JP3299506B2 - 鋳型の冷却方法および鋳造装置 - Google Patents
鋳型の冷却方法および鋳造装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋳型の冷却方法お
よび鋳造装置に関するもので、特に、大型鋼塊用（１１
０トン以上の鋼塊）の鋳型の冷却方法および鋳造装置に
関するものである。
よび鋳造装置に関するもので、特に、大型鋼塊用（１１
０トン以上の鋼塊）の鋳型の冷却方法および鋳造装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、タービンロータ、大型反応容器
（シェル）等用の鋼塊は鋳造により製造されている。そ
の後、この鋼塊は鍛造、熱処理、機械加工等の製造工程
を経て最終製品に加工されている。前記鋳造工程では、
電気炉等により所定の成分に調整された溶湯が、鋳鉄製
の鋳型に上注ぎされ、この鋳込まれた溶湯は鋳型内で凝
固、冷却されて鋼塊が製造される。鋼塊、特に大型鋼塊
の鋳造工程は、図１０に示すような、真空鋳造法が用い
られることが多い。この真空鋳造法は、真空チャンバー
６内に鋳型１を配設し、真空排気口１４から図示しない
大型の真空ポンプ又はスチームエジェクタにより排気し
ながら、溶湯を鋳型１に注入するものである。このと
き、溶湯は細かい粒滴１１となり、溶湯中の有害ガス
（主に水素ガス）が除去される。鋼塊中に、水素が残留
すると水素割れ原因となり、特に、大型鋼塊は割れ感受
性が高く、さらに割れた場合の影響も大きい。このた
め、大型鋼塊の製造には真空鋳造法が用いられている。
そして、この大型鋼塊は、鋳型とともに、真空チャンバ
ー内に所定の時間静置後、鍛錬のために加熱炉で加熱す
るのが通常である。
（シェル）等用の鋼塊は鋳造により製造されている。そ
の後、この鋼塊は鍛造、熱処理、機械加工等の製造工程
を経て最終製品に加工されている。前記鋳造工程では、
電気炉等により所定の成分に調整された溶湯が、鋳鉄製
の鋳型に上注ぎされ、この鋳込まれた溶湯は鋳型内で凝
固、冷却されて鋼塊が製造される。鋼塊、特に大型鋼塊
の鋳造工程は、図１０に示すような、真空鋳造法が用い
られることが多い。この真空鋳造法は、真空チャンバー
６内に鋳型１を配設し、真空排気口１４から図示しない
大型の真空ポンプ又はスチームエジェクタにより排気し
ながら、溶湯を鋳型１に注入するものである。このと
き、溶湯は細かい粒滴１１となり、溶湯中の有害ガス
（主に水素ガス）が除去される。鋼塊中に、水素が残留
すると水素割れ原因となり、特に、大型鋼塊は割れ感受
性が高く、さらに割れた場合の影響も大きい。このた
め、大型鋼塊の製造には真空鋳造法が用いられている。
そして、この大型鋼塊は、鋳型とともに、真空チャンバ
ー内に所定の時間静置後、鍛錬のために加熱炉で加熱す
るのが通常である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、これら鋼塊
の鋳造に用いられる鋳型の寿命は、表１に示すように、
鋼塊が大型化するほどに低下する傾向がある。ここで、
表１はタービンロータ、大型反応容器（シェル）等に用
いられる大型鋼塊用鋳型の寿命までの使用回数を示すも
のである。このように、鋼塊が大型化することにより、
それに用いる鋳型の寿命が低下して早期に廃却しなけば
ならないのが現状である。さらに、１００トン以上の鋼
塊用鋳型の寿命は、数トンから数十トンクラスの鋼塊用
鋳型の寿命（約１００ｃｈ以上）に比べて著しく低くな
る問題がある。さらに、このような大型鋼塊用鋳型の製
作費は高価なものであり、大型鋼塊の製造コストをさら
に高くする問題がある。このため、大型鋼塊用鋳型の省
資源化および大型鋼塊の製造コストの低減のために大型
鋼塊用鋳型の高寿命化が要望されている。
の鋳造に用いられる鋳型の寿命は、表１に示すように、
鋼塊が大型化するほどに低下する傾向がある。ここで、
表１はタービンロータ、大型反応容器（シェル）等に用
いられる大型鋼塊用鋳型の寿命までの使用回数を示すも
のである。このように、鋼塊が大型化することにより、
それに用いる鋳型の寿命が低下して早期に廃却しなけば
ならないのが現状である。さらに、１００トン以上の鋼
塊用鋳型の寿命は、数トンから数十トンクラスの鋼塊用
鋳型の寿命（約１００ｃｈ以上）に比べて著しく低くな
る問題がある。さらに、このような大型鋼塊用鋳型の製
作費は高価なものであり、大型鋼塊の製造コストをさら
に高くする問題がある。このため、大型鋼塊用鋳型の省
資源化および大型鋼塊の製造コストの低減のために大型
鋼塊用鋳型の高寿命化が要望されている。
【０００４】
【表１】
【０００５】この大型鋼塊用鋳型の寿命低下の原因は、
鋼塊の大型化に伴い、鋳型が高温で保持される時間が長
くなったために生じたものと考えられる。しかしなが
ら、従来、鋳型を冷却することにより鋳型寿命の向上を
図ることは考慮されていなかった。
鋼塊の大型化に伴い、鋳型が高温で保持される時間が長
くなったために生じたものと考えられる。しかしなが
ら、従来、鋳型を冷却することにより鋳型寿命の向上を
図ることは考慮されていなかった。
【０００６】なぜなら、溶湯が注入された状態での大型
鋼塊用鋳型の冷却を効率よく冷却することが困難であ
る。すなわち、溶湯が注入された状態での大型鋼塊用鋳
型は、重量が大きいため熱容量が多く、かつ、単重量当
たりの表面積が小さいので、外部からの冷却効果が少な
いためである。このような溶湯が注入された状態での大
型鋼塊用鋳型を効率よく冷却するためには、例えば、冷
却ガスを送風するための大容量の送風機を多数設ける
と、冷却設備の投資に多大の費用を必要とすることとな
る。さらに、大型鋼塊は真空鋳造法で主に製造されるの
で、真空チャンバー内にこれら冷却設備を設ける必要が
ある。しかし、真空チャンバー内に送風機等を設けるス
ペースがなく、たとえ、設けることができたとしても、
真空チャンバーの有効容積を減少させるという問題も生
じる。
鋼塊用鋳型の冷却を効率よく冷却することが困難であ
る。すなわち、溶湯が注入された状態での大型鋼塊用鋳
型は、重量が大きいため熱容量が多く、かつ、単重量当
たりの表面積が小さいので、外部からの冷却効果が少な
いためである。このような溶湯が注入された状態での大
型鋼塊用鋳型を効率よく冷却するためには、例えば、冷
却ガスを送風するための大容量の送風機を多数設ける
と、冷却設備の投資に多大の費用を必要とすることとな
る。さらに、大型鋼塊は真空鋳造法で主に製造されるの
で、真空チャンバー内にこれら冷却設備を設ける必要が
ある。しかし、真空チャンバー内に送風機等を設けるス
ペースがなく、たとえ、設けることができたとしても、
真空チャンバーの有効容積を減少させるという問題も生
じる。
【０００７】そこで、本発明は、大型鋼塊用鋳型の寿命
を向上させるために、真空鋳造法で用いる鋳造用チャン
バー又は鋳造用ピット内に、簡便な冷却設備を設けるこ
とができ、そして、この冷却設備によって鋳型を効率よ
く冷却し、鋳型寿命を向上できる鋳型の冷却方法および
鋳造装置を提供することを目的とするものである。
を向上させるために、真空鋳造法で用いる鋳造用チャン
バー又は鋳造用ピット内に、簡便な冷却設備を設けるこ
とができ、そして、この冷却設備によって鋳型を効率よ
く冷却し、鋳型寿命を向上できる鋳型の冷却方法および
鋳造装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明のうちで請求項１記載の発明は、鋳造用
チャンバー又は鋳造用ピット内に配設された鋳型内へ溶
湯を鋳造した後の鋼塊の冷却に際して、前記鋳造用チャ
ンバー又は鋳造用ピット内に複数のガス噴射ノズルを設
け、この複数のガス噴射ノズルからの噴射ガスを前記鋳
型の外周部で旋回させて、鋳型内面が６５０℃以上の温
度で保持される時間を短縮することを特徴とするもので
ある。鋳造用チャンバー又は鋳造用ピット内に複数のガ
ス噴射ノズルを設け、この複数のガス噴射ノズルからの
噴射ガスを、前記鋳造用チャンバー又は鋳造用ピットの
内面と前記鋳型の外周部との間で同一方向へ旋回させる
ことによって、噴射ガスと鋳型の外周面との間の熱交換
を促進させて鋳型を効率よく冷却できる。そして、鋳型
を効率よく冷却することによって、鋳型の寿命低下に大
きな影響をあたえる温度領域（６５０℃以上）に、鋼塊
と接する鋳型内面が保持される時間を短縮することがで
き、鋳型寿命を向上できる。
ために、本発明のうちで請求項１記載の発明は、鋳造用
チャンバー又は鋳造用ピット内に配設された鋳型内へ溶
湯を鋳造した後の鋼塊の冷却に際して、前記鋳造用チャ
ンバー又は鋳造用ピット内に複数のガス噴射ノズルを設
け、この複数のガス噴射ノズルからの噴射ガスを前記鋳
型の外周部で旋回させて、鋳型内面が６５０℃以上の温
度で保持される時間を短縮することを特徴とするもので
ある。鋳造用チャンバー又は鋳造用ピット内に複数のガ
ス噴射ノズルを設け、この複数のガス噴射ノズルからの
噴射ガスを、前記鋳造用チャンバー又は鋳造用ピットの
内面と前記鋳型の外周部との間で同一方向へ旋回させる
ことによって、噴射ガスと鋳型の外周面との間の熱交換
を促進させて鋳型を効率よく冷却できる。そして、鋳型
を効率よく冷却することによって、鋳型の寿命低下に大
きな影響をあたえる温度領域（６５０℃以上）に、鋼塊
と接する鋳型内面が保持される時間を短縮することがで
き、鋳型寿命を向上できる。
【０００９】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の発明の構成のうち、鋳型の外周部で旋回させる噴射
ガスの流速を５ｍ／秒以上にすることを特徴とするもの
である。鋳型の外周部で旋回させる噴射ガスの流速を５
ｍ／秒以上にすることによって、噴射ガスと鋳型の外周
部との間の熱交換をより促進させて鋳型をさらに効率よ
く冷却できる。
載の発明の構成のうち、鋳型の外周部で旋回させる噴射
ガスの流速を５ｍ／秒以上にすることを特徴とするもの
である。鋳型の外周部で旋回させる噴射ガスの流速を５
ｍ／秒以上にすることによって、噴射ガスと鋳型の外周
部との間の熱交換をより促進させて鋳型をさらに効率よ
く冷却できる。
【００１０】また請求項３記載の発明は、請求項１又は
２記載の発明を１１０トン以上の鋼塊の鋳造用鋳型に用
いることを特徴とするものである。１１０トン以上の鋼
塊用鋳型の寿命を効果的に向上できる。
２記載の発明を１１０トン以上の鋼塊の鋳造用鋳型に用
いることを特徴とするものである。１１０トン以上の鋼
塊用鋳型の寿命を効果的に向上できる。
【００１１】また請求項４記載の発明は、鋳造用チャン
バー又は鋳造用ピット内に配設された鋳型内へ溶湯を注
入する鋳造装置において、前記鋳造用チャンバー又は鋳
造用ピットの内面側に複数のガス噴射ノズルを設け、こ
の複数のガス噴射ノズルが前記鋳造用チャンバー又は鋳
造用ピット内に設置された前記鋳型の外周部の同一接線
方向にガス噴射できる構造であることを特徴とするもの
である。鋳造用チャンバー又は鋳造用ピットの内面側に
複数のガス噴射ノズルを設け、この複数のガス噴射ノズ
ルが前記鋳造用チャンバー又は鋳造用ピット内に設置さ
れた前記鋳型の外周部の同一接線方向にガス噴射できる
構造とすることにより、前記複数のガス噴射ノズルから
の噴射ガスを前記鋳造用チャンバー又は鋳造用ピットの
内面と前記鋳型の外周部との間の狭い空間で旋回させる
ことができる。この結果、噴射ガスと鋳型の外周面との
間の熱交換を促進させて鋳型を効率よく冷却できると共
に、これら鋳造用チャンバー又は鋳造用ピット内の有効
スペースを殆ど狭めることはない。
バー又は鋳造用ピット内に配設された鋳型内へ溶湯を注
入する鋳造装置において、前記鋳造用チャンバー又は鋳
造用ピットの内面側に複数のガス噴射ノズルを設け、こ
の複数のガス噴射ノズルが前記鋳造用チャンバー又は鋳
造用ピット内に設置された前記鋳型の外周部の同一接線
方向にガス噴射できる構造であることを特徴とするもの
である。鋳造用チャンバー又は鋳造用ピットの内面側に
複数のガス噴射ノズルを設け、この複数のガス噴射ノズ
ルが前記鋳造用チャンバー又は鋳造用ピット内に設置さ
れた前記鋳型の外周部の同一接線方向にガス噴射できる
構造とすることにより、前記複数のガス噴射ノズルから
の噴射ガスを前記鋳造用チャンバー又は鋳造用ピットの
内面と前記鋳型の外周部との間の狭い空間で旋回させる
ことができる。この結果、噴射ガスと鋳型の外周面との
間の熱交換を促進させて鋳型を効率よく冷却できると共
に、これら鋳造用チャンバー又は鋳造用ピット内の有効
スペースを殆ど狭めることはない。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図示例によ
り説明する。図１は本発明の鋳造装置の概略を示す図で
あって、ａ）は鋳型を配設した状態を示す平面図であ
り、ｂ）は鋳型を配設し、真空タンク用蓋を設置した状
態を示すＡ−Ａ断面図である。
り説明する。図１は本発明の鋳造装置の概略を示す図で
あって、ａ）は鋳型を配設した状態を示す平面図であ
り、ｂ）は鋳型を配設し、真空タンク用蓋を設置した状
態を示すＡ−Ａ断面図である。
【００１３】本発明の鋳造装置は、図１に示すような、
ピット内に真空チャンバー６を設けた構造である。この
真空チャンバー６内の台盤４上に、鋳型１が配設され、
さらに、この鋳型１上に押湯枠３が配置される。この状
態で、前述したように真空鋳造が行われる。
ピット内に真空チャンバー６を設けた構造である。この
真空チャンバー６内の台盤４上に、鋳型１が配設され、
さらに、この鋳型１上に押湯枠３が配置される。この状
態で、前述したように真空鋳造が行われる。
【００１４】本発明の鋳造装置に用いる冷却装置は、図
１（ａ）に示すように、ガス噴射ノズル５を真空チャン
バー６の内面側に、鋳型１を囲むように、当間隔（４５
°置きに８本）に設けるとともに、このガス噴射ノズル
群５ａ、５ｂ、５ｃを、図１（ｂ）に示すように、高さ
方向に３列に設けた構造である。これらガス噴射ノズル
群５ａ、５ｂ、５ｃのガス噴射方向は、真空チャンバー
６の内円周の接戦に対して、真空チャンバー６の中心部
に向かって４５°の方向に向いており、必要に応じて、
これらガス噴射ノズル群５ａ、５ｂ、５ｃのガス噴射方
向は可変に動かすことができる構造になっている。そし
て、これらガス噴射ノズル群５ａ、５ｂ、５ｃはリング
状ガス配管８に接続され、さらに、このリング状ガス配
管８は図示しないガス供給装置につながるガス配管９に
接続されている。
１（ａ）に示すように、ガス噴射ノズル５を真空チャン
バー６の内面側に、鋳型１を囲むように、当間隔（４５
°置きに８本）に設けるとともに、このガス噴射ノズル
群５ａ、５ｂ、５ｃを、図１（ｂ）に示すように、高さ
方向に３列に設けた構造である。これらガス噴射ノズル
群５ａ、５ｂ、５ｃのガス噴射方向は、真空チャンバー
６の内円周の接戦に対して、真空チャンバー６の中心部
に向かって４５°の方向に向いており、必要に応じて、
これらガス噴射ノズル群５ａ、５ｂ、５ｃのガス噴射方
向は可変に動かすことができる構造になっている。そし
て、これらガス噴射ノズル群５ａ、５ｂ、５ｃはリング
状ガス配管８に接続され、さらに、このリング状ガス配
管８は図示しないガス供給装置につながるガス配管９に
接続されている。
【００１５】この本発明は、この鋳造装置を用いて、種
々の実験および解析を行った結果、「鋳造用チャンバー
内に設けた複数のガス噴射ノズルからの噴射ガスを、鋳
造用チャンバーの内面と鋳造後の鋳型の外周部との間で
同一方向に旋回させて、鋳型内面が６５０℃以上で保持
される時間を短縮することにより鋳型寿命を向上でき
る」という知見を得たものである。この発明の完成に至
った過程を説明する。
々の実験および解析を行った結果、「鋳造用チャンバー
内に設けた複数のガス噴射ノズルからの噴射ガスを、鋳
造用チャンバーの内面と鋳造後の鋳型の外周部との間で
同一方向に旋回させて、鋳型内面が６５０℃以上で保持
される時間を短縮することにより鋳型寿命を向上でき
る」という知見を得たものである。この発明の完成に至
った過程を説明する。
【００１６】まず、溶湯を注入した鋳型の温度変化を調
査し、この調査結果と鋳型寿命との関係について検討し
た。このときの鋳造条件を表２および表３に示す。そし
て、鋳型の外周部の測温結果と鋳型の内面の伝熱計算に
よるシミュレーション結果を図２に、鋳型寸法と高温保
持時間との関係を図３に、さらに、鋳型寸法と累積高温
保持時間との関係を図４に示す。
査し、この調査結果と鋳型寿命との関係について検討し
た。このときの鋳造条件を表２および表３に示す。そし
て、鋳型の外周部の測温結果と鋳型の内面の伝熱計算に
よるシミュレーション結果を図２に、鋳型寸法と高温保
持時間との関係を図３に、さらに、鋳型寸法と累積高温
保持時間との関係を図４に示す。
【００１７】
【表２】
【００１８】
【表３】
【００１９】溶湯を注入した鋳型の温度変化の調査は、
前述の真空鋳造装置（図１参照）の真空チャンバー内に
設置した鋳型内に溶湯を注入し、鋳型の中央部の外表面
を測温するとともに、その鋳型の内面の温度を伝熱計算
により演算して求めた。これらの結果を図２に示す。
前述の真空鋳造装置（図１参照）の真空チャンバー内に
設置した鋳型内に溶湯を注入し、鋳型の中央部の外表面
を測温するとともに、その鋳型の内面の温度を伝熱計算
により演算して求めた。これらの結果を図２に示す。
【００２０】図２に示すように、鋳型の外表面および内
面の温度は、溶湯の注入と同時に急激に高くなり、ある
値で極大を示した後、徐々に低下する。このとき鋳型の
内面温度が極大を示す温度は約７８０℃であることが判
明した。そして、内面温度が極大を示す温度は、１３０
Ｔ（トン）鋼塊用鋳型、２３０Ｔ鋼塊用鋳型との間で大
差がないが、鋳型の内面が６５０℃以上の温度で保持さ
れる時間は、１３０Ｔ鋼塊用鋳型に比べて、２３０Ｔ鋼
塊用鋳型の方が長くなっていることが判明した。
面の温度は、溶湯の注入と同時に急激に高くなり、ある
値で極大を示した後、徐々に低下する。このとき鋳型の
内面温度が極大を示す温度は約７８０℃であることが判
明した。そして、内面温度が極大を示す温度は、１３０
Ｔ（トン）鋼塊用鋳型、２３０Ｔ鋼塊用鋳型との間で大
差がないが、鋳型の内面が６５０℃以上の温度で保持さ
れる時間は、１３０Ｔ鋼塊用鋳型に比べて、２３０Ｔ鋼
塊用鋳型の方が長くなっていることが判明した。
【００２１】次に、鋳型の内面の温度が６５０℃以上で
保持される時間と鋳型寸法との関係を調査し、この結果
を図３に示す。横軸に鋳型寸法、縦軸に各温度以上で保
持される時間を示す。図３に示すように、６５０℃およ
び７００℃以上の温度で保持される時間と鋳型寸法との
間に、比例関係が認められ、鋳型寸法の増加とともに保
持時間が増加することが明らかとなった。
保持される時間と鋳型寸法との関係を調査し、この結果
を図３に示す。横軸に鋳型寸法、縦軸に各温度以上で保
持される時間を示す。図３に示すように、６５０℃およ
び７００℃以上の温度で保持される時間と鋳型寸法との
間に、比例関係が認められ、鋳型寸法の増加とともに保
持時間が増加することが明らかとなった。
【００２２】そして、前述の表１に示す鋳型寿命を基
に、各鋳型がこの鋳型寿命になるまでに６５０℃又は７
００℃以上の温度で保持された累積時間を計算した。こ
の結果を図４に示す。図４から明らかなように、鋳型寿
命は、鋳型寸法にかかわらず、ほぼ一定の累積保持時間
で寿命に達すことが判明した。例えば、６５０℃以上で
保持された累積時間が約９５０時間に達すると、鋳型は
寿命となり廃却されることとなる。
に、各鋳型がこの鋳型寿命になるまでに６５０℃又は７
００℃以上の温度で保持された累積時間を計算した。こ
の結果を図４に示す。図４から明らかなように、鋳型寿
命は、鋳型寸法にかかわらず、ほぼ一定の累積保持時間
で寿命に達すことが判明した。例えば、６５０℃以上で
保持された累積時間が約９５０時間に達すると、鋳型は
寿命となり廃却されることとなる。
【００２３】この現象は、鋳鉄が高温で長時間加熱され
ると不可逆的な体積膨張を生じ、その結果、鋳鉄に割れ
が生ずるものと対応するものである。この現象はパーラ
イト中のＣの黒鉛化によるもので、黒鉛化は約４８０℃
から始まり、温度の上昇とともに増大する傾向がある。
すなわち、高温（例えば、６５０℃以上）に保持された
時間に比例して、鋳物に割れが発生して、鋳型が寿命に
達したものと考えられる。この結果、鋳型の寿命を向上
させるためには、高温（６５０℃以上）で鋳型の内面が
保持される時間を短縮することにより達成できるという
知見を得た。
ると不可逆的な体積膨張を生じ、その結果、鋳鉄に割れ
が生ずるものと対応するものである。この現象はパーラ
イト中のＣの黒鉛化によるもので、黒鉛化は約４８０℃
から始まり、温度の上昇とともに増大する傾向がある。
すなわち、高温（例えば、６５０℃以上）に保持された
時間に比例して、鋳物に割れが発生して、鋳型が寿命に
達したものと考えられる。この結果、鋳型の寿命を向上
させるためには、高温（６５０℃以上）で鋳型の内面が
保持される時間を短縮することにより達成できるという
知見を得た。
【００２４】さらに、発明者らは、真空鋳造法における
大型鋳型の効率の良い冷却方法を検討し、本発明の鋳型
の冷却方法および冷却に用いる鋳造装置を完成した。こ
の結果を次に示す。大型鋼塊用鋳型の冷却方法を種々検
討した結果、「鋳造用チャンバー内に複数のガス噴射ノ
ズルを設け、この複数のガス噴射ノズルからの噴射ガス
を前記鋳型の外周部で同一方向に旋回させることによ
り、鋳型を効率よく冷却できる」という知見を得た。す
なわち、鋳造用チャンバー内に設けた複数のガス噴射ノ
ズルからの噴射ガスにより、鋳型と鋳造用チャンバーと
の間の狭い空間に、旋回流を生じさせ、この旋回流によ
り鋳型外周部と熱交換を行うものである。
大型鋳型の効率の良い冷却方法を検討し、本発明の鋳型
の冷却方法および冷却に用いる鋳造装置を完成した。こ
の結果を次に示す。大型鋼塊用鋳型の冷却方法を種々検
討した結果、「鋳造用チャンバー内に複数のガス噴射ノ
ズルを設け、この複数のガス噴射ノズルからの噴射ガス
を前記鋳型の外周部で同一方向に旋回させることによ
り、鋳型を効率よく冷却できる」という知見を得た。す
なわち、鋳造用チャンバー内に設けた複数のガス噴射ノ
ズルからの噴射ガスにより、鋳型と鋳造用チャンバーと
の間の狭い空間に、旋回流を生じさせ、この旋回流によ
り鋳型外周部と熱交換を行うものである。
【００２５】この旋回流を生じさせる方法についての検
討結果を図５および図６に示す。図５はガスの流れの数
値計算による検討方法を示す説明図であり、（ａ）は鋳
型とガス噴射ノズルを配設した状態を示す鋳造用チャン
バーの平面図であり、（ｂ）は鋳型とガス噴射ノズルを
配設した状態を示す鋳造用チャンバーの断面図である。
そして、図６は、ガスの流れの数値計算による結果の一
例を示す説明図である。
討結果を図５および図６に示す。図５はガスの流れの数
値計算による検討方法を示す説明図であり、（ａ）は鋳
型とガス噴射ノズルを配設した状態を示す鋳造用チャン
バーの平面図であり、（ｂ）は鋳型とガス噴射ノズルを
配設した状態を示す鋳造用チャンバーの断面図である。
そして、図６は、ガスの流れの数値計算による結果の一
例を示す説明図である。
【００２６】図５（ａ）に示すように、ガス噴射ノズル
は鋳造用チャンバー内周面に、同一円周上に４５°置き
に設け、そして、図５（ｂ）に示すように、鋳型の高さ
方向に上、中、下の３段に設けた。このときのそれぞれ
のガス噴射ノズルのガス噴射方向は鋳型の外周部の同一
の接線方向とした。図５（ｂ）の斜線部（１／８領域の
周期境界条件）について、汎用流体解析プログラムＳＴ
ＲＥＡＭを用いて、鋳型冷却時のガス流れの状況を乱流
モデルを考慮して３次元計算した。このときの、鋳造条
件は前述の表２および表３の条件を用い、噴射ノズルの
空気流量を８５０Ｎｍ3 ／ｈｒ、冷却空気の温度を２０
℃として計算した。
は鋳造用チャンバー内周面に、同一円周上に４５°置き
に設け、そして、図５（ｂ）に示すように、鋳型の高さ
方向に上、中、下の３段に設けた。このときのそれぞれ
のガス噴射ノズルのガス噴射方向は鋳型の外周部の同一
の接線方向とした。図５（ｂ）の斜線部（１／８領域の
周期境界条件）について、汎用流体解析プログラムＳＴ
ＲＥＡＭを用いて、鋳型冷却時のガス流れの状況を乱流
モデルを考慮して３次元計算した。このときの、鋳造条
件は前述の表２および表３の条件を用い、噴射ノズルの
空気流量を８５０Ｎｍ3 ／ｈｒ、冷却空気の温度を２０
℃として計算した。
【００２７】図６に示されるように、ガス噴射ノズルか
ら噴射されたガスの流れは、鋳造用チャンバー内周面と
鋳型の外周部との間で旋回する旋回流となることが明ら
かとなった。さらに、解析実験を行った結果、この旋回
流を生じさせるためには、図７に示すように、鋳型の外
周部の接線方向に対して、θ＝０〜３０°とすることが
必要であることが判明した。
ら噴射されたガスの流れは、鋳造用チャンバー内周面と
鋳型の外周部との間で旋回する旋回流となることが明ら
かとなった。さらに、解析実験を行った結果、この旋回
流を生じさせるためには、図７に示すように、鋳型の外
周部の接線方向に対して、θ＝０〜３０°とすることが
必要であることが判明した。
【００２８】このとき得られる鋳型表面の表面流速と２
３０Ｔ鋼塊用鋳型における６５０℃以上の温度で保持さ
れる時間を数値計算により求めた。この結果を図８に示
す。図８において、左端の○、□は自然対流（従来例）
におけるそれぞれ６５０℃、７００℃以上に保持される
時間を示す。例えば、６５０℃以上の温度で保持される
時間（●）は、冷却ガスの流速が５ｍ／秒の場合には２
５時間から２０時間と短縮される。そして、図９に示す
ように、鋳型寿命が３５ｃｈから４２〜５０ｃｈ程度に
なることが期待される。なお、図９は、前述の図４を基
に、２３０Ｔ鋼塊用鋳型におけるチャージ当たりの６５
０℃以上の保持される時間と鋳型寿命の関係を求めたも
のである。また、鋳型の寿命低下に大きな影響をあたえ
る温度領域として、６５０℃以上の温度の代わりに、７
００℃以上の温度を用いてもよい。
３０Ｔ鋼塊用鋳型における６５０℃以上の温度で保持さ
れる時間を数値計算により求めた。この結果を図８に示
す。図８において、左端の○、□は自然対流（従来例）
におけるそれぞれ６５０℃、７００℃以上に保持される
時間を示す。例えば、６５０℃以上の温度で保持される
時間（●）は、冷却ガスの流速が５ｍ／秒の場合には２
５時間から２０時間と短縮される。そして、図９に示す
ように、鋳型寿命が３５ｃｈから４２〜５０ｃｈ程度に
なることが期待される。なお、図９は、前述の図４を基
に、２３０Ｔ鋼塊用鋳型におけるチャージ当たりの６５
０℃以上の保持される時間と鋳型寿命の関係を求めたも
のである。また、鋳型の寿命低下に大きな影響をあたえ
る温度領域として、６５０℃以上の温度の代わりに、７
００℃以上の温度を用いてもよい。
【００２９】
【実施例】さらに、本発明の実施例を図示例により説明
する。本実施例は、新たに、１３０Ｔ、２３０Ｔ、４２
０Ｔ鋼塊用の鋳型を製作して、図１に示す本発明の鋳造
装置を用いて、これら鋳型を冷却するものである。すな
わち、鋳型に、タービンロータ、大型反応容器（シェ
ル）等の溶湯を真空鋳造後、下記の冷却条件でこれら鋳
型を冷却して、繰り返し使用して実機試験を行ったもの
である。この実機試験の結果を表４に示す。 冷却条件 ・旋回流の流速 ：５ｍ／秒 ・噴射ノズルの噴射角度：鋳型の外周部の接線方向に対して、θ＝０〜３０° ・噴射ノズルの種類 ：省エネ、低騒音型エアーノズル ・噴射ガス流量 ：８７４Ｎｍ3 ／ｈｒ ・噴射ガス温度 ：２０℃ なお、噴射ガスには、空気を使用した。
する。本実施例は、新たに、１３０Ｔ、２３０Ｔ、４２
０Ｔ鋼塊用の鋳型を製作して、図１に示す本発明の鋳造
装置を用いて、これら鋳型を冷却するものである。すな
わち、鋳型に、タービンロータ、大型反応容器（シェ
ル）等の溶湯を真空鋳造後、下記の冷却条件でこれら鋳
型を冷却して、繰り返し使用して実機試験を行ったもの
である。この実機試験の結果を表４に示す。 冷却条件 ・旋回流の流速 ：５ｍ／秒 ・噴射ノズルの噴射角度：鋳型の外周部の接線方向に対して、θ＝０〜３０° ・噴射ノズルの種類 ：省エネ、低騒音型エアーノズル ・噴射ガス流量 ：８７４Ｎｍ3 ／ｈｒ ・噴射ガス温度 ：２０℃ なお、噴射ガスには、空気を使用した。
【００３０】
【表４】
【００３１】表４に示すように、大型鋼塊用鋳型寿命は
約２０％向上し、大型鋼塊用鋳型の省資源化および大型
鋼塊の製造コストの低減が達成できることが判明した。
約２０％向上し、大型鋼塊用鋳型の省資源化および大型
鋼塊の製造コストの低減が達成できることが判明した。
【００３２】本発明は、真空チャンバー（鋳造用チャン
バー）内に複数のガス噴射ノズルを設けたが、実施例に
限定されることなく、大気中鋳造の際は使用される鋳造
用ピット内に複数のガス噴射ノズルを設けてもよい。さ
らに、鋳造用チャンバー又は鋳造用ピット内に設けられ
るガス噴射ノズルの数および位置についても、鋳造用チ
ャンバー又は鋳造用ピットの大きさと鋳造する鋼塊の寸
法に応じて、適宜、ガス噴射ノズルの数および位置を変
えることできる。このとき、鋳型の外周部でガス噴射ノ
ズルからの噴射ガスを旋回させればよい。さらに、鋳型
の寸法に限定されることなく、小型の鋼塊の冷却に、本
発明の鋳型の冷却方法および鋳造装置を用いることがで
きる。
バー）内に複数のガス噴射ノズルを設けたが、実施例に
限定されることなく、大気中鋳造の際は使用される鋳造
用ピット内に複数のガス噴射ノズルを設けてもよい。さ
らに、鋳造用チャンバー又は鋳造用ピット内に設けられ
るガス噴射ノズルの数および位置についても、鋳造用チ
ャンバー又は鋳造用ピットの大きさと鋳造する鋼塊の寸
法に応じて、適宜、ガス噴射ノズルの数および位置を変
えることできる。このとき、鋳型の外周部でガス噴射ノ
ズルからの噴射ガスを旋回させればよい。さらに、鋳型
の寸法に限定されることなく、小型の鋼塊の冷却に、本
発明の鋳型の冷却方法および鋳造装置を用いることがで
きる。
【００３３】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明は、鋳造
用チャンバー又は鋳造用ピット内に複数のガス噴射ノズ
ルを設け、この複数のガス噴射ノズルからの噴射ガスを
前記鋳型の外周部で旋回させることによって、鋳型を効
率よく冷却できる。その結果、鋳型を効率よく冷却する
ことによって、鋼塊と接する鋳型内周面が６５０℃以上
に保持される時間を短縮することができ鋳型寿命を改善
できる。さらに、本発明の鋳造装置に用いる冷却設備
は、真空チャンバー内の有効容積を減じることなく、簡
単な冷却設備となる。
用チャンバー又は鋳造用ピット内に複数のガス噴射ノズ
ルを設け、この複数のガス噴射ノズルからの噴射ガスを
前記鋳型の外周部で旋回させることによって、鋳型を効
率よく冷却できる。その結果、鋳型を効率よく冷却する
ことによって、鋼塊と接する鋳型内周面が６５０℃以上
に保持される時間を短縮することができ鋳型寿命を改善
できる。さらに、本発明の鋳造装置に用いる冷却設備
は、真空チャンバー内の有効容積を減じることなく、簡
単な冷却設備となる。
【図１】本発明の実施例の鋳造装置の概略を示す図であ
って、（ａ）は鋳型を配設した状態を示す平面図であ
り、（ｂ）は鋳型を配設し、真空タンク用蓋を設置した
状態を示すＡ−Ａ断面図である。
って、（ａ）は鋳型を配設した状態を示す平面図であ
り、（ｂ）は鋳型を配設し、真空タンク用蓋を設置した
状態を示すＡ−Ａ断面図である。
【図２】鋳型の外周部の測温結果と鋳型の内面の伝熱計
算結果を示す図であり、（ａ）は１３０ｔ鋳型の外周部
の測温結果と内面の伝熱計算結果を示す図であり、
（ｂ）は２３０ｔ鋳型の測温結果と伝熱計算結果を示す
図である。
算結果を示す図であり、（ａ）は１３０ｔ鋳型の外周部
の測温結果と内面の伝熱計算結果を示す図であり、
（ｂ）は２３０ｔ鋳型の測温結果と伝熱計算結果を示す
図である。
【図３】鋳型寸法と高温保持時間との関係を示す図であ
る。
る。
【図４】鋳型寸法と累積高温保持時間との関係を示す図
である。
である。
【図５】ガスの流れの数値計算による検討方法を示す説
明図であり、（ａ）は鋳型とガス噴射ノズルを配設した
状態を示す鋳造用チャンバーの平面図であり、（ｂ）は
鋳型とガス噴射ノズルを配設した状態を示す鋳造用チャ
ンバーの断面図である。
明図であり、（ａ）は鋳型とガス噴射ノズルを配設した
状態を示す鋳造用チャンバーの平面図であり、（ｂ）は
鋳型とガス噴射ノズルを配設した状態を示す鋳造用チャ
ンバーの断面図である。
【図６】ガスの流れの数値計算による結果の一例を示す
説明図である。
説明図である。
【図７】ガスノズルの向きを説明する図である。
【図８】２３０ｔ鋳型における、冷却ガスの流速と高温
保持時間との関係を示す図である。
保持時間との関係を示す図である。
【図９】２３０ｔ鋳型における、高温保持時間と鋳型寿
命の関係を示す図である。
命の関係を示す図である。
【図１０】真空鋳造装置の概略を示す図である。
１ 鋳型 ２ 鋼塊 ３ 押湯枠 ４ 台盤 ５ ガス噴射ノズル ５ａ、５ｂ、５ｃ ガス噴射ノズル群 ６ 真空チャンバー ７ 真空チャンバー用蓋 ８ リング状ガス配管 ９ ガス配管 １０ 溶湯 １１ 流滴 １２ 出鋼取鍋 １３ 中間取鍋 １４ 真空排気口 １５ ストッパー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西川 恒明 兵庫県加古川市金沢町１番地 株式会社 神戸製鋼所 加古川製鉄所内 (56)参考文献 特開 昭60−148661（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−72465（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−157570（ＪＰ，Ａ) 実公 昭13−2178（ＪＰ，Ｙ１) 特許164846（ＪＰ，Ｃ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B22D 27/04 B22D 7/00 B22D 9/00
Claims (4)
- 【請求項１】 鋳造用チャンバー又は鋳造用ピット内に
配設された鋳型内へ溶湯を注入した後の鋼塊の冷却に際
して、 前記鋳造用チャンバー又は鋳造用ピット内に複数のガス
噴射ノズルを設け、 この複数のガス噴射ノズルからの噴射ガスを前記鋳型の
外周部で旋回させて、鋳型内面が６５０℃以上の温度に
保持される時間を短縮することを特徴とする鋳型寿命を
向上させる鋳型の冷却方法。 - 【請求項２】 前記鋳型の外周部で旋回する噴射ガスの
流速が５ｍ／秒以上である請求項１記載の鋳型寿命を向
上させる鋳型の冷却方法。 - 【請求項３】 前記鋳型が１１０トン以上の鋼塊の鋳造
用に用いられる請求項１又は２記載の鋳型寿命を向上さ
せる鋳型の冷却方法。 - 【請求項４】 鋳造用チャンバー又は鋳造用ピット内に
配設された鋳型内へ溶湯を注入する鋳造装置において、 前記鋳造用チャンバー又は鋳造用ピットの内面側に複数
のガス噴射ノズルを設け、この複数のガス噴射ノズルが
前記鋳造用チャンバー又は鋳造用ピット内に設置された
前記鋳型の外周部の同一接線方向にガス噴射できる構造
であることを特徴とする鋳造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14746198A JP3299506B2 (ja) | 1998-05-28 | 1998-05-28 | 鋳型の冷却方法および鋳造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14746198A JP3299506B2 (ja) | 1998-05-28 | 1998-05-28 | 鋳型の冷却方法および鋳造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11342464A JPH11342464A (ja) | 1999-12-14 |
| JP3299506B2 true JP3299506B2 (ja) | 2002-07-08 |
Family
ID=15430903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14746198A Expired - Fee Related JP3299506B2 (ja) | 1998-05-28 | 1998-05-28 | 鋳型の冷却方法および鋳造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3299506B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106583693A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-04-26 | 北京天宜上佳新材料股份有限公司 | 一种冷凝模具系统 |
| CN110202121A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-09-06 | 上海交通大学 | 利用双冷却条件获得细小二次枝晶臂间距的合金铸造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106180659B (zh) * | 2016-08-30 | 2018-01-02 | 烟台万隆真空冶金股份有限公司 | 一种铸坯定向凝固和区域选择冷却的组合式水冷铸模 |
| CN112705677B (zh) * | 2020-12-16 | 2022-05-13 | 辽宁科技大学 | 一种旋转浇铸金属铸锭的装置及方法 |
-
1998
- 1998-05-28 JP JP14746198A patent/JP3299506B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| CN110202121A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-09-06 | 上海交通大学 | 利用双冷却条件获得细小二次枝晶臂间距的合金铸造方法 |
| CN110202121B (zh) * | 2019-07-15 | 2020-08-04 | 上海交通大学 | 利用双冷却条件获得细小二次枝晶臂间距的合金铸造方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11342464A (ja) | 1999-12-14 |
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