JP2007009986A

JP2007009986A - ガラスライニング管

Info

Publication number: JP2007009986A
Application number: JP2005189802A
Authority: JP
Inventors: Osamu Shiotani; 治塩谷; Shigeru Mori; 繁森
Original assignee: Asahi Techno Glass Corp
Current assignee: AGC Techno Glass Co Ltd
Priority date: 2005-06-29
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2007-01-18

Abstract

【課題】管本体にガラスとの熱膨張係数差の大きいオーステナイト系ステンレス鋼を用いて優れた耐蝕性をもたせた高い信頼性、耐久性を有するものを、高い製造歩留で得ることができるガラスライニング管を提供する。
【解決手段】金属製管本体２の全管内面に、ガラス管を挿入、加熱圧着して形成したガラスライニング層３が設けられていると共に、管本体２の管端部４に、該管端部４に形成された略同形状の段部８に嵌合し接合部材との接合時の突合せ面７を形成するガラスリング９が設けられたもので、管本体２が、オーステナイト系ステンレス鋼で形成され、かつガラスライニング層３とガラスリング９とが、該ガラスライニング層３の形成時の加熱圧着によって一体化されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、管端部にフランジを有する金属製管本体の全内面にガラス層をライニングしてなるガラスライニング管に関する。

ガラスライニング管は、金属製管本体の管端部に接合用としてのフランジを設け、またフランジの接合面に設けた段部にガラスリングを嵌合し、さらに管本体及びガラスリングの全内面にガラス管を挿入し、加熱圧着することによって構成されている。（例えば、特許文献１参照。）そして、ガラスライニング管は、管本体にガラス管そのものを焼き嵌めるようにして形成したガラスライニング層に、ピンホールなどの欠点が存在し得ないため、耐蝕性、耐薬品性に優れ、信頼性、耐久性が高く、化学工業、薬品工業などのプラント配管に多用されている。

そして、従来用いていたガラスライニング管には、金属製管本体として、通常、炭素鋼（１００〜４００℃における熱膨張係数が１１０×１０^−７／℃程度）を使用し、挿入するガラス管としてソーダライム系ガラス（１００〜４００℃における熱膨張係数が９４〜１０５×１０^−７／℃程度）を使用していた。そのため、海沿いの工場や使用環境の厳しい条件下で使用された場合、炭素鋼を用いた管本体の錆や腐食が避けられず、対策として定期的な防錆塗装が必要であり、多大な手間と費用を要していた。また、クリーンルーム内での使用については、塗料剥落の恐れから塗装が嫌われ、ガラスライニング管の使用は制限されていた。

こうした状況を解消するため、金属製管本体に優れた耐蝕性を有するステンレス鋼管を使用することが考えられる。しかし、ステンレス鋼管でも、炭素鋼に近い熱膨張係数が１１０〜１２０×１０^−７／℃のＳＵＳ４３０のようなフェライト系ステンレス鋼では、塩などに対する耐蝕性に劣り、実使用する際には塗装が必要となり、好ましくない。

そして、より耐食性に優れたＳＵＳ３０４などのオーステナイト系ステンレス鋼（熱膨張係数が１７３×１０^−７／℃）の使用が求められるが、オーステナイト系ステンレス鋼とソーダライム系ガラスとにおける熱膨張係数の差が大きく、ガラス管を挿入し、加熱圧着した場合には、ライニング工程においてライニングしたガラスにひびや割れが発生し易く、管本体内面への融着が困難で、所要の性能を有するガラスライニング層を得ることができず、管本体にオーステナイト系ステンレス鋼を使用することは、実用化されていなかった。

なお、ガラスの中には、オーステナイト系ステンレス鋼に近い熱膨張係数を持つフッ化物系ガラスなどのカルコゲナイド系ガラスがあるが、この系のガラスは熔融成形時の成分揮発が激しく、またガラス管成形が困難であったり、酸やアルカリに対する耐蝕性に劣ったりするため、ガラスライニング管のガラスライニング層としての用途には使用できない。
実公昭３０−９６５２号公報

上記のような状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは、管本体とライニングするガラスとにおける熱膨張係数の差が大きくても、製造歩留が高く、例えば管本体にオーステナイト系ステンレス鋼を用いることで優れた耐蝕性を有すると共に、高い信頼性、耐久性を有するものを、高い製造歩留で得ることができるガラスライニング管を提供することにある。

本発明のガラスライニング管は、
金属製管本体の全管内面に、ガラス管を挿入、加熱圧着して形成したガラスライニング層が設けられたガラスライニング管であって、前記管本体が、オーステナイト系ステンレス鋼で形成されていることを特徴とするものであり、
また、金属製管本体の全管内面に、ガラス管を挿入、加熱圧着して形成したガラスライニング層が設けられていると共に、前記管本体の管端部に、該管端部に形成された略同形状の段部に嵌合し接合部材との接合時の突合せ面を形成するガラスリングが設けられたガラスライニング管であって、前記管本体が、オーステナイト系ステンレス鋼で形成され、かつ前記ガラスライニング層と前記ガラスリングとが、該ガラスライニング層の形成時の加熱圧着によって一体化されていることを特徴とするものであり、
さらに、前記ガラスリングは、前記突合せ面の背面側に、該突合せ面方向に向かって径が拡大するテーパ面を有し、かつ前記テーパ面の拡開角が、１５°以上５０°以下であることを特徴とするものであり、
さらに、前記ガラス管及びガラスリングが、ソーダライム系ガラスであることを特徴とするものであり、
また、金属製管本体の全管内面に、ガラス管を挿入、加熱圧着して形成したガラスライニング層が設けられていると共に、前記管本体の管端部に、該管端部に形成された略同形状の段部に嵌合し接合部材との接合時の突合せ面を形成するガラスリングが設けられたガラスライニング管であって、前記管本体とガラスライニング層との熱膨張係数差が、６０〜７９×１０^−７／℃であり、かつ前記ガラスリングが、加熱圧着により前記ガラスライニング層に一体化されていると共に、前記突合せ面の背面側に、該突合せ面方向に向かって径が拡大するテーパ面を有し、該テーパ面の拡開角が、１５°以上５０°以下であることを特徴とするものであり、
さらに、前記管本体が、オーステナイト系ステンレス鋼で形成され、前記ガラスライニング層が、ソーダライム系ガラスで形成されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、管本体とライニングするガラスとにおける熱膨張係数の差が大きくても、高い製造歩留で得ることができ、例えば管本体にオーステナイト系ステンレス鋼を用いることで優れた耐蝕性を持たせると共に、ガラスライニングによる高い信頼性、耐久性を有するものを高い製造歩留で得ることができる等の効果を有する。

以下本発明の一実施形態を、図１乃至図６を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態を示す縦断面図であり、図２は図１のガラスライニング管の管端部を拡大して示す断面図であり、図３は図１のガラスライニング管を製造する工程において管本体にガラス管を挿入した状態を示す縦断面図であり、図４は図１のガラスライニング管を製造する工程において管本体にガラス管を挿入した状態を示す縦断面図であり、図５は図１のガラスライニング管の管端部に別のガラスライニング管を接合した状態を示す断面図であり、図６は本発明の一実施形態の変形形態であるガラスライニング管の管端部の一部を拡大して示す断面図である。

図１において、ガラスライニング管１は、熱膨張係数が１６５×１０^−７／℃のＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼によって形成された、例えば内径が１０５ｍｍの直管により管本体２が形成されている。そして、管本体２の全内面には、管本体２との熱膨張係数差が７０×１０^−７／℃程度となる質量％でＳｉＯ_２７１％、Ａｌ_２Ｏ_３３％、Ｎａ_２Ｏ１６％、Ｋ_２Ｏ２％，ＣａＯ６％，ＭｇＯ２％の組成を有する熱膨張係数が９５×１０^−７／℃のソーダ石灰ガラス等のソーダライム系ガラスを溶着して形成された、例えば層厚が１．２ｍｍ〜１．８ｍｍ程度に形成されたガラスライニング層３を設けて構成されている。

また管本体２は、その管端部４の外周部分にフランジ５が設けられており、フランジ５には複数の取付け孔６が形成されている。さらに、管端部４には、他のガラスライニング管等の接合部材との突合せ接合時の突合せ面７が設けられた管端の内周側部分に、管本体２と同軸に断面形状が略三角形である段部８が全周にわたって形成されている。また、その段部８には、ガラスライニング層３と略同材質のソーダ石灰ガラス等のソーダライム系ガラスで形成され、段部８と同じ断面形状をなす断面形状が略三角形のガラスリング９が管本体２の管軸に対し同軸となるように嵌め込まれ、段部８の内面に溶着されており、ガラスライニング層３と一体化されている。

また、断面形状が略三角形のガラスリング９は、その斜辺部分である突合せ面７の背面側が、突合せ面７方向に向かって径が直線的に拡大する直円錐台状をなすテーパ面１０となっている。そして、そのテーパ面１０の拡開角、すなわち、テーパ面１０の管軸Ｘ側の径大開始部分Ａと外周側の径大終了部分Ｂとを結ぶ直線Ｙと管軸Ｘとのなす角θが、１５°以上５０°以下の範囲の値、例えば４５°に形成されている。

また、上記のように構成されたガラスライニング管１は、図５に示すように、管端部４に接合部材、例えば別のガラスライニング管１が突き合わせ接合される。すなわち、２本のガラスライニング管１は、それぞれの接合する側の管端部４の突合せ面７の間に、所定の材質で形成された円環状のガスケット１１を挟み、互いのフランジ５の取付け孔６に取り付けたボルト１２にナット１３を螺着し、その際の締結圧によりガスケット１１を圧潰、変形させて密着させ、気密に接合がなされる。

次に、上記のように構成されたガラスライニング管１の製造方法を、以下に説明する。

先ず、図３において、オーステナイト系ステンレス鋼のＳＵＳ３０４で形成された内径が１０５ｍｍの直管状の管本体２と、この管本体２の内径よりも若干小さい外径、例えば９０ｍｍで、肉厚が１ｍｍ〜３ｍｍ程度、例えば２ｍｍの組成が質量％でＳｉＯ_２７１％、Ａｌ_２Ｏ_３３％、Ｎａ_２Ｏ１６％、Ｋ_２Ｏ２％，ＣａＯ６％，ＭｇＯ２％であり、熱膨張係数が９５×１０^−７／℃のソーダ石灰ガラスからなり、長さが管本体２よりも多少長くなるように切断した直管状のガラス管１４を用意する。このガラス管１４は、ダンナー法、ベロー法などの管径に応じた適正な周知の方法によって製造される。

用意したガラス管１４は、一端を加熱軟化させて封止すると共に、ガラス管１４内に、所定量の加熱により熱分解する膨張剤１５、例えばＫＣｌＯ_３、ＮａＣｌＯ_４、ＫＮＯ_３，ＮＨＣｌＯ_４，ＮａＮＯ_３，ＮＨ_４ＮＯ_３などのうちの何れか一つを選択して入れ、その後、他端を加熱軟化させて封止する。そして、両端を封止したガラス管１４を管本体２に挿入する。

続いて、予め、ガラス管１４と略同組成、略同熱膨張係数のソーダ石灰ガラスを用いてプレス成型等により、斜辺部分が拡開角４５度のテーパ面１０である断面形状が略三角形の所定形状に形成した円環状のガラスリング９を、ガラス管１４を挿入した管本体２の管端部４のガラスリング９と同じ断面形状を有するように形成された段部８に挿着する。さらに、管端部４のフランジ５に、管端を覆う略半球状の内面を有する金属キャップ１６を図示しないボルト、ナットにより固定し、管端部４を閉塞する。なお、管端部４の閉塞は、必要に応じ、金属キャップ１６で覆っても空気の流通が多少確保されるようなものであってもよい。

次に、図４において、ガラス管１４を挿入し、ガラスリング９を挿着し、管端部４を金属キャップ１６で閉塞した管本体２を、図示しない焼成炉に入れる。そして、管本体２を所定の温度勾配で昇温し、６００℃〜７００℃に加熱し、この温度状態を所定の時間保持する。全体が加熱されることによりガラス管１４が軟化すると共に膨張剤１５が熱分解し、発生した気体によってガラス管１４の内圧が高まり、ガラス管１４が膨張して管本体２の内面に圧着し融着して、ガラスライニング層３が形成される。同時に、ガラスリング９も管端部４の段部８に融着し、またガラスライニング層３とガラスリング９も密着し、完全に溶着し一体化する。なお、ガラス管１４の膨張過程で金属キャップ１６により管端からの膨出量を制限することで、ガラス管１４とガラスリング９の一体化と管本体２の内面への融着が確実に行われる。

そして、所定の保持時間が経過した後、ガラス管１４が内面に融着した管本体２を焼成炉内に入れたまま、所定の温度勾配で徐冷する。常温まで温度が降下したら、ガラス管１４が融着した管本体２を焼成炉内から取り出し、管端部４に取り付けた金属キャップ１６を外す。

なお、上記の管本体２を焼成炉に入れ、６００℃〜７００℃にまで昇温し、この温度状態を保持し、徐冷して焼成炉から取り出すまでのライニング工程は、オーステナイト系ステンレス鋼の管本体２とソーダ石灰ガラス等のソーダライム系ガラスのガラス管１４との熱膨張係数差が大きいため、従来の管本体を炭素鋼で形成した同形状のものに比較し、昇温と保持時間は従来と同様に行ってもよいが、徐冷については、炭素鋼を用いた場合よりも温度勾配を緩やかにし、２０％以上長い徐冷時間をかけて行うのが好ましい。温度勾配を緩やかにして徐冷することにより、徐冷過程で発生するガラスリング９の割れ等がさらに低減し、製造歩留が向上することになる。

その後、管端部４の金属キャップ１６を外した管本体２は、管端からはみ出したガラス管１４を切除し、さらに図示しない砂磨回転研磨板等の平面研磨機を用いて管端部４の端面を突合せ接合時の密着性を高めるよう平坦となるよう研磨する。この端面の平坦加工によって突合せ面７が形成され、図１に示すガラスライニング管１を得る。

次に、上述の実施形態及びこれと同構成であって、ガラスリング９のテーパ面１０の拡開角θと、テーパ面１０に対応する管端部４の段部８の断面形状とを種々設定して形成した実施例１〜４と比較例ａ，ｂ、さらに管本体を炭素鋼製とした従来例である比較例ｃとについて、それぞれの製造歩留（良品率）を算出したところ、表１に示す通りとなった。なお、各例について、同一の焼成条件でそれぞれ１００本を作成し、ガラスライニング層３を形成した後のガラス部分（ガラスライニング層３、ガラスリング９）にひびや割れ等があったものを不良として良品率を算出した。

表１に示した良品率の算出結果からテーパ面１０の拡開角θによってガラス部分のひびや割れ等の発生率が大きく変わり、拡開角θが４５°の上記実施形態である実施例２で高い製造歩留を得ることができる。また、表１から明らかなように、良品率は拡開角θが１５°より小さくなると、また５０°を超えると大きく低下し、拡開角θが１５°以上５０°以下の範囲であれば、比較的高い値となり、さらに、３０°以上４５°以下の範囲であることがより好ましい。

一方、ガラスリング９の略三角形の断面形状については、ガラスリング４の突合せ面７が、接合される例えば別のガラスライニング管１の突合せ面７との間にガスケット１１を挟み密着させ、気密を保持しなければならないため、円環状の突合せ面７の幅を一定以上（管径にもよるが、例えば１１〜１３ｍｍ）確保することが必要である。

また、ガラスリング９の厚さ（管軸方向の奥行き寸法）は、管端部４に設けたフランジ５の厚さ等にも制限され、ガラスリング９の突合せ面７の幅を一定以上確保した状態でテーパ面１０の拡開角θを小さくしてゆくと、ガラスリング９の断面形状は三角形から次第に四角形に近くなり、そもそもテーパ面１０を設けたことによる冷却過程での応力緩和の効果が弱くなり、またフランジ５をボルト１２等で締結した際の応力でかえってガラスリング９が割れやすくなり、この点からもテーパ面１０の拡開角θは小さくとも１５°以上であることが好ましく、より好ましくは３０°以上であることを要す。

なお、上記実施形態においては、断面形状が略三角形のガラスリング９のテーパ面１０を、突合せ面７方向に向かって径が直線的に拡大する直円錐台状をなす面としたが、これに限るものでなく、例えば、図６に示す変形形態のように構成してもよい。変形形態は、上記実施形態と管本体の段部の断面形状及びガラスリングの断面形状が異なるのみで、他の構成及び製造方法は同じであるため、上記実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、実施形態と異なる本変形形態の構成について説明する。

すなわち、図６において、ガラスライニング管１７は、ＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼によって形成された直管状の管本体２の全内面に、ソーダ石灰ガラス等のソーダライム系ガラスのガラスライニング層３が設けられている。また、管本体２の管端部２には、突合せ面７が設けられた管端の内周側部分に、管本体２と同軸に断面形状が略三角形である段部１８が全周にわたって形成されている。段部１８には、ガラスライニング層３と略同材質のソーダ石灰ガラス等のソーダライム系ガラスで形成され、段部１８と同じ断面形状をなす断面形状が略三角形のガラスリング１９が管本体２の管軸に対し同軸となるように嵌め込まれ、段部１８の内面に溶着され、ガラスライニング層３と一体化されている。

また、断面形状が略三角形のガラスリング１９は、その斜辺部分である突合せ面７の背面側が、突合せ面７方向に向かって径が曲線的に拡大する凹曲面をなすテーパ面２０となっている。なお、管端部４の段部１８は、ガラスリング１９の形状に倣い斜辺部分が、凸曲面となっている。そして、そのテーパ面２０の拡開角θ、すなわち、テーパ面２０の管軸Ｘ側の径大開始部分Ａ０と外周側の径大終了部分Ｂ０とを結ぶ直線Ｙ０と管軸Ｘとのなす角θが、１５°以上５０°以下の範囲の値、例えば４５°に形成されている。

このように構成することで、上記実施形態と同様に、管本体に炭素鋼を用いた従来のものと同等の製造歩留を得ることができる。同じように、拡開角θが１５°以上５０°以下の範囲であれば、比較的高い製造歩留が得られ、さらに、３０°以上４５°以下の範囲では、より高い製造歩留が得られる。

また、上記実施形態及び変形形態においては、管本体２を熱膨張係数が１６５×１０^−７／℃のＳＵＳ３０４のオーステナイト系ステンレス鋼で形成し、ガラスライニング層３を熱膨張係数が９５×１０^−７／℃のソーダ石灰ガラスのソーダライム系ガラスで形成し、両者の熱膨張係数差が７０×１０^−７／℃程度のものとしたが、管本体２とガラスライニング層３とを、熱膨張係数が１６５〜１７３×１０^−７／℃程度のオーステナイト系ステンレス鋼と、１００〜４００℃における熱膨張係数が９４〜１０５×１０^−７／℃程度のソーダライム系ガラスを用い、熱膨張係数差が６０〜７９×１０^−７／℃程度の組み合わせとなる構成であっても、上記実施形態と略同等の効果を得ることができる。

本発明の一実施形態を示すガラスライニング管の縦断面図である。図１のガラスライニング管の管端部を拡大して示す断面図である。図１のガラスライニング管を製造する工程において管本体にガラス管を挿入した状態を示す縦断面図である。図１のガラスライニング管を製造する工程において管本体にガラス管を挿入した状態を示す縦断面図である。図１のガラスライニング管の管端部に別のガラスライニング管を接合した状態を示す断面図である。本発明の一実施形態の変形形態であるガラスライニング管の管端部の一部を拡大して示す断面図である。

符号の説明

１…ガラスライニング管
２…管本体
３…ガラスライニング層
７…突合せ面
８…段部
９…ガラスリング
１０…テーパ面
１４…ガラス管
θ…拡開角

Claims

金属製管本体の全管内面に、ガラス管を挿入、加熱圧着して形成したガラスライニング層が設けられたガラスライニング管であって、前記管本体が、オーステナイト系ステンレス鋼で形成されていることを特徴とするガラスライニング管。
金属製管本体の全管内面に、ガラス管を挿入、加熱圧着して形成したガラスライニング層が設けられていると共に、前記管本体の管端部に、該管端部に形成された略同形状の段部に嵌合し接合部材との接合時の突合せ面を形成するガラスリングが設けられたガラスライニング管であって、前記管本体が、オーステナイト系ステンレス鋼で形成され、かつ前記ガラスライニング層と前記ガラスリングとが、該ガラスライニング層の形成時の加熱圧着によって一体化されていることを特徴とするガラスライニング管。
前記ガラスリングは、前記突合せ面の背面側に、該突合せ面方向に向かって径が拡大するテーパ面を有し、かつ前記テーパ面の拡開角が、１５°以上５０°以下であることを特徴とする請求項２記載のガラスライニング管。
前記ガラス管及びガラスリングが、ソーダライム系ガラスであることを特徴とする請求項２又は請求項３記載のガラスライニング管。
金属製管本体の全管内面に、ガラス管を挿入、加熱圧着して形成したガラスライニング層が設けられていると共に、前記管本体の管端部に、該管端部に形成された略同形状の段部に嵌合し接合部材との接合時の突合せ面を形成するガラスリングが設けられたガラスライニング管であって、前記管本体とガラスライニング層との熱膨張係数差が、６０〜７９×１０^−７／℃であり、かつ前記ガラスリングが、加熱圧着により前記ガラスライニング層に一体化されていると共に、前記突合せ面の背面側に、該突合せ面方向に向かって径が拡大するテーパ面を有し、該テーパ面の拡開角が、１５°以上５０°以下であることを特徴とするガラスライニング管。
前記管本体が、オーステナイト系ステンレス鋼で形成され、前記ガラスライニング層が、ソーダライム系ガラスで形成されていることを特徴とする請求項５記載のガラスライニング管。