JP7394529B2 - フランジ付鋳鉄管およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラント内配管等に使用されるフランジ付鋳鉄管とその製造方法に関する。

石炭火力発電所のプラント内で石炭灰の輸送に使用される灰流し管は、粉粒体である石炭灰による内面のエロージョン摩耗が生じやすいため、耐摩耗性に優れた配管が要求される。また、プラント内配管は、点検や取り替えの容易さに対する要求から、両端にフランジを有する継手形式のもの(両フランジ管)が主流となっている。

上記のような要求を満たすプラント内配管として、フランジ付きの耐摩耗鋳鉄管がよく使用される。ただし、鋳鉄管は一般に遠心鋳造によって製造されており、その鋳造方法の特性から直管部の両端にフランジを設けた形で鋳造を行うことは困難なので、フランジ付鋳鉄管の場合、少なくとも一方のフランジは鋳造した直管部に溶接等で取り付ける必要がある。

そして、鋳鉄は炭素を多量に（２．１４％以上）含む鉄系合金であり、難溶接材料として知られているため、鋳鉄で形成された部材に溶接する際は、一般に、高温予熱（５００～６００℃）を行い、溶接中も極力高温に保持し、かつ後熱、徐冷を行う方法や、低温予熱を行うか予熱なしで、Ｎｉ系やＦｅ－Ｎｉ系の溶接棒または溶接ワイヤ等を用いて溶接を行う方法が採られる。

図５は、上記のような溶接方法により直管部５１の軸方向端部の外周面にフランジ５２を溶接したフランジ付鋳鉄管の一例を示す。このフランジ付鋳鉄管の直管部５１へのフランジ５２の溶接は、通常の差し込みフランジ溶接方法（例えば、特許文献１参照。）によって行われており、フランジ５２の一部が直管部５１の軸端から軸方向外側にはみ出した状態で、フランジ５２の軸方向内側の端面と直管部５１の外周面との間に外側溶接部５３が形成され、フランジ５２のはみ出し部の内周面と直管部５１の軸端面との間に内側溶接部５４が形成されている。

しかし、このフランジ付鋳鉄管は、図６に示すように、同じ構成のものと軸方向で突き合わせた状態で、それぞれのフランジ５２のボルト孔５２ａに通したボルト（図示省略）を締め付けて接合した場合、そのフランジ接合部の内面に凹部が生じるので、この凹部によって管内を輸送される物体の流れが乱され、管内面の摩耗が早く進行してしまうおそれがある。

これに対して、図７に示すように、フランジ５２の内周部に開先５２ｂを設けて、フランジ５２が直管部５１の軸端からはみ出さない状態で、図５の例と同様に外側溶接部５３が形成され、フランジ５２の開先５２ｂと直管部５１の外周面との間に内側溶接部５４’が形成されるように溶接を行えば、管どうしのフランジ接合部の内面が平坦になり、管内面の早期摩耗を生じにくくすることができる。

特開２０１６－２２３３１１号公報

しかしながら、上記のようにフランジ５２に開先５２ｂを設ける方式の差し込みフランジ溶接方法を採用したフランジ付鋳鉄管では、図８に示すように、その内側溶接部５４’の収縮に伴って直管部５１に生じる径方向の引張応力が大きくなりやすい。

そして、その直管部５１を形成する鋳鉄は、炭素を多く含む材料のため溶接時の急加熱、急冷により熱影響部に脆化層が発生しやすく、溶接割れが発生してしまう場合がある。なお、フランジ５２は、ＳＳ４００等の熱影響を受けにくい材料を使用しているため、変形が起こりにくい。

また、いずれの方式の差し込みフランジ溶接方法を採用しても、両フランジ管では、溶接時に両側のフランジのボルト孔の軸心（いわゆる「通り芯」）を一致させるのに高い技量が必要とされ、両側のフランジのボルト孔の通り芯にズレが生じた場合はフランジの取り付け直しが必要となるという問題もある。

そこで、本発明は、フランジ取付時にトラブルが生じにくく、かつ長期間にわたって耐摩耗性を維持できるフランジ付鋳鉄管とその製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明のフランジ付鋳鉄管は、直管部の外周面にフランジが取り付けられたフランジ付鋳鉄管において、前記フランジは前記直管部に対して相対的に軸方向および周方向に移動可能なルーズフランジであり、前記直管部の軸方向端部の外周面には、前記ルーズフランジを抜け止めする突起が設けられており、前記突起が肉盛溶接材料によって形成されている構成とした。

上記の構成によれば、フランジとして直管部に直接溶接されないルーズフランジを用いているので、両フランジ管の場合でも両フランジのボルト孔の通り芯は接合時に容易に一致させることができ、フランジ取付時には問題とならない。そして、そのルーズフランジを抜け止めする直管部の突起は肉盛溶接材料で形成されているので、開先を設けたフランジを直管部に溶接するものと異なり、突起の溶接時には直管部に径方向の引張応力が生じにくく、直管部の熱影響部での溶接割れのおそれがない。また、同じ構成のフランジ付鋳鉄管とフランジ接合した際にそのフランジ接合部の内面が平坦となるので、管内を輸送される物体の流れの乱れによる早期摩耗も生じにくい。

ここで、前記ルーズフランジが周方向に複数のフランジ片に分割されている構成とすれば、ルーズフランジを抜け止めする突起を形成した後でルーズフランジの取り付けができるようになり、フランジ取付作業の自由度を高めることができる。

また、本発明のフランジ付鋳鉄管の製造方法は、上記構成のフランジ付鋳鉄管の製造方法において、前記ルーズフランジを前記直管部の外周面に取り付ける際には、前記直管部の軸方向端部の外周面に肉盛溶接を行って肉盛層を形成した後、前記肉盛層の表面を加工することにより前記突起を形成するようにし、前記ルーズフランジが一体成形されたものである場合は、前記直管部の外周面に突起を形成する前にルーズフランジを直管部の外周に嵌めておき、前記ルーズフランジが複数の前記フランジ片からなるものである場合は、前記直管部の外周面に突起を形成した後に、前記直管部の周りに前記各フランジ片でルーズフランジを組み立てるようにしたものである。

本発明のフランジ付鋳鉄管は、上述したように、ルーズフランジを肉盛溶接材料で形成した突起で抜け止めしたものであるから、両フランジ管の場合でもフランジのボルト孔の通り芯はフランジ取付時には問題とならないし、突起の溶接時には直管部に径方向の引張応力が生じにくいので、直管部の熱影響部での溶接割れのおそれがない。また、同じ構成のものとフランジ接合した際にそのフランジ接合部の内面が平坦となるので、長期間にわたって耐摩耗性を維持することができる。したがって、プラント内配管等、耐摩耗性が要求される両フランジ管として使用するのに適している。

また、本発明のフランジ付鋳鉄管の製造方法によれば、上記構成のフランジ付鋳鉄管を効率よく製造することができる。

実施形態のフランジ付鋳鉄管の正面断面図 図１のフランジ付鋳鉄管の分解斜視図（フランジは一方のみ図示） （ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１の突起の形成手順の説明図 図１のフランジ付鋳鉄管のフランジ接合状態の要部拡大正面断面図 従来のフランジ付鋳鉄管の一例を示す正面断面図 図５のフランジ付鋳鉄管のフランジ接合状態の要部拡大正面断面図 従来のフランジ付鋳鉄管の別の例を示す正面断面図 図７のフランジ付鋳鉄管に生じる引張応力の説明図

以下、図１乃至図４に基づき、本発明の実施形態を説明する。このフランジ付鋳鉄管は、石炭火力発電所の灰流し管等、耐摩耗性が要求される両フランジ形式のプラント内配管として使用されるもので、図１および図２に示すように、直管部１の外周面に取り付けた２つのルーズフランジ２を、直管部１の軸方向両端部の外周面に形成した環状の突起３で抜け止めしたものである。その直管部１は耐摩耗性を有する鋳鉄で形成されたものであり、ルーズフランジ２はＳＳ４００製で、軸方向に貫通するボルト孔２ａが周方向に等間隔で設けられている。

前記ルーズフランジ２は、図２に示すように、周方向に２つのフランジ片２ｂに分割されている。各フランジ片２ｂは、互いに内径の異なる２つの半円の扇部２ｃ、２ｄが周方向に所定角度ずれた状態で一体成形されたもので、その一方の扇部２ｃの内径は直管部１の外径よりわずかに大きく、他方の扇部２ｄの内径は直管部１の突起３の外径よりわずかに大きく形成されている。したがって、２つのフランジ片２ｂを組み合わせて直管部１の外周面に取り付けると、ルーズフランジ２全体として直管部１に対して相対的に軸方向および周方向に移動可能で、各フランジ片２ｂの他方の扇部２ｄの内側に直管部１の突起３が入り込む状態で抜け止めされるようになる（図１参照）。

一方、直管部１の突起３は、図３（ａ）に示すように、直管部１の軸方向両端部の外周面にＦｅ－Ｎｉ系の溶接棒または溶接ワイヤを用いた肉盛溶接を行って複数の溶接ビードＢで肉盛層を形成した後、図３（ｂ）に示すように、その肉盛層の表面を研削機等で加工して断面矩形に整形したものである。

このフランジ付鋳鉄管は、上記の構成であり、フランジとして直管部１に直接溶接されないルーズフランジ２を用いているので、両フランジ２のボルト孔２ａの通り芯は他の管とフランジ接合する際に容易に一致させることができる。したがって、フランジ取付時には、従来のようにボルト孔の通り芯のズレによって取り付け直しの作業が発生することがなく、フランジ２のボルト孔２ａの通り芯を気にせずに作業できる。

そして、ルーズフランジ２を抜け止めする直管部１の突起３は肉盛溶接材料で形成されているので、開先を設けたフランジを直管部に溶接するものと異なり、突起３を直管部１に溶接する際にも直管部１に径方向の引張応力が生じにくく、直管部１の熱影響部で溶接割れが生じるおそれがない。

また、図４に示すように、同じ構成のものと軸方向で突き合わせた状態で、それぞれのフランジ２のボルト孔２ａに通したボルト（図示省略）を締め付けて接合した場合、そのフランジ接合部の内面は凹凸のない平坦な形状となる。したがって、そのフランジ接合部で管内を輸送される物体の流れを乱すことがなく、管内面の早期摩耗が生じにくい。

このフランジ付鋳鉄管の製造方法は、予め直管部１を遠心鋳造によって作製しておく。そして、ルーズフランジ２を直管部１の外周面に取り付ける際には、まず、直管部１の軸方向端部の外周面に肉盛溶接を行って肉盛層を形成し、その肉盛層の表面を加工することによりルーズフランジ２を抜け止めする突起３を形成する。その後、直管部１の周りでフランジ片２ｂを２つずつ軸方向および周方向に貼り合せてルーズフランジ２を組み立てればよい。

そして、この製造方法では、フランジを直管部に溶接するものに比べると、溶接個所が少ないうえ、前述のようにフランジ２のボルト孔２ａの通り芯を気にしなくてよいので、溶接作業の負荷が少なく、フランジ付鋳鉄管を効率よく製造することができる。また、直管部１に突起３を形成した後でもルーズフランジ２の取り付けを行えるので、フランジ取付作業の自由度が高いという利点もある。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

例えば、実施形態のフランジ付鋳鉄管は両フランジ管としたが、片フランジ管としてもよい。また、ルーズフランジは、実施形態では周方向に複数のフランジ片に分割されたものを用いたが、一体成形された環状のものを用いることもできる。なお、一体成形されたルーズフランジは、両フランジ管に用いる場合には、直管部の外周面に突起を形成する前に直管部の外周に嵌めておく必要があるが、片フランジ管に用いる場合には、管の一端に突起を形成した後でも管の他端に突起がなければ、その他端側から嵌めることができる。

また、本発明は、実施形態のような耐摩耗性が要求されるプラント内配管の鋳鉄管に特に有効に適用できるが、そのほか耐摩耗性の要求が高くない一般的なフランジ付鋳鉄管にももちろん適用可能である。

１ 直管部
２ ルーズフランジ
２ａ ボルト孔
２ｂ フランジ片
２ｃ、２ｄ 扇部
３ 突起

Claims (4)

1. 直管部の外周面にフランジが取り付けられたフランジ付鋳鉄管において、
   前記フランジは前記直管部に対して相対的に軸方向および周方向に移動可能なルーズフランジであり、前記直管部の軸方向端部の外周面には、前記ルーズフランジを抜け止めする突起が直管部の軸端から軸方向外側にはみ出さない状態で設けられており、前記突起が肉盛溶接材料によって形成され、前記ルーズフランジの軸方向外側の内周部には前記突起が収まる凹部が設けられ、前記ルーズフランジと前記突起とが嵌め合い関係にあることを特徴とするフランジ付鋳鉄管。
2. 前記ルーズフランジが周方向に複数のフランジ片に分割されていることを特徴とする請求項１に記載のフランジ付鋳鉄管。
3. 請求項１に記載のフランジ付鋳鉄管の製造方法において、
   前記ルーズフランジを前記直管部の外周面に取り付ける際には、前記直管部の軸方向端部の外周面に肉盛溶接を行って肉盛層を形成した後、前記肉盛層の表面を加工することにより前記突起を形成するようにし、
   前記ルーズフランジが一体成形されたものである場合は、前記直管部の外周面に突起を形成する前にルーズフランジを直管部の外周に嵌めておくことを特徴とするフランジ付鋳鉄管の製造方法。
4. 請求項２に記載のフランジ付鋳鉄管の製造方法において、
   前記ルーズフランジを前記直管部の外周面に取り付ける際には、前記直管部の軸方向端部の外周面に肉盛溶接を行って肉盛層を形成した後、前記肉盛層の表面を加工することにより前記突起を形成するようにし、
   前記直管部の外周面に突起を形成した後に、前記直管部の周りに前記各フランジ片でルーズフランジを組み立てることを特徴とするフランジ付鋳鉄管の製造方法。

Images