特許 6201074 ライニング鋼管、ライニング鋼管を用いたプラント配管設備、ライニング鋼管の検査方法、ライニング鋼管の設置方法及びライニング鋼管の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6201074

(24)【登録日】2017年9月1日

(45)【発行日】2017年9月20日

(54)【発明の名称】ライニング鋼管、ライニング鋼管を用いたプラント配管設備、ライニング鋼管の検査方法、ライニング鋼管の設置方法及びライニング鋼管の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B22D 19/16 20060101AFI20170911BHJP

   B22D 19/00 20060101ALI20170911BHJP

   B22C 9/04 20060101ALI20170911BHJP

【ＦＩ】

   B22D19/16 Z

   B22D19/00 A

   B22D19/00 G

   B22C9/04 R

【請求項の数】9

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2017-35006(P2017-35006)

(22)【出願日】2017年2月27日

【審査請求日】2017年5月22日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成２８年１０月１２日から平成２９年１月１８日にかけ、複数の顧客に対し本願発明に係るライニング鋼管を公開した。

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000155366

【氏名又は名称】株式会社木村鋳造所

(74)【代理人】

【識別番号】100143720

【弁理士】

【氏名又は名称】米田 耕一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100080252

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 征四郎

(72)【発明者】

【氏名】菅野 利猛

(72)【発明者】

【氏名】吉村 一利

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 幸雄

(72)【発明者】

【氏名】黒澤 秀樹

【審査官】 池ノ谷 秀行

(56)【参考文献】

【文献】 欧州特許出願公開第０１７０４９４８（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 中国特許出願公開第１０３２０６５８９（ＣＮ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１７５９９５７（ＣＮ，Ａ）

【文献】 韓国登録特許第１０−０８１４７９４（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】 特開平０２−１３３１６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−０４７５６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２２Ｄ １９／００−１９／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋳ぐるみにより作成される異種素材の二重鋼管であるライニング鋼管で、外層の鋼管の内側に内層となるライニングが鋳造によって設けられているものであって、
前記鋼管には、その側面を貫通したもたせ穴が複数設けられており、
前記ライニングの構成材料の溶湯が前記もたせ穴のなかにも流れ込んで前記ライニングの構成材料が前記もたせ穴のなかにも充填されている
ことを特徴とするライニング鋼管。

【請求項2】

請求項１に記載のライニング鋼管において、
前記ライニングが高クロム系鋳鉄である
ことを特徴とするライニング鋼管。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載のライニング鋼管において、
当該ライニング鋼管は異形管である
ことを特徴とするライニング鋼管。

【請求項4】

外層となる鋼管に、その側面を貫通するように複数のもたせ穴を設け、
前記外層となる前記鋼管の内側に中子を配し、
前記鋼管と前記中子との間隙に溶湯を注入することによりライニングを形成し、このとき、前記ライニングの構成材料の溶湯が前記もたせ穴にも流れ込むようにする
ことを特徴とするライニング鋼管の製造方法。

【請求項5】

外層となる鋼管に、その側面を貫通するように複数のもたせ穴を設け、
前記鋼管の内壁に接して発泡樹脂の層を形成し、
前記発泡樹脂の層の内側に砂を投入し、
前記ライニング鋼管の構成材料の溶湯を注入して前記発泡樹脂の層を前記溶湯で置換することにより前記ライニングを形成し、このとき、前記ライニングの構成材料の溶湯が前記もたせ穴にも流れ込むようにする
ことを特徴とするライニング鋼管の製造方法。

【請求項6】

請求項４または請求項５に記載のライニング鋼管の製造方法において、
前記もたせ穴に発泡樹脂を詰めておいて、
この発泡樹脂を前記溶湯で置換することで、前記ライニングの構成材料が前記もたせ穴を充填するようにする
ことを特徴とするライニング鋼管の製造方法。

【請求項7】

請求項１から請求項３のいずれかに記載のライニング鋼管を用いたプラント配管設備。

【請求項8】

請求項１から請求項３のいずれかに記載のライニング鋼管を検査する方法であって、
前記もたせ穴を充填している前記ライニングの構成材料を介して前記ライニングの残存厚みを測定する
ことを特徴とするライニング鋼管の検査方法。

【請求項9】

請求項１から請求項３のいずれかに記載のライニング鋼管を設置する方法であって、
前記ライニング鋼管と隣接する他の鋼管とを接続するにあたって、
前記外層の前記鋼管を前記隣接する他の鋼管と直接溶接して接続するか、または、
前記外層の前記鋼管にフランジを溶接して、前記フランジを介して前記隣接する他の鋼管と接続する
ことを特徴とするライニング鋼管の設置方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はライニング鋼管、ライニング鋼管を用いたプラント配管設備、ライニング鋼管の検査方法、ライニング鋼管の設置方法及びライニング鋼管の製造方法に関し、特に異種素材の二重鋼管であるライニング鋼管を鋳ぐるみで作成する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

製鉄所では、溶鉱炉から排出されるスラグを水砕化した水砕スラグ等を輸送するためのシュートとして、耐摩耗性を有するライニング材を内張りしたライニング鋼管が使用されている。
ライニング材としては、玄武岩（バサルト）を溶解して成型したものを使用することが知られている（特許文献１）。
また、高クロム系鋳鉄を内張りすること（特許文献２）、遠心鋳造により高クロム系鋳鉄の内層を形成すること（特許文献３、４、５）が知られている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【特許文献1】実公平２−０１３４７５号公報

【特許文献2】特許第５８２７７３０号

【特許文献3】特開平８−１７０１４４号公報

【特許文献4】特開２００４−０９２５２８号公報

【特許文献5】実開平３−１２７８８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載されているようにバサルトのライニング材を内張りすることで、シュート内側表面の摩耗を抑制できる。しかしながら、エルボなど屈曲部や、ライニング材の継ぎ目におけるバサルトの摩耗が顕著であることから、定期的に人手によりバサルトの貼り替えを行うなどのメンテナンスが必要とされていた。このようなメンテナンス作業は非常に労力が大きく、コストのかさむものであった。

【0005】

この点、特許文献２から特許文献５に記載されているような高クロム系鋳鉄は、バサルトに比べて優れた耐摩耗性がある。したがって、高クロム系鋳鉄をライニング材として用いることにより、メンテナンスにかかる労力及びコストを大幅に削減することができる。しかしながら、特許文献２に記載のようなライニング材を内張りする方法では、ライニング材の継ぎ目の目地が摩耗しやすく、耐久性が十分とは言えない。また、特許文献３から５の方法によれば高クロム系鋳鉄のライニング材を外層の内側に一様に設けることは可能であるが、遠心鋳造により製造されるため、直管以外の異形管に適用できないという問題がある。

【0006】

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、遠心鋳造によらない鋳ぐるみで作成されたライニング鋼管、ライニング鋼管を用いたプラント配管設備、ライニング鋼管の検査方法、ライニング鋼管の設置方法及びライニング鋼管の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のライニング鋼管は、
鋳ぐるみにより作成した異種素材の二重鋼管であるライニング鋼管であって、
外層の鋼管にはもたせ穴が設けられていることを特徴とする。

【0008】

本発明では、
内層のライニングが高クロム系鋳鉄である
ことが好ましい。

【0009】

本発明のライニング鋼管は、
鋳ぐるみにより作成した異種素材の二重鋼管であって、かつ異形管である
ことを特徴とする。

【0010】

本発明のライニング鋼管の製造方法は、
外層となる鋼管に所定径のもたせ穴を所定ピッチで穿設し、
前記外層となる前記鋼管の内側に中子を配し、
前記鋼管と前記中子との間隙に溶湯を注入することによりライニングを形成する
ことを特徴とする。

【0011】

本発明のライニング鋼管の製造方法は、
外層となる鋼管の内壁に接して発泡スチロール層を形成し、
前記発泡スチロール層の内側に砂を投入し、
溶湯を注入して前記発泡スチロール層を前記溶湯で置換することによりライニングを形成する
ことを特徴とする。

【0012】

本発明のプラント配管設備は、
前記ライニング鋼管を用いたプラント配管設備である。

【0013】

本発明のライニング鋼管の検査方法は、
前記もたせ穴からライニング材の残存厚みを測定する
ことを特徴とする。

【0014】

本発明のライニング鋼管の設置方法は、
前記ライニング鋼管と隣接する他の鋼管とを接続するにあたって、
前記外層の前記鋼管を前記隣接する他の鋼管と直接溶接して接続するか、または、
前記外層の前記鋼管にフランジを溶接して、前記フランジを介して前記隣接する他の鋼管と接続する。
ことを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】ライニング鋼管１の構造を示す図である。

【図2】ライニング鋼管の製造方法の一例を示す図である。

【図3】ライニング鋼管の製造方法の一変形例を示す図である。

【図4】ライニング鋼管の製造方法の一例を示す図である。

【図5】ライニング鋼管１の試験方法を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、本発明の実施の形態にかかるライニング鋼管１の構造について説明し、次に、ライニング鋼管１の製造方法について説明する。

【0017】

＜ライニング鋼管１の構造＞
図１に示すように、ライニング鋼管１は、鋼管１０と、鋼管１０の内側に形成されたライニング２０と、を有する。
鋼管１０は、ＳＧＰ（配管用炭素鋼管）やＳＴＫＭ（機械構造用炭素鋼鋼管）等のパイプであって、例えば水砕スラグの輸送用途では外径１００ｍｍから２０００ｍｍのものが使われ、例えば外径３００ｍｍから７００ｍｍのものがよく使用される。なお、外層になる鋼管の材質、製法、径、さらには形状については限定されない。

【0018】

ライニング２０は、耐摩耗性を有する材料でできた内層であり、典型的には高クロム系鋳鉄が材料として用いられる。
表１に、高クロム系鋳鉄を用いたライニング２０の化学成分の一例を示す。高クロム系鋳鉄を用いたライニング２０の硬度は、例えばＨＲＣ（ロックウェル硬さ）４０以上である。

【0019】

【表1】

【0020】

鋼管１０の側面には、もたせ穴１１が設けられる。
本実施の形態では、もたせ穴１１の直径は１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度とした。また、鋼管１０の周方向及び軸方向に所定のピッチで複数のもたせ穴１１を配置した。
もたせ穴１１を設ける軸線方向のピッチとしては、例えば、２０ｍｍ〜１５０ｍｍピッチであり、鋼管の大きさにもよるが、１００ｍｍピッチ前後とするのがよい。
もたせ穴１１を設ける周方向のピッチとしては例えば４５度ピッチであってもよく、もっと広い角度ピッチ（例えば１２０度ピッチ）でもよいし、もっと狭い角度ピッチ（例えば３０度ピッチ）でもよい。好ましくは、９０度ピッチ程度である。
なお、もたせ穴１１の直径及び位置は上述の例に限定されるものでなく、任意である。

【0021】

ライニング２０の構成材料（典型的には高クロム系鋳鉄）がもたせ穴１１から鋼管１０の外側に向けて幾らかはみ出ることによって、ライニング２０と鋼管１０とが軸方向又は周方向にズレることがないよう保持される。すなわち、もたせ穴１１は、ライニング２０の抜け止め及び回り止めとして機能する。
また、もたせ穴１１は、ライニング２０の形成時に発生する熱やガスを外部に逃がす通気口としても機能する。

【0022】

さらに、もたせ穴１１は、ライニング２０の残存厚みを超音波等を用いた公知の非破壊検査方法を使用して計測するための検査口として使用できる。
玄武岩（バサルト）を用いた従来のライニング鋼管は、その特性上、残存厚みを計測する場合は、管の内側に人が入って内張りを目視で検査したり、実際にライニング鋼管をプラント設備から一旦取り外して計測したりする必要があった。
この点、本実施の形態にかかるライニング鋼管１では、もたせ穴１１から単一の素材（ライニング２０の構成材料）を露出させている。よって、このもたせ穴１１部分においてライニング２０の残存厚みを上述の超音波等を用いて計測すれば、従来のライニング鋼管特有の問題が解消され、大規模プラントの配管設備のメンテナンスが画期的に簡便となる。このことは、検査する作業者の手間や労力の削減とともに安全性を向上させることにも繋がる。
ちなみに、超音波を用いて残存厚みを正確に計測する方法は本発明のライニング鋼管１以外にはできない。その理由は玄武岩（バサルト）のライニング鋼管では玄武岩そのものの特性上計測不可であり、また、遠心鋳造で製造した二重管は外層と内層とが密着していない場合があるため正確に計測できないからである。したがって、従来のライニング鋼管では、手間を掛けて目視で残存厚みの検査をするか、あるいは、検査せずに（できずに）経験則に基づいて定期的に交換するようにしていた。

【0023】

＜ライニング鋼管１の製造方法１＞
次に、ライニング鋼管１の製造方法について説明する。
図２を参照されたい。
この例では、まず外径３００ｍｍ、内径約２８６ｍｍのＳＧＰの鋼管１０に、所定径（例えば直径１３ｍｍ）のもたせ穴１１を所定のピッチで穿孔する（図２Ａ）。
次に、鋼管１０の内側に直径２４０ｍｍの円柱状の中子（図２Ｂ）を挿入する。
中子には、製造中に発生するガスを通しやすい通気性のある素材を用いることが好ましい。

【0024】

鋼管１０と中子との中心軸を一致させるように両者を配置すると、鋼管１０と中子との間に厚み約２０ｍｍの間隙Ｇができる（図２Ｃ）。
鋼管１０および中子を砂中に配置し、前記間隙Ｇにライニング２０の構成材料（典型的には高クロム系鋳鉄）の溶湯を流し込む。
このとき、もたせ穴１１にも溶湯が流れ込み、溶湯はもたせ穴１１からわずかに外側に出ていく。
（なお、鋼管１０および中子を砂中に配置する前に、もたせ穴１１の外側からテープを貼っておいて、砂がもたせ穴１１から浸入しないようにしておく。）
冷却時間をおいて、成型後に中子を取り除くと、鋼管１０の内側をライニング２０が覆うライニング鋼管１が形成される。

【0025】

（変形例１）
なお、外層の鋼管１０にもたせ穴１１を穿設した後、図３に例示するように、もたせ穴１１に発泡スチロール（発泡樹脂）５０を詰めておいてもよい。
発泡スチロール（発泡樹脂）５０は、図３に例示されるように、もたせ穴１１の外側にも突き出す形状をしている。
鋼管１０および中子を砂中に配置し、ライニング２０の構成材料の溶湯を流し込むと、発泡スチロール５０が溶湯と置換され、もたせ穴１１からしっかりとライニング２０が突き出る。仕上げ段階において、もたせ穴１１から突き出た不要なライニング材は切断する。

【0026】

＜ライニング鋼管１の製造方法２＞
図４に、ライニング鋼管１の製造方法の他の例を示す。
この例において、鋼管１０はＬ字型に曲がっていたり、Ｙ字のように分岐があったりするような異形管（つまり直管でない）であってもよい。
もたせ穴１１の直径及び配置は上述してきたように適切に決めればよい。

【0027】

まず、鋼管１０の内側、すなわち内壁に約２０ｍｍ厚の成型発泡スチロール５１を内張りする（図４Ｂ）
次に、中空に形成された発泡スチロール層の内側の余白に砂を投入して押し固める。そこへライニング２０の構成材料の溶湯を流し込むと、発泡スチロールが燃焼気化して溶湯と置換される。成型後に砂を取り除くと、鋼管１０の内側をライニング２０が覆うライニング鋼管１が形成される。

【0028】

この方法であれば、発泡スチロール（発泡樹脂）を内張りできれば、この発砲スチロール（発泡樹脂）を置換してライニングを形成できるわけであるから、ライニング鋼管の形状の制限はほぼなくなる。
摩耗が激しいのは管の屈曲部分なのであるが、従来のような遠心鋳造では直管にしかライニングできなかった。この点、上記方法であれば異形のライニング鋼管が得られる。

【0029】

さらに、屈曲部Ｃにおいてライニングの損傷が激しいと予想されるので、屈曲部のライニングを他の部分よりも厚めにしておくこともできる。これは図４（Ｂ）ように内張りする成型発泡スチロール（発泡樹脂）の厚み（５２）を調整することによって達成される。場所によってライニング材の厚みを変えるというのは遠心鋳造では不可能なことである。

【0030】

＜ライニング鋼管１の試験結果＞
発明者らは、高クロム系鋳鉄をライニング２０として用いた本発明にかかるライニング鋼管１（以下、高クロム管と称する）と、従来のバサルトをライニングとして用いた鋼管（以下、バサルト管と称する）との耐摩耗性を比較する実験を行った。
まず、高クロム管及びバサルト管の摩耗していない部分をそれぞれ切り出して試験体とした。
高クロム管の試験体の厚さは２８．２〜２９．９ｍｍ、バサルト管の試験体の厚さは２０ｍｍであった。なお、高クロム管は焼入れを行っていない。
硬度を測定したところ、高クロム管の試験体はＨＲＣ４５．５、バサルト管の試験体はＨＲＣ６５．３であった。

【0031】

次に、エアー圧力０．７ＭＰａ、グリッド量１００ｇ／ｓ、粒子径１．７ｍｍのグリッドショットを、９０度又は１２０度の投射角度で、３００ｍｍの距離から試験体に投射した（図５参照）。
表２に試験結果を示す。

【0032】

【表2】

【0033】

バサルト管については、投射角度９０度の場合、ショット時間３分で２０ｍｍ摩耗し、試験体に穴が空いた。
同様の条件で再度試験を行ったところ、ショット時間２分３０秒で試験体に穴が空いた。
投射角度１２０度の場合、ショット時間２分３０秒で試験体に穴が空いた。
一方、高クロム管については、投射角度９０度の場合、ショット時間３分で試験体が１．２ｍｍ摩耗した。
投射角度１２０度の場合、ショット時間３分での摩耗量は０ｍｍであった。

【0034】

この実験により、バサルト管は高クロム管よりも脆く、高クロム管のほうが耐摩耗性に優れることが明らかになった。
具体的には、高クロム管はバサルト管の約１／２０の摩耗量であった。

【0035】

＜ライニング鋼管１の使用例＞
ライニング鋼管１は、水砕スラグをはじめとする種々の流体を輸送するための配管設備として、製鉄所の溶鉱炉や他のプラント設備等に利用することができる。
ライニング鋼管１の外層である鋼管１０は公知の技術により溶接が可能であるから、直管やエルボなどの異形管にフランジ等を溶接することが可能である。
一般的にフランジを配管に取り付けボルト等で接合し自在に配管設備を設置することができる。
また、ライニング鋼管１は、金属の外層を備えているので、従来のバサルト管などともフランジ等を溶接して取り付けることができ、本発明にかかるライニング鋼管を用いて自在に配管設備を設置することができる。
したがって、例えば従来のバサルト管を用いて構成された配管設備のうち、エルボなど摩耗の激しい部分のみを本発明にかかるライニング鋼管１に置換、すなわち交換することで、従来の配管設備の耐久性を向上させることも可能である。
（ちなみに、高クロム鋳鉄単層の管では、耐摩耗性は高いのであるが、脆いし、溶接で接続できない、という難点がある。）

【0036】

また、ライニング鋼管１の配管劣化調査を行う場合には、ライニング２０の残存厚みの検査部位としてもたせ穴１１を利用することができる。
典型的には、配管劣化調査においては超音波厚さ計などを用い、配管の所定の測定部位における管壁の残存厚みを計測する。
測定部位は、例えば周方向及び軸方向に数箇所から十数箇所設定される。
一般に、ライニング鋼管１のような二重管は、製造工程や構造上の問題から外層と内層とが密着していない場合がある。
この場合、外部から正確な厚みを正確に測定することが困難である。

【0037】

しかしながら、ライニング鋼管１では、もたせ穴１１から単一の素材（ライニング２０の構成材料）が露出しているから、もたせ穴１１を測定部位として残存厚みを計測すれば、上述の不正確性の影響を免れることができる。そのため、もたせ穴１１は、配管劣化調査に適した位置及びピッチで配置されていることが望ましい。

【0038】

例えば、図４に例示するように、屈曲した管（例えばＬ字管）の屈曲部Ｃにおいてライニングの損傷が激しいと予想されるので、検査がより密にできるように、屈曲部（とくには屈曲部の外側）に重点的にもたせ穴を配置しておくとよい。（なお、その他の部分については、これまで説明してきたように、外層の鋼管と内層のライニング材との結合がとれるようにもたせ穴を設けておけばよい。）

【0039】

本実施の形態によれば、ライニング鋼管１は、もたせ穴１１を有する鋼管１０の内側に、高クロム系鋳鉄などのライニング２０を遠心鋳造によらずに形成することができる。
上記実施形態によれば、外層の鋼管にもたせ穴を穿設し、内層のライニング材をこのもたせ穴から少しはみ出るようにして、外層と内層とが十分に強く結合したライニング鋼管を得ることができる。

【0040】

遠心鋳造すれば、たしかに、外層の鋼管の内側に内層のライニング材を一様に設けることができるかもしれないが、これでは直管しかできない。
本発明により、直管だけでなく、エルボなど屈曲部を有するような異形管にも、高クロム系鋳鉄などのライニング２０を設けることができる。
また、ライニング鋼管１には継ぎ目がなく、従来のバサルト管で課題となっていた目地から剥離することが皆無になり材質的にも更に耐摩耗性に優れた内層が形成されている。
また、もたせ穴１１によりライニング２０はズレや回転を起こすことがない。
また、もたせ穴１１は、製造時に発生する熱やガスを逃す点で有用である。
さらに、もたせ穴１１は、ライニング鋼管１の厚みを正確に測定するための測定部位として用いることができる。

【0041】

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
もたせ穴１１の利用法として、溶湯を流し込む湯口とすることも考えられる。鋼管が長かったり、複雑な異形管だったりすると、管の端にある湯口だけからでは満遍なく溶湯を行き渡らせることが難しい場合もある。この点、いくつかのもたせ穴１１も湯口とすれば、細い通路に一気に満遍なく溶湯を行き渡らせることができる。これは製品の品質の安定性に繋がる。

【符号の説明】

【0042】

１ ライニング鋼管
１０ 鋼管
１１ もたせ穴
２０ ライニング

【要約】

【課題】遠心鋳造によらない鋳ぐるみで作成されたライニング鋼管を提供する。
【解決手段】鋳ぐるみにより作成した異種素材の二重鋼管であるライニング鋼管１は、外層の鋼管１０と、内層のライニング２０とを有する。鋼管１０には、もたせ穴１１が設けられている。ライニング２０は、例えば高クロム系鋳鉄である。ライニング鋼管１は、例えば鋼管１０の内側に中子を配し、鋼管１１と中子との間隙に溶湯を注入してライニング２０を形成することにより製造される。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】