JPS60148659A - 断熱複合管の製造法 - Google Patents

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、特に外層及び内層の金
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ァー
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、セラミック繊＃＃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ック繊
維を充填した円筒体を芯材とし、該芯材を遠心鋳造用鋳
型内に軸心同士を一致させて設置する一方、上記遠心鋳
造用鋳型の鋳込み側に隣接された湯溜鋳型内へ芯材を鋳
ぐるむべき金属溶湯を鋳込み、遠心力加圧下に上記湯溜
鋳型から上記遠心鋳造用鋳型へ金属溶湯を導入させるよ
うにした点に特徴を有する。

以下本発明方法を図面に基づいて詳しく説明する。第１
図において、００は遠心鋳造用鋳型、（イ）は湯溜鋳型
、００は円筒状芯材、ＱＯは鋳込みホッパである。

上記遠心鋳造用鋳型０１（以下単に鋳型００という）は
、遠心鋳造を行うための円筒状の鋳型であり、その反鋳
込み側（第１図においては右側）の開口部には、その内
径に相当する外径を有し、中央に貫通孔０］）を有する
ドーナツ状の端板（１）が嵌着されている。

また円筒状芯材θυは、同心円状に重合された外管０１
）及び内管（ハ）並びにその間隙に充填されたセラミッ
ク繊維（４諺からなる。なお、上記外管ＯＤ及び内管０
３の夫々には鋳造時のセラミック繊維０埠からのガス抜
き等のために適当数の小孔（例えば直径：１〜２画の孔
）（図示せず）が分散穿設されている。また、この円筒
状芯材Ｏ０の外径は、その外周面と前記鋳型ＯＩの内周
面との間に金属溶湯（財）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００の内径より小さく
なっている。

斯かる円筒状芯材−の両端面の夫々には、前記鋳型００
の内径に相当する外径を有する支持盤（イ）−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００内に装着される。

更に上記支持盤−■のうち、反鋳込み側に位置する支持
盤−は、前記端板（至）に取付けられる。その取付は方
法は、例えば端板（至）の中央の貫通孔０ηヘボルト（
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−に螺着させるとよい。

このようにして鋳型０１内に装着された円筒状芯材θＯ
のまわりには、その外径と鋳型００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−一のうちの鋳込み側に位置する支持
盤−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Ｇηとその内側に位置して（４） 設けられた孔（！５蹄とを有する。該周縁溝（５］）及
び孔の陣は夫々金属溶湯（財）を、後に詳述する湯溜鋳
型（イ）から前記鋳型００内へ導入する通路であり、周
縁溝０５１）は円筒状芯材−の外周面と鋳型００の内周
面とが画成する前記クリアランス（Ｃ）へ連通し、孔６
埠は円筒状芯材θ０の内周面側の空間（Ｂ）に開口する
。

無論、鋳型０１内に円筒状芯材（イ）全体を収容する必
要があるため、上記鋳型０Ｏの全長は、支持盤（イ）輪
が両端に取付けられた円筒状芯材００の全長より長くな
っており、鋳型０１内に円筒状芯材（転）を装着した状
態で、鋳型００の鋳込み側に空間（Ｄ）が形成されるよ
うになっている。

上記鋳型０Ｑの鋳込み側には、湯溜鋳型（１）が隣設さ
れている。該湯溜鋳型（イ）は、内部に空間（Ａ）を形
成する略円筒状の形状を有するが、その内面形状に特徴
を有する。即ち、その内面形状は中央部より若干鋳込み
側が最大内径を有するようになっており、その両側は連
続的に縮径している。そして反鋳込み側端部が最小の内
径を有するようになっているが、この部分の内径寸法は
、前記鋳型ＣＩ□の内径寸法より小さくなっている。ま
た上記湯溜鋳型（イ）の鋳込み側の開口部には、その内
径に相当する外径を有し、中央に鋳込み孔侶０を有する
ドーナツ状の端板■が嵌着されている。そして上記鋳込
み孔り）には、金属溶湯（財）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って
いる。

次に上述したように湯溜鋳型（イ）が隣設された遠心鋳
造用鋳型００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０１を軸心まわりに回転さ
せながら、端板−の鋳込みホッパ翰をのぞませて金属溶
湯（財）を湯溜鋳型（イ）内へ鋳込む。鋳込まれた金属
溶湯（財）は、遠心力加圧下に支持盤−の周縁溝Ｇ］）
を通って円筒状芯材００の周囲のクリアランス（Ｃ）内
へ導入される。この場合、湯溜鋳型翰の反鋳込み側端部
の内径が小さくなっているため、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
００内へ導入するのを防ぐことができる。また鋳型００
の鋳込み側には空間囚が形成されており、この部分にホ
ッパ（７０より鋳込まれた金属浴！（Ｍ）が一旦貯留さ
れるため、鋳型（Ｉｎ内へ導入された金属溶湯（財）は
、それがクリアランス（Ｃ）内へ導入されている間、支
持盤−に殆ど接触することがない。従って支持盤−が金
属溶湯（財）の熱によって加熱されることがなく、該支
持盤■を低温に保持でき、その結果、支持盤■と円筒状
芯材θＯ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）が必要以上、鋳型０
０内へ導入されないため、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、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。

斯くしてクリアランス（Ｃ）内へ金属浴ｉ（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、孔６埠を介して円筒状芯材００の内周面側の
空間（Ｂ）内へ導入され、該内周面に沿って溶湯シリン
ダが形成される。こうして所定量の金属溶湯（財）にて
円筒状芯材θＯの内外面が鋳ぐるまれると、そのまま所
定時間だけ鋳型θ１の回転を続行させる。

凝固完了をまって鋳造体を鋳型０１から取出し、両端の
支持盤−一を切断除去すれば、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
あるセラミック繊維（６）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−の外管θ吐そ
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θ０の内管θ枠とその内周面を被包す
る鋳造金属（（財）とからなる。上記外管θη及び内管
θ葎と鋳造金属（（財）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ック繊維（６）、円筒状芯材
−の外管０η及び内管（財）並びに鋳造金属（（財）の
材質は、複合管の用途、使用条件によって任意に選ばれ
る。セラミック繊維（６）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（財）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＠η及び内管に）は、鋳造金属（Ｍ）と同材質の場合
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０１内に円筒状芯
材に）が設置される点、及び金属溶湯（（財）が湯溜鋳
型（１）を介して鋳型００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って行えばよい。

もし円筒状芯材（／４０の外管θη及び内管０３と、こ
れを鋳ぐるむ金属浴ｉ（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、例えば鋳造に先立っ
て円筒状芯材（イ）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）となるべきセラミッ
ク繊維θ埠の層が、外管（４ηと内管■とで挾持された
安定な状態で鋳型０１内に設定され、しかも金属溶湯（
２）は湯溜鋳型（イ）を介して与えられ、円筒状芯材０
０及びその中間層（２）たる繊維θのに対する金属浴ｉ
（Ｍ）の強い衝撃が回避されるため、セラミック繊維θ
埠の乱れや円筒状芯材θＯ自体の位置ずれ（偏心）等が
生じることがなく、従って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θ埠からなる
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００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００の内周面側に導入され
る金属溶ｉ（Ｍ）の量により任意に調節することができ
る。なお、外管０１）及び内管θ■にガス抜き等のため
に設けておいた小孔は鋳造金属（財）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。

更に前述したように、湯溜鋳型（イ）を鋳型００に隣接
させているため、支持盤■が金属溶湯（財）の熱によっ
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。従って支持盤（
ト）と円筒状芯材ＱＯとの取付部が溶解することがない
上、渦流れも層状となり、製品にブローホールも生じな
い。

なお、本発明方法は遠心鋳造法の場合だけでなく、通常
の鋳造法（置注法）の場合にも容易に応用できることは
明白である。

以上詳述したように、本発明によれば、遠心力鋳造によ
りセラミッ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
ータイプのファ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って加熱炉内の熱が多量に炉
外へ持出されるが、本発明によって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って冷媒
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力瓢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ｌｌｌ−１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、８：内層、１０：遠心鋳造用鋳
型、２０：湯溜鋳型、４０：円筒状芯材、４１：外管、
４２：セラミック繊維、４３二内管、５０：支持盤、５
１：周縁溝、５２：孔、６０：支持盤、Ｃ：クリアラン
ス。 代理人　弁理士　宮　崎　新へ部 入 第２図　第３図 手続補正書帽釦 昭和５９年２月２２日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 ２、発明の名称 断熱複合管の製造法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 ４、代理人 ５、補正の対象

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）同心円状に二層に重合され、しかも管壁に複数個
   の孔を有する外管及び内管と、上記外管及び内管の間隙
   に充填されたセラミック繊維とからなる円筒状芯材を、
   鋳込み側に湯溜鋳型が隣設された遠心鋳造用鋳型内に軸
   心を一致させて固定し、上記遠心鋳造用鋳型を回転させ
   ながら、湯溜鋳型内へ金属溶湯を鋳込み、遠心力加圧下
   に上記湯溜鋳型から上記円筒状芯材の外周面側及び内周
   面側へ上記金属溶湯を導入することにより上記円筒状芯
   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。
2. （２）上記湯溜鋳型は、反鋳込み側の内径寸法が遠心鋳
   造用鋳型の内径寸法より小さい形状である特許請求の範
   囲第（１）項記載の断熱複合管の製造法。