(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
定盤（10、11) の上に鋳型（１）を設置するとともに、該鋳型（１）の内に中子（２）を設置し、下注ぎ法によって注湯する中空鋼塊の鋳造方法において、中子（２）としてパイプ状の芯金（３）の外側に間隔を置いて円筒状のＭｇＯを主成分とし、有機物を３〜１２重量％含有する不焼成の耐火物製のスリーブ（４）を設置し、該芯金（３）と該スリーブ（４）との間に平均粒径が５〜２５ｍｍの耐熱材製粒状体（５）を入れたものを用いることを特徴とする中空鋼塊の鋳造方法。
【請求項２】
上記芯金（３）と上記スリーブ（４）との間を空隙率が５〜１５％となるように上記耐熱材製粒状体（５）を入れていることを特徴とする請求項１記載の中空鋼塊の鋳造方法。
【請求項３】
パイプ状の芯金（３）と、この芯金（３）の外側に間隔を置いて設置した円筒状のスリーブ（４）と、該芯金（３）と該スリーブ（４）の間に入れた平均粒径が５〜２５ｍｍの耐熱材製粒状体（５）とからなり、該スリーブ（４）がＭｇＯを主成分とし、有機物を３〜１２重量％含有する不焼成の耐火物で製造されていることを特徴とする中空鋼塊鋳造用中子。
【請求項４】
上記スリーブ（４）がリング（６）を積み重ね、目地に接着剤（７）を塗布したものであることを特徴とする請求項３記載の中空鋼塊鋳造用中子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空鋼塊の鋳造方法及びこの方法に使用する中子、詳しくは芯金、スリーブなどからなる中子を用いて鋳造する中空鋼塊の鋳造方法及びこの方法に使用する中子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パイプ、リング製品は、円筒状の中空の鋼塊を製造し、この中空鋼塊を中空鍛造することによって製造されている。この中空鋼塊を製造する方法として、鋼塊を鍛造によって円筒状の鋼塊にし、この円筒状の鋼塊に鍛造ポンチによって孔を明けて製造する方法、円筒状の鋼塊を中ぐり旋盤によって孔を明けて製造する方法、鋳造によって製造する方法が知られている。
しかし、これらの方法のうち円筒状の鋼塊を鍛造ポンチによって孔を明けて製造する方法及び円筒状の鋼塊を中ぐり旋盤によって孔を明けて製造する方法は、製造するための工数が多くなり、また歩留りが低く、そのためにコストが高くなるという難点がある。一方鋳造によって製造する方法は、製造するための工数が少なく、また歩留りが高いためにコストの点でも有利であるが、鋳造が難いという難点があり、そのために種々の方法が提案されている。
【０００３】
その方法の１つが特開平６─５５２４４号公報に開示されているものである。この方法は、図２に示すように流入口13を設けた定盤９、10の上に設置した鋳型１の中に、有底の円筒状のスリーブ４の中央部に間隙16を空け、かつ不連続の台座15の上に中空の芯金３を入れた中子２を設置したものを用い、空気などの冷却流体を芯金３の上部から入れ、台座15の間、間隙16を通って外部に放出するように流して中子２を冷却しながら、溶湯が供給源から注入管14、湯道12を通って、流入口13から鋳型１の中に入るようにして鋳造する方法である。
【０００４】
この方法では、スリーブ４としてどのようなもを用いるのか明確にされていないが、スリーブ４は強度を高くしたりあるいはそのために厚したりして鋳造すると、中空鋼塊の内側に食い込み、鋳造後にスリーブ４を除去するのが困難になる。さらに、スリーブ４の強度を低くすると鋳造中に割れ、溶湯が漏れるという問題があり、また漏れた溶湯が芯金３に付着し、該芯金３を再び使用することができなくなるという問題がある。また、この方法に用いる中子２は、芯金３とスリーブ４との間に空間を設けているが、このような構造にすると、スリーブ４のみで溶湯の圧力に耐えなければならないので、強度を高くする必要があるために鋳造後のスリーブ４の除去が困難になり、またスリーブ４から溶湯が漏れた場合には芯金３を再使用することができなくなるという問題点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、通気性がよく、更に鋳造中にスリーブが割れることがなく、また鋳造後に鋼塊から該スリーブ及び芯金が容易に分離することができる中子を用いた中空鋼塊の鋳造方法及びこの方法に使用する中子を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の中空鋼塊の鋳造方法においては、中子としてパイプ状の芯金の外側に間隔を置いて円筒状のＭｇＯを主成分とし、有機物を有機物を３〜１２重量％含有した不焼成の耐火物製スリーブを設置し、該芯金と該スリーブとの間に平均粒径が５〜２５ｍｍの耐熱材製粒状体を入れた中子を用いて鋳造することである。
さらに、本発明の中空鋼塊の鋳造方法においては、上記芯金と上記スリーブの間を空隙率が５〜１５％となるように上記耐熱材製粒状体を入れていることである。
また、上記目的を達成するため、本発明の中空鋼塊鋳造用中子においては、パイプ状の芯金（３）と、この芯金（３）の外側に間隔を置いて設置した円筒状のスリーブ（４）と、該芯金（３）と該スリーブ（４）の間に入れた平均粒径が５〜２５ｍｍの耐熱材製粒状体（５）とからなり、該スリーブ（４）がＭｇＯを主成分とし、有機物を３〜１２重量％含有する不焼成の耐火物で製造されたものとしたことである。
また、本発明の中空鋼塊鋳造用中子においては、上記スリーブ（４）がリング（６）を積み重ね、目地に接着剤（７）を塗布して製造したものとしたことである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参考にして説明する。
本発明の中空鋼塊の鋳造方法に用いる中子２の芯金３は、図１に示すように鋼などで製造されたパイプ状のもので、必要に応じてクレーンなどで引き抜くために補強したり、上部に把手を設けたりしたものである。この芯金３の外側に間隔を空けて設置するスリーブ４は、全体が一体のものでもよいが、一体のものを製造するのは困難であるので、リング６を積み上げ、目地に接着剤７を塗布したものでもよい。このスリーブ４は、鋳造中に割れることがない強度にする必要があり、かつ鋼塊が凝固中に１〜２％収縮するので、鋼塊の中に食い込まれないようにある程度弾力性を有する必要がある。このスリーブ４が鋳造中に割れないためには１４００℃において２ｋｇ／ｃｍ2 程度の強度が必要であり、そのためにはＭｇＯを６０〜８０％、好ましくは７５％前後含有した耐火物で製造する必要がある。
【０００８】
また、このスリーブ４がある程度弾力性があって収縮できるようにするためには、耐火物中にフェノールレジン、小麦粉などの有機物を３〜１２重量％含有させるとともに、不焼成のものとする必要がある。耐火物中の有機物が３重量％より少ないと、弾力性がなく、且つ収縮ができないからであり、１２重量％以下としたのは、１２重量％より多く含有すると燃焼した場合に強度が低くなるからである。また不焼成のものとしたのは、焼成するとある程度の弾力性を確保することができなくなるからである。
【０００９】
本発明の中子２に用いる耐熱材製粒状体５は、スリーブ４を補強するとともにスリーブが収縮する場合にはある程度収縮することができるようにし、更に芯金が加熱されるのを防止し、また不焼成のスリーブ及び溶鋼から発生するガスを排出することができように空隙を確保するためのものである。
この耐熱材製粒状体５に必要な通気性は、空隙率が５〜１５％程度あるものの通気性と同程度でよく、そのためには、粒状のものが適当であり、平均粒度が５〜２５ｍｍのものが適当である。この耐熱材製粒状体５としては、下記実施例の表１に記載したような成分組成及び形状のもの、粒径が１０〜２２ｍｍのＣａＯ製のものなどが好適である。
また、スリーブ４を耐火物製リング６を積み重ねて製造する場合の目地に塗布する接着剤７は、目地から溶湯が流出するのを防止するためのもので、これに限定されるものではないが、下記実施例で用いるAl2O3 、Si2O、水などからなるものが好ましい。
【００１０】
【作用】
本発明の中空鋼塊の鋳造方法は、溶湯が凝固して収縮してもスリーブが不焼成のものであるためにある程度弾力性があり、またスリーブの主成分をＭｇＯとしたためにスリーブ４の高温強度が高いので、スリーブ４が割れて溶湯がスリーブ４及び耐熱材製粒状体５の中に差し込むことがない。さらに、スリーブ４と芯金２との間に耐熱材製粒状体５が入っているために芯金２が加熱されて焼き付くことがなく、また耐熱材製粒状体５に流動性があるので、芯金２を容易に引き抜くことができる。また、スリーブ４にある程度弾力性があることと相まってこのスリーブ４を支えている耐熱材製粒状体５がある程度収縮できるので、スリーブ４が鋼塊の穴の内に食い込んむことがないめにスリーブ４を除去することが容易である。
【００１１】
【実施例】
以下に本発明の実施例を図１を用いて説明する。
定盤10の上の二重定盤11の上に外径が１１２ｍｍ、高さ２０００ｍｍの鋼製の芯金３を設置し、この芯金３の外周に内径２００ｍｍ、厚さ２０ｍｍ、高さ１８０ｍｍの下記表１に記載した成分組成及び強度のリングを９個積み重ね、上に押さえ金物９を載せ、目地に下記表２に記載した成分組成の接着剤７を十分塗布してスリーブ４を組み立て、該スリーブ４を２時間乾燥した。その後、このスリーブ４と芯金３との間に下記表３に示した成分組成で、密度０．６ｇ／ｃｍ3 、平均粒度７．８ｍｍの耐熱材製粒状体２５ｋｇを充填した。この耐熱材製粒状体の層の空隙率は１０体積％であった。その後上部内周に押湯枠８を取付けた鋳型１、すなわちキャビテーの上部の寸法が６４３ｍｍ×６４３ｍｍ、下部の寸法が４９１ｍｍ×４９１ｍｍ、高さ１６１６ｍｍの３．６ｔ用の鋳型１を二重定盤11の上の所定の位置に設置した。
【００１２】
その後ＪＩＳＳＣＭ４４０Ｈ（Ｃ：０．４１％、Ｓｉ：０．２５％、Ｍｎ：０．７２％、Ｃｒ：１．０３％、Ｍｏ：０．２５％、残部Ｆｅ及び不純物）を溶解し、１６００℃にした溶鋼を注入管14に注入し、該溶鋼は湯道12を通って注入口13から上記鋳型と中子の間に注入され、ボイリングがなく鋳込を完了することができた。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
【表２】
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【００１５】
【表３】
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【００１６】
鋳込完了３時間後上記芯金をクレーンで引き上げたところ、該芯金を容易に引き抜くことができた。湯道を切断した後鋳型から鋼塊を取り出し、高圧空気で耐熱性粒状体を除去してスリーブの目地を観察したところ内側まで湯が差し込んでいるところはなかった。その後高圧空気でスリーブを除去しながら湯の差し込み状況を観察したところ、問題になるような湯の差し込みはなかった。その後この鋼塊をを用いて中空鍛造したところ、問題なく所望の製品を得ることができた。
【００１７】
比較例１
上記表１に記載した比較例の耐火物を使用して実施例と同じ形状のリング６を製造した。このリング６を外径が１９０ｍｍ、長さ２０００ｍｍの鋼製の芯金３の周囲に９個積み重ねてスリーブ４を形成し、その上に押さえ金物９を載せた。このスリーブ４と芯金３との間の４個所に４ｍｍφの番線を縦方向に入れてスリーブから発生するガスを抜く空隙をつくった。その後上記実施例で使用したと同様な鋳型１を二重定盤11の上の所定の位置に設置した。
このように形成された鋳型と中子の間に上記実施例と同じ鋼を同じ条件で鋳込んだところ、スリーブが軟化して溶鋼が芯金まで到達したため途中で注湯を中止した。
【００１８】
比較例２
上記表１に記載した本発明例の耐火物を使用して実施例と同じ形状のリング６を製造した。このリングを上記比較例１と同じように設置した芯金の外周に９個積み重ねてスリーブ４を形成し、その上に押さえ金物９を載せた。このスリーブ４と芯金３との間の４個所に４ｍｍφの番線を縦方向に入れてスリーブから発生するガスを抜く空隙をつくった。その後上記実施例で使用したと同様な鋳型１を二重定盤11の上の所定の位置に設置した。
このように形成された鋳型と中子の間に上記実施例と同じ鋼を同じ条件で鋳込んだところ、ボイリングすることなく鋳込みを完了することができた。
しかし、鋳込み完了３０分以降芯金が赤熱し、芯金を冷却するために設置した管に空気を送風することができず、鋳込み完了６時間後に芯金を抜き取ろうとしたが、抜き取れなかった。また１段目のリングと２段目のリングとの間の目地に湯が差し込んでいた。これは目地に接着剤を塗布しなかったためであると考えられる。
【００１９】
なお、本発明は、上記に説明したもののみに限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない限り種々の変更を加え得ることはもちろんである。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、上記構成にしたことにより従来困難であった中空鋼塊を鋳造によって製造することができるようになるとともに、鋳造に使用した芯金を再使用することができ、さらにスリーブの除去が容易になるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の中空鋼塊の鋳造方法を実施するために使用する装置全体の断面図である。
【図２】  従来の中空鋼塊の鋳造方法を実施するために使用する装置全体の断面図である。
【符号の簡単な説明】
１  鋳型
２  中子
３  芯金
４  スリーブ
５  耐熱材製粒状体
６  スリーブのリング
７  接着剤
８  押湯枠
９  押さえ金物
10  定盤
11  二重定盤
12  湯道
13  注入口
14  注入管
15  台座
【図１】
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【図２】
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