JPS5919792A - 炭素析出防止性遠心力鋳造二層管 - Google Patents

炭素析出防止性遠心力鋳造二層管

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JPS5919792A
JPS5919792A JP57129980A JP12998082A JPS5919792A JP S5919792 A JPS5919792 A JP S5919792A JP 57129980 A JP57129980 A JP 57129980A JP 12998082 A JP12998082 A JP 12998082A JP S5919792 A JPS5919792 A JP S5919792A
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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】 本発明はエチレン製造装置やディレートコ−キング装置
等のように炭化水素もしくはその誘導体を水蒸気の存在
下もしくは非存在下に加熱分解する場合、または合成ガ
ス製造装置のように一酸化炭素を含む流体を高温で取扱
う場合における炭素析出を防止もしくは緩和し、同時に
必要な強度および延性を有する遠心力鋳造二層管に関す
る。
これら装置の管材はオーステナイト系鋼、フェライト系
鋼、オーステナイト・フェライト2相系鋼、低合金鋼等
の林料で形成されているが、操業中に高温流体と接触す
る部分に炭素が析出し、しげしげ△Pの上井、加熱効率
の低下等の操業上の弊害が生じ、謂ゆるデコーキングを
頻繁に行う必要があった。かかる操作は装置の定常運転
の妨げとなり、ゾコセスの経済性悪化の要因たることは
いうまでもなく、装置の構成材料に対しても種々の不利
益をもたらすものである。
従来、これら装置における炭素析出を防止する試みとし
て、例えばエチレン製造装置において微量のH,Sを原
料流体に添加することにより炭素析出が若干抑えられる
との報告(R,L。
Crynes #  L、 F、 Albright著
のInd、 Eng、 Chem。
Proe、 −Design and Develop
ment、 8 Ct、1、(1969) 25 )が
あり、一部で実施されているが、エチレン製造装置等の
分”r0’F管内部はそもそも酸化性雰囲気であるため
十分な効果があかっていないのが実情であった。
実装置にあり【は、前述の如き本発明で対象とする装置
の管内面は酸化スケールで覆われている。Lobo等の
報文(Preprlnt for thO!l thI
nt@rnatlonal Congrass on 
CatalylIis。
Am++terdam  (1972) )によると、
炭素析出は管部材の構成材料中に含有されるp’6. 
N1等の遷移金属元素によって惹き起こされ、これらの
原子が常に炭素析出層上表面に浮上したように現われる
ことにより析出が継続されるとしている。実際、本発明
者らの検討によれば装置の管部材内面に析出したコーク
な分析するとFo、 N1等の遷移金属元素が検知され
、炭素析出が起こるのはFeやN1等をその419成元
素とする酸化物が管内表面で還元されて、あるいは、表
面の酸化層を通してFe 、 N1等の遷移金属元素が
内部から拡散して供給されることに起因すると推測され
る。
本発明は炭化水素もしくはその誘−01体、または−酸
化炭素を含む流体を高温で処理する装置及びそれらの流
体を移送する配管における炭素析出を防止もしくは著し
く低減し得、同時に必要な強度および延性を有する管郵
相を提供することを目的とする。
ずなわち本発明においては、炭素析出を防止もしくは低
減し得る材料として1〜10重量%のAIを存在せしめ
且つ流体処理時にその表面KAJ3を含有する酸化皮膜
を形成した金属材料部材を内層とし、必要な強度および
延性を有する耐熱金属材料部材を外層とし、これら内外
層を遠心力鋳造により作成してなる遠心力鋳造二層管で
ある。
本発明において炭素析出を防止もしくは低減し得る内層
材料としてはオースブナイト系鋳鋼、フェラ系鋳鋼鋳鋼
、オーステナイト・フェライト2相系鋳鋼、低合金鋼、
その他N1合金、N1− Cr合金、Co合金、Co 
−Cr合金等に、A4を1〜Ion#%含有させた金属
材料を使用する。これら金属材料におけるAW含量が1
1X量チ未満では炭素析出を防止し得る酸化皮膜が生成
されず、逆にA1含只が10 N、−計チを越えると鋳
造性や溶接性更に機械加工性が低下する。
実用的には皮膜の安定性と機械加工性の点から4〜8 
M fi4 %とすることが好ましい。なお、皮膜をよ
り強固に安定化させるために、Ti、Nb。
Zr、あるいはCe、 Y等の希土類元素を微量添加し
てもよい。
また必要な強度および延性を有する外層材としては耐熱
合金、例えば25%Cr−20%NIのHK−40(J
IBEJCII22)、25%Cr−31!%N17)
HP(JI85CH24)、または24%Cr −24
%Ni −1,5%NbのlN519等のような耐熱鋳
鋼やN1−Cr合金、c、、 −cr金合金るいはそれ
らの改良品等任意に選択することができる。
本発明においてはこれら内層材および外層材を遠心力鋳
造により作製す条。
例えば、具体的に本発明の二層管を作るに当っての製造
工程を第1図に従って説[JIJすると次の通りである
外層金属溶湯を取鍋1に移し1450〜1600℃に湯
温を保ちつつ、遠心鋳造機4の直前にある鋳込ホッパー
2に設置しておく。これとほぼ同時にA−6を所定員含
有せしめた内層金属溶湯を取鍋3に移し1500〜16
50℃に湯温を保ち取鍋1の近くに設置Iする。
次いで取鍋1より外層金属溶湯な鋳込みホッパー2を介
して遠心鋳造機4に注湯する。それと同時に赤外線温度
計5により外層金属溶湯の内面温度の測定を開始し外層
金属の液相線(HK −40の場合、1395℃前後)
以下の温度になった時、取鍋3より内層金属溶湯の注湯
を開始する。
注湯開始から終了迄の間、遠心鋳造機の回転数(管径に
もよるが大体500〜200Orpmの範囲入金湿温度
(300〜400℃)等は通常の遠心鋳造管を製造する
時と条件は全く変わるところなく、本発明の目的とする
炭素析出防止効果のある層を内面に有する二層管を製造
することが出来る。
なお、外層および内層の層厚はそれぞれの注湯量によっ
て決定され、その旦は個々の設計において予め計算され
る。本発明の二層管の内外層そ゛れぞれの層厚には特に
制限はなく、適用する装置あるいはその使用栄件等によ
って適宜に選択できる。
このように本発明の管は遠心力鋳造により鋳造された内
外2層から構成されることを特徴とするものである。内
層、すなわち八!を1〜10.1!’RiLf6含有さ
せた金属材料だけでは常温において引張強さは増大する
が延びが低下、すプ工わち脆化する。一方、高温ではク
リープ破断伸びは十分であるがクリープ強度が低下する
。このよ5なAffl含有利の機械的性質の低下を防止
するために本発明では従来の鋳造側な外層として遠心力
鋳造により強固に複合させた二層管とすることKより解
決したものである。
ここで、−例としてA!を含有する内層材および代表的
な耐熱鋳鋼の機械的性質およびクリープ破断性質を示せ
ばそれぞれi1表および第2表の如くになる。
(以下余白) 上記第1表および第2表によりAfflを含有させるこ
とにより内層材の機械的性質(常温での延性)およびク
リープ破断特性の低下が生ずるが、耐熱鋳鋼からなる外
層を複合させろことによりこれら=性玉の低下が防止さ
れろことが理解される。さらに本発明では前述したよう
にし℃内外層を遠心力鋳造により複合させることによっ
て内外層の界面が冶金的に強固に融合され、剥離の危険
性の全くない二層管となる。また内層内面の被削性も十
分であり、また二層管同士あるいは二層管と従来管との
溶接性もAfflを合金化させた溶加棒、あるいはI(
K−40溶加棒などを用いることにより良好に行い得る
ものであり、装置への適用には何ら支障がない。
このような遠心力鋳造二層管の内層内面へのA4を含有
する酸化皮膜の形成態様は適用するプ日セスによつ℃異
なる。すなわち、エチレン製造装置の分解管もしくはエ
チルベンゼンの脱水素反応のようにプロセス系内に稀釈
媒体あるいは熱媒体として水蒸気を含み、処理温度もし
くは反応温度において酸化状態に至る場合にはオ、t′
j、処理流体自体が酸化性を有するため事前に何らの酸
化処理を要することなく、流体の処理もしくは反応開始
後に管内壁表面のA1が酸化され、緻密な皮膜が形成さ
れる。処理温度もしくは反応温度において被処理流体自
体に内層材に対する酸化性がない場合もしくは少ない場
合は被処理流体をプロセス系内に導入する前に予め内層
内壁表面を適宜の手段で酸化しておくか、あるいは酸化
性流体を処理もしくは反応開始前に適量流通せしめ、A
4を含有する酸化皮膜が形成されるよ5な手段をとる。
ここで、改めて本発明の遠心力鋳造二層管が好ましく適
用し得る装置を例示すれば、ナフサ、エタン、ガスオイ
ル等を水蒸気とともに750〜900℃の温度(流体温
度)において加熱炉内に設げられた分解管中を通過せし
めエチレン等の軽質不飽和炭化水素を製造することを目
的とした謂ゆるエチレン製造装置、減圧蒸溜残清油等を
加熱管内で予め昇温し、コークドラム内でコークス化を
行うディレートコ−キング装置における配管系、エチル
ベンゼンを高温で水蒸気とともに反応せしめてスチレン
を製造するためのニゲ・ルベンゼン脱水素反応装置、各
種アルキルベンゼンの脱アルキル化装R1J爪料炭化水
ヲξ(メタン、LPG、す7ザ等)に水蒸気(部分酸化
法においては酸禦を加える)を加えて加熱し、−酸化炭
素と水累を生成する合成ガス製造装置のように炭化水素
もしくはその誘導体、または−酸化炭素を含む流体を処
理する場合に使用され、高温にさらされる部分、伺えば
加熱炉(分解炉、反応炉、予熱炉)、トランスファ2イ
ン、蒸溜塔、熱交換器等の従来から炭素析出(特に熱交
換器において炭素負物質が析出する謂ゆるファウリング
をも含むが問題となる部分を含む装置が誉げられる。
かくして、本発明の遠心力鋳造二)惰性にあっては、従
来から炭素析出が問題とされる各種装置管部側として適
用され、その内層内面に八1を含有する酸化皮膜が形成
され、この皮膜は極bてン1ぶ密かつ堅牢で一旦管内層
内面に形成さnると′1)埋的、1ヒ学的に安定性を有
し、炭素析出を・115発′する内M材中の各種遷移金
ル11が酸化皮膜によって七4われで皮膜表面上に透過
せず、炭素・)ブC出が防止もしくは低減されることに
なり、さらに機械的性質、浴接性那が設れたものが得ら
Jしる。
従って、本発明によれば、定期的なデコーキング操作が
不要となると共に継続的な運転が保証されることになり
製品品グ(が安定化される。
またデコーキングのための余分な設備およびユーデイリ
テイが省略され、設備費の大幅な低減jdよびデコーキ
ング費用の節約が期待される。
さらに△Pの上昇が起こらず健全な運転が保証される。
さらにまた、加熱!P等では管内面での析出炭素による
断熱作用がなくなるので、管外表面の温度を次第に上昇
させることなく内部流体の加(爬を維」へ)することが
で唇る。そのため、燃料が節約され、管材質に及ぼされ
る温度灸件も緩和され、管寿命の延長もjl、IJ侍で
きろ。
以下に本発明の実施例を示す。
実施例1 外層及び内層が第3表に示されるような化学成分を有す
る二層管を遠心力鋳造により作製した。鋳造売件は次の
通りである。金型は口径102−戸、予熱温度350℃
、回転数1200rp1mlで、外層及び内層の鋳込温
度はそれぞれ1580℃、1600℃、内層は外層鋳込
後、外層の内表面温度が1350℃になった時点で、注
湯した。
(以下余白) 得られた遠心力鋳造二層管の寸法は外径99.8m+n
φ、外層肉厚4.5問、内層肉厚30聴(内面2.5問
切削除去後)、管全長2000nrmであった。断面の
状況を参考写真lに示す。この二層管の層間の密着性を
確認するために(り曲げ試験、扁平試験および(2)熱
@撃試験を行った。
また、比較のため、外層に用いたHK−40のみ、及び
内層に用いた20%cr −30φNl −7チAJ鋳
鋼(A1含有管と略称)のみの管を製作して同様の試験
を行った。
(リ 曲げ試験、扁平試験 曲げ試験後の各試験片側面の染色浸透探傷検査の結果を
参考写真2に示す。(、)はHK −40管、(b)は
八で含有管、(C)は二層管から側面で1:1となるよ
う内外層な切り出した試験片である。試験片の寸法は5
X20X150(酪)、曲げ半径は38mmである。
試験の結果、Affl含有管ではほとんど曲げられない
5ちに折れてしまったが、二層管はHK−40管と同様
に十分に押し曲げができた。また、2層界面は健全であ
り、2層の機械的密着性が確認された。
二層管の扁平試験後の試験片の染色浸透探傷検査の結果
を参考写真3に示す。試験片の寸法は外径99.5m5
l、全肉厚8胴(外層45順、肉厚3.5 mm )、
幅60間である。
試験の結果、外面(T(K −40)から亀裂が入った
が、2層の界面は健全であり、2層の機械的密着性は良
好であった。
(2)熱@撃試験 外径136醋ダ、肉厚6.6配(二層管の場合、内外層
釜3.3 mm )、高さ25mmで全面を12、58
 ()に機絨仕上げしたリングを試験片として、105
0℃×30分→水冷の熱処理を繰り返し行った。結果を
第4表に示す。
第  4  表 70回繰り返し後の試験片の染色浸透探傷検査結果を参
考写真4に示す。
以上の結果、二層管の耐熱衝撃性の優れたことが確認で
きたと同時に、耐熱的にも層界面の密着性が良好である
ことが確認された。
実施例2 実施例1と同じ条件で作製した二層管A(外層)tK−
40,内/iif 22%Cr−30%N1−7%AA
 )及び同様の方法により作製した二層管B(外層N1
−20%Or、内層Ni −20’16 Cr−5%A
4)より切り出して試験片とし、側面をす120工メリ
ー紙で表面仕上げして、大気中にて1100℃で1時間
酸化した後、コーキ/グ試験に供した。試験はこれらの
二層試験片を各々別個にコーキング実験装置の反応管(
石英製)中に設置し、一端から原料ガスおよびキャリア
ガスな下記に示す条件で送入し、他端から流出させるこ
とにより行った。試験後の炭素析出の状況を参考写真5
に示す。
原料ガス  ベンゼン  o、45t/hrキヤリアガ
ス   アルゴン    18Nvt/min温   
度   800℃ 時   間   3 時 間 以上の結果、炭素は外層部分にのみ析出し、内層部公知
は析出せず、A1を含んだ内層が耐炭素析出性に優れて
いることが確認された。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の遠心力鋳造二層管を製造する場合の工程
を示す概略説明図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 炭化水素もしくはその誘導体、または−酸化炭素
    を含む流体を高温で取扱う管であって、1〜10M量係
    のA1を含有する金属材料の内層と、耐熱金属材料の外
    層とからなり、これら内外層を遠心力鋳造法により形成
    してなる炭素析出防止性遠心力鋳造二層管。 2、 内層の金属材料が1〜10重量%のA4を含有す
    る鋳鋼から成る特許請求の範囲第1項記載の炭素析出防
    止性遠心力鋳造二層管。 3 外層の耐熱金属材料が耐熱鋳鋼である特許請求の範
    囲第1項または第2項記載の炭素析出防止性遠心力鋳造
    二層管。 4、 炭化水素もしくはその誘導体、または−酸化炭素
    を含む流体を高温で取扱う管であって、1〜10!i:
    t%のA1を含有する金属材料の内層と、耐熱金属材料
    の外層とからなり、これら内外層を遠心力鋳造法により
    形成してなり、処理時に被処理流体により、もしくは前
    処理酸化により内層金属材料表面にAAを含有する酸化
    皮膜を形成してなる炭素析出防止性遠心力鋳造二層管。 5、内層の金属材料が1〜10重量%の八ぷを含有する
    鋳鋼から成る特許請求の範囲第4項記載の炭素析出防止
    性遠心力鋳造二層管。 6、外層の耐熱金属材料が耐熱鋳鋼であるl[を許請求
    の範囲第4項または第5項記載の炭素析出防止性遠心力
    鋳造二層管。
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