(57)【要約】【課題】鋳塊の表面疵の発生を抑制し、表面品質の優れた鋳塊を製造すること。【解決手段】注入管４を介して鋳型３ａ，３ｂの下方から溶鋼を鋳型３ａ，３ｂに注入する際に、鋳型３ａ，３ｂ内の溶鋼８の表面を被覆する第１の被覆剤５を溶鋼８に添加し、第１の被覆剤５を添加した後、第１の被覆剤５よりも軟化温度の高い第２の被覆剤６を溶鋼８に添加する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
注入管を介して鋳型の下方から溶鋼を前記鋳型に注入する際に、
前記鋳型内の前記溶鋼の表面を被覆する第１の被覆剤を前記溶鋼に投入し、
前記第１の被覆剤を投入した後、前記第１の被覆剤よりも軟化温度の高い第２の被覆剤を前記溶鋼に投入することを特徴とする下注ぎ造塊法。
【請求項２】
前記第１の被覆剤を添加する際に、前記第２の被覆剤の投入量に対して１０％以上７０％以下の重量比率で前記第１の被覆剤を添加することを特徴とする請求項１に記載の下注ぎ造塊法。
【請求項３】
内部に溶鋼を流す湯道が形成された定盤と、
前記定盤上に設けられ、前記溶鋼を前記湯道へ供給する注入管と、
前記定盤上に設けられ、前記湯道から供給される前記溶鋼を収容する鋳型と、
前記鋳型内の下方側に設けられた第１の被覆剤と、
前記第１の被覆剤よりも前記鋳型内の上方に設けられ、前記第１の被覆剤よりも軟化温度の高い第２の被覆剤とを有することを特徴とする下注ぎ造塊装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、注入管を介して溶鋼を鋳型に注入することにより、鋳塊を製造する下注ぎ造塊方法および下注ぎ造塊装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
注入管を介して溶鋼を鋳型に注入することにより鋳塊を製造する方法として、鋳型の下方から鋳型内に溶鋼を注入することにより鋳塊を製造する下注ぎ造塊方法がある。下注ぎ造塊方法では、鋳塊の表面性状を向上させるために、注入中の湯面（溶鋼面）をＣａＯ，ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３等を主成分とする被覆剤で覆うことが広く行われている。被覆剤は溶鋼の熱で溶解することで溶融層を形成し、湯面の大気との接触やスプラッシュの飛散を防止し、溶鋼中を浮上してきた非金属介在物を吸収することで溶鋼から分離する。
【０００３】
特許文献１には、下注ぎ造塊方法において、表面被覆剤を投入する方法として、一般的な吊り下げ方式ではなく燃焼するダンボールにて台座を製作し、その上部に表面被覆剤を設置することにより吊り下げ式よりも表面品質の向上を図る方法が開示されている。
また、特許文献２には、下注ぎ造塊において、鋳型中の雰囲気酸素を１％以下まで低減し、さらに被覆剤の溶融特性を適正にすることで鋼塊中ピンホールの発生を防止し、鋼塊表面疵の生成を抑止する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭４９−２９２２９号公報
【特許文献２】特開２０１１−１１２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の方法では、被覆剤の溶鋼による巻き込みが少なくなることで、鋳塊の表面疵を低減することが開示されているが、注入初期に発生する溶鋼の飛散等に伴う表面疵を防止できないため、表面清浄を十分に改善することは出来なかった。
また、特許文献２に記載の方法では、鋼中ガス成分に起因する表面欠陥に対しては有効であるものの、被覆剤の巻き込みや注入初期における溶鋼の飛散等に伴う表面疵を防止できないため、表面清浄を十分に改善することは出来なかった。
【０００６】
そこで、本発明は、上述の問題を解決するべく実施されたもので、鋳塊の表面疵の発生を抑制し、表面品質の優れた鋳塊を製造することができる下注ぎ造塊方法および下注ぎ造塊装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る下注ぎ造塊方法は、注入管を介して鋳型の下方から溶鋼を鋳型に注入する際に、鋳型内の溶鋼の表面を被覆する第１の被覆剤を溶鋼に投入し、第１の被覆剤を投入した後、第１の被覆剤よりも軟化温度の高い第２の被覆剤を溶鋼に投入することを特徴とする。
また、本発明の一態様に係る下注ぎ造塊装置は、内部に溶鋼を流す湯道が形成された定盤と、定盤上に設けられ、溶鋼を湯道へ供給する注入管と、定盤上に設けられ、湯道から供給される溶鋼を収容する鋳型と、鋳型内の下方側に設けられた第１の被覆剤と、第１の被覆剤よりも鋳型内の上方に設けられ、第１の被覆剤よりも軟化温度の高い第２の被覆剤とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る下注ぎ造塊方法および下注ぎ造塊装置によれば、鋼塊の表面疵の発生を抑制し、表面品質の優れた鋳塊を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態における下注ぎ造塊装置を示す模式図である。
【図２】図１の鋳型部分を示す模式図である。
【図３】溶鋼を注入する際の下注ぎ造塊装置を示す模式図である。
【図４】実施例および比較例における表面疵指数を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
＜下注ぎ造塊装置の構成＞
まず、図１および図２を参照して、本発明の一実施形態における下注ぎ造塊装置１について説明する。図１に示すように、下注ぎ造塊装置１は、定盤２と、一対の鋳型３ａ，３ｂと、注入管４と、第１の被覆剤５と、第２の被覆剤６とを有する。
【００１１】
定盤２は、鉄製の略板状の部材であり、長手方向両端部の上面には２段の鋳型取付け部２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂが設けられる。鋳型取付け部２２ａ，２２ｂの上面には、鋳型３ａ，３ｂがそれぞれ設けられる。また、定盤２には、長手方向両端部と中央部とを連結し、両端部および中央部から定盤２の上面まで延び、耐火物で形成される湯道２３が設けられる。また、定盤２の両端部から鋳型取付け部２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂを通じて上面まで延びる湯道２３の先端には、鋳型３ａ，３ｂの内部へと連結される一対の下注入口２４ａ，２４ｂがそれぞれ形成される。
【００１２】
鋳型３ａ，３ｂは、四角錐台形の鉄製の筒体である。本実施形態では、定盤２の長手方向両端側に鋳型３ａ，３ｂがそれぞれ設けられる。図２に示すように、鋳型３ａ，３ｂは、には、鋳型３ａ，３ｂの上部の開口面を覆うように蓋３１ａ，３１ｂがそれぞれ設けられる。
注入管４は、略円筒状の鉄製の部材であり、内面には耐火物４１が設けられる。注入管４は、定盤２の上面に対して長手方向が垂直になるように、定盤２の中央部に設けられる。また、定盤２と接続される注入管４の下端側は、定盤２の中央部から上面まで延びる湯道２３の先端と連結される。また、注入管４の上端側は、後述する取鍋のノズルに連結される。
【００１３】
第１の被覆剤５および第２の被覆剤６は、ＣａＯ，ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３等を主成分とする被覆剤である。また、第１の被覆剤５よりも第２の被覆剤６の軟化温度が高くなるように、成分系が選択される。第１の被覆剤５および第２の被覆剤６は、それぞれ可燃性の袋に封入され、蓋３１ａ，３１ｂから鋳型３ａ，３ｂ内にそれぞれ垂らされた紐に固定される。なお、第１の被覆剤５が封入された袋は、第２の被覆剤６が封入された袋よりも低い位置である鋳型３ａ，３ｂの下方側に固定される。また、第１の被覆剤５および第２の被覆剤６は、鋳型３ａ，３ｂの長手方向に垂直な断面視において、鋳型３ａ，３ｂの略中央部に位置するように設けられる。第１の被覆剤５および第２の被覆剤６の詳細については、後述する。
【００１４】
＜下注ぎ造塊方法＞
次に、図１〜図３を参照して、本実施形態にかかる下注ぎ造塊方法について説明する。
まず、図１に示すように、定盤２の上面に鋳型３ａ，３ｂおよび注入管４が接続されることで、下注ぎ造塊装置１が組み立てられる。このとき、鋳型３ａ，３ｂの内部には、第１の被覆剤５および第２の被覆剤６が吊り下げられる。
【００１５】
本実施形態では、第１の被覆剤５と第２の被覆剤６との軟化温度の差は、２５℃以上１００℃以下とすることが好ましい。ここで、被覆剤の軟化温度は、溶融温度と同様な傾向を示す。つまり、被覆剤は、軟化温度が低い程、溶融温度が低くなるため、溶鋼に添加された際に溶融し易くなる。また、一般的に、ＣａＯ，ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３等を主成分とする被覆剤においては、軟化温度が低くなる成分組成とする場合、溶融後の粘度が低くなる。第１の被覆剤５と第２の被覆剤６との軟化温度の差が２５℃未満の場合、第１の被覆剤５が溶融しにくくなるため、注入初期において溶融層が形成されにくくなる。一方、軟化温度の差が１００℃超となる場合、先に溶融する第１の被覆剤５の粘度が低くなりすぎることから、溶融した第１の被覆剤５が溶鋼内へと巻き込まれやすくなる。また、第２の被覆剤６の添加重量に対する第１の被覆剤５の添加重量の重量比率は、１０％以上７０％以下とすることが好ましい。重量比率が１０％未満の場合、溶融する第１の被覆剤５の量が少ないために、断気、介在物吸収やスプラッシュ抑制等の被覆剤としての機能が十分に発揮されず、鋳塊の表面品質向上に寄与しなくなる。一方、重量比率が７０％超となる場合、注入末期にて溶融過多となるために、溶融した被覆剤が溶鋼中に巻き込まれ、内部欠陥となってしまう。
【００１６】
下注ぎ造塊装置１が組み立てられた後、溶鋼を収容した取鍋が下注ぎ造塊装置１へ搬送され、取鍋の底部と注入管４の上端とが接続される。このとき、取鍋７および注入管４は、図３に示すように、取鍋７の底部に設けられたノズル７２と、注入管４の上端とが重畳するように接続される。取鍋７は、内壁が耐火物７１で覆われた鉄製の容器である。また、ノズル７２は、取鍋７に収容された溶鋼８を排出する耐火物製のノズルである。ノズル７２には、不図示のスラディングノズル等の開閉機構が設けられることで、溶鋼８の排出動作が制御される。
次いで、搬送された取鍋７から溶鋼８が注入管４へと注入される。このとき、溶鋼８は、ノズル７２から、注入管４の内部、定盤２の湯道２３そして下注入口２４ａ，２４ｂを順に介して、鋳型３ａ，３ｂの内部へとそれぞれ注入される。下注入口２４ａ，２４ｂから注入された溶鋼８は、鋳型３ａ，３ｂの下方から鋳型３ａ，３ｂ内にそれぞれ充填されていく。
【００１７】
鋳型３ａ，３ｂに溶鋼８が注入された後、注入された溶鋼８の熱によって第１の被覆剤５が封入された袋が燃え、封入されていた第１の被覆剤５が溶鋼８へと添加される。なお、注入初期に第１の被覆剤５と注入された溶鋼８とが接触することが好ましいため、第１の被覆剤５が封入された袋は、鋳型３ａ，３ｂの内の下方側に固定される。注入初期においては、下注入口２４ａ，２４ｂから噴出する溶鋼８の勢いによって、湯面が噴水状に盛り上がり、溶鋼８がスプラッシュ状に飛散する。この際、スプラッシュ状に飛散した溶鋼８が、鋳型３ａ，３ｂに直接接触すると、鋳型３ａ，３ｂの表面に接触した部位から溶鋼８が凝固してしまい、注入後の鋳塊においてかさぶた状の表面疵の原因となる。このため、本実施形態では、溶鋼８の飛散を抑制するため、溶鋼８の鋳型３ａ，３ｂ内への注入が始まった段階で、第１の被覆剤５を溶鋼８に添加する。このように、注入初期に第１の被覆剤５を添加することで、溶鋼８の湯面が第１の被覆剤５で覆われる。溶鋼８へと添加された第１の被覆剤５は、溶融し、湯面の上層に溶融層を形成する。本実施形態では、注入初期に軟化温度の低い第１の被覆剤５を添加することで、注入初期における溶融層の形成を促進させることができる。このように、注入初期の湯面が第１の被覆剤５で覆われ、溶融層が形成されることで、溶鋼８のスプラッシュ状の飛散を抑制することができる。また、注入初期における湯面と大気との接触も防止できることから、表面品質に加え内部品質にも優れた鋳塊を製造することができる。
【００１８】
溶鋼８に第１の被覆剤５が添加された後、溶鋼８はさらに鋳型３ａ，３ｂ内に充填されていき、第２の被覆剤６が封入された袋が溶鋼８の熱により燃えることで、封入されていた第２の被覆剤６が溶鋼８へと添加される。添加された第２の被覆剤６は、第１の被覆剤５からなる溶融層の表面を覆い、図３に示す例のように、溶融層９を形成する。ここで、溶鋼８が第１の被覆剤５と接触してから、第２の被覆剤６と接触するまでの時間は、第２の被覆剤６が湯面に接触してから溶解が完了するまでの時間と同等にすることが好ましく、望ましくは６０秒以上１８０秒以下程度とする。本実施形態では、上記の時間を調整するため、第２の被覆剤６は、第１の被覆剤５よりも鋳型３ａ，３ｂ内の高い位置に設けられる。この、第１の被覆剤５と第２の被覆剤６との高さの差は、上記の時間範囲と、注入時の湯上り速度とから決定される。
【００１９】
第２の被覆剤６が添加された後、溶鋼８はさらに鋳型３ａ，３ｂ内に充填されていき、最終的に目標とする量の溶鋼８が注入されるまで上記の注入処理が行われる。この間、湯面は、溶融層で覆われていることが好ましい。注入処理の後、注入された溶鋼８は、鋳型３ａ，３ｂ内で冷却され凝固することで、インゴット等の鋳塊となる。この下注ぎ造塊方法によって製造される鋳塊は、例えば鉄鋼用ロール部品やリング鍛造部品などに用いられる大型鍛造品等の素材となる。
【００２０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００２１】
例えば、上記実施形態では、定盤２には鋳型３ａ，３ｂが２つ設けられるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、定盤２には、１つまたは３つ以上の鋳型が設けられ、下注ぎ造塊方法によりこれらの鋳型に溶鋼８が同時に注入されてもよい。
また、上記実施形態では、第１の被覆剤５および第２の被覆剤６を鋳型３ａ，３ｂ内に吊り下げるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、第１の被覆剤５および第２の被覆剤６は、注入時に鋳型３ａ，３ｂの上方から投入されることで、添加されてもよい。この際、第１の被覆剤５を注入初期に投入し、その後、第２の被覆剤６を添加する。なお、上方から第１の被覆剤５および第２の被覆剤６を投入する方法に比べ、第１の被覆剤５および第２の被覆剤６を吊り下げる方法の方が、被覆剤の巻き込みを防止することができるため好ましい。
【００２２】
＜実施形態の効果＞
（１）本発明の実施形態に係る下注ぎ造塊方法は、注入管４を介して鋳型３ａ，３ｂの下方から溶鋼８を鋳型３ａ，３ｂに注入する際に、鋳型３ａ，３ｂ内の溶鋼８の表面を被覆する第１の被覆剤５を溶鋼８に添加し、第１の被覆剤５を添加した後、第１の被覆剤５よりも軟化温度の高い第２の被覆剤６を溶鋼８に添加する。
上記構成によれば、軟化温度の低い第１の被覆剤５を先に添加することで、注入初期における溶融層９の形成を促進させることができる。このため、注入初期における溶鋼８の飛散や、溶鋼８と大気との接触を防止することができるため、鋳塊の表面疵の発生を抑制し、表面品質の優れた鋳塊を製造することができる。
【００２３】
また、上記構成に対して、軟化温度の高い第２の被覆剤６のみを用いるような従来の方法では、注入初期における溶融層の形成が遅れてしまうため、溶鋼８の飛散等を防止できず、表面品質が低下してしまう。また、第１の被覆剤５と第２の被覆剤６との添加順を逆にした場合も同様に、始めに添加された第２の被覆剤６の軟化温度が高いために、注入初期における溶融層の形成が遅れてしまうため、溶鋼８の飛散等を防止できず、表面品質が低下してしまう。さらに、軟化温度の低い第１の被覆剤５のみを用いて下注ぎ造塊方法を行う場合、注入末期において溶融過多となるために、溶融した第１の被覆剤５が溶鋼８内に巻き込まれ、鋳塊の内部欠陥の原因となってしまう。さらに、第１の被覆剤５および第２の被覆剤６を同時に湯面に接触するようにした場合、第１の被覆剤５のまわりに第２の被覆剤６が混在することで、第１の被覆剤５の溶融が阻害されることとなる。
【００２４】
（２）第１の被覆剤５を添加する際に、第２の被覆剤６の添加量に対して１０％以上７０％以下の重量比率で第１の被覆剤５を添加する。
上記構成によれば、注入初期における溶融層の厚み不足や、注入末期における溶融過多を防止できるため、表面品質および内部品質に優れた鋳塊を製造することができる。
【００２５】
（３）本発明の実施形態に係る下注ぎ造塊装置１は、内部に溶鋼８を流す湯道２３が形成された定盤２と、定盤２上に設けられ、溶鋼８を湯道２３へ供給する注入管４と、定盤２上に設けられ、湯道２３から供給される溶鋼８を収容する鋳型３ａ，３ｂと、鋳型３ａ，３ｂ内の下方側に設けられた第１の被覆剤５と、第１の被覆剤５よりも鋳型３ａ，３ｂ内の上方に設けられ、第１の被覆剤５よりも軟化温度の高い第２の被覆剤６とを有する。
上記構成によれば、（１）と同様な効果を得ることができる。
【実施例】
【００２６】
次に、本発明者らが行った実施例について説明する。
実施例では、下注ぎ造塊法による鋳造に先立ち、精錬処理により溶鋼８を溶製した。まず、溶銑を含む原料を転炉にて酸化精錬することで、１８０トン〜２００トンの溶鋼を溶製した（１次精錬）。１次精錬の後、溶製した溶鋼を取鍋に出鋼し、ＬＦ装置およびＲＨ脱ガス装置を用いて溶鋼の成分調整および温度調整をすることで、所望する成分および温度の溶鋼８とした（２次精錬）。
【００２７】
次に、予め組み立てた下注ぎ造塊装置１を用いて、２次精錬処理した溶鋼８を鋳造し、鋳塊（インゴット）を製造した。鋳塊のサイズは、２４トンとした。第１の被覆剤５および第２の被覆剤６には、表１に記載の組成および軟化温度のものを用いた。また、一つの鋳型３ａ，３ｂ対して、第１の被覆剤５を１０ｋｇ、第２の被覆剤６を９０ｋｇ使用した。さらに、第１の被覆剤５を下注入口２４ａ，２４ｂから１００ｍｍ、第２の被覆剤６を下注入口２４ａ，２４ｂから５００ｍｍの高さにそれぞれ吊り下げた。実施例では、第１の被覆剤５および第２の被覆剤６を上記の高さに設けることで、湯面が第１の被覆剤５に到達してから第２の被覆剤６に到達するまでの時間を１２０秒とした。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
鋳塊を製造した後、鋳型３ａ，３ｂから取り出した鋳塊について、表面疵個数を調査した。また、製造した鋳塊を加熱炉にて約１３００℃まで加熱し、熱間鍛造することで断面積が２８，９００平方ミリメートル〜４９０，０００平方ミリメートルの鍛造材に成形した。
また、実施例に対する比較例として、表１に示す第２の被覆剤６のみを用いた下注ぎ造塊方法により鋳塊の製造を行った。比較例では、５０ｋｇの第２の被覆剤６を、下注入口２４ａ，２４ｂから５００ｍｍの高さに固定した。なお、比較例では、第２の被覆剤６の添加量を実施例よりも少なくしたが、これは、第２の被覆剤６を添加した際の熱負荷が過大にならないようにして、少しでも第２の被覆剤６が溶けやすくするためである。それ以外の製造条件については、実施例と同様とした。
【００３０】
図４に実施例および比較例における表面疵個数の調査結果を示す。図４に示す実施例の結果は実施例の方法にて製造した６個の鋳塊における表面疵の発生状況、比較例の結果は比較例の方法にて製造した３３個の鋳塊における表面疵の発生状況を指数化したものをそれぞれ示す。図４に示すように、実施例では、比較例に比べて表面疵指数を約５０％低減できることが確認できた。
以上のように、本発明に係る下注ぎ造塊方法を用いることにより、鋳塊の表面疵の発生を抑制し、表面品質の優れた鋳塊を製造することができた。
【符号の説明】
【００３１】
１  ：下注ぎ造塊装置
２  ：定盤
２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ  ：鋳型取付け部
２３  ：湯道
２４ａ，２４ｂ  ：下注入口
３ａ，３ｂ  ：鋳型
３１ａ，３１ｂ  ：蓋
４  ：注入管
４１  ：耐火物
５  ：第１の被覆剤
６  ：第２の被覆剤
７  ：取鍋
７１  ：耐火物
７２  ：ノズル
８  ：溶鋼
９  ：溶融層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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