JP6939900B2 - 穿孔機、マンドレルバー、及び、それらを用いた継目無金属管の製造方法 - Google Patents
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Description
素材が通過するパスライン周りに配置される複数の傾斜ロールと、
複数の傾斜ロールの間のパスラインに配置されるプラグと、
プラグの後端からパスラインに沿ってプラグの後方に延びるマンドレルバーとを備え、
マンドレルバーは、
バー本体と、
バー本体内に形成されており、内部に冷却液が通る冷却液流路と、
バー本体のうち、マンドレルバーの軸方向に特定長さを有し、マンドレルバーの前端部に位置する冷却区域内に配置され、穿孔圧延時又は延伸圧延時において、冷却液流路から供給された冷却液をバー本体の外部に噴射して、冷却区域内を進行中の中空素管の内面を冷却する内面冷却機構と、
冷却区域に隣接して冷却区域の後方に配置され、穿孔圧延時又は延伸圧延時において、バー本体の外部に噴射された冷却液が冷却区域から出た後の中空素管の内面と接触するのを抑制する内面堰止機構とを含む。
穿孔機を用いて素材を穿孔圧延又は延伸圧延して、中空素管を製造する圧延工程と、
圧延工程中において、内面冷却機構により冷却液をバー本体の外部に噴射して、冷却区域内の中空素管の内面を冷却し、かつ、冷却区域に隣接して冷却区域の後方に配置された内面堰止機構により、バー本体の外部に噴射された冷却液が冷却区域から出た後の中空素管の内面に接触するのを抑制する工程とを備える。
素材を穿孔圧延又は延伸圧延して中空素管を製造する穿孔機であって、
素材が通過するパスライン周りに配置される複数の傾斜ロールと、
複数の傾斜ロールの間のパスラインに配置されるプラグと、
プラグの後端からパスラインに沿ってプラグの後方に延びるマンドレルバーとを備え、
マンドレルバーは、
バー本体と、
バー本体内に形成されており、内部に冷却液が通る冷却液流路と、
バー本体のうち、マンドレルバーの軸方向に特定長さを有し、マンドレルバーの前端部に位置する冷却区域内に配置され、穿孔圧延時又は延伸圧延時において、冷却液流路から供給された冷却液をバー本体の外部に噴射して、冷却区域内を進行中の中空素管の内面を冷却する内面冷却機構と、
冷却区域に隣接して冷却区域の後方に配置され、穿孔圧延時又は延伸圧延時において、バー本体の外部に噴射された冷却液が冷却区域から出た後の中空素管の内面と接触するのを抑制する内面堰止機構とを含む。
内面堰止機構は、
バー本体の外部に噴射された冷却液を堰き止めて、冷却液を、冷却区域内におけるバー本体と中空素管の内面との間に溜める。
マンドレルバーはさらに、
バー本体内に形成されており、圧縮ガスが通る圧縮ガス流路を含み、
内面堰止機構は、
穿孔圧延時又は延伸圧延時において、圧縮ガス流路から供給された圧縮ガスをバー本体の外部に噴射することにより、バー本体の外部に噴射された冷却液が冷却区域から出た後の中空素管の内面と接触するのを抑制する。
内面堰止機構は、
バー本体の外部に噴射された圧縮ガスによりバー本体の外部に噴射された冷却液を堰き止めて、冷却液を、冷却区域内におけるバー本体と中空素管の内面との間に溜める。
内面堰止機構は、
冷却区域に隣接して冷却区域の後方に配置され、バー本体の周方向に延びている内面堰止部材を含み、
内面堰止部材の高さは、プラグの最大半径と、内面堰止部材が配置された位置におけるバー本体の半径との差分値よりも低い。
内面堰止機構は、
内面堰止部材によりバー本体の外部に噴射された冷却液を堰き止めて、冷却液を、冷却区域内におけるバー本体と中空素管の内面との間に溜める。
マンドレルバーはさらに、
バー本体内に形成されており、バー本体の外部に噴射された冷却液が流れる排液流路と、
バー本体のうち、冷却区域内に配置され、排液流路と繋がっており、バー本体の外部に噴射された冷却液を回収する1又は複数の排液孔とを含む。
内面冷却機構は、
冷却区域内において、バー本体の周方向、又は、周方向及び軸方向に配列され、冷却液を噴射する複数の冷却液噴射孔を含む。
中空素管の進行方向に見て、複数の冷却液噴射孔は、バー本体の周方向に向いており、
外面冷却機構は、
複数の冷却液噴射孔から冷却液をバー本体の周方向に噴射することにより、冷却区域内の前記冷却液をバー本体の周りに旋回させる。
複数の冷却液噴射孔は、バー本体の周方向かつバー本体の後方に向いており、
内面冷却機構は、
複数の冷却液噴射孔から冷却液をバー本体の周方向かつバー本体の後方に向かって噴射することにより、冷却区域内の冷却液をバー本体の周りに旋回させる。
内面冷却機構は、
冷却区域内において、バー本体の周方向、又は、周方向及び軸方向に配列され、冷却液を噴射する複数の冷却液噴射孔を含み、
内面堰止機構は、
冷却区域に隣接して冷却区域の後方に配置される接触抑止区域において、バー本体の周方向、又は周方向及び軸方向に配列され、圧縮ガスを噴射する複数の圧縮ガス噴射孔を含む。
中空素管の進行方向に見て、複数の圧縮ガス噴射孔は、バー本体の周方向に向いており、
内面堰止機構は、
圧縮ガス噴射孔から圧縮ガスをバー本体の周方向に噴射することにより、接触抑止区域内の圧縮ガスをバー本体の周りに旋回させる。
複数の圧縮ガス噴射孔は、バー本体の周方向かつバー本体の後方に向いており、
内面堰止機構は、
圧縮ガス噴射孔から圧縮ガスをバー本体の周方向かつバー本体の後方に向かって噴射することにより、接触抑止区域内の圧縮ガスをバー本体の周りに旋回させる。
中空素管の進行方向に見て、複数の冷却液噴射孔から噴射された冷却液の旋回方向は、右回り又は左回りであり、
中空素管の進行方向に見て、複数の圧縮ガス噴射孔から噴射された圧縮ガスの旋回方向は、右回り又は左回りであり、
内面堰止機構は、圧縮ガスの旋回方向が冷却液の旋回方向と同じになるように、圧縮ガスを噴射する。
内面冷却機構は、
バー本体の冷却区域において、バー本体の軸方向に配列される複数の環状配置冷却液噴射孔群を含み、
環状配置冷却液噴射孔群は、
バー本体の軸方向における同じ位置で周方向に配列される複数の冷却液噴射孔を含み、
内面冷却機構は、
冷却液の前記旋回流がバー本体を1周するまでに進むバー本体の軸方向距離を1旋回周期距離と定義したとき、バー本体の軸方向における、隣り合う環状配置冷却液噴射孔群の間の距離は、1旋回周期距離と同じである。
プラグの後方のマンドレルバーの周りに配置される外面冷却機構を備え、
外面冷却機構は、冷却区域内を進行中の中空素管の外面のうち、中空素管の進行方向に見て、外面の上部と、外面の下部と、外面の左部と、外面の右部とに向けて冷却流体を噴射して冷却区域内の中空素管を冷却する。
外面冷却機構は、
中空素管の進行方向に見て、マンドレルバーの上方に配置され、冷却区域内の中空素管の外面の上部に向けて冷却流体を噴射する複数の冷却流体上部噴射孔を含む外面冷却上部材と、
中空素管の進行方向に見て、マンドレルバーの下方に配置され、冷却区域内の中空素管の外面の下部に向けて冷却流体を噴射する複数の冷却流体下部噴射孔を含む外面冷却下部材と、
中空素管の進行方向に見て、マンドレルバーの左方に配置され、冷却区域内の中空素管の外面の左部に向けて冷却流体を噴射する複数の冷却流体左部噴射孔を含む外面冷却左部材と、
中空素管の進行方向に見て、マンドレルバーの右方に配置され、冷却区域内の中空素管の外面の右部に向けて冷却流体を噴射する複数の冷却流体右部噴射孔を含む外面冷却右部材とを含む。
プラグの後方であって外面冷却機構の前方のマンドレルバーの周りに配置される前方堰止機構を備え、
前方堰止機構は、外面冷却機構が中空素管の外面の上部と、外面の下部と、外面の左部と、外面の右部とに向けて冷却流体を噴射して冷却区域内の中空素管を冷却しているとき、冷却区域に進入する前の中空素管の外面の上部と、外面の下部と、外面の左部と、外面の右部とに冷却流体が流れるのを堰き止める機構を備える。
前方堰止機構は、
中空素管の進行方向に見て、マンドレルバーの上方に配置され、冷却区域の入側近傍に位置する中空素管の外面の上部に向かって前方堰止流体を噴射して、冷却区域に進入する前の中空素管の外面の上部に冷却流体が流れるのを堰き止める複数の前方堰止流体上部噴射孔を含む前方堰止上部材と、
中空素管の進行方向に見て、マンドレルバーの左方に配置され、冷却区域の入側近傍に位置する中空素管の外面の左部に向かって前方堰止流体を噴射して、冷却区域に進入する前の中空素管の外面の左部に冷却流体が流れるのを堰き止める複数の前方堰止流体下部噴射孔を含む前方堰止左部材と、
中空素管の進行方向に見て、マンドレルバーの右方に配置され、冷却区域の入側近傍に位置する中空素管の外面の右部に向かって前方堰止流体を噴射して、冷却区域に進入する前の中空素管の外面の右部に冷却流体が流れるのを堰き止める複数の前方堰止流体右部噴射孔を含む前方堰止右部材とを備える。
前方堰止上部材は、複数の前方堰止流体上部噴射孔から冷却区域の入側近傍に位置する中空素管の外面の上部に向かって斜め後方に前方堰止流体を噴射し、
前方堰止左部材は、複数の前方堰止流体左部噴射孔から冷却区域の入側近傍に位置する中空素管の外面の左部に向かって斜め後方に前方堰止流体を噴射し、
前方堰止右部材は、複数の前方堰止流体右部噴射孔から冷却区域の入側近傍に位置する中空素管の外面の右部に向かって斜め後方に前方堰止流体を噴射する。
前方堰止機構はさらに、
中空素管の進行方向に見て、マンドレルバーの下方に配置され、冷却区域の入側近傍に位置する中空素管の外面の下部に向かって前方堰止流体を噴射して、冷却区域に進入する前の中空素管の外面の下部に冷却流体が流れるのを堰き止める複数の前方堰止流体下部噴射孔を含む前方堰止下部材を備える。
前方堰止下部材は、複数の前方堰止流体下部噴射孔から冷却区域の入側近傍に位置する中空素管の外面の下部に向かって斜め後方に前方堰止流体を噴射する。
外面冷却機構の後方のマンドレルバーの周りに配置される後方堰止機構を備え、
後方堰止機構は、外面冷却機構が中空素管の外面の上部と、外面の下部と、外面の左部と、外面の右部とに向けて冷却流体を噴射して中空素管を冷却しているとき、冷却区域から出た後の中空素管の外面の上部と、外面の下部と、外面の左部と、外面の右部とに冷却流体が流れるのを堰き止める機構を備える。
後方堰止機構は、
中空素管の進行方向に見て、マンドレルバーの上方に配置され、冷却区域の出側近傍に位置する中空素管の外面の上部に向かって後方堰止流体を噴射して、冷却区域から出た後の中空素管の外面の上部に冷却流体が流れるのを堰き止める複数の後方堰止流体上部噴射孔を含む後方堰止上部材と、
中空素管の進行方向に見て、マンドレルバーの左方に配置され、冷却区域の出側近傍に位置する中空素管の外面の左部に向かって後方堰止流体を噴射して、冷却区域から出た後の中空素管の外面の左部に冷却流体が流れるのを堰き止める複数の後方堰止流体左部噴射孔を含む後方堰止左部材と、
中空素管の進行方向に見て、マンドレルバーの右方に配置され、冷却区域の出側近傍に位置する中空素管の外面の右部に向かって後方堰止流体を噴射して、冷却区域から出た後の中空素管の外面の右部に冷却流体が流れるのを堰き止める複数の後方堰止流体右部噴射孔を含む後方堰止右部材とを備える。
後方堰止上部材は、複数の後方堰止流体上部噴射孔から冷却区域の出側近傍に位置する中空素管の外面の上部に向かって斜め前方に後方堰止流体を噴射し、
後方堰止左部材は、複数の後方堰止流体左部噴射孔から冷却区域の出側近傍に位置する中空素管の外面の左部に向かって斜め前方に後方堰止流体を噴射し、
後方堰止右部材は、複数の後方堰止流体右部噴射孔から冷却区域の出側近傍に位置する中空素管の外面の右部に向かって斜め前方に後方堰止流体を噴射する。
後方堰止機構はさらに、
中空素管の進行方向に見て、マンドレルバーの下方に配置され、冷却区域の出側近傍に位置する中空素管の外面の下部に向かって後方堰止流体を噴射して、冷却区域を出た後の中空素管の外面の下部に冷却流体が流れるのを堰き止める複数の後方堰止流体下部噴射孔を含む後方堰止下部材を備える。
後方堰止下部材は、複数の後方堰止流体下部噴射孔から冷却区域の出側近傍に位置する中空素管の外面の下部に向かって斜め前方に後方堰止流体を噴射する。
穿孔機を用いて素材を穿孔圧延又は延伸圧延して、中空素管を製造する圧延工程と、
圧延工程中において、内面冷却機構により冷却液をバー本体の外部に噴射して、冷却区域内の中空素管の内面を冷却し、かつ、冷却区域に隣接して冷却区域の後方に配置された内面堰止機構により、バー本体の外部に噴射された冷却液が冷却区域から出た後の中空素管の内面に接触するのを抑制する工程とを備える。
図1は、第1の実施形態による穿孔機の側面図である。上述のとおり、本明細書において穿孔機とは、プラグと、複数の傾斜ロールとを備えた圧延機を意味する。穿孔機はたとえば、丸ビレットを穿孔圧延するピアサ、又は、中空素管を延伸圧延するエロンゲータ、である。本明細書において、穿孔機がピアサである場合、素材は丸ビレットである。穿孔機がエロンゲータである場合、素材は中空素管である。
図4を参照して、マンドレルバー3は、プラグ2の後端面中央部からパスラインPLに沿って延びている。マンドレルバー3は、棒状のバー本体31を備える。バー本体31の軸方向(長手方向、図中の矢印F、矢印Bに相当)に垂直な断面形状はたとえば、円形状である。バー本体31は、バー本体31の軸方向に延びる冷却区域32と、接触抑止区域33とを含む。
図5に戻って、マンドレルバー3はさらに、バー本体31内に排液流路37を備えてもよい。排液流路37は、バー本体31内に、バー本体31の軸方向に沿って延びている。排液流路37は、バー本体31の後端面(プラグ2と接続された前端面と反対側の端面)まで延びている。図8は、冷却区域32内の線分C−Cにおける、マンドレルバーの軸方向に垂直な断面図である。図8を参照して、排液流路37は、バー本体31の中央部に形成されており、冷却液流路34及びガス流路35を内部に収納にしている。しかしながら、排液流路37は、冷却液流路34及びガス流路35を内部に収納しなくてもよい。
上述の構成を有する穿孔機10は、穿孔圧延又は延伸圧延時において、マンドレルバー3の冷却区域32内の中空素管50の内面部分を冷却液で冷却し、かつ、接触抑止区域33では、冷却液が中空素管50の内面部分に接触するのを抑制する。要するに、穿孔機10は、冷却区域32にて冷却液を用いて中空素管50の内面部分を積極的に冷却するものの、冷却区域32の後方では、冷却液が中空素管50の内面部分になるべく接触しないようにする。これにより、中空素管50の長手方向の各位置での冷却時間のばらつき(冷却時間の長短)を抑制し、穿孔圧延後又は延伸圧延後の中空素管の前端部と後端部での温度差を低減する。以下、この点について詳述する。
マンドレルバー3の内面冷却機構の冷却液噴射孔341の向きは、特に限定されない。図14は、図6と異なる、図2の実施形態による穿孔機における、図5中の冷却区域32内の線分A−Aでのマンドレルバー3の軸方向に垂直な断面図である。図14を参照して、冷却液噴射孔341は、噴射ノズルN34の先端に形成されており、冷却液流路34と繋がっている。図15は、図14に示すバー本体31を表面から見た場合の冷却液噴射孔341の拡大図である。図14及び図15を参照して、中空素管50の進行方向に見て、複数の冷却液噴射孔341は、バー本体31の周方向に向いている。そして、図15に示すとおり、バー本体31の径方向に見て(つまり、バー本体31の側面視において)、噴射ノズルN34の先端に開口している冷却液噴射孔341の噴射方向F34は、バー本体31の軸方向X31に対して角度αで交差しており、かつ、バー本体31の後方に向いている。
図18を参照して、第2の実施形態による本実施形態の穿孔機10では、中空素管50の進行方向に見て、内面冷却機構340が冷却液噴射孔341から冷却液をバー本体31の周方向に噴射する。これにより、冷却区域32内のバー本体31と中空素管50の内面との間に充填している冷却液をバー本体31の周方向に旋回させて、旋回流SF34を発生させる。旋回流SF34は、バー本体31周りを旋回しながら、バー本体31の後方に流れる。旋回流SF34により、バー本体31の周方向において、冷却液の流動のばらつきを抑制することができる。その結果、中空素管50の内面において、周方向での冷却むらを抑制することができる。
内面堰止機構350は、圧縮ガス以外の方法で冷却液の接触抑止区域33への進入を抑制してもよい。
第1〜第3の実施形態では、穿孔圧延又は延伸圧延された中空素管50の内面のうち、冷却区域32上の内面部分を冷却する。本実施形態ではさらに、冷却区域32の中空素管50の外面部分を冷却する。
外面冷却上部材400Uは、マンドレルバー3の上方に配置される。外面冷却上部材400Uは、本体402と、複数の冷却流体上部噴射孔401Uとを含む。本体402は、マンドレルバー3の円周方向に湾曲した管状又は板状の筐体であって、冷却流体CF(図22参照)を通す1又は複数の冷却流体経路を内部に有する。本例では、複数の冷却流体上部噴射孔401Uは、複数の冷却流体上部噴射ノズル403Uの先端に形成されている。しかしながら、冷却流体上部噴射孔401Uは、本体402に直接形成されていてもよい。本例では、マンドレルバー3の周りに配列された複数の冷却流体上部噴射ノズル403Uが本体402に接続されている。
図23を参照して、外面冷却下部材400Dは、マンドレルバー3の下方に配置される。外面冷却下部材400Dは、本体402と、複数の冷却流体下部噴射孔401Dとを含む。本体402は、マンドレルバー3の円周方向に湾曲した管状又は板状の筐体であって、冷却流体CFを通す1又は複数の冷却流体経路を内部に有する。本例では、複数の冷却流体下部噴射孔401Dは、複数の冷却流体下部噴射ノズル403Dの先端に形成されている。しかしながら、冷却流体下部噴射孔401Dは、本体402に直接形成されていてもよい。本例では、マンドレルバー3の周りに配列された複数の冷却流体下部噴射ノズル403Dが本体402に接続されている。
図23を参照して、外面冷却左部材400Lは、マンドレルバー3の左方に配置される。外面冷却左部材400Lは、本体402と、複数の冷却流体左部噴射孔401Lとを含む。本体402は、マンドレルバー3の円周方向に湾曲した管状又は板状の筐体であって、冷却流体CFを通す1又は複数の冷却流体経路を内部に有する。本例では、マンドレルバー3の周りに配列された複数の冷却流体左部噴射ノズル403Lが本体402に接続されており、複数の冷却流体左部噴射孔401Lは、複数の冷却流体左部噴射ノズル403Lの先端に形成されている。しかしながら、冷却流体左部噴射孔401Lは、本体402に直接形成されていてもよい。
図23を参照して、外面冷却右部材400Rは、マンドレルバー3の右方に配置される。外面冷却右部材400Rは、本体402と、複数の冷却流体右部噴射孔401Rとを含む。本体402は、マンドレルバー3の円周方向に湾曲した管状又は板状の筐体であって、冷却流体CFを通す1又は複数の冷却流体経路を内部に有する。本例では、マンドレルバー3の周りに配列された複数の冷却流体右部噴射ノズル403Rが本体402に接続されており、複数の冷却流体右部噴射孔401Rは、複数の冷却流体右部噴射ノズル403Rの先端に形成されている。しかしながら、冷却流体右部噴射孔401Rは、本体402に直接形成されていてもよい。
以上の構成を有する外面冷却機構400は、穿孔機10により穿孔圧延又は延伸圧延され、傾斜ロール1を通過した中空素管50のうち、冷却区域32内を通過中の中空素管50の外面の上部、下部、左部及び右部に向けて冷却流体CFを噴射して、特定長さL32の冷却区域32内で中空素管50を冷却する。より具体的には、中空素管50の進行方向に見て、外面冷却上部材400Uが、冷却区域32内の中空素管50の外面の上部に向けて冷却流体CFを噴射して、外面冷却下部材400Dが、冷却区域32内の中空素管50の外面の下部に向けて冷却流体CFを噴射して、外面冷却左部材400Lが、冷却区域32内の中空素管50の外面の左部に向けて冷却流体CFを噴射して、外面冷却右部材400Rが、冷却区域32内の中空素管50の外面の右部に向けて冷却流体CFを噴射して、冷却区域32内の中空素管50の外面全体(外面の上部、下部、左部及び右部)を冷却する。これにより、外面冷却機構400は、中空素管50の前端部と後端部とで温度差が大きくなるのを抑制し、中空素管50の軸方向での温度ばらつきを抑える。以下、穿孔機10が穿孔圧延又は延伸圧延を実施するときの、外面冷却機構400の動作を説明する。
第4の実施形態では、穿孔圧延時又は延伸圧延時において、内面冷却機構340が冷却区域32内の中空素管50の内面部分を冷却するとともに、外面冷却機構400が冷却区域内の中空素管50の外面部分を冷却する。そのため、穿孔圧延又は延伸圧延が完了した直後(すなわち、プラグ2を通過した直後)の中空素管50の冷却を促進できる。特に、厚肉(たとえば肉厚が30mm以上)の継目無金属管を製造する場合に、有効な効果が得られる。
図26は、第5の実施形態による穿孔機10の傾斜ロール1出側の構成を示す図である。図26を参照して、第5の実施形態による穿孔機10は、第4の実施形態による穿孔機10と比較して、新たに、前方堰止機構600を備える。第5の実施形態による穿孔機10のその他の構成は、第4の実施形態による穿孔機10と同じである。
前方堰止機構600は、プラグ2の後方であって外面冷却機構400よりも前方においてマンドレルバー3の周りに配置される。前方堰止機構600は、外面冷却機構400が冷却区域32において中空素管50の外面の上部と、外面の下部と、外面の左部と、外面の右部とに向けて冷却流体CFを噴射して冷却区域32内の中空素管を冷却しているとき、冷却区域32に進入する前の中空素管50の外面の上部と、外面の下部と、外面の左部と、外面の右部とに冷却流体が流れるのを堰き止める機構を備える。
前方堰止上部材600Uは、マンドレルバー3の上方に配置される。前方堰止上部材600Uは、本体602と、複数の前方堰止流体上部噴射孔601Uとを含む。本体602は、マンドレルバー3の円周方向に湾曲した管状又は板状の筐体であって、前方堰止流体FF(図26参照)を通す1又は複数の流体経路を内部に有する。本例では、複数の前方堰止流体上部噴射孔601Uは、複数の前方堰止流体上部噴射ノズル603Uの先端に形成されている。しかしながら、前方堰止流体上部噴射孔601Uは、本体602に直接形成されていてもよい。本例では、マンドレルバー3の周りに配列された複数の前方堰止流体上部噴射ノズル603Uが本体602に接続されている。
前方堰止下部材600Dは、マンドレルバー3の下方に配置される。前方堰止下部材600Dは、本体602と、複数の前方堰止流体下部噴射孔601Dとを含む。本体602は、マンドレルバー3の円周方向に湾曲した管状又は板状の筐体であって、前方堰止流体FFを通す1又は複数の流体経路を内部に有する。本例では、複数の前方堰止流体下部噴射孔601Dは、複数の前方堰止流体下部噴射ノズル603Dの先端に形成されている。しかしながら、前方堰止流体下部噴射孔601Dは、本体602に直接形成されていてもよい。本例では、マンドレルバー3の周りに配列された複数の前方堰止流体下部噴射ノズル603Dが本体602に接続されている。
前方堰止左部材600Lは、中空素管50の進行方向に見て、マンドレルバー3の左方に配置される。前方堰止左部材600Lは、本体602と、複数の前方堰止流体左部噴射孔601Lとを含む。本体602は、マンドレルバー3の円周方向に湾曲した管状又は板状の筐体であって、前方堰止流体FFを通す1又は複数の流体経路を内部に有する。本例では、複数の前方堰止流体左部噴射孔601Lは、複数の前方堰止流体左部噴射ノズル603Lの先端に形成されている。しかしながら、前方堰止流体左部噴射孔601Lは、本体602に直接形成されていてもよい。本例では、マンドレルバー3の周りに配列された複数の前方堰止流体左部噴射ノズル603Lが本体602に接続されている。
前方堰止右部材600Rは、中空素管50の進行方向に見て、マンドレルバー3の右方に配置される。前方堰止右部材600Rは、本体602と、複数の前方堰止流体右部噴射孔601Rとを含む。本体602は、マンドレルバー3の円周方向に湾曲した管状又は板状の筐体であって、前方堰止流体FFを通す1又は複数の流体経路を内部に有する。本例では、複数の前方堰止流体右部噴射孔601Rは、複数の前方堰止流体右部噴射ノズル603Rの先端に形成されている。しかしながら、前方堰止流体右部噴射孔601Rは、本体602に直接形成されていてもよい。本例では、マンドレルバー3の周りに配列された複数の前方堰止流体右部噴射ノズル603Rが本体602に接続されている。
穿孔圧延又は延伸圧延中において、外面冷却機構400は、穿孔圧延又は延伸圧延された中空素管50の外面のうち、冷却区域32内の中空素管50の外面部分に冷却流体CFを噴射して、中空素管50を冷却する。このとき、冷却区域32内の中空素管50の外面部分に噴射された冷却流体CFが、中空素管50の外面部分に接触した後、外面部分の前方に流れて、冷却区域32の前方の中空素管50の外面部分に接触する場合が生じ得る。このような冷却流体CFの冷却区域32以外の他の外面部分への接触の発生頻度が高くなれば、中空素管50の軸方向の温度分布にばらつきが生じ得る。
図38は、第6の実施形態による穿孔機10の傾斜ロール1出側の構成を示す図である。図38を参照して、第6の実施形態による穿孔機10は、第1の実施形態による穿孔機10と比較して、新たに、後方堰止機構500を備える。第6の実施形態による穿孔機10のその他の構成は、第4の実施形態による穿孔機10と同じである。
後方堰止機構500は、外面冷却機構400の後方においてマンドレルバー3の周りに配置される。後方堰止機構500は、外面冷却機構400が冷却区域32において中空素管50の外面の上部と、外面の下部と、外面の左部と、外面の右部とに向けて冷却流体CFを噴射して冷却区域32内の中空素管50を冷却しているとき、冷却区域32から出た後の中空素管50の外面の上部と、外面の左部と外面の右部とに冷却流体が流れるのを堰き止める機構を備える。
後方堰止上部材500Uは、マンドレルバー3の上方に配置される。後方堰止上部材500Uは、本体502と、複数の後方堰止流体上部噴射孔501Uとを含む。本体502は、マンドレルバー3の円周方向に湾曲した管状又は板状の筐体であって、後方堰止流体BF(図38参照)を通す1又は複数の流体経路を内部に有する。本例では、複数の後方堰止流体上部噴射孔501Uは、複数の後方堰止流体上部噴射ノズル503Uの先端に形成されている。しかしながら、後方堰止流体上部噴射孔501Uは、本体502に直接形成されていてもよい。本例では、マンドレルバー3の周りに配列された複数の後方堰止流体上部噴射ノズル503Uが本体502に接続されている。
後方堰止下部材500Dは、マンドレルバー3の下方に配置される。後方堰止下部材500Dは、本体502と、複数の後方堰止流体下部噴射孔501Dとを含む。本体502は、マンドレルバー3の円周方向に湾曲した管状又は板状の筐体であって、後方堰止流体BFを通す1又は複数の流体経路を内部に有する。本例では、複数の後方堰止流体下部噴射孔501Dは、複数の後方堰止流体下部噴射ノズル503Dの先端に形成されている。しかしながら、後方堰止流体下部噴射孔501Dは、本体502に直接形成されていてもよい。本例では、マンドレルバー3の周りに配列された複数の後方堰止流体下部噴射ノズル503Dが本体502に接続されている。
後方堰止左部材500Lは、中空素管50の進行方向に見て、マンドレルバー3の左方に配置される。後方堰止左部材500Lは、本体502と、複数の後方堰止流体左部噴射孔501Lとを含む。本体502は、マンドレルバー3の円周方向に湾曲した管状又は板状の筐体であって、後方堰止流体BFを通す1又は複数の流体経路を内部に有する。本例では、複数の後方堰止流体左部噴射孔501Lは、複数の後方堰止流体左部噴射ノズル503Lの先端に形成されている。しかしながら、後方堰止流体左部噴射孔501Lは、本体502に直接形成されていてもよい。本例では、マンドレルバー3の周りに配列された複数の後方堰止流体左部噴射ノズル503Lが本体502に接続されている。
後方堰止右部材500Rは、中空素管50の進行方向に見て、マンドレルバー3の右方に配置される。後方堰止右部材500Rは、本体502と、複数の後方堰止流体右部噴射孔501Rとを含む。本体502は、マンドレルバー3の円周方向に湾曲した管状又は板状の筐体であって、後方堰止流体BFを通す1又は複数の流体経路を内部に有する。本例では、複数の後方堰止流体右部噴射孔501Rは、複数の後方堰止流体右部噴射ノズル503Rの先端に形成されている。しかしながら、後方堰止流体右部噴射孔501Rは、本体502に直接形成されていてもよい。本例では、マンドレルバー3の周りに配列された複数の後方堰止流体右部噴射ノズル503Rが本体502に接続されている。
穿孔圧延又は延伸圧延中において、外面冷却機構400は、穿孔圧延又は延伸圧延された中空素管50の外面のうち、冷却区域32内の中空素管50の外面部分に冷却流体CFを噴射して、中空素管50を冷却する。このとき、冷却区域32内の中空素管50の外面部分に噴射された冷却流体CFが、中空素管50の外面部分に接触した後、外面部分の後方に流れて、冷却区域32の後方の中空素管50の外面部分に接触する場合が生じ得る。このような冷却流体CFの冷却区域32以外の他の外面部分への接触の発生頻度が高くなれば、中空素管50の軸方向の温度分布にばらつきが生じ得る。
図50は、第7の実施形態による穿孔機10の傾斜ロール1出側近傍の構成を示す図である。図50を参照して、第7の実施形態による穿孔機10は、第4の実施形態による穿孔機10と比較して、新たに、前方堰止機構600と、後方堰止機構500とを備える。つまり、第7の実施形態による穿孔機10は、第5の実施形態及び第6の実施形態を組合わせた構成を有する。
図57は、模擬マンドレルバー3Aでの経過時間(秒)とPT位置、PS位置、及びPB位置での温度(℃)との関係を示す図である。図58は、模擬マンドレルバー3Bでの経過時間(秒)とPT位置、PS位置、及びPB位置での温度(℃)との関係を示す図である。
2 プラグ
3 マンドレルバー
7 冷却液供給装置
8 ガス供給装置
10 穿孔機
20 素材
31 バー本体
32 冷却区域
33 接触抑止区域
50 中空素管
340 内面冷却機構
350 内面堰止機構
400 外面冷却機構
500 後方堰止機構
600 前方堰止機構
Claims (29)
- 素材を穿孔圧延又は延伸圧延して中空素管を製造する穿孔機であって、
前記素材が通過するパスライン周りに配置される複数の傾斜ロールと、
複数の前記傾斜ロールの間の前記パスラインに配置されるプラグと、
前記プラグの後端から前記パスラインに沿って前記プラグの後方に延びるマンドレルバーとを備え、
前記マンドレルバーは、
バー本体と、
前記バー本体内に形成されており、内部に冷却液が通る冷却液流路と、
前記バー本体のうち、前記マンドレルバーの軸方向に特定長さを有し、前記マンドレルバーの前端部に位置する冷却区域内に配置され、穿孔圧延時又は延伸圧延時において、前記冷却液流路から供給された前記冷却液を前記バー本体の外部に噴射して、前記冷却区域内を進行中の前記中空素管の内面を冷却する内面冷却機構と、
前記冷却区域に隣接して前記冷却区域の後方に配置され、穿孔圧延時又は延伸圧延時において、前記バー本体の外部に噴射された前記冷却液が前記冷却区域から出た後の前記中空素管の内面と接触するのを抑制する内面堰止機構とを含む、
穿孔機。 - 請求項1に記載の穿孔機であって、
前記内面堰止機構は、
前記バー本体の外部に噴射された前記冷却液を堰き止めて、前記冷却液を、前記冷却区域内の前記バー本体と前記中空素管の内面との間に溜める、
穿孔機。 - 請求項1又は請求項2に記載の穿孔機であって、
前記マンドレルバーはさらに、
前記バー本体内に形成されており、圧縮ガスが通る圧縮ガス流路を含み、
前記内面堰止機構は、
穿孔圧延時又は延伸圧延時において、前記圧縮ガス流路から供給された前記圧縮ガスを前記バー本体の外部に噴射することにより、前記バー本体の外部に噴射された前記冷却液が前記冷却区域から出た後の前記中空素管の内面と接触するのを抑制する、
穿孔機。 - 請求項3に記載の穿孔機であって、
前記内面堰止機構は、
前記バー本体の外部に噴射された前記圧縮ガスにより、前記バー本体の外部に噴射された前記冷却液を堰き止めて、前記冷却液を、前記冷却区域内における前記バー本体と前記中空素管の内面との間に溜める、
穿孔機。 - 請求項1又は請求項2に記載の穿孔機であって、
前記内面堰止機構は、
前記冷却区域に隣接して前記冷却区域の後方に配置され、前記バー本体の周方向に延びている内面堰止部材を含み、
前記内面堰止部材の高さは、前記プラグの最大半径と、前記内面堰止部材が配置された位置における前記バー本体の半径との差分値よりも低い、
穿孔機。 - 請求項5に記載の穿孔機であって、
前記内面堰止機構は、
前記内面堰止部材により、前記バー本体の外部に噴射された前記冷却液を堰き止めて、前記冷却液を、前記冷却区域内の前記バー本体と前記中空素管の内面との間に溜める、
穿孔機。 - 請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の穿孔機であって、
前記マンドレルバーはさらに、
前記バー本体内に形成されており、前記バー本体の外部に噴射された前記冷却液が流れる排液流路と、
前記バー本体のうち、前記冷却区域内に配置され、前記排液流路と繋がっており、前記バー本体の外部に噴射された前記冷却液を回収する1又は複数の排液孔とを含む、
穿孔機。 - 請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の穿孔機であって、
前記内面冷却機構は、
前記冷却区域内において、前記バー本体の周方向、又は、周方向及び軸方向に配列され、前記冷却液を噴射する複数の冷却液噴射孔を含む、
穿孔機。 - 請求項8に記載の穿孔機であって、
前記中空素管の進行方向に見て、複数の前記冷却液噴射孔は、前記バー本体の周方向に向いており、
前記内面冷却機構は、
複数の前記冷却液噴射孔から前記冷却液を前記バー本体の周方向に噴射することにより、前記冷却区域内の前記冷却液を前記バー本体の周りに旋回させる、
穿孔機。 - 請求項9に記載の穿孔機であって、
複数の前記冷却液噴射孔は、前記バー本体の周方向かつ前記バー本体の後方に向いており、
前記内面冷却機構は、
複数の前記冷却液噴射孔から前記冷却液を前記バー本体の周方向かつ前記バー本体の後方に向かって噴射することにより、前記冷却区域内の前記冷却液を前記バー本体の周りに旋回させる、
穿孔機。 - 請求項3又は請求項4に記載の穿孔機であって、
前記内面冷却機構は、
前記冷却区域内において、前記バー本体の周方向、又は、周方向及び軸方向に配列され、前記冷却液を噴射する複数の冷却液噴射孔を含み、
前記内面堰止機構は、
前記冷却区域に隣接して前記冷却区域の後方に配置される接触抑止区域において、前記バー本体の周方向、又は周方向及び軸方向に配列され、前記圧縮ガスを噴射する複数の圧縮ガス噴射孔を含む、
穿孔機。 - 請求項11に記載の穿孔機であって、
前記中空素管の進行方向に見て、複数の前記圧縮ガス噴射孔は、前記バー本体の周方向に向いており、
前記内面堰止機構は、
前記圧縮ガス噴射孔から前記圧縮ガスを前記バー本体の周方向に噴射することにより、前記接触抑止区域内の前記圧縮ガスを前記バー本体の周りに旋回させる、
穿孔機。 - 請求項12に記載の穿孔機であって、
複数の前記圧縮ガス噴射孔は、前記バー本体の周方向かつ前記バー本体の後方に向いており、
前記内面堰止機構は、
前記圧縮ガス噴射孔から前記圧縮ガスを前記バー本体の周方向かつ前記バー本体の後方に向かって噴射することにより、前記接触抑止区域内の前記圧縮ガスを前記バー本体の周りに旋回させる、
穿孔機。 - 請求項13に記載の穿孔機であって、
前記中空素管の進行方向に見て、複数の前記冷却液噴射孔から噴射された前記冷却液の旋回方向は、右回り又は左回りであり、
前記中空素管の進行方向に見て、複数の前記圧縮ガス噴射孔から噴射された前記圧縮ガスの旋回方向は、右回り又は左回りであり、
前記内面堰止機構は、前記圧縮ガスの旋回方向が前記冷却液の旋回方向と同じになるように、前記圧縮ガスを噴射する、
穿孔機。 - 請求項12〜14のいずれか1項に記載の穿孔機であって、
前記内面冷却機構は、
前記バー本体の前記冷却区域において、前記バー本体の軸方向に配列される複数の環状配置冷却液噴射孔群を含み、
前記環状配置冷却液噴射孔群は、
前記バー本体の軸方向における同じ位置で周方向に配列される複数の前記冷却液噴射孔を含み、
前記内面冷却機構は、
前記冷却液の旋回流が前記バー本体を1周するまでに進む前記バー本体の軸方向距離を1旋回周期距離と定義したとき、前記バー本体の軸方向における、隣り合う前記環状配置冷却液噴射孔群の間の距離は、前記1旋回周期距離と同じである、
穿孔機。 - 請求項1〜請求項15のいずれか1項に記載の穿孔機であってさらに、
前記プラグの後方の前記マンドレルバーの周りに配置される外面冷却機構を備え、
前記外面冷却機構は、前記冷却区域内を進行中の前記中空素管の外面のうち、前記中空素管の進行方向に見て、前記外面の上部と、前記外面の下部と、前記外面の左部と、前記外面の右部とに向けて冷却流体を噴射して前記冷却区域内の前記中空素管を冷却する、
穿孔機。 - 請求項16に記載の穿孔機であって、
前記外面冷却機構は、
前記中空素管の進行方向に見て、前記マンドレルバーの上方に配置され、前記冷却区域内の前記中空素管の前記外面の上部に向けて前記冷却流体を噴射する複数の冷却流体上部噴射孔を含む外面冷却上部材と、
前記中空素管の進行方向に見て、前記マンドレルバーの下方に配置され、前記冷却区域内の前記中空素管の前記外面の下部に向けて前記冷却流体を噴射する複数の冷却流体下部噴射孔を含む外面冷却下部材と、
前記中空素管の進行方向に見て、前記マンドレルバーの左方に配置され、前記冷却区域内の前記中空素管の前記外面の左部に向けて前記冷却流体を噴射する複数の冷却流体左部噴射孔を含む外面冷却左部材と、
前記中空素管の進行方向に見て、前記マンドレルバーの右方に配置され、前記冷却区域内の前記中空素管の前記外面の右部に向けて前記冷却流体を噴射する複数の冷却流体右部噴射孔を含む外面冷却右部材とを含む、
穿孔機。 - 請求項16又は請求項17に記載の穿孔機であってさらに、
前記プラグの後方であって前記外面冷却機構の前方の前記マンドレルバーの周りに配置される前方堰止機構を備え、
前記前方堰止機構は、前記外面冷却機構が前記中空素管の前記外面の上部と、前記外面の下部と、前記外面の左部と、前記外面の右部とに向けて前記冷却流体を噴射して前記冷却区域内の前記中空素管を冷却しているとき、前記冷却区域に進入する前の前記中空素管の前記外面の上部と、前記外面の下部と、前記外面の左部と、前記外面の右部とに前記冷却流体が流れるのを堰き止める機構を備える、
穿孔機。 - 請求項18に記載の穿孔機であって、
前記前方堰止機構は、
前記中空素管の進行方向に見て、前記マンドレルバーの上方に配置され、前記冷却区域の入側近傍に位置する前記中空素管の前記外面の上部に向かって前方堰止流体を噴射して、前記冷却区域に進入する前の前記中空素管の前記外面の上部に前記冷却流体が流れるのを堰き止める複数の前方堰止流体上部噴射孔を含む前方堰止上部材と、
前記中空素管の進行方向に見て、前記マンドレルバーの左方に配置され、前記冷却区域の入側近傍に位置する前記中空素管の前記外面の左部に向かって前記前方堰止流体を噴射して、前記冷却区域に進入する前の前記中空素管の前記外面の左部に前記冷却流体が流れるのを堰き止める複数の前方堰止流体左部噴射孔を含む前方堰止左部材と、
前記中空素管の進行方向に見て、前記マンドレルバーの右方に配置され、前記冷却区域の入側近傍に位置する前記中空素管の前記外面の右部に向かって前記前方堰止流体を噴射して、前記冷却区域に進入する前の前記中空素管の前記外面の右部に前記冷却流体が流れるのを堰き止める複数の前方堰止流体右部噴射孔を含む前方堰止右部材とを備える、
穿孔機。 - 請求項19に記載の穿孔機であって、
前記前方堰止上部材は、複数の前記前方堰止流体上部噴射孔から前記冷却区域の入側近傍に位置する前記中空素管の前記外面の上部に向かって斜め後方に前記前方堰止流体を噴射し、
前記前方堰止左部材は、複数の前記前方堰止流体左部噴射孔から前記冷却区域の入側近傍に位置する前記中空素管の前記外面の左部に向かって斜め後方に前記前方堰止流体を噴射し、
前記前方堰止右部材は、複数の前記前方堰止流体右部噴射孔から前記冷却区域の入側近傍に位置する前記中空素管の前記外面の右部に向かって斜め後方に前記前方堰止流体を噴射する、
穿孔機。 - 請求項19又は請求項20に記載の穿孔機であって、
前記前方堰止機構はさらに、
前記中空素管の進行方向に見て、前記マンドレルバーの下方に配置され、前記冷却区域の入側近傍に位置する前記中空素管の前記外面の下部に向かって前記前方堰止流体を噴射して、前記冷却区域に進入する前の前記中空素管の前記外面の下部に前記冷却流体が流れるのを堰き止める複数の前方堰止流体下部噴射孔を含む前方堰止下部材を備える、
穿孔機。 - 請求項21に記載の穿孔機であって、
前記前方堰止下部材は、複数の前記前方堰止流体下部噴射孔から前記冷却区域の入側近傍に位置する前記中空素管の前記外面の下部に向かって斜め後方に前記前方堰止流体を噴射する、
穿孔機。 - 請求項16〜請求項22のいずれか1項に記載の穿孔機であってさらに、
前記外面冷却機構の後方の前記マンドレルバーの周りに配置される後方堰止機構を備え、
前記後方堰止機構は、前記外面冷却機構が前記中空素管の前記外面の上部と、前記外面の下部と、前記外面の左部と、前記外面の右部とに向けて前記冷却流体を噴射して前記中空素管を冷却しているとき、前記冷却区域から出た後の前記中空素管の前記外面の上部と、前記外面の下部と、前記外面の左部と、前記外面の右部とに前記冷却流体が流れるのを堰き止める機構を備える、
穿孔機。 - 請求項23に記載の穿孔機であって、
前記後方堰止機構は、
前記中空素管の進行方向に見て、前記マンドレルバーの上方に配置され、前記冷却区域の出側近傍に位置する前記中空素管の前記外面の上部に向かって後方堰止流体を噴射して、前記冷却区域から出た後の前記中空素管の前記外面の上部に前記冷却流体が流れるのを堰き止める複数の後方堰止流体上部噴射孔を含む後方堰止上部材と、
前記中空素管の進行方向に見て、前記マンドレルバーの左方に配置され、前記冷却区域の出側近傍に位置する前記中空素管の前記外面の左部に向かって前記後方堰止流体を噴射して、前記冷却区域から出た後の前記中空素管の前記外面の左部に前記冷却流体が流れるのを堰き止める複数の後方堰止流体左部噴射孔を含む後方堰止左部材と、
前記中空素管の進行方向に見て、前記マンドレルバーの右方に配置され、前記冷却区域の出側近傍に位置する前記中空素管の前記外面の右部に向かって前記後方堰止流体を噴射して、前記冷却区域から出た後の前記中空素管の前記外面の右部に前記冷却流体が流れるのを堰き止める複数の後方堰止流体右部噴射孔を含む後方堰止右部材とを備える、
穿孔機。 - 請求項24に記載の穿孔機であって、
前記後方堰止上部材は、複数の前記後方堰止流体上部噴射孔から前記冷却区域の出側近傍に位置する前記中空素管の前記外面の上部に向かって斜め前方に前記後方堰止流体を噴射し、
前記後方堰止左部材は、複数の前記後方堰止流体左部噴射孔から前記冷却区域の出側近傍に位置する前記中空素管の前記外面の左部に向かって斜め前方に前記後方堰止流体を噴射し、
前記後方堰止右部材は、複数の前記後方堰止流体右部噴射孔から前記冷却区域の出側近傍に位置する前記中空素管の前記外面の右部に向かって斜め前方に前記後方堰止流体を噴射する、
穿孔機。 - 請求項24又は請求項25に記載の穿孔機であって、
前記後方堰止機構はさらに、
前記中空素管の進行方向に見て、前記マンドレルバーの下方に配置され、前記冷却区域の出側近傍に位置する前記中空素管の前記外面の下部に向かって前記後方堰止流体を噴射して、前記冷却区域を出た後の前記中空素管の前記外面の下部に前記冷却流体が流れるのを堰き止める複数の後方堰止流体下部噴射孔を含む後方堰止下部材を備える、
穿孔機。 - 請求項26に記載の穿孔機であって、
前記後方堰止下部材は、複数の前記後方堰止流体下部噴射孔から前記冷却区域の出側近傍に位置する前記中空素管の前記外面の下部に向かって斜め前方に前記後方堰止流体を噴射する、
穿孔機。 - 請求項1〜請求項27のいずれか1項に記載のマンドレルバー。
- 請求項1〜請求項27のいずれか1項に記載の穿孔機を用いた継目無金属管の製造方法であって、
前記穿孔機を用いて前記素材を穿孔圧延又は延伸圧延して、中空素管を製造する圧延工程と、
前記圧延工程中において、前記内面冷却機構により前記冷却液を前記バー本体の外部に噴射して、前記冷却区域内の前記中空素管の内面を冷却し、かつ、前記冷却区域に隣接して前記冷却区域の後方に配置された内面堰止機構により、前記バー本体の外部に噴射された前記冷却液が前記冷却区域から出た後の前記中空素管の内面に接触するのを抑制する工程とを備える、
継目無金属管の製造方法。
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