JPS60130460A - 断熱複合管の製造法 - Google Patents

断熱複合管の製造法

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JPS60130460A
JPS60130460A JP23744083A JP23744083A JPS60130460A JP S60130460 A JPS60130460 A JP S60130460A JP 23744083 A JP23744083 A JP 23744083A JP 23744083 A JP23744083 A JP 23744083A JP S60130460 A JPS60130460 A JP S60130460A
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layer
cast
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Toru Kawai
徹 河合
Hisashi Hiraishi
平石 久志
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Kubota Corp
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Kubota Corp
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L59/00Thermal insulation in general
    • F16L59/14Arrangements for the insulation of pipes or pipe systems
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D13/00Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force
    • B22D13/02Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force of elongated solid or hollow bodies, e.g. pipes, in moulds rotating around their longitudinal axis
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/14Casting in, on, or around objects which form part of the product the objects being filamentary or particulate in form

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、断熱複合管の製造法、特に外層および内層の
金属層と、その中間層としてのセラミック繊維層とから
なる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図に示すように壁内の中間層(2)がセラミック繊
維層で、その両面の外層(1)と内層(3)とが金属で
ある8層構造複合管は、肉厚方向の熱流の抑制が必要々
用途、例えば高温雰囲気に曝されるファ〜ネヌロールや
、スラブなどの高温加熱材の搬送ロールなどに有用であ
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、
遠心力鋳造用鋳型の内面に針金をヌパイラル状に設けて
その内側にセラミッ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
ック繊維層を外側と内側から鋳ぐるむ方法が考えられる
。しかし、この方法では、鋳造される溶湯量に比し、セ
ラミッ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
的もしくは全面的に失なわれ、また溶湯の遠心力加圧に
よる衝撃をうけて繊維層の乱れを生じるだめ、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。別法
として、金網を円筒状に丸めて、その内側にセラミック
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置
位置からのズレなどが生じ、結局目的とする複合管を得
ることはでき々い。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、セラミック
繊維層を安定な状態で鋳型内に固定させるとともに、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3層構造を
形成し得るようにしたものである。
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)と内側金属管(内管)とを同心円状に2層に
重合するとともにその内・外管の間隙にセラミック繊維
を充填してなる円筒体を芯材とし、これを遠心鋳造用鋳
型内に鋳型軸心に一致させて設置する一方、該鋳型の内
部には、一方の側(鋳込み側)に、前記円筒状芯材が設
置された領域(本体部)と区別される湯溜部を設け、上
記芯材を鋳ぐるむ金属溶湯を湯溜部内に鋳込み、遠心力
加圧下に湯溜部から本体部内へ導入させるようにした点
に特徴を有する。
本発明方法を図面により説明すると、第1図において、
(10)は遠心鋳造用鋳型、(20、30)は鋳型の両
端開口部に嵌着されたバンド(端板) 、(40+は円
筒状芯材、(50,60)は該円筒状芯材を鋳型内に軸
心を一致させて固定するだめの芯材支持盤、(70)は
鋳込みホッパーである。(A)は湯溜部であり、鋳込み
側の端板(イ)と芯材支持盤(6o)とで画成されてい
る。
円筒状芯材(40)は、同心円状に重合された外管(4
1)と内管(43)およびその間隙に充填されたセラミ
ック繊維(42)とからなり、内・外管のそれぞれには
、鋳造時のセラミック繊維層(輪からのがヌ抜き等のた
めに適当数の小孔(例えば1〜2crrLφ)(図示せ
ず)が分散穿設されている。なお、円筒状芯材(40)
の外周面と鋳型本体部の内周面との間に金属溶湯が導入
されるためクリアランス(C)を形成するために該芯材
は鋳型本体部の内径より小さい外径を有する。
円筒状芯材(40)はその両端面のそれぞれに支持盤(
50,60)が溶接などにて取付けられ、支持盤と一体
となって鋳型内に装着されている。鋳型内に装着された
芯材(40)のまわりには芯材の外径と鋳型本体部内径
の差に相当するクリアランス(C)が与えられる。
湯溜部(A)に対面する芯材支持盤(60)は、第2図
に示すように、周縁部に形成された複数個の溝(51)
とその内側に位置して設けられた孔(62)とを有する
該周縁溝(61)および孔國はそれぞれ金属溶湯を湯溜
部(A)力・ら本体部内へ導入する通路であり、周縁溝
(61)は芯材外周面と鋳型内周面とが画成するクリア
ランス(C)に連通し、孔國は芯材の内周面側の空間(
B)に開口する。
なお、鋳型内に設置された円筒状芯材の鋳造時の揺動、
軸方向のズレを防ぐためには、例えば図示のように、芯
材を支持する一方の支持盤−を端板(至)に当接させ、
端板の外面に当てかわれる止め板(80)と支持盤に嵌
入するボルト(叫およびナツトθ0Oにて端板(ト)に
固着させればよい。
上記のように準備された遠心鋳造用鋳型を軸心捷わりに
回転させながら、鋳込み側の端板(イ)の鋳込み孔I2
])に鋳込みホッパー(70)をのぞませて金属溶湯(
M′)を湯溜部(A)内に鋳込む。湯溜部に鋳込まれた
溶湯は、遠心力加圧下に、支持盤(60)の周縁溝(5
1)を通って芯材(40)の周囲のクリアランス(C)
内に圧入される。クリアランス(C)内が溶湯で満たさ
れると、湯溜部の溶湯は、孔(52)を介して芯材(4
0)の内周面側の空間内(B)に導入され、該内周面に
そって溶湯シリンダーを形成する。こうして所定量の金
属溶湯にて芯材(40)の内外面が鋳ぐるまれだのち、
そのまま所定時間鋳型の回転を続行する。凝固完了を捷
って鋳造体を鋳型から取出し両端部の支持盤(5o。
60 ) を切断除去すれば、第4図に示すように外層
(1)と内層(3)および中間層であるセラミック繊維
層(2)とからなる8層構造後合管が得られる。その外
層(1)は芯材の外管(41)とその外周を被包する鋳
造金属層(M)とからなり、内層(3)は芯材の内管(
43)とその内周面を被包する鋳造金属層■)とからな
る。この外管および内管と鋳造金属層とは境界面で融着
し冶金学的に一体化しており、そのよう々融着−体化は
、鋳造金属溶湯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ック繊維、芯材の外管e内管
および鋳造金属の材質は、複合管の用途、使用条件によ
り任意に選らばれる。セラミック繊維としては、例えば
アルミナ1、ジルコニア、窒化けい素、炭素、炭化けい
素、炭化はう素など、鋳造金属としては、例えば耐熱鋳
鋼、ステンレス鋳鋼などが挙げられる。外管および内管
は、鋳造金属と同材質の場合もあり、あるいは異種材料
、例えば各種鋳鉄、炭素鋼、低合金鋼などの場合もあり
、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、鋳型内に円筒状芯材が
設置される点、および金属溶湯が湯溜部を介して本体部
領域内に導入される点を除いて一般的な遠心力鋳造条件
に従って行えばよい。もし、芯材の外管および内管とこ
れを鋳ぐるむ金属溶湯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、例えば鋳造に先立って円筒
状芯材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、中間層となるべきセラミック繊維
層が、外管と内管とで挾持された安定な状態で鋳型内に
設定され、しかも金属溶湯は湯溜部を介して与えられ、
円筒状芯材およびその繊維層に対する溶湯の強い衝撃が
回避されるため、繊維層の乱れや芯材自体の位置ずれ(
偏心)などを生じることがなく、従って前記図示のよう
に全周全長にわたって肉厚内の所定の位置に所定の層厚
のセラミック繊維層を有する健全な8層構造複合管を得
ることができる。むろん、外層(1)の層厚は、鋳型内
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、芯材の内周面側に導入される鋳
造金属溶湯量によね任意に調節することができる。なお
、外管および内管にガス抜き等のだめに設けておいた小
孔は鋳造金属により完全に充填されるので、強度面での
ウィークポイントとして残存する心配はない。
実施例 第1図に示す鋳造方案により、下記条件の遠心力鋳造を
行って第4図のような3層構造複合管を製造した。
〔1〕鋳5(101:内径135mmX長さ520龍。
〔2〕円筒状芯材(ト): (1)外管:5US304鋳鉄管(外径101.6關×
肉厚2.1 mm )、 内管:5US304鋳鉄管(内径84.9朋×肉厚2.
1朋)。管長420mmQ (11)セラミック繊維 成分:アルミナ、酸化ボロン、酸化けい素、充填量: 
1000.!i’/f712゜(ill)円筒状芯材の
管端面を支持盤(50,60)に溶接して鋳型内に軸心
が一致するように設置。
〔8〕鋳造金属:HP耐熱鋼(26Cr −85Ni−
0,5Mo)。
〔4〕鋳造条件 鋳型内壁面での重力倍数20Gの回転駆動下に、金属溶
湯(鋳込温度1580〜1630℃)を鋳造。
上記鋳造後、鋳造体の両端の支持盤を切断除去し、外径
185闘×内径68關×長さ420mmの複合管を得た
。外層および内層の層厚は各々19mmおよび16mm
であり、セラミック繊維の中間層は、全周・全長にわた
り肉厚内の所定の位置に形成され、はソ均一な層厚(約
3 am )を呈する。また、外層および内層のそれぞ
れにおける外管および内管と鋳造金属との結合は強固で
全長・全周面にわたって冶金学的に融着一体化している
ことが認められた。
第5図に本発明により得られた断熱複合管の加熱試験に
おける肉厚方向の温度分布測定例を示す。
管の内径は7Qmm、外径130朋、セラミック繊維層
は管内面よシ88朋の位置である。
試験条件:雰囲気温度1300°C0管内径を水冷(水
量5.31/m1n)により350°Cに保持。
測定方法:(第6図参照)。管肉厚方向の(a)〜(e
)の5個所に熱電対を埋設。管外面からの距離は、a 
: 1mm、 l) : 9mm、c:18mm、d:
24朋、e:28mm。
第5図中、曲線0)は断熱複合管の温度分布、(ロ)は
通常の管(セラミック断熱層なし)のそれである。本発
明により得られる複合管は非常に良好な断熱特性を有し
ている。
以上のように、本発明によれば、遠心力鋳造によりセラ
ミック断熱層を中間層とする健全な8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3層構造は堅牢
で、かつ肉厚方向の熱流が少いので省エネルギータイプ
のファーネスロールや搬送ロールとして有用である。す
なわち、ファ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り加熱炉内の熱が多量に炉
外に持出されるが、本発明により得られる複合管をファ
ーネスロールに適用すればその断熱特性により冷媒によ
る熱損失を少くすることができ、炉の熱経済性が高めら
れる。また、スラブなどの高温鋼材は、搬送ロールによ
る搬送過程で、ロールへの熱伝導により少なからぬ熱量
を奪われる。ロールが内部水冷される場合には鋼材の失
う熱量は更に増大する。このロールとして本発明の複合
管を使用すれば、熱損失が少く高温状態のまま次工程に
送給することができるので、それだけ次工程での再加熱
に要するエネルギーの節減効果が得られる。むろん、複
合管の用途はロール類に限られず、各種設備・機器にお
いて効果的な省エネルギー対策として奏効する。更に、
本発明による複合管はラジアントチューブとして使用す
れば、その中間層であるセラミック断熱層によってチュ
ーブ表面の周方向およ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・全長にわたる均等々熱輻射が
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例を示す軸方向断面図、第
2図はX−X断面図、第8図はY−Y断面図、第4図(
I)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、同図(1)は軸方向断面図、第5図
は加熱試験における管の肉厚方向の温度分布を示すグラ
フ、第6図は管の測温位置の断面説明図である。 l:外層、2:中間層(セラミック断熱層)、3:内層
、10:鋳型、40:円筒状芯材、41:外管、42:
セラミック繊維、48:内管、50:支持盤、51:周
縁溝、52:孔、60:支持L A:湯溜部、C:クリ
アランス。 代理人 弁理士 宮崎新へ部 第2図 第3図 第4図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)同心円状に2層に重合された、管壁に複数個の孔
    を有する外管と内管との間隙にセラミック繊維が充填さ
    れてなる円筒状芯材を、遠心鋳造用鋳型内に軸心を一致
    させて固定するとともに、該鋳型の鋳込み側に湯溜部を
    設け、該鋳型を回転させながら、金属溶湯を湯溜部内に
    鋳込み、遠心力加圧下に湯溜部から上記円筒状芯材の外
    周面側および内周面側に導入することにより該芯材を内
    外面から鋳ぐるむことを特徴とする断熱複合管の製造法
JP23744083A 1983-12-16 1983-12-16 断熱複合管の製造法 Granted JPS60130460A (ja)

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