JP6625921B2

JP6625921B2 - 鋼塊の製造方法及び鋼塊の製造装置

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Publication number: JP6625921B2
Application number: JP2016066589A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　潤; 潤佐藤; 幸宏北野; 上山　泰一; 泰一上山; 克茂西口
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2016-03-29
Filing date: 2016-03-29
Publication date: 2019-12-25
Anticipated expiration: 2036-03-29
Also published as: JP2017177146A

Description

本発明は、鋼塊の製造方法及び鋼塊の製造装置に関する。

溶融金属を鋳型内に注入し、凝固させる造塊法が広く採用されている。この造塊法では、（１）溶融金属の輻射抜熱に起因する湯面側からの温度低下により鋼塊が上部から凝固することを抑制すること、（２）湯面側の断熱性を高めることで鋼塊中の最終凝固部を可能な限り上方に遷移すること、（３）溶融金属の酸化を防止すること、等を目的として溶融金属を鋳型内に規定量まで注入した後、鋳型の上方から湯面に保温剤を投入する。

しかしながら、通常この保温剤はほぼ室温に近い状態で投入されるため、この保温剤が湯面に投入されると、保温剤と接触した溶融金属は保温剤に熱が奪われることで一時的に温度が低下する。その結果、温度が液相温度以下になると、沈殿晶が発生するおそれがある。そして、この沈殿晶は、非金属介在物を含んで鋳型内を沈んでいき、製品の欠陥を招来するおそれがある。

そのため、今日では沈殿晶の発生を抑制するため、保温剤の投入量を調整することが検討されている。また、このような保温剤の投入量を調整可能な装置として、湯上り調整剤（保温剤）の供給装置が発案されている（特開平２−１４２６４３号公報参照）。

この公報に記載の装置は、溶融金属の熱によって溶融又は燃焼可能な材質でつくられた容器を有し、この容器が鉛直方向に３室に仕切られている。この装置は、この３室のうち最下室及び最上室に所定量の保温剤を装入しておき、この３室を区画する壁を溶融金属の熱によって順次溶融又は燃焼させていくことで、まず最下室に装入された保温剤を投入し、一定時間後に最上室に装入された保温剤を投入可能に構成されている。この装置によると、必要量の保温剤が一度に全量投入されることを防止できるので、溶融金属の温度の低下を一定程度抑制できると考えられる。

しかしながら、この装置は、保温剤の投入を２段階で行うことで、溶融金属の温度の低下を緩和することができるものの、各段階において所定量の保温剤がまとめて投入されるため、各段階における保温剤の投入時に溶融金属の温度が急激に低下し易い。そのため、この装置は、沈殿晶の発生を十分に抑制し難い。

特開平２−１４２６４３号公報

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、沈殿晶の発生を十分に抑制することができる鋼塊の製造方法及び鋼塊の製造装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明に係る鋼塊の製造方法は、溶融金属を鋳型内に注入する工程と、上記注入工程後、鋳型内の湯面に保温剤を投入する工程とを備える鋼塊の製造方法であって、上記投入工程での保温剤の投入量Ｖ［ｋｇ／ｓ］が下記式（１）を満たすことを特徴とする。
４＜Ｖ＜８・・・（１）

当該鋼塊の製造方法は、溶融金属を鋳型内に注入した後における鋳型内の湯面に投入する保温剤の投入量Ｖを上記範囲内に調整することで、保温剤による保温効果を十分に発揮しつつ、保温剤の投入に起因する溶融金属の温度の急激な低下を十分に抑制することができる。そのため、当該鋼塊の製造方法は、沈殿晶の発生を十分に抑制することができる。

また、上記課題を解決するためになされた本発明に係る鋼塊の製造装置は、溶融金属を注入する鋳型と、この鋳型の上側に配設され、湯面に保温剤を投入可能に構成される投入シューターとを備える鋼塊の製造装置であって、上記投入シューターによる保温剤の投入量Ｖ［ｋｇ／ｓ］が下記式（１）を満たすことを特徴とする。
４＜Ｖ＜８・・・（１）

当該鋼塊の製造装置は、投入シューターによる保温剤の投入量Ｖが上記範囲内に調整されることによって、保温剤による保温効果を十分に発揮しつつ、保温剤の投入に起因する溶融金属の温度の急激な低下を十分に抑制することができる。そのため、当該鋼塊の製造装置は、沈殿晶の発生を十分に抑制することができる。

上記投入シューターが、保温剤の排出口に格子状の邪魔板を有するとよい。このように、上記投入シューターが、保温剤の排出口に格子状の邪魔板を有することによって、保温剤の投入量Ｖを容易かつ確実に上記範囲に調整することができる。

以上説明したように、本発明に係る鋼塊の製造方法及び鋼塊の製造装置は沈殿晶の発生を十分に抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る鋼塊の製造装置を示す模式図である。図１の鋼塊の製造装置の投入シューターに備えられる邪魔板の排出方向側から見た模式的正面図である。図２の邪魔板のＡ−Ａ線断面図である。

以下、本発明の実施の形態を詳説する。

＜鋼塊の製造装置＞
図１の鋼塊の製造装置（以下、単に「当該製造装置」ともいう。）は、真空鋳造法に用いられる真空上注ぎ鋳造装置である。当該製造装置は、取鍋１と、取鍋１の下流に配設された中間鍋２と、中間鍋２の下流に配設された鋳型３と、鋳型３の上側に配設された投入シューター４とを主に備える。また、当該製造装置は、鋳造時に内部が略真空状態となる真空タンク５を備える。当該製造装置は、真空タンク５内に鋳型３が配設されている。当該製造装置は、取鍋１に貯留された溶融金属Ｘを中間鍋２を介して鋳型３に注入し、凝固させることで鋼塊を製造可能に構成されている。

（取鍋）
取鍋１は、電気炉や転炉等の精錬炉で出鋼し、溶鋼処理により精錬された溶融金属Ｘが貯留された鍋によって構成される。

（中間鍋）
中間鍋２は、ノズル７と、ノズル７の開口を閉鎖可能なストッパー８とを有する。ストッパー８の下端部には不活性ガス等を吹き込むガス吹き込み口（図示省略）が設けられている。また、中間鍋２は、ノズル７の下端部にノズル７の開口の開閉を調整可能なスライドバルブ（図示省略）を有する。中間鍋２は、ストッパー８又はスライドバルブによってノズル７の開口の開閉状態を制御することで、鋳型３内への溶融金属Ｘの注入量を制御可能に構成されている。中間鍋２の容量としては、例えば１０ｔｏｎ以上１００ｔｏｎ以下とすることができる。

（鋳型）
鋳型３は、溶融金属Ｘが注入される。鋳型３は、内壁の一部に断熱材９が設けられている。断熱材９は、内壁上部から溶融金属Ｘの到達高さ以下の位置まで全周に亘って設けられている。断熱材９は、押湯部Ｙを形成する溶融金属Ｘの凝固時の断熱性を高める。鋳型３の容量としては、例えば２０ｔｏｎ以上５００ｔｏｎ以下とすることができる。

（投入シューター）
投入シューター４は、鋳型３の上側に配設され、湯面に保温剤Ｚを投入可能に構成されている。投入シューター４は、ホッパー状の本体１１と、保温剤Ｚの排出口に設けられる格子状の邪魔板１２とを有する。本体１１は保温剤Ｚを排出する筒状（本実施形態においては円筒状）の排出部を有しており、邪魔板１２はこの排出部の内面に内嵌するよう円盤状に形成されている。また、投入シューター４は、本体１１の外壁にスライド自在に挿入されるシリンダー（図示省略）を有する。投入シューター４は、このシリンダーをスライドさせることで内部に蓄えられた保温剤Ｚを重力を用いて排出可能に構成されている。

投入シューター４の保温剤Ｚの投入量Ｖ［ｋｇ／ｓ］は下記式（１）を満たす。また、投入シューター４の保温剤Ｚの投入量Ｖ［ｋｇ／ｓ］は下記式（２）を満たすことがより好ましい。当該製造装置は、投入シューター４による保温剤Ｚの投入量Ｖが下記範囲内に調整されることによって、保温剤Ｚによる保温効果を十分に発揮しつつ、保温剤Ｚの投入に起因する溶融金属Ｘの温度の急激な低下を十分に抑制することができる。これにより、当該製造装置は、沈殿晶の発生を十分に抑制することができる。
４＜Ｖ＜８・・・（１）
４＜Ｖ＜６・・・（２）

また、当該製造装置は、投入シューター４が、保温剤Ｚの排出口に格子状の邪魔板１２を有することによって、保温剤Ｚの投入量Ｖを容易かつ確実に調整することができる。

投入シューター４の排出口の平均径の下限としては、１５０ｍｍが好ましく、２００ｍｍがより好ましい。一方、投入シューター４の排出口の平均径の上限としては、５００ｍｍが好ましく、４００ｍｍがより好ましい。投入シューター４の排出口の平均径が上記下限に満たないと、保温剤Ｚの投入量Ｖが不十分となるおそれがある。また、投入シューター４の排出口の平均径が上記下限に満たないと、保温剤Ｚの投射面積が小さくなり過ぎて溶融金属Ｘの温度が部分的に低下し易くなるおそれや保温剤Ｚのつまりによって排出口が閉塞するおそれがある。逆に、投入シューター４の排出口の平均径が上記上限を超えると、保温剤Ｚの投入量Ｖを所望の範囲に制御し難くなるおそれがある。

投入シューター４の上記排出部の中心軸は湯面（水平面）に対して傾斜している。上記中心軸と湯面とのなす角αの下限としては、３０°が好ましく、４５°がより好ましい。一方、上記なす角αの上限としては、８０°が好ましく、６０°がより好ましい。上記なす角αが上記下限に満たないと、上記排出部内において保温剤Ｚが十分に排出口側に流れず、保温剤Ｚの投入量Ｖが不十分となるおそれがある。逆に、上記なす角αが上記上限を超えると、保温剤Ｚの投射面積が小さくなり過ぎて溶融金属Ｘの温度が部分的に低下し易くなるおそれがある。また、上記なす角αが上記上限を超えると、投入される保温材Ｚの速度が速くなることで溶融金属Ｘが飛散し、この溶融金属Ｘが落下する際に介在物の巻き込みを発生させるおそれがある。

邪魔板１２は、上記排出部の中心軸が厚さ方向と平行になるよう配設されている。邪魔板１２は、鋼鉄、ステンレス鋼等の金属を主成分として構成される。邪魔板１２は、図２に示すように格子状である。つまり、邪魔板１２は、厚さ方向に貫通する複数の孔及びこれらの孔を画定する複数の桟を有する。当該製造装置は、このように邪魔板１２が格子状であることによって厚さ方向の一方側から他方側を視認できるのでメンテナンス等の作業を行い易い。また、邪魔板１２は、下部に形成される各孔の開口面積が下部以外に形成される各孔の開口面積よりも大きい。当該製造装置にあっては、投入シューター４の本体１１の内部に蓄えられた保温剤Ｚの邪魔板１２への供給量は、保温剤Ｚの投入開始直後から徐々に少なくなっていく。この点、邪魔板１２の上部に複数の孔を有しないと、投入初期の保温剤Ｚが邪魔板１２上部に付着して固まってしまうおそれがある。逆に、邪魔板１２の上部の各孔の開口面積が大きいと、これらの孔を介して保温剤Ｚが投入され過ぎて保温剤Ｚの投入量Ｖを十分に制御できないおそれがある。また、邪魔板１２の下部の孔の開口面積が小さいと、大粒の保温剤Ｚ等を通過させることができず、この大粒の保温剤Ｚが下部に付着して固まってしまうおそれがある。これに対し、当該製造装置は、邪魔板１２の下部に形成される各孔の開口面積が下部以外に形成される各孔の開口面積よりも大きいことによって、保温剤Ｚが開口を塞ぐことに起因する保温剤Ｚの投入量不足を防止しつつ、保温剤Ｚの投入量Ｖを適切に制御することができる。なお、上記複数の孔の平面視形状としては特に限定されるものではないが、例えば製造容易性等の点から、正方形、長方形、平行四辺形、又はこれらに近似する形状等とすることができる。また、各孔の平面形状は同一であっても異なっていてもよい。

邪魔板１２の平均厚さ（複数の孔を除く部分の平均厚さ）の下限としては、１０ｍｍが好ましく、２０ｍｍがより好ましい。一方、上記平均厚さの上限としては、２００ｍｍが好ましく、１００ｍｍがより好ましい。上記平均厚さが上記下限に満たないと、溶融金属Ｘの熱や保温剤Ｚの発熱等によって邪魔板１２が変形し又は融けるおそれがある。逆に、上記平均厚さが上記上限を超えると、邪魔板１２が不要に厚くなると共に、保温剤Ｚの投入量Ｖを制御し難くなるおそれがある。

邪魔板１２の各桟の平均幅（平面視における各桟の平均幅）の下限としては、２ｍｍが好ましく、４ｍｍがより好ましい。一方、上記平均幅の上限としては、１０ｍｍが好ましく、７ｍｍがより好ましい。上記平均幅が上記下限に満たないと、溶融金属Ｘの熱や保温剤Ｚの発熱等によって各桟が変形し又は融けるおそれがある。逆に、上記平均幅が上記上限を超えると、各桟の幅が不要に大きくなると共に、保温剤Ｚの投入量Ｖを制御し難くなるおそれがある。

邪魔板１２の複数の孔の平均開口面積（全ての孔の合計開口面積を孔の数で除した値）の下限としては、２００ｍｍ^２が好ましく、４００ｍｍ^２がより好ましい。一方、上記平均開口面積の上限としては、３６００ｍｍ^２が好ましく、２０００ｍｍ^２がより好ましい。上記平均開口面積が上記下限に満たないと、保温剤Ｚの投入量Ｖが不十分となるおそれがある。逆に、上記平均開口面積が上記上限を超えると、保温剤Ｚの投入量Ｖを制御し難くなるおそれがある。

図３に示すように、邪魔板１２の下部の孔を画定する桟１３は厚さ方向に傾斜している。当該製造装置は、保温剤Ｚの投入初期以外の定常状態においては、保温剤Ｚは主として邪魔板１２の下部に形成される複数の孔から投入される。この点に関し、当該製造装置は、邪魔板１２の下部に形成される桟１３が厚さ方向に傾斜していることによって、保温剤Ｚの定常状態における投入量Ｖが多くならないよう調整することができる。

特に、邪魔板１２は、正面視で互いに平行で、かつ上下方向に伸びる一対の桟１３を下部に有し、この一対の桟１３が厚さ方向に傾斜していることが好ましい。また、この一対の桟１３は、図３に示すように、保温剤Ｚの投入方向に向けて徐々に間隔が狭まるように形成されることが好ましい。当該製造装置は、このように一対の桟１３が投入方向に向けて徐々に間隔が狭まるように形成されることによって、保温剤Ｚの定常状態における投入量Ｖをより的確に調整することができる。

邪魔板１２の厚さ方向に対する桟１３の傾斜角の下限としては、１５°が好ましく、２０°がより好ましい。一方、上記傾斜角の上限としては、７５°が好ましく、４０°がより好ましい。上記傾斜角が上記下限に満たないと、保温剤Ｚの定常状態における投入量Ｖの抑制効果が不十分となるおそれがある。逆に、上記傾斜角が上記上限を超えると、保温剤Ｚの定常状態における投入量Ｖが不十分となるおそれがあると共に、保温剤Ｚが桟１３に固着し易くなり、排出部の閉塞の原因となるおそれがある。

邪魔板１２全体に対する下部の面積率の下限としては、５％が好ましく、１０％がより好ましい。一方、上記面積率の上限としては、５０％が好ましく、４０％がより好ましい。上記面積率が上記下限に満たないと、保温剤Ｚの投入量Ｖが不十分となるおそれがある。逆に、上記面積率が上記上限を超えると、保温剤Ｚの投入量Ｖを制御し難くなるおそれがある。

上記一対の桟１３の保温剤Ｚの導入側（つまり一対の桟１３の間隔が最も小さい側）における平均間隔の下限としては、２０ｍｍが好ましく、４０ｍｍがより好ましい。一方、上記平均間隔の上限としては、７０ｍｍが好ましく、５０ｍｍがより好ましい。上記平均間隔が上記下限に満たないと、大粒の保温剤Ｚ等を通過させることができないおそれがある。逆に、上記平均間隔が上記上限を超えると、保温剤Ｚの定常状態における投入量Ｖが多くなり過ぎるおそれがある。

（保温剤）
上記保温剤Ｚとしては、発熱性保温剤が用いられる。この発熱性保温剤の主成分としては、例えば金属アルミニウム、金属カルシウム等が挙げられる。また、上記保温剤Ｚの形状としては、特に限定されるものでなく、球状、円筒状、粉末状等が挙げられる。上記保温剤Ｚの平均粒径の上限としては、１０ｍｍが好ましく、８ｍｍがより好ましい。上記保温剤Ｚの平均粒径が上記上限を超えると、投入量Ｖが邪魔板１２によって少なくなり過ぎるおそれがある。一方、上記保温剤Ｚの平均粒径の下限としては、特に限定されるものではなく、例えば１ｍｍとすることができる。なお、「平均粒径」とは、ＪＩＳ−Ｚ８８１５：２０１３に準拠しレーザ回折・散乱法により測定した粒径分布に基づき、ＪＩＳ−Ｚ８８１９−２：２００１に準拠し計算される体積基準積算分布が５０％となる値をいう。

保温剤Ｚの原単位［保温剤ｋｇ／溶融金属ｔｏｎ］の下限としては、１ｋｇ／ｔｏｎが好ましく、２ｋｇ／ｔｏｎがより好ましい。一方、保温剤Ｚの原単位の上限としては、５ｋｇ／ｔｏｎが好ましく、４ｋｇ／ｔｏｎがより好ましい。保温剤Ｚの原単位が上記下限に満たないと、保温剤Ｚの投入による所望の効果が十分に得られないおそれがある。逆に、保温剤Ｚの原単位が上記上限を超えると、保温剤Ｚが不要に多くなることや、保温剤Ｚを収容するために鋳型３の容量を大きくする必要が生じることに基づいてコストが増加するおそれがある。

（真空タンク）
真空タンク５は、上述のように鋳造時に内部を略真空状態に保つ。真空タンク５は、中間鍋２のノズル７の直下に開口を有する。この開口は、鋳造前には鉄板等で封鎖されており、鋳造開始時に中間鍋２から排出される溶融金属によって鉄板が融けることで形成される。鋳造時における真空タンク５内の真空度としては、例えば０．１ｔｏｒｒ以上１００ｔｏｒｒ以下とすることができる。

＜鋼塊の製造方法＞
次に、当該製造装置を用いた鋼塊の製造方法（以下、単に「当該製造方法」ともいう。）について説明する。当該製造方法は、溶融金属Ｘを鋳型３内に注入する工程（注入工程）と、上記注入後、鋳型３内の湯面に保温剤Ｚを投入する工程（投入工程）とを備える。また、当該製造方法は、上記投入工程後に、鋳型３内に断熱剤を投入する工程（断熱剤投入工程）をさらに備えてもよい。

（注入工程）
上記注入工程では、中間鍋２から鋳型３内に溶融金属Ｘを注入する。この注入工程で注入される溶融金属Ｘの重量としては、例えば２０ｔｏｎ以上５００ｔｏｎ以下とすることができる。また、上記注入工程で注入される溶融金属Ｘの温度としては、例えば１５００℃以上１６５０℃以下とすることができる。なお、上記注入工程では、中間鍋３のストッパー８の下端部に設けられるガス吹き込み口からアルゴンガス等の不活性ガスを吹き込んでもよい。

上記注入工程で注入された溶融金属Ｘの鋳込み速度（冷却速度）の下限としては、１ｔｏｎ／ｍｉｎが好ましく、１．５ｔｏｎ／ｍｉｎがより好ましい。一方、上記鋳込み速度の上限としては、１５ｔｏｎ／ｍｉｎが好ましく、１０ｔｏｎ／ｍｉｎがより好ましい。上記鋳込み速度が上記下限に満たないと、鋼塊の製造効率が不十分となるおそれがあると共に、溶融金属Ｘの温度低下により沈降性介在物の発生を助長するおそれがある。逆に、上記鋳込み速度が上記上限を超えると、中間鍋２中に浮上しているスラグ、スカム等を巻き込むおそれがある。

（投入工程）
上記投入工程では、上述の投入シューター４から保温剤Ｚを投入する。上記投入工程では、溶融金属Ｘの輻射抜熱を抑制するため、溶融金属Ｘの注入完了後できるだけ早期に保温剤Ｚを投入することが好ましく、溶融金属Ｘの注入完了直後から保温剤Ｚを投入することがより好ましい。一方、上記投入工程では、保温剤Ｚの投入速度が速すぎると、溶融金属Ｘの温度が急激に低下して沈殿晶を発生し易くなる。そのため、当該製造方法では、上記投入工程での保温剤Ｚの投入量Ｖ［ｋｇ／ｓ］は下記式（１）を満たす。また、当該製造方法では、上記投入工程での保温剤Ｚの投入量Ｖ［ｋｇ／ｓ］は下記式（２）を満たすことがより好ましい。
４＜Ｖ＜８・・・（１）
４＜Ｖ＜６・・・（２）

当該製造方法は、溶融金属Ｘを鋳型３内に注入した後における鋳型内の湯面に投入する保温剤Ｚの投入量Ｖを上記範囲内に調整することで、保温剤Ｚの投入に起因する溶融金属Ｘの温度の急激な低下を十分に抑制することができる。そのため、当該製造方法は、沈殿晶の発生を十分に抑制することができる。

上記投入工程における保温剤Ｚの原単位［保温剤ｋｇ／溶融金属ｔｏｎ］の下限としては、１ｋｇ／ｔｏｎが好ましく、２ｋｇ／ｔｏｎがより好ましい。一方、上記保温剤Ｚの原単位の上限としては、５ｋｇ／ｔｏｎが好ましく、４ｋｇ／ｔｏｎがより好ましい。上記保温剤Ｚの原単位が上記下限に満たないと、保温剤Ｚの投入による所望の効果が十分に得られないおそれがある。逆に、上記保温剤Ｚの原単位が上記上限を超えると、保温剤Ｚが不要に多くなることや、保温剤Ｚを収容するために鋳型３の容量を大きくする必要が生じることに基づいてコストが増加するおそれがある。

上記投入工程における保温剤Ｚの投射面積の下限としては、０．０２ｍ^２が好ましく、０．０４ｍ^２がより好ましい。保温剤Ｚの投射面積が上記下限に満たないと、溶融金属Ｘの温度が部分的に低下し易くなるおそれがある。なお、上記投入工程における保温剤Ｚの投射面積の上限としては、特に限定されないが、保温剤Ｚの投入量Ｖを制御し易い点から例えば０．１ｍ^２とすることができる。

上記投入工程で投入された保温剤Ｚは、湯面上に層状に積層されて保温剤層を構成する。この保温剤層の平均厚さの下限としては、１０ｍｍが好ましく、１５ｍｍがより好ましい。一方、上記平均厚さの上限としては、１００ｍｍが好ましく、５０ｍｍがより好ましい。上記平均厚さが上記下限に満たないと、溶融金属Ｘの酸化を十分に防止できないおそれがある。逆に、上記平均厚さが上記上限を超えると、保温剤Ｚが不要に多くなることや、保温剤Ｚを収容するために鋳型３の容量を大きくする必要が生じることに基づいてコストが増加するおそれがある。

（断熱剤投入工程）
上記断熱剤投入工程では、上記投入工程後に真空タンク５を開放した上で上記保温剤層上に断熱剤を投入する。当該製造方法は、この断熱剤投入工程によって、溶融金属Ｘの凝固時の偏析を抑制することができる。

上記断熱剤投入工程で投入される断熱剤は、保温剤層上に積層されて断熱剤層を構成する。この断熱剤層の平均厚さの下限としては、５０ｍｍが好ましく、９０ｍｍがより好ましい。一方、上記平均厚さの上限としては、３００ｍｍが好ましく、２００ｍｍがより好ましい。上記平均厚さが上記下限に満たないと、溶融金属Ｘの凝固時の偏析を十分に抑制することができないおそれがある。逆に、上記平均厚さが上記上限を超えると、断熱剤層の厚さが不要に大きくなるおそれがある。

［その他の実施形態］
なお、本発明に係る鋼塊の製造方法及び鋼塊の製造装置は、上記態様の他、種々の変更、改変を施した態様で実施することができる。例えば当該製造装置は、真空鋳造装置である必要はない。また、当該製造装置は、上注ぎ鋳造装置である必要はなく、下注ぎ鋳造装置であってもよい。当該製造方法は、上述の実施形態で示した真空鋳造装置を用いて行う必要はない。また、当該製造方法は、上注ぎ鋳造装置を用いて行う必要はなく、下注ぎ鋳造装置を用いて行うことも可能である。

当該製造装置は、保温剤Ｚの投入量Ｖを上記範囲内に調整できる限り、必ずしも投入シューターが保温剤Ｚの排出口に格子状の邪魔板を有していなくてもよい。また、邪魔板の具体的構成としても上述の実施形態の形状に限定されるものではない。

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

図１の鋼塊の製造装置を用い、真空タンク５内の真空度を１ｔｏｒｒ以下に保ちつつ、内径２．６ｍの有底円筒状の鋳型３に溶融金属Ｘを２３０ｔｏｎ注入した。この溶融金属Ｘの注入直後の鋳型３内での温度は１５５０℃であった。この溶融金属Ｘを鋳込み速度５ｔｏｎ／ｍｉｎで鋳込みつつ、この溶融金属Ｘの注入完了直後から投入シューター４によって保温剤Ｚを湯面に投入した。この保温剤Ｚとしては、金属カルシウムを主成分とし、平均粒径５ｍｍの円筒状のペレット状のものを用いた。また、この保温剤Ｚの合計投入量は３００ｋｇであった。

さらに、投入シューター４による保温剤Ｚの投入完了後、真空タンク５内の真空状態を開放した上、この保温剤Ｚによって形成された平均厚さ２０ｍｍの保温剤層の上面に断熱剤を投入した。この断熱剤としては、酸化アルミニウムを主成分とするものを用いた。また、この断熱剤によって保温剤層上に積層された断熱剤層の平均厚さは１３０ｍｍであった。

＜ＵＴ欠陥＞
上記投入シューター４による保温剤Ｚの投入量Ｖ［ｋｇ／ｓ］を表１の通りとし、鋳塊の鍛錬後の黒皮（機械加工は未実施）についてクラウトクレーマー社製の「ＵＳＫ−８Ｓ」等のＵＴ機器を用いてＵＴ検査（超音波深傷検査）を行い、欠陥の大きさについて以下の基準で評価した。なお、保温剤Ｚの投入量Ｖ［ｋｇ／ｓ］は、邪魔板の格子形状を変更することで調整した。
Ａ：欠陥の検出なし。
Ｂ：１つの欠陥又は散在する少数の欠陥が検出された。
Ｃ：密集する多数の欠陥が検出された。

＜ＰＴ欠陥＞
上記投入シューター４による保温剤Ｚの投入量Ｖ［ｋｇ／ｓ］を表１の通りとし、鋳塊の黒皮を機械加工した後、ＰＴ検査（浸透深傷検査）を行い、欠陥の大きさについて以下の基準で評価した。
Ａ：欠陥なし。
Ｂ：アスペクト比３以上かつ最大長さ１．６ｍｍ以下の欠陥、又はアスペクト比３未満かつ最大長さ５．０ｍｍ以下の欠陥が検出された。
Ｃ：アスペクト比３以上かつ最大長さ１．６ｍｍ超の欠陥、又はアスペクト比３未満かつ最大長さ５．０ｍｍ超の欠陥が検出された。

［評価結果］
表１に示すように、保温剤Ｚの投入量Ｖ［ｋｇ／ｓ］が、４＜Ｖ＜８を満たすＮｏ．１〜Ｎｏ．１６は、ＵＴ検査を行った場合に密集する多数の欠陥が検出されておらず、かつＰＴ検査を行った場合にアスペクト比３以上かつ最大長さ１．６ｍｍ超の欠陥、及びアスペクト比が３未満かつ最大長さ５．０ｍｍ超の欠陥が検出されていない。これは、保温剤Ｚの投入量Ｖ［ｋｇ／ｓ］が、４＜Ｖ＜８を満たすことによって、溶融金属Ｘの急激な温度の低下を十分に抑制することができ、その結果沈殿晶の発生を十分に抑制できたためと考えられる。これに対し、保温剤Ｚの投入量Ｖ［ｋｇ／ｓ］が４以下又は８以上であるＮｏ．１７〜Ｎｏ．２３では、ＰＴ検査を行った場合にアスペクト比３以上かつ最大長さ１．６ｍｍ超の欠陥、若しくはアスペクト比が３未満かつ最大長さ５．０ｍｍ超の欠陥が検出されており、Ｎｏ．１７及びＮｏ．１８についてはこの欠陥に加えてＵＴ検査を行った場合に密集する多数の欠陥が検出されている。これは、溶融金属Ｘの急激な温度の低下に起因して沈殿晶が発生し易いためと考えられる。

以上説明したように、本発明の鋼塊の製造方法及び鋼塊の製造装置は、沈殿晶の発生を十分に抑制することができるので、欠陥の少ない高品質な鋼塊の製造に適している。

１取鍋
２中間鍋
３鋳型
４投入シューター
５真空タンク
７ノズル
８ストッパー
９断熱材
１１本体
１２邪魔板
１３桟
Ｘ溶融金属
Ｙ押湯部
Ｚ保温剤

Claims

溶融金属を鋳型内に注入する工程と、
上記注入工程後、上記溶融金属を鋳込みつつ、鋳型内の湯面に保温剤を投入する工程と
を備える鋼塊の製造方法であって、
上記溶融金属の鋳込み速度が、１ｔｏｎ／ｍｉｎ以上１５ｔｏｎ／ｍｉｎ以下であり、
上記投入工程における上記保温材剤の原単位が１ｋｇ／ｔｏｎ以上５ｋｇ／ｔｏｎ以下であり、
上記保温剤が発熱性保温剤であり、
上記投入工程での保温剤の投入量Ｖ［ｋｇ／ｓ］が下記式（１）を満たすことを特徴とする鋼塊の製造方法。
４＜Ｖ＜８・・・（１）
溶融金属を注入し、この溶融金属を鋳込み可能な鋳型と、
この鋳型の上側に配設され、湯面に保温剤を投入可能に構成される投入シューターと
を備え、請求項１に記載の鋼塊の製造方法を実施可能な鋼塊の製造装置であって、
上記保温剤が発熱性保温剤であり、
上記投入シューターによる保温剤の投入量Ｖ［ｋｇ／ｓ］が下記式（１）を満たすことを特徴とする鋼塊の製造装置。
４＜Ｖ＜８・・・（１）
上記投入シューターが、保温剤の排出口に格子状の邪魔板を有する請求項２に記載の鋼塊の製造装置。