JP2982997B2 - 金属管の水平連続鋳造方法及び水平連続鋳造機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、外型及び中子により形
成される管状の隙間に流し込んだ溶融金属を固化させて
鋳造する金属管の水平連続鋳造方法及び水平連続鋳造機
に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属管には、板状をカールして溶接する
ことにより作製する溶接管と、押出しや鋳造にて作製す
る継ぎ目無し管とがある。溶接管は溶接部の信頼性に問
題があり、気密性が必要な場合には継ぎ目無し管を用い
る。この継ぎ目無し管は、押出しや鋳造にて製造された
素管を管専用のダイスにて所定寸法に仕上げ、必要に応
じて焼鈍して軟質材に改質させて使用する。

【０００３】この管の鋳造方法には様々の方式がある
が、小規模の生産を行う場合には、間欠引き出しによる
水平連続鋳造方法が用いられる。この水平連続鋳造方法
は、溶湯（溶解した銅及び銅合金等）を溶融状態に保つ
保持炉に入れ保持炉下方に設けられた穴から溶湯を鋳型
に流しこんで固化させて引き出すものである。鋳型は、
素管の外径をきめる外型（ダイスまたはノズル）及び素
管の内径をきめる中子（マンドレル）から構成され、両
者の隙間が管状になるように組み合わされ、その隙間に
溶湯を流し込む。

【０００４】図４は、銅管の水平連続鋳造機の一例を示
す断面図である。同図において、１１は溶湯１２を溶融
状態に保つ保持炉であり、下方に設けられた流出口１１
ａから鋳型１３内に溶湯１２を流し込む。鋳型１３はグ
ラファイト製の円筒状の外型１３ａ及び中子１３ｂから
構成されている。外型１３ａの周囲の銅管の引き出し側
に設けられ、耐熱製の鋳鉄等で作られた冷却器１５は、
内部に冷却水を流して外型１３ａを冷却することにより
鋳型１３内に流し込まれた溶湯１２を冷却して固化させ
る。冷却水の量は図示されない調節器で調整され、その
量で溶湯１２の固化位置が決められる。冷却用スプレー
１７は固化した銅を二次冷却する。引き抜き用ピンチロ
ール１８は二次冷却した銅を固化した分だけ水平方向に
引き出す。以上の工程を繰り返すことにより、銅管１６
が鋳造される。

【０００５】図５ａ、図５ｂに中子１３ｂの形状を示
す。図５ａは、中子１３ｂを側面から見た場合の外観図
であり、図５ｂは、図５ａのＡ方向即ち銅管１６の引き
出し方向から見た図である。中子１３ｂは、溶湯１２が
流し込まれる側の上部及び下部にねじ部１３ｂ₀ をも
ち、外型１３ａにねじ込み式で取り付けた状態で外型１
３ａとの隙間に溶湯１２を流し込むことができるよう
に、ねじ部１３ｂ₀ の側面がカットされている。棒部１
３ｂ₁ は、外型１３ａに取り付けた状態で外型１３ａと
の隙間の断面形状が鋳造しようとする銅管１６の断面形
状になるように設計されている。

【０００６】図４に示す水平連続鋳造機を用いて銅管１
６を鋳造する場合、その鋳造管の内径は、中子１３ｂの
棒部１３ｂ₁ の外径によって決められ、一方、鋳造管の
外径は外型１３ａの内径によってきめられる。例えば中
子として、図５ａ、５ｂに示す形状で長さが外型１３ｂ
の半分であるものを使用し、冷却器１５に流す冷却水の
水量を調節し銅管１６を鋳造すると、外径１８mmφ、内
径１６．４mmφ（肉厚０．８mm）の銅管１６を鋳造でき
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで銅管１６の内
径（肉厚）を変更するときは、鋳型１３を取り外して中
子１３ｂを交換する必要がある。この鋳型１３の取り外
しを行うためには、保持炉１１を一端冷却する必要があ
り、多くの工数を必要とする。例えば、上記の中子１３
ｂを用いた銅管１６と外径が同じ１８mmφで、内径１
５．６mmφ（肉厚１．２mm）の銅管を鋳造するために
は、細い外径の中子に交換しなければならず、保持炉１
１の冷却に２０時間、鋳型１３の取り外し及び中子１３
ｂの交換、鋳型の再取り付けに４時間を要する。その
後、保持炉１１の加熱、銅の溶融というように、多くの
時間がかかるという問題がある。

【０００８】ところで、溶湯１２は固化すると凝固収縮
がおきる。また、外型１３ａの材質であるグラファイト
と金属は一般的に熱膨張係数が大きく違い、例えば、銅
は炭素（グラファイトの原料）に比べ熱膨張係数が１０
倍以上である。よって溶湯１２は鋳型１３内で凝固時に
収縮すると共に、鋳型１３から引き出される過程で、冷
却による収縮が再度起きる。この冷却による内径縮小に
より、中子１３ｂの長さが長く、肉厚の薄い銅管を鋳造
する場合等は、長手方向に亀裂が生じたり、中子１３ｂ
と銅管１６の内面とが接触してその摩擦により傷が付い
たり、ときには極度の冷却収縮により、グラファイト製
の中子１３ｂを破壊する等の問題がある。

【０００９】よって通常は、上記したように外型１３ａ
に比べ中子１３ｂの長さは短く設計するが、この場合、
中子１３ｂの先端が外型１３ａの内部にあるため、外型
１３ａへの仮取り付け時の偏心測定が正確に行えない。
よって、外型１３ａの内面と中子１３ｂの外面との間隔
調整が正確に行えず、その間隔が微妙にばらついて、例
えば外径１８mmφ、内径１５．６mmφ（肉厚１．２mm）
の寸法に鋳造すべき金属管は、肉厚の最大部分が１．５
mm、最小部分が０．９mmとばらつきが大きくなる等の問
題がある。

【００１０】なお、中子１３ｂを長くしたまま先細りに
して、上記の摩擦による問題及び偏心調整の問題を解決
しようとしても、冷却条件の微妙なばらつきにより、凝
固位置が移動し、鋳造する銅管の内径がばらついてしま
うという新たな問題が発生する。

【００１１】よって本発明は、上述した従来の問題点に
鑑み、外型と中子とにより形成される管状の隙間に溶融
金属を流し込んで固化させた後、間欠的に引き出して金
属管を鋳造する金属管の水平連続鋳造方法において、中
子を交換することなく様々の内径の金属管を鋳造可能な
水平連続鋳造方法を提供することを目的とする。

【００１２】また本発明の他の目的は、外型と中子とに
より管状に形成される隙間に保持炉から溶融金属が流し
込まれる鋳型と、前記隙間に流し込まれる溶融金属を固
化させる固化手段と、固化した金属を前記隙間から間欠
的に引き出す引き出し手段とを備える金属管の水平連続
鋳造機において、中子を交換することなく様々の内径の
金属管を鋳造可能な水平連続鋳造機を提供することにあ
る。

【００１３】また本発明の他の目的は、前記水平連続鋳
造機において、隙間に流し込まれる溶融金属の固化位置
を安定させることにより、金属管を安定して鋳造可能な
水平連続鋳造機を提供することにある。

【００１４】また本発明の他の目的は、前記水平連続鋳
造機において、隙間に流し込まれる溶融金属の固化位置
を鋳造すべき金属管の内径に対応させて移動させること
により、様々の内径の金属管を安定して鋳造可能な水平
連続鋳造機を提供することにある。

【００１５】さらに本発明の他の目的は、前記水平連続
鋳造機において、外型の内径に対する中子の偏心を正確
に調整することにより、肉厚のばらつきの少ない様々の
内径の金属管を鋳造することができる水平連続鋳造機を
提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の金属管の水平連続鋳造方法は、保持炉によ
り溶融状態に保った溶融金属を、鋳型を構成する外型と
中子とにより形成される管状の隙間に流し込んで固化さ
せた後、間欠的に引き出して金属管を鋳造する金属管の
水平連続鋳造方法において、前記中子として、外径が前
記金属管の引き出し方向に階段状に小さくなるものを使
用し、前記中子の各段の中から鋳造すべき金属管の内径
に対応した段を選択し、その段上で前記隙間内における
前記溶融金属の固化を行うことを特徴とする。

【００１７】また、本発明の金属管の水平連続鋳造機
は、溶融金属を溶融状態に保つ保持炉と、外型と中子と
により管状に形成される隙間に前記保持炉から前記溶融
金属が流し込まれる鋳型と、前記隙間に流し込まれた前
記溶融金属を固化させる固化手段と、前記固化した金属
を前記隙間から間欠的に引き出す引き出し手段とを備え
る金属管の水平連続鋳造機において、前記中子が、前記
金属管の引き出し方向に階段状に小さくなる外径を有
し、前記固化手段が、前記隙間内における前記溶融金属
の固化を、前記中子の各段の中から鋳造すべき金属管の
内径に応じて選択した段上で行わせることを特徴とす
る。

【００１８】さらに、本発明の金属管の水平連続鋳造機
は、前記固化手段が、前記鋳型の周囲の前記金属管が引
き出される側に設けられ、前記鋳型を冷却する冷却器か
らなることを特徴とする。

【００１９】さらに、本発明の金属管の水平連続鋳造機
は、前記鋳型の周囲の前記溶融金属が流し込まれる側に
設けられ、前記鋳型を加熱する加熱器を更に備えること
を特徴とする。

【００２０】さらに、本発明の金属管の水平連続鋳造機
は、前記中子の先端と前記外型の内面の前記金属管を引
き出す側の縁部とが略同一面にあることを特徴とする。

【００２１】

【作用】本発明の金属管の水平連続鋳造方法によれば、
外径が金属管の引き出し方向に階段状に小さくなる中子
を使用し、鋳型を構成する外型と中子とにより形成され
る管状の隙間に流し込んだ溶融金属の固化を、中子の各
段の中から鋳造すべき金属管の内径に対応して選択した
段上で行うので、中子を交換することなく、中子の各外
径に対応するさまざまの内径の金属管を鋳造することが
できる。

【００２２】また、本発明の金属管の水平連続鋳造機に
よれば、外型と金属管の引き出し方向に階段状に小さく
なる外径を有する中子とにより管状に形成される隙間に
保持炉から溶融金属を流し込まれる鋳型と、前記中子の
各段の中から鋳造すべき金属管の内径に応じて選択した
段上で隙間内に流し込まれた溶融金属の固化を行わせる
固化手段と、固化した金属を前記隙間から間欠的に引き
出す引き出し手段とを備えるので、中子を交換すること
なく、中子の各外径に対応するさまざまの内径の金属管
を鋳造することができる。

【００２３】また、前記固化手段が、前記鋳型の周囲の
前記金属管が引き出される側に設けられ、鋳型を冷却す
る冷却器からなるので、前記金属管が引き出される側か
ら溶融金属が流し込まれる側に向けて鋳型を冷却するこ
とにより、鋳造すべき金属管の内径に対応する前記中子
の外径部分で前記隙間に流し込んだ溶融金属を冷却して
固化させ、金属管を安定して鋳造することができる。

【００２４】さらに、前記鋳型の周囲の前記溶融金属が
流し込まれる側に設けられ、前記鋳型を加熱する加熱器
を更に備えるので、前記鋳型の温度分布を更に変化させ
ることができる。よって、前記隙間に流し込まれる溶融
金属の固化位置を鋳造すべき金属管の内径に対応させて
移動させて、様々の内径の金属管を安定して鋳造するこ
とができる。

【００２５】さらに、本発明の金属管の水平連続鋳造機
は、前記中子の先端と前記外型の内面の前記金属管を引
き出す側の縁部とが略同一面にあるので、外型の内径に
対する中子の外径の偏心を正確に測定することができ
る。従って、中子の偏心調整を正確に行えるので、肉厚
のばらつきの少ない様々の内径の金属管を中子を交換す
ることなく鋳造することができる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１は、本発明にかかる水平連続鋳造機の一実施例
を示す断面図である。同図において、１は溶解された銅
（溶湯）２を溶融状態に保ち、下方に設けられた流出口
１ａから鋳型３内に溶湯２を流し込む保持炉である。鋳
型３の周囲の溶湯２が流し込まれる側には、鋳型３を加
熱する加熱器４が取り付けられている。また、鋳型３の
周囲の銅管６の引き出し側には、耐熱製の鋳鉄等で作ら
れ、内部を循環する冷却水９により鋳型３を冷却する溶
融金属固化手段としての冷却器５が取り付けられてい
る。７は鋳造された銅管６を二次冷却する冷却用スプレ
ーであり、８は二次冷却された銅管６を引き出すピンチ
ロールである。

【００２７】鋳型３はグラファイトからなる円筒状の外
型３ａ及び中子３ｂから構成されている。鋳造機の側面
から見た中子３ｂの外観図を図２ａに、図２ａ中のＡ方
向（銅管６の引き出し側）から見た中子３ｂの外観図を
図２ｂに示す。両図において、中子３ｂは棒状で、その
外径は鋳造する銅管６の引き出し方向に階段状に減少し
ており、３ｂ₁ 、３ｂ₂ 、３ｂ₃ 、３ｂ₄ 部分の外径は
それぞれ１６．４mmφ、１６．０mmφ、１５．６mmφ、
１５．０mmφである。また中子３ｂの長さは外型３ａと
同じであり、中子３ｂの先端と外型３ａの内面の金属管
６を引き出す側の縁部とが略同一面になるように、ねじ
部３ｂ₀ により外型３ａの保持炉１側の端面にねじ込み
式で取り付けられて固定されている。

【００２８】中子３ｂを外型３ａに取り付けるときに
は、階段状の中子３ｂの外径と外型３ａの内径とにより
形成される管状の隙間の間隔が中子３ｂの各段３ｂ₁ 〜
３ｂ₄において均一になるように、外型３ａの内径に対
する中子３ｂの偏心を調整する。この偏心調整は、中子
３ｂを外型３ａに仮取り付けして偏心を測定し、その測
定値に基づいて、図３に示すように外型３ａと中子３ｂ
との接触面にシート状のグラファイト２１を挿入して偏
心を減少させた状態で中子３ｂの本取り付けを行うこと
により行っている。

【００２９】なお、中子３ｂの先端は外型３ａの銅管６
の内面の引き出し側の縁部と同一平面上になっているの
で、上記偏心測定及びグラファイト２１による偏心調整
を正確かつ簡単に行うことができる。

【００３０】以下に、上記構造の水平連続鋳造機を用い
て外径が１８mmφで内径の異なる銅管を順次鋳造する場
合について説明する。

【００３１】まず、溶湯２を保持炉１の下方に設けられ
た流出口１ａから鋳型３の管状の隙間に順次流し込みな
がら、溶融金属固化手段としての冷却器５内に冷却水を
流して外型３ａを冷却させることにより、溶湯２を次第
に固化させ、固化した銅の先端をピンチロール８に挟み
込む。

【００３２】続いて、加熱器４は作動させず、冷却器５
内に大量の冷却水を流して外型３ａ全体を冷却させると
ともに、ピンチロール８の回転を制御して、固化した銅
を０．５秒間引き取って４．５秒間停止させるというサ
イクルを繰り返し、鋳型３内の中子の３ｂ₁ 部分（外径
１６．４mmφ）で溶湯２を固化させる。このサイクルを
線速３００mm／分になるように連続して固化した銅６を
引き出すことにより、内径１６．４mmφ（肉厚０．８m
m）の銅管を連続鋳造することができる。

【００３３】続いて、上記の内径１６．４mmφの銅管鋳
造時よりも冷却器５内に流す水量を少量にして、外型３
ａ全体の中で、中子の最大外径部分である３ｂ₁ 部分に
対応する部分以外の領域（３ｂ₂ 、３ｂ₃ 、３ｂ₄ 部分
に対応する領域）のみを冷却させるとともに、上記サイ
クルを連続して繰り返して、鋳型３内の中子の３ｂ₂部
分（外径１６．０mmφ）で溶湯２を固化させることによ
り内径１６．０mmφ（肉厚１．０mm）の銅管を連続鋳造
することができる。

【００３４】続いて、上記の内径１６．０mmφの銅管鋳
造時よりも冷却器５内に流す量をさらに少量にして、外
型３ａ全体の中で、中子の３ｂ₃ 及び３ｂ₄ 部分に対応
する領域のみを冷却させるとともに、上記サイクルを連
続して繰り返して、鋳型３内の中子の３ｂ₃ 部分（外径
１５．６mmφ）で溶湯２を固化させる。こうして内径１
５．６mmφ（肉厚１．２mm）の銅管を連続鋳造すること
ができる。

【００３５】続いて、加熱器４を作動させて外型３ａを
溶湯２の流し込み側から外型３ａを加熱することによ
り、外型３ａ全体の中で、３ｂ₄ 部分に対応する領域の
みが冷却されるように外型３ａの温度分布を変化させる
と共に、上記サイクルを連続して繰り返して、鋳型３内
の中子の３ｂ₄ 部分（外径１５．０mmφ）で溶湯２を固
化させる。こうして内径１５．０mmφ（肉厚１．５mm）
の銅管を連続鋳造することができる。

【００３６】上述のように本実施例の水平連続鋳造機
は、中子３ｂとして、外径が銅管６の引き出し方向に階
段状に小さくなるものを使用している。また、外型３ａ
の周囲の銅管６が引き出される側に設けられた冷却器５
内に流す冷却水の水量を変化させ、更に、外型３ａの周
囲の溶湯２が流し込まれる側に設けられた加熱器４をオ
ン・オフさせることにより外型３ａの温度分布を変化さ
せ、外型３ａと中子３ｂとにより形成される管状の隙間
内に流し込んだ溶湯２の固化位置を自由に変化させるこ
とができる。従って、中子３ｂの各段の中から鋳造すべ
き金属管の内径に対応して選択した段上で溶湯２を固化
させて、中子３ｂの各外径に対応した内径を持つ銅管６
を中子３ｂを交換することなく鋳造することができる。

【００３７】また、中子３ｂは銅管６の引き出し方向に
向かって段階的に減少する形状となっているため、鋳造
する銅管６の冷却による収縮がおきても、銅管６の内面
と中子３ｂの外面との接触は少なく、銅管６の内径縮小
による接触摩擦はほとんど発生しない。よって銅管６の
内面に傷が発生することは殆どない。

【００３８】また、外型３ａの銅管引き抜き側の面と中
子３ｂの先端とが略同一面にあるので、鋳造前に外型３
ａに対する中子３ｂの偏心調整を正確に行うことができ
る。よって、鋳造する銅管６の肉厚のばらつきが少なく
なるという利点がある。

【００３９】なお本実施例では中子３ｂは４段構成であ
ったが、さらに他段にし、例えば加熱器４の加熱量を変
化させ、冷却器５に流す冷却水量の変化との組み合わせ
により、溶湯２の固化位置をさらに細かく変化させるこ
とで、一つの中子でさらにさまざまの内径の銅管を鋳造
することができる。

【００４０】また、本実施例では溶解した銅（溶湯）を
用いて銅管を鋳造したが、他の金属の鋳造も行えること
は言うまでもない。しかしその場合、銅と物性が異なる
ので、所定の位置で固化が行われるように加熱器４及び
冷却器５を調節する必要がある。

【００４１】また、本実施例では中子３ｂの各段の断面
形状は円形であったが、先端に向かうに従い径が細くな
るのであれば、各段の断面形状を楕円、三角形または他
の多角形などにして、色々な内径をもつ楕円管、三角管
及び他の多角形管を中子を交換することなく安定して鋳
造することができる。

【００４２】また、本実施例では中子３ｂはネジ部３ｂ
₀ をもち、ねじ込み式で外型３ａに取り付けたが、中子
３ｂの取り付け部の形状を変化させ、はめ込み式で取り
付けてもよい。なお、はめ込み式で外型３ａに中子３ｂ
を取り付けた場合も中子３ｂの偏心の調整をねじ込み式
で取り付けた場合と同様に行える。

【００４３】また、以上の実施例では、冷却器５は鋳型
３の周囲の銅管６の引き出し側に、また加熱器４は鋳型
３の周囲の溶湯２が流し込まれる側というように、冷却
器５及び加熱器４を所定位置に固定し、冷却器５内を循
環する水量を変化させたり、加熱器４をオン・オフした
りして、溶湯２の固化位置を変化させたが、加熱器４及
び冷却器５のいづれか一方または両方を外型３ａの長手
方向に移動させることにより、鋳型３の温度分布を変化
させ、中子３ｂの各段の中から鋳造すべき金属管６の内
径に対応した段上で、鋳型３内の溶湯２の固化を行わせ
てもよい。

【００４４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、鋳造する
金属管の内径を変更するときも中子を交換する必要がな
い。よって、鋳型取り外し及び中子の交換、鋳型の再取
り付け等の時間のかかる作業を行う必要がなく、生産コ
ストが大幅に安くなる。

【００４５】また、鋳造管の内面に傷を発生させること
なく中子を長くして、外型の鋳造管引き抜き側の面と中
子の先端とを略同一面にすることができる。したがっ
て、鋳造前に外型に対する中子の偏心調整を正確に行う
ことができ、肉厚のばらつきの少ない金属管を安定して
鋳造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の金属管の水平連続鋳造機の一例を示す
断面図である。

【図２】図１に示す中子３ｂの形状を示す図であり、
（ａ）部は側面から見た外観図、（ｂ）部は（ａ）部の
Ａ方向から見た外観図である。

【図３】図１に示す外型３ａ及び中子３ｂの偏心調整後
の取り付け状態を示す図である。

【図４】従来の金属管の水平連続鋳造機の一例を示す断
面図である。

【図５】図４に示す中子１３ｂの形状を示す図であり、
（ａ）部は側面から見た外観図、（ｂ）部は（ａ）部の
Ａ方向から見た外観図である。

【符号の説明】

１、１１ 保持炉 ２、１２ 溶湯 ３ａ、１３ａ 外型 ３ｂ、１３ｂ 中子 ４ 加熱器 ５、１５ 冷却器 ６、１６ 銅管 ８、１８ ピンチロール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22D 11/04 114 B22D 11/04 314 B22C 9/10 B22D 11/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 保持炉により溶融状態に保った溶融金属
   を、鋳型を構成する外型と中子とにより形成される管状
   の隙間に流し込んで固化させた後、間欠的に引き出して
   金属管を鋳造する金属管の水平連続鋳造方法において、 前記中子として、外径が前記金属管の引き出し方向に階
   段状に小さくなるものを使用し、 前記中子の各段の中から鋳造すべき金属管の内径に対応
   した段を選択し、その段上で前記隙間内における前記溶
   融金属の固化を行うことを特徴とする金属管の水平連続
   鋳造方法。
2. 【請求項２】 溶融金属を溶融状態に保つ保持炉と、外
   型と中子とにより管状に形成される隙間に前記保持炉か
   ら前記溶融金属が流し込まれる鋳型と、前記隙間に流し
   込まれた前記溶融金属を固化させる固化手段と、前記固
   化した金属を前記隙間から間欠的に引き出す引き出し手
   段とを備える金属管の水平連続鋳造機において、 前記中子が、前記金属管の引き出し方向に階段状に小さ
   くなる外径を有し、 前記固化手段が、前記隙間内における前記溶融金属の固
   化を、前記中子の各段の中から鋳造すべき金属管の内径
   に応じて選択した段上で行わせることを特徴とする金属
   管の水平連続鋳造機。
3. 【請求項３】 前記固化手段が、前記鋳型の周囲の前記
   金属管が引き出される側に設けられ、前記鋳型を冷却す
   る冷却器からなることを特徴とする請求項２記載の金属
   管の水平連続鋳造機。
4. 【請求項４】 前記鋳型の周囲の前記溶融金属が流し込
   まれる側に設けられ、前記鋳型を加熱する加熱器を更に
   備えることを特徴とする請求項２又は３記載の金属管の
   水平連続鋳造機。
5. 【請求項５】 前記中子の先端と前記外型の内面の前記
   金属管を引き出す側の縁部とが略同一面にあることを特
   徴とする請求項２乃至４のいづれかに記載の金属管の水
   平連続鋳造機。