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特開2024-76270鋳造方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024076270

(43)【公開日】2024-06-05

(54)【発明の名称】鋳造方法

(51)【国際特許分類】

B22D 27/06 20060101AFI20240529BHJP

B22D 7/06 20060101ALI20240529BHJP

B22D 7/12 20060101ALI20240529BHJP

B22D 7/10 20060101ALI20240529BHJP

【ＦＩ】

B22D27/06 C

B22D7/06 G

B22D7/12 A

B22D7/10 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022187771

(22)【出願日】2022-11-24

(71)【出願人】

【識別番号】000180070

【氏名又は名称】山陽特殊製鋼株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石橋祐二

(57)【要約】

【課題】被覆剤の巻き込みを低減し鋼塊の品質の向上に寄与する鋳造方法の提供。
【解決手段】この鋳造方法は、鋳型６の底２８に形成された湯口３２から鋳型６に溶鋼を注入し鋼塊を得る鋳造方法である。この鋳造方法では、鋳型６内における溶鋼の対流と溶鋼の高さとの相関関係を求める。この相関関係に基づいて鋳型６内における被覆剤の配置高さＨｓを決定する。配置高さＨｓに被覆剤を配置する。湯口３２から溶鋼を注入し、溶鋼の浴面を被覆剤で覆う。好ましくは、この鋳造方法では、相関関係をコンピュータシミュレーションで求める。好ましくは、コンピュータシミュレーションの条件に鋳型６のキャビティ形状を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋳型の底に形成された湯口から前記鋳型に溶鋼を注入し鋼塊を得る鋳造方法であって、
前記鋳型内における前記溶鋼の対流と前記溶鋼の高さとの相関関係を求め、
前記相関関係に基づいて前記鋳型内における被覆剤の配置高さを決定し、
前記配置高さに被覆剤を配置し、
前記湯口から前記溶鋼を注入し、前記溶鋼の浴面を前記被覆剤で覆う、鋳造方法。

【請求項2】

前記相関関係をコンピュータシミュレーションで求める、請求項１に記載の鋳造方法。

【請求項3】

前記コンピュータシミュレーションの条件に前記鋳型のキャビティ形状を含む、請求項２に記載の鋳造方法。

【請求項4】

前記鋳型が前記底に向かって先細りな内壁面を有し、
水平方向に対して前記内壁面の傾斜角度が４０度以下である、請求項１又は２に記載の鋳造方法。

【請求項5】

鋳型の底に形成された湯口から前記鋳型に溶鋼を注入し鋼塊を得るために、前記鋳型内における前記溶鋼の対流と前記溶鋼の高さとの相関関係を求め、
前記相関関係に基づいて前記鋳型内における被覆剤の配置高さを決定する、被覆剤の配置高さ決定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書は、溶鋼を用いた鋳造によって鋼塊を製造する鋳造方法を開示する。

【背景技術】

【0002】

鋼材の製造の一例では、鋼材が鋼塊から得られる。この鋼塊は、溶鋼を鋳造して得られる。溶鋼を用いた鋳造方法の一例として、下注ぎ造塊法が知られている。下注ぎ造塊法では、鋳型の底に形成された湯口から溶鋼が鋳型に注入される。

【0003】

下注ぎ造塊法では、溶鋼を鋳型に注入中、被覆剤で溶鋼の浴面が覆われる。この被覆剤は、外気と溶鋼との接触を抑制する。これにより、溶鋼の酸化及び抜熱を抑制する。一方で、この被覆剤が溶鋼に巻き込まれることがある。巻き込んだ被覆剤は、得られる鋼塊の品質を低下させる。

【0004】

特許文献１には、被覆剤の巻き込みを低減しうる下注ぎ造塊法が開示されている。この方法では、被覆剤の添加後において、鋳型への溶鋼の吐出速度が制御されている。この吐出速度を制御することで、被覆剤の巻き込みが低減されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１６－７６２６公報

【発明の概要】

【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の下注ぎ造塊法でも、被覆剤の巻き込みが発生することがある。溶鋼の吐出速度の制御だけでは、被覆剤の巻き込みは十分に抑制できない。

【0007】

本出願人の意図するところは、被覆剤の巻き込みを低減し鋼塊の品質の向上に寄与する鋳造方法の提供にある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本明細書が開示する鋳造方法は、鋳型の底に形成された湯口から前記鋳型に溶鋼を注入し鋼塊を得る鋳造方法である。この鋳造方法では、前記鋳型内における前記溶鋼の対流と前記溶鋼の高さとの相関関係を求める。前記相関関係に基づいて前記鋳型内における被覆剤の配置高さを決定する。前記配置高さに被覆剤を配置する。前記湯口から前記溶鋼を注入し、前記溶鋼の浴面を前記被覆剤で覆う。

【0009】

好ましくは、この鋳造方法では、前記相関関係をコンピュータシミュレーションで求める。

【0010】

好ましくは、前記コンピュータシミュレーションの条件に前記鋳型のキャビティ形状を含む。

【0011】

好ましくは、前記鋳型は前記底に向かって先細りな内壁面を有する。水平方向に対して前記内壁面の傾斜角度は、４０度以下である。

【0012】

本明細書が開示する被覆剤の配置高さ決定方法では、鋳型の底に形成された湯口から前記鋳型に溶鋼を注入し鋼塊を得るために、前記鋳型内における前記溶鋼の対流と前記溶鋼の高さとの相関関係を求める。前記相関関係に基づいて前記鋳型内における被覆剤の配置高さを決定する。

【発明の効果】

【0013】

この鋳造方法では、溶鋼への被覆剤の巻き込みが、低減される。この鋳造方法は、得られる鋼塊の品質の向上に寄与する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、一実施形態に係る鋳造設備が示された正面断面図である。

【図2】図２は、図１の鋳造設備が備える鋳型の断面図である。

【図3】図３は、図１の鋳造設備の使用状態が示された説明図である。

【図4】図４は、図１の鋳造設備の他の使用状態が示された説明図である。

【図5】図５は、図１の鋳造設備の更に他の使用状態が示された説明図である。

【図6】図６は、図１の鋳造設備の更に他の使用状態が示された説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態が詳細に説明される。

【0016】

図１に、鋳造設備２が示されている。この鋳造設備２は、注入管４、鋳型６、定盤８、吊り下げ具１０を備える。注入管４は、定盤８の上で起立している。鋳型６は、定盤８の上に置かれている。吊り下げ具１０は鋳型６に配置されている。

【0017】

注入管４は、鉛直方向に延在している。注入管４は、上端に開口１２を有している。注入管４は、第一湯道１４を有している。第一湯道１４は、注入管４の開口１２から下端１６にまで至っている。

【0018】

定盤８は、第二湯道１８を有している。第二湯道１８は水平方向に延在する。第二湯道１８は第一湯道１４と連通している。

【0019】

吊り下げ具１０は、渡し棒２０及びチェーン２２を有している。渡し棒２０は、鋳型６の上に置かれている。チェーン２２は、渡し棒２０から鋳型６の内側に延びている。

【0020】

図１では、被覆剤３６（図５参照）が充填された袋２４が示されている。この袋２４は、チェーン２２に取り付けられている。図１の両矢印Ｈｓは、被覆剤３６の配置高さを表している。この配置高さＨｓは、上下方向において、鋳型６の底面から袋２４の下端までの距離として測定される。この吊り下げ具１０は、被覆剤３６を配置高さＨｓに配置している。

【0021】

図２には、鋳型６の断面が示されている。鋳型６は、側壁２６と底２８とを有している。鋳型６は、側壁２６と底２８とで囲まれたキャビティ３０を有する。

【0022】

側壁２６は、内壁面２６Ａと内壁面２６Ｂとを有する。内壁面２６Ａは、鉛直方向に延びている。内壁面２６Ｂは、内壁面２６Ａの下端から底２８まで傾斜して延びている。この内壁面２６Ｂは、底２８に向かって先細りな面である。図２の両矢印θは、内壁面２６Ｂの傾斜角度を表している。

【0023】

底２８の上面２８Ａは、キャビティ３０の底面を形成する。底２８に湯口３２が形成されている。湯口３２は、底２８の下面２８Ｂから上面２８Ａまで至っている。湯口３２の断面形状は円形である。湯口３２は第二湯道１８と連通している。

【0024】

図３には、鋳造設備２の使用状態が示されている。湯口３２から鋳型６に溶鋼３４が注入されている。図３の両矢印Ｈｍは、鋳型６内における、溶鋼３４の高さを表している。矢印Ａ１は、湯口３２における溶鋼３４の流れを表している。矢印Ｂ１は鋳型６内の溶鋼３４の流れを表している。矢印Ｂ１で示される様に、湯口３２から注入された溶鋼３４は、浴面に向かって上昇し、その後に底２８に向かって下降し、更に湯口３２に近づく向きに流動している。この様に、この使用状態では、溶鋼３４は対流している。

【0025】

図４には、鋳造設備２の他の使用状態が示されている。湯口３２から鋳型６に溶鋼３４が注入されている。図４の両矢印Ｈｍは、鋳型６内における、溶鋼３４の高さを表している。矢印Ａ２は、湯口３２における溶鋼３４の流れを表している。矢印Ｂ２は鋳型６内の溶鋼３４の流れを表している。矢印Ｂ２で示される様に、湯口３２から注入された溶鋼３４は、浴面に向かって上昇し、その後に底２８に向かって下降し、更に湯口３２から離れる向きに流動している。この様に、この使用状態では、溶鋼３４は対流していない。また、図４では、溶鋼３４は袋２４に到達している。

【0026】

図５には、鋳造設備２の更に他の使用状態が示されている。湯口３２から鋳型６に溶鋼３４が注入されている。矢印Ａ３は、湯口３２における溶鋼３４の流れを表している。図示されないが、湯口３２から注入された溶鋼３４は、浴面に向かって上昇し、その後に底２８に向かって下降し、更に湯口３２から離れる向きに流動している。この使用状態では、図４の使用状態と同様に、溶鋼３４は対流していない。この使用状態では、溶鋼３４の浴面は、被覆剤３６で覆われている。吊り下げ具１０は、取り外されている。

【0027】

図６には、鋳造設備２の更に他の使用状態が示されている。鋳型６への溶鋼３４の注入は停止している。この使用状態では、溶鋼３４の浴面は、被覆剤３６で覆われている。

【0028】

この鋳造設備２を用いた鋳造方法では、溶鋼３４への被覆剤３６の巻き込みが、発生し易い。種々の試験の結果、被覆剤３６の巻き込みに、溶鋼３４の対流の発生が大きく影響することが見出された。また、溶鋼３４の対流と溶鋼３４の高さＨｍとには、相関関係があることが見出された。具体的には、溶鋼３４の高さＨｍが低いときに溶鋼３４に対流が発生し易く、溶鋼３４の高さＨｍが高いときに溶鋼３４に対流が発生し難い。また、この相関関係には、鋳型６の形状も影響することが見出された。具体的には、鋳型６の形状によって、溶鋼３４に対流が解消する高さＨｍが異なることが見出された。この鋳造方法は、これらの知見を基に提案されている。

【0029】

図１の鋳造設備２を例に、溶鋼３４を用いた鋳造方法が説明される。

【0030】

鋳型６内における溶鋼３４の対流と溶鋼３４の高さＨｍとの相関関係が求められる。ここでは、この相関関係が、コンピュータシミュレーションで求められる。この相関関係が、ＣＡＥ（コンピュータエディットエンジニアリング）で求められる。このＣＡＥの解析条件として、溶鋼３４の注入速度、温度、密度及び粘度と、鋳型６の形状（キャビティ３０の形状）が用いられた。なお、注入速度は、湯口３２の出口での溶鋼３４の平均速度である。

【0031】

求められた相関関係に基づき、被覆剤３６の配置高さＨｓが決定される。被覆剤３６が袋２４に充填される。吊り下げ具１０のチェーン２２に袋２４が取り付けられる。配置高さＨｓに基づき、チェーン２２の長さが調節される。吊り下げ具１０が鋳型６の上に置かれる。被覆剤３６が、配置高さＨｓに配置される。この様にして、鋳造設備２は、図１に示される状態にされる。

【0032】

溶鋼３４が開口１２から注入管４に注入される。溶鋼３４は、第一湯道１４を下降し、第二湯道１８に至る。溶鋼３４が、継続して注入管４に注入される。溶鋼３４が、湯口３２を通り、キャビティ３０に注入される。溶鋼３４は、鋳型６に下方から注入される。

【0033】

図３に示される様に、注入された溶鋼３４は鋳型６内で対流する。更に、連続して溶鋼３４が注入される。図４に示される様に、注入された溶鋼３４は対流が解消する。鋳型６内における溶鋼３４の高さＨｍが配置高さＨｓに達する。溶鋼３４の熱で袋２４が溶融する。被覆剤３６が溶鋼３４の浴面を覆う。吊り下げ具１０が鋳型６から取り外される。この様にして、鋳造設備２は、図５の使用状態に到る。更に、鋳型６に溶鋼３４が注入される。図６に示される様に、鋳型６への溶鋼３４の注入が停止される。鋳型６に注入された溶鋼３４が凝固する。この様にして、溶鋼３４から鋼塊が得られる。

【0034】

この鋳造方法では、鋳型６内における溶鋼３４の対流と溶鋼３４の高さＨｍとの相関関係が求められている。この鋳造方法では、鋳型６内における相関関係が求められている。鋳型６の影響を含めて、溶鋼３４の対流と溶鋼３４の高さＨｍとの相関関係が求められている。この相関関係に基づいて、鋳型６内における被覆剤３６の配置高さＨｓが決定される。この配置高さＨｓに被覆剤３６が配置される。この鋳造方法は、溶鋼３４の対流に被覆剤３６が巻き込まれることが抑制される。この鋳造方法は、被覆剤３６の巻き込みを抑制し、鋼塊の品質の向上に寄与する。

【0035】

この鋳造方法では、溶鋼３４の対流が発生しない高さＨｍ以上に、配置高さＨｓを決定することで、被覆剤３６の巻き込みが一層抑制できる。一方で、溶鋼３４の浴面を早期に被覆剤３６で覆うことで、外気による酸化等が一層抑制できる。従って、この鋳造方法では、被覆剤３６で浴面を早期に覆う観点から、必ずしも、溶鋼３４の対流が発生しない高さＨｍ以上に、配置高さＨｓを決定しなくてもよい。この製造方法では、鋳型６内における溶鋼３４の対流と溶鋼３４の高さＨｍとの相関関係に基づいて、鋳型６内における被覆剤３６の配置高さＨｓが決定されればよい。

【0036】

この鋳造方法では、溶鋼３４の対流と溶鋼３４の高さＨｍとの相関関係を求める方法は、特に限定されない。しかしながら、この相関関係は、コンピュータシミュレーションで求めることで、容易にかつ高精度に求められる。この観点から、好ましくは、この相関関係は、コンピュータシミュレーションで求められる。

【0037】

溶鋼３４の対流と溶鋼３４の高さＨｍとの相関関係は、キャビティ３０の形状の影響を受ける。この相関関係は、キャビティ３０の形状を特定することで、更に高精度に求められる。この観点から、好ましくは、この相関関係を求める条件は、キャビティ３０の形状を含む。

【0038】

この鋳型６は、底２８に向かって先細りな内壁面２６Ｂを有する。内壁面２６Ｂの傾斜角度θが小さい鋳型６では、傾斜角度θが大きい鋳型６に比べて、高さＨｍが低い状態で溶鋼３４の対流が解消する。傾斜角度θが小さい鋳型６では、被覆剤３６の配置高さＨｓを低くできる。これにより、早期に溶鋼３４の浴面を被覆剤３６で覆うことができる。この様に、内壁面２６Ｂの傾斜角度θが小さい鋳型６は、得られる鋼塊の品質の向上に寄与する。この観点から、内壁面２６Ｂの傾斜角度θは、好ましくは４０度以下であり、更に好ましくは２０度以下である。

【0039】

なお、この鋳造方法では、被覆剤３６の配置器として吊り下げ具１０を用いたが、この配置器は、被覆剤３６を配置高さＨｓに配置できればよく、これに限定されない。

【実施例0040】

以下、実施例に係る鋳造方法の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本明細書で開示された範囲が限定的に解釈されるべきではない。

【0041】

［テスト］
［テスト１］
図１に示された形状の鋳型Ａを用いて、溶鋼の対流と溶鋼の高さとの相関関係がコンピュータシミュレーションされた。この鋳型Ａでは内壁面の傾斜角度は２０度であった。この鋳型Ａの形状を含む条件で、シミュレーションが実行された。その結果が表１に示されている。

【0042】

［テスト２－３］
鋳型Ａと形状が異なる鋳型Ｂ及び鋳型Ｃが準備された。鋳型Ｂ及び鋳型Ｃの内壁面の傾斜角度θは、表１に示す通りであった。その他は、テスト１と同様にして、溶鋼の対流と溶鋼の高さとの相関関係がコンピュータシミュレーションされた。その結果が表１に示されている。

【0043】

【表1】

【0044】

表１に示される様に、鋳型の形状が異なることで、溶鋼の対流と溶鋼の高さとの関係は変化している。

【0045】

［実施例１］
図１に示された形状の鋳型Ｄが準備された。この鋳型Ｄの形状を含むシミュレーション条件で、溶鋼の対流と溶鋼の高さとの相関関係がコンピュータシミュレーションされた。
得られた溶鋼の対流と溶鋼の高さとの相関関係に基づき、被覆剤の配置高さＨｓが決定された。その配置高さＨｓに被覆剤を配置して、溶鋼から鋼塊が得られた。

【0046】

［比較例１－２］
二人の作業者がそれぞれ経験から被覆剤の配置高さＨｓを決定し、その配置高さＨｓに被覆剤を配置した。その他は、実施例１と同様にして、溶鋼から鋼塊が得られた。

【0047】

［実施例２－４］
鋳型Ｄと形状が異なる鋳型Ｅ、鋳型Ｆ、鋳型Ｇが準備された。その他は、実施例１と同様にして、それぞれの鋳型における溶鋼の対流と溶鋼の高さＨｍとの相関関係がコンピュータシミュレーションされた。実施例２及び４では、対流が生じない溶鋼の高さＨｍに被覆剤の配置高さＨｓが決定された。
実施例３では、鋼塊の仕様上問題のない程度に対流が生じる溶鋼の高さＨｍに、被覆剤の配置高さＨｓが決定された。その他は、実施例１と同様にして、溶鋼から鋼塊が得られた。それぞれの鋼塊の不良率が表２に示されている。この不良率は、比較例３を１００とする指数で表されている。この指数は数値が小さいほど不良率が小さい。

【0048】

【表2】