JPS61175394A - 金属−セラミツクス複合管継手 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、金属−セラミックス複合管継手に関する。

〈従来の技術〉 スラリー、粉体等のパイプ輸送ツインにおいて、管内の
流れの方向が変る曲管部、分岐部等は、スラリー、粉体
等の衝突による摩耗が激しく、直管部に比して寿命が極
めて短い。これら曲管部等はパイプフィンにおいては直
管に対して管継手の形態で配設されているが、かかる管
継手の部材として耐摩耗性にすぐれたセラミックスを管
内面側に配して寿命の延命を図ることが考えられている
。

これによれば、大径の配管系の曲管部管継手については
、セラミックスの内面コーティングまたは貼付によシ対
処し得るが、小径の場合は大径管のような内面処理がで
きず、この種の管継手は従来は耐摩耗性、耐食性に優れ
た金属によって製作するしか方法がなかった。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかるに、従来の管用の耐摩耗性、耐食性金属には次の
ような問題があった。

（１）　　管継手材料の耐摩耗材としては、一般に高合
金の特殊鋳物が用いられるが、これは単体量として極め
て高価である。

（２Ｊ　　特殊縛物のため溶接による接合が不可能なの
で、取付けの際のコスト上昇がさけられない。

（３）耐摩耗材といえども金属であるため摩耗量が多く
、取替頻度が大となる。

（４）高Ｃｒ鋳鉄の如き耐食性材料を用いれば、更に高
価となる。

従って上記の如き高価な金属を管継手に用いたとしても
寿命の効果的な延長は望めなく、いたずらにコストが上
昇するばかシである。

本発明は、内面の耐摩耗性、耐食性に優れるのはもとよ
シ、小径管の場合にもコストの上昇が回避される管継手
の提供を目的とする。

く問題を解決するだめの手段〉 本発明の管継手は、緻密質セラミックスからなる内筒と
、金属からなる舞包み外筒と、これらの間に介在し前記
外筒の凝固収縮変形によるひずみを吸収し得る断熱層と
からなる点に特徴がある。

ところで、最近のセラミックス分野においては、製造技
術の進歩が著しく、緻密質セラミックスの曲管製造が可
能となった。一方、直管の製造分野においては、セラミ
ックスの内筒のまわシを金属浴湯で舞ぐるむ方法が知ら
れている。ところが、この方法を、管継手のような軸対
称でないものに適用しようとすると、外筒金属が凝固時
に収縮変形して、内筒のセラミックスを破損させるとい
う問題があって、鍔包み法による管継手の製造は不可能
とされていた。

しかるに本発明者らは、上記鋤包み法が極めて安価に仕
上るのに着目し、この方法で製造可能な管継手の開発を
意図し、鋭意実験研究を重ねた。

その結果、まず舞包みの際の収縮変形の実態については
次の（イ）〜（ハ）の通シである。

（イ）舞包みによる複合パイプの製造は基本的には外筒
金属の凝固時の収縮を利用して内筒セラミックスを拘束
せしめるものであるが、この際の器包みの条件としては
軸対称であシ、鋳物の収縮量は長さ方向で鋳鉄で０．８
〜１．０％、鋳鋼で１．２〜２．７％程度である。

（ロ）曲管に舞込む場合、曲シの外側と内側とで材料長
さが異なシ、収縮量が相異するため、外側へ反った形状
に仕上る。従ってエルボの中央に曲げモーメントが発生
し割損する。

（ハ）前記収縮は肉厚の変化による凝固時間のズレ等に
よシ凝固が遅い方に引張られて変形する。

これらを具体例を掲げて説明すれば次の通シとなる。例
えば５ｅ４ｓ材を用いて、第４図に示す形状の９０’二
ルボ（内径５０１１１）を祷込むとする。

使用した木型の寸法は、外側直線長さくａ、ａに相当）
が２１４．５１ｍ、内側直線長さく　ｂ、ｂ　に相当）
が８５．５　ｍである。これにＳＣ！４６材の収縮率２
．０％を見込むと第４図の破線（９）に示す形状（外側
長さくａ’）　２１０．２　ｍ、内側長さく’ｂ）　８
８．８３ｍ）に仕上がらなければならないが、実際に仕
上った製品は、第４図の実線（至）に示す形状（外側長
さくニ）２０９１ｉ１、内側長さく至）８５麿）で矢視
の方向に広がったものとなシ、寸法上では外側−１，２
ｍ　、内側＋１．２ｕの差を生じた。

従って、従来一般に行われている金属−セラミックス間
にモルタルを介在せしめて熱衝撃を緩和するだけの鋳包
み方法では、前述のような外筒金属の収縮変形によるひ
ずみに起因する大きな外力による内筒セラミックスの損
傷を防ぐことは列置さけられない。

そこで更に実験研究を進めた結果、内筒のセラミック成
形物の周囲にベーパー状のセラミックファイバー（例え
ばカオウールペーパー、イソライト工業製、商品名）等
の断熱材を巻き、これを適当厚さのモルタルにて固定し
て断熱層を形成し、しかる後、外筒金属で鋳包むように
すれば、外筒金属の凝固収縮変形によるひずみの曲げ、
引張力が前記断熱層によって緩和され、内筒のセラミッ
クスの割れを防止し得ると共に、セラミックス固定に必
要な把握力を金属に持たせ得ることが判明したのである
。

本発明の管継手としては、第１図に示した９０゜エルボ
の他に、例えば第５図（イ）に示す曲管、同図（ロ）に
示すＴ分岐管、同図（ハ）に示すＹ分岐管等がある。

また本発明管継手の断熱層を構成する材料としては、前
述のセラミックファイバーをモルタμで固定したものの
他に、可縮性モルタル、カオウール、ウェットフェルト
等がある。これら材料の厚さは８〜６１Ｅ１が適当であ
る。

また本発明管継手の外筒を構成する金属としては、基本
的には鋳込が可能な金属であればどの金属でも差し支え
ない。しかし溶接を期待する場合には、低炭素の一般機
械構造用鋳鋼、アルミ、ステンレス等が推奨される。

また本発明管継手の内筒を構成する緻密質セラミックス
としては、アルミナ質セラミックス、アルミナ、窒化珪
素質系セラミックス等が例示される。

本発明の管継手は例えば次の方法にて製造される。

９０°二ルボの製作を例にとると、まず所要の寸法形状
の緻密質セラミックスからなる９０’二ルボ（第８図「
）に（１）で示す）をつくる。そして９０°二ルボのペ
ンド部には、例えば前述のカオウールベーバーを、ペン
ド部外周を４等分した展開図の型ＰＣ第８図（ロ）に（
２１で示す）に切断してこれを所要厚さに巻付け、管端
部には第８図（ハ）の（３）で示す形状に切断したもの
を同様の厚さに巻付ける。しかる後、これら断熱材を適
当厚のモルタルにて固定して断熱層を形成する。該断熱
層を乾燥した後、第２図の断面図に示すように、前記断
熱層を巻付けたセラミックス内筒（５）を中子木型に納
め筒内に中子川砂を充填ツキ固め巾木部を有する一体の
中子（８）とし、それを鋳型（９）内の巾木部で位置決
めし組込まれた鋳型とし、必要な張シ気止め（湯圧ヘッ
ド）をして湯口αＧからグラビテイ−鋳込方式で、所要
の温度の金ｍ浴湯（６）を注入して外筒金属（６）を形
成し、しかる後凝固させて所要の９０°二ルボの複合管
継手を得る。

次に本発明の実施例について説明する。

第１図（イ）（ロ）に本発明複合管継手の形状（内径５
０麿９０°エルボ）を示す。（イ）は縦断側面図、（ロ
）は（６）のＡ−Ａ線断面図であシ、セラミック製内筒
（５）を、外側に断熱層（７）を介して、金属外筒（６
）が祷包んだ構造となっている。

本実施例に用いたセラミックスとしては、第１表に示す
成分の緻密質セラミックスである。

詳説すると、まず第１表のセラミックスを素材として肉
厚５ｍ、内径５０１Ｅｍの９０°二ルボの内筒（５）を
製作した。そしてその外面に断熱層（７）を取付けた。

断熱層（７）は、まず前記内筒（５）に第２表に示す成
分、性状のセラミックファイバーヲ厚すｌｌｌに巻付け
、さらに第８表の成分、特性のシャモツト質モルタルを
厚さ８厘に被覆して構成した。

上記の断熱層（７）を巻付けたセラミックス内筒（５）
を第２図と同じ鋳型内に同じく中子を用いて挿入し、湯
口αＯよシ第４表に示した成分の１５２０〜１５６０℃
に加熱した５Ｃ４６溶鋼を注入して、前記内筒（５）を
鍔包み、第１図に示す９０’二ルボ管継手を製作した。

第　　　１　　　表 第　　　　２　　　　表 第　　　　８　　　　表 第　　　　４　　　　表 以上の条件で製作した結果、熱衝撃割損がなく、収縮変
形による割れもなく、適度な把握力のある良品質の９０
６二ルボの複合管継手を得ることができた。また第６図
（イ）〜（ハ）に示す管継手についても上記と同様に５
Ｃ４６鋼−アルミナ質セラミックスの鋳包みにて製作し
たところ、いずれも同様な良品質の複合管継手が得られ
た。

〈発明の効果〉 本発明の複合管継手は、このようにセラミックファイバ
ー等の断熱材を用いるが、基本的にはセラミックスを金
属で鋳包んで複合パイプとする方法と同じに製造し得る
ので、コスト的にみて従来の高価な金属を使用した管継
手に比較して大巾に安価となる。しかも内面がセラミッ
クスで保護されているので、従来品よシ大巾な寿命の増
大が期待し得るものである。しかもそのセラミックスは
アルミナ質セフミックスとか窒化珪素質セラミックスと
いった緻密質セフミックスであるため、粉体等の衝突に
よる摩耗にも十分に耐え得るものとなる。

また、本発明の管継手は、外筒金属を例えば低炭素の鋳
鋼とすることによシ溶接が可能となる。

従ってライン取付も溶接、フランジボルト締めの両継で
行うことができ、従来品に較べて取付コストの大巾な節
減が可能となる。

以上の説明から明らかな如く、本発明の複合管継手は、
特殊な断熱層の配設によって通常の金属−セラミックス
の鍔包みによる複合パイプの製造方法で製作することが
可能となったので、従来品に較べて極めて安価に入手し
得るようになった。

従って本発明の管継手は、粉体等のパイプ輸送ラインの
方向転換部、分岐部等に用いられる管継手としての実用
性が著しく高いものといえる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ｕ）は本発明９０°二μボの縦断側面図、同図（
ロ）は（イ）のＡ−Ａ線断面図、第２図は本発明の複合
管継手を製造する鋳型の構造を概略的に示した説明図、
第８図（イ）はセラミックスの９０°エルボに対するセ
ラミックファイバーの巻付は方法を示した説明図、同図
（ロ）（ハ）は同セラミックファイバーの展開図、第４
図は９０°工〃ボにおける外筒金属の収縮変形量を模型
的に示した説明図、第５図（イ）は本発明に係る曲管管
継手の断面図、同図（ロ））は同じくＴ々岐管管継手の
断面図、同図（ハ）は同じくＹ分岐管管継手の断面図で
ある。 １：セラミックスの９０°エルボ、２％８：カオウール
ベーバーの型紙、５：セラミックス内筒、６：金属外筒
、７：断熱層、８：中子、９：鋳型、１０：湯口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）緻密質セラミックスからなる内筒と、金属からな
   る鋳包み外筒と、これらの間に介在し前記外筒の凝固収
   縮変形によるひずみを吸収し得る断熱層とからなること
   を特徴とする金属−セラミックス複合管継手。
2. （２）外筒が溶接可能な金属であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の金属−セラミックス複合管継
   手。