JP2016512794A - 管内壁の洗浄を含む鋼管を製造するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、管内壁（２）、管外壁、及び管内壁（２）によって囲まれた自由管断面（５）を有する鋼管（１）の製造を含む、鋼管（１）を製造するための方法であって、製造後に鋼管（１）が管内壁上に少なくとも一の混入物を含み、かつ鋼管の製造後、鋼管の内壁の洗浄を伴うことを含む、鋼管（１）を製造するための方法に関する。本発明によれば、管内壁（２）から混入物を取り除くために、液体又は固体ＣＯ２を自由管断面（５）内に導入すること及び液体又は固体ＣＯ２を管内壁（２）上に適用することからなる工程により、管内壁（２）の洗浄が生じる。【選択図】図２

Description

本発明は、管内壁、管外壁、及び管内壁によって囲まれた自由管断面を有する鋼管の製造を含み、製造後に鋼管が管内壁上に少なくとも一の混入物を含み、かつ鋼管の製造後に鋼管の管内壁を洗浄することを伴う、鋼管を製造するための方法に関する。

高精密金属管、特に鋼で出来た金属管、を製造するため、完全冷却された状態において拡張された中空の円筒状ブランクは、圧縮応力により冷間圧延の対象となる。その過程で、ブランクは、定義された縮外径及び定義された肉厚を有する、管に成形される。

最も一般的に用いられる、管を縮小するための方法は、ブランクがホローシェルと呼ばれる、冷間ピルガ圧延として知られている。ホローシェルは、圧延の間、調整された圧延マンドレル、すなわち仕上り管の内径を有する圧延マンドレル、上へ押され、かつその過程で、それは二の調整されたロール、すなわち仕上り管の外径を定義するロール、により掴まれ、かつ圧延マンドレル上で縦断方向に圧延される。

冷間ピルガ圧延の間、ホローシェルは、圧延マンドレルの方向に段階的に供給され、後者を超え、通過し、一方、ロールは、それらが回転するに伴い、マンドレル上、そのためホローシェル上、を水平に往復動される。その過程で、ロールの水平な動きは、ロールが回転可能に取り付けられたロールスタンドにより予め決められる。既知の冷間ピルガ圧延ミルでは、ロールスタンドは、クランクドライブにより圧延マンドレルと並行な方向に往復動され、一方、ロール自体は、ロールスタンドと相対的に固定であり、かつロール軸エンゲージに堅固に接続された歯車を備えるラックにより回転される。

マンドレル上へのホローシェルの供給は、圧延マンドレルの軸に並行方向への並進動作される、フィーディングクランピングカートリッジを供給することにより生じる。

ロールスタンド内に重なって配置された、円錐形に調整されたロールは、フィーディングクランピングカートリッジの供給方向と反対に回転する。ロールにより形成される所謂ピルガマウスが、ホローシェルを掴み、ロールが、材料の小さな起伏を外側へ押し出し、ロールのスムージングパス及び圧延マンドレルにより、ロールのアイドルパスが仕上り管を離すまで、意図された肉厚に延伸される。圧延の間、ロールが取り付けられたロールスタンドが、ホローシェルの供給方向に対して反対に動く。フィーディングクラインピングカートリッジにより、ホローシェルは、ロールのアイドルパスが到達した後、圧延マンドレル上に追加工程により進行され、一方、ロールはロールスタンドと共に、それらの水平スタート位置に戻る。同時に、均一な形状の仕上り管を達成するために、ホローシェルはその軸周りの回転を受ける。各管断面の繰り返される圧延の結果、均一な内径及び外径と同様に、管の均一な肉厚及び真円度が達成される。

成形の間、圧延マンドレルとホローシェルとの間の摩擦を低減するために、マンドレルバー潤滑剤とも言われる潤滑剤が圧延マンドレルに適用される。成形後、この潤滑剤は、仕上り管の内壁に少なくとも部分的に付着する。このような残留するマンドレルバー潤滑剤からなる管内壁の混入物は、仕上り管の幾つかの用途のために重要ではない一方で、他の用途では、管内壁は多大な費用を掛けて洗浄されなければならない。ここで、管内壁の洗浄は、特に仕上り管が相対的に小さい径及び長尺を有し得るため、難しい。

しかしながら、管内壁の同様の混入物は、例えば、管の冷間引抜のような代替成形技術においても出現する。

管引抜では、既に管状のブランクが、それが所望の寸法を受け入れるように、引抜台上で冷間成形される。しかしながら、引抜が、仕上り管に、随意に調整可能な、正確な寸法取りを可能にするだけでなく、冷間成形も材料の硬化を達成する、すなわちその弾性限界及び強度が増加され、一方で、同時に伸び値は小さくなる。材料特性のこの最適化は、例えば、高圧技術及び医療技術、航空機製造に限らず、一般機械製造など、多くの応用目的についての管引抜の所望の効果である。

用いられた材料によって、いわゆるホロー引抜、芯材引抜、及びバー引抜の間の区別が作られる。ホロー引抜の場合には管の外径のみが、引抜リング又は引抜鋳型と呼ばれる工具で縮小されるのに対し、芯材引抜き及びバー引抜の場合は、引き抜かれる管の内径及び肉厚も定義される。

管の冷間引抜間の所望されない効果は、いわゆるラットリングである。ここで、工具と引き抜かれる管との間の高摩擦によって、変則的な引抜速度が生じる。最も不都合な場合、管は断続的に又は工具と全く関連せず又は高速で動く。ラットリングの結果、溝が、特に引抜かれた管の内表面上に、形成する。

均一な引抜速度を達成し、かつラットリングを防ぐため、したがって、引抜油が、引き抜かれる管と工具との間の滑り摩擦を低減するために使用される。

先行技術から、様々な方法が、鋼管の内壁の洗浄について知られている。それにより、例えば、管全体が、その後、管内壁上の混入物を溶解し、かつ管から混入物をすすぎ流す溶剤に浸され得る。先行技術の代替設計では、洗浄プラグが管を通って挿入され、プラグは、それが管内壁の混入物を拭き取り、吸収するように寸法されている。このようなプラグは、その外面上が、例えばフェルトで作られている。

この先行技術と比較して、本発明の目的は、内壁が混入物を有さないような方法で、長尺を有する管を製造することを可能にする、鋼管を製造するための方法を提供することである。

上記の目的は、管内壁、管外壁、及び管内壁によって囲まれた自由管断面を有する鋼管の製造を含み、製造後、鋼管が管内壁上に少なくとも一の混入物を含み、製造後、管内壁から混入物を取り除くために、液体又は固体ＣＯ_２の自由管断面への導入及び管内壁への液体又は固体ＣＯ_２の適用の工程により管内壁を洗浄することを含む、鋼管を製造するための方法により達成される。

驚くべきことに、液体又は固体ＣＯ_２を自由管断面に導入し、かつ管内壁上に液体又は固体ＣＯ_２を適用することが、管内壁から混入物を除去するため、かつそれにより管の内壁を洗浄するために非常に適していることが分かった。

ここで、本発明の意味では、ＣＯ_２を適用することは、ＣＯ_２を管内壁又は混入物と接触又は衝突させることを意味する。

管内壁を液体又は固体ＣＯ_２を用いて交互に洗浄することは原理的に可能であるが、液体ＣＯ_２は、液体ＣＯ_２と洗浄される内壁との接触時に、壁と液体ＣＯ_２との間に、洗浄作用を低減するガス薄膜が形成するという不利な点を有する傾向にある。

比較すると、固体ＣＯ_２は、固体ＣＯ_２から洗浄される管壁又は混入物への有利な熱伝導及びそれによる改善した洗浄作用だけでなく、固体ＣＯ_２は、研磨効果も有し、そのため固体ＣＯ_２が用いられるとき、方法はブラスティング洗浄法である。

管内壁を洗浄するために固体ＣＯ_２を用いるとき、一方では、いわゆるＣＯ_２スノーブラスティングと、他方では、ドライアイスブラスティングとが区別される。二つの方法間の差異は、ＣＯ_２スノーブラスティングの場合、固体ＣＯ_２が方法自体中において生み出されることである。この方法では、キャリアーガス又はドライビングジェットが、ジェットノズルへ加圧下でジェットラインを通され、液体ＣＯ_２がフィードラインを介して供給され、減圧によりドライスノーに変換され、ジェットラインに供給され、フィードラインからのＣＯ_２は拡幅された断面を有する減圧スペースを通りジェットラインに導入される。このような方法は、例えば、ＷＯ２００４／０３３１５４Ａ１から知られている。他方では、ドライアイスブラスティングの場合、すでに固体のＣＯ_２が方法に供給され、そこで、洗浄される表面上、この場合は管内壁、へ加速される。

本発明による方法については、管の製造、すなわち成形プロセス、及び管の洗浄の間にどれ程の時間的遅れが存在するは、重要ではない。特に、本発明による方法は、製造及び洗浄が時間的に直ちに交互に生じる、製造ライン製造において用いられ得る。あるいは、数日、数週又は数か月規模の相当に長い期間が製造及び洗浄の間に挿入されることも可能である。

本発明の実施態様では、鋼管の製造は、仕上り寸法の鋼管の形状にホローシェルを成形、好ましくは冷間成形すること、を伴う。

本発明の実施態様では、そのような成形工程は、例えば、ホローシェルを仕上り寸法の鋼管の形状に冷間ピルガ圧延することによって行われる。

冷間ピルガ圧延の場合、マンドレルバー潤滑剤が特に、マンドレルバーから管内壁上に移動され、本発明の方法により、鋼管の製造後、液体又は固体ＣＯ_２により取り除かれる。

代替的実施態様では、ホローシェルを仕上り鋼管の形状へ成形することは、ホローシェルの冷間引抜により生じる。

成形がホローシェルを仕上り鋼管への冷間引抜することによって生じる場合、一実施態様では、引抜油が引抜芯から管内壁に移動され、その後、液体又は固体ＣＯ_２を適用することにより管内壁から再度取り除かれる。

液体又は固体ＣＯ_２の鋼管への導入は、一実施態様においては自由管断面に導入される洗浄ランスにより生じ、そのため、鋼管内のＣＯ_２は洗浄ランスを出て、かつ自由管断面に入る。管のその全長にわたり洗浄するために、洗浄の間、洗浄ランスの出口開口又はノズルは、その後、管内を通って縦断方向に動かされる。

代替的な実施態様では、液体又は固体ＣＯ_２が鋼管の第一の端から自由管断面に導入される。この変形例は、管の第一の端が、ＣＯ_２のためのアウトレットノズル又は開口に接続されなくてはならないだけで、その後に、すなわちＣＯ_２の導入の間、追加の工程を必要としない利点を有する。特に、自動化された方式により管内に導入され得る洗浄ランスを不要にすることが可能である。

本方法の一実施態様では、管内壁上への液体又は固体ＣＯ_２の適用の間、鋼管の温度が測定され、かつ鋼管の温度が所定の温度閾値を下回った場合には洗浄が中断される。

液体又は固体ＣＯ_２を用いて洗浄された管の温度は、既に生じた管の洗浄の、すなわち管の洗浄度の尺度であると示されてきた。そのため、洗浄される管の温度が、ある温度閾値を下回った場合、管が所望の程度の洗浄度に達し、かつ液体又は固体ＣＯ_２による洗浄は中断され得ると推定され得る。

管内壁の洗浄時、最初に混入物から液体又は固体ＣＯ_２への熱伝導が生じ、そのため、管がまだ汚染されている限り、管自体は実質的に一定の温度にとどまるか、又は他方では微かに冷却を受けるだけであると推定される。混入物が管内壁から大規模に除去されたときにだけ、管自身から液体又は固体ＣＯ_２への熱伝導が生じ、そのため管は更なる冷却を受ける。

固体又は液体ＣＯ_２が鋼管の第一の端から管の自由管断面に導入される、本発明の一実施態様では、鋼管の温度が、洗浄の間、管の第一の端の反対側の第二の端において測定されることが有利である。

管内の温度分布により、管内へのＣＯ_２の導入のとき、後者が初めに第一の端を冷却し、この冷却が第二の端も冷却されるまで広がることが観察される。管の温度が第二の端においてある温度閾値を下回った場合、管がその全長にわたり洗浄され、かつ洗浄工程は終了され得ると推定し得る。

本発明の一実施態様では、鋼管は円管であり、好ましくはステンレス鋼製である。

本発明の、追加の利点、特徴及び応用可能性は、実施態様の下記の記述及び関連する図面に基づいて明らかとなる。

図１は、先行技術からの冷間ピルガ圧延ミルを模式的側面図において示す。 図２は、本発明による洗浄工程を実施するための実施形態の模式的断面図を示す。 図３は、洗浄工程を実施するための代替的な実施態様の模式的断面図を示す。

表された実施態様では、同一又は類似の要素は、同一の参照番号が付けられる。

図１では、冷間ピルガ圧延ミルの構造が、側面図に模式的に示されている。圧延ミルは、ロール１０２及び１０３を備えるロールスタンド１０１、調整された圧延マンドレル１０４、並びにフィーディングクランピングカートリッジ１０５からなる。表された実施態様では、冷間ピルガ圧延ミルは、フィーディングクランピングカートリッジ１０５のためのダイレクトドライブとしてリニアモーター１０６を有する。リニアモーター１０６は、ロータ１１６及びステータ１１７から構成される。

図１に示される圧延ミルでの冷間ピルガ圧延の間、ホローシェル１１１は、圧延マンドレル１０４の方向に段階的に供給され、後者を超え、通過する、一方、ロール１０２及び１０３は、それらが回転するにつれて、マンドレル１０４上、そのためホローシェル１１１上、を水平に往復動される。その過程で、ロール１０２及び１０３の水平な動きは、ロール１０２及び１０３が回転可能に取り付けられたロールスタンド１０１により予め決められる。ロールスタンド１０１は、クランクドライブ１２１により圧延マンドレル１０４と並行な方向に往復動され、一方、ロール１０２及び１０３自体は、ロールスタンド１０１と相対的に固定であり、かつロール軸エンゲージに堅固に接続された歯車を備えるラックにより回転される。

マンドレル１０４上へのホローシェル１１１の供給は、圧延マンドレルの軸に並行方向への並進運動を可能とする、フィーディングクランピングカートリッジ１０５により行われる。ロールスタンド１０１内に重なって配置された、円錐形に調整されたロール１０２及び１０３は、フィーディングクランピングカートリッジ１０５の供給方向と反対方向に回転する。ロールにより形成された所謂ピルガマウスが、ホローシェル１１１を掴み、ロール１０２及び１０３が、材料の小さな起伏を外側から押し出し、ロール１０２及び１０３のアイドルパスが仕上り管を離すまで、ロール１０２及び１０３のスムージングパス及び圧延マンドレル１０４により、所定の肉厚に延伸される。圧延の間、ロール１０２及び１０３が取り付けられたロールスタンド１０１が、ホローシェル１１１の供給方向に逆らって動く。ロール１０２及び１０３のアイドルパスが到達した後、フィーディングクラインピングカートリッジ１０５により、ホローシェル１１１は圧延マンドレル１０４上に追加工程により供給される、一方、ロール１０２及び１０３はロールスタンド１１１と共に、それらの水平スタート位置に戻る。同時に、均一な形状の仕上り管を得るために、ホローシェル１１１はその軸周りの回転を受ける。各管断面の多段圧延の結果、均一な内径及び外径と同様に、管の均一な肉厚及び真円度が達成される。

圧延マンドレル１０４と圧延マンドレル１０４を支持するマンドレルバーのそれぞれと、ホローシェル１１１との間の摩擦を低減するために、マンドレルバー潤滑剤、例えば、グラファイトコーティング潤滑剤、が圧延マンドレル１０４上に適用される。このマンドレルバー潤滑剤は、仕上り縮小された管の管内表面に残留物を形成する。本目的は、以下に記述される本発明による処理工程により、管の全長にわたり管内壁からこの残留物を除去することである。

一例としてここに記載された、本発明の実施態様では、冷間ピルガ圧延ミルは、鋼管を製造するため、すなわちホローシェルを仕上り管の形状に成形するために用いられる。しかしながら、本発明による方法のこの成形工程は、例えば、あるいはホローシェルを冷間引抜することによっても生じ得る。

図２は、例えば、冷間ピルガ圧延により得られた仕上り縮小された管１の管内壁のドライスノーブラスティングを示す。このドライスノーブラスティングでは、冷間ピルガ圧延の間、その内壁に異物が混入された管１が、洗浄され、マンドレルバー潤滑剤を除去する。この目的のため、洗浄ランス３が管１に導入され、したがってそのアウトレットノズル４が管１の自由管断面５内に配置される。

洗浄ランス３を通り、ドライスノー６は加圧空気７により管内に供給され、かつそれはアウトレットノズル４を通って管内壁２上にブラストされ、したがって後者はドライスノーにより洗浄される。ここで、ドライスノーは、一方では、洗浄剤として、すなわち混入物を溶解するために使用され、他方では、サンドブラスティングと同様な方法で、管内壁から混入物を剥がす研磨剤として使用される。管内壁２から剥がされた混入物は、加圧空気噴射により管１から除去される。

図２の実施態様では、管１の温度は、温度センサ８により測定される。ここで、温度センサ８は、管１に沿って洗浄ランス３と同時に動かされ、温度センサ８は、おおよそ洗浄ランス３のアウトレットノズル４のレベルに、常に位置している。

ドライスノー６が管内壁２上の混入物に衝突するとき、混入物が、まず始めに冷却を受け、続いて管内壁２から除去されると推定するならば、そのとき、混入物が管内壁２から除去されるときにだけ、管１それ自体の明らかな冷却が生じる。したがって、もし温度センサ８によって測定される管１の温度が、所定の温度閾値を下回るなら、そのとき、温度センサ８が目下配置されていた位置において管内壁が完全に洗浄されたと推定される。管１をその全長にわたり洗浄するために、洗浄ランス３の先端における洗浄ノズル４及び温度センサ８は、矢印９により示されるように、管に沿って縦断方向にゆっくりと動かされる。

図３は、ドライスノー６を用いる管１の管内壁２をブラストするための代替的な配置を示す。この代替的な実施態様では、ドライスノーは加圧空気７により管１に注入される。しかしながら、注入は、管１の第一の端１０から生じ、ドライアイススノー６のための供給ライン１１はフランジ１２により管１の第一の端１０に取り付けられる。したがって、この実施態様は、洗浄工程の間、管に沿って動かされるいかなる部を必要としない。

この実施態様では、管１の温度は、管の第二の端１３において温度センサ８により測定される。洗浄工程が開始されるとき、管は、管１の自由断面５にドライスノー６が最初に入る、第一の端１０において初めに冷却を受ける。管１のこの冷却は、その後、洗浄が継続されるにつれて、管の第二の端１３も冷却されるまで、管１の縦断方向に広がる。この管１の第二の端１３における冷却は、温度センサ８により検知される。

表された実施態様では、ドライスノー６の導入前の管１の初期温度と比べ、管１の第二の端１３における温度センサ８が、３℃の冷却に達したとき、管１は全長にわたり洗浄されたと推定される。

原開示の目的のため、本明細書、図面及び請求項から当事者に開示される全ての特徴は、たとえ特定の追加の特徴と関係した具体的な用語中でのみ記載されていたとしても、これが明示的に除外されない程度又は技術的状況がこのような組み合わせを不可能又は不合理にする程度で、個別に、及び他の特徴又はここに開示された特徴の群とのいかなる所望の組合せの双方において、組み合わされ得るという事実に言及される。特徴の考えうる組合せの全ての、包括的、明示的な記述は、記載事項の簡潔さ及び読み易さのためだけに、ここでは省略される。

本発明は、図面及び上記明細書において表され、詳細に記載されてきた一方で、この表現とこの記載は、例として生じるのみであり、かつ請求項により定義される保護の範囲を制限することを意図するものではない。本発明は、開示される実施態様に限られない。

開示された実施態様の変形形態は、図面、明細書及び添付された請求項から当業者にとって自明である。請求項内において、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という単語は、他の要素又は工程を排除せず、かつ不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数形を除外しない。特定の特徴が異なる請求項の中で請求されているという単なる事実は、それらの組合せを除外しない。請求項内の参照番号は、保護の範囲を限定することを意図するものではない。

１ 管
２ 管内壁
３ 洗浄ランス
４ アウトレットノズル
５ 自由管断面
６ ドライアイススノー
７ 加圧空気
８ 温度センサ
９ 移動方向
１０ 管の第一の端
１１ フィードライン
１２ フランジ
１３ 管の第二の端
１０１ ロールスタンド
１０２、１０３ ロール
１０４ 圧延マンドレル
１０５ フィーディングクランピングカートリッジ
１０６ リニアモーター
１０７ ホローシェル
１１２ チャック
１１６ ロータ
１１７ ステータ

Claims (12)

1. 管内壁（２）、管外壁、及び管内壁（２）によって囲まれた自由管断面（５）を有する鋼管（１）を製造すること含み、製造後に鋼管（１）が管内壁（２）上に少なくとも一の混入物を含む、鋼管（１）を製造するための方法であって、
   鋼管（１）の製造後に、管内壁（２）が：
   自由管断面（５）へ液体ＣＯ_２又は固体ＣＯ_２を導入する工程、及び
   管内壁（２）から混入物を取り除くために、液体ＣＯ_２又は固体ＣＯ_２を管内壁（２）上に適用する、工程
   を用いて洗浄されることを特徴とする、方法。
2. 鋼管（１）を製造することが、ホローシェルを、仕上り寸法に成形された鋼管（１）の形状に成形することを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 成形が、ホローシェルを仕上り鋼管（１）の形状に冷間ピルガ圧延することにより行われることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 冷間ピルガ圧延の間、マンドレルバー潤滑剤が、マンドレルバーから管内壁（２）に移動され、かつ液体ＣＯ_２又は固体ＣＯ_２を適用することにより管内壁（２）から再度取り除かれることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 成形が、ホローシェルを仕上り鋼管（１）の形状に冷間引抜きすることにより行われることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
6. 冷間引抜の間、引抜油が、引抜芯から管内壁（３）に移動され、かつ液体ＣＯ_２又は固体ＣＯ_２を適用することにより管内壁（２）から再度取り除かれることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 管断面に挿入された洗浄用ランス（３）により、液体ＣＯ_２又は固体ＣＯ_２が、自由管断面に導入されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 液体ＣＯ_２又は固体ＣＯ_２が、鋼管（１）の第一の端（１０）から自由管断面（５）に導入されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
9. 液体ＣＯ_２又は固体ＣＯ_２の管内壁（２）上への適用の間、鋼管（１）の温度が測定され、かつ鋼管（１）の温度が所定の温度閾値を下回った場合に洗浄が中断されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 液体ＣＯ_２又は固体ＣＯ_２の管内壁（２）上への適用の間、鋼管（１）の第二の端（１３）にて鋼管（１）の温度が測定され、かつ鋼管（１）の温度が所定の温度閾値を下回った場合に洗浄が中断されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
11. 管内壁（２）の洗浄が、ＣＯ_２スノーブラスティング又はドライアイスブラスティングにより生じることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 加圧空気（７）により、液体ＣＯ_２又は固体ＣＯ_２が、自由管断面（５）に導入されることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。

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