(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピアサーおよびエロンゲータ用の砲弾型のプラグの冷却方法において、前記プラグの先端から側面の範囲に対して７５〜１０５度の入射角度で、且つ冷却液を連続流で接触させることを特徴とするプラグの冷却方法。
【請求項２】
前記プラグの表面に衝突させる前記冷却液の衝突圧が０．２ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇ以上である請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記プラグの一部または全体を被覆可能な、円筒状の内壁、前記内壁の外側の外壁、および、側壁を有し、前記内壁、前記外壁および前記側壁により形成された空間に前記冷却液を充填可能な、前記内壁に複数の噴射孔が設けられた二重容器を用い、前記プラグを前記二重容器内に配置し、前記空間内に前記冷却液を供給し前記内壁の複数の噴射孔から前記冷却液を前記プラグの先端から側面の範囲に対して７５〜１０５度の入射角度で、且つ冷却液を連続流で接触させて冷却する請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
ピアサーおよびエロンゲータ用の砲弾型のプラグの冷却装置において、前記プラグの一部または全体を被覆可能な、円筒状の内壁、前記内壁の外側の外壁、および、側壁からなり、前記内壁に複数の噴射孔が設けられた、前記内壁、前記外壁および前記側壁によって形成された空間に冷却液を充填可能な、二重容器と、前記空間内に冷却液を供給するための冷却液供給機構とからなり、前記噴射孔は、前記プラグの先端から側面の範囲に対して７５〜１０５度の入射角度で、且つ冷却液を連続流で接触させることが可能であることを特徴とするプラグの冷却装置。
【請求項５】
前記内壁の前記噴射孔は、砲弾型の外形を有する前記プラグの表面に対して前記冷却液が７５〜１０５度の入射角度で、且つ冷却液を連続流で接触させることが可能な角度で穿設されており、前記噴射孔から前記プラグの先端から側面の範囲に対して７５〜１０５度の入射角度で、且つ冷却液を連続流で接触させることが可能である請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記内壁はその一部が、前記プラグの先端を除き前記プラグの長手方向のどの位置においても前記プラグの外径の１．２〜３．０倍の内径を有する前記プラグの砲弾型の外形と相似する形状に設けられており、前記噴射孔は前記内壁の表面に対してほぼ垂直に穿設されており、前記噴射孔から前記プラグの先端から側面の範囲に対して７５〜１０５度の入射角度で、且つ冷却液を連続流で接触させることが可能である請求項４記載の装置。
【請求項７】
前記噴射孔は、前記内壁の外周部の冷却液流入口がすり鉢状に形成されており、且つ、内壁厚み内の前記噴射孔の直線部は、前記噴射孔の冷却液出口部の内径の２倍以上の長さを有している請求項４、５または６記載の装置。
【請求項８】
請求項４、５、６または７記載の冷却装置をピアサーおよびエロンゲータの位置に配設し、前記ピアサーおよび前記エロンゲータにおいてプラグを用いてビレットから継目無鋼管を製造し、次いで、前記プラグを前記冷却装置まで移動して前記プラグの冷却を行ない、次いで、次のビレットにおいても再度継目無鋼管の製造および前記プラグの冷却を行ない、かくして、プラグ冷却を連続的に行うことを特徴とするプラグの冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、広くは継目無管の製造技術に関し、特に、ピアサーおよびエロンゲータ用の穿孔プラグ、特に砲弾型の形状を有しているプラグの冷却をその球型のプラグ先端部および円筒状のプラグ基部のいずれも効率よく実施することができる、プラグの冷却方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マンネスマンミル方式による継目無鋼管の製造は、普通、丸鋼（以下、「ビレット」という）を加熱炉に装入し、約１１００〜１３００℃近辺の温度に加熱し、穿孔用のマーク（例えば、案内孔）を設けてから、第１穿孔機（以下、「ピアサー」という）でプラグをそのマークに合わせて押し込むことにより、穿孔されホローシェルを製造する。更に、第２穿孔機（以下、「エロンゲータ」という）でホローシェルを拡管、延伸され、パイプが形成される（以下、「継目無鋼管製造」という）。このピアサーおよびエロンゲータによって穿孔する際、プラグはビレットから受ける熱と、加工発熱および摩擦熱とによって高温となり、溶損等の傷害が発生する。
【０００３】
そこで、製造コストを削減するためには、プラグの寿命（ここでは、「耐用回数」という）の向上、即ち、１つのプラグで如何に多くのビレットを穿孔できるかが重要である。
【０００４】
そのプラグの耐用回数向上のために、現在までに、プラグの内面に冷却水等の冷却液を送り込んで冷却することが行われてきたが、プラグ外面を積極的に冷却することは従来行われていなかった。
【０００５】
また、近年、高クロム鋼等の高強度の継目無管の需要が多くなってきているが、クロムを多く含む高強度ビレットを穿孔する際は、更に穿孔プラグの温度上昇によるプラグ表面の溶損が問題視されている。
【０００６】
中でも、高クロム鋼（例えば、９Ｃｒ、１３Ｃｒ）を穿孔中の穿孔プラグの表面温度は、普通鋼のビレットを穿孔する場合よりも１００〜２００Ｋ高くなる。これは、穿孔時間が長くなるためと、加工発熱量が多くなるためである。特にプラグ先端部は、胴部に比べて容積が小さいために、高温になりやすく、プラグ先端部の溶損が大きな障害となっていた。
【０００７】
プラグ内に冷却水等を送り込む技術としては、実開昭５６−１７５１０１号公報、特開昭５８−１６８４０５号公報等が示されている（以下、「先行技術１」という）。先行技術１は、マンドレルバーを通じてプラグ内側に水を送り込み、且つ、プラグ先端部または外周に設けた開口部より水を噴射することによって、ホローシェル内のデスケーリングおよびホローシェル内面の冷却を目的として行なわれている。従って、プラグそのものを冷却する能力は弱く、また、この技術はエロンゲータに関するものであり、プラグ先端部から水を噴射するために、ビレットを穿孔するピアサー用のプラグには使用しにくい技術であった。
【０００８】
プラグそのものを冷却する技術としては、特開昭６１−２１９４０４号公報、特開昭６２−２５９６０３号公報等に示されるように、穿孔プラグに通じるマンドレルバー内に冷却水を送水し、穿孔プラグを冷却する方法がある（以下、「先行技術２」という）。しかしながら、穿孔技術２では、冷却に十分な冷却水を送水することができなかった。また、穿孔中のビレット内に冷却水を噴射しても、プラグ全体、特に、プラグ先端部に冷却水が行き渡らないため、プラグ先端部が特に高温になる現象が発生し、プラグ先端部の溶損は回避できなかった。この冷却方法は、特に、穿孔をする表面と冷却をする内面とでは温度差が大きいために、冷却を行なっても表面上の熱を十分に吸収できなかった。
【０００９】
従って、プラグ内面の冷却能力を高めるため、特開平３−２９１１０６号公報に示されるように、プラグ内面に凹凸状の冷却溝を設けた穿孔プラグが開発された（以下、「先行技術３」という）。しかし、表面温度と内面温度とには差があるため、内面の冷却効率を高めても大幅な冷却能力の向上は得られず、特にプラグ先端部の表面の温度を下げることはできなかった。
【００１０】
現在では、一般的にクロム鋼（９Ｃｒや１３Ｃｒ等）等の高合金鋼に使用される穿孔プラグは数回使用後、プラグを交換して取り外したプラグを水の中に漬けておく浸漬冷却を行うことにより、プラグの耐久度を上げている（以下、「先行技術４」という）。しかし、この方法は、プラグ交換に時間がかかるために、非常に圧延能率が悪く、圧延ピッチを長くする原因になっており、ひいては、コストアップの原因になっている。
【００１１】
現状の一般的に行われているプラグ外面冷却装置は、円形状に広がるスプレーノズル（以下、「フルコーンノズル」という）をプラグ周囲に配置し冷却を行うものであるが、この方法では、圧延能率を落とさずに冷却を行おうとしても、十分な冷却能力を得ることができず、高合金鋼管の連続穿孔時のプラグ耐用回数は平均で５〜７回が限度であった。そのときの穿孔中のプラグ温度は、プラグ内部に設置された熱電対の測定によると、プラグ表面近傍では８００℃を超えていた。
【００１２】
穿孔プラグは一般に、表面温度が高温になると表面性状が劣化し、圧延能率が下がるという知見が得られている。特に、プラグ先端部の温度上昇は激しく、著しい劣化が見られる。従って、冷却時間を長くすることでプラグの耐用回数向上には有効であるが、生産効率の面から、外面冷却装置での冷却時間を現状より長くとることは望ましくない。
【００１３】
従って、冷却時間は現状と同じ程度で、冷却装置の冷却能力を強化し、特にプラグ先端部の冷却能力を強化する方法が求められている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
以上の説明から明らかなように、プラグ内縁の冷却はプラグ全体を冷却する能力が不十分で、また、浸漬冷却はコストアップの要因となっている。プラグ外面からの既存の冷却装置では十分な冷却を行うことは、圧延時間間隔等から限界であり、より高い冷却能力を有するプラグ外面の冷却方法の開発が必要となってきている。
【００１５】
従って、この発明の目的は、上述の課題を解決することができる強冷却型のプラグの冷却方法、特にプラグ先端部の冷却能力を高める冷却方法および冷却装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、ピアサーおよびエロンゲータ用の砲弾型のプラグの冷却方法において、前記プラグの先端から側面の範囲に対して７５〜１０５度の入射角度で、且つ冷却液を連続流で接触させることに特徴を有するものである。
【００１７】
請求項２記載の発明は、前記プラグの表面に衝突させる前記冷却液の衝突圧が０．２ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇ以上であることに特徴を有するものである。
請求項３記載の発明は、前記プラグの一部または全体を被覆可能な、円筒状の内壁、前記内壁の外側の外壁、および、側壁を有し、前記内壁、前記外壁および前記側壁により形成された空間に前記冷却液を充填可能な、前記内壁に複数の噴射孔が設けられた二重容器を用い、前記プラグを前記二重容器内に配置し、前記空間内に前記冷却液を供給し前記内壁の複数の噴射孔から前記冷却液を前記プラグの先端から側面の範囲に対して７５〜１０５度の入射角度で、且つ冷却液を連続流で接触させて冷却することに特徴を有するものである。
【００１８】
請求項４記載の発明は、ピアサーおよびエロンゲータ用の砲弾型のプラグの冷却装置において、前記プラグの一部または全体を被覆可能な、円筒状の内壁、前記内壁の外側の外壁、および、側壁からなり、前記内壁に複数の噴射孔が設けられた、前記内壁、前記外壁および前記側壁によって形成された空間に冷却液を充填可能な、二重容器と、前記空間内に冷却液を供給するための冷却液供給機構とからなり、前記噴射孔は、前記プラグの先端から側面の範囲に対して７５〜１０５度の入射角度で、且つ冷却液を連続流で接触させることが可能であることに特徴を有するものである。
【００１９】
請求項５記載の発明は、前記内壁の前記噴射孔は、砲弾型の外形を有する前記プラグの表面に対して前記冷却液が７５〜１０５度の入射角度で、且つ冷却液を連続流で接触させることが可能な角度で穿設されており、前記噴射孔から前記プラグの先端から側面の範囲に対して７５〜１０５度の入射角度で、且つ冷却液を連続流で接触させることが可能であることに特徴を有するものである。
【００２０】
請求項６記載の発明は、前記内壁はその一部が、前記プラグの先端を除き前記プラグの長手方向のどの位置においても前記プラグの外径の１．２〜３．０倍の内径を有する前記プラグの砲弾型の外形と相似する形状に設けられており、前記噴射孔は前記内壁の表面に対してほぼ垂直に穿設されており、前記噴射孔から前記プラグの先端から側面の範囲に対して７５〜１０５度の入射角度で、且つ冷却液を連続流で接触させることが可能であることに特徴を有するものである。
【００２１】
請求項７記載の発明は、前記噴射孔は、前記内壁の外周部の冷却液流入口がすり鉢状に形成されており、且つ、内壁厚み内の前記噴射孔の直線部は、前記噴射孔の冷却液出口部の内径の２倍以上の長さを有していることに特徴を有するものである。
【００２２】
請求項８記載の発明は、請求項４、５、６または７記載の冷却装置をピアサーおよびエロンゲータの位置に配設し、前記ピアサーおよび前記エロンゲータにおいてプラグを用いてビレットから継目無鋼管を製造し、次いで、前記プラグを前記冷却装置まで移動して前記プラグの冷却を行ない、次いで、次のビレットにおいても再度継目無鋼管の製造および前記プラグの冷却を行ない、かくして、プラグ冷却を連続的に行うことに特徴を有するものである。
【００２３】
一般に、高温部で冷却能力が低下する原因は、沸騰の状態の違いにある。特に、冷却面表面温度が約５００〜６００℃を超えるところで、水（以下、「冷却水」という）による冷却を行うと、冷却水は直ぐに被冷却面の温度により蒸発し、冷却面上に蒸気膜を形成し、冷却水が被冷却面に直接接触できなくなり、冷却能力が低下する。一般に、この状態を膜沸騰状態という。特にスプレーノズルは噴射圧が高くても、ノズル噴射孔より、円錐状に冷却水が拡散されるために、被冷却面接触時には圧力が低下する。また、一般に冷却水はプラグの半径方向から中心に向かって噴射されるために、砲弾型の形状を有するプラグにおいては、その先端部の球型の部分は衝突圧が弱まりやすく、図７に示すように数回穿孔後のプラグ先頭部はかなり温度が高くなる。図７は、５回穿孔を実施し、５回目の穿孔終了後５秒経過時のプラグ長手方向の表面温度分布を放射温度計で測定した結果を示すグラフである。
【００２４】
そこで、加熱面に対して垂直に冷却水を噴射させて、表面温度が８００℃での噴射圧と冷却能力との関係を調査したところ、噴射圧が０．２ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇ以上になると、膜沸騰の状態が冷却能力が良くなる遷移沸騰の状態に移行し、冷却能力を表す熱伝達率が良くなることが見いだされた。図８は、プラグ表面温度が８００℃で胴部で得られた熱伝達率の結果であり噴射圧力と熱伝達率との関係を示すグラフである。
【００２５】
また、表面温度が８００℃の加熱円柱表面に対して、冷却水が噴射圧０．４ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇで、且つ、冷却水を４５〜９０度の範囲の角度で衝突させて、冷却を行った際の熱伝達率を調査したところ、図１３に示すように、７５〜９０度の範囲の衝突角度（噴射角度）で高い熱伝達率を得ることが見いだされた。図１３は、加熱円柱に対する様々な衝突角度で冷却を行った際の熱伝達率（ｋｃａｌ／ｍ2 ｈｒ℃）を示すグラフである。特に垂直（９０度）になるほど熱伝達率は高い。
【００２６】
上記の作用を奏するために、常にプラグの冷却面全体に噴射時の圧力を保って冷却水が掛かるように、プラグ全体または一部を覆うことができる筒状の二重容器を用いる。二重容器は、内壁、外壁および側壁によって空間を形成し、前記空間に冷却液を充填可能な構造とする。内壁は円筒状とし、更に、所定の肉厚を有する内壁に、前記円筒状の内壁の中心方向に冷却液を噴射可能な複数の噴射孔を穿設する。外壁、内壁および側壁間の空間に冷却液を送り込み、各々の複数の噴射孔からプラグ表面に向かって、プラグ表面に対してほぼ垂直の角度で冷却液を噴射する。
【００２７】
また、噴射孔の形状は、流入圧力損失を抑えるために内壁の外周部の冷却液流入口はすり鉢状に形成し、且つ、噴射圧を保って冷却液を被冷却面に衝突させるために、流入した冷却液を噴射孔から噴射する際に広がらないように直線状態で冷却液を衝突させることが必要で、噴射孔出口までの直線部を噴射孔内径の２倍を超える長さ（Ｌ＞２Ｄ）に設定する。ここで、Ｌは噴射孔長手方向直線部長さ、Ｄは噴射孔内径（直径）である。
【００２８】
そして、特にプラグ先端部にも高い熱伝達率を得るためには、プラグ先端部でも噴射された冷却水の水流が垂直に近い角度でプラグ被冷却面に衝突する必要がある。そのためには、内壁の表面（プラグ側の表面）に対する噴射孔の角度をプラグの砲弾型の形状に合わせて変更する方法（図２参照）、または、噴射孔自体は内壁の前記表面に対して垂直に設け、内壁そのものをプラグの外形と相似する形状にする方法（図３参照）のいずれかを用いることにより、砲弾型の球型の形状を有するプラグの先端部まで、円筒状のプラグ基部と同じく高い冷却性能を得ることができる。図３に示す場合においては、内壁は、プラグの砲弾型の外形と相似形状となるように設け、且つ、プラグの先端を除きプラグの長手方向のどの位置においても、内壁の内径がプラグの外径の１．２〜３．０倍の範囲内となるように設けるのが好ましい。内壁の内径がプラグの外形の１．２倍未満では、プラグと内壁とが接触し破損する可能性がある。また、内壁の内径がプラグ外形の３．０倍超では、冷却液の噴射の勢いが減少し冷却能力が不足となる。
【００２９】
なお、一般に冷却液は水（ここでは冷却水という）を用いるが、潤滑液等を用いても良い。
〔作用〕
穿孔プラグを二重容器によって被覆し、二重容器の内壁を構成する内管（円筒管）に設けられた複数の噴射孔から円周方向および長手方向のいずれにも穿孔プラグ表面に対して垂直に近い角度で、且つ、噴射された冷却液が広がらないように直線状態で噴射し、そして、噴射圧を０．２ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇ以上に保持して冷却液を衝突させることにより、効率良くプラグを冷却することができ、かくして、プラグ耐用回数が向上する。
【００３０】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
〔実施の形態１〕
図１は、この発明のプラグ冷却装置を示す斜視図である。図１は透明部を破線で示す一部透明図である。図２は、この発明の実施の形態１に係るプラグ冷却装置でプラグ進行方向に縦割りした図１のＡ−Ａ−Ａ’−Ａ’面に相当する断面図である。図９〜１２は、第一穿孔機（ピアサー）に配設されたこの発明のプラグ冷却装置の各工程を説明する概念図である。図９〜１２において、ホローシェル１６と区別するためにビレット１５は黒く塗り潰して示した。
【００３１】
この発明の冷却装置１３は、筒状の二重容器２と、二重容器２に冷却水を供給するための冷却水供給機構（図示せず）とからなっている。二重容器２は、円筒管からなる外壁（以下、「外管」という）６と、円筒管からなる内壁（以下、「内管」という）７と、外管６と内管７との間の空間の両側を閉塞して側壁を形成するフランジ１２とからなっている。
【００３２】
プラグ１は、マンドレルバー８によって支えられており、ビレット１５の穿孔時はマンドレルバー８によってピアサー１４まで押し出され、穿孔終了後、冷却装置１３の中にプラグ１が引き戻されており、所定の時間、冷却装置１３内で冷却される。二重容器２はプラグ１の全体を被覆可能な大きさを有しており、本実施の形態では冷却装置１３の冷却部分の長さが約４５０ｍｍ、外管６の内径は４０６．４ｍｍ、内管７の内径が２１０．２ｍｍ、肉厚が１０ｍｍである。なお、プラグ１の長さは平均で約２８０ｍｍ、プラグ１の底部の径は平均で約１３０ｍｍである。
【００３３】
冷却水供給機構は、図示しないが、二重容器２を構成する外管６、内管７およびフランジ１２によって形成された空間内に冷却水を供給する。本実施の形態では、冷却液として水（以下、「冷却水」という）が使用される。なお、符号１０によって示される矢印は、冷却水およびその送水方向を示している。
【００３４】
図４は噴射孔の形状を説明する断面図である。図４に示すように、噴射孔３の各々は、内管７の外周部７ｂの冷却水流入口３ａをすり鉢状に形成されている。本実施の形態では、図４に示すθを１０８度とし、噴射孔３の口径は３ｍｍ、更に、長手方向の直線部の長さＬは、内管７の内表面（プラグ側の表面）７ａの噴射孔３の冷却液出口部３ｂの内径Ｄの２．５倍の７．５ｍｍとした。噴射孔３の噴射方向は、円周方向については内管の中心方向に、従ってプラグに対してはほぼ鉛直の角度で噴射される。長手方向については、プラグの後方から約２／３の長さのところまで、つまり、冷却装置１３の冷却部では後方から約２００ｍｍまで相当する部分については、プラグ進行方法についてほぼ鉛直に噴射した。そこからプラグ先端までの部分の冷却部は砲弾型のプラグの球型の先端部に沿って、プラグ進行方向についてもほぼ鉛直に近い角度で噴射できるよう、噴射孔は長手方向に対して、９０〜３５度までの角度をつけて、噴射孔を穿設した。噴射孔は、全部で約２１０個千鳥配置を行った。
【００３５】
フランジ１２には片側３ケずつ両側で計６ケ所送水管４がフランジ１２を貫通して設けられており、図示していないポンプによって前記空間内に冷却液が送水される。供給された冷却液は、前記空間内に充填され、複数の噴射孔３の各々から、プラグ１の表面に向けて前記表面に対して垂直に噴射される。
【００３６】
この冷却装置１３を用いて、図９〜１２に示す工程により、クロム鋼（１３Ｃｒ鋼）用のプラグ１の冷却を実施した。被穿孔ビレット１５は、１３Ｃｒ鋼で、約１２７０℃の温度まで十分に加熱したものを用いた。冷却を行ったプラグ１の最大直径は１４０ｍｍであった。本実施の形態での１回当たり消費時間は全工程で約３０秒であった。その内訳（各工程時間）は、ビレット前までの押し出し工程（図９）が約５秒、穿孔工程（図１０）が約１３秒、穿孔後のホローシェルからの引き抜き工程（図１１）が約５秒、本発明冷却装置での冷却工程（図１２）が約７秒であった。
【００３７】
本実施の形態では、冷却液に水（冷却水）を用いた。また、総冷却水量は１１００ｌ／ｍｉｎで、このときの噴射圧は約０．７ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇであった。
この条件で冷却実験を繰り返した結果、穿孔プラグは平均で３６回まで穿孔することができた。
【００３８】
なお、本実施の形態では、プラグの引き抜き側に冷却装置を固定したが、冷却時間等を更に得るために、冷却装置を任意の位置に配置、あるいは移動させてもよい。例えば、押し出し工程の際も、プラグと追従して冷却装置を移動させる等、の方法を用いても差し支えない。
【００３９】
〔実施の形態２〕
図３は、この発明の実施の形態２に係るプラグ冷却装置を示しプラグ進行方向に縦割りした図１のＡ−Ａ−Ａ’−Ａ’面に相当する断面図である。本実施の形態では、実施の形態１で示した内管を、プラグ１と相似する形状に形成し、フランジ１２を入れ替えたものである。
【００４０】
図３に示すように、噴射孔３の各々は内管７のプラグ側の表面７ａに対して垂直に設けられている。内管７は、噴射孔３からの冷却水が、長手方向に常にプラグ１に対して鉛直に近い角度で噴射できるよう、その（内管７の）一部分を砲弾型のプラグ１の形状に合わせた相似形状に形成されている。冷却装置の長さは４５０ｍｍ、マンドレルバー側の冷却装置後端側の内管７の最大内径は２６０ｍｍ、反対側の先頭側の内管７の内径は１９０ｍｍである。
【００４１】
内管７の内径は、後端側（図３の右側）から約１５０ｍｍの長さまで内径２６０ｍｍで一定とした。また、先頭側（図３の左側）は約１００ｍｍの長さを内径１９０ｍｍ一定とした。先頭側から約１００ｍｍのところから後端側から約１５０ｍｍの部分までをプラグの相似形状に合わせた。そして、プラグ１の先端を除きプラグ１の長手方向のどの位置においても、内管７の内径がプラグ１の外径の１．２〜３．０倍の範囲内となるように設けた。また、後端側から２５ｍｍの部分と先頭側から１００ｍｍの部分は非冷却部とした。
【００４２】
噴射孔３は実施の形態１の噴射孔と同じく、内管７の外周部の冷却水流入口３ａをすり鉢状に形成されている。噴射孔流入角度のθは１０８度とし、噴射孔３の口径は３ｍｍ、更に、長手方向の直線部の長さはＬは、噴射孔の内径の約２．５倍の７．５ｍｍとした。噴射孔３は、全部で約１９０個千鳥配置を行った。
【００４３】
この冷却装置１３を用いて、図９〜１２に示す工程により、クロム鋼（１３Ｃｒ鋼）用のプラグ１の冷却を実施した。被穿孔ビレット１５は、１３Ｃｒ鋼で、約１２７０℃の温度まで十分に加熱したものを用いた。冷却を行ったプラグ１の最大直径は１４０ｍｍであった。本実施の形態での１回当たりの消費時間は全工程で約３０秒であった。その内訳（各工程時間）は、ビレット前までの押し出し工程（図９）が約５秒、穿孔工程（図１０）が約１３秒、穿孔後のホローシェルからの引き抜き工程（図１１）が約５秒、本発明冷却装置での冷却工程（図１２）が約７秒であった。
【００４４】
本実施の形態でも、冷却液に水（冷却水）を用いた。また、総冷却水量は９８０ｌ／ｍｉｎで、このときの噴射圧は約０．７ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇであった。
この条件で冷却実験を繰り返した結果、穿孔プラグは平均で３６回まで穿孔することができた。
【００４５】
〔比較例〕
図５は従来から一般に行なわれているフルコーンスプレーノズルタイプの冷却装置によるプラグの冷却方法（以下、「比較例」という）を示す概念図である。円錐状に冷却水１０が広がる噴射角９０度のフルコーンスプレーノズル１１をプラグ１の先頭部側と後部側の上下左右４ヶ所ずつ、計８ヶ所配置し、総冷却水流量を合計８００ｌ／ｍｉｎで噴射した。図６はこの比較例と、本発明の実施の形態１とを、同工程（押し出し工程約５秒、穿孔工程約１３秒、引き抜き工程約５秒、冷却工程約７秒、）で行った試験結果について、プラグ表面最高温度と穿孔耐用回数との関係で示すグラフである。図６中の白抜きが比較例、黒塗りが実施の形態１である。
【００４６】
図６に示すように、フルコーンスプレーノズによる冷却方法では、プラグ表面最高温度が数回の穿孔回数で８００℃を超え、且つ、平均で約７回しか穿孔できなかった。
【００４７】
これに対して、実施の形態１では、プラグ表面最高温度が殆ど８００℃以下であり、且つ、平均で約３６回の使用に耐えた。
また、プラグ交換には約４０秒の時間が必要なので、交換時間を含めたビレット１本当たりにかかる生産時間はフルコーンスプレーノズルによる冷却方法では約３５．７秒であったのに対して、本発明による実施の形態１では約３１．１秒で、大幅に生産効率が向上した。
【００４８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、この発明によれば、以下に示す工業上有用な効果がもたらされる。
▲１▼  プラグに冷却水を噴射するに当たり、プラグの表面に対して常に垂直に衝突させるので冷却効率がより良化しプラグの耐用回数を大幅に向上させることができ、これにより、プラグのコスト、プラグの交換回数、および、それにかかる工数を減らすことができ、ビレット１本当たりにかかる生産時間が大幅に削減され、生産効率を向上することができる。
▲２▼  特に、１３Ｃｒ等の高合金鋼管用のビレット穿孔において、穿孔ピッチを短くすることができ、且つ、穿孔プラグの耐用回数が向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のプラグ冷却装置を示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るプラグ冷却装置で図１のＡ−Ａ−Ａ’−Ａ’面に相当する断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係るプラグ冷却装置で図１のＡ−Ａ−Ａ’−Ａ’面に相当する断面図である。
【図４】噴射孔の形状を説明する断面図である。
【図５】  従来のフルコーンスプレーノズルタイプの冷却装置を示す概念図である。
【図６】比較例によるフルコーンスプレーノズルタイプの冷却装置とこの発明に係る冷却装置とによる耐用度回数を比較するグラフである。
【図７】５回穿孔を実施し、５回目の穿孔終了後５秒経過時のプラグ長手方向の表面温度分布を放射温度計で測定した結果を示すグラフである。
【図８】噴射圧力と熱伝達率との関係を示すグラフである。
【図９】  第一穿孔機（ピアサー）での各工程を説明する概念図である。
【図１０】  第一穿孔機（ピアサー）での各工程を説明する概念図である。
【図１１】  第一穿孔機（ピアサー）での各工程を説明する概念図である。
【図１２】  第一穿孔機（ピアサー）での各工程を説明する概念図である。
【図１３】  加熱円柱に対する様々な衝突角度で冷却を行った際の熱伝達率を示すグラフである。
【符号の説明】
１  プラグ
２  二重容器
３  噴射孔
３ａ  冷却液流入口
３ｂ  冷却液出口部
４  送水管
６  外管
７  内管
７ａ  内管のプラグ側の表面
７ｂ  内管の外周部
８  マンドレルバー
１０  冷却水およびその送水方向
１１  フルコーンスプレーノズル
１２  フランジ
１３  冷却装置
１４  穿孔機
１５  ビレット
１６  ホローシェル
θ  冷却水流入角度
Ｄ  噴射孔内径（直径）
Ｌ  噴射孔直線部長さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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