JP2016147271A - エキスパンションの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内筒・外筒との周縁溶接部を応力集中するＲ止まり部でなく、Ｒ止まり部の上部に直線部を設けることにより応力集中を無くして破断問題が生じないエキスパンションの製造方法を提供する。
【解決手段】金属板材を打ち抜いて所定寸法の円板にする第１工程と、円板を凸弧状面に加工する第２工程と、スピニング一次加工で円板の外周縁に周溝を設ける第３工程と、円板の凸弧状面の中央不要部を切断して開口部にする第４工程と、スピニング二次加工でＲ止まり部より直線部を持つＵ字状溝に形成する第５工程とからなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気炉などの排ガス用冷却ダクトに使用し、温度変化などによって生じる円周方向の伸縮を吸収するために設けるエキスパンションの製造方法に関するものである。

電気炉で鉄スクラップなどを溶解して溶湯を精錬する時には高温の排ガスが発生する。この排ガスを所定温度に冷却して炉外へ排出するのに冷却ダクトが使用されている。この冷却ダクトは、円筒状の配管である内筒と外筒の２重構造であり、内筒と外筒の間隙に冷却水を流し込んで、内筒内を通過する排ガスを冷却して内筒を保護しているが、内筒と外筒との温度差による熱膨張差が生じ、応力緩和を図るために内筒と外筒の管端にエキスパンションが取り付けられている。

このエキスパンションは、従来から鋼管により製造されていた。すなわち、図４のＡに示すように、所定の径と長さのパイプ材２１を用意する。図４のＢに示すように、パイプベンダー（図示せず）によりパイプ材２１を曲げ加工して半円形パイプ２２を形成する。図４のＣに示すように、半円形パイプ２２の両端２２ａ,２２ａを所定寸法に切断し、２個の半円形パイプ２２，２２の両端２２ａ,２２ａを突き合わせ、その突合せ部を溶接部２３とすることによりリング２４を形成する。図４のＤに示すように、リング２４の中心位置にて、リング２４の内面、外面より輪切りに切断する。図４のＥに示すように、リング２４は上下に２分割され分割半円体２５、２６となり、寸法変形を修正してエキスパンション２７を製作している。

しかしながら、このような方法で製造されたエキスパンション２７は、図４Ｆに示すように、内筒２８と外筒２９との繋ぎ溶接部３０がリングパイプの丁度Ｒ止まり部になる。このＲ止まり部はダクト使用中において温度差による熱膨張応力が最も集中する箇所であることから、溶接部３０が破損しやすく長期の使用に耐えられなかった。

また、前述のエキスパンションの製造方法によれば、パイプ材２１を半円形に曲げ加工し、その半円形パイプ２２を２個突き合わせ接合して周縁を溶接部２３としてリング２４にするための溶接作業に時間がかかりすぎ作業能率が悪いばかりでなく、完成品のエキスパンション２７には溶接部２３が存在することになり、溶接欠陥が生じやすい問題点があった。

そこで、本発明は、上記のような問題点に鑑み開発されたもので、内筒と外筒との溶接箇所を、応力集中するＲ止まり部を避け、Ｒ止まり部より直線部が一体となるように製作することにより、応力集中をなくして破断問題が生じることなく、また、エキスパンション本体には板継ぎ溶接のない品質向上するエキスパンションの製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決し、その目的を達成するために、本発明に係るエキスパンションの製造方法は、金属板材を打ち抜いて所定寸法の円板にする第１工程と、円板を凸弧状面に加工する第２工程と、スピニング一次加工で円板の外周縁に周溝を設ける第３工程と、円板の凸弧状面の中央不要部を切断して開口部にする第４工程と、スピニング二次加工でＲ止まり部より直線部を持つＵ字状溝に形成する第５工程からなるものである。

これによれば、エキスパンションの端部に直線部が一体に設けてあるから、熱膨張差による応力集中を分散でき、機器使用中の破損を防ぐことにより機器の安全性と耐久性を向上したエキスパンションが得られる。また、エキスパンション本体には溶接部のないエキスパンションが得られるので製作工期の短縮が図れる。

ここで、前記第３工程のスピニング一次加工は、外周縁の内側に配したスピニング機と外周縁の外側に配したローラ機により周溝を設けるのが好ましい。

これによって、円板の外周縁には正確な深さと幅の寸法の周溝が容易に素早く形成できることになる。

ここで、前記第５工程のスピニング二次加工は、周溝に嵌まるスピニング機と開口部の内側に配したローラ機によりＲ止まり部より直線部を持つＵ字状溝に形成するのが好ましい。

これによって、外周縁に最終仕上げの正確な寸法の直線部を持つＵ字状溝を極めて容易に確実に形成できる。

以上説明したように、本発明のエキスパンションの製造方法によれば、エキスパンションの端部を直線部で一体的に取り付けられることにより、熱膨張差による応力集中を分散でき、機器使用中の割れなどを防ぐことができ、機器の安全性と耐久性を向上できる。また、エキスパンション自体には、溶接部がないので製作工期の短縮化が図れるものである。

本発明のエキスパンションの製造工程を順次に示す説明図である。 本発明の製造工程で得られたエキスパンションの縦断面図である。 エキスパンションの使用状態示す正面図である。 従来のエキスパンションの製造工程を順次に示す説明図である。

以下、本発明に係るエキスパンションの製造方法の実施の形態を添付図面に基づいて説明をする。図１に示すように、エキスパンションの形状、寸法および鏡板の寸法を考慮して金属板から打ち抜かれた円板１を用意する第１工程（図１Ａ）、打ち抜かれた円板１をプレス機（図示せず）にかけて上部を凸弧状面２に形成する第２工程（図１Ｂ）、円板１の外周縁の上部からスピニング機３を押し当て窪みを設け、側端片４を外側のローラ機５で内側に折り曲げて所定深さと幅の周溝６を設ける第３工程（図１Ｃ）、エキスパンションの内径寸法を考慮して円板１の上部弧状面２の不要中央部を切断除去し、残余傾斜片７，７間を開口部８とする第４工程（図１Ｄ）、前記の第３工程で形成された周溝６の上部からスピニング機９を嵌めこんで最終の正確な溝深さにすると共に、残余傾斜片７，７の内側に配した内側のローラ機１０で外側に曲げて最終仕上げの正確な幅のＵ字状溝１１を形成する第５工程（図１Ｅ）を経て、エキスパンション１２は製造される（図１Ｆ）。

このような方法で製作されたエキスパンション１２は、図２、図３に示すように、従来の製造方法では得られなかった直線部１３が存在し、その直線部１３とダクトの内筒１４と外筒１５からなる二重胴板の管端に溶接で取り付けられるものである。そして、内筒１４と外筒１５の間隙１６に給水口１７から排水口１８にわたって冷却水を循環させることによって熱交換が行われ、温度差によって生じる円周方向の伸縮を吸収するものである。

また、エキスパンション１２の端部には直線部１３が存在することにより熱膨張差による応力集中を分散でき、ダクト使用中の割れなどを防ぐことができ、ダクトの安全性と耐久性を向上できる。

また、従来のエキスパンションのように溶接工程を経ることなく、加工は全て冷間加工による一体成形であるから、加工のスピードが早くなり、寸法精度が正確であり、連続生産が可能であるために大量生産に適し、低廉な価格で供給できる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成でき、かつ本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の設計変更が可能であることは言うまでもない。

本発明は電気炉に限らず、その他の金属溶解炉などの設備から発生する排ガス冷却用ダクトに使用されるエキスパンションの製造方法としても利用可能である。

Claims (3)

1. 金属板材を打ち抜いて所定寸法の円板にする第１工程と、
   円板を凸弧状面に加工する第２工程と、
   スピニング一次加工で円板の外周縁に周溝を設ける第３工程と、
   円板の凸弧状面の中央不要部を切断して開口部にする第４工程と、
   スピニング二次加工でＲ止まり部より直線部を持つＵ字状溝に形成する第５
   工程とからなる
   ことを特徴とするエキスパンションの製造方法。
2. 前記第３工程のスピニング一次加工は、外周縁の内側に設けたスピニング機と外周縁の外側に設けたローラ機により周溝を設ける
   ことを特徴とする請求項１に記載のエキスパンションの製造方法。
3. 前記第５工程のスピニング二次加工は、周溝に嵌めるスピニング機と開口部の内側にあるローラ機によりＲ部より直線部を持つＵ字状溝に形成する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のエキスパンションの製造方法。