JPS60245719A - 円形断面長尺鋼材の冷却方法および装置 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 この発明は、鋼管や棒鋼などの円形断面の長尺鋼材を冷
却するための方法およびその方法を実施するための装置
に関するものである。

従来の技術 各種鋼材は、圧延工程を経た後、製品とするまでの間に
、品質のレベルアップや製造時での弱点の是正などのた
めに、通常、熱処理を施しており、最近では、鋼材の使
用環境が厳しくなるに伴って、強度靭性を向上させるた
めの焼入れ、焼もどしなどの熱処理を施したいわゆる調
質鋼材の生産量が増加している。特に、油井やガス井で
使用される油井鋼管ではその傾向が顕著であり、熱間圧
延または圧延冷却後に再加熱するとともに焼入れ焼もど
しを行なった高級鋼管の生産比率が増大しっつある。

ところで鋼管をはじめとする長尺の鋼材を熱処理のため
に高温状態から冷却した場合、その断面積に対する長さ
の比が大きいために、曲がりなどの変形が生じ易く、そ
れに伴い後工程で多大の矯正を必要とし、また矯正の結
果材質の劣化を惹き起こすおそれが多い。また鋼管など
の長尺鋼材の冷却は、焼入れのための急速冷却ばかりで
なく、放冷と急速冷却との中間程度の冷却速度で行なう
場合もあるが、長尺鋼材にあっては、中間程度の冷却速
度に制御した制御冷却の場合であっても形状変化が大き
く、かつ冷却所要時間が長くなり、その結果冷却効率す
なわち生産性が低くなるおそれが多分にある。したがっ
て高温の長尺鋼材を冷却する場合には、曲がりの防止と
生産性の向上に特に配慮することが望まれる。

上述した不利な特性を有する長尺鋼材の冷却方法して、
従来、第１図ないし第３図に示す各種の方法が提案され
ている。すなわち第１図に示す方法は、鋼管等の被冷却
鋼材１を１列に配列した搬送ローラ２によって軸方向に
縦送りし、搬送ローラ２の中途に配置しである冷却装置
３によって鋼材１を搬送中に冷却する方法である。し力
＼るに第１図に示す方法では、搬送ローラ２の軸角度を
変えることによって鋼材１の円周方向での各部分の冷ｆ
ｉｌｌ速度差を少なくすることにより、曲がり。程度を
小さくすることができるが、縦送りするに伴って次第に
鋼材１の全体を冷却するために、軸方向における各部分
の冷却速度に差が生じることを避けることができない。

また第１図に示す方法は、縦送りしつつ銅材１を冷却す
る方法であるから、実施のための設備が長大なものにな
る欠点がある。

例えば、外径１１４．３ＩＩｌｌｌ１１肉厚６．３５　
＋ｕｎ、長さ３０ｍの管材を、処理速度毎時２０トン、
冷却速度８００〜５００℃の間を毎秒平均１℃で制御冷
却を行なう場合には、９８．６＋ｎの設備が必要となり
、設備全体が実用性に欠けるほど長大になってしまう。

また第２図に示す方法は、搬入ローラ４の終端まで縦送
りした被冷却鋼材１を、搬出ローラ５との間に配置した
冷却装置６に横送りし、ここで冷却した後にその鋼材１
を搬出ローラ５によって所定個所へ縦送りする方法であ
る。この方法では、鋼材１の全体を同時に冷却装置６に
送り込むから、軸方向での冷却速度差がなく、したがっ
て鋼材１をその軸心を中心に回転させる装置を冷却装置
６に設けることにより、曲がりを極めて小さく抑えるこ
とができる。しかしながら第２図に示す方法では、冷却
効率が悪く、実施のための設備が大型化する欠点がある
。例えば長さ３０ｍの前述した鋼材１を冷却する場合、
第２図に示す方法では、一般に、毎分０．２本捏度の処
理速度しか得られない。これは毎時６．１トンの処理速
度に相当するから、前述のように毎時２０トンの処理速
度を得るとすれば、４水量時に冷却可能な設備にしなけ
ればならず、実用性に欠ける。

このように第１図あるいは第２図に示す方法では、鋼材
１の形状変化あるいは設備の大型化のいずれかに難点が
ある。これに対し第３図に示す方法は、２本もしくは数
本の鋼材１を同時に冷却する方法である。すなわち搬入
ローラ７と搬出ローラ８とをそれぞれ２列配置しておく
とともに、これらの間に冷却装＠９を設けておき、搬入
ローラ７上の高温の２本の鋼材１を転移装置１０によっ
て掴み上げるとともに、その鋼材１を冷却装置９内の回
転ローラ１１上に載せる。、鋼材１はその軸心を中心に
して回転ローラ１１により回転させ、その状態でノズル
１２から冷却媒体を鋼材１に向けて噴射する。こうして
冷却した２本の鋼材１は、転移装［１０によって再ＦＪ
！Ｎみ上げて搬出Ｏ−ラ８に移載する。このような方法
であれば、銅材１の全体を均一に冷却でき、また処理効
率をある程度高めることができる。しかしながら１３図
に示す方法は２本もしくは複数本の鋼材１を同時に取扱
う方法であるから、設備が特殊ものとなる欠点がある。

すなわち前工程にある加熱装置から鋼材１を抽出する機
構や前記転移装置１０、さらには回転ローラ１１を、複
数本の鋼材１を同時に抽出し、また回転させるなど取扱
うことのできる構成とする必要があるが、通常の熱処理
ラインや圧延ライン等は１本づつ鋼材を処理・加工する
構成であるため、上記のような特殊構造の装置を、既存
設備に組込むことが殆んど不可能であり、工場の新設な
どの特殊な場合以外には採用することができない。

そこで本発明者等は、上述した欠点を解消することので
きる方法として、高温状態にある長尺鋼材を毎分６０回
転以上の回転速度で回転させながら冷却し、同時に横送
りする方法を既に提案したく特願昭５８Ｌ１３８６７号
）。この方法によれば、効率良く冷却でき、また鋼材の
曲がりを前述した方法に比べて極めて少なくすることが
できる。

しかしながら、より高い精度が要求される場合には、鋼
材を常に横移動させることに伴い、精度良い冷却速度を
実現するためのノズルの配置や冷却媒体の噴射条件等を
調整することがかなり難しく、要求に充分応え得る精度
を出せないことがあり、未だ改善の余地があった。

発明が解決しようとする問題点 以上述べたように従来知られている方法では、冷却後の
鋼材の形状および実施のための設備のいずれかに難点が
あり、実用に供することができなかった。また本発明者
等が既に提案した方法は、長尺鋼材の曲りを相当防止で
きるが、より高度な要求に応えるには、未だ改善する余
地があった。

問題点を解決するための手段 この発明は、円形断面長尺鋼材の曲りを更に少なくする
ことができ、かつ効率良く冷却することのできる方法お
よび装置を提供することを目的とし、この発明の方法で
は、長尺鋼材を冷却しつつ横送りするにあたり、その長
尺鋼材の軸方向での複数個所を半径方向に対して拘束し
、かつその拘束状態で長尺鋼材を軸心について回転させ
つつ冷却媒体を付与して冷却する手段を採用した。また
この発明の装置は、上記の方法を実施するために、冷却
対象である長尺鋼材をその軸方向の複数個所で拘束する
クランパーを、長尺鋼材を横送りする搬送装置に取付け
、かつ拘束状態でその長尺鋼材を軸心を中心に回転させ
る回転機構をクランパーに設け、ざらに横送り途中の長
尺鋼材に向けて冷却媒体を供給するノズルを設けた構成
としたことを特徴とすもるものである。

作　用 したがってこの発明の方法および装置によれば、円形断
面長尺鋼材を回転させるとともに横送りしつつ冷却する
ことにより、冷却速度が全体にわたって相当程度均一化
されることに加え、軸方向の複数個所を半径方向に対し
て拘束するから、冷却に伴う鋼材の曲りが極めて効果的
に抑制される。

実　施　例 まず、この発明の装置の実施例を第４図および第５図を
・参照して説明する。

第４図はこの発明に係る冷却装置の配置図であって、こ
こに示す装置は、鋼管２０を冷却対象とし、かつ搬入ロ
ーラ２１の終端部とこれに平行な搬出ローラ２２との間
に配置したものである。すなわち搬入ローラ２１と搬出
ローラ２２との間に複数本の固定ビーム２３が相互に平
行に配列されており、またこれらの固定ビーム２３が相
互に平行に配列されており、またこれらの固定ビーム２
３の間に、鋼管２０を横送りするための搬送装置として
ウオーキングビーム２４が配置されている。

ウオーキングビーム２４は、通常使用されているものと
同様に、水平状態を保ったまま円運動をする構成であっ
て、その両端部が、搬入ローラ２１側および搬出ローラ
２２側のそれぞれに設けた同一高さの支柱２５に回転レ
バー２６を介して連結されており、一方の回転レバー２
６をモータ等の駆動装置２７によって回転させることに
より、固定ビーム２３より低い位置と高い位置との間で
円運動するよう構成されている。

前記各ウオーキングビーム２４には、鋼管２゜を載置し
て回転させる複数の回転機構２８と、鋼管２０をその半
径方向に対して拘束する複数のクランパー２９とが、一
定間隔ごとに設けられている。各回転機構２８は第５図
に示すように、ウオーキングビーム２４に対し直交する
方向に軸線を向けて配置した一対の回転シ動ローラ３ｏ
と、これを同一方向へ回転させる駆動装置とから構成さ
れている。またクランパー２９は、前記回転駆動ローラ
３０上の鋼管２ｏをその左右の斜め上方がら押え付ける
一対のアーム３１ａ　、３１ｂからなり、各アーム３１
ａ　、３１ｂの先端部には、Ｍ管２０を回転可能に押え
付けるべくピンチロール３２が取付けられている。各ア
ーム３１ａ　、３１ｂは、ウオーキングビーム２４にビ
ンによって回転可能に取付けられており、６対のアーム
３１ａ、３１ｂのうち例えば回転駆動ｄ−ラ３０に対し
第５図の右側のアーム３１ａは、その下端部が単一のロ
ッド３３に回転自在に連結され、そのロッド３３を第５
図の左端部の油圧シリンダ３４によって軸方向へ前進後
退させることにより、第５図に実線および鎖線で示す各
状態に傾倒・起立するよう構成されている。また他方の
アーム３１ｂも同様であって、これらのアーム３１ｂの
下端部が他のロッド３５に回転自在に連結されており、
そのロッド３５を第５図の右端部の油圧シリンダ３６に
よって軸方向へ前後動することにより、アーム３１１）
が第５図に実線および鎖線で示す各状態に傾倒・起立す
るよう構成されている 他方、固定ビーム２３上にも、ウオーキングビーム２４
におけると同様な複数の回転機４１３７とクランパー３
８とが、一定間隔ごとに設けられている。すなわち回転
１１ｍ３７は、＃ｌｌ管２０を載せて回転させるもので
あって、固定ビーム２３に対して直交する方向に軸線を
向けて配置した回転駆動ロー５３９と、これを同一方向
に回転させる駆動装置とから構成されている。また各ク
ランパー３８は、回転機構３７上の鋼管２０をその左右
の斜め上方から押え付けるものであって、先端部にピン
チローラ４０を有しかつ固定ビーム２３にビンを介して
回転自在に取付けた一対のアーム４１ａ　、４１ｂから
構成されている。そしてこれらのアーム４１ａ　、４１
ｂは各々に対応して設けたロッド４２．４３および油圧
シリンダ４４．４５によって傾倒・起立させられて鋼管
２０を押え付け、あるいは解放する構成となっている。

なお、固定ビーム２３上の回転機構３７およびクランパ
ー３８は、ウオーキングビーム２４における回転機構２
８およびクランパー２９によって運ばれる鋼管２０の移
動軌跡内に位置している。したがってウオーキングビー
ム２４が円運動を行なうことにより、固定ヒーム２３と
ウオーキングビーム２４との間で鋼管２０を受け渡しし
つつ搬入ローラ２１カラ搬出ローラ２２へ鋼管２０を間
欠的に横送りする構成とされている。

さらに、固定ビーム２３における回転機構３７の上方に
は、冷却媒体（例えば冷却水）を鋼管２０に向けて散布
する複数のノズル４７が、鋼管２０の移動方向に沿って
配列されている。

つぎに上記の装置を用いたこの発明の冷却方法を説明す
る。

前工程の加熱装置によって所定の温度まで加熱された鋼
管２ｏは、搬入ローラ２１によって軸方向シこ送られ、
その終端部で軸方向での位置が決められる。ウオーキン
グビーム２４は、そのクランパー２９が第５図に鎖線で
示すように開いた状態で上昇し、その結果搬入ローラ２
１上の鋼管２０が、ウオーキングビーム２４における第
１列目の回転機構２８によってすくい上げられる。これ
とほぼ同時に、ウオーキングビーム２４における各油圧
シリンダ３４．３６が動作することにより、各アーム３
１ａ　、３１ｂが第５図に実線で示す状態に起立し、ｔ
！４管２０を拘束する。すなわち高温状態の鋼管２０は
、クランパー２９によって半径方向に対して拘束された
状態で、回転駆動ローラ３０によって軸心を中心に所定
方向へ回転させられる。なお、クランパー２９による拘
束は、冷却に伴う曲りを防止するためであるが、拘束力
が強すぎれば高温状態の鋼管２０に変形を来たし、また
弱すぎれは曲りを充分に防止できなくなるので、油圧シ
リンダ３４．３６の圧力を調整することにより、拘束力
を適切な大きさに設定する。

鋼管２０を上述のように搬入ローラ２１からすくい上げ
た時点では、ウオーキングビーム２４が上昇過程にあり
、したがって鋼管２０は第５図に鎖線の矢印で示すよう
に円弧運動をして固定ビーム２３における第１列目の回
転機槽３７に送られる。その場合、固定ビーム２３にお
ける第１列目のクランパー３８が開状態となっており、
また鋼＠２０が固定ビーム２３の第１列目の回転駆動口
−ラ４１ａ　、４Ｉｂ上に載ると同時に、固定ビーム２
３のクランパー３８が閉じ、かつウオーキングビーム２
４のクランパー２９が開く。こうして鋼管２０は、ウオ
ーキングビーム２４から固定ビーム２３に受け渡される
とともに、固定ヒ〜ム２３におけるクランパー３８によ
って拘束された状態で回転ｆｌｌｌｌｉ３７によってｌ
Ｉ続して回転させられる。

他方、つ片−キングビーム２４は下限に達した後に、搬
入ローラ２１１１へ戻りつつ上昇し、したがって固定ビ
ーム２３上の前記１管２０が、ウオーキングビーム２４
における第２列目の回転機構２８によってづくい上げら
れ、これと同時に搬入ローラ２１上のＩｌｌ管２０が、
ウオーキングビーム２４における第１列目の回転１１１
１１２８によってすくい上げられる。ウオーキングビー
ム２４の上昇に伴う固定ビーム２３からウオーキングビ
ーム２４へのＪＲＲ２Ｏ３受は渡しは、ウオーキングビ
ーム２４のクランパー２９を予め開いておき、ウオーキ
ングビーム２４が固定ビーム２３の高さに達したときに
そのクランパー２９を閉じるとともに、固定ビーム２３
のクランパー３８３開くことにより行なう。

以上述べた動作を繰り返すことにより鋼管２０はウオー
キングビーム２４によって固定ビーム２３上を間欠的に
横送りされ、最終的には搬出ローラ２２に移載される。

このようにして横送りしている間に鋼管２０は、ノズル
４７から冷却媒体を噴射することによる冷却帯の中を通
過するから、鋼管２０は横送りの間に冷却される。その
場合、鋼管２０は前記回転機構２８．３７によって常時
回転させられていて全体にわたって均一に冷却され、こ
れに加えクランパー２９．３８によって常時拘束されて
いるから、曲りなどの変形を生じることがない。なお、
ノズル４７による冷却媒体の噴射条件の変動などに起因
する曲りを、実用に耐え得る寸法以下にするには、銅管
２０の回転速度を毎分６０回転以上とすることが好まし
い。

ここで本発明法の例と比較例とを示す。

本発明例 φ６０．３ｍｍｘ　４．８３ｍｍ　ｘ　１０ｍの炭素鋼
６１管を加熱炉で９００℃に加熱し、半径方向に対して
拘束しつつ回転させ、その状態でウオーキングビームと
固定ビームとの間で受け渡して横送りしつつ冷却した。

比較例 半径方向に対する拘束を行なわず（二、他の条件を上記
の例と同一にして冷却を行なった。

結果を第１表にまとめて示す。

第１表 第１表に示す結果から明らかなように、鋼管の回転数を
毎分６０回転以上とすることにより、１ｍ当りの曲り量
を１１１１ｍ以下にすることができ、特に半径方向に対
し・て拘束を加える本発明方法では０．６ｍｍ以下とな
り、比較例法に比べて３０％程度の改善が認められた。

なお、前述した装置、方法で冷却を行なう場合ノズル４
７の数やその噴［ｔあるいは圧力等の条件で冷却能力が
変化するから、対象とする鋼管の肉厚が変化した場合に
は、ノズル数などの条件を適宜に選択することにより、
冷却速度を容易に適切な速度に設定し、維持することが
できる。またノズルの数などの冷却能力を左右する条件
は、全体にわたって均一である必要はなく、一般には搬
入ローラ側で高い冷却能力が要求されるので、搬入ロー
ラ側のノズル数を増やしたり、噴射量を多くしたりする
ことが望ましい。さらに搬出ローラ側での温度を高くし
たい場合、最終列のノズルに隣接して高圧のエアーカー
テンを形成し、鋼管の外表面に付着している冷却媒体を
そのエアーカ一テンによって除去することにより、冷却
最終温度の制御を実現できる。またさらに、急冷の後に
放冷を必要とする場合があり、このような場合には前記
搬出ローラに代えて冷却台を固定ビーム２３の端部に接
続して設ければよい。そして前述した装置では、鋼管２
０が固定ビーム２３上に載っているときの冷却条件が最
も安定することになるので、固定ビーム２３上での鋼管
２０の保持貯量を長くすることにより、精度の良い冷却
速度の設定を行なうことができる。さらに前述した装置
では、固定ビーム２３上に載置した横送り途中の多数本
のｍ管を同時に冷却するから、回転撮構２８．３７の数
を更に増すことにより、処理能力を向上させることがで
きる。

なおまた、この発明の方法、装置は、鋼管に限らず、断
面が円形をなす長尺鋼材の冷却一般に適用することがで
き、特に熱間圧延で製造する継目無鋼管の分野に適用す
る場合、処理能力の増強が容易であるため、圧延直後の
冷却法として使用する場合に好適である。

発明の効果 以上の説明から明らかなようにこの発明の冷却方法およ
び冷却装置によれば、被冷却長尺鋼材を横送りする間に
軸心を中心に回転させつつ冷却し、かつその場合に長尺
鋼材を半径方向に対して拘束するから、冷却に伴う曲り
などの変形を大幅に抑制できる。またこの発明では、横
送り途中の多数本の長尺鋼材を同時に冷却できるから、
冷却効率が良く、換言すれば小規模の設備で冷却を行な
うことができる等の実用１優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は従来の冷却方法をそれぞれ説明す
るための略解図、第・１図はこの発明に係る装置の全体
構成を概略的に示す配置図、第５図は第４図のｖ−ｖ綿
矢視図である。 ２０・・・鋼管、　２３・・・固定ビート２、２４・・
・つを−キングビーム、　２８．３７・・・回転機構、
　２９．３８・・・クランパー、　３０．３９・・・回
転駆動ローラ、　３１ａ　、３１ｂ　、４１ａ　、４１
ｂ　−＝７−ム、　４７・・・ノズル。 第１図 第２図 乙 第３図 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　高温状態にある円形断面長尺鋼材を冷却しつつ
   横送りするにあたり、その長尺鋼材の軸方向での複数個
   所を半径方向に対して拘束し、かつその拘束状態で軸心
   を中心に回転させつつ冷却媒体を付与して冷却すること
   を特徴とする円形断面長尺鋼材の冷却方法。
2. （２）　前記長尺鋼材の拘束状態での回転速度が、毎分
   ６０回転以上であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の円形断面長尺鋼材の冷却方法。
3. （３）　冷却すべき円形断面長尺鋼材をその軸方向の複
   数個所で半径方向に対して拘束する複数のクランパーが
   、前記長尺鋼材を横送りする搬送装置に成句けられ、か
   つそのクランパーに長尺鋼材を拘束状態で軸心を中心に
   回転させる回転ＩＩｍが設けられ、さらに搬送装置によ
   る横送り途中の前記長尺鋼材に向けて冷却媒体を供給す
   る複数のノズルが、長尺鋼材の横送り方向に沿って配列
   されていることを特徴とする円形断面長尺鋼材の冷却装
   置。