JPS5825859A - 中空で厚肉の鋳物を造る方法および装置 - 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、高延性鋳鉄から成り容器状で厚内の鋳物を砒
鍍を生じない様に製造するための方法および装置に関す
る。この様な鋳＊１１例えば原子力発電所からの使用済
燃料の運搬容器として必要である。その際鋳物の品質に
関して特別に高い要求が設定される。即ち鉄鋳物は微粒
子で強靭な鋳物構造を有し、該構造は容積不足誤差を有
することなく、特に微細な孔を含有しないものでなけれ
ばならない。

厚肉の砂型鋳物は長いｌｋ（支）時間を有している。

何故ならば放出される大量の熱は絶縁性の層材料を介し
てのみ運び去られるからである。その結果、高延性鋳鉄
の場合−は粗大な球状結晶の鋳物組織を持つことになる
。更に、この様な条件のもとでは、凝固した縁部の殻部
分と残留している溶融物との間にゆるい温度勾配が生じ
、その仁とは容積不足誤差の発生、特に微細な孔の発生
をうながすものである。粗大な細胞給の鋳物組織の場合
には、グラファイト共晶結晶の生成の際に局部的に発生
しそして孔を押しつぶす圧力を発生する容積ｗ脹が孔を
完全に押しつぶすことができない、その結果有害な微細
空間が残シ、これらの微細空間は非破壊試験の際に発見
されそして共晶核（セル）の微小な分離の境界、或いは
極端な場合には辰化物分離の境界となシ、これら境界は
材料の強靭性をそこなうものである。

ドイツ連邦共和１３ｉ１＊許牙２１１３＄１６７号明細
書から、厚肉の中空体を造る際の電気的鋼滓再融解の際
に、中子として一体に形成され冷却装置を備えた支持物
体を挿入し、該支持物体は冷却を中断した後で、そのこ
とによフ膨張しそして次に再び冷却して鋳造されたプ四
ツクから、引き出されることが公知になっている。高延
性鋳鉄から成シ微細な孔がない鋳物を造る問題には上記
の特許明細書は関係がなく、中子を引き出す方法が問題
になっている。またドイツ連邦共和国特許矛１９５２０
０９号明細書は上記と同様に電気的鋼滓再融解の際に水
冷された中子を引き出す問題を、くさび状の中子部材を
スピンドルの運動によって引き出すことによって解決し
ている。この際引き出すため中子の直径は小さなものに
なっている。またドイツ連邦共和国特許公開矛２８２１
０９１号公報によれば、鋼鉄を鉄塊に鋳造する際に、金
製を、水で冷却される冷却枠から成る個々の壁から形成
することが公知になっている。高延性鋳鉄から成る微細
な孔のない鋳物を造る本発明の問題には上記の特許は何
れも関係がない。

上記した様な技術水準を出発点とし、本発明の目的は、
厚肉の容器状の鋳物において、従来薄肉の鋳物において
のみ可能であつ九様な微細粒子状で溶離することなくそ
して孔のない鋳造組織を、殻状の凝固を可能ならしめる
傾斜の大なる温度勾配を介し短い凝固時間で造ることで
ある。

上記の目的は冒頭に述べ九種類の方法において次の様に
して達成される。即ち中子と外側の誠とから成る全体の
塵は頑強で不撓に形成され、砂製に比較して熱の搬出が
良くなっておシそして注入口は、鋳鉄が共融凝−を始め
る前にその注入口で凝固する様な寸法になっている。鋳
鉄の凝固速度が、特に中子の範囲で速められそしてそれ
に応じて渥の中空空間の中で傾斜の大なる温度勾配が形
成されることによシ、微細な細胞を持った鋳造組織の形
成が促ムされそして砂量鋳造の場合に発生する粗大な球
体結晶状の凝前記した２つの因子が黴細な孔が形成され
る危険を避けている。即金体の鳳が頑強で不撓に形成さ
れているため、冷却される鋳物が中子を締め付け、この
ため間隙の形成が避けられ、斯くして良好な熱の移行が
維持される。また注入口の寸法が、鋳物の共晶凝固が始
まる前に注入口の中で鋳鉄途凝固する様になっていると
と、従って液相温度にある残留溶融物の冷却と共に、型
全体の形成が頑強で不撓に形成されているととＫよって
、グラファイト共晶凝固が行われる間の金属の膨張がす
べて（！１１の中空空間内の圧力増加となってあられれ
る。その結果凝固する鋳物の中における微細な孔の形成
が避けられる。

詳細には本発明は次め様な特徴を持つものとして形成す
るととが可能である。

良好な熱の搬出は次の様にして行われる。即ち鋳物はそ
れの内面が、中子の内部が冷却剤で冷却されることによ
り、特に系内で蒸発する不燃性の液体冷却剤によって、
調＊Ｓれながら冷却される。この目的のためＫは液体窪
素又は空気流の中に噴霧状に吹き込まれた水が適してい
る。

共晶凝固が行われている間の蓋の中空空間の中の有効な
圧力増加は、塵の安定した構成のほかに、鋳物の外側の
表面が冷却されることによっても促進される。外側の表
面が、児成後の実技上の目的のため、冷却ひれを備えて
いなければならない燃料元素容器の様な鋳物では、外側
の表面の十分な冷却は、該鋳物の外側の表面に大なる寸
法の冷却ひれを有する様に形成する仁とで達成される。

この場合外側の崖は例えば形状安定した、冷却樹脂で固
められた砕砂で形成することが可能である。

例えば冷却ひれが小さい場合又は表面が平坦な場合の鋳
物の外側の表面の冷却は金属製の渥を用いることによシ
改良される。金属製の外側の塵はそれの熱侃導率が陶磁
製の！ＩＫ比、べて大であるため、外部への熱の搬出お
よびそのことによ〕惹起される高い温度のため、周囲の
空気の対流による冷却により熱の搬出をよシよくする。

空気の対流による熱の搬出は更に冷却ひれを外側の型に
設けることによって改良゛される。

更に金属製の外側の型は冷却剤、特に系の内部で蒸発す
る不燃性の液体冷却剤によシ、調節されながら冷却され
ることが可能である′。

鋳物の外側の冷却を改良するための処置は殻状の凝固を
促進しそしてそのことによ）鋳物の緊密さを改良するた
めの共晶凝固が行われている間の残留溶融物の内部の圧
力を増加させる。

中子と外側の聾から成）本発明の方法に４１に適合して
いる鋳造蓋で社、中子の外表面の輪かくけ鋼板で形成さ
れている引抜１！によｐ形成されておシ、紋型の内側の
面上には冷却剤によシ貫流されている冷却ｌ！−が配置
されそして引抜型と冷却要素との間の空間および中子の
内部の自由空間は造形可能な微小粒子物質が充填されて
いる。引抜型としては１ｏ乃至ｇｏｍｓの厚さの鋼板が
適癲である。微小粒子物質は中子の形状の安定に役立ち
そして引抜金■と冷却要素との間の熱の移動を促進し、
これら冷却要素の中では貫流する冷却剤による冷却が行
われている。

中子の外側の表面には鋳造の際に通常用いられる焼き付
くのを防止するための鉱滓ペーストが塗られている。

冷却要素は冷却面として形成されることが可能であり、
該函に流入または函から流出する導管がその中に並列に
配置され、一様な熱の運搬を可能ならしめている。冷却
面はくさびの様な金属要素によって保持されそして引抜
型に押し付けられている。冷却面の代シ冷却蛇管を用い
ること４可能である。

冷却要素と引抜型の鋼板との間および１山空間に充填さ
れている微小粒子物質は、鋳造作業で通常使用される蓋
用材料であることが可能である。熱伝導率を増加させる
ため、微小粒子の金属物質、特に鋼鉄礫を挿入すること
も可能であシ或いはまた金属物質を型用材料の中に付加
することも可能である。

外側の壁も鋼鉄板から成シそして冷却要素を備えている
のが有利である。冷却要素は冷却面又は冷却蛇管である
ことが可能である。付加的な冷却ひれは熱の搬出を改良
するもめである。

次の記述において添附図により本発明の詳細な説明され
る。

高延性鋳鉄から成ｐ容器状で厚肉の鋳物を砒鍍を含まな
い様に製造するため、即ち燃料元素１の容器を製造する
ため、壓全体が頑強で不撓に形成されそして砂型鋳造の
場合に比較して改良された熱の搬出がなされる様に配慮
される。

注入口２は、鋳物の共晶凝固が開始される前に、鋳鉄が
該注入口の中で凝固する様な寸法になっている。外側の
型３は形状安定し冷却樹脂で結合された硼砂によって形
成されている。外側の蓋３を造るため、鋳物１の外側の
面に形成する冷却ひれ５の念めの中子が使用される。引
抜かれる中子６の外側は、約６ｍの長さで厚さ１５雪■
の壁を持つ円筒形の鉄板の円筒フと３０雪謬の厚さを持
つ熔接されたｉｉ８から成シ立っている。

！ｉ８を熔接する前に、冷却１ｉｉ９，１Ｇが８つの平
面内にｓｒ付けられそして鋼鉄のくさび１１によシ鉄板
円筒〒に押し付けられている。冷却１ｉ９．１０の良好
な冷却は、垂直方向に平行しそいる冷却管の系統によシ
達成され、その際周囲全体に亘シ、下部に供給導管そし
て上部に排出導管が交互に置き違えられそして夫々のリ
ング状供給導管および排出導管に接続されている。

１１８も冷却面１２を備えている。中子６は直立して配
置されている。鋳物は上昇しながら鋳造される。１ｌｌ
ｌ造亀度は１３２０’Ｃになシ、マグネシウム処理をさ
れ結晶のたねを植え付けられた鉄Ｏ量は１１６トンにな
っている。溶融体の組成はＤＸＮ　　１６９＄ｏＧ（）
Ｇ−４０，３に該幽していル、餉愉ｌの大体の寸法は５
　ｅ　４００　ｎ％冷却ひれを有する外径は３．６００
勘、内＠直径は１，２００勧、鳳の厚さは４０６髄にな
りている。

鋳造が終了した後で中子６は液体窒素を用いて、冷却要
素に注入し次際に蒸発する方法で冷却される。注入口２
は、証の内部の溶融物が１１６０℃乃至１２００　’Ｏ
になった時に凝結する様になっている。冷却は全体が凝
固するまでの時間維持される。　−ｘ転移点の僅かに上
方の状態に鉤遅し次時に始めて、７エ２イトの形成をじ
ゃましない様に、冷却剤の供給が停止される。

冷却装置を使用することによ〕凝固時間拡全体として、
砂型鋳造に比較して５６％だけ短縮される。

象の内部において引続！＃固させられ冷却された後で鋳
物は引き出され、中子の中に侵入した微粒子がｉｎ除か
れ、二三の平面上に配置された冷却要素が取シ出されそ
して最後に臘をとシはすすのであるが、そのことは１１
８を有する＃［の円筒１が切断され引き出されることに
よりとシはずされる。鋳物のその他の部分は通常の方法
によって仕上げられる。

仕上げが完成しそして８函が加工された鋳物を種々異な
る角度に置かれた超音波試験器のヘッドによ如、１乃至
３メガヘルツの振動数で試論した結果、３ｍｌの大龜さ
の異物を一見可能な場合に、何等の！知も＊ｂｒＬ＊か
りた。

【図面の簡単な説明】

矛１図は原子力発電所から瑣出される燃料元素の鋳物＠
粉の斜視図、第２図は５ｉＦ１図に示した容赫を鋳造す
るための＃造波の画直断面崗の略図である１図において
、 ３・・・・・外惰Ｏ壁、６・・・６・中子、グ・φ・・
−円筒、８・・・・・髄、　９，１０，１・１・φψ冷
却要素、１１−・・・Φくさびである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）高延性鋳鉄から成９容器状で厚内の鋳物を砒破を生
   じない様ｌ１ｃ１１造するための方法において、中子と
   外側の臘とから成る全体の臘は頑強で不撓に形成されて
   いること、特に鋳物の内側表面における熱の搬出が、砂
   ｍ−造の場合に比較して改良されていること、および注
   入口は、共晶凝固が始まる前に鋳鉄がその注入口の中で
   凝固する様な寸法になっていることを特徴とする方法。 幻　鋳物はそれの内面が、中子の内部が冷却剤で冷却さ
   れることにより、特に系内で蒸発する不燃性液体冷却剤
   によって、調節されながら冷却されることを特徴とする
   特許請求の範ｌ！Ｉ第１項記載の方法。 ３）鋳物の外側の表面は大なる寸法の冷却ひれを有する
   様に形成されていることを特徴とする特許請求の範囲矛
   １項または才２項記載の方法。 ４）　鋳物の外側の表面の冷却は金属製の型を用いて冷
   却されることを特徴とする特許請求の範囲牙１項から矛
   ３項までのうちのいずれか一つに記載の方法。 ５）金属製の外側の型は冷却ひれＫよって冷却されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲矛番項記載の方法。 ６）金属製の外側の型は冷却剤、特に系の内部で蒸発す
   る不燃性の液体冷却剤、特に液体窪素又は水により、調
   節されながら冷却されることを特徴とする特許請求の範
   囲矛４項または牙６項記載の方法。 ツ〕　高延性鋳鉄から成り容器状で厚内の鋳物を砒鍍を
   生じない様に製造するため、中子と外側の型とから成る
   全体の型が頑強で不Ｉ！に形成され、特に鋳物の内側表
   面における熱の搬出が、砂型鋳造の場合に比較して改良
   されておシそして注入口は、共晶凝固が始まる前に鋳鉄
   がその注入口の中で凝固する様な寸法になっている、特
   許請求の範囲第１項記載の方法を実施するため、中子（
   ６）と外側の型（３）とから成る鋳造型において、中子
   （６）の外表面の輪かくけ鋼板（）。 ８）で形成された引抜醪によシ形成されてお如、該屋の
   内側の面上には冷却剤によシ買流されている冷却要素（
   ９１１０，１２）　２＞１配置されそして引抜型と冷却
   要素（９，１０，１２）との間の空間および中子（６）
   の内部の自由空間は造形可能な微小粒子物質が充填され
   ていることを特徴とする鋳造蓋。 ８）冷却要素は冷却函として形成されておシ、該函に流
   入または函から流出する導管がその中に並列に配置され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の鋳
   造型。 ９）冷却函はくさび（１１）の様な金属要素によって保
   持されそして引抜型（ツ）に押し付けられていることを
   特徴とする特許請求の範吐矛８項記載の鋳造型。 １０）冷却要素は冷却蛇管であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の鋳造型。 １１）　を小粒子物質は金属物質、特に鋼鉄礫であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲１１項から牙１０項まで
   のうちのいずれか一つに記載の鋳造型。 １２〕外側の型が鋼鉄板から成シ立っていることを特徴
   とする特許請求の範囲１１項から牙１１項までのうちの
   いずれか一つに記載の鋳造型。 １３）外餉の型（３）が冷却要素を有することを特徴と
   する特許請求の範囲第１２項記載の鋳造型。 １４）外側の型が冷却ひれから成シ立っていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１２項または矛１３項記載の
   鋳造型。