JPH0370571B2 - - Google Patents

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、それに伴つ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Ｖ偏析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実金属
を配設した構造の中子を採用し、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
質要求は一段と厳しくなつ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つているのが実情で
ある。即ち、鋼塊の大型化に伴い、中子が溶鋼静
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つてきたのであ
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
Ｖ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
つた。この点、中子の座屈を途中で抑えようとす
れば、中子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つた。

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を発生させず、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ところにある。

（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、鋳型内中心部に金属製の中子を配置して、こ
の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鋳型の型面及び中子の表面
から抜熱することにより凝固させて中空状の金属
塊を得る際、この中子は、溶融金属の静圧に耐え
る一方上記凝固に基づく円周応力に起因して座屈
変形を生じる強度を有し、この中子の内側には中
子の座屈代を調整する支持円筒を間〓を隔てて同
心に配置して、中子の内面に沿う冷却用ガスの通
風路を形成して冷却を行う、中空金属塊の製造方
法において、冷却用ガスを、規則的に配列させた
格子状開口を有するものとした上記支持円筒の各
開口を通して中子内面に直接かつ均一に吹付けて
冷却を行い、かつこの冷却用ガスに、溶融金属の
注湯及び金属塊の凝固初期には不活性ガスを用い
る一方、金属塊の凝固の進行に応じて不活性ガス
の代わりに空気を用い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金属円筒の中子を
そなえ、この中子は溶融金属の静圧に耐える一方
その凝固に基づく円周応力に起因して座屈変形を
生じる強度を有し、この中子の内側には中子の座
屈代を調整する支持円筒を間〓を隔てて同心に配
置して、中子の内面に沿う冷却用ガスの通風路を
形成し、この通風路に冷却用ガスを導く導管を配
設してなる中空金属塊の製造装置において、 上記支持円筒は、規則的に配列させた格子状開
口を有し、この支持円筒の内側には上記各開口を
介して中子の内面に向かう多数の冷媒吹付け用ノ
ズルを有する冷却ガス槽を配設して、このノズル
から不活性ガスまたは空気を選択吹付け可能にし
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組立体の構成
にある。すなわち、中子の好適な座屈代を予め設
けるために支持円筒を設け、また中子の冷却を適
度に強化するために、支持円筒の各開口に冷媒吹
付け用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
ずる装置を提案したところにある。

（作用） 本発明は、基本的に、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、鋳型の型面
及び中子の表面から抜熱することにより凝固させ
て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、中子組立体４を、鋳造空間Ｓ内溶鋼に接
する部分の中子６、冷媒通路となる格子状開口７
ａを有する支持円筒７、および前記開口７ａに面
して多数の冷媒吹付け用ノズル８を周面に有する
冷却用ガス槽９で構成し、中子６と支持円筒７と
の間〓Ｇのみを中子６の座屈代としたものであ
る。中子６を冷却するため冷媒は、格子構造を持
つ支持円筒７の開口７ａを通じて冷媒吹付け用ノ
ズル８から全面にわたつて一様に、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中
子６の内面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、不活性ガスと空気とが使用され
るが、本発明の場合、中子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、冷却用ガス槽９の供給系にへは、切換弁１
１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、中子６、支持円筒７の間
に座屈代（間〓Ｇ）を確保することで、中子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。この座屈代（間〓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エルの変形が
追従できず割れが発生する。また該支持円筒７の
開口７ａを通じて直接中子６を強冷することがで
きるので、中子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。なお支持円筒７の開口７ａに面して
各冷媒吹付け用ノズル８を配置し、冷媒の主流を
ほぼ垂直に中子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、
支持円筒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、中子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、溶鋼の注入から
鋼塊の凝固初期は不活性ガスを、そして凝固が進
行するに応じて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
であつて、中子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℃以下になつ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が開口させてあるとともに湯道３を具え
る。１０は断熱スリーブである。

また、第２図は支持円筒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％、Mn：1.43wt
％、Ｎ：0.80wt％、Cr：0.14wt％、Mo：0.53wt
％であり、その他数種の残余の元素を含み、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の軟鋼製中子６、外径1320
mm、内径1020mmの支持円筒７を設置し（Ｇ＝20
mm）、その内側に外径980mm、内径964mmの冷却ガ
ス槽９を設置した。ノズル８からは100Nm³／
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から中子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６mmのものを冷却用ガス槽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145mm／minの条件で行つた。鋼塊内
面には中子６が付着していたが、溶損の形跡は全
くなく、中子６は底部から頭部にかて最大20mmの
変形であつた。鋼塊を鍛造、機械加工したが、鍛
造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つた。押湯部直下
のところから試料を採取し、健全部２０逆Ｖ偏析
２１、最終凝固位置２２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Ｖ偏析２１が内部に移動し
優位性が明らかであつた。

（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Ｖ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、支持円筒の斜視
図、第３図は、押湯部直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……
中子組立体、５……湯上がり口、６……中子、７
……支持円筒、８……冷媒吹付け用ノズル、９…
…冷却ガス槽、１０……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Ｖ偏
析部、２２……最終凝固位置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋳型内中心部に金属製の中子を配置して、こ
   の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鋳型の型面及び中子の表面
   から抜熱することにより凝固させて中空状の金属
   塊を得る際、この中子は、溶融金属の静圧に耐え
   る一方上記凝固に基づく円周応力に起因して座屈
   変形を生じる強度を有し、この中子の内側には中
   子の座屈代を調整する支持円筒を間〓を隔てて同
   心に配置して、中子の内面に沿う冷却用ガスの通
   風路を形成して冷却を行う、中空金属塊の製造方
   法において、 冷却用ガスを、規則的に配列させた格子状開口
   を有するものとした上記支持円筒の各開口を通し
   て中子内面に直接かつ均一に吹付けて冷却を行
   い、かつこの冷却用ガスに、溶融金属の注湯及び
   金属塊の凝固初期には不活性ガスを用いる一方、
   金属塊の凝固の進行に応じて不活性ガスの代わり
   に空気を用い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
   形成する金属円筒の中子をそなえ、この中子は溶
   融金属の静圧に耐える一方その凝固に基づく円周
   応力に起因して座屈変形を生じる強度を有し、こ
   の中子の内側には中子の座屈代を調整する支持円
   筒を間〓を隔てて同心に配置して、中子の内面に
   沿う冷却用ガスの通風路を形成し、この通風路に
   冷却用ガスを導く導管を配設してなる中空金属塊
   の製造装置において、 上記支持円筒は、規則的に配列させた格子状開
   口を有し、この支持円筒の内側には上記各開口を
   介して中子の内面に向かう多数の冷媒吹付け用ノ
   ズルを有する冷却ガス槽を配設して、このノズル
   から不活性ガスまたは空気を選択吹付け可能にし
   たことを特徴とする中空金属塊の製造装置。