(57)【要約】【課題】上注ぎ造塊において、鋳込み後の鋼塊の品質を向上させる。【解決手段】溶鋼１を鋳型２に注入して鋼塊を製造する造塊方法において、鋳型２の押湯部５の内側に耐火煉瓦７を施工すると共に耐火煉瓦７の外側に断熱煉瓦６を施工して、押湯部５を多層構造にしておき、３．７４＞保温性指数ｙ＞ｆ×押湯比ｒ（％）＋ｇを満たすように造塊を行う。ただし、溶鋼重量８０〜１２０ｔｏｎ（適用範囲：Ｈ／Ｄ＝１．０〜２．０）の場合、ｆ＝４．８２１×（Ｈ／Ｄ）−９．１２４３、ｇ＝−１０６×（Ｈ／Ｄ）＋２０１．３６、Ｈ／Ｄ＝１．５〜１．８（適用範囲：１２０超〜２５０ｔｏｎ）の場合、ｆ＝−０．０１３４×（Ｗ）＋０．４１２、ｇ＝０．２８６×（Ｗ）−７．４４、Ｈ：鋳型２の本体部４の高さ、Ｄ：鋳型２の本体部４の平均幅、Ｗ：溶鋼重量である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼を鋳型に注入して鋼塊を製造する造塊方法において、
前記鋳型の押湯部の内側に耐火煉瓦を施工すると共に前記耐火煉瓦の外側に断熱煉瓦を施工して、押湯部を多層構造にしておき、
式（２）で定義される保温性指数ｙが式（１）を満たすように押湯比ｒを設定し、設定した押湯比ｒを基に造塊を行うことを特徴とする造塊方法。
【数１】
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【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶鋼を鋳型に注入して鋼塊を製造する造塊方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知の如く、溶鋼を鋳型に注入して鋼塊を製造する手法の一つとして、溶鋼を上方から鋳型に注入する上注ぎ造塊方法がある。この造塊方法においては、鋳型の上部に対応する溶鋼を押湯とし、この押湯の部位に粗大介在物、偏析などを集めて鋼塊本体に欠陥が少ないものとしている。
造塊において、押湯の機能を確実に発揮させるためには、鋼塊本体よりも押湯が後に凝固する必要があり、押湯を最後まで未凝固状態とするための鋳型技術が数々開発されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示された鋼塊の製造方法においては、鋳型押湯部の外周を押湯最下端から上下に少なくとも該鋳型の肉厚以上の範囲にわたり、かつその下端が該鋼塊下端より少なくとも鋼塊厚さもしくは相当径の１／２以上上方であるように加熱若しくは断熱保存することとしている。すなわち、特許文献１の技術は、鋳型の外周部を加熱若しくは保温することによって押湯部の保温性を確保することとし、そのために鋳型の押湯部に１つの断熱ボード（単層の保温材）が施工されている。
【０００４】
また、特許文献２には、造塊鋳型の押湯スリーブが開示されており、この造塊鋳型では、設けられる断熱スリーブを多層構造となし、しかもその内層の１つ以上を前記鋳型内溶湯に接触する層の材質よりも熱伝導率の小さい材質で構成したものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５５−１９４５１号公報
【特許文献２】特開昭５４−１３８８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された鋳型を用いて、上注ぎ造塊方法により鋼塊を製造した場合、高温の溶鋼を鋳型の上方から注入する故、鋳型の押湯部に施工された断熱ボードが溶鋼に触れて剥がれ落ちたりするトラブルが発生することが報告されている。剥がれ落ちた断熱ボードが、鋼塊中に入り込んだ場合は鋳造欠陥となり問題である。
斯かる状況は、真空上注ぎ造塊を行う際、特に問題となる。
【０００７】
上記の問題を解決するために、特許文献２の如く、溶鋼が接触しても剥がれ落ち難い耐火煉瓦を押湯内側に施工し、押湯部に施工する断熱スリーブを多層構造（複層構造）とした鋳型を採用することが考えられる。
しかしながら、特許文献２の技術は、単に押湯部を多層構造としたことが開示されているだけで、多層構造とした場合の保温性の度合い、多層構造の鋳型を用いてどのように造塊を行うかといった方法などが詳細に述べられていない。
【０００８】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、押湯部を多層構造とすることによって当該押湯部の保温性が向上された鋳型を用いると共に、造塊の際に押湯比を設定することによって、鋳込み後の鋼塊の品質を向上させることができる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】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
即ち、本発明における課題解決のための技術的手段は、溶鋼を鋳型に注入して鋼塊を製造する造塊方法において、前記鋳型の押湯部の内側に耐火煉瓦を施工すると共に前記耐火煉瓦の外側に断熱煉瓦を施工しておき、式（２）で定義される保温性指数ｙが式（１）を満たすように押湯比ｒを設定し、設定した押湯比を基に造塊を行うことを特徴とする。
【００１０】
【数１】
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【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、押湯部を多層構造とすることによって当該押湯部の保温性が向上された鋳型を用いると共に、造塊の際に押湯比を設定することによって、鋳込み後の鋼塊の品質を向上させることができる。特に、真空上注ぎ造塊を行うにあたっては、溶鋼が押湯部に達したとしても耐火煉瓦が剥がれ落ちて介在物になることなく、鋳造欠陥のない鋼塊を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明で用いる鋳型に溶鋼を注入した状態を示したものである。
【図２】本発明で用いる鋳型の押湯部の拡大図である。
【図３】第１実施例の結果をまとめたものであり、（ａ）は耐火煉瓦と断熱煉瓦との関係に保温性指数を関連付けしたもの、（ｂ）は押湯比と保温性指数との関係に炭素濃度比を関連付けたものである。
【図４】第２実施例の結果をまとめたものであり、（ａ）は耐火煉瓦と断熱煉瓦との関係に保温性指数を関連付けしたもの、（ｂ）は押湯比と保温性指数との関係に炭素濃度比を関連付けたものである。
【図５】第３実施例の結果をまとめたものであり、（ａ）は耐火煉瓦と断熱煉瓦との関係に保温性指数を関連付けしたもの、（ｂ）は押湯比と保温性指数との関係に炭素濃度比を関連付けたものである。
【図６】第１実施例〜第４実施例の結果を基に、押湯比と保温性指数との関係に炭素濃度比を関連付けた図である。
【図７】第４実施例の結果をまとめたものであり、（ａ）は耐火煉瓦と断熱煉瓦との関係に保温性指数を関連付けしたもの、（ｂ）は押湯比と保温性指数との関係に炭素濃度比を関連付けたものである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の造塊方法について図を基に説明する。
本発明の造塊方法は、溶鋼を上側から鋳型に注入することにより鋼塊を製造する上注ぎ造塊法によるものである。
図１に示すように、本発明の造塊方法で用いられる鋳型２は、有底状のものであって、主に、底部（定盤）３と、この底部３から上方に立ち上がる本体部（鋳型本体）４とから構成され、この本体部４の上部側には押湯部５が設けられている。
【００１４】
さて、従来の押湯部５では、その内壁に空気層が多く欠けやすい断熱部材（断熱ボード）を設けていたが、図１に示すように、本発明に係る鋳型２では、押湯部５の内壁には、断熱部材の代わりに煉瓦質からなる断熱煉瓦６を設け、その断熱煉瓦６のさらに内側に耐火煉瓦７（シャモット煉瓦）を設けている。
まず、押湯部５について詳しく説明する。
【００１５】
図１、図２に示すように、押湯部５は、本体部４の上部に施工された鋳鉄リング８を介して断熱煉瓦６及び耐火煉瓦７を施工すると共に、断熱煉瓦６及び耐火煉瓦７を押湯枠９（鋼板で構成された支持枠）により支持することによって構成されている。
詳しくは、本体部４の上部側で最外側に押湯枠（支持枠）９が施工され、この押湯枠９の内側に断熱煉瓦６が施工され、断熱煉瓦６の内側に耐火煉瓦７が施工され、押湯部５は、断熱煉瓦６及び耐火煉瓦７とを備えた多層構造（２層構造）となっている。言い換えれば、溶鋼１と接触する側（稼働面側）に耐火煉瓦７が施工され、耐火煉瓦７の外側に断熱煉瓦６が施工されている。
【００１６】
このように、耐火煉瓦７と断熱煉瓦６とによって押湯部５を厚み方向に２層構造にすることによって、押湯部５に到達した溶鋼１の抜熱を防止して保温性を確保すると共に、従来のような断熱ボードに直接溶鋼が接触する構造とは異なるものとなっている。
このような鋳型２を用いて鋼塊を製造する上注ぎ造塊法は、製鉄所内の幾つかの工程にて採用されているが、以下の説明では、Ａｌキルド鋼塊を真空上注ぎ造塊法で製造するに当たり、本発明の鋳型２を用いた例を説明する。なお、Ａｌキルド鋼塊を製造するものに限定されない。
【００１７】
真空上注ぎ造塊法では、まず、鋳型２の全体を真空引き装置（図示せず）内に入れ、真空引きを行いながら、例えば、Ａｌによって脱酸されたアルミキルドの溶鋼１（Ａｌキルド鋼）を上方から鋳型２に注入すると共に、溶鋼１の浴面上に保温材１０を散布し、造塊を行う。鋳型２内に注入された溶鋼１は、鋳型２内にて冷却されたインゴット等の鋼塊となる。
【００１８】
上述したように、溶鋼１を鋳型２に注入して鋼塊を製造するに際して、本発明では、式（２）で定義される保温性指数ｙが式（１）を満たすように押湯比ｒを設定し、設定した押湯比ｒを基に造塊を行うこととしている。なお、押湯比ｒとは、装入した溶鋼量に対する押湯の量（押湯重量／装入溶鋼重量）を示したものである。
【００１９】
【数２】
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【００２０】
式（２）に示した保温性指数ｙは、熱伝達率の逆数（１／Ｈ）であって熱の伝わり難さを数値化したもので、数値が大きいほど保温性が良いことを示す。式（２）に示すｈは、断熱煉瓦６と耐火煉瓦７とによって押湯部５を２層構造（多層構造）とした場合の熱伝達率である。式（２）に示すｈ０は従来のように押湯部５を１層構造とした場合の熱伝達率である。したがって、式（２）に示す保温性指数ｙは、２層構造の押湯部５が従来のような１層構造の押湯部５に比べて、どの程度熱を伝わり難く保温性を確保出来たかということも示している。
【００２１】
２層構造の熱伝達率は、式（３）に示すように耐火煉瓦７の厚みＬ１や断熱煉瓦６の厚みＬ２によって求めることができる。
【００２２】
【数３】
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【００２３】
ところで、図３（ａ）は、耐火煉瓦７の厚みＬ１と断熱煉瓦６の厚みＬ２との関係に保温性指数ｙを関連付けしたものである。なお、図において耐火煉瓦７の厚みＬ１、断熱煉瓦６の厚みＬ２はＬ０により無次元化されている。このＬ０は従来の耐火ボードを基準とした６０ｍｍであり、図中の丸印内の数値が保温性指数ｙである。図３（ａ）に示すように、耐火煉瓦７の厚みＬ１や断熱煉瓦６の厚みＬ２を変化させることによって保温性指数ｙを、例えば、１．０７〜４．８６の範囲で高いものにすることができる。
【００２４】
ここで、押湯部５に耐火煉瓦７や断熱煉瓦６を施工することを考えたとき、耐火煉瓦７や断熱煉瓦６の厚み（大きさ）にも限界があり、煉瓦の施工性（たとえば、押湯部に多少のテーパーがある一般的な押湯形状において、押湯煉瓦の施工可否など）やコスト面を考えると、現実的な保温性指数ｙは１．６２〜３．７４（太枠範囲内）となる。即ち、上述したように、保温性指数ｙが１．６２〜３．７４の範囲内となるように、耐火煉瓦７の厚みＬ１や断熱煉瓦６の厚みＬ２を設定するとよい。例えば、表１に示すような耐火煉瓦７及び断熱煉瓦６を用いて、耐火煉瓦７の厚みＬ１や断熱煉瓦６の厚みＬ２を適宜設定することにより、例えば、図３（ａ）の太丸に示すように保温性指数ｙを３．２４とすることができる。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
以上のように、保温性指数ｙを１．６２〜３．７４の範囲となるように造塊すれば、保温性が保たれ押湯が正常に機能して、鋼塊の品質が向上することが期待できる。ここで、鋼塊の品質を評価するために、式（８）に示すように、従来のように押湯部５を１層構造として造塊を行ったときの鋼塊のトップ部（押湯に対応する部分を切り取った残りの部分、すなわち鋼塊本体の最上位部分）の炭素濃度［Ｃ］と、本発明のように押湯部５を多層構造として造塊を行ったときの鋼塊のトップ部の炭素濃度［Ｃ］との比を定義する。式（８）では、Ｃ濃度比が１．００以下であれば、押湯部５を多層構造とした鋳型２（多層鋳型２と呼ぶこともある）の方が従来型の鋳型よりも優れていることを示している。
【００２７】
【数４】
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【００２８】
図３（ｂ）は、多層鋳型２において保温性指数ｙと押湯比ｒとを変化させて造塊を行ったときのＣ濃度比をまとめたものである。なお、図３（ｂ）は、押湯部５を除く鋳型２の高さ（本体部４の高さ）をＨとし、押湯部５を除く鋳型２の平均幅（本体部４の内側壁間の平均値）をＤとして、Ｈ／Ｄが１．７となる多層鋳型２を用いて１１０ｔｏｎの鋼塊（鋼塊）を製造した場合（第１実施例）についてまとめたものである。また、図３（ｂ）中のポイントＰ１は、保温性指数ｙを３．２４として造塊を行った例を示している。図３（ａ）では太丸内の数値（３．２４）である。
【００２９】
図３（ｂ）に示すように、多層鋳型２において、保温性指数ｙを１．６２〜３．７４の間にして造塊した場合であっても、Ｃ濃度比が１．００以下（良好「○」）である場合と、Ｃ濃度比が１．０１〜１．０５（やや不良「△」）である場合と、Ｃ濃度比が１．０６以上（不良「×」）の場合とがある。即ち、多層鋳型２にて保温性指数ｙを１．６２〜３．７４の範囲内にした場合によっても押湯比ｒによって、鋼塊の品質が変化することになる。
【００３０】
図３（ｂ）に示す第１実施例では、Ｃ濃度比が良好とやや不良との境界である第１境界線Ｌ１（ｙ＝−０．９２８６×押湯比ｒ（％）＋２１．１６）と、保温性指数ｙの上限値（ｙ＝３．７４）である上限線Ｌ２と、保温性指数ｙが下限値（ｙ＝１．６２）である下限線Ｌ３とに囲まれた第１適正範囲Ａ１内となるように、保温性指数ｙに対応して押湯比ｒ（％）を設定することによってＣ濃度比を１．００以下にすることができ、鋼塊の品質を向上させることができる。なお、Ｈ／Ｄが１．０〜２．０となる多層鋳型２を用いて８０ｔｏｎ〜１２０ｔｏｎを製造した場合であっても第１実施例と同じ結果（直線Ｌ１や第１適正範囲Ａ１が変化しない。）が得られたことを確認している。
【００３１】
さて、発明者らは、多層鋳型２であっても本体部４の高さや幅、即ち、Ｈ／Ｄの値が変化すると、鋼塊の品質も変化する可能性があると考え、図４に示すように、Ｈ／Ｄが１．２６である多層鋳型２で１００ｔｏｎの鋼塊を製造した場合（第２実施例）について検証を行った。併せて、図５に示すように、Ｈ／Ｄが１．６６である多層鋳型２で２３０ｔｏｎの鋼塊を製造した場合（第３実施例）についても、図３と同様に保温性指数ｙと押湯比ｒとを変化させたときのＣ濃度比について調査を行った。
【００３２】
Ｈ／Ｄ＝１．２６とした第２実施例（図４（ｂ））では、Ｈ／Ｄ＝１．７である第１実施例に比べて、第２境界線Ｌ４と上限線Ｌ２と下限線Ｌ３とに囲まれた第２適正範囲Ａ２内となる範囲が、点線で囲まれる第１適正範囲Ａ１内よりも小さい。また、第２実施例では、Ｃ濃度比が良好とやや不良との境界を示す第２境界線Ｌ４（ｙ＝−３．０５×押湯比ｒ（％）＋６７．８）の傾きが、第１実施例に比べて大きくなると共に押湯比ｒが大きくなる側にシフトしている。なお、図４（ｂ）中のポイントＰ２は、保温性指数ｙを２．１２として造塊を行った例を示している。図４（ａ）では太丸内の数値（２．１２）である。
【００３３】
また、Ｈ／Ｄ＝１．６６とした第３実施例（図５（ｂ））の第３適正範囲Ａ３は、第２実施例に比べてやや広くなっているものの、点線で囲まれる第１適正範囲Ａ１内よりも小さく、Ｃ濃度比が良好とやや不良との境界を示す第３境界線Ｌ５（ｙ＝−２．６７×押湯比ｒ（％）＋５８．４）の傾きが、第１実施例に比べて大きくなると共に押湯比ｒが大きくなる側にシフトしている。なお、図５（ｂ）中のポイントＰ３は、保温性指数ｙを２．８４として造塊を行った例を示している。図５（ａ）では太丸内の数値（２．８４）である。なお、Ｈ／Ｄが１．５〜１．８となる多層鋳型２を用いて１２０超ｔｏｎ〜２５０ｔｏｎを製造した場合であっても第３実施例と同じ結果（直線Ｌ５や第３適正範囲Ａ３が変化しない。）が得られたことを確認している。
【００３４】
さらに、上述した第１実施例〜第３実施例に加え、Ｈ／Ｄが１．５１である多層鋳型２によって３６０ｔｏｎの造塊を製造した場合（第４実施例）での保温性指数ｙと押湯比ｒとを変化させたときのＣ濃度比について調査を行った。図７は、第４実施例の結果をまとめたものである。
Ｈ／Ｄ＝１．５１とした第４実施例（図７（ｂ））では、Ｈ／Ｄ＝１．７である第１実施例に比べて、第４境界線Ｌ６と上限線Ｌ２と下限線Ｌ３とに囲まれた第４適正範囲Ａ４内となる範囲が、点線で囲まれる第１適正範囲Ａ１内よりも小さい。また、第４実施例では、Ｃ濃度比が良好とやや不良との境界を示す第４境界線Ｌ４（ｙ＝−３．１８×押湯比ｒ（％）＋７１．１）の傾きが、第１実施例に比べて大きくなると共に押湯比ｒが大きくなる側にシフトしている。なお、図４（ｂ）中のポイントＰ４は、保温性指数ｙを２．８４として造塊を行った例を示している。図７（ａ）では太丸内の数値（２．８４）である。なお、Ｈ／Ｄが１．４〜１．６となる多層鋳型２を用いて２５０超ｔｏｎ〜４２０ｔｏｎを製造した場合であっても第４実施例と同じ結果が得られたことを確認している。
【００３５】
図６は、上記した第１実施例〜第４実施例を基に保温性指数ｙと押湯比ｒとを変化させたときの関係をまとめたものである。この図の関係から明らかなように、このように、Ｈ／Ｄの値が異なる様々な多層鋳型２を用いると、押湯比ｒによって鋼塊の品質が良好な範囲（Ａ１〜Ａ４）も変化する。この範囲（Ａ１〜Ａ４）を規定する直線（Ｌ１，Ｌ４，Ｌ５、Ｌ６）を実験結果より一般化して式で表すと、式（９）に示すものとなる。上述したように、第１実施例は８０〜１２０ｔｏｎ（適用範囲：Ｈ／Ｄ＝１．０〜２．０）の結果であって、Ｈ／Ｄにより適正な範囲が変化することから、直線Ｌを求めるパラメータｆ、ｇは、式（４）及び式（５）となる。また、第３実施例はＨ／Ｄ＝１．５〜１．８（適用範囲：１２０超〜２５０ｔｏｎ）の結果であって溶鋼重量により適正な範囲が変化することから直線Ｌを求めるパラメータｆ、ｇは、式（６）及び式（７）となる。さらに、第４実施例はＨ／Ｄ＝１．４〜１．６（適用範囲：２５０超〜４２０ｔｏｎ）の結果であって溶鋼重量により適正な範囲が変化することから直線Ｌを求めるパラメータｆ、ｇは、式（１０）及び式（１１）となる。
【００３６】
【数５】
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【００３７】
上記のことから明らかなように、多層鋳型２を用いた造塊方法によれば、式（９）で表される直線Ｌと、保温性指数ｙの上限線Ｌ２と、保温性指数ｙの下限線Ｌ３とに囲まれた範囲内となるように、押湯比ｒ（％）を設定することによって、Ｃ濃度が良好となった鋼塊を製造できる。
言い換えれば、Ｃ濃度が良好となった鋼塊を製造するために、まず、鋳型２の押湯部５の内側に耐火煉瓦７を施工すると共に耐火煉瓦７の外側に断熱煉瓦６を施工して押湯部５を多層構造にしておき、押湯部５が多層構造となっている多層鋳型２を用いて、式（２）で定義される保温性指数ｙが式（１）を満たすように押湯比ｒを設定し、設定した押湯比ｒを基に造塊を行うこととしている。
【００３８】
【数６】
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【００３９】
以上述べた、本発明に係る造塊方法を採用するにあたっては、まず、多層鋳型２の押湯部５に関し、耐火煉瓦７の厚みＬ１や断熱煉瓦６の厚みＬ２を設定する。このとき、式（２）及び式（３）で求めた保温性指数が、３．７４以下となるように、耐火煉瓦７の厚みＬ１や断熱煉瓦６の厚みＬ２を設定する。また、本体部４の高さＨ及び本体部４の平均幅Ｄ（例えば、Ｈ＝３４３０ｍｍ、Ｄ＝２０１８ｍｍ）を設定して多層鋳型２を構成する。本体部４の高さＨや平均幅Ｄは、式（１）に代入しておく。
【００４０】
そのうえで、造塊を行う際は、予め設定した保温性指数ｙが式（１）を満たすように押湯比ｒを設定して、設定した押湯比ｒにて造塊を行う。なお、ｆの数値やｇの数値は、式（４）〜式（７）、式（１０）、式（１１）により求める。
具体的な造塊のやり方としては、鋳型２に注入する溶鋼１の量を調整することによって、押湯部５となる部分と、本体部４となる部分との溶鋼１の割合を設定することにより押湯比ｒを設定してもよいし、造塊後に鋼塊を切断する位置を調整することによって押湯比ｒを設定してもよい。
【００４１】
本発明によれば、押湯部５を多層構造とすることによって押湯部５の保温性が向上された鋳型２を用いると共に、造塊の際に押湯比ｒを設定することによって、従来の断熱ボードのように造塊中に崩落が発生する虞がなくなり、鋳造欠陥のない鋼塊を製造できる。
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】
【００４２】
１    溶鋼
２    鋳型
３    底部
４    本体部
５    押湯部
６    断熱煉瓦
７    耐火煉瓦
８    鋳鉄リング
９    押湯枠（支持枠）
１０  保温材
ｙ    保温性指数
ｒ    押湯比
【図６】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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