JP4411874B2

JP4411874B2 - 均熱装置での鋼管温度制御方法

Info

Publication number: JP4411874B2
Application number: JP2003176165A
Authority: JP
Inventors: 清若林
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2023-06-20
Also published as: JP2005007452A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、均熱装置での鋼管温度制御方法に係わり、特に電縫鋼管及び圧接鋼管の製造に有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電縫鋼管は、一般に、素材であるコイル状鋼帯を巻き戻して連続的に走行させながら、一群の成形ロールによって円筒状に成形した後、突き合せた該鋼帯の幅方向両端部を溶接して製造される。その製造には、素材として、溶鋼を連続鋳造して得た鋼鋳片を加熱炉で所定温度に加熱してから、熱間圧延で一定幅として巻き取ったコイル状鋼帯を用いる。そして、図４に示すように、この鋼帯１を、種々の形状をしたロールを多段に配設した一群の成形ロール２に鋼帯面を水平にして一定速度で送り込む。この成形ロール２で加工して円筒状にされた管体（突き合わされた幅方向端部は未接合なので、オープン管と称する）は、引き続き、その突き合わされた幅方向両端部をインダクション・コイル等３で加熱し、スクイズ・ロール（図示せず）で押さえて圧着、溶接し、素鋼管４とされる。その素鋼管４の軸方向に沿った接合部分（以下、シーム部という）の内外面には、ビードと称するじゅず状突起が形成されるので、該ビードをビード切削手段５で切削除去する。さらに、図示されていない超音波探傷器での疵検査後、該素鋼管４を再加熱した後、ストレッチ・レデューサ６のような多段の絞り圧延機で寸法を整えてから、払い出し用の搬送ライン上でカッタ（図示せず）により製品長さに切断されて、所望特性を有する電縫鋼管となる。また、接合方法を上記溶接に代え、圧接あるいは鍛接とすると、圧接鋼管や鍛接鋼管になる。
【０００３】
なお、上記した素鋼管４の再加熱には、通常、複数（例えば、８台）の誘導コイル７を直列に配置した均熱装置が利用される。ここで、均熱とは、素鋼管４の全体を所定のほぼ同一温度に加熱することを言い、その下流に配設した前記ストレッチ・レデューサ６での絞り圧延において鋼管の寸法精度を高める上で、必要な事前工程である。そして、小ロットの製品オーダが続き、各ロット毎に目標とする再加熱温度を頻繁に変更しなければならない場合にも迅速に対応できるように、均熱装置としては、熱源に高周波電流を流す所謂「インダクション・ヒータ」が利用されている。
【０００４】
ところで、かかる均熱装置での素鋼管４の再加熱状況を、８００ｍｍ幅の誘導コイル７を８台直列に配設し、外径１４６ｍｍφ、肉厚４ｍｍの素鋼管４を４０ｍ／ｍｉｎの速度で走行させる場合で説明すると、それは、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、最初のＮｏ．１からＮｏ．８の誘導コイルまでの９．２ｍの距離を、約１４秒という極めて短時間で該素鋼管を通過させ、その間に常温から１０００℃に加熱するものである。従って、所謂均熱帯は非常に短い。また、加熱温度は、８台目（記号：Ｎｏ．８）の誘導コイル７及び最終段のストレッチ・レッデュサーの出側に、それぞれ１台の放射温度計を水平姿勢で配設し、通過する素鋼管４の外周側面を一点だけ測温し、その測定値が所定の目標値になるように誘導コイル７を流れる電流量の増減で制御していた。
【０００５】
しかしながら、このような再加熱温度の制御を行っていても、前記ストレッチ・レッデュサー６で絞り圧延された鋼管の肉厚偏差は十分に解消されていないのが現状である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、鋼帯を管状に成形し、シーム部を溶接、圧接で接合した後、得られた素鋼管を絞り圧延するに当たり、絞り圧延前に行う該素鋼管の均熱化を従来より良好にする均熱装置での鋼管温度制御方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため、従来の温度制御方法で生じる問題点を究明すると共に、その対策の発見に鋭意努力し、その成果を本発明に具現化した。
【０００８】
すなわち、本発明は、鋼帯を管状に成形し、その突き合わせた幅方向両端部を接合した後、得られた素鋼管を複数の誘導コイルを直列に配置した均熱装置を通過させて再加熱してからストレッチ・レデューサで絞り圧延するに際して、前記誘導コイル及び／又はストレッチ・レデューサの出側で、通過する素鋼管の同一外周上の少なくとも該素鋼管の最低部を含む複数箇所で表面温度を同時に測定し、その測定値の最低値及び最高値を除いた算術平均値が目標温度に一致するように、前記誘導コイルに流す電力量を調整することを特徴とする均熱装置での鋼管温度制御方法である。この場合、前記素鋼管の同一外周上の複数箇所を５〜８ケ所とするのが好ましい。
【０００９】
本発明では、誘導コイル及び／又はストレッチ・レデューサの出側で、素鋼管の同一外周上の表面温度を複数箇所で測定し、その平均値で誘導コイルの電力量を調整するようにしたので、絞り圧延前に該素鋼管が従来より均熱になる。その結果、肉厚偏差を解消するのは勿論、製品鋼管の品質が従来より向上するばかりでなく、生産性も増加する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の実施の形態を説明する。
【００１１】
まず、発明者は、製造ライン上で鋼帯を走行させながら管状に成形し、その突き合わせた幅方向両端部を接合した後、得られた素鋼管を複数の誘導コイルを直列に配置した均熱装置を通過させて再加熱してからストレッチ・レデューサで絞り圧延するに際して、前記した従来の温度制御方法による素鋼管の均熱程度の実態を把握した。
【００１２】
その結果、再加熱後の素鋼管は、その長手方向にわたって周方向で表面温度が異なる、つまり不均一な温度分布（図示しないが、１０〜５０℃の偏差）になっていることがわかった。そして、その原因は、素鋼管には、本来、溶接シーム部の肉の盛り上がり（前記ビードも含む）、鋼帯のクラウン（鋼帯幅方向中央部の厚みが両端部より厚くなる現象）等に起因し、周方向に肉厚偏差が存在すること、及び誘導コイルで急速、且つ１０００℃程度の高温加熱を行うので、該素鋼管を均熱するに要する時間が短いことにあると考えた。また、素鋼管の最低部に相当する外周表面の温度が他の部分よりも低くなる傾向（１００〜３００℃程度）のあることも見出した。この最低部に相当する外周表面の温度が他の部分よりも低くなる原因を鋭意検討したところ、鋼帯を管状に成形したり溶接する際に使用する冷却水が、再加熱時でもまで管内に残留しているためであった。
【００１３】
そこで、発明者は、従来の温度制御方法が素鋼管外周の１ケ所だけで測定した温度に基づき行われていたことを鑑み、複数箇所での測温が必要と考えた。そして、この考えを具体化すべく種々の試みを行い、本発明を完成させたのである。
【００１４】
すなわち、本発明では、図１に示すように、誘導コイル７及び／又はストレッチ・レデューサ６の出側で、通過する素鋼管４の同一外周上の複数箇所において表面温度を常時測定し、その測定値の平均温度が目標値に一致するように、前記誘導コイルに流す電力量を調整するようにした。その際、誘導コイル７の出側だけの測温値だけで電力量を調整しても良いが、ストレッチ・レデューサの出側での測温値も利用すると一層良い結果になるので、両者を共に利用するのが好ましい。また、本発明では、上記平均温度に最低値及び最高値を除いた下記のような算術平均値を採用する。その理由は、素鋼管には、前記したように、ビードを含む肉の盛り上がり及びクラウンがあって、外周方向で必ずそも均一な厚みになっていないため、温度が極端に高くなったり、あるいは低くなる所謂「異常部分」が生じる恐れがある。つまり、異常部分を除いた方が平均値として正しいと考えたからである。
【００１５】
平均温度＝（最低温度及び最高温度を除いた各測定温度の合計）／同一円周上での測温箇所の数
このような本発明を実際に実施するには、機器による自動、あるいはオペレータによる手動のいずれを選択しても良い。手動の場合には、放射温度計８からの測温値を既設のプロセス・コンピュータで演算して前記平均値を求め、目標値との差に基づき、警報を発したり、誘導コイル７に流す電力量を遠隔操作で調整すれば良い。但し、前記目標値との差で電力量をどの程度変更するかについては、予め試験操業を行ったり、過去の操業データを解析して定めておく必要がある。また、自動の場合には、図５に示すように、温度計８に加え、誘導コイル７の電流変更をコンピュータ（演算器）９からの出力で自動的に行う周知の電力量制御装置１０を設ければ良い。なお、コンピュータ９では、手動の場合と同様に、放射温度計８からの測温値を演算して前記平均値を求め、目標値と比較してその差を電力量制御装置１０へ出力することになる。
【００１６】
さらに、本発明では、前記素鋼管４の同一外周での測温箇所の数について検討し、その数を４〜８ケ所とすることにした。均熱化を判定するには、素鋼管４の円周を均一に分割した測温情報であることが望ましく、実際に製造している鋼管のサイズでは、最低でも互いに９０°離隔した位置での測定が必要である。その意味で、測温箇所数の下限は同一外周上で４ケ以上あることが好ましい。上限の数を８ケ所としたのは、それ以上増加しても、温度制御の精度が飽和し、温度計の設置が無駄になるからである。
【００１７】
加えて、発明者は、前記した管内の水残りの影響を解消するには、素鋼管４の最低部の測温情報が特に必要であると考えた。そのため、本発明では、前記測温箇所の１ケ所に必ず素鋼管の最低部（真下に相当）を含めるのが好ましいとする。
【００１８】
【実施例】
Ｃ当量０．１８質量％の鋼帯１で、図４に示した製造ラインにより素鋼管４（外径１４６ｍｍφ×肉厚４．３７）を製造した。この素鋼管４を引き続き１６段のストレッチ・レデューサ６で外径５７．０ｍｍφ×肉厚４．２０ｍｍに絞り圧延を施し、製品の電縫鋼管とした。その絞り圧延を行う前に、図１に示した８台の誘導コイル７からなる均熱装置を通過させ、該素鋼管４の再加熱を行った。
その実施に際しては、予め放射温度計８を図２（ａ）及び（ｂ）に示す測温位置に対応するように，誘導コイル７の出側に７箇所及びストレッチ・レデューサ６の出側に６箇所配設すると共に、それらをコンピュータ９及び誘導コイル７の電力制御装置１０と接続し、本発明に係る均熱装置での鋼管温度制御方法を自動的に実施できるようにした。また、本発明の効果を確認するため、測温箇所を素鋼管外周上の１ケ所とする従来の温度制御方法も実施した。なお、コンピュータに記憶させておく素鋼管４の目標温度は、誘導コイルの出側で９６０〜９７０℃、ストレッチ・レデューサ６の出側で８４０〜８５０℃とした。電力値の変更は、素鋼管温度の上昇あるいは下降程度と電力値との関係を予め試験操業で求めておき、その関係を前記コンピュータ９に記憶させると共に、前記誘導コイル７の電力制御装置１０を介して行った。また、放射温度計８としては、検出素子がＩｎＧａＡｓ合金で、検出温度範囲３００〜１６００℃、視野が１０００℃で８ｍｍφの仕様のものを利用した。
【００１９】
その実施結果は、平均温度と目標温度との偏差で評価し、表１に示す。表１より、本発明に係る制御方法の実施で得た該偏差は、従来の制御方法の実施で得たものより小さくなったことが明らかである。つまり、目標温度に対する偏差が、従来の１／２以下に低減し、絞り圧延前の均熱化が良くなっている。また、表２に示すように、実際に製造した電縫鋼管の製品合格率、歩留り及び生産性も向上していた。
【００２０】
【表１】

【００２１】
【表２】

【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、電縫鋼管、圧接鋼管の製造に際して、絞り圧延前に行う素鋼管の均熱が従来より良好になる。その結果、製品鋼管の品質が従来より向上するばかりでなく、生産性も増加する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る均熱装置での鋼管温度制御方法を説明する図である。
【図２】素鋼管の外周に配置する放射温度計の位置を示す図であり、（ａ）は誘導コイルの出側、（ｂ）はストレッチ・レデューサの出側に対応する。
【図３】従来の均熱装置での鋼管温度制御方法を説明する図であり、（ａ）は均熱装置での誘導コイルの配置状況を、（ｂ）はそこで測定した温度の変化パターン例である。
【図４】電縫鋼管の製造ラインの一例を示す模式図である。
【図５】本発明に係る均熱装置での鋼管温度制御方法を自動で行う際に利用する各装置の配置を示すフロー図である。
【符号の説明】
１鋼帯（コイル状鋼帯）
２一群の成形ロール
３インダクション・コイル
４素鋼管
５ビード切削手段（バイト）
６ストレッチ・レデューサ（絞り圧延機）
７誘導コイル
８放射温度計
９コンピュータ
１０電力制御装置

Claims

鋼帯を管状に成形し、その突き合わせた幅方向両端部を接合した後、得られた素鋼管を複数の誘導コイルを直列に配置した均熱装置を通過させて再加熱してからストレッチ・レデューサで絞り圧延するに際して、
前記誘導コイル及び／又はストレッチ・レデューサの出側で、通過する素鋼管の同一外周上の少なくとも該素鋼管の最低部を含む複数箇所で表面温度を同時に測定し、その測定値の最低値及び最高値を除いた算術平均値が目標温度に一致するように、前記誘導コイルに流す電力量を調整することを特徴とする均熱装置での鋼管温度制御方法。
前記素鋼管の同一外周上の複数箇所を５〜８ケ所とすることを特徴とする請求項１記載の均熱装置での鋼管温度制御方法。