JPH06198411A - 厚肉管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水素製造用改質炉内の改質管等に広い用途が
ある厚肉管は、従来、竪型遠心力鋳造法によって製造さ
れていたが、その鋳造時においては、結晶粒が粗大化す
るという問題や底部へ溶湯が垂れるという問題があっ
た。これらの問題を一挙に解消する手段を提供する。 【構成】 筒状モールド１内に、溶湯付着面を内周面に
備える筒状コレクター３を内装すると共に、そのコレク
ター３付きモールド１内に、前記溶湯付着面へ噴出口が
開口したノズル４を備えた溶湯供給管５を配置する。前
記溶湯付着面における遠心力による加速度が１Ｇよりも
大きくなる条件の下にモールド１を回転させた状態で、
前記溶湯付着面へノズル４経由で加圧状態の溶湯を打ち
付けつつ、ノズル４をモールド１の長手方向へ往復移動
させることにより、コレクター３の内周面に、溶湯付着
層を円筒状に凝固堆積させて厚肉管Ａを遠心成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、厚肉管の製造方法に関
し、更に詳しくは、各種反応管（即ち、燃料電池用の燃
料としての水素を製造するための改質炉内の改質管、石
油化学用のクラッキングチューブ等の各種反応管）等に
おいて広い用途がある厚肉管の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】上述したような厚肉管を製造する場合、
従来は、遠心力鋳造法が採用されている。特に、比較的
短尺で厚肉の鋳鋼管を製造する場合、図２に示すよう
に、竪向きに配置された上面開口・底部閉鎖のモールド
１内へ、その上方のホッパー２経由で溶湯を注入し、そ
の溶湯を遠心力鋳造する竪型遠心力鋳造法が採用されて
いる。そして、多量の溶湯が前記モールド１内へ前記ホ
ッパー２経由で一挙に注入され、その溶湯が一体的に冷
却されて厚肉管が遠心力鋳造されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、遠心力
鋳造法によって、肉厚が或る厚さを越えるようなサイズ
の厚肉管（例えば、肉厚が２０ｍｍを越えるようなサイ
ズの厚肉管）を製造する場合、多量の溶湯がモールド内
に一挙に注入され、その溶湯が一体的に冷却されるた
め、その溶湯は大きな熱を保持しつつ比較的緩やかに凝
固するようになる。従って、製造された厚肉管は、結晶
粒が粗大化するようになって、クリープ強度やラプチャ
ー強度が低下するようになるほか、溶接性も劣化するよ
うになる、という問題があった。しかも、竪型遠心力鋳
造法によって厚肉管を製造する場合、上述の結晶粒粗大
化に基づく問題に加え、遠心力鋳造過程において、図２
に示すように、重力によって溶湯がモールド１内の底部
で垂れる現象が生じ、その現象に基づいて長手方向に肉
厚や品質が均一な厚肉管が得られ難い、という問題もあ
った。本発明は、このような実情に着目してなされたも
のであり、上述した、結晶粒粗大化に基づく問題、及
び、底部の垂れに基づく問題を一挙に解消し得る厚肉管
の製造方法を提供することを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る厚肉管の製
造方法は、筒状のモールド内に、溶湯付着面を内周面に
備える筒状のコレクターを内装すると共に、そのコレク
ター付きモールド内に、前記溶湯付着面へ噴出口が開口
したノズルを備えた溶湯供給管を配置し、前記溶湯付着
面における遠心力による加速度が１Ｇよりも大きくなる
条件の下に前記モールドを回転させた状態で、前記溶湯
付着面へ前記ノズル経由で加圧状態の溶湯を打ち付けつ
つ、前記ノズルを前記モールドの長手方向へ往復移動さ
せることにより、前記コレクターの内周面に溶湯付着層
を円筒状に凝固堆積させて厚肉管を遠心成形することを
第１の特徴構成として備えている。

【０００５】更に、前記モールドを竪向きに配置するこ
とを第２の特徴構成として備えている。

【０００６】

【作用】第１の特徴構成を備えた本発明方法によれば、
前記溶湯付着面における遠心力による加速度が１Ｇより
も大きくなる条件下で、前記コレクターを内装したモー
ルドが回転されつつ、前記溶湯付着面（即ち、前記コレ
クターの内周面）へ前記ノズル経由で加圧状態の溶湯が
打ち付けられるので、その加圧状態の溶湯が、前記溶湯
付着面に有効に初期付着した後、下方への垂れ落ち（竪
型の場合は、底部への垂れ落ち）が実質的に防止されつ
つ前記溶湯付着面に有効に付着して、極く少量の溶湯付
着層が環状に凝固形成されるようになる。その溶湯付着
層は、極く少量の溶湯が急冷凝固したものであるため、
その付着層における結晶粒はファイン化されたものとな
る。更に、前記溶湯付着層を形成するノズルがモールド
の長手方向へ移動されるため、結晶粒がファイン化され
た前記溶湯付着層が長手方向へ形成されて薄肉円筒状と
なり、しかも、前記ノズルの往復移動によって、前記薄
肉円筒状となった溶湯付着層が多層状態に堆積される。
従って、最終的に得られる厚肉管の全体も結晶粒がファ
イン化されたものとなる。しかも、前記厚肉管は少量の
溶湯付着層が順次堆積されて形成されるため、その形成
過程においても、多量の溶湯が一体的に凝固する従来の
竪型遠心力鋳造法による場合のように底部で溶湯が垂れ
るという現象は生じない。

【０００７】第２の特徴構成を備えた本発明方法によれ
ば、前記モールドが竪向きに配置されつつ竪型の遠心成
形が行われるので、前記溶湯供給管も竪向き又はそれに
近い状態に配置されるようになる。従って、前記溶湯供
給管経由で前記ノズルから前記溶湯付着面へ打ち付けら
れる溶湯を加圧状態とするのに、重力を付加的に作用さ
せることができ、もって、溶湯に対してその供給過程で
大きな圧力を積極的にかける必要がない。しかも、竪型
の遠心成形による場合、前記溶湯付着面へ打ち付けられ
る溶湯の中で前記溶湯付着面に付着しないもの（以下、
単に不付着物という）を回収するのに、その不付着物を
重力に従って下方へ落下させて容易に回収することがで
きる。

【０００８】

【発明の効果】第１の特徴構成を備えた本発明方法によ
れば、上述したように、凝固後の厚肉管における結晶粒
がファイン化されるため、従来方法では生じていた結晶
粒粗大化が抑えられて、クリープ強度やラプチャー強度
の低下や溶接性の劣化が抑えられ、厚肉管の品質が向上
するようになる。しかも、従来の底部の垂れの問題も解
消されて、長手方向に肉厚や品質の均一な厚肉管が得ら
れるようになる。

【０００９】第２の特徴構成を備えた本発明方法によれ
ば、上述の効果に加え、溶湯の加圧作業が比較的容易と
なる上、前記不付着溶湯が容易に回収されて、前記不付
着溶湯の凝固物が前記溶湯付着層の形成時に巻き込まれ
て品質に悪影響を及ぼすという事態が回避されるように
なる、という付加的な効果が生じるようになる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。尚、図面において従来例と同一の符号で表示した
部分は同一又は相当の部分を示している。

【００１１】図１には、燃料電池用の燃料としての水素
を製造するための改質炉内の改質管として使用される厚
肉管Ａ（具体的には、２５Ｃｒ−３５Ｎｉ−Ｎｂ−Ｔｉ
− BalＦｅの耐熱鋳鋼よりなり、寸法仕様が、外径：５
００ｍｍ、肉厚：５０ｍｍ、長さ：２ｍである厚肉管）
を製造するに際し、本発明方法を適用した実施例が示さ
れている。

【００１２】図中の１は、上面開口・底部閉鎖の円筒状
モールドであり、そのモールド１は竪向きに配置され、
図外の駆動装置によって、竪軸周りに回転駆動されるよ
うに構成されている。

【００１３】前記モールド１の内部には、溶湯付着面を
内周面に備える円筒状のコレクター３が内装されてい
る。そのコレクター３の材質としては、溶湯の初期付着
性が良好なもの（溶湯とは異なる材質）を適宜選択する
こととする。

【００１４】前記コレクター３が内装された前記モール
ド１内には、前記コレクター３の内周面に相当する前記
溶湯付着面へ噴出口が開口したノズル４を備えた溶湯供
給管５が、前記モールド１の長手方向（即ち、上下方
向）へ往復移動自在に配置されている。そして、その溶
湯供給管５の上端部には、前記厚肉管Ａを形成するため
の溶湯を一旦貯留自在で且つその溶湯を前記溶湯供給管
５へ供給自在な取鍋６が配置されている。尚、その取鍋
６内に貯留される溶湯に対しては、その上面が大気に曝
され、その上面に大気圧がかかるようになっている。従
って、その大気圧が前記ノズル４から噴出される溶湯に
かかるようになっている。

【００１５】このような構成の装置を用いて本発明方法
を実施する場合、先ず、前記モールド１を、前記コレク
ター３の内周面（即ち、前記溶湯付着面）における遠心
力による加速度が１Ｇよりも大きくなる条件の下で回転
駆動する。一方、前記取鍋６内には、前記厚肉管Ａ形成
用の溶湯を一旦貯留する。そして、前記モールド１の回
転駆動状態を維持しつつ、前記溶湯付着面へ前記取鍋６
内に貯留された溶湯を、前記ノズル４経由で加圧状態
（本実施例では、大気圧がかかった状態）で打ち付けつ
つ、前記ノズル４を前記モールド１の長手方向（即ち、
上下方向）へ往復移動させることにより、前記コレクタ
ー３の内周面に、溶湯付着層を円筒状に凝固堆積させて
厚肉管Ａを遠心成形する。更に、遠心成形後において
は、前記厚肉管Ａは、前記コレクター３の部分を機械加
工によって除去する。

【００１６】このようにして、本発明方法を実施する場
合、前記溶湯付着面における遠心力による加速度が１Ｇ
よりも大きくなる条件下でモールド１が回転されつつ、
前記溶湯付着面（即ち、コレクター３の内周面）へノズ
ル４経由で加圧状態の溶湯が打ち付けられるので、その
加圧状態の溶湯が、前記溶湯付着面に有効に初期付着し
た後、下方への垂れ落ちが実質的に防止されつつ前記溶
湯付着面に有効に付着して、極く少量の溶湯付着層が環
状に凝固形成されるようになる。その溶湯付着層は、極
く少量の溶湯が急冷凝固したものであるため、その付着
層における結晶粒はファイン化されたものとなる。更
に、前記溶湯付着層を形成するノズル４がモールド１の
長手方向へ移動されるため、結晶粒がファイン化された
前記溶湯付着層が長手方向へ形成されて薄肉円筒状とな
り、しかも、ノズル４の往復移動によって、前記薄肉円
筒状となった溶湯付着層が多層状態に凝固堆積され、も
って、最終的に得られる厚肉管Ａの全体も結晶粒がファ
イン化されたものとなる。しかも、前記厚肉管Ａは少量
の溶湯付着層が順次堆積されて形成されるため、その形
成過程において溶湯は底部で垂れるということはない。

【００１７】更に、モールド１が竪向きに配置されるの
で、溶湯供給管５も竪向き又はそれに近い状態に配置さ
れるようになる。従って、溶湯供給管５経由でノズル４
から前記溶湯付着面へ打ち付けられる溶湯を加圧状態と
するのに、重力を付加的に作用させることができ、もっ
て、溶湯供給過程で大きな圧力を溶湯に積極的にかける
必要がない。しかも、前記溶湯付着面へ打ち付けられる
溶湯の中の不付着物を回収するのに、その不付着物を重
力に従って下方へ落下させて容易に回収することができ
る。

【００１８】上述のようにして製造された厚肉管Ａ、及
び、対比対象として薄肉管（具体的には、外径：１５０
ｍｍ、肉厚：１５ｍｍ、長さ：２ｍ）を用いて、実際に
クリープ試験及びラプチャー試験を行って耐熱性を調査
した結果、前記厚肉管Ａのクリープ強度及びラプチャー
強度が、前記薄肉管クラスのクリープ強度及びラプチャ
ー強度に匹敵することが判明した。

【００１９】次に、別実施例について説明する。上述の
実施例においては、前記ノズル４経由で前記溶湯付着面
へ打ち付ける溶湯に対して、大気圧をかけるものであっ
たが、前記溶湯に対して、大気圧よりも更に大きな圧力
を積極的にかけてもよい。

【００２０】上述の実施例においては、前記コレクター
３の材質を、溶湯の前記溶湯付着面への初期付着性が良
好で且つ溶湯の材質とは異なるものとしたが、前記コレ
クター３の材質を溶湯の材質と同一のものとしてもよ
い。この場合、溶湯の初期付着性が良好となる上、前記
コレクター３の部分を厚肉管形成後に機械加工によって
除去することなく、製品の一部として残すこともでき
る。

【００２１】前記モールド１の雰囲気及び前記取鍋６の
雰囲気は、上述の実施例においては大気としたが、それ
ら雰囲気を真空雰囲気又は不活性雰囲気（即ち、アルゴ
ン雰囲気や窒素雰囲気等）にする実施例も考えられる。
前記モールド１の雰囲気及び前記取鍋６の雰囲気を真空
雰囲気又は不活性雰囲気としつつ本発明方法を実施した
場合、製造される厚肉管の品質が、大気雰囲気下で本発
明方法を実施した場合に比して更に改善されるようにな
る。

【００２２】前記モールド１を横向きに配置し、横型の
遠心成形を行うものも、本発明方法の別実施例として考
えられる。但し、前記モールド１を横向きに配置して横
型の遠心成形を行う場合は、前記ノズル４経由で前記溶
湯付着面へ打ち付けられる溶湯に対して、前記溶湯付着
層Ａを確実に形成し且つ前記不付着部を吹き飛ばすため
に、大気圧よりも更に大きな圧力を積極的にかける必要
がある。

【００２３】本発明方法によって製造される厚肉管の材
質としては、上述の耐熱鋳鋼以外のものも種々考えられ
る。

【００２４】前記モールド１と前記コレクター３との間
に、予め塗型剤を塗布しておくと、前記モールド１から
前記コレクター３を分離させるときの作業性が向上す
る。

【００２５】前記モールド１又は前記コレクター３を水
冷構造にしておくと、前記溶湯付着面へ打ち付けられる
溶湯が、水冷作用に基づいて更に急冷されて、製造され
る厚肉管の組織が更にファイン化されるようになる。

【００２６】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る厚肉管の製造方法を示す説明図

【図２】従来の厚肉管の製造方法を示す説明図

【符号の説明】

１ モールド ３ コレクター ４ ノズル ５ 溶湯供給管 Ａ 厚肉管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状のモールド（１）内に、溶湯付着面
   を内周面に備える筒状のコレクター（３）を内装すると
   共に、そのコレクター（３）付きモールド（１）内に、
   前記溶湯付着面へ噴出口が開口したノズル（４）を備え
   た溶湯供給管（５）を配置し、前記溶湯付着面における
   遠心力による加速度が１Ｇよりも大きくなる条件の下に
   前記モールド（１）を回転させた状態で、前記溶湯付着
   面へ前記ノズル（４）経由で加圧状態の溶湯を打ち付け
   つつ、前記ノズル（４）を前記モールド（１）の長手方
   向へ往復移動させることにより、前記コレクター（３）
   の内周面に、溶湯付着層を円筒状に凝固堆積させて厚肉
   管（Ａ）を遠心成形する厚肉管の製造方法。
2. 【請求項２】 前記モールド（１）を竪向きに配置する
   請求項１記載の厚肉管の製造方法。