JPH04220141A - 中空ビレットの製造装置および製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熔融金属より中空状の
ビレットを連続的に鋳造して製造する中空ビレットの製
造に係わり、特に、その内部に超電導材を充填された上
で引き伸ばされて超電導線材を被覆する被覆材となる銅
製の中空ビレットを製造するに最適な中空ビレットの製
造装置および製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】このような超電導材よりなる線材を製造
するには、超電導材自体は一般に延性に乏しいため、銅
等の延性に富む材質よりなる円筒状部材の内部に超電導
材を充填した上で該円筒状部材ごと引き伸ばし、銅製の
被覆材に被覆された超電導線材を得る手法が採られてい
る。

【０００３】ここで、前記銅製の円筒状部材を作成する
には、例えば、まず銅製の円柱状部材を成形した後、こ
の円柱状部材の軸線に沿って貫通穴を穿設する方法が考
えられる。

【０００４】しかし銅は一般に切削等の加工性があまり
良くないため、このような方法では貫通穴の穿設に多大
な労力を要し、また何より貫通穴の部分を除去しなけれ
ばならないため歩留まりの低下を招くという欠点がある
。

【０００５】そこで、銅を鋳造等により予め円筒状の中
空ビレットとして成形し、しかる後この中空ビレットの
内・外周面を加工して銅製の円筒状部材を得る方法が採
られている。

【０００６】図２は、このような中空ビレットを熔融銅
から製造する中空ビレットの製造装置を示すものであり
、この装置は、上下に開口する円筒状の鋳型１と、この
鋳型１内に該鋳型１の中心軸に沿って挿通された多段円
筒状の中子２とから概ね構成されている。

【０００７】鋳型１の内周面には耐火断熱材３を介して
グラファイト等の内壁４が裏打ちされている。また、鋳
型１の胴周部内は中空部５をなしており、この中空部５
は耐火断熱材３の外周を通って鋳型１内周面の内壁４下
方の開口端６に連通されているとともに、鋳型１の外周
からは鋳型冷却剤供給管７が接続されている。さらに鋳
型１の上端には、この上端開口部を覆うように蓋部８が
設けられており、この蓋部８には熔融銅を供給する供給
口９が開口している。

【０００８】そして前記中子２は、前記内壁４と同様に
グラファイト等より構成されており、蓋部８に垂下して
前記鋳型１の中心軸に同軸になるように取り付けられて
いる。この中子２の鋳型１内に挿通される下段部には下
方に向かうに従って僅かに縮径するようにテーパが設け
られており、また中子２の中空部の上端は前記蓋部８の
上部に設けられた空洞部１０にまで延長されていて、こ
の空洞部１０に接続された中子冷却剤供給管１１に連通
して中子２の冷却管路１２となっている。

【０００９】さらにこの冷却管路１２には、中子２を貫
通して前記中心軸に同軸に円柱状部材１３が緩挿されて
おり、この円柱状部材１３の上端は前記空洞部１０の天
蓋に固定されているとともに、その下端は冷却管路１２
の下端開口部より下方で拡径する円錐台状に成形されて
いる。

【００１０】このような構成の中空ビレットの製造装置
では、鋳型冷却剤供給管７および中子冷却剤供給管１１
より冷却水等の冷却剤を供給するとともに、鋳型１と中
子２との間に形成される円筒状の空間に供給口９より熔
融銅Ｃを供給する。この空間に供給された熔融銅Ｃは鋳
型１の内壁４および冷却剤によって冷却された中子２の
外周面に接触し、急速に冷却され凝固して中空状のビレ
ットに成形される。

【００１１】こうして鋳造されたビレットは前記空間の
下方から順次引き抜かれ、鋳型１下方の開口端６より噴
出する鋳型冷却剤および冷却管路１２下端開口部にて拡
径する円柱状部材１３により拡散する中子冷却剤により
、外径面および内径面をそれぞれ冷却される。一方、ビ
レットが引き抜かれた後の空間には熔融銅Ｃが連続的に
供給され、引き抜かれたビレットに連なって一体的に冷
却、凝固し、引き抜かれる。

【００１２】このように熔融銅Ｃを連続して供給しつつ
、冷却、凝固して成形されたビレットを順次下方より引
き抜くことにより、中空ビレットを連続的に製造するこ
とができる。

【００１３】なお、製造された中空ビレットは鋳抜かれ
た外径面および内径面の粗度が比較的粗いため、仕上げ
加工を施された後に使用に供される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】このような構成の中空
ビレットの製造装置では、前記空間内に供給された熔融
銅は鋳型１内周面と中子２外周面とから同時に冷却され
るため、熔融した銅と凝固した銅との固液界面は図２に
示すように、中空ビレットの肉厚部の径方向略中央に偏
曲点を有する下方に凸な形状となる。

【００１５】一方、このような中空ビレットに製造され
る熔融銅には一般にある程度の不純物が含有されること
は避けられない。このような不純物は、凝固して固体と
なった銅より凝固する前の液状の熔融銅に溶解し易いた
め、図２に示すように熔融銅と凝固した銅との前記固液
界面付近の熔融銅側に凝集し、特に前記偏曲点付近に集
中する。そして、このような状態で中空ビレットを連続
的に製造すると、鋳造される中空ビレットには前記偏曲
点に連なって不純物が偏析してしまい、ビレットの肉厚
部の径方向中央に円筒状の偏析層Ｐが形成されてしまう
。

【００１６】このように肉厚部に不純物が偏析した中空
ビレットでは偏析層Ｐの部分で機械的強度が極端に劣化
するため、前述のように内部に超電導材を充填して引き
伸ばし加工を施した際に、この偏析層Ｐにて剪断が発生
してしまい、線材を成形することが不可能になるおそれ
がある。

【００１７】また一方、前記のような構成の装置では、
中子冷却剤供給管から直接的に供給された冷却剤がその
まま冷却管路を流下するため、中子の上端部付近は供給
されたばかりの冷却剤によって常に低温になっているが
、他方、冷却管路を流通して中子を冷却する間に冷却剤
自体は加熱され、冷却管路下端から排出される時には高
温となってしまい、これより中子下端部付近は比較的高
温状態となってしまう。この結果、中子の温度勾配は上
端で低く、逆に下端では高く、かつ、その温度差が比較
的大きなものになってしまう。

【００１８】このため、前記空間に供給された熔融銅は
中子に接触したところで急速に冷却され、該空間の上端
付近での熔融銅の粘性が極端に低くなってしまうことが
あり、いわゆる湯回りの悪い状態となって円滑な中空ビ
レットの連続的製造に支障を来すおそれもあった。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は前記の課題を解
決するためになされたもので、請求項１記載の中空ビレ
ットの製造装置は、冷却剤により冷却される筒状の鋳型
内に同軸に中子が配置されて成り、前記鋳型と中子との
間に形成される筒状の空間の一端側より供給される熔融
金属を該空間内で冷却、凝固せしめる中空ビレットの製
造装置において、前記中子に前記一端側より該一端にの
み開口する冷却管路を穿設するとともに、この冷却管路
の一端から該冷却管路内の他端部にまで延長されて該他
端部にて開口する冷却剤供給管を挿通したことを特徴と
するものである。

【００２０】また、請求項２記載の中空ビレットの製造
方法は、冷却剤により冷却される筒状の鋳型とこの鋳型
内に配置された中子とにより形成される筒状の空間に熔
融金属を供給し、この熔融金属を前記空間内で冷却、凝
固せしめる中空ビレットの製造方法において、前記中子
の一端側より該一端にのみ開口する冷却管路を穿設する
とともに、この冷却管路の一端から該冷却管路内の他端
部に開口する冷却剤供給管を挿通し、この冷却剤供給管
を通して前記冷却管路の他端部に冷却剤を供給するとと
もに、該冷却管路内の前記冷却剤供給管外側を前記他端
部から一端側へと流通させて前記中子を冷却することを
特徴とするものである。

【００２１】

【作用】本発明では冷却管路はその一端のみが開口した
構造となっており、中子を冷却する冷却剤は一旦冷却剤
供給管を通ってこの冷却管路の他端部に供給される。そ
して、冷却剤はこの冷却管路内を冷却剤供給管の外側を
通って他端側から一端側へと送給され、この間に中子を
冷却する一方、自らは加熱されて前記一端側から排出さ
れる。これにより冷却管路を流通して中子を冷却する冷
却剤は、冷却管路の他端側で低温であり、該冷却管路を
一端側に向かうに従い加熱されて高温になるという、前
記従来例とは逆の温度勾配をなす。

【００２２】また、冷却剤供給管を流通する冷却剤と、
冷却管路を他端側から一端側へ送給されて加熱された冷
却剤との間で冷却剤供給管を介して熱交換が行なわれる
ため、冷却管路内を通って中子を冷却する冷却剤の温度
勾配は比較的小さなものに抑えられる。

【００２３】冷却剤がこのような温度勾配をとることに
より、この冷却剤により冷却される中子も、熔融金属が
供給される一端側で高温であり、凝固して成形された中
空ビレットが抜き出される他端側で低温となり、かつそ
の温度勾配が小さく抑えられる。

【００２４】これにより供給された熔融金属は、中子外
周面側からは徐々に冷却されることになり、一方鋳型内
周面側からは従来通り冷却されるので、熔融した金属部
分と凝固した金属部分との固液界面の断面形状は、偏曲
点が中子側に偏った下方に凸な曲線をなす。これに伴い
、不純物の偏析も偏曲点の位置に合わせて中子側に集中
するので、結果的に鋳造される中空ビレットの偏析層も
内径側に偏った状態で形成される。

【００２５】そこで、中空ビレットの製造後の内径面の
仕上げ加工の際にこの偏析層を除去することにより、偏
析層のない、すなわち引き伸ばしの際に剪断のおそれの
ない中空ビレットを得ることが可能となる。

【００２６】また本発明では、供給された熔融金属が最
初に接触する中子の上端部は高温になっているので、熔
融金属の粘性が極度に低下して湯回りが悪化するような
ことはなく、円滑な中空ビレットの連続的成形を行うこ
とが可能となる。

【００２７】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示す断面図であり
、図２と同じ部分には同一の符号を配して説明を簡略化
する。

【００２８】本実施例は、内周面に耐火断熱材３を介し
てグラファイト等の内壁４が裏打ちされた円筒状の鋳型
１内に、この鋳型１の上部に設けられた蓋部８に垂下し
て該鋳型１に同軸的に多段円筒状の中子２が挿通されて
構成されている。

【００２９】この中子２には、その中心軸に沿って円形
断面の冷却管路２１が該中子２の上端側から下端付近に
まで穿設されており、この冷却管路２１は中子２を支持
する蓋部８のさらに上部に設けられた空洞部１０に連通
している。また、この空洞部１０には冷却剤排出管２２
が接続されている。

【００３０】そして冷却管路２１内には、該冷却管路２
１の内径より外径が小さい冷却剤供給管２３が、空洞部
１０の天蓋を貫いて冷却管路２１の上端側から前記中心
軸に沿って挿通されていて、この冷却剤供給管２３の先
端は冷却管路２１内の下端部付近にまで延長されて開口
している。

【００３１】このような構成の中空ビレットの製造装置
により、例えば銅製の中空ビレットを製造するには、前
述した従来例と同様、冷却剤供給管７，２３　に水等の
冷却剤を送給するとともに、中子２と鋳型１の間に形成
された空間に蓋部８の供給口９より熔融銅Ｃを供給する
。 供給された熔融銅Ｃは前記空間内を降下しながら冷却さ
れて凝固し、中空状に鋳造されるので、これを前記空間
の下方から引き抜くことにより、順次供給される熔融銅
Ｃは連続して冷却されて凝固し、先に鋳造された銅製中
空ビレットに一体的に引き抜かれる。このように本実施
例では、供給口９より熔融銅Ｃを供給しつつ前記空間の
下方に引き抜くことにより、中空状のビレットを連続的
に鋳造することができる。

【００３２】ここで、冷却剤供給管２３より供給された
冷却剤は、冷却剤供給管２３を通って一旦冷却管路２１
の下端部に送給され、冷却管路２１内の冷却剤供給管２
３の外側を通って上昇する。この冷却管路２１を上昇す
る間に冷却剤は中子２を冷却するとともに自らは加熱さ
れて高温となり、その後、空洞部１０から冷却剤排出管
２２を通って排出される。このように本実施例では中子
２を冷却する冷却剤は、中子２の下端部においては低温
であり、冷却管路２１を上昇するにつれて加熱されて中
子２の上端においては高温になるという、前記従来例と
は逆の温度勾配をなし、これに伴って中子２も同様の温
度勾配をなす。

【００３３】また、冷却剤供給管２３を通って冷却管路
２１下端側に送給される低温の冷却剤は、冷却剤供給管
２３を介してこの冷却剤供給管２３の外側を上昇する冷
却剤により加熱される。この一方、冷却管路２１を上昇
して中子２を冷却するとともに自らは加熱されて高温と
なった冷却剤は、冷却管路２１下端部に供給される冷却
剤により冷却剤供給管２３を介して冷却される。このよ
うに冷却管路２１に供給される低温の冷却剤と、中子２
を冷却して高温となった冷却剤との間で冷却剤供給管２
３を介して熱交換が行なわれることにより、冷却管路２
１を上昇して中子２を冷却する冷却剤の温度勾配は小さ
なものとなり、これに伴い中子２の温度勾配も小さく抑
えられる。

【００３４】このように供給された熔融銅Ｃを冷却する
中子２が、熔融銅Ｃが供給される上端側で高く、抜き出
される下端側で低い温度勾配をとり、かつ、この温度勾
配が小さなものに抑えられることによって熔融銅Ｃは、
鋳型１の内壁４側からに対して中子２側からは比較的緩
やかに冷却されることになる。このため、熔融した液状
の銅と凝固した固体の銅との固液界面は、図１に示した
ような偏曲点が中子２側に偏った下方に凸の断面形状を
なす。そして、これに伴って熔融銅に含有された不純物
も前記偏曲点の位置に合わせて中子２側に集中的に凝集
するので、このような状態でビレットを製造することに
より、不純物の偏析層Ｐは図１に示したように中空ビレ
ットの内径面近くに円筒状に形成される。

【００３５】このように本実施例によれば、偏析層Ｐは
中空ビレットの内径面近くに形成されるので、前述した
仕上げ加工の際に内面研摩等によって容易に偏析層を除
去することが可能である。これにより偏析層がなく、従
って引き伸ばした場合にも剪断の生じることのない中空
ビレットを得ることができ、内部に超電導材を充填して
超電導線材を成形する際の被覆材として最適な中空ビレ
ットを提供することが可能となる。

【００３６】また本実施例では、供給口９より供給され
た熔融銅Ｃが最初に接触する中子２の上端部は、中子２
が前述のような温度勾配をとることによって比較的高温
になっている。このため、従来のように供給された熔融
金属の粘性が極度に低下して湯まわりが悪くなるような
ことはなく、中空ビレットの連続的製造を何等支障なく
、円滑に行うことができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、熔
融金属を冷却する中子が、熔融金属が供給される一端側
で高く、凝固した中空ビレットが抜き出される他端側で
低い温度勾配をとり、かつ、この温度勾配が小さくなる
ように抑えられているので、供給された熔融金属は外径
面側に比べて内径面側は比較的緩やかに冷却される。

【００３８】これにより前記熔融金属と凝固した金属と
の固液界面は偏曲点が前記内径面側に偏った下方に凸の
断面曲線をなし、これに伴って熔融金属に含有される不
純物も前記偏曲点の位置に沿って凝集する。このような
状態で製造される中空ビレットでは不純物の偏析層は内
径面近くに形成されるので、内径面の仕上げ加工の際に
容易に除去することが可能であり、偏析層のない中空ビ
レットを得ることができる。このため、内部に超電導材
を充填した上で引き伸ばして超電導線材を成形する場合
にも中空ビレットに剪断が生じることはなく、すなわち
超電導線材の被覆材として最適な中空ビレットを提供す
ることができる。

【００３９】また、中子が前記のような温度勾配をとる
ことにより、熔融金属が供給される中子上部付近での湯
回りが良くなるので、連続的な中空ビレットの製造をよ
り円滑に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である中空ビレットの製造装
置を示す断面図である。

【図２】本発明に係わる中空ビレットの製造装置の従来
例を示す断面図である。

【符号の説明】

１　　鋳型 ２　　中子 ３　　耐火断熱材 ４　　内壁 ５　　中空部 ６　　開口端 ７　　鋳型冷却剤供給管 ８　　蓋部 ９　　供給口 １０　　空洞部 １１，２３　　中子冷却剤供給管 １２，２１　　冷却管路 ２２　　冷却剤排出管 Ｃ　　熔融銅 Ｐ　　偏析層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　冷却剤により冷却される筒状の鋳型内
   に同軸に中子が配置されて成り、前記鋳型と中子との間
   に形成される筒状の空間の一端側より供給される熔融金
   属を該空間内で冷却、凝固せしめる中空ビレットの製造
   装置において、前記中子には前記一端側より該一端にの
   み開口する冷却管路が穿設されるとともに、この冷却管
   路の一端からは該冷却管路内の他端部にまで延長されて
   該他端部にて開口する冷却剤供給管が挿通されているこ
   とを特徴とする中空ビレットの製造装置。
2. 【請求項２】　　冷却剤により冷却される筒状の鋳型と
   この鋳型内に配置された中子とにより形成される筒状の
   空間に熔融金属を供給し、この熔融金属を前記空間内で
   冷却、凝固せしめる中空ビレットの製造方法において、
   前記中子の一端側より該一端にのみ開口する冷却管路を
   穿設するとともに、この冷却管路の一端から該冷却管路
   内の他端部に開口する冷却剤供給管を挿通し、この冷却
   剤供給管を通して前記冷却管路の他端部に冷却剤を供給
   するとともに、該冷却管路内の前記冷却剤供給管外側を
   前記他端部から一端側へと流通させて前記中子を冷却す
   ることを特徴とする中空ビレットの製造方法。