JP5319336B2 - 管の加熱方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、管の加熱方法と加熱装置に関し、特に、鋳鉄管に塗装を行う前の処理として、鋳鉄管の内面を加熱処理するときに用いる方法と装置に関するものである。

鋳鉄管の内面の防食や美粧を図る目的で、管内面に粉体樹脂塗装が行われる。
この粉体樹脂塗装は、鋳鉄管を加熱炉等で塗装に適した温度になるまで予熱した後、粉状の熱硬化性樹脂塗料（以下「粉体塗料」という）を管内面へ吹き付け、粉体塗料が管の熱で溶融・硬化して均一な厚みの樹脂層を形成するものである。

ところで、予熱した管の内部に水分が残留していると、管の熱を受けてその水分が気化し、ガスとなって管内表面から吹き出すことがある。
図７は、管内面に水分が残留したままで粉体樹脂塗装を行ったときの塗膜の状態を表す図である。
残留水分Ｗが管Ｍの熱を受けて気化して膨張し、この膨張で塗膜Ｐが部分的に膨らんだり（図７（ａ））、塗膜Ｐが破れてガス吹き出し穴Ｈができたりする（図７（ｂ））。
このように塗膜が膨らんだり破れたりすると塗装不良となり、手直しや再塗装を行わなければならない。
この塗装不良は、鋳鉄管の端側に設けた受口部分に集中的に発生することが多い。

鋳鉄管は、通常、その一端に受口を設け、他端に挿し口を設けている。これは受口内に挿し口を嵌め込み、管同士を継ぎ合わせて配管するためであり、受口部分は、外形が挿し口部分よりも大きく、かつ、厚肉となっている。
塗装不良が受口部分に多いのは、管を鋳造する際の凝固特性の影響で、厚肉の受口内面には鋳シワや凹凸が出やすく、残留水分を蓄えやすい性状となっているためと考えられている。
この塗装不良を無くすために、管の受口内面に高周波誘導加熱を施し、高速かつ確実に残留水分を除去する技術がある（特許文献１参照）。

特開平５−１３１１６８号公報

高周波誘導加熱を施して管内の残留水分を除去する場合、図６に示すように、リング状の高周波誘導加熱コイル１０４を、管の受口１０１ｂの内部に挿入し、コイルの外面を受口内面の全周に望ませた状態でコイルに通電し加熱を行う。
この方法は、加熱器具のコイルに通電し、管受口の内表面付近に高密度の渦電流を発生させて加熱するものであるから、コイル１０４の外周と受口内面との距離が変化すると、その加熱効率も大きく変わってしまう。
従って、安定した加熱を得るためには、鋳鉄管に対する高周波誘導加熱コイルの位置決め制御を精密に行う必要がある。
精密な位置決め制御は、設備や作業の複雑化を招き、好ましくない。

そこで、本発明は、加熱器具の精密な位置決めが不要で、管内面の残留水分を除去する加熱方法及び装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の加熱方法は、鋳鉄管の受口内面にガスバーナーの火口から出た火炎が前記受口内面に届くように前記ガスバーナーを設け、前記ガスバーナーの火炎で前記受口内面を炙り受口内面を高速で加熱することとしたのである。

この構成によれば、受口内面に水分が残留していても、ガスバーナーの火炎に炙られて高温に加熱されて除去されるので、その後の塗装時に水分がガスとなって管内に発生することがない。
また、ガスバーナーの火炎による熱が受口内面に届けば良く、火炎の有効長さの範囲内でガスバーナーの位置決め誤差が許容されるので、精密な位置決め制御が不要である。

この発明の加熱装置は、鋳鉄管の受口内面を高速で加熱する鋳鉄管の受口内面加熱装置であって、管軸側から管内面へ火炎を出すガスバーナーと、前記ガスバーナーと管との管軸方向の相対的位置関係を変える管軸方向移動装置を備え、前記ガスバーナーは管受口内径より小さく、また、前記ガスバーナーの位置及び姿勢を保持するための支持台に片持ち支持される装置としたのである。

この構成によれば、ガスバーナーを支持台に片持ち支持し、ガスバーナーと管とを管軸方向に相対移動させる管軸方向移動装置を備えたので、ガスバーナーの位置や姿勢は一度調節すれば、その後は安定するから、位置決め制御が容易となる。

この発明は、以上のように、管内面の残留水分を除去する方法として管内面をガスバーナーの火炎で炙る構成としたから、管内面を加熱する加熱器具の精密な位置決め制御を必要としない。

本発明の加熱装置の正面図 本発明の加熱装置の平面図 図２のＡ−Ａ矢視の詳細図 図３のＢ−Ｂ矢視の詳細図 本発明の他の実施例の説明図 従来の加熱装置の説明図 塗膜の状態を表す説明図

この発明の一実施形態を図１乃至図４を使って説明する。
図１は、本発明の鋳鉄管の管内面加熱装置を示す正面図である。
鋳鉄管１が４基のローラー２１に載せられ、管軸Ｃが水平になる状態で支持されている。４基のローラー２１のうち、少なくとも１基には、電動モーター２２が取り付けられ、その電動モーター２２の駆動により、ローラーが回転する構造となっている。そのローラー２１の回転に従動して鋳鉄管１が管軸Ｃ周りに回転する。

鋳鉄管１の受口１ｂ側にはガスバーナー４を備えた台車３があり、この台車３は拡散加熱火口４３を備えたガスバーナー４を上下に移動させる昇降装置６と、その昇降装置６を管軸Ｃ方向に移動させる進退装置７（管軸方向移動装置）とから構成されている。
ガスバーナー４は２基設けられ、一方が管の下側を加熱する下側トーチ４２で、他方が管の上側を加熱する上側トーチ４１である。２基のガスバーナーは、昇降台５を介して支柱６３（支持台）に片持ち支持されている。

昇降台５にはナット６５が固定されていて、昇降台の上下移動（昇降）は、そのナット６５に螺合したボールネジ６２を昇降モータ６１により回転させて行う。
支柱６３の側面には上下方向に昇降レール６４が設けられていて（図２）、昇降台５は、この昇降レールを介して支柱６３に沿って上下移動（昇降）する。

進退装置７の上部には管軸Ｃ方向に固定された進退レール７１が設けられていて、支柱６３は、この進退レール７１を介して管軸Ｃ方向に水平移動（管に対して進退）する。
昇降装置の進退動作は、支柱６３の下部に固定されたナット（図示せず）に螺合したボールネジ７３を進退モータ７２が回転させて行う。

図２は、本発明の鋳鉄管の管内面加熱装置を示す平面図である。
ガスバーナー４は、トーチの温度上昇を防ぐために、バーナー本体に沿って冷却水パイプ４４が設けられた水冷構造となっている。この水冷によりバーナーが火炎からの熱で変形（故障）することを防いでいる。
ガスバーナー４の平面配置は、管軸Ｃを挟んで２基のバーナーが横に並んだ配置となっており、また、下側トーチ４２と昇降台５の間に上側トーチ４１を挟む配置になっている。上側トーチ４１から管軸Ｃまでの距離と、管軸Ｃから下側トーチ４２までの距離は、おおむね等しくなっている。

図３は図２のＡ−Ａ矢視断面図で、図４は図３のＢ−Ｂ矢視断面図である。
昇降台５には、２基のガスバーナーの片持ち支持角度を調整するトーチ角度調整装置５１が取り付けられている。
上側トーチ４１は昇降台５に軸持された上軸５２にブラケット５２１を介して固定され、下側トーチ４２は昇降台５に軸持された下軸５３にブラケット５３１を介して固定されている。

下軸５３の軸回転時に下軸と共に回転する下側角度調整ギア５５と、上軸５２の軸回転時に上軸と共に回転する上側角度調整ギア５４は、噛み合っていて、その上、歯数が同じである。従って、下軸５３がある角度だけ回転すると、上軸５２は下軸５３とは逆方向に同じ角度回転する。

上軸５２の昇降台側の端部にはウォームホイル５６が取り付けられ、それに噛み合うウォームギア５７の端部にはそのウォームギアを回転させるハンドル５８が設けられている。
このハンドル５８を一方（正方向）に回せば、上側トーチ４１が上軸５２を中心としてある角度だけ上に回り、下側トーチ４２は下軸５３を中心として同じ角度下に回る。ハンドル５８を他方（逆方向）に回せば、上側トーチ４１が上軸５２を中心としてある角度だけ下に回り、下側トーチ４２は下軸５３を中心として同じ角度上に回る。

次に本発明の鋳鉄管の管内面加熱装置の操作及び動作内容を説明する。
管軸Ｃが水平となるように、鋳鉄管１を４基のローラー２１に載せた後、昇降モータ６１を起動して昇降台５を上下方向に移動させ、ローラーに載せた鋳鉄管のサイズに合う高さに昇降台５の位置を調節する。

ハンドル５８を回して、上側トーチ４１先端の火口と下側トーチ４２先端の火口との距離Ｌ２を調節する。本実施形態の加熱バーナーを使用する場合、火口から加熱対象部分への距離Ｌ１は３０〜４０ｍｍ程度が望ましいので、上下トーチの火口間距離Ｌ２は、加熱対象部分の内径Ｄよりも６０〜８０ｍｍほど短くなるように調節する。

続いて、鋳鉄管の受口内にガスバーナー４を挿入するために、進退装置７を起動し鋳鉄管１側に支柱６３（昇降装置６）を前進させる。バーナーが管内面の加熱対象部分に臨む位置に達したら、進退装置７を停止する。
このとき、ガスバーナーは、火炎の熱が管内面に効果的に伝わるように、その火口を管の挿し口側に傾けている。

ここで、火炎で炙る加熱対象部分は、受口内面部分としている。この部分は、直管部１ａや挿し口部分１ｃに比べて、管の厚みが大きいために、鋳造時の凝固特性上、水分を蓄えやすい性状になっている。
受口内面の中でも特に水分を蓄えやすいと考えられているのは、受口内面の奥の胴付部ｈから直管部１ａにかけての胴付奥部１ｄであり、そこに火炎の熱が伝わって十分加熱されるようにガスバーナーの位置を調節する。
なお、胴付部ｈは、挿し口を受口内に挿し込んだときに、挿し口の先端の端面が対向する受口の面であり、受口の奥で管の内側に立ち上がる段差面のことをいう（図１）。

次に回転装置２上の駆動ローラー２１を起動し、鋳鉄管を回転させる。このとき、各バーナーに点火し、火口からの火炎で鋳鉄管内面を炙って加熱する。鋳鉄管が半回転（半周）し、上下のバーナーで管の内面全周を加熱し終えたら、各バーナーを消火し、鋳鉄管の回転も停止する。
加熱を終えたら、進退装置７を起動し、昇降装置６を鋳鉄管から後退させて、ガスバーナーを管内から外へ退出させる。

以下、この発明の加熱運転条件を説明する。
呼び口径が３００ｍｍで長さが６ｍのダクタイル鋳鉄管を加熱する場合、管の回転速度は周速５０７ｍｍ／分とする。これにより、管が半周回転するのに要する時間は６０秒となり、ガスバーナーの点火に要する時間が約２秒であるため、点火してから消火するまでの時間（加熱時間）は合計６２秒となる。

ガスバーナーの燃料として、プロパンガスと酸素をそれぞれ別配管を通じて、バーナーへ供給している。プロパンガスのバーナーへの供給圧力は０．０６ＭＰａ（動圧）、酸素のバーナーへの供給圧力は０．５ＭＰａ（動圧）である。
なお、ガスバーナーは、水冷式拡散加熱火口を備えたものを用いる。

この運転条件で加熱を行うと、加熱直後の鋳鉄管の受口内面の温度は約４００℃となった。その後、管内面を掃除してから、加熱炉に搬入し、管全体が温度ムラ無く２００℃前後で安定した後、加熱炉から取り出し、続けて管内面に粉体樹脂塗装を施した。

その結果、以前は粉体樹脂塗装を施した管のうち３０〜６０％もの割合で、ガス吹き出し穴の発生などの塗装不良が発生していたのが、ガスバーナーの火炎で炙った部分では、そのような塗装不良の発生がほとんど無くなった。

ここで、本実施形態では鋳鉄管を回転させる構成としたが、鋳鉄管を回転させずに、管軸を中心としてバーナーを回転させるものでも良い。
また、本実施形態では、バーナーを備えた台車によってバーナーと鋳鉄管を管軸方向に相対移動させる構成としたが、鋳鉄管を管軸方向に移動させる管軸方向移動装置を設けて、その装置の駆動によって加熱バーナーを管内外へ進退させるものでも良い。
さらに、本実施形態では２基のバーナーを使用したが、バーナーは１基でも良い。ただし、バーナーの数が多いほど管を回転させる時間を短縮でき、生産性は向上する。

図５は他の実施形態を表し、加熱バーナーを円形リング状のバーナー４’としたものである。これはリングの外周側に設けられた複数の火口から出る火炎が管内全周におよぶので、管とバーナーを相対的に管の周方向に移動（回転）させる必要が無く、生産性が高い。

１ 鋳鉄管
２ 回転装置
３ 台車
４、４’ ガスバーナー（加熱バーナー）
５ 昇降台
６ 昇降装置
６３ 支柱（支持台）
７ 進退装置（管軸方向移動装置）
Ｃ 管軸

Claims (2)

1. 粉体樹脂塗装を施すために鋳鉄管全体を加熱する前に、前記鋳鉄管の受口内面を加熱して残留水分を除去する管の内面加熱方法であって、鋳鉄管の受口内で受口内面に臨む位置に、プロパンガスと酸素がそれぞれ別配管を通じて燃料として供給されているガスバーナーの火口から出た火炎が前記受口内面に届くように前記ガスバーナーを設け、前記ガスバーナーの火炎で前記受口内面を炙って受口内面を高速で加熱する管の内面加熱方法。
2. 鋳鉄管の受口内面を高速で加熱する管の内面加熱装置であって、管軸側から管内面へ火炎を出すガスバーナーと、前記ガスバーナーと管との管軸方向の相対的位置関係を変える管軸方向移動装置を備え、前記ガスバーナーは、その外径が管受口内径より小さく、水冷構造で、プロパンガスと酸素がそれぞれ別配管を通じて燃料として供給されていて、また、前記ガスバーナーの位置と姿勢を保持するための支持台に片持ち支持されることを特徴とする管の内面加熱装置。

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