JPS62267046A - 中空金属塊の製造方法およびその装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、中空金属塊の製造方法およびその装置に関し
、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
中空金属塊（以下は、代表的な「鋼塊」の例で述べる）
を鋳造する方法およびその方法の実施に用いる装置に関
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
伴っ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、あるいは内面に逆■偏折線が出ない
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、■溶鋼と接する外管に金属円筒を用いかつ該外管内
側に中空あるいは中空金属を配設した製造の中子を採用
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。

上記各従来技術は、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役と厳しく
なっ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ってい
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
うに製造することは困難となってきたのである。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■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
しては品質の面から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
った。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った。

そこで、本発明の目的は、大型の中空鋼塊製造に当り、
該鋼塊内表面に割れ発生させず、しかも鋼塊内部品質に
も優れた中空鋼塊を製造する有利な技術を提案すること
ろにある。

（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金属塊を得る方法において、
冷媒による前記中子の冷却に当り、該筒形の金属製中子
の座屈を許容しながら該中子の内面に、注湯段階の高温
時には不活性ガスを直接吹付けるのに対して凝固段階の
低温時には空気を直接、それぞれ一様に吹付けることを
特徴とする中空金属塊の製造方法、および、定盤上の鋳
型内中心部に、環状の鋳造空間を形成する筒形の中子を
同心に設置してなるものにおいて、前記中子を、溶融金
属に接する外郭部分に位置する金属円筒と、その円筒内
に位置させるところの前記冷媒の吹抜は通路を提供する
開口を設けてなる円筒格子形の座屈調整枠と、その枠内
に位置させるところの前記開口に面して設けられる多数
の冷媒吹付は用ノズルを具える冷却ガス槽とで構成し、
前記冷却ガス槽には不活性ガスまたは空気を選択導入で
きる管路を配設したことを特徴とする中空金属塊の製造
装置、を提案する。

かかる本発明の構成の特色は中子の構成にある。

すなわち、金属円筒の好適な座屈量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高温時のもの
と低温時のものとに区別して使用できるようにした方法
およびそれに応する装置を提案したところにある。

（作　用） 本発明は、甚大的に、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一同心に設
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の金属円筒６
、冷媒通路となる開ロアａを有する円筒格子状の座屈調
整枠７、および前記開ロアａに面して多数の冷却用流体
吹付はノズル８を周面に有する冷却ガス槽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
の座屈量としたものである。金属円筒６を冷却するため
冷媒は、格子構造を持つ座屈調整枠７の空間間ロアａを
通じて流体吹付はノズル８から全面にわたって一様に、
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るこ
とが重要である。

冷媒としては、不活性ガスと空気が使用されるが、本発
明の場合、金属円筒６が１０００℃以上の鋳込み後約５
時間は不活性ガスを、その後は安価な空気を吹付けるこ
とを特徴とする。そのために本発明は、冷却ガス槽９の
供給系にへは、切換弁１１を介して不活性ガス配管１２
と空気配管１３とを延在配置する。

要するに本発明では、金属円筒６、座屈調整枠７の間に
座屈量（間隙Ｇ）を確保することで、金属円筒６の座屈
により鋼塊内表面に発生する割れを回避するようにした
のである。この座屈量（間隙Ｇ）は５〜４０ｍｍが好適
である。なぜならば、５ｍｍ以下だと座屈量が少なくな
り割れが発生し、また４０ｍｍ以上だと座屈量が多くな
り過ぎて凝固シェルの変形が追従できず割れが発生する
。また該座屈調整枠７の開ロアａを通じて直接金属円筒
６を強冷することができるので、金属円筒６の溶損防止
が達成できるばかりでなく、鋼塊の内質も向上し、製品
品質を高める効果を得る。なお座屈調整枠７の開ロアａ
に面して各吹付はノズル８を配置し、冷媒の主流をほぼ
垂直に金属円筒６に吹付けるようにしたのは、冷却効果
を一段と高めるための配慮である。また、座屈調整枠７
を格子構造としているのは、冷媒の流通を妨げないよう
にするためと、金属円筒６が座屈した後鋼塊からのすべ
ての力に抗するための配慮である。

次に、冷媒の使用方法に関し、初期は不活性ガスを、そ
して後期には空気を用いるのは特に大型鋼塊の場合に熱
容量が大きくなることに対応させるためであって、金属
円筒６の温度が１０００℃以上になることがある場合に
、空気を吹付けると酸化発熱して溶損につながることを
考慮してのことである。この点１０００℃以下になった
場合には空気を吹付けても酸化発熱することはなく、不
活性ガスを用いるより安価である。

なお、第１図に示した図示の１は定盤で、鋳型２内の環
状の鋳造空間Ｓに臨んで１以上の湯上がり口５が開口さ
せであるとともに湯道３を具える。

１０は断熱スリーブである。

また、第２図は座屈調整枠７の詳細を示す図である。

（実施例） 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：
０．１７ｗｔ％　、Ｓｉ：０．２３ｗｔ％、！、ｌｎ：
、４３ｗｔ％、Ｎ：０．８０ｗｔ％、−Ｃｒ：０．１４
ｗｔ％、Ｍｏ：Ｑ、　５３ｗｔ％であり、その他数種の
残余の元累を含み、かつ残りは鉄で構成される。３個の
湯上がり口５を持つ定盤１に菊型鋳型２を設置し、その
中央部に外径１４００ｍｍ、内径１３６０ｍｍの軟鋼製
円筒６、外径１３２０ｍｍ、内径１０２０ｍｍの座屈調
整枠７を設置しくＧ＝２０ｍｍ）、その内側に外径９８
０ｍｍ、内径９６４　ｍｍの冷却ガス槽９を設置した。

ノズル８からは１０１００Ｎ／ｍｉｎの窒素ガスを鋳込
み始めから約５時間流し、以後は同量の空気に切換えた
。

冷却ガス槽９の側壁にとりつけたノズル８から金属円筒
６の内表面を指向する直角方向に冷却ガスを噴射したが
、そのノズル８は径６　＋＋＋＋ｎのものを冷却ガス槽
９に３５０個取付けた。

鋳造は、１５９８℃の溶鋼を過熱度８５℃に維持して湯
上り速度１４５　ｍｍ／ｍｉｎの条件で行った。鋼塊内
面には金属円筒６が付着していたが、溶損の形跡は全く
なく、金属円筒６は底部から頭部にかけて最大９Ｑｍｍ
の変形であった。鋼塊を鍛造、機械加工したが、ｆＤａ
中における鋼塊内面には割れはなく、製品として不都合
となる部分は全く無かった。押湯部属下のところから試
料を採取し、健全部２０逆■偏析２１、最終凝固位置２
２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。

すなわち、従来鋳造法（ａ）で得られたものと比較して
、本発明（ｂ）の方が逆■偏析２１が内部に移動し優位
性が明らかであった。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、鋼塊割れを無くす
ことができると共に逆■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材などについては、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、押湯部属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　　　　　　　２　鋳型 ３　湯道　　　　　　　４　中子 ５　湯上がり口　　　　６　金属円筒 ７　座屈調整枠 ８　冷却ガス吹付はノズル ９　冷却ガス槽　　　　１〇−断熱スリーブ１１　　ガ
ス切換弁　　　　１２　　不活性ガス配管１３　　空気
ガス配管　　　２０　　健全部２１　　逆■偏析部　　
　　２２　　最終凝固位置特許　出　願　人　　　川崎
製鉄株式会社第２図 第３図 （ａ） （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、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金属塊を得
   る方法において、 該筒形の金属製中子の座屈を許容しながら 該中子の内面に、冷媒ガスを直接吹付けることを特徴と
   する中空金属塊の製造方法。 ２、定盤上の鋳型内中心部に、環状の鋳造空間を形成す
   る筒形の中子を同心に設置してなるものにおいて、 前記中子を、溶融金属に接する外郭部分に 位置する金属円筒と、その円筒内に位置させるところの
   前記冷媒の吹抜け通路を提供する開口を設けてなる円筒
   格子形の座屈調整枠と、その枠内に位置させるところの
   前記開口に面して設けられる多数の冷媒吹付け用ノズル
   を具える冷却ガス槽とで構成したことを特徴とする中空
   金属塊の製造装置。