JPS63186829A - ステツプ状高速流による管冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は主として継目無し鋼管の熱処理工程省略によ
るコスト低減と製品の強度、靭性の向上を目的に、製管
工程において急速冷却を行なうと同時に、その冷却を途
中で停止して鋼管を精度よく復熱させる冷却方法とその
装置に関するものである。

技術的背景 近年、継目無し鋼管の製造方法は熱処理工程の省略によ
る加熱炉原単位とスケールロスの低減および製品の強度
、靭性の向上を目的として、熱間製管加工した後、急速
冷却をその冷却途中まで行ない、続いて鋼管の自己保有
熱で焼戻し処理する方法（特開昭５８−３１０３１　＞
　、−次熱間加工による穿孔圧延の直後、所定温度まで
急速冷却を行ない、ざらに再加熱し低温にて二次熱間加
工による仕上げ圧延を行なう方法等が開発されている。

これらの製管方法における急速冷却では、所定の冷却速
度を確保し、製品の組織および機械的性質を均一にする
ため、管内周方向および管軸方向に均一な冷却を行なう
必要がおることは従来と同様であるが、さらに冷却を途
中で停止し、鋼管を　　。

所定の温度（１００〜５００℃）まで復熱させる必要が
ある。従って、＃Ｊ記製管方法を実施するに際しては、
冷却を途中停止し、精度よく抜熱させる冷却技術が要求
される。

従来技術 鋼管の冷却（焼入れ）方法としては、従来から外面冷却
法、内面冷却法、内外面冷却法等が用いられている。

外面冷却法は、鋼管の外側に環状に配置されたノズルよ
り冷却液を噴射しながら鋼管あるいは、環状ノズルを管
軸方向に移動させて冷却するか、鋼管の上部に管軸方向
に配置したノズルあるいはスリットから冷却液を噴射し
、鋼管を所定速度で回転させながら冷却する方法である
。この方法では、管端より管内面への冷却液の流入によ
り冷却むらが発生するため、冷却前に管端に蓋を付ける
等の対策が必要である。また、冷却能力が内面冷却法お
よび内外面冷却法に比べ劣る欠点があり、前記継目無し
鋼管製造法における急速冷却には適用し難い。

内面冷却法は、鋼管内に挿入可能な環状に配置したノズ
ルより冷却液を噴射しながら鋼管あるいは、環状ノズル
を管軸方向に移動させながら冷却するか、管端より大量
の冷却液を注入しながら冷却する方法でめる。この方法
では、管底部への冷却水の滞留あるいは、発生蒸気が管
頂部を流れ易いことから、鋼管は所定の速度で回転させ
るのが通常である。しかし、冷却液とその蒸気との二相
流が管内を流れることは、局部的冷却むらの発生と同時
に冷却能力の低下を招くため好ましくない。

また、管入口側と出口側の冷却液の温度差による管軸方
向の冷却むらも発生し易い。このような問題を解決し冷
却能力を向上させるには、冷却液の温度を下げるか、流
速を増大する方法があるが、前者では大型の冷却液冷却
装置を必要としコストアップにつながる。また、冷却液
の流速増大に対しては大容量のポンプを必要とする。か
かる対策として、鋼管内に中子を挿入し小容量ポンプで
流速を増大させる方法（特開昭６ｌ−３７９２４）が提
案されているが、鋼管が長尺（１０〜３０ｍ）の場合に
は、中子の挿入、引き出しに多くの時間と手間がかかる
上、設置スペースも広くなる。しかし、内面冷却法は管
内流速を大きくすることによって冷却能力を増大できる
ので、高速流が容易に得られかつ冷却を途中で停止し冷
却液の排除が短時間で行なえれば、前記継目無し鋼管製
造法における急速冷却に適用できる。

内外面冷却法は、前記の三方式を組み合せて冷却するか
、冷却液槽内に鋼管を浸漬させると同時に、該槽内に設
けた単一ノズルより大量の冷却液を管内に吹込む方法で
ある。従って、前記三方式組み合せの内外面冷却法はそ
れぞれの問題点を有するのみならず、浸漬冷却では鋼管
浸漬時に空気が管内に残菌し冷却むらの原因となる。ま
た、槽内ノズルは管外面を均一冷却するための槽内撹拌
の役目を持たすため、鋼管の管端に密着させず、ある距
離を置いて配置されるのが一般的である。

そのため、長尺管の場合には管内流の圧力損失が大きく
なり、管内流速が低下し、管出口側の管内冷却液の温度
が上昇し、管軸方向で冷却むらが発生し易い。これらの
対策として、例えば鋼管を傾斜させて浸漬し、管内残留
空気や冷却液の蒸気を排出し易くする方法（特公昭５６
−１８０４７）　、槽内ノズルの他端に排出ノズルを設
は管内の冷却液を強制排出する方法（特公昭５８−４６
５３２）が提案されているが、前者では長尺管の場合の
出口流速の低下、後者では強制排出ポンプの設置による
コストアップ等の問題が残っており、継目無し鋼管製造
法における急速冷却への通用には問題がおる。

上記のごとく、従来の冷却法はいずれも、加熱鋼管を常
温まで完全に冷却するものでおり、継目無し鋼管の製造
方法における急速冷却のごとく冷却を途中で停止し、所
定の温度に精度よく復熱させることはできなかった。

発明の目的 この発明は従来の前記問題点にかんがみなされたもので
あり、継目無し鋼管の製管サイクルタイム内で連続的か
つ効率的に２０℃／Ｓ以上の冷却速度を確保して管周周
方向および管軸方向に均一な冷却を行ない、所定の温度
にて冷却を途中で停止し、その冷却液を迅速に排出でき
るとともに、股備費および運転コストが安価につく冷却
方法を提案せんとするものである。

問題点を解決するための手段 継目無し鋼管製造法にあける急速冷却法としては、前記
のごとく管内に大量の冷却液を注入する内面冷却法が有
効と考えられる。この内面冷却法を継目無し鋼管の急速
冷却に適用するためには、高速流が容易に得られかつ冷
却を途中で停止し冷却液を短時間に排出する必要がある
。その手段として、この発明はポンプと加圧タンクを併
設し、急速開閉弁を急開した直後の高速流を加圧タンク
内の加圧気体の急膨張で発生させてステップ状高速流を
管内に導入し、さらに冷却後、弁の切換えにより管内に
加圧気体を吹込んで該管内の冷却液を高速排除する方法
を提案するものである。

すなわち、この発明の要旨は、冷却液送り出し用ポンプ
の吐出管に、一定量の加圧気体を封入した加圧タンクを
直角に接続連通させ、その下流に急速開閉弁を介して接
続した助走管に気体吹込み管を接続し、前記急速開閉弁
を急開することによって、助走管先端にクランプ治具を
介して接続した被冷却管内に冷却液のステップ状高速流
を導入し、冷却後、急速開閉弁を閉じると同時に前記気
体吹込み管より加圧気体を被冷却管内に吹込んで該管内
の冷却液を排出することを特徴とする管冷却方法にある
。

ここで、高速流の発生手段に加圧タンクを採用した理由
について説明する。

冷却液の管内高速流をポンプのみで発生させる方法では
、以下に示す問題がある。

長尺管内に冷却液を高速度で流すためには大流量・高揚
程のポンプが必要となり、設備費の高騰を招く。また、
冷却を途中で停止し、冷却液の排出を迅速に行なうため
には、ポンプからの液送ラインと液排出用の空気等の気
送ラインを短時間で切換える必要があり、それに伴う水
撃現象の防止対策が必要となり設備費の上昇につながる
。また、冷却開始時、すなわち急速開閉弁開時にも水撃
（ポンプへの負圧波の伝播）が発生するとともに、流速
の立上りが遅く、冷却液が管底を流れやすいため、管頂
部と管底部との冷却差が生じ、管曲りの原因になる。さ
らに、長尺管では冷却開始時における液流速が遅いため
、管の入口と出口側で冷却液の温度が異なり管軸方向で
の冷却むらが発生しやすく、製品の品質低下を招く。

このため、この発明では冷却開始時における冷却液流速
の立上りを速くする目的で、加圧タンクを併用したので
ある。すなわち、気体を封入した加圧タンクを併用すれ
ば、ステップ状高速流を加圧タンク内の気体の急膨張で
発生させることができるので、ポンプ起動時の流速の立
上りの遅れを補うことが可能となるからである。

発明の図面に基づく開示 第１図はこの発明方法を実施するための装置構成の一例
を示す概略図である。

図中、（１）は冷却液槽（２）より吸引管（３）を通し
冷却液（４）を吐出管（５）に圧送する冷却液送出し用
ポンプ、（６）は気体（力を封入した加圧タンクで、連
結管（８）を介して吐出管（５）に直角に接続連通され
ている。（９）は急速開閉弁、（１０は助走管、（１１
）は被冷却管（１５）のクランプ治具を示し、助走管（
１０には気体加圧源（１２）より気体切換え弁（１３）
を介して気体吹込み管（１４）が分岐接続され、前記急
速開閉弁（９）および気体切換え弁（１３）は弁開閉指
令器（１６）からの信号により開閉操作できる仕組みと
なっている。

すなわち、急速開閉弁（９）および気体切換え弁（１３
）を閉止した状態で、冷却液送出し用ポンプ（１）を起
動させると、冷却液は吐出管（５）から加圧タンク連結
管（８）を通り加圧タンク（６）内に流入し、加圧タン
ク内の封入気体（′７）を圧縮し、加圧タンクの圧力と
送出し用ポンプ（１）の締切圧が釣合うと、クランプ治
具（１１）に被冷却管（１５）を接続する。

しかる後、急速開閉弁（９）を急開すると、゛加圧タン
ク（６）内の冷却液が圧縮気体（７）の急膨張により高
加速、高流速で被冷却管（１５）内に流入する。加圧タ
ンク（６）からの冷却液流出による加圧タンク内圧の低
下に伴い加圧タンク（６）からの冷却液の流出は減少し
、それに代り送出し用ポンプ（１）からの流出量が増大
し高速流冷却を継続する。

一方、被冷却管（１５）を所定の温度まで冷却するに必
要な時間を予め弁開閉指令器（１６）にセットしておく
ことにより、急速開閉弁（９）急開からの時間が前記セ
ット時間と等しくなった時点で、弁開閉指令器（１６）
からの信号で急速開閉弁（９）を急閉すると同時に気体
切換え弁（１３）を急開し、気体加圧１（１２）から加
圧気体が被冷却管（１５）内に送り出され、管内の冷却
液を瞬時に排出する。

管内の冷却液が完全に排出されると、気体切換え弁（１
３）を閉止するとともに被冷却管（１５）をクランプ治
具（１１）より取外す。また、急速開閉弁（９）の急開
に伴って送出しポンプ（１）からの吐出流は加圧タンク
（６）へ流入し、次回冷却の準備ができる。

発明の詳細 な説明したごとく、この発明では、管内ステップ状高速
流による管の急速冷却が可能であるため、製管サイクル
タイム（２０〜４０ｓｅｃ）内で連続的かつ効率的に高
冷却速度（２０℃／Ｓ以上）を確保して管周周方向およ
び管軸方向に均一な冷却を行なうことができ、かつ所定
の温度にて冷却を途中停止し、管内冷却液を迅速に排出
して所定の温度に精度よく復熱させることができる。ま
た、第２図に管内流速の推移をポンプのみの場合と比較
して示すごとく、この発明によれば、急速開閉弁急開時
の流速の立上りが非常に速いため、冷却液が管底部を流
れるようなことがなく、管頂部と管底部との間に冷却差
が生じることがなくなるとともに、長尺管であっても管
入口と出口側で冷却液温に差が生じることもなくなり管
軸方向での冷却むらを防止できる。

また、急速開閉弁および気体切換え弁の開閉時間を変え
ることにより、冷却能力を広い範囲で制御できるととも
に、同一装置での冷却可能管サイズも広い。また、管内
冷却では、一般に管壁温度が高いほど熱伝達率が悪く、
同一流速では管温度が高い冷却初期には冷却能力が低く
なるが、この発明では冷却開始とともに短時間で高速流
が発生するため、冷却初期の低熱伝達率による冷却能力
の低下をカバーできる。また、加圧タンク内の気体が緩
衝の役目をするため、片息開閉に伴う水撃の発生を防止
できる。また、製管サイクルタイムに合せた連続運転が
弁の開閉操作のみで実施することも可能である。ざらに
、装置的にも大規模な設備を必要としないため、設備費
および運転コストも安価につく。

従って、この発明は継目無し鋼管の製造に多大な効果を
奏するものでおる。

なお、この発明は管内冷却液排出用の気体切換弁を使用
せず、急速開閉弁の開閉操作のみを行なうことにより、
鋼管を常温まで冷却する従来の内面冷却法あるいは内外
面冷却法への適用も可能となる。

実　　施　　例 第３図は第１図に示す装置を用い、加圧タンク内容積を
３ｍ”、ポンプを９００　ｍ”／ｈ　Ｘ　４０　ｍ　Ｈ
（締切圧７に９−ｄＧ　）とし、外径１５８〜２６７φ
、肉厚６．５〜１４．Ｏｔ　、長さ１５〜３１ｍの継目
無し鋼管を水で冷却した時の発生流速と時間との関係を
示したもので市る。図中■は１５８φＸ１２．５ｊ　Ｘ
２２．３ｍ　、■は１５８φＸ　６．５ｔ　Ｘ３１ｍ、
■は１９４φｘ１３．５ｔ　ｘ２１．５ｍ　、■は１９
４φＸ８゜ＯｊＸ３１ｍ、■は２６７φｘ１４．ｏｔ　
Ｘ１５ｍ、■は２６７φＸ　７．Ｏｔ　Ｘ２１ｍの鋼管
である。

第３図から明らかなごとく、各鋼管とも短時間で１０ｍ
／Ｓ以上の高速流が得られており、均一冷却に有効であ
ることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明方法を実施するための装置構成例を示
す概略図、第２図はこの発明方法による管内ステップ状
高速流の推移をポンプのみの場合と比較して示す図、第
３図はこの発明の実施例におけるステップ状高速流の発
生流速と時間の関係を示す図でおる。 １・・・冷却液送出し用ポンプ、　　２・・・冷却液槽
、５・・・吐出管、　　６・・・加圧タンク、　　７・
・・気体、９・・・急速開閉弁、　１０・・・助走管、
１１・・・クランプ治具、　１２・・・気体加圧源、１
３・・・気体切換弁、　１４・・・気体吹込み管、１５
・・・被冷却管、　１６・・・弁開閉指令器。 第１図 第２図 時間→ 揶３図 時間τ（ｓｅｅ　）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 管内に冷却液を高速で通流させて管を内側から冷却する
   方法において、一定量の加圧気体を封入した加圧タンク
   を冷却液送出し用ポンプの吐出管に接続連通させ、その
   下流に急速開閉弁を介して接続した助走管に気体吹込み
   管を分岐接続し、前記急速開閉弁を急開することによつ
   て、助走管先端に接続した被冷却管内に冷却液のステッ
   プ状高速流を導入し、管冷却後、急速開閉弁を閉じると
   同時に前記気体吹込み管より加圧気体を被冷却管内に吹
   込んで該管内の冷却液を排出し水切りすることを特徴と
   するステップ状高速流による管冷却方法。