JPH0126795B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、断熱複合管の製造法、特に外層及び
内層の金属層と、その中間層としてのセラミツク
繊維層とからなる三層構造を有する断熱複合管の
遠心力鋳造による製造方法に関する。

第４図及び第５図に示すように壁肉の中間層２
がセラミツク繊維層で、その両面の外層１を内層
３とが金属である三層構造複合管は、肉厚方向の
熱流の抑制が必要な用途、例えば高温雰囲気に曝
されるフアーネスロールや、スラブ等の高温加熱
材の搬送ロール等に有用である。

このような複合管を鋳造により製造する方法と
しては、遠心鋳造用鋳型の内面に針金をスパイラ
ル状に設けてその内側にセラミツク繊維層を設置
しておき、鋳型を回転させながら金属溶湯を鋳込
み、遠心力加圧下にセラミツク繊維層を外側と内
側から鋳ぐるむ方法が考えられている。しかし、
この方法では、鋳造される溶湯量に比し、セラミ
ツク層を担持する針金の質量が極めて小さいた
め、鋳込み途中で針金が溶融、消失し、繊維層の
支持が部分的に又は全面的に失われ、また溶湯の
遠心力加圧による衝撃を受けて繊維層の乱れが生
じるため、所期の層状断面を有する複合管を得る
ことは不可能である。

また別法として、金網を円筒状に丸めて、その
内側にセラミツク繊維層を設けたものを鋳型内に
設置し、その内外面を金属溶湯で鋳ぐるむ方法も
考えられるが、この場合も遠心加圧された溶湯の
衝撃により繊維層の乱れや所定の設定位置からの
ずれ等が生じ、結局目的とする複合管を得ること
はできない。

本発明は上述したような事情に鑑みてなされた
ものであり、セラミツク繊維層を安定な状態で鋳
型内に固定させると共に、溶湯の繊維層に対する
直接的な衝撃を回避することにより、繊維層の乱
れ、位置ずれを防止し、所期の三層構造複合管を
形成し得る方法を提供することを目的とする。

本発明の製造法は、管壁に複数個の孔を有する
外側金属管（外管）及び内側金属管（内管）を同
心円状に二層に重合し、しかも上記外管及び内管
の間隙にセラミツク繊維を充填した円筒体を芯材
４０とし、該芯材を遠心鋳造用鋳型１０内に軸心
同士を一致させて設置し、その鋳型に隣設された
貯湯筒体２０から金属溶湯を鋳型内に導入して芯
材４０の鋳ぐるみを行う断熱複合管の製造法であ
つて、 上記鋳型１０は、芯材４０の外径より大きい内
径と、その胴長より長い胴長を有し、 上記貯湯筒体２０は、鋳型１０の内周面より内
方へ突出する湯止め堰として円環状突壁１を片側
に有し、他端側には金属溶湯鋳込み孔を有する端
板８０が取付けられている断面円形の貯湯空間Ａ
を有する筒体であつて、その円環状突壁２１の側
面を鋳型開口端面との当接面として鋳型１０に同
軸に取付けられており、 前記芯材４０は、その両端面に取付けられた鋳
型内径に相当する外径を有する支持盤５０および
６０と一体となつて鋳型１０内に軸心が一致して
装入され、前記貯湯筒体２０が取付けられている
側とは反対側の鋳型開口端側に位置している支持
盤６０はその鋳型開口端に嵌着された端板３０に
当接固定され、その芯材４０の外周面と鋳型１０
の内周面とで芯材外径と鋳型内径との差に相当す
るクリアランスＣが画成されているとともに、前
記貯湯筒体２０が取付けられている側の鋳型端部
には、その円環状突壁２１とこれに対面する支持
盤５０とで湯溜空間Ｄが画成されており、かつそ
の支持盤５０には上記クリアランスＣに連通する
複数個の周縁溝５１および芯材内周面側空間Ｂに
開口する孔５２が設けられており、 上記芯材４０が装着された鋳型１０を貯湯筒体
２０と共に水平軸心を中心に回転させながら、貯
湯筒体２０内に金属溶湯を鋳込み、遠心力加圧下
に、貯湯空間Ａ内に金属溶湯を貯留しつつその円
環状突壁２１から溢れて湯溜空間Ｄに流れ込む溶
湯を、支持盤５０の周縁溝５１を介して芯材外周
面側に、支持盤５０の孔５２を介して芯材内周面
側にそれぞれ導入して芯材４０を内外両面から鋳
ぐるむことを特徴としている。

以下本発明方法を図面に基づいて詳しく説明す
る。

円筒状芯材４０は、同心円状に重合された外管
４１及び内管４３並びにその間隙に充填されたセ
ラミツク繊維４２からなる。なお、上記外管４１
及び内管４３の夫々には鋳造時のセラミツク繊維
４２からのガス抜き等のために適当数の小孔（例
えば直径：１〜２cmの孔）（図示せず）が分散穿
設されている。また、この円筒状芯材４０の外径
は、その外周面と前記鋳型１０の内周面との間に
金属溶湯M′を導入させるためのクリアランスＣ
を形成するため、鋳型１０の内径より小さくなつ
ている。

斯かる円筒状芯材４０の両端面の夫々には、前
記鋳型１０の内径に相当する外径を有する支持盤
５０，６０が、軸心が一致するように溶接等の手
段を用いて取付けられ、一体として鋳型１０内に
装着される。更に、鋳型１０内の芯材４０の軸方
向のずれを防止するために、上記支持盤５０，６
０のうち、反鋳込み側に位置する支持盤６０は、
前記端板３０に取付けられる。その取付け方法
は、例えば端板３０の中央の貫通孔３１へボルト
（図示せず）を頭部が外部に残るように挿入し、
その先端を支持盤６０に螺着させるとよい。この
ようにして鋳型１０内に装着された円筒状芯材４
０のまわりには、その外径と鋳型１０の内径の差
に相当するクリアランスＣが形成される。

一方、上記支持盤５０，６０のうちの鋳込み側
に位置する支持盤５０は、第２図に示すように周
縁部に形成された複数個の周縁溝５１とその内側
に位置して設けられた孔５２とを有する。該周縁
溝５１及び孔５２は夫々金属溶湯M′を、後に詳
述する貯湯筒体２０から前記鋳型１０内へ導入す
る通路であり、周縁溝５１は円筒状芯材４の外周
面と鋳型１０の内周面とが画成する前記クリアラ
ンスＣへ連通し、孔５２は円筒状芯材４０の内周
面側の空間Ｂに開口する。

上記鋳型１０の全長は、支持盤５０，６０が両
端に取付けられた円筒状芯材４０の全長より長
く、鋳型１０内に円筒状芯材４０を装着した状態
で、鋳型１０の鋳込み側に空間Ｄが形成されるよ
うになつている。

上記鋳型１０の鋳込み側には、貯湯筒体２０が
隣設されている。貯湯筒体２０は断面円形の貯湯
空間Ａを有し、片側に湯止め堰としての円環状突
壁２１が形成され、他端側には、金属溶湯鋳込み
孔８１を中央部に有するドーナツ状の端板８０が
嵌着されている。該貯湯筒体２０は円環状突壁２
１の側面が鋳型開口端面との当接面となつて鋳型
１０に軸心が一致して取付けられている。その貯
湯筒体２０の鋳型１０に対する取付けは、例えば
図示のように鋳型１０および貯湯筒体２０の互い
に向かい合う端部のそれぞれにフランジ１１およ
びフランジ２２を形設しておき、ボルト・ナツト
等の金具で固定する方法により行えばよい。そし
て上記鋳込み孔８１には、金属溶湯M′を鋳込む
のに用いる鋳込みホッパ７０の下端開口部をのぞ
ませるようになつている。なお、貯湯筒体２０の
内面を、図示のように傾斜面とすることにより、
その中に鋳込まれる金属溶湯のはね返りや飛散が
緩和される。

次に上述したように貯湯筒体２０が隣設された
遠心鋳造用鋳型１０を用いて断熱複合管を製造す
る場合について説明する。

先ず、上記遠心鋳造用鋳型１０を軸心まわりに
回転させながら、端板８０の鋳込みホツパ７０を
のぞませて金属溶湯M′を貯湯筒体２０内へ鋳込
む。鋳込まれた金属溶湯M′は、遠心力加圧下に
支持盤５０の周縁溝５１を通つて円筒状芯材４０
の周囲のクリアランスＣ内へ導入される。この場
合、貯湯筒体２０の円環状突壁２１が金属溶湯
M′に対して堰止め作用をなし、必要以上の金属
溶湯M′が鋳型１０内へ導入するのを防ぐことが
できる。なお、鋳込まれた溶湯は貯湯空間Ａ内に
貯えられて円環状突壁２１からの溢流として空間
Ｄへ供給されるので、一度に多量の溶湯が支持盤
５００に接触することがなく、該支持盤５０を低
温に保持でき、その結果、支持盤５０と円筒状芯
材４０との取付部、例えば溶接部が溶解する等の
問題点が生じない。また金属溶湯M′は、鋳込み
ホツパ７０から直ちに鋳型１０に鋳込まれるので
はなく、貯湯筒体２０の円環状突壁２１からの溢
流として空間Ｄを経由して鋳型１０内に導入され
るので、湯流れが層状となり、製品にブローホー
ルが生じ難くなる。

斯くして支持盤５０の周縁溝５１を介してクリ
アランスＣ内への金属溶湯M′が導入され、クリ
アランスＣ内が満たされると、金属溶湯M′は、
支持盤５０の孔５２を介して円筒状芯材４０の内
周面側の空間Ｂ内へ導入され、該内周面に沿つて
溶湯シリンダが形成される。こうして所定量の金
属溶湯M′にて円筒状芯材４０の内外面が鋳ぐる
まれると、そのまま所定時間だけ鋳型１０の回転
を続行させる。凝固完了をまつて鋳造体を鋳型１
０から取出し、両端の支持盤５０，６０を切断除
去すれば、第４図及び第５図に示すような、外層
１及び内層３と、中間層２であるセラミツク繊維
４２とからなる三層構造複合管が得られる。その
外層１は円筒状芯材４０の外管４１とその外周を
被包する鋳造金属Ｍとからなり、内層３は円筒状
芯材４０の内管４３とその内周面を被包する鋳造
金属Ｍとからなる。上記外管４１及び内管４３と
鋳造金属Ｍとは境界面で融着し、冶金学的に一体
化しており、そのような融着一体化は金属溶湯
M′の熱的条件の制御により容易に達成される。

本発明に使用されるセラミツク繊維４２、円筒
状芯材４０の外管４１及び内管４３並びに鋳造金
属Ｍの材質は、複合管の用途、使用条件によつて
任意に選ばれる。セラミツク繊維４２の材質とし
ては、例えばアルミナ、ジルコニア、窒化珪素、
炭素、炭化珪素、炭化ホウ素等が挙げられ、また
鋳造金属Ｍの材質としては、例えば耐熱鋳鋼、ス
テンレス鋳鋼等が挙げられる。外管４１及び内管
４３は、鋳造金属Ｍを同材質の場合もあり、また
異種材料、例えば各種鋳鉄、炭素鋼、低合金鋼等
の場合もあり、その組合せは任意である。

鋳造条件には特別の制限はなく、鋳型１０内に
円筒状芯材４０が設置される点、及び金属溶湯
M′が貯湯筒体２０を介して鋳型１０内へ導入さ
れる点を除いて一般的な遠心力鋳造条件に従つて
行えばよい。もし円筒状芯材４０の外管４１及び
内管４３と、これを鋳ぐるむ金属溶湯M′との境
界面の融着を確保するために熱的補償が必要であ
れば、例えば鋳造に先立つて円筒状芯材４０を適
当な温度に加熱しておくことも効果的な一法であ
る。

本発明方法によれば、中間層２となるべきセラ
ミツク繊維４２の層が、外管４１と内管４３とで
挾持された安定な状態で鋳型１０内に設定され、
しかも金属溶湯M′は貯湯筒体２０を介して与え
られ、円筒状芯材４０及びその中間層２たる繊維
４２に対る金属溶湯M′の強い衝撃が回避される
ため、セラミツク繊維４２の乱れや円筒状芯材４
０自体の位置ずれ（偏心）等が生じることがな
く、従つて全周全長にわたつて肉厚内の所定の位
置に所定の層厚のセラミツク繊維４２からなる中
間層２を有する健全な三層構造複合管を得ること
ができる。無論、外層１の層厚は、鋳型１０内の
クリアランスＣの幅寸法により容易に制御でき、
内層３の層厚は、円筒状芯材４０の内周面側に導
入される金属溶湯M′の量により任意に調節する
ことができる。なお、外管４１及び内管４３にガ
ス抜き等のために設けておいた小孔は鋳造金属Ｍ
により完全に充填されるので、強度面でのウイー
クポイントとして残存する心配はない。更に前述
したように、貯湯筒体２０を鋳型１０に隣接させ
ているため、支持盤５０が金属溶湯M′の熱によ
つて加熱されることがない上、クリアランスＣよ
り溶湯液面が高いという状態が避けられる。従つ
て支持盤５０と円筒状芯材４０との取付部が溶解
することがない上、湯流れも層状となり、製品に
ブローホールも生じない。

以上詳述したように、本発明によれば、遠心力
鋳造によりセラミツク断熱層を中間層とする健全
な三層構造複合管を製造することができる。得ら
れる複合管の三層構造は堅牢で、かつ肉厚方向の
熱流が少ないので省エネルギータイプのフアーネ
スロールや搬送ロールとして有用であり、またピ
ンチロール、クシ型ロールとしても有用である。
即ち、フアーネスロールは通常内部水冷構造を有
するので、ロール内部の冷媒によつて加熱炉内の
熱が多量に炉外へ持出されるが、本発明によつて
得られる複合管をフアーネスロールに適用すれば
その断熱特性によつて冷媒による熱損失を少なく
することができ、炉の熱経済性が高められる。ま
たスラブ等の高温鋼材は、搬送ロールによる搬送
過程で、ロールが内部水冷される場合に鋼材の失
う熱量は更に増大するが、ロールとして本発明の
複合管を使用すれば、熱損失が少なく、高温状態
のまま次工程へ供給することができるので、それ
だけ次工程での再加熱に要するエネルギの節減効
果が得られる。無論、複合管の用途はロール類に
限定されず、各種設備、機器においても効果的な
省エネルギ対策として奏効する。更に本発明の複
合管はラジアントチユーブとして使用すれば、そ
の中間層であるセラミツク断熱層によつてチユー
ブ表面の周方向及び軸方向における温度分布の偏
りが緩和されるので、全周、全長にわたる均等な
熱輻射が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の鋳造法案の一例を示す軸方向
断面図、第２図は第１図の―線による断面
図、第３図は第１図の―線による断面図、第
４図は本発明により得られる複合管の層構造を模
式的に示す径方向断面図、第５図はその軸方向断
面図である。 １：外層、２：中間層、３：内層、１０：遠心
鋳造用鋳型、２０：貯湯筒体、４０：円筒状芯
材、４１：外管、４２：セラミツク繊維、４３：
内管、５０：支持盤、５１：周縁溝、５２：孔、
６０：支持盤、Ｃ…クリアランス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 管壁に複数の孔を有する同心円状に重合され
   た外管と内管との間〓にセラミツク繊維を充填し
   てなる円筒体を芯材４０とし、これを遠心鋳造用
   鋳型１０内に装着し、その鋳型に隣設された貯湯
   筒体２０から金属溶湯を鋳型内に導入して芯材４
   ０の鋳ぐるみを行う断熱複合管の製造法であつ
   て、 上記鋳型１０は、芯材４０の外径より大きい内
   径と、その胴長より長い胴長を有し、 上記貯湯筒体２０は、鋳型１０の内周面より内
   方へ突出する湯止め堰として円環状突壁２１を片
   側に有し、他端側には金属溶湯鋳込み孔を有する
   端板８０が取付けられている断面円形の貯湯空間
   Ａを有する筒体であつて、その円環状突壁２１の
   側面を鋳型開口端面との当接面として鋳型１０に
   同軸に取付けられており、 上記芯材４０は、その両端面に取付けられた鋳
   型内径に相当する外径を有する支持盤５０および
   ６０と一体となつて鋳型１０内に軸芯が一致して
   装入され、前記貯湯筒体２０が取付けられている
   側とは反対側の鋳型開口端側に位置している支持
   盤６０はその鋳型開口端に嵌着された端板３０に
   当接固定され、その芯材４０の外周面と鋳型１０
   の内周面とで芯材外径と鋳型内径との差に相当す
   るクリアランスＣが画成されているとともに、前
   記貯湯筒体２０が取付けられている側の鋳型端部
   には、その円環状突壁２１とこれに対面する支持
   盤５０とで湯溜空間Ｄが画成され、かつその支持
   盤５０には上記クリアランスＣに連通する複数個
   の周縁溝５１および芯材内周面側空間Ｂに開口す
   る孔５２が設けられており、 上記芯材４０が装着された鋳型１０を貯湯筒体
   ２０と共に水平軸心を中心に回転させながら、貯
   湯筒体２０内に金属溶湯を鋳込み、遠心力加圧下
   に、貯湯空間Ａ内に金属溶湯を貯留しつつその円
   環状突壁２１から溢れて湯溜空間Ｄに流れ込む溶
   湯を、支持盤５０の周縁溝５１を介して芯材外周
   面側に、支持盤５０の孔５２を介して芯材内周面
   側にそれぞれ導入して芯材４０を内外両面から鋳
   ぐるむことを特徴とする断熱複合管の製造法。