JP2000141021A - 冷却用パイプ鋳包み鋳鉄品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 例えば高炉クーリングステーブのような、冷
却用パイプが鋳包みされた鋳鉄品であって、熱的ショッ
ク等で鋳鉄品本体に亀裂等が生じても、パイプに亀裂が
伝播することがなく、鋳包みされた冷却管に水漏れが生
ずることのない鋳鉄品を提供する。 【解決手段】 金属パイプ２の外面に、カロライジング
処理によってアルミニウム拡散被覆層４が形成された冷
却用パイプ２が、非融着の状態で鋳鉄に鋳包みされてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、高炉等
の冶金用炉のクーリングステーブや射出成形機用金型等
のような、冷却用パイプを鋳包んだ鋳鉄品およびその製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、高炉等の竪型冶金炉において
は、炉壁および炉底の耐火物を冷却することによって、
炉内からの侵食を防止し、炉体の長寿命化を図る必要が
ある。高炉等の炉体の冷却方式としては、従来から種々
の装置が提案され、実用化されているが、炉壁耐火物を
均一に冷却し得る点で、いわゆるクーリングステーブが
優れた性能を有しており、高炉に広く使用されている。
このクーリングステーブは、冷却用パイプを鋳包んだス
テーブ本体（鋳造金属部）の炉内側に耐火煉瓦を固定し
た構造になっている。

【０００３】クーリングステーブのような、冷却用パイ
プが鋳包みにより埋設されている鋳鉄品を、パイプに溶
損や亀裂等が生ずることなく製造するための手段に関
し、例えば、次のような技術が提案されている。

【０００４】(1) 特開昭６０−３９６０号：銅合金のよ
うな良熱伝導性の金属パイプに鋳物用砂を充填硬化させ
た中子を使用し、鋳湯時に溶湯の熱で金属パイプの表面
を溶解して、溶湯とパイプとを一体化させる（以下、先
行技術１という）。

【０００５】(2) 特開平６−３２０２５２号：崩壊性砂
を詰めた所定形状の金属パイプを鋳型のキャビティ内に
配置し、キャビティ部に注入した溶湯によって金属パイ
プを鋳包み、冷却固化後に残存する崩壊性砂を崩壊除去
して、加熱・冷却媒体通路孔を形成する（以下、先行技
術２という）。

【０００６】(3) 実公平６−３８５９２号：耐熱耐食性
パイプ（ステンレス鋼製）を鋳型内に位置決め固定し、
パイプ中に加圧した冷却ガスを流した状態で溶湯を注湯
し鋳包む（以下、先行技術３という）。

【０００７】(4) 特公昭５８−４９６０７号：非融着型
二重冷却管を備えたクーリングステーブに関するもので
あり、引き抜き二重鋼管の外側に0.08〜0.25mmの厚さの
アルミナ被膜を形成した後、球状黒鉛鋳鉄と鋳合せる
（以下、先行技術４という）。

【０００８】(5) 特許第２５２８３９７号：転炉の炉口
金物に関するものであり、炉口金物の煉瓦押さえ部内
に、外管の表面上に金属粉末の溶射が施され、内管中を
冷却水が流れる二重管からなる冷却用導管が埋設されて
いる（以下、先行技術５という）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】先行技術１は、金属パ
イプ内に充填された鋳物用砂の除去が必要であるため
に、パイプ形状が制約され、また、パイプ材料の銅合金
は溶融しやすいために、部位によってはパイプ部分が鋳
物のみになって、亀裂や錆が発生しやすい問題がある。

【００１０】先行技術２も、鋳物用砂の除去が必要であ
るためにパイプ形状が制約される上、形成された通路孔
内に加熱・冷却媒体を流し金型を強制冷却する際に、金
型に亀裂が生ずると、加熱・冷却媒体が流出し水蒸気爆
発が発生するおそれがある。

【００１１】先行技術３は、鋳込むパイプとしてステン
レス鋼管を使用しているので高価であり、且つ融点が低
いために溶湯によって溶損しやすく、また、熱伝導度が
軟鋼の約１／３で、熱膨張係数は軟鋼の約１．５倍であ
るために、変形や歪みが大きくなりやすく、更に、パイ
プ外周面が完全に密着した状態で鋳物本体に鋳包まれて
いるので、鋳物本体に亀裂や溶損が生ずると、直ちにパ
イプに伝播する結果、冷却水が流出し水蒸気爆発が発生
するおそれがある。

【００１２】先行技術４は、高炉のクーリングステーブ
に関するものであり、冷却管が内管と外管とからなる二
重管構造で且つ外管の外側にアルミナ被膜が形成されて
いるので、亀裂が発生してもその伝播を防止することが
できる。しかしながら、内管と外管との間に空気間隙が
生ずるため、この空気間隙によって冷却効果が低下する
問題がある。

【００１３】先行技術５は、転炉の炉口金物に関するも
のであり、冷却管が内管と外管とからなる二重管構造で
且つ外管の外表面に金属粉末（アルミニウム粉）の溶射
処理が施されているので、亀裂が発生してもその伝播を
防止することができるが、上記と同様、内管と外管との
間の空気間隙によって冷却効果が低下する問題がある。

【００１４】従って、この発明の目的は、上述した問題
を解決し、熱的ショックその他で鋳鉄品本体に亀裂等が
発生しても、冷却用パイプへの亀裂の伝播が防止され、
且つ、鋳包みされたパイプに水漏れが発生することのな
い、冷却用パイプが鋳包まれた鋳鉄品およびその製造方
法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明の
冷却用パイプ鋳包み鋳鉄品は、金属パイプの外面に、カ
ロライジング処理によってアルミニウム拡散被覆層が形
成された冷却用パイプが、非融着の状態で鋳包みされて
いることに特徴を有するものであり、請求項２に記載の
発明は、前記冷却用パイプの外面に形成されたアルミニ
ウム拡散被覆層の表面に、５〜３０μｍの厚さのアルミ
ナ被膜が形成されていることに特徴を有するものであ
る。

【００１６】請求項３に記載の、冷却用パイプ鋳包み鋳
鉄品の製造方法は、金属パイプに対しカロライジング処
理を施して、前記金属パイプの外面にアルミニウム拡散
被覆層を形成し、このように金属パイプの外面にアルミ
ニウム拡散被覆層が形成された冷却用パイプを、所定形
状の鋳型内にセットし、鋳鉄溶湯を鋳込むことによっ
て、前記冷却用パイプを鋳包むことに特徴を有するもの
である。請求項４に記載の発明は、前記所定形状の鋳型
内にセットされた冷却用パイプ中に、５〜３００Ｎｍ³
／Ｈの流量の不活性ガスを流しながら鋳鉄溶湯を鋳込む
ことに特徴を有するものである。

【００１７】請求項５に記載の発明は、金属パイプの外
面に、カロライジング処理によりアルミニウム拡散被覆
層が形成された冷却用パイプの前記アルミニウム拡散被
覆層の表面に、５〜３０μｍの厚さのアルミナ被膜を形
成し、このようにアルミニウム拡散被覆層の表面にアル
ミナ被膜が形成された冷却用パイプを鋳包むことに特徴
を有するものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、この発明の冷却用パイプ鋳
包み鋳鉄品を、図面を参照しながら説明する。図１は、
冷却用パイプ鋳包み鋳鉄品の一例としての高炉クーリン
グステーブの一実施態様を示す概略平面図、図２は、冷
却用パイプ部分の拡大断面図である。図面に示すよう
に、クーリングステーブ本体１内には、冷却用パイプ２
が鋳包みにより埋設されている。冷却用パイプ２の一端
は図示しない給水管に接続され、冷却用パイプ２の他端
は図示しない排水管に接続されている。

【００１９】冷却用パイプ２は、図２に示すように、例
えば鋼管からなる金属パイプ３内を冷却水が流れるよう
になっている。金属パイプ３の外面には、カロライジン
グ処理によってアルミニウム拡散被覆層４およびアルミ
ナ被膜５が形成されている。このように、金属パイプ３
の外面にアルミニウム拡散被覆層４とアルミナ被膜５と
が形成されていることによって、冷却用パイプ２の外表
面に、優れた耐熱性即ち高温耐酸化性と耐腐食性とが付
与され、鋳込み時における溶湯との融着が防止される。

【００２０】アルミニウム拡散被覆層４の表面に形成さ
れるアルミナ被膜５は、薄いが緻密な被膜であって、被
覆層４に含まれるアルミニウムの酸化により形成され、
これによって、酸素原子の侵入が阻止され、高温耐酸化
性が付与される。

【００２１】アルミナ被膜５の高温耐酸化性能は、アル
ミニウム拡散被覆層に含まれるアルミニウム濃度が高い
ほど優れており、アルミニウム濃度が１０wt.%以上であ
ることが必要である。アルミニウム濃度が１０wt.%未満
特に７wt.%以下では、高温耐酸化性の効果が期待できな
い。また、アルミニウム拡散被覆層４の厚さは、例えば
２００〜８００μｍで、その厚さが大であるほどアルミ
ニウム量が多くなるため、高温耐酸化性の効果が長時間
持続される。

【００２２】アルミニウム拡散被覆層４の表面に形成さ
れたアルミナ被膜５の融点は、２０５０℃であって高
く、溶湯とのなじみ性即ち濡れ性が悪いために溶湯と接
触することがない。このように、冷却用パイプ２の外面
にアルミニウム拡散被覆層４およびアルミナ被膜５が形
成されていることによって、冷却用パイプ２は非融着の
状態で鋳包まれるため、溶湯による溶損が生ずることは
ない。

【００２３】また、鋳鉄品に亀裂等が生じた場合でも、
金属パイプ３の表面には、アルミニウム拡散被覆層４お
よびアルミナ被膜５が存在しているので、金属パイプ３
に亀裂の伝播することが防止される。

【００２４】このとき、アルミナ被膜５は、厚いほど濡
れ性が悪くなり剥離しやすくなり、一方、薄すぎると融
着しやすくなる。従って、アルミナ被膜５の厚さは少な
くとも２〜３μｍは必要で、その好ましい厚さは５〜３
０μｍである。

【００２５】上述したように、クーリングステーブ１内
に、外面にアルミニウム拡散被覆層４が形成された金属
パイプ３からなる冷却用パイプ２が鋳包みにより埋設さ
れ、金属パイプ３内を流れる冷却水によってクーリング
ステーブ１が冷却されるので、クーリングステーブ１の
溶損は適確に防止され、その寿命を延ばすことができ
る。

【００２６】次に、この発明の冷却用パイプ鋳包み鋳鉄
品の製造方法について説明する。先ず、金属パイプ３に
対し、カロライジング処理を施して、金属パイプ３の外
面にアルミニウム拡散被覆層４を形成する。

【００２７】カロライジング処理は、次のようにして行
われる。即ち、Fe−Al合金粉、または、アルミニウム粉
とアルミナ粉、および、塩化アンモニウム粉が所定割合
で混合されたAl浸透剤と、処理される金属パイプ３と
を、半密閉状の容器内に収容し、８００〜１０８０℃の
温度で５〜２０時間加熱する。その結果、金属パイプ３
の外面に、Al濃度が１０〜４０wt.%で、厚さが２００〜
８００μｍのアルミニウム拡散被覆層４が形成される。

【００２８】このようにして得られたアルミニウム拡散
被覆層４は、鉄素地と極めて高い密着性を保持してお
り、溶湯と接触した際の熱衝撃によって自壊したり剥離
することがなく、安定した性能を発揮することができ
る。

【００２９】上述したカロライジング処理によって、ア
ルミニウム拡散被覆層４の表面には、２〜３μｍの厚さ
のアルミナ被膜５が形成されるが、更に安定した厚いア
ルミナ被膜５を形成するためには、カロライジング処理
を施した冷却用パイプ２を、大気中で８５０〜１０００
℃の温度で５〜２０時間再加熱すればよく、これによっ
て５〜３０μｍの厚さのアルミナ被膜５を形成させるこ
とができる。

【００３０】上記のようにして外面にアルミニウム拡散
被覆層４が形成された冷却用パイプ２を、所定形状の鋳
型内にセットし、鋳鉄溶湯を鋳込んで冷却用パイプ２を
鋳包む。この鋳鉄溶湯の鋳包み時および鋳型内冷却時
に、冷却用パイプ２内に５〜３００Ｎｍ³ ／Ｈの流量の
不活性ガスを流す。これによって、冷却用パイプ２の内
表面に生ずる酸化が防止される。

【００３１】従って、凝固の遅い極肉厚の鋳鉄品であっ
ても、溶湯による酸化が生ずることはなく健全にパイプ
を鋳込むことができる。なお、不活性ガスの流量が５Ｎ
ｍ³／Ｈ未満では空気との置換が不十分であり、一方、
不活性ガスの流量が３００Ｎｍ³ ／Ｈを超えると空気と
の置換効果は変わらなくなってコスト高となる。不活性
ガスの好ましい流量は、１５０〜２５０Ｎｍ³ ／Ｈであ
る。

【００３２】この発明においては、上述したように、冷
却用パイプ２が鋳鉄溶湯によって鋳包まれた鋳鉄品であ
ることにより、鋳造性がよく、引け巣が生じにくく、耐
力および鋳造歩留りが高く且つ製造コストが低い、鋳造
品質の優れた経済的な鋳包み品が得られる。

【００３３】この発明における冷却用パイプ鋳包み鋳鉄
品としては、上述した高炉用クーリングステーブに限ら
れるものではなく、例えば、射出成形機用金型等、冷却
水が循環する冷却用パイプが鋳包まれた各種鋳鉄品に適
用することができる。

【００３４】

【実施例】次に、この発明を実施例に基づいて説明す
る。 〔実施例１〕下記材質の高炉用クーリングステーブを、
この発明の方法によって製造した。 (1) クーリングステーブ 材質 ：ＦＣＤ４００ 鋳放寸法：長さ１１００ｍｍ、幅９００ｍｍ、鋳物肉厚
２５０ｍｍ (2) 鋳包まれる金属パイプ 材質 ：ＳＴＳ３７０Ｔ（カロライジング処理によっ
て外面にアルミニウム拡散被覆層を形成） 管寸法：外径６０．５ｍｍ、厚さ３．２ｍｍ （3) カロライジング処理のための滲透剤： Fe−Al（Al含有量３５wt.%）：８０wt.%、 アルミナ粉 ：１９wt.%、 塩化アンモニウム粉 ： １wt.% 金属パイプを、上記滲透剤と共に鋼板製半密閉容器内に
収容し、１０００℃の温度で１０時間加熱することによ
って、金属パイプの外面に、表面Ａｌ濃度３０wt.%、Ａ
ｌ拡散層厚さ３５０μｍのアルミニウム拡散被覆層を形
成した。

【００３５】このようにして外面にアルミニウム拡散被
覆層が形成された金属パイプを所定形状の鋳型内にセッ
トし、１３５０℃の温度で鋳鉄溶湯を鋳込んだ。鋳込み
時には、窒素ガスを１００Ｎｍ³ ／Ｈ×３Ｈの流量で、
金属パイプ内に吹き込み空気と置換した。

【００３６】かくして、パイプ表面の酸化は防止され、
冷却用パイプが鋳包まれたクーリングステーブを、亀裂
や溶損等が生ずることなく製造することができた。 〔実施例２〕下記の射出成形機用金型を、この発明の方
法によって製造した。 (1) 金型 材質 ：ＦＣＤ５００ 鋳放寸法：長さ１０００ｍｍ、幅１０００ｍｍ、鋳物肉
厚３００ｍｍ (2) 鋳包まれる冷却用パイプ 材質 ：ＳＴＳ３７０Ｔ（カロライジング処理によっ
て内外面にアルミニウム拡散被覆層を形成） 管寸法 ：外径２５．０ｍｍ、厚さ３．２ｍｍ (3) カロライジング処理のための滲透剤： Fe−Al（Al含有量４５wt.%）：８０wt.%、 アルミナ粉 ：１９wt.%、 塩化アンモニウム粉 ： １wt.% 金属パイプを、上記滲透剤と共に鋼板製半密閉容器内に
充填し、１０３０℃の温度で１５時間加熱することによ
って、金属パイプの外面に、表面Ａｌ濃度３８wt.%、Ａ
ｌ拡散層厚さ４５０μｍのアルミニウム拡散被覆層を形
成した。その後、大気中で９５０℃の温度で８時間加熱
することにより、アルミニウム拡散被覆層の表面に１０
〜１５μｍの厚さのアルミナ被膜を形成した。

【００３７】このようにして外面にアルミニウム拡散被
覆層およびアルミナ被膜が形成された金属パイプを、所
定形状の鋳型内にセットし、１３４０℃の温度で鋳鉄溶
湯を鋳込んだ。鋳込み時には、窒素ガスを１００Ｎｍ³
／Ｈ×２Ｈの流量で金属パイプ内に吹き込み空気と置換
した。

【００３８】かくして、冷却用パイプが鋳包まれた金型
を、亀裂や溶損等が生ずることなく製造することができ
た。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
金属パイプの外面に、カロライジング処理によってアル
ミニウム拡散被覆層が形成された冷却用パイプが非融着
の状態で鋳包みされているので、仮に、熱的ショックそ
の他で鋳鉄品本体に亀裂等が発生しても、管体への亀裂
の伝播は防止され、また、製造の際には少量の窒素ガス
を流せばよく経済的である等、多くの工業上有用な効果
がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】冷却用パイプ鋳包み鋳鉄品の一例としての高炉
用クーリングステーブの一実施態様を示す概略平面図で
ある。

【図２】冷却用パイプの拡大断面図である。

【符号の説明】

１ クーリングステーブ本体 ２ 冷却用パイプ ３ 金属パイプ ４ アルミニウム拡散被覆層 ５ アルミナ被膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安長 光彦 広島県福山市鋼管町１番地 ＮＫＫ福山製 鉄所内 日本鋳造株式会社福山事業所内 (72)発明者 劉 志民 神奈川県川崎市川崎区白石町２番１号 日 本鋳造株式会社内 (72)発明者 西 亮 長野県西彼杵郡時津町久留里郷字永之浦 376−10 滲透工業株式会社長崎工場内 (72)発明者 梅野 堅司 長野県西彼杵郡時津町久留里郷字之浦376 −10滲透工業株式会社長崎工場内 Ｆターム(参考） 4K015 CA05

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属パイプの外面に、カロライジング処
   理によってアルミニウム拡散被覆層が形成された冷却用
   パイプが、非融着の状態で鋳包みされていることを特徴
   とする冷却用パイプ鋳包み鋳鉄品。
2. 【請求項２】 前記冷却用パイプの外面に形成された前
   記アルミニウム拡散被覆層の表面に、５〜３０μｍの厚
   さのアルミナ被膜が形成されている、請求項１に記載の
   冷却用パイプ鋳包み鋳鉄品。
3. 【請求項３】 金属パイプに対しカロライジング処理を
   施して、前記金属パイプの外面にアルミニウム拡散被覆
   層を形成し、このように金属パイプの外面にアルミニウ
   ム拡散被覆層が形成された冷却用パイプを、所定形状の
   鋳型内にセットし、鋳鉄溶湯を鋳込むことによって、前
   記冷却用パイプを鋳包むことを特徴とする、冷却用パイ
   プ鋳包み鋳鉄品の製造方法。
4. 【請求項４】 前記所定形状の鋳型内にセットされた前
   記冷却用パイプ中に、５〜３００Ｎｍ³ ／Ｈの流量の不
   活性ガスを流しながら鋳鉄溶湯を鋳込む、請求項３に記
   載の方法。
5. 【請求項５】 金属パイプの外面に、カロライジング処
   理によりアルミニウム拡散被覆層が形成された前記冷却
   用パイプの前記アルミニウム拡散被覆層の表面に、５〜
   ３０μｍの厚さのアルミナ被膜を形成し、このようにア
   ルミニウム拡散被覆層の表面にアルミナ被膜が形成され
   た冷却用パイプを鋳包む、請求項３または４に記載の方
   法。