JPH0342980B2

JPH0342980B2 -

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Publication number: JPH0342980B2
Application number: JP14027986A
Authority: JP
Priority date: 1986-06-18
Filing date: 1986-06-18
Publication date: 1991-06-28
Also published as: JPS62296941A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、中空金属塊の製造方法に関し、特に
以下に述べる技術は、圧力容器用材料や大型リン
グ材等の筒状鍛鋼品等を製造するときの素材、す
なわち中空金属鋳塊（以下は、代表的な「鋼塊」
の例で述べる）を鋳造する方法に関しての提案で
ある。

（従来の技術）中空鋼塊の用途は、近年とみに拡がりつつあ
り、それに伴つて要求される該中空鋼塊の形状、
品質も厳しくかつ多様化してきている。例えば、
300tを超えるような大型品製造の要請、あるいは
内面は逆Ｖ偏析線が出ないような製品を得るとい
う要求もある。

こうした中空鋼塊を製造すること自体、現在で
はそれほど困難なことではなく、たとえばその公
知製造技術として、溶鋼と接する外管（最外
郭）に金属円筒を用いかつ該外管内側に中実状あ
るいは中空状金属を配設した中子を採用し、その
中子内に空気や水蒸気等の冷却媒体を流す中空鋼
塊製造方法（英国特許第520598号）、定盤上に
据付けた鋳型内の中央部に、円筒状鋼管とその内
壁に接して形成する円筒状耐火部材よりなる中子
を設置し、その鋳型と中子との間に溶鋼を注入し
て中空鋼塊を製造する方法（特開昭54−117326
号）などがある。

上記格従来技術は、中子段取りが容易で該中子
の冷却特性も良いことから優れた方法であると云
える。しかしながら、最近の中空鋼塊に対する品
質要求は一段と厳しくなつているのみならず鋼塊
の大きさもより一層大型化してきており、上記従
来技術では対応しきれなくなつているのが実情で
ある。即ち、鋼塊の大型化に伴い、金属円筒が溶
鋼静圧に耐え、かつ適度に座屈変形をし、同時に
その後の圧力に抗してなお必要な中空形状を保持
するように製造することが困難となつてきたので
ある。しかも、鋼塊が大型化することにより、中
子の内側からの冷却が不十分になる。その結果、
逆Ｖ偏析が出現しやすくなるため、特に原子力材
料等の品質要求の厳しいものに対しては品質の面
でも問題点を残していた。

（発明が解決しようとする問題点）上述した鋼塊の大型化、品質の要求度に対して
は、例えば、中子外郭を形成する金属円筒のその
肉厚を大きくすれば冷却の強化は可能となるもの
の一方では座屈が無くなるので鋼塊内表面に致命
的な割れを発生させてしまう。また、該中子の金
属円筒の肉厚を小さくすれば、適当な座屈を生じ
て鋼塊内表面の割れを回避することはできるが、
座屈量の制御ができず中子を押しつぶす危険があ
つた。この点、中子の座屈を途中で抑えようとす
れば、金属円筒と冷却媒体供給系との間に障害物
の設置が必要となり、十分な冷却ができなかつ
た。

また、冷却媒体として水を使うことが既に知ら
れているが、この場合冷却効果は向上するものの
金属円筒の変形を難しくする他、安全性の面で致
命的な問題点が残り、実用的でない。

そこで、本発明は、大型の中空鋼塊製造に当
り、該鋼塊内表面に割れを発生させず、しかも鋼
塊内部品質にも優れ、製造時の安全性も高い中空
鋼塊を得るための有利な技術を提案することを目
的とする。

（問題点を解決するための手段）以上のべたような斯界技術の抱えている現状の
課題に対し、本発明は、その課題解決手段とし
て、鋳型内中心部に、内部に冷媒を供給して冷却す
ることとした筒形の金属製中子を設置し、該鋳型
と中子との間に形成される環状の鋳造空間に溶融
金属を注入して内外面より冷却凝固させることに
より中空状の鋳造金属塊を得るという基本的な着
想の下で、中子を、その最外部を構成する金属円筒、その
内側に該円筒の座屈許容代を介在させて内挿され
る円筒格子形の座屈調整枠、および中心部に設置
される冷却用流体吹付けノズルにより構成し、前
記吹付けノズルから金属円筒に向かつて冷却用流
体を吹付けて該中子を冷却するに当り、少なくと
も鋳込み中は不活性ガスを用いるのに対し、該金
属円筒の座屈後は水もしくは水と気体との混合ミ
ストを用いて中子冷却を図ることを特徴とする中
子金属鋳塊の製造方法、を提案する。

かかる本発明の構成の特色は中子と冷媒の使い
方の他次のような点に関しての構成にある。すな
わち、金属円筒の好適な座屈許容代を予め設ける
ために座屈調整枠を設け、また金属円筒の冷却を
適度に強化するために、座屈調整枠の各開口に冷
媒噴射ノズルをマツチングさせて設け、さらに使
用する冷媒を鋳造初期と後期とに区別して使用で
きるようにする装置を提案したところにある。

（作用）本発明は、基本的に、内部に冷媒を供給して冷
却することとした筒形の金属製中子を鋳型内中心
部に同心に設置し、該鋳型と中子との間に形成さ
れる環状の鋳造空間に溶鋼を注入し、内外両面よ
り冷却して凝固させることにより中空状の鋼塊を
得る方法であると云える。

かような方法において本発明は、第１図に示す
ように、中子４を、鋳造空間Ｓ内溶鋼に接する部
分（最外郭となる）の金属円筒６、冷媒通路とな
る開口７ａを有する円筒格子状の座屈調整枠７、
および前記開口７ａに面して多数の冷却用流体吹
付けノズル８を管軸方向に列設してなるノズル管
９で構成し、金属円筒６と座屈調整枠７との間隙
Ｇのみを金属円筒６の座屈許容代としたものであ
る。金属円筒６を冷却するため不活性ガス、水あ
るいはそれらの混合ミストである冷媒（冷却用流
体）は、格子構造を持つ座屈調整枠７の空間開口
７ａを通じて流体吹付けノズル８から全面にわた
つて一様に、即ち均一に冷却されるように吹付け
る。その時冷媒の主流が金属円筒６へほぼ垂直に
衝突するように吹付けて冷却効果を高めることが
重要である。

冷却用流体としては、不活性ガス、または水、
もしくはそれらの混合ミストが鋳造の格段階に応
じて使用されるが、本発明の場合、少なくとも鋳
込み中は不活性ガスのノズル８から吹付け、前記
金属円筒６の適当な変形（座屈）を発生させ、そ
れ以後冷却用流体としては水もしくは混合ミスト
を用いる。そうすると、金属円筒６の変形が鋳込
み中もしくは鋳込み後の早い時期に発生し、その
結果綱塊内表面の割れが防止できる。一方で、綱
塊内面側の凝固シエルが完全に成長してから水な
どを使うので、水蒸気爆発などの危険がなくなる
特徴がある。

なお、本発明は冷却用流体の鋳込み段階による
使い分けを実現するために、複数のノズル管９の
供給元へは、切換弁１１を介して不活性ガス配管
１２と空気配管１３とを延在配置し、いずれか一
方、または同時に流して混合ミストの状態とす
る。

以上説明したように、少なくとも鋳造初期に、
不活性ガスを用い、それ以後は水に切替える理由
は、鋼塊の内表面割れを防止するのに初期に金属
円筒６を変形させる必要があるためである。本発
明者らの研究によると、鋼塊内表面に割れが発生
するのは、凝固初期の凝固収縮時に中子に働く締
付け作用に抗しきれない場合であることを知見し
た。従つて、この時に凝固シエルの応力を除荷し
てやれば割れが発生しないことが判つた。

要するに、金属円筒６の変形時期については、
主として鋳込み完了前であることが多くの鋳造例
から知見できたが、その結果鋳込み終了の時に凝
固シエルの応力除荷さえしてあれば、鋼塊の内側
を強冷却しても、既に固まつているので鋼塊内表
面に割れを発生させないのである。しかし、鋳込
み中は凝固シエルの成長が不完全であり、強冷に
よる中子および凝固シエルの応力発生時に、漏鋼
の危険もある。そのため、中子変形による応力除
荷と安全確保には、少なくとも鋳込み中は不活性
ガスによる冷却が必要となるのである。

また、不活性ガスを用いる理由は、大型中空鋼
塊の場合には熱容量が大きいため、金属円筒６の
温度が1000℃以上になることがあり、その場合に
空気を吹付けると酸化発熱して溶損につながるこ
とを考慮したためである。

なお、冷却用流体としては不活性ガスと水が用
いられるがこれらの配管としては鋳型近くで切換
弁１１を介して合流する図示例の如きが好適例と
して用いられる。

また、その配管構成の他の例としては、不活性
ガスと水の各管路を個別に配置する場合であり、
このケースでは不活性ガスと冷却水とを同時に流
せるばかりでなく、個別に流量制御が可能であ
る。またこれは製作が簡単にできる点が利点であ
る。

さらに他の例としては、冷却用不活性ガス配管
１２と冷却水配管１３を同心二重管で構成する場
合であり、この場合、どちらかの冷却媒体が流れ
ていれば配管自身も冷却されることになるので、
冷却用流体の切換え時に、突沸などのトラブルが
回避できるという利点がある。

なお、鋳造初期に発生させる座屈変形量は、金
属円筒６と座屈調整枠７の間隙Ｇにより制限す
る。この間隙Ｇは５〜50mmの範囲に制御するのが
好適である。それは５mm以下だと座屈量が制限さ
れることにより割れが発生し、また、50mm以上だ
と座屈変形量が大きすぎて生成した凝固殻が割れ
る恐れがあり、漏鋼の危険性もあるからである。

鋳造終了後の冷却用流体としては主として水を
使用するが、使用後の水を排水するために定盤１
の中央部に排水口１４を設置し、金属円筒６に吹
き付けた冷却水を速やかに鋳型外へ排出できるよ
うにする。このような構成にすれば使用後の水を
ポンプ等で吸上げて除去する必要がなくなり安全
な鋳造を行うことができる。なお、湯道３と排水
口１４が交錯すると爆発を起こす危険があるので
避けなければならない。そのため、定盤を２段１
ａ，１ｂに設置し、上側の定盤１ａに排水口１４
を設け、下側の定盤１ｂに湯道３を設けるとよ
い。第１図はその具体例を示すものであつて、上
側の定盤の側面に排水出口を設け、排水管で接続
することにより、水と溶鋼との接触を完全に避け
ることができる。

（実施例）第１図は、本発明方法を実施するための製造装
置の一例であり、図示の１は定盤で、鋳型２内の
環状の鋳造空間Ｓに臨んで１以上の湯上り口５を
開口させてあるとともに湯道３が設けてある。４
は本発明にかかる中子であり、この中子は金属円
筒６と第２図に示すような座屈調整枠７とを同心
構造で組合わせてあり、座屈調整枠７の内側にノ
ズル管９に配設された冷却用流体の吹付けノズル
８を座屈調整枠７の開口部に合わせて設置してあ
る。冷却用流体の吹付けノズル８はノズル管９に
取付けられている。ノズル管９には鋳型外の延在
位置に切換弁１１があり、冷却用流体として不活
性ガスあるいは水のいずれかを選択できる構造と
なつている。図示の１２，１３はそれぞれ不活性
ガス配管１２、冷却水配管１３である。

本発明鋳造例溶鋼重量200トン、平均厚み1150mmの中空鋼塊
を下注ぎ鋳造にて製造した。注入した鋼の組成は
Ｃ：0.21wt％、Si：0.22wt％、Mn：1.49wt％、
Ni：0.78wt％、Cr：0.14wt％、0.54wt％であり、
残りは鉄で構成され、数種の残余の元素を含むも
のである。３個の湯上り口を持つ定盤に菊型鋳型
を設置し、その中央部に外径1400mm、内径1360mm
の軟鋼製円筒、外径1320mm内径1020mmの座屈調整
枠を配置し、その内側に冷却用ノズル管を配置し
た。

鋳造中は窒素ガスを鋳込み始めから40Nm³／
minで吹付けた。鋳込み終了後30分間は窒素ガス
を冷媒して使用したが、以後は水に切換え、金属
円筒に直角方向に噴射して冷却を行なつた。な
お、鋳込んだ溶鋼（1602℃）は過熱度89℃に維持
し、湯上り速度150mm／minの条件で鋳造した。

その結果、鋼塊内面には金属円筒が付着してい
たが、溶損の形跡は全くなく、金属円筒は底部か
ら頭部にかけて最大20mmの変形であつた。鋼塊を
鋳造、機械加工したが、鋳造中における鋼塊内面
には割れはなく、製品として不都合となる部分は
無かつた。押湯部直下のところから資料を採取
し、健全部２０、逆Ｖ偏析発生部２１、最終凝固
位置２２についてマクロ組織を調べたところ、第
３図のような結果が得られた。従来法(a)と比較し
て本発明(b)の方が逆Ｖ偏析発生部２１が内部に移
動し優位性が明らかであつた。

（発明の効果）以上説明したように本発明によれば、逆Ｖ偏析
線の影響を最小に止め得るから大型高品質の中空
鋼塊を確実に得ることができる。特に大口径のリ
ング座位については本発明の効果が著しく、本発
明により、製品内表面の優れたリング製品を製造
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる中空鋼塊製造装置の
一例を示す断面図、第２図は、座屈調整枠の斜視
図、第３図は、押湯部直下における本発明で得た
中空鋼塊(b)と従来例で得た中空鋼塊(a)との各マク
ロ組織の比較図である。１……定盤（上段１ａ、下段１ｂ）、２……鋳
型、３……湯道、４……中子、５……湯上り口、
６……金属円筒、７……座屈調整枠、８……冷却
ガス吹付けノズル、９……ノズル管、１０……断
熱スリーブ、１１……ガス切換弁、１２……不活
性ガス配管、１３……冷却水配管、１４……排水
口、２０……健全部、２１……逆Ｖ偏析部、２２
……最終凝固位置。

Claims

【特許請求の範囲】

１鋳型内中心部に筒形金属中子を設置し、該鋳
型と中子との間に形成される環状の鋳造空間に溶
融金属を注入して中空状の鋳造金属塊を得る方法
において、上記中子を、その最外郭を構成する金
属円筒、その内側に該円筒の座屈許容代を介在さ
せて内挿される円筒格子形の座屈調整枠、および
中心部に設置される冷却用流体吹付けノズルによ
り構成し、前記吹付けノズルから金属円筒に向つ
て冷却用流体を吹付けて該中子を冷却するに当
り、少なくとも鋳込み中は不活性ガスを用いるの
に対し、該金属円筒の座屈後は水もしくは水と気
体との混合ミストを用いて中子の冷却を図ること
を特徴とする中空金属塊の製造方法。