JPH0892646A - 金属管の外周面冷却方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 十分な冷却速度を確保しつつ鋼管の冷却曲が
りを抑制する。 【構成】 金属管を中心軸の回りに回転させつつ金属管
の長さ方向に平行に設けた水噴射機構から水を噴射して
金属管を冷却する方法において、冷却初期には、金属管
１の長さ方向に平行に少なくとも２列以上設けた複数個
のスリットノズル３、４から左右交互にスリットラミナ
流１７を流下させ、その後スリットノズル３、４の全部
からスリットラミナ流１７を流下させる。 【効果】 寸歩精度に優れた金属管が製造できるので、
従来の曲がりが生じた場合の矯正工程が不要になり、製
造コストを大幅に削減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、金属管を熱処理する
に際し、高温より急速冷却時に発生する金属管の曲がり
を抑制するための金属管の外周面冷却方法および装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】金属管は、製造されたままの状態では特
性値にバラツキがあるばかりでなく、例えば冷間加工時
の加工ひずみ、電気抵抗溶接時の熱ひずみ、熱間仕上が
り温度の影響等の製造上避けられない性質が製品に付与
される場合がある。このため、製造された金属管は、品
質の均一化、製造時の弱点の是正等を目的とする焼なま
し、焼ならし、焼入れ等の熱処理が行われている。上記
金属管の熱処理での冷却においては、金属管周方向の不
均一冷却に起因する曲がり変形が多く発生する。

【０００３】上記金属管の冷却時の曲がりを防止するた
め、リング状に配列したスプレーノズルによって、螺旋
状に冷却水を噴出して冷却水のトンネルを形成してこの
中に金属管を搬送して外面を冷却する方法（特開昭５９
−２０５４１８号公報、特開昭４８−８４７１５号公
報）、水槽に鋼管を浸漬して回転させつつ水槽内に設け
たノズルによって管内外面を強制冷却する方法（特開昭
５８−１４１３３２号公報）等が提案されている。しか
し、金属管の冷却においては、管全長を均一にしかも同
時に冷却することが望まれるのに対し、特開昭５９−２
０５４１８号公報、特開昭４８−８４７１５号公報に開
示の方法では、長さ方向を同時に均一冷却することが困
難であると同時に、種々の径の金属管の冷却に適さな
い。また、特開昭５８−１４１３３２号公報に開示の方
法では、長さ方向を同時に冷却するためには水槽を含め
た装置が大がかりになり、長尺の金属管の冷却には不適
などの問題点があった。

【０００４】上記の問題点を解消する方法としては、ほ
ぼ水平に置かれた金属管の上方から冷却水を層流状態
（以下ラミナフローという）で当該管のほぼ全長にわた
り一斉に落下せしめると共に、該管をその軸を中心とし
て所定の回転数で回転せしめる方法（特開昭５８−５２
４２６号公報）が提案されている。図７は特開昭５８−
５２４２６号公報に開示のラミナフローで冷却水を流下
させて焼入れ冷却を行う装置を示すもので、金属管７１
を回転支持ロール７２で回転させながら、金属管７１の
上部からスリットノズル７３によって、冷却水をラミナ
フロー７４で当該管７１のほぼ全長にわたり一斉に落下
せしめて外面から冷却するとともに、金属管７１の一端
から内面側冷却ノズル７５によって内面側冷却水７６を
通水して内面からも冷却するものである。上記特開昭５
８−５２４２６号公報に開示の冷却装置は、金属管を長
さ方向に同時に冷却することが容易であるが、この装置
を用いても、鋼管が更に長尺で厚肉になると内面側冷却
水の出側においては冷却速度が小さくなり、焼入れ後の
金属管の性質にバラツキを生じることがあった。また、
金属管を支持する回転ロールの部分で他の部分との冷却
のむらが生じ易い問題点があった。

【０００５】これらを解消する方法としては、金属管内
へ噴流水をその一端から吹込むと共に、該管の外側面を
ほぼ全長に亘りノズルから噴射される噴流水の衝突によ
り冷却するに際し、金属管の長さ方向の外面冷却を、内
面噴流水の吐出端側ほど、噴射水量を大とするか、冷却
開始時期をはやめるかあるいは冷却終了時期を遅らせる
かの少なくとも一つを行う方法（特開昭５８−５２４２
７号公報）、金属管を内外面から回転冷却しながらさら
に金属管を軸方向に往復運動させる方法（特公平２−８
００８号公報）などが提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記特開昭５８−５２
４２６号公報に開示の方法には、前記した問題点以外に
更に深刻な問題点がある。すなわち、金属管の外面をラ
ミナフローで冷却することは、金属管の外面周方向につ
いては同時に冷却するのはその一部であるため、周方向
の冷却むらが大きくなり、金属管に冷却曲がりが発生し
やすいという欠点を併せ持つ。また、金属管の外周面の
一部のみを冷却するためには、外周面の冷却能は通水冷
却による内面の冷却能に比べて小さく、厚肉の金属管の
焼入れの場合では、必要とする冷却速度が外周面近傍で
得られないことがある。外周面の冷却能を増加するため
に外周面の冷却水量を増加すると、周方向の温度不均一
を助長し、冷却曲がりは増加することになる。したがっ
て、前記特開昭５８−５２４２６号公報、特開昭５８−
５２４２７号公報、特公平２−８００８号公報に開示の
方法では、周方向の温度むらを小さく抑え焼き曲がりの
発生を抑えるための具体的な手段を金属管の回転のみに
頼っているため、種々の外径、肉厚の長尺金属管につい
て、必要な冷却速度を確保しかつ焼き曲がりの発生を抑
えることが非常に困難である。

【０００７】この発明の目的は、種々の外径、肉厚の長
尺金属管を冷却するに際して、焼入れのように速い冷却
速度を必要とする場合においても、十分な冷却速度を確
保しつつ鋼管の冷却曲がりを抑制し得る金属管の外周面
冷却方法および装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意試験研究を重ねた。その結果、金属管
の外表面に冷却水をスリットノズルから層流状態（以下
スリットラミナ流という）で流下させて冷却する場合、
図３（ｂ）に示すように、ステンレス鋼管３２上部を挾
み込むように２つのスリットラミナ流３３を流下させる
方が、図３（ａ）示す従来技術に示されているような１
列のスリットラミナ流３３を流下させるよりも、冷却能
力が高くなる。したがって、種々の外径、肉厚の金属管
の冷却において必要な冷却速度を確保するためには、２
列のスリットラミナ流３３を用いる方が好ましい。ただ
し、この２列のスリットラミナ流３３を用いた場合、冷
却能の増加に伴い管周方向に生じる温度差が大きくなる
ことによって、金属管に生じる冷却後の残留曲がり（以
下冷却曲がりという）は、１列のスリットラミナ流３３
の場合よりも大きくなることを見出した。

【０００９】本発明者らは、この金属管の冷却曲がりに
ついてさらに種々の実験ならびに理論解析を行った結
果、金属管の軸方向に連続して外面にスリットラミナ流
を流下させるのではなく、金属管の軸方向に左右交互に
スリットラミナ流を流下させることによって、冷却曲が
りを大幅に低減できること、また、外面のスリットラミ
ナ流を左右交互に流下させるのは、全冷却時間に亘って
行う必要はなく、金属管の外径や肉厚、回転速度によっ
て異なるが、冷却開始から金属管が１回転〜数回転する
間で十分に冷却曲がり防止効果が得られること、したが
って、冷却開始より金属管が１回転〜数回転する冷却初
期のみ、左右交互にスリットラミナ流を流下させて冷却
を行い、その後、２列のスリットラミナ流で冷却するこ
とによって、１列のスリットラミナ流で冷却する場合に
比べて、冷却曲がりを大幅に低減できると共に、より高
速で金属管を冷却することが可能になることを究明し、
この発明に到達した。

【００１０】すなわち本願の第１発明は、金属管を中心
軸の回りに回転させつつ金属管の長さ方向に平行に設け
た水噴射機構から水を噴射して金属管を冷却する方法に
おいて、冷却初期には、金属管の長さ方向に平行に少な
くとも２列以上設けた複数個のスリットノズルから左右
交互にスリットラミナ流を流下させ、その後スリットノ
ズルの全部からスリットラミナ流を流下させることを特
徴とする金属管の外周面冷却方法である。

【００１１】また、本願の第２発明は、金属管を中心軸
の回りに回転させる回転機構と、金属管の長手方向と平
行に２列以上設けた複数個のスリットノズルと、前記複
数個のスリットノズルからのスリットラミナ流を個々に
遮断できる遮断機構とからなることを特徴とする金属管
の外周面冷却装置である。

【００１２】さらに、本願の第３発明は、金属管を水平
に置載し回転させる回転支持ロールを有し、回転する金
属管の上部からスリットラミナ流を該金属管外表面に向
けて流下させる左右２列のスリットノズルを該金属管長
さ方向に沿って複数個連接して有し、さらに左右のスリ
ットノズル群より流下するスリットラミナ流を個々に遮
断する遮断板を、鋼管の長さ方向に沿ってスリットノズ
ルと同じ個数分備え、個々の遮断板を金属管の左あるい
は右下方より金属管の上方へ移動させ、左右の遮断板を
鋼管の回転速度に応じて予め定めた時間差をおいて鋼管
の上方より左あるいは右下方へ後退移動させる駆動機構
とを有することを特徴とする金属管の外周面冷却装置で
ある。

【００１３】

【作用】金属管の冷却後の曲がり変形は、冷却中に生じ
た金属管長さ方向の塑性伸び歪が金属管周方向に不揃で
あるために、曲げモーメントが発生することによって生
じる。この金属管長さ方向の塑性伸び歪の周方向の最大
差（最大伸び歪−最小伸び歪）をΔε_maxと表すことに
する。本願の第１発明においては、冷却初期には、金属
管の長さ方向に平行に少なくとも２列以上設けた複数個
のスリットノズルから左右交互にスリットラミナ流を流
下させることによって、塑性変形の起こり易い冷却初期
のΔε_maxの大きさは同じであるが、スリットノズルの
長さ毎に金属管に作用する曲げモーメントの向きが異な
り、金属管の軸方向に不連続となる。したがって、それ
ぞれ曲がりの向きが異なる短い長さの金属管を軸方向に
接続したことと同じになり、金属管に生じる曲がり変形
は大幅に低減される。その後スリットノズルの全部から
スリットラミナ流を流下させることによって、冷却能力
が高くなり、種々の径、肉厚の金属管の冷却において必
要な冷却速度を確保することができる。

【００１４】また、本願の第２発明の金属管の外周面冷
却装置は、金属管を中心軸の回りに回転させる回転機構
と、金属管の長手方向と平行に２列以上設けた複数個の
スリットノズルと、前記複数個のスリットノズルからの
スリットラミナ流を個々に遮断できる遮断機構とからな
ることによって、塑性変形の起こり易い冷却初期に、２
列以上設けた複数個のスリットノズルからスリットラミ
ナ流を流下させることができ、冷却初期のΔε_maxの大
きさは同じであるが、水噴射機構の長さ毎に金属管に作
用する曲げモーメントの向きが異なり、金属管の軸方向
に不連続となって、曲がりの向きが異なる短い長さの金
属管を軸方向に接続したことと同じになり、金属管に生
じる曲がり変形は大幅に低減することができる。また、
その後スリットノズルの全部からスリットラミナ流を流
下させることができ、冷却能力が高くなり、種々の径、
肉厚の金属管の冷却において必要な冷却速度を確保する
ことができる。

【００１５】さらに、本願の第３発明の金属管の外周面
冷却装置は、金属管を水平に置載し回転させる回転支持
ロールを有し、回転する金属管の上部からスリットラミ
ナ流を該金属管外表面に向けて流下させる左右２列のス
リットノズルを該金属管長さ方向に沿って複数個連接し
て有し、さらに左右のスリットノズル群より流下するス
リットラミナ流を個々に遮断する遮断板を、金属管の長
さ方向に沿ってスリットノズルと同じ個数分備え、個々
の遮断板を金属管の左あるいは右下方より金属管の上方
へ移動させ、左右の遮断板を金属管の回転速度に応じて
予め定めた時間差をおいて金属管の上方より左あるいは
右下方へ後退移動させる駆動機構とを有することによっ
て、塑性変形の起こり易い冷却初期に、駆動機構を操作
することによって左右交互に遮断板を進退させて左右交
互冷却することができ、冷却初期のΔε_maxの大きさは
直列のスリットノズルからスリットラミナ流を流下させ
た場合と同じであるが、スリットラミナ流の長さ毎に金
属管に作用する曲げモーメントの向きが異なり、金属管
の軸方向に不連続となって、曲がりの向きが異なる短い
長さの金属管を軸方向に接続したことと同じになり、金
属管に生じる曲がり変形を大幅に低減させることができ
る。

【００１６】この発明において、２列のスリットノズル
からのスリットラミナ流で少なくとも冷却開始から鋼管
の１回転を左右交互冷却とすることによって、以下の効
果により曲がり量が左右交互冷却を行わない場合よりも
低減できる。 （１）． 左右交互冷却がない場合は、金属管の周方向
不均一冷却によって生じる軸方向塑性歪が金属管の軸方
向に連続するが、左右交互冷却の場合は不連続になる。
金属管の周方向温度分布は、左右交互冷却がない場合
も、左右交互冷却した場合も同じであり、同じ曲げモー
メントが作用する。曲げモーメントＭによって生じる曲
がり変形の曲率半径をρとすると、長さＬの金属管に生
じる曲がり変形δは δ＝ρ（１−ｃｏｓ（Ｌ／２ρ）） （１）式 で表されるから金属管の軸長が長くなるほど曲がり量は
大きくなる。左右交互冷却を行った場合、Δε_maxの大
きさは同じであるが、スリットラミナ流の長さ毎に金属
管に作用する曲げモーメントの向きが異なり、金属管の
軸方向に不連続となる。従って、それぞれ曲がりの向き
が異なる短い長さの金属管を軸方向に接続したことと同
じになり、金属管に生じる曲がり変形は大幅に低減され
るのである。

【００１７】上記の塑性歪は、金属管が高温状態にあ
り、材料の降伏応力が小さいほど発生し易く、温度低下
に伴って金属管の降伏応力は上昇し、塑性変形は起こり
難くなる。したがって、冷却曲がりの原因となる塑性歪
の周方向の差は、冷却開始直後が最も生じ易いので、こ
の発明においては、冷却初期、すなわち冷却開始からし
ばらくの間は、左右交互冷却を行うのである。左右交互
冷却する間の金属管の回転数が冷却開始後１回転未満の
場合には、十分な冷却曲がりの低減効果を得ることは困
難であり、少なくとも冷却開始より金属管の１回転は左
右交互冷却を行うことが必要である。

【００１８】この発明において、冷却装置に遮断板を採
用したのは、金属管外面冷却のスリットラミナ流は、ス
リットノズルの特性上、スリットノズルに給水して直ち
に層流のスリットラミナ流を得ることが困難であり、予
めスリットノズルよりスリットラミナ流を流下させてお
き、そのスリットラミナ流を遮断板によって遮断した
後、遮断板を左右交互に後退させることによって、スリ
ットラミナ流を左右交互に流下せしめることができ、冷
却初期に金属管を所定回数回転させ、しかるのち残る遮
断板を後退させれば、直ちに２列スリットラミナによる
高速冷却を行うことができるからである。

【００１９】なお、左右交互冷却によって冷却曲がりの
低減効果を得るためには、スリットノズルの長さが長す
ぎないことが肝要である。すなわち、スリットノズルの
長さが長ければ、金属管の軸方向に数か所で、曲げモー
メントの向きを変えたとしても、それぞれのスリットノ
ズル位置において生じる曲がり変形が、前記（１）式か
らもわかるように大きくなるためである。したがって、
曲がり変形低減の観点からは、スリットノズルの長さは
短いほうが良い。また、スリットノズルの長さが長すぎ
ると、スリットノズルから噴出するスリットラミナ流に
ノズルのわずかなつまりや変形、風などの影響で幕切れ
が生じやすくなる。また一方、スリットノズルが短すぎ
ると長さ方向に多数のノズルと遮断板駆動装置などが必
要となり装置のコストが増加する。曲がり変形の低減効
果が十分に得られ、安定した板状水膜を形成しかつ、経
済的な装置とするためには、ノズル長さは１ｍ〜４ｍ程
度が好ましい範囲である。

【００２０】この発明において、金属管に対して２列配
列するスリットノズルの間隔は、例えば、外径１６５．
０ｍｍの金属管では１２０ｍｍまでは熱伝達係数は増加
するが、１２０ｍｍを超えると熱伝達係数は減少し始め
る。しかし一方、スリットノズルのスリット間隔が広く
なれば、残留応力による曲げモーメントの作用する方向
を１８０°対向側に近づけていくことができるので、ス
リットノズルの間隔は、できるだけ広い方が望ましい。
このノズル間隔を鋼管の内径θで整理すると、望ましい
範囲は、金属管中心から角度θは７０°〜９５°であ
る。左右交互冷却を行う場合の金属管の回転の下限は、
冷却曲がりの低減効果を得るために最低限必要な回転数
によって決定される。上限については、一概に決定する
ことはできないが、鋼管の焼入れ冷却などを例に取れ
ば、所望のマルテンサイト組織を得るためには鋼の成分
や焼入れ温度にもよるが、Ａｃ₃変態温度からマルテン
サイト変態開始温度までの間は、最低でも３０〜４０℃
／ｓｅｃ以上の冷却速度が必要とされる。２列のスリッ
トノズルからのスリットラミナ流で左右交互冷却する場
合の金属管回転数（以下左右交互回転数という）は、多
いほど冷却曲がり低減効果は大きいが、金属管の材質に
応じて、必要冷却速度が確保できる範囲内に左右交互回
転数を設定することが好ましい。

【００２１】

【実施例】

実施例１ 以下にこの発明の詳細を実施の一例を示す図１、図２に
基づいて説明する。図１はこの発明の外面冷却装置の左
半分の遮断板を省略した斜視図、図２はこの発明の外面
冷却装置の側面図である。図１ないし図２において、１
は冷却する金属管、２は金属管１の回転支持ロール、
３、４は金属管１の上方に所定間隔で軸方向に複数基配
置したスリットノズル、５は各スリットノズル３、４と
金属管１との間を遮断する遮断板、６は遮断板５の支持
ロール、７は金属管１の回転支持ロール２のテーブルに
沿って左右におかれた遮断板リフター駆動装置、８は遮
断板リフター、９は遮断板リフター駆動装置７内の駆動
歯車、１０は駆動歯車９と噛み合う伝達歯車、１１はス
トッパー、１２はストッパー１１の緩衝器で、遮断板リ
フター駆動装置７内の駆動歯車９を図示しない電動機で
駆動回転させ、伝達歯車１０を回転させて遮断板リフタ
ー８自身に取付けた図示しない歯車と噛み合わせれば、
遮断板５を金属管１上方へ前進し、伝達歯車１０と駆動
歯車９との間の図示しないクラッチを切ることによっ
て、遮断板５は遮断板リフター８と共に自重によってす
ばやく後退し、ストッパー１１に衝突して止まるよう構
成されている。なお、クラッチは、必要な左右交互回転
数を金属管の回転速度から時間差に換算して、時間差を
おいて遮断板を後退できるように、プロセスコンピュー
タ（図示せず）よりリミットスイッチを介して電気的に
連結、切り放しの制御が行われる。

【００２２】１３はスリットノズル３、４のノズル間隔
調節機構で、左右両側に逆向きのネジを備えたスクリュ
ー軸１４を水平に取付け、該スクリュー軸１４にスリッ
トノズル３、４のブラケット１５を取り付け、スクリュ
ー軸１４を電動機１６で正逆回転させれば、スリットノ
ズル３、４が水平方向に前後動してスリットノズル３、
４の間隔を調節できるよう構成され、金属管１の外径に
応じてスリットノズル３、４の間隔を自在に適正値に調
節できる。なお、図１、図２には内面冷却機構は図示し
ていないが、金属管１の一端から内面冷却水供給ノズル
によって内面冷却水を金属管内部に充満させ高速で通水
することによって金属管内部も必要に応じて冷却される
よう構成されている。

【００２３】上記のとおり構成したことによって、金属
管１の冷却を行う場合は、電動機１６を駆動してスクリ
ュー軸１４を回転させ、金属管１の外径に応じてスリッ
トノズル３、４の間隔を適正値に調節する。次いで遮断
板リフター駆動装置７内の駆動歯車９を図示しない電動
機で駆動回転させ、伝達歯車１０を回転させて遮断板リ
フター８自身に取付けた図示しない歯車と噛み合わせ、
遮断板５を金属管１上方へ前進させたのち、スリットノ
ズル３、４に通水してスリットノズル３、４よりそれぞ
れスリットラミナ流１７を流下させ、左右全部のスリッ
トノズル３、４からのスリットラミナ流１７を遮断した
のち、加熱した金属管１を冷却装置下部に搬入して回転
支持ロール２を駆動して金属管１を回転させる。しかる
のち、金属管１の冷却が開始されると、図示しないプロ
セスコンピュータは、左右交互冷却の左右交互回転数を
金属管１の回転速度から時間差に換算し、時間差をおい
てリミットスイッチを介して伝達歯車１０と駆動歯車９
との間の図示しないクラッチを切り放し、時間差をおい
て遮断板５を後退させ、冷却初期の所定回転数の間金属
管１を左右交互のスリットノズル３、４からのスリット
ラミナ流１７で冷却したのち、左右の全スリットノズル
３、４からのスリットラミナ流１７で高速冷却が行わ
れ、金属管１の冷却曲がりを低減することができる。

【００２４】実施例２ 外径１６５．０ｍｍ、肉厚５．０ｍｍ、長さ５００ｍｍ
のステンレス鋼管表面を２００〜８００℃に加熱し、回
転速度４０ｒｐｍで回転させながら、幅５ｍｍ、長さ６
００ｍｍの開口部を有するスリットノズルを、図３
（ｂ）に示すとおり、スリットノズル３１の間隔Ｌを７
０ｍｍ、１２０ｍｍでステンレス鋼管３２上部を挾み込
むように２列配列し、ステンレス鋼管３２上部からスリ
ットラミナ流３３を１．４ｍ³／ｍｉｎ・ｍで流下させ
たＡ、Ｂの場合、および幅５ｍｍ、長さ６００ｍｍの開
口部を有するスリットノズル３１を、図３（ａ）に示す
とおり、ステンレス鋼管３２の中心軸上に１列配列し、
ステンレス鋼管３２上部からスリットラミナ流３３を
１．４ｍ³／ｍｉｎ・ｍ、０．７ｍ³／ｍｉｎ・ｍ、０．
４ｍ³／ｍｉｎ・ｍで流下させたＣ〜Ｅ場合のそれぞれ
について熱伝達係数を測定した。その結果を図４に示
す。この場合の熱伝達係数は、ステンレス鋼管３２の上
面側１８０°内では一定と仮定して、ステンレス鋼管３
２に埋め込んだ熱電対による冷却曲線から逆算して求め
た。なお、水量は２列スリットノズルの場合、それぞれ
のノズルから流下する水量の合計を示している。

【００２５】図４にＣ〜Ｅで示すとおり、図３（ａ）に
示す１列のスリットノズル３１からのスリットラミナ流
３３の水量を増加しても、冷却能力の増加は認められな
かったが、図３（ｂ）に示すとおり、スリットラミナ流
３３を２列にしたＡ、Ｂの場合は、スリットラミナ流３
３で挟まれた部分に冷却水の飛散の無い安定した水膜が
形成できるため、同じ水量の１列のスリットラミナ流３
３のＣの場合に比較し、大きな熱伝達係数を得ることが
できる。したがって、薄肉から厚肉までの金属管を一つ
の装置で冷却する場合は、熱伝達係数の大きい２列スリ
ットノズルからのスリットラミナ流で冷却するのが得策
である。

【００２６】図３（ｃ）（ｄ）に示すように２列のスリ
ットノズル３１からのスリットラミナ流３３を左右交互
に流下させた場合と、図３（ａ）に示す１列のスリット
ノズル３１からのスリットラミナ流３３をステンレス鋼
管３２の中心軸上に流下させた場合とのそれぞれについ
て、熱伝達係数を測定した。その結果、図３（ｃ）
（ｄ）に示すように２列のスリットノズル３１からスリ
ットラミナ流３３を左右交互に流下させる場合、スリッ
トラミナ流３３を流下させる位置は、図３（ｃ）や
（ｄ）のようにステンレス鋼管３２の中心軸からずれ
る。この場合の熱伝達係数は、１列のスリットノズル３
１からスリットラミナ流３３をステンレス鋼管３２の中
心軸上に与える図５（ａ）の場合の約７５％程度に低下
した。これは、流下させたスリットラミナ流３３がステ
ンレス鋼管３２の外表面で形成する水膜が、中心軸上に
与えた図５（ａ）の場合のようにステンレス鋼管３２の
左右に広がらず、図３（ｃ）や（ｄ）に示したように水
膜が形成される領域の範囲が狭いためと考えられる。

【００２７】実施例３ Ｃ：０．２％、Ｓｉ：０．２％、Ｍｎ：０．４％、Ｃ
ｒ：０．９％、Ｍｏ：０．２％、残部Ｆｅおよび不可避
的不純物からなる外径１４０．０ｍｍ、肉厚５．０ｍ
ｍ、長さ３３０００ｍｍの低合金鋼管を、９５０℃に加
熱したのち、回転速度４０ｒｐｍ、８０ｒｐｍ、１１０
ｒｐｍで回転させながら、幅５ｍｍ、長さ６００ｍｍの
開口部を有するスリットノズルを、スリットノズル間隔
１２０ｍｍで鋼管上部を挾み込むように２列配列し、鋼
管上部から２列のスリットノズルから各列０．７ｍ³／
ｍｉｎ・ｍのスリットラミナ流を流下させ、２列のスリ
ットノズルからのスリットラミナ流の左右交互冷却を左
右交互回転数０〜５回転に限定し、その後２列のスリッ
トノズルからスリットラミナ流を流下させて８００℃か
ら４５０℃まで強制冷却した。内面冷却は行っていな
い。その場合における冷却初期の最小冷却速度、冷却曲
がりを測定した。その結果を図５、図６に示す。なお、
左右交互回転数０は、冷却初期から左右交互冷却を行わ
ず、２列のスリットノズルからのスリットラミナ流で冷
却した場合、冷却曲がりは、金属管１０ｍあたりの曲が
り量で表した。

【００２８】図５に示すとおり、左右交互冷却を冷却初
期に行った場合、ステンレス鋼管の回転数が少ない間
は、大幅な冷却速度の低下はない。すなわち、回転速度
にもよるが、４０ｒｐｍで１回転の場合Ｆ、８０ｒｐｍ
で２回転の場合Ｇ、１１０ｒｐｍで３回転の場合Ｈで
は、最小冷却速度は最初から２列のスリットノズルから
のスリットラミナ流で冷却した左右交互冷却回転数０の
場合とほとんど変わらない。また、図６に示すとおり、
何れの回転速度の場合においても、左右交互回転数を１
回以上とすることによって、冷却曲がり量を著しく低減
させることができる。

【００２９】実施例４ Ｃ：０．２％、Ｓｉ：０．２％、Ｍｎ：０．４％、Ｃ
ｒ：０．９％、Ｍｏ：０．２％、残部Ｆｅおよび不可避
的不純物からなる外径１４０．０ｍｍ、肉厚５．０ｍ
ｍ、長さ３３０００ｍｍの低合金鋼管を、９５０℃に加
熱したのち、回転速度４０ｒｐｍ、８０ｒｐｍ、１１０
ｒｐｍで回転させながら、幅５ｍｍ、長さ６００ｍｍの
開口部を有するスリットノズルを、スリットノズル間隔
１２０ｍｍで鋼管上部を挾み込むように２列配列し、鋼
管上部から２列のスリットノズルから各列０．７ｍ³／
ｍｉｎ・ｍのスリットラミナ流を流下させ、２列のスリ
ットノズルからのスリットラミナ流の左右交互冷却を左
右交互回転数０〜４回転に限定し、その後２列のスリッ
トノズルからのスリットラミナ流を流下させて８００℃
から４５０℃まで強制冷却した。内面冷却は行っていな
い。その場合における８００℃〜４５０℃間の冷却速度
と冷却曲がりを測定した。その結果を表１に示す。冷却
速度は、８００℃から４５０℃間の冷却速度、曲がり量
は、金属管１０ｍあたりの曲がり量である。また、比較
のため、従来法として前記図３（ａ）に示す１列スリッ
トノズルの場合と、比較例の２列スリットを使用するが
左右交互冷却しないもの、あるいは、左右交互回転数が
本発明の範囲外であるものについても同様に８００℃〜
４５０℃間の冷却速度と冷却曲がりを測定した。その結
果を表１に示す。なお、表１中の左右交互回転数欄のな
しは、冷却初期から左右交互冷却を行わず、２列のスリ
ットノズルからのスリットラミナ流で冷却した場合を、
冷却速度は、８００℃から４５０℃間の冷却速度を、曲
がり量は、金属管１０ｍあたりの曲がり量である。

【００３０】

【表１】

【００３１】表１に示すとおり、本発明の方法によれ
ば、従来法や比較例と同等以上の冷却速度が確保され、
かつ冷却曲がりを、大幅に低減することが可能である。

【００３２】実施例５ 外径１４０．０ｍｍ、肉厚５．０ｍｍ、長さ１２０００
ｍｍのＳＵＳ３０４ステンレス鋼管を１０６０℃に加熱
したのち、１０００℃から８０ｒｐｍの速度で回転しつ
つ、幅５ｍｍ、長さ６００ｍｍの開口部を有するスリッ
トノズルを、スリットノズル間隔１２０ｍｍで鋼管上部
を挾み込むように２列配列し、鋼管上部から各列０．７
ｍ³／ｍｉｎ・ｍでスリットラミナ流を流下させ、左右
交互回転数１〜２回で４５０℃まで強制冷却した。ま
た、１０ｍ／ｓの内面通水による内面冷却を併用した。
また、従来法として前記図３（ａ）に示す１列スリット
ノズルの場合と、比較例として２列のスリットノズルを
使用するが左右交互冷却しないもの、あるいは、左右交
互回転数が本発明の範囲外であるものについても同様に
内面冷却を併用して強制冷却した。その場合における冷
却速度と冷却曲がりを測定した。その結果を表２に示
す。

【００３３】

【表２】

【００３４】表２に示すとおり、内面冷却を併用した場
合においても、冷却初期に左右交互冷却を行う本発明法
の場合は、従来法や比較例に比べて冷却曲がり低減効果
が大きい

【００３５】

【発明の効果】以上述べたとおり、本発明の冷却方法な
らびに冷却装置を用いることによって、従来の冷却方法
では曲がりが大きくなる長尺の金属管についても、同等
以上の冷却速度を確保して冷却曲がりを大幅に低減で
き、寸歩精度に優れた金属管が製造できるので、従来の
曲がりが生じた場合の矯正工程が不要になり、製造コス
トを大幅に削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の外面冷却装置の左半分の遮断板を省
略した斜視図である。

【図２】この発明の外面冷却装置の側面図である。

【図３】回転する金属管にスリットラミナ流を流下させ
たときの冷却水の状態を示すもので、（ａ）は従来技術
に示されている１列スリットノズルの場合を示す断面
図、（ｂ）は本発明における２列スリットノズルの双方
からスリットラミナ流を流下させた場合を示す断面図、
（ｃ）と（ｄ）は本発明における２列の内のどちらか一
方のスリットノズルからスリットラミナ流を流下させた
場合を示す断面図である。

【図４】２列スリットノズルと１列スリットノズルでの
外面冷却における表面温度と熱伝達率との関係を比較し
て示すグラフである。

【図５】外面を左右交互冷却した場合の金属管の回転数
（左右交互回転数と略記）と、最小冷却速度との関係を
示すグラフである。

【図６】外面を左右交互冷却した場合の金属管の回転数
（左右交互回転数と略記）と冷却曲がりとの関係を示す
グラフである。

【図７】ラミナフローを流下させて焼入れ冷却を行う従
来装置を示すもので、（ａ）図は正面図、（ｂ）図は側
面図である。

【符号の説明】

１、７１ 金属管 ２、７２ 回転支持ロール ３、４、３１、７３ スリットノズル ５ 遮断板 ６ 支持ロール ７ 遮断板リフター駆動装置 ８ 遮断板リフター ９ 駆動歯車 １０ 伝達歯車 １１ ストッパー １２ 緩衝器 １３ ノズル間隔調節機構 １４ スクリュー軸 １５ ブラケット １６ 電動機 １７、３３ スリットラミナ流 ３２ ステンレス鋼管 ７４ ラミナフロー ７５ 内面側冷却ノズル ７６ 内面側冷却水

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属管を中心軸の回りに回転させつつ金
   属管の長さ方向に平行に設けた水噴射機構から水を噴射
   して金属管を冷却する方法において、冷却初期には、金
   属管の長さ方向に平行に少なくとも２列以上設けた複数
   個のスリットノズルから左右交互にスリットラミナ流を
   流下させ、その後スリットノズルの全部からスリットラ
   ミナ流を流下させることを特徴とする金属管の外周面冷
   却方法。
2. 【請求項２】 金属管を中心軸の回りに回転させる回転
   機構と、金属管の長手方向と平行に２列以上設けた複数
   個のスリットノズルと、前記複数個のスリットノズルか
   らのスリットラミナ流を個々に遮断できる遮断機構とか
   らなることを特徴とする金属管の外周面冷却装置。
3. 【請求項３】 金属管を水平に置載し回転させる回転支
   持ロールを有し、回転する金属管の上部からスリットラ
   ミナ流を該金属管外表面に向けて流下させる左右２列の
   スリットノズルを該金属管長さ方向に沿って複数個連接
   して有し、さらに左右のスリットノズル群より流下する
   スリットラミナ流を個々に遮断する遮断板を、鋼管の長
   さ方向に沿ってスリットノズルと同じ個数分備え、個々
   の遮断板を金属管の左あるいは右下方より金属管の上方
   へ移動させ、左右の遮断板を鋼管の回転速度に応じて予
   め定めた時間差をおいて鋼管の上方より左あるいは右下
   方へ後退移動させる駆動機構とを有することを特徴とす
   る金属管の外周面冷却装置。