(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウォーキングアーム式回転移送装置を用いて、回転支持部材上に鋼管を搬送する工程と、
前記回転支持部材上で、鋼管の管軸に平行な方向および垂直な方向への鋼管の移動を停止した状態で前記管軸を中心として回転する鋼管を、鋼管上部に配置される第一のスプレーノズルにより冷却する工程とを有し、
前記第一のスプレーノズルを、鋼管天頂部から鋼管円周方向になす角度が２０〜７０°となるように、鋼管軸方向に複数配置し、
前記第一のスプレーノズルはウォーキングアーム式回転移送装置の通過範囲Ｗを除いて配置され、
鋼管長手方向における前記第一のスプレーノズルは、前記通過範囲Ｗに向けて傾斜させて配置する斜方型スプレーノズルと、
前記斜方型スプレーノズルに隣接し、鋼管長手方向において、所定のピッチＤで等間隔に配置するフラット型スプレーノズルとを備え、
前記斜方型スプレーノズルは前記所定のピッチＤから距離Ｓだけずらして配置され、かつ前記距離Ｓと前記第一のスプレーノズルの噴射高さＨとから求められる角度θ（θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｓ／Ｈ））が３０°以下となるように前記斜方型スプレーノズルを傾斜させる鋼管の冷却方法。
【請求項２】
前記鋼管上部に配置される第一のスプレーノズルを、鋼管長手方向を中心として対向させて配置する請求項１に記載の鋼管の冷却方法。
【請求項３】
前記鋼管上部に配置される第一のスプレーノズルを、鋼管長手方向にＤ／４〜３Ｄ／４ピッチずらして対向させて配置する請求項２に記載の鋼管の冷却方法。
【請求項４】
前記ウォーキングアーム式回転移送装置が、前記回転支持部材上で回転する鋼管を鋼管上部から押さえる鋼管押さえ部材をさらに備える請求項２または３に記載の鋼管の冷却方法。
【請求項５】
前記ウォーキングアーム式回転移送装置が、さらに第二のスプレーノズルを備え、前記第二のスプレーノズルは、前記鋼管上部に配置される第一のスプレーノズルと前記鋼管押さえ部材とが干渉する範囲を冷却する請求項４に記載の鋼管の冷却方法。
【請求項６】
前記回転支持部材の位置および／または前記鋼管上部に配置される第一のスプレーノズルの位置が、前記鋼管の外径に応じて上下方向に移動可能である請求項１〜５のいずれかに記載の鋼管の冷却方法。
【請求項７】
鋼管を搬送するウォーキングアーム式回転移送装置と、
前記ウォーキングアーム式回転移送装置により搬送される鋼管を、鋼管の管軸に平行な方向および垂直な方向への鋼管の移動を停止した状態で前記管軸を中心として回転させながら支持する回転支持部材と、
前記回転支持部材上で回転する鋼管を、鋼管上部から冷却する第一のスプレーノズルとを備え、
前記第一のスプレーノズルを、鋼管天頂部から鋼管円周方向になす角度が２０〜７０°となるように、鋼管軸方向に複数配置し、
前記第一のスプレーノズルはウォーキングアーム式回転移送装置の通過範囲Ｗを除いて配置され、
鋼管長手方向における前記第一のスプレーノズルは、前記通過範囲Ｗに向けて傾斜させて配置する斜方型スプレーノズルと、
前記斜方型スプレーノズルに隣接し、鋼管長手方向において、所定のピッチＤで等間隔に配置するフラット型スプレーノズルとを備え、
前記斜方型スプレーノズルは前記所定のピッチＤから距離Ｓだけずらして配置され、かつ前記距離Ｓと前記第一のスプレーノズルの噴射高さＨとから求められる角度θ（θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｓ／Ｈ））が３０°以下となるように前記斜方型スプレーノズルを傾斜させる鋼管の冷却装置。
【請求項８】
前記鋼管上部に配置される第一のスプレーノズルを、鋼管長手方向を中心として対向させて配置する請求項７に記載の鋼管の冷却装置。
【請求項９】
前記鋼管上部に配置される第一のスプレーノズルを、鋼管長手方向にＤ／４〜３Ｄ／４ピッチずらして対向させて配置する請求項８に記載の鋼管の冷却装置。
【請求項１０】
前記回転支持部材上で回転する鋼管を鋼管上部から押さえる鋼管押さえ部材をさらに備える請求項８または９に記載の鋼管の冷却装置。
【請求項１１】
さらに第二のスプレーノズルを備え、前記第二のスプレーノズルは、前記鋼管上部に配置される第一のスプレーノズルと前記鋼管押さえ部材とが干渉する範囲を冷却する請求項１０に記載の鋼管の冷却装置。
【請求項１２】
前記回転支持部材の位置および／または前記鋼管上部に配置される第一のスプレーノズルの位置が、前記鋼管の外径に応じて上下方向に移動可能である請求項７〜１１のいずれかに記載の鋼管の冷却装置。
【請求項１３】
素管である鋼管を加熱後に冷却する、あるいは、熱間圧延後の高温の鋼管をそのまま冷却する、焼入れ処理を施す鋼管の製造方法において、前記焼入れ処理の冷却は、
ウォーキングアーム式回転移送装置を用いて、回転支持部材上に鋼管を搬送する工程と、
前記回転支持部材上で、鋼管の管軸に平行な方向および垂直な方向への鋼管の移動を停止した状態で前記管軸を中心として回転する鋼管を、鋼管上部に配置される第一のスプレーノズルにより冷却する工程とを有し、
前記第一のスプレーノズルを、鋼管天頂部から鋼管円周方向になす角度が２０〜７０°となるように、鋼管軸方向に複数配置し、
前記第一のスプレーノズルはウォーキングアーム式回転移送装置の通過範囲Ｗを除いて配置され、
鋼管長手方向における前記第一のスプレーノズルは、前記通過範囲Ｗに向けて傾斜させて配置する斜方型スプレーノズルと、
前記斜方型スプレーノズルに隣接し、鋼管長手方向において、所定のピッチＤで等間隔に配置するフラット型スプレーノズルとを備え、
前記斜方型スプレーノズルは前記所定のピッチＤから距離Ｓだけずらして配置され、かつ前記距離Ｓと前記第一のスプレーノズルの噴射高さＨとから求められる角度θ（θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｓ／Ｈ））が３０°以下となるように前記斜方型スプレーノズルを傾斜させる鋼管の製造方法。
【請求項１４】
前記鋼管上部に配置される第一のスプレーノズルを、鋼管長手方向を中心として対向させて配置する請求項１３に記載の鋼管の製造方法。
【請求項１５】
前記鋼管上部に配置される第一のスプレーノズルを、鋼管長手方向にＤ／４〜３Ｄ／４ピッチずらして対向させて配置する請求項１４に記載の鋼管の製造方法。
【請求項１６】
前記ウォーキングアーム式回転移送装置が、前記回転支持部材上で回転する鋼管を鋼管上部から押さえる鋼管押さえ部材をさらに備える請求項１４または１５に記載の鋼管の製造方法。
【請求項１７】
前記ウォーキングアーム式回転移送装置が、さらに第二のスプレーノズルを備え、前記第二のスプレーノズルは、前記鋼管上部に配置される第一のスプレーノズルと前記鋼管押さえ部材とが干渉する範囲を冷却する請求項１６に記載の鋼管の製造方法。
【請求項１８】
前記回転支持部材の位置および／または前記鋼管上部に配置される第一のスプレーノズルの位置が、前記鋼管の外径に応じて上下方向に移動可能である請求項１３〜１７のいずれかに記載の鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管の冷却方法および鋼管の冷却装置ならびに鋼管の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シームレス鋼管などの鋼管は、高張力化、高靭性化するため、所定の熱処理温度まで加熱した後、冷却することにより、あるいは、熱間圧延後の高温の鋼管をそのまま冷却することにより、焼入れ処理を施している。【０００３】
冷却方法として、たとえば特許文献１には、回転手段で鋼管を回転させなから揺動手段で鋼管長手方向にスプレーノズル列を揺動させることで、冷却水が鋼管の全体にわたり、鋼管を均一に冷却することができる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０３−２０７８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の冷却装置では、冷却中の飛散水が後行材や先行材に接触するのを防止するため、鋼管の配列ピッチを大きくする必要がある。そのため、鋼管を搬送するのに多大な時間を要し、生産性が低下するという問題がある。また、スプレーノズル列を長手方向に揺動させる機構が必要なため、初期費用が高額になるという問題もある。【０００６】
また、冷却装置における鋼管を搬送する方式としては、キッカー方式がある。キッカー方式では、鋼管を搬送するのに多大な時間を要し、かつ鋼管の曲がりに起因する搬送疵や搬送不良が発生するといった問題がある。【０００７】
本発明は上記問題を解決し、鋼管を高速で搬送することが可能な鋼管の冷却方法および鋼管の冷却装置ならびに鋼管の製造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】
【０００８】
本発明者は鋭意検討した結果、鋼管の搬送にウォーキングアーム式回転移送装置（本明細書においては旋回アーム式移送装置とも称する）を採用することにより鋼管の高速搬送が可能であることを見出した。さらに、斜方型スプレーノズルとフラット型スプレーノズルを併用したスプレーパターンにより、スプレーノズルを配置できないウォーキングアーム式回転移送装置の通過範囲においても冷却媒体の流量分布を均一にすることができ、鋼管長手方向の均一冷却が可能であるという知見も得た。【０００９】
本発明は以上のような知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下の通りである。
［１］ウォーキングアーム式回転移送装置を用いて、回転支持部材上に鋼管を搬送する工程と、
前記回転支持部材上で、鋼管の管軸に平行な方向および垂直な方向への鋼管の移動を停止した状態で前記管軸を中心として回転する鋼管を、鋼管上部に配置される第一のスプレーノズルにより冷却する工程とを有し、
前記第一のスプレーノズルを、鋼管天頂部から鋼管円周方向になす角度が２０〜７０°となるように、鋼管軸方向に複数配置し、
前記第一のスプレーノズルはウォーキングアーム式回転移送装置の通過範囲Ｗを除いて配置され、
鋼管長手方向における前記第一のスプレーノズルは、前記通過範囲Ｗに向けて傾斜させて配置する斜方型スプレーノズルと、
前記斜方型スプレーノズルに隣接し、鋼管長手方向において、所定のピッチＤで等間隔に配置するフラット型スプレーノズルとを備え、
前記斜方型スプレーノズルは前記所定のピッチＤから距離Ｓだけずらして配置され、かつ前記距離Ｓと前記第一のスプレーノズルの噴射高さＨとから求められる角度θ（θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｓ／Ｈ））が３０°以下となるように前記斜方型スプレーノズルを傾斜させる鋼管の冷却方法。
［２］前記鋼管上部に配置される第一のスプレーノズルを、鋼管長手方向を中心として対向させて配置する［１］に記載の鋼管の冷却方法。
［３］前記鋼管上部に配置される第一のスプレーノズルを、鋼管長手方向にＤ／４〜３Ｄ／４ピッチずらして対向させて配置する［２］に記載の鋼管の冷却方法。
［４］前記ウォーキングアーム式回転移送装置が、前記回転支持部材上で回転する鋼管を鋼管上部から押さえる鋼管押さえ部材をさらに備える［２］または［３］に記載の鋼管の冷却方法。
［５］前記ウォーキングアーム式回転移送装置が、さらに第二のスプレーノズルを備え、前記第二のスプレーノズルは、前記鋼管上部に配置される第一のスプレーノズルと前記鋼管押さえ部材とが干渉する範囲を冷却する［４］に記載の鋼管の冷却方法。
［６］前記回転支持部材の位置および／または前記鋼管上部に配置される第一のスプレーノズルの位置が、前記鋼管の外径に応じて上下方向に移動可能である［１］〜［５］のいずれかに記載の鋼管の冷却方法。
［７］鋼管を搬送するウォーキングアーム式回転移送装置と、
前記ウォーキングアーム式回転移送装置により搬送される鋼管を、鋼管の管軸に平行な方向および垂直な方向への鋼管の移動を停止した状態で前記管軸を中心として回転させながら支持する回転支持部材と、
前記回転支持部材上で回転する鋼管を、鋼管上部から冷却する第一のスプレーノズルとを備え、
前記第一のスプレーノズルを、鋼管天頂部から鋼管円周方向になす角度が２０〜７０°となるように、鋼管軸方向に複数配置し、
前記第一のスプレーノズルはウォーキングアーム式回転移送装置の通過範囲Ｗを除いて配置され、
鋼管長手方向における前記第一のスプレーノズルは、前記通過範囲Ｗに向けて傾斜させて配置する斜方型スプレーノズルと、
前記斜方型スプレーノズルに隣接し、鋼管長手方向において、所定のピッチＤで等間隔に配置するフラット型スプレーノズルとを備え、
前記斜方型スプレーノズルは前記所定のピッチＤから距離Ｓだけずらして配置され、かつ前記距離Ｓと前記第一のスプレーノズルの噴射高さＨとから求められる角度θ（θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｓ／Ｈ））が３０°以下となるように前記斜方型スプレーノズルを傾斜させる鋼管の冷却装置。
［８］前記鋼管上部に配置される第一のスプレーノズルを、鋼管長手方向を中心として対向させて配置する［７］に記載の鋼管の冷却装置。
［９］前記鋼管上部に配置される第一のスプレーノズルを、鋼管長手方向にＤ／４〜３Ｄ／４ピッチずらして対向させて配置する［８］に記載の鋼管の冷却装置。
［１０］鋼管長手方向において、前記回転支持部材上で回転する鋼管を鋼管上部から押さえる鋼管押さえ部材をさらに備える［８］または［９］に記載の鋼管の冷却装置。
［１１］さらに第二のスプレーノズルを備え、前記第二のスプレーノズルは、前記鋼管上部に配置される第一のスプレーノズルと前記鋼管押さえ部材とが干渉する範囲を冷却する［１０］に記載の鋼管の冷却装置。
［１２］前記回転支持部材の位置および／または前記鋼管上部に配置される第一のスプレーノズルの位置が、前記鋼管の外径に応じて上下方向に移動可能である［７］〜［１１］のいずれかに記載の鋼管の冷却装置。
［１３］素管である鋼管を加熱後に冷却する、あるいは、熱間圧延後の高温の鋼管をそのまま冷却する、焼入れ処理を施す鋼管の製造方法において、前記焼入れ処理の冷却は、
ウォーキングアーム式回転移送装置を用いて、回転支持部材上に鋼管を搬送する工程と、
前記回転支持部材上で、鋼管の管軸に平行な方向および垂直な方向への鋼管の移動を停止した状態で前記管軸を中心として回転する鋼管を、鋼管上部に配置される第一のスプレーノズルにより冷却する工程とを有し、
前記第一のスプレーノズルを、鋼管天頂部から鋼管円周方向になす角度が２０〜７０°となるように、鋼管軸方向に複数配置し、
前記第一のスプレーノズルはウォーキングアーム式回転移送装置の通過範囲Ｗを除いて配置され、
鋼管長手方向における前記第一のスプレーノズルは、前記通過範囲Ｗに向けて傾斜させて配置する斜方型スプレーノズルと、
前記斜方型スプレーノズルに隣接し、鋼管長手方向において、所定のピッチＤで等間隔に配置するフラット型スプレーノズルとを備え、
前記斜方型スプレーノズルは前記所定のピッチＤから距離Ｓだけずらして配置され、かつ前記距離Ｓと前記第一のスプレーノズルの噴射高さＨとから求められる角度θ（θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｓ／Ｈ））が３０°以下となるように前記斜方型スプレーノズルを傾斜させる鋼管の製造方法。
［１４］前記鋼管上部に配置される第一のスプレーノズルを、鋼管長手方向を中心として対向させて配置する［１３］に記載の鋼管の製造方法。
［１５］前記鋼管上部に配置される第一のスプレーノズルを、鋼管長手方向を中心としてＤ／４〜３Ｄ／４ピッチずらして対向させて配置する［１４］に記載の鋼管の製造方法。
［１６］前記ウォーキングアーム式回転移送装置が、前記回転支持部材上で回転する鋼管を鋼管上部から押さえる鋼管押さえ部材をさらに備える［１４］または［１５］に記載の鋼管の製造方法。
［１７］前記ウォーキングアーム式回転移送装置が、さらに第二のスプレーノズルを備え、前記第二のスプレーノズルは、前記鋼管上部に配置される第一のスプレーノズルと前記鋼管押さえ部材とが干渉する範囲を冷却する［１６］に記載の鋼管の製造方法。
［１８］前記回転支持部材の位置および／または前記鋼管上部に配置される第一のスプレーノズルの位置が、前記鋼管の外径に応じて上下方向に移動可能である［１３］〜［１７］のいずれかに記載の鋼管の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、鋼管の高速搬送を可能にしたので、冷却プロセスのサイクルタイムを短くすることができ、鋼管の生産性が向上する。また、鋼管の曲がりに起因する搬送疵や搬送不良の発生といった搬送トラブルが無くなるので、製造コスト低減効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る鋼管の冷却装置の構成を鋼管軸方向から見た模式図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る鋼管の冷却装置の構成を鋼管軸方向から見た模式図であり、第一のスプレーノズルを対向させて配置させた模式図である。
【図３】図３は、鋼管端部において第一のスプレーノズルから噴射される冷却水の様子を示す模式図である。
【図４】図４は、鋼管長手方向における、第一のスプレーノズルの配置（スプレーパターン）を示す模式図である。
【図５】図５は、斜方型スプレーノズルとフラット型スプレーノズルにおける、噴射水の様子を示す模式図である。
【図６】図６（ａ）は、反りが発生している鋼管および第一のスプレーノズルとの配置を示す図であり、図６（ｂ）は、対向する第一のスプレーノズルについて、ピッチをずらして配置した場合の模式図である。
【図７】図７は、鋼管を押さえる鋼管押さえ部材の配置を示す模式図であり、図７（ａ）は横から見た図、図７（ｂ）は、図７（ａ）の矢印Ａの方向から見た図である。
【図８】図８は、鋼管、第一のスプレーノズル、鋼管押さえ部材および第二のスプレーノズルの配置を示す模式図であり、図８（ａ）は横から見た図、図８（ｂ）は、図８（ａ）の矢印Ａの方向から見た図である。
【図９】図９は、スプレーノズルの噴射範囲（広がり角度）を示す模式図である。
【図１０】図１０（ａ）、（ｂ）は、外径の異なる鋼管を冷却する際の、鋼管と第一のスプレーノズルとの配置を示す模式図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施例における、鋼管長手方向のスプレーパターンおよび冷却水の流量分布の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００１３】
図１は、本発明の鋼管の冷却装置の構成を鋼管軸方向から見た模式図である。本発明の鋼管の冷却装置は、鋼管Ｐを搬送するウォーキングアーム式回転移送装置（旋回アーム式移送装置）１と、ウォーキングアーム式回転移送装置１により搬送される鋼管Ｐを、回転させながら支持する回転支持部材２と、回転支持部材２上で回転する鋼管Ｐを、鋼管Ｐ上部から冷却するスプレーノズル３とを備える。なお、図１において、矢印はウォーキングアーム式回転移送装置１による鋼管Ｐの搬送経路を示す。
【００１４】
ウォーキングアーム式回転移送装置１は、前工程の熱処理にて加熱された、あるいは、熱間圧延後の高温の鋼管Ｐを、回転支持部材２上に搬送する。回転支持部材２は、鋼管Ｐを回転させながら支持する。ウォーキングアーム式回転移送装置１が元の位置に戻った後、鋼管Ｐは、回転支持部材２上において回転しながら、鋼管Ｐ上部のスプレーノズル３から噴射される冷却水により冷却される。冷却後、鋼管Ｐは再びウォーキングアーム式回転移送装置１により、次の工程に搬送される。なお、回転支持部材２としては、たとえば、鋼製ロールなど、鋼管が回転しながら支持される部材であればよい。
【００１５】
本発明では、ウォーキングアーム式回転移送装置１を用いて鋼管が搬送される。これにより、キッカー方式等よりも搬送スピードが速いため、鋼管の高速搬送が可能となる。また、鋼管の曲がりに起因する搬送疵や搬送不良の発生といった搬送トラブルも無くなる。
【００１６】
本発明では、鋼管Ｐを所定の位置で、管軸に平行な方向および垂直な方向への移動を停止しした状態で、管軸を中心にして回転させながら鋼管Ｐを冷却する。なお、本発明において、「鋼管の管軸に平行な方向および垂直な方向への鋼管の移動を停止した状態」とは、鋼管を冷却するときに、鋼管を管軸方向や垂直な方向に積極的に動かすことはしない、ということを意味する。管軸を中心として鋼管を回転することにより発生する鋼管の振動や、この振動に起因して発生しうる、管軸方向や垂直な方向への鋼管の不可避的で意図せぬ移動は、「鋼管を所定の位置で、管軸に平行な方向および垂直な方向への移動を停止した状態」に含まれるものである。
【００１７】
本発明では、第一のスプレーノズル３を、鋼管Ｐの天頂部から鋼管円周方向になす角度（図１における角度α）が２０〜７０°とするように配置する。ウォーキングアーム式回転移送装置１により鋼管Ｐを搬送する際、鋼管Ｐの中心軸を通過する垂線の鋼管天頂部付近を通過して鋼管Ｐは搬送される。このため、角度αが２０°より小さい場合、鋼管Ｐの搬送経路と第一のスプレーノズル３との距離が近いため、反りが発生した鋼管Ｐを回転支持部材２に設置する場合に第一のスプレーノズル３に鋼管Ｐが接触し、第一のスプレーノズル３および鋼管Ｐが破損する恐れがある。第一のスプレーノズル３同士を対向させて設置する場合は、破損の恐れの可能性がより高まる。したがって、角度αは２０°以上とする。また、角度αが７０°より大きいと、冷却装置周辺へ冷却水が飛散しやすくなるため、先行する鋼管や後行する鋼管に冷却水が飛散し、先行する鋼管や後行する鋼管まで冷却されてしまう。本発明においては、角度αは３０°以上６０°未満が好ましい。
【００１８】
また、第一のスプレーノズル３は鋼管周方向に複数配置することが好ましい。第一のスプレーノズル３を複数配置することにより、冷却能力が上昇し、冷却時間が短くなるので、生産性の向上が可能となる。なお、図２に示すように、第一のスプレーノズル３は、鋼管長手方向を中心として対向させる位置に配置することが好ましい。これは、鋼管Ｐ端部において、第一のスプレーノズル３から噴射された冷却水の一部が鋼管Ｐに衝突せずに飛散する場合がある（図３参照）。そこで、第一のスプレーノズル３同士を対向させることにより、噴射された冷却水同士の衝突により冷却水が相殺されて、水の飛散が抑制される。
【００１９】
図４は、本発明の鋼管長手方向における、第一のスプレーノズル３（３１、３２）の配置（スプレーパターン）を示す模式図である。第一のスプレーノズル３を等間隔に配置すると、ウォーキングアーム式回転移送装置１が通過する範囲Ｗに配置される第一のスプレーノズル３は、ウォーキングアーム式回転移送装置１と衝突してしまう。このため、ウォーキングアーム式回転移送装置１の通過範囲Ｗには、第一のスプレーノズル３を配置することができない。
【００２０】
そこで本発明では、図４に示すように、鋼管長手方向における第一のスプレーノズル３はウォーキングアーム式回転移送装置１の通過範囲Ｗを除いて配置する。これにより、ウォーキングアーム式回転移送装置１と第一のスプレーノズル３との衝突を避けることができる。
【００２１】
一方で、ウォーキングアーム式回転移送装置１の通過範囲Ｗにおいても、冷却水による鋼管Ｐの冷却が必要である。噴射水量がノズル芯に対し線対称であるフラット型スプレーノズルを通過範囲Ｗに向けて傾斜させると、フラット型スプレーノズル軸芯の左右で噴射距離が異なる。そのため、フラット型スプレーノズル３２を傾斜して冷却水を噴射させると、鋼管長手方向の水量分布にバラツキが発生してしまい、所望の機械特性等が得られず、歩留りの低下を招いてしまう。
【００２２】
そこで鋼管長手方向における第一のスプレーノズル３は、通過範囲Ｗに向けて傾斜させて配置する斜方型スプレーノズル３１と、斜方型スプレーノズル３１に隣接し、所定のピッチＤで等間隔に配置するフラット型スプレーノズル３２とする。
【００２３】
斜方型スプレーノズル３１に隣接するフラット型スプレーノズル３２を、所定のピッチで等間隔に配置することにより、均一に鋼管Ｐを冷却することができる。なお、フラット型スプレーノズル３２は、等間隔に鋼管Ｐの端部まで配置させればよい。
【００２４】
斜方型スプレーノズル３１は、図４に示すように、フラット型スプレーノズル３２が配置される所定のピッチＤから距離Ｓだけずらして配置され、かつ距離Ｓとスプレーノズル３の噴射高さＨとから求められる角度θ（θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｓ／Ｈ））が３０°以下となるように斜方型スプレーノズル３１を傾斜させる。角度θ（θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｓ／Ｈ））が３０°より大きいと冷却水の衝突力が弱くなるため冷却能力が低下する。なお、図４におけるθはθ１、θ２である。また、θ１＝ａｒｃｔａｎ（Ｓ１、／Ｈ１）、θ２＝ａｒｃｔａｎ（Ｓ２／Ｈ２）である。
【００２５】
斜方型スプレーノズル３１は、図５に示すように、噴射水量がノズル芯に対し線対称であるフラット型スプレーノズル３２とは異なり、噴射水量がノズル芯に対し非線対称である。すなわち、所定の角度θで傾けて、所定の噴射高さＨ１で冷却水を噴射する際に、噴射範囲および水量分布がフラット型スプレーノズル３２と同じになる斜方型スプレーノズル３１を使用する。したがって、斜方型スプレーノズル３１を通過範囲Ｗに向けて傾斜させた状態で冷却水を噴射しても、鋼管Ｐとの衝突位置で鋼管長手方向の水量分布が均一となるため、均一に鋼管Ｐを冷却することができる。なお、フラット型スプレーノズル３２の噴射高さＨと、斜方型スプレーノズル３１の噴射高さＨ１とが同じ高さである必要はない。
【００２６】
なお、斜方型スプレーノズル３１の設置数については特に限定されず、隣接するスプレーノズル３（フラット型スプレーノズル３２）との長手方向の位置における干渉次第で決めればよい。例えば、ウォーキングアーム式回転移送装置１の通過範囲Ｗが大きく、斜方型スプレーノズル３１を設置した際に、その隣の第一のスプレーノズル３（フラット型スプレーノズル３２）と干渉する場合には、隣接する第一のスプレーノズル３は斜方型スプレーノズル３１とすることが好ましい。たとえば、図４に示すように、等間隔にフラット型スプレーノズル３２を配置するピッチより鋼管長手方向にＳ１だけずらした斜方型スプレーノズル３１を用いる場合、その隣の第一のスプレーノズル３が干渉する場合は、その隣の第一のスプレーノズル３は鋼管長手方向にＳ２だけずらした斜方型スプレーノズル３１とすればよい。
【００２７】
第一のスプレーノズル３の噴射高さＨについては特に制限されず、第一のスプレーノズル３の噴射能力に応じて決めればよい。
【００２８】
本発明では、鋼管上部に配置される第一のスプレーノズルを、鋼管長手方向にＤ／４〜３Ｄ／４ピッチずらして対向させて配置することが好ましい。図６（ａ）は、鋼管Ｐおよび第一のスプレーノズル３との配置を示す図である。反りが発生している鋼管Ｐを冷却する場合、上述したように鋼管押さえ部材４で押さえることにより、鋼管Ｐは安定して回転することができる。しかしながら、図６（ａ）に示すように、反り量に応じて、噴射高さＨが周方向および長手方向で変化してしまう。特に、第一のスプレーノズル３の鋼管長手方向の位置が同じになるように対向させて配置する場合、第一のスプレーノズル３同士の間は、鋼管長手方向において水量密度が小さくなる箇所が生じ、水量密度が低下した部分についても所定の冷却量を確保するためには冷却時間が長くする必要があり、生産性の低下を招いてしまう。したがって、本発明では、図６（ｂ）に示すように、鋼管上部に配置される第一のスプレーノズルを、鋼管長手方向にＤ／４〜３Ｄ／４ピッチずらして対向させて配置することが好ましい。このようにすることで、鋼管長手方向の水量密度は均一となる。なお、図６（ａ）および（ｂ）では、第一のスプレーノズルとして、フラット型スプレーノズルを使用した場合を例にとって説明したが、フラット型スプレーノズルに代えて斜方型スプレーノズルを使用することも可能である。
【００２９】
また、図７に示すように、回転支持部材２上で回転する鋼管Ｐを、鋼管押さえ部材４を用いて鋼管Ｐ上部を押さえることが好ましい。図７は、鋼管を押さえる鋼管押さえ部材の配置を示す模式図であり、図７（ａ）は横から見た図、図７（ｂ）は、図７（ａ）の矢印Ａの方向から見た図である。反りがあるような鋼管Ｐの場合であっても、鋼管押さえ部材４を用いることにより、鋼管Ｐが回転支持部材２上から飛び出すことなく、安定して鋼管Ｐを回転させることが可能となる。なお、鋼管押さえ部材４としては、たとえば、鋼製ロールなど、鋼管Ｐが回転していても押さえることが可能な部材であればよい。
【００３０】
図７（ａ）に示すように、鋼管押さえ部材４を使用した場合、第一のスプレーノズル３から噴射される冷却水と干渉し、長手方向で水量密度が低下する部分が発生してしまう。このため、水量密度が低下した部分についても所定の冷却量を確保するために冷却時間が長くなり、生産性の低下を招いてしまう。
【００３１】
このため、第一のスプレーノズル３と鋼管押さえ部材４とが干渉して冷却水が鋼管Ｐに対して噴射されない範囲においては、さらに第二のスプレーノズル５を用いて鋼管Ｐを冷却することが好ましい。第二のスプレーノズル５の水量密度は第一のスプレーノズル３と同じとすることがより好ましい。第二のスプレーノズル５は、第一のスプレーノズル３と鋼管押さえ部材４とが干渉する範囲を冷却できればよい。このため、第二のスプレーノズル５の配置については特に限定されないが、第一のスプレーノズル３と干渉しない位置（第一のスプレーノズル３による鋼管Ｐの冷却を干渉しない位置）に配置することが好ましい。図８（ａ）は、鋼管Ｐ、第一のスプレーノズル３、鋼管押さえ部材４および第二のスプレーノズル５の配置を横から見た図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の矢印Ａの方向から見た図（上から見た図）である。第二のスプレーノズル５の配置については、例えば、図８（ｂ）において、図８（ａ）の実線のみで表される符号５のように、鋼管Ｐを挟んで鋼管押さえ部材４と対向する領域に第二のスプレーノズル５を設置してもよい。図８（ａ）では実線及び破線で、また、図８（ｂ）では破線で表される符号５´のように、鋼管押さえ部材４において鋼管Ｐに対向する部分に第二のスプレーノズル５を設置しても構わない。また、図８（ｂ）に示すように、第二のスプレーノズル５、５´を鋼管長手方向に複数配置しても良い。
【００３２】
スプレーノズル３の噴射範囲については、広がり角度βが４５°以下であることが好ましい（図９）。４５°より大きくても、冷却能力にほとんど寄与しない冷却水を噴射していることになるため、建設費およびランニングコストが増大するだけである。
【００３３】
また、本発明では、回転支持部材２の位置および／または鋼管上部に配置される第一のスプレーノズル３の位置が、鋼管Ｐの外径に応じて上下方向に移動可能であることが好ましい。図１０（ａ）に示すように、外径が鋼管Ｐよりも大きい鋼管Ｐ´を冷却する場合、鋼管Ｐ´の噴射高さＨ´は、鋼管Ｐの噴射高さＨよりも短くなってしまう。この時、鋼管長手方向の冷却水の流量分布が悪化し、冷却水が噴射されない部分が発生してしまう場合もある。このため、図１０（ｂ）に示すように、鋼管Ｐと第一のスプレーノズル３との噴射高さＨが鋼管Ｐの外径に関わらずほぼ同じとなるように、鋼管Ｐおよび／または第一のスプレーノズル３の位置（高さ）が、鋼管Ｐの外径に応じて上下方向に移動可能であることが好ましい。この場合、鋼管長手方向の流量分布が均一になるため、外径の異なる鋼管Ｐを冷却する場合であっても、鋼管Ｐは均一に冷却される。したがって、所望の機械特性が得られる。なお、回転支持部材２や第一のスプレーノズル３の上下方向の移動については、例えば、昇降機構を用いて移動させればよい。
【００３４】
なお、本発明の冷却装置にて冷却後、必要に応じて焼戻処理を施してもよい。
【００３５】
以上のように、本発明の冷却装置を用いて鋼管を冷却することにより、鋼管の高速搬送が可能となり、鋼管の生産性が向上する。
【００３６】
また、鋼管の製造条件については、素管である鋼管を加熱後に冷却するいわゆる再加熱焼入れ処理を、あるいは、熱間圧延後の高温の鋼管をそのまま冷却する、いわゆる直接焼入れ処理を、上述した本発明の冷却方法（冷却装置）で行えばよい。したがって、焼入れ処理以外の製造条件については特に制限されず、常法により行えばよい。
【実施例１】
【００３７】
本発明の冷却装置を用いて、鋼管長手方向の冷却水の流量バラつきについて検討した。具体的には、鋼管長手方向各位置における冷却水の水量密度を調べ、鋼管長手方向の冷却水の流量バラつき（流量分布）を調べた。【００３８】
水量密度については、鋼管長手方向におけるスプレーノズルの噴射範囲を、２５ｍｍピッチに分割し、分割した各エリアごとにおける、スプレーノズルから噴射される冷却水の水量密度を算出した。また、流量バラつきについては、各エリアの水量密度の最大値と最小値の差を流量バラつきの指標とした。【００３９】
なお、水量密度については、１．５ｍ３／（ｍ２・ｍｉｎ）以上を合格とした（ここで、１．５ｍ３／（ｍ２・ｍｉｎ）以上というのは、外径１００〜２００ｍｍ×肉厚３〜２０ｍｍの鋼管を対象とする目標値である。）。また、鋼管長手方向の流量バラツキについては、０．８ｍ３／（ｍ２・ｍｉｎ）より大きくなると冷却後の温度バラツキも大きくなるため、所望の機械特性等が得られなくなる部分が発生し歩留りの低下を招いてしまうため、０．８ｍ３／（ｍ２・ｍｉｎ）以下を合格とした。【００４０】
本発明例のスプレーノズルについては、鋼管周方向における噴射角度αは鋼管の天頂部より４５°の位置とした（図１の冷却装置）。また、鋼管長手方向については、フラット型スプレーノズルを等間隔に配置するとともに（ピッチＤ＝３００ｍｍ）、等間隔に配置するピッチＤより鋼管長手方向にＳ１＝２３０ｍｍ、Ｓ２＝９６ｍｍずらした斜方型スプレーノズルを通過範囲Ｗに向けて傾斜させて配置した。一方、比較例としては、本発明の冷却装置の斜方型スプレーノズルをフラット型スプレーノズルに置き換えた。発明例および比較例ともに、斜方型スプレーノズルの噴射高さはＨ１＝４２９ｍｍ、Ｈ２＝４０６ｍｍとした。また、フラット型スプレーノズルの噴射高さはＨ＝４００ｍｍとした。ウォーキングアーム式回転移送装置の通過範囲Ｗに向けて傾ける角度はθ１＝２８°、θ２＝１３°とした。【００４１】
また、従来例としては、搬送をキッカー方式とし、鋼管の天頂部より４５°の位置で長手方向に等間隔配列された多数のフラット型スプレーノズルと鋼管を回転支持する回転支持部材とを具備する冷却装置とした。【００４２】
また、フラット型スプレーノズルおよび斜方型スプレーノズルから噴射する冷却水の水量は、スプレーノズル１個あたり５０Ｌ／ｍｉｎとした。【００４３】
なお、発明例、比較例および従来例として用いた鋼管は、いずれも、外径１７２ｍｍ、肉厚１０ｍｍである。【００４４】
結果を図１１に示す。図１１は、発明例、比較例および従来例における鋼管長手方向のスプレーパターンおよび冷却水の流量分布（鋼管長手方向各位置における水量密度）を示す図である。【００４５】
本発明例については、図１１に示されるとおり、ウォーキングアーム式回転移送装置の通過範囲においても１．５ｍ３／（ｍ２・ｍｉｎ）以上の水量密度を実現することができた。また、鋼管長手方向の流量バラつきを０．８ｍ３／（ｍ２・ｍｉｎ）以下にすることができた。なお、従来例についても、１．５ｍ３／（ｍ２・ｍｉｎ）以上の水量密度および鋼管長手方向の流量バラつきが０．８ｍ３／（ｍ２・ｍｉｎ）以下となった。【００４６】
一方、フラット型スプレーノズルを傾斜させた比較例については、ウォーキングアーム式回転移送装置の通過範囲Ｗにおいて、鋼管表面での水量密度が１．５ｍ３／（ｍ２・ｍｉｎ）以下になる領域が発生し、膜沸騰による冷却能力不足が懸念された。また、鋼管長手方向の流量バラつきは１．１ｍ３／（ｍ２・ｍｉｎ）となり不合格であった。【００４７】
また、本発明の冷却装置は、従来例であるキッカー方式に比べて、冷却プロセスのサイクルタイムを６秒短くすることができた。
【実施例２】
【００４８】
図２に示すように、第一のスプレーノズル３を、鋼管長手方向を中心として対向させて配置させて、鋼管を冷却した。なお、図２の冷却装置を用いた以外の冷却装置の条件については、実施例１の発明例と同じである。鋼管Ｐは、外径１１０ｍｍ、肉厚１０ｍｍとし、８００℃から１００℃まで冷却させた。その結果、第一のスプレーノズル３を対向させて冷却水を噴射させたので、冷却水の飛散を抑制することができ、従来例であるキッカー方式に比べて、冷却プロセスのサイクルタイムを１６秒短くすることができた。
【実施例３】
【００４９】
実施例２の冷却装置について、鋼管長手方向を中心として対向する第一のスプレーノズル３のノズルピッチをＤ／２ピッチずらして配置し、鋼管Ｐを冷却した。なお、第一のスプレーノズル３のノズルピッチ以外の冷却装置の条件については、実施例２と同じである。鋼管Ｐとしては、目視で鋼管長手方向中央部と端部との差が２０ｍｍの反りが発生している鋼管（外径１１０ｍｍ、肉厚１０ｍｍ）を、８００℃から１００℃まで冷却させた。鋼管Ｐの冷却バラつき（冷却後の長手方向の温度分布）について調べた結果、反りがあっても長手方向の流量分布が均一となったため、冷却バラつきは２０℃と小さかった。
【実施例４】
【００５０】
実施例３の冷却装置について、鋼管押さえ部材４を設置させた冷却装置を用いて鋼管Ｐを冷却した。なお、鋼管押さえ部材４以外の冷却装置の条件については、実施例３と同じである。鋼管Ｐとしては、目視で鋼管長手方向中央部と端部との差が５０ｍｍの反りが発生している鋼管（外径１１０ｍｍ、肉厚１０ｍｍ）を、８００℃から１００℃まで冷却させた。その結果、冷却前から大きな反りが発生していた鋼管Ｐも飛び出すことなく安定して回転させて冷却することができた。さらに、鋼管Ｐの冷却バラつき（冷却後の長手方向の温度分布）について調べた結果、鋼管押さえ部材４で鋼管Ｐの反り量を小さくできたため、長手方向の流量分布が均一となり、冷却ばらつきは１５℃と小さかった。
【実施例５】
【００５１】
実施例４の冷却装置について、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、鋼管Ｐを挟んで鋼管押さえ部材４と対向する領域（図８（ｂ）の実線のみで表される符号５）に第二のスプレーノズル５を設置して、鋼管Ｐを冷却した。なお、第二のスプレーノズル５以外の条件については、実施例４と同じとした。その結果、実施例４と同様に、冷却前から反りが発生していた鋼管Ｐも飛び出すことなく安定して回転させて冷却することができたとともに、第一のスプレーノズル３と鋼管押さえ部材４が干渉する領域についても、冷却バラつきはなく、鋼管Ｐの鋼管Ｐの冷却後の長手方向の温度分布は５℃と小さかった。
【実施例６】
【００５２】
実施例５の冷却装置について、回転支持部材２に昇降機構を設置した。外径１９２ｍｍの鋼管Ｐを冷却するため、噴射高さＨが４００ｍｍとなるように、回転支持部材２を予め９０ｍｍ下降させて、鋼管Ｐを冷却した。なお、回転支持部材２に昇降機構を設けた点以外は、実施例５と同じ条件である。その結果、外径１９２ｍｍの鋼管であっても、長手方向の水量密度が均一となり、冷却バラつきはなく、鋼管Ｐの鋼管Ｐの冷却後の長手方向の温度分布は７℃と小さかった。
【符号の説明】
【００５３】
１    ウォーキングアーム式回転移送装置（旋回アーム式移送装置）
２    回転支持部材
３    第一のスプレーノズル
３１  斜方型スプレーノズル
３２  フラット型スプレーノズル
４    鋼管押さえ部材
５    第二のスプレーノズル
５´  第二のスプレーノズル
Ｐ    鋼管
Ｗ    通過範囲
Ｄ    ピッチ
Ｓ（Ｓ１、Ｓ２）    ずらした距離
Ｈ（Ｈ１、Ｈ２）    噴射高さ
Ｈ´  噴射高さ
【図１】
0006628008.tif 000002
【図２】
0006628008.tif 000003
【図３】
0006628008.tif 000004
【図４】
0006628008.tif 000005
【図５】
0006628008.tif 000006
【図６】
0006628008.tif 000007
【図７】
0006628008.tif 000008
【図８】
0006628008.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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