(57)【要約】      （修正有）【課題】各鋳型間の湯面高さの差を少なくしつつ、高品質の鋼塊を製造することができるようにする。【解決手段】下注造塊装置において下注ぎ鋳造を行うに際して、注入管に注入する注湯流量は２〜１０ｔ／ｍｉｎとし、第１鋳型側の湯道長さと第２鋳型側の湯道長さとの比を１：２．３〜１：２．７の範囲に設定されており、第２鋳型側の湯道内径Ｄ２(mm)に対して、第１鋳型側の湯道であって狭くなる細径部の内径D1(mm)がD1min≦D1≦D1max、D1max=D2×WRの４次式、D1min=D2×WRの３次式を満たす。細径部の湯道長さL1(mm)が、L1≧1.623D1×WR-4.32WR+6.452D1+29.445満たす。細径部の終端位置と鋳型の注入口の距離L2(mm)とが、L2≧57.69×WR(D32-D12)/D32を満たす。WR:注湯流量(t/min)、D3:第１鋳型側の細径部以外の湯道内径(mm)。【選択図】図２
2015178124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
注入管から分かれた湯道に、第１鋳型と第２鋳型とが設けられ且つ第１鋳型の鋳型数と第２鋳型の鋳型数とが異なる下注造塊装置において下注ぎ鋳造を行うに際して、
前記注入管に注入する注湯流量は２〜１０ｔ／ｍｉｎとし、前記第１鋳型側の湯道長さと第２鋳型側の湯道長さとの比を１：２．３〜１：２．７の範囲に設定されており、
前記第２鋳型側の湯道内径Ｄ２（ｍｍ）に対して、前記第１鋳型側の湯道であって狭くなる細径部の内径Ｄ１（ｍｍ）が式（１）〜式（３）を満たし、
前記細径部の湯道長さＬ１（ｍｍ）が式（４）を満たし、前記細径部の終端位置と鋳型の注入口の距離Ｌ２（ｍｍ）とが式（５）を満たすことを特徴とする下注造塊方法。
【数１】
2015178124.tif 000018
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳型の配列が非対称である下注造塊装置において下注ぎ鋳造を行う下注造塊方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、下注造塊装置においては、取鍋からの溶鋼を注入する注入管を基準にすると、当該注入管に対して、左右対称に鋳型を配列して鋳造を行うことが多いが、取鍋の溶鋼重量と、鋳造する１つの鋼塊重量と兼ね合いによっては、左側に２基の鋳型、右側に１基の鋳型というように、非対称に鋳型を配置しなければならない場合がある。このように、非対称に鋳型を配置した場合、各鋳型内で湯上がり速度が異なるため、右側の鋳型の湯面が左側の鋳型の湯面よりも高くなり、鋳型間での湯面の高さが異なってしまう。
【０００３】
このようなことから、例えば、湯面が同じ高さとなるまで溶鋼の注入を中断したり、取鍋のノズルを絞って溶鋼の注入速度を極端に少なくすることで湯面の高い鋳型内の溶鋼を湯道に逆流させることにより、鋳型間での湯面の高さを均一化をしている。
しかしながら、このような方法では、注湯速度の制御が非常に大変であると共に、注湯時間が長くなり、作業効率が低下してしまう。また、溶鋼を湯道に逆流させる方法を行った場合は、湯道内に残留していた溶損した耐火物などがゆっくりとした流れで他の鋳型内に持ち込まれると共に、持ち込まれた耐火物は鋳型内で浮上することが難しいため、鋼塊のボトム部に容易に捕捉されて、介在物による欠陥が発生してしまう虞がある。
【０００４】
さて、上述した方法以外で鋳型間での湯面の高さを均一化する技術として、特許文献１〜３に示すものがある。
特許文献１は、１ランナー１モールドと１ランナー２モールド内側のモールド間の溶鋼面差をなくすることを目的としている。この特許文献１では、１つの注入管から定盤に形成された複数本のランナーを通して溶鋼を前記複数本のランナー上に夫々設けたモールド内に注入してなる下注ぎ造塊設備において、１ランナー２モールド側のランナーの断面積（ｄ１）と１ランナー２モールドの側のランナーの断面積（ｄ２）との比をｄ１：ｄ２＝１：０．４０〜０．６０としている。
【０００５】
特許文献２は、注入初期における注入管寄りのモールドに生じていた激しい湯暴れを防止し、且つ注入中期乃至末期におけるモールド内溶鋼の湯面差を減少することにより、鋼塊の表面疵および内部欠陥の発生とモールドの溶損を防止することを目的としている。この特許文献２では、少なくとも１本の１ランナー・多モールド注入管よりの湯上り口断面積を１ランナー・１モールドの湯上り口断面積の１．３〜２．５倍の大きさにしている。
【０００６】
特許文献３は、下注ぎ造塊作業の注入中期から後期におけるモールド間の溶鋼の湯上りを均一化するとともに、注入初期におけるモールド内での溶鋼の湯暴れを減少することにより、鋼塊底部欠陥や表面疵の防止、モールドの溶損を防止することを目的としている。この特許文献３では、１ランナー２モールド側の注入管よりのモールドの湯道管の湯上がり口を少なくとも１層の溶損性の内側耐火物と、耐溶損性の外側耐火物層とから構成している。これにより、モールド内の溶鋼の湯面があがるにつれて溶損が進み、その断面積が拡大され、この結果、注入中期、乃至後期におけるモールド内に進入する溶鋼の流れはスムーズとなり溶鋼の流入量は他のモールドより増加するため各モールド間の湯面差を減少している。
【０００７】
また、上述した特許文献１〜３の他に、特許文献４に示す技術がある。この特許文献４は、溶融金属注入流に巻き込まれたガス体が湯道管を通じて鋳型内へ流れ込むことを防止することを目的としている。特許文献４では、下注ぎ管と鋳型との間に設けた湯道管の一部内径を他の湯道内径より小径にして、湯道全体の溶鋼流に抵抗を与え、ガスの巻き込みを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実開昭５３−６５８１７号公報
【特許文献２】特公昭６０−４３８２６号公報
【特許文献３】特開昭５４−６２１２１号公報
【特許文献４】実開昭５０−８９９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１では、１ランナー１モールド側の湯道全長を細くしているため、鋳型の注入口から鋳型内に向けて噴出する溶鋼流速が速まり、スプラッシュを生じて鋳型内面に溶鋼が張り付き、インゴットの表面部に二重肌やの欠陥を生じる虞がある。また、特許文献１のように、湯道全長を細くしてしまうと、湯道内での溶鋼凝固やアルミナの付着によって詰まりが発生することがある。
【００１０】
特許文献２を、例えば、３０トンを超える大型の鋳型に適用した場合、鋳造終了後に鋳型を取り外した後、インゴットを湯道から切り離す作業（根切りと呼ばれる）を行う際に、湯道を繋ぐ湯口が大きいために強度が大きく、切り離し作業が困難となる。
特許文献３では、耐火物の溶損を利用しているため、溶損した耐火物が鋳型内に進入し、介在物欠陥を生じたり、溶損速度が鋳造条件で異なり不安定になることがある。
【００１１】
特許文献４は、湯道径を細くすることが開示されているものの、湯道径を短くする基準が示されていないと共に、細くした湯道部の長さや鋳型の非対象についても示されておらず、湯面高さを一定にすることは困難である。
したがって、鋳型の配列が非対称である下注造塊装置を用いて造塊を行うに際して、特許文献１〜４を用いた場合でも、各鋳型間の湯面高さの差を少なくしつつ、高品質の鋼塊を製造することは困難であるのが実情である。
【００１２】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、各鋳型間の湯面高さの差を少なくしつつ、高品質の鋼塊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】
【００１３】
本発明は、上記目的を達成するために、次の手段を講じた。
即ち、本発明に係る下注造塊方法は、注入管から左右に分かれた湯道に、第１鋳型と第２鋳型とが設けられ且つ第１鋳型の鋳型数と第２鋳型の鋳型数とが異なる下注造塊装置において下注ぎ鋳造を行うに際して、前記注入管に注入する注湯流量は２〜１０ｔ／ｍｉｎとし、前記第１鋳型側の湯道長さと第２鋳型側の湯道長さとの比を１：２．３〜１：２．７の範囲に設定されており、前記第２鋳型側の湯道内径Ｄ２（ｍｍ）に対して、前記第１鋳型側の湯道であって狭くなる細径部の内径Ｄ１（ｍｍ）が式（１）〜式（３）を満たし、
前記細径部の湯道長さＬ１（ｍｍ）が式（４）を満たし、前記細径部の終端位置と鋳型の注入口の距離Ｌ２（ｍｍ）とが式（５）を満たすことを特徴とする。
【００１４】
【数１】
2015178124.tif 000003
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、各鋳型間の湯面高さの差を少なくしつつ、高品質の鋼塊を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】下注ぎ造塊を行う下注造塊装置の概略図である。
【図２】下注造塊装置の概略平面図である。
【図３】湯道管径（湯道内径）と、注入流量における最大注入流量差との関係を示す図である。
【図４】最大注入流量差をパーセントで表した場合の最大注入流量差と、湯道内径との関係を示す図である。
【図５】水モデルの模型を示す図である。
【図６】D2=16mmφでの第１湯道内径D1と、鋳型への注入流量との関係を示す図である。
【図７】最大注入流量差と、第１湯道内径D1との関係を示す図である。
【図８】注湯流量と、最大注入流量差のパーセント表示が7.1%以下となる第１湯道内径D1の最小径と最大径を示す図である。
【図９】D2=16mmφ、D1=11mmφにおける最大注入流量差と細径部長さL1との関係を示す図である。
【図１０】D2=16mmφ、最大注入流量差のパーセント表示が７．１％となる場合での細径部最小長さL1と、注湯流量と、第１湯道内径D1との関係を示す図である。
【図１１】スプラッシュの有無を示す図である。
【図１２】D2=18mmφ、D1=13mmφ、D3=18mmφ、L1=285mmでの注湯流量と、離間距離L2と、スプラッシュの有無の関係図である。
【図１３】D2=16mmφ、D1=11mmφ、D3=16mmφ、L1=285mmでの注湯流量と、離間距離L2と、スプラッシュの有無の関係図である。
【図１４】D2=18mmφ、D1=11mmφ、D3=18mmφ、L1=285mmでの注湯流量と、離間距離L2と、スプラッシュの有無の関係図である。
【図１５】スプラッシュが発生しない最小離間距離Ｌ２、第１湯道内径Ｄ１、細径部外内径Ｄ３、注湯流量Ｑの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
造塊法として、下注ぎ造塊法と上注ぎ造塊法の２種類がある。上注ぎ造塊法では鋳型の上部の開口部に取鍋から直接、溶鋼を注ぎ込んで鋳造するのに対し、下注ぎ造塊法では、注入管と呼ばれるロート状の注ぎ口が設けられた垂直の管に溶鋼を注ぎ込んで、湯道を介して鋳型に注湯することにより鋳造を行う。本発明では、造塊法のうち、下注ぎ造塊法を対象としている。
【００１８】
下注ぎ造塊法において、２個以上の鋳型に同時に注湯する場合は、注入管の下部から左右若しくは多方向に分岐された湯道を経由して、各鋳型の底の注入口から当該鋳型内に溶鋼が注湯される。ここで、鉄鋼メーカでは多くの場合、大量のインゴットを効率良く鋳造し、注入場から搬出するため、鋳造したインゴットを鋳型と注入管、湯道ともども、運搬用列車の台車に積載して移動させる。このようなことから、湯道は、台車の長手方向、即ち、左右方向に沿った配列になる。つまり、湯道は、注入管から左右に分かれて設置される。
【００１９】
さて、上述したように、下注ぎ造塊法では、通常、注入管を基準として、左右対称に鋳型を配置する。ここで、取鍋の溶鋼重量と、鋳造する１つの鋼塊重量と兼ね合いによっては、鋳型数（鋳型の個数）が奇数にならざるを得ない場合が生じる。例えば、取鍋の溶鋼量が２５０トンで、鋳型内の鋼塊重量が５０トンの場合、注入管を基準として、一方側に設置された３基の鋳型と、他方側に設置された２基の鋳型とで同時に鋳造することになる。
【００２０】
このように、本発明の下注造塊方法では、溶鋼を注入する注入管の下端側から湯道を分岐させたうえで、注入管を基準として、鋳型が非対称に設置して鋳造を行うことを前提としている。
まず、下注造塊方法を行う下注造塊装置の構造について説明する。
図１は、下注造塊装置の全体を示している。
【００２１】
図１に示すように、下注造塊装置１は、下注ぎ造塊法により溶鋼２を鋳造するものであ
って、取鍋３内の溶鋼２を注入する注入管４と、注入管４の下端から左右に分岐した湯道５と、この湯道５に連通する鋳型６とを備えている。
詳しくは、定盤７には１本の注入管４が立設され、注入管４の下端であって定盤７の内部には当該注入管４から枝分かれした湯道５が形成されている。また、注入管４を基準として、右側に１基の鋳型（第１鋳型という）６ａが設けられ、左側に２基の鋳型（第２鋳型という）６ｂが設けられている。なお、下注造塊装置１は、注入管４を基準として、鋳型６が非対象に設けられたものであればよく、鋳型６（６ａ、６ｂ）の位置や鋳型６（６ａ、６ｂ）の数（鋳型数）は、上述した例に限定されない。また、注入管４、湯道５、鋳型６、注入口８の内面は耐火物で構成されている。
【００２２】
注入管４の下端から第１鋳型６ａ側に向かう湯道５ａは、第１鋳型６ａの下部において幅方向中央部に形成された注入口８に接続されている。注入管４の下端から第２鋳型６ｂ側に向かう湯道５ｂは、第２鋳型６ｂの下部において、幅方向中央部に形成された注入口８に接続されている。また、湯道５ａには、湯道５ｂよりも内径が小さい細径部９が形成されている。
【００２３】
第１鋳型６ａ側の湯道の全長Ａ１と、第２鋳型６ｂ側の湯道の全長Ａ２との比（Ａ２／Ａ１）は、１：２．３〜１：２．７の範囲に設定されている。
図２は、鋳型、注入管の間隔を０として示した場合の下注造塊装置１の平面図を示したものである。図２を用いて、Ａ２／Ａ１について説明する。
図２に示すように、第１鋳型６ａ側の湯道の全長Ａ１は、注入管４の外寸法ｄの１／２（１／２ｄ）と、１基の第１鋳型６ａ側の外寸法Ｄの１／２（１／２Ｄ）の合計（１／２ｄ＋１／２Ｄ）になる。一方、第２鋳型６ｂ側の湯道の全長Ａ２は、注入管４の外寸法ｄの１／２（１／２ｄ）と、２基の第２鋳型６ａ側の外寸法Ｄの３／２（３／２Ｄ）との合計（１／２ｄ＋３／２Ｄ）になる。
【００２４】
ここで、第１鋳型６ａ側の湯道の全長Ａ１と、第２鋳型６ｂ側の湯道の全長Ａ２との比（Ａ２／Ａ１）を、注入管４の外寸法ｄ及び鋳型の外寸法Ｄとで表すと、Ａ２／Ａ１＝（１／２ｄ＋３／２Ｄ）／（１／２ｄ＋１／２Ｄ）＝｛（１／２ｄ＋１／２Ｄ）＋Ｄ｝／（１／２ｄ＋１／２Ｄ）＝１＋２Ｄ／（ｄ＋Ｄ）となる。ここで、通常、ｄ＝０．２Ｄ〜０．５Ｄであるため、Ａ２／Ａ１≒２．３〜２．７となる。実際の鋳型６、注入管４の配列では、鋳型間や注入管と鋳型間はスペースが設けられるが、このスペースの大きさは、鋳型６や注入管４の大きさに比べると小さいので、このＡ２／Ａ１の値に影響は与えない。
【００２５】
以上、まとめると、当該下注造塊装置１は、第１鋳型６ａの鋳型数と第２鋳型６ｂの鋳型数とが異なる装置であって、第１鋳型６ａ側の湯道長さＬ１と、第２鋳型６ｂ側の湯道長さＬ２との比（Ａ２／Ａ１）が１：２．３〜１：２．７の範囲に設定された装置である。
次に、下注造塊方法について詳しく説明する。
【００２６】
例えば、左側に２基の鋳型を設置し、右側に２基の鋳型を設置した左右対称の鋳造において、鋳型間の注入速度は略一定と考えられるが、水モデル実験結果により、当該左右対称の鋳造でも、鋳型毎の注入流量のバラツキが生じている。しかしながら、左右対称の鋳造において、注湯流量を変化させて鋳造し、鋳型毎の注入流量のバラツキがあったとしても、品質上の問題は発生していない。そこで、左右非対称の鋳造においても、最大注入流量差（注入流量の差が最も大きい場合での流量差）が従来のような左右対称の鋳造と同等以下であれば問題がないとした。
【００２７】
図３及び図４は、左側に２基、右側に２基の左右対称の鋳型における水モデルの結果をまとめたものである。
水モデルでは、注湯流量を１０Ｌ／ｍｉｎ、２０Ｌ／ｍｉｎ、３０Ｌ／ｍｉｎの３つのパターンとし、各パターンにおいて、左右の湯道の内径を同じとした。湯道の内径は、１４ｍｍφ、１６ｍｍφ、１８ｍｍφとした。また、水モデルでは、注湯流量を各パターンに応じて変化させ、各鋳型への湯上り速度を測定し、各鋳型への注入流量を求めた。左右に配置した鋳型の合計は４基であるため、各鋳型への注入流量は、注湯流量を鋳型基数の４で割った値（２．５Ｌ／ｍｉｎ、５．０Ｌ／ｍｉｎ、７．５Ｌ／ｍｉｎ）である。
【００２８】
このような水モデルでは、湯道管径（湯道内径）と、各注入流量における最大注入流量差との関係は、図３に示す結果となった。また、最大注入流量差を各鋳型への注入流量で割り、最大注入流量差をパーセントで示すと図４の結果となった。
図４に示すように、湯道の内径が変化したとしても、注入流量において最大注入流量差が７．１％以下であれば、品質上の問題は生じないと考えられる。
【００２９】
次に、左右非対称の鋳造において、鋳型間の注入速度を一定にするための湯道内径（湯道管径）の検証を行った。
まず、図１に示した下注造塊装置１の１／５に相当する非対称の水モデルの模型を作成する。具体的には、図５に示すように、第１鋳型６ａに相当する１基の鋳型（鋳型Ｃという）を右側に配置し、第２鋳型６ｂに相当する２基の鋳型（鋳型Ａ、鋳型Ｂという）を左側に配置した模型を作成する。また、第１鋳型６ａ側の湯道５ａに相当する湯道１０ａを鋳型Ｃに接続すると共に、第２鋳型６ｂ側の湯道５ｂに相当する湯道１０ｂを鋳型Ａ及び鋳型Ｂに接続する。
【００３０】
この水モデルでは、湯道１０ａの内径（第１鋳型６ａ側の湯道５ａに相当する内径）をＤ１とし、湯道１０ｂの内径（第２鋳型６ｂ側の湯道５ｂに相当する内径）をＤ２する。説明の便宜上、湯道１０ａの内径Ｄ１を「第１湯道内径Ｄ１」といい、湯道１０ｂの内径を「第２湯道内径Ｄ２」という。
水モデルを用いて、第１湯道内径Ｄ１と、第２湯道内径Ｄ２と、注湯流量とを、それぞれ変化させた場合の各鋳型への注入流量を求めた。なお、第２湯道内径Ｄ２は、１４ｍｍφ、１６ｍｍφ、１８ｍｍφとした。
【００３１】
図６は、第２湯道内径Ｄ２を１６ｍｍφとした場合において、第１湯道内径Ｄ１と、鋳型への注入流量との関係をまとめたものである。水モデルの実験結果から各鋳型（鋳型Ａ、鋳型Ｂ、鋳型Ｃ）への注入流量と、注湯流量と、第１湯道内径Ｄ１との関係を整理すると、各鋳型への注入流量は、式（I）〜式（III）に示す結果となった。
【００３２】
【数２】
2015178124.tif 000004
【００３３】
次に、左右非対称の鋳型の注入流量においても、左右対称の鋳型における最大注入流量差が範囲以下（７．１％以下）となるための湯道内径、即ち、最適な湯面上昇速度を求める。詳しくは、式（I）〜式（III）に示された第１湯道内径Ｄ１と、最大注入流量差との関係を整理した。図７は、注湯流量Ｑを変化させた場合であって第２湯道内径Ｄ２が１６ｍｍφである場合における第１湯道内径Ｄ１と、鋳型への最大注入流量差との関係をまとめたものである。図７に示すように、注湯流量Ｑの増加とともに最大注入流量差は増加するが各注湯流量において、極小点が存在する。
【００３４】
そして、図７に示した最大注入流量差を図４と同じようにパーセントに置き換え、そのうえで、最大注入流量差が７．１％以下となる第１湯道内径Ｄ１の最小径と最大径を求める。図８は、図７に基づいて、注湯流量と、最大注入流量差が７．１％以下となる第１湯道内径Ｄ１の最小径と最大径をまとめたものである。図８に示すように、所定の注湯流量Ｑにおいて、第１湯道内径Ｄ１が最小径と最大径との範囲内にあるときは、最大注入流量差が７．１％以下となる。
【００３５】
上述した実施形態では、第２湯道内径Ｄ２が１６ｍｍφであるときの第１湯道内径Ｄ１の最小径と最大径とを求めているが、第２湯道内径Ｄ２が１４ｍｍφ、１８ｍｍφである
ときの第１湯道内径Ｄ１の最小径と最大径とについても同様の方法で求め、第１湯道内径Ｄ１と、第２湯道内径Ｄ２と、注湯流量との関係を整理すると、式（１ａ）〜式（３ａ）に示す結果となった。
【００３６】
【数３】
2015178124.tif 000005
【００３７】
次に、式（Ａ）を用いて、水モデルにおける注湯流量Ｑを実機のスループットＷＲ（ｔ／ｍｉｎ）に換算すると、スループット（実機の注湯流量）ＷＲと、第１湯道内径Ｄ１（第１鋳型６ａ側の湯道内径Ｄ１に相当）と、第２湯道内径Ｄ２（第２鋳型６ｂ側の湯道内径Ｄ２に相当）とは、式（１）〜式（３）となった。
【００３８】
【数４】
2015178124.tif 000006
【００３９】
式（１）〜式（３）に示すように、第１鋳型６ａ側の湯道内径Ｄ１を、第２鋳型６ｂ側の湯道内径Ｄ２に基づいて設定することにより、第１鋳型６ａ側の湯上がり速度と、第２鋳型６ｂ側の湯上がり速度とを一定にすることができると考えられる。つまり、第１鋳型６ａ側の湯道内径Ｄ１を、式（１）〜式（３）に基づいて、第２鋳型６ｂ側の湯道内径Ｄ２よりも細くすることにより、湯上がり速度を一定にすることができると考えられる。
【００４０】
発明者は、第１鋳型６ａ側の湯道５ａと、第２鋳型６ｂ側の湯道５ｂとの関係について、さらに検証したところ、第１鋳型６ａ側の湯道内径Ｄ１、即ち、湯道５ａの内径を細くしたとしても、細くした湯道５ａが短すぎると効果が無いことが分かった。
そこで、湯道５ａの長さを求めるため、まず、水モデルにおいて、図５に示すように、実機の湯道５ａに相当する湯道１０ａに細径部１１（実機の細径部９に相当）を形成して、最大注入流量差が７．１％以下となる細径部１１の長さＬ１（実機の湯道５ａに形成した細径部９の長さに相当）について求めた。説明の便宜上、細径部１１の長さＬ１は、「細径部長さＬ１」という。
【００４１】
なお、この水モデル実験では、細径部１１の内径は、上述した第１湯道内径Ｄ１に相当することとし、この細径部１１の内径Ｄ１（第１湯道内径Ｄ１）と、第２湯道内径Ｄ２とは、式（１ａ）〜式（３ａ）を満たしていることを条件とした。
第２湯道内径Ｄ２を１６ｍｍφとし、第１湯道内径Ｄ１を１１ｍｍφとした場合における最大注入流量差と、細径部長さＬ１との関係は、図９に示す結果となった。図９に示す矢印は、最大注入流量差が７．１％となったときの細径部長さＬ１を示しており、この細径部長さＬ１の長さ以上で最大注入流量差が７．１％以下となることを示す。図９に示すように、最大注入流量差が７．１％ときの細径部長さＬ１は、注湯流量が増加するに伴って大きくなる。
【００４２】
以上のように、第２湯道内径Ｄ２を１６ｍｍφした場合において、最大注入流量差が７．１％ときの細径部長さＬ１と、細径部１１の内径Ｄ１（第１湯道内径Ｄ１）と注湯流量Ｑとの関係を水モデルにより求めると、図１０に示す結果となった。図１０に示すように、細径部１１の内径Ｄ１がいずれの場合であっても、注湯流量の増加に伴って、細径部長さＬ１は略直線的に増加している。
【００４３】
図９に基づいて、細径部長さＬ１と、細径部１１の内径Ｄ１と、注湯流量との関係を、実験式で整理すると、式（４ａ）に示す通りとなった。
【００４４】
【数５】
2015178124.tif 000007
【００４５】
次に、式（Ａ）を用いて、水モデルにおける注湯流量Ｑを実機のスループットＷＲに換算すると、スループット（実機の注湯流量）ＷＲと、細径部１１の内径Ｄ１等との関係は
、式（４）となった。
【００４６】
【数６】
2015178124.tif 000008
【００４７】
以上のように、第１鋳型６ａ側の湯道５ａであって狭くなる細径部の内径Ｄ１及び細径部長さＬ１が式（４）を満たすように設定することにより、第１鋳型６ａ及び第２鋳型６ｂ側の湯上がり速度を一定にすることができる。
つまり、第２鋳型６ｂ側の湯道内径Ｄ２（第２湯道内径Ｄ２）に対して、第１鋳型６ａ側の湯道５ａであって狭くなる細径部９の内径Ｄ１（細径部１１の内径Ｄ１）が式（１）〜式（３）を満たし、細径部９の湯道長さＬ１（細径部長さＬ１）が式（４）を満たすことによって、第１鋳型６ａ及び第２鋳型６ｂ側の湯上がり速度を一定にすることができる。
【００４８】
さて、上述した条件を満たした場合であっても、湯道５ａの細径部９の終端位置（細径部９の出口）から第１鋳型６ａの注入口８までの距離Ｌ２が短いと、図１１に示すようなスプラッシュが発生することがある。スプラッシュが生じると、特公開昭５４−６２１２０号公報に述べられているように、「溶鋼飛沫のモールド内壁付着によるへげ疵の如き鋼塊の表面疵あるいは内部欠陥等が発生する」ことが知られているのでスプラッシュの発生を抑える必要がある。
【００４９】
そこで、水モデルにおいて、図５に示すように、湯道１０ａの細径部１１の終端部１２ａから鋳型Ｃの注入口１３までの部分には、細径部１１よりも大きな内径を有する大径部１４を設けた。なお、大径部１４の内径Ｄ３（第１鋳型６ａ側の湯道５ａにおいて、細径部９以外の部分の内径に相当）は、鋳型Ａ及び鋳型Ｂの湯道１０ｂ（第２鋳型６ｂ側の湯道に相当）と同じ内径とした。これは、湯道を構成する耐火物の管理上、耐火物の種類を増やさないためである。以下、説明の便宜上、大径部１４の内径Ｄ３は、「細径部外内径」という。
【００５０】
この水モデルでは、細径部１１の内径Ｄ１（第１湯道内径Ｄ１）、第２湯道内径Ｄ２、細径部長さＬ１等は、上述した式（１ａ）〜式（４ａ）を満たすことを前提とした。
この水モデルでは、湯道１０ａの細径部１１の終端部１２ａから鋳型Ｃの注入口１３（第１鋳型６ａの注入口８に相当）までの距離Ｌ２（離間距離Ｌ２という）を変化させ、スプラッシュの有無について調査を行った。スプラッシュの状況は、鋳造開始時の注入流の噴出状況をビデオ撮影によって撮像して確認した。
【００５１】
第２湯道内径Ｄ２が１８ｍｍφ、第１湯道内径Ｄ１が１３ｍｍ、細径部外内径Ｄ３が１８ｍｍ、細径部長さＬ１が２８５ｍｍであるときの注湯流量と、離間距離Ｌ２と、スプラッシュの有無の関係は図１２に示す結果となった。図１２に示すように、注湯流量の増加に応じて離間距離Ｌ２を大きくすれば、スプラッシュは発生しなくなる。
また、第２湯道内径Ｄ２が１６ｍｍφ、第１湯道内径Ｄ１が１１ｍｍ、細径部外内径Ｄ３が１６ｍｍ、細径部長さＬ１が２８５ｍｍであるときの注湯流量と、離間距離Ｌ２と、スプラッシュの有無の関係は図１３に示す結果となった。第２湯道内径Ｄ２が１８ｍｍφ、第１湯道内径Ｄ１が１１ｍｍ、細径部外内径Ｄ３が１８ｍｍ、細径部長さＬ１が２８５ｍｍであるときの注湯流量と、離間距離Ｌ２と、スプラッシュの有無の関係は図１４に示す結果となった。
【００５２】
図１２〜１４に基づいて、スプラッシュが発生しない離間距離Ｌ２と、細径部外内径Ｄ３と、注湯流量との関係を整理すると図１５に示すものとなり、実験式で示すと式（５ａ）に示す通りとなった。
【００５３】
【数７】
2015178124.tif 000009
【００５４】
次に、式（Ａ）を用いて、水モデルにおける注湯流量を実機のスループットＷＲに換算すると、スループット（実機の注湯流量）ＷＲと、細径部外内径Ｄ３等との関係は、式（５）となった。
【００５５】
【数８】
2015178124.tif 000010
【００５６】
以上、本発明によれば、注入管から分かれた湯道に、第１鋳型と第２鋳型とが設けられ且つ第１鋳型の鋳型数と第２鋳型の鋳型数とが異なる下注造塊装置において下注ぎ鋳造を行うに際して、注入管に注入する注湯流量は２〜１０ｔ／ｍｉｎとし、第１鋳型側の湯道長さと第２鋳型側の湯道長さとの比を１：２．３〜１：２．７の範囲に設定されており、第２鋳型側の湯道内径Ｄ２（ｍｍ）に対して、第１鋳型側の湯道であって狭くなる細径部の内径Ｄ１（ｍｍ）が式（１）〜式（３）を満たし、細径部の湯道長さＬ１（ｍｍ）が式（４）を満たし、細径部の終端位置と鋳型の注入口の距離Ｌ２（ｍｍ）とが式（５）を満たすように鋳造を行う。
【００５７】
【数９】
2015178124.tif 000011
【００５８】
なお、水モデル流量を実機のスループットに換算するに際しては、フルード数を適用した。即ち、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」、重力の加速度を「ｇ」とするとこれらの関係は、式（Ｂ）、（Ｃ）となる。
【００５９】
【数１０】
2015178124.tif 000012
【００６０】
運動方程式を無次元化すると、（慣性項）＋（粘性項）／Ｒｅ＋（外力項）＝０でＦｒは外力項に（１／Ｆｒ２）で入る。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。Ｒｅ＞４０００以上で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。本発明の範囲ではＲｅ＞３８、０００となるので、乱流域となることからＦｒ数近似を適用した。
【００６１】
インゴットの下注ぎ鋳造における実機と模型実験のフルード数の一致させ、実機の代表寸法と水モデル模型の代表寸法比を５：１、すなわち１／５の縮尺モデルとした場合、フルード数一致の観点から、Ｖ／Ｌ０．５を同じにする必要がある。縮尺を１／λ（＝１／５）とすると、ＶＲ／ＬＲ０．５＝ＶＭ／ＬＭ０．５（ここでＲは実機、Ｍはモデルを示す。）となる。
ＶＭ／ＶＲ＝ＬＭ０．５／ＬＲ０．５＝１／λ０．５＝１／５０．５≒０．４４７となる。つまり、ＶＭ≒０．４４７ＶＲとなる。したがって、縮尺１／５の模型実験では、０．４４７倍の流速でＦｒ数の一致が得られることになる。ここで、流量をＱ、時間をＴとすると、
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 
となり、この結果、水モデルの流量は、実機の流量の１／５２．５＝０．０１７９倍となる。また、水モデルの流量ＱＭ（Ｌ／ｍｉｎ）を実機スループットＷＲ（ｔ／ｍｉｎ）に換算する場合、溶鋼の比重を７ｔ／ｍ３とすると、上述した式（Ａ）となる。
【実施例】
【００６２】
表１〜５は、本発明の下注造塊方法に基づいて実験を行った例と、本発明の下注造塊方法とは異なる方法によって実験を行った例とをまとめたものである。
【００６３】
【表１】
2015178124.tif 000013
【００６４】
【表２】
2015178124.tif 000014
【００６５】
【表３】
2015178124.tif 000015
【００６６】
【表４】
2015178124.tif 000016
【００６７】
【表５】
2015178124.tif 000017
【００６８】
４０ｔ鋼塊用鋳型の実機の１／５のスケールの模型を用いて実験を行った。水モデルでは、鋳型は、透明ポリ塩化ビニル製であって、上部が底部よりも広がった上広鋳型とした。詳しくは、底面は、４４０×２２０ｍｍ、上面は、４８０×２６０ｍｍ、高さは、５６０ｍｍ、注入管の内径は、２６ｍｍφとした。湯道１０ｂ（左側の湯道）の長さは、９８５ｍｍ、湯道１０ａ側の長さ（全体の長さ）は、３９５ｍｍ、９８５ｍｍとした。湯道１
０ａ側の全長と、湯道１０ｂ側の全長との比は、１：２．３〜１：２．７の範囲とした。
【００６９】
第２湯道内径Ｄ２は、１４ｍｍφ、１６ｍｍφ、１８ｍｍφとした。第１湯道内径Ｄ１は、１１ｍｍφ、１３ｍｍφ、１５ｍｍφ、１６ｍｍφ、１８ｍｍφとした。細径部長さＬ１は、１１４ｍｍ〜３９５ｍｍした。離間距離Ｌ２は、０ｍｍ〜８０ｍｍとした。上述した寸法は、いずれも内寸である。なお、
注湯流量Ｑは、７．５Ｌ／ｍｉｎ（実機で２．９３ｔ／ｍｉｎ相当）、１５．０Ｌ／ｍｉｎ（実機で５．８５ｔ／ｍｉｎ相当）、２２．５Ｌｍｉｎ（実機で８．７８ｔ／ｍｉｎ相当）とした。なお、水モデルにおける注湯流量は、注入管に水を注入する前の配管に取り付けた流量計で注湯流量を計測した値である。
【００７０】
水モデルでは、透明な鋳型内に赤色インクで着色した水の湯面上昇速度をデジタルムービーカメラで撮影し、撮影した画像を再生し、一定時間ごとの湯面位置から上昇速度を求め、注入流量に換算した。注入流量は、例えば、２．５Ｌ／ｍｉｎ（実機で０．９８ｔ／ｍｉｎ相当）、５．０Ｌ／ｍｉｎ（実機で１．９５ｔ／ｍｉｎ相当）、７．５Ｌ／ｍｉｎ（実機で２．９３ｔ／ｍｉｎ相当）となった。
【００７１】
水モデルでは、最大注入流量差が７．１％以下で且つスプラッシュが発生していない場合を良好「○」、最大注入流量差が７．１％を超える、或いは、スプラッシュが発生している場合を不良「×」とし、総合評価を行った。
表に示すように、注入管に注入する注湯流量（実機換算値）が２〜１０ｔ／ｍｉｎであって、第２湯道内径Ｄ２に対して、第１湯道内径Ｄ１（細径部の内径Ｄ１）が式（１ａ）〜式（３ａ）を満たし、細径部の湯道長さＬ１が式（４ａ）を満たし、細径部の終端位置と鋳型の注入口の距離（離間距離）Ｌ２が式（５ａ）を満たしている場合、最大注入流量差が７．１％以下で且つスプラッシュも発生しなかった。
【００７２】
一方、第１湯道内径Ｄ１（細径部の内径Ｄ１）が式（１ａ）〜式（３ａ）を満たさなかったり、細径部の湯道長さＬ１が式（４ａ）を満たさなかったり、離間距離Ｌ２が式（５ａ）を満たさない場合、最大注入流量差が７．１％を超えたり、スプラッシュが発生した。
例えば、実験１、２、１１〜１３、２６〜２８では、離間距離Ｌ２が式（５ａ）を満たしていないため、スプラッシュが発生した。また、実験４１〜４９では、第１湯道内径Ｄ１（細径部の内径Ｄ１）が式（１ａ）を満たさなかったため、最大注入流量差が７．１％を超えてしまった。また、実験７９では、細径部の湯道長さＬ１が式（４ａ）を満たさなかったため、最大注入流量差が７．１％を超えてしまった。
以上、本発明によれば、各鋳型間の湯面高さの差を少なくしつつ、高品質の鋼塊を製造することができる。
【００７３】
なお、今回開示された実施の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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７４】
１  下注造塊装置
２  溶鋼
３  取鍋
４  注入管
５  湯道
６  鋳型
６ａ  第１鋳型
６ｂ  第２鋳型
７  定盤
８  注入口
９  細径部
１０ａ  湯道
１０ｂ  湯道
１１    細径部
１２ａ  終端部
１３    注入口
１４    大径部
【図１】
2015178124.tif 000019
【図２】
2015178124.tif 000020
【図３】
2015178124.tif 000021
【図４】
2015178124.tif 000022
【図５】
2015178124.tif 000023
【図６】
2015178124.tif 000024
【図７】
2015178124.tif 000025
【図８】
2015178124.tif 000026
【図９】
2015178124.tif 000027
【図１０】
2015178124.tif 000028
【図１２】
2015178124.tif 000029
【図１３】
2015178124.tif 000030
【図１４】
2015178124.tif 000031
【図１５】
2015178124.tif 000032
【図１１】
2015178124.tif 000033
【手続補正書】
【提出日】平成26年12月2日(2014.12.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
注入管から分かれた湯道に、鋳型数が１基である第１鋳型と鋳型数が２基である第２鋳型とが設けられ且つ第１鋳型の鋳型数と第２鋳型の鋳型数とが異なる下注造塊装置において下注ぎ鋳造を行うに際して、
前記注入管に注入する注湯流量は２〜１０ｔ／ｍｉｎとし、前記第１鋳型側の湯道長さと第２鋳型側の湯道長さとの比を１：２．３〜１：２．７の範囲に設定されており、
前記第２鋳型側の湯道内径Ｄ２（ｍｍ）に対して、前記第１鋳型側の湯道であって狭くなる細径部の内径Ｄ１（ｍｍ）が式（１）〜式（３）を満たし、
前記細径部の湯道長さＬ１（ｍｍ）が式（４）を満たし、前記細径部の終端位置と鋳型の注入口の距離Ｌ２（ｍｍ）とが式（５）を満たすことを特徴とする下注造塊方法。
【数１】
2015178124.tif 000034
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明は、上記目的を達成するために、次の手段を講じた。
即ち、本発明に係る下注造塊方法は、注入管から左右に分かれた湯道に、鋳型数が１基である第１鋳型と鋳型数が２基である第２鋳型とが設けられ且つ第１鋳型の鋳型数と第２
鋳型の鋳型数とが異なる下注造塊装置において下注ぎ鋳造を行うに際して、前記注入管に注入する注湯流量は２〜１０ｔ／ｍｉｎとし、前記第１鋳型側の湯道長さと第２鋳型側の湯道長さとの比を１：２．３〜１：２．７の範囲に設定されており、前記第２鋳型側の湯道内径Ｄ２（ｍｍ）に対して、前記第１鋳型側の湯道であって狭くなる細径部の内径Ｄ１（ｍｍ）が式（１）〜式（３）を満たし、前記細径部の湯道長さＬ１（ｍｍ）が式（４）を満たし、前記細径部の終端位置と鋳型の注入口の距離Ｌ２（ｍｍ）とが式（５）を満たすことを特徴とする。