鋳鉄管

建設現場の近くに積み上げられた鋳鉄管

鋳鉄管は主にねずみ鋳鉄 から作られた管です 。歴史的には、17世紀、18世紀、19世紀、そして20世紀にかけて、水道、ガス、下水道の圧力管、そして排水管として使用されてきました。

現代の多くの用途では、鋳鉄管はダクタイル鉄管に置き換えられていますが、この新しい製品は、依然として古い歴史的な名前で大まかに呼ばれることがよくあります。

歴史

鋳鉄管に使用される典型的な鉛入りベル・スピゴット継手

最古の鋳鉄製水道管は17世紀に遡り、ヴェルサイユ宮殿の庭園全体に水を供給するために設置されました。全長は約35kmで、典型的にはフランジ継手付きの1mの長さです。これらの配管は非常に古いため、歴史的価値が非常に高くなっています。2008年にサンゴバンPAM社による大規模な改修工事が行われましたが、80%がオリジナルの状態を保っています。

鋳鉄は水道管の製造に適した材料であることが証明され、かつて使用されていたニレ材のパイプラインの代替品として利用されました。これらの水道管は、しばしばスティックと呼ばれる個別に鋳造された管片で構成され、様々な接合機構によって接合されていました。フランジ接合部は、機械加工された平らな面同士がガスケットを介してしっかりとボルト締めされ、漏れを防止していました。このタイプの管継手は今日でも使用されており、主に水処理施設や製造施設の地上パイプラインで使用されています。

鋳鉄管はコーティングされていない状態で使用されることが多かったが、後にコーティングやライニングが施されるようになったことで腐食が減り、油圧特性が改善された。鋳鉄管では、顕微鏡で観察すると、鋳造工程で黒鉛が薄片状になっている。鋳鉄管はダクタイル鋳鉄管に取って代わられたが、これは直接的な発展であり、既存の製造工場のほとんどが 1970 年代から 1980 年代にかけてこの新素材に移行した。ダクタイル鋳鉄管は鋳鉄とは異なり、鋳造工程でマグネシウムが導入されることで黒鉛が薄片状ではなく球状 (黒鉛団塊) になる。これにより材料は鋳造可能なままであるが、最終製品は鋳鉄よりもはるかに強靭で、低応力レベルで弾性挙動を示す。[1] ダクタイル鋳鉄管が優れた製品として広く受け入れられているため、現在では鋳鉄管はほとんど製造されていない。多くの公共事業体、自治体、民間産業では、今日でも機能的な鋳鉄管が使用されている。

関節

ベル・アンド・スピゴット継手[2]では、パイプ棒の一方の端がベルまたはソケットと呼ばれる広がり形状になっており、これに次の棒の反対側の端、つまりスピゴット端を挿入して継手を形成します。これらの継手の隙間にはオーク材または糸が詰められ、溶けた鉛が固まって防水継手を形成します。これは労働集約的な作業であり、密閉の品質は作業員の技能に大きく左右されました。

メカニカルジョイントは、可動式のフォロワーリングを対応するベルに近いスピゴットにボルトで固定し、その間のガスケットを圧縮することで作られました。今日では多くの水道管でメカニカルジョイントが使用されています。これは、メカニカルジョイントが製造が容易で、設置に特別な技術を必要としないためです。このタイプのジョイントは、ジョイントの完全性を損なうことなくある程度のたわみを許容するため、設置時に微調整を行うことができ、限られた沈下に対してもジョイントの完全性を維持できます。今日のメカニカルジョイントにおける典型的なジョイントのたわみは、3度から5度の範囲です。

ボール＆ソケットジョイントは、より「丸みを帯びた」ソケットを採用し、各ジョイントで比較的大きなたわみ量を可能にしました。現在でも使用されているこのタイプのジョイントは、特殊用途のジョイントとみなされ、主に水中および山岳地帯で使用されてきました。このタイプのジョイントは、通常、各ジョイントで約15度のたわみを許容し、パイプを「蛇行」させることが可能です。[3] このタイプのジョイントの利点は、ベルジョイントやスピゴットジョイントよりも早く設置でき、特別なスキルや工具を必要としないことです。

1950年代半ばに開発されたプッシュオンジョイントは、配管をより迅速かつ比較的容易に接合する方法を可能にしました。このジョイントは、ゴム製ガスケットを固定する凹溝付きのベルで構成されていました。潤滑剤を塗布した斜めのスピゴット部をこのジョイントに押し込むことで、ゴム製ガスケットを転がさないように注意しながら作業することができ、設置後は確実に防水されます。このタイプの接合システムは、現在ではダクタイル鋳鉄管やポリ塩化ビニル（PVC）管で広く使用されています。

製造

水平に投げる

最初の鋳鉄管は水平鋳型で製造されました。鋳型の中子は、管の一部となる小さな鉄棒で支えられていました。水平鋳造のため、管の円周に沿って金属が不均一に分布し、通常は管の頂部にスラグが溜まり、非常に弱い部分ができていました。

垂直に鋳造

1845年、最初のパイプが坑内で垂直に鋳造され、世紀末までにすべてのパイプがこの方法で製造されるようになりました。この方法では、スラグはすべて鋳物の上部に集まり、パイプの端を切断するだけで除去できます。この方法で鋳造されたパイプは、鋳型の中子が中心からずれているために中心からずれた穴があいてしまうことが多く、その結果、パイプの片側がもう片側よりも厚くなってしまうという問題がありました。

遠心鋳造

1918年にフランス系ブラジル人のディミトリ・センサウ・ドゥ・ラヴォーによって発明されて以来、鋳鉄管製造の多くは、従来のものとは大きく異なる遠心鋳造法へと移行しました。現代のダクタイル鉄管製造では、この一般的な鋳造方法が引き続き使用されています。

歴史的に、鋳鉄管の遠心鋳造には、金属鋳型と砂鋳型の2種類の鋳型が使用されてきました。金属鋳型では、溶融鉄を鋳型内に注入し、発生する遠心力によって鋳型内部に金属を均一に分散させます。外側の鋳型は通常、制御された水浴または水噴霧システムによって損傷から保護されていました。管が取り扱い可能になり、形状を維持できる程度に冷えたら、鋳型を停止し、管を取り出しました。金属鋳型で成形された管は、通常、鋳造後に管内の応力を除去するために焼鈍処理され、その後、洗浄、検査、試験、寸法測定、内外面塗装が行われ、使用のために保管されました。水道用金属鋳型遠心鋳造鋳鉄管の規格は、アメリカ水道協会によって制定・発行されました。[4]

砂型鋳造では、2種類の製造工程が用いられました。第1の方法では通常、金属鋳型を金属製の鋳枠内に配置し、鋳型と鋳型の間の環状空間に鋳物砂を押し込みます。その後、鋳型を取り外し、溶融ねずみ鋳鉄を用いて管を鋳造します。第2の方法では通常、金属鋳型を使用せず、加熱した鋳枠内に計量した量の熱硬化性樹脂と砂を敷き詰め、遠心力で鋳型を形成します。いずれの場合も、管が固化し鋳枠を取り外した後、鋳造機を停止します。この方法で成形された鋳鉄管は、通常、時間と温度を制御しながら炉内で冷却されます。金属鋳型と同様に、管内の応力を除去するために焼鈍処理が行われ、その後、洗浄、検査、試験、寸法測定、内外のコーティングが行われ、使用のために保管されます。[5] 砂型遠心鋳造による水道用鋳鉄管の規格は、アメリカ水道協会によって制定・発行された。[6]

内部腐食

レーンエンド鉱山の坑道のひどく腐食した鋳鉄管

鋳鉄管の腐食は、内面と外面の両方で発生する可能性があります。電気化学的腐食では、むき出しの鉄が腐食性の高い水にさらされた場所に内部陽極が発生し、鉄が溶解して移動します。鉄は水中のさまざまな成分と結合し、管内面に結節を形成します。この結節形成のプロセスにより、最終的に管内の断面積が大幅に制限される可能性があります。結節は不規則な形をしているため、表面に細菌の増殖が蓄積しやすくなります。より多くの鉄が溶解して移動すると、結果として時間の経過とともに管構造が損なわれ、管の完全性に影響を与える可能性があります。雨水および衛生下水道システムでは、微生物の作用による酸性ガス（硫化水素など）の生成により、管の内壁がさらに腐食する可能性がありますが、最も顕著になるのは管の内側の「天井」です。

1922年から、内部腐食を最小限に抑えるバリアとして機能する内面セメントライニングが導入されました。1929年、米国規格協会（ASA）の分科委員会はセメントモルタルライニングの暫定規格を制定し、1932年に公布されました。1939年には、米国規格A21.4が公布され、水道管内面に使用するタイプIセメントコーティングが規定されました。1953年の規格改訂時に、タイプIIセメントはより厳密に管理されていると考えられたため、タイプIセメントはタイプIIセメントに置き換えられました。この規格は1964年にさらに改訂され、タイプIセメントとタイプIIセメントの両方が使用可能となり、2種類のモルタル厚さが用意されました。[7]

標準化

英国における鋳鉄製水道管の最初の標準化は、1917年にBS 78が公布されたことで行われました。この規格では、管の内径（インチ）にほぼ一致する無次元公称サイズと、クラスA、クラスB、クラスC、クラスDの4つの圧力クラスが規定され、それぞれに規定の肉厚と外径が与えられています。12～27サイズを除き、外径はクラス間で同一です。クラスAとBは同じ直径を持ち、クラスCとDはより大きな直径を持ちます。

公称サイズクラス
AとBあBCDCD
外径
[インチ(mm)]		壁の厚さ
[インチ(mm)]		内径
[インチ(mm)]		壁の厚さ
[インチ(mm)]		内径
[インチ(mm)]		外径
[インチ(mm)]		壁の厚さ
[インチ(mm)]		内径
[インチ(mm)]		壁の厚さ
[インチ(mm)]		内径
[インチ(mm)]
33.76 (95.504)0.38 (9.652)3.00 (76.200)0.38 (9.652)3.00 (76.200)3.76 (95.504)0.38 (9.652)3.00 (76.200)0.40 (10.160)2.96 (75.184)
44.80 (121.920)0.39 (9.906)4.02 (102.108)0.39 (9.906)4.02 (102.108)4.80 (121.920)0.40 (10.160)4.00 (101.600)0.46 (11.684)3.88 (98.552)
55.90 (149.860)0.41 (10.414)5.08 (129.032)0.41 (10.414)5.08 (129.032)5.90 (149.860)0.45 (11.430)5.00 (127.000)0.52 (13.208)4.86 (123.444)
66.98 (177.292)0.43 (10.922)6.12 (155.448)0.43 (10.922)6.12 (155.448)6.98 (177.292)0.49 (12.446)6.00 (152.400)0.57 (14.478)5.84 (148.336)
78.06 (204.724)0.45 (11.430)7.16 (181.864)0.45 (11.430)7.16 (181.864)8.06 (204.724)0.53 (13.462)7.00 (177.800)0.61 (15.494)6.84 (173.736)
89.14 (232.156)0.47 (11.938)8.20 (208.280)0.47 (11.938)8.20 (208.280)9.14 (232.156)0.57 (14.478)8.00 (203.200)0.65 (16.510)7.84 (199.136)
910.20 (259.080)0.48 (12.192)9.22 (234.188)0.49 (12.446)9.22 (234.188)10.20 (259.080)0.60 (15.240)9.00 (228.600)0.69 (17.526)8.82 (224.028)
1011.26 (286.004)0.52 (13.208)10.22 (259.588)0.52 (13.208)10.22 (259.588)11.26 (286.004)0.63 (16.002)10.00 (254.000)0.73 (18.542)9.80 (248.920)
1213.14 (333.756)0.55 (13.970)12.04 (305.816)0.57 (14.478)12.00 (304.800)13.60 (345.440)0.69 (17.526)12.22 (310.388)0.80 (20.320)12.00 (304.800)
1415.22 (386.588)0.57 (14.478)14.08 (357.632)0.61 (15.494)14.00 (355.600)15.72 (399.288)0.75 (19.050)14.22 (361.188)0.86 (21.844)14.00 (355.600)
1516.26 (413.004)0.59 (14.986)15.08 (383.032)0.63 (16.002)15.00 (381.000)16.78 (426.212)0.77 (19.558)15.24 (387.096)0.89 (22.606)15.00 (381.000)
1617.30 (439.420)0.60 (15.240)16.10 (408.940)0.65 (16.510)16.00 (406.400)17.84 (453.136)0.80 (20.320)16.24 (412.496)0.92 (23.368)16.00 (406.400)
1819.38 (492.252)0.63 (16.002)18.12 (460.248)0.69 (17.526)18.00 (457.200)19.96 (506.984)0.85 (21.590)18.26 (463.804)0.98 (24.892)18.00 (457.200)
2021.46 (545.084)0.65 (16.510)20.16 (512.064)0.73 (18.542)20.00 (508.000)22.06 (560.324)0.89 (22.606)20.28 (515.112)1.03 (26.162)20.00 (508.000)
2122.50 (571.500)0.67 (17.018)21.16 (537.464)0.75 (19.050)21.00 (533.400)23.12 (587.248)0.92 (23.368)21.28 (540.512)1.03 (26.162)21.00 (533.400)
2425.60 (650.240)0.71 (18.034)24.18 (614.172)0.80 (20.320)24.00 (609.600)26.26 (667.004)0.98 (24.892)24.30 (617.220)1.13 (28.702)24.00 (609.600)
2728.70 (728.980)0.75 (19.050)27.20 (690.880)0.85 (21.590)27.00 (685.800)29.40 (746.760)1.04 (26.416)27.32 (693.928)1.20 (30.480)27.00 (685.800)
3032.52 (826.008)0.79 (20.066)30.94 (785.876)0.89 (22.606)30.74 (780.796)32.52 (826.008)1.09 (27.686)30.34 (770.636)1.26 (32.004)30.00 (762.000)
3335.66 (905.764)0.83 (21.082)34.00 (863.600)0.94 (23.876)33.78 (858.012)35.66 (905.764)1.15 (29.210)33.36 (847.344)1.33 (33.782)33.00 (838.200)
3638.76 (984.504)0.87 (22.098)37.02 (940.308)0.98 (24.892)36.80 (934.720)38.76 (984.504)1.20 (30.480)36.36 (923.544)1.38 (35.052)36.00 (914.400)
4042.92 (1,090.168)0.92 (23.368)41.08 (1,043.432)1.03 (26.162)40.86 (1,037.844)42.92 (1,090.168)1.26 (32.004)40.40 (1,026.160)1.46 (37.084)40.00 (1,016.000)
4245.00 (1,143.000)0.95 (24.130)43.10 (1,094.740)1.06 (26.924)42.88 (1,089.152)45.00 (1,143.000)1.30 (33.020)42.40 (1,076.960)1.50 (38.100)42.00 (1,066.800)
4548.10 (1,221.740)0.99 (25.146)46.12 (1,171.448)1.09 (27.686)45.92 (1,166.368)48.10 (1,221.740)1.35 (34.290)45.40 (1,153.160)1.55 (39.370)45.00 (1,143.000)
4851.20 (1,300.480)1.03 (26.162)49.14 (1,248.156)1.13 (28.702)48.94 (1,243.076)51.20 (1,300.480)1.38 (35.052)48.44 (1,230.376)1.68 (42.672)47.84 (1,215.136)

BS 78 は、英国が互換性のない欧州規格と調和したときに最終的に廃止されましたが、指定された外寸は、派生規格であるAS / NZS 2280 を通じて、オーストラリアとニュージーランドのダクタイル鉄管の標準管外径として (メートル法ではありますが) 引き続き有効です。

参考文献

  1. ^ Rajani、Makar、McDonald、Zhan、Kuraoka、Jen、Viens、「耐用年数を推定するための方法論の開発を目的とした灰色鋳鉄製水道本管の調査」、AWWA 研究財団、2000 年。
  2. ^ ベルとスピゴットジョイント、
  3. ^ 「給水事業の原則と実践、給水事業入門」アメリカ水道協会、第3巻、1986年。
  4. ^ 「水またはその他の液体用として金属製の金型で遠心鋳造された鋳鉄管の米国規格」、アメリカ水道協会、A21.6-1962 (AWWA C106-62)、1962年。
  5. ^ 「鋳鉄管ハンドブック」、第3版、鋳鉄管研究協会、1967年。
  6. ^ 「水またはその他の液体用として砂張り鋳型で遠心鋳造した鋳鉄管の米国規格」、アメリカ水道協会、A21.8-1962 (AWWA C108-62)、1962年。
  7. ^ 「水道用鋳鉄管および継手用セメントモルタルライニングに関する米国規格」、アメリカ水道協会、A21.4-1964 (AWWA C104-64)、1964年より序文。
  • パイプに関するメモ アーカイブ 2018-01-16 at the Wayback Machine - gizmology
  • 鋳鉄排水管協会 - 1949年に設立
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