JPS642472B2 - - Google Patents

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ツ
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図に示すように壁肉の中間層２がセラミツ
ク繊維層で、その両面の外層１と内層３とが金属
である３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ア
ーネスロールや、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スパイ
ラル状に設けてその内側にセラミツク繊維層を設
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ツク繊維層を外側と
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、セラミツ
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。別法として、金網を円筒状
に丸めて、その内側にセラミツク繊維層を設けた
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ない。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、セ
ラミツ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
間隙にセラミツク繊維を充填してなる円筒体を芯
材とし、これを、その外径より大きい内径と、そ
の胴長より長い胴長を有する遠心鋳造用鋳型内に
軸心を一致させて装着したうえ、該芯材の鋳ぐる
みを行うものであり、 上記芯材を鋳型内に軸心を一致させて装着する
ための芯材支持部材として、鋳型内径と一致する
外径を有する支持盤を芯材の一方の端面に、また
その他方の端面には鋳型内径に一致する外径を有
するとともに、芯材外周面と鋳型内周面との間の
クリアランスに連通する複数個の周縁溝、および
芯材内周面側空間に開口する孔が形成されている
支持盤をそれぞれ取付けたうえ、鋳型内に嵌装す
ると共に、芯材の前記一方の端面の支持盤をこれ
と対面する鋳型開口端の端板に当接固定させ、鋳
型の他方の開口端には鋳込み孔を有する端板を嵌
着して、その端板とこれに対面する芯材の前記他
方の端面の支持盤とで画成される鋳型内の空間を
湯溜部とし、 上記鋳型を芯材とともにその軸心を中心に回転
させながら、前記端板の鋳込み孔から湯溜部内に
金属溶湯を鋳込み、遠心力加圧下にその溶湯を、
前記芯材の支持盤の周縁溝および孔を介して芯材
の外周面側と内周面側とのそれぞれに導入するこ
とにより、芯材を内外両面から鋳ぐるむようにし
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）、４
０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ための芯材支持
盤、７０は鋳込みホツパーである。Ａは湯溜部で
あり、鋳込み側の端板２０と芯材支持盤５０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
４１と内管４３およびその間隙に充填されたセラ
ミツク繊維４２とからなり、内・外管のそれぞれ
には、鋳造時のセラミツク繊維層４２からのガス
抜き等のために適当数の小孔（例えば１〜２cm
φ）（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
と一体となつ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５０は、第２図
に示すように、周縁部に形成された複数個の溝５
１とその内側に位置して設けられた孔５２とを有
する。該周縁溝５１および５２はそれぞれ金属溶
湯を湯溜部Ａから本体部内へ導入する通路であ
り、周縁溝５１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５２は芯材の
内周面側の空間Ｂに開口する。

芯材４０の一方の端面に取付けた支持盤６０を
これと対面する鋳型開口端の端板３０に当接固定
させることとしたのは、鋳造時の鋳型回転に伴う
芯材４０の揺動、軸方向のズレを防ぐためであ
り、例えば図示のように、その支持盤６０を端板
３０に当接させ、端板の外面に当てがわれる止め
板８０と支持盤に嵌入するボルト９０およびナツ
ト１００にて端板３０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
まわりに回転させながら、鋳込み側の端板２０の
鋳込み孔２１に鋳込みホツパー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５０の
周縁溝５１を通つて芯材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４０の内周面側の空間内Ｂに導入され、該内
周面にそつ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
るまれたのち、そのまま所定時間鋳型の回転を続
行する。凝固完了をまつて鋳造体を鋳型から取出
し両端部の支持盤５０，６０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
であるセラミツク繊維層２とからなる３層構造複
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Ｍ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治金学的に一体化し
ており、そのような融着一体化は、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ツク繊維、芯材の外
管・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。セラミツ
ク繊維としては、例えばアルミナ、ジルコニア、
窒化けい素、炭素、炭化けい素、炭化ほう素な
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つて行えばよい。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、例えば鋳造に先立つて円筒状芯
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
ツク繊維層が、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、従つて前記図示のように全周
全長にわたつて肉厚内の所定の位置に所定の層厚
のセラミツク繊維層を有する健全な３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り任意に調節す
ることができる。なお、外管および内管にガス抜
き等のた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、強度面でのウイークポイ
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
力鋳造を行つて第４図のような３層構造複合管を
製造した。

〔1〕 鋳型１０：内径135mm×長さ520mm。

〔2〕 円筒状芯材３０： (i) 外管：SUS304鋳鉄管（外径101.6mm×肉厚
2.1mm）、 内管：SUS304鋳鉄管（内径84.9mm×肉厚
2.1mm）。管長420mm。

(ii) セラミツク繊維 成分：アルミナ、酸化ボロン、酸化けい
素、充填量：1000g/m²。

(iii) 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。

〔3〕 鋳造金属：HP耐熱鋼（26Cr−35Ni−
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135mm×内径68mm×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16
mmであり、セラミツク繊維の中間層は、全周・全
長にわたり肉厚内の所定の位置に形成され、ほゞ
均一な層厚（約３mm）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・全周面にわたつて冶
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70mm、外径130mm、セラミツク繊
維層は管内面より88mmの位置である。

試験条件：雰囲気温度1300℃。管内径を水冷
（水量5.3／min）により350℃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、ｂ：９mm、ｃ：18mm、ｄ：24mm、ｅ：
28mm。

第５図中、曲線イは断熱複合管の温度分布、ロ
は通常の管（セラミツク断熱層なし）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
よりセラミツク断熱層を中間層とする健全な３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アーネスロール
や搬送ロールとして有用である。すなわち、フア
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
をフア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
管はラジアントチユーブとして使用すれば、その
中間層であるセラミツク断熱層によつてチユーブ
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例を示す軸方向断
面図、第２図はＸ−Ｘ断面図、第３図はＹ−Ｙ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、同図は軸
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。 １：外層、２：中間層（セラミツク断熱層）、
３：内層、１０：鋳型、４０：円筒状芯材、４
１：外管、４２：セラミツク繊維、４３：内管、
５０：支持盤、５１：周縁溝、５２：孔、６０：
支持盤、Ａ：湯溜部、Ｃ：クリアランス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 管壁に複数の孔を有する同心円状に重合され
   た外管と内管との間〓にセラミツク繊維を充填し
   てなる円筒体を芯材４０とし、遠心鋳造用鋳型１
   ０内で金属溶湯による鋳ぐるみを行う断熱複合管
   の製造法であつて、 上記鋳型１０は、芯材４０の外径より大きい内
   径と、その胴長より長い胴長を有し、 上記芯材４０は、その両端面に取付けられた鋳
   型内径に相当する外径を有する支持盤５０および
   ６０と一体となつて鋳型１０内に軸心が一致して
   装入されたうえ、一方の支持盤６０はそれと向い
   合う鋳型開口端に嵌着された端板３０に当接固定
   され、その芯材外周面と鋳型内周面とで芯材外径
   と鋳型内径との差に相当するクリアランスＣが画
   成されているとともに、他方の支持盤５０が位置
   する側の鋳型開口端には、金属溶湯鋳込み孔を中
   央部に有する端板２０が嵌着されてその支持盤５
   ０と端板２０とで湯溜部Ａが画成され、かつその
   支持盤５０には、前記クリアランスＣに連通する
   複数個の周縁溝５１、および芯材内周面側空間Ｂ
   に開口する孔５２が設けられており、 上記のように芯材４０が装着さた鋳型１０を水
   平軸心を中心に回転させながら、湯溜部Ａ内に金
   属溶湯を鋳込み、遠心力加圧下に、その金属溶湯
   を支持盤５０の周縁溝５１および孔５２を介して
   湯溜部Ａから芯材４０の外周面側および内周面側
   のそれぞれに導入することにより芯材４０をその
   内外両面から鋳ぐるむことを特徴とする断熱複合
   管の製造法。