JPH0329500B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、球状黒鉛鉄から成り、中空、即ち容
器状で厚肉の鋳物を押湯なしで製造するための方
法および鋳型に関する。この様な鋳物は例えば原
子力発電所からの使用済燃料の運搬容器として必
要である。その際鋳物の品質に関して特別に高い
要求が設定される。即ち該鋳物は微粒子で強靭な
鋳物構造を有し、該構造は容積不足誤差を有する
ことなく、特に微細な孔を含有しないものでなけ
ればならない。

厚肉の砂型鋳物は長い凝固時間を有している。
何故ならば放出される大量の熱は絶縁性の型材料
を介してのみ運び去られるからである。その結
果、球状黒鉛鋳鉄の場合には粗大な球状結晶の鋳
物組織を持つことになる。更に、この様な条件の
もとでは、凝固した縁部の殻部分と残留している
溶融物との間にゆるい温度勾配が生じ、そのこと
は容積不足誤差の発生、特に微細な孔の発生をう
なながすものである。粗大な細胞状の鋳物組織の
場合には、グラフアイト共晶結晶の生成の際に局
部的に発生し鋳込みのためには充分な圧力を発生
する容積膨脹が微細な孔を完全に押しつぶすこと
ができない。その結果有害な微細空間が残り、こ
れらの微細空間は非破壊試験の際に発見されそし
て共晶核（セル）の微小な分離の境界、或いは極
端な場合には炭化物分離の境界となり、これらの
境界は材料の強靭性をそこなうものである。

ドイツ連邦共和国特許第2113267号明細書から、
厚肉の中空体を造る際の電気的鋼滓再融解の際
に、中子として一体に形成され冷却装置を備えた
支持物体を挿入し、該支持物体は冷却を中断した
後で、そのことにより膨脹しそして次に再び冷却
して鋳造されたブロツクから引き出されることが
公知になつている。球状黒鉛鋳鉄から成り微細な
孔がない鋳物を造る問題には上記の特許明細書は
係わりをもたず、中子を引き出す方法が問題にな
つている。またドイツ連邦共和国特許第1952009
号明細書は上記と同様に電気的鋼滓再融解の際に
水冷された中子を引き出す問題を、くさび状の中
子部材をスピンドルの運動によつて引き出すこと
により解決している。この際引き出すため中子の
直径は小さなものになつている。またドイツ連邦
共和国特許公開第2827091号公報によれば、鋼鉄
を鉄塊に鋳造する際に、金型を、水で冷却され冷
却枠から成る個々の壁から形成することが公知に
なつている。球状黒鉛鋳鉄から成る微細な孔のな
い鋳物を造る本発明の問題には上記の特許は何れ
も関係がない。

上記した様な技術水準を出発点とし、本発明の
目的は、厚肉の容器状の鋳物において、従来薄肉
の鋳物においてのみ可能であつた様な微細粒子状
で偏析の少ないそして孔のない鋳造組織を、殻状
の凝固を可能ならしめる傾斜の大なる温度勾配を
介して短い凝固時間で造ることである。

上記の目的は冒頭に述べた種類の方法において
次の様にして達成される。

球状黒鉛を含む鋳鉄から下注ぎ法により鋳物を
鋳造する場合、中子と外側の型とから成る全型を
非可撓性に形成し、鋳物をその外面でもその内面
でも冷却し、この場合内面の冷却を中子の内部を
冷却することによつて行うこと、および注入口を
鋳物の共晶的な凝固が行われる以前に鋳鉄が注入
口で凝固するような寸法に設定して鋳造を行うこ
とによつて達成される。鋳鉄の凝固速度が、特に
中子の範囲で速められそしてそれに応じて型の中
空空間の中で傾斜の大なる温度勾配が形成される
ことにより、微細な細胞を持つた鋳造組織の形成
が促進されそして砂型鋳造の場合に発生する粗大
な球体結晶状の凝固が、緑の部分の殻状の凝固に
変えられている。前記した２つの因子が微細な孔
が形成される危険を避けている。即ち全体の型が
頑強で非可撓性に形成されているため、冷却され
る鋳物が中子を締め付け、このため間隙の形成が
避けられ、斯くして良好な熱の移行が維持され
る。また注入口の寸法が、鋳物の共晶凝固が始ま
る前に注入口の中で鋳鉄が凝固する様になつてい
ること、従つて液相温度にある残留溶融物の冷却
と共に、型全体の形成が頑強で非可撓性に形成さ
れていることによつて、グラフアイト共晶凝固が
行われる間の金属の膨脹がすべて型の中空空間内
の圧力増加となつてあらわれる。その結果凝固す
る鋳物の中における微細な孔の形成が避けられ
る。

詳細には本発明は次の様な特徴を持つものとし
て形成することが可能である。

良好な熱の搬出は次の様にして行われる。即ち
鋳物はそれの内面が、中子の内部が冷却剤で冷却
されることにより、特に系内で蒸発する不燃性の
液体冷却剤によつて、調節されながら冷却され
る。この目的のためには液体窒素又は空気流の中
に噴霧状に吹き込まれた水が適している。

共晶凝固が行われている間の型の中空空間の中
の有効な圧力増加は、型の安定した構成のほか
に、鋳物の外側の表面が冷却されることによつて
も促進される。外側の表面が、完成後の実際的な
使用のため、冷却フインを備えていなければなら
ない燃料元素容器の様な鋳物では、外側の表面の
十分な冷却は、該鋳物の外側の表面に大なる寸法
の冷却フインを有する様に形成することで達成さ
れる。この場合外側の型は例えば形状安定した、
常温硬化樹脂で固められた硅砂で形成することが
可能である。

例えば冷却フインが小さい場合又は表面が平坦
な場合の鋳物の外側の表面の冷却は金属製の型を
用いることにより改良される。金属製の外側の型
はそれの熱伝導率が陶磁製の型に比べて大である
ため、外部への熱の搬出およびそのことにより惹
起される高い温度のため、周囲の空気の対流によ
る冷却により熱の搬出をよりよくする。空気の対
流による熱の搬出は更に冷却フインを外側の型に
設けることによつて改良される。更に金属製の外
側の型は冷却剤、特に系の内部で蒸発する不燃性
の液体冷却剤により、調節されながら冷却される
ことが可能である。

鋳物の外側の冷却を改良するための処置は殻状
の凝固を促進しそしてそのことにより鋳物の緊密
さを改良するための共晶凝固が行われている間の
残留溶融物の内部の圧力を増加させる。

中子と外側の型から成り本発明の方法に特に適
合している鋳型では、中子の外表面の輪かくは鋼
板で形成されている引抜型により形成されてお
り、該型の内側の面上には冷却剤により貫流され
ている冷却要素が配置されそして引抜型と冷却要
素との間の空間および中子の内部の自由空間は造
形可能な微小粒子物質が充填されている。引抜型
としては10乃至20mmの厚さの鋼板が適当である。
微小粒子物質は中子の形状の安定に役立ちそして
引抜金型と冷却要素との間の熱の移動を促進し、
これら冷却要素の中では貫流する冷却剤による冷
却が行われている。中子の外側の表面には鋳造の
際に通常用いられる焼き付くのを防止するための
鉱滓ペーストが塗られている。

冷却要素は冷却函として形成されることが可能
であり、該函に流入または函から流出する導管が
その中に並列に配置され、一様な熱の運搬を可能
ならしめている。冷却函はくさびの様な金属要素
によつて保持されそして引抜型に押し付けられて
いる。冷却函の代りに冷却蛇管を用いることも可
能である。

冷却要素と引抜型の鋼板との間および自由空間
に充填されている微小粒子物質は、鋳造作業で通
常使用される型用材料であることが可能である。
熱伝導率を増加させるため、微小粒子の金属物
質、特に鋼鉄シヨツトを挿入することも可能であ
り或いはまた金属物質を型用材料の中に付加する
ことも可能である。

外側の型も鋼鉄板から成りそして冷却要素を備
えているのが有利である。冷却要素は冷却函又は
冷却蛇管であることが可能である。付加的な冷却
フインは熱の搬出を改良するものである。

次の記述において添付図により本発明の実施例
が説明される。

球状黒鉛鋳鉄から成り中空、即ち容器状で厚肉
の鋳物を押湯なしで製造するため、即ち燃料元素
の容器を製造するため、型全体が頑強で非可撓性
に形成されそして砂型鋳造の場合に比較して改良
された熱の搬出がなされる様に配慮される。注入
口２は、、鋳物の共晶凝固が開始される前に、鋳
鉄が該注入口の中で凝固する様な寸法になつてい
る。外側の型３は常温硬化樹脂で結合され形状が
安定した硅砂によつて形成されている。外側の型
３を造るため、鋳物１の外側の面に形成する冷却
フイン５のための中子４が使用される。引抜かれ
る中子６の外側は、約6mの長さで厚さ15mmの壁
を持つ円筒形の鉄板の円筒７と30mmの厚さを持つ
熔接された蓋８から成り立つている。蓋８を熔接
する前に、冷却函９，１０が２つの平面内に取り
付けられそして鋼鉄のくさび１１により鉄板円筒
７に押し付けられている。冷却函９，１０の良好
な冷却は、垂直方向に平行している冷却管の系統
により達成され、その際周囲全体に亘り、下部に
供給導管そして上部に排出導管が交互に敷設され
そして夫々のリング状の供給導管および排出導管
に接続されている。蓋８も冷却函１２を備えてい
る。中子６は直立して配置されている。鋳物は上
昇しながら鋳造される。鋳造温度は1320℃にな
り、マグネシウム処理をされ結晶のたねを植え付
けられた鉄の量は115トンになつている。溶融体
の組成はDIN1693のGGG−40.3に該当している。
鋳物１の大体の寸法は6400mm、冷却フインを有す
る外径は2500mm、内側直径は1200mm、底の厚さは
400mmになつている。

鋳造が終了した後で中子６は液体窒素を用い
て、冷却要素に注入した際に蒸発する方法で冷却
される。注入口２は、型の内部の溶融物が1160℃
乃至1200℃になつた時に凝固する様になつてい
る。冷却は全体が凝固するまでの時間維持され
る。γ−α転移点の僅かに上方の状態に到達した
時に始めて、フエライトの形成をじやましない様
に、冷却剤の供給が停止される。冷却装置を使用
することにより凝固時間は全体として、砂型鋳造
に比較して56％だけ短縮される。

型の内部において引続き凝固と冷却がなされた
後で鋳物は外側の型から引き出され、中子の中に
入れられた微粒子が取り除かれ、二三の平面上に
配置された冷却要素が取り出されそして最後に中
子をとりはずすのであるが、そのことは蓋８と共
に鋼板の円筒７が切断され引き出されることによ
り取り除かれる。鋳物のその他の部分は通常の方
法によつて仕上げられる。

仕上げが完了し内面が加工された鋳物を種々異
なる角度に置かれた超音波試験器のヘツドによ
り、１乃至２メガヘルツの振動数で試験した結
果、３mmの大きさの異物を発見可能な場合にも拘
らず、検知信号は全く発生しなかつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は原子力発電所から搬出される燃料元素
の鋳物容器の斜視図、第２図は第１図に示した容
器を鋳造するための鋳造の垂直断面図の略図であ
る。図において、 ３……外側の型、６……中子、７……円筒、８
……蓋、９，１０，１２……冷却要素、１１……
くさび、である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 球状黒鉛を含む鋳鉄から下注ぎ法により鋳物
   を鋳造する方法において、中子６と外側の型３と
   から成る全型３，６を非可撓性に形成し、鋳物１
   をその外面でもその内面でも冷却し、この場合内
   面の冷却を中子６の内部を冷却することによつて
   行うこと、および注入口２を鋳物１の共晶的な凝
   固が行われる以前に鋳鉄が注入口で凝固するよう
   な寸法に設定して鋳造を行うことを特徴とする、
   中空で厚肉の鋳物を造る方法。 ２ 中子６の内部の冷却を液体窒素のような系内
   で蒸発しかつ不燃性の液状冷却剤を配量すること
   により調節して行う、特許請求の範囲第１項に記
   載の方法。 ３ 鋳物１のその外側面の冷却をこの外側面に冷
   却フイン５を形成してこの外側面を大表面にして
   行う、特許請求の範囲第１項或いは第２項に記載
   の方法。 ４ 鋳物１の外側面の冷却を金属製の外側の型で
   行う、特許請求の範囲第１項から第３項のいずれ
   か一つに記載の方法。 ５ 金属製の外側の型の冷却を冷却フインを形成
   することによつて行う、特許請求の範囲第４項に
   記載の方法。 ６ 金属製の外側の型の冷却を液体窒素のような
   系内で蒸発しかつ不燃性の液状冷却剤を配量する
   ことにより調節して行う、特許請求の範囲第４項
   に記載の方法。 ７ 球状黒鉛を含む鋳鉄から下注ぎ法により鋳物
   を鋳造する鋳型において、中子６と外側の型３と
   から成る鋳造鋳型であつて、中子６の外表面の輪
   かくは鋼板７，８で形成された引抜型により形成
   されており、この型の内側の面上には冷却剤によ
   り貫流されている冷却要素９，１０，１２が配置
   され、そして引抜型と冷却要素９，１０，１２と
   の間の空間および中子６の内部の自由空間は造形
   可能な微小粒子物質が充填されていることを特徴
   とする、中空で厚肉の鋳物を造る鋳型。 ８ 冷却要素は冷却函として形成されており、こ
   の冷却函に入るまたは冷却函から出る導管がその
   中に並列に配置されている、特許請求の範囲第７
   項に記載の鋳型。 ９ 冷却函はくさび１１のような金属要素によつ
   て保持され、引抜型に押付けられている、特許請
   求の範囲第８項に記載の鋳型。 １０ 冷却要素は冷却蛇管である、特許請求の範
   囲第７項に記載の鋳型。 １１ 微小粒子物質は金属物質、特に鋼鉄シヨツ
   トである、特許請求の範囲第７項から第１０項の
   いずれか一つに記載の鋳型。 １２ 外側の型３が鋼鉄板から成る、特許請求の
   範囲第７項から第１１項のいずれか一つに記載の
   鋳型。 １３ 外側の型３が冷却要素を有する、特許請求
   の範囲第１２項に記載の鋳型。 １４ 外側の型３が冷却フインを有する、特許請
   求の範囲第１２項或いは第１３項に記載の鋳型。