JP5615938B2 - 管圧延プラント - Google Patents

Description

本発明は、継目無管の生産のためのプラント、詳細には、大径の継目無管の生産のためのプラントに関する。本発明は、さらに、前記生産を実現する方法に関する。「大径」という表現は、ここでは、および以下では、４５７．２ｍｍと７１１．２ｍｍとの間（すなわち、１８インチと２８インチとの間）の直径を意味すると理解される。

薄肉大径管の生産は、現在では、金属シートを変形し、それにより、長手方向に溶接した管を得ることによって実行される。この管の生産技術は、広く使われているが、欠点がないわけではない。まず、比較的壁厚が薄い管しか得ることができない。管をそれから得る金属シートは最大厚さが３０から３５ｍｍ程度のことがある。継目無管と比較した溶接管のさらなる欠点は、溶接管は特に溶接部に沿って機械的強度および耐腐食性が小さいことである。

溶接管の代わりに、継目無管を生産することも可能である。「ピルガミル」と呼ばれるタイプの圧延機が、大径継目無管の生産に既知の様式で使用される。この圧延機は、円周に沿って溝の深さを変更できる溝付きのロールを用いる。したがって、ロールの中心セクションは、カムの形状であり、すなわち、円ではない。こうした圧延機で管を加工するには、ブランクを圧延軸に沿って前後に連続して変位させる必要がある。

ピルガミルは、現在、大径継目無管の工業生産に用いられている唯一の機械であるが、いくつかの欠点を有する。

まず、これは、非常に遅い機械である。例えば、通常の連続圧延機によって生産される管は１時間当たり６０以上であるのに比べて、こうした機械の典型的な生産出力で１時間当たり生産される管は約１２から１５である。

さらに、ピルガミルで使用する、穿孔されたブランクは、通常の連続鋳造ビレットから得ることができない。実際に、その固有の特徴が原因で、ピルガミルで圧延すると、穿孔されたブランクが大幅に伸長する。穿孔されたブランクのこのような伸長は、直径を大幅に縮小することで必ず補償しなければならなない。こうした技術的な制約を考慮すると、大径管の生産には、やはり、必ず、開始時の穿孔されたブランクが大径である必要があり、したがって、これは通常の連続鋳造ビレットからは得ることができない。実際に、標準的なビレットの最大の直径は、現在では、せいぜい５００から５５０ｍｍであり、したがって、不十分である。より大径のビレットを、専用の寸法に設計した連続鋳造プラントから得ることもできる。しかし、通常市場で必要とされる大径ビレットの数量は、こうしたプラントの建設に必要な莫大な投資に見合うものではない。

したがって、ピルガミルにおける圧延に使用される穿孔されたブランクは、約９５０ｍｍまでの直径を有しなければならず、したがって、十分に大径のインゴットから得なければならない。技術的理由および生産関連の理由から、インゴットがビレットよりも最大３０％多くコストがかかることが当業者には知られている。さらに、インゴットの品質は連続鋳造ビレットよりも劣る。実際に、インゴットは、あまり一様の特徴を有さず、こうした生産方法に関連した浪費、すなわち、湯口または押湯により、著しく製造コストが上昇する。

ピルガミルにおいて圧延された管の末端に関連した浪費も相当なものである。この圧延プロセスにより、実際に、典型的な「ベル」、すなわち管の端部分が生産され、その部分は、圧延することができず、必ず切り取って廃棄処分しなければならない。したがって、出発材料および加工のタイプを検討すると、ピルガミル圧延方法は、全体的に比較的出力が低い。

さらに、ピルガミルの使用に関連した主な問題は、仕上げ管の品質が不良であることである。上記で説明した作業プロセスのタイプ、および入って来る穿孔されたブランクの幾何的な形態は、仕上げ管の壁がある程度不整になるようになっている。ピルガミルによって得られる管のこうした特徴は、従来は、問題であるとは見なされていなかった。しかし、現在のように、連続圧延機で実現できる品質水準がずっと高くなっている状態では、こうした特徴は、具体的には生産コストが高いことを考慮して、次第に欠陥と見なされるようになっている。

過去には、大径継目無管の生産のための別の技術も用いられていた。この技術は「エキスパンダ」として知られる機械に基づいている。エキスパンダにより、基本的には、管状ブランクを変形して、その管状ブランクよりも大径であり、壁が薄肉であり、長さが事実上同じ仕上げ管を得ることが可能である。エキスパンダによって得られる直径の拡大の割合、つまり拡張率は、典型的には、最大６０％を有すると算定することができる。しかし、エキスパンダによって得ることができる最大の拡張率は、入って来る管状ブランクの壁の厚さに応じて変わる。

典型的には、エキスパンダによる加工中に、入って来るブランクと出て行く製品のメートル法の重量単位は事実上変わらない。そのため、出て行く厚さを厚くするためには、入って来る厚さが非常に厚い状態で開始する必要があり、そのため実践上は実現が難しくなる。さらに、エキスパンダに入るブランクのこれらの厚さを実現することが可能であったとしても、出て行くブランクの内側にある典型的ならせん状のスコーリングが非常に目立つことになり、したがって受け入れがたい。

エキスパンダでは、実際に、管の内側にプラグを支持するロッドが圧縮下で動作する。こうした応力のある状況により最大負荷に上限が加えられ、その上限は、ロッドが圧縮応力による座屈の影響を受けることが防止され、機械の正確なセットアップおよび加工の精密な制御を保証するために、非常に低くされることが分かっている。そのため、プラグへの高い圧縮負荷の原因である厚さの厚い壁には、非常に低い拡張率の値が必要になる。

さらに、壁厚が厚い場合に直径の拡張率が高いと、エキスパンダを離れる管の内側に凹凸が増える。らせん状のスコーリングの形態のこうした凹凸は、後続の機械加工動作によってのみ、なんとか無くすことができる。

この技術は、それに関連した多数の欠点のせいで、あまりうまくいっていない。まず、管の生産は、やはり実践上は仕上げ管である管状のブランクを用いて行われた。エキスパンダ典型的な拡張率を考慮すると、直径２８インチ（７１１．２ｍｍ）の仕上げ管を得るためには、最初に直径１８インチ（４５７．２ｍｍ）のブランクを使用する必要があった。エキスパンダが広く使われていた当時は、こうした直径にはリテインドマンドレル圧延機がまだ利用できなかったので、直径１８インチ（４５７．２ｍｍ）の管はすでに言及したピルガミルによって得ていた。明らかに、出発時の管の壁の品質が不良であることは、仕上げ管の品質に直接影響を及ぼした。エキスパンダ加工ステップは、確かに、品質を改善することができず、それどころか、さらに、さらなる欠陥を与えた。これは、所望の直径を有し品質が互角の管をワンパスで直接生産できる高性能のピルガミルを好んで、実際にこの技術を放棄した理由の１つであった。

エキスパンダに関連した技術のさらなる欠点は、加工前に特別の炉で管状ブランクを加熱しなければならないことにある。こうした加熱段階は、常に、ある程度重要であることが証明されている。管の温度は、実際に、倉庫の典型的な室温から、作業に必要な１２００から１２５０℃まで上昇させなければならない。したがって、このような加熱動作により、必要な時間およびコストが大幅に増大した。具体的には、管に対してできるだけ均一でありその最適な作業を可能にするのに十分に高い温度を実現するためには、具体的には厚さの厚いブランクの場合に、加熱段階を延長しなければならなかった。加熱段階が長くなるほど、管内に生成される酸化物が多くなる。次いで、管の加工性を改善し、内部欠陥を軽減し、最終製品の最低限の品質を確保するために、これらの酸化物を除去しなければならない。酸化物の除去は、現在でもまだ、相当複雑な動作であり、食塩水の利用を必要とする。したがって、これは具体的には環境保護の観点から重要な動作である。

標準的な鋼管の生産に関する上記で言及した問題点は、高合金鋼、例えば、クロム含有量が１０％以上の鋼から作製された管の生産中に、さらに悪化する。こうした鋼に典型的な機械的な特徴により、材料の変形能が低下し、したがって、エキスパンダについては、高度の拡張を含む動作中にプラグに作用する圧縮応力が増大する。さらに、高合金鋼の管は、市場では壁厚が中肉から厚肉が一般に必要とされ、それにより、エキスパンダに関連した作業がさらに難しくなる。

大径継目無管の生産は、中径管に一般に使用されるタイプの連続圧延機によって実行することもできる。このタイプの機械では、管は、一連の圧延スタンド（またはステーション）を通過することによって圧延される。それらの圧延スタンドはそれぞれ、ロールを２つ以上、通例３つ備える。圧延スタンドは、数が通常５以上であり、ロールの位置は径方向に調節可能である。このタイプの作業動作では、圧延中にロールによって加えられる径方向の推力に抵抗できるようにマンドレルを管内に配置することが必要である。こうした抵抗作用を加えるためには、マンドレルは径方向に極めて剛直でなければならない。さらに、管の内面の仕上げの高い品質を確保するために、マンドレルはできるだけ滑らかな外面を有しなければならない。こうした要件のせいで、複数の部品を接合して構成したマンドレルを製造することが極めて難しくなる。実際に、接合ゾーンは、必ず、不整の表面を特徴とする。さらに、このゾーンは、非常に壊れ易いので、径方向の圧延による圧力に適切に耐えることができなくなる。この分野では、リテインドマンドレルを用いることが知られている。そのマンドレルは、制御された速度で前進するように軸方向に拘束され、保持されている。この解決策には重大な欠点がある。実際に、マンドレルの単一のセクションは、制動されるが、軸方向に圧延機に沿って前進し、したがって、全ての圧延ステーション内で最大の変形状態で相次いで係合する。圧延ステーション内では、マンドレルは、変形エネルギーおよび管の材料の滑り接触によって生じる摩擦のせいで、熱ストレスおよび機械的ストレスを受ける。したがって、２つ以上の圧延ステーションを通り抜けることにより、マンドレルの温度が大幅に上昇し、それにより、マンドレルを圧延の最後に適切に冷却し、次いで次の圧延サイクルのために注油することができるように、互いに同一のマンドレルを複数設けることが必要になる。

それに加えて、典型的には圧延中に生じるストレスに耐えるために、個々のマンドレルを特に品質の高い材料から作製しなければならないことを検討しなければならない。明らかに、マンドレルのために必要な支出はその寸法に応じて変わる。リテインドマンドレルの典型的な長さは、実際に、従来の連続圧延に必要な大径の（すなわち２０インチ（５０８ｍｍ）を超える）マンドレルの一式の製造は、コストの観点から不利になっている。

国際公開第９９／４７２８４号パンフレット 国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ９９／０１４０２号 特許出願ＩＴ ＭＩ２００９Ａ００１０８５号

したがって、本発明の目的は、従来技術に関して上記で言及した欠点を少なくとも部分的に克服することである。

具体的には、本発明の一目標は、大径継目無管の生産のためのプラントおよび方法を提供することである。

さらに、本発明の一目標は、（薄肉から厚肉まで）広範な厚さの壁を有する管の生産のためのプラントおよび方法を提供することである。

さらに、本発明の一目標は、炭素鋼および高合金鋼の両方を含む異なるタイプの鋼から作製される管の生産のためのプラントおよび方法を提供することである。

さらに、本発明の一目標は、現在市販されているものと比べて優れた品質の仕上げ管を得ることがそれによって可能なプラントおよび方法を提供することである。

最後に、本発明の一目標は、中径継目無管、すなわち直径が３３９．７ｍｍと５０８ｍｍ（１３．３／８インチから２０インチ）の間の継目無管も生産できるプラントおよび方法を提供することである。

上記で言及した目的および目標は、請求項１に関わるプラントおよび請求項１１に記載の方法によって達成される。

本発明の特有の特性およびさらなる利点は、添付の図面を参照しながら非限定的な例によって提示された実施形態のいくつかの例による、本明細書で以下に提示される説明から明らかになるであろう。

従来技術によるプラントを表すブロック図を示す。 本発明によるプラントを表すブロック図を示す。 本発明によるプラントに使用されるエキスパンダ／エロンゲータの細部を概略的に示す。 本発明によるプラントに使用される連続主圧延機を概略的に示す。 本発明に従って生産できる様々なタイプの管を厚さ／直径の線図の形態で概略的に示す。

本発明による継目無管圧延プラントは、以下の構成要素から構成される。

連続鋳造によって生産されたビレットを加熱するための炉と、
そのビレットを長手方向に穿孔して、穿孔されたブランクを得るための穿孔機と、
穿孔されたブランクの直径を拡張しその穿孔されたブランクを伸長して半仕上げ管を得るための拡張／伸長ミルと、
リテインドマンドレル上で管の圧延を実行するための、２つ以上のロールを有するスタンドを備えるタイプの連続主圧延機であって、ロールの径方向の位置が調節可能である、連続主圧延機と、
その主圧延機の下流にそれと直列に配置された固定ロール型の引き抜き／縮小ミルであって、管をマンドレルから引き抜き管の直径に関する所定の値を画定するように設計された引き抜き／縮小ミルと、
仕上げ管の直径を画定するためのサイジングミルであって、ロールの径方向の位置が調節可能なタイプのサイジングミルと、
冷却ベッド。

さらに、本発明によるプラントは、可能な場合は穿孔機を離れる穿孔されたブランクを主圧延機に直接供給し、それにより、拡張／伸長ミルを回避するバイパスラインを備える。

いくつかの実施形態によるそのプラントの構成要素を以下で説明する。その説明は、そのプラントの構成要素の一部は異なる形に配置および使用されていても本質的に当業者に知られているので、所々である程度簡潔である。

ビレット炉は、従来からこの分野で用いられ当業者にはよく知られた炉である。

ビレット穿孔機（またはピアサ）は、標準的な円錐形のロールピアサでよく、そのロールピアサは、ビレットの外面に作用する２本の傾斜軸のロールと、穴に沿ってビレットの中央に挿入されるプラグとを備える。

概念上の視点から、拡張／伸長ミル（またはエキスパンダ／エロンゲータ）は、ピアサに非常によく似た機械である。そのため、本発明の特定の実施形態によれば、ピアサおよびエキスパンダ／エロンゲータは、以下にさらに詳細に説明するように異なる２つの構成に予め設定した同じ機械とすることができる。

添付の図３に、拡張／伸長ミルの機能を実行するように設計された構成の傾斜軸の円錐形のロールのミルの線図を示す。全体を１０で示すミルは１対のロール１２を備え、そのロール１２は各軸を中心に回転する可変型の円錐から構成される。ロール１２の回転軸は、互いに対して傾斜している。エキスパンダ１０は、オジーブ形のプラグ１４も備え、そのプラグ１４はロッド１６に連結されている。そのロッド１６は、添付の図３に示すように、圧延中に圧縮を受けるように配置することができる。あるいは、ロッド１６は、好都合に、引っ張り力を受けるようにオジーブ形のプラグ１４の反対側に配置することができる。穿孔されたブランク２０は、その軸を中心に回転し、図３に示す矢印ｆの方向にオジーブ形のプラグ１４に対して押し付けられる。図３の線図から分かるように、ロール１２およびオジーブ形のプラグ１４を組み合わせた構成により、穿孔されたブランクの材料がそれに沿って流れなければならない移動経路が画定される。この経路に沿った移動により、拡張／伸長からなる所望の変形が起きる。

具体的には、特定の実施形態によれば、ロール１２およびオジーブ形のプラグ１４のプロフィルは、移動経路の一部分により直径が拡張され管が伸長され、その代わりに移動経路の残りの部分により管の直径が所望に応じて拡張されるように画定される。明らかに、移動経路全体に沿って管の壁の厚さを薄くすることもできる。

例えば、一実施形態によれば、ロール１２およびオジーブ形のプラグ１４のプロフィルは、移動経路の最初の約３分の２により、壁厚の低減、直径の拡張、および管の伸長が同時に行われるように画定される。その代わりに、移動経路の残りの約３分の１により、壁厚の低減、および残りの管の直径の所望の拡張が行われる。

一実施形態によれば、拡張／伸長ミルにより、約３５％だけ直径が拡張され、管が約１．７倍に伸長される。

特定の実施形態によれば、図３に示す圧延機は、穿孔機の機能および拡張／伸長ミルの機能を交互に実行するように迅速に再構成されるように設計されている。具体的には、ある構成から他の構成への移行は、ロール１２の異なる配向の軸、および異なる形態のオジーブ形のプラグ１４によって実現することができる。

その場合は、穿孔機として構成された機械を離れる穿孔されたブランクは、拡張／伸長ミルとして働くように再構成された同じ機械によって再度加工される。２度目のパスの後にのみ、半仕上げ管が主圧延機に供給される。

複雑であり本質的にある程度コストが高いが、再構成できるこうした機械を使用すると、どんな場合でも、従来のタイプの異なる２つの機械を使用するのと比べて有利である。

主圧延機は、２つ以上の調節可能なロールおよびリテインドマンドレルを有するミルスタンドのタイプであり、例えば、Ｄｅｍａｇ Ｉｔａｌｉｍｐｉａｎｔｉ Ｓ．ｐ．Ａ．の名前で出願され特許文献１として公開された特許文献２に記載されているタイプのものとすることができる。好ましくは、本発明による主圧延機は、ロールを３つ有するスタンドを備える。

本発明の一実施形態によれば、主圧延機は、並べて配置した４つの圧延スタンドを備える。この解決策は、調節可能なロールを２つ以上備える従来の圧延機の特に好都合な適合形態を構成する。実際に、これらの圧延機は、通例、並べて配置した５つ以上の圧延スタンドを備える。

管の厚さに基づいた主圧延機内および管の直径および温度に基づいたサイジングミル内のロールの配置に関するフィードバック制御は、好都合に、同一出願人によって２００９年６月１９日に出願された特許文献３に記載されたタイプとすることができる。

本発明によるプラントの特定の実施形態によれば、主圧延機は、低速マンドレルを使用することを特徴とする。本明細書では、用語「低速マンドレル」は、どのセクションも並んだ２つの圧延ステーションの作用を受けないように保持されるマンドレルを意味すると理解される。より具体的には、添付の図４も参照すると、以下の等式を適用することができる。
Ｖ_m＜ｄ／Ｔ_l

ここで、Ｖ_mはマンドレル３２の速度であり、ｄは並んだ２つの圧延スタンド３４間の最小の軸間距離であり、Ｔ_lは圧延時間である。等式
Ｔ_l＝Ｌ_t／Ｖ_t
も適用することができる。ここで、Ｌ_tは管２０の長さであり、Ｖ_tは圧延機３０に沿った管２０の軸方向速度である。

上記から、本発明によるプラントに使用される主圧延機３０の動作に必要なマンドレル３２は比較的短くすることが可能であると理解することができる。必要とされる最小長さは、実際に、全軸間距離Ｄ（すなわち、最初の圧延ステーションと最後の圧延ステーションとの間の距離）に、マンドレル３２が圧延時間中に実行する変位Ｓ_mを足した距離に等しい：Ｓ_m＝Ｖ_mＴ_l。上記の等式により以下の値も導かれる：Ｓ_m＜ｄ。

図４に概略的に示す本発明による主圧延機３０の実施形態を検討すると、圧延機が圧延スタンド３４を少数しか備えない、特定の場合には、スタンドを４つしか備えないので、全軸間距離Ｄはかなり短い。さらに、マンドレルの速度Ｖ_mが極めて遅いことで、マンドレル３２の変位Ｓ_mを小さくすることも可能である。上記に示した変数によって典型的に仮定される平均値を検討すると、Ｄ＋Ｓ_mと等価のマンドレル３２の最小長さは約５メートルと６メートルの間になる。その長さは、直径が最大２８インチ（７１１．２ｍｍ）の管の生産に必要な断面積は大きいのにも関わらず、マンドレル３２を比較的低いコストで製造できるようになっている。

さらに、マンドレルの個々のセクションはそれぞれ１つの圧延スタンドの作用しか受けないので、加工中のマンドレルの加熱の全体量は限定される。そのため、否定的な結果なしに、従来の高速のマンドレルに使用された材料よりも安い材料を用いてマンドレルを製造ことが可能になる。

さらに、添付の図４から留意できるように、４つの圧延スタンド３４を分離する３つの軸間距離は全て同じとは限らない。第１のスタンドを第２のスタンドから分離する第１の軸間距離ｄと第３のスタンドを第４のスタンドから分離する第３の軸間距離ｄとは、事実上同じである。しかし、第２のスタンドを第３のスタンドから分離する第２の軸間距離は他の２つの距離よりも長い。実際に、マンドレル３２用の小型の支持スタンド３６が第２の圧延スタンドと第３の圧延スタンドとの間に配置される。というのは、支持スタンド３６がないと、マンドレルが片持ち梁のように圧延機３０に沿って延在することになるからである。

図４のように、第２の軸間距離が距離ｊだけ他の２つの距離よりも長いと想定される。マンドレル３２のセクションはそれぞれ、圧延加工全体にわたってあるセクションに沿って多くとも長さＳ_m＜ｄだけ移動する。したがって、第２の軸間距離に関して、第２のスタンドからも第３のスタンドからも圧延を受けない、マンドレル３２のうちの少なくともｊに等しい長さを有するあるセクションを区別することが可能である。したがって、長さｊのこのセクションは、マンドレル３２の２つのセクション３２’と３２’’との間の接続部３３を設けるために利用可能である。上記で検討した例を参照すると、マンドレル３２の２つのセクション３２’および３２’’の長さはそれぞれ、約２．５と３メートルの間にある。こうした長さの場合は、ここでは大径（２４インチ（６０９．６ｍｍ）を超える）と考えられる場合であっても、マンドレル３２の製造および管理を徹底的に単純化することが可能である。

さらに、組み立てタイプのマンドレルを用いると、必要な場合に磨耗した部分のみを交換することが可能である。対照的に、従来の非組み立て式のマンドレルを用いるときは、局所的にしか磨耗しなかったとしてもマンドレル全体を交換しなければならない。組み立て式のマンドレルによってもたらされるこうした可能性により、圧延機の動作コストが大幅に削減される。

上記で説明した全体に寸法が小さいことと併せて組み立てタイプである低速マンドレルからなるここで採用した解決策により、市場で極めて競争力がある大径管のための主圧延機を提供することができる。

固定ロール型の引き抜き／縮小ミルは、半仕上げ管をマンドレルから引き抜き、仕上げ管の所望の値に近い所定の値まで半仕上げ管の直径を縮小する機能を有する。

プラントの一実施形態によれば、引き抜き／縮小ミルの代わりに、一緒にすると同様の機能を実行するように設計された複数の機械の組み合わせを用いることができる。例えば、引き抜き／縮小ミルの代わりに、特に管をマンドレルから引き抜くことを意図した引き抜きミルと、半仕上げ管の所定の直径を画定するように設計された縮小ミルからなる組み合わせを用いることができる。

本発明の特定の実施形態によれば、そのプラントは、引き抜き／縮小ミルの下流に、半仕上げ管の壁厚を測定する手段も備える。これらの実施形態では、主圧延機は、引き抜き／縮小ミルを離れる管の壁厚の測定値に応じてロールの径方向の位置を調節することができる。

本発明の特定の実施形態によれば、サイジングミルは、入って来る管の温度を測定する手段と、出て行く仕上げ管の直径を測定する手段とを備える。これらの実施形態では、サイジングミルは、入って来る管の温度の測定値および出て行く仕上げ管の直径の測定値に応じてロールの径方向の位置を調節することができる。

本発明は、継目無管の圧延を行う方法にも関するものである。

本発明による方法は、以下のステップを含む。

連続鋳造によって生産されたビレットを加熱するステップと、
加熱されたビレットを長手方向に穿孔して、穿孔されたブランクを得るステップと、
穿孔されたブランクを拡張および伸長して、その直径および長さを増大させ厚さを低減させるステップと、
半仕上げ管を主圧延機内で圧延して管を得るステップであって、主圧延機が、調節可能なロールを２つ以上有するスタンドを備える連続リテインドマンドレルのタイプのものである、ステップと、
管をマンドレルから引き抜くステップと、
調節可能なロールを備えるタイプのサイジングミルにおいて仕上げ管の直径に関する所定の値を画定するステップと、
仕上げ管を冷却するステップ。

他の実施形態によれば、その方法は、
マンドレルから引き抜いた後で管の壁厚を測定するステップと、
管の壁厚の測定値に応じて主圧延機のロールの径方向の位置を調節するステップ
をさらに含む。

他の実施形態によれば、その方法は、
サイジングミルに入る管の温度を測定するステップと、
サイジングミルを離れる管の直径を測定するステップと、
入って来る管の温度の測定値および出て行く管の直径の測定値に応じてサイジングミルのロールの径方向の位置を調節するステップと
をさらに含む。

この方法を実装する特定のモードによれば、ビレットを長手方向に穿孔するステップは、再構成できる機械によって実行される。これらのモードの実装形態によれば、その方法は、ビレットを長手方向に穿孔して穿孔されたブランクを得るステップの後に、穿孔されたブランクを拡張および伸長して厚さを低減しながら直径および長さを増大させるように適合されるようにその機械を再構成するステップも含む。

本発明による管の生産のためのプラントおよび方法から生じる利点のいくつかを以下に説明する。

図５に、厚さ／直径の線図の形態で、本発明によるプラントによって生産できる様々なタイプの管を概略的に示す。具体的には、３つのクラスの管をこの線図で定義している。

第１のクラスは、Ａで示す領域に含まれるものであり、壁厚が薄く直径が中径から小径である管を表す。第２のクラスは、Ｂで示す領域に含まれるものであり、直径が大きく任意の壁厚の管を表す。第３のクラスは、Ｃで示す領域に含まれるものであり、壁厚が中肉から厚肉であり直径が中径から小径の管を表す。

Ｃクラスの管は、拡張／伸長ミルのバイパスを有し、リテインドマンドレルに圧延を行う２つ以上の調節可能なロールを有する単一の連続主圧延機のみを用いて生産できる唯一のクラスである。したがって、理解できるように、拡張／伸長ミルをプラントに追加したことにより、プラントで生産できる管のタイプの範囲を大幅に広げることが可能である。具体的には、Ａで示す管のクラスは、ピアサを離れる穿孔されたブランクに関して壁厚を大幅に低減する必要があるので主圧延機単独では得ることができない。一方、Ｂで示す管のクラスは、ピアサを離れる穿孔されたブランクの直径を大幅に拡張させる必要があるので主圧延機単独では得ることができない。

上記で説明したように、本発明によるプラントおよび方法は、連続鋳造ビレットの使用を想定している。これらのビレットにより、大径の管の生産に従来使用されていたインゴットと比べて、いくつかの重要な利点がもたらされる。まず、ビレット鋼は、より均一であり、より制御され、全体として品質が優れている。さらに、ビレットのコストは、インゴットのコストよりも約３０％少ない。

本発明によるプラントおよび方法から生じる主な利点は、生産コストの大幅な削減である。最初に言及したように、従来技術は、エキスパンダに倉庫に格納された仕上げ管が供給されることを含んでいる。一方、本発明によるプラントの構成では、開始時のブランクは、直前にビレットから得られる。管は室温から作業温度に加熱するために長時間炉に留めておく必要がないので、管内の酸化物形成の問題が避けられる。さらに、ピアサを扱うと、材料の破壊中に熱の形態で放出される摩擦およびエネルギーによってブランクの内部温度が大幅に上昇する。したがって、これにより２つの重要な利点が生じる。ブランク内の材料が最小限の時間にわたって大気に露出され、炉内で上昇させるのが最も難しいブランク内の温度が外部の温度よりもずっと高くなる。エネルギーおよび作業時間を大幅に削減することに加えて、上記で既に言及したように、インゴットに比べてビレットのコストが低いこともある。

管の中間の格納を完全になくすことによりさらにコストが削減され、その結果、投資、空間、動作コスト、およびメンテナンスの観点から大幅にコストが削減される。

最後に、主圧延機で行われる伸長動作は、限定された性質のものであり、したがって、管の浪費（前端および末端）の量は、ピルガミルなどの他の機械で生じる量と比べて最小限に抑えられる。したがって、材料の歩留まりが高くなり、生産コストが削減される。ちなみに、伸長動作の限定された性質は、ストレスが非常に小さくそのため装置が受ける磨耗が小さくなることも意味する。

従来技術と比べると、本発明によるプラントおよび方法は、仕上げ管の品質の観点から相当の利点をもたらすこともできる。インゴットと比べてビレット鋼の優れた品質は既に上記で言及した。さらに、本発明による作業プロセスによって実現される酸化物の形成がずっと少ないことにより、材料の加工性が明らかに優れたものになり、したがって、最終的な品質が向上する。最後に、ピルガ圧延加工をなくすことにより、寸法公差がずっと小さいことに加えて、半仕上げ品のブランクの、したがって仕上げ管の表面の品質が改善される。

さらに、本発明によるプラントにおいて拡張／伸長ミルが生産ラインの最初に配置されるので、後続の機械加工動作により、その機械の使用に関連した問題が首尾よく大幅に低減される。具体的には、主圧延機は、典型的にはエキスパンダ作業動作の最後に管の内壁に存在するらせん状のスコーリングを取り除くことができる。本発明のこうした特有の特性の結果として、従来技術を用いて得た管と比べて明らかに優れた品質の管を得ることが可能である。出願人が行った特別な研究により、本発明に従って生産された管の内部の品質は「非常に高い」と定義されている。ピルガミルまたは従来の拡張ミルを使用して生産された同じタイプの管に対して行った同様の研究は、これらの管の品質は「中くらいから低い」と定義されている。

既知のタイプのプラント、具体的にはピルガミルと従来のエキスパンダと比べて本発明によるプラントで得ることが可能な、本出願人によって行われた研究により壁厚の同心性（すなわち、管の円周に沿った均一性）が優れていることがはっきりと強調されていることも言及すべきである。

例えば、厚い壁厚および非常に厚い壁厚を検討すると、同心性の点で公差の割合は、ピルガミルで得た壁厚の約半分であり、従来のエキスパンダによって得た壁厚の半分よりもわずかに大きい。こうした質的な利点により壁厚の減少がわずかに減るが、こうした質的な利点は公差割合値では従来技術よりもずっと低いままである。環境およびオペレータの安全性の点では、酸化物の形成が非常に限られていることで、酸化物およびその結果として生じる食塩水の使用をなくすことに関連する問題を最小限にまで減らす。

最後に、本発明によるプラントは、ある一定の汎用性も特徴としている。実際に、本発明によるこのプラントにより、大径管、すなわち直径が１８インチ（４５７．２ｍｍ）と２８インチ（７１１．２ｍｍ）の間の管の生産か可能になるだけでなく、拡張／伸長ミルを回避することで、中径管、すなわち直径が１３と３／８インチ（３３９．７ｍｍ）および２０インチ（５０８ｍｍ）の間の管の生産ならびに厚肉の管の生産も可能になる。そのような生産は、仕上げ管の品質において極めて競争力があり、プラントの全体的な生産性を向上させることが可能である。大径管は、実際に、市場において比較的低いシェアしかなく、大径管の生産を中径管の生産と組み合わせることによりプラント全体の償却を大幅に加速し、対応する投資から得る利益を生み出すことができる。

当業者には明らかになるように、本発明によるプラントおよび方法は、従来技術に関して言及した欠点を少なくとも部分的に克服する。

本発明による大径の継目無管の生産プラントおよび生産方法の実施形態に関しては、当業者は、特定の要件を満たすために、添付の請求項の範囲をそれにより逸脱することなしに、説明した要素に修正を加え、かつ／または説明した要素の代わりに等価の要素を用いることができる。

Claims (13)

1. 継目無管の圧延を実行するためのプラントであって、
   連続鋳造によって生産されたビレットを加熱するための炉と、
   前記ビレットを長手方向に穿孔して、穿孔されたブランクを得るための穿孔機と、
   前記穿孔されたブランクの直径を拡張し前記穿孔されたブランクを伸長して半仕上げ管を得るための拡張／伸長ミルと、
   リテインドマンドレル上で管の圧延を実行するための、２つ以上のロールを有するスタンドを備えるタイプの連続主圧延機であって、前記ロールの径方向の位置が調節可能である、連続主圧延機と、
   前記主圧延機の下流にそれと直列に配置された固定ロール型の引き抜き／縮小ミルであって、前記管を前記マンドレルから引き抜き前記管の直径に関する所定の値を画定するように設計された引き抜き／縮小ミルと、
   前記仕上げ管の直径を画定するためのサイジングミルであって、前記ロールの径方向の位置が調節可能なタイプのサイジングミルと、
   冷却ベッドと
   を備え、
   前記プラントが、前記穿孔機を離れる前記穿孔されたブランクを前記主圧延機に直接供給し、それにより、前記拡張／伸長ミルを回避するバイパスラインを備えることを特徴とするプラント。
2. 前記穿孔機が、互いに対して傾斜したそれぞれの軸を中心に回転する１対のロールと、オジーブ形のプラグとを備えることを特徴とする請求項１に記載のプラント。
3. 前記拡張／伸長ミル（１０）が、互いに対して傾斜したそれぞれの軸を中心に回転する１対の可変型の円錐ロール（１２）と、オジーブ形のプラグとを備えることを特徴とする請求項１または２に記載のプラント。
4. 前記穿孔機および前記拡張／伸長ミルが１つの同じ機械（１０）であり、この機械が、前記ロール（１２）の軸の配向および前記オジーブ形のプラグ（１４）の形態によって画定された異なる２つの構成を想定するように設計されていることを特徴とする前記請求項１ないし３のいずれか一項に記載のプラント。
5. 前記主圧延機（３０）が、ロールを３つ以上有する圧延スタンド（３４）を備えることを特徴とする前記請求項１ないし４のいずれか一項に記載のプラント。
6. 前記主圧延機（３０）が、並べて配置された４つの圧延スタンド（３４）を備えることを特徴とする前記請求項１ないし５のいずれか一項に記載のプラント。
7. 前記引き抜き／縮小ミルの下流に、前記半仕上げ管の壁厚を測定する手段をさらに備え、前記主圧延機が、前記引き抜き／縮小ミルを離れる前記管の壁厚の測定値に応じて前記ロールの径方向の位置を調節するように設計されていることを特徴とする前記請求項１ないし６のいずれか一項に記載のプラント。
8. 前記主圧延機（３０）のマンドレル（３２）が、そのセクションがいずれも２つの並んだ圧延ステーション（３４）の作用を受けないように保持されることを特徴とする前記請求項１ないし７のいずれか一項に記載のプラント。
9. 前記主圧延機（３０）のマンドレル（３２）が、少なくとも２つのセクション（３２’、３２’’）から構成され、２つのセクション（３２’、３２’’）間の前記接続部（３３）が、圧延中にどの圧延ステーション（３４）下でも係合しないことを特徴とする前記請求項１ないし８のいずれか一項に記載のプラント。
10. 前記サイジングミルが、前記入って来る管の温度を測定する手段と、前記出て行く仕上げ管の直径を測定する手段とを備え、前記入って来る管の温度の測定値および前記出て行く仕上げ管の直径の測定値に応じて前記ロールの径方向の位置を調節するように設計されていることを特徴とする前記請求項１ないし９のいずれか一項に記載のプラント。
11. 継目無管の圧延を実行する方法であって、
    連続鋳造によって生産されたビレットを加熱するステップと、
    前記加熱されたビレットを長手方向に穿孔して、穿孔されたブランクを得るステップと、
    前記穿孔されたブランクを拡張および伸長して、前記ブランクの厚さを低減させながら前記ブランクの直径および長さを増大させるステップと、
    ２つ以上の調節可能なロールを有するスタンドを有するリテインドマンドレルタイプの主圧延機内で半仕上げ管を圧延して、管を得るステップと、
    前記管を前記マンドレルから引き抜くステップと、
    調節可能なロールを備えるタイプのサイジングミルにおいて前記仕上げ管の直径に関する所定の値を画定するステップと、
    前記仕上げ管を冷却するステップと
    を含み、
    前記ビレットを長手方向に穿孔して穿孔されたブランクを得る前記ステップが、再構成できる機械によって実行され、その後に、前記穿孔されたブランクの拡張および伸長を行って前記ブランクの厚さを低減させながら前記ブランクの直径および長さを増大させるように前記機械を再構成することを伴うステップが続くことを特徴とする方法。
12. 前記マンドレルから引き抜いた後に前記管の壁厚を測定するステップと、
    前記管の壁厚の測定値に応じて前記主圧延機のロールの径方向の位置を調節するステップと
    をさらに含むことを特徴とする前記請求項１１に記載の方法。
13. 前記サイジングミルに入る前記管の温度を測定するステップと、
    前記サイジングミルを離れる前記管の直径を測定するステップと、
    前記入って来る管の温度の測定値および前記出て行く管の直径の測定値に応じて前記サイジングミルのロールの径方向の位置を調節するステップと
    をさらに含むことを特徴とする請求項１１または１２に記載の方法。

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