JP3853214B2 - 金属から工業用チューブまたは形バーを製造する方法および関連する装置 - Google Patents

Description

【０００１】
技術分野
本発明は金属から工業用チューブまたは形バーを製造する方法およびこの製造に使用される装置に関するものである。
更に詳細には、本発明は、特に熱交換用を意図した、即ち熱交換器用にまたは脱塩用プラントに使用可能なかつ化学および石油化学プラントの分野において、工業用に使用する金属チューブと形バーを得るための連続鋳造方法に関するものである。
【０００２】
従来技術
前記金属チューブおよび形バーの製造に適した材料には、銅、その合金、キュプロニッケル、特殊黄銅、アルミニウム青銅等が含まれる。
【０００３】
既知の如く、これらの材料は、例えば高い導電率と熱伝導率、良好な耐食性および優れた熱間および冷間加工性の如き、それらをその目的に適したものとなす幾つかの特性をもつ。
【０００４】
これらのチューブおよび形バーの製造では、化学的組成と材料の許容度を限定する特定の指針が参照される。上記基準は例えば頭文字で、ASTM B111 , DIN 1785, UNI 6785, AFNOR NFA 51.102 によって既知のものである。
【０００５】
工業用のかかる金属チューブおよび形バーは、多くの作業ステップを含み、かつ該方法を長い、面倒な、かつ簡単に実現できないものとなす他に、仕上げ製品のコストに著しい影響を及ぼす方法によって、慣例的に得られる。
【０００６】
この既知の方法は、事実、原料とスクラップの分類から出発し、滴定(titration)と結合(alligation)の如き準備処理を行って、誘導電気炉内で材料を溶融する第１ステップを含む。その後、鋳造用溶融材料からビレット、即ち、ほぼ 80 と 350 mm 間の範囲内の直径をもつ半仕上げされた円筒形製品が得られる。ビレットは次いで、700 と 1100 °C 間の範囲内の温度に加熱する前に、正しい寸法で引き抜きプレスに、移送されるために、切断および団塊化(lumping)作業を施される。前記プレスによって、管状形状または他の形状のプレフォームが得られ、これらのプレフォームは一般的に、寸法と品質管理が施され、その後それらの断面を冷間減少させるために、圧延機及び／又はダイに運ばれる。
【０００７】
この加工ステップは、本体断面をほぼ 80 ％減少させ、その直径と厚さは長くなって、減少する。時には、加工されるべき特殊合金の存在下では、プレフォームの冷間加工をより容易になすために、中間熱処理が必要とされる。後続の引き抜き作業は殆ど仕上がった製品を造り、その断面は更に減少されている。実際の仕上げは、部片の切断と、その可能なくせ取り、並びに脱脂または洗浄の前の管理と検査を含む。
【０００８】
この明らかに長いかつ面倒な方法は多くの特殊材料を必要とし、かつビレットを形成する溶融中と熱間引き抜き中の両方において、かつまたその後においても、種々のステップで高い割合の廃物とスクラップを生じる。製造サイクルの一般的経済性では、スクラップの発生は概して約 2 : 1 の全歩留り(yield)比を生じる。
【０００９】
更に、鋳造炉と引き抜きプレスに関連するプラントのコストもまた、無視するにはほど遠い。というのは、それらは製品の製造コストを増すことに貢献するからである。
【００１０】
発明の目的
本発明の目的は上述の欠点を除去することにある。
更に詳細には、本発明の目的は、熱交換器、脱塩プラント、または化学および石油化学プラントとして利用されるための工業用の金属チューブまたは形バーを形成する方法を提供することにあり、このプラントは限定された数の作業ステップを含み、かつ位置、信頼性、および金属組織学的組織に関して必要とされるすべての要件を備えた仕上げ製品を保証する。
【００１１】
本発明の別の目的は、それを実行するために、製造プラントから制限された要件のみを含む如き、上述の如く限定された方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、ユーザーに、製造プラントの長さのみならず、発生するスクラップの量をも実質上減少させることができる金属チューブおよび形バーを形成する方法を提供することにある。
【００１２】
目的を達成する手段
本発明によれば、これらのおよび以下の説明から明らかになる更に他の目的は、
以下の方法、即ち
70と80mmの間の外径と、5と10mmの間の厚さをもつ連続鋳造した中空管状プレフォームを冷間加工し、それによってその初期断面を減少させ、この場合上記中空の管状プレフォームの上記冷間加工による断面の減少は圧延又は引き抜き、又は圧延と引き抜きの組合せによって行われるものとし、更に上記圧延及び/又は引き抜きされたプレフォームの断面を引き抜きによって所望の最終寸法まで減少させ、寸法仕上げされたチューブ又は形バーにくせ取りを施しかつ任意に熱処理及び/又は脱脂処理を施し、そして上記チューブ又は形バーを寸法に合わせて切断することによって、銅、銅合金、黄銅、及びアルミニウム青銅から選択された金属材料から工業用に使用するチューブ又は形バーを製造する方法において、上記中空の管状プレフォームは、溶融した金属材料とそのスクラップの両者を水平型インゴット鋳型の軸方向孔を通してかつ上記溶融材料の追加量を上記軸方向孔と連通する径方向供給孔を通して供給することによって、900乃至1350°Cの間の温度で溶融した任意にそのスクラップと混合されている金属材料を直接かつ連続鋳造することによって作られ、更に、上記圧延と引き抜きは冷間引き抜き台で行われることを特徴とする方法によって達成される。
プレフォームは任意の形状とすることができるが、管状形状が好適である。
【００１３】
本発明の目的でもある上記方法を実施する装置は、ルツボとインゴットモールドを含み、ルツボから来る溶融金属を供給するために、互いに連通する軸線方向および径方向孔を備える。好適には、ルツボはインゴットモールドに供給する区域の圧力を一定に保つために、内側に、好適には中性ガスによって加圧された中心チャンバをもつ。
【００１４】
本発明の方法の作業ステップと、関連する装置の構造的および機能的特徴は前記装置の好適実施例を示す添付図面を参照してなされる以下の説明によってより良く理解されるだろう。しかし本発明がこの実施例に限定されないのは言うまでもない。
【００１５】
発明実施の形態
本発明によれば、金属からチューブまたは形バーを形成する方法は好適な非臨界的順序に従って以下に詳細に説明している数個の加工ステップを含む。
【００１６】
前記ステップの第１のものは、金属材料、例えば金属またはその合金および前記合金と両立できる可能なスクラップを固体状態で電気炉内にそれらを溶融するために装入する。
【００１７】
その溶融温度は、使用する原材料とスクラップの種類に依存する。一般的に、溶融温度は900 と 1350°C の間にある。もしキュプロニッケル(cupronickel) 90/10 に似た材料が用いられるならば、溶融温度は 1250 乃至 1350°C の範囲内にある。
【００１８】
こうして得られた液状の合金は既知の手段によって、例えばチャンネルを通して、該装置と関連した連続鋳造システムに移送される。このシステムについては後述する。
前記装置は実質上、特殊なインゴットモールドを含み、このモールドによって中空のプレフォーム(preform)が得られる。前記中空のプレフォームは任意の寸法と形状をもつことができ、好適には、それは管状形状をもち、１例として、 70 と 80 mm の間の外径と、5 と 10 mm の間の厚さをもつ。
【００１９】
中空のプレフォームは次いで、後続の、圧延機と引き抜き台による冷間加工ステップに運ばれて、そのプレフォームの断面を徐々に減少させる。引き抜きの後、約 80 ％ のプレフォームの断面減少が得られると同時に、お互いにつながった単数または複数の後続の引き抜き作業によって、前記断面は更に、寸法仕上げされた製品が得られるまで減少させられる。
引き抜き作業は好適には、ピルグリム(pilgrim) ミルとして既知の型式のまたはプラネタリ型式の冷間引き抜き台、または類似物で実施される。
【００２０】
圧延機による単数または複数の作業は好適には、直線型または組合せ型またはブルブロック(bull-block) 型の引き抜き台によって実施される。これらのすべての型式の圧延機と引き抜き台はそれ自体既知である。
【００２１】
圧延機法と引き抜き法のステップの間には、特に、例えば特殊黄銅とキュプロニッケルの如き特殊合金の存在下では、例えば焼き鈍しの如き中間熱処理を実施することができる。また、引き抜きステップの間には、プレフォームの中間焼き鈍し法を実施することができる。
【００２２】
前記中間熱処理は既知型式の焼き鈍し用動ばり(walking-beam) または静止オーブンで、例えば 400 と 800°C の範囲内とすることができる温度で、実施される。熱処理のかかる温度は 90/10キュプロニッケル材料の場合、650 と 750°C の範囲内にある。
【００２３】
このステップにおいて金属チューブまたは形バーの最終形状をもつプレフォームは次いで、慣例の仕上げ作業、即ち、個別にまたは取ったサンプルによって、くせ取り前に寸法に合わせて切断すること、可能な脱脂および管理を施される。
【００２４】
本発明の方法にによって得られたプレフォームは、上記方法の特徴でありかつ慣例の熱間引き抜きとは異なっている可視状の、金属組織学的組織をもつ。事実、プレフォームは連続鋳造から得られた材料の典型的外観をもち、例えば両方とも外面と内面を横切って、軸線を横断する、お互いに等距離をおきかつ平行になっているリング状シェーデイング(shadings) を示す。金属組織学的組織の差に関しては、プレフォームは典型的なデンチトリック(dentitric) 組織をもち、従って引き抜かれた製品のものとは異なっている。
【００２５】
上記方法は製造サイクルの複雑さと長さを実質上減らす。それは、出発ベースが連続鋳造方法によって得られたプレフォームからなるからである。事実、本発明の方法はビレットを得る必要のない数個の加工ステップを含むものであり、従来法はこのビレットからプレフォームが引き抜きプレス(draw-press) で得ていたのであり、それ故、本発明法では、スクラップは 50 ％だけ減少し、ビレットを生じさせる溶融中とそのビレットの熱間引き抜き中の両方において、 1.5 : 1 の全産量比に低下する。例えばエネルギー、労力および消費量に起因するコストの如き、高い製造コストは一般に仕上げ製品の寸法に従って、 20 ％乃至 40 ％にわたる量だけ減少する。
【００２６】
好適実施例によれば、該装置または、インゴットモールドからの製品の抜き取りステップは、“ゴウ・アンド・ストップ”として既知の慣例の作業から出発して、２−方向移動によって実現される。後者に従って、金属チューブまたは形バーは、製品のブレークアウエイ(breakaways)を防止するために、短いドエル(dwell)をもつの交互の牽引ステップ で引き抜かれる。非均質なチューブまたは形バーを生じるブレークアウエイ(breakaways)の発生を更に防止するために 後続の“ゴウ・アンド・ストップ”抜き取りステップは好適には、本発明の方法に挿入される。かかる移動は、インゴットモールドから抜き取られて未だ全体的に固まっていない製品が最小の後方移動をなし、前記製品をコンパクトにし、従ってブレークアウエイの危険性を排除するようになす。
【００２７】
それ故、全抜き取り移動は伝統的な牽引ステップ、ドエルステップ（上記“ゴウ・アンド・ストップ”のプロセス中のストップのステップを言う）および抜き取り牽引と反対方向に向いた後続の後方移動ステップを含む。前記ステップはできる限り異なった順序に従って、即ち、例えば後方移動は牽引の直後に、ドエルの前に、または両システムの結合に従って、行われることができる。
こうすれば、未だ固まっていないチューブまたは人工品はコンパクトにかつ均質になるようにされる。
【００２８】
別の好適な非臨界的実施例によれば、インゴットモールドから引き抜かれた製品は金属組織学的組織の緻密さを保証する較正(calibration)法を受けさせられる。かかる較正は慣例の断続誘導子によって、かつモータ駆動されるラムの介在(intervention)を用いて行われる熱間圧延を含む。好適には、このステップには、好適には水を用いた迅速な冷却が、後続する。
【００２９】
該装置は特に、本発明の一部でもある本発明の方法を実施するのに適しており、図２に１０で示されるインゴットモールドを含み、このインゴットモールドは外部本体またはエンベロープ１２と、グラファイトまたは他の適当な材料からなる同軸のピン１４によって形成されている。上記インゴットモールド１０は図１に概略示されたルツボ１８によって供給された溶融金属を供給するための慣例の軸線方向の孔１６を備えており、前記ルツボは耐火性材料、グラファイトまたはメーソンリー(mesonry) から得られる。
【００３０】
孔１６はピン１４を支持する支持体またはブリッジ部２０に形成される。前記孔１６に加えて、インゴットモールド１０は有利には 90°の間隔をおいて配置された例えば4個の、別の径方向供給孔２２を備えており、これらの孔はブリッジ部２０の下流側で外部本体１２に形成されている。例えば傾斜している孔２２は孔１６と連通し、かつインゴットモールド１０に或る追加量の溶融金属を供給することを可能にし、この溶融金属は適当に混合して、プレフォームを形成するのに必要な適当な温度に留まる。
【００３１】
孔２２を通しての上記追加供給による金属の均質化は、本例の如く、成分が異なった融点と物理的−化学的特性とをもつ合金の場合、基本的に重要である。
【００３２】
更なるかつ有利な特性によれば、本発明の装置はルツボ１８内に起こる液体の変動中にも、インゴットモールド１０の供給域内の金属の静荷重によって生じた重量を一定に保つ。この目的のため、ルツボ１８はルツボの中心に挿入されたベル部２６を備える。図 1 に示す如く、ベル部２６はルツボ１８内に入れられた溶融銅合金内に浸けられていて、その中に中心チャンバ３０を形成している。このベル部は既知手段でルツボに結び付けられる。前記ベル部２６の上正面部２８は緊密な蓋を構成する。前記蓋２８にはチューブまたはダクト４０が連結され、このチューブを通してベル部２６内に例えば窒素の如き中性ガスが挿入される。前記ベル部２６はルツボ１８の内側に、中心チャンバ３０を形成し、このチャンバ内で、好適には 0 と 2 バール間の圧力が溶融金属の自由表面に印加される。
【００３３】
図１では、中心チャンバ３０の夫々内側と外側にある溶融金属のレベルはＬ1 とＬ2 で示されている。中性ガスによるかかる圧力によって、液状金属は一定にかつ均質にインゴットモールド１０にその孔１６、２２を通して供給され、それで、レベル変動によっては影響されない。
【００３４】
本発明の装置はまた、プレフォームの断面を所望寸法にまで徐々に減少させるために冷間圧延機と引き抜き台を含む。引き抜きステップ中に、または圧延機ステップと引き抜きステップの間に、プレフォームは例えば焼き鈍しの如き熱処理を受けることができる。こうして得られた形バー(section bar)はくせ取りと脱脂処理および類似処理を受け、次いで寸法に合わせて切断されることができる。
【００３５】
以上の説明から理解できる如く、本発明による利点は明らかである。
本発明の金属チューブまたは形バーの形成法によれば、製造サイクルの長さと複雑さは実質上減少し、引き抜きの代わりに溶融物からプレフォームを得ることが可能になる。同様にして、加工スクラップとプラント必要品はかなり減少し、鋳造はビレットと引き抜きプレスを得る必要がない。
【００３６】
以上本発明を実施例につき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、上述の説明を考慮すれば、種々の変更と変化が可能であることは当業者には明らかであろう。従って、本発明は請求の範囲に含まれるすべての変更と変形を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の方法に従った、工業用に使用する金属チューブとを形成するプラントと装置の部分図である。
【図２】 インゴットモールドを構成する本発明装置の一部の長手方向断面図である。
【図３】 図２に示すものの断面図である。

Claims (10)

1. 70と80mmの間の外径と、5と10mmの間の厚さをもつ連続鋳造した中空の管状プレフォームを冷間加工し、それによってその初期断面を減少させ、この場合上記中空の管状プレフォームの上記冷間加工による断面の減少は圧延又は引き抜き、又は圧延と引き抜きの組合せによって行われるものとし、更に上記圧延及び/又は引き抜きされたプレフォームの断面を引き抜きによって所望の最終寸法まで減少させ、寸法仕上げされたチューブ又は形バーにくせ取りを施しかつ任意に熱処理及び/又は脱脂処理を施し、そして上記チューブ又は形バーを寸法に合わせて切断することによって、銅、銅合金、黄銅、及びアルミニウム青銅から選択された金属材料から工業用に使用するチューブ又は形バーを製造する方法において、上記中空の管状プレフォームは、溶融した金属材料とそのスクラップの両者を水平型インゴット鋳型の軸方向孔を通してかつ上記溶融した金属材料の追加量を上記軸方向孔と連通する径方向供給孔を通して供給することによって、900乃至1350°Cの間の温度で溶融した任意にそのスクラップと混合されている金属材料を直接かつ連続鋳造することによって作られ、更に、上記圧延と引き抜きは冷間引き抜き台で行われることを特徴とする方法。
2. 圧延の間、又は引き抜きの間、又は圧延と引き抜きの間に実施される400乃至800°Cの間の温度の焼き鈍し処理を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 銅合金は 90/10キュプロニッケルとし、溶融温度は 1250 と 1350 °C 間の範囲内とし、焼き鈍し処理は 650と 750°C 間の範囲内の温度で実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 中空の管状プレフォームを得るために溶融銅合金を連続鋳造する装置であって、ルツボ（１８）と、前記ルツボ（１８）に連結されたインゴットモールド（１０）とを含んで成る装置において、前記インゴットモールド（１０）が外部本体（１２）と、外部本体（１２）と同軸でかつその内側にあるピン（１４）と、前記ピン（１４）を支持するブリッジ部（２０）と、前記ブリッジ部（２０）に形成されかつ溶融金属をルツボ（１８）から供給する複数の軸線方向の供給孔（１６）と、前記軸線方向の供給孔（１６）の１つと連通しかつ前記溶融銅合金の追加量を前記軸線方向の供給孔（１６）の１つに供給する少なくとも１つの径方向供給孔（２２）とを含むことを特徴とする装置。
5. 少なくとも１つの径方向供給孔（２２）はブリッジ部（２０）の下流側でインゴットモールド（１０）の外部本体（１２）に形成されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 上記本体と同軸でかつ上記本体の内部にあるピン（１４）とルツボ（１８）は耐火性材料から造られることを特徴とする請求項４又は５に記載の装置。
7. 供給用の径方向孔（２２）は４つありかつそれらの径方向孔の各々が互いに 90 °の間隔をおいて配置されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の装置。
8. 供給用の径方向孔（２２）は径方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項４又は５に記載の装置。
9. ルツボ（１８）は中心部分にチャンバ（３０）を形成するベル部（２６）を備え、前記ベル部（２６）の上正面部（２８）は緊密な蓋を構成し、この蓋は中性ガスを前記チャンバ（３０）に供給するチューブまたはダクト（４０）に連結されていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
10. チャンバ（３０）内の溶融金属の自由表面上の中性ガスの圧力は 0と 2バールの間にあることを特徴とする請求項９記載の装置。

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