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、水、ガス、下水の輸送用の圧力管として、また 17 世紀、18 世紀、19 世紀、20 世紀には排水管として使用されていました。

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、今でも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。

最も古い鋳鉄製水道管は 17 世紀に遡り、ヴェルサイユ宮殿の庭園全体に水を配水するために設置されました。これらの水道管は全長約 35 km で、通常はフランジ ジョイント付きで長さは 1 m です。これらの水道管は非常に古いため、歴史的に非常に価値があります。2008 年にサンゴバンPAM によって大規模な改修が行われました。しかし、80% は元の状態のままです。

鋳鉄は水道管の製造に有益な材料であることが証明され、以前使用されていたオリジナルのニレのパイプラインの代替品として使用されました。これらの水道管は、スティックと呼ばれる個別に鋳造されたパイプセクションで構成され、さまざまなジョイント機構によって接合されていました。フランジジョイントは、漏れを防ぐためにガスケットを挟んでしっかりとボルトで固定された平らな機械加工面で構成されていました。このタイプのパイプジョイントは現在でも使用されており、主に水処理および製造プラント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よく使用されていましたが、後にコーティングとライニングが施され、腐食が軽減され、油圧特性が向上しました。鋳鉄管では、顕微鏡で観察すると、鋳造工程でグラファイトが薄片状になっています。鋳鉄管は直接的な発展であるダクタイル鋳鉄管に取って代わられ、1970年代から1980年代にかけて、ほとんどの既存の製造工場が新しい材料に移行しました。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、グラファイトが薄片状ではなく球状（グラファイト団塊）になります。これにより、材料は鋳造可能なままですが、最終製品は鋳鉄よりもはるかに強靭で、より低い応力レベルで弾性挙動が可能です。^[1] ダクタイル鋳鉄管は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ません。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ます。

ベルとスピゴットジョイント^[2]では、パイプスティックの一方の端が広がっており、ベルまたはソケットと呼ばれ、次のスティックの反対側の端、スピゴット端を挿入してジョイントを形成できます。これらのジョイントの隙間には、溶融鉛を保持するためにオークムまたは糸が詰められ、それが防水ジョイントに固まりました。これは労働集約的な作業であり、密閉の品質は労働者のスキルに依存していました。

機械式ジョイントは、可動フォロワー 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機械式ジョイントが使用されています。これは、簡単に作れて、取り付けに特別なスキルを必要としないためです。このタイプのジョイントでは、ジョイントの完全性を犠牲にすることなくある程度のたわみが生じることも許容されるため、取り付け中にわずかな位置合わせ調整を行うことができ、限られた沈下を受けた場合でもジョイントの完全性が維持されます。今日の機械式ジョイントの一般的なジョイントのたわみは、3 ～ 5 度の範囲です。

ボールソケットジョイントは、より「丸い」ソケットを導入し、各ジョイントで比較的大きなたわみを可能にしました。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見なされ、主に水中と山岳地帯の両方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、パイプの「蛇行」を可能にします。^[3] このジョイントタイプの利点は、ベルジョイントやスピゴットジョイントよりも速く、取り付けに特別なスキルやツール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 ジョイントにより、パイプをより素早く、比較的熟練を要さずに接合できるようになりました。このジョイントは、ゴム製のガスケットを固定する凹んだ溝が付いた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 セクションをこのジョイントに押し込むと、ゴム製のガスケットが転がらないように注意しながら取り付けることができ、取り付けると防水になります。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) 管でよく使用されています。

最初の鋳鉄管は水平鋳型で製造され、鋳型の芯は管の一部となる小さな鉄棒で支えられました。水平鋳造の結果、管の周囲に金属が不均一に分布しました。通常、スラグは管の頂部に集まり、非常に弱い部分ができていました。

1845 年、最初のパイプがピットで垂直に鋳造され、世紀の終わりまでにはすべてのパイプがこの方法で製造されました。この方法を使用すると、スラグはすべて鋳造物の上部に集まり、パイプの端を切断するだけで取り除くことができます。この方法で鋳造されたパイプは、鋳型のコアが中心からずれているために中心からずれた穴ができ、その結果、パイプの片側がもう片側よりも厚くなるという問題がよくありました。

1918 年にフランス系ブラジル人のディミトリ・センサウ・デラヴォーが発明して以来、鋳鉄管の製造の多くは、遠心鋳造というまったく異なる技術に移行しました。現代のダクタイル鉄管の製造では、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た。金属鋳型では、溶融鉄を鋳型に注入し、発生した遠心力によって鋳型表面の内側に金属を均一に分散させる。外側の鋳型は通常、制御された水浴または水スプレー システムによって損傷から保護される。パイプが取り扱い可能で形状を保てるほど冷えたら、鋳型を止めてパイプを取り出す。金属鋳型で形成されたパイプは通常、鋳造後にパイプの応力を除去するために焼きなまし処理され、その後、洗浄、検査、試験、ゲージ測定 (寸法)、内部および/または外部のコーティングが行われ、使用のために保管される。金属鋳型で遠心鋳造された水道用鋳鉄管の規格は、アメリカ水道協会によって確立され、発行された。^[4]

砂型で鋳造する場合、2 種類の製造プロセスが使用されました。最初の方法では、通常、金属パターンを金属フラスコ内に配置し、鋳型砂をフラスコとパターンの間の環状空間に押し込みます。次に、パターンを取り外して、溶融したねずみ鋳鉄を使用してパイプを鋳造します。2 番目の方法では、金属パターンは使用せず、加熱したフラスコに測定された量の熱硬化性樹脂と砂を敷き詰めて、遠心力で鋳型を形成します。いずれの場合も、パイプが固まってフラスコが取り外された後、鋳造機を停止します。この手順で形成された鋳鉄パイプは、通常、制御された時間と温度条件下でオーブンで冷却されます。金属型と同様に、パイプは通常、パイプ内の応力を除去するために焼きなまし処理され、その後、洗浄、検査、テスト、ゲージング (寸法用)、内部および/または外部のコーティングが行われ、使用のために保管されます。^[5] 砂型で遠心鋳造された水道用鋳鉄管の規格は、アメリカ水道協会によって制定され、発行されました。^[6]

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部分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、管の内部に結節を形成します。この結節形成プロセスにより、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、表面に細菌が増殖する可能性があります。より多くの鉄が溶解して移動すると、時間の経過とともに管の構造が失われ、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、管の内側の「天井」で最も顕著になります。

1922年から、内部の腐食を最小限に抑えるためのバリアとして機能する内部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）の部門委員会は、セメントモルタルライニングの暫定規格を発行し、1932年に公開されました。1939年には、米国規格A21.4が発行され、水道管の内側に使用するタイプIセメントコーティングを定義しました。1953年に規格が更新されたとき、タイプIIの方がより厳密に管理されている製品であると考えられたため、タイプIセメントはタイプIIに置き換えられました。規格は1964年にさらに改訂され、タイプIまたはタイプIIセメントのいずれかを使用することと、2つの異なるモルタルの厚さを利用できるようにしました。^[7]

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 が発行されたときに行われました。この規格では、パイプの内径 (インチ単位) にほぼ対応する無次元の公称サイズと、それぞれ壁の厚さと外径が指定されている 4 つの圧力クラス (クラス A、クラス B、クラス C、クラス D) が指定されました。クラス間で外径は同じですが、サイズ 12 から 27 ではクラス A と B が 1 つの直径を共有し、クラス C と D は別の大きな直径を持ちます。

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。

• パイプに関するメモ 2018-01-16 にWayback Machineでアーカイブ- gizmology
• 鋳鉄排水管協会 - 1949年に設立
• 水道管サプライヤー - waterpipage