特許 5773890 下注ぎ造塊方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5773890

(24)【登録日】2015年7月10日

(45)【発行日】2015年9月2日

(54)【発明の名称】下注ぎ造塊方法

(51)【国際特許分類】

   B22D 7/10 20060101AFI20150813BHJP

   B22D 7/06 20060101ALI20150813BHJP

【ＦＩ】

   B22D7/10 101

   B22D7/06 G

【請求項の数】2

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-2188(P2012-2188)

(22)【出願日】2012年1月10日

(65)【公開番号】特開2013-141677(P2013-141677A)

(43)【公開日】2013年7月22日

【審査請求日】2014年9月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100061745

【弁理士】

【氏名又は名称】安田 敏雄

(74)【代理人】

【識別番号】100120341

【弁理士】

【氏名又は名称】安田 幹雄

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 大輔

(72)【発明者】

【氏名】出浦 哲史

(72)【発明者】

【氏名】岩永 浩司

(72)【発明者】

【氏名】飛松 晴記

【審査官】 池ノ谷 秀行

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−０５１８２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５１−０１６２１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１４５２５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０１６７１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４１１９４６８（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２２Ｄ ７／００−７／１２

Ｂ２２Ｄ ２７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶鋼を注入管を介して下方から鋳型に装入することにより鋳塊を製造する下注ぎ造塊方法を行うに際し、
前記鋳型内の溶鋼に浴面を被覆するための被覆材を添加した後、平均粒径が２００μｍ以上５ｍｍ以下の金属Ｃａ及び／又はＣａ合金を、保温材を添加する前又は同時に添加することとし、
前記浴面の表面積に対する前記金属Ｃａ及び／又はＣａ合金のＣａ成分の添加量が０．３５ｋｇ／ｍ^２以上１０ｋｇ／ｍ^２以下の範囲内の値となるように前記金属Ｃａ及び／又はＣａ合金を添加すると共に、保温材の成分含有量と添加した前記金属Ｃａ及び／又はＣａ合金のＣａ成分含有量との関係を示す［％Ｃａ］／（［％Ａｌ］＋３［％Ｆｅ_２Ｏ_３］＋［％ＦｅＯ］＋２［％ＳｉＯ_２］＋２［％ＭｎＯ_２］＋［％Ｓ］）が０．０８以上０．２５以下の範囲内の値となるようにしていることを特徴とする下注ぎ造塊方法。
ただし、[％Ｘ]：保温材中Ｘ含有量（モル％）とする。

【請求項2】

溶鋼を注入管を介して下方から鋳型に装入することにより鋳塊を製造する下注ぎ造塊方法を行うに際し、
前記鋳型内の溶鋼に浴面を被覆するための被覆材を添加した後、平均粒径が２００μｍ以上５ｍｍ以下の金属Ｃａ及び／又はＣａ合金を含有する保温材を添加することとし、
前記浴面の表面積に対する前記金属Ｃａ及び／又はＣａ合金のＣａ成分の添加量が０．３５ｋｇ／ｍ^２以上１０ｋｇ／ｍ^２以下を満たすように前記保温材を添加すると共に、保温材の成分含有量と添加した前記金属Ｃａ及び／又はＣａ合金のＣａ成分含有量との関係を示す［％Ｃａ］／（［％Ａｌ］＋３［％Ｆｅ_２Ｏ_３］＋［％ＦｅＯ］＋２［％ＳｉＯ_２］＋２［％ＭｎＯ_２］＋［％Ｓ］）が０．０８以上０．２５以下の範囲内の値となるようにしていることを特徴とする下注ぎ造塊方法。
ただし、[％Ｘ]：保温材中Ｘ含有量（モル％）とする。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶鋼を注入管を介して鋳型に装入することにより鋳塊を製造する下注ぎ造塊方法に関する。

【背景技術】

【0002】

溶鋼を注入管を介して鋳型に装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。特許文献１は、このような下注ぎ造塊方法を開示するものである。
特許文献１では、下注ぎ法または上注法によってキルド鋼を製造するに当って、鋳込前溶鋼の温度をＴＬ（液相開始温度）＋２０℃以上にするとともに、その溶鋼の注入中ないしはその直後に、溶鋼トン当り総発熱量が１８００Ｋｃａｌ以上になる量の早期燃焼型高カロリー保温剤、ただし発熱して最高温度に達するピーク時間が３分以内のものをもって、鋳型内湯面上を被覆し、鋼塊底部の沈澱晶帯における介在物集積を、軽減抑制している。

【0003】

また、特許文献１に示すような下注ぎ造塊法ではないが介在物の群生化を防止するものとして特許文献２に開示されたものがある。
特許文献２では、アルミニウム、チタン、ジルコニウム等を単独又は複合して含有する溶鋼を０．５〜３０ｔｏｎ／分の注入速度で鋳造するに際して金属カルシウム若しくはカルシウムを含む合金粒を０．５〜２．０ｋｇ／分の供給速度で注入溶鋼流に添加している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭４７−０２６３３４号公報

【特許文献2】特開昭４９−０３５２３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１及び特許文献２には、鋳塊中の介在物の集積を低減する技術が開示されている。しかし、これら文献に開示の技術を下注ぎ造塊方法による鋳塊の製造に用いたとしても、介在物の集積を十分に低減することは困難であり、その結果、サイズの大きな介在物である粗大介在物の発生を十分に抑制することが困難となっているのが実情である。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、鋳塊中の粗大介在物の発生を抑制し、清浄度の優れた鋳塊を製造することができる下注ぎ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】

【0006】

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、本発明における課題解決のための技術的手段は、溶鋼を注入管を介して下方から鋳型に装入することにより鋳塊を製造する下注ぎ造塊方法を行うに際し、前記鋳型内の溶鋼に浴面を被覆するための被覆材を添加した後、平均粒径が２００μｍ以上５ｍｍ以下の金属Ｃａ及び／又はＣａ合金を、保温材を添加する前又は同時に添加することとし、前記浴面の表面積に対する前記金属Ｃａ及び／又はＣａ合金のＣａ成分の添加量が０．３５ｋｇ／ｍ^２以上１０ｋｇ／ｍ^２以下の範囲内の値となるように前記金属Ｃａ及び／又はＣａ合金を添加すると共に、保温材の成分含有量と添加した前記金属Ｃａ及び／又はＣａ合金のＣａ成分含有量との関係を示す［％Ｃａ］／（［％Ａｌ］＋３［％Ｆｅ_２Ｏ_３］＋［％ＦｅＯ］＋２［％ＳｉＯ_２］＋２［％ＭｎＯ_２］＋［％Ｓ］）が０．０８以上０．２５以下の範囲内の値となるようにしている点にある。

【0007】

本発明の他の技術的手段は、溶鋼を注入管を介して下方から鋳型に装入することにより鋳塊を製造する下注ぎ造塊方法を行うに際し、前記鋳型内の溶鋼に浴面を被覆するための被覆材を添加した後、平均粒径が２００μｍ以上５ｍｍ以下の金属Ｃａ及び／又はＣａ合金を含有する保温材を添加することとし、前記浴面の表面積に対する前記金属Ｃａ及び／又はＣａ合金のＣａ成分の添加量が０．３５ｋｇ／ｍ^２以上１０ｋｇ／ｍ^２以下を満たすように前記保温材を添加すると共に、保温材の成分含有量と添加した前記金属Ｃａ及び／又はＣａ合金のＣａ成分含有量との関係を示す［％Ｃａ］／（［％Ａｌ］＋３［％Ｆｅ_２Ｏ_３］＋［％ＦｅＯ］＋２［％ＳｉＯ_２］＋２［％ＭｎＯ_２］＋［％Ｓ］）が０．０８以上０．２５以下の範囲内の値となるようにしている点にある。なお、[％Ｘ]は、保温材中Ｘ含有量（モル％）である。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、鋳塊中の粗大介在物の発生を抑制し、清浄度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】下注ぎ造塊を行う下注ぎ造塊装置の概略図である。

【図2】下注ぎ造塊の流れを示す図であって、（ａ）造塊の初期段階であり、（ｂ）造塊の中期段階であり、（ｃ）終期段階でＣａを添加した時であり、（ｄ）終期段階で保温材を添加した時を示している。

【図3】実施例における［％Ｃａ］／（［％Ａｌ］＋３［％Ｆｅ_２Ｏ_３］＋［％ＦｅＯ］＋２［％ＳｉＯ_２］＋２［％ＭｎＯ_２］＋［％Ｓ］）の値と介在物最大径との関係図である。

【図4】実施例におけるＣａの添加量の値と介在物最大径との関係図である。

【図5】Ｃａの平均粒径を２００μｍ以上に調整した場合の実施例及び比較例の結果を表わす分布図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図を参照しながら、本発明の実施形態による下注ぎ造塊方法について説明する。
まず図１を参照して、本実施形態の下注ぎ造塊方法が適用される下注ぎ造塊装置１について説明する。図１は、下注ぎ造塊を行う下注ぎ造塊装置１の概略構成を示している。
下注ぎ造塊装置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、この注入管４に注入された溶鋼２が装入される鋳型５と、注入管４と鋳型５とを連通する定盤６とを備えている。

【0011】

注入管４及び定盤６には溶鋼２が通る湯道７が形成されていて、注入管４は、定盤６から上方に向かって立つように設けられている。鋳型５は、下方に下注入口９が形成されており定盤６上に設置されている。鋳型５は、溶鋼２が定盤６の湯道７から下注入口９を経て下方から装入される構造となっている。鋳型５の上部には、押湯枠８が装着されている。

【0012】

このような下注ぎ造塊装置１にて下注ぎ造塊を行うにあたっては、まず、取鍋３を注入管４上に配置して、取鍋３内の溶鋼２を注入管４に注入する。溶鋼２は、注入管４及び定盤６に形成された湯道７を通り、下注入口９を経て鋳型５へ下方から到達し、鋳型５内で冷却されてインゴット等の鋳塊となる。この下注ぎ造塊方法においては、例えば船舶用部品や発電機用部品などに用いられる大型鍛造品等の素材となる鋳塊を製造することができる。

【0013】

本実施形態の下注ぎ造塊方法について詳しく説明する。
下注ぎ造塊方法において、鋳型５に装入された溶鋼２の浴面が大気と接触すると、溶鋼２は大気との接触面から酸化して清浄度を低下させる。そこで本実施形態では、溶鋼２の酸化を防止するために、溶鋼２の鋳型５内への注入が始まった段階で、溶鋼２の浴面を被覆するための被覆材１０（Ｃ−ＳｉＯ_２−ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系の被覆材）を鋳型５の上方から添加する。

【0014】

図２（ａ）に示すように、具体的には、溶鋼２が鋳型５内に注入される前に、被覆材１０が装入された袋を鋳型５内の下注入口９の近傍に配置する。こうすれば、溶鋼２の鋳型５内への注入が始まった直後に溶鋼２の熱によって袋が溶けるので、溶鋼２の鋳型５内への注入が始まった早い段階から溶鋼２の浴面が被覆材１０で覆われる。
次に、図２（ｂ）に示すように、鋳型５内への溶鋼２の装入が続くと、溶鋼２の浴面は徐々に上昇してゆき、浴面上の被覆材１０は、浴面が上昇する溶鋼２と鋳型５の内面との
間に流入しながら消費されていく。この過程では、消費量に応じて鋳型５の上方から被覆材１０を追加添加することで、できるだけ溶鋼２の浴面が大気に露出しないようにし、溶鋼２の大気との接触を防止している。被覆材１０の追加は、鋳型５内への溶鋼２の装入が開始されてから溶鋼２の浴面が押湯枠８に到達するまで実施し、その間、溶鋼２の表面積（浴面の面積）の７０％以上が被覆材１０で被覆されている状態を保つようにした。なお、被覆材１０の添加方法は、上述した方法に限らない。被覆材１０の入った袋を溶鋼２の注入開始前に鋳型５内に置かなくとも、溶鋼２の鋳型５内への注入が始まった直後から、被覆材１０を鋳型５の上方から溶鋼２の浴面に直接添加してもよいし、その他の方法により添加してもよい。

【0015】

通常、下注ぎ造塊方法では、溶鋼２の浴面が鋳型５の上部付近に到達したときに、溶鋼２の温度を保つための保温材１１を添加する。ここで、保温材１１として酸化鉄（Ｆｅ_ｔＯ）、ＭｎＯ_２、ＳｉＯ_２、及びＡｌを含む粉粒体などを添加するが、溶鋼２に保温材１１を添加することで大きな粒径の高アルミナ系介在物（粗大介在物）が生成し、溶鋼２の清浄度が低下することがある。この保温材１１は、パウダー形状の粉粒体であっても、ボード等の成形形状であってもよい。

【0016】

そこで、本発明では、保温材１１を添加する前、又は保温材１１の添加と同時にカルシウム（Ｃａ）１２を溶鋼２に添加する。この添加されたＣａ１２によって、保温材１１の添加時に生成する高アルミナ系介在物を、下記式（１）〜（３）に従ってＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系介在物へと改質する。このＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系介在物は凝集しにくく、その大きさは高アルミナ系介在物に比べて小さいので、溶鋼２の清浄度を向上させることができる。

【0017】

２Ａｌ＋３Ｆｅ_tＯ＝Ａｌ_２Ｏ_３＋３tＦｅ ・・・（１）
２Ａｌ＋３／２ＭｎＯ_２＝Ａｌ_２Ｏ_３＋３／２Ｍｎ ・・・（２）
２Ａｌ＋３／２ＳｉＯ_２＝Ａｌ_２Ｏ_３＋３／２Ｓｉ ・・・（３）
以下、Ｃａ１２の添加方法や添加量について詳しく説明する。
本実施形態では、図２（ｃ）に示すように、鋳型５内への溶鋼２の注入が開始されてから溶鋼２が押湯枠８に達して鋳造が終了するまでの間に、Ｃａ１２を添加する。Ｃａ１２の添加後に、図２（ｄ）に示すように保温材１１を添加する。

【0018】

具体的には、鋳造の終了が近くなった段階で、溶鋼２の浴面を覆った被覆材１０の上方からＣａ１２を添加して、Ｃａ１２の添加後に保温材１１を添加する。
添加されるＣａ１２は、純金属Ｃａ（金属Ｃａ）であってもＣａ合金であってもよい。Ｃａ合金としては、Ｃａ−Ｓｉ合金、Ｃａ−Ｎｉ合金などがあるが、鋼成分の規格に応じて任意に選択することができる。また、保温材１１は、Ｃａ１２の添加に続いて連続的に添加され、且つ、Ｃａ１２の添加から１分以内に添加されるのが好ましい。Ｃａ１２の添加から保温材１１の添加までの時間は、鋳造の作業手順や鋳造設備の制約などに応じて１分より長くなってもかまわないが、この時間があまり長くなってしまうと、Ｃａ１２が上述の改質剤としては十分に働かなくなることに注意しなくてはならないため、長くても１０分以内とする方がよい。

【0019】

なお、鋳造の終了が近くなった段階でＣａ１２を添加すると述べたが、鋳造の終了が近くなった段階とは、鋳造の終了１０分前くらいが目安となる。もちろんこの目安は１０分に限らず、鋳造工程の操業条件や上述の式（１）〜（３）の反応速度に応じて任意に変更することができる。
上述のように、大きな粒径の高アルミナ系介在物（粗大介在物）の生成を抑制することを目的として、保温材１１を添加する前、又は保温材１１の添加と同時にＣａ１２を溶鋼２に添加する。このとき、本実施形態では、Ｃａ１２の添加量について２つの条件を課している。以下、それぞれの条件について説明する。

【0020】

まず１つめの条件として、Ｃａ１２を添加するに際し、溶鋼２の浴面の表面積（ｍ^２）に対するＣａ１２中のＣａ成分（純Ｃａ）の添加量（ｋｇ）である１ｍ^２当たりの添加量が、０．３５ｋｇ／ｍ^２以上１０ｋｇ／ｍ^２以下（０．３５ｋｇ／ｍ^２〜１０ｋｇ／ｍ^２）の範囲を満たすこととしている（第１条件）。言い換えれば、添加される金属Ｃａ及び
Ｃａ合金中のＣａ成分相当量を押湯枠８から内側の浴面の表面積で割って得られた値を、Ｃａ成分の添加量として規定する。その上で、Ｃａ成分の添加量が０．３５ｋｇ／ｍ^２〜１０ｋｇ／ｍ^２の範囲内となるようにＣａ１２の添加量を決定し添加する。

【0021】

Ｃａ成分の添加量が０．３５ｋｇ／ｍ^２未満であると、高アルミナ系介在物を十分にＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系介在物へと改質するにはＣａ成分は不足する。一方で、Ｃａ成分の添加量が１０ｋｇ／ｍ^２よりも多いと、大きな粒径のＣａＯ系の介在物が発生してしまうことにより溶鋼２の清浄度が低下してしまうおそれがある。
ところで、保温材１１は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｆｅ_ｔＯ、ＭｎＯ、ＳｉＯ_２、ＭｎＯ_２、Ｃ、Ｓの各成分を含有している。例えば、保温材１１の組成は、ＦｅＯ：１０〜２０質量％、Ｆｅ_２Ｏ_３：１０〜２０質量％、Ａｌ：２０〜２５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：２５〜４０質量％、ＳｉＯ_２：５〜１０質量％である。

【0022】

そこで２つめの条件として、本実施形態では、保温材１１中の各成分の含有量（成分含有量）に対するＣａ１２中のＣａ成分の含有量（Ｃａ成分含有量）の割合（含有割合）を規定している。Ｃａ成分の含有割合を規定するために、保温材１１の各成分の含有量とＣａ成分の含有量との関係を、下記の式（４）で表現し、式（４）で得られる値が０．０８以上０．２５以下（０．０８〜０．２５）の範囲を満たすことを２つめの条件としている（第２条件）。

【0023】

［％Ｃａ］／（［％Ａｌ］＋３［％Ｆｅ_２Ｏ_３］＋［％ＦｅＯ］＋２［％ＳｉＯ_２］＋２［％ＭｎＯ_２］＋［％Ｓ］） ・・・（４）
ただし、式（４）で示される「％」は、「モル％」である。
ここで、保温材１１中には、硫黄Ｓが含有されているが、Ｓの含有量は２００ｐｐｍ程度（不可避不純物程度の量）であり、実質的に零（≒０）と考えてもよい。言い換えれば、Ｓの含有量は他の成分に比べて微量であるため、式（４）にＳの含有量を代入したとしても、式（４）の値が大きく変化することはなく、実質的に影響が出ない。

【0024】

式（４）の値が０．０８未満であると、保温材１１によって生成する高アルミナ系介在物量に対するＣａ成分の量が少なすぎるために、添加したＣａ１２によっては、十分に高アルミナ系介在物をＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系介在物へと改質することができない。一方、式（４）の値が０．２５よりも大きいと、保温材１１に対するＣａ成分の量が多すぎるために大きな粒径のＣａＯ系の介在物が発生してしまい、溶鋼２の清浄度が低下してしまうおそれがある。

【0025】

したがって本実施形態では、１つめの条件である、Ｃａ成分の添加量が０．３５ｋｇ／ｍ^２〜１０ｋｇ／ｍ^２の範囲にあることと、２つめの条件である、式（４）に示す関係が０．０８〜０．２５の範囲の値となることとを同時に満たすようにＣａ１２を添加する。
なお、保温材１１とＣａ１２とを別々に添加する場合には、保温材１１が微量の金属Ｃａ及びＣａ合金を含有していてもよい。保温材１１が微量の金属Ｃａ及びＣａ合金を含有している場合であっても、式（４）に示す保温材１１中の各成分の含有量とＣａ成分の添加量との関係が、０．０８〜０．２５の範囲に含まれる値であればよい。

【0026】

上述の説明では、鋳造の開始から溶鋼２が押湯枠８に達して鋳造が終了するまでの間に、Ｃａ１２と保温材１１とを別々に添加していたが、これに代えて、保温材１１とＣａ１２とを混ぜ合わせて、保温材１１とＣａ１２とを同時に添加するようにしてもよい。例えば、保温材１１を添加する前に保温材１１に金属ＣａからなるＣａ１２を混合して、Ｃａ成分を含有する保温材１１を用意しておき、その保温材１１を溶鋼２に添加するようにしてもよい。

【0027】

Ｃａ１２が混合された保温材１１を添加する場合も、保温材１１中の各成分の含有量の関係を示す式（４）が０．０８〜０．２５の範囲に含まれる値であればよい。また、上述したように、Ｃａ１２が混合された保温材１１を、Ｃａ成分の添加量が０．３５ｋｇ／ｍ^２〜１０ｋｇ／ｍ^２を満たすように添加する必要がある。

【実施例】

【0028】

表１は、本発明の下注ぎ造塊方法によって鋳塊を製造した実施例と、本発明の下注ぎ造
塊方法とは異なる方法によって鋳塊を製造した比較例とを示したものである。

【0029】

【表1】

【0030】

実施例及び比較例において、下注ぎ造塊方法を行う前の一次精錬は、当業者常法により電気炉にてスクラップを溶解した後に精錬を行い、２０〜１００トンの溶鋼２を取鍋３に出鋼した。また、一次精錬後の溶鋼２に対してＬＦ装置及び蓋脱ガス装置（ＶＤ）による二次精錬を行い、溶鋼２の成分調整及び温度調整をした。一次精錬及び二次精錬が終了した溶鋼２に対して、下注ぎ造塊方法によって鋳塊（インゴット）を製造した。

【0031】

本実施形態では、鋳型５による鋳造後に、凝固したインゴットを当業者常法によって約１３００℃まで加熱して、熱間鍛造により１５０〜７００ｍｍの断面直径を有する鍛造材に成形した。
上述の一次精錬は、電気炉による精錬でなくてもよく転炉などの他の装置で行ってもよい。また、二次精錬も、必ずしもＬＦ装置や蓋脱ガス装置で行う必要はなく、還流脱ガス装置（ＲＨ）やＣＡＳ装置などの他の装置で行ってもよい。さらに、一次精錬や二次精錬における溶鋼２の成分、処理温度及び溶鋼量などは、本発明の本質に関わる部分ではなく上述したものに限定されない。なお、下注ぎ造塊方法における鋳型５のサイズは、２０トン〜９０トンのインゴットを製造できるものとしているが、インゴットのサイズ及び形状も、本実施形態で開示したものに限定されるものではない。

【0032】

なお、下注ぎ造塊方法を行うにあたって、後述する比較例の一部では、実施例との比較を分かりやすくするために被覆材１０が消費されて溶鋼２の浴面が面積率において、８０％以上露出されても追加の被覆材１０を添加せず、一部の浴面が露出したままＣａ１２等の添加を行った。
また、実施例及び比較例では、誘導溶解炉を鋳型５に模した小型実験も一部実施した。小型実験では、溶鋼量３〜３０ｋｇの溶鋼２を誘導溶解炉で溶解し、成分調整後、鋳型５と同様に、速やかに被覆材１０を添加した。その後、溶鋼２の浴面の表面積に対するＣａ成分の添加量が０．３５ｋｇ／ｍ^２〜１０ｋｇ／ｍ^２を満たすように、パウダー状のＣａ１２とＣａ成分を含まない保温材１１を同時に添加、またはＣａ１２を含有する保温材１１を添加した。なお、Ｃａ成分を含有する保温材１１又はＣａ１２を添加するにあたって
は、式（４）として示した［％Ｃａ］／（［％Ａｌ］＋３［％Ｆｅ_２Ｏ_３］＋［％ＦｅＯ］＋２［％ＳｉＯ_２］＋２［％ＭｎＯ_２］＋［％Ｓ］）が、０．０８〜０．２５を満たすように保温材１１及びＣａ１２を添加した。そして、保温材１１を添加した後は、誘導溶解炉の電力を停止して炉内で溶鋼２を凝固させた。

【0033】

鍛造後の鋼塊や誘導溶解炉（小型実験）にて凝固させた鋼塊から試料として小片を取り出して研磨した後、電子顕微鏡（ＳＥＭ）による介在物の観察を行った。実施例及び比較例では、１５×１５ｍｍ四方の視野内で検出された最大介在物の大きさを表中の介在物サイズとした。
表１に示すように、このように試料を作成して観察した結果、実施例１〜１１では、最大介在物のサイズを２００μｍ以下とすることができた。実施例１〜１１は、上述の本実施形態による下注ぎ造塊方法に従って、鋳型５内の溶鋼２に浴面を被覆するための被覆材１０を添加した後、Ｃａ１２を含有する保温材１１を添加するか、又は保温材１１とＣａ１２とを別々に添加するかのいずれかを行った。このとき、上述したように、浴面の表面積に対するＣａ成分の添加量は０．３５ｋｇ／ｍ^２〜１０ｋｇ／ｍ^２の範囲を満たすようにし、さらに、式（４）の値が０．０８〜０．２５の範囲を満たすようにした。

【0034】

図３は、実施例１〜１１に関して、上述した式（４）の値と表１に示した介在物最大径との関係をまとめたものである。図３に示すように、Ｃａ成分の添加量を０．３５ｋｇ／ｍ^２〜１０ｋｇ／ｍ^２の範囲の値となるように調整すると、式（４）の値Ｘが０．０８〜０．２５の範囲にあるときは、介在物最大径は２００μｍ未満である。しかし、式（４）の値Ｘが０．０８未満であれば、介在物最大径は２００μｍを大きく超えて５００μｍ以上となり、式（４）の値Ｘが０．２５より大きいときも、介在物最大径は２００μｍを大きく超えて４００μｍ以上となることがわかる。即ち、図３のグラフから見ても、式（４）の値が０．０８や０．２５となったときが、介在物最大径を小さくするための境界となる。

【0035】

図４は、実施例１〜１１に関して、Ｃａ成分の添加量と介在物最大径との関係をまとめたものである。図４に示すように、式（４）の値を０．０８〜０．２５の範囲の値となるように調整すると、Ｃａ成分の添加量が０．３５ｋｇ／ｍ^２〜１０ｋｇ／ｍ^２の範囲にあるときは、介在物最大径は２００μｍ未満である。しかし、Ｃａ成分の添加量が０．３５ｋｇ／ｍ^２未満であれば、介在物最大径は２００μｍを大きく超えて３５０μｍ以上となり、Ｃａ成分の添加量が１０ｋｇ／ｍ^２より大きいときも、介在物最大径は２００μｍを大きく超えて４００μｍ以上となることがわかる。即ち、図４のグラフから見ても、Ｃａ成分の添加量が０．３５ｋｇ／ｍ^２や１０ｋｇ／ｍ^２となったときが、介在物最大径を小さくするための境界となる。

【0036】

一方で、被覆材１０を添加した比較例１２〜２７では、Ｃａ成分の添加量に関する第１条件、及び、式（４）に関する第２条件のいずれかが満たされておらず、介在物最大径は２００μｍよりも大きくなった。つまり、第１条件が満たされているが第２条件が満たされていない、又は、第２条件が満たされているが第１条件が満たされていない比較例１２〜２７では、介在物最大径は２００μｍよりも大きくなった。

【0037】

さらに、比較例２８〜３２は、被覆材１０を添加しなかったり、途中で被覆材１０が消費されても被覆材１０を追加添加しなかったりした場合（表中、被覆材の添加「ナシ」）であり、これらの場合でも、介在物最大径は２００μｍよりも大きくなった。
以上、本実施形態の下注ぎ造塊方法によれば、鋳型５内の溶鋼２に浴面を被覆するための被覆材１０を添加した後、上述の第１条件及び第２条件を満たすように、Ｃａ１２を含有する保温材１１を添加するか、保温材１１を添加する前又は同時にＣａ１２を添加する。これによって、溶鋼２での粗大介在物の発生を抑制するとともに鋳塊中の介在物最大径を２００μｍ以下にすることができ、清浄度の優れた鋳塊を製造することができる。

【0038】

ここまで説明した本実施形態による下注ぎ造塊方法において、介在物最大径をさらに小さくする方法について、以下に説明する。上述の下注ぎ造塊方法では、第１条件及び第２条件を満たすことで介在物最大径を２００μｍ以下に抑制できると説明したが、第１条件及び第２条件を満たすことに加えて、Ｃａ１２である金属Ｃａ及びＣａ合金の平均粒径を
調整すると、介在物最大径を２００μｍ未満に抑制することができ、介在物の平均粒径も抑制することができる。

【0039】

具体的には、保温材１１とともに溶鋼２に添加するＣａ１２の平均粒径を２００μｍ以上となるように調整する。以下の表２に示す実施例１〜２０のように、第１条件及び第２条件を満たすことに加えてＣａ１２の平均粒径を２００μｍ以上とすることで、介在物最大径を１５０μｍ以下に抑制することができる。

【0040】

【表2】

【0041】

すでに述べたように、Ｃａ１２として金属ＣａやＣａ合金を添加する目的は、保温材１１の添加時に生成する高アルミナ系介在物を、凝集しにくいＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系介在物へと改質することである。しかし、Ｃａ１２のＣａ成分は、改質に寄与する前に保温材１１の成分であるＦｅ_２Ｏ_３やＳｉＯ_２などによって酸化されてＣａＯへと変化してしまう。そこで、本願発明の発明者らは、Ｃａ１２の表面側のＣａ成分がＣａＯに変化しても、当該Ｃａ１２の中心部分のＣａ成分が保温材１１内に残って介在物改質効果が得られるように、Ｃａ１２の平均粒径を大きくする試みを行った。その結果、表２の実施例１〜２０に示すような優良な結果を得ることができた。

【0042】

表２の比較例についても触れておく。比較例１９〜２６では、Ｃａ１２の平均粒径を２００μｍ以上となるように調整したにもかかわらず、Ｃａ成分の添加量に関する第１条件
、及び、式（４）に関する第２条件のいずれかを満たさなかった。従って、介在物最大径は、１５０μｍを遥かに超える大きな値となった。
比較例２７，２８ではともに、型内剤層と示される被覆材１０を添加しなかったり、途中で被覆材１０が消費されても被覆材１０を追加添加しなかったりした場合（表中、型内剤層「ナシ」）である。比較例２７では、Ｃａ１２の平均粒径を２００μｍ以上となるように調整したうえで、第１条件及び第２条件をともに満たしても、介在物最大径は１５０μｍを遥かに超える大きな値となった。Ｃａ成分の添加量に関する第１条件を満たさなかった比較例２８では、介在物最大径は比較例２７における値よりも大きな値となった。

【0043】

比較例２９〜４０では、全てＣａ１２の平均粒径を２００μｍ未満とした。しかし、比較例３１，３２を除いて、すでに述べたように第１条件及び第２条件をともに満たしたので、介在物最大径は１５０μｍよりも大きいものの２００μｍ以下に抑制できた。Ｃａ成分の添加量に関する第１条件、及び、式（４）に関する第２条件のいずれかを満たさなかった比較例３１，３２では、介在物最大径は、１５０μｍを超えるだけでなく、２００μｍをも遥かに超える大きな値となった。

【0044】

図５のグラフは、これら実施例１〜１８と比較例１９〜４０の結果を表わす分布図である。黒のひし形が実施例１〜１８の結果を示し、白抜きの正方形が比較例１９〜４０の結果を示している。図５に示すように、介在物最大径（又は介在物最大長径）が１５０μｍ以下となるのは、Ｃａ１２の平均粒径を２００μｍ以上とした実施例１〜１８においてであることが一目でわかる。

【0045】

このように、本実施形態の下注ぎ造塊方法によれば、鋳型５内の溶鋼２に浴面を被覆するための被覆材１０を添加した後、平均粒径が２００μｍ以上のＣａ１２を用意し、上述の第１条件及び第２条件を満たすように、Ｃａ１２を含有する保温材１１を添加するか、保温材１１を添加する前又は同時にＣａ１２を添加する。このようにＣａ１２の平均粒径を２００μｍ以上に調整することによって、溶鋼２での粗大介在物の発生を抑制するとともに鋳塊中の介在物最大径を１５０μｍ以下にすることができ、さらに清浄度の優れた鋳塊を製造することができる。

【0046】

ここで、Ｃａ１２の平均粒径を２００μｍ以上とするとしたが、その平均粒径の上限を特に設けてはいない。平均粒径が大きくなるに従って概ね良好な結果が得られるが、上述の下注ぎ造塊方法を実施するには、実際の操業上の諸条件や、保温材１１とＣａ１２の化学反応速度などを考慮してＣａ１２の平均粒径の上限が決定される。本願の発明者らは、本実施形態による下注ぎ造塊方法では、２００μｍ以上５ｍｍ以下程度が選択される平均粒径の範囲として適当であり、２００μｍ以上３ｍｍ以下程度がより好ましいとの知見を得ている。

【0047】

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。上記の実施形態では、保温材１１の添加は、鋳込み途中で行っているが、鋳込み終了時（浴面の上昇が停止したタイミング）でもあっても構わない。

【符号の説明】

【0048】

１ 下注ぎ造塊装置
２ 溶鋼
３ 取鍋
４ 注入管
５ 鋳型
６ 定盤
７ 湯道
８ 押湯枠
９ 下注入口
１０ 被覆材
１１ 保温材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】