JP4278514B2 - 改良された遠心鋳造管とそれに関連する製造方法および製造装置 - Google Patents

Description

本発明は石油化学工場で使用される炉装置に関し、より詳細にはこのような装置で使用される改良された遠心鋳造管、およびこのような管の製造方法および製造装置に関する。

石油化学工場で使用される炉の基本的なタイプは二つあることがよく知られており、一つは「水蒸気分解」炉であり、もう一つは「水蒸気改質」炉である。水蒸気分解炉はエチレンを作るのに主に使用され、水蒸気改質炉は水素を作るのに主に使用される。両タイプの炉は一般に垂直に配列される複数の管を有し、管は炉を通過する連続流量通路またはコイルを形成する。この流量通路またはコイルは注入口および排出口を有する。両タイプの炉において、炭化水素供給原料と水蒸気の混合物は注入口に供給され、管を通過する。管は炉内のバーナーにより発生する極度の熱にさらされる。供給原料／水蒸気の混合物は高温において管を通過するので混合物は徐々に分解され、よって排出口から排出され、結果として形成される生成物は、水蒸気分解炉の場合エチレンであり、水蒸気改質炉の場合水素である。

石油化学産業において水蒸気分解炉または水蒸気改質炉における少なくとも三つの所望の特徴が過去に認識されている。第一に、管の壁を通る炉バーナーから炭化水素と水蒸気の混合物への伝熱速度を最大化し、炉の効率を増大することが重要である。第二に、冶金技術において「クリープ」として知られる現象に対し耐性のある物質から炉管を形成することが重要である。第三に、腐食、浸炭、およびメタルダスティングに耐性を持つように炉管を形成することが重要である。

第二の重要な特徴に関し、「クリープ」とは基本的に、圧力がかかり高温にさらされる場合に金属が段階的に伸張することである。耐クリープの様々な合金が同業者に既知である。耐クリープ合金により炉管を形成する産業において、二つの主な方法が発展しており、一方は管を押出し成形する方法であり、もう一方は管を遠心鋳造する方法である。遠心鋳造管は、液状の合金を高速回転している管状鋳型に注ぐことにより形成するものである。この合金が冷却されて遠心鋳造管が形成される。次に管の内部の穿孔は、所望の内部直径に達するように穿孔をあけることにより機械加工され、その結果一般的に一定の内部および外部直径を有する円形切断面を備える円筒管となる。しかしながらこの産業において、押出し成形管と比べて遠心鋳造管は、更に上回るクリープ特性を示すことが発見されている。特に、押出し成形管および遠心鋳造管の切断面を詳しく調べると、押出し成形管は極めて粒子の細かい冶金構造を有するのに対し、遠心鋳造管ははるかに大きい柱状粒子を有する、ということがこの産業において発見されている。更に押出し成形管の炭素含有量は、遠心鋳造管の炭素含有量に比べ低い。押出し成形管のきめ細かい粒子の微粒構造と炭素の低含有量に比べ、大きい柱状粒子および炭素の高含有量が、遠心鋳造管に相当なクリープ特性を与える原因となっている。

上記の目的の二つを達成するための一つのアプローチが米国特許番号６，２５０，３４０（以下‘３４０特許とする）に開示される。特に‘３４０特許は、縦に配列された一連のフィンおよび谷間を、典型的に円形をした管の内部穿孔に加えることによって遠心鋳造管を修正する方法を開示する。この方法において、管の内部表面領域が増加し、よってそこを通過する伝熱速度を増大する。このように、‘３４０特許により（耐クリープ合金による遠心鋳造管なので）クリープに耐性があり、（修正されたその内部外形により）伝熱速度が増大した管がもたらされる。しかしながら‘３４０特許に開示される管の重要な欠点は、腐食、浸炭、またはメタルダスティングに対し耐性を持たない点である。これは、機械加工（例えば遠心鋳造管に所望の直径を備えるよう伝統的に使用される穴あけ加工）とは反対に、‘３４０特許の管が電解加工（ＥＣＭ）方法を使って形成されるためである。従来技術で既知であるように、ＥＣＭ法により電解研磨表面が生じ、また管の内部表面の表層下または材料格子の適切な変形および／または方位決定を提供しない。このことに関し、電解研磨表面が腐食、浸炭、またはメタルダスティングに対し耐性がないことはよく知られている。例えば、“ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＡＮＤ ＣＯＲＲＯＳＩＯＮ， Ｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ， Ｍｅｔａｌ Ｄｕｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ”， ＩＳＳＮ ０９４７−５１１７， Ｖｏｌ． ４９， Ｎｏ． ４／５， Ａｐｒｉｌ／Ｍａｙ １９９８， ｐｐ ２２１−２２５ ａｎｄ ｐｐ３２８−３３５を参照されたい。これらの記事は、機械加工による効果または他のいずれの表面変形（例えば研削、ブラスト、ピーニング、ホーニング等）と電解研磨とを比較し、浸炭およびメタルダスティングに対する耐性において電解研磨を上回る従来技術の機械加工の利点を明白に示している。ＥＣＭ加工の更なる欠点は、機械加工によって形成された内部表面と比べ、管の内部表面が劣悪な表面粗さおよび寸法精度を有するという結果を招くことである。ＥＣＭ加工のまた更なる欠点は、機械加工のコストと比較し、費用が更にかかることである。

このように、（１）伝熱速度を増大し、（２）クリープに対し耐性を持ち、（３）腐食、浸炭、およびメタルダスティングに対し耐性を持ち、（４）所望の表面粗さと寸法精度を有し、（５）コスト効率の高い、遠心鋳造管およびその製造方法と製造装置のための技術におけるニーズがなお存在する。本発明は先の欠陥を克服し、上述のニーズを満たすよう開発されている。

一つの態様において、本発明は耐クリープ合金から形成される管状部材を含む遠心鋳造管に関し、管状部材は外部表面および内部表面を有し、内部表面は複数の突起部および複数の溝を有し、複数の突起部および複数の溝は内部表面内に機械加工される。本発明によるこの態様の別の特徴は、複数の突起部および溝は複数の交わる凹面半径および凸面半径により画定されることでもよい。本発明によるこの態様の別の特徴は、複数の突起部および溝はブローチ加工により形成されることでもよい。本発明によるこの態様の別の特徴は、内部表面が浸炭およびメタルダスティングに対し耐性を持つことでもよい。本発明によるこの態様の別の特徴は、内部表面の表面粗さおよび寸法精度が、複数の突起部および溝が電解加工により形成される遠心鋳造管のそれよりも優れていることでもよい。本発明によるこの態様の別の特徴は、複数の突起部および溝が、結果として形成される外形全体を包囲する最小の円の円周よりも少なくとも５％長い外形を形成することでもよい。本発明によるこの態様の別の特徴は、内部表面が１２５ＲＭＳ（ＣＬＡ）より小さい表面粗さを有することでもよい。

別の態様において本発明は遠心鋳造管を改良する方法を含んでもよく、この遠心鋳造管は、複数の第一切削インサートを有する第一切削工具を管の穿孔に通過させることにより穿孔からの第一の物質量を機械的に取り除き、複数の溝および突起部の形成を開始すること、および、複数の第二切削インサートを有する第二切削工具を穿孔に通過させ、複数の第二切削インサートは複数の第一切削インサートの対応する寸法と異なる寸法を有し、よって穿孔からの第二の物質量を機械的に取り除き、複数の溝および突起部の形成を継続すること、および、複数の付加の切削インサートを有する付加の切削工具を穿孔に継続して通過させ、付加の切削工具のそれぞれの組は直前の通過で使用された切削インサートの対応する寸法と異なる寸法を有し、よって溝および突起部の所望の外形を達成するまで穿孔からの付加の物質量を機械的に取り除くこと、を含む。本発明によるこの態様の別の特徴は、それぞれ次に続く切削工具の組の寸法は、直前の通過で使用された切削工具の対応する寸法より大きいことでもよい。本発明によるこの態様の別の特徴は、その寸法が通過につき０．０５ｍｍから０．１ｍｍの間の割合の増加量で増加することでもよい。

別の態様において本発明は遠心鋳造管を改良するための方法を含みてもよく、遠心鋳造管は管の内部表面を機械的に変形することにより管の内部表面に複数の溝および突起部を形成することを含む。本発明によるこの態様の別の特徴は、異なる寸法が徐々に増えていく一連の切削工具を内部表面上に通過させることにより、複数の溝および突起部が段階的に形成されることでもよい。

さらに別の態様において本発明は遠心鋳造管を改良するための装置を有してもよく、この遠心鋳造管は、管を固定するよう適合される第一および第２ガイド、および管の穿孔を縦方向に通過するよう適合される伸縮シャフト、およびシャフトに取り付けられ複数の切削インサートを有する少なくとも一つの切削工具を含み、切削工具は管の穿孔内に溝および突起部の外形を機械的に形成するよう適合される。

本発明によるこの態様の別の特徴は、切削インサートは刃先交換式であることでもよい。本発明によるこの態様の別の特徴は、切削インサートが凹面切削表面を備えることでもよい。本発明によるこの態様の別の特徴は、切削インサートが凸面切削表面を備えることでもよい。本発明によるこの態様の別の特徴は、少なくとも一つの切削工具がシャフトに取り付けられた複数の切削工具を有し、更にシャフトの周囲に配置され切削工具を間隔の空いた関係で保持するよう適合された少なくとも一つのスペーサーカラーを有することでもよい。本発明によるこの態様の別の特徴は、この装置が更に装置に潤滑油を注すための手段を有することでもよい。本発明によるこの態様の別の特徴は、この装置が少なくとも一つの切削工具をシャフトに取り付けるための手段を更に有することでもよい。本発明によるこの態様の別の特徴は、この装置が少なくとも一つの切削工具をシャフトに取り付けるための手段を更に有することでもよい。本発明によるこの態様の別の特徴は、この装置が少なくとも一つのセンタリングガイドを更に有することでもよい。本発明の別の特徴および態様を下記に説明する。

本発明は好ましい実施形態と関連して説明される一方、本発明がこれらの実施形態に限定されるよう意図するものではないことが理解される。それと反対に、添付の特許請求の範囲に定義される本発明の本質および範囲内に含まれる本発明の全ての変更、修正、および等価物を含むよう意図するものである。

詳細に図に関し、いくつかの図面を通し同一の要素には同様の符号を付し、本発明により構成される遠心鋳造管１０の特定の実施形態を図１に示す。特定の実施形態において、管１０は例えばＭａｎａｕｒｉｔｅ３６Ｘのような耐クリープ合金から形成されるボディー１２を有してもよい。ボディー１２は外部表面１４および内部表面１６を有することができる。内部表面１６は複数の突起部１８およびその間に配列される複数の溝２０を有することができる。図１に図示する特定の実施形態は８つの突起部１８および８つの溝２０を有する管１０を示しているが、これらの数は限定されるものではなく、その代わり本発明は任意の数の突起部１８および溝２０を有するものである。図２に図示するように特定の実施形態において、突起部１８の尖端は半径Ｒ１を有する円Ｃ１と交わることができる。特定の実施形態において、半径Ｒ１は１９ミリメートル（ｍｍ）でもよい。同様に、溝２０の底点は半径Ｒ２を有する円Ｃ２と交わることができる。特定の実施形態において半径Ｒ２は２２．５ｍｍでもよい。特定の実施形態において、溝２０それぞれの半径Ｒ３は５ｍｍ、また突起部１８それぞれの半径Ｒ４は５ｍｍでもよい。特定の実施形態において、結果として生じる外形は溝２０の底部および上部での複数の凹面半径および凸面半径の交点から生じ、整数の溝２０および突起部１８を含む。特定の実施形態において、結果として生じる内部表面１６の外形の長さは、結果として生じる外形全体を有する最小の円の円周より少なくとも５％長い。特定の実施形態において、溝２０の深さは３．５ｍｍから６．３５ｍｍの範囲内でもよいが、深さがそれよりも大きいまたは小さい場合も本発明に包含される。

複数の突起部１８および溝２０のそれぞれが内部表面１６内に機械加工されることにより、管１０の内部表面１６の表層下または材料格子を変形および方位決定する。このように結果として腐食、浸炭、およびメタルダスティングに対し耐性を持つ遠心鋳造管１０となる。その上、管１０は遠心鋳造されるのでクリープに対し耐性を持ち、また突起部１８および溝２０を追加することにより、円形断面の管の内部表面と比べた場合、内部表面１６の表面領域は増加するので、管１０の伝熱速度もまた改善される。

本発明はまた、管１０の新しい製造方法および製造装置を有する。本発明による装置２２の特定の実施形態を図３に概略的に図示する。遠心鋳造された複数の管２４は装置２２の直近のプラットフォーム２６上に配置される。管２４は、液状の合金を高速で回転する管状鋳型に注ぐことにより伝統的に形成される遠心鋳造型の管である。合金が冷却されることにより遠心鋳造管が形成される。次に管の内部穿孔は所望の内部直径を達成するよう穴あけにより機械加工され、その結果一般的に一定の内部および外部直径を備える円形断面を有する円筒管を形成する。特定の実施形態において、内部直径は突起部１８と交わる最小の円の直径と等しくなるよう有利に選択してもよい。クレーン２８は、管３０をプラットフォーム２６から装置２２上の位置に持ち上げ、回転するために使用される。次いで管３０は第１ガイド３２および第２ガイド３４の間に一直線に配列され固定される。装置２２はまたブローチ装置３６も有し、そこから伸縮シャフト３８が伸張する。特定の実施形態において、ブローチ装置３６は１０メートルのトラベル距離および５０ＫＷの定格電力を有するＢｅｒｔｈｉｅｒモデルでもよい。装置２２はまた、ブローチ装置３６に潤滑油を提供するためのオイルタンク４０および４２を有してもよい。特定の実施形態において、潤滑油はＷｙｎｎｓ， ９２ Ｃｏｕｒｂｅｖｏｉｅ， Ｆｒａｎｃｅにより「ＰＥＲＦＯＬＵＢ ４０」という名前で販売されている型のものでもよい。下記により詳細に説明するように、本発明はシャフト３８に実装され管３０を縦に通る一連の切削工具を提供する。徐々にサイズが増す切削工具で何度も通過するよう考察され、よって管３０の内部表面１６から金属切削屑を徐々に切り落としていき、例えば図１および２に示される外形が達成される。切削工具の詳細をここに説明する。

図４に関し、取り付け機構４６を介してブローチ装置３６のシャフト３８へ取り付けられる、切削アセンブリ４４の特定の実施形態が図示される。切削アセンブリ４４は中央潤滑油チャネル５０を備えたシャフト延長部４８を有することができ、チャネル５０はシャフト延長部４８の中に複数の放射状潤滑油チャネル５２と共に配列され、チャネル５２はそこからシャフト延長部４８の外部表面５４に向かって導かれる。潤滑油チャネル５０および５２は一つ以上のオイルタンク４０と流体連通する。切削アセンブリ４４はシャフト延長部４８の向き合った端に配列される第一センタリングガイド５６および第二センタリングガイド５８を有してもよい。第一センタリングガイド５６は取り付け機構４６に隣接して配列してもよい。切削アセンブリ４４はシャフト延長部４８の周囲に配列される複数の切削工具６０を有してもよい。図４に図示する切削アセンブリ４４の特定の実施形態は四つの切削工具６０を有するが、本発明はいずれの特定の数の切削工具６０に限定されるものではない。特に、切削アセンブリ４４は切削工具６０を一つのみを有してもよい。切削工具６０のそれぞれは支持リング６２および複数の切削インサート６４を有することができる。特定の実施形態において、切削インサート６４はカーバイドから形成され、５ｍｍの切削半径を有し、例えばＳａｆｅｔｙ， ９２ Ｂｏｕｌｏｇｎｅ−Ｂｉｌｌａｎｃｏｕｒｔ， Ｆｒａｎｃｅより販売されているＫＸ１５として知られる型でもよい。切削インサート６４はいずれの既知の方法により（例えば、ねじ等により）支持リング６２に接続してもよい。図４に図示する特定の実施形態において、切削工具６０は第一および第二センタリングガイド５６および５８の間に配列され、スペーサーカラー６６により離される。更に下記にて論じるように、スペーサーカラー６６は多様な長さで設けられ、よって切削インサート６４により切削された金属切削屑が管１０の内部表面１６を傷つけないように確保することができる。固定ナット６８はシャフト延長部４８の端にねじで取り付けられ、センタリングガイド５６、５８、切削工具６０、およびスペーサーカラー６６を適所に固定する。

切削工具６０を図５から１０Ａに更に示す。図５および６はいずれの切削インサート６４も取り付けられていない固定リング６２を示している。図７および８は複数の凹面切削インサート６４ａが解除可能に接続された支持リング６２を示している。凹面インサート６４ａは管１０の突起部１８を形成するのに使用される。特定の実施形態において、凹面インサート６４ａの切削半径は５ｍｍでもよい。いくつかの異なる支持リング６２は、それぞれわずかにサイズが異なるよう備えられる。例えば、支持リング６２のサイズは最初のうち０．１ｍｍの増加量で増加し、そして外形がその最終的なサイズに近づくにつれサイズは例えば０．０５ｍｍのような、より小さな増加量で増加してもよい。図９および１０は複数の凸面切削インサート６４ｂが解除可能に接続された支持リング６２を示している。凸面インサート６４ｂは管１０の溝２０を形成するのに使用される。特定の実施形態において、凸面インサート６４ｂの切削半径は５ｍｍでもよい。凸面インサート６４ｂが実装される支持リング６２は（図７）、上記に説明した凹面インサート６４ａと同じ方法でサイズが徐々に増加するよう備えられる。支持リング６２は８つの切削インサート６４を固定する形状を有し、図１に示す８つの突起部１８および８つの溝２０の外形を有する管１０を形成するよう使用してもよい。しかしながら、この特定の数は本発明を限定するものではないことを再度記す。図９Ａおよび１０Ａは、図７および８に示す切削工具６０、および図９および１０に示す切削工具６０両方の機能を備えた一体切削工具６０を示すものである。切削インサートを有さないこの一体切削工具６０は、図１に示す８つの突起部１８および８つの溝２０の外形を備えた管１０の形成を可能とする。しかしながら、この特定の数は本発明を限定するものではない。実際、図９Ａおよび１０Ａに示す一体切削工具６０は好ましくは、円Ｃ１の半径Ｒ１（図２）が３８ｍｍより小さい場合使用される。

切削アセンブリ４４’の別の特定の実施形態を図１１Ａから１１Ｄに図示する。切削アセンブリ４４’は、シャフト延長部４８’周囲に配列される第一センタリングガイド５６’および第二センタリングガイド５８’を有する。特定の実施形態においてセンタリングガイド５６’および５８’は、テフロンパッド５７および５９を有してもよく、よって所望の外形が適用される管１０の中心に沿って切削アセンブリ４４’をより正確に誘導することができる。シャフト延長部４８’はまた、中央潤滑油チャネル５０’および複数の放射状潤滑油チャネル５２’（図１７を参照せよ）を有することができ、これらチャネルは油源（例えば図３に図示するオイルタンク４０）と流体連通する。図１１Ａに図示するように、切削アセンブリ４４’は固定ナット６８’およびスラストワッシャ６９を有してもよい。切削アセンブリ４４’はまた複数の切削工具６０’も有するが、切削工具６０’を一つのみ有してもよい。切削工具６０’それぞれは支持リング６２’および複数の切削インサート６４’を有してもよい。切削工具６０’はスペーサーカラー６６’により離されてもよい。図１２はカラー６６’の端面図であり、カラー６６’はキー溝６７が備えられ、キー溝６７はシャフト延長部４８’上の対応する（下記に説明する）キー溝と作動しあうよう適応されることが図示される。図１３から１６は様々なサイズのカラー６６’の側面図である。特定の実施形態において、図１３のカラー６６’は２０ｍｍの長さ、図１４のカラー６６’は３０ｍｍの長さ、図１５のカラー６６’は４０ｍｍの長さ、図１６のカラー６６’は５５ｍｍの長さをそれぞれ有することができる。図１１Ａに関し、切削インサート６４’の前縁の間の距離Ｄは、使用されるスペーサーカラー６６’の長さによって変更してもよい。特定の実施形態において、距離Ｄは７５ｍｍでもよい。管１０の内部表面１６（図１を参照せよ）から切削された金属切削屑が、管１０の内部表面１６、およびカラー６６’、および隣接の切削工具６０’により確定される環状スペースを完全にうめることなく一時的に収納される十分なスペースを可能とするように距離Ｄのサイズを決定する必要があり、環状スペースの間にカラー６６’が配列される。このことは、切削アセンブリ４４／４４’による管１０を通る機械加工通過の全長（３メートル以上）の間、金属切削屑または切粉を保管し、よって管１０の内部表面１６に切削される外形の表面粗さの破壊または破損を回避しなければならないため重要である。

図１１Ｃに図示するように、切削アセンブリ４４’はブローチ装置３６の様々な部品における摩滅を補償するよう適合された補償ワッシャ７０を有してもよい。特定の実施形態において、ワッシャ７０は最小定格の４，０００ｄａＮを有してもよい。この実施形態の取り付け機構４６’は、迅速締め具スライドリング７２、押しばね７４、および戻りばね７６を有してもよい。動作において、スライドリング７２は戻りばね７６を圧縮するようシフトされる。押しばね７４が次いで圧縮されることにより二つの円錐軸受け表面を分離する。従って切削アセンブリ４４’をシャフト３８から解放してよい。次にわずかに大きい切削工具６０’を備えた別の切削アセンブリ４４’を逆の方向にかみ合わせてもよい。押しねじ７４は稼動中に二つの円錐軸受け表面を接触させたまま維持する。スライドリング７２を、図１１Ｃの線１７−１７に沿った横断面図である図１７に更に示す。図１１Ｄに示すように、切削アセンブリ４４’のこの実施形態はまた、切削アセンブリ４４’をブローチ装置３６のシャフト３８（図３を参照せよ）に締め付けるためのナット７８および固定ナット８０を有することができ、これらは切削アセンブリ４４’の角度調整を可能にするよう適合される。

図１８から２１に本発明による切削工具６０’の特定の実施形態を示す。図１８は、管１０の溝２０（図１を参照せよ）を切削するために用いられる最大直径の切削工具６０’を示す。図１９は、管１０の溝２０（図１を参照せよ）を切削するために用いられる最小直径の切削工具６０’を示す。図２０は、管１０の突起部１８（図１を参照せよ）を切削するために用いられる最小直径の切削工具６０’を示す。図２１は、管１０の突起部１８（図１を参照せよ）を切削するために用いられる最大直径の切削工具６０’を示す。上記に説明したように本発明は、様々な支持リング６２間で異なるサイズの増加量がほんの少しである、多数の異なるサイズの支持リング６２について考察する。図１８から２１は、この実施形態が切削工具６０’およびシャフト延長部４８’それぞれの対応するキー溝８４および８６と動作しあってかみ合うよう適合された刃先交換キー８２を有してもよいということを更に図示する。図２２に図示するように特定の実施形態において、切削インサート６４’はインサートそれぞれの耐用年数を最大化するために刃先交換式でもよい。インサート６４’それぞれは、ねじ８４によって切削工具６０’に解放可能に取り付けられる。インサート６４’の断片が摩滅する場合、インサート６４’を廃棄する代わりに、ねじ８４を緩め、インサートを１２０度回転することによりインサート６４’の未使用部分が切削用に配列され、次いでねじ８４はインサート６４’を適所に固定するよう再度締められる。本発明の特定の実施形態において、インサート６４’の単一の１２０度部分は、約３０回の通過の後は摩滅し、もはや有用ではないということが分かる。このように単一のインサート６４’が、もし三回回転される場合、管１０を通る切削の通過に最大９０回使用してもよい。

再び図３に関し、所望の外形が管１０の内部表面１６に形成される方法をこれより説明する。先ず、遠心鋳造管３０は上記で論じた従来の方法で形成され、第一および第２ガイド３２および３４の間に配置される。（切削アセンブリ４４または４４’のような）切削アセンブリは（取り付け機構４６および４６’等によって）ブローチ装置３６のシャフト３８に接続される。管３０を通る切削アセンブリ４４／４４’の第一の通過のために、切削工具６０／６０’それぞれに、最小直径を有する支持リング６２上の凸面切削インサート６４／６４’が備えられる。この第一の通過の間、例えば０．１ｍｍの深さで最初の切削がなされる。この方法において、溝１８の形成が開始される。この第一の通過の後、続いてブローチシャフト３８が収縮され、第一切削アセンブリは、わずかに大きい直径を有する支持リング６２上の凸面インサートを備える別の切削アセンブリと取り替えられる。例えば、直径は０．０５ｍｍまたは０．１ｍｍ増加する。この工程は所望の溝の深さが達成されるまで繰り返される。次に、同じ工程が凹面切削インサートにより繰り返され、多数の通過が実施され、突起部１８のための所望の外形が達成されるまで、わずかに大きい直径を有する支持リング６２によりそれぞれの通過が実施される。特定の実施形態において、切削アセンブリ４４／４４’のそれぞれにわずかにサイズの異なる四つの切削工具６０／６０’を備えてもよく、連続した工具それぞれは例えば、０．１ｍｍずつ異なる機械加工の深さを有する。この方法において、全部で０．４ｍｍの切削が単一の通過において実施される。

特定の実施形態において、０．１ｍｍの深さで実施されるそれぞれの「大まかな」通過は、毎分１２メートルの速度で実施してもよく、０．０５ｍｍの深さで実施されるそれぞれの「仕上げの」通過は、毎分１８メートルの速度で実施してもよい。上記に説明したように、外形の最終的なサイズに近くなると、増加する支持リング６２のサイズ増加量を例えば、０．０５ｍｍよりも小さく低下することができるので、より望ましい表面粗さおよび寸法精度を達成し、よって浸炭およびメタルダスティングに対しより大きな耐性を持つ管をもたらす。実際の試験において本発明の管は、内部表面１６が３２ＲＭＳ（ＣＬＡ）と同等である０．８Ｒａμｍの表面粗さを有する、ということが達成されている。「ＲＭＡ」とは平均自乗根（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）を意味し、米国でのマイクロインチで表される表面粗さの単位である。「ＣＬＡ」とは中心線平均粗さ（Ｃｅｎｔｅｒ Ｌｉｎｅ Ａｖｅｒａｇｅ）を意味し、英国でのマイクロインチで表される表面粗さの単位である。「Ｒａ」とは欧州でのマイクロメートルで表される表面粗さの単位である。本発明により達成される３２ＲＭＳ（ＣＬＡ）の表面粗さは、「‘３４０特許」で報告される１３０ＲＭＳ（ＣＬＡ）の表面仕上がりよりも、またフィン付き管を対象とした通常の表面粗さである１２５ＲＭＳ（ＣＬＡ）の表面粗さよりも、はるかに優れている。

上記の説明より、本発明がいくつかの利点を有することが明らかである。本発明による方法および装置を使用することにより、大きい粒子サイズおよび高いクリープ特性のマクロ構造を有する遠心鋳造管がもたらされる。その上、内部表面における硬金属（カーバイド）切削インサートの切削通過により、表層下変形および方位決定が達成される。管の内部表面の格子での主要カーバイドの変形は、高い倍率で観察することもできる。

明らかな修正および等価物が同業者にとって明白であるように、本発明は、説明された構成、動作、厳密な物質、または実施形態の厳密な詳細に限定されないことを理解されたい。例えば、本発明を説明するために「管」という言葉を使用してきたが、本発明はいずれの断面幾何学（例えば正方形、長方形等）のいずれの導管にも均一に適用し、円形断面の管に限定されるものではないことを理解されたい。その上、特定の幾何学的外形（例えば半円形外形を有する突起部１８および溝２０）の関係において、管１０および関連の方法および装置２２を示し論じてきたが、本発明はいずれの幾何学的または別の外形の突起部および溝も有するものであり、半円形外形に限定するものではない。更に、管の縦軸に一列に配列される溝および突起部の関係において本発明を示してきたが、本発明はまた、溝および突起部が管内にスパイラル状またはヘリカル状のパターンに形成される管および関連の方法および装置も有するものである。切削アセンブリ４４が管を通過する際、一定速度で回転させることによって本発明によりこのことを達成することができる。更に、本発明を水蒸気改質炉および水蒸気分解炉の関係において説明してきたが、本発明はまた別の適用にも有益である。例えば本発明は、メタルダスティングが観測される主要領域であるＤＲＩ（直接還元鉄：Ｄｉｒｅｃｔ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｒｏｎ）工場で使われるヒーターに適用してもよい。よって、本発明は従って付加の請求項の範囲によってのみ限定されるものである。

本発明による遠心鋳造管の一実施形態の横断面図である。 本発明による管の特定の実施形態の一定の寸法を説明する、図１に類似した横断面図である。 本発明による装置の概略図である。 本発明による管を製造するのに使用される切削アセンブリの特定の実施形態を示す、縦方向から見た部分横断面図である。 本発明のサポートリングを上から見た図である。 図５に図示するサポートリングの側面断面図である。 サポートリングに取り付けられる複数の凹面切削インサートを備えたサポートリングを有する、本発明による切削工具を上から見た図である。 図７に示す切削工具の側面断面図である。 図９はサポートリングに取り付けられる複数の凸面切削インサートを備えたサポートリングを有する、本発明による切削工具を上から見た図である。 一体切削工具６０を上から見た図である。 図９に示す切削工具の側面断面図である。 図９Ａに示す一体切削工具の側面断面図である。 図１１Ａから１１Ｄは本発明の切削アセンブリの別の特定の実施形態の側面から見た部分断面図である。 本発明のカラーの端面図である。 本発明のカラーの特定の実施形態の側面図である。 本発明のカラーの特定の実施形態の側面図である。 本発明のカラーの特定の実施形態の側面図である。 本発明のカラーの特定の実施形態の側面図である。 図１１Ｃの線１７−１７に沿った横断面図であり、本発明のスライドリングの横断面を示す図である。 本発明の切削工具の特定の実施形態を示す図であり、特に本発明による管の溝を切削するのに使用される最大直径の切削工具を示す図である。 本発明の切削工具の特定の実施形態を示す図であり、特に本発明による管の溝を切削するのに使用される最小直径の切削工具を示す図である。 本発明の切削工具の特定の実施形態を示す図であり、特に本発明による管の突起部を切削するのに使用される最小直径の切削工具を示す図である。 本発明の切削工具の特定の実施形態を示す図であり、特に本発明による管の突起部を切削するのに使用される最大直径の切削工具を示す図である。 本発明の切削インサートを上から見た図であり、切削インサートの耐用年数を最大化するように切削インサートが刃先交換式であることを示す図である。

符号の説明

１０ 遠心鋳造管
１２ ボディー
１４ 外部表面
１６ 内部表面
１８ 突起部
２０ 溝
２２ 管製造装置
２４ 管
２６ プラットフォーム
２８ クレーン
３０ 管
３２ 第１ガイド
３４ 第２ガイド
３６ ブローチ装置
３８ 伸縮シャフト
４０、４２ オイルタンク
４４、４４’ 切削アセンブリ
４６ 取り付け機構
４８、４８’ シャフト延長部
５０、５０’ 中央潤滑油チャネル
５２、５２’ 放射状潤滑油チャネル
５４ 外部表面
５６、５６’ 第一センタリングガイド
５７ テフロンパッド
５８、５８’ 第二センタリングガイド
５９ テフロンパッド
６０、６０’ 切削工具
６２、６２’ 支持リング
６４、６４’ 切削インサート
６４ａ 凹面切削インサート
６４ｂ 凸面切削インサート
６６、６６’ スペーサーカラー
６７ キー溝
６８、６８’ 固定ナット
６９ スラストワッシャ
７０ 補償ワッシャ
７２ 迅速締め具スライドリング
７４ 押しばね
７６ 戻りばね
７８ ナット
８０ 固定ナット
８２ 刃先交換キー
８４、８６ キー溝
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ 半径
Ｃ１、Ｃ２ 円
Ｄ 距離

Claims (15)

1. 耐クリープ合金から形成される管状部材を含む遠心鋳造管であって、
   前記管状部材は外部表面および内部表面を有し、
   前記内部表面は複数の突起部および複数の溝を有し、
   前記複数の突起部および前記複数の溝の表面が、切削工具によって機械加工され、かつ浸炭およびメタルダスティングに対し耐性を持ち、かつ該内部表面の表面粗さおよび寸法精度が、電解加工によりも優れた１２５ＲＭＳ（ＣＬＡ）より小さい表面粗さを有することを特徴とする、
   遠心鋳造管。
2. 前記複数の突起部および前記溝は複数の交わる凹面半径および凸面半径により画定されることを特徴とする、請求項１に記載の管。
3. 前記複数の突起部および溝はブローチ加工により形成されることを特徴とする、請求項１に記載の管。
4. 前記複数の突起部および溝が、結果として形成される外形全体を包囲する最小の円の円周よりも少なくとも５％長い外形を形成することを特徴とする、請求項１に記載の管。
5. 遠心鋳造管を製造する方法であって、
   複数の第一切削インサートを有する第一切削工具を前記管の穿孔に通過させることにより前記穿孔からの第一の物質量を機械的に取り除き、複数の溝および突起部の形成を開始すること、
   複数の第二切削インサートを有する第二切削工具を前記穿孔に通過させ、前記複数の第二切削インサートは前記複数の第一切削インサートの対応する寸法と異なる寸法を有し、よって前記穿孔からの第二の物質量を機械的に取り除き、前記複数の溝および突起部の形成を継続すること、および、
   複数の付加の切削インサートを有する付加の切削工具を前記穿孔に継続して通過させ、前記付加の切削工具のそれぞれの組は直前の通過で使用された前記切削インサートの対応する寸法と異なる寸法を有し、よって溝および突起部の所望の外形を達成するまで前記穿孔からの付加の物質量を機械的に取り除くこと、を含み、
   前記複数の突起部および前記複数の溝の表面が、浸炭およびメタルダスティングに対し耐性を持ち、かつ該内部表面の表面粗さおよび寸法精度が、電解加工によりも優れた１２５ＲＭＳ（ＣＬＡ）より小さい表面粗さとなるように機械加工したことを特徴とする、
   遠心鋳造管を製造する方法。
6. それぞれ次に続く切削工具の組の寸法は、直前の通過で使用された前記切削工具の対応する寸法より大きいことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 前記寸法が通過につき０．０５ｍｍから０．１ｍｍの間の割合の増加量で増加することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 遠心鋳造管を製造するための装置であって、
   前記管を固定するよう適合される第一および第２ガイド、
   前記管の穿孔を縦方向に通過するよう適合される伸縮シャフト、
   および前記シャフトに取り付けられ複数の切削インサートを有する少なくとも一つの切削アセンブリを含み、
   前記切削アセンブリは前記管の穿孔に複数の溝および突起部の外形を機械的に形成し、
   前記複数の突起部および前記複数の溝の表面が、浸炭およびメタルダスティングに対し耐性を持ち、かつ該内部表面の表面粗さおよび寸法精度が、電解加工によりも優れた１２５ＲＭＳ（ＣＬＡ）より小さい表面粗さとなるように構成されることを特徴とする、
   遠心鋳造管を製造するための装置。
9. 前記切削インサートは刃先交換式であることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
10. 前記切削インサートは凹面切削表面を備えることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
11. 前記切削インサートは凸面切削表面を備えることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
12. 前記少なくとも一つの切削アセンブリが前記シャフトに取り付けられた複数の切削工具を有し、更に前記シャフトの周囲に配置され前記切削工具を間隔の空いた関係で保持するよう適合された少なくとも一つのスペーサーカラーを有することを特徴とする、請求項８に記載の装置。
13. 前記装置に潤滑油を注すための手段を更に有することを特徴とする、請求項８に記載の装置。
14. 前記少なくとも一つの切削工具を前記シャフトに取り付けるための手段を更に有することを特徴とする、請求項８に記載の装置。
15. 少なくとも一つのセンタリングガイドを更に有することを特徴とする、請求項８に記載の装置。

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