專利名稱：：熱分解反應(yīng)用金屬管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種最適合用作石油精煉、石油化學(xué)設(shè)備等中的分解爐管、重整爐管、加熱爐管或熱交換器管，且在管內(nèi)周面上設(shè)有肋的熱分解反應(yīng)用金屬管。更具體涉及一種例如最適于用作在乙烯設(shè)備等中通過從管外面進(jìn)行加熱而使管內(nèi)部的烴類(碳?xì)寤衔镱?發(fā)生熱分解反應(yīng)來制造烯烴(CnH2n)的管的熱分解反應(yīng)用金屬管。
背景技術(shù)：
：乙烯(C2H4)等烯烴(CnH2n)是通過使烴類(粗汽油、天然氣和乙烷等)熱分解來制成的。具體來說，將烴類與水蒸氣一起供給到管內(nèi)部，該管配置于反應(yīng)爐內(nèi)，由25Cr-25Ni系、25Cr-38Ni系所代表的高Cr-高Ni合金構(gòu)成、或者由SUS304等所代表的不銹鋼構(gòu)成，從管外面進(jìn)行加熱，使烴類在管內(nèi)發(fā)生熱分解反應(yīng)來獲得烯烴系的烴類(乙烯、丙埽等)。在上述熱分解反應(yīng)中，為了不使未經(jīng)反應(yīng)的烴類直接排出反應(yīng)爐外，需要使從管外面施加的熱量高效地傳導(dǎo)到管內(nèi)。即，需要管具有優(yōu)異的"熱交換特性"。該熱交換特性可根據(jù)管出口處的流體的平均溫度來進(jìn)行評價。在管的熱交換特性較為優(yōu)異的情況下，該平均溫度變高。將向鋼管內(nèi)部供給的烴類與水蒸氣的混合氣體以低壓從管入口進(jìn)行高速的供給。與未反應(yīng)的混合氣體發(fā)生反應(yīng)而生成的氣體沿著設(shè)置于管內(nèi)表面上的肋(rib)進(jìn)行長距離的移動。因此，會受肋的形狀的影響，氣體流動被肋阻礙，使管中心部的流體與肋谷底部的流體分離，管中心部與肋谷底部之間的物質(zhì)移動(反應(yīng))不充分。這樣一來，反應(yīng)生成物滯留在肋的凹谷部而過度進(jìn)行烴類的熱分解反應(yīng)，另一方面，使管中心部的流體的熱分解反應(yīng)不充分，產(chǎn)生收獲率下降的問題。為了解決該問題，需要管具有優(yōu)異的"熱分解反應(yīng)特性"。該熱分解反應(yīng)特性與管內(nèi)的物質(zhì)移動存在相關(guān)性，因此可根據(jù)管出口處的溫度偏差來進(jìn)行評價。在專利文獻(xiàn)l(日本特開昭58-173022號公報(bào))中公開了一種內(nèi)表面帶有螺旋狀肋的管的制造方法，該管的制造方法在熱擠壓制造出具有直肋(straightrib)的金屬管后，再實(shí)施扭轉(zhuǎn)加工。另外，在專利文獻(xiàn)2(日本特開平l-127896號公報(bào))公開了一種熱交換用管材，該熱交換用管材的截面形狀具有波狀的內(nèi)周面，形成其凸部的凸曲面的曲率半徑Rf與形成凹谷部的凹曲面的曲率半徑Rs滿足Rs>Rf的關(guān)系。并且，在專利文獻(xiàn)3(日本特開平8-82494號公報(bào))中公開了一種熱交換用管，該熱交換用管在從管的進(jìn)口側(cè)端到出口側(cè)端的管軸方向的l個或多個區(qū)域甚至整個區(qū)域中的管壁內(nèi)表面上，以適當(dāng)?shù)拈g距設(shè)置了具有與管軸交叉的朝向的翅片。并且，在專利文獻(xiàn)4(日本特表2005-533917號公報(bào))中公開了一種管，該管用于在存在蒸氣的條件下使?fàn)€進(jìn)行熱分解的工藝上，并具有螺旋狀的內(nèi)表面翅片。但是，在上述各專利文獻(xiàn)所公開的內(nèi)表面設(shè)有肋或翅片的管中，對于同時兼顧上述"熱交換特性"和"熱分解反應(yīng)特性"并一起提高是不充分的。因此，要求這些特性進(jìn)一步改善的內(nèi)表面帶有肋的熱交換用管。另一方面，近年來隨著合成樹脂需求的增大，從提高乙烯收獲率的方面出發(fā)，用于乙烯設(shè)備用分解爐等上的熱分解反應(yīng)用金屬管的使用條件趨向高溫化的傾向越來越強(qiáng)。在這樣的高4溫下使用的熱分解反應(yīng)用金屬管中，隨著熱分解反應(yīng)不可避地生成碳，該碳附著并堆積于管內(nèi)表面上。這是被稱為"結(jié)焦(coking)"的現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)生結(jié)焦現(xiàn)象時，附著并堆積于內(nèi)表面上的碳會妨礙自管外面施加的熱量向混合氣體的傳遞，而<吏熱分解反應(yīng)效率下降。另外，所附著、堆積的碳會向鋼管內(nèi)部擴(kuò)散，引發(fā)所謂的滲碳現(xiàn)象而導(dǎo)致鋼管脆化，從滲碳部分開始造成管的損傷。并且，當(dāng)所附著、堆積的碳發(fā)生剝離再次堆積于鋼管內(nèi)時，不僅會阻止氣體流動而妨礙熱分解反應(yīng)，而且會導(dǎo)致上述損傷，若堆積過多時會發(fā)生爆炸等重大事故。因此，在實(shí)際的作業(yè)當(dāng)中需要定期地進(jìn)行送入空氣、水蒸氣來氧化除去所析出的碳的所謂除焦作業(yè)(decoking)，但在除焦期間停止作業(yè)、增加作業(yè)工時等成為大問題。熱分解反應(yīng)用金屬管的內(nèi)表面被曝露在含有烴類氣體、CO氣體的滲碳性氣氛中。因此，作為管的材料，要求在滲碳性氣氛中具有耐滲碳性和耐結(jié)焦性的耐熱材料。在專利文獻(xiàn)5(日本特開2005-48284號公才艮)中公開了一種不銹鋼管，該不銹鋼管在以質(zhì)量％計(jì)，由含有Cr:20~35%的原材料構(gòu)成的鋼管的表層部上具有含有Cr濃度在10%以上且厚度在20iim以內(nèi)的貧Cr層，且具有耐滲碳性和耐結(jié)焦性。并且，雖然該專利文獻(xiàn)中記述了也可以在與該發(fā)明的管的內(nèi)表面設(shè)置有突起、鰭片等，但對其具體的形狀未有任何的記載。專利文獻(xiàn)l專利文獻(xiàn)2專利文獻(xiàn)3專利文獻(xiàn)4專利文獻(xiàn)5曰本凈爭開日召58—173022號7>々艮曰本凈爭開平l—127896號7>才艮曰本特開平8—82494號7>才艮曰本特表2005—533917號/>才艮曰本斗爭開2005—48284號乂/^才艮
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是鑒于上述實(shí)際情況而做成的，目的在于提供一種具有如下(1)和(2)的特性的熱分解反應(yīng)用金屬管。(1)管軸心部分的未反應(yīng)氣體與作為反應(yīng)部位的管內(nèi)表面進(jìn)行接觸的頻率較大，具有較高的熱分解反應(yīng)特性。(2)熱分解反應(yīng)特性和熱交換特性均優(yōu)異，并且耐滲碳性也優(yōu)異，具有適用于使烴熱分解的工藝的特性。為了解決上述課題，本發(fā)明人對熱分解反應(yīng)用金屬管進(jìn)行了各種研究，獲得了如下的(A)至(E)項(xiàng)的見解，該熱分解反應(yīng)用金屬管可使管軸心部分的未反應(yīng)氣體與作為反應(yīng)部位的管內(nèi)表面接觸的頻率變大來促進(jìn)熱分解反應(yīng)，并且熱交換特性優(yōu)異，同時耐滲碳性也優(yōu)異。(A)為了不使未反應(yīng)的烴類直接排出反應(yīng)爐外，需要將自管外面施加的熱量高效地傳導(dǎo)到管內(nèi)。即，需要管的熱交換特性優(yōu)異。為此，需要使流通于管內(nèi)的氣體與管內(nèi)表面之間的接觸面積、即管的內(nèi)表面積變大。(B)管的內(nèi)表面積隨著形成于管內(nèi)表面的肋的數(shù)目的增多而變大。并且，肋的高度越高，則內(nèi)表面積越大，而且與管橫截面方向上形成平緩的波狀凹凸的形狀相比，以銳角直立的形狀的肋的內(nèi)表面積更大。肋為尖銳的形狀可提高從管外面進(jìn)行加熱時的熱交換特性。若肋為尖銳的形狀，則會增大管的壁厚較薄的部分的面積、即肋的谷底部的面積，從而增大熱交換特性。但是，若肋過高，則使自肋的頂點(diǎn)到管的外面的距離變大。即，在肋的頂點(diǎn)進(jìn)行測定時管的壁厚會變厚，而使來自管外部的熱傳導(dǎo)不充分，從而使肋的凸部的溫度下降，降低熱交換特性。(C)被供給到管內(nèi)部的烴類與水蒸氣的混合氣體以低壓從管入口進(jìn)行高速的供給，并使由該混合氣體反應(yīng)生成的氣體沿著設(shè)置于管內(nèi)表面上的肋進(jìn)行長距離的移動。此時，會受肋形狀、肋數(shù)目的影響，氣體流動被肋阻礙，使管中心部的流體與肋谷底部的流體的速度偏差變大，且使管中心部的流體與肋谷底部的流動分離，管中心部與肋谷底部的物質(zhì)移動(反應(yīng))不充分。這樣一來會發(fā)生如下的問題反應(yīng)生成物滯留于肋凹谷部而使烴類的熱分解反應(yīng)過度進(jìn)行，管中心部的未反應(yīng)物質(zhì)的反應(yīng)不充分地進(jìn)行，從而降低收獲率。因此，需要減少氣體在管內(nèi)的滯留，并且使橫截面內(nèi)的氣體流動均勻化。即，需要提高管的熱分解反應(yīng)特性。(D)若肋越高，且螺旋狀肋相對于管軸方向的傾斜越大，越提高管的熱分解反應(yīng)特性。但是，若肋過高，且螺旋的傾斜過大，則肋會阻害流體在谷底部的流動，使管中心部的流體與肋谷底部的流體分離而增大流體的速度偏差，乂人而降低熱分解反應(yīng)特性。進(jìn)而，肋數(shù)目越多，則肋會阻礙流體在谷底部的流動并使與中心部之間的流體的往來停滯，使管中心部的流體與肋谷底部的流體分離，從而降低熱分解反應(yīng)特性。(E)根據(jù)上述理由，為了兼顧熱交換特性和熱分解反應(yīng)特性，需要對形成于管內(nèi)表面上的肋的數(shù)目、高度、相對于管軸方向的傾斜角等進(jìn)行最佳的選定。本發(fā)明是以上述見解為基礎(chǔ)而做成的，以下述(l)~(4)項(xiàng)的熱分解反應(yīng)用金屬管作為要旨。(1)一種熱分解反應(yīng)用金屬管，其在管內(nèi)周面上形成有3條或4條肋；該肋相對于管軸向以2035。的角度傾斜，并呈螺旋狀延伸，其特征在于，在上述肋的橫截面中，當(dāng)肋高度為h,谷底的肋寬度為w,管的谷底內(nèi)徑為Di時，則h/Di為O.l~0.2，且h/w為0.251.0。另外，"肋的橫截面"是指與管軸線垂直的7截面。(2)根據(jù)上述(1)項(xiàng)所述的熱分解反應(yīng)用金屬管，上述肋的橫截面形狀為等腰三角形狀。(3)根據(jù)上述(1)或(2)項(xiàng)所述的熱分解反應(yīng)用金屬管，通過熱擠壓將肋與管主體一體形成。(4)根據(jù)上述(1)至(3)中任一項(xiàng)所述的熱分解反應(yīng)用金屬管，該金屬管用于使烴熱分解的工藝。本發(fā)明的金屬管的肋的橫截面可為三角形狀、梯形形狀等各種形狀。在三角形狀中優(yōu)選等腰三角形狀。在梯形形狀當(dāng)中優(yōu)選等腰梯形形狀。在設(shè)為梯形形狀的情況下，以相互平行的2條邊中的長邊作為谷底側(cè)。圖l是用于說明本發(fā)明的金屬管的肋的形狀的、與管軸線垂直的截面的局部的圖。如圖所示，在管的內(nèi)表面設(shè)置有肋l。在此進(jìn)行例示的肋的形狀為等腰三角形狀。圖示的h表示肋的高度，w表示谷底處的肋寬度。肋的谷底內(nèi)徑Di表示到相當(dāng)于肋的谷底位置的管內(nèi)徑，而肋的凸部的內(nèi)徑Dm表示到相當(dāng)于肋的凸部位置的管的內(nèi)徑。另外，如下所述，所謂等腰三角形狀是指實(shí)際上處于等腰三角形的狀態(tài)。如上所述，可將設(shè)置于本發(fā)明的管的內(nèi)部的肋的截面形狀設(shè)定為三角形狀、梯形形狀等各種形狀。在此，在三角形狀、梯形形狀當(dāng)中，不僅指嚴(yán)格意義上的三角形、梯形，而且包括實(shí)際上可視為三角形、梯形的形狀。例如，如圖l所示，肋的凸部的頂點(diǎn)也可帶有圓弧。這在梯形形狀中也同樣。相互平行的2條邊與斜邊形成的接合部也可處于帶有圓形的所謂倒角那樣的狀態(tài)。另外，從頂點(diǎn)到肋的谷底面的斜邊可以不必是直線。特別是斜邊與肋的谷底面之間可通過平緩的曲線連接起來。如上所述，在三角形狀當(dāng)中也優(yōu)選等腰三角形形狀，且在8梯形當(dāng)中也優(yōu)選等腰梯形。只要是這樣左右對稱的形狀，則容易通過熱加工、冷加工來制造其內(nèi)表面上設(shè)置有作為連續(xù)狀突起的肋的管。本發(fā)明的金屬管是一種熱交換特性和熱分解反應(yīng)特性很高的熱分解反應(yīng)用金屬管。若使用該管，能夠以較少的能量來提高烴等的烯烴收獲率。另外，該管也具有優(yōu)異的耐結(jié)焦性和耐滲碳性，因此，也可提高制造裝置自身的運(yùn)行率。圖l是用于說明本發(fā)明的金屬管的肋形狀的與管軸線垂直的截面的局部的圖。圖2是表示肋的數(shù)目和傾斜角不同的金屬管的管出口的流體的平均溫度和平均溫度差的圖。圖3是表示肋的高度和傾斜角度對管出口的流體的平均溫度和平均溫度差造成的影響的圖。圖4是表示肋的高度h與谷底處的肋寬度w的比值(h/w)和肋的傾斜角度對管出口的流體的平均溫度和平均溫度差造成的影響的圖。圖5是與所制作的管的管軸線垂直的截面的照片的復(fù)印圖。具體實(shí)施例方式1.關(guān)于肋的形狀為確定上述最佳的肋形狀而進(jìn)行了下述的模擬試驗(yàn)。1-1.模擬試驗(yàn)l如表l所示，制作了對管內(nèi)表面的肋的數(shù)目、高度、形狀以及傾斜角度作各種改變的熱分解反應(yīng)用金屬管，并按表2所示的條件進(jìn)行模擬試驗(yàn)。表l管長度■Omm管外徑Do61mm肋的谷底內(nèi)徑Di48mm肋的凸部內(nèi)徑Dm37mm肋數(shù)目1,2,3,4,5,8肋的傾斜角度(度)15。，20。，25。，3(T,35Q肋形狀高度h:5.5mm谷底處的寬度w:13.7mm表2表2供給流體空氣流速50m/sec供給到管內(nèi)部的流體溫度293K管的外面溫度1123K其他以距流體進(jìn)入側(cè)lm為助流區(qū)間，對剩余的3m部分進(jìn)行加熱在模擬試驗(yàn)中，不考慮熱分解反應(yīng)而在表2所示的條件下，利用市場上銷售的熱流動分析程序，將與鋼管內(nèi)部的流體有關(guān)的質(zhì)量保存式、運(yùn)動量保存式以及能量保存式聯(lián)立起來，根據(jù)三維熱流動分析模型對鋼管內(nèi)部的流動和傳熱狀態(tài)進(jìn)行評價，計(jì)算出管內(nèi)的有效粘性系數(shù)、換言之計(jì)算出有效熱傳導(dǎo)度和有效擴(kuò)散系數(shù)。另外，此時考慮到湍流的影響，因而利用了湍流模型。其結(jié)果如圖2所示。在圖2中，橫軸表示鋼管出口的流體的平均溫度。該平均10溫度高意味著自鋼管外面施加的熱量進(jìn)行了高效的傳熱，也意味著具有優(yōu)異的熱交換特性。圖2的縱軸表示鋼管出口處的流體的平均溫度差。該平均溫度差小則意味著溫度分布均勻。換言之，平均溫度差值大則意味著處于鋼管的中心部較冷而只有內(nèi)表面附近部位處于局部地被加熱的狀態(tài)，同時意味著熱分解反應(yīng)特性較差。圖2中的縱軸的值(平均溫度差)是表示在管出口處的平均溫度為Tmean(K)、同一截面上的任意位置的溫度為T!。W(K)時，根據(jù)下式求出的值A(chǔ)T。其中，S表示管內(nèi)的流體所流通的空間的截面積。式l」r-^抓cw-r—/必從圖2中可獲得如下的結(jié)論。1)管的內(nèi)表面積越大，則管的出口處的流體的平均溫度(圖2的橫軸)所表示的熱交換特性越大。并且，管的內(nèi)表面積隨著肋數(shù)目的增多而變大。2)管出口處的流體的平均溫度差值(根據(jù)上述(1)式算出的AT)隨肋傾斜角度的增大而變小。即，熱分解反應(yīng)特性隨著肋傾斜角度的增大而變大。若是相同的傾斜角度，則肋數(shù)目為3條時熱分解反應(yīng)特性最大。即，若按熱分解反應(yīng)特性從大到小的順序排列，肋數(shù)目為3條、4條、2條、5條、l條、8條。1-2.才莫擬試,驗(yàn)2如表3所示，肋數(shù)目為3條，改變肋的傾斜角度和高度，以與表2相同的條件進(jìn)行模擬試驗(yàn)，對肋形狀產(chǎn)生的影響進(jìn)行研究。其結(jié)果圖3所示。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>從圖3中可知，肋的高度越高，則橫軸表示的平均溫度越高。即，提高了熱交換特性。另外，使縱軸的平均溫度差變小，也提高了熱分解反應(yīng)特性。但是，肋高度為4.0mm時，熱分解反應(yīng)特性差。另一方面，即使將肋高度提高到10.0mm，其熱分解反應(yīng)特性與肋高度為8.0mm或9.0mm的情況相比也看不到有明顯的差異。另外，肋的傾斜角度在25。35°的范圍內(nèi)，其效果也沒有大的差異。如上所述肋的高度(h)越高，則越提高了熱交換特性和熱分解反應(yīng)特性。但是，若肋過高，則肋會限制氣體的流動，使谷底部分的流體發(fā)生滯留，從而降低熱分解反應(yīng)特性。另夕卜，會降低肋凸部的溫度，而使熱交換特性下降。并且，容易發(fā)生結(jié)焦現(xiàn)象。并且，難以通過熱擠壓、冷軋來形成較高的肋。另一方面，若肋過低，則會減小管的內(nèi)表面積而降低熱交換特性，也會使熱分解反應(yīng)特性下降。1-3.模擬試驗(yàn)3如表4所示，在肋數(shù)目為3條，且肋高度為5.5mm固定值，傾斜角度分別為25。、30。以及35。的各種情況下，改變谷底處的肋寬度w,按與表2相同的條件進(jìn)行了模擬試驗(yàn)。將其結(jié)果顯示于圖4中。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>從圖4中可知，h/w越小，即將凸部形狀設(shè)為平緩的波狀，則越會降低熱分解反應(yīng)特性。即，使圖2~4的縱軸的平均溫度差變大。另一方面，h/W越大越能提高熱分解反應(yīng)特性。另夕卜，若h/w較小時，則與h/w較大的尖銳形狀相比其內(nèi)表面積變小，因而使圖2~4中的橫軸的平均溫度變低。即，存在使熱交換特性下降的傾向。在管的制造面中，若h/w過大時，換言之，當(dāng)肋為過于薄且尖銳的形狀時，則難以通過熱擠壓、冷軋形成較高的肋。1-4.根據(jù)模擬試驗(yàn)確定最適合的肋形狀(1)肋數(shù)目根據(jù)模擬試驗(yàn)1的結(jié)果將肋數(shù)目設(shè)為3條或4條。更優(yōu)選的肋數(shù)目為3條。(2)肋的傾斜角度根據(jù)模擬試驗(yàn)l的結(jié)果，將肋的傾斜角度設(shè)為20。35°。更優(yōu)選的傾斜角度為25°~30。。(3)肋的形狀(肋高度h、谷底處的肋寬度w與肋的谷底內(nèi)徑Di之間的關(guān)系)管的橫截面上的肋高度為h,谷底處的肋寬度為w,肋的谷底內(nèi)徑為Di時，則h/Di為O.l~0.2,肋高度h與谷底處的肋寬度w的比值(h/w)為0.25-1.0。以h/Di值規(guī)定了肋高度h。即，雖然熱分解反應(yīng)用金屬管使用了各種尺寸的管，但是在考慮到流體在管內(nèi)的熱交換特性、熱分解反應(yīng)特性的情況下，只要考慮其形狀為相似的形狀即可。因此，以h/Di來規(guī)定肋高度h即可。在模擬試驗(yàn)2的結(jié)果中，如圖3所示，在肋高度h為5.0mm以上的情況下熱交換特性和熱分解反應(yīng)特性均可獲得改善，肋高度越高則越能夠提高上述兩特性。但是，當(dāng)肋高度在8.0~10.0mm的范圍內(nèi)，高度越高也越能提高熱交換特性，但看不出熱分解反應(yīng)特性有明顯的差異。14另一方面，肋高度越低則越容易實(shí)施肋成形加工，而容易進(jìn)行管的制造，因而優(yōu)選。根據(jù)上述理由，優(yōu)選的肋高度h為5.010.0mm,且模擬試驗(yàn)2中使用的管的谷底內(nèi)徑Di為48mm,因此，h/Di的合適范圍在O.l~0.2之間。另外，因?yàn)槔吒叨仍礁撸瑒t越難以實(shí)施冷熱條件下的肋成形加工，所以優(yōu)選將模擬試驗(yàn)中的熱分解反應(yīng)特性無差異的8mm左右的肋高度設(shè)為上限，故h/Di更優(yōu)選的上限為0.17。接著，對肋高度h與谷底處的肋寬度w之間的關(guān)系進(jìn)行說明。若考慮從外部進(jìn)行加熱時的管的熱交換特性和熱分解反應(yīng)特性(谷底的流體與中心部之間的流體的往來)，以及形成肋的加工性時，不僅僅以肋高度h來對肋形狀進(jìn)行規(guī)定，還需要對肋高度h與肋的谷底處的肋寬度w的比值(h/w)進(jìn)行規(guī)定。根據(jù)模擬試驗(yàn)3的結(jié)果可知，h/w越小則平均溫度差越大，越降低熱分解反應(yīng)特性。因此，將h/w的下限值設(shè)定為0.25。另一方面，h/w越大越能提高熱分解反應(yīng)特性，因而優(yōu)選使h/w越大。因此，h/w優(yōu)選的下限值為0.35,更優(yōu)選的下限值為0.4。另一方面，在模擬試驗(yàn)3中，僅僅以h/w的最大值達(dá)到0.46來進(jìn)行試驗(yàn)，但存在h/w越大，則越能同時提高熱分解反應(yīng)特性(平均溫度差)和熱交換特性(平均溫度)的傾向。另外，在將肋高度h改變的模擬試驗(yàn)2中，未對h/w進(jìn)行線性的改變，根據(jù)表3的肋高度h和谷底的寬度w的值可知，將h/w值從0.28變更到0.84，如圖4所示h/w越大，則越能同時提高熱分解反應(yīng)特性(平均溫度差)和熱交換特性(平均溫度)，因而將其上限值設(shè)定為l.O。其優(yōu)選的上限值為0.7，更優(yōu)選的上限值為0.55。2.本發(fā)明的金屬管的制造方法通過溶解、鑄造、熱加工、冷加工以及焊接等手段而成形為無縫管、焊接管等所需的管形狀，從而制造出本發(fā)明的熱分解反應(yīng)用金屬管。另外，也可通過粉末冶金、離心鑄造等工藝手段來成形為所需的管形狀。作為在管的內(nèi)表面上形成螺旋狀的肋的方法，例示下述的(a)~(c)項(xiàng)的方法。(a)使用具有如下結(jié)構(gòu)的熱擠壓制管壓力機(jī)或冷軋機(jī)，來制造在管長度方向上肋高度一致的內(nèi)表面帶有直肋的管；上述熱擠壓制管壓力機(jī)具有芯棒(mandrel),該芯棒在外周面上沿著與軸心線平行的方向形成與管的凹谷部相對應(yīng)的凸部和與管的肋相對應(yīng)的凹谷部；上述冷軋機(jī)具有芯棒，該芯棒在外周面上以與軸心線平行的狀態(tài)形成與上述同樣的凸部和凹谷部。接著，對該內(nèi)表面帶有直肋的管進(jìn)行扭轉(zhuǎn)加工，從而形成內(nèi)表面帶有螺旋狀肋的管。(b)使用冷拔制管機(jī)來制造在管長度方向上肋高度一致的內(nèi)表面帶有螺旋狀肋的管；上述冷拔制管機(jī)具有芯棒，該芯棒在外周面上呈螺旋狀形成與管的凹谷部相對應(yīng)的凸部和與管內(nèi)的肋相對應(yīng)的凹谷部。(c)通過堆焊在管的內(nèi)表面形成螺旋狀的肋，從而制成內(nèi)表面帶有螺旋狀的肋的管。在上述方法當(dāng)中，在通過熱擠壓使肋與管進(jìn)行一體成形，其后通過扭轉(zhuǎn)加工來形成螺旋狀的肋的制造方法中，與利用粉末冶金、離心鑄造來制造管的情況、或利用堆焊在管內(nèi)表面形成肋的情況相比，該方法也可制造出細(xì)長材，在即使需要10m以上長的管的情況下也無需通過將多條管焊接起來而制成細(xì)長材。并且，采用該方法制造出的管是使肋與母管的材質(zhì)相同的，16因而與使用不同材質(zhì)通過堆焊形成肋的管相比，其高溫強(qiáng)度、耐腐蝕性更為優(yōu)異，適用于要求烴等的熱分解反應(yīng)爐等具有高溫強(qiáng)度、耐腐蝕性，耐滲碳性的用途上。在通過熱擠壓形成肋的方法中，若肋的高度過高，則有時肋無法充分沿著芯棒形狀而擠壓出，無法確保局部的規(guī)定肋高度。因此，在采用熱擠壓法進(jìn)行制造的過程中，限制了可成形的肋的形狀，使肋過高就不佳。3.本發(fā)明的金屬管的材質(zhì)在強(qiáng)烈要求具備優(yōu)異的耐滲碳性、耐結(jié)焦性的情況下，優(yōu)選制成具有耐滲碳性、耐結(jié)焦性優(yōu)異且高溫強(qiáng)度、熱加工性也優(yōu)異的下述化學(xué)成分的管。另外，與含有成分量相關(guān)的"％"是指"質(zhì)量％"。(1)具有如下化學(xué)成分的金屬管，即，C:0.01~0.6%、Si:0.01~5%、Mn:0.1~10%、P:0,08%以下、S:0.05%以下、Cr:15—55%、Ni:20~70%、N:0.001~0.25%、剩余部分由Fe和雜質(zhì)構(gòu)成。(2)除了上述成分以外，還含有從如下(i)至(vi)項(xiàng)的至少一個組中選取的至少l種成分的金屬管。(i)Cu:0.01~5%、Co:0.01~5%中的l種或2種；(ii)Mo:0.01~3%、W:0.01—6%、Ta:0.01~6%中的1種或2種以上；(iii)Ti:0.01~1%、Nb:0.01~2%中的l種或2種成分；(iv)B:0.001—0.1%、Zr:0.001~0.1%、Hf:0.001~0.5%中的l種或2種以上；(v)Mg:0.0005~0.1%、Ca:0.0005~0.1%、Al:0.001~5%當(dāng)中的l種或2種以上成分；(vi)稀土類元素(REM):0.0005~0.15%中的l種或2種以上。以下，對上述各成分的作用效果和含有量的限定理由進(jìn)行敘述。C:0.01~0.6%C的含有量為0.01。/o以上對確保高溫強(qiáng)度較為有效。另一方面，若C的含有量超過0.60/。，則會使韌性極度惡化，因而將其上限值設(shè)定為0.6%。其更優(yōu)選的范圍為0.02%~0.45%，進(jìn)一步優(yōu)選的范圍為0.02%~0.3%。Si:0.01~5%Si作為脫氧元素是必需的，并也是對耐氧化性、耐滲碳性的提高有效的元素。在O.OP/。以上的Si含有量下可發(fā)揮其作用。但是，若Si的含有量超過5。/。，則會使焊接性惡化，也會使組織變得不穩(wěn)定，因此，將其上限值設(shè)定為5%。更優(yōu)選的范圍為0.1~3%,最優(yōu)選的范圍為0.32%。Mn:0.1~10%Mn是為脫氧和改善加工性而添加的，因此，需要其含有量為0.1%以上。另外，因?yàn)镸n作為奧氏體生成元素，所以也可以使用Mn來置換一部分的Ni;但過多的含有量會使加工性惡化，故將其上限值設(shè)定為10%。其更優(yōu)選的范圍為O.l~5%,最優(yōu)選范圍為O.l~2%。P:0.08%以下，S:0.05%以下P和S會在晶界偏析出，使熱加工性惡化。因此，優(yōu)選極力降低其含有量，但過度的降低會導(dǎo)致制造成本的劇升，因而將P的含有量設(shè)為0.08Q/。以下，將S的含有量設(shè)為0.05。/。以下。更優(yōu)選的是，將P的含有量設(shè)為0.05。/。以下，將S的含有量設(shè)為0.03%以下，最優(yōu)選的是，將P的含有量設(shè)為0.04。/Q以下，將S的含有量設(shè)為0.015%以下。18Cr:15~55%Cr是用于確保耐氧化性的主要元素，需要含有15%以上。從耐氧化性、耐滲碳性的方面來看，Cr的含有量越多越好，但過多的添加會使管的制造性、使用中高溫下的組織穩(wěn)定性下降，因此，將其含有量的上限值設(shè)定為55%。為了防止加工性和組織穩(wěn)定性同時發(fā)生惡化，優(yōu)選將其上限值設(shè)為35%。更優(yōu)選的范圍為20~33%。Ni:20~70%Ni是為荻得穩(wěn)定奧氏體組織而必需的元素，根據(jù)Cr的含有量而需要20~70。/。的Ni含有量。但是，超出需要的含有量會導(dǎo)致成本增加和管制造上的困難，因此，其更優(yōu)選的范圍為2060%,最優(yōu)選的范圍為23~50%。N:0.001~0.25%N是對改善高溫強(qiáng)度有效的元素。為了獲得該效果，需要含有0.001%以上。另一方面，過多的添加會大大阻礙加工性，因而將含有量的上限值設(shè)為0.25%。其更優(yōu)選的N含有量為0.001%~0.2%。除此之外，也可根據(jù)要求含有l(wèi)種以上的如下所示的元素。Cu:0.01~5%、Co:0.01~5%中的l種或2種元素Cu和Co除了可使奧氏體相穩(wěn)定以外，還對高溫強(qiáng)度的提高有效，也可分別含有0.01%以上。另一方面，若各含有量分別超過5%,則會使熱加工性明顯下降。因此，將其含有量分別設(shè)為0.01~5%。更優(yōu)選的范圍分別為0.01~3%。Mo:0.01~3%、W:0.01~6%、Ta:0.01~6%中的1種或2種以上元素Mo、W以及Ta均是對高溫強(qiáng)度的提高有效的固溶強(qiáng)化元素，為了發(fā)揮其效果，需要將各含有量分別設(shè)為至少0.01%以上。但是，過多的含有會使加工性惡化且阻礙組織穩(wěn)定性，因此，需要將Mo設(shè)為3Q/。以下，且將W和Ta分別設(shè)為6。/。以下。Mo、W以及Ta都更優(yōu)選為O.Ol~2.5%,進(jìn)一步優(yōu)選為0.012%。Ti:0.01~1%、Nb:0.01~2%中的l種或2種元素Ti和Nb即使添加極微量也會對改善高溫強(qiáng)度和延伸性、韌性具有很好的效果，但若它們的含有量分別小于0.01%則無法獲得該效果，若Ti的含有量超過1。/。，Nb超過2。/。，則會使加工性、焊接性下降。B:0.001~0.1%、Zr:0.001~0.1%、Hf:0.001~0.5%中的1種或2種以上元素B、Zr以及Hf均是可使晶界強(qiáng)化，且對熱加工性以及高溫強(qiáng)度特性的改善有效的元素，但若其中任一種元素的含有量小于0.001%,則無法獲得該效果。另一方面，若含有量過多則會使焊接性惡化，因此，將B、Zr以及Hf的含有量分別為0.0010.1%、0.001~0.1%以及0.001~0.5%。Mg:0.0005~0.1%、Ca:0.0005~0.1%、Al:0.001~5%當(dāng)中的1種或2種以上元素Mg、Ca以及Al均是對熱加工性的改善有效的元素，在將Mg和Ca的含有量為0.0005%以上，Al的含有量為0.001%以上的情況下可獲得該效果。另外，當(dāng)A1暴露于滲碳性氣體環(huán)境中的情況下，Cr與Al生成主體的氧化皮，因而可使金屬管的耐滲碳性獲得明顯的提高。因此，在含有1.5。/。以上的A1的情況下較為有效。另一方面，過多地添加Mg和Ca會使焊接性惡化，因而Mg和Ca含有量的上限值分別為0.1。/。。另外，若A1的含有量超過5%,則在合金中會析出金屬間化合物，從而使韌性、蠕變延性明顯下降。Mg和Ca更優(yōu)選的含有量的范圍為0.0008~0.05%，在為改善耐滲碳性而含有Al的情況下，Al更優(yōu)選的含有量的范圍為2~4%。稀土類元素(REM):0.0005-0.15%的1種或2種以上元素稀土類元素是對耐氧化性的提高有效的元素，但若其中任一種元素的含有量都小于0.0005%,則無法獲得該效果，而過多的添加會降低加工性，因而其含有量的上限值為0.15%。所謂稀土類元素是指在15種鑭系元素中再加上Y(釔)和Sc(鈧)而構(gòu)成的17種元素，優(yōu)選使用其中特別是Y、La、Ce以及Nd中的l種以上元素。4.內(nèi)表面帶有肋的管的制造例使用具有表5所示的成分的空心鋼坯，使用設(shè)有與肋形狀相對應(yīng)的凹凸部的芯;唪，通過熱纟齊壓來制造管內(nèi)表面設(shè)有3條或4條肋的帶有直肋的管。在對該管實(shí)施1150。C的軟化熱處理后，進(jìn)行相對于管軸方向的傾斜角為27。的扭轉(zhuǎn)加工，接著進(jìn)行3分鐘的1230。C的加熱，之后實(shí)施水冷處理，經(jīng)過如上的產(chǎn)品熱處理可獲得表6所述的尺寸的帶有螺旋狀肋的管。將該管的橫截面照片的復(fù)印圖作為圖5來顯示。如圖所示，還不能完全確認(rèn)肋的凸部的虧缺、凹谷部的裂紋。表5(試驗(yàn)用鋼的成分。質(zhì)量％剩余部分Fe和雜質(zhì))cSiMnPSCrNiMoTiBAlN0.111.450.380.0140.000323.938.31.050.450.00210.0170.011221表6<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>工業(yè)上的可利用性本發(fā)明的熱分解反應(yīng)用金屬管具有較高的熱交換特性和熱分解反應(yīng)特性，因而不僅能夠以較少的能量來提高烴的等烯烴收獲率，而且具有優(yōu)異的耐結(jié)焦性，因此，也可提高制造裝置自身的運(yùn)轉(zhuǎn)率，并不只限于用于乙烯等烯烴的制造上，還可用作所有熱分解反應(yīng)所使用的熱分解反應(yīng)用金屬管。權(quán)利要求1.一種熱分解反應(yīng)用金屬管，其在管內(nèi)周面上形成有3條或4條肋；該肋相對于管軸向以20～35°的角度傾斜，并呈螺旋狀延伸，其特征在于，在上述肋的橫截面中，肋高度為h，谷底處的肋寬度為w，且管的谷底內(nèi)徑為Di時，h/Di為0.1～0.2，且h/w為0.25～1.0。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的熱分解反應(yīng)用金屬管，其特征在于，上述肋的橫截面形狀為等腰三角形狀。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱分解反應(yīng)用金屬管，通過熱擠壓使肋與管主體一體形成。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3當(dāng)中任一項(xiàng)所述的熱分解反應(yīng)用金屬管，該金屬管是用于使烴熱分解的工藝的管。全文摘要本發(fā)明目的在于提供一種具有優(yōu)異的熱交換特性和熱分解反應(yīng)特性，且較佳地適用于使烴熱分解的工藝的熱分解反應(yīng)用金屬管。該管是其內(nèi)周面上形成有3條或4條肋(1)的熱分解反應(yīng)用金屬管，該肋(1)相對于管軸向以20～35°的角度傾斜，呈螺旋狀延伸，其特征在于，在肋(1)的橫截面中，肋高度為肋高度h，谷底的肋寬度為w，且管的谷底內(nèi)徑為Di時，則h/Di為0.1～0.2，且h/w為0.25～1.0。文檔編號F28F1/40GK101484770SQ20078002497公開日2009年7月15日申請日期2007年7月4日優(yōu)先權(quán)日2006年7月5日發(fā)明者樋口淳一,濱荻健司申請人:住友金屬工業(yè)株式會社