継目無鋼管圧延装置及び圧延方法
【課題】設備や操業のコストを大幅に増大させることなく、シェル内面の２次スケールを完全に除去して、内面疵の発生を防止することが可能な継目無鋼管圧延装置及び圧延方法を提供する。
【解決手段】被圧延管４内面圧延用のプラグ２をバー先端で支持するマンドレルバー１を備えた継目無鋼管圧延装置であって、前記マンドレルバーはその長手方向の少なくとも一部に、被圧延管内面へ高圧水を噴射するノズル１１と、該ノズルへ水をバー後端からバー内部を通して供給する給水路２４と、前記ノズルと隣接しバーを囲んで回転して被圧延管内面を研掃する円環状のワイヤブラシ１２と、バー内部に在って前記ワイヤブラシの回転を駆動する駆動機構とを配設されてなる。
【解決手段】被圧延管４内面圧延用のプラグ２をバー先端で支持するマンドレルバー１を備えた継目無鋼管圧延装置であって、前記マンドレルバーはその長手方向の少なくとも一部に、被圧延管内面へ高圧水を噴射するノズル１１と、該ノズルへ水をバー後端からバー内部を通して供給する給水路２４と、前記ノズルと隣接しバーを囲んで回転して被圧延管内面を研掃する円環状のワイヤブラシ１２と、バー内部に在って前記ワイヤブラシの回転を駆動する駆動機構とを配設されてなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、継目無鋼管圧延装置及び圧延方法に関し、詳しくは、継目無鋼管を製造する圧延工程に設けられる拡管・減肉圧延機等、特にプラグミルやエロンゲータミルにおいて被圧延材である素管即ちシェルを圧延するさい、内面に発生した２次スケールを除去し、アバタ疵やピット疵の発生を防止するのに好適な継目無鋼管圧延装置及び継目無鋼管圧延方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は継目無鋼管の製造ラインをなす圧延設備列の例を示す概略図である。図において１２１は丸鋼片である。丸鋼片１２１は回転炉床式加熱炉１２２に装入され、熱間加工に適する温度に加熱される。加熱された丸鋼片１２１は次いで穿孔機１２３において穿孔されシェル１２５となる。次いでシェル１２５は拡管・減肉圧延機（エロンゲータミル）１２４、次いでプラグミル１２６のような、シェル１２５にプラグを挿入するタイプの圧延機で圧延され、さらにプラグを用いない圧延機であるサイザー１２９により圧延される。
【０００３】
上記の工程はいずれも高温で行なう必要があり、穿孔後のシェル内外面に新たに２次スケールが発生する。この２次スケールはエロンゲータミル、プラグミル等による圧延時に、シェルと圧延ロールまたはプラグとシェルの間に入りアバタ疵やピット疵の原因となっている。
このスケールの発生、噛み込みによる疵を防止する方法として、例えば特許文献１には圧延時に圧延素材の外周面に高圧水を噴射し、またワイヤブラシを併用してスケールを除去する技術が開示されている。図８はその圧延に使用されているデスケーラの概念図である。
【０００４】
しかし、特許文献１の技術によっては、圧延中の素管の外面のスケールは除去できるが、内面のスケールを除去することができない。そこで特許文献２には、圧延時にプラグより高圧水を噴射して、スケールを除去する技術が開示されている。図９はその圧延に使用されているプラグの縦断面図である。
さらに特許文献３には圧延プラグに水流噴射口と同時に回転するワイヤブラシ機構を設け、噴射する水流を利用してそのワイヤブラシを回転させる機構が開示されている。図１０はそのプラグの縦断面図である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１５３４３号公報
【特許文献２】特開平３−９９７０８号公報
【特許文献３】特開平６−２１０３２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の継目無鋼管圧延においては、シェルの内外面に発生した２次スケールを高圧水の噴射で除去しようとするが、継目無鋼管の圧延で留意するべきは、ＳＭＬ（継目無）圧延の場合材料温度低下が著しく、圧延途中で材料の再加熱を行う必要があることから、大量の水を使用すると、さらに材料温度の著しい低下を招くことである。よってあまり大量の水を使用できない。しかも内面デスケーリングの場合は特許文献２のような技術を用いたとしても、水路が細く長いものにならざるを得ず、大量の水を供給できない。よってワイヤブラシのような機械式デスケーラ併用が望ましい。
【０００７】
しかし特許文献３のような技術では、プラグに複雑な機構を組み込むことになる。しかしながらプラグは圧延中、高温高圧の厳しい条件にさらされることから、消耗部品として扱われている。また、プラグは、通常は圧延を1本行う毎に圧延設備からとりはずし交換され、冷却や場合によっては再研摩などの手入れを施された後、循環使用される場合が多い。しかも圧延サイズが異なる場合は、サイズの違うプラグを使用する。
【０００８】
従って特許文献３のような技術を採用しようとすると、工場にある多数のプラグにデスケーリング機構を設置する必要が発生する。また、プラグ手入れの度に機構を脱着するような手間を発生する可能性も生じる。過酷な条件から機構が故障する率も上昇する。いずれにしても大幅にコスト高となることは避けられない。
上述のように、従来の技術によって継目無鋼管圧延の際にシェル内面の２次スケールを除去しようとすると、設備や操業のコストの大幅増大を招くという課題があった。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、設備や操業のコストを大幅に増大させることなく、シェル内面の２次スケールを完全に除去して、内面疵の発生を防止することが可能な継目無鋼管圧延装置及び圧延方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するためになされた本発明は、以下のとおりである。
（１） 本発明に係る装置は、被圧延管内面圧延用のプラグをバー先端で支持するマンドレルバーを備えた継目無鋼管圧延装置であって、前記マンドレルバーはその長手方向の少なくとも一部に、被圧延管内面へ高圧水を噴射するノズルと、該ノズルへ水をバー後端からバー内部を通して供給する給水路と、前記ノズルと隣接しバーを囲んで回転して被圧延管内面を研掃する円環状のワイヤブラシと、バー内部に在って前記ワイヤブラシの回転を駆動する駆動機構とを配設されてなることを特徴とする継目無鋼管圧延装置である。
（２） 前記（１）の本発明に係る装置においては、前記給水路をバー先端まで延長して前記プラグの中空部と連通させ、且つ前記プラグの先端部には前記中空部を介して給水される先端ノズルを配設してなる形態とすることが好ましい。
（３） 本発明に係る方法のもう１つは、前記（１）又は（２）の本発明に係る装置を用いて継目無鋼管のプラグミル圧延もしくはエロンゲータミル圧延を行うにあたり、前記ノズル及び先端ノズルからの高圧水と、前記ワイヤブラシとによって被圧延管内面をデスケーリングする工程を、同一被圧延管の、圧延パス中、および/または圧延パスと次圧延パスとの間、および/または最終圧延パス後に行うことを特徴とする継目無鋼管圧延方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、マンドレルバーに、高圧水噴射用のノズルと円環状のワイヤブラシとを取り付けてシェルの内面の２次スケールを除去することにより、アバタ疵やピット疵の発生を防止し、製品の品質と歩留りを大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態の１例を示す概略図である。
【図２】図１の要部を示す縦断面図である。
【図３】本発明の実施形態のもう１つの例を示す縦断面図である。
【図４】本発明に係る方法の実施形態の１例を示す説明図である。
【図５】エロンゲータミルの全体構成を示す概略図である。
【図６】本発明の効果を本発明例と従来例との比較によって示すグラフである。
【図７】継目無鋼管の圧延設備列の例を示す概略図である。
【図８】従来技術（特許文献１）を示す概念図である。
【図９】従来技術（特許文献２）を示す縦断面図である。
【図１０】従来技術（特許文献３）を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る装置では、マンドレルバー（以下、単に、バーともいう）は、いわゆるデスケーリング機構付きマンドレルバーであり、バー先端でプラグ（被圧延管内面圧延用のプラグ）を支持するという通常の機能の他に、バーの長手方向の少なくとも一部に、被圧延管内面へデスケーリング水として高圧水を噴射するノズル（及び該ノズルへ給水する給水路。該給水路はバーに内設）を備えるとともに、該ノズルに隣接しバーを囲んで回転して被圧延管内面を研掃するブラシ機構（円環状のワイヤブラシ及びこれの回転を駆動する駆動機構。該駆動機構はバーに内設）を備え、圧延中に高圧水噴射とブラシ回転によって被圧延管（シェル或いはホロー）内面のスケールを効果的に除去し、圧延時のプラグと被圧延管との間へのスケールの噛み込みをなくし、内面アバタ疵やピット疵の発生を防止する。
【００１４】
本発明に係る方法によってデスケーリングする工程は、プラグミル圧延やエロンゲータミル圧延の圧延パスが終了して被圧延管を圧延機から引き抜く際に実施されることが望ましい。あるいは圧延前に被圧延管を圧延機に空通ししてまずプラグを被圧延管内面側に挿入し、次いで引き抜き操作を行う際にデスケーリングを行うことにより、圧延開始前にデスケーリング工程を実施することも可能である。
【００１５】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。
【実施例】
【００１６】
図１は本発明の実施形態の１例を示す概略図である。同図には本発明に用いるデスケーリング機構付きマンドレルバーの構成例の外観が示されている。このような構成は、エロンゲータミル、およびプラグミルを用いた継目無圧延工程に適用される。図において、バー（マンドレルバー）１は、その右端（後端）が図示しない支持装置によって固定されている。プラグ２は、バー１先端部へのはめこみ式構造を有し、圧延毎に着脱可能に構成されている。被圧延管（シェル或いはホロー）４は、圧延ロール３とプラグ２の間で肉厚が薄くなるように圧延される。
【００１７】
高圧水噴射用のノズル１１は、バー１の周囲に放射状に高圧水を噴射し、被圧延管４の内面を均一にデスケールする機能を持つ。円環状（リング状）のワイヤブラシ１２は、ノズル１１に隣接して配置され、その毛先を被圧延管内面に接触させながらバー周りに回転することにより、被圧延管内面のスケールを除去すると同時に、除去したスケールを被圧延管の外側へ排出する機能を持つ。なお、図ではワイヤブラシ１２はノズル１１の左側（ノズルよりバー先端側）に設置されているが、これは除去されたスケールを図の右側に排出するための方便としての形態であり、使用方法によってはノズル１１の右側（ノズルよりバー後端側）に設置したり、両側に設置したりすることもできる。
【００１８】
次に、図２は、図１の要部を示す縦断面図であり、同図には、バー１に持たせたデスケーリング機能を達成するためのバー内部構造の一例が示されている。ただし本発明に係る装置は、図２の例のみに限定されるものではない。この例では、プロペラシャフト１３がバー１の中心に埋め込まれており、図において右側に配置される図示しない回転装置によって回転させられる。２１はバー１内部に装入される歯車ユニットの枠であって、この枠２１に歯車１４、１５が、噛み合った状態で歯車軸１６、１７を介して回転自在に、装着されている。枠２１がバー１内部に装入された状態で、プロペラシャフト１３を図の右側から差し込んで、歯車１４とプロペラシャフト１３が結合され、回転力を伝える。次に、ワイヤブラシ１２を取り付けるための輪具であるブラシリング１８は、ベアリング２０を介してバー１に回転自在に取り付けられるが、その内側面に歯車を有し、これが歯車１５と噛み合うように構成される。以上の構成によって、プロペラシャフト１３の回転によりワイヤブラシ１２がバー１の周りを回転する構造となる。
【００１９】
さらにバー１内部にバー後端から延在してノズル１１に接続する給水路２４が形成されており、給水路２４からの高圧水の給水によってノズル１１から高圧水を噴射することができる。ワイヤブラシ１２とノズル１１を近接配置することにより、噴射水圧と機械的除去の併用により、効率的なデスケールが行える。すなわち２次スケールに噴射水圧によってクラックを発生させ、被圧延管内面側の２次スケール下層と２次スケール層との密着性を下げ、ワイヤブラシによる機械的除去を容易にする。また、常時熱間鋼と接触するワイヤブラシ１２をデスケール水（噴射した高圧水）によって冷却する効果も得られる。
【００２０】
ワイヤブラシ用の素線は硬鋼線、ピアノ線で直径が０．２ｍｍ〜１ｍｍのものを用いるとよい。前記直径が０．２ｍｍ以下の場合はワイヤーの剛性が十分でなく、１ｍｍを越える場合は抵抗が大きくなり、ワイヤブラシを高速で回転させることが困難となる。ワイヤブラシの圧延開始時の外径は使用中の減耗を考慮して、被圧延管の内径より５ｍｍ以上大きいことが好ましい。また、被圧延管の内径より４０ｍｍ超ほども大きい場合は、ワイヤブラシの被圧延管内面側へのスムーズな挿入が困難になる。したがって、ワイヤブラシの外径と被圧延管の内径との差は５ｍｍ以上、４０ｍｍ以下とするのが好ましい。ワイヤブラシはリング状であるが、その高さ（リング半径方向の厚み）は２０ｍｍ以下では十分にデスケーリングが行なわれず、５０ｍｍを超えると回転抵抗が過大になるため、２０ｍｍ以上、５０ｍｍ以下とするのが好ましい。
【００２１】
次に、本発明に係る方法の実施形態を、図４に示した例を用いて説明する。図４は一般的なプラグミル圧延への適用例を示したものである。図に示すように、プラグミルでは主圧延機に設置された圧延ロール３のほかにピンチロール３１が設けてられおり、圧延に際し、被圧延管４は入側（図の左側）から送られて圧延後は出側（右側）に移動する。そしてピンチロール３１によって再び圧延機の入側に戻され、ついで２パス目の圧延が行われる。このような方法でプラグミルでは通常２〜３パスの圧延が行われる。
【００２２】
このときにバー１は図４中の支持装置３２によって片持ち支持されている。本発明に係る装置のデスケーリング作業部（ノズル１１及びワイヤブラシ１２の総称）はバー１の長手方向中間部に設置されるから、プラグミルの出側に配置されることになる。
本発明によるひとつの望ましいデスケーリング方法では、被圧延管４はまず圧延機を空通しされ、図４(b)の状態となる、この時点では、プラグは未装着であり、又、まだデスケーリング作業は行われない。ついで被圧延管４は図４(ｃ)のようにピンチロール３１の動作によって圧延機入側に戻される。このとき、デスケーリング作業部の動作によって高圧水噴射、およびワイヤブラシの回転が行われ、被圧延管内面のデスケーリングが実施される。
【００２３】
ついでバー１先端にプラグ２が供給され、被圧延管が圧延機に引き込まれて圧延が開始される（図４（a））。この時点ではデスケール動作は実行されない。再びシェルがピンチロールによって圧延機入り側に移送されるときにはデスケーリングが実施される。このように、圧延機出側ではデスケールを実施せず、被圧延管を空通しして圧延機入側に戻す際にデスケールを実施する理由は、できるだけ次の圧延パス直前にデスケールを行う方が有利なためである。
【００２４】
また、この方法でデスケールすると、除去したスケールはワイヤブラシ１２によって圧延機出側に排除され、圧延機の方には蓄積しない。すなわちスケールがプラグ２と被圧延管４の間に噛み込む可能性が低くなり、内面疵の防止に有利である。もし特許文献２のように、被圧延管内面のスケールを圧延機入側で除去しようとすると、除去したスケールが被圧延管の外側に排出されず、圧延機側に引き込まれて、かえって噛み込み疵を増やしてしまう問題がある。
【００２５】
ただし、本発明の方法では最初のパスの直前にデスケールするために、被圧延管を一度圧延機に空通しする必要があり、圧延能率が若干低下する場合がある。このような場合は、空通しをやめ、その代わりに前工程のエロンゲータミルでデスケールを行っておくなどの改良が可能である。また、被圧延管外面のデスケーラ（特許文献１など）を併用するなどの改良ももちろん可能である。
【００２６】
本発明のさらなる改良型を図３に示す。この改良型では、給水路２４がさらにバー1先端まで延長され、プラグ２の中空部からなる冷却室２５に連通してプラグ２を冷却するとともに、プラグ２の先端部に配設した先端ノズル２６からデスケール水として高圧水を噴射し、圧延機入側で被圧延管内面のデスケール機能を兼ねたものである。これにより、さらに確実にデスケール機能が向上する。
【００２７】
また、図５はエロンゲータミル圧延機の全体構成を示す概略図である。エロンゲータミルはプラグミルと異なり、単パス圧延機であって、圧延ロールもプラグミルとは異なるが、マンドレルバー１が固定式のものであれば、バー１にはプラグミルの場合と同様のデスケーリング作業部が設置できる。
次に、プラグミルに対し、本発明を図１〜図４で説明した実施形態にて適用したときの、継目無鋼管の内面疵防止効果について述べる。ここでは、表１に示す４水準の実験を実施した。すなわち、デスケーリング方式として、Ｎｏ．１：内面デスケーリングなし（従来例）、Ｎｏ．２：プラグ先端から高圧水によるデスケール（従来例）、Ｎｏ．３；マンドレルバー部での高圧水とワイヤブラシ（本発明例）、４：マンドレルバー部での高圧水とワイヤブラシ＋プラグ先端高圧水（本発明例）、の４水準についての比較実験である。なお、マンドレルバー取り付け部（後端固定部）における水圧は７ｋｇ/ｃｍ２、冷却水量は９０〜１１０トン／時、ワイヤブラシ回転数は１００ｒｐｍとして実験を行った。被圧延管の材質は炭素鋼である。被圧延管を各水準ごとに表１に示す実験圧延本数だけ圧延し、疵不良率（内面疵で不良となった製品の本数の、対実験圧延本数比率）を調査した。
【００２８】
その結果を図６に示す。同図より、本発明例（Ｎｏ．３，４）では疵不良率が従来例（Ｎｏ．１，２）の約１／５程度と格段に減少しており、本発明による継目無鋼管の内面疵防止効果が顕著に発揮されたことが分かる。
【００２９】
【表１】
【符号の説明】
【００３０】
１ バー（マンドレルバー）
２ プラグ
３ 圧延ロール
４ 被圧延管（シェルあるいはホロー）
１１ ノズル
１２ ワイヤブラシ
１３ プロペラシャフト
１４、１５ 歯車
１６、１７ 歯車軸
１８ ブラシリング
２０ ベアリング
２１ 枠
２４給水路
２５冷却室
２６ 先端ノズル
３１ ピンチロール
３２ マンドレルバー支持装置
１２１丸鋼片
１２２回転炉床式加熱炉
１２３ 穿孔機
１２４ エロンゲータミル
１２５ シェル
１２６ プラグミル
１２９ サイザー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、継目無鋼管圧延装置及び圧延方法に関し、詳しくは、継目無鋼管を製造する圧延工程に設けられる拡管・減肉圧延機等、特にプラグミルやエロンゲータミルにおいて被圧延材である素管即ちシェルを圧延するさい、内面に発生した２次スケールを除去し、アバタ疵やピット疵の発生を防止するのに好適な継目無鋼管圧延装置及び継目無鋼管圧延方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は継目無鋼管の製造ラインをなす圧延設備列の例を示す概略図である。図において１２１は丸鋼片である。丸鋼片１２１は回転炉床式加熱炉１２２に装入され、熱間加工に適する温度に加熱される。加熱された丸鋼片１２１は次いで穿孔機１２３において穿孔されシェル１２５となる。次いでシェル１２５は拡管・減肉圧延機（エロンゲータミル）１２４、次いでプラグミル１２６のような、シェル１２５にプラグを挿入するタイプの圧延機で圧延され、さらにプラグを用いない圧延機であるサイザー１２９により圧延される。
【０００３】
上記の工程はいずれも高温で行なう必要があり、穿孔後のシェル内外面に新たに２次スケールが発生する。この２次スケールはエロンゲータミル、プラグミル等による圧延時に、シェルと圧延ロールまたはプラグとシェルの間に入りアバタ疵やピット疵の原因となっている。
このスケールの発生、噛み込みによる疵を防止する方法として、例えば特許文献１には圧延時に圧延素材の外周面に高圧水を噴射し、またワイヤブラシを併用してスケールを除去する技術が開示されている。図８はその圧延に使用されているデスケーラの概念図である。
【０００４】
しかし、特許文献１の技術によっては、圧延中の素管の外面のスケールは除去できるが、内面のスケールを除去することができない。そこで特許文献２には、圧延時にプラグより高圧水を噴射して、スケールを除去する技術が開示されている。図９はその圧延に使用されているプラグの縦断面図である。
さらに特許文献３には圧延プラグに水流噴射口と同時に回転するワイヤブラシ機構を設け、噴射する水流を利用してそのワイヤブラシを回転させる機構が開示されている。図１０はそのプラグの縦断面図である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１５３４３号公報
【特許文献２】特開平３−９９７０８号公報
【特許文献３】特開平６−２１０３２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の継目無鋼管圧延においては、シェルの内外面に発生した２次スケールを高圧水の噴射で除去しようとするが、継目無鋼管の圧延で留意するべきは、ＳＭＬ（継目無）圧延の場合材料温度低下が著しく、圧延途中で材料の再加熱を行う必要があることから、大量の水を使用すると、さらに材料温度の著しい低下を招くことである。よってあまり大量の水を使用できない。しかも内面デスケーリングの場合は特許文献２のような技術を用いたとしても、水路が細く長いものにならざるを得ず、大量の水を供給できない。よってワイヤブラシのような機械式デスケーラ併用が望ましい。
【０００７】
しかし特許文献３のような技術では、プラグに複雑な機構を組み込むことになる。しかしながらプラグは圧延中、高温高圧の厳しい条件にさらされることから、消耗部品として扱われている。また、プラグは、通常は圧延を1本行う毎に圧延設備からとりはずし交換され、冷却や場合によっては再研摩などの手入れを施された後、循環使用される場合が多い。しかも圧延サイズが異なる場合は、サイズの違うプラグを使用する。
【０００８】
従って特許文献３のような技術を採用しようとすると、工場にある多数のプラグにデスケーリング機構を設置する必要が発生する。また、プラグ手入れの度に機構を脱着するような手間を発生する可能性も生じる。過酷な条件から機構が故障する率も上昇する。いずれにしても大幅にコスト高となることは避けられない。
上述のように、従来の技術によって継目無鋼管圧延の際にシェル内面の２次スケールを除去しようとすると、設備や操業のコストの大幅増大を招くという課題があった。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、設備や操業のコストを大幅に増大させることなく、シェル内面の２次スケールを完全に除去して、内面疵の発生を防止することが可能な継目無鋼管圧延装置及び圧延方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するためになされた本発明は、以下のとおりである。
（１） 本発明に係る装置は、被圧延管内面圧延用のプラグをバー先端で支持するマンドレルバーを備えた継目無鋼管圧延装置であって、前記マンドレルバーはその長手方向の少なくとも一部に、被圧延管内面へ高圧水を噴射するノズルと、該ノズルへ水をバー後端からバー内部を通して供給する給水路と、前記ノズルと隣接しバーを囲んで回転して被圧延管内面を研掃する円環状のワイヤブラシと、バー内部に在って前記ワイヤブラシの回転を駆動する駆動機構とを配設されてなることを特徴とする継目無鋼管圧延装置である。
（２） 前記（１）の本発明に係る装置においては、前記給水路をバー先端まで延長して前記プラグの中空部と連通させ、且つ前記プラグの先端部には前記中空部を介して給水される先端ノズルを配設してなる形態とすることが好ましい。
（３） 本発明に係る方法のもう１つは、前記（１）又は（２）の本発明に係る装置を用いて継目無鋼管のプラグミル圧延もしくはエロンゲータミル圧延を行うにあたり、前記ノズル及び先端ノズルからの高圧水と、前記ワイヤブラシとによって被圧延管内面をデスケーリングする工程を、同一被圧延管の、圧延パス中、および/または圧延パスと次圧延パスとの間、および/または最終圧延パス後に行うことを特徴とする継目無鋼管圧延方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、マンドレルバーに、高圧水噴射用のノズルと円環状のワイヤブラシとを取り付けてシェルの内面の２次スケールを除去することにより、アバタ疵やピット疵の発生を防止し、製品の品質と歩留りを大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態の１例を示す概略図である。
【図２】図１の要部を示す縦断面図である。
【図３】本発明の実施形態のもう１つの例を示す縦断面図である。
【図４】本発明に係る方法の実施形態の１例を示す説明図である。
【図５】エロンゲータミルの全体構成を示す概略図である。
【図６】本発明の効果を本発明例と従来例との比較によって示すグラフである。
【図７】継目無鋼管の圧延設備列の例を示す概略図である。
【図８】従来技術（特許文献１）を示す概念図である。
【図９】従来技術（特許文献２）を示す縦断面図である。
【図１０】従来技術（特許文献３）を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る装置では、マンドレルバー（以下、単に、バーともいう）は、いわゆるデスケーリング機構付きマンドレルバーであり、バー先端でプラグ（被圧延管内面圧延用のプラグ）を支持するという通常の機能の他に、バーの長手方向の少なくとも一部に、被圧延管内面へデスケーリング水として高圧水を噴射するノズル（及び該ノズルへ給水する給水路。該給水路はバーに内設）を備えるとともに、該ノズルに隣接しバーを囲んで回転して被圧延管内面を研掃するブラシ機構（円環状のワイヤブラシ及びこれの回転を駆動する駆動機構。該駆動機構はバーに内設）を備え、圧延中に高圧水噴射とブラシ回転によって被圧延管（シェル或いはホロー）内面のスケールを効果的に除去し、圧延時のプラグと被圧延管との間へのスケールの噛み込みをなくし、内面アバタ疵やピット疵の発生を防止する。
【００１４】
本発明に係る方法によってデスケーリングする工程は、プラグミル圧延やエロンゲータミル圧延の圧延パスが終了して被圧延管を圧延機から引き抜く際に実施されることが望ましい。あるいは圧延前に被圧延管を圧延機に空通ししてまずプラグを被圧延管内面側に挿入し、次いで引き抜き操作を行う際にデスケーリングを行うことにより、圧延開始前にデスケーリング工程を実施することも可能である。
【００１５】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。
【実施例】
【００１６】
図１は本発明の実施形態の１例を示す概略図である。同図には本発明に用いるデスケーリング機構付きマンドレルバーの構成例の外観が示されている。このような構成は、エロンゲータミル、およびプラグミルを用いた継目無圧延工程に適用される。図において、バー（マンドレルバー）１は、その右端（後端）が図示しない支持装置によって固定されている。プラグ２は、バー１先端部へのはめこみ式構造を有し、圧延毎に着脱可能に構成されている。被圧延管（シェル或いはホロー）４は、圧延ロール３とプラグ２の間で肉厚が薄くなるように圧延される。
【００１７】
高圧水噴射用のノズル１１は、バー１の周囲に放射状に高圧水を噴射し、被圧延管４の内面を均一にデスケールする機能を持つ。円環状（リング状）のワイヤブラシ１２は、ノズル１１に隣接して配置され、その毛先を被圧延管内面に接触させながらバー周りに回転することにより、被圧延管内面のスケールを除去すると同時に、除去したスケールを被圧延管の外側へ排出する機能を持つ。なお、図ではワイヤブラシ１２はノズル１１の左側（ノズルよりバー先端側）に設置されているが、これは除去されたスケールを図の右側に排出するための方便としての形態であり、使用方法によってはノズル１１の右側（ノズルよりバー後端側）に設置したり、両側に設置したりすることもできる。
【００１８】
次に、図２は、図１の要部を示す縦断面図であり、同図には、バー１に持たせたデスケーリング機能を達成するためのバー内部構造の一例が示されている。ただし本発明に係る装置は、図２の例のみに限定されるものではない。この例では、プロペラシャフト１３がバー１の中心に埋め込まれており、図において右側に配置される図示しない回転装置によって回転させられる。２１はバー１内部に装入される歯車ユニットの枠であって、この枠２１に歯車１４、１５が、噛み合った状態で歯車軸１６、１７を介して回転自在に、装着されている。枠２１がバー１内部に装入された状態で、プロペラシャフト１３を図の右側から差し込んで、歯車１４とプロペラシャフト１３が結合され、回転力を伝える。次に、ワイヤブラシ１２を取り付けるための輪具であるブラシリング１８は、ベアリング２０を介してバー１に回転自在に取り付けられるが、その内側面に歯車を有し、これが歯車１５と噛み合うように構成される。以上の構成によって、プロペラシャフト１３の回転によりワイヤブラシ１２がバー１の周りを回転する構造となる。
【００１９】
さらにバー１内部にバー後端から延在してノズル１１に接続する給水路２４が形成されており、給水路２４からの高圧水の給水によってノズル１１から高圧水を噴射することができる。ワイヤブラシ１２とノズル１１を近接配置することにより、噴射水圧と機械的除去の併用により、効率的なデスケールが行える。すなわち２次スケールに噴射水圧によってクラックを発生させ、被圧延管内面側の２次スケール下層と２次スケール層との密着性を下げ、ワイヤブラシによる機械的除去を容易にする。また、常時熱間鋼と接触するワイヤブラシ１２をデスケール水（噴射した高圧水）によって冷却する効果も得られる。
【００２０】
ワイヤブラシ用の素線は硬鋼線、ピアノ線で直径が０．２ｍｍ〜１ｍｍのものを用いるとよい。前記直径が０．２ｍｍ以下の場合はワイヤーの剛性が十分でなく、１ｍｍを越える場合は抵抗が大きくなり、ワイヤブラシを高速で回転させることが困難となる。ワイヤブラシの圧延開始時の外径は使用中の減耗を考慮して、被圧延管の内径より５ｍｍ以上大きいことが好ましい。また、被圧延管の内径より４０ｍｍ超ほども大きい場合は、ワイヤブラシの被圧延管内面側へのスムーズな挿入が困難になる。したがって、ワイヤブラシの外径と被圧延管の内径との差は５ｍｍ以上、４０ｍｍ以下とするのが好ましい。ワイヤブラシはリング状であるが、その高さ（リング半径方向の厚み）は２０ｍｍ以下では十分にデスケーリングが行なわれず、５０ｍｍを超えると回転抵抗が過大になるため、２０ｍｍ以上、５０ｍｍ以下とするのが好ましい。
【００２１】
次に、本発明に係る方法の実施形態を、図４に示した例を用いて説明する。図４は一般的なプラグミル圧延への適用例を示したものである。図に示すように、プラグミルでは主圧延機に設置された圧延ロール３のほかにピンチロール３１が設けてられおり、圧延に際し、被圧延管４は入側（図の左側）から送られて圧延後は出側（右側）に移動する。そしてピンチロール３１によって再び圧延機の入側に戻され、ついで２パス目の圧延が行われる。このような方法でプラグミルでは通常２〜３パスの圧延が行われる。
【００２２】
このときにバー１は図４中の支持装置３２によって片持ち支持されている。本発明に係る装置のデスケーリング作業部（ノズル１１及びワイヤブラシ１２の総称）はバー１の長手方向中間部に設置されるから、プラグミルの出側に配置されることになる。
本発明によるひとつの望ましいデスケーリング方法では、被圧延管４はまず圧延機を空通しされ、図４(b)の状態となる、この時点では、プラグは未装着であり、又、まだデスケーリング作業は行われない。ついで被圧延管４は図４(ｃ)のようにピンチロール３１の動作によって圧延機入側に戻される。このとき、デスケーリング作業部の動作によって高圧水噴射、およびワイヤブラシの回転が行われ、被圧延管内面のデスケーリングが実施される。
【００２３】
ついでバー１先端にプラグ２が供給され、被圧延管が圧延機に引き込まれて圧延が開始される（図４（a））。この時点ではデスケール動作は実行されない。再びシェルがピンチロールによって圧延機入り側に移送されるときにはデスケーリングが実施される。このように、圧延機出側ではデスケールを実施せず、被圧延管を空通しして圧延機入側に戻す際にデスケールを実施する理由は、できるだけ次の圧延パス直前にデスケールを行う方が有利なためである。
【００２４】
また、この方法でデスケールすると、除去したスケールはワイヤブラシ１２によって圧延機出側に排除され、圧延機の方には蓄積しない。すなわちスケールがプラグ２と被圧延管４の間に噛み込む可能性が低くなり、内面疵の防止に有利である。もし特許文献２のように、被圧延管内面のスケールを圧延機入側で除去しようとすると、除去したスケールが被圧延管の外側に排出されず、圧延機側に引き込まれて、かえって噛み込み疵を増やしてしまう問題がある。
【００２５】
ただし、本発明の方法では最初のパスの直前にデスケールするために、被圧延管を一度圧延機に空通しする必要があり、圧延能率が若干低下する場合がある。このような場合は、空通しをやめ、その代わりに前工程のエロンゲータミルでデスケールを行っておくなどの改良が可能である。また、被圧延管外面のデスケーラ（特許文献１など）を併用するなどの改良ももちろん可能である。
【００２６】
本発明のさらなる改良型を図３に示す。この改良型では、給水路２４がさらにバー1先端まで延長され、プラグ２の中空部からなる冷却室２５に連通してプラグ２を冷却するとともに、プラグ２の先端部に配設した先端ノズル２６からデスケール水として高圧水を噴射し、圧延機入側で被圧延管内面のデスケール機能を兼ねたものである。これにより、さらに確実にデスケール機能が向上する。
【００２７】
また、図５はエロンゲータミル圧延機の全体構成を示す概略図である。エロンゲータミルはプラグミルと異なり、単パス圧延機であって、圧延ロールもプラグミルとは異なるが、マンドレルバー１が固定式のものであれば、バー１にはプラグミルの場合と同様のデスケーリング作業部が設置できる。
次に、プラグミルに対し、本発明を図１〜図４で説明した実施形態にて適用したときの、継目無鋼管の内面疵防止効果について述べる。ここでは、表１に示す４水準の実験を実施した。すなわち、デスケーリング方式として、Ｎｏ．１：内面デスケーリングなし（従来例）、Ｎｏ．２：プラグ先端から高圧水によるデスケール（従来例）、Ｎｏ．３；マンドレルバー部での高圧水とワイヤブラシ（本発明例）、４：マンドレルバー部での高圧水とワイヤブラシ＋プラグ先端高圧水（本発明例）、の４水準についての比較実験である。なお、マンドレルバー取り付け部（後端固定部）における水圧は７ｋｇ/ｃｍ２、冷却水量は９０〜１１０トン／時、ワイヤブラシ回転数は１００ｒｐｍとして実験を行った。被圧延管の材質は炭素鋼である。被圧延管を各水準ごとに表１に示す実験圧延本数だけ圧延し、疵不良率（内面疵で不良となった製品の本数の、対実験圧延本数比率）を調査した。
【００２８】
その結果を図６に示す。同図より、本発明例（Ｎｏ．３，４）では疵不良率が従来例（Ｎｏ．１，２）の約１／５程度と格段に減少しており、本発明による継目無鋼管の内面疵防止効果が顕著に発揮されたことが分かる。
【００２９】
【表１】
【符号の説明】
【００３０】
１ バー（マンドレルバー）
２ プラグ
３ 圧延ロール
４ 被圧延管（シェルあるいはホロー）
１１ ノズル
１２ ワイヤブラシ
１３ プロペラシャフト
１４、１５ 歯車
１６、１７ 歯車軸
１８ ブラシリング
２０ ベアリング
２１ 枠
２４給水路
２５冷却室
２６ 先端ノズル
３１ ピンチロール
３２ マンドレルバー支持装置
１２１丸鋼片
１２２回転炉床式加熱炉
１２３ 穿孔機
１２４ エロンゲータミル
１２５ シェル
１２６ プラグミル
１２９ サイザー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被圧延管内面圧延用のプラグをバー先端で支持するマンドレルバーを備えた継目無鋼管圧延装置であって、前記マンドレルバーはその長手方向の少なくとも一部に、被圧延管内面へ高圧水を噴射するノズルと、該ノズルへ水をバー後端からバー内部を通して供給する給水路と、前記ノズルと隣接しバーを囲んで回転して被圧延管内面を研掃する円環状のワイヤブラシと、バー内部に在って前記ワイヤブラシの回転を駆動する駆動機構とを配設されてなることを特徴とする継目無鋼管圧延装置。
【請求項２】
請求項１において、前記給水路をバー先端まで延長して前記プラグの中空部と連通させ、且つ前記プラグの先端部には前記中空部を介して給水される先端ノズルを配設してなることを特徴とする継目無鋼管圧延装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の継目無鋼管圧延装置を用いて継目無鋼管のプラグミル圧延もしくはエロンゲータミル圧延を行うにあたり、前記ノズル及び先端ノズルからの高圧水と、前記ワイヤブラシとによって被圧延管内面をデスケーリングする工程を、同一被圧延管の、圧延パス中、および/または圧延パスと次圧延パスとの間、および/または最終圧延パス後に行うことを特徴とする継目無鋼管圧延方法。
【請求項１】
被圧延管内面圧延用のプラグをバー先端で支持するマンドレルバーを備えた継目無鋼管圧延装置であって、前記マンドレルバーはその長手方向の少なくとも一部に、被圧延管内面へ高圧水を噴射するノズルと、該ノズルへ水をバー後端からバー内部を通して供給する給水路と、前記ノズルと隣接しバーを囲んで回転して被圧延管内面を研掃する円環状のワイヤブラシと、バー内部に在って前記ワイヤブラシの回転を駆動する駆動機構とを配設されてなることを特徴とする継目無鋼管圧延装置。
【請求項２】
請求項１において、前記給水路をバー先端まで延長して前記プラグの中空部と連通させ、且つ前記プラグの先端部には前記中空部を介して給水される先端ノズルを配設してなることを特徴とする継目無鋼管圧延装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の継目無鋼管圧延装置を用いて継目無鋼管のプラグミル圧延もしくはエロンゲータミル圧延を行うにあたり、前記ノズル及び先端ノズルからの高圧水と、前記ワイヤブラシとによって被圧延管内面をデスケーリングする工程を、同一被圧延管の、圧延パス中、および/または圧延パスと次圧延パスとの間、および/または最終圧延パス後に行うことを特徴とする継目無鋼管圧延方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１３９６９７（Ｐ２０１２−１３９６９７Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９２３９６（Ｐ２０１０−２９２３９６）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
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