図】図１
2018176225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼を下方から鋳型に注入する下注ぎ造塊法によって鋼塊を製造するに際して、前記溶鋼の注入中乃至は注入完了後に、前記鋳型の鋼塊押湯部上に載置して保温する保温ボードにおいて、
前記保温ボードは、以下に示す組成とされ且つ、残部が有機物のバインダーで構成されていて、
・金属Al(Met.Al):45%(質量%、以下同様)以上50%以下、
・Al2O3:5%以上15%以下、
・SiO2:2%以上8%以下、
・酸化鉄:8%以上16%以下、
・C:6%以上12%以下、
前記金属Alに関し、100μm以下の粒度を有するものが95%以上含有されていて、
前記保温ボードの発熱量は、4000kcal/g以上5000kcal/g以下とされている
ことを特徴とする保温ボード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下注ぎ造塊時に用いるものであって、鋳型の鋼塊押湯部上に載置して押湯表面を保温する保温ボードに関する。
【背景技術】
【０００２】
溶鋼を鋳型に注入することにより鋼塊を製造する方法として、鋳型の下方から鋳型内に注入管を介して溶鋼を注入することにより鋼塊を製造する下注ぎ造塊法がある。
下注ぎ造塊法においては、鋳型上部の鋼塊押湯部における溶鋼の保温断熱、当該鋼塊押湯部の溶鋼の凝固を遅らせて鋼塊内部の収縮孔を防止するとともに、溶鋼成分の濃厚偏析を押湯部に集めて健全な本体を持った鋼塊を得るために、溶鋼の浴面が鋳型の上部付近に達したときに作業者が保温材（保温パウダ）を投入することが行われている。
【０００３】
また、保温材として、溶鋼の浴面が鋳型の上部付近に達したときに、その鋼塊押湯部上に載置されるように、予め鋳型上部に保温ボード（Al系）を配備しておいて、当該鋼塊押湯部の溶鋼の温度を保つことも行われている。
一方で、上記の収縮孔や濃厚偏析以外の鋼塊欠陥として、一般に鋼塊内の介在物はそのほとんどが、鋳型内の上部で凝固により生じた結晶に介在物が付随して液相中を沈降して（シャワリング現象）、鋼塊ボトム部のいわゆる沈殿晶帯に集積して存在することがある。沈殿晶帯における介在物の集積度合いが大きい場合、超音波探傷欠陥などの発生原因となり、鋼塊の品質を悪化させることとなる。
【０００４】
このような介在物の集積を抑制する技術としては、例えば、特許文献１、２に開示されているものがある。
特許文献１は、鋼塊底部の沈殿晶帯における介在物の集積を軽減抑制することで、清浄な鋼塊を製造することを目的としている。
具体的には、下注ぎ造塊法または上注ぎ造塊法によってキルド鋼を製造するにあたって、鋳込前溶鋼の温度をTL（液相開始温度）+20℃以上にするとともに、その溶鋼の注入中ないしはその直後に、溶鋼トン当り総発熱量が1800kcal以上になる量の早期燃焼型高カロリー保温剤、ただし発熱して最高温度に達するピーク時間が3分以内のものをもって、鋳型内湯面上を被覆し、鋼塊底部の沈殿晶帯における介在物集積を軽減抑制することとされている。
【０００５】
特許文献２は、インゴットのボトム近くに生じやすい介在物の集積を防止し、インゴットの主要部全体にわたって清浄度が極めて高い鋼塊の製造を可能とすることを目的としている。
具体的には、鋼のインゴットの鋳造にあたり、ボトム近くの結晶組織が変化するあたりに介在物が集積しやすい原因について、凝固段階におけるシャワリング、すなわち押湯枠まで含めた鋳型内上部で凝固により生じた結晶が液相中を沈降してくる現象に着目した。沈降する結晶の発生源は、鋳型頂部の押湯枠に接する周辺部にあると考え、保温ボードの周辺部の発熱量を周辺部を除く部分の発熱量を高くすることでシャワリングを減少させ、ボトム介在物の集積を防止することとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭４９−３５２３２号公報
【特許文献２】特開平３−２０４１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
さて、特許文献１は、パウダー状の保温材を早期高発熱性とすることで、シャワリングを防止し、鋼塊ボトム部の介在物欠陥を抑制するものとされている。
しかしながら、パウダー状の保温材は、鋳型への投入時において発塵が激しいので、作業環境を悪化させてしまう。また、パウダー状の保温材を使用する場合、一つの鋳型に対して複数個投入する必要があるので手間が掛かり、作業性を悪化させることとなる。
【０００８】
さらには、パウダー状の保温材は、作業者の手投入による作業のため、投入時に均一散布が難しく、保温層が不均一になりやすいので、作業者の熟練度合いにより、ばらつきが大きくなってしまう虞がある。
このようなことより、近年では、特許文献２に開示されているように、保温ボードを使用するようになってきている。特許文献２は、保温ボード周辺部を従来よりも高発熱とし、シャワリングを防止するものとされている。
【０００９】
２層からなる保温ボードは、製造コストが高くなるものであるが、特許文献２に開示の保温ボードは、部分的に層の構成を変化させているので、製造コストがさらにかかるものとなっている。また、シャワリングを防止するためには、保温ボードの早期発熱性が重要であり、単純に発熱材であるMet.Alを増加させて高発熱性にするのみでは、早期の発熱を期待することができないので、シャワリングの低減には不十分であると考えられる。
【００１０】
つまり、金属Alのみを増加させて高発熱性の保温材としても、シャワリングを防止するのに最も重要な早期発熱性を確保することはできない。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、下注ぎ造塊法で鋼塊を製造するに際して、鋼塊押湯部において早期で且つ安定的に発熱することで、介在物欠陥の発生の起因となるシャワリングを防止して、鋼塊歩留並びに鋼塊品質の向上させることができる保温ボードを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明にかかる保温ボードは、溶鋼を下方から鋳型に注入する下注ぎ造塊法によって鋼塊を製造するに際して、前記溶鋼の注入中乃至は注入完了後に、前記鋳型の鋼塊押湯部上に載置して保温する保温ボードにおいて、前記保温ボードは、以下に示す組成とされ且つ、残部が有機物のバインダーで構成されていて、
・金属Al(Met.Al):45%(質量%、以下同様)以上50%以下、
・Al2O3:5%以上15%以下、
・SiO2:2%以上8%以下、
・酸化鉄:8%以上16%以下、
・C:6%以上12%以下、
前記金属Alに関し、100μm以下の粒度を有するものが95%以上含有されていて、前記保温ボードの発熱量は、4000kcal/g以上5000kcal/g以下とされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、下注ぎ造塊法で鋼塊を製造するに際して、鋼塊押湯部において早期で且つ安定的に発熱することで、介在物欠陥の発生の起因となるシャワリングを防止して、鋼塊歩留並びに鋼塊品質の向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の保温ボードを用いて、下注ぎ造塊装置の鋳型内の溶鋼を保温している様子を示した図である。
【図２】含有されるMet.Al粒度による保温ボードの早期燃焼性の向上効果を示した図である。
【図３Ａ】「保温ボード−鋼塊押湯部の界面温度」を測定する試験装置の概略を模式的に示した図である。
【図３Ｂ】図３ＡのＺ部分拡大図であり、試験装置に設けられる熱電対の概略を模式的に示した図である。
【図４】従来の保温ボードを用いた場合における、「保温ボード−鋼塊押湯部の界面温度」を測定した結果を示した図である。
【図５】本発明の保温ボード（改善品２）を用いた場合における、「保温ボード−鋼塊押湯部の界面温度」を測定した結果を示した図である。
【図６】本発明の保温ボードを実機に適用した場合の評価結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明にかかる保温ボード１の実施形態を、図を参照して説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明を具体化した一例であって、その具体例をもって本発明の構成を限定するものではない。
本発明の保温ボード１について説明する前に、下注ぎ造塊装置２及びその装置を用いた下注ぎ造塊方法について説明する。
【００１５】
図１に、本発明の保温ボード１を用いて、下注ぎ造塊装置２の鋳型５内の溶鋼１０を保温している様子を示す。
図１に示すように、下注ぎ造塊装置２は、下注ぎ造塊法により溶鋼１０を鋳造するものであって、取鍋３内の溶鋼１０を注入する注入管４と、この注入管４に注入された溶鋼１０が装入される鋳型５と、この鋳型５が載置される定盤６とを備えている。
【００１６】
注入管４は、定盤６から上方に向けて立設され、注入管４の内部には溶鋼１０が通る湯道７が形成されている。また、定盤６の内部にも、水平方向を向いた湯道７が形成されている。鋳型５は、定盤６上の注入管４の近傍に設置されており、その下部には下注入口８が形成されている。また、鋳型５の上部には、鋼塊押湯部１２を形成するための押湯枠９が装着されている。
【００１７】
すなわち、湯道７は、注入管４から下注入口８を経て鋳型５まで連通するようになっている。
このような下注ぎ造塊装置２にて下注ぎ造塊を行う際には、鋳型５の押湯枠９の内壁面側に、後述する本発明の保温ボード１が配備される。この保温ボード１は、溶鋼１０内に存在する介在物１４を、鋼塊押湯部１２に浮上させて本体部１３から分離して、鋼塊押湯部１２を最後に凝固させるために、その鋼塊押湯部１２に対応する溶鋼１０を加熱・保温するものである。
【００１８】
このような下注ぎ造塊装置２を用いて下注ぎ造塊を行うにあたっては、まず、取鍋３を注入管４上に配置して、取鍋３内の溶鋼１０を注入管４に注入する。溶鋼１０は、注入管４及び定盤６に形成された湯道７を通り、下注入口８を経て鋳型５の底部へ到達する。鋳型５内に装入された溶鋼１０は、浴面が徐々に上昇してゆき、鋳型５上部の押湯枠９（鋼塊押湯部１２）に到達するようになる。すると、溶鋼１０は鋳型５の内壁面との境界面から内部に向かって冷却されて徐々に凝固し始める。冷却された溶鋼１０の凝固部は、徐々に鋼塊押湯部１２に向かって上昇するようになる。このとき、溶鋼１０内の介在物１４は、凝固部と同様に、鋼塊押湯部１２に向かって浮上する。
【００１９】
鋼塊押湯部１２においては、保温ボード１が燃焼発熱することにより、加熱・保温される。まず鋼塊１１の本体部１３が凝固し、後に鋼塊押湯部１２が凝固する。
このようにして、本体部１３と鋼塊押湯部１２とが一体となって形成されたインゴット等の鋼塊１１が製造される。この鋼塊１１は、鋳型５から離形され、後工程において鋼塊押湯部１２と本体部１３とに分離される。分離された鋼塊押湯部１２は、後工程で廃却される。この下注ぎ造塊法においては、例えば、工具鋼の素材となる鋼塊１１を製造することができる。
【００２０】
さて、本発明にかかる保温ボード１は、溶鋼１０を下方から鋳型５に注入する下注ぎ造塊法によって工具鋼の鋼塊１１を製造するに際して、溶鋼１０の注入中乃至は注入完了後に、鋳型５の鋼塊押湯部１２上に載置して保温する保温ボード１において、保温ボード１は、以下に示す組成とされ且つ、残部が有機物のバインダーで構成されていて、
・金属Al(Met.Al):45%(質量%、以下同様)以上50%以下、
・Al2O3:5%以上15%以下、
・SiO2:2%以上8%以下、
・酸化鉄:8%以上16%以下、
・C:6%以上12%以下、
金属Alに関し、100μm以下の粒度を有するものが95%以上含有されていて、保温ボード１の発熱量は、4000kcal/g以上5000kcal/g以下とされている。
【００２１】
以下に、本発明にかかる保温ボード１の構成について、具体的に説明する。
上記したように、工具鋼は、一般に、溶鋼１０を鋳型５内に注入して凝固させて、鋼塊１１を製造する下注ぎ造塊法によって製造されている。
このような下注ぎ造塊法では、鋳型５、湯道７などの溶湯１０と接触する内壁面側に耐火性のある材料（耐火煉瓦等）を用いて、鋳込み装置２を保護すると共に、高温に加熱されている溶鋼１０からの放熱を最小限に抑える必要がある。
【００２２】
特に、鋳込み終了前あるいは終了後における鋳型５内の鋼塊１１（鋼塊押湯部１２）のトップ部においては、鋳型５の頂部からの放熱によって冷却されることとなる。この放熱によるトップ部の冷却が、下方あるいは周囲からの凝固の進行に伴って、鋼塊押湯部１２の溶融状態が維持されずに早く冷却されてしまう、いわゆるトップ部の押湯効果を低下させ、空洞を生じさせることとなる。
【００２３】
そのため、従来より、鋳型５上部又は鋳型５上部の内壁面側に、発熱性あるいは断熱性の押湯枠９を配置して、鋼塊押湯部１２を側面から保温・断熱を行うとともに、鋳型５内に注入された溶鋼１０の表面に発熱性を有する押湯保温材を添加して、鋼塊押湯部１２の表面を保温・断熱する方法が、一般的に行われている。
このような鋼塊押湯部１２の保温・断熱の目的は、鋼塊押湯部１２の溶鋼１０の凝固を遅らせることで、収縮孔の発生を防止するとともに、溶鋼１０成分の濃厚偏析を鋼塊押湯部１２に集めて、良好な本体部１３を持った鋼塊１１を得ることを主たる目的としている。
【００２４】
ところで、造塊中においては、鋼塊１１内の介在物１４を除去するため、その介在物１４を鋼塊押湯部１２へ浮上させているが、鋳型５内の上部で凝固により生じた結晶が液相中を沈降して、鋼塊ボトム部のいわゆる沈殿晶帯に集積して存在することがある。沈殿晶帯に集積した介在物１４は、上記の収縮孔や溶鋼成分の濃厚偏析以外の鋼塊欠陥となる。この沈殿晶帯における介在物１４の集積度合いが大きい場合、超音波探傷欠陥などの発生原因となり、鋼塊１１の品質を悪化させることとなる。
【００２５】
そこで、鋼塊１１の鋳造にあたり、鋼塊ボトム部近くの沈殿晶帯に介在物１４が集積しやすい原因について検討するにあたり、凝固段階におけるシャワリング現象、すなわち鋳型５内の上部で凝固により生じた結晶が液相中を沈降してくる現象に着目した。
シャワリング現象が生じる理由としては、沈降してくる結晶（沈殿晶）が、本来であるならば、液相である溶鋼１０よりも比重が軽く、鋼塊押湯部１２へ浮上するはずの介在物１４を捕らえて、下方（本体部１３）へ連れ戻すためであると考えられている。
【００２６】
鋳型５内に注入された溶鋼１０は、鋳込み終了末期及び終了後において、周囲からの抜熱によってほとんど過熱がなく、液相線近傍の温度となっている。その溶鋼１０に、常温又はそれに近い温度の保温材を投入すると、本来の目的である保温・断熱を行う役割とは正反対の抜熱を生じさせてしまうこととなる。このとき、鋼塊押湯部１２の表面に凝固殻が生成され、その後保温材が燃焼・発熱を開始すると、その凝固殻の根元が溶断・分離されることとなり、沈降晶が生成されてしまう。
【００２７】
本発明は、上記事情を背景として検討がなされたものであり、鋼塊１１のボトム部近くに生じやすい介在物１４の集積を防止するとともに、鋼塊１１の本体部１３全体に亘って清浄度の高い鋼塊１１を製造することが可能となる、保温ボード１を提供することとしている。
さて、沈殿晶の発生源は、鋳型５頂部に備えられた保温材（保温ボード）直下の鋼塊押湯部１２の表面にある。その鋼塊押湯部１２の表面における冷却の進行を緩和すれば、シャワリング現象が減少すると考えられる。鋼塊押湯部１２の表面における冷却進行の緩和は、保温ボードによる抜熱を如何に少なくするかで決まってくる。この保温ボードによる鋼塊押湯部１２界面の抜熱は、保温ボードの温度が溶鋼温度を上回るまで発生する。つまり、保温ボードの温度を、早期に上昇させることが重要となってくる。
【００２８】
そこで、保温ボードの早期発熱（燃焼）性に与える影響を調査するため、従来用いている材質の保温ボード（従来品）と、発熱量を増加させるためMet.Alを増加させた材質の保温ボード（改善品１）と、含まれるMet.Alの粒度を100μm以下の細粒に規定した改善材質の保温ボード（改善品２）、すなわち本発明の保温ボード１とを、1200℃に熱したカーボン板上で燃焼させて、温度推移などを測定し、各保温ボードの特性を評価した。
【００２９】
各保温ボードの特性を評価した際の実験条件は、以下の通りである。
保温ボードの特性の評価方法としては、周囲を断熱煉瓦で囲った燃焼特性測定炉にて、シリコニット発熱体により1200℃に加熱された黒鉛ボード上に保温ボードを載置し、下方から熱を加えることで保温ボードを燃焼させた。燃焼により発熱する保温ボードの温度を、黒鉛ボードから高さ10mm位置で熱電対１５にて測定し、保温ボードの温度推移及び早期発熱性について調査した。
【００３０】
表１に、試験に供した各保温ボードの諸元を示す。なお上でも述べたが、本発明と比較するために用意した、通常の発熱性を有する保温ボードを従来品とし、本発明と比較するために用意した、高い発熱性を有する保温ボードを改善品１とし、早期高発熱性を有する、本発明の保温ボード１を改善品２としている。
【００３１】
【表１】
2018176225.tif 000003
【００３２】
図２に、Met.Al粒度による保温ボードの早期燃焼性の向上効果を示す。
試験を実施した結果、発熱量のみを増加させた改善品１においては、従来品と比較して早期燃焼性の大きな向上は認められなかった。すなわち、改善品１のように、発熱量を増加させる改善はしたものの、発熱材(Met.Al)を単純に増加させたのみでは、シャワリング現象を防止することはできない。
【００３３】
このように、Met.Alの量を増加させた改善品１については、燃焼速度が遅い従来品に対して、最高到達温度が上昇することとなるが、燃焼速度の増加はみられない。
図２に示すように、Met.Alの粒度100μm以下の細粒に規定した保温ボード１（改善品２）においては、最高到達温度は改善品１と同一であり、さらに初期での燃焼速度の増加が認められ、従来品の約半分の時間(約200sec)で1400℃に到達することができている。
【００３４】
このように、改善品１のMet.Alの粒度を100μm以下に規定した本発明の保温ボード１（改善品２）については、最高到達温度及び燃焼速度ともに向上することとなった。つまり、本発明の保温ボード１は、早期高発熱性が備わっているといえる。
この保温ボード１の発熱原理は、発熱材であるMet.Alと、被還元材である酸化鉄のテルミット反応によって引き起こされる反応熱である。なお、従来から、保温ボードに含有されているMet.Alは、Alの切子や1mm以上の粗粒、粉末などをそれぞれ混ぜ合わせたものが配合されていたので、粒度が一定に管理されていなかった。
【００３５】
本発明のように、Met.Alの粒度を細粒として一定に管理すると、酸化鉄との接触面積の増加をもたらして、テルミット反応が早期に進むこととなるので、安定した保温ボード１の早期燃焼性を確保することができるようになる。このように、鋼塊押湯部１２の表面に熱を早期に供給することで、シャワリング現象の原因となる凝固殻の生成を抑制し、鋼塊ボトム部に集積する介在物１４を低減させることができる。
【００３６】
以上より、保温ボード１の燃焼速度が、保温ボード１に含まれる発熱材の粒度に影響されることを見出し、本発明を着想するに至ることとなった。
次いで、「保温ボード−鋼塊押湯部の界面温度」を測定する試験を実施した。
「保温ボード−鋼塊押湯部の界面温度」を測定した際の実験条件は、以下の通りである。
【００３７】
「保温ボード−鋼塊押湯部の界面温度」の測定方法については、誘導炉を用いて、冷間ダイス鋼SKD11を溶解して、取鍋３へ出鋼した。その取鍋３内の溶鋼１０を、下注ぎ造塊装置２の湯道７を通じて２つの鋳型５に装入して鋳込んだ。なお、鋼塊サイズは、実機で使用されるものと同じ1.6tとしている。
図３Ａ，Ｂに、「保温ボード−鋼塊押湯部の界面温度」を測定する試験装置の概略及び、熱電対１５セット状況を模式的に示す。
【００３８】
図３Ｂに示すように、鋼塊押湯部１２まで溶鋼１０の注入を完了させた後に、従来品及び、本発明の保温ボード１（改善品２）を溶鋼１０（鋼塊押湯部１２の上面）に載置して、鉄製冶具を用いて予め規定高さに装入しておいたムライト質保護管で保護した熱電対１５にて、保温ボード及び「保温ボード−溶鋼（鋼塊押湯部）界面」の温度を測定した。
また、測温点については、それぞれ溶鋼湯面を基準として、-30mm, -10mm, +10mmの3点を凝固が完了するまで測定した。なお、測温点-30mmは鋳型５内の溶鋼温度を測定し、測温点-10mmは保温ボードと溶鋼１０の界面付近の温度を測定し、測温点+10mmは保温ボード内部の温度を測定する目的で高さを決定した。
【００３９】
なお、ラボ炉によって評価した従来品と、本発明の保温ボード１（改善品２）との早期燃焼性の異なるものを用いて、実機と同サイズの鋼塊１１において鋼塊押湯部１２の界面温度を測定し、シャワリング現象に与える早期燃焼性の影響を調査した。また、試験の評価方法については、シャワリングの生成源である鋼塊押湯部１２の界面の温度推移を評価した。
【００４０】
上記したように、ラボ炉による保温ボードの評価によって、早期高発熱性の影響を評価することはできた。しかし、最も重要な点は、保温ボードを使用した（鋼塊押湯部１２の湯面に載置した）時における「保温ボード−鋼塊押湯部界面の温度推移」についてである。
そこで、実機と同サイズの1.6t鋼塊を鋳造した後に、燃焼特性の異なる従来品と本発明の保温ボード１（改善品２）を載置した時における「保温ボード−鋼塊押湯部の界面温度推移」を、鋳型５上部から熱電対１５を装入して調査した。
【００４１】
図４に、従来の保温ボードを用いた場合における「保温ボード−鋼塊押湯部の界面温度」を測定した結果を示す。
図５に、本発明の保温ボード１（改善品２）を用いた場合における「保温ボード−鋼塊押湯部の界面温度」を測定した結果を示す。
図４に示すように、保温ボード（従来品）中に装入した熱電対１５の温度推移は、ラボ炉での実験結果と同様に、燃焼に時間がかかり、1400℃到達までに(11)14分を要している。このことから、鋳造後初期においては、従来品は湯面に殆ど熱を付与していないことがわかる。
【００４２】
つまり、従来品では、湯面-10mmの位置で「保温ボード−鋼塊押湯部の界面温度」を測定した熱電対１５の温度推移が、鋳造後から10分以上、本実験で用いた冷間ダイス鋼SKD11の液相線温度1400℃を下回っており、この間に凝固殻が生成し続けていることを表している。
一方で、図５に示すように、早期燃焼型の本発明の保温ボード１（改善品２）では、4分程度で1400℃に到達している。つまり、含有させる金属Al量、その粒度を細粒とした本発明の保温ボード１を使用した場合、4分以内という短時間で且つ、確実で安定的に発熱することとなり、早期に保温することができていることがわかる。
【００４３】
このように、本発明の保温ボード１（改善品２）は、ラボ炉での実験結果と同様に、早期に1400℃に復帰しており、本実験で用いた冷間ダイス鋼SKD11の液相線温度を下回っている時間が少ない。この時間が沈殿晶の生成源である凝固殻の厚み差となる。
以上、本実験の結果より、「保温ボード−鋼塊押湯部の界面温度推移」が、保温ボードの燃焼特性によって大きく変化し、影響を受けていることがわかる。
【００４４】
また、図４、図５に示すように、鋳型５内の溶鋼温度を示す、湯面-30mmについては、押湯鋳込み完了直後から殆ど液相線温度と同じであり、鋳型５内の溶鋼温度のスーパーヒートがほぼ発生していないことがわかる。
それに対し、湯面-10mmについては、鋳込み完了直後は、図４、図５のどちらも常温の保温ボードの投入による抜熱によって溶鋼温度の低下が発生して、液相線温度を下回っていることがわかる。
【００４５】
しかし、その後の湯面-10mmの界面においては、保温ボードの温度推移に大きく影響されていることがわかる。図４に示すように、燃焼速度が遅い従来品では、10分程度ずっとSKD11の液相線温度を下回っているがことがわかる。その一方で、図５に示すように、本発明の保温ボード１（改善品２）では、速い温度上昇に従って、早期に液相線温度まで到達していることがわかる。
【００４６】
このように、シャワリング現象の生成原因である鋼塊押湯部１２の表面温度は、保温ボードの燃焼特性によって大きく影響を受けることとなる。なお一般的に、鋳造（凝固開始）後の10分間が、シャワリング現象の生成に大きな影響があるとされている。
保温ボードを実機に適用させて評価した際の実験条件は、以下の通りである。
一次精錬について、電気炉（交流式アーク炉）を用いてスクラップを溶解した。なお、電気炉の容量は40tonである。
【００４７】
二次精錬（Ladle Furnace：LF）法、二次精錬（脱ガス処理）について、成分調整し、介在物１４の除去を実施した。また、取鍋３を蓋で覆い、取鍋３内を真空状態とした（70Pa程度）。また、Arガスプラグ（底吹き用プラグ）からArガスを吹込み、真空処理を20分間実施した。
下注ぎ造塊工程について、取鍋３から湯道７を通じて、鋳型５内に溶鋼１０を鋳込んだ。また、溶鋼１０が鋼塊押湯部１２まで達した際に、溶鋼１０の表面(溶鋼被覆材の上部)に保温ボードをセットした。溶鋼１０が完全に凝固した後に鋳型５から脱型して、鋼塊１１の本体部１３を下工程の鍛造工程に移行させた。
【００４８】
鍛造工程及び機械加工工程について、鋼塊１１を加熱して、所定の丸棒寸法となるまで、鍛造・加熱を繰り返した。鍛造後に旋盤にて表面旋削を実施して、黒皮（酸化スケール）を除去した。
鋼塊１１の内部評価について、鋼塊１１の段階で切断し、鋼塊１１の軸心部の酸素濃度を比較して、介在物１４の集積度合いを評価した。なお、超音波探傷試験により、製品の内部欠陥を調査した。
【００４９】
本発明の保温ボードを実機工程に適用して、シャワリング現象の低減効果を確認した。
電気炉、及び二次精錬炉にて溶解精錬した溶鋼１０を、試験的に１ヒートで従来品と、本発明の保温ボード１（改善品２）とを鋳造時にそれぞれ使い分け、造塊したSKD11類似鋼の1.6t鋼塊における鋼塊１１の軸心部の酸素濃度を調査した。
図６に、本発明の保温ボード１を実機に適用した場合の評価結果を示す。
【００５０】
保温ボードの燃焼速度の差によって、鋼塊押湯部１２の界面温度に差が発生することがわかった。このことから、シャワリング量が多い従来品を用いて造塊した鋼塊１１においては、介在物１４を捕捉した凝固殻が沈降することによって鋼塊ボトム部への懸濁介在物が増加していることがわかる。このシャワリング量を低減させると介在物１４が減少するので、鋼塊ボトム部の軸心[O]値が異なってくる。
【００５１】
図６に示すように、従来品を使用して造塊した鋼塊と、本発明の保温ボード１（改善品２）を使用して造塊した鋼塊１１とのそれぞれにおける、鋼塊１１の軸心部の部位別酸素濃度の分析を実施した結果、いずれも鋼塊１１の軸心部の酸素濃度は15〜20ppmの範囲となっていることがわかる。しかしながら、鋼塊高さの1/3高さ、すなわち鋼塊ボトム部から400mmの位置(沈殿晶帯)に、沈降性介在物の起因と推定される高酸素領域が存在していることがわかる。
【００５２】
ここで、表２に、鋼塊ボトム部における軸心部の酸素濃度を比較した結果を示す。
【００５３】
【表２】
2018176225.tif 000004
【００５４】
表２に示すように、この高酸素領域における酸素濃度について、比較材である従来品では78ppmとなっており、それに対して、本発明の保温ボード１（改善品２）では54ppmと顕著に低下(Δ24ppm)していることがわかる。
この結果より、早期高発熱型の本発明の保温ボード１（改善品２）を使用した場合、鋼塊押湯部１２の界面が早期に加熱されるので、上面から結晶が沈降するシャワリング現象が減少し、それに伴って鋼塊ボトム部へ巻き込まれる型内剤や懸濁介在物の量が減少して、酸素濃度が低下することとなる。
【００５５】
表３に、UT欠陥発生を指数化して比較した結果を示す。
【００５６】
【表３】
2018176225.tif 000005
【００５７】
表３に示すように、本発明の保温ボード１（改善品２）を７ヒート適用し、371本の鋼材を超音波探傷にて鋼塊ボトム部の介在物欠陥を検査して欠陥率を指数化した結果、保温ボードの欠陥率が0.2となり、従来品を用いた場合の欠陥率1より大幅に低減することとなった。このように、本発明の保温ボード１を使用することで、鋼塊ボトム部の介在物１４の集積が抑制されるという作用効果が発現されることとなった。
【００５８】
なお、本発明の保温ボード１は、工具鋼の中でも、固液共存温度幅が大きく且つ、鋼塊ボトム部の内部欠陥が発生しやすい冷間ダイス鋼などの製造に適用した場合に、特に大きく作用効果が発現される。ただし、工具鋼以外の鋼塊を造塊する場合でも、本発明を適用することは可能である。
以上の検討結果より、本発明の保温ボード１は、金属Al:45〜50%、Al2O3:5〜15%、SiO2:2〜8%、酸化鉄:8〜16%、C:6〜12%を含むものとし且つ、残部が有機物のバインダーで構成され、100μm以下の粒度の金属Alを95%以上含有し、発熱量を4000〜5000kcal/gとしている。
【００５９】
以上、本発明によれば、下注ぎ造塊法で鋼塊１１を製造するに際して、発熱源である金属Al量、粒度を規定した早期発熱性を有する保温ボード１使用することで、鋼塊押湯部１２において早期で且つ安定的に発熱することとなるので、内部欠陥発生の起因となるシャワリング現象の防止、すなわち鋼塊ボトム部に生じやすい介在物１４の集積を防止し、鋼塊１１の本体部１３全体に亘って清浄度が極めて高い鋼塊１１を製造することが可能となる。つまり、鋼塊歩留並びに鋼塊品質の向上させることが可能となる。
【００６０】
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。
特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
【符号の説明】
【００６１】
１  保温ボード
２  下注ぎ造塊装置（鋳込み装置）
３  取鍋
４  注入管
５  鋳型
６  定盤
７  湯道
８  下注入口
９  押湯枠
１０  溶鋼（溶湯）
１１  鋼塊
１２  鋼塊押湯部
１３  本体部
１４  介在物
１５  熱電対
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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