JPH02175049A - 金属管の連続鋳造法 - 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、金属管を連続鋳造する方法に関するものであ
る。

従来、金属管状体の連続鋳造は、一部の金属において塑
性加工用の中空鋳塊（ビレット）の如く肉厚の大きいも
のについては行われているものの、そのまま一般の使用
に供されるような薄肉の金属管を連続鋳造によって得る
ことは至難とされており、一般には通常の鋳造方法によ
って得られた中空鋳塊に塑性加工を施すことによって管
の製造が行われている。しかしながら、この方法におい
ては鋳塊を熱間加工することによって先ず粗管をつくり
、これにさらに熱処理と塑性加工を繰り返し行うことに
よって目的の径の管を得るものであるから、工程が複雑
であって効率的でない。

しかも、この方法によっては、難加工性金属の薄肉管を
、亀裂の発生なしに、得ることはきわめて難しい。

また鋳塊を圧延機を使用して、熱間および冷間の圧延加
工を施し、−旦所望の肉厚の金属板を得たのち、該金属
板を所望の径の管に曲げ加工し、その継ぎ目部を溶接ま
たは鍛接によって接合する方法もあるが、この方法によ
るときはやはり工程が複雑な上に、その継ぎ目部に腐食
などの欠陥を生じやすい欠点がある。

したがって、連続鋳造によって溶湯から直ちに目的とす
る形状の薄肉金属管を容易に製造することが出来れば効
率上からも、またエネルギー消費節減の上からも望まし
いことである。

しかしながら、前述したように、従来行われている連続
鋳造法においては溶湯を鋳型内で冷却凝固させるもので
あるから、鋳型内壁面で生成した凝固殻が鋳塊を鋳型か
ら引き出す際に内壁と摩擦を起こすために、得られた管
の表面には亀裂や引き傷を生じ昌く、この摩擦抵抗がさ
らに大きい場合には鋳型内の溶湯がブレークアウトする
などして、爾後の鋳造が不可能となるなどの基本的問題
を有しており、ことに、凝固温度範囲の大きい合金にあ
っては連続鋳造による管の製造は事実上不可能であった
。このため、このような合金にあっては、鋳造に際して
溶湯を鋳型内で完全に固めては強制的に引き出すという
操作を繰り返し行う方法がとられているが、そのような
断続的な鋳造による時は効率が悪い上に、管の表面に縞
状のオツシレーションマークを生じ、見苦しいばかりで
なく、その部分に亀裂を生じたりして管の腐食や機械的
な破壊を招く危険性があり、好ましくなかった。

したがって、従来の連続鋳造法ではたかだか一部の易鋳
造性金属の、しかも肉厚がｌＯａ＋ｍ以上の厚肉管につ
いてのみ真の意味での連続鋳造が可能であって、それも
得られた管の表面状態は劣悪で、かつ断面形状の比較的
単純な円形厚肉管を製造することは出来ても、薄肉管や
複雑な断面形状を有する金属管の製造は全く不可能であ
った。

本発明は、溶解可能なあらゆる金属および合金に対し、
内外面ともに平滑美麗で表面欠陥のない任意の断面形状
の金属管を、容易かつ効率的に得るための連続鋳造法を
提供するものである。

すなわち、本発明は内壁面の温度が鋳造金属の凝固温度
以上の温度に保たれている中空鋳型（外型）の中に、中
子を付設して管鋳造用鋳型を構成し、その中子の表面温
度も鋳造金属の凝固温度以上の温度に保つことによって
、鋳造に際して鋳型の内壁面に沿った凝固殻の形成を阻
止し、鋳造金属の溶湯が鋳型の出口を出ると同時に、冷
却による表層の凝固が行われるように、かつまた、鋳造
に際して溶湯と凝固金属との境界面、いわゆる「凝固界
面」が鋳型出口面において、はぼ平面状になるか、また
は鋳型出口面から内方に向かって凸面を形成するように
して鋳造を行うことを特徴とする金属管の連続鋳造法で
ある。

発明者は、先に内壁温度が鋳造金属の凝固温度以上に保
たれた鋳型を用い、連続鋳造を行うことによって美麗な
表面状態を有する鋳塊を得ることに成功したが（特公昭
５５−４６２６５号）、この方法を単純に金属管の鋳造
、とくに薄肉金属管の鋳造に適用しようとすると、しば
しば溶湯のブレークアウトを起こし、効率よい鋳造を行
うことが出来なかった。そこで発明者はこの原因につい
て究明を進めた結果、鋳造に際して生ずる溶湯と凝固金
属との境界面、即ち「凝固界面Ｊ　　（Ｓｏｌｉｄｉｆ
ｉｃａｔｉｏｎ　ｆｒｏｎｔ）の形状が鋳造時の溶湯の
ブレークアウト頻度に著しい影響を及ぼすこと、凝固界
面が鋳型出口面において、はぼ平面状となるか、鋳型内
面に向かって凸面状となるように条件を選んで鋳造を行
う時は、ブレークアウトの心配なしに金属管の連続鋳造
を行うことが出来ることがわかった０本発明による時は
、アルミニウム、銅、マグネシウム、ニッケル等の純金
属管は勿論のこと、従来断続鋳造でしかつくれなかった
鋳鉄管、黄銅管、青銅管等や、塑性加工によってのみ得
られていたステンレス管等の金属管をブレークアウトを
起こすおそれなく、きわめて容易に連続鋳造することが
出来る上に、得られる金属管は内外面ともに平滑で表面
欠陥がないので、固剤や皮剥ぎ等の必要がなく、また使
用中粒界腐食を起こす心配もない。

次に、本発明の方法をその実施態様を示す図面に基づい
て説明する。

第１図は、本発明の方法を下引き式連続鋳造に適用した
場合の装置の概要を示す断面説明図であって、（Ａ）は
上下に開口する中空状に形成された外型（１）と外型（
１）の中央部に付設した中子（３）とにより構成された
金属管連続鋳造用の鋳型である。

外型（１）および中子（３）は、それぞれ黒鉛その他鋳
造金属の種類に応じて、それらの金属溶湯と反応しない
、または反応しがたい材質の耐火材によってつくられ、
ニクロム線、タンタル線等の適宜の電気抵抗発熱体（２
）、（４〕を内蔵する。中子（３）の発熱体（４）は鋳
造しようとする管の径が著しく小さい場合や、鋳型内に
供給される溶湯が十分に高温で、鋳造中、中子温度を鋳
造金属の凝固温度以上の温度に保持し得ると認められた
場合には省略することが出来る。（５）は鋳造すべき金
属管と同一断面形状を有するダミー管であって、鋳造開
始時に鋳型出口を塞ぐとともに（６）のスプレーノズル
から射出される水、空気またはガス等の冷却媒体によっ
て冷却されて、これに接する溶湯をその表層部が鋳型出
口を出ると同時に凝固するように冷却し、得られた鋳造
金属管００を自らの降下とともに鋳型から連続的に降下
させる作用をする。

ダミー管（５）は必ずしも鋳造金属と同種の金属材料に
よってつくられる必要はなく、熱伝導性のよい金属材料
であればよい、（７）は鋳型内に鋳造金属溶湯（８）を
導入するための給湯パイプ、（９）は湯面コントロール
用のバルブ、０■はダミー管（５）を下降させるための
ピンチロールである。

本発明によって、金属管の連続鋳造を行うには先ず鋳造
開始にあたって、鋳型（Ａ）の金属溶湯と接する壁面温
度が鋳造金属の凝固温度以上の温度になるように外型（
１）および中子（３）をそれぞれの発熱体によって加熱
保持しておき、ついで、ダミー管（５）の上端部を外型
（１）の下端に位置させた後、予め、適宜の溶解保持炉
（図示せず）において、所定の温度に溶解した金Ｎ溶湯
（８）を、給湯パイプ（７）を経て、鋳型（Ａ）内に導
入する。そして場面コントロールバルブ（９）を調整し
て鋳型内の溶湯の高さが常に一定になるように調節しな
がら、スプレーノズル（６）からの冷媒噴射により冷却
されたダミー管（５）をピンチロールσωの操作によっ
て下降せしめる。この際に、注湯温度、鋳型内湯面の高
さ、鋳型内壁面の温度、ダミー管の降下速度等を適切に
コントロールすることによって、鋳型出口直下において
溶湯の表層部が凝固を開始し、所望の断面形状の金属管
が円滑にかつ連続的に鋳造される。

本発明において最も重要なことは、鋳型内に注湯された
金属溶湯が鋳型内では内壁に沿う凝固殻を形成せず、鋳
型出口付近において速やかに表層の凝固を開始させるこ
とであり、またこの際に、凝固した鋳造管の先端と鋳型
内壁との隙間から溶湯がブレークアウトしないように鋳
造条件諸因子のコントロールをすることである。

このためには、凝固界面が鋳型を出口面においてほぼ平
面状となるか、または鋳型出口から内方に向かって凸面
を形成するようにコントロールするとよい、これらの条
件を満足するための諸因子としては鋳造金属の凝固温度
、注湯温度、鋳型内湯面の高さ、金属管の鋳造引抜き速
度、鋳型の外型および中子の壁面温度、管の大きさと肉
厚、冷媒の温度と量に関連する管の冷却速度等があるが
、とくに管の冷却速度と鋳造引抜き速度が最も重要な因
子である。

冷却速度に比して管の引抜き速度が大きすぎると鋳型出
口における溶湯ブレークアウトの原因となり、小さすぎ
ると鋳型内で凝固殻が形成され、所期の金属管を連続的
に得ることが出来ない。また、マグネシウム等の活性な
金属の管や銅、ニッケル等の高融点金属管を鋳造する際
には、溶湯供給部や鋳型出口部を必要に応じ不活性雰囲
気とすることが望ましい。

第２図は、本発明を横引き式連続鋳造に適用する場合の
装置の要部を示す概略断面図である。

第２図において、（Ｂ）は横向きに開口する中空状の外
型Ｑ２１および中子０４）によって構成される連続鋳造
用鋳型である。また０りおよびＧ９は鋳型内蔵の発熱体
である。

Ｏｅはダミー管でθ力のスプレーノズルから射出される
水、空気、またはガス等によって冷却されるように構成
される。　ａｍは鋳造金属溶湯０９の給湯用パイプで、
溶湯Ｏｇ）は−旦タンディシュ［相］に導入され、つい
で該タンデイシュの給湯部の反対側上部に取りつけられ
た鋳型（Ｂ）内に供給される。（２１）はタンデイシユ
ｅｌ内の溶湯の高さを調整するためのコントロールバル
ブ、（２２）はダミー管を水平に引き出すためのピンチ
ロールである。

鋳造操作は下引き式の場合とほぼ同様であり、注湯温度
、タンデイシュ内の場面の高さ、鋳型壁面の温度、ダミ
ー管の引出し速度等をコントロールすることにより、溶
湯ブレークアウトのおそれなく鋳造管表層の溶湯の凝固
が鋳型出口の直外で行われるようにして鋳造を行うこと
が出来るので、これによって、鋳造金属の種類の如何を
問わず平滑な内外面を有する金属管を効率よく製造する
ことが出来る。

上記した説明からもわかるように、本発明において用い
られる鋳型は、鋳型中で溶湯を鋳型壁面に接する部分か
ら冷却凝固させて鋳塊や鋳物をつくるという従来の鋳型
の概念とは全く異なり、鋳型内では溶湯は凝固殻を形成
せず、鋳型の出口付近において、やがて管として形成さ
れるべき溶湯の形状を整えるために使用されるものであ
り、このように金属を溶融状態のままで鋳型壁を通過さ
せることによって、凝固殻と鋳型壁との摩擦抵抗の発生
のために、従来全く不可能とされていた鋳鉄管やステン
レス管をはじめ、黄銅管、青銅管等の難加工性金属の小
径薄肉の管の連続鋳造を容易に実施することが出来るば
かりでなく、得られた金属管は内外面ともに鏡面の如き
、美麗な平滑面を有していて、爾後加工を必要としない
のできわめて効率的である。

上記した他、本発明の金属管連続鋳造法がとくに従来の
金属管を鋳造法に比べてすぐれている点を列挙すると次
の如くである。

１、亀裂等の表面欠陥がないので使用に際して腐食等の
トラブルを発生することがない。

２、従来連続鋳造はおろか塑性加工による製造も困難で
あった難鋳造性、難加工性金属の管が容易に製造できる
。

３、管の鋳造組織は鋳造方向に伸びる一方向凝固組織と
なりやすいので、爾後加工を施す場合にも加工が容易で
ある。

４、管の表面に凝固による結晶粒界が全く無いものもつ
くることが出来るので、このような管を海水その他の腐
食環境下で使用した場合には耐久性がすぐれている。

以上、述べたように本発明の金属連続鋳造法は幾多の画
期的な利点を有するので工業的に優れたものであるとい
うことができる。

次に本発明の実施例について述べる。

実施例　１゜ それぞれがニッケルクロム電気抵抗線を内蔵する内径３
０１１１１、外径４２ｍ５＋、長さ５０＋ｍの黒鉛製外
型と、該外型内に同軸に設けた直径２６ｍ５の黒鉛製中
子とよりなる鋳型を設置した下引き式金属管連続鋳造装
置（第１図参照）を用い、溶湯に接する鋳型壁温度を６
８０　”Ｃに加熱保持しておいて、７００　’Ｃに溶解
した純アルミニウム溶湯を鋳型内に供給して鋳造管表層
におけるアルミニウム溶湯の凝固が鋳型出口面直外で行
われ、かつ凝固界面が鋳型出口面においてほぼ平面をな
すように鋳造条件を調整してアルミニウム管の連続鋳造
を行ったところ、管の引下げ速度６０＋＊／ｗｉｎ、冷
却水量５００ｃｃ／請ｆａにて鋳造を行うことにより、
外径３０Ｉａｍ、肉厚２ｍｍの平滑美麗で内外面共に鏡
面状態を有する純アルミニウム薄肉長尺管を得ることが
出来た。鋳造は終始円滑に行われ、ブレークアウト等の
トラブルは皆無であった。

実施例　２゜ それぞれがカンタル電気抵抗線を内蔵する内径２０■転
外径３０１１１１、長さ８ｏ１の黒鉛製外型とこれと同
軸に設けた直径１８ｍｍの黒鉛製中子とよりなる鋳型を
設置した横引き式金属管連続鋳造装置（第２図参照）を
用い、溶湯の接する鋳型壁面を１０００℃に加熱保持し
ておいて、１１００’Ｃに溶解したＣｕ−１５％Ｎｉ合
金溶湯を所定の高さになるようにタンデイシュ内に供給
し、実施例１と同様の鋳造条件の調整を行うことにより
キュプロニッケル合金管の鋳造を行ったところ、管の引
出し速度２００＋＋＋ａ／＋＋ｉｎ、冷却水量７００　
ｃｃ／ｗｉｎにて鋳造を行うことにより、外径２０ｍｍ
、肉厚１１の平滑美麗な内外面を有するキュプロニッケ
ル薄肉長尺管を何のトラブルもなく製造することが出来
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を下引き式連続鋳造に適用する場合の装
置の概略説明図、第２図は本発明を横弓き式連続鋳造に
適用する場合のものである。 Ａ、　Ｂ　　鋳型 １．１２　　外型 ３．１４　　中子 ２．４．１３．１５　　　発熱体 ５．１６　　ダミー管 ６．１７　　スプレーノズル ７．１８　　給湯パイプ ８．１９　　金属溶湯 ９．２１　　場面コントロール用バルブ１０．２２　　
ビンチロール １１．２３　　鋳造金属管 ２０　　タンデイシュ ｆ２日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、中空の外型と中子からなる鋳型の一端から金属溶湯
   を供給し、他端から鋳造管を連続的に得るに際し、金属
   溶湯の接する壁面の温度を、鋳造金属の凝固温度以上の
   温度に保持した鋳型を使用し、鋳造管の表面凝固層の形
   成を鋳型出口付近において行わせるとともに、凝固界面
   が鋳型出口面においてほぼ平面となるか、または鋳型出
   口面から内方に向かって凸面を形成するようにして鋳造
   を行うことを特徴とする金属管の連続鋳造法。