JPH1121628A - 鋼管の冷却方法および冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】鋼管の長手方向と円周方向に対して冷却停止温
度を均一に制御することができ、その結果鋼管品質およ
び歩留まりを向上させることができる鋼管の制御冷却方
法および制御冷却装置を提供する。 【解決手段】水平に置かれた鋼管１の軸方向から見て鋼
管の最上部１ａを挟むように板状の冷却水５を２列以上
流下させて冷却を行い、かつ冷却の開始と冷却の停止を
鋼管円周方向の同じ位置、例えば位置１ｂで行う鋼管の
冷却方法。水平な状態で鋼管１を回転させる手段２と、
鋼管の最上部１ａを挟むように設けられている、板状の
冷却水を流下させる２列のノズル３ａおよび３ｂと、板
状の冷却水５が鋼管１に流下するのを停止させる冷却水
遮断板４と、鋼管の積算回転数計測装置１５を備える鋼
管の冷却装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼管の製造工程に
おける鋼管の冷却方法および冷却装置に関し、特に冷却
停止温度を均一に制御するのに適した鋼管の冷却方法お
よび冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼管製造工程における熱処理方法の代表
的なものとして、加熱された鋼管を室温付近まで急冷す
る焼入れ処理、加熱された鋼管を特定の温度領域まで強
制冷却し、その後自然放冷する制御冷却などがある。

【０００３】ところで、焼入れ処理の場合は、焼入れ組
織を得るために、２００℃程度以下の低い温度まででき
るだけ早く冷却すればよい。しかしながら、制御冷却の
場合は、例えば８５０℃付近から冷却を行い５００℃か
ら６００℃付近などの特定の温度領域で冷却を停止する
必要がある。そのため、焼入れ処理に比べて、冷却を停
止させやすい冷却方法が用いられる。例えば、特開昭５
９−２３８１９号公報に記載されている鋼管を回転させ
ながら管外面からスプレー冷却を行う方法や、特開昭６
２−６３６１８号公報に記載されている鋼管を回転させ
ながら管外面に板状のラミナー流を流下させる方法など
である。

【０００４】特に、特開昭６２−６３６１８号公報に記
載されている冷却方法は、内表面の温度を測定しながら
冷却することことにより、冷却停止温度や冷却速度を正
確に制御することを図っている。

【０００５】制御冷却において、鋼管品質および歩留ま
りを向上させるには、管長手方向はもとより、円周方向
にも均一な温度で冷却を終了させることが必要である。

【０００６】しかし、特開昭５９−２３８１９号公報に
示されているようなスプレー冷却方法では、長手方向に
均一冷却するには、スプレーノズルの干渉対策が必要で
あり、均一冷却を実現するために、設備が大がかりとな
るという問題があった。また、円周方向に均一冷却する
には、円周方向に均一に冷却水を噴霧することが必要で
あり、そのためには、鋼管のサイズに応じて冷却水の噴
霧距離を変更する必要があり、やはり設備が大がかりに
なるという問題があった。また、スプレー冷却方法は、
ノズル詰まりが発生しやすく、設備のメンテナンスの問
題もあった。

【０００７】また、特開昭６２−６３６１８号公報に記
載されている方法は、鋼管の上部に流下させる板状のラ
ミナー流が１列であるため、鋼管上部の水膜が不安定で
あり、この水膜による冷却部の幅が鋼管の長手方向で変
化するため、鋼管長手方向に温度のばらつきが生じやす
いという問題があった。また、円周方向の温度のばらつ
きに関しても、鋼管上部の水膜が不安定であるため、そ
の制御は困難であった。

【０００８】すなわち、特開昭６２−６３６１８号公報
に記載されている方法では、鋼管の長手方向および円周
方向のいずれに関しても、温度のばらつきが生じるおそ
れが高かった。そのうえ、小径薄肉鋼管のように曲がり
が発生しやすい鋼管を冷却する場合には、この温度のば
らつきにより鋼管に曲がりが発生し装置を破損するおそ
れがあるため、保護用押さえロール等の設置が必要であ
り、設備全体が大がかりになるとともに、曲がり発生時
のメンテナンスに手間がかかるという問題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の課題
を解決するためになされたものであり、鋼管の長手方向
と円周方向に対して冷却停止温度を均一に制御するのに
適した鋼管の冷却方法および冷却装置を提供することを
目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の鋼管の冷却方法
は、水平に置かれ、かつ回転する鋼管に対して、上方か
ら鋼管表面に管軸に平行な板状の冷却水を流下させて鋼
管を冷却する方法であって、鋼管の最上部を挟むように
２列以上の前記板状の冷却水を流下させ、かつ鋼管円周
方向の冷却開始位置で冷却を停止することを特徴として
いる。

【００１１】また、本発明の鋼管の冷却装置は、鋼管を
水平な状態で回転させる手段と、回転する鋼管の上方に
あって、その鋼管の最上部を挟むように管軸に平行な板
状の冷却水を流下させる２列以上のノズルと、板状の前
記冷却水が鋼管に流下するのを停止させる冷却水遮断板
と、鋼管の回転数を積算する回転数積算手段を備えるこ
とを特徴としている。

【００１２】なお、「板状」は、流下する冷却水が管軸
方向に連続しているカーテン状の態様、および、流下す
る冷却水が管軸方向に所定の間隔で設けられているカー
テン状の態様の双方を含んでいる。

【００１３】回転する鋼管の上部からスリット状ノズル
で冷却水を流下させると、冷却水は板状に流下し、あた
かも布で鋼管を包んだような状態になる。これはスリッ
トラミナ流（以下ラミナ流と呼ぶ）と呼ばれる。

【００１４】本発明者らは、特開平７−３１０１２６号
公報において、板状の冷却水を２列以上流下させて鋼管
を冷却する方法を提案している。この方法によれば、板
状の冷却水（ラミナ流）を２列以上にすることにより、
冷却水の流量を増加させても飛散がなく、鋼管上部の２
列以上のラミナ流で挟まれた部分に安定した水膜が生じ
るので、この部分の熱伝達率を高めることができる。そ
の結果、冷却水による冷却能力を向上させることができ
る。

【００１５】本発明者は、この方法に着目し、鋼管上部
の２列以上のラミナ流で挟まれた部分を、鋼管各部の外
面が通過する時間が同じになるように冷却する方法を制
御冷却に適用するのが有効であることを知見して、本発
明を完成させた。

【００１６】すなわち、本発明の鋼管の冷却方法は、水
平に置かれた鋼管の最上部を挟むように板状の冷却水を
２列以上流下させる。そのため、鋼管上部に熱伝達率の
高い水膜領域を長手方向に均一な幅で安定して形成でき
る。その結果、効率よく安定して冷却できるのみなら
ず、鋼管の長手方向について均一に冷却できる。さら
に、鋼管上部に熱伝達率の高い水膜領域が所定の幅で安
定して形成され、冷却の開始と停止を鋼管円周方向の同
じ位置で行うことにより、鋼管外面のいずれの位置もこ
の水膜領域を同じ時間だけ通過させるので、円周方向に
も均一な冷却ができる。

【００１７】また、本発明の鋼管の冷却装置は、板状の
前記冷却水が鋼管に流下するのを停止させる冷却水遮断
板と、鋼管の回転数を積算する積算回転数計測装置を備
えている。積算回転数計測装置により求められる回転数
の小数点部分は、鋼管の回転位置を表すことになる。そ
のため、鋼管の回転数を積算し、鋼管が所定の整数回だ
け回転した時点で、冷却の開始と停止を鋼管円周方向の
同じ位置となるように、冷却水遮断板を動作させること
ができる。

【００１８】なお、上記した冷却の開始と停止を鋼管円
周方向の同じ位置で行うの「同じ位置」は、鋼管上部に
形成される水膜領域の幅に依存するが、±０．５radian
の範囲、また回転数で表す場合、整数回±０．０８回の
範囲にあることを意味している。

【００１９】また、本発明においては鋼管上部に熱伝達
率の高い水膜領域を長手方向に均一な幅で安定して形成
できさえすれば良く、板状の冷却水は偶数列であっても
奇数列であっても良い。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面に基づき説明する。

【００２１】図１は、本発明の鋼管の冷却装置の一例を
説明する模式図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面
図である。

【００２２】鋼管１は、ターニングローラ２によって回
転駆動される。鋼管の最上部（頂部）１ａ上方には板状
の冷却水を流下させるためのスリットノズル３ａおよび
３ｂが２列配置されている。冷却水をせきとめるシャッ
タ４および、シャッタ４によってせきとめられた冷却水
を排出する樋６が設けられている。

【００２３】また、シャッタ４の開閉を制御するシャッ
タ回転駆動制御器１２と、鋼管の回転数を測定するため
のタッチングローラ１６と、タッチングローラ１６の回
転数から鋼管の回転数を積算する積算回転数計測装置１
５と、装置全体を制御する中央制御器１３を備えてい
る。

【００２４】中央制御器１３は、次の動作を行う。コン
ソール１１からの冷却時間を含む冷却指示に基づき、冷
却時間から鋼管の目標積算回転数を演算する。シャッタ
回転駆動制御器１２に冷却開始を指示し、また積算回転
数計測装置１５に鋼管の回転数の計測を指示する。そし
て、鋼管の回転数が目標積算回転数に到達すると、シャ
ッタ回転駆動制御器１２に冷却停止を指示する。また、
この中央制御器１３は、ターニングローラ駆動制御器１
４を介してターニングローラ２の回転速度を制御する。

【００２５】図２は、この鋼管の冷却装置のシャッタの
開閉時の状態を示す模式図であり、（ａ）はシャッタ開
の状態を示す正面図、（ｂ）はシャッタ閉の状態を示す
正面図である。

【００２６】図２（ａ）に示すシャッタ４が開の状態で
は、スリットノズル３ａおよび３ｂからの２列の板状の
ラミナ流により、鋼管１の上部には熱伝達率の高い水膜
領域２１が安定して形成され、鋼管１が冷却される。

【００２７】図２（ｂ）に示すシャッタ４が閉の状態で
は、シャッタ４により冷却水がせきとめられ、せきとめ
られた冷却水は樋６により排出される。

【００２８】本発明の鋼管の冷却方法の１例について図
１および図２に基づき説明する。

【００２９】シャッタ４が閉の状態（図２（ｂ））
で、高温鋼管１が、ターニングローラ上２に搬送され、
載置される。

【００３０】シャッタ４を開くことにより、高温鋼管
１の冷却が開始される。冷却水量および管回転速度は、
冷却開始前の高温鋼管の表面温度に基づき、あらかじめ
設定される（図２（ａ））。

【００３１】鋼管１の回転数が目標積算回転数に到達
すると、シャッター回転駆動制御器１２よりの信号で、
シャッター４が回転し、冷却水５がせき止められ、冷却
が瞬時に終了することになる。

【００３２】２列以上のラミナー流により鋼管外面の頂
上１ａ付近に安定した滞留水領域２１を形成し、鋼管の
円周方向の同じ位置、例えば位置１ｂにて冷却開始と冷
却停止を行うことにより、円周方向のどの位置も同じ時
間だけ滞留水領域を通過させることになるので、冷却む
らを抑制することができる。

【００３３】なお、シャッタ回転駆動制御器１２への冷
却開始指示から実際に冷却が開始されるまでの時間遅れ
および冷却停止指示から実際に冷却が停止されるまでの
時間遅れについては、これらをあらかじめ見積ってお
き、これらを考慮した制御とすることにより、鋼管の冷
却開始位置と冷却終了位置を正確に一致させることがで
きる。

【００３４】なお、この例は、タッチングローラ１６の
回転数から鋼管の回転数を求めるものであるが、ターニ
ングローラ２上での鋼管１のスリップが少ない場合は、
ターニングローラ２の回転数から鋼管の回転数を求めて
も良い。また、これら以外の方法を用いても良いことは
言うまでもない。

【００３５】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００３６】本発明の実施例に用いた鋼管の冷却装置
は、図１および図２に示した装置である。

【００３７】外径２４４．５mm、肉厚８．９４mm、長さ
２０ｍの炭素鋼鋼管（０．２重量％Ｃ）に、８５０℃か
ら５５０℃までの制御冷却を施し、冷却停止後の温度の
ばらつきを調査した。温度のばらつき測定は、シース熱
電対を肉厚内部に埋め込むことにより行った。

【００３８】スリットノズルは２列とし、その間隔は、
１００ｍｍとした。すなわち、鋼管の最上部（頂部）１
ａを挟んでその最上部（頂部）１ａからそれぞれ５０ｍ
ｍの位置とした。２列合わせた冷却水の水量は１ｍ³/分
・ｍとした。冷却速度は、約３０℃／秒。冷却時間は、
約１０秒。すなわち、回転速度３０ｒｐｍ、４０ｒｐ
ｍ、６０ｒｐｍに対して、それぞれの鋼管目標積算回転
数を５回転、７回転、１０回転として冷却を行った。

【００３９】比較例として、１列のみのスリットノズル
を用いて、鋼管の最上部（頂部）に冷却水を流下させて
同様の制御冷却を行った。冷却水の水量は１ｍ³/分・ｍ
とした。冷却速度は、約２０℃／秒。冷却時間は、１４
秒で一定とし、鋼管の回転数による制御は行わなかっ
た。

【００４０】結果を、表１に示す。

【００４１】

【表１】

【００４２】表１は、冷却後の温度のばらつきを示すも
のである。

【００４３】従来の冷却時間基準の１列ラミナ冷却に比
較し、回転数基準の本発明法は、管円周方向及び長手方
向の温度のばらつきを小さくすることができた。

【００４４】

【発明の効果】本発明の鋼管の冷却方法および冷却装置
は、鋼管の長手方向と円周方向に対して冷却停止温度を
均一に制御することができる。その結果、鋼管品質およ
び歩留まりを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鋼管の冷却装置の一例を説明する模式
図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。

【図２】図１に示す鋼管の冷却装置のシャッタの開閉時
の状態を示す模式図であり、（ａ）はシャッタ開の状態
を示す正面図、（ｂ）はシャッタ閉の状態を示す正面図
である。

【符号の簡単な説明】

１ 鋼管 １ａ 鋼管の最上部（頂部） １ｂ 位置 ２ ターニングローラ ３ａ、３ｂ スリットノズル ４ シャッター ５ 冷却水 ６ 樋 １１ コンソール １２ シャッター回転駆動制御器 １３ 中央制御器 １４ ターニングローラ駆動制御器 １５ 積算回転数計測装置 １６ タッチングローラ ２１ 熱伝達率の高い安定した水膜領域

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水平に置かれ、かつ回転する鋼管に対し
   て、上方から鋼管表面に管軸に平行な板状の冷却水を流
   下させて鋼管を冷却する方法であって、鋼管の最上部を
   挟むように２列以上の前記板状の冷却水を流下させ、か
   つ鋼管円周方向の冷却開始位置で冷却を停止することを
   特徴とする鋼管の冷却方法。
2. 【請求項２】鋼管を水平な状態で回転させる手段と、回
   転する鋼管の上方にあって、その鋼管の最上部を挟むよ
   うに管軸に平行な板状の冷却水を流下させる２列以上の
   ノズルと、板状の前記冷却水が鋼管に流下するのを停止
   させる冷却水遮断板と、鋼管の回転数を積算する回転数
   積算手段を備えることを特徴とする鋼管の冷却装置。