JP4766390B2

JP4766390B2 - マンドレルバー洗浄設備

Info

Publication number: JP4766390B2
Application number: JP2006224812A
Authority: JP
Inventors: 紘嗣中池; 康善日高; 純生飯田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date: 2006-08-22
Filing date: 2006-08-22
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2026-08-22
Also published as: US20100269868A1; CN101505886A; EP2055399B1; CN101505886B; BRPI0719897B1; EP2055399A1; US20130118527A1; JP2008049345A; EP2055399A4; WO2008023563A1; BRPI0719897A2

Description

本発明は、継目無管の製造に用いられるマンドレルバーの洗浄設備に関する。具体的には、本発明は、操業に支障を来すことなく、延伸圧延される管の内面に生じる浸炭を抑制できるマンドレルバーの洗浄設備に関する。

マンネスマン−マンドレルミル方式による継目無管の製造では、初めに、丸ビレット又は角ビレットを加熱炉により１２００〜１２６０℃に加熱した後、ピアサにより穿孔圧延して中空の素管を製造する。次に、この素管の内面にマンドレルバーを挿入し、マンドレルミルにより延伸圧延することにより、所定の肉厚まで減肉して管とする。その後、減肉された管からマンドレルバーを引き抜いた後、この管を定径圧延機により所定の外径まで成形圧延して、製品である継目無管を製造する。

延伸圧延時のマンドレルバーと素管とは焼付き易い。これを防止するため、マンドレルバー表面に潤滑剤が塗布される。この潤滑剤として、主に、耐摩耗特性や耐焼付き特性に優れた黒鉛を混合した黒鉛系潤滑剤が用いられる。本来、マンドレルバーは、その表面に塗布された潤滑剤が乾燥した後、例えば搬送ロール等から構成される搬送装置が配置された搬送ライン上を、搬送装置に接触しながらマンドレルミルまで搬送されて、延伸圧延に供される。しかし、実際の製造工程では、潤滑剤が完全に乾燥する時間を確保できないことが多い。このため、マンドレルバーの搬送時に、乾燥していない潤滑剤が滴り落ちて、マンドレルバーの下方にある搬送装置に付着する。また、たとえ潤滑剤が完全に乾燥してから搬送する場合でも、搬送中の振動などによって、潤滑剤の被膜が脱落し又は剥げ落ちて、搬送装置に付着する。このため、マンドレルバー搬送ラインに配置された搬送装置は、常に、付着した潤滑剤に含まれる黒鉛によって汚染される。このように、マンドレルバー搬送ラインに配置された搬送装置は黒鉛によって汚染されるので、この搬送装置に接触しながら搬送されるマンドレルバーも黒鉛によって汚染される。

上記のように黒鉛によって汚染されたマンドレルバーを用いて、例えばＳＵＳ３０４Ｌなどの炭素含有量が０．０４質量％以下の低炭素鋼からなる素管に延伸圧延を行うと、延伸圧延された管の内面が不可避的に浸炭される。

この管内面の浸炭を防止するための対策として、マンドレルバー表面に非黒鉛系潤滑剤を塗布することが考えられる。しかしながら、一般的に非黒鉛系潤滑剤は黒鉛系潤滑剤に比較して高価であるため、普通鋼など如何なる鋼種の素管に対しても非黒鉛系潤滑剤を用いることは、経済性の点で実施することが難しい。また、低炭素鋼からなる素管の延伸圧延用として、非黒鉛系潤滑剤のみを用いる搬送ラインを設けることも、新たな設備投資を要するため、経済性の点で実施困難である。このため、黒鉛系潤滑剤をも用いるマンドレルバー搬送ラインを低炭素鋼の素管を延伸圧延する際にも共用すると共に、低炭素鋼の素管を延伸圧延する際には、マンドレルバーやマンドレルバー搬送ラインに配置された搬送装置を洗浄した後、マンドレルバー表面に非黒鉛系潤滑剤を塗布する対策が主として行われる（例えば、特許文献１、２参照）。

また、マンドレルバー表面に付着した黒鉛系潤滑剤は、搬送ライン上でマンドレルバーを洗浄するだけでは、操業効率の点より比較的短時間で洗浄を終える必要があるために、十分に洗浄されず、延伸圧延に供する際に残存するおそれがある。このため、黒鉛系潤滑剤を塗布して延伸圧延に供された後のマンドレルバーを搬送ラインから抜き取り、再び搬送ラインに搬入して非黒鉛系潤滑剤を塗布する場合、搬送ラインに再び搬入する前に、黒鉛系潤滑剤が付着したマンドレルバー表面を予め清掃（オフライン清掃）することが有効である。

従来のオフライン清掃は、たわし等の清掃道具を用いて作業者が手作業で行ったり、或いは、マンドレルバー表面に回転ブラシを摺過させることにより行われている。

しかしながら、作業者の手作業による場合は無論のこと、回転ブラシを摺過させる場合であっても、清掃効率が良くない。つまり、マンドレルバー表面に付着した黒鉛系潤滑剤を管内面の浸炭が問題にならない程度まで十分に除去するには長い時間を要するため、操業に支障を来す場合がある。

一方、特許文献１には、マンドレルバーに付着した黒鉛系潤滑剤をオフラインで水洗することが記載されているものの、その具体的な洗浄方法については何ら開示されていない。
特開２００２−２８７０５号公報特開２０００−２４７０６号公報

本発明は、斯かる従来技術の問題を解決するためになされたものであり、操業に支障を来すことなく、延伸圧延の際に管内面に生じる浸炭を効果的に抑制できるマンドレルバーの洗浄設備を提供することを課題とする。

前記課題を解決するべく、本発明は、マンドレルミルでの管の延伸圧延に供された後、マンドレルバー搬送ラインから抜き出されたマンドレルバーの表面に付着し、有機バインダーが添加された耐水性の黒鉛系潤滑剤を洗浄する設備であって、マンドレルバーを周方向に回転させながら軸方向に搬送する搬送装置と、前記搬送装置によって搬送されるマンドレルバーの側方に対向して配置され、マンドレルバーの表面に向けて水圧が２０〜１５０ＭＰａの高圧水を噴射する洗浄装置とを備えることを特徴とするマンドレルバー洗浄設備を提供するものである。

本発明に係るマンドレルバー洗浄設備によれば、マンドレルバー表面に付着した黒鉛系潤滑剤を管内面の浸炭が問題にならない程度まで短時間で除去することが可能である。従って、黒鉛系潤滑剤をも用いるマンドレルバー搬送ラインを低炭素鋼の素管を延伸圧延する際にも共用可能であると共に、操業に支障を来すことなく、延伸圧延の際に管内面に生じる浸炭を効果的に抑制可能である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
なお、本実施形態では、表面に黒鉛系潤滑剤を塗布して延伸圧延に供したマンドレルバーを、マンドレルバー搬送ライン（以下、適宜「搬送ライン」という）から抜き出して本発明に係るマンドレルバー洗浄設備（以下、適宜「オフライン洗浄設備」という）で洗浄した後、再び搬送ラインに搬入して表面に非黒鉛系潤滑剤を塗布して低炭素鋼の素管を延伸圧延する場合を例にあげて説明する。

図１は、本発明に係るオフライン洗浄設備を配置した継目無管の製造ラインを模式的に示す説明図である。
まず最初に、マンドレルバーＢ表面に黒鉛系潤滑剤を塗布して素管Ｓを延伸圧延し、管Ｓ１を製造する工程について説明する。図１に示すように、搬入テーブル６から搬送ラインに搬入されたマンドレルバーＢは、潤滑剤塗布装置７によって表面に黒鉛系潤滑剤が塗布される。この後、マンドレルバーＢは、マンドレルミル８の入側までの搬送ラインの途中で、ピアサ（図示せず）により穿孔圧延された素管Ｓに挿入される。素管Ｓは、マンドレルミル８により延伸圧延されて管Ｓ１となる。マンドレルバーＢは、マンドレルミル８での延伸圧延が終了した後に引き抜かれ、リターンライン９上を搬送されて、水冷装置５で冷却される。この後、マンドレルバーＢは、搬送ラインに配置されたマンドレルバー洗浄装置（以下、適宜「オンライン洗浄装置」という）２で洗浄された後、再び潤滑剤塗布装置７によって表面に黒鉛系潤滑剤が塗布され、前述と同様の工程で２パス目以降の延伸圧延に供される。マンドレルバーＢは、以上に説明した循環使用によりマンドレルミル８での延伸圧延に供される。この循環使用により、マンドレルバーＢの搬送ラインに配置された搬送装置（図示せず）は、黒鉛系潤滑剤に含まれる黒鉛によって汚染される。

なお、マンドレルミル８で延伸圧延された管Ｓ１は、再加熱炉１３で約９４０℃〜１０６０℃で約２０〜３５分間再加熱され、ストレッチレデューサ１４で製品寸法に仕上げられて、継目無管が製造される。

次に、マンドレルバーＢ表面に非黒鉛系潤滑剤を塗布して素管Ｓを延伸圧延し、低炭素鋼からなる管Ｓ１を製造する工程について説明する。上記のようにして表面に黒鉛系潤滑剤が塗布され延伸圧延に供されたマンドレルバーＢは、搬送ラインから抜き出され、本発明に係るオフライン洗浄設備で洗浄される。このオフライン洗浄設備は、例えば、継目無管の製造ライン０から離間したマンドレルバーＢを保管するためのバー保管庫３に設置することが例示される。

図２は、本発明に係るオフライン洗浄設備の概略構成を示す説明図である。
図２に示すように、オフライン洗浄設備１５は、マンドレルバーＢを周方向に回転させながら軸方向に搬送する搬送装置と、該搬送装置によって搬送されるマンドレルバーＢの側方に対向して配置され、マンドレルバーＢの外面に向けて高圧水を噴射する洗浄装置とを備える。

本実施形態に係る搬送装置は、マンドレルバーＢを支持する搬送ロール１７及びスキューロール１８で構成されている。搬送ロール１７を回転させることによりマンドレルバーＢは軸方向に搬送され、スキューロール１８を回転させることによりマンドレルバーＢは周方向に回転する。したがって、搬送ロール１７及びスキューロール１８の双方を回転させることにより、マンドレルバーＢは周方向に回転しながら軸方向に搬送されることになる。

本実施形態に係る洗浄装置は、マンドレルバーＢの下方に配置された２個の洗浄ノズル１ｄを備えている。洗浄ノズル１ｄを下方に配置することにより、マンドレルバーＢの外径に関わらず洗浄ノズル１ｄとマンドレルバーＢ表面との距離を一定にすることが可能である。そして、２個の洗浄ノズル１ｄからマンドレルバーＢの外面に向けて高圧水１９を噴射しながら、搬送ロール１７及びスキューロール１８を回転させれば、マンドレルバーＢの表面全体を洗浄することが可能である。なお、洗浄ノズル１ｄとマンドレルバーＢ表面との距離は数１００ｍｍ程度に設定され、洗浄ノズル１ｄから噴射する高圧水１９の拡がり角は１０°〜２０°に設定される。

洗浄ノズル１ｄから噴射する高圧水の水圧は、０．２〜１５０ＭＰａ（好ましくは２０〜１５０ＭＰａ）に設定される。以下、この理由について説明する。

オフライン洗浄設備１５の洗浄ノズル１ｄから噴射する高圧水の水圧を適宜変更して、表面に黒鉛系潤滑剤が十分に付着したマンドレルバーＢの洗浄試験を行った。具体的には、潤滑剤の付着性や貯蔵安定性を確保するための有機バインダー（酢酸ビニルやアクリル樹脂など）が比較的多く添加された黒鉛系潤滑剤を付着させた場合と、有機バインダーの添加量が少ない黒鉛系潤滑剤を付着させた場合の双方について洗浄試験を行った。一般的に、有機バインダーの添加量が多い潤滑剤は耐水性を示すために洗浄し難く、添加量が少ない潤滑剤は非耐水性（水溶性）を示すために洗浄し易い傾向がある。そして、マンドレルバーＢの搬送速度を適宜変更（マンドレルバー１本当たりの洗浄時間を変更）して洗浄を行い、洗浄後のマンドレルバーＢ表面の付着物を分析することにより、マンドレルバーＢ表面に残存する炭素付着量（ｇ／ｍ^２）を求めた。なお、この洗浄試験で用いたマンドレルバーＢ表面には、通常通り、焼付きの防止を目的として設けられた酸化皮膜が存在しており、洗浄後の酸化皮膜の状態を表面のミクロ観察によって確認した。

以上に説明した洗浄試験の結果の一部を表１に示す。

表１に示すように、洗浄ノズル１ｄから噴射する高圧水の水圧を２０〜１５０ＭＰａに設定することにより、操業に支障を来すことがない洗浄時間（１０分／本未満）で、マンドレルバーＢ表面に残存する黒鉛系潤滑剤を管Ｓ１内面の浸炭が問題にならない程度まで十分に低減すること（炭素付着量３０ｇ／ｍ^２未満）が可能であった。

また、高圧水の水圧を０．２ＭＰａ以上２０ＭＰａ未満に設定した場合、有機バインダーの添加量が多い黒鉛系潤滑剤を付着させたマンドレルバーＢについては、洗浄時間を許容範囲外である２０分／本にしても、残存する黒鉛系潤滑剤を十分に低減することができなかった（炭素付着量３０ｇ／ｍ^２以上）。一方、有機バインダーの添加量が少ない黒鉛系潤滑剤を付着させたマンドレルバーＢについては、高圧水の水圧を０．２ＭＰａ以上２０ＭＰａ未満に設定しても、洗浄時間及び炭素付着量の双方を許容範囲内（洗浄時間：１０分／本未満、炭素付着量：３０ｇ／ｍ^２未満）にすることが可能であった。有機バインダーの添加量が少ない非耐水性の潤滑剤を使用すると、一定時間にマンドレルミル８で素管Ｓを延伸圧延する頻度が高ければ（例えば、１５〜３０秒毎の延伸圧延）、延伸圧延の開始の直前まで圧延ロールに吹き付けられる冷却水の滴りや、圧延ロールから落下する水滴によって、マンドレルバーＢ表面に塗布された潤滑剤まで流れ落ちる。このため、延伸圧延時にマンドレルバーＢと素管Ｓとが焼付くおそれがある。従って、延伸圧延する頻度の高い鋼種や製造ライン０に対して、非耐水性の潤滑剤を使用することは好ましくなく、有機バインダーの添加量が多い耐水性の潤滑剤を使用することが好ましい。このため、前述のように高圧水の水圧を２０ＭＰａ以上に設定することが好ましい。しかしながら、延伸圧延する頻度が低い（例えば、６０秒毎の延伸圧延）鋼種や製造ライン０に対しては、非耐水性の潤滑剤を使用しても、延伸圧延時にマンドレルバーＢと素管Ｓとが焼付くおそれが少ない。このため、必ずしも高圧水の水圧を２０ＭＰａ以上に設定する必要はなく、０．２ＭＰａ以上に設定しさえすればよい。

一方、表１に示すように、高圧水の水圧を０．２ＭＰａ未満に設定すると、非耐水性の潤滑剤を付着させたマンドレルバーＢであっても、許容範囲内の洗浄時間では、残存する黒鉛系潤滑剤を十分に低減することができなかった。また、１５０ＭＰａより高い水圧の高圧水を噴射すると、マンドレルバーＢの表面に形成された酸化皮膜が剥離した。

以上の理由により、洗浄ノズル１ｄから噴射する高圧水の水圧は、０．２〜１５０ＭＰａ（好ましくは２０〜１５０ＭＰａ）に設定される。

なお、以上に説明したオフライン洗浄設備１５によるマンドレルバーＢ表面の洗浄と、従来の回転ブラシを用いた擦過装置によるマンドレルバーＢ表面の清掃との効率を比較する試験も行った。試験前のマンドレルバーＢの表面には、有機バインダーが多く添加された耐水性の黒鉛系潤滑剤を付着させた。

図３は、上記試験に用いた従来のオフライン清掃に用いられる擦過装置の概略構成を示す説明図である。
図３に示すように、擦過装置１６は、マンドレルバーＢを支持する搬送ロール１７及びスキューロール１８と、マンドレルバーＢに接触するように配置された回転ブラシ４とを備える。回転ブラシ４を回転させながら、スキューロール１８を回転させてマンドレルバーＢを周方向に回転させ、搬送ロール１７を回転させてマンドレルバーＢを軸方向に搬送する。これにより、マンドレルバーＢの表面全体に回転ブラシ４が擦過して清掃できる。

上記試験の結果を表２に示す。

表２に示すように、従来の擦過装置１６を用いると、操業に支障を来すことがない清掃時間（５分／本）では、マンドレルバーＢ表面に残存する黒鉛系潤滑剤（炭素付着量）を管Ｓ１内面の浸炭が問題にならない程度まで十分に低減することができなかった。また、マンドレルバーＢ表面に残存する黒鉛系潤滑剤を十分に低減するには、清掃時間を許容範囲外である１０分／本以上にする必要があり、操業上の問題がある。これに対して、オフライン洗浄設備１５によれば、表１を参照して説明したのと同様に、操業に支障を来すことがない洗浄時間（１０分／本未満）で、マンドレルバーＢ表面に残存する黒鉛系潤滑剤を管Ｓ１内面の浸炭が問題にならない程度まで十分に低減すること（炭素付着量３０ｇ／ｍ^２未満）が可能であった。

以上のようにして、オフライン洗浄設備１５で洗浄されたマンドレルバーＢは、搬入テーブル６から再び搬送ラインに搬入されるが、この搬入の前に、少なくともマンドレルバーＢの搬送ラインに設置される潤滑剤塗布装置７からマンドレルミル８の入側までの間に配置される搬送装置を予め洗浄しておくことが好ましい。

図４は、上記の搬送装置を構成する搬送ロールを洗浄するために用いられる搬送ライン洗浄装置１の概略構成を示す説明図である。
図４に示すように、搬送ライン洗浄装置１は、搬送ロール１０の表面から数１００ｍｍ上方に離間した位置に配置された２個の洗浄ノズル１ａ、１ｂを備える。搬送ロール１０を回転させながら、洗浄ノズル１ａ、１ｂから搬送ロール１０に向けて高圧水１１を噴射することにより、搬送ロール１０が洗浄される。なお、好ましくは、洗浄ノズル１ａ、１ｂから噴射する高圧水１１の拡がり角は１０°〜２０°に設定され、高圧水１１の水圧は３０〜１５０ＭＰａに設定される。

上記のようにして、マンドレルバー搬送ラインに配置された搬送装置が予め洗浄された後、マンドレルバーＢは、搬入テーブル６から再び搬送ラインに搬入される。搬入されたマンドレルバーＢは、潤滑剤塗布装置７によって表面に非黒鉛系潤滑剤が塗布される。この後、マンドレルバーＢは、マンドレルミル８の入側までの搬送ラインの途中で低炭素鋼からなる素管Ｓに挿入され、素管Ｓは、マンドレルミル８により延伸圧延されて管Ｓ１となる。マンドレルバーＢは、マンドレルミル８での延伸圧延が終了した後に引き抜かれ、リターンライン９上を搬送されて、水冷装置５で冷却される。この後、マンドレルバーＢは、搬送ラインに配置されたオンライン洗浄装置２で洗浄される。

図５は、オンライン洗浄装置２の概略構成を示す説明図であって、図５（ａ）はオンライン洗浄装置２の正面図であり、図５（ｂ）はオンライン洗浄装置２の配置を示す説明図である。
図５に示すように、オンライン洗浄装置２は、潤滑剤塗布装置７の上流側に配置され、延伸圧延を終了したマンドレルバーＢを洗浄する。オンライン洗浄装置２は、マンドレルバーＢとの距離が最大で数１００ｍｍとなるように環状に配設された計８個の洗浄ノズル１ｃを備える。各洗浄ノズル１ｃからマンドレルバーＢに向けて高圧水１２を噴射することにより、マンドレルバーＢの表面が洗浄される。なお、好ましくは、洗浄ノズル１ｃから噴射する高圧水１１の拡がり角は１０°〜２０°に設定され、高圧水１２の水圧は３０〜１５０ＭＰａに設定される。

上記のようにして、マンドレルバーＢは、オンライン洗浄装置２で洗浄された後、再び潤滑剤塗布装置７によって表面に非黒鉛系潤滑剤が塗布され、前述と同様の工程で２パス目以降の低炭素鋼からなる素管Ｓの延伸圧延に供される。

表３は、以上に説明した工程によって製造した低炭素鋼からなる継目無管内面の浸炭状況、及び、オフライン洗浄設備１５によるマンドレルバーＢのオフライン洗浄を行わずに製造した低炭素鋼からなる継目無管内面の浸炭の状況を評価した結果を示す。なお、浸炭状況の評価では、条件１、３についてはマンドレルミル８で２パス目に延伸圧延した継目無管の内面から、条件２、４については１パス目（したがって、オンライン洗浄は無し）に延伸圧延した継目無管の内面から、それぞれ分析用サンプルを切り出し、カントバック（発光分光分析）によって炭素濃度を測定した。そして、継目無管の素材の炭素濃度に対して同等以下（浸炭無し）である場合を◎とし、炭素濃度の増加量が０．００１〜０．０１％である場合（許容できる範囲）を○とし、それを超えて炭素濃度が増加した場合を×として、それぞれ評価した。

表３に示すように、マンドレルバーＢのオフライン洗浄を行わずに製造した継目無管では浸炭が生じたのに対し、オフライン洗浄設備１５によるマンドレルバーＢのオフライン洗浄を行って製造した継目無管では、オンライン洗浄装置２による洗浄の有無に関わらず、浸炭を実用上問題ない程度に抑制できた。

図１は、本発明に係るマンドレルバー洗浄設備（オフライン洗浄設備）を配置した継目無管の製造ラインを模式的に示す説明図である。図２は、本発明に係るオフライン洗浄設備の概略構成を示す説明図である。図３は、従来のオフライン清掃に用いられる擦過装置の概略構成を示す説明図である。図４は、搬送ライン洗浄装置の概略構成を示す説明図である。図５は、マンドレルバー洗浄装置（オンライン洗浄装置）の概略構成を示す説明図であって、図５（ａ）はオンライン洗浄装置の正面図であり、図５（ｂ）はオンライン洗浄装置の配置を示す説明図である。

符号の説明

０製造ライン
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ洗浄ノズル
２マンドレルバー洗浄装置（オンライン洗浄装置）
３バー保管庫
４回転ブラシ
５水冷装置
６搬入テーブル
７潤滑剤塗布装置
８マンドレルミル
９リターンライン
１０搬送ロール
１１，１２，１９高圧水
１３再加熱炉
１４ストレッチレデューサ
１５マンドレルバー洗浄設備（オフライン洗浄設備）
１６擦過装置
１７搬送ロール
１８スキューロール
１９高圧水

Claims

マンドレルミルでの管の延伸圧延に供された後、マンドレルバー搬送ラインから抜き出されたマンドレルバーの表面に付着し、有機バインダーが添加された耐水性の黒鉛系潤滑剤を洗浄する設備であって、
マンドレルバーを周方向に回転させながら軸方向に搬送する搬送装置と、
前記搬送装置によって搬送されるマンドレルバーの側方に対向して配置され、マンドレルバーの表面に向けて水圧が２０〜１５０ＭＰａの高圧水を噴射する洗浄装置とを備えることを特徴とするマンドレルバー洗浄設備。