(57)【要約】【課題】下注造塊において溶鋼への型内剤の巻き込みを確実に防止する。【解決手段】本発明の下注造塊方法は、鋳型６底内径1000mm〜2000mmとし、鋳型６底の注入口５から溶鋼を注入する際、湯道３は鋳型６底内の水平方向を向く水平湯道４と当該水平湯道４に連通し且つ上下方向を向き鋳型６内へ溶鋼を注入する注入口５を有し、注入口５は湯道の鋳型６側の端部に上方に向けて拡径されたテーパー状の拡径部５ａを有し、注入口５の１個あたりの溶鋼の注入流量Wを1.5〜3.0t/min、水平湯道４の内径D1[mm]と拡径部５ａの下端側における注入口５の内径D2[mm]との関係が（6.437×W＋0.741×D1−10.849≦D2≦D1）を満たし、内径D2の中心と内径D1の中心のズレ量dが（0.08×D1≦d≦0.5×D1）を満たし、拡径部５ａのテーパー角θが（2°≦θ≦8°）を満たし、注入管５の内径D0が1.8×D1≦D0≦2.5×D1を満たす。【選択図】図１
2019072729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型底の内径が1000mm〜2000mmとされた鋳型に対して、鋳型底に設けられた注入口から溶鋼を湯道を通じて注入しつつ溶鋼の下注ぎ造塊を行うに際して、
前記湯道は、鋳型底内において水平方向を向く水平湯道と、当該水平湯道に連通すると共に上下方向を向き、且つ、前記鋳型内へ前記溶鋼を注入する注入口を有し、
前記注入口は、前記湯道における鋳型側の端部に、上方に向けて拡径されたテーパー状の拡径部を有し、
前記注入口１個あたりの溶鋼の注入流量Wが1.5〜3.0t/minとなるように注入し、
前記水平湯道の内径D1[mm]と、前記拡径部の下端側における、前記注入口の内径D2[mm]との関係が、式（１）で示す範囲を満たし、
6.437×W＋0.741×D1−10.849≦D2≦D1    ・・・（１）
ただし、W：鋳型１基あたりの溶鋼の注入流量[t/min]
前記内径D2の中心と、前記内径D1の中心のズレ量dが、式（２）で示す範囲を満たし、
0.08×D1≦d≦0.5×D1    ・・・（２）
上下方向に対する前記拡径部のテーパー角θが、式（３）で示す範囲を満たし
2°≦θ≦8°    ・・・（３）
前記水平湯道に取鍋から溶鋼を供給する注入管の内径をD0[mm]とした場合に、前記注入管の内径D0と、前記水平湯道の内径D1との間に、式（４）で示す関係が成立する
1.8×D1≦D0≦2.5×D1    ・・・（４）
ことを特徴とする下注造塊方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳型内に溶鋼を下注ぎ方式で注入して鋼塊を製造する下注造塊方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鋳型を用いて鋼塊を製造する造塊方法には、溶鋼の注入方向の違いから「下注ぎ方式」と「上注ぎ方式」の２種類がある。上注ぎ方式は、取鍋から溶鋼を、鋳型の上部より直接鋳型内に注ぎ込む方式である。
それに対して、「下注ぎ方式」は、湯道の末端に上下方向に沿って垂直に設けられた湯道から水平方向の湯道を経由して、鋳型底に設けられ、垂直方向を向いた注入口から鋳型内に、溶鋼を下方から上方へ噴出させるように注ぎ込む方式である。
【０００３】
ところで、上記した「下注ぎ方式」の造塊方法（以降、下注造塊方法という）では、通常、溶鋼の酸化防止や、溶鋼の保温及び、鋳型と凝固殻の焼きつき防止を改善する目的で、鋳型内にパウダー状の型内剤(被覆材またはパウダーとも言う)を添加して鋳造を開始する。
しかしながら、鋳型底の注入口から溶鋼を上向きに噴出させる下注造塊方法では、鋳造の初期に鋳型内で発生する上向きの注入流によって、鋳型内に添加された型内剤が溶鋼中に巻き込まれて、鋳塊内に捕捉されてしまうことがある。
【０００４】
このような溶鋼への型内剤の巻き込みが生じてしまうと、型内剤が鋼塊のボトム部の凝固殻に捕捉されてしまい、その型内剤によって、介在物欠陥が発生してしまう虞がある。
このような型内剤の巻き込みを防止する方法として、鋳造初期における溶鋼の注入速度を低下させる方法がある。しかしながら、溶鋼注入の初期段階においては、湯道煉瓦の温度が低下しているため、溶鋼の注入速度を低くすると、湯道の内部で溶鋼が凝固してしまい、その凝固した溶鋼により、湯道の詰まりを発生させてしまう虞がある。
【０００５】
そこで、上記の課題を解決すべく、従来の下注造塊方法においては、以下の特許文献１〜４に示すような手段を設けて型内剤の巻き込みを防止している。
例えば、特許文献１は、溶融金属の下注ぎ方式の注湯方法において、注湯速度を低下させることなく、注湯中の鋳型内溶融金属の湯面を安定させて、スラグ類や非金属介在物の溶融金属への巻き込みを抑制するとともに注入口から上向きに噴出する溶鋼によって湯面を覆っていた型内剤が周囲に押しやられて目玉と称する裸湯の部分が発生し、溶鋼酸化するのを抑制し、金属鋳塊の品質を低下させる原因となる非金属介在物の金属鋳塊中への分散を減じて、金属鋳塊の品質向上を図ることを目的としている。
【０００６】
具体的には、下注ぎ方式の注湯方法に使用する注湯管において、溶融金属搬送容器から前記吐出口に連通して溶融金属を鋳型に供給する溶融金属の経路である注湯管内に、溶融金属に旋回流を形成させる旋回流形成手段を１個又は複数個設け、注湯管先端部での溶融金属の上方への流速が低下すると共に、旋回流によって生じた遠心力効果による吐出口からの溶融金属の拡散によって湯面の変動が小さくなって安定になり、鋳型中央部分に湧き上がるような現象が大きく減少して目玉の発生を抑制するとされている。
【０００７】
特許文献２は、シールガスとしてアルゴンガスを用いた場合には、シールガスの巻込みによる下注造塊用鋳型内の溶鋼の表面の揺らぎが顕著に発生し、注造塊用鋳型内の溶鋼の表面を盛り上げたり、あるいは溶鋼の表面で弾けたりして、溶鋼の表面に大きな揺らぎを生じる。この結果、造塊された鋼塊の表面が二重肌になったり、あるいは、溶鋼の表面を覆っている被覆材を巻込んで凝固し、鋼塊の表面に凹みや肌荒れを生じたりするなどといった、鋼塊の表面肌の悪化を防止することを目的としている。
【０００８】
具体的には、溶鋼を注入管の下端部の左右の側壁に設けた出口に接続する左右の水平な湯道に流して下注造塊用鋳型へ下注ぎする注湯方法において、注入管からの溶鋼を出口の直近の湯道内に設けた螺旋状の旋回板からなる溶鋼誘導板に通すことにより湯道を流れる溶鋼に旋回流を発生させて下注造塊用鋳型へ下注ぎし、巻き込んだシールガスの気泡を分散させて注湯する注湯方法であり、この方法により鋼塊表面肌が改善されるとされている。
【０００９】
特許文献３は、湯道を流れる溶鋼を旋回流とすることで注入管内で巻込んだシールガスの気泡を湯道内の中心部に集め、下注造塊用鋳型内への流入を複数の下注造塊用鋳型に分散させることで、下注造塊用鋳型内の溶鋼の表面の揺らぎを軽減し、鋼塊の表面肌の悪化や下注造塊用鋳型内で溶鋼の表面を覆っている被覆材の巻込みを防止することを目的としている。
【００１０】
具体的には、取鍋から注入管を経て下注造塊用の湯道に溶鋼を流す際に、垂直に配設した注入管の上部入口から溶鋼を流して落下させる。この場合、この注入管の下端部に段差部を設け、該段差部において、溶鋼の流れを垂直落下から切り替えて段差部の終端部に向け、さらにこの段差部の終端部に設けた下向きの下垂管部で溶鋼の流れを下垂管部の方向の下部に向けるものとし、さらに段差部の底面の延長線より低位かつ直近に位置する段差部の終端部の下垂管部の側壁に配設の出口から水平方向の湯道に溶鋼を流すことで、湯道において旋回流を発生させ、これにより鋼塊表面肌が改善されるとされている。
【００１１】
特許文献４は、大定盤上に設置した複数の下注鋳型により、複数の鋳塊を同時に製造する下注造塊装置に関し、更に詳しくは、高さの異なる鋳塊を同時に製造することを目的としている。
具体的には、大定盤上の複数の２重定盤に装備されたスライド弁を開状態として注入管内に溶湯を供給すると、その溶湯が大定盤内の水平方向の湯道を通り、更に、２重定盤内の垂直方向の湯道を通って、大定盤上の複数の鋳型内に一斉に供給される。そして、鋳型内の溶湯が所定レベルに達したものから順番にスライド弁を閉状態にして、２重定盤内の湯道を遮断する。これにより、１枚の大定盤と１本の注入管によって異高鋳塊を製造することができるとされている。
【００１２】
また、特許文献１〜特許文献４のような溶湯の供給技術ではないが、鋳型へのアルゴンガス移動を抑制することで型内剤の巻き込みを防止する技術もある。
通常の下注造塊においては、注入管の上端に設けられる漏斗部と取鍋との間は、溶鋼が大気で酸化されて介在物が増加するのを避けるため、アルゴンガス等を用いて遮断され、吹き込み大気の侵入を防止する対策がなされている。しかし、このアルゴンガスは溶鋼中に溶解しないため、注入管の内径によっては溶湯中に巻き込まれたアルゴンガスが注入管と湯道を経て鋳型内に持ち込まれ、鋳型内の溶鋼中を気泡となって浮上する。この浮上の際に、鋳型上部に向かうにつれ、溶鋼静圧の減少と温度の上昇によりアルゴンガスの気泡径が大きくなり（鋳型内を浮上する時間は2〜3秒と短いため、気泡径の成長には温度の影響よりも溶鋼静圧の影響が大きいと考えられる）、大きくなったアルゴンガスの気泡が鋳型内の湯面で破裂する際に、溶鋼の湯面が大きく振動し、振動が大きいと型内剤が巻き込まれることになる。
【００１３】
そこで、特許文献５では、注入管の内径を大きくして溶湯へ巻き込まれたアルゴンガスが鋳型へ移動することを抑制して、アルゴンガスの気泡の破裂に伴う湯面の振動を防止し、溶湯の湯面乱れに起因する型内剤の巻き込みを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００７−２１６２９５号公報
【特許文献２】特開２００８−２６４８１６号公報
【特許文献３】特開２００８−２５４０５８号公報
【特許文献４】特開平７−１２４６９９号公報
【特許文献５】特開２０００−２２３２６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、従来の下注造塊方法では、スラグ類や非金属介在物の溶融金属への巻き込みを抑制するために、鋳型底に設けられ、垂直方向を向いた注入口の内径を拡大する方法が提案されている。
しかしながら、特許文献１〜４などの従来の技術においては、注入口と溶鋼の注入流量との関係が不明である。例えば、注入口の内径を大きく広げすぎてしまうと、注入口に設ける耐火物が多く必要となるので、耐火物のコストが増大することとなる。
【００１６】
また、注入口の上部へ向かうほど内径を広げる方法、すなわち上方に向かって広がるテーパー状の拡径部を注入口に設ける方法も提案されているが、拡径部を広げすぎてしまうと、注入流が注入口の内周壁から剥離してしまい、溶鋼の注入速度が減少しなくなるので、噴出流が弱まらない。つまり、鋳型内への溶鋼の流れが拡散しなくなる。また、拡径部を広げると注入口全体に設ける耐火物が多く必要となるので、耐火物のコストが増大することとなる。
【００１７】
そこで、本願発明者らは、鋳型内への噴出流の拡散について、鋭意研究を重ねた。
その結果、噴出流の拡散には、溶鋼の流れ、特に溶鋼が旋回するように流れることが大きく関与することを知見した。
さて、特許文献１においては、溶鋼の流れに旋回流を付与するため、湯道内に旋回羽として作用させる耐火物を使用しているが、その耐火物の破損による、破砕物の混入の虞がある。詳しくは、螺旋状の旋回羽が注入流の衝撃によって破損し、その破砕物が鋳型内に持ち込まれて、溶鋼内に取り込まれて介在物欠陥になる虞がある。
【００１８】
そこで、破損を防止するために、旋回羽として作用させる耐火物を厚くすると、溶鋼注入の初期段階において耐火物（旋回羽）の温度上昇が遅くなるため、溶鋼の温度が低下しやすく、湯道の内部で注入流（溶鋼）が凝固してしまい、旋回羽部での湯道の詰まりを発生させてしまう虞がある。
特許文献２においては、注入管内であって、鋳型注入口から離れた箇所に設けられている螺旋状の旋回板によって、注入流に旋回流を付与しようとするものであるが、大型の鋼塊を製造する場合、螺旋状の旋回板から鋳型までの距離がある、すなわち螺旋状の旋回板が鋳型から遠いと、注入流に旋回流を付与する効果が、弱まってしまう。
【００１９】
また、螺旋状の旋回板が注入流の衝撃によって破損し、その破砕物が鋳型内に持ち込まれて、溶鋼内に取り込まれて介在物欠陥になる虞がある。そこで、破損を防止するために、旋回羽として作用させる耐火物を厚くすると、溶鋼注入の初期段階において耐火物（旋回羽）の温度上昇が遅くなるため、溶鋼の温度が低下しやすく、湯道の内部で注入流（溶鋼）が凝固してしまい、旋回羽部での湯道の詰まりを発生させてしまう虞がある。
【００２０】
特許文献３においては、注入管内であって、鋳型注入口から離れた箇所に設けられている段差部によって、注入流に旋回流を付与しようとするものであるが、大型の鋼塊を製造する場合、段差部から鋳型までの距離がある、すなわち段差部が鋳型から遠いと、注入流に旋回流を付与する効果が、弱まってしまう。
また、従来の下注ぎ造塊方法に、特許文献３の技術を適用する場合、通常、注入管の耐火物を保持するための鋳鉄製の注入管の保持筒や定盤の改造、すなわち鋳型を大幅に改造する必要があるため、鋼塊の製造のコストアップに繋がる。
【００２１】
特許文献４においては、溶鋼注入の終了段階に、スライド弁を作用させるため、溶鋼注入の初期段階における注入流の鋳型内への拡散には影響を与えない。つまり、この技術は、鋳型内への噴出流を拡散させる効果は発現しないので、本願発明の目的とは異なる。たとえ、溶鋼注入の初期段階にスライド弁を作用させたとしても、水平湯道と鋳型注入口との中心がずれていないため、旋回流が生じず効果が発現しない。また、スライド弁からの湯漏れの虞や、スライド弁を設けることによる耐火物のコストが嵩むこととなる。
【００２２】
そこで、本発明では、上記問題点に鑑み、まず水平湯道を経て流入してきた溶鋼を、鋳型底に設けられている注入口から、鋳型に注入するに際して、鋳型に注入する溶鋼の流量を規定しておき、注入口の内径を少なくとも水平湯道の内径以下とし、注入口の中心を水平湯道の中心からずらしている。また、所定の開き角度とされた拡径部を注入口に設けている。このようにすれば、注入流に旋回流を付与し、またその注入流を拡径部に沿って広げるように注入することができ、溶鋼への型内剤の巻き込みをある程度防止することができる。
【００２３】
ただ、上述した特許文献１〜特許文献４のような手段だけでは、鋳型に送られたアルゴンガスの気泡による鋳型表面肌の悪化を防止することはできず、型内剤の巻き込みを防止するものとしては十分ではない。
この点、上述した特許文献５の技術は、注入管の内径を太くして鋳型にアルゴンガスを流れ込み難くしているが、注入管の内径をいたずらに太くすると、注入管内で凝固した鋼が成品として利用できないためスクラップとなり、歩留を低下させてしまう虞がある。また、注入管の耐火物量も増加するため、設備の初期投資が増大する可能性があるため、注入管の内径の増加はできる限り小さい方が好ましい。
【００２４】
また、特許文献５の技術は、注入管の内径については考慮しているものの、湯道の内径については全く考慮していない。そのため、湯道の内径によっては、鋳型にアルゴンガスが流れ込む可能性がある。
さらに、型内剤の巻き込みは、特に鋳込初期、言い換えれば鋳型底部での型内剤の巻き込みも影響する可能性が大きいが、鋳込初期の状態を考慮して注入管や湯道の内径をどのようにするかについても特許文献５では全く言及していない。
【００２５】
本発明は、上述した問題に鑑みて為されたものであり、注入流に旋回流を付与して鋳型内への噴出流を弱めるだけでなく、注入管の内径と湯道の内径との関係をも規定して、アルゴンガスの気泡が湯面で破裂する際の湯面の乱れを確実に抑制し、鋳型底部から上部の全ての範囲で型内剤の巻き込まれがなく介在物欠陥が低減された高品質の鋼を製造することができる下注造塊方法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】
【００２６】
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。
本発明にかかる下注造塊方法は、鋳型底の内径が1000mm〜2000mmとされた鋳型に対して、鋳型底に設けられた注入口から溶鋼を湯道を通じて注入しつつ溶鋼の下注ぎ造塊を行うに際して、前記湯道は、鋳型底側において水平方向を向く水平湯道と、当該水平湯道に連通すると共に上下方向を向き、且つ、前記鋳型内へ前記溶鋼を注入する注入口を有し、前記注入口は、前記湯道における鋳型側の端部に、上方に向けて拡径されたテーパー状の拡径部を有し、前記注入口１個あたりの溶鋼の注入流量Wが1.5〜3.0t/minとなるように注入し、前記水平湯道の内径D1[mm]と、前記拡径部の下端側における、前記注入口の内径D2[mm]との関係が、式（１）で示す範囲を満たし、
6.437×W＋0.741×D1−10.849≦D2≦D1    ・・・（１）
ただし、W：鋳型１基あたりの溶鋼の注入流量[t/min]
前記内径D2の中心と、前記内径D1の中心のズレ量dが、式（２）で示す範囲を満たし、
0.08×D1≦d≦0.5×D1    ・・・（２）
上下方向に対する前記拡径部のテーパー角θが、式（３）で示す範囲を満し、
2°≦θ≦8°    ・・・（３）
前記水平湯道に取鍋から溶鋼を供給する注入管の内径をD0[mm]とした場合に、前記注入管の内径D0と、前記水平湯道の内径D1との間に、式（４）で示す関係が成立する
1.8×D1≦D0≦2.5×D1    ・・・（４）
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、注入流に旋回流を付与して鋳型内への噴出流を弱めるだけでなく、注入管の内径と湯道の内径との関係をも規定して、アルゴンガスの気泡が湯面で破裂する際の湯面の乱れを確実に抑制し、鋳型底部から上部の全ての範囲で型内剤の巻き込まれがなく介在物欠陥が低減された高品質の鋼を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】下注造塊装置に備えられている鋳型と湯道の概略を示した模式図である。
【図２Ａ】従来の注入管及び湯道を備えた下注造塊装置を示した水モデルの模式図である。
【図２Ｂ】本発明の注入管及び湯道を備えた下注造塊装置を示した水モデルの模式図である。
【図３】本発明の湯道の概略を模式的に示した図であって、水平湯道、注入管、拡径部の概略を模式的に示した図である。
【図４】注湯流量Ｗを変化させた場合における、鋼塊のボトム部における超音波欠陥の個数の変化を示したグラフである。
【図５】鋳型下部での注湯流量Ｗと、注入口の直上の水面における、湯面変動量２σの関係を示したグラフである。
【図６】注湯流量Ｗを変化させた場合における、鋼塊のトップ部における超音波欠陥の個数の変化を示したグラフである。
【図７】鋳型上部での注湯流量Ｗと、注入口の直上の水面における、湯面変動量２σの関係を示したグラフである。
【図８】従来ノズルを使用し、溶鋼に見立てた水の注入の初期段階における、鋳型内の水面変動の状況と、改善ノズル（本発明）を使用し、溶鋼に見立てた水の注入の初期段階における、鋳型内の水面変動の状況と、を比較して示した画像である。
【図９】従来ノズルを用いて溶鋼に見立てた水を注入した際に、鋳型内の中心部において鋳型底部における水面変動を測定した結果を示したグラフである。
【図１０】従来ノズルを用いて溶鋼に見立てた水を注入した際に、鋳型内の端部において鋳型底部の水面変動を測定した結果を示したグラフである。
【図１１】改善ノズル（旋回流付与）を用いて溶鋼に見立てた水を注入した際に、鋳型内の中心部において鋳型底部の水面変動を測定した結果を示したグラフである。
【図１２】改善ノズル（旋回流付与）を用いて溶鋼に見立てた水を注入した際に、鋳型内の端部において鋳型底部の水面変動を測定した結果を示したグラフである。
【図１３】従来ノズルを用いた場合の鋳型内中心部における鋳型底部の水面変動と、水面高さの関係を示したグラフである（図９、図１０に対応）。
【図１４】改善ノズル（旋回流付与）を用いた場合の鋳型内中心部における鋳型底部の水面変動と、水面高さの関係を示したグラフである（図１１、図１２に対応）。
【図１５】従来ノズルと、改善ノズル（本発明）の形状を示した図である（耐火物の内部のみを示す）。
【図１６】内径が細い注入管（D0/D1=1.39）を使用し、溶鋼に見立てた水の、鋳型内上部の水面変動の状況と、内径が太い注入管（本発明）（D0/D1=2.5）を使用し、溶鋼に見立てた水の、鋳型内上部の水面変動の状況を示した画像である。
【図１７】内径が細い注入管（D0/D1=1.39）を使用し、改善ノズル（本発明）を用いて溶鋼に見立てた水を注入した際に、鋳型内上部の中心部において水面変動を測定した結果を示したグラフである。
【図１８】内径が細い注入管（D0/D1=1.39）を使用し、改善ノズル（本発明）を用いて溶鋼に見立てた水を注入した際に、鋳型内上部の端部において水面変動を測定した結果を示したグラフである。
【図１９】内径が太い注入管（D0/D1=2.5）を使用し、改善ノズル（本発明）を用いて溶鋼に見立てた水を注入した際に、鋳型内上部の中心部において水面変動を測定した結果を示したグラフである。
【図２０】内径が太い注入管（D0/D1=2.5）を使用し、改善ノズル（本発明）を用いて溶鋼に見立てた水を注入した際に、鋳型内上部の端部において水面変動を測定した結果を示したグラフである。
【図２１】内径が細い注入管（D0/D1=1.39）を使用し、従来ノズル（旋回流のみ付与）を用いて溶鋼に見立てた水を注入した際に、注入口の直上の鋳型上部の水面変動を測定した結果を示したグラフである。
【図２２】内径が太い注入管（D0/D1=2.5）を使用し、改善ノズル（本発明）を用いて溶鋼に見立てた水を注入した際に、注入口の直上の鋳型上部の水面変動を測定した結果を示したグラフである。
【図２３】水平湯道の内径D1=56mmφの場合における、鋳型内底部の湯面高さの変動量２σが32mmを超えない、鋳型１基あたりの溶鋼の注入流量Wと、注入口の内径D2の関係を示したグラフである。
【図２４】水平湯道の内径D1=64mmφの場合における、鋳型内底部の湯面高さの変動量２σが32mmを超えない、鋳型１基あたりの溶鋼の注入流量Wと、注入口の内径D2の関係を示したグラフである。
【図２５】水平湯道の内径D1=72mmφの場合における、鋳型内底部の湯面高さの変動量２σが32mmを超えない、鋳型１基あたりの溶鋼の注入流量Wと、注入口の内径D2の関係を示したグラフである。
【図２６】水平湯道の内径D1=80mmφの場合における、鋳型内底部の湯面高さの変動量２σが32mmを超えない、鋳型１基あたりの溶鋼の注入流量Wと、注入口の内径D2の関係を示したグラフである。
【図２７】水平湯道の内径D1と、図２３〜図２６において下限を示す直線の勾配aと切片bの関係を示したグラフである。
【図２８】水平湯道の内径D1=64mm、注入口の内径D2=56mm、テーパー角θ=4°の場合における、中心のズレ量の比(d/D1)と、鋳型底部の水面変動量２σとの関係を示したグラフである。
【図２９】水平湯道の内径D1=72mm、注入口の内径D2=60mm、テーパー角θ=4°の場合における、中心のズレ量の比(d/D1)と、鋳型底部の水面変動量２σとの関係を示したグラフである。
【図３０】水平湯道の内径D1=64mm、注入口の内径D2=56mmで、水平湯道の内径D1の中心と注入口の内径D2の中心のズレ量d=6.4mmの場合における、注入口の拡径部のテーパー角θと、鋳型底部の水面変動量２σの関係を示したグラフである。
【図３１】水平湯道の内径D1=72mm、注入口の内径D2=60mmで、水平湯道の内径D1の中心と注入口の内径D2の中心のズレ量d=6.4mmの場合における、注入口の拡径部のテーパー角θと、鋳型底部の水面変動量２σの関係を示したグラフである。
【図３２】水平湯道の内径D1=64mm、注入口の内径D2=56mmで、水平湯道の内径D1の中心と注入口の内径D2の中心のズレ量d=6.4mmの場合における、注入管内径と水平湯道内径の比(D0/D1)と、鋳型上部の水面変動量２σの関係を示したグラフである。
【図３３】水平湯道の内径D1=72mm、注入口の内径D2=60mmで、水平湯道の内径D1の中心と注入口の内径D2の中心のズレ量d=6.4mmの場合における、注入管内径と水平湯道内径の比(D0/D1)と、鋳型上部の水面変動量２σの関係を示したグラフである。
【図３４】鋳型の概略を模式的に示した図である。
【図３５】水モデル実験で用いる、下注造塊装置を模した実験装置の概略を模式的に示した図である。
【図３６】鋳型内における水面変動を測定する方法を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明にかかる下注造塊方法の実施形態を、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。
本発明にかかる下注造塊方法は、鋳型６の底の内径が1000mm〜2000mmとされた鋳型６に対して、その鋳型６の底に設けられた注入口５から溶鋼７を湯道３を通じて注入しつつ溶鋼７の下注ぎ造塊を行うこととしている。
【００３０】
さて、鋳型６を用いて鋼塊を製造する造塊方法には、溶鋼７の注入方向の違いから「下注ぎ方式」と「上注ぎ方式」の２種類がある。上注ぎ方式は、取鍋９から溶鋼７を、鋳型６の上部の開口部より、直接鋳型６内に注ぎ込む方式である。
それに対して、「下注ぎ方式」は、図１の左側に示すように、取鍋９から上下方向に沿って設けられた注入管２に溶鋼７を注入し、その溶鋼７を水平方向を向く水平湯道４を経由して、鋳型６の底（定盤）に設けられ且つ、垂直方向を向いた注入口５に送って、その注入口５から溶鋼７を下方から上方へ噴出させるように、鋳型６内に注ぎ込む方法である。
【００３１】
図１に示すように、本発明の下注造塊方法に用いる下注造塊設備１は、下注造塊方法の湯道３は、鋳型６の底内において水平方向を向く水平湯道４と、この水平湯道４に連通するとともに上下方向を向き、且つ、鋳型６内へ溶鋼７を注入する注入口５（垂直湯道）を有していて、注入口５は、湯道３における鋳型６側の端部に、上方に向けて拡径されたテーパー状の拡径部５ａを有している。
【００３２】
本実施形態の下注造塊設備１は、鋳型６の１基の注湯量が40t〜80tのインゴット鋳型６を対象としており、極厚製品の板厚と圧延比から、鋳型６の底の内径を1000mm〜2000mmとしている。
また、本実施形態の下注造塊方法においては、上述した下注造塊設備１に対して、注入口５の１個あたりの溶鋼７の注入流量Wが、1.5 t/min〜3.0t/minとなるように、鋳型６へ溶鋼７を注入している。
【００３３】
このような範囲に溶鋼７の注入流量Wを規定するのは、以下のような理由からである。すなわち、本発明は後述する水モデル実験を用いて型内剤の巻き込まれが発生するかどうかを確認している。この水モデル実験においては、注入口５の１個あたりの溶鋼７に相当する水の注入流量QM（添え字のMはモデルを表す）の範囲を、7 L/min〜13L/minとして実験を行った。
【００３４】
それゆえ、この水モデル実験の水の注入流量QMを、実機における、注入口５の１個あたりの溶鋼７の注入流量QR（添え字のRは実機を表す）に換算すると、溶鋼７の注入流量Wは1.5 t/min〜3.0t/minになる。つまり、本発明では注入口５の１個あたりの溶鋼７の注入流量Wが1.5t/min〜3.0t/minの範囲において、以下の式（１）〜式（４）の関係が成立するものとしている。
【００３５】
なお、本発明が対象とする、鋳型６の１基あたりの注湯量は、上述したように40〜80tであるため、鋳造時間の範囲を約14分〜50分に規定することもできる。
図３に示すように、本実施形態においては、水平湯道４の内径D1[mm]と、拡径部５ａの下端側における注入口５の内径D2[mm]との関係が、式（１）で示す範囲を満たすこととしている。
【００３６】
6.437×W＋0.741×D1−10.849≦D2≦D1    ・・・（１）
ただし、W：鋳型１基あたりの溶鋼の注入流量[t/min]である。
詳しくは、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量Wとは、取鍋９の底部に備えられているノズルから注入管２に注入される溶鋼７が分岐された水平湯道に入り鋳型内に注入される溶鋼の流量であって、ノズルに設けられているスライドバルブによって、溶鋼７の流量が制御される。
【００３７】
ここで、鋳型内への注入流（噴出流）の拡散について、説明する。
図１Ａに示すように、水平湯道４と注入口５において、溶鋼７の流れが、水平方向から垂直方向に切り替わる部位において、水平湯道４の中心と、注入口５の中心とをずらすことにより注入流に渦（旋回流）が付与され、拡径部５ａでテーパー状に沿って旋回流が付与された注入流が広がってゆき、それにより鋳型６の内部への噴出流（注入流）を弱めることができることを、本願発明者らは知得した。つまり、噴出流の拡散には、溶鋼の流れ、特に溶鋼が旋回するように流れることが大きく関与することを知見した。
【００３８】
なお、図１Ａの右図は、同図中の左図に示す鋳型のＡ部を拡大した図であって、注入口５の拡径部５ａを設けた図である。
式（１）に示すように、注入口５の内径D2を、水平湯道４の内径D1と同じ径あるいは少し小径に設定し、水平湯道と注入口の中心を所定量ずらした場合、注入流に旋回流が付与され且つ、鋳型６の上方に向かって広がってゆく作用効果が発現することとなる。
【００３９】
しかし、注入口５の内径D2を、水平湯道４の内径D1より大きい径に設定する（式（１）を満たさない）と、注入口５の中心と水平湯道４の中心のズレによって生じた渦の発生が弱まってしまうこととなる。つまり、注入流に旋回流が付与されない。
一方で、注入口５の内径D2を、式（１）の左辺の値より小さい径に設定する（式（１）を満たさない）と、注入口５の内径が細くなりすぎるので、鋳型６内に噴出する注入流の上向きの流速が増加してしまい、渦発生による注入流の分散効果がなくなってしまう。
【００４０】
注入口５の内径D2の下限の値については、溶鋼７の注入流量Wが増加すると、それに伴って、注入口５の内径D2も大きくする必要がある。また、水平湯道４の内径D1の拡径によっても、注入口５の内径D2を大きくする必要がある。
また、本実施形態においては、注入口５の内径D2の中心と、水平湯道４の内径D1の中心のズレ量d[mm]が、式（２）で示す範囲を満たすこととしている。
【００４１】
0.08×D1≦d≦0.5×D1    ・・・（２）
注入口５の内径D2の中心と、水平湯道４の内径D1の中心とのズレ量dとは、例えば、図１ＢのＡ−Ａ矢視図に示すように、注入口５の内径D2の中心を含む上下方向の軸（中心軸）が、水平湯道４の内径D1の中心を含む上下方向の軸（中心軸）に対して、水平方向にずらした量のことである。
【００４２】
すなわち、注入口５の内径D2の中心と、水平湯道４の内径D1の中心は、上下方向において、同一直線上にさせていない。
式（２）を設定する理由としては、注入口５の内径D2の中心と、水平湯道４の内径D1の中心とのズレ量dが、(0.08×D1)より小さくなってしまうと、渦の発生がほとんど生じない。つまり、式（２）を満たさないと、注入流に旋回流が付与されない。なお以降、単に、中心のズレ量dと呼ぶこととする。
【００４３】
また、中心のズレ量dが(0.5×D1)より大きくなってしまうと、注入口５に設けられている耐火煉瓦と、水平湯道４に設けられている耐火煉瓦との接合部の面積が減少してしまい、注入口５への注入流の流速が増加することとなる。つまり、式（２）を満たさないと、渦発生による注入流の分散効果がなくなってしまう。
さらに、本実施形態においては、注入口５内において上方に向かって開く形状とされた拡径部５ａの開き角度θ、すなわち上下方向における拡径部５ａのテーパー角θ、が式（３）で示す範囲を満たすこととしている。
【００４４】
2°≦θ≦8°    ・・・（３）
式（３）を設定する理由としては、鋳型６内に溶鋼７を注入する際、鋳型６内に噴出しすぎないように、注入流の速度を低下させて注入する必要がある。その対応策として、図１Ｂに示すように、周囲に煉瓦が設けられている注入口５の内径を上方に行くほど広げる形状とすることとしている。つまり、注入口５に拡径部５ａを設けるようにしている。
【００４５】
この注入口５に設けられている拡径部５ａのテーパー角θを、2°以上にすると、盛り上がり高さが低下する効果がある。
しかしながら、テーパー角θが8°を上回る傾斜としてしまうと、注入流が拡径部５ａの内周壁から剥離してしまい、テーパー角に沿って広がらなくなる。つまり、式（３）を満たさないと、渦発生による注入流の分散効果がなくなってしまう。
【００４６】
さらに、本実施形態においては、水平湯道４に取鍋９から溶鋼を供給する注入管２の内径をD0[mm]とした場合に、注入管２の内径D0と、水平湯道４の内径D1との間に、式（４）で示す関係が成立することとしている。
1.8×D1≦D0≦2.5×D1    ・・・（４）
式（４）を設定する理由は、コストアップや歩留低下を防止しつつ、注入管２に巻き込まれたArガスが鋳型６内に持ち込まれないようにするためである。
【００４７】
すなわち、注入流量が1.5 t/min〜3.0t/minの範囲では、注入管２の内径D0を水平湯道４の内径D1の1.8倍未満とすると、水平湯道４に比べて注入管２が細いものとなるため、注入管２内における溶湯の下降流が大きくなり、注入管２に巻き込まれたArガスが鋳型６内に持ち込まれる可能性がある。また、注入管２の内径D0を水平湯道４の内径D1の2.5倍より大きくしても、Arガスの巻き込み防止効果はほとんど変わらないため、内径D0をそれ以上大きくしても注入管２の耐火物が大きくなり、コストアップになる。また、注入管２内の鋼の分だけ歩留が悪化することになる。
【００４８】
次に、本発明にかかる下注造塊方法について、具体的に説明することとする。
まず、注入流による、溶鋼７への型内剤８の巻き込みの限界値の決定について、説明する。
図４に示すように、従来の形状のノズル２０を使用して70t鋼塊の下注造塊を行った場合、注入口５の１個あたりの溶鋼７の注入流量（注湯流量）Wを1.4t/min以下とすると、特に超音波欠陥は認められなかった。ところが、注入口５の１個あたりの溶鋼７の注入流量Wを1.5t/min以上とすると、鋼塊のボトム部において、型内剤８の巻き込みによる超音波欠陥が認められた。この超音波欠陥については、鋼塊を40mm厚に圧延し、鋼塊のボトム部から上方へ500mmに相当する範囲内に生じている超音波欠陥の個数を計測する超音波試験で評価した。
【００４９】
なお、超音波試験で使用した測定機器については以下の通りである。
探傷器については、型番UI-25（菱電湘南エレクトロニクス株式会社製）のデジタル超音波探傷器を使用し、探傷子については、型番2C30Nを使用した。また、探傷感度については、標準試験片(STB-G V15-2.8（JIS))を使用し、疵エコー高さ80％で設定した。
また、図５に示すように、上述した鋼塊のボトム部と同様に、トップ部についても超音波試験により超音波欠陥の個数を計測した。つまり、鋳造の後期においては、湯面が上昇して鋳型の押し湯部直下に達した時に、溶湯中に巻き込まれたアルゴンガス気泡が最大に膨張し破裂する。このとき、気泡の破裂による湯面変動も最大になる。そこで、鋼塊のトップ部については、超音波試験は鋼塊上部を40mm厚に圧延し、超音波欠陥の個数を計測する超音波試験で評価した。なお、鋼塊のトップ部とは、鋳型底部から1800〜2200mmに相当する範囲のことである。
【００５０】
鋼塊のトップ部においても、型内剤８の巻き込みによる超音波欠陥が認められた。つまり、注入口５の１個あたりの溶鋼７の注入流量（注湯流量）Wを1.4t/min以下とすると、特に超音波欠陥は認められなかったが、注入流量（注湯流量）Wを1.4t/minより大きくすると、超音波欠陥が認められるようになる。このことから、鋼塊のボトム部でもトップ部でも、注入流量（注湯流量）Wを1.4 t/min以下とすれば、型内剤８の巻き込みによる超音波欠陥は発生しなくなると判断される。
【００５１】
一方、後述する水モデル実験を行えば、鋳型に対する注湯流量と、注入口直上の水面の湯面変動量2σとの関係を調査することができる。
例えば、図５は、鋼塊のボトム部、言い換えれば鋳造の初期における、水モデル実験における注入流量を実機における注湯流量に換算した湯面変動量2σとの関係を示したものである。図５を見ると、水面の変動量は注湯流量の増加とともに増加する。ここで、図３の結果から超音波欠陥が生じなかった注入口５の流量は1.4t/min以下であるので、図中に注湯流量が1.4t/minの境界線を引き、注湯流量が1.4t/min以下となる水面の変動量２σの値を見ると、２σの値は32mmとなる。よって、水面高さの変動量２σが32mm以下となる場合には、超音波欠陥は生じない（型内剤の巻き込み問題も生じない）と判断した。
【００５２】
また、図５同様に、図６も鋼塊のトップ部、言い換えれば鋳型６底部から1800〜2200mmに相当する範囲内における、注湯流量と湯面変動量2σとの関係を示したものである。図６を見ると、図５同様、注湯流量が1.4t/min以下となる水面の変動量２σの値を見ると、２σの値は32mmとなる。このことから、鋼塊のボトム部でも、鋼塊のトップ部でも、水面高さの変動量２σが32mm以下となる場合には、超音波欠陥が生じる心配はなく、型内剤の巻き込み問題も生じないと判断した。
【００５３】
なお、実際の鋳造においては、型内剤８は、パウダー状とされており、ビニール袋にくるまれ、さらにそのビニール袋の上から厚紙（厚手の封筒に使用されるような紙材）でくるまれたものである。このような、袋・紙材などにくるまれた型内剤８は、針金で縛られて、鎖で鋳型６上端からぶら下げられる。
このような型内剤には、例えば表１に示すような成分組成のものを用いることができる。この表１の型内剤は、粉末状であり、１０９０〜１２１０℃で軟化する。なお、型内剤の軟化とは、アルミナ製の耐火物容器内で加熱した時、試料表面の粉末がなくなり丸く膨らんだ状態となった場合をいう。
【００５４】
【表１】
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【００５５】
溶鋼７注入前に、袋・紙材などにくるまれた型内剤８を鋳型６底から100mm〜200mm上方の位置にセットする。そして、溶鋼７が鋳型６内に注入されると、溶鋼７の熱によって型内剤８が加熱され、厚紙とビニールが加熱されて先に燃え、その後型内剤８が鋳型６内へ落下することとなる。
このような手順で、鋳型６内にパウダー状の型内剤８が添加されて、鋳造が開始される。
【００５６】
また、上述した水モデル実験は、以降に示すようなやり方で行った。なお、この水モデル実験結果については実機に換算した注湯流量、湯面変動量、長さを用いて示している。
まず、水面変動量２σを測定する方法について説明する。
この水面変動量２σの測定は、鋳型６を模した容器内の水面変動を、超音波式変位センサー１０により行うものとなっている。水面変動量２σを測定する点としては、注入口５の直上、及び、注入口５（鋳型６の内壁から実寸で820mm離れた位置）と、鋳型６壁の中間位置（鋳型６の内壁から実寸で200mm離れた位置）の2点（鋳型６内の中心部と端部）とした。
【００５７】
図８に、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量Wを2.46t/minとし、溶鋼７と見立てた水を容器（鋳型６）内へ注入したときの水面変動の状況を示した。なお、図８は、鋳造初期段階における鋳型６内の水面変動を撮像した検証画像である。また、注入管２の内径D0を水平湯道の内径D1で除した内径比（D0/D1）が1.39の場合である。
図８中の左側画像は、偏心（D2の中心とD1の中心のズレなし）も拡径もしていない、従来ノズル２０（水平湯道の内径D1=72mmφ、注入口５の内径D2=72mmφ、図15の左図参照）を使用した時における、鋳型６内の水面変動の状況を示した画像である。
【００５８】
図８中の右側画像は、注入口５を細くし、偏心（D2の中心とD1の中心のズレ有り）と拡径した（拡径部５ａを有する）本発明の改善ノズル５(水平湯道４の内径D1=72mmφ、注入口５の内径D2=60mmφ、中心のズレ量d=6.4ｍｍ、テーパー角θ=4°、図15の右図参照)を使用した時における、鋳型６内の水面変動の状況を示した画像である。
図８を参照すると、水平湯道４の内径D1の中心に対して、注入口５の内径D2の中心を偏心させ、且つ、上方に向かって広げた拡径部５ａを有する、改善ノズル（本発明の注入口５）を使用することにより、溶鋼７注入の初期段階において、ノズルの直上での注入流の盛り上がりが減少していることがわかる。つまり、本発明の注入口５を使用すると、後述するように注入管２の内径D0を水平湯道の内径D1で除した内径比（D0/D1）が1.8未満であっても鋳型６内の水面変動を減少させることができる。
【００５９】
図９に、従来ノズル２０を用いて溶鋼７と見立てた水を注入した際に、鋳型６内の中心部において水面変動を測定した結果を示す。図１０に、従来ノズル２０を用いて溶鋼７と見立てた水の注入を実施した際に、鋳型６内の端部において水面変動を測定した結果を示す。
図１１に、改善ノズル５を用いて溶鋼７と見立てた水を注入した際に、鋳型６内の中心部において水面変動を測定した結果を示す。図１２に、改善ノズル５を用いて溶鋼７と見立てた水の注入を実施した際に、鋳型６内の端部において水面変動を測定した結果を示す。なお、図９、図１０、図１１、及び図１２の実験条件については、図８に示す検証画像の場合と同じである。
【００６０】
図１１に示すように、改善ノズル５を用いて溶鋼７と見立てた水の注入を実施した場合、図９に示す従来ノズル２０を用いて溶鋼７と見立てた水の注入を実施した結果と比較して、特に鋳型６内の中心部、すなわち注入口５の直上における水面変動が小さくなっていることがわかる。また、図１０と図１２を比較すると、鋳型６内の端部においても、改善ノズル５を用いた場合の方が水面変動が小さくなっていることがわかる。
【００６１】
つまり、注入口５の内径D2の中心を、水平湯道４の内径D1の中心に対して偏心させ、且つ、上方に向かって広げた拡径部５ａを備えると、水面変動の抑制効果が顕著である。
続いて、注入口５から噴出される注入流による、鋳型６内の各水面高さにおける水面変動量２σを測定する方法について説明する。
注入口５の直上における水面の変動については、0.1sec（実機では0.2sec相当）間隔で測定した。一方で、注入口５と鋳型６壁の中間位置で測定された水面変動については、0.1sec（実機では0.2sec相当）間隔で測定し、時間平均した値から水面の上昇速度を求め、各時間における水面位置（鋳型６底からの距離）を求めた。
【００６２】
また、激しく変動している注入口５の直上における水面の瞬間高さと、鋳型端部で測定された各時間における水面位置の平均値との差の標準偏差σの2倍を、水面変動量２σとした。
図１３に、従来ノズル２０（図１５左図参照）を用いた場合における、注入口直上の水面変動量と、鋳型６底からの水面高さの関係の一例を示す（図９、図１０に対応）。図１４に、改善ノズル５（図１５右図参照）を用いた場合における、注入口直上の水面変動量と、鋳型６底からの水面高さの関係の一例を示す（図１１、図１２に対応）。
【００６３】
図１４に示すように、改善ノズル５を用いて溶鋼７を注入すると、図１３に示す従来ノズル２０の使用に対して、水面変動が大幅に小さくなっていることがわかる。なお、この実験結果には多少のバラつきがあるので、実験条件ごとに３回繰り返した結果から平均の２σを求め、その２σを水面変動量としてノズル（注入口５）の効果を評価した。
次いで、水平湯道４の内径D1、注入口５の内径D2、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量W、及び、湯面変動量２σの関係について説明する。以降、水モデルの場合も単に湯面変動量２σと呼ぶ。
【００６４】
水モデル実験を実施してみると、鋳型６内であって、注入口５の直上における水面高さの湯面変動量２σが32mm以下となるように、偏心と拡径させた条件下(中心のズレ量d=6.4mm、拡径部５ａのテーパー角θ=4°)の改善ノズル５を使用しても、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量Wや、水平湯道４の内径D1と注入口５の内径D2の値によっては、注入口５の直上における水面高さの湯面変動量２σが、32mm以下を、必ずしも満足しないことがわかった。
【００６５】
そこで、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量W、並びに、水平湯道４の内径D1と注入口５の内径D2を変化させて、検証実験を行った。
この検証実験では、水の注入流量QMを、7L/min,9L/min,11L/min,13L/minと変化させた。この値を実機に換算すると、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量Wが、1.57t/min,2.02t/min,2.46t/min,2.91t/minに相当するものとなる。
【００６６】
図２３〜図２６に、上記の検証実験の結果を示す。
図２３は、水平湯道４の内径D1=56mmφの場合における、湯面変動量２σが32mmを超えない、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量Wと、注入口５の内径D2の関係を示したグラフである。図２４は、水平湯道４の内径D1=64mmφの場合における、湯面変動量２σが32mmを超えない、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量Wと、注入口５の内径D2の関係を示したグラフである。
【００６７】
図２５は、水平湯道４の内径D1=72mmφの場合における、湯面変動量２σが32mmを超えない、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量Wと、注入口５の内径D2の関係を示したグラフである。図２６は、水平湯道４の内径D1=80mmφの場合における、湯面変動量２σが32mmを超えない、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量Wと、注入口５の内径D2の関係を示したグラフである。
【００６８】
なお、図２３〜図２６においては、注入口５からの噴出する注入流による、湯面変動量２σが、32mm以下となる場合を○印で表示し、そうでない場合を×印で表示している。
ここで、鋼塊を鋳造する下注造塊装置１の装置構成について説明する。
図３４に示すように、下注造塊装置１は、定盤と呼ばれている鋳鉄製の盤の上に、内部に耐火物が配設され且つ、上下方向に長い鋳鉄製の注入管２が配置され、その側方に鋳鉄製のインゴットケース（鋳型６）を１個または複数個、配置されている。本実施形態においては、注入管２の側方に、鋳型６が１個配置されているものを例に挙げている。
【００６９】
注入管２から注入された溶鋼７を鋳型６まで導くために、鋳型６底とされている定盤内に流路が水平方向を向く水平湯道４が設けられている。水平湯道４は、定盤のほぼ中央に配置された注入管２と、各鋳型６の鋳型６底の中心部に設けられている注入口５の間を結ぶ耐火物管である。
水平湯道４は、シャモットなどの煉瓦で造られており、その煉瓦の内径を内径D1[mm]と定義している。また、注入口５（垂直湯道）もシャモットなどの煉瓦で造られており、拡径部５ａ下端における、煉瓦の内径を内径D2[mm]と定義している。
【００７０】
次に、水平湯道４の内径D1[mm]と、拡径部５ａの下端側における注入口５の内径D2[mm]との関係を示す式（１）の導出過程について、説明する。
図２３〜図２６は、水平湯道４の内径D1が56mmφ,64mmφ,72mmφ,80mmφの場合における検証実験の結果である。図２３〜図２６において、下限を示す直線の式（注入口５の内径D2と、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量Wの関係を示す）の勾配aと切片bの値は、水平湯道４の内径D1の値によって変化する。
【００７１】
そこで、勾配a・切片bの値と、水平湯道４の内径D1との関係を表すと、図２７に示すようになる。
図２７を参照すると、勾配aについては、水平湯道４の内径D1の影響をほとんど受けず、平均値が6.437でほぼ一定である。一方で、切片bは、b=0.7407×D1-10.849の関係で示される。したがって、注入口５の内径D2の下限（式（１）の左辺）は、以下のように定義される。
【００７２】
6.437×W+0.741×D1-10.849
以上の結果より、湯面変動量２σが、32mm以下となる注入口５の内径D2の範囲は、式（１）となる。
6.437×W+0.741×D1-10.849≦D2≦D1    ・・・（１）
これらの結果から、注入口５の内径D2の上限は、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量Wに関わらず、水平湯道４の内径D1以下である。また、注入口５の内径D2の下限は、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量Wの増加とともに増え、式（１）で示される。
【００７３】
すなわち、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量Wの増加とともに、湯面変動量２σが32mm以下となるように、注入口５の内径D2を大きくする必要がある。
なお、中心のズレ量d=6.4mm、テーパー角θ=4°以外であっても、それぞれの値(W,D1,D2)が最適な範囲である場合は、同様な関係を示した。
D2=6.437×W+0.741×D1-10.849
続いて、中心のズレ量dと、湯面変動量２σの関係、すなわち式（２）の導出過程について、説明する。
【００７４】
鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量Wが、実機において1.57〜2.91t/minに相当する範囲で、水平湯道４の内径D1=64mm、注入口５の内径D2=56mm、テーパー角θ=4°の場合において、中心のズレ量dを0〜(0.5×D1)の範囲、つまり0〜32mmの間で変化させて、中心のズレ量の比(ｄ/D1)と、湯面変動量２σの関係を調査した。その調査した結果の例を、図２８に示す。
【００７５】
また、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量Wが、実機において1.57〜2.46t/minに相当する範囲で、水平湯道４の内径D1=72mm、注入口５の内径D2=60mm、テーパー角θ=4°の場合において、中心のズレ量dを0〜(0.5×D1)の範囲、つまり0〜36mmの間で変化させて、中心のズレ量の比(d/D1)と、湯面変動量２σの関係を調査した、その調査した結果の例を、図２９に示す。
【００７６】
なお、図２９について、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量W=2.91t/minのとき、水平湯道４の内径D1=72mm、注入口５の内径D2=60mmの場合、式（１）を満たさないため、除外した。
図２８、図２９のいずれの場合においても、中心のズレ量の比(d/D1)が大きくなるほど湯面変動量２σは小さくなる。また、中心のズレ量の比(d/D1)が0.08以上となると、型内剤８の巻き込みの限界値である、湯面変動量２σが32mm以下となる。
【００７７】
なお、中心のズレ量の比(d/D1)が0.08より小さくなると、湯面変動量２σが大きくなるのは、渦（旋回流）の発生がほとんど生じなくなるためである。
一方で、中心のズレ量の比(d/D1)が0.5より大きくなってしまうと、注入口５に配設されている耐火煉瓦と、水平湯道４に配設されている耐火煉瓦との接合部の面積が減少し、注入口５への溶鋼７の流速が増加して、湯面変動量２σが大きくなってしまうこととなる。
【００７８】
なお、実際の鋳造においても、中心のズレ量ｄを(0.5×D1)より大きくすると、鋳型６の定盤部分の大幅な改造を必要とすることとなり、手間やコストの問題が発生する。
すなわち、中心のズレ量dを上で述べた範囲にすれば、水平湯道４及び注入口５の周辺などを少しだけ改造することに留まるので、手間やコストの大幅な低減が可能となる。
また、中心のズレ量の比(d/D1)が0.08未満の場合、湯面変動量２σが大きくなってしまうこととなる。
【００７９】
以上の結果を踏まえて、拡径部５ａのテーパー角θが2°〜8°の範囲で、式（１）を満たす条件下で実施すると、上記と同様な結果が得られた。
したがって、上記の条件に加えて、中心のズレ量dが式（２）を満たせば、湯面変動量２σを32mm以下とすることができる。
0.08×D1≦ｄ≦0.5×D1    ・・・（２）
さらに、拡径部５ａのテーパー角θと、湯面変動量２σとの関係、すなわち式（３）の導出過程について、説明する。
【００８０】
鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量Wが、実機において1.57〜2.91t/minの範囲で、水平湯道４の内径D1=64mm、注入口５の内径D2=56mm、中心のズレ量d=6.4mmの場合において、拡径部５ａのテーパー角θを0〜12°の間で変化させて、テーパー角θと、湯面変動量２σの関係を調査した。その調査した結果の例を図３０に示す。
また、注入流量Wが、実機において1.57〜2.46t/minの範囲で、水平湯道４の内径D1=72mm、注入口５の内径D2=60mm、中心のズレ量d=6.4mmの場合において、拡径部５ａのテーパー角θを0〜12°の間で変化させて、テーパー角θと、湯面変動量２σの関係を調査した。その調査した結果の例を図３１に示す。
【００８１】
なお、図３１について、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量W=2.91t/minのとき、水平湯道４の内径D1＝72mm、注入口５の内径D2=60mmの場合、式（１）を満たさないため、除外した。
図３０、図３１のいずれの場合においても、テーパー角θが大きくなる（開く）ほど、湯面変動量２σは小さくなる。また、テーパー角θが2°以上であると、型内剤８の巻き込みの限界値である、湯面変動量２σが32mm以下となる。また、テーパー角θが2°より大きくなると、湯面変動量２σは減少するようになる。
【００８２】
一方で、テーパー角θが、2°未満及び8°を超えてしまうと、湯面変動量２σは32mmより大きくなる。
以上の結果を踏まえて、拡径部５ａのテーパー角θが2°〜8°の範囲で、式（１）、式（２）を満たす条件下で実施すると、上記と同様な結果が得られた。
したがって、式（１）、式（２）を満たし且つ、式（３）の関係を満たせば、湯面変動量２σを32mm以下とすることができる。
【００８３】
2°≦θ≦8°    ・・・（３）
注入口５の上部側に拡径部５ａを設けて、且つテーパー角θを上記の範囲内とした場合、水平湯道４から注入口５に流入してきた溶鋼７の流れに対して渦が巻かれている状態、すなわち注入流に対して旋回流が付与され、注入口５（拡径部５ａ）内において、渦流（注入流）が上方に向かって広がる様子が観察された（例えば、図１の右図参照）。
【００８４】
しかし、他の試験条件が本試験（水モデル実験）の条件範囲内であっても、テーパー角θが8°を超えてしまうと、溶鋼７の流れ（渦流）が注入口５壁（拡径部５ａのテーパー状の内壁面）から剥離して広がらなくなる、つまり渦流が拡径部５ａに沿って広がらないため、湯面変動量２σが増加してしまうこととなった。
上述した式（１）〜式（３）は、注入流に対して旋回流を付与して、鋳型への型内剤の巻き込まれを防止するものであったが、本発明の下注造塊方法は、溶湯に巻き込まれたアルゴンガスの気泡が鋳型側に移動することを抑制するために、式（４）の関係も規定するものとなっている。
【００８５】
次に、水平湯道に取鍋から溶鋼を供給する注入管２の内径D0と、水平湯道の内径D1との関係、すなわち式（４）の導出過程について、説明する。
図１６に、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量Wを2.46t/minとし、溶鋼７と見立てた水を容器（鋳型６）内へ注入したときの水面変動の状況を示した。なお、図１６は、注入管２の内径を変化させた場合における鋳型６内の水面変動を撮像した検証画像である。
【００８６】
図１６中の左側画像は、注入管２の内径D0を水平湯道の内径D1で除した内径比（D0/D1）が１．３９となるような細い従来の注入管を用いた場合における、鋳型内の水面変動の状況を示した画像である。なお、鋳型に溶湯を供給しているノズルは、本発明の改善ノズル５(水平湯道４の内径D1=72mmφ、注入口５の内径D2=60mmφ、中心のズレ量d=6.4ｍｍ、テーパー角θ=4°、図１５の右図参照)であるが、注入管２には内径D0が100ｍｍの細径のもの（従来注入管２）を用いた。
【００８７】
図１６中の右側画像は、注入管２の内径D0を水平湯道の内径D1で除した内径比（D0/D1）が2.5となるような太い本発明の注入管２を用いた場合における、鋳型６内の水面変動の状況を示した画像である。なお、鋳型に溶湯を供給しているノズルは、本発明の改善ノズル５(水平湯道４の内径D1=72mmφ、注入口５の内径D2=60mmφ、中心のズレ量d=6.4ｍｍ、テーパー角θ=4°、図１５の右図参照)であり、注入管２には内径D0が180ｍｍの太径のもの（本発明注入管２）を用いた。
【００８８】
図１６を参照すると、水平湯道４の内径D1に対する内径比が2.5と大きい太い注入管２（本発明の注入管２）を使用することにより、溶鋼注入の後期段階において、ノズルの直上での注入流の盛り上がりが減少していることがわかる。つまり、本発明の太径の注入管２を使用すると、鋳造後期における（鋳型上部を鋳造中の）鋳型内の水面変動を減少させることができる。
【００８９】
図１７に内径の細い従来の注入管２を用いて溶鋼７を鋳型に移動させた際に、鋳型６内の上部中心部において水面変動を測定した結果を示す。図１８に、内径の細い従来の注入管２を用いて溶鋼７を鋳型に移動させた際に、鋳型６内の上部端部において水面変動を測定した結果を示す。
図１９に、内径の太い本発明注入管２を用いて溶鋼７を鋳型に移動させた際に、鋳型６内の上部中心部において水面変動を測定した結果を示す。図２０に、内径の太い本発明注入管２を用いて溶鋼７を鋳型に移動させた際に、鋳型６内の上部端部において水面変動を測定した結果を示す。なお、図１７、図１８、図１９、及び図２０の実験条件については、図１６に示す検証画像の場合と同じである。
【００９０】
図１９に示すように、本発明注入管２を用いて溶鋼７を鋳型に移動させた場合、図１７に示す従来注入管２を用いて溶鋼７を鋳型に移動させた結果と比較して、特に鋳型６内の中心部、すなわち注入口５の直上における水面変動が小さくなっていることがわかる。また、図２０と図１８を比較すると、鋳型６内の端部においても、本発明注入管２を用いた場合の方が水面変動が小さくなっていることがわかる。
【００９１】
つまり、内径比（D0/D1）が1.80以上となるような大径の注入管２を用いれば、水面変動を効果的に抑制することができる。
上述した図１３、図１４と同様な方法で、鋳型６の上部内の各水面高さにおける水面変動量を測定すると、図２１、図２２のような結果が得られる。
図２１に、従来注入管（内径比＝１．３９）を用いた場合における、水面変動量と、鋳型底からの水面高さの関係の一例を示す（図１７、図１８に対応）。図２２に、改善注入管２（内径比＝２．５）を用いた場合における、水面変動量と、鋳型６底からの水面高さの関係の一例を示す（図１９、図２０に対応）。
【００９２】
図２２に示すように、改善注入管２を用いて溶鋼７を鋳型に移動させると、図２１に示す従来注入管を用いた場合に対して、水面変動が大幅に小さくなっていることがわかる。なお、図２２においては鋳型６底からの水面高さが２２００ｍｍまでしか計測値は記載していないが、２２００ｍｍ以上の水面高さにおいても水面変動が非常に小さいことを出願人は確認している。
【００９３】
次に、注入管２の内径D0[mm]と、水平湯道４の内径D1[mm]と、の関係を示す式（４）の導出過程について、説明する。
鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量Wが、実機において1.57〜2.91t/minの範囲で、水平湯道４の内径D1=64mm、注入口５の内径D2=56mm、中心のズレ量d=6.4mm、拡径部５ａのテーパー角θ=4°の場合において、内径比（注入管２の内径D0/水平湯道の内径D1）を1.60〜2.80の間で変化させて、内径比と、湯面変動量２σの関係を調査した。その調査した結果の例を図３２に示す。
【００９４】
また、注入流量Wが、実機において1.57〜2.46t/minの範囲で、水平湯道４の内径D1=72mm、注入口５の内径D2=60mm、中心のズレ量d=6.4mm、拡径部５ａのテーパー角θ=4°の場合において、内径比（注入管２の内径D0/水平湯道の内径D1）を1.40〜2.50の間で変化させて、内径比と、湯面変動量２σの関係を調査した。その調査した結果の例を図３３に示す。
【００９５】
図３２、図３３のいずれの場合においても、内径比が大きくなる（開く）ほど、湯面変動量２σは小さくなる。また、内径比が1.80以上であると、型内剤８の巻き込みの限界値である、湯面変動量２σが32mm以下となる。また、内径比を2.50より大きくしても、湯面変動量２σは既に十分に減少しており、新たな減少は殆ど起こらない。
一方で、内径比が、1.80未満及び2.50を超えてしまうと、湯面変動量２σが32mmより大きくなるか、効果が期待できないのに内径が大きな注入管２を採用することになり、製造コストの高騰を招くため好ましくない。
【００９６】
以上の結果を踏まえて、内径比を1.8以上、且つ、2.5以下とする式（４）の関係を、式（１）〜式（３）の関係に加えて充足させるような条件下で鋳造を実施すると、湯面変動量２σを32mm以下とすることができ、鋳造初期から鋳造後期に亘って型内剤の巻き込みがなく、超音波欠陥が殆どない鋳塊を鋳造することができる。
1.8×D1≦D0≦2.5×D1    ・・・（４）
［実施例］
以下に、本発明の下注造塊方法に従って、実施した水モデル実験の実施例及び、本発明と比較するために実施した比較例について説明する。
【００９７】
まず、水モデル実験の実験条件及びパラメータの定義について、述べることとする。
水モデル実験は、1/4スケールのモデルを用いて実施した。
なお、相似条件については、フルード数Frを一致させている。
Fr=V/(gL)0.5
ただし、V：流速[m/s]、L：長さ[m]、g：重力加速度[m/s2]
水モデル実験の相似条件については、周知のように、流体の流速をV、代表寸法をL、動粘性係数をν、フルード数をFr、レイノルズ数をRe、重力加速度をgとすると、以下に示す式となる。
【００９８】
Fr=V/(g×L)0.5 
Re=LV/ν
そして、運動方程式を無次元化すると、「(慣性項)+(粘性項)/Re+(外力項)=0」となり、Frは外力項に(1/Fr2)で代入される。Reが大きくなれば、(粘性項)/Reが小さくなるため、Reは運動方程式より消去されることになる。
【００９９】
Re＞4000以上では、通常、乱流領域とされており、Fr数近似を用いることができる。本願発明で規定する範囲においては、Re＞5000となるので、乱流領域となり、Fr数近似を適用した。
水モデル実験で用いる、下注造塊装置１を模した実験装置の構成については、以下の通りである。
【０１００】
図３５に示すように、実験装置１は、垂直方向を向く注入管２と、その注入管２と連通し、且つ水平方向を向く水平湯道４と、その水平湯道４と連通し、且つ垂直方向を向く注入口５（垂直湯道）と、注入口５と連通し且つ、溶鋼７と見立てた水を貯留可能とされている、鋳型６を模した容器からなっている。
注入管２の上部に設けられているファンネル部２ａから、周囲の空気を巻き込みながら注入管２に、溶鋼７を模した水が注入される。このことは、実機でも同様の状況であって、溶鋼７の酸化を防止するため、取鍋９とファンネル部２ａ間はアルゴンガス雰囲気となっている。
【０１０１】
なお、実機においてアルゴンガスが、取鍋９からの注入流によって、注入管２内、水平湯道４内、注入口５内、及び鋳型６内に巻き込まれている状況を、水モデル実験でも実現させている。
鋳型６を模した容器は、上広鋳型であって、実機で70t鋼塊用鋳型の1/4サイズで、透明エンビで製作したものである。この容器６の寸法は、底面：412mmφ、上面：500mmφ、底面から押し湯部下端までの高さ：665mm、底面から注入管２aの上までの高さ1060mmである。
【０１０２】
注入管２については、内径D0を25mmφ,30mmφ,32mmφ,33mmφ,35mmφ,40mmφ,45 mmφとしている。なお、実機に換算すると、100mmφ,120mmφ,128mmφ,132mmφ,140mmφ,160mmφ,180mmφに相当するものとなる。この注入管２は、テフロン（登録商標）管を加工、またはテフロン（登録商標）コーティングしたものであり、上部にファンネル部２ａが取り付けられている。
【０１０３】
水平湯道４については、長さを443mmとし、内径D1が14mmφ,16mmφ,18mmφ,20mmφといった複数のものを用意して用いた。なお、実機に換算すると、長さ1772mmに相当するものとなり、内径D1は56mmφ,64mmφ,72mmφ,80mmφに相当するものとなる。
注入口５については、内径D2が10mmφ,11mmφ,12mmφ,13mmφ,14mmφ,15mmφ,16mmφ,17mmφ,18mmφ,19mmφ,20mmφ,21mmφといった複数のものを用意して用いた。なお、実機に換算すると、40mmφ,44mmφ,48mmφ,52mmφ,56mmφ,60mmφ,64mmφ,68mmφ,72mmφ,76mmφ,80mmφ,84mmφに相当するものとなる。
【０１０４】
中心のズレ量の比(d/D1)については、0,0.05,0.08,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6とした。また、拡径部５ａのテーパー角（開き角度）θについては、0°,2°,4°,6°,8°,10°,12°とした。
注入口５の垂直部５ｂの長さL1については、15mm、22.5mm、35mmといった複数のものを用意して用いた。なお、実機に換算すると、60mm、90mm、140mmに相当するものとなる。また、拡径部５ａの長さL2については、72.5mm、65mm、52.5mmといった複数のものを用意して用いた。なお、実機に換算すると、290mm、260mm、210mmに相当するものとなる。
【０１０５】
上記より、（垂直部５ｂの長さL1＋拡径部５ａの長さL2）は、最大で87.5mmとなり、実機に換算すると、350mmに相当する。
なお、本実験においては、(L1+L2)が350mmの場合で実施しているが、渦流（注入流＋旋回流）の発生の仕方から推察すると、(L1+L2)が500mm程度までは、本発明と同様な作用効果が得られると考えられる。
【０１０６】
なお、この注入口５は、鋳型６（容器）に１か所設けられている。
注入口５の１個あたりの溶鋼７の注入流量Wについては、以下の通りである。
水モデル実験における、注入口５の１個あたりの溶鋼７と見立てた水の注入流量QMを、7.0L/min、9.0L/min、11.0L/min、13.0L/minとした。なお、実機に換算すると、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量Wが、1.57t/min、2.02t/min、2.46t/min、2.91t/minに相当するものとなる。
【０１０７】
水モデル流量QM[L/min]を、実機における、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量W[t/min]に換算する手順については、フルード数近似で換算した。
フルード数Frは、下式で表される。
Fr=V/(g×L)0.5
ただし、V：水の流速[m/s]、L:代表長さ[m]、g:重力加速度[m/s2]
インゴット下注ぎ鋳造における実機のフルード数と、水モデル実験のフルード数を一致させている。
【０１０８】
実機の代表寸法と水モデル実験の代表寸法比を4：1としている。すなわち、1/4の縮尺モデルの場合、フルード数一致の観点から、(V/L0.5)を同じ値にする必要がある。
縮尺を1/λ(＝1/4)とすると、以下のように示される。なお、ここでの添え字Rは実機を示し、添え字Mはモデルを示す。
VR/LR0.5=VM/LM0.5 
VM/VR=LM0.5/LR0.5=1/λ0.5=1/40.5=0.5
VM=0.5VR
したがって、縮尺1/4の水モデル実験における流速VMを、実機における流速VRの0.5倍のにすると、Fr数の一致が得られる。
【０１０９】
また、注入口５の１個あたりの溶鋼７の注入流量をQとし、時間をTとすると、以下のように示される。
TR=LR/VR
TM=LM/VM
TR=TM・LR/LM・VM/VR=TMλ0.5
QM/QR=(LM3/TM)/(LR3/TR)=λ-3・λ0.5=λ-2.5
以上の結果より、水モデル実験における、注入口５の１個あたりの溶鋼７と見立てた水の注入流量QMは、実機における、注入口５の１個あたりの溶鋼７の注入流量QRの1/42.5＝0.0313倍となる。
【０１１０】
また、水モデル実験における、注入口５の１個あたりの溶鋼７の注入流量QM[L/min]を、実機における、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量W[t/min]に換算する場合、溶鋼７の比重を7t/m3とすると、式（Ａ）のように示される。
W＝7×QM/(0.0313×103)＝0.224×QM    ・・・（Ａ）
また、水モデル実験では、ファンネル部２ａから溶鋼７と見立てた水を注入する前の配管２ｂに、電磁流量計を取り付けておき、その電磁流量計で、注入口５の１個あたりの溶鋼７と見立てた水の注入流量QMを計測した。
【０１１１】
鋳型６（容器）内における湯面変動の測定方法については、注入口５の真上と、鋳型６壁から50mm（実機では200mm)離れた位置で鋳型底部の測定については鋳型６底から約200mm（実機では約800mm)上方に、また、鋳型上部の測定については鋳型６底から約675mm（実機では約2700mm)上方に、超音波式変位センサー１１を設置して測定した。
なお、上記の湯面変動の測定については、株式会社キーエンス社製で、（品番：UD-310）のセンサヘッド１１ａと、（品番：UD-300）のアンプユニット１１ｂ、からなる超音波式変位センサーを２台用いて測定し、その測定データをデータロガー１２に保存した。
【０１１２】
表２〜表１６に、本発明の下注造塊方法に従って、実施した水モデル実験の実施例、及び、本発明と比較するために実施した比較例を示す。
表２〜表５は、湯面変動量２σに及ぼす、実機における、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量W、水平湯道４の内径D1、注入口５の内径D2の影響、及び内径比（D0/D1）の影響について、まとめたものである。なお、垂直部５ｂの長さL1=60mm、拡径部５ａの長さL2=290mm、テーパー角θ=4°、中心のズレ量d=6.4mm又は7.2mmで一定にしている。
【０１１３】
【表２】
2019072729.tif 000004
【０１１４】
表２の実験番号２について、実機における、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量Wが1.57t/minである。また、水平湯道４の内径D1が56.0mmであり、注入口５の内径D2が44.0mmであるので、式（１）の右側の不等式 (D2≦D1)を満たす。また、式（１）の左辺が40.7mmと算出されるので、D2=44.0mm以下となり、式（１）の関係を満足する。つまり、実験番号２は、式（１）を満足することとなる。
【０１１５】
なお、中心のズレ量dは6.4mmとしているので、実験番号２は、式（２）を満足している。また、テーパー角θを4°としているので、実験番号２は、式（３）を満足している。
しかし、内径比を計算すると、注入管２の内径D0が100.0mm、水平湯道の内径D1が56.0mmであるので、内径比は100/56=1.79となり、内径比が式（４）の下限である1.80未満となる。つまり、実験番号２は、式（４）を満足していない。
【０１１６】
そのため、旋回流付与の効果により湯面変動はある程度抑制されるものの、鋳型へのアルゴンガスの移動は確実に抑制されておらず、湯面変動の抑制効果も十分なものとはいえない結果となっている。
この実験番号２と同様な結果が、表２の実験番号２、３、４、５、８、９、１０、１１、１５、１６、１７、２２、２３、２６、２７、２８、２９、３０などについても得られている。
【０１１７】
一方で、実験番号１９については、式（１）の左辺が49.4mmと算出されるので、式（１）の左辺がD2=40.0mmを超えてしまうので、式（１）を満たさない。これにより、鋳型底部の湯面変動量２σが41.0mmとなり、32mmを大幅に超えてしまう。
加えて、内径比も1.79と式（４）の下限値を下回る。それゆえ、アルゴンガスの気泡が鋳型側に移動することは確実に抑制できず、湯面変動の抑制効果は全く期待できない。よって、湯面変動の抑制効果は良くない。
【０１１８】
この実験番号１９と同様な結果が、表２の実験番号１、６、７、１２、１３、１４、１８、１９、２０、２１、２４、２５、３１などについても得られており、湯面変動の抑制効果は良くないものとなっている。
【０１１９】
【表３】
2019072729.tif 000005
【０１２０】
表３の実験番号３４について、実機における、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量Wが2.02t/minである。また、水平湯道４の内径D1が64.0mmであり、注入口５の内径D2が52.0mmであるので、実験番号３４は式（１）の右側の不等式(D2≦D1)を満たす。また、式（１）の左辺が49.6mmと算出されるので、式（１）の左辺がD2=52.0mm以下となり、実験番号３４は式（１）の関係を満足することとなる。
【０１２１】
なお、中心のズレ量dは6.4mmとしているので、実験番号３４は式（２）を満足している。また、テーパー角θを4°としているので、実験番号３４は式（３）も満足している。
しかし、内径比を計算すると、注入管２の内径D0が100.0mm、水平湯道の内径D1が64.0mmであるので、内径比は100/64=1.56となり、内径比は式（４）の下限である1.80未満となる。つまり、実験番号３４は、式（４）を満足していない。
【０１２２】
そのため、旋回流付与の効果により湯面変動はある程度抑制されるものの、鋳型へのアルゴンガスの移動は確実に抑制されておらず、湯面変動の抑制効果も十分なものとはいえない結果となっている。
この実験番号３４と同様な結果が、表３の実験番号３５、３６、３７、４２、４３、４４、４９、５０、５１、５４、５５、５６、５７、５８などについても得られている。
【０１２３】
一方で、実験番号４６については、式（１）の左辺が55.3mmと算出されるので、D2＝44.0mmを超えてしまうので、式（１）を満たさない。これにより、鋳型底部の湯面変動量２σが40.0mmとなり、32mmを大幅に超えてしまう。
加えて、内径比も1.56と式（４）の下限値を下回る。それゆえ、アルゴンガスの気泡が鋳型側に移動することは確実に抑制できず、湯面変動の抑制効果は全く期待できない。よって、湯面変動の抑制効果は良くない。
【０１２４】
この実験番号４６と同様な結果が、表３の実験番号３２、３３、３８、３９、４０、４１、４５、４７、４８、５２、５３、５９などについても得られており、湯面変動の抑制効果は良くないものとなっている。
【０１２５】
【表４】
2019072729.tif 000006
【０１２６】
表４の実験番号６４について、実機における、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量Wが2.02t/minである。また、水平湯道４の内径D1が72.0mmであり、注入口５の内径D2が68.0mmであるので、実験番号６４は式（１）の右側の不等式(D2≦D1)を満たす。また、式（１）の左辺が55.5mmと算出されるので、D2=68.0mm以下となり、実験番号６４は式（１）の左側の不等式も満たす。つまり、実験番号６４は式（１）の関係を満足することとなる。
【０１２７】
なお、中心のズレ量dは6.4mmとしているので、式（２）を満足している。また、テーパー角θを4°としているので、式（３）を満足している。
しかし、内径比を計算すると、注入管２の内径D0が100.0mm、水平湯道の内径D1が72.0mmであるので、内径比は100/72=1.39となり、式（４）の下限である1.80未満となる。つまり、実験番号６４は、式（４）を満足していない。
【０１２８】
そのため、旋回流付与の効果により湯面変動はある程度抑制されるものの、鋳型へのアルゴンガスの移動は確実に抑制されておらず、湯面変動の抑制効果も十分なものとはいえない結果となっている。
この実験番号６４と同様な結果が、表３の実験番号６１、６２、６３、６５、６９、７０、７１、７２、７７、７８、７９、８２、８３、８４、８５、８６、８７などについても得られている。
【０１２９】
一方で、実験番号７４については、式（１）の左辺が61.2mmと算出されるので、D2=52.0mmを超えてしまうので、式（１）を満たさない。これにより、鋳型底部の湯面変動量２σが39.0mmとなり、32mmを大幅に超えてしまう。
加えて、内径比も1.５６と式（４）の下限値を下回る。それゆえ、アルゴンガスの気泡が鋳型側に移動することは確実に抑制できず、湯面変動の抑制効果は全く期待できない。よって、湯面変動の抑制効果は良くない。
【０１３０】
この実験番号７４と同様な結果が、表４の実験番号６０、６６、６７、６８、７３、７５、７６、８０、８１、８８などについても得られており、湯面変動の抑制効果は良くないものとなっている。
【０１３１】
【表５】
2019072729.tif 000007
【０１３２】
表５の実験番号９３について、実機における、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量Wが2.02t/minである。また、水平湯道４の内径D1が80.0mmであり、注入口５の内径D2が76.0mmであるので、実験番号９３は式（１）の右側の不等式(D2≦D1)を満たす。また、式（１）の左辺が61.4mmと算出されるので、D2=76.0mm以下となり、実験番号９３は左側の不等式も満たす。つまり、実験番号９３は式（１）の関係を満足することとなる。
【０１３３】
なお、中心のズレ量dは7.2mmとしているので、式（２）を満足している。また、テーパー角θを4°としているので、式（３）を満足している。
しかし、内径比を計算すると、注入管２の内径D0が100.0mm、水平湯道の内径D1が80.0mmであるので、内径比は100/80=1.25となり、式（４）の下限である1.80未満となる。つまり、実験番号９３は、式（４）を満足していない。
【０１３４】
そのため、旋回流付与の効果により湯面変動はある程度抑制されるものの、鋳型へのアルゴンガスの移動は確実に抑制されておらず、湯面変動の抑制効果も十分なものとはいえない結果となっている。
この実験番号９３と同様な結果が、表５の実験番号９０、９１、９２、９４、９８、９９、１００、１０１、１０５、１０６、１０７、１０８などについても得られている。
【０１３５】
一方で、実験番号１０３については、式（１）の左辺が67.2mmと算出されるので、D2=60.0mmを超えてしまうので、式（１）を満たさない。これにより、鋳型底部の湯面変動量２σが38.0mmとなり、32mmを大幅に超えてしまう。
加えて、内径比も1.25と式（４）の下限値を下回る。それゆえ、アルゴンガスの気泡が鋳型側に移動することは確実に抑制できず、湯面変動の抑制効果は全く期待できない。よって、湯面変動の抑制効果は良くない。
【０１３６】
この実験番号１０３と同様な結果が、表５の実験番号８９、９５、９６、９７、１０２、１０４、１０９などについても得られており、湯面変動の抑制効果は良くないものとなっている。
表６、表７は、湯面変動量２σに及ぼす、実機における、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量W、水平湯道４の内径D1、注入口５の内径D2の影響、及び内径比（D0/D1）の影響について、まとめたものである。なお、垂直部５ｂの長さL1=90mm、拡径部５ａの長さL2=260mm、テーパー角θ=4°、中心のズレ量d=6.4mm又は7.2mmで、一定にしている。
【０１３７】
【表６】
2019072729.tif 000008
【０１３８】
表６の実験番号２０２について、実機における、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量Wが1.57t/minである。また、水平湯道４の内径D1が64.0mmであり、注入口５の内径D2が48.0mmであるので、実験番号２０２は式（１）の右側の不等式(D2≦D1)を満たす。また、式（１）の左辺が46.7mmと算出されるので、D2=48.0mm以下となり、実験番号２０２は左側の不等式も満たす。つまり、実験番号２０２は式（１）の関係を満足することとなる。
【０１３９】
なお、中心のズレ量dは6.4mmとしているので、式（２）を満足している。また、テーパー角θを4°としているので、式（３）を満足している。
しかし、内径比を計算すると、注入管２の内径D0が100.0mm、水平湯道の内径D1が64.0mmであるので、内径比は100/64=1.56となり、式（４）の下限である1.80未満となる。つまり、実験番号２０２は、式（４）を満足していない。
【０１４０】
そのため、旋回流付与の効果により湯面変動はある程度抑制されるものの、鋳型へのアルゴンガスの移動は確実に抑制されておらず、湯面変動の抑制効果も十分なものとはいえない結果となっている。
この実験番号２０２と同様な結果が、表６の実験番号２０３、２０４、２０５、２０６、２１０、２１１、２１２、２１３、２１８、２１９、２２０、２２５、２２６、２２７などについても得られている。
【０１４１】
一方で、実験番号２２２については、式（１）の左辺が55.3mmと算出されるので、D2=44.0mmを超えてしまうので、式（１）を満たさない。これにより、鋳型底部の湯面変動量２σが41.0mmとなり、32mmを大幅に超えてしまう。
加えて、内径比も1.56と式（４）の下限値を下回る。それゆえ、アルゴンガスの気泡が鋳型側に移動することは確実に抑制できず、湯面変動の抑制効果は全く期待できない。よって、湯面変動の抑制効果は良くない。
【０１４２】
この実験番号２２２と同様な結果が、表６の実験番号２０１、２０７、２０８、２０９、２１４、２１５、２１６、２１７、２２１、２２３、２２４、２２８などについても得られており、湯面変動の抑制効果は良くないものとなっている。
【０１４３】
【表７】
2019072729.tif 000009
【０１４４】
表７の実験番号２３３について、実機における、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量Wが1.57t/minである。また、水平湯道４の内径D1が80.0mmであり、注入口５の内径D2が72.0mmであるので、実験番号２３３は式（１）の右側の不等式(D2≦D1)を満たす。また、式（１）の左辺が58.5mmと算出されるので、D2=72.0mm以下となり、実験番号２３３は左側の不等式も満たす。つまり、実験番号２３３は式（１）の関係を満足することとなる。
【０１４５】
なお、中心のズレ量dは7.2mmとしているので、式（２）を満足している。また、テーパー角θを4°としているので、式（３）を満足している。
しかし、内径比を計算すると、注入管２の内径D0が100.0mm、水平湯道の内径D1が80.0mmであるので、内径比は100/80=1.25となり、式（４）の下限である1.80未満となる。つまり、実験番号２３３は、式（４）を満足していない。
【０１４６】
そのため、旋回流付与の効果により湯面変動はある程度抑制されるものの、鋳型へのアルゴンガスの移動は確実に抑制されておらず、湯面変動の抑制効果も十分なものとはいえない結果となっている。
この実験番号２３３と同様な結果が、表７の実験番号２３０、２３１、２３２、２３４、２３５、２３８、２３９、２４０、２４１、２４２、２４６、２４７、２４８、２４９、２５３、２５４、２５５、２５６などについても得られている。
【０１４７】
一方で、実験番号２５１については、式（１）の左辺が67.2mmと算出されるので、D2=60.0mmを超えてしまうので、式（１）を満たさない。これにより、鋳型底部の湯面変動量２σが39.0mmとなり、32mmを大幅に超えてしまう。
加えて、内径比も1.25と式（４）の下限値を下回る。それゆえ、アルゴンガスの気泡が鋳型側に移動することは確実に抑制できず、湯面変動の抑制効果は全く期待できない。よって、湯面変動の抑制効果は良くない。
【０１４８】
この実験番号２５１と同様な結果が、表７の実験番号２２９、２３６、２３７、２４３、２４４、２４５、２５０、２５２、２５７などについても得られており、湯面変動の抑制効果は良くないものとなっている。
表８、表９は、湯面変動量２σに及ぼす、実機における、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量W、水平湯道４の内径D1、注入口５の内径D2の影響、及び内径比（D0/D1）の影響について、まとめたものである。なお、垂直部５ｂの長さL1=140mm、拡径部５ａの長さL2=210mm、テーパー角θ=4°、中心のズレ量d=6.4mm又は7.2mmで、一定にしている。
【０１４９】
【表８】
2019072729.tif 000010
【０１５０】
表８の実験番号３０２について、実機における、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量Wが1.57t/minである。また、水平湯道４の内径D1が64.0mmであり、注入口５の内径D2が48.0mmであるので、実験番号３０２は式（１）の右側の不等式(D2≦D1)を満たす。また、式（１）の左辺が46.7mmと算出されるので、D2=48.0mm以下となり、実験番号３０２は左側の不等式も満たす。つまり、実験番号３０２は式（１）の関係を満足することとなる。
【０１５１】
なお、中心のズレ量dは6.4mmとしているので、式（２）を満足している。また、テーパー角θを4°としているので、式（３）を満足している。
しかし、内径比を計算すると、注入管２の内径D0が100.0mm、水平湯道の内径D1が64.0mmであるので、内径比は100/64=1.56となり、式（４）の下限である1.80未満となる。つまり、実験番号３０２は、式（４）を満足していない。
【０１５２】
そのため、旋回流付与の効果により湯面変動はある程度抑制されるものの、鋳型へのアルゴンガスの移動は確実に抑制されておらず、湯面変動の抑制効果も十分なものとはいえない結果となっている。
この実験番号３０２と同様な結果が、表８の実験番号３０３、３０４、３０５、３０６、３１０、３１１、３１２、３１３、３１８、３１９、３２０、３２５、３２６、３２７などについても得られている。
【０１５３】
一方で、実験番号３２２については、式（１）の左辺が55.3mmと算出されるので、D2=44.0mmを超えてしまうので、式（１）を満たさない。これにより、鋳型底部の湯面変動量２σが42.0mmとなり、32mmを大幅に超えてしまう。
加えて、内径比も1.56と式（４）の下限値を下回る。それゆえ、アルゴンガスの気泡が鋳型側に移動することは確実に抑制できず、湯面変動の抑制効果は全く期待できない。よって、湯面変動の抑制効果は良くない。
【０１５４】
この実験番号３２２と同様な結果が、表８の実験番号３０１、３０７、３０８、３０９、３１４、３１５、３１６、３１７、３２１、３２３、３２４、３２８などについても得られており、湯面変動の抑制効果は良くないものとなっている。
【０１５５】
【表９】
2019072729.tif 000011
【０１５６】
表９の実験番号３３３について、実機における、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量Wが1.57t/minである。また、水平湯道４の内径D1が80.0mmであり、注入口５の内径D2が72.0mmであるので、実験番号３３３は式（１）の右側の不等式(D2≦D1)を満たす。また、式（１）の左辺が58.5mmと算出されるので、D2=72.0mm以下となり、実験番号３３３は左側の不等式も満たす。つまり、式（１）を満足することとなる。
【０１５７】
なお、中心のズレ量dは7.2mmとしているので、式（２）を満足している。また、テーパー角θを4°としているので、式（３）を満足している。
しかし、内径比を計算すると、注入管２の内径D0が100.0mm、水平湯道の内径D1が80.0mmであるので、内径比は100/80=1.25となり、式（４）の下限である1.80未満となる。つまり、実験番号３３３は、式（４）を満足していない。
【０１５８】
そのため、旋回流付与の効果により湯面変動はある程度抑制されるものの、鋳型へのアルゴンガスの移動は確実に抑制されておらず、湯面変動の抑制効果も十分なものとはいえない結果となっている。
この実験番号３３３と同様な結果が、表９の実験番号３３０、３３１、３３２、３３４、３３５、３３８、３３９、３４０、３４１、３４２、３４６、３４７、３４８、３４９、３５３、３５４、３５５、３５６などについても得られている。
【０１５９】
一方で、実験番号３５１については、式（１）の左辺が67.2mmと算出されるので、D2=60.0mmを超えてしまうので、式（１）を満たさない。これにより、鋳型底部の湯面変動量２σが40.0mmとなり、32mmを大幅に超えてしまう。
加えて、内径比も1.25と式（４）の下限値を下回る。それゆえ、アルゴンガスの気泡が鋳型側に移動することは確実に抑制できず、湯面変動の抑制効果は全く期待できない。よって、湯面変動の抑制効果は良くない。
【０１６０】
この実験番号３５１と同様な結果が、表９の実験番号３２９、３３６、３３７、３４３、３４４、３４５、３５０、３５２、３５７などについても得られており、湯面変動の抑制効果は良くないものとなっている。
表１０、表１１は、湯面変動量２σに及ぼす、中心のズレ量ｄの影響、及び内径比（D0/D1）の影響について、まとめたものである。なお、垂直部５ｂの長さL1=60mm、拡径部５ａの長さL2=290mm、テーパー角θ=4°で、一定にしている。
【０１６１】
【表１０】
2019072729.tif 000012
【０１６２】
表１０の実験番号４０６について、水平湯道４の内径D1が64.0mmである。また、0.08×D1=5.12mmであり、0.5×D1=32mmである。中心のズレ量ｄは、25.6mmであり、式（２）を満足することとなる。
なお、実機における、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量Wが1.57t/minであり、注入口５の内径D2が56.0mmである。また、式（１）の左辺は、46.7mmと算出される。これにより、式（１）を満足している。また、テーパー角θを4°としているので、式（３）を満足している。
【０１６３】
しかし、内径比を計算すると、注入管２の内径D0が100.0mm、水平湯道の内径D1が64.0mmであるので、内径比は100/64=1.56となり、式（４）の下限である1.80未満となる。つまり、実験番号４０６は、式（４）を満足していない。
そのため、旋回流付与の効果により湯面変動はある程度抑制されるものの、鋳型へのアルゴンガスの移動は確実に抑制されておらず、湯面変動の抑制効果も十分なものとはいえない結果となっている。
【０１６４】
この実験番号４０６と同様な結果が、表１０の実験番号４０３、４０４、４０５、４０７、４１１、３５、４１２、４１３、４１４、４１５、４１９、４２、４２０、４２１、４２２、４２３、４２７、４９、４２８、４２９、４３０、４３１などについても得られている。
一方で、実験番号４２５については、中心のズレ量ｄが0mmである、すなわち「ズレなし」であるので、勿論、式（２）を満足することはない。これにより、鋳型底部の湯面変動量２σが47.0mmとなり、32mmを大幅に超えてしまう。
【０１６５】
加えて、内径比も1.56と式（４）の下限値を下回る。それゆえ、アルゴンガスの気泡が鋳型側に移動することは確実に抑制できず、湯面変動の抑制効果は全く期待できない。よって、湯面変動の抑制効果は良くない。
この実験番号４２５と同様な結果が、表１０の実験番号４０１、４０２、４０８、４０９、４１０、４１６、４１７、４１８、４２４、４２６、４３２などについても得られており、湯面変動の抑制効果は良くないものとなっている。
【０１６６】
【表１１】
2019072729.tif 000013
【０１６７】
表１１の実験番号４３９について、水平湯道４の内径D1が72.0mmである。また、0.08×D1=5.76mmであり、0.5×D1=36mmである。中心のズレ量ｄは、36.0mmであり、式（２）を満足することとなる。
なお、実機における、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量Wが1.57t/minであり、注入口５の内径D2が60.0mmであり、式（１）の左辺が52.6mmと算出される。これにより、式（１）を満足している。また、テーパー角θを4°としているので、式（３）を満足している。
【０１６８】
しかし、内径比を計算すると、注入管２の内径D0が100.0mm、水平湯道の内径D1が72.0mmであるので、内径比は100/72=1.39となり、式（４）の下限である1.80未満となる。つまり、実験番号４３９は、式（４）を満足していない。
そのため、旋回流付与の効果により湯面変動はある程度抑制されるものの、鋳型へのアルゴンガスの移動は確実に抑制されておらず、湯面変動の抑制効果も十分なものとはいえない結果となっている。
【０１６９】
この実験番号４３９と同様な結果が、表１１の実験番号５５、４３５、４３６、４３７、４３８、６２、４４３、４４４、４４５、４４６、４４７、６９、４５１、４５２、４５３、４５４、４５５などについても得られている。
一方で、実験番号４４８については、水平湯道４の内径D1が72.0mmである。また、0.08×D1=5.76mmであり、0.5×D1=36mmである。中心のズレ量ｄが43.2mmであり、式（２）を満足していない。これにより、湯面変動量２σが38.0mmとなり、32mmを大幅に超えてしまう。つまり、鋳型底部の湯面変動の抑制効果が発現されない。
【０１７０】
加えて、内径比も1.39と式（４）の下限値を下回る。それゆえ、アルゴンガスの気泡が鋳型側に移動することは確実に抑制できず、湯面変動の抑制効果は全く期待できない。
この実験番号４４８と同様な結果が、表１１の実験番号４３３、４３４、４４０、４４１、４４２、４４９、４５０、４５６などについても得られており、湯面変動の抑制効果は良くないものとなっている。
【０１７１】
表１２、表１３に、湯面変動量２σに及ぼす、拡径部５ａのテーパー角θの影響、及び内径比（D0/D1）の影響について、まとめた。なお、垂直部５ｂの長さL1=60mm、拡径部５ａの長さL2=290mm、中心のズレ量d=6.4mmで、一定にしている。
【０１７２】
【表１２】
2019072729.tif 000014
【０１７３】
表１２の実験番号５０２について、テーパー角θを2°としているので、式（３）を満足している。
なお、実機における、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量Wが1.57t/minである。また、水平湯道４の内径D1が64.0mmであり、注入口５の内径D2が56.0mmである。また、式（１）の左辺が46.7mmと算出される。これにより、式（１）を満足している。また、中心のズレ量dは6.4mmとしているので、式（２）を満足している。
【０１７４】
しかし、内径比を計算すると、注入管２の内径D0が100.0mm、水平湯道の内径D1が64.0mmであるので、内径比は100/64=1.56となり、式（４）の下限である1.80未満となる。つまり、実験番号５０２は、式（４）を満足していない。
そのため、旋回流付与の効果により湯面変動はある程度抑制されるものの、鋳型へのアルゴンガスの移動は確実に抑制されておらず、湯面変動の抑制効果も十分なものとはいえない結果となっている。
【０１７５】
この実験番号５０２と同様な結果が、表１２の実験番号２８、５０３、５０４、５０８、３５、５０９、５１０、５１４、４２、５１５、５１６、５２０、４９、５２１、５２２などについても得られている。
一方で、実験番号５０６については、テーパー角θを12°としているので、式（３）を満足していない。これにより、鋳型底部の湯面変動量２σが45.0mmとなり、32mmを大幅に超えてしまう。つまり、湯面変動の抑制効果が発現されない。
【０１７６】
加えて、内径比も1.56と式（４）の下限値を下回る。それゆえ、アルゴンガスの気泡が鋳型側に移動することは確実に抑制できず、湯面変動の抑制効果は全く期待できない。
この実験番号５０６と同様な結果が、表１２の実験番号５０１、５０５、５０７、５１１、５１２、５１３、５１７、５１８、５１９、５２３、５２４などについても得られており、湯面変動の抑制効果は良くないものとなっている。
【０１７７】
【表１３】
2019072729.tif 000015
【０１７８】
表１３の実験番号５２８について、テーパー角θを8°としているので、式（３）を満足している。
なお、実機における、鋳型６の１基あたりの溶鋼７の注入流量Wが1.57t/minである。また、水平湯道４の内径D1が72.0mmであり、注入口５の内径D2が60.0mmである。また、式（１）の左辺が52.6mmと算出される。これにより、式（１）を満足している。また、中心のズレ量dは6.4mmとしているので、式（２）を満足している。
【０１７９】
しかし、内径比を計算すると、注入管２の内径D0が100.0mm、水平湯道の内径D1が72.0mmであるので、内径比は100/72=1.39となり、式（４）の下限である1.80未満となる。つまり、実験番号５２８は、式（４）を満足していない。
そのため、旋回流付与の効果により湯面変動はある程度抑制されるものの、鋳型へのアルゴンガスの移動は確実に抑制されておらず、湯面変動の抑制効果も十分なものとはいえない結果となっている。
【０１８０】
この実験番号５２８と同様な結果が、表１３の実験番号５２６、５５、５２７、５３２、６２、５３３、５３４、５３８、６９、５３９、５４０などについても得られている。
一方で、実験番号５２５については、テーパー角θを0°としているので、式（３）を満足していない。すなわち、拡径部５ａを有していない。これにより、鋳型底部の湯面変動量２σが44.0mmとなり、32mmを大幅に超えてしまう。
【０１８１】
加えて、内径比も1.39と式（４）の下限値を下回る。それゆえ、アルゴンガスの気泡が鋳型側に移動することは確実に抑制できず、湯面変動の抑制効果は全く期待できない。よって、湯面変動の抑制効果は良くない。
この実験番号５２５と同様な結果が、表１３の実験番号５２９、５３０、５３１、５３５、５３６、５３７、５４１、５４２などについても得られており、湯面変動の抑制効果は良くないものとなっている。
【０１８２】
表１４、表１５、表１６に、内径比（D0/D1）の影響について、まとめたものである。具体的には、表１４、表１５、表１６は、鋳型上部の湯面変動の抑制効果が十分ではない実験番号３、９、１５、２８、３５、４２、４９、５５、６２、６９、９９に対して、注入管２の内径D0を100mm、120mm、128mm、132mm、140mm、160mm、180mmに変化させることにより、内径比を変化させたものを示している。
【０１８３】
【表１４】
2019072729.tif 000016
【０１８４】
表１４の実験番号５４４については、注入管内径D0以外は実験番号３と同じであるため、式（１）〜式（３）を満足する。
さらに、内径比を計算すると、注入管２の内径D0が128.0mm、水平湯道の内径D1が56.0mmであるので、内径比は128/56=2.29となり、式（４）の下限である1.80以上となる。つまり、実験番号５４４は、式（４）を満足している。
【０１８５】
それゆえ、実験番号５４４については、アルゴンガスの気泡が鋳型側に移動することを確実に抑制でき、湯面変動の抑制効果が良好なものとなる。つまり、十分な湯面変動の抑制効果が得られている。
この実験番号５４４と同様な結果が、表１４の実験番号５４３、５４５、５４６、５４９、５５０、５５１、５５２、５５５、５５６、５５７、５５８、５６１、５６２、５６３、５６４、５６５などについても得られており、湯面変動の抑制効果は良好なものとなっている。
【０１８６】
一方で、実験番号５４７については、実験番号３と同様に、式（１）〜式（３）を満足している。
しかし、内径比を計算すると、注入管２の内径D0が160.0mm、水平湯道の内径D1が56.0mmであるので、内径比は160/56=2.86となり、式（４）の上限である2.50を超える。つまり、実験番号５４７は、式（４）を満足していない。
【０１８７】
なお、実験番号５４７については、アルゴンガスの気泡が鋳型側に移動することは確実に抑制でき、湯面変動の抑制効果が良好なものとなる。しかし、注入管２の内径D0が必要以上に大きいものとなっており、製造コストを高騰させているため、総合結果は不合格とした。
この実験番号５４７と同様な結果が、表１４の実験番号５４８、５５３、５５４、５５９、５６０、５６６などについても得られており、湯面変動の抑制効果は良くても、製造コストが良くないものとなっている。
【０１８８】
【表１５】
2019072729.tif 000017
【０１８９】
表１５の実験番号５７０については、実験番号３５と同じであるため、式（１）〜式（３）を満足する。
さらに、内径比を計算すると、注入管２の内径D0が140.0mm、水平湯道の内径D1が64.0mmであるので、内径比は140/64=2.19となり、式（４）の下限である1.80以上となる。つまり、実験番号５７０は、式（４）を満足している。
【０１９０】
それゆえ、実験番号５７０については、アルゴンガスの気泡が鋳型側に移動することを確実に抑制でき、湯面変動の抑制効果が良好なものとなる。つまり、十分な湯面変動の抑制効果が得られている。
この実験番号５７０と同様な結果が、表１５の実験番号５６７、５６８、５６９、５７１、５７３、５７４、５７５、５７６、５７７、５７９、５８０、５８１、５８２、５８３、５８７、５８８、５８９、５９０などについても得られており、湯面変動の抑制効果は良好なものとなっている。
【０１９１】
一方で、実験番号５７２については、実験番号３５と同様に、式（１）〜式（３）を満足している。
しかし、内径比を計算すると、注入管２の内径D0が180.0mm、水平湯道の内径D1が64.0mmであるので、内径比は180/64=2.81となり、式（４）の上限である2.50を超える。つまり、実験番号５７２は、式（４）を満足していない。
【０１９２】
なお、実験番号５７２については、アルゴンガスの気泡が鋳型側に移動することは確実に抑制でき、湯面変動の抑制効果が良好なものとなる。しかし、注入管２の内径D0が必要以上に大きいものとなっており、製造コストを高騰させているため、総合結果は不合格とした。
この実験番号５７２と同様な結果が、表１５の実験番号５７８、５８４などについても得られており、湯面変動の抑制効果は良くても、製造コストが良くないものとなっている。
【０１９３】
さらに実験番号５８５については、実験番号５５と同様に、式（１）〜式（３）を満足している。
しかし、内径比を計算すると、注入管２の内径D0が120.0mm、水平湯道の内径D1が72.0mmであるので、内径比は120/72=1.67となり、式（４）の下限である1.80未満となる。つまり、実験番号５８５は、式（４）を満足していない。
【０１９４】
そのため、旋回流付与の効果により湯面変動はある程度抑制されるものの、鋳型へのアルゴンガスの移動は確実に抑制されておらず、湯面変動の抑制効果も十分なものとはいえない結果となっている。
この実験番号５８５と同様な結果が、表１５の実験番号５５、５８６、６２、５９１，５９２、６９、５９７、５９８、９９、６０３，６０４などについても得られており、湯面変動の抑制効果が不十分な結果となっている。
【０１９５】
【表１６】
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【０１９６】
表１６の実験番号５９３については、実験番号６２と同じであるため、式（１）〜式（３）を満足する。
さらに、内径比を計算すると、注入管２の内径D0が132.0mm、水平湯道の内径D1が72.0mmであるので、内径比は132/72=1.83となり、式（４）の下限である1.80以上となる。つまり、実験番号５９３は、式（４）を満足している。
【０１９７】
それゆえ、実験番号５９３については、アルゴンガスの気泡が鋳型側に移動することを確実に抑制でき、湯面変動の抑制効果が良好なものとなる。つまり、十分な湯面変動の抑制効果が得られている。
この実験番号５９３と同様な結果が、表１６の実験番号５９４、５９５、５９６、５９９、６００、６０１、６０２、６０７、６０８などについても得られており、湯面変動の抑制効果は良好なものとなっている。
【０１９８】
一方で、実験番号５９２については、実験番号６２と同様に、式（１）〜式（３）を満足している。
しかし、内径比を計算すると、注入管２の内径D0が128.0mm、水平湯道の内径D1が72.0mmであるので、内径比は128/72=1.78となり、式（４）の下限である1.80未満となる。つまり、実験番号５９２は、式（４）を満足していない。
【０１９９】
そのため、旋回流付与の効果により湯面変動はある程度抑制されるものの、鋳型へのアルゴンガスの移動は確実に抑制されておらず、湯面変動の抑制効果も十分なものとはいえない結果となっている。
この実験番号５９２と同様な結果が、表１６の実験番号６２、５９１、６９、５９７、５９８、９３、６０３、６０４、６０５、６０６などについても得られており、湯面変動の抑制効果が不十分な結果となっている。
【０２００】
注入管から巻き込まれたアルゴンガス気泡が鋳型内に移動するかどうかで、鋳型上部での湯面変動が影響を受けるので、注入口の垂直直部５ｂの長さL1、及び、拡径部５ａの長さL2は鋳型上部での湯面変動に影響を与えない。
つまり、表２〜表１６によれば、本発明で規定している、式（１）〜式（４）を満足していれば、垂直部５ｂの長さL1、及び、拡径部５ａの長さL2の変更による影響はない。
【０２０１】
まとめると、本発明の下注造塊方法は、水平湯道４を経て流入してきた溶鋼７を、鋳型６底に設けられている注入口５から、鋳型６内に注入するに際して、注入口５の１個から鋳型６に注入する溶鋼７の流量Wを、1.5〜3.0t/minと規定しておき、注入口５の内径D2を、(6.437×W+0.741×D1-10.849)以上、水平湯道４の内径D1以下とし、注入口５の中心を水平湯道４の中心から、(0.08×D1)以上(0.5×D1)以下の範囲内となるように、ずらしておき、拡径部５ａのテーパー角θを2°≦θ≦8°の範囲としておき、且つ、水平湯道４の内径をD1とした場合に注入管２の内径D0が1.8×D1≦D0≦2.5×D1となるようにしておくことにある。
【０２０２】
本発明によれば、注入口５の内径D2を少なくとも水平湯道４の内径D1以下とし、水平湯道４の内径D1の中心と、注入口５の内径D2の中心とをずらすことで、注入流に旋回流を付与すること、すなわち渦の発生を助長させることが可能となると共に、その注入流が規定のテーパー角θを有する拡径部５ａに沿って広がって注入されることにより、溶鋼７注入の初期段階に添加する型内剤８の溶鋼７への巻き込みを防止すると共に、介在物欠陥を低減させて高品質の鋼を製造することができる。
【０２０３】
また、規定のテーパー角を有する拡径部５ａを注入口５に設けておくことで、特殊な耐火物を使用することなく、注入流を鋳型６内へ拡散させることができる。
加えて、取鍋から注入管２に溶湯が注入されるときに、溶湯内に入り込んだアルゴンガスが水平湯道を通って鋳型内に移動することを抑制でき、アルゴンガスの気泡が湯面で破裂する際の湯面の乱れを確実に抑制し、鋳型底部から上部の全ての範囲で型内剤の巻き込まれがなく介在物欠陥が低減された高品質の鋼を製造することができる。
【０２０４】
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】
【０２０５】
１  下注造塊装置（実験装置）
２  注入管
２ａ  ファンネル部
２ｂ  ファンネル部に水を注入する前の配管
３  湯道
４  水平湯道
５  注入口（改善ノズル、垂直湯道）
５ａ  拡径部
５ｂ  垂直部
６  鋳型（容器）
７  溶鋼（水）
８  型内剤
９  取鍋
１０  超音波式変位センサー
１１  超音波式変位センサー
１１ａ  センサヘッド
１１ｂ  アンプユニット
１２  データロガー
２０  従来ノズル注入口
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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